전고체 배터리의 도래, 그러나 현실은 반고체로 차별화된다

1. 요약

• 전고체 배터리는 차세대 에너지 저장 기술로서, 기존 리튬이온 배터리의 한계를 극복하고 안전성과 에너지 밀도를 크게 향상시킬 것으로 기대되고 있습니다. 하지만 이러한 기대에도 불구하고, 기술적 한계와 상용화의 어려움이 존재하는 실정입니다. 전고체 배터리는 고체 전해질을 사용함으로써 액체 전해질에서 발생할 수 있는 화재 위험을 대폭 줄일 수 있으며, 이로 인해 전기차와 같은 분야에서의 응용 가능성이 높아지고 있습니다. 하지만 고체 전해질의 이온 전도도가 낮고 생산하는 데 드는 비용이 상당히 높아, 실질적인 상용화에는 많은 시간이 필요할 것으로 보입니다. 특히, 전고체 배터리의 생산 공정은 기존 리튬이온 배터리보다약 100배 높은 비용이 발생할 것으로 예상되며, 이는 가격 경쟁력이 중요한 전기차 시장에서 대중화에 걸림돌로 작용하고 있습니다.

• 반면, 반고체 배터리는 액체 전해질과 고체 전해질의 중간 형태로, 젤 전해질을 사용하여 안전성과 성능을 동시에 충족시키는 새로운 배터리 기술로 부상하고 있습니다. 이 기술은 리튬이온 배터리의 한계를 극복할 수 있는 가능성을 지니고 있으며, 생산 비용도 상대적으로 합리적이어서 상용화에 더 적합한 것으로 평가됩니다. 특히, 현재 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 등 많은 기업들이 반고체 배터리 개발에 적극적으로 나서고 있어, 더욱 다양한 응용 분야에서의 활용 가능성이 열리고 있습니다. 이러한 기술적 발전은 전기차 시장을 포함해 여러 산업 분야에서의 혁신을 가져올 것으로 기대됩니다. 종합적으로 볼 때, 기술의 발전과 상용화 속도는 향후 전고체 및 반고체 배터리 기술의 성공에 중대한 영향을 미칠 것입니다.

2. 전고체 배터리에 대한 기대와 기술적 장벽

• 2-1. 전고체 배터리의 안전성과 에너지 밀도

• 전고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리에 비해 안전성과 에너지 밀도가 크게 향상된 차세대 배터리 기술로 주목받고 있습니다. 전고체 배터리에서는 전해질을 액체에서 고체로 전환함으로써, 전기차와 같은 응용 분야에서 안전성을 극대화합니다. 액체 전해질을 사용하는 기존 배터리에서는 고온에서 화재가 발생할 위험이 있으며 외부 충격에 따른 누액 발생 가능성도 있습니다. 반면, 고체 전해질은 불연성을 가지고 있어 화재 위험이 대폭 줄어듭니다. 이는 전기차의 안전성을 크게 향상시키는 요소로 작용합니다. 또한, 전고체 배터리는 높은 에너지 밀도를 자랑해 전기차의 주행 거리를 연장할 수 있는 기술로 각광받고 있습니다. 실제로 전고체 배터리는 약 2배의 에너지 밀도를 제공하며, 이는 장거리 주행이 필요한 전기차 시장에서 매우 중요합니다.

• 2-2. 기술적 난이도와 가격 문제

• 전고체 배터리는 수많은 기술적 난제를 안고 있어 상용화가 지연되고 있습니다. 우선, 고체 전해질의 이온 전도도는 액체에 비해 낮아 고온에서의 성능이 저하될 수 있습니다. 이로 인해 고체 전해질의 설계가 기술적 장벽으로 작용하고 있으며, 이는 전고체 배터리의 비용 상승으로 이어지고 있습니다. 업계에서는 황화물 계열의 전고체 배터리의 경우 생산 공정에서 비용이 기존 리튬이온 배터리보다 약 100배 이상의 비용이 발생할 것이라고 전망하고 있습니다. 이처럼 높은 생산 비용은 가격 경쟁력이 중요한 전기차 시장에서 대중화에 큰 걸림돌로 작용하고 있습니다.

• 2-3. 시장 침투율과 미래 전망

• 현재 전고체 배터리의 시장 침투율은 낮은 상태이며, 2025년 0.6%로 시작해 2035년까지 9.6%에 이를 것으로 전망되고 있지만 이는 매우 낙관적인 시나리오입니다. 보수적인 전망을 고려할 경우 6.8%에 그칠 것이라는 분석도 있습니다. 이러한 전망은 현재 전고체 배터리 기술의 발전 속도가 느리고, 대중화까지 시간이 걸릴 것이라는 우려와 밀접하게 관련되어 있습니다. 그럼에도 불구하고, 전고체 배터리는 전기차와 같은 고 성장 시장에서 필수 불가결한 기술로 여겨지며, 초기 상용화가 이뤄진 후에는 대규모 생산을 통한 가격 인하가 가능할 것으로 보입니다. 즉, 향후 몇 년간의 연구개발 투자와 기술적 진보에 따라, 전고체 배터리는 전기차의 주류 배터리 기술로 자리 잡을 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다.

3. 반고체 배터리의 부상과 시장 반응

• 3-1. 반고체 배터리의 정의와 기능

• 반고체 배터리는 액체 전해질과 고체 전해질의 중간 형태로, 젤(gel) 전해질을 활용하여 안전성과 성능을 동시에 추구하는 배터리 기술입니다. 이 기술은 리튬이온 배터리의 안전성을 개선하고, 전고체 배터리의 낮은 이온 전도도 문제를 어느 정도 해결할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 반고체 배터리는 화재 등의 위험을 크게 줄이면서도 높은 에너지 밀도를 유지할 수 있는 장점이 있습니다. 또한, 생산 비용이 전고체 배터리에 비해 합리적이어서 상용화에 더 가까운 기술로 평가받고 있습니다.

• 3-2. 전고체 배터리와 반고체 배터리의 차별점

• 전고체 배터리는 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하여 안전성을 크게 높인 반면, 반고체 배터리는 젤 전해질을 사용하여 상대적으로 더 높은 이온 전도도를 유지합니다. 이는 액체 전해질에서 발생할 수 있는 누액 현상과 화재 위험성을 줄여줍니다. 반면, 전고체 배터리는 고체 전해질의 전도도 문제로 인해 현재 상용화에 어려움을 겪고 있어, 가격과 생산 공정 측면에서도 장기적인 안정성을 유지하는 데 제한이 있습니다. 따라서 반고체 배터리는 기술적 난제는 덜하면서도 종합적인 성능을 갖춘 차세대 배터리로 주목받고 있습니다.

• 3-3. 업계의 반고체 배터리 개발 현황과 전망

• 현재 반고체 배터리 기술 개발은 많은 기업들에서 활발히 진행되고 있습니다. LG에너지솔루션은 2026년부터 반고체 배터리의 상업화를 계획하고 있으며, 보다 구체적인 제품 포트폴리오도 구상하고 있습니다. 또한, 삼성SDI와 SK온도 각각 자신들의 연구개발 로드맵에 반고체 배터리를 포함시켜 상용화 작업에 박차를 가하고 있습니다. 반고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리에 비해 성능이 개선되면서 생산 비용이 합리적일 것으로 예상되어, 전기차 시장을 필두로 다양한 분야에서 폭넓게 활용될 가능성이 높습니다. 업계 관계자들은 반고체 배터리가 전고체 배터리보다 시장에 더 빨리 침투할 것으로 기대하고 있으며, 이는 전기차 대중화에 크게 기여할 수 있을 것으로 전망하고 있습니다.

4. 리튬이온 배터리의 지속적 우위와 미래 가능성

• 4-1. 리튬이온 배터리의 현재 시장 점유율

• 리튬이온 배터리는 현재 전기차 및 모바일 기기를 포함한 다양한 애플리케이션에서 주류 기술로 자리 잡고 있습니다. 2024년까지 전세계 전기차 배터리 시장의 약 80%를 차지할 것으로 전망되며, 이로 인해 리튬이온 기술에 대한 신뢰가 더욱 강화되고 있습니다. 배터리 기술의 발전 속도와 함께 생산 비용 절감이 이루어짐에 따라, 리튬이온 배터리는 가격 경쟁력 면에서도 여전히 우위를 점유하고 있습니다. 또한, 리튬이온 배터리는 높은 에너지 밀도와 안정성을 제공하여 소비자들로부터 긍정적인 반응을 얻고 있습니다. 이처럼 리튬이온 배터리는 현재 시장에서 강력한 입지를 유지하고 있으며, 새로운 대체 기술의 발전에도 불구하고 단기적으로는 그 지배력이 계속될 것으로 예상됩니다.

• 4-2. 차세대 배터리 기술의 도전과 기회

• 차세대 배터리 기술로서 전고체 배터리, 리튬황 배터리, 리튬공기 배터리 등이 거론되며, 이들은 더 높은 에너지 밀도와 안전성을 제공할 가능성이 있습니다. 그러나 이들 기술은 현재 상용화 단계에 진입하지 못하고 있으며, 연구 개발에 많은 시간과 비용이 소요되고 있습니다. 특히 전고체 배터리는 더 안전하고 높은 에너지 밀도를 제공하지만, 제조 과정에서의 기술적 난이도와 초기 투자 비용이 문제로 지적되고 있습니다. 이러한 도전 과제에도 불구하고, 리튬이온 배터리는 기술적 안정성과 상용화를 통해 자연스레 발생하는 대체 배터리 기술로서의 기회와 도전에 잘 대응해 나가고 있습니다. 즉, 단기적인 기술 발전이 보장되지 않은 상황에서도 리튬이온 배터리는 여전히 시장에서 주요 위치를 차지할 기회를 확보하고 있습니다.

• 4-3. 2030년까지의 시장 전망과 전략

• 2030년까지 리튬이온 배터리 시장은 지속적으로 성장할 것으로 보이며, 이는 주로 전기차 보급이 확대되는 데 기인합니다. 전문가들은 이에 따라 리튬이온 배터리의 수요가 증가할 것이라고 예측하고 있으며, 특히 인프라 구축과 더불어 배터리 기술의 진화가 필수적입니다. 아울러 대규모 생산과 효율성을 높이기 위한 투자가 진행되고 있어, 리튬이온 배터리의 생산성 향상도 기대됩니다. 리튬이온 배터리 업계는 이러한 변화를 기회로 인식하고, 기술혁신과 품질 개선을 지속적으로 추진해야 할 것입니다. 특히, 기존 리튬이온 배터리의 한계를 극복하기 위해 고급 소재 개발과 제조 공정의 개선을 통해 경쟁력을 유지할 필요가 있습니다.

결론

• 결론적으로, 전고체 배터리는 현재 기술적 한계로 인해 대중화에 어려움이 있지만, 안전성과 높은 에너지 밀도를 갖춘 대체 에너지원으로서의 잠재력이 큽니다. 그러나 반고체 배터리는 이와 같은 어려움을 해결할 수 있는 중간 대안으로 급부상하고 있으며, 전기차 시장에서의 응용 가능성도 높습니다. 반고체 배터리는 상용화에 더 가까운 위치에 있으며, 안정성과 경제성을 동시에 갖춘 점에서 주목받고 있습니다.

• 앞으로의 연구 개발 방향으로는 두 가지 기술 모두에 있어 안전성을 고려한 설계와 함께 경제성을 갖춘 생산 방식이 중요할 것입니다. 특히, 반고체 배터리는 전고체 배터리보다 기술적 난제를 덜 안고 있어 시장 침투가 전망되고 있으며, 이는 전기차 대중화에도 크게 기여할 가능성이 높습니다. 더 나아가, 업계는 이러한 발전을 기반으로 기술 혁신을 이어가고, 지속 가능한 에너지 솔루션을 제공하기 위해 노력해야 합니다. 결국, 향후 몇 년간의 연구 개발이 두 배터리 기술의 시장 지배력에 결정적인 요소가 될 것입니다.

용어집

• 전고체 배터리 [배터리 기술]: 기존 리튬이온 배터리의 액체 전해질을 고체 전해질로 대체하여 안전성과 에너지 밀도를 크게 향상시킨 차세대 배터리 기술.

• 반고체 배터리 [배터리 기술]: 액체 전해질과 고체 전해질의 중간 형태로, 젤 전해질을 사용하여 안전성과 성능을 동시에 추구하는 배터리 기술.

• 고체 전해질 [재료]: 전고체 배터리에서 사용하는 전해질로, 액체 전해질에 비해 화재 위험이 낮고 불연성을 가진다.

• 이온 전도도 [전기적 속성]: 전해질 내에서 이온이 이동할 수 있는 능력으로, 배터리의 성능에 중요한 영향을 미친다.

• 젤 전해질 [재료]: 반고체 배터리에서 사용하는 전해질 형태로, 액체와 고체의 특성을 모두 지니고 있어 안전성과 높은 이온 전도도를 제공한다.

• 시장 침투율 [경제적 지표]: 특정 기술이나 제품이 시장에서 차지하는 비율로, 해당 기술의 채택 속도를 나타낸다.

• 리튬이온 배터리 [배터리 기술]: 현재 전기차 및 모바일 기기에서 광범위하게 사용되는 배터리 기술로, 높은 에너지 밀도와 안정성을 제공한다.

출처 문서

• "전고체는 너무 멀다"…징검다리 '반고체 배터리'에 쏠리는 눈 - 뉴스1https://www.news1.kr/industry/general-industry/5520583
• '전고체 배터리' 개발 경쟁 심화…차세대 배터리 승자는https://www.metroseoul.co.kr/article/20240218500159
• 차세대 배터리 시대 도래?…배터리업계 '갑론을박'https://chem.ebn.co.kr/news/view/1002326