[M 오토데일리 이상원기자] 삼성전자 종합기술원이 1회 충전으로 800km까지 주행이 가능하고, 1000회 이상 배터리를 재충전을 할 수 있는 전고체전지 연구결과를 공개했다.

이번에 공개된 기술은 차세대 배터리로 주목받고 있는 전고체전지의 수명과 안전성을 크게 높이는 동시에 크기를 절반 수준으로 줄일 수 있는 원천기술이다.

삼성이 이번에 공개한 전고체전지 기술은 전 세계 주요업체들이 치열한 경쟁을 벌이는 가운데서 삼성이 까다로운 기술의 벽을 먼저 넘어섰다는 점에서 의미가 있다.

일본 조사기관인 후지경제에 따르면 차세대 전지인 전고체전지 시장은 2035년에는 시장규모가 28조 원에 이를 것으로 추산되고 있다.

전고체 전지는 양극과 음극 전해질이 모두 고체로, 현재의 주력 배터리인 리튬이온배터리의 전해액 누출 우려가 없어 안전성이 크게 높은 것이 특징이다.

때문에 토요타, 현대차. 삼성, 테슬라 등 세계 최고의 자동차 및 IT기업들이 전고체전지 개발경쟁을 치열하게 벌이고 있다.

현대자동차는 미국의 전고체전지 개발업체인 아이오닉 머터리얼스(Ionic Materials)에 투자를 통해 전고체전지 확보에 나서고 있다.

아이오닉 머터리얼스는 미국 매사추세츠에 본사를 두고 있는 배터리 전문 개발업체로, 기존 리튬 이온 배터리에 사용되는 액체 전해질을 대체할 고체 전해질 폴리머를 주로 개발하고 있다.

현대차가 LG화학 등 대형 배터리 생산업체와 협력관계를 맺고 있으면서도 미국의 소규모 배터리 개발업체에 투자한 이유는 전고체 배터리를 직접 생산하기 위한 준비 작업이란 분석도 나온다.

토요타자동차도 전고체전지를 자체적으로 개발 중이며, 2022년까지 상용화한다는 목표다.

특히 일본은 경제산업성 주도로 기술연구조합 'LIBTEC(리튬이온전지재료 평가연구센터)'을 설립, 전고체전지 개발을 진행하고 있다.

LIBTEC는 기존 액체 타입의 리튬이온배터리가 갖는 단점을 보완한 전고체 전지를 개발, 2025년 전기차 평균 이동거리를 550km, 2030년 800km까지 늘린다는 계획이다.

공동개발에는 혼다, 닛산, 토요타 등 일본 주요 자동차 업체와 파나소닉, GS유아사 등의 배터리 제조업체, 아사이가세이, 도레이 등의 전기·소재 관련 업체들이 대거 참여하고 있다.

국내에서도 한국생산기술연구원이 폭발 및 화재 위험을 없애면서도 배터리 팩의 부피를 획기적으로 줄일 수 있는 바이폴라(Bipolar) 구조의 전고체전지 기술을 개발했다.

한국생산기술연구원이 개발한 전고체전지는 다수의 단위셀이 하나의 셀스택 안에서 직렬로 연결돼 있는 바이폴라 구조로 설계 제작돼 고전압 구현에 유리하며, 전기차 배터리 팩을 간소화해 부피를 약 3분의 1로 줄이면서도 주행거리는 2배 이상 향상시킬 수 있다.

문제는 상용화시점이다. 많은 업체들이 다양한 기술들을 발표하고 있지만 아직은 상용 전기차량에 탑재한다는 발표는 나오지 않고 있다.

삼성 역시, 이번 발표에서 상용화 시점은 언급하지 않고 있다. 하지만 삼성이 이번에 개발한 기술은 기존에 발표됐던 기술들보다는 확실히 진일보했다는 평가다.

일반적으로 전고체전지에는 배터리 음극 소재로 ‘리튬금속(Li-metal)’이 사용되는데 리튬금속은 전고체전지의 수명과 안전성을 낮추는 ‘덴드라이트(Dendrite)’ 문제를 해결해야 하는 문제가 생긴다.

'덴드라이트'는 배터리를 충전할 때 양극에서 음극으로 이동하는 리튬이 음극 표면에 적체되며 나타나는 나뭇가지 모양의 결정체로, 이 결정체가 배터리의 분리막을 훼손해 수명과 안전성이 낮아진다.

삼성전자는 덴드라이트 문제를 해결하기 위해 전고체전지 음극에 5마이크로미터(100만분의 1미터) 두께의 은-탄소 나노입자 복합층(Ag-C nanocomposite layer)을 적용한 ‘석출형 리튬음극 기술’을 세계 최초로 적용했다.

이 기술은 전고체전지의 안전성과 수명을 증가시키는 것은 물론 기존보다 배터리 음극 두께를 얇게 만들어 에너지밀도를 높일 수 있기 때문에 리튬이온배터리 대비 크기를 절반 수준으로 줄일 수 있다.

삼성전자 종합기술원 임동민 마스터는 “전고체전지 소재와 양산기술 연구를 통해 차세대 배터리 한계를 극복해 나가겠다”고 말했다.