전고체 배터리의 가능성과 미래 전망

전고체 배터리(Solid-State Battery)는 기존의 리튬이온 배터리에서 사용하는 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하는 차세대 배터리입니다. 현재 리튬이온 배터리가 여러 분야에서 널리 사용되고 있지만, 에너지 밀도, 안정성, 충전 속도 등에서 한계에 부딪히고 있어, 전고체 배터리는 그 대안으로 떠오르고 있습니다. 

 

리튬이온 배터리와 전고체 배터리 구조 비교. / 사진=포스코퓨처엠 출처

 

1. 전고체 배터리의 장점

• 안전성: 액체 전해질은 높은 온도에서 폭발하거나 화재를 일으킬 수 있습니다. 반면, 전고체 배터리는 고체 전해질을 사용해 열폭주 가능성이 매우 낮아 안정성이 크게 향상됩니다.
• 에너지 밀도: 고체 전해질은 리튬 금속 음극과의 호환성이 좋아, 리튬이온 배터리보다 더 높은 에너지 밀도를 가질 수 있습니다. 이는 전기차나 항공기 등에서 더 긴 주행거리와 운용시간을 제공할 수 있다는 뜻입니다.
• 충전 속도: 고체 전해질은 더 높은 전류를 견딜 수 있어, 전고체 배터리는 빠른 충전이 가능하다는 장점이 있습니다. 이로 인해 전기차나 무인 항공기 같은 군사 응용 분야에서 신속한 재충전이 가능해집니다.
• 내구성: 기존 배터리보다 수명이 길고 사이클 수가 많아 교체 주기가 줄어들어 경제적으로도 이점을 가질 수 있습니다.

 

2. 전고체 배터리의 현재 기술적 과제

그러나 전고체 배터리 기술은 아직 상용화까지 많은 도전 과제를 안고 있습니다.

• 비용: 전고체 배터리를 상업적으로 생산하기 위한 공정은 아직 고비용입니다. 고체 전해질의 제조와 리튬 금속 음극의 안정성 확보가 어려워 비용을 낮추는 기술 개발이 필수적입니다.
• 고체 전해질의 성능 문제: 전고체 배터리는 높은 성능을 보일 잠재력이 있지만, 현재까지는 고체 전해질이 상용화된 리튬이온 배터리만큼의 이온 전도성을 가지지 못하고 있습니다. 이를 극복하기 위한 새로운 소재 개발이 활발하게 연구되고 있습니다.

 

3. 전고체 배터리의 미래 전망

• 전기차 및 군사용 응용: 전고체 배터리는 전기차 산업에서 게임체인저가 될 수 있습니다. 더 가벼운 무게, 긴 수명, 빠른 충전 속도는 전기차의 성능을 획기적으로 개선할 것입니다. 또한, 군사적으로는 무인 시스템, 에너지 무기, 전자전 장비 등에서 지속적인 전력 공급이 중요한데, 전고체 배터리는 이를 위한 이상적인 선택이 될 수 있습니다.
• 항공우주 분야: 고체 전해질을 사용하는 배터리는 극한의 온도와 방사선 환경에서도 더 안전하게 작동할 수 있어 우주 탐사나 군사용 항공기에 적용될 수 있습니다.
• 배터리 재활용 및 지속 가능성: 전고체 배터리는 전통적인 리튬이온 배터리보다 더 친환경적이며, 재활용이 용이할 수 있습니다. 이는 향후 친환경 에너지 솔루션으로서의 가능성을 더욱 높입니다.

 

2차전지 방위산업의 주요 미래 동력원. 사진=생성형 AI

 

 

전고체 배터리는 에너지 밀도, 안전성, 내구성 등에서 기존 배터리 기술을 혁신적으로 개선할 수 있는 잠재력이 큽니다. 다만 상용화까지는 여전히 많은 과제가 남아 있지만, 그 가능성은 분명히 군사, 우주, 전기차 등 다양한 산업에서 매우 밝습니다. 기술이 성숙하고 생산 비용이 감소한다면, 전고체 배터리는 차세대 에너지 솔루션으로 자리 잡을 것입니다.