게임체인저 전고체배터리, 아직은 갈길이 멀다.

전기차의 성능 향상을 위한 방법 중 배터리 기술이 핵심 차별화 요소가 된 지 오래입니다. 배터리 팩을 제외한 대부분의 EV 파워트레인의 효율은 이미 95%이상 도달하여 이제는 배터리의 기술 수준이 곧 전기차의 경쟁력이 되었습니다. 

배터리 셀의 전극이나 케미스트리를 조정하거나 배터리 팩 내에서 셀의 크기와 레이아웃, 구조를 최적화하는 등의 노력을 우리는 점진적인 개선을 이룰 수 있었습니다. 그러나 전고체배터리가 약속하는 성능 향상과는 비교도 할 수 없을 만큼 미미하다 하겠습니다.

잘 알다시피 전고체 배터리는 일반 리튬이온배터리와 동일한 화학반응을 이용하여 에너지를 저장하고 방출합니다. 차이점이라면 양극과 음극을 분리하고 리튬이온을 이동시키는 매질인 전해질이 고체라는 점입니다. 기존 리튬이온배터리는 전해질로 리튬염을 사용하는데 반해 전고체배터리는 세라믹 또는 폴리머, 유리를 사용합니다. 

전해질이 액체가 아닌 고체일 경우 다양한 장점을 가지게 됩니다. 

기존 액체전해질을 사용하는 이차전지는 외부 데미지나 덴드라이트로 인한 분리막 손상으로 리튬이온의 갑작스런 이동을 유발하고 그로인한 주울열의 상승과 함께 화재를 유발하게 됩니다. 그러나 고체전해질의 이차전지는 이러한 메커니즘의 화재유형에서 자유로울 수 있습니다. 이뿐만 아니라 배터리의 중량감소와 더 높은 에너지밀도로 팩 사이즈를 줄여 디자인적인 자유도를 가질 수 있게 합니다. 전체적인 성능향상은 물론 중량과 사이즈를 줄일 수 있는 것이지요.

이러한 많은 이점에도 아직까지 전고체배터리를 양산하고 있는 업체는 없으며, 대부분 개발단계에서 테스트 샘플수준에 머무르고 있습니다. 

전고체배터리의 양산은 왜 아직까지 실현되지 못한걸까요?

 

전해액을 고체화한다는 것은 생각만큼 쉬운일이 아닙니다. 고체상태의 파우더를 배터리 파우치에 충진시킬때 배터리내부에 공간(void)이 발생하게 됩니다. 또한 고체화 된 전해질 사이를 리튬이온이 이동할 수 있는 충분한 경로를 확보해야 하는데 이를 위해선 양극재와 전해질 리튬음극의 정밀한 믹스기술이 필요하게 되며 이는 엄청난 공정개발비용을 유발하게 됩니다. 또한 현재 액체전해질보다 1,000배이상 비싼 생산비용도 문제입니다. 만일 혁신적인 공정기술의 확보를 통해 비용문제를 해결하더라도 전고체 중 유력한 전해질인 화화물계 고체 전해질 시 발생되는 황화수소와 같은 유독가스의 발생을 처리하는 방안도 골칫거리입니다. 한마디로 현재 액체 전해질의 이차전지에서 전혀 문제 안되는 부분들이 모두 기술적인 장애물로 작용하게 되는 것이죠.

이처럼 장.단이 확실한 전고체배터리는 앞으로 배터리업체들이 지향해야 하는 목표인 것은 확실합니다. 관건은 누가 선점하는가 하는 것인데 현재로서는 일본의 도요타가 가장 일찍 시작한 만큼 그동안 많은 연구결과를 확보한 것으로 보입니다. 지난 여름 놀랍게도 전고체 배터리를 탑재한 시작차량을 선보이기도 했는데요. 결국 리튬이온배터리 관련 기술수준의 포화로 업체 간 차별화가 미미해지고 있는 지금 전고체배터리는 진정한 배터리 시장 최강자가 누구인지를 일깨워 줄 수 있는 척도가 될 것 입니다.