"1회 충전 1000㎞"...中 연구진, 차세대 전고체 배터리 개발

중국 연구진이 전기차의 주행거리를 획기적으로 늘릴 수 있는 차세대 전고체 배터리를 개발했다고 과학 전문 매체 라이브사이언스가 5일(현지시간) 보도했다. 중국 난카이대 연구진은 성명을 통해 고에너지 전고체 배터리 시스템을 개발했으며, 해당 시스템이 실제 차량에 장착돼 장거리 주행 테스트를 진행했다고 밝혔다. 에너지 밀도, 일반 리튬이온 배터리보다 30% 높아 이 배터리의 에너지 밀도는 ㎏당 500와트시(Wh)를 초과한다. 이는 현재 널리 사용되는 리튬이온 배터리의 약 300Wh/㎏보다 30% 이상 높은 수준이다. 에너지 밀도가 높은 배터리는 동일한 무게와 크기에서 더 많은 에너지를 저장할 수 있어 전기차 주행거리 확대에 유리하다. 연구진은 해당 배터리 장착 후 주행 가능 거리가 1000㎞를 넘어섰다고 설명했다. 테스트에 사용된 차량의 구체적인 정보는 공개되지 않았지만, 이후 보도에 따르면 해당 배터리는 중국 FAW그룹 산하 배터리 제조 자회사인 '중국자동차 신에너지배터리(CANEB)'가 개발한 시제품인 것으로 알려졌다. 연구진은 고체 전해질 기반 배터리가 안전성 측면에서 기존 리튬이온 배터리보다 유리하다고 설명했다. 리튬이온 배터리는 가연성 액체 전해질을 사용하지만, 고체 전해질은 비가연성이어서 화재 위험이 상대적으로 낮다. 또한 고체 전해질은 배터리 내부에서 단락을 유발하는 금속 돌기인 '덴드라이트' 형성을 억제하고 전해질 열화 현상을 줄여 배터리 수명 향상에도 기여할 수 있다. 새로 개발된 배터리는 리튬 함량이 높은 망간 기반 양극과 하이브리드 고체-액체 전해질 시스템을 기반으로 한다. 이 설계는 고체 배터리 구조의 장점에 이온 전도성과 안전성을 높이기 위한 '초습윤성(super wetting)' 복합 전해질을 결합한 것이 특징이다. 초습윤성은 전해액이 배터리 소재의 표면과 기공에 고르게 퍼져 완전히 침투하도록 해 활성 물질과의 접촉을 극대화하고, 이온이 보다 효율적으로 이동할 수 있도록 하는 특성을 의미한다. 또한 이 배터리는 제조 공정을 단순화해 생산 비용 절감이 가능한 리튬 양극 기술도 적용됐다. 현재 배터리 팩의 총 용량은 142kWh(킬로와트시)이며, 냉각 시스템과 배선, 구조 지지대, 안전 장치 등을 포함한 시스템 전체 기준 에너지 밀도는 288Wh/㎏로 단독으로 측정된 500Wh/㎏보다 낮은 수치다. 매체는 이런 밀도 감소는 정상적이며, 업계 전반에 걸쳐 전기차 배터리가 보고되는 방식과 일치힌다고 해당 매체는 전했다. “해당 차량 시연, 올해 안에 진행될 예정” 연구진은 향후 상용 제품이 배터리 팩 기준 340Wh/㎏ 이상의 에너지 밀도와 약 200kWh 용량을 달성할 수 있을 것으로 전망하며 이를 통해 향후 전기차 1회 충전 주행거리가 약 1600㎞를 넘어설 가능성도 제시했다. 해당 차량 시연은 올해 안에 진행될 예정이다. 약 1600㎞의 주행거리는 현재 판매 중인 전기차보다 훨씬 높은 수준이다. 전기차 정보 사이트EV.com에 따르면 2024년 생산된 전기차의 평균 주행거리는 약 455㎞이며, 고급 모델의 경우 약 825㎞ 수준이다. 현재 가장 긴 주행거리를 기록한 차량은 루시드 에어로 알려져 있다. 이번 전고체 배터리 연구는 대학과 산업계의 공동 연구로 진행됐지만, 아직 동료 평가를 거친 학술 논문을 통해 독립적으로 검증되지는 않은 상태다. 다만 이번 성과는 전고체 배터리가 실험실 단계에서 실제 시험 단계로 빠르게 발전하고 있음을 보여주며, 전기차의 주행거리와 안전성, 성능을 크게 개선할 잠재력을 시사한다고 라이브사이언스는 평했다.