포스코퓨처엠

AI는 단순히 새로운 기술을 넘어, 산업의 지형을 바꾸고

우리의 일하는 방식과 소통하는 방법도 재정의하고 있습니다.

이러한 변화의 물결 속에서, ‘정확하고 핵심적인 정보’를 얻는 능력은

그 어느 때보다 중요해졌는데요.

‘Q&AI’에서는 복잡하고 어려운 배터리, 전기차 관련 기술이나 트렌드에 대해

강력한 정보 분석과 정리 능력을 가진 AI에게 질문해

누구나 이해하기 쉽게 핵심만 짚어드리고자 합니다.

여덟번째 주제로, 차세대 꿈의 배터리라고 불리는

‘전고체 배터리’의 모든 것을 알아보겠습니다.

🔋 꿈의 배터리 ‘전고체 배터리’의 모든 것

🚙 전고체 배터리란?

배터리에는 양극와 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’이라는 물질이 있는데요.

현재 우리가 스마트폰이나 전기차에서 흔히 사용하는 리튬이온 배터리는 양극와 음극 사이를 채우는 이 전해질이 액체 상태입니다. 하지만 액체 전해질은 온도 변화에 민감하고, 인화성을 갖고 있어 외부 충격 시 누수나 화재 위험이 있다는 단점이 있죠. 전고체 배터리는 이 전해질을 단단한 고체로 대체해 폭발하지 않는 배터리라는 별명을 얻으며 등장했습니다.

👍 전고체 배터리의 특징

1. 높은 안전성 : 고체 전해질은 불연성 소재이므로 화재나 폭발 위험이 현저히 낮습니다.

2. 고밀도 에너지 : 배터리 내에 액체 전해질과 분리막이 차지하던 공간이 줄어들어 그 자리에 더 많은 용량을 담을 수 있습니다. 즉, 배터리 크기는 줄이면서 용량을 늘릴 수 있죠.

3. 넓은 작동 온도 범위 : 전고체 배터리는 -40℃-100℃ 환경에서도 안정적으로 작동이 가능합니다.

4. 초고속 충전 및 장수명 : 리튬이온의 이동속도가 빠르고 안정적이어서 충전시간을 단축할 수 있으며, 배터리 열화가 적어 수명이 매우 깁니다.

👎 전고체 배터리의 단점 및 과제

1. 높은 계면저항 : 고체인 양극과 고체인 전해질이 맞닿아 있다 보니, 서로가 액체처럼 빈틈없이 접촉하기 어렵습니다. 이로 인해 전기의 흐름(리튬 이동 이동)이 방해받는 ‘계면 저항’ 문제가 발생할 수 있습니다.

2. 제조 공정 난이도와 가격 : 대량 생산을 위한 공정 기술이 아직 개발 단계에 있으며, 고체 전해질 소재(황화물계 등)의 가격이 매우 비쌉니다.

✈ 전고체 배터리는 어디에 쓰일까?

전고체 배터리가 상용화 된다면 다음과 같은 분야에서 혁신을 일으킬 것으로 예상되고 있습니다.

○ 전기차(EV) : 전고체 배터리의 가장 핵심적인 분야입니다. 1회 충전으로 800km-1,000km 이상 주행이 가능해져 내연기관차를 완전 대체할 수 있을 정도의 주행거리를 갖추게 됩니다.

○ 로보틱스 : 산업용 로봇, 서비스 로봇, 휴머노이드의 배터리 팩 경량화로 기동성을 향상하고 장시간 자율 동작을 위한 고밀도ㆍ고안전성 전원을 공급할 수 있고, 고속 충전으로 작업 효율을 극대화 할 수 있을 것으로 기대됩니다.

○ 에너지 저장 장치(ESS) : 장기 저장 시 성능 저하를 최소화 해 대규모 전력을 안전하게 보관해야 하는 산업용 ESS 시장에서도 각광받을 것으로 예상됩니다.

○ 도심항공모빌리티(UAM) : 가벼우면서도 고출력이 필요한 드론 택시, 전기 비행기에 전고체 배터리가 핵심 동력원이 될 것입니다.

○ 웨어러블 기기 : 소형화ㆍ경량화로 스마트워치, AR 글래스 등 인체에 밀접한 기기에서 화재 걱정 없이 사용 가능합니다.

☀ 향후 전망

현재 전 세계 주요 배터리 제조사와 완성차 업체들은 2020년대 후반(2027-2030) 상용화를 목표로  치열한 개발 경쟁을 벌이고 있습니다. 특히 전고체 배터리 시대가 도래하면, 배터리의 핵심 소재인 양극재와 음극재의 중요성은 더욱 커지는데요.

양극재는 고체 전해질과 잘 반응하고 효율을 높일 수 있는 차세대 하이니켈 양극재가 필요하고, 음극재의 경우, 기존 흑연 대신 리튬메탈 등을 사용해 에너지 밀도를 극대화하는 방향으로 발전할 것으로 전망됩니다.

포스코퓨처엠 역시 이러한 시장 변화에 발맞춰 전고체 배터리에 최적화된 양ㆍ음극재 개발에 박차를 가하며 미래 시장을 선도할 준비를 하고 있습니다.

전고체 배터리는 단순 기술의 진보를 넘어, 전기차 시대를 완성하는 ‘마지막 퍼즐 조각’과도 같습니다. 아직 해결해야 할 기술적 난제들이 남아있지만, 머지않은 미래에 우리 일상 속으로 들어올 것입니다.