[초점] 전고체 배터리 전기차 2027년 출시 전망...1회 충전 960㎞·10분 급속충전

전고체 배터리가 기존 리튬이온 배터리의 한계를 뛰어넘어 전기차 시장을 재편할 핵심 기술로 떠오르면서, 토요타와 삼성을 앞세운 글로벌 완성차·배터리 업체들이 2027년 양산을 목표로 개발 경쟁을 벌이고 있다.
미국 IT 전문매체 웹프로뉴스는 지난 11일(현지시각) 전고체 배터리를 실은 전기차가 1회 충전으로 600마일(약 960㎞) 이상 달릴 수 있으며, 10분 안에 급속충전하고 20년 동안 쓸 수 있다고 보도했다.


전고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리의 액체 전해질을 고체로 바꿔 에너지 밀도를 높이고 화재 위험을 줄인 차세대 기술이다. 배터리 전문매체 배터리파워팁스에 따르면, 삼성의 전고체 배터리 시제품은 960㎞ 주행거리와 20년 수명을 목표로 개발 중이다. 이 기술의 핵심은 초이온 물질(superionic materials)로, 이온이 고체 속을 액체처럼 빠르게 이동하면서도 안정성은 유지한다.

IT 전문매체 아스테크니카는 초이온 물질을 쓰면 10분 안에 충전할 수 있고, 기존보다 주행거리와 수명이 크게 늘어난다고 전했다. 미국 배터리 스타트업 팩토리얼에너지는 메르세데스-벤츠와 손잡고 에너지 밀도를 기존보다 50% 높인 시제품을 시험하고 있다. 액체 전해질과 달리 고체 전해질은 누출이나 발화 위험이 낮아 대형 냉각장치가 필요 없어 차량 무게와 비용을 줄일 수 있다는 평가다.

전고체 배터리 양산을 가로막는 최대 난관은 제조 기술 확보다. 전기차 전문매체 볼츠는 고체 전해질과 전극 사이를 균일하게 접촉하는 기술이 까다롭고 비용도 많이 든다고 짚었다. 특히 충전 과정에서 리튬이 나무가지처럼 뾰족하게 자라나 배터리 내부를 관통해 합선을 일으키는 문제가 되풀이되고 있다. 이런 리튬 결정체를 덴드라이트(수지상 결정)라고 부른다.

팩토리얼에너지가 시험 생산에서 진전을 보이지만, 실험실에서 공장 양산으로 넘어가려면 높은 생산비용과 기존 전기차 조립라인과 맞추는 문제를 해결해야 한다. 영국 일간 가디언은 극한 온도에서 성능을 유지하는 문제 같은 예상 밖 난관이 실제 도로 시험에서 나타났다고 보도했다. 이 분야에 수십억 달러가 투입되고 있지만, 삼성 시제품도 실험실에서 공장으로 옮기는 과정에서 생산비용과 기존 설비와 맞추는 문제를 풀어야 한다는 지적이 나온다.


토요타는 스미토모금속광업과 손잡고 양극재 대량생산 체계를 짜며 2027년 전고체 배터리를 실은 전기차를 내놓는다는 계획이다. IT 전문매체 테크스팟은 토요타의 2027년 목표가 현실성 있지만 처음에는 고급 모델로 한정하고, 대중화는 2030년대 초반에나 이뤄진다고 내다봤다. 닛산은 2028년까지 자체 개발한 전고체 배터리를 단 전기차를 선보인다는 계획이다.
혼다와 LG에너지솔루션도 개발 일정을 앞당기고 있으며, 청정에너지 전문매체 클린테크니카에 따르면 중국 연구진이 값싼 고체 전해질 개발에 성공했다는 주장도 나온다. 자동차 전문매체 카앤드라이버는 전고체 배터리가 리튬이온 배터리를 완전히 밀어내기보다는 고급 모델에 먼저 쓰이며 두 기술이 한동안 함께 쓰인다고 전망했다.

전기차 업계는 전고체 배터리가 주행거리 걱정을 덜고 충전시설 부담을 줄여 전기차 대중화를 앞당길 핵심 기술로 본다. 이 기술은 파나소닉과 LG에너지솔루션 같은 기존 리튬이온 배터리 업체가 주도하는 공급망을 뒤흔들 수 있다. 엔지니어링 전문매체 엔지니어링닷컴은 시제품이 이미 도로 시험 단계에 들어가 양산이 예상보다 가까워졌다고 분석했다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com