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꿈의 배터리로 불리는 전고체 전지의 상용화가 가시권에 들어섰지만, 첫 시장은 전기차(EV)가 아닌 드론과 로봇 등 신산업이 될 것이라는 전망이 나온다. 높은 제조 비용과 공급망 미성숙 등 상용화 과제를 고려하면 상대적으로 시장 진입 장벽이 낮은 분야에서 양산 기반을 먼저 확보할 가능성이 크다는 분석이다.
SNE리서치는 28일 전고체 전지 상용화를 앞두고 해결해야 할 5가지 핵심 과제와 이를 극복하기 위한 시장 전략을 담은 리포트를 발표했다.
전고체 전지는 기존 리튬이온전지(LIB)보다 에너지 밀도와 안전성이 뛰어나 차세대 배터리로 주목받고 있다. 다만 전기차 시장에 본격 보급되기까지는 제조 원가 절감과 기술 완성도 확보, 공급망 구축 등 해결해야 할 과제가 적지 않다.
가장 큰 걸림돌은 원가다. 전고체 전지의 제조 비용은 기존 리튬이온전지보다 수배에서 최대 100배 높은 수준으로 추정된다.
현재 가장 앞선 기술로 평가받는 황화물계 전고체 전지는 높은 이온전도도를 갖췄지만 핵심 소재인 게르마늄(Ge) 가격 상승으로 제조 비용 부담이 커지고 있다. 반면 산화물계는 가격 경쟁력과 안전성은 우수하지만 이온전도도가 낮아 고출력이 요구되는 전기차에는 한계가 있다는 평가다.
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기술적인 난제도 남아 있다. 실리콘(Si) 음극은 충·방전 과정에서 발생하는 큰 팽창과 수축을 제어하기 위해 높은 압력이 필요하며, 금속 리튬 음극에서는 덴드라이트(Dendrite) 형성에 따른 내부 단락 위험을 해결해야 한다. 전고체 전지용 소재와 부품 공급망 역시 아직 초기 단계에 머물러 있다.
이 때문에 업계에서는 초기부터 요구 수준이 높은 전기차 시장을 공략하기보다 드론과 로봇 등 상대적으로 기술적 허들이 낮은 분야에서 먼저 양산 규모를 확보하며 재료비용을 낮춘 뒤 전기차 시장으로 적용 범위를 확대하는 시나리오에 주목하고 있다.
특히 드론은 초기 상용화가 유력한 시장으로 꼽힌다. 중국에서는 농약 살포와 인프라 점검, 물류 배송 등을 중심으로 이른바 '저공 경제권' 시장이 이미 연간 약 30조 엔 규모로 성장했으며, 2035년에는 80조 엔까지 확대될 것으로 전망된다.
소프트뱅크의 고고도 통신 플랫폼(HAPS)용 고성능 전지를 공급하는 엔파워 재팬의 사유 사장은 "우선 상용화가 가능한 분야에서 공급망을 키워야 재료 개발에서도 진정한 혁신이 나온다"고 강조했다.
현재 전고체 전지의 가장 강력한 경쟁자로는 반고체 전지가 거론된다. 중국 CATL의 'Qilin 응축형 전지'와 같은 반고체 전지는 에너지 밀도 350Wh/kg, 항속 거리 1500km를 구현하며 전고체 전지를 능가하는 성능까지 발전했다.
하지만 반고체 전지는 급속 충전 시 내부 저항 증가와 발열, 일시적인 용량 저하 문제가 발생할 수 있지만, 이상적인 전고체 전지는 발열이 적고 용량 저하가 거의 없어 10분 이내 초급속 충전이 가능할 것으로 기대된다.
SNE리서치 연구원은 "반고체 전지 업체들이 충전 과정에서의 실제 용량 변화 데이터를 충분히 공개하지 않는 경우가 많다"며 "전고체 전지 진영은 이러한 성능 차이를 명확한 데이터로 입증하고 어필하는 것이 생존의 길이 될 것"이라고 제언했다.
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