[투자의 경제학] 차세대 배터리

리튬이온배터 다음으로 '전고체전지' 주목
폭발위험 없고 저장기능 높아 기업들 연구

4차 산업혁명에서 큰 부분을 차지하는 것 중에 하나는 배터리이다. 배터리의 사용처는 컴퓨터, 스마트폰 같은 휴대용 전자장치부터 로봇, 전력저장용 장치, 전기자동차까지 다방면에 쓰이고 앞으로도 그 쓰임새는 더욱 많아질 것이다. 가장 보편적으로 쓰이는 것은 리튬이온 2차전지이며 충전을 통해 반영구적으로 사용하는 전지를 말한다.

특히 리튬이온전지는 전지를 다 쓰지 않고 충전을 하면 2차전지에 들어갈 수 있는 에너지의 양이 줄어드는 현상인 메모리 현상이 없고 전지의 출력이 좋아 널리 애용되고 있다.

하지만 리튬이온전지의 자리를 위협하는 차세대 전지가 계속 개발이 되며 왕좌를 위협하고 있는데, 리튬금속전지, 리튬황전지, 전고체전지 등이 있다. 그 중에서도 전고체전지는 Solid State Battery로 이름 그대로 고체로 된 전지이며 향후 5년 이내로 시장의 판도를 뒤집을 수 있는 다크호스로 떠오르고 있다. 그렇다면 전고체전지가 각광을 받는 이유는 무엇일까?

2차 전지는 양극, 전해질, 분리막 등으로 이루어지는데 리튬이온전지는 전해질이 액체여서 온도에 따라 얼거나 팽창할 수 있는 단점이 있다.

또한 가연성 전해질이 함유되어 있기 때문에 과열이나 외부 충격에 폭발 가능성이 크다.

전기 자동차의 경우 교통사고가 났을 때 화재 등을 초래할 수 있고 아이폰이나 갤럭시 등 스마트 기기에서 폭발이나 불이 났던 배터리가 리튬이온 배터리이다.

하지만 전고체전지는 그런 단점을 보완해 양극재, 음극재, 전해질 모두 고체로서 강한 외부충격에도 폭발의 위험이 없고 리튬이온전지대비 비용이 저렴하다.

또한 리튬이온전지는 에너지 밀도를 kg당 300Wh 이상 높이기 어렵지만 전고체 전지는 에너지 밀도를 높일 수 있어 출력과 전기저장량을 2배 이상 늘리면서도 배터리의 무게를 낮출 수 있는 장점이 있다.

이에 많은 업체는 전고체전지에 대한 연구를 활발히 하고 있는데 배터리업체뿐 아니라 자동차 제조사들도 적극적으로 참여하고 있다.

일본의 토요타는 현재 리튬이온배터리 생산 1위 업체인 파나소닉과 손잡고 2022년부터 전고체전지가 탑재된 전기차를 판매할 예정이라고 밝혔고 경쟁업체인 혼다와 BMW도 각각 성명을 발표하며 전고체전지에 대한 경쟁에 불을 지피고 있다. 보쉬, 다이슨, 복스왜건 등 글로벌 기업들도 2~3년 내로 전고체전지를 상용화하는 것을 목표로 하고 있다.

각 기업들이 전고체전지에 관심을 가지는 또 다른 이유는 리튬이온전지에 쓰이는 리튬, 코발트, 니켈 등 희소금속(rare metal) 가격이 급등하고 있기 때문이다. 1월 8일 현재 코발트는 파운드당 지난 1년간 최저가 14달러에서 34달러, 니켈은 3.95달러에서 5.6달러로 거의 두 배 가까이 올랐다.

리튬은 2016년 전세계 리튬 수요량이 18만9000톤이었는데 전기차 등 신에너지차 배터리 수요 증가로 인해 향후 수요량이 100만 톤으로 늘어날 것으로 추정되며 골드만삭스에 따르면 현재 10억 달러 정도인 세계 리튬시장이 2025년까지 3배 이상 커질 것으로 보인다고 한다.

리튬은 호주, 아르헨티나, 칠레, 중국 등이 전체 생산량의 90% 이상을 차지하고 있다. 리튬은 염전에서 소금을 생산하는 것 같이 리튬을 포함한 소금호수의 물을 태양광에 말려 생산하는데 비가 내리면 증발이 늦어져 공급량이 줄어들게 된다.

최근 들어 있었던 애플 스마트폰 배터리 문제를 보더라도 전자제품들의 기능은 매번 향상되는데 반해 리튬이온배터리는 그만큼의 성능을 내지못하는 게 점점 문제가 되고 있다. 하루종일 스마트폰을 손에 달고 사는 사람들에게 몇 시간마다 지속적으로 충전을 해야하는 것은 귀찮을 것이다.

그렇기 때문에 미래 전기장치의 성능을 향상시키기 위해서도 차세대 배터리의 개발은 필수불가결한 일이다.

또한, 그로인해 에너지저장장치(ESS)같은 기술도 발달하며 태양광이나 풍력발전 같은 청정에너지를 사용하는데에도 일조할 것으로 보여 향후 성장이 주목된다.

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김세주 / Kadence Advisors, LLC