【 청년일보 】 13일 이재용 삼성그룹 부회장과 정의선 현대차그룹 수석부회장은 공통의 관심사 차세대 전기차용 전지인 '전고체 배터리(All-Solid-State Battery)'를 논의하기 위해 만났다.

삼성이 최근 개발한 전고체 배터리 관련 핵심 기술과 현대차의 전기차 글로벌 판매 확대라는 이해가 맞아 떨어졌다는 분석이다.

전고체 배터리는 한마디로 현재 광범위하게 사용되는 '리튬이온배터리'를 대체하는 차세대 기술이다.

리튬이온 배터리의 구조는 배터리셀 안에 음극과 양극의 액체를 분리막으로 나누고 그안을 채운 것이 전해질이라는 액체다.

전기를 발생시키는 원리는 충전시 마이너스 쪽으로 전해질이 이동하고 사용시에는 플러스 쪽으로 이동해 전기를 발생시킨다.

그런데 전해질은 가연성을 가진 액체라서 음극과 양극이 섞이면 불이 붙는다. 따라서, 충격시 발화의 위험을 낮추기 위해 하나의 배터리 크기를 크게 만들 수 없어 고전압을 내기 위해서는 작은 배터리들을 이어서 사용해야 하므로 부피가 커진다.

또, 온도가 높아지면 전해질은 증발하고 추워지면 성능을 발휘하지 못하며 구부리는 것이 불가능 하고 소형화도 힘들다.

이런 문제점을 극복하기 위해 전고체 배터리가 나왔다.

전고체는 전해질이 고체이므로 충격에도 불이 붙지않고 배터리 수명이 길고 열과 압력에도 강하다. 또 큰 전압을 낼수 있도록 대형화해서 만들 수 있으며, 전해질이 액체가 아니라 황화물계열 고체로 채워지므로 리튬이온 배터리에 들어가는 분리막과 냉각관련 부품들이 사라져 제작단가가 줄어든다.

가장 큰 장점은 전고체 배터리는 공정이 반도체 공정과 유사한 부분이 있다는 점이다.

전고체 배터리에는 기술적 난제가 있다. 현재 음극 소재로 리튬 금속(Li metal)이 사용되는데 리튬 금속은 배터리 수명과 안전성을 낮추는 '덴드라이트'(Dendrite)문제가 발생한다.

덴드라이트는 배터리를 충전할 때 리튬이 음극 표면에 쌓여서 나타나는 나뭇가지 모양의 결정체로, 이 결정체가 배터리 분리막을 훼손해 수명·안전성이 낮아진다.

전고체 배터리 상용화를 위해서는 이 덴드라이트 문제를 해결하는 것이 관건으로 꼽힌다.

이에 삼성종합기술연구원은 연구를 통해 덴드라이트를 해결할 기술을 세계 최초로 적용하고 지난 3월 세계적 학술지 '네이처 에너지'를 통해 공개했다.

삼성은 전고체 전지 음극에 5마이크로미터 두께의 은·탄소 나노입자 복합층(Ag-C Nanocomposite Layer)을 적용한 '석출형 리튬음극 기술'을 개발했다.

이 기술은 전고체전지의 안전성과 수명을 증가시키는 동시에 기존보다 배터리 음극 두께를 얇게 만들어 에너지 밀도를 높일 수 있다. 이에 따라 리튬이온 전지보다 크기를 절반 수준으로 줄이는 특징을 갖췄다.

이 분야에서 가장 앞서가는 곳은 '일본'이다.

도요타나 파나소닉은 1995년부터 특허를 내기 시작해 2010년 이후 국가단위 산학협력 "All-Japan"전략을 시작하면서 전고체 배터리를 개발해 왔다. 이 분야에서 세계 특허의 30~40%를 독점하고 있다.

업계 관계자는 "세계 배터리 대전에 뛰어든 삼성과 현대는 이러한 일본의 도요타-파나소닉 동맹의 기술장벽을 넘어서 삼성이 개발한 배터리와 이를 활용하는 현대차의 새로운 동맹이 시작되는 계기가 될 수도 있다"라고 말했다.

【 청년일보=김지훈 기자 】