차세대 배터리로 주목받고 있는 전고체 배터리

주행 거리를 비약적으로 늘려서 전기차 확장에 기여할 것으로 예상된다. 

기존의 리튬 이온 배터리는 양극과 음극 사이에 접촉을 방지하는 분리막이 위치하고 액체 전해질이 그 사이를 이동한다. 아무래도 액체다 보니 온도 변화로 인한 배터리의 팽창이나 외부 충격에 의해 샐 수 있는 손상 위험성이 존재한다. 그래서 구조를 유지하는데 많은 안전장치가 필요하다. 그리고 추위에는 이온의 이동성이 떨어지면서 성능이 저하되는 단점도 있다. 

전고체 배터리의 구조 - 분리막이 필요 없어 구조가 간단해진다. - 삼성 SDI 자료 참조

전해질을 고체로 바꾸면 이런 문제들이 해결된다. 구조적으로 단단하고 안정적이어서 부품을 최소화하면서 간결한 설계가 가능하다. 부피가 반으로 줄어들어서 에너지 밀도가 높아지고 음극과 양극 간의 간격이 짧아지면서 추위에 성능 저하도 거의 없다. 전고체 배터리가 상용화되면 현재의 전기차의 주행거리는 두 배 가까이 늘어날 것으로 예상된다. 

경계면 원자 사이에 공간이 뜰수록 저항이 커지는 문제를 해결해야 한다.  

문제는 대량 양산이 쉽지 않다는 점이다. 우리나라에서 가장 오래 전고체 배터리 개발을 진행해 온 삼성 SDI도 2027년에나 양산 가능할 것으로 발표한 바 있다. 액체에 비해 고체는 음극, 양극과 전해질이 닿는 면 사이에 공간이 존재할 수밖에 없다. 전자가 원활하게 이동하기 위해서는 액체처럼 접촉이 최대한 이루어져야 하는데 이를 위해서 고압으로 압축시키는 방식을 주로 사용하고 있다. 이렇게 고압으로 압축한 셀을 패키징 하는 기술적 과제를 해결하는데 시간이 좀 필요한 상황이다. 

NIO에서 출시한 반고체 배터리 - 이미 상용화되어 차에 적용되고 있다. 

그러나, 최근 중국의 배터리 회사들은 완전 고체가 아니라 실리콘 같은 부드러운 재질을 이용해서 전고체 배터리와 비슷한 성능을 내는 반고체 배터리 개발에 성공해서 상용화한 바 있다. 차세대 배터리 개발의 주도권을 잃지 않기 위해서라도 국내 기업들의 분발이 필요한 시점이다.