[더지엠뉴스] 고체 배터리가 차세대 에너지 저장 기술로 주목받으며 전기차와 에너지 저장 분야의 핵심으로 떠오르고 있다.고체 배터리는 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하여 안전성과 에너지 밀도를 동시에 높인 것이 특징이다. 특히, 기존 리튬 이온 배터리의 화재 위험성을 크게 줄이며, 충전 속도와 수명에서도 우수한 성능을 보인다. 고체 배터리의 도입이 본격화되면서 관련 산업 체인 전반이 빠르게 확장되고 있다.

고체 배터리 산업 체인의 구조

고체 배터리 산업 체인은 크게 원재료 공급, 핵심 소재 제조, 배터리 셀 생산, 모듈 조립 및 응용 분야로 구분할 수 있다.

첫 번째 단계는 원재료 공급이다. 고체 전해질, 양극재, 음극재 등의 원료가 가장 중요한 역할을 하며, 고체 전해질로는 황화물계, 산화물계, 고분자계 등이 사용된다. 대표적인 원재료 공급업체로는 중국의 간펑리튬(赣锋锂业, Ganfeng Lithium), 미국의 앨버말(Albemarle) 등이 있다.

두 번째 단계는 핵심 소재 제조이다. 고체 전해질과 전극 소재를 제조하는 과정에서 전해질의 이온 전도도와 안정성을 확보하는 것이 핵심이다. 중국의 닝더스다이(宁德时代, CATL), BYD(比亚迪) 등이 이 분야에서 기술 개발을 주도하고 있다.

세 번째 단계는 배터리 셀 생산이다. 고체 전해질과 전극 소재를 조합하여 셀 형태로 제조하는 공정으로, 대량 생산 기술 확보가 중요한 과제다. 여기서 전극과 전해질의 계면 저항을 최소화하는 공정 기술이 핵심이다. 일본의 토요타(トヨタ, Toyota)와 파나소닉(Panasonic), 중국의 비야디(BYD) 등이 이 분야의 선두주자로 꼽힌다.

네 번째 단계는 모듈 조립 및 응용 분야이다. 완성된 고체 배터리 셀을 모듈화하여 전기차, 에너지 저장 장치(ESS) 등에 활용하는 단계다. 전기차 분야에서는 테슬라(Tesla)와 니오(蔚来, NIO)가, 에너지 저장 분야에서는 LG에너지솔루션과 삼성SDI가 적극적으로 고체 배터리 모듈을 개발 중이다.

기술적 도전 과제와 해결 방안

고체 배터리의 상용화를 위해 가장 중요한 기술적 과제는 이온 전도성 향상과 계면 저항 감소다. 고체 전해질은 기존 액체 전해질에 비해 이온 이동 속도가 느리기 때문에 이를 극복하기 위한 고분자 복합 전해질 개발이 활발히 진행 중이다. 또한, 전극과 전해질 간 접촉 저항을 줄이기 위해 나노 구조화 기술과 표면 개질 공정이 도입되고 있다. 

중국의 칭타오에너지(清陶能源, Qingtao Energy)는 고체 전해질의 안정성을 향상시키기 위해 황화물계 고체 전해질에 나노 입자 분산 기술을 적용하고 있다. 고체 배터리의 수명 문제를 해결하기 위해 셀 구조를 다층화하거나 음극 소재를 실리콘 기반으로 전환하는 시도도 이루어지고 있다. 또한, 생산 비용 절감을 위해 기존 리튬 이온 배터리 제조 라인을 최대한 활용하여 고체 전해질만 교체하는 방식도 검토 중이다.

고체 배터리 상용화 전망

현재 고체 배터리 기술은 연구개발 단계에서 점차 시제품 생산으로 전환되고 있으며, 2025년을 기점으로 본격적인 양산이 예상된다. 특히 중국 정부는 고체 배터리 산업 발전을 위한 정책적 지원을 강화하고 있다. 고체 배터리 관련 기업들에게 세제 혜택과 연구비 지원을 제공하여 기술 혁신을 촉진하고 있다. 2024년부터 2030년까지 고체 배터리 산업 육성 계획을 통해 신에너지차 보급과 함께 에너지 저장 장치 시장 확대를 목표로 하고 있다.

글로벌 시장 전망과 중국의 경쟁력

고체 배터리 시장은 2030년까지 연평균 40% 이상의 성장률을 기록할 것으로 전망된다. 특히 전기차 시장의 확대로 인해 고체 배터리 수요가 폭발적으로 증가할 것으로 보인다.

중국은 대규모 배터리 생산 인프라와 정부 지원 정책 덕분에 고체 배터리 기술 확보에 유리한 위치에 있다. 중국의 CATL과 BYD는 고체 배터리 기술 선점에 나서며, 글로벌 전기차 제조업체와 협력하여 시장을 선도할 계획이다.

한편, 일본과 한국 기업들도 고체 배터리 기술 개발에 적극 나서고 있지만, 중국의 빠른 양산 능력과 기술 집약적 연구 성과를 따라잡기에는 시간이 걸릴 것으로 보인다.

KIC중국(글로벌혁신센터·김종문 센터장)은 2016년 6월 중국 베이징 중관촌에 설립된 한국 과학기술정보통신부 산하 비영리기관이다.