한 번 충전으로 1만 km를 주행할 수 있는 배터리라니!
다소 자극적인 기사 제목이지만 전고체 배터리 기술이 그 가능성을 조명받고 있습니다. 이 기술이 아직 초기 단계에 있긴 하지만, 전고체 배터리는 전기차의 주행 거리 한계를 극복하고 충전 시간을 대폭 줄일 수 있는 잠재력을 가질 것으로 기대대고 있습니다. 전고체 배터리는 무슨 기술인지, 어떤 기업이 연구를 진행 중인지, 현실화 가능한 것인지 메모해보겠습니다.
전고체(Solid-state) 배터리의 기술적 특징
전고체 배터리는 액체 전해질을 사용하는 기존의 리튬이온 배터리와 달리 고체 전해질을 사용합니다. 이로 인해 배터리의 안전성이 크게 향상되며, 누액이나 화재의 위험이 감소합니다. 또한, 고체 전해질은 액체 전해질보다 에너지 밀도가 높을 수 있어 같은 크기의 배터리에서 더 많은 에너지를 저장할 수 있으며, 이는 전기차의 주행거리를 대폭 늘릴 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
삼성SDI가 소개하는 전고체 배터리의 개념
전고체 배터리의 개발 현황
삼성SDI는
삼성SDI는 2027년까지 전고체 배터리를 상용화하기 위해 전력을 다하고 있습니다. 이미 전고체 배터리의 파일럿 라인 구축을 완료하고, 샘플 제작까지 마쳤으며, 아지로다이트 방식의 황화물계 고체 전해질에 중점을 두고 있습니다. 이를 통해 업계 최고인 900Wh/L의 에너지 밀도를 목표로 하는 전고체 배터리 양산 준비 로드맵을 세웠습니다. 이는 현재 생산 중인 삼성 SDI의 프리즘형 셀보다 에너지 밀도가 약 40% 높다는 것을 의미합니다.
2023년 12월, 회사는 ASB(All Solid-State Battery) 사업을 전담할 팀을 새롭게 구성하고, 수원 R&D 센터에 전고체 배터리 파일럿 라인을 설치하여 현재 프로토타입 샘플을 제공하고 있습니다. 삼성 SDI는 개발부터 대량 생산, 프로젝트 출시, 공급망 관리에 이르기까지 2027년까지 전고체 배터리 대량 생산을 위한 계획이 순조롭게 진행되고 있음을 밝혔습니다.
퀀텀스케이프(QuantumScape)
퀀텀 스케이프는 2026년에 배터리 샘플을 제작하고, 2028년에 상용화를 목표로 하고 있습니다. 추가적인 장비 수주는 빠르면 2024년, 늦어도 2025년에 기대하고 있습니다.
이 회사는 전고체 배터리용 열처리 장비를 제공한 이력이 있으며, 지난해 12월에는 전기차용 배터리 시제품(정식 규격)을 자동차 업체에 공급했습니다. 이 시제품은 양극과 음극 소자를 분리하는 탄력성 있는 세라믹 소재를 적용했으며, 실험실 실험에서 800회 이상의 재충전에도 견디는 내구성을 보였습니다.
2022년 12월에 24층의 전고체 배터리 A0 샘플을 완성차 업체에 제공했으며, 이 배터리 셀은 5암페어시(Ah) 용량을 갖고 있으며 단위 부피당 800와트시(Wh/L)의 에너지 밀도를 자랑합니다. 15분 안에 80% 충전 가능하다고도 밝혔습니다. 퀀텀스케이프는는 폭스바겐과 협력하여 QS-0 및 QS-1 파일럿 라인을 캘리포니아 새너제이에 건설 중이며, QS-1 라인은 1기가와트시(GWh) 규모로 시작해 앞으로 21GWh까지 규모를 확대할 계획입니다.
도요타는
도요타는 전고체 배터리 기술과 관련해 세계에서 가장 많은 특허를 보유하고 있으며, 2027년 전고체 배터리를 장착한 전기차 출시를 계획하고 있습니다. 도요타가 전고체 배터리 개발에 급할 필요가 없다고 평가받는 이유는 이미 하이브리드 기술에서 뚜렷한 강점을 지니고 있기 때문입니다.
LG에너지솔루션은
전고체 배터리의 양산 시점을 2030년으로 설정하고 있으며, 황화물계와 고분자계 전고체 배터리를 모두 개발 중입니다. LG는 다른 기업들보다 다소 늦은 양산 계획을 세운 것이 실용성과 완성도에 더 중점을 두기 위한 결정이라고 밝혔습니다.
SK온 또한 전고체 배터리의 양산 시점을 2030년으로 설정하고 있으며, 전고체 배터리 기술의 완성도 향상에 초점을 맞추고 있습니다.
역시 테슬라는 다른 길로
테슬라는 전고체 배터리 개발에 대한 구체적인 계획을 발표하지 않았습니다. 대신, 테슬라는 더 강력한 4680 셀의 출시에 집중하고 있으며, 이는 사이버트럭 및 기타 차량용으로 예정되어 있습니다. 4680 셀은 기존 리튬이온 배터리 기술을 개선한 것으로, 에너지 저장량을 거의 다섯 배 늘리고 비용을 절반으로 줄일 수 있다는 장점이 있습니다. 이 새로운 배터리 셀은 또한 2030년까지 배터리 생산을 100배 증가시킬 것으로 기대됩니다
Gene Berdichevsky, 테슬라 로드스터 배터리 팩 담당 엔지니어는 전고체 배터리에 대해 회의적인 입장을 표명하였습니다. 그는 전고체 배터리가 시장에서 니치(niche) 영역 이상을 찾기 어려울 것이라고 언급하면서, 전고체 배터리 기술이 홍보만큼 현실에서 실현 가능성이 높지 않다고 주장했습니다.
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