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탄소배출량 제로(Net Zero)를 위한 전 세계 노력의 핵심으로 전기차(EV)가 자리 잡으면서 자동차 업체들이 앞 다퉈 첨단 배터리 기술에 대한 투자를 늘리고 있다. 이미 업계에서는 차세대 배터리로 불리는 전고체 배터리 연구개발과 함께 시제품이 개발 중이다. 

전고체 배터리는 리튬이온 전지의 액체 전해질을 고체로 대체하는 차세대 배터리다. 따라서 인화성 액체가 없기 때문에 폭발 및 화재 위험이 줄어들고 고체 전해질이 분리막을 대체할 수 있다. 또 전고체 배터리는 높은 전력으로 충전할 때 발생하는 열 발생 위험을 고려할 필요가 없기 때문에 더 빨리 충전할 수 있고, 압축하면 배터리 용량이 절반 정도 줄어든다.

영국 글로벌 시장조사업체인 아이디테크엑스(IDTechEx)가 최근 발표한 보고서에 따르면 전고체 배터리 시장의 잠재적인 규모는 2030년까지 60억달러(약 7조원) 이상으로 성장할 것으로 예상된다.

현재 CATL, 비야디(BYD), 귀쉬안 하이테크 등 중국 업체들이 전 세계 배터리의 79% 가량을 생산하고 있는데, 이들 업체들 역시 활발히 전고체 배터리 연구 개발 중이다. 그 중 CATL은 올 1월 전고체 배터리와 관련해 특허 2건을 공개한 바 있다. 

중국 전기차업체 니오(NIO)는 올해 1월 9일 중국 청두에서 열린 ’니오 데이 2020(NIO Day 2020)‘에서 150킬로와트(kWh)급 전고체 배터리 팩으로 구동되는 최초의 전기차인 NIO ET7을 공개했다.

니오 측은 “오는 2022년에 출시될 이 신형 세단은 주행거리가 1000km 범위에 도달할 수 있으며, 2022년 4분기부터 신형 전고체 배터리 팩 공급에 자신한다”고 말했다. 또 “니오 전 차종 고객이 배터리를 교환 및 업그레이드할 수 있을 것으로 기대한다”고 덧붙였다. 니오는 배터리 공급업체를 밝히지 않았지만 업계는 중국의 거대 배터리 제조업체인 CATL을 지목하고 있다. 

만약 니오의 2022년 전고체 배터리 전기차 양산이 실현되면 현재 EV 업계 리더인 테슬라는 물론 오랜 기간 전고체 배터리 연구에 공을 들여온 토요타, 폭스바겐 등의 업체를 앞질러 배터리의 패러다임을 바꾸는 주축이 될 수도 있다.   

중국의 전기차 보급률이 빠르게 오르는 것도 전고체 배터리 연구개발(R&D)과 제조에 있어 유리한 점이 될 수 있다. 하지만 업계에서는 이러한 니오측의 발표에 대해 의구심을 드러냈다. 현재 전고체 배터리는 대량 생산 및 맞춤 제조가 이슈인데, 아직 그 어느 업체도 차량 요구 사항에 맞춰 전고체 배터리 생산을 확장하지 못한 것이 현실이다.

이에 전고체 배터리 생산은 빨라야 2025년 이후에나 유의미한 생산량을 제공할 수 있을 것이라는 것이 많은 업계 전문가들의 공통된 의견이다. 한 관계자는 “니오의 계획된 배터리가 완전한 전고체 배터리가 아닌 고체와 액체가 반반일 형태일 것으로 예상한다”고 말했다. 

중국 가스구 오토 리서치 인스티튜트의 리처드 왕 선임 애널리스트는 “중국에서 가장 큰 배터리 제조업체들도 새로운 (전고체 배터리) 팩을 구현하려면 최소 5년이 걸릴 것”이라면서 "전고체 배터리를 만들 때 가장 어려운 부분으로는 리튬 구성 요소의 혁신과 조정, 원자재 소싱, 충전·배출 성능 향상, 광범위한 온도 범위 작동 등이 있다. 생산 공정 문제를 해결하는 것은 말할 것도 없다“고 덧붙였다. 

한편, 미국도 전고체 배터리 개발 경쟁에 한창이다. 지난 5월 로이터통신, CNBC 등 외신은 미국 포드자동차와 독일 BMW가 미국의 전고체 배터리 스타트업인 솔리드 파워에 1억3000만달러(약 1457억원) 규모로 투자한다고 보도했다. 

전고체 배터리 경재에서 특이한 점은 미국의 전기차업체 테슬라다. 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)는 전고체 배터리에 대해선 침묵을 지키고 있지만 니켈이 현재 세대의 리튬이온 배터리에 공급될지 우려하고 있다고 말한 바 있다.

국내에서는 현대자동차가 지난 4월 서울 본사에서 열린 2021년 1분기 경영실적 컨퍼런스콜에서 "리튬이온배터리와 차세대배터리 기술 내재화를 목표로 시장·차급·용도·성능·가격별 최적화된 배터리 개발을 추진하고 있다"고 말했다.

이어 2025년 전고체배터리를 탑재한 전기차의 시범 양산을 시작으로 2027년 양산 준비, 2030년 본격 양산의 차세대 전지 로드맵을 공식화했다. 삼성SDI의 경우 전고체 전지 양산 시점을 2027년 목표로 하는 것으로 알려졌다. 

이에 대해 2일 SK증권 정규진 연구원은 “기존 리튬이온 배터리보다 안정성 높은 전고체 배터리 시장 규모는 2030년 232억달러(약 26조 3552억원)로 성장할 것으로 전망된다. 이에 글로벌 스타트업들의 전고체 개발 경쟁이 가속화될 것”이라고 밝혔다.