[CEO칼럼] '열폭주' 막는 전고체 배터리, 이차전지 대안으로

김종성 엠플러스 대표이사 [사진=엠플러스]

인천 청라의 한 아파트 지하주차장에서 발생한 전기차 화재 여진이 장기화되고 있다. 배터리(이차전지)에 대한 국민적인 포비아(공포증)가 그만큼 컸던 것이다.
 
다양한 원인이 복합적으로 작용한 사건이지만, ‘열폭주’라는 특성으로 불길을 초기 진화하기 어려운 배터리의 특성이 한몫했다는 분석도 나온다.
 
리튬 이온 배터리의 열폭주 현상은 외부 충격, 과충전, 과방전, 고온 환경, 결함 또는 불량으로 양극과 음극 사이를 갈라놓는 분리막이나 전해질이 손상될 때 발생하는 것으로 알려져 있다. 흔히 단락(Short Circuit)이라 표현하는 이 현상은 엄격히 분리돼 있어야 할 배터리의 양극과 음극을 만나게 한다.

 
단락이 발생하면 양극과 음극 사이에 거의 저항이 없는 회로가 형성되기 때문에 매우 큰 전류가 순간적으로 흐르게 되고, 이로 인해 배터리 내부에서 열이 급격하게 발생한다. 온도가 지나치게 높아지게 되면 배터리 내부의 전해질이 가열되고, 이것이 화학적 불안정성을 증가시켜 화재나 폭발을 야기할 수 있다.
 

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이 같은 위험 때문에 배터리를 설계·제조할 때 가장 중요한 것 중 하나는 양극과 음극이 물리적으로 접촉하지 않도록 안전하게 분리하는 구조를 갖추는 것이다.
 
배터리 제조사는 양극과 음극 사이를 나눠 놓는 분리막(Separator) 층을 엄밀하게 설계하고 이를 제조 공정에 오차 없이 반영해야 하며, 전류나 온도를 감지하고 이를 제어하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS) 등도 함께 탑재하는 것이 일반적이다.
 
특히 최근에는 미래의 ‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리 제조 장비에 대한 외부 문의와 장비 수주가 이어지며 업계의 트렌드가 변화하는 것을 느끼고 있다. 전고체 배터리는 기존 이차전지와 달리 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하는 새로운 포맷을 통해 열폭주 위험을 최소화할 수 있는 해결책으로 존재감이 높아지고 있다.
 
전고체 배터리의 고체 전해질은 높은 온도에서도 높은 안정성을 유지하고, 물리적으로 단단해 외부 충격에도 손상되지 않으며, 누출이나 발화 가능성이 거의 없다.
 
이러한 특성 덕분에 전고체 배터리는 전기차와 같은 고출력, 고안전성이 요구되는 분야에서 이상적인 대안으로 떠오르며 주요 배터리 기업의 미래 로드맵에 포함돼 있다.
 
전고체 배터리의 상용화를 위해서는 여전히 몇 가지 과제가 남아있는 것은 사실이다. 그러나 고체 전해질의 이온 전도성이 액체 전해질에 비해 낮아 배터리의 효율과 성능이 떨어질 수 있다는 문제가 있다. 또한 제조 공정이 복잡하고, 제조 비용이 기존 리튬 이온 배터리보다 높다는 점도 보완해야 할 부분이다.
 
엠플러스는 전고체 배터리 장비와 금형부품 및 전극공정 장비사업 등 다양한 신사업 확장을 통한 중장기적 성장 엔진을 확보하기 위한 연구개발을 진행하고 있다. 현재 글로벌 기업, 국내 셀메이커 1개사, 해외 셀메이커 2개사와 파일럿 프로젝트 공급 관련 협의를 진행 중이다.
 
국내 대표 이차전지 제조장비 기업으로서 더 큰 책임감과 사명감을 갖고 연구개발을 이어 나가고 있다.
 
바야흐로 배터리 전성시대다. 전기차뿐만 아니라 노트북, 텔레비전, 스마트폰, 이어폰, 시계, 스마트 안경 등 우리가 사용하는 거의 모든 제품에 배터리가 들어간다. 앞으로 ‘배터리의 세상’은 피할 수 없는 미래가 됐다. 보다 안전한 대안을 만들어 나가기 위한 업계의 노력과 관련 정부 기관의 지원과 협력이 중요한 시점이다.