배터리 미래 기술 ‘지능화’ 주목

과학기술

배터리 미래 기술 ‘지능화’ 주목
배터리 산업의 현재와 미래 전망

2021.06.02 09:00 김순강 객원기자

에너지산업 분야 시장 전문 조사기관 SNE리서치에 따르면 글로벌 전기차 수요가 2019년 310만 대에서 20년 후에는 5,200만 대로 약 17배 성장할 것으로 예측했고, 이에 따라 전기차에 탑재되는 배터리 수요도 23배 이상 광폭 성장할 것으로 전망했다.

올해 1분기 기준으로 글로벌 배터리 시장에서 우리나라는 31%의 점유율을 차지했고, 중국은 45%로 치열한 경쟁을 벌이고 있으며 배터리 산업이 반도체와 함께 앞으로 우리나라의 미래 먹거리 핵심 산업으로 꼽히고 있다. 이에 한국과총이 1일 ‘한국 배터리 산업의 현재와 미래’를 주제로 온라인 포럼을 열고, 글로벌 배터리 경쟁에서 승리하기 위한 전략과 준비에 대해 논의하는 시간을 가졌다.

글로벌 전기차 수요가 급증함에 따라 배너리산업이 광폭 성장할 것으로 전망되고 있다. ⓒ게티이미지뱅크

한국 배터리 산업의 현재와 미래?

이차전지에 있어서 핵심 화두는 무엇보다 발화문제다. 발화의 원인이 액체 전해질이기 때문에 이를 고체로 대체하는 전고체 전지의 양산 시기에 관심이 모아지고 있는 것이다. 하지만 이날 포럼에서 정경윤 KIST에너지저장연구단장은 “토요타가 2025년도에 전고체 전지를 출시하겠다고 발표했지만, 상용화된 전고체 전지를 탑재하는 것이 아니라 프로토타입을 탑재하겠다는 것”이라며 “현재 기술 개발 수준이나 진행되는 방향을 보면 전고체 전지의 상용화가 가까운 미래가 될 수는 없고, 먼 미래에나 가능할 것”이라고 내다봤다.

현재 전고체 전지의 안전성 문제에는 긍정적인 면이 있지만, 고체 전해질의 이온 전도가 아직은 만족할 만큼 나오지 않고 있기 때문이다. 또 대기 중에서 견딜 수 있어야 하는데 수분이나 공기와 반응하는 부분도 있고, 셀 내에서도 여러 가지 다양한 반응이 존재한다는 것이다. 과학적으로 풀어야 할 과제 많아서 이를 돌파할 수 있는 기술이 나와야 빠르게 진행되겠지만 그때까지는 시간이 조금 더 필요하다는 것이 정 단장의 설명이다.

포럼에서 글로벌 배터리 경쟁에서 승리하기 위한 전략과 준비에 대해 논의하는 시간을 가졌다. ⓒ 포럼 영상 캡처

선양국 한양대 에너지공학과 교수도 전고체 전지 상용화에 상당한 시간이 걸릴 것이라는데 의견을 같이했다. 선 교수 말에 따르면 소재 관점에서 아직은 양산을 하기 위한 안전한 소재가 발견되지 않고 있다는 것. 따라서 양산 단계에서 문제없이 기존의 리튬이온전지와 경쟁할 수 있는 소재 개발이 우선되어야 한다. 또 공정적인 측면에서도 기존의 공정 라인을 쓰거나 그와 맞먹는 공정 경쟁력을 확보해야 하는데 그것도 아직은 시간이 더 필요하다는 얘기다.

때문에 현재 이차전기 발화 문제의 해결방안을 단기적으로 배터리의 지능화에서 찾아야 한다는 의견도 나왔다. 송준호 한국산업기술평가관리원 전략기획단 이차전지 PD는 “배터리는 에너지를 담아서 그것을 전기로 바꿔서 사용하는 장치다. 따라서 환경만 조성된다면 어떠한 전지 시스템이든 화재나 불이 날 가능성은 늘 있다”라며 “다만 화재의 종류가 자동차가 사고를 당해서 배터리의 외형적인 손상이 너무 커서 어쩔 수 없이 불이 나는 경우가 있는데 이럴 때는 기존보다 오래 폭발을 지연시키는 기술을 개발함으로써 탑승자가 빠져나올 수 있는 시간을 벌어주는 것으로 안전성을 확보할 수 있을 것”이라고 설명했다.

배터리 발화문제 해결책 ‘지능화’

그런데 사고로 인한 발화는 내연기관은 물론이고, 전고체 전지도 외부적 충격으로 고체 전해질 부분이 파괴되어서 양극과 음극이 만나게 되면 불이 날 수밖에 없는 구조다. 따라서 결국 어떤 배터리든 다양한 방식으로 안전성을 담보할 수 있는 기술 개발이 필요하다는 것. 다만 송 PD는 “배터리가 한번 쓰고 버리는 것이 아니라고 계속해서 충전해서 사용하는 것이기 때문에 사용 상태를 실시간으로 모니터링하면서 관리하는 시스템이 필요하고 결국은 배터리의 지능화가 필요하다”라고 덧붙였다.

최장욱 서울대 교수가 ‘배터리 산업의 현재와 미래’를 주제로 발표했다. ⓒ 포럼 영상 캡처

이를 위한 배터리 매니지먼트 시스템(BMS) 제안도 있었다. 최장욱 서울대 화학생명공학부 교수도 “사용자들이 아무리 완벽하게 배터리가 제조되어도 운전 습관에 따라 배터리가 다른 방식으로 열화되지 않을까 하는 우려를 하게 된다”라며 “일반적으로 BMS는 온도, 전압, 저항 등을 읽어내고 그것을 바탕으로 충전, 방전 상태나 수명, 건강도 등을 계산한 다음에 온도나 셀 밸런싱 등을 통해서 운전을 제어하는 양상으로 진행된다. 이것이 좀 더 미래 기술로 진화를 한다면 배터리 내부의 화학적 성능을 대표하는 변수 추출과 조합해서 이런 데이터가 모이게 되면 배터리를 조금 더 지능적으로 운전하게 될 것”이라고 배터리의 지능화를 설명했다.

또 우리나라가 현재 세계 배터리 시장에서 성공적으로 점령하고 있는 마켓 쉐어를 계속해서 유지하고 격차를 벌리기 위해서는 원천기술 확보가 중요하다는 의견도 제기됐다. 정경윤 단장은 “원천기술 확보를 위해서는 우리나라 연구 개발 풍토를 바꿔야 한다”라며 “그동안 우리나라가 선진국을 따라잡기 위해 정량의 목표를 세우고 달성하는 형태로 연구를 진행해 왔는데 이제는 뒤쫓아가는 것이 아니라 우리가 앞장서서 새로운 것을 찾아내는 연구를 해야 한다”라고 강조했다.

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