[MT리포트]관건은 "10~15분내 충전"..글로벌 배터리 기술 어디까지 왔나

SK이노베이션 서산공장 전기차 배터리 생산라인에서 직원들이 생산된 배터리 셀을 검사하고 있다.

전기차(EV)와 전기차용 배터리의 과제는 크게 2가지다. 주행거리를 늘리고, 10~15분내 급속충전이 가능하게 해야 한다. 이들은 '안전성을 확보한 고에너지·고밀도 배터리'로 가능하다.


자동차·화학 업계는 전기차가 본격적으로 보급되는 2021년부터 '400㎾(킬로와트)급 급속 충전기' 등장을 기대하고 있다.

400㎾급을 기준으로 충전시간을 추정하면 충전효율이 90% 수준이라고 볼 때 80㎾h(와트시)급 배터리를 장착한 전기차는 약 10분만에 80% 용량까지 충전 가능하다. 2021년부터는 1회충전시 평균 500㎞ 이상을 주행해야하는데, 80㎾h급 정도의 배터리는 필요하다.

이때문에 글로벌 배터리셀 제조사들은 에너지밀도 개선에 집중하고 있다. 구성 재료별로 높은 에너지원을 갖도록 '믹스'를 개선하거나 단위재료 두께, 셀 부피 등을 개선하면 에너지밀도가 높아진다. 양극재에서 니켈의 비중을 높이거나('하이니켈' 경쟁), 음극재에서 수명특성이 좋은 인조흑연 음극재와 용량특성이 좋은 천연흑연 음극재를 섞거나 실리콘계 물질을 섞어 더많은 에너지 용량을 내는 등 방식이다.

현재의 '하이니켈' 경쟁, 믹스 개선 이후는 전고체 배터리 경쟁이 될 것으로 업계는 보고 있다. 전고체 배터리는 액상의 전해액(리튬이온배터리)을 고분자 또는 세라믹 등 유무기 소재로 대체하므로 물리적 충격에 전해액이 누수가 되거나 폭발하는 위험이 없다.


기술적인 측면에서는 에너지 밀도 극복이 최대 관건이다. 충·방전을 위해서는 리튬이온 이동성이 확보돼야 하는데 액체상태 전해질과 비교할 때 고체 형태에서는 이동성이 현저히 떨어진다. 이때문에 최소 2040년까지는 리튬이온 배터리의 경제성이 우위에 있을 것이라는 전망도 나온다.

이밖에 전문가들은 미래 친환경차 시장은 전기차와 수소전기차(FCEV)가 같이 발전할 것으로 보고 있다.

전문가들은 전기차는 출퇴근용 단거리 주행에, 수소전기차는 장거리 대규모 운송(트럭 등)이나 대중교통(버스)에 적합할 것으로 보고 있다.

전기차와 수소전기차가 같이 갈 것이라고 주장하면서도 속내는 서로 주도권(헤게모니) 경쟁을 하는 측면도 있다.

수소전기차 측은 "전기차는 기술이 발전해도 1회충전 주행가능거리가 1000㎞ 이하에 그칠 것"이라고 주장한다. 이에 반해 전기차 측은 "1회충전 주행가능 거리가 600㎞ 정도면 대부분 수요는 충족한다"고 주장한다. 주행중 충전도 가능하기 때문이다. 전기차 측은 1회충전 주행가능거리보다는 충전소요시간을 현행 30분 이상에서 '10~15분 정도'로 줄이는 것이 목표라고 보고 있다.