[동화 용어사전] 전해액 편 – 그래서 "전고체 배터리"가 무엇인가요?

'전고체 배터리', '꿈의 배터리' 등의 표현을 뉴스나 기사에서 종종 접해보셨을텐데요. 전고체 배터리가 무엇인지, 왜 꿈의 배터리라 불리는지 궁금하셨죠? 오늘은 전고체 배터리의 개념과 특징을 알기 쉽게 정리해 드립니다.

배터리 속 '액체'가 '고체'로 바뀐다면?

현재 우리가 흔히 사용하는 배터리 속 전해액은 이름처럼 주로 '액체' 상태로 존재합니다. 리튬이온이 양극과 음극을 이동할 수 있도록 돕는 역할을 하죠. 이 전해질을 고체 상태로 바꿔 적용한 이차전지가 바로 '전고체 배터리(All-solid-state battery)' 입니다.

단순히 액체에서 고체 상태로 변하는 것이 다가 아닙니다. 액체 전해액은 온도 변화에 민감하고 외부 충격 시 누수나 화재 위험이 존재하지만, 고체 전해질은 구조적으로 매우 안정적입니다. 배터리의 핵심 구성 요소 중 하나인 '분리막'의 역할까지 고체 전해질이 대신할 수 있어 구조가 훨씬 단순해지는 장점도 있죠.

고체 전해질 3대장

고체 전해질은 어떤 재료를 쓰느냐에 따라 속성이 달라집니다. 현재 시장에서 주목하는 후보는 크게 '황화물계', '산화물계', '고분자계' 3가지 종류로 나눌 수 있습니다.

· 황화물계 전해질: 황(S)을 기반으로 리튬과 인 등이 결합된 소재로, 리튬이온이 이동하는 속도(이온 전도도)가 가장 빠릅니다. 덕분에 출력과 충전 속도가 매우 우수하죠. 하지만 수분에 민감해 공기 중의 습기와 만나면 유독 가스가 발생할 수 있어, 이를 제어하는 고도의 공정 기술이 필요합니다.

· 산화물계 전해질: 리튬과 금속, 그리고 산소(O)가 결합된 세라믹 형태의 소재로,고온에서도 변하지 않을 만큼 열적 안정성이 매우 높고 기계적 강도가 뛰어납니다. 안전성 면에서는 최고지만, 돌처럼 딱딱해서 배터리 전극과 밀착시키는 공정이 까다롭고 이온 전도도는 황화물계보다 조금 낮다는 특징이 있습니다.

· 고분자계 전해질: 리튬염과 플라스틱 같은 고분자(폴리머) 소재를 혼합하여 만들며, 기존의 리튬이온 배터리 공정을 활용할 수 있는 가장 경제적인 전해질입니다. 플라스틱처럼 유연해서 얇게 만들기 좋고 가공도 쉽죠. 하지만 상온에서 이온 전도도가 낮아 배터리를 따뜻하게 데워야 효율이 나오는 숙제가 있습니다.

뛰어난 '안전성'에 '에너지 밀도'까지

전고체 배터리가 '꿈의 배터리'로 불리며 주목받는 이유는 안전과 성능이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있기 때문입니다. 고체 전해질은 온도 변화에 의한 외부 반응이나 충격에 따른 누액 위험이 없어 안전성이 매우 높습니다. 게다가 에너지 밀도를 크게 높일 수 있어, 같은 크기의 배터리 팩이라도 전고체 배터리를 사용하게 된다면 전기차의 주행거리 등을 획기적으로 늘릴 수 있답니다.

다만 상용화에 도달하기까지는 아직 여러가지 기술적 과제들이 남아 있습니다. 딱딱한 고체 입자들이 서로 완벽히 밀착되어야 이온이 잘 이동하는데 이 접촉면을 유지하는 기술이 매우 까다롭기 때문입니다. 특히황화물계 고체전해질의 경우, 수분과 산소가 만나면 성능이 급격하게 저하되기 때문에 제조 공정이 매우 복잡하고 고도화된 기술력을 요구합니다. 하지만 전세계 연구진들이 연구개발에 몰두하고 있기에, 고체 전해질은 보다 실질적인 기술로 한 걸음씩 우리에게 다가오고 있습니다.

동화일렉트로라이트 역시 단계적이고 구체적인 로드맵을 통해 차세대 소재, 미래 배터리 시장을 향해 나아가고 있습니다. 동화일렉트로라이트는 오는 2030년 이후를 목표로 황화물계(Argyrodite) 및 할라이드계(oxyhalide) 등의 고체 전해질 연구에 매진하며 전고체 배터리의 핵심 기술력을 확보하고 있습니다. 액체와 고체의 장점을 결합한 '반고체 전지용 전해질' 연구개발에도 박차를 가해 점점 커지는 전기차 및 휴머노이드 로봇 시장의 요구에도 대응해 나갈 계획입니다. 에너지 산업과 미래 모빌리티, AI 시장을 아우르는 동화의 혁신은 계속될 예정입니다.