삼성SDI 경기 수원 연구소 전경. [삼성SDI 제공]

[헤럴드경제=김지윤 기자] 전기차 시대가 본격화하면서 ‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리에 대한 기대감이 커지고 있다.

전고체 배터리는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달해 전류를 흐르게 하는 물질인 ‘전해질’을 기존 전지처럼 액체가 아니라 고체로 바꾼 것이다. 화재 위험이 거의 없고 에너지 밀도가 높은 데다 충전 속도도 빠르다.

전고체 배터리는 삼성SDI, LG에너지솔루션, SK온 등 국내 3사를 비롯해 일본, 미국, 중국 등에서 본격적인 연구 중이다. 향후 시장이 가파르게 성장할 것으로 예상되면서 ‘보이지 않는 격전지’로 부상할 가능성이 크다.

3일 시장조사업체 SNE리서치에 따르면 전 세계 이차전지용 고체전해질 수요는 올해 8t에서 2025년 350t, 2028년 1만7500t, 2030년 7만6000t으로 급격하게 성장할 것으로 전망된다.

국내 주요 배터리 3사 고체전해질 수요 전망. [SNE리서치 자료]

금액 규모로는 올해 1200만 달러(한화 약 146억원)에서 2025년 1조4100만달러, 2028년 17억5000만 달러, 2030년 38억 달러(약 4조6200억원)다. 특히 국내 배터리 3사의 고체전해질 수요는 2023년(5t)부터 본격적으로 발생해 2025년 70t, 2028년 3185t, 2030년 1만3680t에 달할 것으로 분석됐다.

국내·외 배터리 업체들은 고용량·고출력·대용량 리튬이온 배터리의 안전성을 확보하려면 고체 전해질을 적용한 전고체 배터리 개발이 필수적이라고 보고 있다.

국내 업체 가운데 가장 앞서는 곳은 삼성SDI다. 현재 일본 토요타에 이어 전 세계에서 두 번째로 전고체 배터리 관련 특허를 많이 확보하고 있다. 최근에는 경기 수원 SDI연구소 내에 6500㎡ 규모의 전고체 전지 파일럿 라인(S라인)을 착공하기도 했다.

리튬이온이 이동하는 통로인 전해질. [삼성SDI 제공]

삼성SDI는 이 파일럿 라인을 중심으로 전고체 전지 연구에 박차를 가해, 2027년 황화물계 전고체 배터리를 양산한다는 전략이다.

전고체 배터리는 전해질 성분에 따라 고분자계·황화물계 등으로 구분된다. 고분자계는 생산은 비교적 쉽지만, 이온전도가 낮다. 황화물계는 이온전도와 안전성이 높은 것과 달리 수분에 취약해 개발·생산이 어렵다.

LG에너지솔루션은 2026년 고분자계를, 2030년 황화물계를 각각 상용화한다는 목표를 세웠다. SK온은 지난 1월 이 분야의 석학으로 꼽히는 이승우 조지아공대 교수와 협업에 나서기로 했다. 지난해 10월에는 미국 솔리드파워와 전고체 배터리 개발도 시작했다.

SNE리서치는 “전고체 배터리 시장은 2025년 정보기술(IT) 시장을 중심으로 커지기 시작해, 2027년 전기차에 본격적으로 사용되면서 본격적인 성장을 시작할 것”이라고 내다봤다.