[인더스트리뉴스 정한교 기자] ‘꿈의 배터리’로 불리며, 차세대 이차전지 산업을 주도할 것으로 주목받는 전고체배터리를 선점하기 위한 세계 각국의 노력이 뜨겁다.

‘전고체배터리’가 꿈의 배터리로 주목받는 이유는 높은 에너지밀도로 전기자동차에 적용시 긴 주행거리르 보장하며, 화재위험이 매우 적기 때문이다. 현재 가장 대중적으로 사용되는 리튬이온배터리는 고온 사용, 과충전, 과방전, 물리적 충격, 전기적 충격 등이 가해지면 안전성에 문제가 발생한다.

액체 전해질을 사용하는 리튬이온배터리는 에너지 효율은 좋지만, 수명이 상대적으로 짧다. 전해질이 가연성 액체여서 고열에 폭발할 위험도 있다.

이에 반해 전고체배터리는 충격에 의한 누액 위험이 없고, 인화성 물질이 포함되지 않아 발화 가능성이 낮다. 또한, 액체 전해질보다 에너지밀도가 높으며, 충전 시간도 리튬이온배터리보다 짧다.

대용량 구현도 가능해 완전 충전시 전기차의 최대 주행거리를 800~1,000km 정도로 늘릴 수 있다. 이처럼 현재 상용화된 전기차의 한계를 극복할 열쇠로 전고체배터리를 주목하면서 차세대 시장을 선점하기 위한 기술개발이 한창이다.

에너지경제연구원 세계 에너지시장 인사이트에 따르면, 중국 중앙 및 지방 정부가 최근 연이어 전고체배터리 산업 육성 장려 정책을 발표하고 있다.

2025년 2월 공업정보화부 등 8개 부처는 ‘에너지저장장치 제조업 고도화 행동 방안’을 통해 에너지저장용 전고체배터리 산업 성장을 지원하며, 리튬배터리와 납배터리의 고체화를 추진한다고 명시했다.

이어 4월에는 ‘2025년 공업정보화 표준 업무 요점’에서 전고체배터리 표준 체계를 구축하고, 산업화를 가속화한다고 명시했으며, 베이징, 상하이 등의 지방정부는 전고체배터리를 산업계획에 포함시켰다.

이에 따라 신에너지차(New Energy Vehicle, NEV), 에너지저장, 소비자 전자제품 등의 분야에서 전고체배터리 활용이 확대되고 있다.

전고체배터리는 신재생에너지산업 구조를 재편할 핵심 기술로 부상하고 있지만, 대규모로 양산하기까지는 기술, 비용, 공급망 등 문제 해결이 필요한 상황이다.

대다수 양·음극재 소재는 리튬 삽입과 탈리 과정에서 부피 팽창이나 축소가 발생해 고체전극과 전해질 사이의 계면이 분리될 수 있으며, 이로 인해 배터리 수명 성능이 저하될 수 있다. 전고체배터리의 소재 비용만 하더라도 기존 리튬이온배터리의 3~5배가 넘는 2위안/Wh에 달한다.

고체 전해질, 리튬 메탈 음극재 등의 핵심 소재의 대량 생산 체계도 아직 미비해 일부 기술은 특허 장벽으로 산업 성장에 제약이 되고 있다. 이에 CATL, SVOLT 등 중국 기업들은 과도기적 전략으로, 액체와 고체 중간단계인 젤 형태의 전해질을 사용하는 ‘반고체배터리’ 생산라인을 구축하고, 상업가동에 들어가고 있다.

고체 및 액체 전해질 장점 수용한 ‘반고체배터리’

반고체배터리는 액체로 이뤄진 리튬이온배터리와 고체로 이뤄진 전고체배터리의 중간 단계로, 두 배터리의 장점을 모두 취하고자 하는 배터리다. 고체의 안정성과 액체의 유동성을 모두 갖추고 있어 안정성과 에너지밀도를 동시에 향상시킬 수 있는 특징을 보여준다.

이에 2027년 이전에는 반고체배터리가 하이엔드급 전기차에 상용화될 것으로 예상된다. 전고체배터리는 기술혁신이 추진되고 소규모로 탑재를 검증하는 단계에 있으며, 초기에는 전기 수직이착륙 항공기(eVTOL), 로봇 등 세부 분야에 소량 활용될 전망이다.

2027년 이후에는 전고체배터리가 전기차에 대량 탑재될 전망이며, 초기에는 하이엔드(high-end)급 전기차, 항공우주, 가정용 에너지저장장치 등과 같은 성능과 안정성에 대한 기준이 높은 부문부터 사용될 것으로 예상된다. 이후 2030년을 전후로 산업화 전환점을 맞이해 전고체배터리의 시장 침투율이 빠르게 증가할 것으로 전망되고 있다.

한편, 우리 정부는 총 1,824억원을 투입해 전고체배터리 상용화를 추진하고 있다. 스마트워치, VR헤드셋, 무선이어폰, 스마트링 등 인체밀착형 소형 기기에 적용되는 고분자계 전고체배터리는 2028년까지 국비 250억원, 민간 108억원 총 358억원이 투입된다.

전기차 등 중대형 배터리에 적합한 황화물계 전고체배터리는 2028년까지 국비 821억원, 민간 351억원 총사업비 1,172억원이 투입되며, 전자기기 보조전원 역할을 위해 PCB 기판에 부착되는 산화물계 전고체배터리는 2026년까지 국비 212억원, 민간 82억원 총 294억원이 투입돼 상용화를 목표한다.

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