전고체 현실성 있나?…배터리 업계, 반고체로 곁눈질

여러 기업들이 전고체 배터리 개발에 본격적으로 뛰어들었지만, 여전히 상용화를 가로막는 기술 장벽이 높다는 목소리가 나온다. 당분간 실질적 양산이 어렵다는 판단 하에 리튬 배터리와 전고체 배터리의 중간 형태인 ‘반고체 배터리’에 집중하는 기업 사례들도 잇따른다.

전고체 배터리는 일반 배터리와 달리 고체 전해질을 사용해 에너지 밀도와 출력, 화재 안전성 등에서 우수한 성능을 보일 것으로 기대를 받는다. 이런 점에 착안해 고성능 전기차, 로봇, 도심항공교통(UAM) 등에 탑재할 목적으로 개발이 이뤄지고 있다.

그러나 20일 관련 업계에 따르면 전기차 등에 탑재할 만한 대형 전고체 배터리셀 개발이 여전히 난항을 겪고 있다. 반면 반고체 배터리는 사용처를 전제로 상용화 추진 흐름이 나타나고 있다.

배터리셀 크기를 키우는 데 있어 설비 운영 난이도와 비용, 최적의 성능을 구현하기 위한 조건 등이 걸림돌로 꼽혔다. 특히 대부분 업체들이 개발 중인 황화물계 전고체 배터리에서 이런 문제가 거론됐다.

전고체 배터리 기술 개발에 뛰어든 한 업체 관계자는 “전고체 배터리 종류 중 황화물계에 대한 시장 잠재력이 가장 높게 점쳐지지만, 황화물계도 대량 양산을 실현하긴 어려울 것으로 보고 있다”며 “공정 드라이룸 노점이 영하 65도 수준까지 도달해야 하는데 이 설비 유지 비용이 일반 배터리 대비 4~5배 수준”이라고 토로했다.

공정에서 황과 물이 반응해 발생하는 황화수소를 완벽히 차단해야 한다는 점도 주요 난제로 알려져 있다. 독성이 매우 강력하고, 폭발 위험이 있기 때문이다. 여기에 필요한 배기구, 필터 등 설비 관련 비용도 고액인 점을 감안하면 시장성이 떨어진다는 지적이다.

전고체 배터리 핵심인 고체 전해질을 채택하는 데에도 여전히 기술적 허들이 높다는 평가다. 고체 전해질을 사용하면서 에너지 밀도를 높이기 위해선 배터리셀보다도 큰 가압 장치가 동반돼야 한다는 것이다. 이 점을 고려하면 전기차나 로봇 등에 전고체 배터리를 대량 탑재하는 식의 상용화가 쉽지 않다는 관측이다.

이 관계자는 “특수한 용도에 맞춘 반고체 배터리로 상용화는 가능할 것”이라면서도 “이런 방식을 채택하지 않고 순수 전고체 배터리로는 성능을 향상시키기 어렵다”고 평가했다.

하윤철 한국전기연구원 차세대전지연구센터 책임연구원도 지난 5월 ‘피지컬AI를 위한 전고체 배터리 개발 기술과 상용화 전략’ 세미나에서 이같은 문제를 지적하면서 “전고체 배터리를 표방하는 기업들도 부분적으로 액체전해질을 사용하는 반고체 배터리를 개발하고 있다”고 평가한 바 있다.

중국 내 일부 전기차, 배터리 기업들도 전고체 배터리 양산이 당분간 어렵다고 보고, 반고체 배터리 대규모 양산을 추진하고 있다.

세계 최대 리튬 생산업체인 중국 기업 간펑은 창안자동차와 반고체 및 전고체 배터리 개발을 위해 협력하고 있다. 간펑은 지난 2월 반고체 배터리 양산에 돌입했다고 밝혔다. 당초 양산 목표 시점인 내년보다 사업 진도가 빨라진 것이다. 양산할 배터리의 에너지 밀도는 kg당 650Wh 수준으로 밝혔다. 리튬이온배터리의 에너지 밀도인 kg당 250~350Wh 수준을 크게 뛰어넘는 수치다.

에스볼트도 반고체 배터리 양산 일정을 내년에서 올해 3분기로 앞당겼다고 지난 5월 밝혔다. 1세대 제품 에너지 밀도는 kg당 300Wh 수준이다. 현재 개발 중인 2세대 제품은 kg당 360Wh 수준의 에너지 밀도 달성을 목표로 하고 있다. CNEV포스트에 따르면 에스볼트 반고체 배터리는 BMW 미니의 차세대 모델에 탑재될 것으로 점쳐지고 있다.