[M 투데이 최태인 기자] 전기차 시장이 급성장하면서 차세대 배터리 원천 기술 확보를 위한 업계 경쟁이 치열해지고 있다.

특히, 최근 배터리 화재 논란이 이슈로 떠오르면서 '꿈의 배터리'라고 평가받는 전고체 배터리에 대한 관심이 커지고 있다.

전고체 배터리는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 기존 액체에서 고체로 대체해 안전성과 성능 면에서 진일보한 배터리다. 기존 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도가 높고, 유기 용매가 없어 화재나 폭발 위험성이 적다는 장점이 있다.

업계에 따르면, SK온은 최근 세계 최고 수준의 리튬이온전도도를 갖춘 산화물계 신(新)고체전해질 공동 개발에 성공했다.

SK온이 단국대 신소재공학과 박희정 교수 연구팀과 공동 개발한 산화물계 고체전해질 관련 연구 결과가 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스' 표지논문으로 실렸다. 이 기술로 국내외 특허 출원도 마쳤다.

연구진은 산화물계 고체전해질 소재인 LLZO(리튬·란타넘·지르코늄·산소)의 첨가물질을 조정해 리튬이온전도도를 기존보다 70% 개선했다.

리튬이온전도도는 전해질 내 리튬이온의 이동 속도다. 속도가 빠를수록 배터리 출력이 커지고 고속으로 충전된다.

이 고체전해질은 SK온이 개발 중인 고분자·산화물 복합 배터리에 적용할 수 있다. 배터리에 적용하면 전기차의 화재 안전성과 장거리 주행을 모두 충족한다는 게 회사 측 설명이다.

SK온은 고분자·산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체 배터리를 개발하고 있다. 모두 오는 2026년 초기 단계 시제품을 생산해 2028년 상용화가 목표다.

또 삼성SDI는 수원 연구소 내에 전고체 배터리 파일럿 라인 'S라인'을 상반기에 구축, 배터리 3사 중 전고체 배터리 기술 개발에 가장 앞선 것으로 평가받는다.

S라인에는 전고체 전지 전용 극판 및 고체전해질 공정 설비, 전지 내부의 이온 전달을 원활하게 하는 셀 조립 설비를 비롯한 신규 공법과 인프라가 도입됐다.

지난 6월에는 전고체 배터리의 개발 시제품 생산에 들어갔다. 연내 고객향 시제품 생산도 시작할 계획이며, 완성차 업체 데모 차량 탑재도 협의 중인 것으로 알려졌다.

이어 오는 2025년에 전고체 배터리 대형 셀 생산 기술을 개발하고, 2027년 양산에 들어간다는 계획이다.

삼성SDI는 황화물계 전고체 배터리를 개발 중이다. 고체전해질 소재와 리튬 음극재로 수명을 개선한 독자 기술인 무음극 기술도 강점이다.

반면, LG에너지솔루션은 고분자계와 황화물계 전고체 배터리를 동시에 개발하는 전략을 펼치고 있다.

상대적으로 기술 난도가 낮은 고분자계 전지를 먼저 2026년에 양산하고, 2030년 이후 황화물계 전지를 상용화한다는 목표다.

LG에너지솔루션은 국내외 대학 및 기관들과 공동 연구센터를 설립해 차세대 배터리 원천 기술 확보에 적극적으로 나서고 있다.

특히, 전고체 배터리 최고 권위자인 셜리 멍(Shirley Meng) 교수가 이끄는 미국 샌디에이고 캘리포니아 대학(UCSD) 연구팀은 지난 2021년 '상온 구동 장수명 전고체 배터리'를 LG에너지솔루션과 공동 개발해 성과를 인정받았다.

전고체 배터리는 60도 이상 고온에서만 충전이 가능한 기술적 한계가 있었는데, 연구진은 상온 급속 충전이 가능한 기술을 개발, 연구 결과가 과학저널 사이언스지에 실렸다.

에너지 전문 시장조사업체 SNE리서치는 전고체 배터리가 오는 2027년 양산에 들어가 2035년에는 전체 배터리 시장의 10∼13%를 차지할 것으로 전망했다.

아울러 글로벌 전고체 배터리 사용량은 오는 2030년 149∼160기가와트시(GWh), 2035년 950∼1천413GWh 규모로 성장할 것으로 예상했다.