일본산업뉴스요약

전고체 배터리, EV용에서 선두를 노리다
LIBTEC, 대형화로 전진, 시작품 완성 / 해외 기업도 가속

포스트 리튬이온 배터리의 중심적 존재라고 할 수 있는 전고체 배터리. 중에서도 최대 시장인 EV용에서 실용화를 위한 성과가 나오기 시작했다. 리튬이온 배터리의 발명으로 노벨화학상을 수상하는 요시노(吉野) 씨가 이끄는 기술연구조합이 차량탑재용에 필수였던 대형화에 대한 전망을 세우고, 시작품 제조에 성공했다. 치열한 국제경쟁이 이어지는 차세대 배터리 개발에서 일본 기업이 선두에 설 수 있을까? 드디어 본격적인 승부가 시작된다.

“EV용 전고체 배터리의 실용화를 향해 큰 고개를 넘었다”. 요시노 씨가 이사장을 맡고, 도요타자동차 등 배터리 개발 관련 24개 기업과 14개 대학 등이 참가하는 기술연구조합 리튬이온배터리재료평가연구센터(LIBTEC)의 이시구로(石黒) 상무이사는 개발한 시작품을 앞에 두고 자신감을 보였다.

개발한 것은 2cm 정육면체 시트 상태의 고체 전해질을 갖는 전고체 배터리다. 손가락 끝에 올릴 정도의 크기지만 시트 상태이기 때문에 대용화는 용이하다. 2022년에는 7cm 정육면체로 만들어 실용적인 배터리로 이어지는 표준 배터리로 만들 계획이라고 한다.

관건은 전해질 시트의 중첩이다. 기존에는 통에서 성형했던 전해질을, 가루로 해서 유기 용매에 녹여 막 상태로 만들어 건조시켰다. 대형화가 용이한데다 통 상태의 전해질과 비교해 전해질 층의 두께가 6분의 1이기 때문에 시트 사이에서 리튬이온이 빠르게 움직여 배터리 용량을 크게 하기 쉽다.

전고체 배터리는 다른 전해질로, 무라타제작소나 다이요유덴 등이 양산화 직전까지 개발했지만 소형으로 주로 전자기기용이다. 이시구로 씨는 “새로운 방법으로 만든 표준 배터리를 사용해 기업에 맞는 배터리를 설계해 실용화까지 단숨에 추진하고 싶다”라며 의욕적이다.

이번에 개발한 황화물을 사용한 전고체 배터리는 11년에 도쿄공업대학의 스가노(菅野) 교수와 도요타자동차가 EV용을 발표. 유기용매의 전해질을 사용하는 리튬이온 배터리의 약점인 안전성에 대한 우려를 극복할 수 있기 때문에 차세대 배터리의 중심이 되었다. 16년에는 실온에서 액체보다도 리튬이온이 빠르게 움직이는 고체 전해질 개량에도 성공하며 급속 충전 등의 길도 열리기 시작했다. “전고체 배터리는 안전성이나 파워, 급속 충전 등 모든 요소가 EV용으로 뛰어난 배터리다”(스가노 교수).

도요타자동차는 독자의 전고체 배터리 제조법을 개발해 20년에 시작품을 탑재한 자동차를 발표할 예정이다. 이번 LIBTEC의 제조법과는 별도지만, 전고체 배터리를 많은 기업이 사용하기 위해서는 기술의 향상이 중요하며 “도요타의 완성품도 장점만을 취할 것이다”(이시구로 씨)

전고체 배터리의 성능 향상에 직결하는 전해질의 개량도 추진된다. 미쓰이금속은 황화물 재료를 연소시켜 굳히는 독자적인 방법을 고안. 이데미쓰흥산은 석유생산 기술을 활용해 안전한 전해질 제조법을 연구한다. 20년대의 실용화를 목표하고 있다.

세계에 가장 먼저 리튬이온 배터리를 실용화한 일본이지만 현재는 중국이나 한국의 기업에게 밀리고 있다. 배터리를 둘러싼 기업의 기술 개발 체제의 변화도 숙지하고 있는 요시노 씨는 “(복수의 관련 기업이) 상류부터 하류까지 통합적으로 개발하는 것이 필요하다”라며, LIBTEC를 통해 직접 선두에 서서 조기 실용화를 후원한다.

신에너지산업기술총합개발기구(NEDO)는 25년에는 EV용 배터리 시장의 50%를 황화물 전고체 배터리가 차지할 것으로 예측한다. 그 주역의 자리를 일본이 차지하는 길은 아직 불투명하다.

유럽이나 미국, 중국도 전고체 배터리 개발을 가속하고 있다. 독일 폭스바겐은 EV용 전고체 배터리를 개발하는 미국 벤처기업 QuantumScape에 출자해 25년의 시장 투입을 목표하고 있다. 대만의 ProLogium Technology는 중국의 EV 업체용으로 전고체 배터리를 개발하고 있다. 미쓰비시UFJ모건스탠리증권의 스기모토(杉本) 시니어 애널리스트는 현재 상황에 대해 “배터리는 양산해야 비로서 진가를 알 수 있다. 해외 기업을 포함해서 어느 기업이 치고 나올지는 알 수 없다”라고 말한다.

일본에서 진화해 온 황화물 전고체 배터리. EV용 시장 투입에서 존재감을 나타낼 수 있을까? 남은 시간은 많지 않다.

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