지난 5월 이재용 삼성전자 부회장과 정의선 현대자동차그룹 수석부회장이 만나 큰 화제였습니다. 두 사람이 만나 협력을 논의한 것은 이번이 처음으로 차세대 배터리로 주목받는 '전고체 배터리' 기술에 대해 논의했습니다. 전고체 배터리는 어떤 것일까요?


목차

1. '꿈의 배터리', 전고체 배터리란?

2. 아직 상용화되지 못한 이유는?

 

'꿈의 배터리', 전고체 배터리란?

 

스마트폰, 전기자동차 등에 주로 쓰이는 배터리는 ​거의 리튬이온 배터리입니다. 리튬이온 배터리는 전해질에 리튬이온이 음극활물질에 저장·충전되어 있다가 양극활물질로 저장되면서 에너지를 발생시키는게 전해질은 리튬이온이 양극과 음극 사이로의 이동할 수 있도록 돕는 매개체입니다.
기본적으로 리튬이온 배터리의 전해질은 액체입니다. 액체 전해질은 온도에 따라 얼거나 가스로 기화되어 팽창할 수 있습니다. 양극과 음극이 만나는 것을 물리적으로 막고 있는 분리막이 제 역할을 못 할 경우 폭발 가능성이 큽니다.

전고체 배터리는 배터리 양극과 음극 사이에 이온을 전달하는 전해질이 액체가 아닌 고체 배터리입니다. 전해질을 액체에서 고체로 바꾼 전고체 배터리는 폭발의 위험에서 자유롭습니다. 또, 고체 전해질은 0도 이하의 저온이나 60~100도의 고온에서 액체 전해질보다 전도 성능이 향상됩니다. 고체 전해질은 분리막이 따로 필요하지 않기 때문에 배터리의 크기도 줄일 수 있고, 얇게 만들어 구부리는 등 다양한 형태로 제작이 가능하기도 합니다. 리튬이온배터리는 여러 개의 단전지를 직렬 연결하여 전압을 높이지만, 전고체 배터리는 단전지 안에서 전극을 직렬로 연결할 수 있습니다. 따라서 배터리를 작고 가볍게 만들기에 용이합니다. 크기가 작고 용량이 높으면서도 폭발 위험이 없는 것이 전고체 배터리의 큰 장점입니다.

배터리 업계는 리튬이온 배터리의 한계를 극복할 수 있는 전고체 배터리를 유력한 차세대 기술로 전망하고 있습니다. 산업통상자원부와 LG화학과 삼성SDI 등 국내 주요 배터리 업체가 45억 3000만원 규모를 투자하는 사업에서 관련 연구 8개를 지원하는 등, 전고체 배터리는 유력한 미래 기술로 대두되고 있습니다.

아직 상용화되지 못한 이유는?

전고체 배터리 기술은 2025년 전후로 상용화될 것으로 예상하는데 전고체 배터리는 리튬이온 배터리의 한계점인 열 안전성을 극복하고, 에너지밀도를 높이는 유망 기술이기는 하지만 아직 해결해야 할 과제가 많습니다.
가장 큰 걸림돌은 전극과 전해질 간의 저항이 높다는 점입니다. 전해질이 액체가 아닌 고체이다 보니 전극과 전해질의 밀착성이 떨어지면서 불연속 계면을 형성하게 됩니다. 때문에 내부의 저항이 증가하는 현상이 발생하고 고체 전해질 소재의 가격이 매우 비싸다는 점도 단점입니다.
고체 전해질은 액체 전해질보다 상온(15도~25도)에서는 이온전도도가 낮습니다. 때문에 상온에서 작동이 필요한 스마트폰 등 IT기기에 사용하기 어렵습니다. 따라서 상용화가 되더라도 주변의 온도 환경을 제어할 수 있는 전기자동차와 에너지저장장치(ESS) 분야에 우선 적용될 것으로 전망하고 있습니다.

 

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