리튬이온배터리의 ‘왕좌’를 이을 차세대 배터리 기술 선점을 위한 글로벌 업체 간의 경쟁이 치열하게 펼쳐지고 있다.

SK이노베이션은 이승우 미국 조지아 공과대학 교수와 협력해 차세대 전고치 배터리 개발에 나선다고 16일 밝혔다. 이 교수는 한국과학기술원(KAIST)과 공동으로 고무 형태의 고체 전해질(사진)을 개발해 세계적 학술지 ‘네이처’에 이름을 올린 학자다.

이 교수가 개발한 고체 전해질은 차세대 ‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리의 상용화를 앞당길 기술로 평가된다. 이온이 잘 흐르는 정도를 뜻하는 이온전도도를 기존 고체 전해질보다 100배나 끌어올렸고, 고무라 신축성도 뛰어나 배터리 내부의 손상에서도 안전하다. 이 기술이 적용되면 현재 1회 충전 시 500km를 달리는 전기차의 주행거리를 800km까지 늘릴 수 있을 것으로 기대된다.

전고체 배터리는 현재 대세인 리튬이온배터리의 뒤를 이을 가장 유력한 후보로 꼽힌다. LG에너지솔루션·삼성SDI·SK이노베이션 등 국내 기업은 물론 글로벌 배터리 스타트업, 토요타 등 글로벌 완성차 회사들도 개발에 뛰어든 바 있다. 액체 전해질을 써 폭발 위험이 큰 기존 배터리와 달리 전고체 배터리는 폭발 위험이 없다. 따라서 폭발을 방지하기 위한 분리막이나 냉각장치가 필요하지 않아 그만큼 배터리 용량을 개선할 수 있다는 장점이 있다.

다만 상용화를 위해서는 낮은 이온전도도에 따른 배터리 출력의 한계와 고체의 계면저항(경계면에서 물질의 이동성이 저하되는 현상)으로 인한 수명단축 등의 난제를 풀어야 한다. 업계에서는 2025년쯤 상용화 제품이 등장해 2030년쯤 전체 배터리의 7~10%를 차지할 것으로 보고 있다.

이달 말 ‘상장 대박’을 예고한 LG에너지솔루션은 전고체 배터리 외에도 ‘리튬황 전지’ 개발에 주력하고 있다고 밝힌 바 있다. 리튬황 전지는 양극 소재를 저렴한 황을 사용하는 전지다. 전기차보다는 도심항공모빌리티(UAM)나 드론 등 작은 비행체에 탑재하는 용도로 성능보다는 가격경쟁력 측면에서 강점을 가질 것으로 기대된다.

세계 1위 배터리 기업 중국 CATL은 지난해 나트륨이온 배터리 개발 계획을 밝힌 바 있다. 마찬가지로 성능은 떨어지지만, 일반 리튬이온 배터리보다 생산가가 20%나 저렴한 것으로 알려졌다. 영하 20도에서도 잘 작동하는 나트륨이온 배터리는 겨울철에도 전기차를 안정적으로 운용할 수 있도록 도울 것으로 보인다. 다만 기존 배터리보다 현저히 낮은 에너지 밀도가 해결 과제로 꼽힌다. CATL은 나트륨이온 배터리를 내년 중으로 공급할 계획이다.