K배터리, '꿈의 배터리' 전고체 돌파구 협력에서 찾는다

[이데일리 박원주 기자] K배터리가 ‘꿈의 배터리’로 여겨지는 전고체 배터리 분야에서의 협력을 강화하고 있다. 아직까지 기초과학 차원에서 추가적인 연구가 필요한 상황으로, 중간 단계인 반고체 배터리 개발에 대한 필요성도 제기된다.

‘인터배터리’ 전시회에서 공개된 삼성SDI의 전고체 배터리 목업(모형).(사진=삼성SDI)

전고체 배터리는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달해 전류를 흐르게 하는 물질인 전해질을 액체가 아닌 고체로 바꾼 배터리다. 기존 리튬이온 배터리 대비 에너지 밀도가 높고 안전성이 뛰어나다. 에너지 밀도가 높아 같은 무게에서 저장할 수 있는 전기 양도 많다. 극한의 온도변화에도 안정적이다.

이에 K배터리 기업들은 전고체 배터리 상용화를 위한 다자 협력을 강화하는 추세다. 2023년 전고체 배터리를 전담하는 ASB(All Solid Battery) 사업화 추진팀을 꾸린 삼성SDI(006400)는 최근 BMW, 솔리드파워와 전고체 배터리 개발 및 실증을 위해 3자 업무협약을 맺었다. 회사는 솔리드파워가 개발한 황화물계 고체 전해질을 활용해 BMW에 전고체 배터리 셀을 공급한다는 계획이다.

LG에너지솔루션(373220)은 충북 오창 에너지플랜트 공장에 전고체 전지 파일럿 라인 구축을 시작으로, POSTECH(포항공대), 성균관대와 공동 연구를 통해 전해질 핵심 기술 개발에 성공했다. 이 기술은 전해질의 동결점을 낮추고 계면 반응을 조정하는데, 향후 전고체 전지로도 활용될 수 있다고 평가받는다. SK온도 지난 9월 대전 미래기술원에 전고체 배터리 상용화를 목표로 시험생산 공장을 준공했으며, 학계 등과의 연구 협력을 이어갈 전망이다.

K배터리가 전고체 배터리 개발에 협력을 강화하는 이유는 추가적인 연구가 아직 더 필요하기 때문이다. 고체 전해질은 액체 전해질보다 이온 전도 수준이 낮아 출력 성능이 낮아지는 한계가 있다. 또 전고체 배터리는 제조 비용이 리튬이온 배터리에 비해 3~5배 높다. 양산을 위한 시설 비용도 수십 배 많은 것으로 평가된다. 자체 기술 개발에 더해 학계·다른 기업들과 협력을 지속할 수밖에 없는 이유다.

전문가들은 전고체 배터리의 상용화에 시간이 걸리는 만큼 중간 단계인 반고체 전지 연구가 필요하다고 조언한다. 이호근 대덕대 자동차학과 교수는 “전고체 배터리는 양산 과정에 들어간다고 해도 원가 문제가 크다”며 “우리나라보다 앞섰다고 평가되는 일본에서도 초창기에는 리튬이온 배터리와 전고체를 섞어서 양산한다는 얘기가 나왔다”고 했다.

김동원 한양대 화학공학과 교수는 “전고체 배터리는 공정 과정에서의 어려움과 수율 문제 등으로 고전하고 있는 상황”이라며 “전고체 분야의 상용화가 단기적으로 어렵다면 그 단계를 위한 기업과 학계 간의 연구 협력이 확대되는 게 필요하다”고 설명했다.