한국의 배터리 기업, 삼성SDI의 전고체 배터리 상용화 목표 시점은 2027년이라고 최근 발표됐다. 전고체 배터리는 전해질을 액체에서 고체로 대체한 차세대 배터리다. 전해질이 고체이기 때문에 외부의 충격이나 온도 변화에도 안정적이고, 에너지 밀도가 높아 배터리 용량과 충전시간이 개선된다. 전기차, 스마트폰, 전동공구 등에 적용할 수 있으며, 전지 구조가 단순해지고 폭발 위험이 낮아진다.

이 목표를 실현하려면 대략 2025년부터는 프로토타입이 나와 자동차 회사를 대상으로 셰일즈를 시작한다는 계산이다. LG에너지솔루션은 2026년 고분자계 전고체배터리 양산이 목표다. 고분자계 전고체 배터리는 전해액이 고분자로 이루어진 전지이다. 딱딱한 고체라기 보다는 고무처럼 말랑말랑한 형태가 아닐까 예측된다. 전 세계 배터리 시장을 이끌고 있는 LG에너지솔루션과 삼성SDI의 이같은 목표를 위해 지금도 연구원들이 머리 싸매고 있는 작금이다.

전고체 전지를 오랜기간 개발해왔던 일본의 도요타는 2025년 하이브리드차에 전고체 전지를 탑재할 계획이라고 발표한 바 있다. 특허도 가장 많다. 지난 2021년 도쿄 올림픽이 열렸을 당시 도요타는 영상으로 전고체 전지로 만든 전기차가 주행하는 장면을 공개한 적이 있다. 아마 가격은 수억원을 호가할 것이다. 전고체 전지 양산이 이뤄지지 않은 만큼 가격은 당연히 비쌌을 것이고, 주행거리나 용량, 충전속도 등도 완벽하지 않았을 것이다. 그런데 R&D를 더해서 2025년에 하이브리드에 탑재한다고 하는 것을 보면 전고체 전지의 구현이 정말 어렵다는 관측이다. 순수 전고체 전지로만 이루어진 전기차 출시는 2029년이 목표다.

이차전지 시장의 판도를 바꿀 것이라는 ‘전고체 전지’는 전해액을 비롯해 양극, 음극 등이 모두 고체로 되어있는 전지를 말한다. 전해질이 고체니까 양극과 음극이 만날리가 없다. 단락 가능성이 적은 만큼 리튬이온이차전지와 비교했을 때 폭발 가능성이 낮다. 다만 아직 리튬이온이차전지의 수명과 출력, 용량 등을 갖고 있으면서 안전하기까지 한 전고체 배터리는 개발되지 않았다. 배터리 기업들이 열심히 연구개발(R&D)을 하고 있지만 당장 1~2년 내에 전고체 전지가 출시돼 패러다임 전환을 가져오리라 보기는 어렵다.

2년 뒤 전고체 전지가 탑재된 전기차가 출시되려면 지금쯤 수많은 자동차 회사들이 프로토타입의 전고체 전지를 차에 싣고 시험 주행을 하고 있어야 한다. 수십년 동안 연구를 해왔던 리튬이온이차전지도 예상치 못한 원인으로 화재가 나는 판에, 어떤 배터리 기업라도 쉽사리 탑재할리 만무하다.

전기차나 스마트폰, 노트북 등에 사용되는 배터리는 ‘리튬이온이차전지’다. 리튬은 원자번호 3번이다. 산화 환원 반응을 유도해야 전기를 만들어낼 수 있다. 즉 반응성이 좋아야 하는데 이는 전자를 잘 잃음을 뜻한다. 전자를 잘 잃어야, 그 전자가 전선을 따라 흐르면서 전기가 흐른다. 리튬은 전자를 잃는 경향이 높고 가벼우면서도 반응성이 큰 원소다. 전지로 사용하기 좋은 원소다.