[아이티데일리] 전기차용 배터리 1세대는 리튬이온 셀을 집적한 배터리 팩이었다. 양극재에 따라 리튬 코발트, 리튬 망간, 리튬 니켈-코발트, 리툼 인산철 등으로 나뉘었다. 기술이 발전해 충전 시간은 줄어들고 운행 거리는 획기적으로 늘었다. 이들은 1.5세대 정도로 간주될 수 있다. 다만 기온 상승이나 과도한 충전의 경우 배터리 내부 온도를 올려 화재 발생 위험이 있다.

이제 2세대로 전고체 배터리가 부상하고 있다. 안정성은 향상되고 주행 거리가 대폭 늘어나게 된다. 차세대 전기차 배터리로 각광받는 이유다. 기술적으로도 완성 단계에 있다. 전 세계가 전고체 배터리 기술 개발에 매달리고 있는데, 현재까지는 전고체 배터리 상용화 면에서 도요타 등 일본 자동차 메이커들이 주도하고 있다. 일본을 추격하는 곳은 중국이다.

그런 가운데, 중국 화웨이가 혁신적인 전고체 배터리 기술을 공개했다. 적어도 이론적으로는 세계 최정상급이다. 아레나EV에 따르면 화웨이는 에너지 밀도가 무려 400~500Wh/kg에 달하는 전고체 배터리를 개발하고 관련 기술 특허를 출연했다고 밝혔다. 이는 현재 상용 리튬이온 배터리보다 2~3배에 달하는 수치다.

화웨이는 전고체 배터리 개발의 가장 큰 기술적 난관 중 하나였던 ‘안정성’ 문제를 해결했다고 주장했다. 화웨이는 질소 도핑된 황화물 전해질을 사용했는데, 이는 전기화학적 안정성을 높이고, 안전성을 개선하며, 열화를 늦추는 데 도움이 되는 신기술이라고 밝혔다. 이 세 가지 요소는 오랫동안 전고체 배터리 설계의 문제점으로 지적되며 대중화의 발목을 잡아 왔다.

화웨이는 ‘황화물 전해질에 질소를 도핑함으로써’ 열적 불안정성과 급속한 마모라는 두 가지 가장 큰 난제를 극복할 수 있다고 말했다. 그렇게 된다면 전고체 배터리 에너지 저장이 강력할 뿐만 아니라 실용성까지 갖추는 중대한 전환점이 될 수 있다.

물론 화웨이가 발표한 기술은 특허로 출연된 것이며, 따라서 아직은 이론적인 단계에 머물러 있다. 상용화라는 큰 난제가 따른다. 지금까지 공개된 성능 수치는 예측치일 뿐, 실제 테스트를 거친 수치는 아니다. 상용화 가능한 엔지니어링 샘플은 아직 공개되지 않았으며, 추후 상용화되더라도 이를 지원할 충전 인프라는 아직 갖춰지지 않았다.

중국은 전고체 배터리에 대대적인 투자를 진행하고 있다. 현재 중국은 화웨이, catl, byd 등을 중심으로 세계 전고체 배터리 특허의 36% 이상을 매년 출원하고 있다. 중국에서 후발주자에 속하는 화웨이는 이번 특허 출원을 통해 리튬 이후 시대의 에너지 솔루션 경쟁에서 주도적인 위치를 차지하겠다는 강한 의지를 보여주고 있다.

걸프뉴스 역시 이 내용을 전하면서 화웨이가 발표한 특허는 한 번 충전으로 3000 km를 주행하고, 충전 시간도 5분으로 단출되는 혁신적인 기술이라고 강조했다. 황화물 전해질에 질소 도핑을 통해 리튬 계면의 열화와 사이드 리액션을 억제함으로써 안전성과 사이클 수명을 높인다는 것이다.

현재까지 기술적으로 가장 많은 노하우를 축적한 나라는 일본이다. 닛케이 등에 따르면 일본은 전고체 배터리를 탑재한 전기차 상용화를 눈앞에 두고 있다. 세계 최대 자동차 메이커인 도요타는 에너지 및 석유화학 대기업 이데미쓰 코산과 협력해 전고체 배터리 상용화에 총력을 기울이고 있다.

이데미쓰 코산은 치바 정유공장에 리튬 설파이드(고체전해질 핵심 소재) 생산공장을 2027년 6월 완공한다는 목표로 건설을 진행하고 있다. 오는 2027~2028년 전고체 배터리를 탑재한 전기차를 출시한다는 계획이다.

도요타는 2027~2028년 경 완충에 10분이 걸리고, 1000km를 주행할 수 있는 전고체 배터리를 생산하고, 향후 주행 거리를 1200km로 늘린 2세대 모델을 선보인다는 전략이다. 토요타는 현재 1000여 개 이상의 전고체 배터리 관련 특허를 보유하고 있다.

닛산은 오는 2029년 상용화를 목표로 하고 있다. 지난 3월 전고체 배터리 파일럿 생산라인을 가동하기 시작했으며, 2028 회계연도에 상용 전고체 배터리 전기차 출시를 목표로 하고 있다.

한편, 중국과 일본에 대항하는 경쟁업체로는 스텔란티스 등이 꼽힌다. 더버지에 따르면 스텔란티스는 375Wh/kg의 밀도를 가진 전고체 배터리를 적용한 전기차를 선보일 예정이다. 이 배터리는 실온 기준, 배터리 잔량 15%에서 90%까지 충전하는 데 18분 정도 걸리는 것으로 알려졌으며, 2026년 데모 차량을 선보인다는 예정이다. 폭스바겐의 경우 계열 배터리 자회사 파워코가 퀀텀스케이프와 합력해 전고체 배터리 양산 준비를 진행 중이다.

BMW의 경우 전고체 배터리 개발 전문 솔리드파워에 1억 3000만 달러를 투자하고 파일럿 생산라인을 구축하고 있다. 현재는 단가 문제 때문에 상대적으로 소극적인 태도를 보인다. 시간이 필요하다는 것. 이 때문에 현 리튬이온 배터리를 최적화하는 것이 우선순위에 올라가 있다. 다만 올해 I7 모델에 전고체 배터리를 탑재해 테스트를 진행한다는 계획은 갖고 있다.