[Tech 스토리] 현대차 정의선 수석부회장이 주목한 '전고체 배터리'

기사입력 : 2020년07월26일 06:54

최종수정 : 2020년07월26일 09:18

외부 충격에 의한 배터리 손상 및 화재 위험 크게 낮춰
전기차 주행거리 획기적 증가…도심형 항공기에도 유용
아직은 걸음마 수준...삼성SDI "2027년 이후 상용화"

[편집자주] 기업들의 신기술 개발은 지속가능한 경영의 핵심입니다. 이 순간에도 수많은 기업들은 신기술 개발에 여념이 없습니다. 기술 진화는 결국 인간 삶을 바꿀 혁신적인 제품 탄생을 의미합니다. 기술을 알면 우리 일상의 미래를 점쳐볼 수 있습니다. 각종 미디어에 등장하지만 독자들에게 아직은 낯선 기술 용어들. 그래서 뉴스핌에서는 'Tech 스토리'라는 고정 꼭지를 만들었습니다. 산업부 기자들이 매주 일요일마다 기업들의 '힙(hip)' 한 기술 이야기를 술술~ 풀어 독자들에게 전달합니다.

[서울=뉴스핌] 김선엽 기자 = 이재용 삼성전자 부회장과 정의선 현대차 수석부회장이 올해 5월과 7월 두 차례 만났습니다. 첫 만남은 삼성SDI 천안사업장, 두 번째는 현대차그룹 남양연구소에서 회동했습니다.

두 번의 회동에서 빠지지 않은 메뉴가 '전고체 배터리'입니다. 재계 1~2위 총수는 왜 전고체 배터리에 지대한 관심을 가진 것일까요. 전고체 배터리 개발을 준비 중인 삼성SDI의 도움을 받아 전고체 배터리에 대해 알아보겠습니다.

◆ 전고체 배터리란 무엇인가?

전고체 배터리를 알아보기 전에 리튬이온배터리의 4대 구성 요소에 대해 먼저 알아보겠습니다. 리튬이온배터리의 4대 구성요소는 양극, 음극, 분리막, 전해질입니다. 양극과 음극 사이를 리튬이온이 이동하면서 전기를 발생시키는 것이죠.

현재 우리가 스마트폰이나 전동공구, 전기자전거, 전기자동차 등의 어플리케이션에 사용하는 리튬이온배터리의 경우는 액체 전해질을 사용하고 있습니다.

이에 반해 전고체 배터리는 바로 이 배터리의 4대소재 중 전해질이 액체에서 고체로 바뀐 배터리입니다.

<출처=삼성SDI>

구조적으로 살펴보면 리튬이온배터리의 경우는 양극과 음극 사이에 접촉을 방지하는 분리막이 위치하고 액체 전해질이 양극, 음극, 분리막과 함께 있지만, 전고체 배터리의 경우는 분리막 대신 고체 전해질이 분리막의 역할까지 대신하고 있습니다.

리튬이온배터리를 사용함에 있어 사용자들이 가장 우려하는 부분은 바로 안전성입니다. 액체 전해질을 사용하다 보니 온도 변화로 인한 배터리의 팽창이나 외부 충격에 의한 누액 등 배터리 손상 시 화재나 폭발 등의 위험성이 존재합니다.

이에 반해 전해질이 고체인 전고체 배터리는 구조적으로 단단해 안정적이며, 전해질이 훼손되더라도 형태를 유지할 수 있기 때문에 더욱 안전성을 높일 수 있습니다.

전기차용 전고체 배터리 시장 전망<출처=삼성SDI>

◆ 전기차 주행거리 획기적으로 늘려…현대차 UAM에도 유용

그렇다면 왜 많은 배터리 업체들이 차세대 배터리인 전고체 배터리 개발에 역량을 집중하고 있을까요?

그것은 바로 전기차용 배터리 용량을 높여야 하기 때문입니다.

앞으로 전기차가 내연기관차를 대체해 자동차업계의 주류로 성장할 것이라는 사실은 많은 시장조사기관에서 예측하고 있습니다. 전기차가 확실한 대세가 되기 위해서는 핵심부품인 전기차용 배터리 용량을 증가시키는 것이 무엇보다 중요합니다.

전기차용 배터리 용량이 늘어나야 하는 첫번째 이유는 바로 주행거리입니다. 현재 운행 중인 전기차의 주행거리는 내연기관차의 600~700km를 따라가지 못하고 있습니다.

배터리의 용량을 늘리는 방법은 두가지가 있는데 첫번째는 배터리의 개수를 늘리는 것입니다. 하지만 이 경우는 배터리 가격 상승과 공간 효율성을 저해시키기 때문에 실현하기 어렵습니다.

전고체 배터리는 리튬이온배터리에 비해 에너지 밀도가 높은데요, 그 이유는 바로 폭발이나 화재의 위험성이 사라졌기 때문에 안전성과 관련된 부품들을 줄이고 그 자리에 배터리의 용량을 늘릴 수 있는 활물질을 채웠기 때문에 에너지 밀도가 높아진 것입니다. 그만큼 공간 활용도가 높다고 볼 수 있지요.

전기차의 주행거리를 비약적으로 늘리기 위해서는 전고체 배터리가 안성맞춤이라고 전문가들은 지적합니다. 글로벌 전기차 시장을 선도하기를 꿈꾸는 정의선 수석부회장으로선 전고체 배터리에 끌릴 수밖에 없겠죠.

[서울=뉴스핌] 김기락 기자 = 정의선 현대차그룹 수석 부회장이 1월 CES에서 도심 항공 모빌리티에 대해 설명하고 있다 [사진=김기락 기자] 2020.06.29 peoplekim@newspim.com

전고체 배터리가 유용하게 쓰일 또 다른 분야는 도심형 항공기(Urban Air Mobility)입니다.

현대차그룹은 1월 미국 CES에서 5인승 개인용 비행체 'S-A1'를 공개한 바 있습니다. 활주로 없이도 비행이 가능한 전기 추진 수직이착륙(eVTOL) 기능을 탑재, 최대 약 100km 거리를 비행할 수 있고 최고 속도는 시속 290km입니다.

배터리 업계에선 전기차 배터리로 주로 사용되는 리튬이온전지 대비 에너지 밀도를 높이면서도, 무게를 낮출 수 있는 전고체 배터리를 도심형 항공기의 차세대 에너지원으로 꼽고 있습니다.

현대차 그룹은 2030년까지 도심형 항공기를 상용화 한다는 계획을 갖고 있습니다. 삼성이 적시에 전고체 배터리를 공급할 수 있다면 현대차의 도심형 항공기 사업에 더욱 속도가 나겠죠.

◆ 아직은 걸음마 수준...삼성SDI "2027년 이후 상용화"

전고체 배터리 개발에 많은 자동차 제조사와 배터리∙소재 업체들이 뛰어들었지만 아직 걸음마 단계입니다.

일본 토요타가 2008년 전고체 배터리 연구를 시작했고 2022년까지 전고체 배터리를 상용화하겠다고 밝혔습니다. 독일 폭스바겐 역시 미국의 퀀텀스케이프와 BMW는 솔리드파워와 각각 협력해 전고체 배터리를 탑재한 전기차를 2025~2026년경 출시할 계획을 밝히기도 했습니다.

하지만 업계에서는 아직 리튬이온배터리를 대체할 만한 수준의 개발이 이뤄지지 않았고, 현재로서는 에너지밀도가 낮고 수명, 가격은 비싸기 때문에 전고체 배터리 양산은 2025년 이후에나 가능할 것으로 전망하고 있습니다.

[서울=뉴스핌] 김선엽 기자 = 2020.07.23 sunup@newspim.com

대표적인 글로벌 배터리 기업인 삼성SDI도 전고체 배터리 개발에 집중하고 있지만 현재는 요소기술 개발단계로 상용화는 2027년 이후로 예상하고 있습니다.

한편 지난 3월 삼성전자 종합기술원은 1회 충전으로 주행거리 800km, 1000회 이상 충방전이 가능한 전고체 배터리 연구결과를 공개하기도 했습니다. 전고체 배터리의 수명과 안전성을 높이면서도 크기는 반으로 줄일 수 있는 원천 기술을 담고 있는 이 연구내용은 세계적인 학술지 '네이처 에너지(Nature Energy)'에 게재되기도 했습니다.

삼성SDI는 "전기차가 더 멀리, 안전하게 주행하기 위해서는 전고체 배터리 개발은 꼭 필요하다고 볼 수 있다"며 "아직은 초기 단계로 상용화까지는 많은 시간과 난관이 있을 수 있지만 삼성SDI는 '초격차' 기술 개발을 위해 최선을 다하겠다"고 밝혔습니다.

sunup@newspim.com

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기후동행카드, 고양·과천도 30일부터 [서울=뉴스핌] 이경화 기자 = 서울시는 '기후동행카드'가 오는 11월 30일 첫 차부터 고양시와 과천시까지 서비스를 확장한다고 21일 밝혔다. 이로써 서울~고양~과천을 오가는 시민들도 월 5만~6만원대로 기후동행카드의 무제한 혜택을 받을 수 있게 된다. 지난 1월 27일 서울 지역을 대상으로 출발한 기후동행카드는 3월 30일 김포골드라인, 8월 10일 진접선·별내선까지 확대됐다. 서울 공동생활권인 인구 100만의 대규모 도시 고양시와 지리적으로 서울시와 경기남부의 길목에 위치한 과천시까지 연결됨에 따라 수도권으로 본격 확대되는 계기가 될 것으로 시는 기대한다. 서울 외 지역 기후동행카드 이용 가능 도시철도 구간 [이미지=서울시] 서울시와 고양시, 과천시는 지난해 2~3월 기후동행카드 참여 업무협약을 체결한 이후 후속 논의를 통해 구체적인 시행방안을 마련하고 11월 30일 고양시(3호선·경의중앙선·서해선), 과천시(4호선)의 기후동행카드 참여를 확정지었다. 관계기관들과 함께 시스템 개발·최종 점검을 완료했다. 이번 확대로 3호선은 고양시 일산서구 대화역에서 서울시 송파구 오금역까지 모든 역사(44개)에서 기후동행카드를 이용할 수 있게 된다. 경의중앙선은 고양시 일산서구 탄현역에서 구리시 구리역까지 34개 역사, 서해선은 고양시 일산서구 일산역에서 서울시 강서구 김포공항역까지 7개 역사, 4호선은 남양주시 진접역에서 과천시 정부과천청사역사까지 34개 역사에서 기후동행카드를 이용할 수 있다. 이에 더해 현재 기후동행카드 서비스 범위에 이미 고양시를 경유하는 서울 시내버스 28개 노선과 과천시를 경유하는 6개 노선이 포함돼 있음을 고려하면 서울과 고양·과천을 통근·통학하는 약 17만 시민의 이동 편의가 더욱 증진될 것으로 보인다. 또 이용범위가 대폭 확대되면서 과천·고양 등 시민들도 기후동행카드의 다양한 문화 혜택을 동일하게 누릴 수 있다. 과천시 4호선 확대로 대공원역도 기후동행카드를 이용할 수 있는 만큼 방문 시 서울대공원 50% 할인 등 혜택을 참고하면 된다. 기후동행카드는 올해 1월 23일 서비스 시작 이후 70일 만에 100만 장이 팔리는 등 시범사업 단계부터 큰 호응이 확인된 바 있다. 7월부터 본사업에 들어가면서 청년할인권·관광객을 위한 단기권 등 다양한 혜택이 더해졌다. 평일 최대 이용자가 65만명이 넘어가는 등 인기가 지속되고 있다. 서울시는 고양·과천 지하철 적용을 시작으로 수도권 시민들에게도 실질적인 혜택을 제공할 수 있도록 관련 협의·시스템 개발 검토를 적극 추진할 계획이다. 향후 기후동행카드의 무제한 확장을 위한 타 경기도 지자체와의 논의 역시 급물살을 탈 것으로 기대된다고 시는 덧붙였다. 기후동행카드를 이용하려면 안드로이드 기반 휴대전화에서 '모바일티머니' 앱을 무료로 다운받아 충전하면 된다. 실물카드는 서울교통공사 1~8호선 고객안전실, 지하철 인근 편의점 등에서 구매한 후 서울교통공사 1~8호선, 9호선, 신림선·우이신설선 역사 내 충전기에서 권종을 선택·충전 후 사용할 수 있다. 기후동행카드의 고양시, 과천시 확대 등에 관한 자세한 내용은 고양시(031-909-9000), 과천시(02-3677-2285), 서울시 120 다산콜센터로 문의하면 된다. 윤종장 서울시 교통실장은 "김포·남양주·구리에 이어 고양·과천 확대로 경기도 동서남북 주요 시군까지 기후동행카드의 무제한 대중교통 혁신이 이어지고 있다"며 "교통비 절감·생활 편의·친환경 동참 등 일상 혁명을 수도권 시민들까지 누릴 수 있도록 수도권 지역 서비스 확대·편의 향상에 총력을 기울이겠다"고 말했다. kh99@newspim.com 2024-11-21 11:15

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김승연 회장, 시흥R&D캠퍼스 첫 방문 [서울=뉴스핌] 김아영 기자 = 김승연 한화그룹 회장이 지난해 5월 공식 출범한 한화오션 사업장을 처음 찾았다. 한화그룹은 김승연 회장이 20일 '한화오션 중앙연구원 시흥R&D캠퍼스'를 방문했다고 밝혔다. 김승연 회장(가운데)이 한화오션 시흥R&D캠퍼스를 방문해 임직원들과 오찬 후 기념촬영을 하고 있다. [사진=한화그룹] 현장을 둘러본 김 회장은 미국 등 글로벌 시장 선점을 위한 초격차 기술경쟁력 확보를 강조했다. 해양 탈탄소 시대를 선도할 그린십(Green Ship) 기술과 방산 기술 혁신으로 조선·해양 분야에서 지속가능한 글로벌 강자로 자리매김할 것을 주문한 것이다. 이날 행사에는 김동관 한화그룹 부회장과 김희철 한화오션 대표이사, 손영창 한화오션 제품전략기술원장도 참석했다. 김승연 회장과 김동관 부회장이 한화오션 시흥R&D캠퍼스의 상업용 세계 최대 공동수조를 방문해 시연을 지켜보고 있다.[사진=한화그룹] 한화오션 시흥R&D캠퍼스는 상업용 세계 최대 규모의 공동수조와 예인수조, 국내 유일의 음향수조 등 첨단 시험 설비를 갖추고 있다. 이를 통해 조선·해양·방산 분야 친환경 초격차 기술 개발을 선도하는 핵심 연구 거점이다. 기술 리더십의 중요성을 강조해온 김승연 회장이 시흥R&D캠퍼스를 찾은 이유이기도 하다. 김승연 회장은 먼저 공동수조(Cavitation Tunnel)를 방문해 연구진의 시연을 지켜봤다. 상업용 세계 최대 규모의 한화오션 공동수조는 길이 62m, 높이 21m의 대형 터널로, 최대 출력 4.5MW 모터와 3600톤의 물을 통해 최대 15m/s의 유속을 형성할 수 있다. 특히, 선박의 추진력을 높이고 수중 방사 소음을 줄이는 연구 성과는 함정의 은밀성과 생존성을 강화하는 방산 기술 개발에도 활용되고 있다. 예인수조를 방문한 김 회장은 임직원들과 함께 수조 내 모형선을 끄는 예인전차에 탑승해 고품질 선박 성능 시험을 참관했다. 한화오션의 예인수조는 길이 300m·폭 16m, 담수량 3만3,600톤으로 세계 최대 규모 최신 시설을 자랑한다. 상선, 함정 등 다양한 선박의 저항, 운동, 조종 성능 등에 맞춤식으로 시험할 수 있다. 김승연 회장이 한화오션 시흥R&D캠퍼스 예인수조를 둘러본 후 임직원들과 기념사진을 촬영하고 있다. [사진=한화그룹] 김 회장은 이 날 임직원들과 함께한 자리에서 "여러분은 한화그룹의 자산이자 대한민국 산업의 자산"이라며 "대한민국의 국익과 국격에 기여한다는 뜨거운 사명감을 갖고 연구에 임해주기 바란다"고 당부했다. 이어 "더 밝게 빛날 한화의 미래에 조선해양 부문이 가장 앞에 서 있을 것을 믿어 의심치 않는다"며 "한화 가족 모두는 우리 그룹의 일원으로서 함께 나아갈 한화오션의 미래에 큰 기대를 가지고 있다. 여러분이 가진 무한한 잠재력과 기술 역량으로 새 시대를 선도해 나가길 바란다"고 덧붙였다. 김승연 회장은 3D 프린팅 기술을 활용해 동일한 형상으로 축소된 프로펠러 모형을 제작하여 다양한 성능을 예측·평가하는 모형제작워크샵에 대한 설명도 들었다. 이곳에서 김승연 회장은 한화오션이 수출형 모델로 독자 개발한 2000톤급 잠수함 모형에 'K잠수함 수출로 글로벌 No.1 도약을 기원합니다'라고 적고 친필 서명하며 해외 수출 성공을 기원했다. 한화오션의 2000톤급 잠수함은 현존하는 디젤 잠수함 중 최고로 평가 받는 장보고-III 플랫폼에 기반해 자체 개발한 중형급 잠수함으로 최신 기술과 다양한 요구사항을 적용한 모델이다. 김승연 회장은 직원 식당에서 임직원들과 오찬도 함께 했다. 김승연 회장이 한화오션 시흥R&D캠퍼스를 방문해 임직원들에게 격려의 메시지를 전하고 있다. [사진=한화그룹] 김 회장은 이 날 한화오션 임직원들에게 "한화는 여러분들이 마음껏 연구 역량을 펼칠 수 있도록 거친 파도를 막아주는 든든한 방파제가 될 것"이라며 굳건한 신뢰의 뜻을 전했다. 한화오션은 시흥R&D캠퍼스의 첨단 인프라를 바탕으로 지속 가능한 해양 솔루션을 개발하고 미래 해양 산업의 변화를 주도하는 글로벌 오션 솔루션 프로바이더로 도약하기 위한 행보를 이어갈 예정이다. aykim@newspim.com 2024-11-20 15:33