궁극의 게임 체인저로 꼽히며 배터리 업계 기대감 고조
기술은 ‘성큼’ 가격은 ‘장애물’…양산과 대중화는 별개
향후 드론, 휴머노이드 등 하이엔드 시장서 활용 전망
인터배터리 2026에 마련된 삼성SDI 부스에서 모델들이 '피지컬 AI'용 전고체 배터리 샘플을 소개하고 있다.[사진=삼성SDI]
전기차 시장이 기나긴 불황의 늪으로 빠져들고 있다. 이러한 시장 침체를 극복하고 성장 동력을 만들어낼 혁신이 절실해지면서 배터리 업계가 반전 카드로 꺼내든 게 바로 '전고체 배터리(Solid-State Battery)'다. 하지만 가격경쟁력 확보와 수율 개선이라는 장애물을 극복하기까지 적지 않은 시간이 필요할 것으로 보인다.
전고체 배터리는 배터리 내부에서 이온이 오가는 통로인 전해질을 액체에서 고체로 바꾼 차세대 배터리다. 고체 전해질이 전해질 역할과 분리막 역할을 동시에 수행해 외부 충격에 파손돼도 폭발 위험이 극히 낮고, 기존 액체 배터리에 필수적이던 냉각 및 보호 장치를 없앤 공간에 에너지를 꽉 채워 1회 충전만으로도 1000km 이상 주행할 수 있을 것으로 전망된다. 효율성이라는 전기차의 치명적 단점을 단번에 끌어올릴 수 있기에 전 세계 배터리 업계가 상용화에 사활을 걸고 있는 것이다.
이 때문에 상용화 타이틀을 거머쥐기 위한 국내외 기업들의 기술개발 경쟁은 점차 가열되고 있으며, 최근 폐막된 '인터배터리 2026'에서도 전고체 배터리는 업계 이목을 집중시킨 핫이슈로 다뤄졌다.
LG에너지솔루션에서 운영하는 FRL에서 연구원이 전고체 배터리를 연구하고 있다.[사진=LG에너지솔루션]
하지만 이 같은 장밋빛 기대감에도 불구하고 상용화에 대한 전문가들의 의견은 여전히 신중하다. 배터리를 만들어내는 '양산'과 소비자의 선택을 받는 '대중화'는 다른 차원의 문제이기 때문이다.
가장 큰 걸림돌은 단연 비싼 가격이다. 전고체 배터리 제조에 꼭 필요한 핵심 원료인 황화리튬은 액체 전해질 원재료 대비 약 50~60배 비싼 것으로 알려져 있다.
최근 저렴한 리튬인산철(LFP) 배터리가 전기차 가격 인하를 주도하며 시장을 장악해 가는 상황에서, 현재의 전고체 배터리 원가로는 타산을 맞추기 어렵다는 지적이 지배적이다.
제조 과정 역시 무척 까다롭다는 평가가 나온다. 배터리 내부의 딱딱한 고체 물질들이 빈틈없이 맞닿도록 하려면 강한 압력을 가해 꾹 눌러주는 특수 공정이 필요하다. 이로 인해 불량품 없이 균일한 품질의 배터리를 대량으로 생산하는 수율 확보가 극도로 어려울 것으로 전망된다.
결국 전문가들은 전고체 배터리 양산이 시작되더라도 당분간은 수억 원에 달하는 최고급 프리미엄 차량이나 가격 저항이 적은 특수 로봇, 군용 드론 등 제한적인 용도에만 쓰일 것으로 내다보고 있다.
석학 쉘리 멍(Shirley Meng) 시카고대 교수가 '인터배터리 2026'에 참가해 전고체배터리의 기술 상용화에 대해 설명하고 있다.
세계적인 전고체 배터리 석학 셜리 멍(Shirley Meng) 시카고대 교수는 "자동차는 배터리가 차량 원가의 40%를 차지할 만큼 가격에 매우 민감하고 보수적인 시장"이라며 "전고체 배터리 첫 세대가 일반 전기차에 적용되기까지는 꽤 오랜 시간이 걸릴 것이고, 당분간은 마진이 높은 드론이나 휴머노이드 같은 하이엔드 시장에 집중될 수밖에 없다"고 분석했다.
김경수 한국전자기술연구원(KETI) 수석연구원은 "전고체 배터리 제조 자체보다 결국 가격이 관건"이라며 "상용화되더라도 대중이 원하는 저렴한 가격과 압도적 주행거리를 충족하긴 어려울 것"이라고 전망했다.
한편 국내에서는 2023년 전고체 배터리 파일럿 라인을 선제적으로 구축한 삼성SDI가 2027년 본격적인 대규모 양산을 계획하고 있다. 특히 현대차와 손잡고 로봇용 전고체 배터리를 공동 개발하는 등 하이엔드 신시장 개척에 적극적으로 나서고 있다.
LG에너지솔루션은 기존 흑연 음극을 활용해 양산 안정성과 제조 경쟁력 확보에 유리한 흑연계 전고체 배터리를 중심으로 전기차용 제품을 개발 중이며, 2029년 초기 상용화를 목표로 하고 있다. SK온은 지난해 말 전고체 배터리 파일럿 시설을 구축하고 2029년에는 상용화를 목표로 방산용 전고체 배터리를 활용할 가능성이 높은 것으로 알려졌다.
해외기업의 발걸음도 분주하다. 현재 관련 특허 세계 1위인 일본의 토요타는 2027~2028년 상용화를 목표로 자체 개발은 물론, 전고체 배터리를 탑재한 첫 완성차 출시를 준비하고 있다. 중국에서는 세계 배터리 1위 CATL이 2027년 전고체 소규모 생산을 거쳐 2030년 대량 양산에 돌입한다는 구체적 로드맵을 밝혔다. BYD 역시 2027년 자사 플래그십 차량 탑재를 목표로 내세운 것으로 알려졌다.
특히 최근 열린 인터배터리 2026에서는 전고체 배터리의 타깃이 전기차가 아닌 신시장이라는 점이 확인됐다. 가격 경쟁력이 중요한 일반 전기차보다 가격 저항이 적고 안전성이 필수적인 드론, 로봇, 도심항공교통(UAM) 등 하이스펙 시장에 먼저 안착하겠다는 타개책이다.
배터리 제조사들도 이에 맞춘 결과물을 앞다퉈 내놓았다. LG에너지솔루션은 황화물계 전고체 배터리 실물을 처음 공개하며 프리미엄 전기차와 휴머노이드, UAM 시장 진입 전략을 발표했고 삼성SDI는 로봇과 UAM 등 피지컬 AI 전용으로 내년 하반기 양산을 목표로 한 파우치형 전고체 샘플을 선보이기도 했다.
에코프로는 연 50톤 규모의 고체 전해질 파일럿 라인을 확보하고 내년 상용화에 나서기로 했다. 최문호 에코프로비엠 대표는 "고체전해질의 경우 휴머노이드나 UAM 등 높은 에너지 밀도가 필요한 분야에 먼저 활용될 것"이라고 말했다.
포스코퓨처엠은 나노 코팅 기술을 적용한 전고체용 양극재 개발을 완료했으며 팩토리얼(Factorial)과 협력해 2028년 상용화를 목표로 드론과 휴머노이드용 전지에 탑재할 계획이다.
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#전고체배터리
정재원 기자
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