장밋빛 전망 가득한 전고체 배터리…전문가, “아직 갈 길 멀다”

리튬이온배터리의 안전성 문제가 표면으로 떠오르면서 안전성과 에너지 밀도를 동시에 높일 수 있는 ‘전고체 배터리’가 차세대 전지로 주목받고 있지만, 기술적 어려움과 생산 기술 부족으로 상용화까지 오래 걸릴 것이란 전망이 나왔다.

김경수 한국전자기술연구원 차세대전지연구센터 책임은 “전고체 배터리는 아직 갈 길이 멀다”고 말했다.

전고체 배터리는 양극과 음극 사이를 액체 전해액 대신 고체 전해질로 채운 2차 전지다. 리튬이온배터리의 화재 위험은 주로 가연성의 전해액에서 비롯된다. 이를 불연성의 고체전해질로 바꾸면 전기화학적 안정성이 높아지고, 장시간 보관 시에도 부풀거나 가스가 발생하지 않게 된다.

또한, 액체 전해액보다 에너지 밀도가 높으면서도 리튬이온배터리보다 충전 시간은 짧다. 대용량 구현이 가능해 전기자동차에 탑재될 경우 최대 주행 거리를 대폭 늘릴 수 있어 리튬이온 패터리를 대체할 기술로 주목받고 있다.

하지만 고체 전해질은 액체 전해액보다 전도성이 낮아 효율이 떨어진다는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 다양한 기업이 황화물계, 산화물계, 고분자계 등 다양한 종류의 고체 전해질을 연구하고 있지만, 상용화에는 어려움을 겪고 있다.

황화물계 고체전해질은 부드러운 물성으로 계면을 형성하기 용이하고, 큰 면적의 시트로 제조할 수 있다. 하지만 수분안정성의 개선이 필요한 상황이다.

산화물계 고체전해질은 딱딱한 물성으로 계면을 형성하기 어려워 이온 전도도가 매우 낮다. 또한, 대면적으로 제작하기가 불가능하다.

고분자계 전해질은 상온에서 구동할 수 없고, 섭씨 60도 이상에서만 사용할 수 있다.

종류별로도 기술적 해결과제가 있지만, 공통적인 어려움도 있다. 김경수 책임은 기자와의 대화에서 “제조 기술을 개발하는 것이 가장 어렵다”면서, “전고체 배터리는 아예 새로운 제조 기술을 사용해야 하는 상황이지만, LiB(리튬이온배터리) 설비 기업은 LiB 수요를 맞추느라 전고체배터리를 위한 새로운 장비 개발에는 관심이 없다”고 설명했다.

또한, “전고체 배터리는 소형 셀에서 중형 셀까지 3년 정도가 걸렸고, 대형 셀을 만드는 연구는 2017년에 시작됐지만 아직 소식이 없다”면서, “전기자동차에 적용하기까지는 갈 길이 멀다”고 말했다.