세계 배터리 전쟁의 현주소 - 앞서가는 일본… 한국이 바짝 추격

 

전력 생산과 주파수 변동이 불규칙한 신재생에너지의 저장 및 전력의 품질 개선을 위해 이차전지의 중요성이 더욱 부각되고 있다. 특히 최근 들어 세계적으로 석유 시장에 대한 불안감이 커지고 국제사회의 온실가스 배출 저감 노력이 증대되면서 차세대 이차전지에 모든 산업계가 주목한다.

이차전지를 장착한 하이브리드자동차(HEV)는 기존 내연기관 차량과 비교해 볼 때 연비를 획기적으로 개선했다. 화석연료의 사용량과 온실가스 배출량을 30% 이상 줄일 수 있는 미래형 자동차로서 미국, 유럽 등 선진국에서 보급을 적극 추진하고 있다. HEV의 다음 세대 주자로서 플러그인하이브리드자동차(PHEV)와 전기자동차(EV)는 사회·경제·환경에 미치는 파급 효과가 HEV보다 훨씬 더 크기 때문에 상용화를 위한 연구개발이 선진국들을 중심으로 활발하다.

즉 미래 청정에너지와 이동 수단은 신재생에너지와 전기자동차의 결합을 전제로 한다. 신재생에너지의 에너지저장 장치뿐만 아니라 전기자동차의 동력원으로 사용될 이차전지는 미래 산업의 핵심 분야가 된다. 하이브리드자동차는 일본의 도요타와 혼다가 관련 기술을 주도하며 세계 시장의 85% 이상을 점유하고 있다.

하이브리드자동차에 사용되는 이차전지는 니켈-수소전지이며, 거의 대부분을 일본 업체들이 만든다. 차세대 이차전지로 각광 받고 있는 리튬이차전지는 니켈-수소전지와 비교해 부피·중량당 에너지밀도와 출력밀도가 높다. 하지만 안전성과 가격 문제로 아직 양산 차엔 적용되지 않고 있다.

도요타 등 일본 업체는 2008년부터 하이브리드자동차에 리튬이차전지를 탑재할 것이라 발표했다가 안전성 등의 문제로 출시를 연기한 상태다. 현대자동차가 리튬이차전지를 탑재한 하이브리드자동차의 2009년 양산 계획을 발표한 바 있어 세계 자동차업계도 본격적인 리튬이차전지의 경쟁 시대로 접어들 것으로 전망된다.

자동차용 이차전지의 개발은 오랜 시간이 소요되기 때문에 자동차업체와 전지업체 간 컨소시엄 구성이 가장 중요하다. 현대자동차와 LG화학은 5년 이상 공동 개발을 추진해 오고 있으며 그 결과 올 7월 아반떼 LPG 하이브리드자동차의 출시를 앞두고 있다. 또한 LG화학은 미국 제너럴 모터스(GM)의 플러그인하이브리드자동차용 이차전지 개발 파트너로 선정돼 공동 개발에 착수했다.

국내 최대 리튬이차전지 제조업체인 삼성SDI는 2008년 독일의 보쉬사와 조인트 벤처사인 SB리모티브를 설립, 자동차용 이차전지 시장에 본격적으로 참여했지만 아직 개발 파트너가 없어 시장 진입 시기는 경쟁사보다 뒤처질 것으로 예상된다. IT산업과 모바일 시대가 열린 배경에는 가볍고 휴대가 간편한 리튬이차전지의 상업화가 있었다.

리튬이차전지는 휴대전화와 노트북 컴퓨터, PMP, MP3 등 우리 일상생활에서 쉽게 볼 수 있는 모바일 제품의 에너지원으로 널리 사용된다. 국내에서는 일본보다 10년 늦은 2000년 LG화학과 삼성SDI가 양산에 들어갔다. 국내 업체들은 리튬이차전지의 설계기술과 제조기술을 바탕으로 일본 기업들이 독점하던 시장에서 경쟁력을 확보, 지난해 전 세계 시장 점유율이 30%에 이를 것으로 예측된다.

따라서 한·일 간 기술개발 경쟁이 불꽃을 튀긴다. 일본은 1992년부터 2001년까지 10년 동안 전력저장용 리튬이차전지와 소형 전기자동차용 리튬이차전지 개발에 166억 엔을 쏟아 부었다. 또 2002년부터 2006년까지 연료전지자동차용 리튬이차전지 개발에 53억 엔을 지원했다.

올해엔 자동차업체, 전지업체 등 관련 분야 전문가들이 모여 차세대 자동차용 이차전지 개발 로드맵을 발표했다. 지난해 부터 2011년까지 차세대자동차용 배터리시스템 개발에 110억 엔을 투입, 기존 전지보다 성능을 50% 끌어올리고 가격을 7분의 1 수준으로 낮추게 하는 연구개발을 진행 중이다.

현대차와 LG화학이 주축이 된 한국은 2004년부터 차세대전지성장동력사업의 일환으로 ‘HEV용 고출력 리튬이차전지 개발’에 5년간 총 160억원의 예산을 투입했다. 그리고 지난해 지식경제부는 플러그인하이브리드자동차(PHEV10, PHEV20)용 이차전지와 관련한 시스템 개발에 5년간 400억원의 예산을 지원하기로 했으며 2013년 양산을 목표로 한다.

그리고 현 정부는 친환경자동차 분야를 신성장동력 사업으로 선정, 앞으로 그린카 분야에서 세계 4대 강국에 진입하겠다는 비전을 제시했다. 이차전지의 시장 경쟁은 부품·소재의 원천기술 개발에 달려 있다. 하이브리드자동차용 이차전지는 상용화된 소재를 활용해도 그만이지만 플러그인하이브리드자동차와 전기차는 에너지 밀도가 높고 안전성이 뛰어난 새로운 소재를 써야 한다.

리튬이온의 양극과 음극 소재의 저장 능력을 높이는 연구개발이 필요하며, 안전성을 높이기 위한 전해질과 격리막의 개발도 시급하다. 또한 전력저장용 이차전지는 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 소재와 시스템 개발이 필요하다. 세계 배터리 전쟁의 향배는 이 같은 차세대 과제를 누가 먼저 달성하느냐에 달려 있다.

김영준
[필자는 전자부품연구원 에너지·나노 소재연구센터 책임연구원으로 재직 중이다.]