[시사오늘·시사ON·시사온=권현정 기자/이미지출처=Getty Image Bank]

전기차 성장세 둔화에도 전기차향(向) 이차전지 시장에는 새로운 플레이어가 속속 등장하는 모습입니다. 전고체, 나트륨이온, 리튬메탈 등 기존 리튬이온배터리의 한계를 극복하겠다며 다양한 차세대 배터리들이 도전장을 내밀고 있습니다.

리튬이온배터리는 리튬이 이온 상태로 양극과 음극을 오가며 충·방전을 거듭하는 이차전지입니다. 양극재와 전해질, 분리막, 음극재 등 4개 소재로 구성되는데, 대개 양극재엔 리튬이, 음극재엔 흑연 및 실리콘이 주요 소재로 채택됩니다. 이 사이를 액체 전해질이 채우고요.

현재 상용화된 이차전지 대부분은 리튬이온배터리입니다. 폼팩터(각형, 파우치형, 원통형)나 양극재 배합(NCM, LFP 등)과 상관 없이요. 다만, 리튬이온배터리에는 고질적인 한계가 있습니다. 화재 가능성과 가변적인 리튬 가격입니다.

전고체 배터리는 리튬이온배터리의 안전성 측면을 보강하기 위해 제안됐습니다. 배터리 화재의 원인으로 가연성 액체전해질이 꼽히는데, 이를 고체로 바꾼다는 아이디어죠.

현재 국내 배터리 3사 모두 전고체 배터리를 개발 중입니다. 특히, 삼성SDI는 전고체 배터리(ASB) 상용화 팀을 따로 두고 오는 2027년 양산을 목표로 하고 있습니다. 지난 3월엔 파우치형으로 샘플을 제작했고, 각형 개발을 검토 중이라고 밝히기도 했죠.

가격 문제를 해소하기 위해 양극재에 들어가는 리튬을 더 흔하고 저렴한 나트륨으로 대체하려는 시도도 보입니다. SNE리서치에 따르면, 나트륨이온배터리와 리튬이온배터리(LFP 기준)의 가격 차이는 2035년 최대 24%까지 벌어질 전망입니다.

이에 따라 중국 등은 나트륨이온 배터리 개발에 나서고 있습니다. 중국 야디(雅迪)의 전기 오토바이 신차, 중국 JAC의 전기차 등 상용화 사례도 나오고 있고요.

무게를 더 가볍게 만들기 위한 노력 또한 계속되고 있습니다. 리튬메탈배터리는 음극재 소재를 기존 흑연에서 메탈로 바꾼 게 특징입니다. 기존 리튬이온 대비 리튬메탈배터리의 에너지 밀도는 약 10배 높은 것으로 알려져 있습니다.

여전히 덴드라이트(음극 표면에 결정이 쌓이는 현상) 등 해소해야 할 과제는 남아있지만, 높은 에너지 밀도를 목표로 하는 차세대 배터리 연구에선 어김없이 메탈이 음극재로 채택되는 모습입니다.

무게를 줄이기 위해 양극재 소재를 황탄소, 탄소 등으로 대체하는 시도도 확인됩니다.

리튬황 배터리는 양극재를 황탄소 복합체를 활용해 제작, 에너지 밀도를 높인 게 특징입니다. 가벼운 무게로 UAM(도심항공교통)향 배터리로 기대를 모으고 있습니다. LG에너지솔루션이 오는 2027년을 목표로 개발 중입니다.

이처럼 다양한 차세대 배터리가 쏟아지고 있지만, 아직은 대부분 아이디어 수준이거나 연구 단계에 그칩니다. 어느 기업의 어떤 배터리가 실제 상용화에 도달, 시장에서 승기를 잡을지 지켜봐야겠습니다.