삼성전기가 세계 최초 개발한 소형 전고체 배터리. 갤럭시 펜(위)보다 크기가 작으면서 형태를 자유자재로 바꿀 수 있어 원형, 타원형 등 다양한 형태로 제작할 수 있는 것이 특징이다. [삼성전기 제공]

삼성전기가 ‘꿈의 배터리’로 불리는 소형 전고체 배터리를 세계 최초로 개발했다. 기존 리튬이온 배터리에 비해 폭발 위험이 적고 초소형 크기를 구현할 수 있어 신체에 가까이 접촉하는 웨어러블 분야에서 활용도가 높을 것으로 기대하고 있다.

삼성전기는 고객사 테스트를 통과하면 오는 2026년 상반기 부산사업장에서 소형 전고체 배터리 양산에 돌입할 예정이다.

스마트워치를 비롯해 스마트링, 무선 이어폰 등 웨어러블 기기에 우선 적용될 것으로 예상된다.

23일 업계에 따르면 삼성전기는 웨어러블 디바이스용 초소형 전고체 배터리를 세계 최초로 개발해 현재 고객사와 시제품 평가를 진행 중이다.

이번에 개발한 전고체 배터리는 산화물계 소형 전고체 배터리다. 에너지 밀도가 1ℓ당 200Wh급으로, 업계 최고 수준이다. 리튬이온 배터리보다 작은 사이즈로도 같은 수준의 에너지 밀도를 구현한 것이 특징이다.

전고체 배터리는 충전·방전에 필요한 전해질을 액체에서 불연성 고체로 대체해 안전하면서 외부 충격에도 강하다. 또한, 형상 자유도가 높아 다양한 형태로 제작할 수 있으며 초소형 크기를 구현할 수 있어 ‘꿈의 배터리’로 불린다.

기존 리튬이온 배터리는 내부에 얇은 판을 말아서 만들기 때문에 초소형 제품의 경우 판이 접히는 부분에 주름이 발생한다. 충전 시 내부 부피 팽창에 대비해 여분의 추가 공간을 필요로 하기 때문에 초소형화에도 한계가 있다.

삼성전기는 그동안 적층세라믹콘텐서(MLCC) 공정에서 쌓은 기술 노하우를 바탕으로 이러한 한계를 극복한 전고체 배터리를 개발하는 데 성공했다. 최근 3년간 산화물계 전고체 배터리 관련 해외에 출원한 특허만 40여건에 달한다.

삼성전기는 MLCC 공정처럼 전극과 고체 전해질 재료를 얇게 인쇄해 번갈아 쌓아 올린 후 절단하기 때문에 제작과정에서 주름이 발생하지 않는다고 설명했다. 또한, 충전 시 부피 변화도 작기 때문에 여유 공간이 필요하지 않다. 리튬이온 배터리에서 필요로 하는 분리막도 필요하지 않아 초소형화 구현에 성공했다.

앞서 장덕현 삼성전기 사장은 올 1월 미국 CES 2024 기자간담회에서 글라스(Glass) 기판·실리콘 캐패시터·전장 카메라용 하이브리드 렌즈·소형 전고체 배터리·고체 산화물 수전해전지(SOEC) 등 5가지 신사업을 소개했다. 이 중 소형 전고체 배터리 사업이 미래 먹거리 중 가장 먼저 윤곽을 드러낸 셈이다.

장 사장은 당시 “현재 신뢰성 조건을 보증하기 위한 테스트를 진행 중이며 2026년 웨어러블 시장 진입을 목표로 준비 중이다”라고 밝힌 바 있다.

삼성전기의 소형 전고체 배터리는 우선 삼성전자의 갤럭시워치를 비롯해 갤럭시링, 갤럭시 버즈 등에 우선 적용될 것으로 전망된다. 향후에는 삼성전자를 넘어 스마트워치를 판매하는 애플이나 스마트링, 무선 이어폰을 만드는 글로벌 주요 IT 기업들이 주요 고객군이 될 것으로 예상된다.

김현일 기자