SOLID STATE BATTERY

The transition toward complete electrification in the global car industry has been accelerating in tandem with the tug of war between the US and China to lead in this fast-growing industry, amid deteriorating climate change concerns.In response to the worsening trade relations with China, the US has diversified its supply chain for EV components, including batteries, attracting manufacturing facilities to its soil.Against this backdrop, experts believe that now is the opportune time to leverage the EV momentum generated in the US thanks to newly implemented promotional laws for renewable energy.“The US Department of Energy has over $62 billion for the Bipartisan Infrastructure Law, plus additional funds for the Inflation Reduction Act,” said Elke Hodson, Deputy Director of Technology Policy at the DOE, at a conference held by The Miilk on Sept. 14 (Korea Time).“There’s a strong emphasis on ensuring that these investments truly make a difference in helping us reach our greenhouse gas goals,” she added.Through the BIL and IRA, the US government plans to invest over $430 billion in the nation's energy system for at least the next decade, aiming to provide long-term stability for domestic clean energy producers, manufacturers, and investors.Recent federal investments in the domestic energy sector are unlocking opportunities for workers and communities, making the clean energy transition profitable, beneficial, and more equitable for US businesses, workers, and communities, as she explained.

미국과 중국의 기술 패권 전쟁과 글로벌 기후변화 등 거시환경 변화에 따른 미국의 전동화가 빠르게 진행되고 있다. 특히 미국은 한국 기업과 파트너십을 통해 미 전역에 전기차(EV)와 배터리 생산시설을 건설하고, 공급망 이슈에 대응하고 있다. 이런 가운데 EV생태계가 빠르게 조성되고 있는 미국 조지아주에서 한미 동맹과 기술 협력, 그리고 상호 경제 발전을 위한 토론과 교류의 장이 마련된다. 주 애틀랜타 대한민국 총영사관(총영사 서상표), 한미 동남부 상공회의소(회장 김재천), 그리고 실리콘밸리 테크 미디어 더밀크(대표 손재권)는 오는 9월 13일(현지시간) 애틀랜타에서 '미국 신재생 에너지 동향' 세미나를 개최한다. '미국에서 본 EV-배터리의 미래'를 주제로 한 이번 세미나에서는 양국 정부와, 유관 기관, 기업, 학계, 언론 등 업계 전문가들이 참석, 최신 EV 배터리 기술과 관련 동향, 정책 등을 논의한다. 세미나는 한국의 미래 먹거리가 될 차세대 배터리 기술 발전 방향을 모색하고, K배터리 생태계를 확장, 새로운 협력 기회 창출하기 위한 목적으로 마련됐다. 오프라인 세미나와 네트워크가 열리는 조지아주 애틀랜타는 EV-배터리 거점으로 급부상하고 있는 지역이다. 우리 배터리 기업인 SK온이 이미 제2 공장을 완공, 배터리를 생산하고 있고, 추가 공장 착공에 들어갔다. 또 현대자동차의 세계 첫 전기차(EV) 전용 공장인 '현대차그룹 메타플랜트 아메리카(HMGMA)'가 내년 4월 가동을 목표로 공장 건설에 속도를 내고 있다. 기존 기아공장과 인근 앨라배마 현대차공장에서는 IRA 시행에 맞춰 EV 생산 준비에 나서는 등 생태계가 확장되고 있다.

이차전지가 기후위기 해결을 위한 핵심 기술 중 하나로 대두됐다. 이 때문에 이차전지 시장을 주도하려는 기업들의 치열한 경쟁이 진행되고 있다. 특히 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 등 국내 배터리 3사는 기존의 리튬이온 배터리를 넘는 차세대 배터리 개발을 위해 상반기에만 1조원이 넘는 투자금을 쏟아부으면서 '기술 격차'를 벌리기 위해 안간힘을 쓰고 있다. 특히 배터리 업계는 리튬이온 배터리를 대체할 소재 경쟁에 나선 것은 물론 '전고체 배터리' 개발에 주력하고 있다. 전고체 배터리는 고체 상태의 전해질을 사용하기 때문에 안전하면서도 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 '꿈의 배터리'로 불린다. 배터리 3사를 비롯한 배터리 기업들은 전고체 배터리 개발을 위한 연구와 상용화를 진행 중이다. LG엔솔은 2030년 상용화를 목표로 고분자계 황화물계 전고체 배터리를 개발 중이다. 또 삼성SDI는 수원 연구소에 전고체 배터리 파일럿 라인을 설치하고 지난 6월 시제품을 생산했다. 2027년 양산을 준비 중이다. SK온 역시 2030년까지 전고체 배터리를 상용화한다는 목표를 세웠다. 그러나 전고체 배터리 사용화는 생각만큼 쉽지 않아보인다. 지난달 말 에너지 전문 시장 조사업체 SNE리서치 보고서에 따르면 '리튬이온배터리(LIB)' 공급량은 오는 2023년 687GWh에서 2030년 2943GWh로 4.3배 증가할 것으로 예상된다. 이는 전체 배터리 시장의 95% 이상을 차지하는 수치다. 반면 전고체 배터리의 침투율은 약 4%대로 예상된다. 전고체 배터리는 2027년부터 양산이 본격화되면서 2035년께 전체 배터리 시장의 10%를 차지할 것이라고 전망했다. 초격차 경쟁을 벌이고 있지만, 비중이 크지 않다. 전고체 배터리 전문가인 이승우 조지아텍 교수는 이런 트렌드를 어떻게 보고 있을까. '꿈의 배터리' 상용화는 왜 어려운 것일까. 최근 이 교수를 인터뷰했다.

2023년 상반기 미국의 기술 업계는 '생성 AI' 이슈가 지배했다고 해도 과언이 아니다. 빅테크 등 기술 기업들은 '생성 AI' 기술을 개발하고, 자사 제품에 탑재해 이를 수익화하는데 총력을 기울였다. 생성 AI 분야만큼 주목받은 기술 분야는 또 있다. 바로 에너지 분야다. 글로벌 기후 변화를 막기 위해 신재생에너지를 개발하는 분야와, 기존 탄소배출을 줄이려는 전동화 물결이 주를 이뤘다. 생성 AI가 무분별한 인공지능 도입에 따른 리스크 우려가 잇따르고 있다면, 신재생에너지는 정부 주도 하에 대규모 펀드를 쏟아붓고 있다. 실제 미국 바이든 행정부의 인플레이션 감축법(IRA) 시행과 함께 전기차(EV), EV 배터리 관련 기업들의 미국 투자가 잇따르면서 관련 인프라가 빠르게 조성되고 있다. 미국의 신재생에너지, 특히 전기차(EV) 생태계를 중심으로 한 올해 상반기 9대 키워드를꼽아봤다.

테슬라가 지난 8일(현지시간) 미국 텍사스주 롭스타운에 리튬 정제소 착공식을 개최하고, 안정적인 전기차(EV) 생산을 위한 원자재 공급망 구축에 나섰습니다. 미국의 완성차 업체가 미국에 EV 배터리 원료가 되는 리튬 정제시설을 구축하는 것은 테슬라가 최초입니다.CNBC에 따르면 텍사스는 리튬 정제시설을 건설하기 위해 3억 7500만달러를 투입한다고 하는데요. 2023년 시설을 완공하고, 2025년부터 본격적인 양산에 들어갈 것으로 예상했습니다. 생산이 시작되면 연간 100만 대의 전기차에 들어가는 수산화리튬을 확보할 수 있을 것으로 보입니다.👉IRA 효과... 미국 광물기업, 자국 투자 강화 일론 머스크 테슬라 CEO는 지난해 4월 리튬 가격이 하락하자 테슬라가 리튬 정제 시장에 뛰어들 수 있다고 언급한 바 있는데요. 1년 만에 언급한 내용을 추진하는 무서운 추진력을 보여주고 있습니다. 테슬라의 리튬 정제시설 착공은 상당한 의미가 있는데요. 바이든 행정부가 추진하는 미국의 EV 공급망 구축의 일환이라는 점에서 의미가 있습니다. 중국은 여전히 전 세계 리튬 처리 및 정제 용량의 절반 이상을 통제하고 있는데요. 미국의 점유율은 1%에 불과합니다. 이런 상황에서 첫 발을 내디딘 테슬라의 행보에 완성차 업계와 배터리 업계가 주목할 수밖에 없는데요. 머스크는 "배터리 등급 리튬의 가용성이 EV 산업 성장을 위한 핵심 포인트가 될 것"이라고 말했습니다. 미국 인플레이션감축법(IRA)도 테슬라의 리튬 공급망 구축을 가속화한 원인이었는데요. 세액공제가 확실히 효과를 거두는 모양새입니다. 정책 변화와 맞물려 미국의 광물 회사들도 미국 내 투자를 강화하고 있는데요. 테슬라의 리튬 공급사 중 한 곳인 앨버말은 내년 사우스캐롤라이나에 정제 시설을 건설하기로 했습니다. 완공 후 연간 리튬 10만 톤을 정제하겠다고 하는데요. IRA 시행으로 인해 미국의 EV 생태계가 빠르게 변화하고 있습니다.

지난 칼럼에서는 전고체 리튬메탈 배터리 (Solid-State Lithium Metal Batteries)가 배터리의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 차세대 배터리의 핵심 기술임을 설명했다. 👉 전고체 리튬배터리가 온다 오늘은 어떻게 전고체 배터리가 기존의 리튬이온 배터리 대비 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는지 좀 더 구체적으로 알아보자.우선 기존의 리튬이온 배터리는 유기 용매인 카보네이트(Carbonates) 기반의 액체 전해질을 사용한다. 이러한 유기용매는 발화성이 높기 때문에, 리튬이온 배터리의 작동 온도를 130도 이하로 제한해야 한다. 이 온도 이상으로 온도가 올라갈 경우 전해질과 전극 사이의 발열 반응으로 열폭주 (Thermal runaway) 현상과 이로 인한 배터리의 폭발이 일어날 수 있다. 따라서 이를 제어하기 위한 열관리 시스템(Thermal management systems)이 배터리 팩에 설치돼야 한다. 이는 배터리 팩의 무게와 부피를 증가시켜 배터리 에너지 밀도를 감소시킨다. 반면, 무기물이나 고분자 기반의 고체 전해질은 유기 전해질에 비하여 열 안정성이 증가하게 때문에 이러한 열관리 시스템을 크게 간소화할 수 있다. 이렇게 무게와 부피가 줄어든 열관리 시스템은 배터리 팩의 에너지 밀도를 직접적으로 증가할 수 있다.

전 세계적으로 기후변화에 대한 우려가 커지면서 전기차로의 전환이 가속화하는 시대에 살고 있다. '전동화' 전환의 핵심은 동력원인 '리튬 이온 배터리(이차전지)'의 공급에 있다고 할 수 있다. 현재 리튬 이온 배터리의 양극에서 가장 중요한 성분은 코발트다. 코발트는 배터리 비용의 약 4분의 1을 차지한다. 코발트 가격은 지난 2018년 킬로그램(Kg) 당 90달러까지 치솟기도 했지만, 30달러 선을 유지해왔다. 그러나 최근 글로벌 공급망 이슈로 인해 코발트 가격은 다시 80달러대를 기록 중이다. 코발트 가격이 상승으로 인한 높은 비용과 가격 변동성은 배터리 제조에도 영향을 미치고 있다. 배터리 제조업체는 양극 생산에서 코발트의 비중을 낮추거나 없애기 위한 대안을 찾기 위해 노력하고 있다.

글로벌 완성차 산업의 핵심 화두는 '전동화(Electrification)'다. 전기차와 자율주행차로 대변되는 미래 자동차 상용화에 올인하고 있는 것. '테슬라'가 선두에 있지만, 시장 점유율이 높지 않기 때문에 너도나도 시장 선점을 위해 기술력 확보와 생산시설 확충을 위해 '쩐의 전쟁'을 벌이고 있다.완성차 업계의 전동화를 위한 핵심 키는 '배터리'다. 저렴하고 에너지 밀도가 높은 '배터리 확보'가 전동화의 성패를 좌우한다고 해도 과언이 아니다. 제너럴모터스(GM), 포드와 같은 완성차 업체는 미국에서 SK이노베이션, LG 에너지솔루션과 같은 배터리 제조 업체들과 조인트 회사를 설립하고, 배터리 원활한 공급을 위해 대규모 생산 시설을 구축 중이다. 현재 상용화된 배터리 기술이 완벽한 것은 아니다. 미 자동차 제조사 제너럴모터스(GM)의 쉐보레 볼트 전기차는 잇따라 화재가 발생하면서 구설에 올랐다. 결국 지난해 GM은 LG 측이 납품한 배터리 결함으로 인한 화재라고 결론으로 내리고, 2016년 이후 생산분을 모두 리콜 조치 했다. LG는 최대 19억달러를 배상하기로 했다.전기차 화재 사고 발생 이유는 양극과 음극 사이에 전류를 흐르게 하는 전해질이 액체이기 때문이다. 이에 전해질을 고체로 바꿔 화재 위험을 낮추고 에너지 밀도를 높일 수 있는 '전고체 배터리'에 개발을 위한 노력이 이어지고 있지만, 이렇다 할 결과물을 내놓지 못하고 있다.그러나 최근 조지아 공대 한국인 교수팀이 개발한 고무 형태의 소재가 업계의 주목을 받고 있다. 조지아 공대와 한국 카이스트대의 한국인 교수팀이 공동으로 진행한 연구에서 발견한 이 전해질은 한번 충전으로 최대 800km를 주행할 수 있는 전기자동차를 구현할 수 있는 획기적인 '소재'로 평가받는다.👉관련기사 : 한번 충전 800km 주행, 전고체 배터리 소재 한국인이 최초 개발이 고무 형태의 전해질인 '엘라스토머 고분자 전해질'을 개발한 조지아 공대 이승우 교수와 최근 만나 전고체 배터리 소재 개발의 의미와 전고체 배터리 상용화 가능성, 그리고 배터리 시장의 미래 등에 관해 이야기를 나눴다. 다음은 일문일답.

전고체 배터리 업체 퀀텀스케이프(QS)의 공동 설립자이자 최고경영자(CEO)인 자그딥 싱(Jagdeep Singh)은 4일(현지 시각) 오후 “주가의 단기 변동성(volatility)은 예측할 수 없다”며 이같이 말했다. 이날 퀀텀스케이프의 주가가 하루 만에 40.84% 폭락하자 CNBC에 출연해 회사 상황을 밝힌 것이다.

퀀텀스케이프(QS)의 공동 설립자이자 최고경영자(CEO)인 자그딥 싱(Jagdeep Singh)은 지난 8일(현지 시각) 진행한 ‘전고체 배터리 쇼케이스’에서 “에너지 밀도가 높은 전고체 배터리 채택을 방해하는 근본적인 문제를 해결했다”며 이같이 밝혔다.