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21세기 4차 산업혁명 시대에 ‘산업의 쌀’인 반도체와 더불어 배터리는 가장 중요한 품목이다. 단순히 스마트 폰의 전력원을 넘어서 탄소중립을 위한 ESS(에너지저장장치)의 핵심일 뿐만 아니라 향후 UAM(Urban Air Mobility) 등 미래 모빌리티 방향을 이끌 중핵으로 부상하고 있다. 현재 글로벌 배터리 대전에서 선두는 중국의 CATL이다. 한편 기술적으로 앞서 있는 우리나라의 LG에너지솔루션, 삼성SDI 및 SK온 등의 추격을 받고 있어 글로벌 경쟁구도는 중국의 CATL, BYD 등과 우리나라 3사로 압축된다. 그러나 차세대 전고체 배터리 기술에서 앞서 있는 글로벌 3위 파나소닉 등 일본 기업도 배제할 수 없다. CATL을 필두로 국내 3사를 포함하여 세계 주요 기업들이 벌이고 있는 글로벌 배터리 대전의 양상을 살펴보고 우리 기업들의 대응 방향을 모색해 본다. <편집자 주>
[뉴스투데이=곽대종 산업연구원 명예 KIET Fellow] 확실히 반고체 배터리 분야에서 중국 기업들이 앞서 있는 것은 사실이다. 그러나 그들이 아직 원가 면에서 우월한 제품의 양산에 확실히 성공했다고는 볼 수 없다.
따라서 리튬이온 배터리에서 최고의 경쟁력을 보유하고 있는 국내 배터리 3사와 관련 기업들의 기술개발 노력 여하에 따라 충분히 따라잡을 수 있다.
• LG엔솔, 반고체 배터리 공장 건설 중
LG엔솔의 경우 이미 지난해 11월 초부터 충북 오창 소재 에너지플랜트에 내후년 이후 가동을 목표로 반고체 배터리 공장 건설을 시작했다.
LG엔솔이 국내 반고체 배터리 공장 건설을 추진하는 것은 글로벌화 전략의 일환으로 해외 공장의 건설이 늘어나는 추세에도 불구하고 해외 공장의 성공적인 운영을 위해서는 국내의 ‘마더 팩토리’가 중심이 될 필요가 있기 때문이다.
LG엔솔의 반고체 배터리 공장의 구체적인 생산 규모와 주요 수요기업은 아직 밝혀진 바가 없다.
LG엔솔은 2027년에는 고분자계 전고체 배터리를, 그리고 2030년에는 황화물계 전고체 배터리를 상용화하는 투트랙 전략의 일환으로 반고체 배터리 생산을 추진하고 있다.
이와 관련하여 LG엔솔은 지난 7월 ‘SNE 배터리데이 2024’에서 고성능 분야에서는 황화물계 전고체 배터리로, 그리고 스탠더드 및 하위 분야에서는 바이폴라 반고체 배터리로 가격 경쟁력 강화를 추진해 나갈 것이라고 밝혔다.
LG엔솔의 미래기술센터는 반고체 및 전고체 배터리를 바이폴라 구조로 구현하기 위한 연구개발을 진행하고 있다. 기존의 삼원계 리튬이온 배터리는 셀마다 하나의 전극만을 가진 모노폴라 구조로서 셀간 연결을 커넥터로 한다.
반면, 양극과 음극이 셀 양 끝에 각각 위치하는 바이폴라 구조는 복수의 셀을 직접 연결함으로써 전압과 전력 밀도를 향상시키면서 부피는 줄어드는 장점이 있다.
바이폴라를 구현하려면 개별 전극을 제어하지 않아도 일정한 성능을 낼 수 있는 품질관리가 필요한데 기술의 어려움이 큰 반면, 전기차의 공간 활용도 제고나 부품수 감축을 위해 매우 효과적인 장점이 있다.
• 현대차그룹은 자체 연구개발과 해외 투자 병행
한편 현대차그룹은 의왕연구소를 중심으로 한 반고체 배터리의 자체 개발과 해외 전문기업에 대한 투자를 병행하고 있다.
현대차그룹은 현재까지 경기도 남양연구소에서 리튬이온 배터리의 설계 및 개발을 전담해 왔는데 경기 의왕연구소를 반고체 배터리에서부터 전고체 배터리에 이르는 차세대 배터리의 상용화를 위한 거점으로 설정하고 전기차는 물론 ‘도심항공 모빌리티(UAM)’ 및 ‘목적기반차량(PBV)’에 두루 장착할 배터리를 개발하고 있다.
이 연구소는 기존 건물과 연구소 내 유휴 부지를 활용해 반고체 배터리를 연구개발 및 시험‧평가하는 조직을 갖출 예정인데 관련 장비의 구축은 내년까지 이루어질 것으로 예상한다.
또한, 현대차그룹은 지난 2021년 반고체 리튬메탈 배터리 개발 기업인 미국의 솔리드에너지시스템(SES)에 1억달러 규모의 지분 참여를 한 바 있다.
SES는 2012년 MIT대학에서 시작하여 미국 보스턴에 본사를 둔 스타트업으로서 충북 청주와 중국 상하이에 시제품 배터리 생산시설을 갖고 있다. 개발이 일정대로 순조로이 이루어질 경우 현대차그룹에 SES의 반고체 배터리가 장착될 수 있을 것이다.
• 국내 소부장 관련 기업과 대학 연구소도 활발히 연구개발 중
이렇듯 국내 대기업을 중심으로 반고체 배터리 개발 및 생산이 추진됨에 따라 반고체 배터리 관련 국내 소부장 기업들도 주목을 받고 있다.
특히 장비기술을 보유하고 있는 하나기술의 경우 반고체 배터리 장비 개발을 완료하여 양산 장비기술과 관련된 특허출원을 계획하고 있는 것으로 알려졌다.
또한, 하나기술은 2020년 개량형 리튬이온 배터리로 분류되는 반고체 배터리 조립공정과 화성공정 장비를 세계 최초로 턴키 방식으로 수주한 바 있다.
한편 인하대, 서강대 및 경희대 공동연구팀은 최근 반고체 배터리의 전해질 개발의 난제를 해결할 수 있는 원천기술을 개발하는 데 성공했다.
과기부의 나노 및 소재기술 개발사업의 지원하에 추진되어 ‘네이처 머티리얼즈’에 최근 게재된 논문을 통해 200ppm 정도의 극소량만 첨가해도 액체를 고체로 굳힐 수 있는 나노 소재 개발에 성공한 것이 밝혀진 것이다.
이번에 개발한 나노 소재는 고체 전해질 개발에 크게 기여할 것으로 예상하는데, 고강도 섬유인 케블라 나노섬유를 첨가해서 만든 수화젤은 매우 뛰어난 기계적 강도를 가져서 2kg의 하중에도 견디며 1만번 반복하여 찌그러뜨려도 형태를 유지함과 아울러 100˚C에서 가열해도 부서지지 않는 안정성도 입증되었다.
아무쪼록 이러한 국내 배터리 관련 대기업과 소부장 기업들은 물론 대학 및 연구소의 성과가 합쳐져서 중국 배터리 기업들의 굴기에 대항하여 글로벌 경쟁력을 유지할 수 있기를 기대해 본다.
[정리=최봉 산업경제 전문기자]
◀ 곽대종(Daejong Gwak) ▶ 한국외국어대학교 경제학박사 / 산업연구원 명예 KIET Fellow / (전) 산업연구원 연구위원 / (전) 한국자동차산업협회 환경·기술분과 위원 / (전) 국가과학기술위원회 평가위원 / (전) 산자부 연구개발사업 평가위원 / (전) 규제개혁위원회 전문위원
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