전고체 배터리(Solid-state battery, SSB)우리가 자주 보는 리튬-이온, 리튬 플리머 배터리보다 더 긴 수명과 폭발력으로 상용화 될 수 있을지 궁금하시죠?
현재 지속적으로 자동차 기업 또는 2차 전지 관련 여러 회사와 연구 기관에서 이 기술을 적용 시킬 수 있도록 노력하고 있다고 합니다.
과연, 전고체 배터리가 무엇이길래 또는 어떤 비전이 있길래 투자하고 있는건지 기술, 장점, 관련주 등 정보 얻어가시길 바랍니다.
전고체 배터리(SSB)
전고체 배터리(SSB)는 기존에 쓰이는 액체 전지와는 다르게 고체 전극, 전해질을 사용하여 더 밀도 있는 에너지를 방출한다고 합니다.
연구는 지속해서 진행중이며 현재까지 상당한 발전이 이루어고 있으며 Toyota, 폭스바겐, BMW 뿐만 아니라 국내 현대차 또한 전기차에 적용하고자 하고 있습니다.
단 10분의 충전으로 최대 1,200Km를 주행할 수 있다고 하며 ➊높은 에너지 밀도, ➋향상된 안정성, 더 ➌긴 수명 등의 장점을 가지고 있습니다.
■ 전고체 배터리 장점
| 高에너지 밀도 | SSB는 동일한 부피에 더 많은 에너지를 저장할 수 있으므로 한 번 충전으로 전기자동차를 오래 탈 수 있으며 전자 제품도 장시간 사용 가능합니다. |
| 안전성 향상 | 액체 전해질이 없는 SSB는 누출 가능성이 적고 온도 관련 고장에 대한 내성이 높아 화재 위험이 줄어듭니다.(고온 휘발성, 가연성 적음) |
| 더 긴 수명 | SSB는 용량이 사용 가능한 수준 이하로 떨어지기 전에 더 많은 충전 및 방전 주기를 가지고 있어 더 오래 사용 가능합니다.(돈 아낄 수 있음) |
| 고속 충전 | 리튬 배터리보다 더 빠르게 충전이 됩니다. 일부 타입은 단 몇 분 만에 무려 80%까지 충전 가능하다고 합니다. |
| *덴드라이트 위험 감소 | 고체 전해질은 충전 중 수상돌기 형성에 더 잘 견디므로 안전성과 수명이 향상됩니다. |
| 환경 친화적 | 양극에 다양한 유형의 재료를 사용할 수 있는 가능성을 열어주며, 이는 현재 배터리에 사용되는 리튬을 완전히 사용하지 않고 환경친화적인 원자재를 이용해 제작 가능합니다. |
| 크기 최적화 | 고체 전해질은 밀도가 낮기 때문에 무게가 더 가벼우며 작은 크기로 큰 에너지를 발산 가능하게 됩니다. |
| 설계 유연성 | 솔리드 스테이트 구조를 통해 배터리의 모양과 크기를 보다 유연하게 조정할 수 있어 전자 장치 및 자동차 설계에 유리할 수 있습니다. |
＊덴드라이트(Dendrite, 수상돌기): 금속이 퇴적되면서 생성되는 결정으로서 액체 배터리는 이로 인해 단락을 일으키며 화재나 폭발을 일으킬 수 있습니다.
■ 전고체 배터리 단점, 문제점
하지만 생산을 위해 투입되는 ➊자본이 많이 필요한 점, ➋안정성, ➌기술력 등은 상용화에 제동을 거는 풀어야 할 숙제로 남아있습니다.
| 부족한상호 안정성 | 주요 문제 중 하나로서 고체 전해질과 전극 사이의 부족한 상호 안정성입니다. 이러한 구성 요소 간의 불완전한 작용은 성능 저하로 이어지며 배터리의 성능과 수명이 단축되게 됩니다. |
| 내구성 부족 | 고체 전해질은 부서지기 쉽고 사용 중에 팽창 및 수축하면서 균열이 발생하기 쉽습니다. 이러한 기계적 문제점은 고장으로 이어질 수 있으며, 이는 대량 생산을 위해 해결해야 할 중요한 문제입니다. |
| 복잡한제작 과정 | 전고체 배터리를 대규모로 생산하는 것은 복잡하고 현재 비용이 많이 듭니다. 상용화를 위해 대규모 생산을 하고자 한다면 기술 발전과 고급 제조 공정이 필요합니다. |
| 비대한 생산 비용 | 현재 전고체 전지를 생산하는 데 드는 비용은 액체 리튬 이온 배터리보다 훨씬 높습니다. SSB의 재료와 제조 방법은 더 비싸기 때문에 대중들에게 널리 배포되기에는 아직 까지 어려운 점이 있습니다. |
| 전도도 | 실온에서 이온을 효과적으로 전도할 수 있는 재료가 개발되었지만 작동 조건에서 높은 이온 전도도와 화학적 안정성 부분에서 부족하여 지속 연구가 필요합니다. |
| 재활용가능성 | 모든 배터리 기술과 마찬가지로 재활용 가능성 및 지속 가능성 등 수명 만료에 따른 어떻게 처리할 수 있을지가 중요합니다. 현재 재활용이 어려운 리튬 이온 배터리와 달리 쉽게 재활용 가능하도록 SSB를 설계 하기 위한 노력이 더 필요합니다. |
하버드에서는 약 800회의 싸이클을 가지는 리튬-이온 배터리와 달리 무려 10,000회의 주기를 가진 배터리를 설계했다고 합니다.(10,000 싸이클 후에도 82% 충전을 유지)
■ 전고체 배터리 vs 리튬 이온 전지 비교
리튬 이온 전지는 현재 생산 과정이 복잡하지 않고 대량 생산 가능하며 그 만큼 비용도 많이들지 않고 있지만 수명, 용량 등에서는 큰 차이를 보이고 있습니다.
하지만 분명하게 전고체 배터리의 효율은 이온 배터리가 넘기에는 부족해 보입니다.
| [전고체 배터리 vs 리튬 이온 배터리 비교] | ||
| 전고체 배터리 | 리튬 이온 배터리 | |
| 구성 | 고체 | 액체 |
| 제조 | 고비용, 복잡한 제조 과정 | 저비용, 용이한 제조 과정 |
| 수명 | 10 ~ 15년 | 5 ~ 7년 |
| 싸이클(충전 및 재충전) | 10,000 | 800 |
| 충전 시간 | 10 ~ 20분 | 1시간 |
| 용량(Wh/kg) | 500 | 150 ~ 250 |
전고체 배터리 상용화
경제적으로 많은 사람들이 사용할 수 있도록 SSB를 생산하기에는 여전히 비용이 많이 필요한 문제가 있지만 순조롭게 진행되고 있다고 합니다.
대표적으로 도요타 같은 경우에 2027 ~ 2028년도에 전고체 배터리를 생산을 시작할 계획이라고 합니다.
| [상용화를 위한 여러 기업들의 노력] | ||
| 도요타 | 2027 to 2028 전고체 배터리 생산 시작 | – 하이니켈 음극을 사용한 고성능 리튬 배터리 개발 중 – 전고체 배터리를 탑재한 하이브리드 차량 출시 |
| 혼다 | 2030년까지 연간 200만 개 배터리 생산 | 약 2억 9,500만 달러 투자 중(생산 라인 구축) |
| QuantamScape | 2025년까지 생산 목표 | 2022년도 부터 테스트중 |
| 폭스바겐 | 2030년 대량 생산 목표 | – |
| 닛산 | 2028년까지 생산 목표 | – |
| SolidEnergy Systems | 2025년 자동차에 장착 예정 | – GM, Honda, 현대, Geely, kia 파트너십 – GM 1억 3,900만 달러 투자 |
| Solid Power | 2028년까지 최대80만대분 전지 생산 목표 | 현대, BMW, Ford 후원 |
| Sila Nanotech | 2028년까지 상용화 목표 | BMW, Daimler AG, Siemes, CATL 파트너십 |
이 외에도 일본의 파나소닉, 중국의 WeLion 등 여러 기업들이 SSB를 상용화를 위해 지속적으로 투자, 연구 중에 있습니다.
전고체 배터리 관련주
전고체 배터 관련주로서 한국, 프랑스, 미국 등 전반적으로 정리해보겠습니다.
| 기업 | 국적 | 기업 | 국적 |
| Blue Solutions | 프랑스 | Toyota | 일본 |
| ilika | 영국 | nissan | 일본 |
| quantumscape | 미국 | albermarle | 미국 |
| prologium tech | 대만 | ilika | 영국 |
| Solid Power | 미국 | panasonic | 일본 |
| BrightVolt | 미국 | 현대 | 한국 |
| Excellatron | 미국 | 기아 | 한국 |
| Sakuu Corporation | 미국 | 삼성SDI | 한국 |
| Hitachi | 일본 | LG에너지솔루션 | 한국 |
1. 현대(HYUNDAI)
현대 그룹은 전기차 시장에 적극적으로 가담하고 있습니다. 2025년까지 74억 달러를 투자하기로 약속하며 지속적으로 연구, 개발을 하고 있습니다.
2021년도에는 팩토리얼이라는 SSB 제조, 연구 업체와 협업을 통해 테스트 중이며 자체적으로 연구센터도 설립하여 운영 하고 있습니다.
이러한 현대차의 노력과 투자는 전고체 시장에서 큰 역할을 할 것으로 보며 한국에서 2030년까지 상용화가 예상된다고 이야기 하고 있습니다.
2. ALBEMARLE
전기 자동차에 꼭 필요한 배터리에 쓰이는 재료를 만드는 기업으로서 SSB 상용화를 위해 관련 금속을 지속 개발 중에 있다고 합니다.
주요 리튬 생산업체 중 하나로서 앞으로 전기차 시장의 확대에 따라 어떠한 행방을 펼치는지 지켜볼 가치가 있는 기업입니다.
3. 도요타(Toyota)
도요타는 차량 분야에서 최근 선두를 달리고 있는 기업으로서 SSB 생산 및 적용에 적극적으로 가담하고 있습니다.
현재 해당 기술에서 1,000개 이상의 특허를 출원한 걸로 입증되었으며 앞으로 28년에 상용화를 목표를 두고 지속 달려나가고 있습니다.
또한 하이니켈을 사용한 고성능 리튬 이온 배터리도 동시에 개발중이라고 합니다.
4. 솔리드 파워(Solid Power)
BMW, Ford의 투자를 받아 2024년도에 전고체 배터리를 대량 생산 시작하는 것을 목표로 두고 있습니다.
해당 기업은배터리를 직접 생산 하는 기업으로서 기존 리튬 이온 제조 프로세스 공정을 적용하여 SSB를 생성해 나갈 예정이라고 합니다.
이러한 접근 방법은 아직 검증 단계에 있어 어떻게 될지 모르기에 투자는 신중할 필요가 있지만 지속적인 관심을 갖기에는 충분합니다.
5. 퀸텀스케이프(QuantamScape)
퀸텀스케이프는 단 15분 만에 80%까지 충전 가능한 SSB 기술을 가지고 있으며 현재까지 꾸준한 연구 활동을 위해 막대한 투자를 감행하고있습니다.
전기자동차에 탑재하며 지속 테스트 중에 있으며 향후 몇 년 안에 대량 생산을 시작할 예정이라고 합니다.
하지만 아직까지 수익 창출을 제대로 시작하지 않았다는 점은 조금 더 신중하게 지켜볼 필요가 있는 기업입니다.
전고체 배터리 마무리
전고체 배터리는 리튬 전지 보다 월등한 성능과 수명 등을 자랑하는 고체 연료입니다. 기존 액체 연료와 달리 밀도가 낮아 더 가벼우며 10분 안에 80%이상을 충전할 수 있다고 합니다.
하지만 아직까지 상용화 되기에는 생산에 필요한 비용과 기술적인 측면에서 더 연구가 필요하다고 하는 만큼 더 지켜볼 필요가 있겠습니다.
도요타, 퀸텀스케이프, 솔리드 파워, 현대 기업 등에서 지속 테스트를 통해 배포하기 위해 노력중이며 현재 빠르면 2027년도에 쓸 수 있을 것으로 보입니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
Q1. 리튬 이온 배터리보다 어떤점이 좋은지 궁금합니다.
A: SSB는 고체 성분으로 전기를 공급해줘 밀도가 낮아 가벼우며 고출력을 낼 수 있다고 합니다. 또한 긴 수명과 빠른 충전 등 장점이 있습니다.
Q2. 전고체 배터리는 언제 상용화 될 수 있나요?
A: 지속 연구중이며 도요타에서는 2028년도, 폭스바겐은 2025년, 현대는 2030년도로서 빠르면 내년 이후 부터 실제 차량에 탑재된걸 확인할 수 있을거라고 봅니다.
Q3. 관련주가 어떤게 있는지 궁금합니다.
A: 한국에는 대표적으로 현대, 삼성 SDI와 같은 기업들이 있으며 해외로서는 미국의 솔리드 파워, 퀸텀 스케이프, 일본의 도요타 등이 대표적으로 있습니다.
Q4. 단점으로서 어떤 점이 있나요?
A: 단점으로서 대량 생산을 위한 프로세스를 갖추지 못했으며 많은 비용이 필요하다고 합니다.
Q5. 한국에서 어떤 행보를 펼치고 있는지 궁금합니다.
A: 현재 한국에서도 지속 개발중이며 현대자동차는 서울대학교와 협업하여 연구소를 설립했고 삼성 SDI, SK 이노베이션, LG 에너지솔루션 등 배터리 관련 대기업에서 관심을 가지고 투자하고 있는 걸로 보입니다.
[미래를 선도해 나갈 전도체 배터리와 같은 주목해야 할 기술들]
엑스리얼 기업 전망, 제품 총정리: 에어 2 vs 애플 비전 프로 승자는?
애플 비전 프로 6가지 성능: 가격 및 한국 출시일 등 알아보세요.
이더리움 ETF 7종류 제안: 승인시 암호화폐 시장 더 커질까?
비트코인 ETF 11개 종류 승인: 국내에서는 구매가능 할까?
[이 외에 경제적으로 알아두면 좋은 지식 추천 글]
인도네시아 주식 투자 가이드: LQ45 지수, ETF, 전망 등 주식 사는법
인도 주식 투자 가이드: 니프티, 센섹스 지수 ETF 상품 사는 방법 등
홍콩 주식 투자자 가이드: 한국에서 항셍지수, H지수 투자하려면?
신주인수권부사채(BW) 완벽 가이드: 채권 이자 주가 수익 등 특장점
국내 ETF 상품 이해 하는 법: 향후 전망 등 상품 순위 TOP12
