'전기차 포비아'와 '캐즘' 빠진 배터리…"소재에 답이 있다"

"전고체 배터리가 화재 안전성 문제를 줄여주긴 하지만, 황화물계 전고체의 경우 황화수소가스가 발생하는 문제가 있는데 어떻게 생각하시나요."

화학경제연구원이 9일 FKI타워에서 개최한 '제2회 배터리 소재 및 미래기술 전망 세미나'에서 한 청중이 이같은 질문을 던졌다.

전고체 배터리는 인화성 액체 전해질을 고체 전해질로 대체해 화재 발생 가능성을 줄여준다. 하지만 황화물계 전고체 배터리의 경우 황이 물과 반응하면 유독가스인 황화수소(H2S)가 발생할 수 있다는 문제를 안고 있다.

산화물계는 재료 안정성이 높고 다루기 쉽지만, 전극 재료와 고체전해질 사이 계면 저항 문제가 크다. 이 때문에 대부분 배터리 제조 기업들이 액체 전해질에 준하는 이온전도도를 가진 황화물계 전고체 배터리를 개발 중이다.

■ 꿈의 배터리 '전고체'도 약점 있어..."가격·독성가스 문제 해결해야"

이같은 질문에 이정두 한국산업기술기획평가원 이차전지PD는 "수조탱크를 청소하다 돌아가시는 분들이 황화수소 때문"이라며 "조금만 노출되도 인체에 유해하기 때문에 그런 부분을 인지하고 있고 어떻게 대기중으로 더 빨리 거내는지에 대한 개발이 이뤄지고 있다"고 말했다.

이동욱 에코프로비엠 이사도 전고체 배터리 개발 방향성을 언급했다. 이 이사는 "황화물계 고체 전해질은 매우 취약한 수분 안정성이 개선돼야 한다"며 "또 수분과 만나면 H2S가 나오기 때문에 전고체 전지를 장착한 전기차가 과연 안전한가에 대해서는 사실 우리가 많이 고민을 해봐야 하는 부분이 있다"고 말했다.

이어 "H2S의 경우 물에 접촉되면 (사람이)가스에 노출될 가능성이 있는데 화재와 무관하게 가스 중독 문제가 생길 수 있다"며 "향후에는 고체 전해질을 썼을 때 H2S를 어떻게 제어하느냐가 큰 화두가 될 것"이라고 답했다.

독성가스 문제 외에도 양산성(경제성) 문제도 해결해야 한다. 이날 '설폰 유기결정 전해질 적용 전고체 전지 개발 현황'을 주제로 발표한 이호춘 솔리텍 대표는 가격 장벽에 대해 언급했다.

그는 "전기차에 전고체 배터리를 탑재하면 기존 리튬이온배터리를 황화물계 전고체 배터리로 바꾼다하면 1억원짜리 전기차가 최소 2억~3억원으로 비싸질 것"이라며 "하지만 새로운 고체 전해질 크리스털라이트는 10% 수준 가격 상승만 예상된다"고 강조했다.

크리스털라이트는 솔리텍에서 개발한 고체 전해질로 녹는 점이 60~90도다. 황화물계처럼 돌멩이 두 개를 큰 압력으로 붙일 필요도, 다른 물질처럼 엄청 높은 온도로 가열할 필요도 없다. 90도 정도로 가열되면 액체 상태가 되지만 액체 상태일 때도 난연 성질이 유지된다는 것이 이 대표의 설명이다.

이 대표는 "고체 전해질 리튬 버전과 소듐 버전 등 다양한 가능성이 열려있다"며 "또 기존 액체 전해질-이차전지 제조 공정을 그대로 적용할 수 있고 원재료가 비싸지 않아 가격 경쟁력이 우수하다"고 부연했다.

그는 2025년 전기차용 전기체 전지를 개발하고 2027년 제품을 양산하는 것을 목표로 한다고 밝혔다.

■ 양극재 업계 캐즘 극복법…SIB로 ESS·납축전지 시장 공략

전기차 캐즘(일시적 수요 둔화)로 전방 산업이 둔화되자 배터리 소재 업계는 투자 속도 조절에 들어가는 등 실적이 주춤하는 상황이다.

양극재 기업 에코프로비엠은 에너지저장장치(ESS)와 납축전지 시장에서 새로운 기회를 모색 중이다.

이동욱 이사는 "소튬이온배터리(SIB)는 저온 효율과 급속 충전이 장점이지만, 에너지밀도 개선이 필요하다"며 "낮은 작동전압을 해결해야 하지만, 리튬이온 양극재 생산설비를 그대로 쓸 수 있는 것이 큰 장점"이라고 역설했다.

이어 "LFP 배터리 생산라인을 만들려면 수천억원 투자가 필요한데 지금같이 어려운 시기 충분히 생각해볼 수 있는 대안"이라며 "낮은 수명 개선을 위한 구조안정화가 숙제지만, LFP 전철을 밟지 않기 위해서는 관심가 개발이 필요하다"고 말했다.

에코프로비엠은 SIB 적용 ESS와 납축전지 시장도 바라보고 있다. 이동욱 이사는 "중국에서는 이미 SIB ESS 가동을 시작했으며, LFP와 소듐(나트륨)이온 배터리가 향후 크게 경쟁할 것으로 예상된다"며 "2025년 이후 본격 양산을 시작하면 LFP 배터리 가격의 83% 수준의 경쟁력이 있다고 판단한다"고 주장했다.

이어 "이륜차 삼륜차를 많이 사용하는 동남아와 인도 시장을 노리고 있다"며 "납축전지 대비 SIB가 에너지 밀도 수명 등에서 성능이 우위에 있으며 가격 경쟁력도 충분하다"고 강조했다.

박홍규 LG화학 상무는 캐즘 대응 방법으로 소비자 구매력 향상과 제품 경쟁력 강화, 무엇보다 충전 인프라 확보가 필요하다고 지적했다. 그는 "과거 마차에서 내연차로 넘어갈 때 인프라가 없어서 캐즘이 지속됐듯이 인프라가 확충돼야 근본적인 가격을 떨어뜨릴 수 있다"고 부연했다.

■ "전기차 전환 명분은 탄소 저감…사용 후 배터리 시장 대비해야"

이날 세미나에서는 향후 사용 후 배터리 시장이 중요해질 것에 대비해야 한다는 제언도 있었다. 이정두 한국산업기술기획평가원 이차전지PD는 "내연기관에서 전기차 전환 움직임이 있었던 것은 탄소 저감을 위해서였다"며 "모든 산업에 있어 친환경 기술이 임베디드가 돼야 한다"고 했다.