차세대 배터리 왕좌 쟁탈전 살펴보니···차세대 소재에 '돈다발' 몰린다

[이코노믹데일리] 지난달 1일 인천 서구 청라국제도시에서 전기차 화재 사고가 발생한 이후 차세대 배터리에 대한 관심도가 늘고 있다. 국내외 배터리 업체가 다음 세대를 이끌어갈 배터리 자리를 두고 경쟁을 펼치는 가운데, 소재로 쓰일 희귀광물 대체품에도 자금이 몰리는 모습이다.

차세대 배터리 개발 분야에서 가장 앞서 나가는 건 삼성SDI다. 삼성SDI는 2027년까지 전고체 배터리를 양산하겠다고 공언했으며, 올해 안으로 전고체 배터리를 만들기 위한 공법을 확정 지을 예정이다.

전고체 배터리는 모든 소재가 고체인 배터리를 말한다. 일반적인 배터리는 양극과 음극 사이에 전해질이라 불리는 액체를 사용하기 때문에, 충격에 따른 누수 위험과 화재 위험성이 크다. 반면 전고체 배터리는 누수 위험에서 자유롭고, 부피 당 밀도가 높은 고체를 사용하기 때문에 에너지 밀도도 일반 배터리 대비 2배가량 더 높다.

전고체 배터리를 만들기 위해선 무엇보다 고체 전해질이 핵심 소재로 뽑힌다. 에코프로비엠과 롯데에너지머티리얼즈, 씨아이에스 등이 개발 중인데, 롯데에너지머티리얼즈는 지난 5일 150억원을 들여 전북 익산시에 시험 생산 공장을 건설하기도 했다.

일단 LG에너지솔루션은 리튬황 배터리에서 차세대 배터리 왕좌를 차지할 기회를 잡으려 한다. 리튬황은 기존 양극재 소재로 쓰이는 니켈이나 코발트, 망간 대신 유황을 사용한 걸 말한다. 희귀 금속이 아닌 값싼 유황을 사용해 양극재 가격을 낮출 수 있다. 무게도 가볍기 때문에 중량 당 에너지 밀도는 일반 배터리에 비해 약 7배 더 높은 걸로 알려졌다.

리튬황 배터리의 선도 기업으로 알려진 미국 라이텐 역시 지난해 9월 세계적 완성차 업체 스텔란티스와 물류사 페덱스, 첨단 소재사 하니웰로부터 총 2억 달러(약 2660억원) 규모의 투자를 받기도 했다.

리튬 이외의 소재에서 돌파구를 찾으려는 움직임도 있다. 중국에서 점찍은 나트륨이온 배터리가 그 주인공이다. 나트륨은 리튬과 같은 주기율표 상 1족에 속해 있어 화학적으로 성질이 유사하지만, 가격은 리튬의 70~80분의 1 수준이다.

그간 나트륨이온 배터리는 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도도 적고 수명도 짧아 외면 받아왔지만, 중국 내부에서 전기차 가격 경쟁을 위해 세계 최대 배터리 제조사인 CATL과 BYD, 스웨덴의 배터리 제조사 알트리스 등이 뛰어들어 성능이 급격히 개선됐다.

올해 초 CATL이 공개한 1세대 모델은 에너지 밀도가 ㎏당 160와트시(Wh)로 저가형 리튬인산철 배터리(150Wh)와 비슷한 수준이다. 향후 개발될 2세대 모델은 ㎏당 에너지 밀도를 200Wh까지 늘릴 계획이라, 고가의 삼원계 배터리 성능까지 노릴 수 있을 걸로 보인다.