전기차 화재와 폭발, 전고체 배터리로 극복할수 있을까?

 전기차의 인기가 나날이 높아지고 있습니다. 그러나 한편으로는 전기차 화재에 관한 소식도 자주 접할 수 있습니다. 전기차 화재는 왜 일어날까요? 대부분은 리튬이온배터리에 주목합니다. 그럼 화재와 폭발에 가능성이 낮은 배터리는 없을까요? 오늘은 '꿈의 배터리'라고 불리는 '전고체 배터리'에 대해 이야기해보고자 합니다.

 

[ 목차 ]

 

1. 전기차 화재의 원인은 리튬이온배터리? 

 

 전기차 화재의 가장 주요한 원인은 배터리에 사용되는 액체 전해질에 있습니다. 이 액체전해질은 리튬이온전도도가 높은 가연성 유기물질을 사용하므로, 주변온도에 상당히 민감합니다. 특히 배터리에 이상이 발생하여 열폭주 현상이 일어나게 되면 전해질은 과도한 팽창을 하게 되고, 배터리의 형태를 유지하지 못하고 손상을 일으켜 화재/폭발을 유발합니다. 또한 가연성이기 때문에, 화재발생했을 시에 불을 확산시키는 역할을 합니다. 뉴스에서 전기차 화재를 쉽게 진화하기 어렵다는 말을 한 번쯤 들어보셨을 겁니다. 결국 가연성 액체 전해질을 사용하는 것이 현재 리튬이온 배터리의 가장 큰 위험성이라고 할 수 있습니다.

 

 

2. 전고체 배터리는 액체 전해질이 없나요?

 전고체 배터리의 영어이름은 All-Solid-State Battery라고 합니다. 배터리에 액체가 일절 포함되지 않는 100% 고체로 이뤄져 있다는 뜻이죠. 가연성 액체 전해질이 없어지고 주변 열, 압력에 강한 고체 전해질로 대체하면서 화재와 폭발에 아주 강한 모습을 보이게 됩니다. 구조적으로 매우 단단하고 안정적이기 때문에, 내부 고체 전해질이 훼손될지라도 배터리 형태를 유지할 수 있습니다.

 

 

3. 전고체 배터리는 안정성만 뛰어난 걸까요?

  물론 아닙니다. 대표적으로 안정성을 말한 것이지, 이것을 제외하고도 강점이 많습니다.

 

• 더 높은 에너지 밀도 : 리튬이온배터리보다 더 높은 에너지 밀도를 가집니다. 이는 더 많은 에너지를 저장할 수 있고, 더 오랜 시간 동안 사용할 수 있다는 것을 의미합니다.
• 더 긴 수명 : 리튬이온배터리보다 더 긴 수명을 가집니다. 충전 및 방전 사이클 수가 더 많고, 충전 시 메모리 효과가 없기에 더 오래 사용할 수가 있습니다.
• 더 빠른 충전 속도 : 전고체 배터리는 리튬이온배터리보다 더 높은 전류를 안정적으로 받을 수 있기 때문에 충전속도가 빠릅니다. 이는 사용자가 직접적으로 느끼게 될 장점 중 하나가 될 것 같습니다.
• 환경 친화성 : 세계는 지금 친환경입니다. 기후환경이 악화되는 요즘 그 추세가 더욱 강해지고 있습니다. 리튬이온배터리는 일부 재료의 생산과정에서 환경오염을 유발하는 데에 반하여 전고체 배터리는 친환경적으로 생산될 수 있습니다.

4. 그럼 왜 사용하지 않을까요?

 사용하지 않는 게 아니라 못하고 있습니다. 경제성이 맞지 않아 양산을 못하기 때문입니다. 전고체 배터리가 시장에 유통이 되려면, 현재 전기차의 표준이 되고 있는 액체 전해질 기반의 배터리와 경쟁이 되어야 합니다. 하지만 아직은 기술부족으로 어렵습니다. 대표적인 이유를 알아보겠습니다.

• 액체전해질보다 리튬이온전도도가 낮습니다.
  리튬이온전도도는 배터리의 에너지 출력을 말합니다. 고체는 상대적으로 액체보다 리튬이온전도도가 낮습니다. 따라서 배터리의 출력이 떨어지게 됩니다. 리튬이온이 이동하면서 저항을 많이 받기 때문에 배터리 수명 자체가 줄어드는 점도 있습니다.
• 액체전해질보다 생산비용이 높습니다.
  리튬이온배터리에 비해 생산비용이 높습니다. 대략 기존 리튬이온배터리의 7배라고 합니다. 매우 높죠? 아무리 안정성이 뛰어나더라도 7배나 비싼 돈을 주고 사려는 구매자는 없을 것입니다. 더욱이 요즈음 리튬이온배터리의 가격이 낮아지고 있는 추세라 더욱더 가격 경쟁력에서 떨어지고 있습니다.
  
  

그래서 많은 회사들이 전고체 배터리의 이러한 단점들을 극복하고자 많은 투자를 하여 개발에 집중하고 있습니다.

 

 

5. 어떤 회사들이 개발하고 있나요?

 국내기준으로 보겠습니다. 대표적인 2차 전지 회사들이 전고체 배터리 개발에 힘을 쓰고 있습니다. LG 에너지 솔루션, 삼성SDI, SK온 국내 배터리 3사는 모두 전고체 배터리 상용화 개발에 뛰어들었습니다. 삼성SDI는 2027년 양산을 목표로 하고 있습니다. 황화물계 전고체 배터리에 주력하고 있습니다. SK온은 2020년대 후반을 양산 목표로 개발에 집중하고 있습니다. 마지막으로 LG에너지솔루션은 2026년 양산을 목표로 하고 있습니다. 고분자계 전고체 배터리에 주력하고 있습니다. 2차 전지 분야에서 오랜 경험과 압도적인 기술력으로 Global 경쟁력을 갖춘 LG에너지솔루션이 전고체 배터리 시장에서도 Global Top Tier가 되길 응원합니다.

 

 오늘은 이렇게 전고체 배터리의 화재와 그를 대체할 전고체 배터리에 대해 간단히 알아보았습니다. 사실 2차 전지는 전기차뿐만 아니라 인류의 대부분의 선진기술에 사용됩니다. 미래로 갈수록 수요는 더욱더 폭발적으로 늘어날 것은 자명합니다. 전고체 배터리가 '게임 체인저'가 될 수 있을까요? 다음에는 좀 더 자세하고 재미있는 전고체 배터리 이야기를 하겠습니다.

 

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