[화학] 차세대 배터리, 신기술 속속 도입…ESS 시장 ‘주목’

대한민국 초혁신 기술

차세대 배터리는 2차전지라고도 불린다. 2차전지는 한 번 사용하고 폐기하는 1차전지와 달리 여러 번 충전해 반영구적으로 사용하는 전지를 일컫는다. 이러한 전지는 우리 주변에서 흔히 볼 수 있다. 스마트폰 등의 휴대전화와 노트북 PC 등의 디바이스에 실용화되며 우리 삶의 필수적인 부분이 됐다.

앞으로는 신재료나 전지 설계 개발로 더 큰 에너지 밀도를 가진 전지를 실현함에 따라 전기자동차의 대중화, 에너지 저장 시스템(ESS) 등 대형 축전지로 큰 기대가 모아지고 있다.

2차전지의 용도는 이미 다양한 곳에서 쓰인다. 소형 전지는 이미 휴대전화와 노트북 PC 등의 모바일 디바이스에 실용화됐고 더 큰 에너지 밀도를 가진 전지를 개발함에 따라 전기자동차 등에 쓰이는 대형 축전지 시장까지 그 용도가 확대되고 있다

전기자동차는 앞으로 2차전지 시장의 고성장을 이끌 것으로 전망된다. 2011년 리튬전지 시장은 약 12조 원 규모에서 2015년 20조~50조 원으로 급팽창할 것이라는 전망이 지배적이다.
하지만 전기자동차의 실제 판매는 예상보다 더딘 페이스다. 전기차에 대한 가장 큰 거부감 중 하나는 ‘이동 거리’ 에 대한 우려다. 2009년 상용화한 미쓰비시 아이미브(i-MiEV)는 한 번 충전으로 160km 이내의 거리밖에 달리지 못한다.

또 아직까지는 충전 인프라조차 미미하다. 순수 전기차는 현재 1회 충전 시 25~50km 내외로 주행이 가능해 근거리 운전자에게만 적합하다. 둘째, 가격 경쟁력이 약하다. 각국의 세제 혜택 및 지원금을 제공하고 있지만 소비자의 구매 부담이 높고 연비 효율에 의한 경제적 이득조차 미미하다.

이러한 문제를 해결하고 전기자동차의 빠른 상용화가 이뤄지려면 에너지 밀도와 안정성, 그리고 경제성을 동시에 잡아야 한다. 그 결과 기술의 주류는 니켈메탈 계열에서 밀도가 높은 리튬이온 계열로 이전됐고 이 중 안정성이 높은 리튬인산철(LiFePO)을 양극재로 활용한 차세대 배터리가 주목 받고 있다.

휴대전화에서 발전소까지 다방면 활용

한편 제너럴모터스(GM)는 배터리 전문 업체인 엔비아시스템즈(Envia Systems)에 약 700만 달러(약 70억 원)를 투자했다. 현재 엔비아시스템즈는 전기차용 주행거리를 최대 320km (3~4배) 수준까지 연장하는 신기술을 상용화 단계에 들어섰다. 현재 대표적 전기차인 쉐보레 볼트는 한 번 충전으로 갈 수 있는 거리가 80km에 불과해 이러한 기술 개발을 통해 경쟁력을 강화할 계획이다.

최근에는 이러한 전지 소재 사업에 SK이노베이션·GS칼텍스·삼성SDI 등 대기업들 위주로 소재 사업에 대규모 투자를 진행 중이다. 전기차를 기반으로 한 차세대 배터리 시장의 큰 성장성을 낙관한 것이다. 앞으로 국내 업체들이 2차전지 소재 업체로서의 성공을 위해서는 ▷기술 개발 중심의 단계적 투자 ▷부품 공급사와의 협력 등 전략적 파트너십 구축 ▷공동 기술 개발 등 공동 프로젝트 투자 등이 중요해 보인다.

또한 리튬이온전지를 대체할 만한 차세대 배터리의 행보에도 지속적인 관찰이 필요하다. 이른 시일 내에 리튬이온전지를 대체할만한 아이템이 나오기는 쉽지 않아 보이지만 리튬 공기, 슈퍼캐패시터, 연료전지 등이 차세대 배터리의 약진을 이끌 수 있는 후보들이다.

리튬 공기 전지는 음극에선 리튬이, 양극에선 산소가 산화환원반응을 일으키는 2차전지로 현재 널리 쓰이는 리튬이온전지 대비 5배 이상 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있다. 연료전지차는 1회 충전으로 500km 이상 주행할 수 있으며 경제성만 문제로 남아 있는 상황이다. 끝으로 중대형 전지의 또 다른 영역인 ESS가 부각된다는 사실도 잊지 말아야 한다.


이응주 신한금융투자 정유·화학 애널리스트