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[초점] 포드·BMW, EV 전고체 배터리 테스트 단계 진입

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[초점] 포드·BMW, EV 전고체 배터리 테스트 단계 진입

올해 시제품 출시…2027년 양산 돌입

전고체 배터리 회사 솔리드 파워.이미지 확대보기
전고체 배터리 회사 솔리드 파워.
미국 포드와 독일의 BMW는 솔리드 스테이트 배터리(전고체 배터리) 테스트 단계에 진입했다. 전기자동차용 전고체 배터리 개발 마무리를 앞두고 최후의 전투에 참가한 것이다.

가끔 전고체 배터리가 화제가 되기도 하고, 지금까지 자동차에 탑재할 전고체 배터리를 양산한 기업은 없지만, 업계는 일반적으로 기대하는 바가 크다. 전고체 배터리 양산은 2030년이 될 것이다. 그러나 모든 자동차 회사가 1위 자리를 선점하고 차량을 양산하기를 희망한다.

지난 주 포드가 지원하는 배터리 스타트업인 솔리드 파워(Solid Power)는 새로운 이정표를 세웠다. BMW와 포드의 테스트를 위해 공식적으로 전고체 배터리의 파일럿 생산을 시작했다.

이 회사는 미국 콜로라도 본사에서 완전 가동되는 생산라인을 공개했으며, 올해 목표는 기존 리튬 이온 배터리보다 50% 더 많은 주행범위를 제공할 수 있는 전고체 배터리의 샘플을 생산하는 것이며 연말까지 BMW와 포드에 우선 1차 솔리드 스테이트 배터리를 운송하는 것이다.

사실, 콜로라도 회사는 이제 자동차 제조업체에 검증 샘플을 제공하기 위해 파일럿의 생산라인을 설정했지만 여전히 제조 파트너를 찾고 있으며 빠르면 2026년까지 혹은 2027년에 전고체 배터리의 대량 생산이 가능할 것으로 기대하고 있다.

솔리드 파워의 CEO이자 공동설립자 더그 캠벨(Doug Campbell)은 도요타, 파나소닉, 삼성, LG에너지솔루션, 현대, CATL 등과 같은 그룹 사이에서 전고체 배터리 개발에 대한 치열한 경쟁을 인정했다. 그러나 이것은 이 분야에서 신속한 대량생산을 적극 촉진하는 힘이 될 것이며, 그들은 모두 매우 우수하고 신뢰할 수 있는 선수이다.

"하드코어 에너지"


고체 배터리와 액체 배터리의 핵심 차이는 분리막과 전해질이 고체 전해질로 대체되어 양극 및 음극에 더 많은 선택권을 제공한다는 점이다.

이러한 대부분 회사와 마찬가지로 솔리드 파워의 배터리는 충전 및 방전 중에 양극과 음극 사이에 리튬 이온이 흐르는 매체인 황화물 고체 전해질을 사용한다. 액체 전해질을 사용하는 배터리와 비교할 때 고체 전해질을 사용하는 배터리는 내부의 합선으로 인한 화재의 위험이 훨씬 낮아 더 안전하다.

순수 전기차의 애로사항은 짧은 배터리의 수명, 가연성 및 폭발성, 느린 충전, 추위와 더위 모두 떼려야 뗄 수 없는 문제이며, EV 주행 시간이 길수록 배터리 수명은 점점 짧아지고 있다. 문제의 핵심은 배터리의 내부 화학 시스템에 있다.

캠벨은 현재 실리콘이 풍부한 양극과 니켈-코발트-망간의 음극을 사용하는 솔리드 파워의 배터리가 더 많은 에너지를 저장할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며 에너지 밀도가 높을수록 가격이 낮아진다라고 주장했다.

캠벨은 지난 10년 동안 솔리드 파워의 CEO로 재직하였으며 캠벨과 그의 솔리드 스테이트 배터리 회사가 스스로 입지를 확고히 했다. 2021년 역합병(SPAC)을 통해 상장한 이 회사는 포드, BMW 이외에도 현대와 삼성으로부터 조기 투자를 유치했다.

희망적이지만 예측하기 어려워


자동차 제조업체는 자연스럽게 전고체 배터리가 더 넓은 범위를 제공하기를 원하므로 현재의 기존 리튬 이온 배터리보다 50% 더 많은 범위가 매력적인 제안이다.
또한 캠벨은 솔리드 파워의 특수 고체 혼합물 온도가 매우 안정적이어서 특정 냉각 측면의 필요성을 줄여 전체 배터리 비용을 10%까지 절감할 수 있다고 예상했다.

캠벨은 "이는 현재 배터리 시장의 골칫거리인 향상된 성능과 낮은 비용이라는 전반적인 가치 제안에 기여할 것"이라고 전망했다.

프로토타입 생산 라인을 구축하는 것은 솔리드 파워의 유일한 주요 프로젝트가 아니다. 이 회사는 미국 콜로라도주 덴버 북부 교외의 손턴(Thornton)에 2028년까지 800만대의 전기차에 전력을 공급할 수 있는 축구장 크기의 대규모 전해질 제조 공장을 건설하고 있다.

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이 같은 규모는 배터리 분야 경쟁사라면 누구나 공감하는 야심찬 목표다. 그러나 지금 이 새로운 고체 기술은 희망적이면서도 예측하기 어려운 목표다.

인도의 컨설팅 회사인 P&S 인텔리전스(P&S Intelligence)에 따르면 전 세계 전고체 배터리 시장은 2021년 2억9000만 달러에서 2030년까지 39억 달러로 성장할 것으로 예상된다. 전고체 배터리 기술은 "전기 모빌리티의 미래"와 같다. 그러나 이것은 더디게 달성할 수 있는 목표이다.

시간과의 싸움으로 인내해야


기술이 성숙하기까지는 여전히 시간이 걸릴 것이고, 모두가 이것이 미래가 될 것이라는 것을 알고 있지만 미래는 계속 미뤄지고 있다.

전고체 배터리는 에너지 밀도가 더 높고 충전 시간이 더 빠르며 가연성 화학 물질이 적지만 깨지기 쉽다. 자동차 제조사들은 솔리드 파워와 경쟁사에 희망을 걸고 있지만, 솔리드 스테이트 배터리의 내구성은 아직 알려지지 않았다.

솔리드 파워는 실행 가능한 답변을 제공하는 데 있어 대부분의 기업보다 더 나아간다. 자체 프로토타입 생산 라인을 론칭하는 것과 함께 배터리 제조를 위해 한국의 SK이노베이션과 공동 개발 계약을 체결했다. 거래 조건에 따라 솔리드 파워는 기술 및 제조 관행에 대한 라이선스를 취득해야 한다.

캠벨은 제조 공정이 솔리드 파워의 성공의 열쇠가 될 것이라고 말했다. 모든 배터리 교체에 막대한 비용이 필요한 것은 아니다. 솔리드 파워는 오늘날의 슈퍼 팩토리와 호환되는 제품을 만들기 위해 오늘날의 리튬 이온 배터리와 일치토록 제조경로를 설계하고 있다.

솔리드 파워는 또한 현재 리튬 이온 제조 공정과 호환되는 전고체 배터리를 설계한다. 이는 현재 전고체 배터리의 양산이 불가능한 주요 원인 중 하나가 전고체 배터리의 생산공정이 액체 배터리와 일부 다르기 때문이라는 점에서 매우 큰 도약이다.

전고체 배터리의 생산라인을 안정적으로 공급할 수 있는 장비 제조사는 없다. 생산 라인 건설과 파워 배터리의 개발 주기를 고려하면 단기 양산 희망은 거의 없다. 그러나 솔리드 파워의 전고체 배터리 제조 공정의 호환성은 배터리가 혁신하는 동안 생산 라인에서 대규모 업그레이드 없이 많은 공장이 원활하게 전고체 배터리로 전환할 수 있음을 의미한다.

캠벨은 "제조 관점에서 볼 때 우리는 바퀴를 재발명하지 않고 아주 약간만 수정하면 오늘날 리튬 이온 배터리를 만드는 기가팩토리가 실크처럼 부드러운 고체 상태로 전환할 수 있다"라고 설명했다. 또 그는 "나는 그 공장들과 경쟁하고 싶지 않고 그들을 가능하게 하고 그들이 우리와 합류하게 하고 싶다"라고 덧붙였다.

물론 배터리에는 실리콘 양극, 황화물 고체 전해질 및 니켈, 망간 및 코발트 음극 함량이 높기 때문에 전고체 배터리의 성공으로 족쇄가 풀릴 수 있다. 현재 개발 중인 미래제품은 다양한 정치 및 국가적 요인으로 인해 현재 공급이 부족한 니켈 및 코발트의 필요성을 제거할 수 있다.

장기 프로젝트라면 업계 전체가 인내심에 익숙해져야 한다. 캠벨은"우리는 기술 위험을 줄이는 데 시간을 할애하고 싶다"라고 말했다.

경제가 점차 회복됨에 따라 건설 중인 전해질 시설 및 현재 전지를 생산하는 생산 라인과 함께 주요 파트너와 함께 기존 공장을 개조하는 전략은 고체 배터리로의 '고통 없는' 설계 경로로 바뀌었다.

여전히 전고체 배터리 기술의 더 큰 과장에 의문을 제기하는 사람들이 있다. 그러나 이 기술이 정말 성공하면 2030년까지 업계에서 가장 앞선 배터리 기술로 삼원 리튬 배터리를 크게 대체할 수 있다고 믿는 분석가가 여전히 있다.

솔리드 파워가 전고체 배터리의 선구자가 될지 아니면 시행착오를 겪을지는 2026년까지 기다려야 하지만 전고체 배터리는 유망하나예측하기 어려운 '전기 이동성'의 미래인 것 같다.


김세업 글로벌이코노믹 기자