전고체 배터리: 일본은 배터리에 진심인 편 / 리튬이온배터리와 비교

일본은 전고체 배터리에 진심을 다하는 중이다. 도요타가 올해 전고체 배터리를 탑재한 차를 내놓겠다 했고, 닛산도 총력을 다하고 있다. 일본은 관련 특허만 100개 넘게 보유 중이다. 한국에서는 삼성SDI가 연구 중이지만, LG화학, SK이노베이션 등 세계적으로 배터리 점유율이 높은 회사들은 리튬이온배터리에 집중하고 있다.

 

배터리는 양극재에 있는 리튬이온이 분리막을 거쳐 음극재로 이동하면서 발생하는 전류를 에너지로 사용하는 것이다. 리튬이온배터리는 전해질이 액체로 이뤄져있는 것이고, 전고체배터리는 고체로 이뤄진 것이다.

노벨상 받고 환하게 웃는 요시노 아키라..귀여웡

일본은 전고체에 매달릴 수 밖에 없다. 전기차에 대한 관심이 그다지 많지는 않았는데, 그러다보니 리튬이온배터리에 대한 점유율을 모두 한국과 중국(CATL)에 빼앗겼다. 본래 2차전지인 리튬이온전지의 출발은 일본이었다. 최초 논문은 미국에서 나왔는데, 도시바 회사원인 '요시노 아키라'가 현재 쓰이는 것과 비슷한 원형을 만들어냈다. 게다가 이 형님은 노벨상도 수상했다. 

 

출처: 삼성SDI

그럼에도 현재는 배터리 주도권을 뺏긴 일본으로서는 전고체에 총력을 다 할 수밖에 없다. 전고체의 핵심은 안정성과 에너지 밀도 그리고 가격이다. 전기차에서 현대고 테슬라고 너나할 것 없이 화재사건이 발생하는 것은 리튬이온배터리의 불완전성 때문이다. 전해질이 액체이기 때문에 열관리나 차량 상태에 따라서 불안정해지고 화재가 발생할 수 있는 것이다. 전고체 배터리는 전해질을 고체로 만든 것인데, 그러면 에너지 밀도가 올라가고 안정성도 잡는다. 주행거리도 당연히 늘어난다. 현재 리튬이온배터리로서는 어려운, 1회 충전에 1,000km도 가능하다고 한다. 게다가 충전 시간도 급격히 줄일 수 있다.

이렇듯 전고체는 장점이 많다. 안정성은 물론이고 주행거리에다가 소형화도 가능하다. 또, 충전시간이 줄어드는 것은 충전 인프라에 대한 고민을 해결해 줄 수도 있다. 하지만 문제는 양산과 경제성이다. 이 부분에서 테슬라와 토요타의 길이 다른 것인데, 테슬라는 당장에 양산차를 뿌려야하니까, 리튬이온배터리의 단가를 낮추고 성능을 개선하고자 한다. 반면 토요타는 전고체에 확신을 갖고 2000년대 후반부터 기술개발 중이다. 이미 기술력이 상당할 것으로 보인다. 차츰 소형 IT기기에서 부터 적용하면서 전기차에도 적용하는 날이 올 것이다. 다만 역시나 양산과 가격을 맞출 수 있는지가 관건이다.

게다가 리튬이온배터리 기술도 점차 발전하면서 단점을 극복하고 있다. 음극재에 실리콘을 적당량 함유(현재 5%수준, LG화학)함으로써 주행거리 부분에서도 상당히 개선된다고 한다. 지금은 가격이 비싸서 주로 고가형 자동차에 들어간다. 함유량이 늘어나고 생산 단가가 낮아지면 눈에 띄게 성능 개선이 될 것으로 보인다.

 

결론적으로 이론상 전고체배터리가 훨씬 우수한 것이 맞지만, 생산 단가나 양산을 생각했을 때, 적어도 10년까지는 시장장악이 힘들다는 의견이 많다. 테슬라가 또 핵심이 될 수 있는데, 일론 머스크가 발표한 것 처럼 반 값 배터리에 성공한다면 일본으로서는 안타깝지만 전고체 쪽은 더욱 힘을 잃지 않을까한다.