[김정훈의 이차전지 이야기] 배터리 혁명의 미래 '완벽한 전지' 어디까지 왔나?

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LG에너지솔루션 폴란드 브로츠와프 공장 전경. [사진=LG에너지솔루션]

차세대 배터리 기술이 전기차 스마트폰 신재생에너지 저장 시스템(ESS) 등 다양한 산업에서 혁신을 일으키고 있다. 에너지 밀도 충전 속도 안정성 등에서 성능 개선이 이루어지고 있으며 전고체 배터리 리튬황 배터리 나트륨이온 배터리 등이 주목받고 있다. 각 기술이 ‘완벽한 전지’라는 목표에 얼마나 가까워졌고 상용화가 어느 정도 진행되었는지에 대한 관심이 커지고 있다.

13일 업계에 따르면 현대자동차는 전고체 배터리 등 차세대 배터리 기술의 상용화를 위해 직접 개발하고 소량 생산할 계획이다. 현대차는 경기 의왕 연구소에 차세대 배터리 연구동을 개소하고 전고체 배터리 시험 생산을 위한 파일럿 라인을 구축했다. 현대차는 이를 통해 차세대 배터리 기술 개발 가능성을 모색하고 성능 개선과 전기 효율 향상에 집중할 방침이다.

완성차 업체들이 차세대 배터리 개발에 집중하는 이유는 전기차 성능을 획기적으로 향상시키고 시장 경쟁력을 확보하기 위해서다. 전고체 배터리와 리튬황 배터리 등 차세대 배터리는 기존 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도 안전성 충전 속도에서 뛰어난 성능을 제공할 수 있다. 특히 전고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리의 액체 전해질을 고체로 대체하여 안전성을 극대화한 기술로 고온 및 충격에 대한 안정성도 우수하다. 그러나 제조 공정의 복잡성과 높은 초기 비용은 상용화에 큰 장애물로 작용한다. 도요타는 2027년까지 상용화를 목표로 연구개발을 진행 중이며 삼성SDI와 LG에너지솔루션은 2030년대 초반을 목표로 하고 있다.

리튬황 배터리는 뛰어난 에너지 밀도와 경량 특성으로 항공우주 산업과 드론 분야에서 중요한 기술로 떠오르고 있다. 초기 연구에서는 충·방전 횟수가 짧았으나 최근 기술 발전으로 수명이 1000회 이상으로 늘어났으며 상용화 가능성이 높아졌다. 테슬라와 같은 글로벌 기업들이 이 기술의 상용화를 가속화하고 있으며 전기차와 에너지 저장 분야에서 큰 변화를 일으킬 것으로 예상된다. 리튬황 배터리는 특히 고에너지 밀도가 필요한 전기차와 ESS 분야에서의 발전이 기대된다.

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나트륨이온 배터리는 가격이 저렴하고 자원 확보가 용이한 장점이 있다. 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도가 낮지만 최근 성능 개선이 이루어져 대용량 저장 장치인 ESS 분야에서 활발히 활용되고 있다. 특히 중국의 CATL을 비롯한 여러 기업들이 상용화를 추진 중이다. 나트륨이온 배터리는 가격 경쟁력과 안정적인 공급망을 제공하며 가격 민감도가 높은 시장에서 경쟁력을 발휘할 수 있다.

배터리 업계 관계자는 "차세대 배터리 기술은 전기차 스마트폰 ESS 등 다양한 산업에서 중요한 역할을 할 것"이라며 "전고체 배터리는 안전성과 에너지 밀도 리튬황 배터리는 경량성과 성능 나트륨이온 배터리는 가격 경쟁력과 안정적인 공급망을 제공한다"고 말했다. 이어 "연구개발이 지속되면서 2030년을 전후로 상용화가 가속화될 전망"이라고 덧붙였다.