전례에 없던, 경쟁관계의 현대와 삼성의 두 총수의 만남으로 이어진 미래 먹거리, 전고체 배터리 동맹!
꿈의 배터리라 불리는 차세대 전지에 대한 관심이 뜨겁습니다. 바로 전고체 배터리인데요 상용화까지는 멀고도 먼 길이라고 여겨졌던 이 전고체 배터리가 왜 갑자기 관심폭발로 이어져 시장을 뜨겁게 달고 있는지 살펴보기로 하겠습니다.
아직 나오지도 않은 전고체 배터리 기대감 원인은?
13일, 대한민국의 대표적인 기업인 삼성의 이재용 부회장 현대의 정부회장을 전기차 배터리 사업장인 삼성 SDI로 초대하면서 시작되었습니다. 학계 및 배터리 업계가 주목했던 전고체 배터리에 대한 관심이 전례 없는 두 거물 기업인의 만남으로 이어지면서 꿈이 아닌, 상용화도 기대하게 하는 움직임으로 시장이 받아들이는 이유입니다. 삼성은 예전, "네이처 에너지"에 배터리 신기술을 세계 최초로 공개하기도 한 전력도 가지고 있습니다.
전고체 배터리와 이온리튬 배터리의 차이점과 특성
전고체 배터리와 리튬이온 배터리는 모두 충전식 배터리이지만 디자인과 소재가 다릅니다.
리튬 이온 배터리는 액체 또는 겔 전해질을 사용하여 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 이동하여 전기를 생산할 수 있습니다. 양극은 일반적으로 리튬 금속 산화물로 구성되는 반면, 음극은 흑연으로 구성됩니다. 리튬 이온 배터리는 휴대용 전자 제품, 전기 자동차 및 에너지 저장 시스템에 널리 사용됩니다.
반면에, 고체 배터리는 액체나 젤 전해질 대신 고체 전해질을 사용합니다. 고체 전해질은 세라믹, 고분자 또는 복합체를 포함한 다양한 재료로 제조될 수 있습니다. 양극 및 음극 소재는 리튬이온전지에 사용되는 소재와 유사하지만, 고체 설계로 분리막이 필요 없고 열폭주의 위험이 줄어듭니다.
장점:
1. 안전성: 고체 배터리는 누출, 화재 및 폭발 위험이 적기 때문에 리튬 이온 배터리보다 안전합니다.
2. 에너지 밀도: 고체 배터리는 리튬 이온 배터리보다 에너지 밀도가 높기 때문에 동일한 부피나 무게로 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다.
3. 충전 시간: 고체 전지는 이온의 흐름에 대한 저항이 크지 않기 때문에 리튬 이온 전지보다 충전 시간이 빠릅니다.
4. 수명: 솔리드 스테이트 배터리는 시간 경과에 따른 열화에 덜 취약하기 때문에 리튬 이온 배터리보다 수명이 더 길 수 있습니다.
전고체 배터리의 단점:
이온 전도도가 낮아서 고출력이 어렵습니다.
고체 전해질 재료의 가격이 비싸고 생산기술이 부족합니다.
온도에 민감하고 셀 내부에서 균열이 발생할 수도 있다고 합니다.
전고체 배터리를 개발해야 하는 이유
전고체 배터리가 필요한 이유는 무엇일까요? 그것은 바로 전기차용 배터리 용량을 높여야 하기 때문입니다.
많은 시장조사기관에서는 앞으로 전기차가 내연기관차를 대체해 자동차업계의 주류로 성장할 것이라고 예측하고 있습니다. 그리고 전기차가 확실한 대세가 되기 위해서는 현재의 내연기관차와 비슷한 수준의 주행거리를 구현해야 하고, 이를 위해 핵심부품인 전기차용 배터리 용량을 증가시키는 것이 무엇보다 중요합니다.
배터리의 용량을 늘리는 방법은 두 가지가 있는데 첫 번째는 배터리의 개수를 늘리는 것입니다. 하지만 이 경우는 배터리 가격 상승과 공간 효율성을 저해시키기 때문에 실현하기 어렵습니다.
전고체 배터리는 기존의 리튬이온 배터리에 비해 에너지 밀도가 높습니다. 폭발이나 화재의 위험성이 사라지기 때문에 안전성과 관련된 부품들을 줄이고 그 자리에 배터리의 용량을 늘릴 수 있는 활물질을 채웠기 때문입니다.
전고체 배터리로 전기차 배터리 모듈, 팩 등의 시스템을 구성할 경우, 부품 수의 감소로 부피당 에너지 밀도를 높일 수 있어서 용량을 높여야 하는 전기차용 배터리로 안성맞춤입니다.
전고체 배터리의 상용화?
전고체 배터리의 상용화까지는 아직도 먼 길이 남아 있다고 믿어 왔지만, 최근 전고체 배터리 관련 기업의 투자와 기술력을 앞세우고, 국내외 여러 기업들이 2025년까지 양산할 계획을 세우고 있다는 소식입니다.
삼성 SDI는 2027년까지 전고체 배터리 개발을 목표로 하고 있다는 뉴스와 함께 삼성 오너인 이재용 회장이 직접 공장을 방문하면서 시장은 뜨거운 반응을 보이고 있는 현실입니다. 대표적인 대기업뿐만 아니라 전고체 배터리 소재기업까지 기대를 모으고 있기 때문에 상용화까지는 꿈이라던 전고체 배터리의 등장도 기대를 한껏 모으고 있습니다.
국내 대표적인 전고체 배터리 관련 기업들
삼성 SDI, LG에너지설루션, SK온 등의 2차 전지 대기업들을 필두로, 미래컴퍼니, 이수화학, 한농화성, 덕산테코피아, 동화기업, 천보, 씨아이에스, 아바코, 일진머티리얼즈, 테이팩스, 대주전자재료 등의 중소기업들도 관련 소재나 부품을 공급하며 개발과 연구를 하고 있다고 알려져 있습니다.
미국에서는 퀀텀 스케이프, 솔리드 파워, 아이오닉 메터리얼즈, 세라노스 등의 기업들이 전고체 배터리 개발을 하고 있습니다.
삼성 SDI : 1970년 설립된 디스플레이 및 2차 전지 전문 기업으로 현재는 친환경. 에너지 대표기업으로 새로운 길을 열고 있다고 합니다. 스마트폰, 노트북, 태블릿 등의 IT용 배터리와 전기자동차용 배터리를 생산하고 우리나라를 대표하는 전고체 배터리 개발 기업입니다.
LG에너지설루션 : LG화학에서 배터리 관련부문이 분사하여 나온 기업입니다. 휴대폰, 노트북, PC 등 모바일 기기에 쓰이는 소형 전지 및 전기자동차용, ESS용 리튬이온 전지 등을 생상, 판매하는 2차 전지 기업입니다. 세계적인 기술력과 안정성을 갖춘 기업으로 인정받고 있어요.
미래컴퍼니 : 2004년 설립된 전자부품 제조 기업입니다. 주요 제품은 액정디스플레이 및 유기발광다이오드(OLED)의 핵심 부품인 컬러 필터와 터치 센서 등을 생산하고 있습니다. 미래 컴퍼니는 전고체 배터리 관련주로 주목받고 있으며, LG화학과 협력, 전고체 배터리 소재를 공급할 예정이라는 뉴스에 연일 상종가를 기록했습니다.
이수화학 : 1985년 설립된 화학소재 제조 기업으로 주요 제품은 폴리우레탄, 폴리에스터, 폴리카보네이트 등의 수지 필름 등을 생산합니다. 전고체 배터리 관련주로 주목받게 된 이유는, 삼성 SDI와 협력하여 배터리 소재를 공급할 예정이기 때문입니다. 또한, 미국 솔리드 파워와 황화리튬(Li2S) 공급을 위한 MOU 체결이슈로 시장의 주목을 받고 있습니다.
한농화성 : 1976년 설립된 화학소재 제조 기업이며, 폐기물 재활용을 통한 에코소재와 자동차 부품 등을 주력으로 다루고 있습니다. 전고체 배터리로 주목받는 이유는 SK온과 협력하여 전고체 배터리 소재를 공급할 예정이기 때문입니다.
천보 : 1999년 설립된 반도체 장비 및 부품 제조 기업이며, 반도체 패턴 검사장비(PIS), 반도체 패턴 리뷰장비(PR), 반도체 패턴 클래시파이어 등의 장비와 세라믹 부품 등을 판매합니다. 전고체 배터리 관련주로 기대를 모으는 이유는, 미국의 퀀텀 스케이프와 협력하여 전고체 배터리 장비를 공급하게 된다고 합니다.
씨아이에스 : 2000년 설립된 반도체 장비 및 부품 제조를 합니다. 반도체 원자층 증착(ALD) 장비와 용액 등을 제품이 주력이며, LG화학과 협력하여 전고체 배터리 장비를 공급할 계획이라고 합니다.
아바코 : 2000년에 설립된 반도체 소재 제조 기업으로 디스플레이 공정용 스퍼터, 물류, 모듈 장비와 반도체 검사 장비가 대표적입니다. 아바코는 전고체 이차전지의 고체 전해질을 고속으로 증착하는 공정 및 장비를 개발 중이기 때문입니다.
대주전자재료 : 1999년 설립된 반도체 소재 제조 기업으로 반도체 패키지용 도금 소재와 반도체 패턴화용 포토레지스트로 유명하며, 이 번 전고체 배터리관련주로 오르게 된 이유는 삼성 SDI와 협력관계가 부각되었기 때문입니다.
이외에도 관련 기업들이 있으며, 전고체 배터리의 고체 전해질은 여러 가지 종류가 있다고 하는데요, 세라믹스나 유기물, 폴리머 등으로 각각의 장단점이 있지만, 일반적으로 세라믹스가 가장 높은 이온전도도를 가진다고 합니다. 전고체 배터리의 고체 전해질은 주로 증착 방식으로 얻어지는데, 증착 방식은 기판 위에 물질을 증발시켜서 얇은 막으로 만드는 방법이라고 해요. 예를 들어, 스퍼터링이나 화학증착(CVC) 등의 방식이 대표적으로 알려져 있답니다.
꿈의 영역이라고 했던 전고체 배터리의 영역도, 결코 꿈이 아닌 현실이 될 수 있다는 확신을 기술력이나 정보력 측면에서 세계적이라고 자부하는 우리 기업이 반드시 이뤄 내길 간절히 바라면서 시장의 주목을 받고 있는 전고체 배터리에 대해여 간단하게 정리해 보았습니다.
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