전고체 배터리의 원리와 상용화 시기는 어떻게 될까요?

Question

안녕하세요~ 요즘 전기차가 정체 현상을 보이는것 같아요~ 빨리 전고체 배터리가 나오면 좋겠어요.

전고체 배터리의 원리와 상용화 시기는 어떻게 될까요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

전고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리의 액체 전해질을 고체 전해질로 바꾼 차세대 배터리입니다. 원리는 기본적으로 동일하게 양극과 음극 사이에서 리튬 이온이 이동하며 전기를 저장·방출하는 것이지만, 액체 대신 고체를 쓰기 때문에 여러 가지 장점이 생깁니다.

액체 전해질은 누출이나 발화 위험이 있는데, 고체 전해질은 안정성이 높아 안전성이 크게 개선됩니다. 또 고체 전해질은 더 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있어 같은 크기의 배터리로 더 긴 주행거리를 확보할 수 있습니다. 충·방전 사이클도 길어져 배터리 수명이 늘어나고, 급속 충전에도 유리하다는 평가가 있습니다. 다만 아직은 이온 전도성을 충분히 확보하는 문제, 대량 생산 공정의 안정성, 그리고 제조 비용을 낮추는 과제가 남아 있습니다.

상용화 시점은 기업마다 조금씩 다르지만, 대체로 2027~2028년 사이에 일부 프리미엄 전기차에 탑재될 가능성이 크다고 전망됩니다. 삼성SDI, 도요타, CATL 같은 기업들이 이 시기를 목표로 하고 있으며, 본격적인 대량 상용화는 2029~2030년 정도로 보는 시각이 많습니다. 즉, 앞으로 3~4년 안에 초기 제품이 나오고, 10년 이내에는 전기차 시장의 주류 기술로 자리 잡을 가능성이 있습니다.

지금 전기차 시장이 잠시 정체된 듯 보이지만, 전고체 배터리가 상용화되면 주행거리·충전 속도·안전성 모두 크게 개선되어 다시 성장의 모멘텀을 만들 수 있을 겁니다.

Answer 2

안녕하세요.

전고체 배터리는 기존에 상용화되어 있던 리튬이온전지와 기본 구조는 같지만, 가장 큰 차이점은 전해질이 액체가 아니라 고체라는 점입니다. 현재 전기차에 널리 쓰이는 리튬이온전지는 양극과 음극 사이에 액체 전해질이 있어 리튬 이온이 그 안을 이동하면서 충전과 방전이 이루어지는데요 이 구조는 에너지 밀도가 높지만, 액체 전해질이 인화성이 있기 때문에 화재 위험성과 열폭주 문제가 있습니다. 반면 전고체 배터리는 이 액체 전해질을 고체 전해질로 대체하는데요, 고체 전해질은 불연성이거나 난연성이기 때문에 안전성이 크게 향상될 가능성이 있습니다. 또한 전고체 구조에서는 덴드라이트 성장을 물리적으로 억제할 수 있어, 이론적으로는 더 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있고 이는 전기차 주행거리 증가로 이어질 수 있습니다.

하지만 아직은 기술적 난제도 큰데요, 고체 전해질은 액체보다 이온 전도도가 낮거나, 전극과의 계면 접촉이 불완전해 저항이 증가하는 문제가 있습니다. 또한 충전과 방전 과정에서 전극이 미세하게 팽창 및 수축하는데, 단단한 고체 전해질과의 접촉이 깨지면 성능이 급격히 떨어질 수 있습니다. 게다가 대량 생산 공정도 아직 복잡하고 비용이 높습니다. 상용화 시기에 대해서는 여러 자동차 및 배터리 기업들이 2027~2030년 전후를 목표로 시범 양산을 계획하고 있으나 대중적인 가격으로 대량 보급되는 시점은 기술 안정성과 원가 문제가 해결되어야 하므로 2030년대 초중반까지 걸릴 가능성도 있습니다. 감사합니다.