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[파이낸셜뉴스] 전고체 배터리가 차세대 배터리 시장의 핵심 기술로 주목 받고 있다. 전기차와 에너지저장장치(ESS) 등 다양한 산업에서 배터리 기술 혁신이 요구되는 가운데 국내외 주요 기업들이 전고체 배터리 개발 및 상용화에 속도를 내고 있다. 배터리 제조사뿐만 아니라 완성차 업체들까지 전고체 배터리 시장 경쟁에 적극 뛰어들면서 세계 자동차 회사 순위 시장이 급속도로 성장하는 양상이다.
27일 금융투자업계에 따르면 전고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리와 달리 전해질을 액체가 아닌 고체로 대체한 배터리다. 이에 따라 화재 위험이 줄고 에너지 밀도가 증가하며, 배터리 수명이 향상되는 등의 장점이 있다. 또 전고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리보다 더 가볍고, 높은 효율성을 갖춰 1회 충전 새희망홀씨대출 시 최대 1000km까지 주행이 가능할 것으로 기대된다. 실제 메르세데스-벤츠는 전고체 배터리를 탑재한 새로운 EQS 세단을 통해 도로 테스트 프로그램을 시작했다. 양산 모델에서는 한 번 충전 시 최대 620마일(998km) 이상의 주행거리를 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
전고체 배터리는 현재 전기차 배터리 시장의 판도를 바꿀 월세대출 '게임 체인저'로 평가받고 있다. 이 가운데 엔플로우와 같은 혁신적인 기술력을 갖춘 기업이 업계의 주목을 받고 있다.
전고체 배터리 핵심 소재 개발사 엔플로우는 2021년에 신설된 세라믹 분말 전문가들로 구성된 기업으로, 전 세계에서 유일하게 ‘분무 열분해법’을 황화물계 고체 전해질 제조에 적용한 기업이다. 이는 기존 건식 및 습식법보 저축은행대출금리 다 경제적이고 효율적인 방식으로 미세 황화물 전해질 물질을 제조하는 데 강점이 있다. 엔플로우는 현재 삼성SDI, SK온 등 국내 주요 배터리 업체들과 협력하고 있으며 2026년 월 5t 규모 생산 능력의 공장을 신설할 계획이다.
배터리 스타트업 솔라비스 역시 전고체 배터리 시장에서 두각을 나타내고 있다. 2020년 한양대 신소재공학부의 별내신도시 아파트 전세 신동욱 교수가 창업한 이 회사는 황화물계 고체 전해질을 자체 개발했으며, 국내외 100여 건 이상의 특허를 보유하고 있다. 또한 글로벌 최고 수준인 11~12mS/㎝의 이온전도도를 달성해 기술력을 입증하고 있다. 최근 중소벤처기업진흥공단 등에서 124억원 규모의 신규 투자를 유치하며 누적 투자금 422억원을 확보했다. 솔라비스는 연간 40t 규모의 생산 능력을 갖춘 강원 횡성 공장을 2·4분기 내 완공할 계획이다.
삼성SDI는 2023년 업계 최초로 전고체 배터리 파일럿 라인을 구축하고 시제품 생산을 시작했으며, 2027년 상용화를 목표로 하고 있다. SK온 역시 황화물계 전고체 배터리 등 두 가지 유형을 개발 중이다. 각각 2025년과 2026년에 파일럿 시제품 생산을 시작하고, 2028년과 2029년에 상용화 시제품 생산을 진행할 계획이다.
LG에너지솔루션은 최근 전고체 배터리의 충전 속도를 10배 높일 수 있는 기술 개발에 성공했다. 시카고대학교 셜리 멍 교수와의 협업을 통해 해당 기술을 연구했다. 이를 통해 배터리 무게를 줄이고 부피를 축소하면서도 에너지 밀도를 극대화할 것으로 기대하고 있다.
완성차 업체들도 전고체 배터리 개발에 적극적으로 나서고 있다. 현대차는 전고체 배터리를 연내 시범 양산에 들어가고, 2030년 본격적인 양산을 목표로 전고체 배터리 기술 개발을 가속화하고 있다. 일본 도요타는 2027년 전고체 배터리를 탑재한 전기차 출시를 목표로 하고 있으며 혼다와 GM은 2030년 상용화를 목표로 공동 개발을 진행 중이다. 독일 BMW 역시 미국 솔리드파워에 투자해 올해까지 전고체 배터리 시제품을 개발하고, 이를 적용한 전기차를 2030년까지 양산할 계획이다.
기술력의 우수성과 강력한 시장 기대감 덕분에 전고체 배터리는 향후 에너지 전환과 친환경 자동차 보급 확대에 결정적인 역할을 할 전망이다. 마켓US에 따르면 전고체 배터리 시장은 연평균 31.1% 성장해 2033년에는 24조1000억원 규모에 이를 것으로 전망된다. 특히 고체 전해질이 전체 전고체 배터리 시장의 40%를 차지할 것으로 예상된다.
다만 전고체 배터리는 여전히 높은 기술적 난이도와 대량 생산 시 비용 문제는 해결돼야 할 중요한 과제로 남아 있다. 실제 기존 액체 전해질 배터리와 달리 고체 전해질을 사용함에 따라 제조 과정에서 공정 관리가 복잡하고, 고품질 원재료 확보가 어려워 초기 생산 비용이 크게 상승한다. 게다가 고체 전해질과 전극 간의 계면 저항 문제, 내구성 및 안정성 확보 등 기술적 난제들이 상용화 전에 해결돼야 할 중요한 과제로 대두되고 있다.
업계 전문가는 “전고체 전지는 신규 원재료 사용이 많아짐에 따라 가격 경쟁력을 확보하는 것이 필수적”이라며 “효율적인 대량 생산 체계 구축이 중요한 과제가 될 것”이라고 분석했다.
dschoi@fnnews.com 최두선 기자