15분 충전에 서울~부산 왕복…전고체 배터리로 '초격차 질주'

기술 대개조 ② 현대차·서울대 차세대 배터리 협력
2030년까지 전고체 공동 연구
화재위험 낮고 충전시간 단축
짧은 배터리 수명 극복 총력
3000회 이상 충전이 목표
"기술 자체는 상당 수준 확보
경제성 있는 공정 확보 관건"

◆ 5·5·5 담대한 도전 ◆

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최장욱 현대자동차그룹·서울대 배터리 공동연구센터장이 연구소에서 전고체 배터리와 관련된 실험을 하고 있다. 이충우 기자

"1회 충전에 1000㎞까지 달리는 꿈의 배터리는 실험실 수준의 준비가 돼 있습니다. 이제는 양산 단계에서 경쟁이 펼쳐지고 있습니다."

지난해 7월 서울대 관악캠퍼스에 현대자동차그룹과 서울대가 공동으로 설립한 '현대차그룹·서울대 배터리 공동연구센터'가 문을 열었다. 현대차는 이곳에 2030년까지 300억원 이상을 투자할 계획이다. 그룹 내에도 2차전지 연구소를 두고 있는 현대차가 왜 외부 연구센터에 투자를 단행했을까. 그 이유는 현재 배터리 전쟁에서 한발 떨어져 꿈의 배터리에 다가가는 초격자 기술에 집중할 수 있도록 하기 위해서다.

공동센터를 이끄는 최장욱 서울대 화학생물공학부 교수의 목표도 '한 번 충전에 1만㎞, 10년 가는 배터리'에 맞춰져 있다.

최근 방문한 연구소에서는 연구원들이 화합물 합성을 둘러싸고 격렬한 토론을 벌이고 있었다. 최 교수는 "실제 합성하기 전에 설계 단계를 진행한다"며 "예전에는 실제 합성을 통해 시행착오를 거쳤다면 요즘에는 인공지능(AI)으로 모의실험을 해본 뒤 실제 합성에 들어가는 게 일반화됐다"고 말했다. 최 교수는 휘어지는 배터리 소재를 개발하고 사용 시간을 연장하기 위해 고용량 전극 소재와 포스트-리튬 2차전지 기술을 개발하는 등 배터리의 미래를 개척하는 세계적 석학이다. 노벨화학상에 가까이 다가서 있는 한국인 연구자로 꼽힌다.

 

현재 가장 널리 사용되는 것은 리튬이온 배터리지만 잦은 발화 사고와 긴 충전 시간, 수명 등 단점이 명확해 내연기관 시대를 끝내지 못하고 있다.

차세대 배터리 기술에서 유력한 후보 중 하나가 전고체 배터리다. 전고체 배터리는 리튬이온 매개체인 전해질을 액체에서 고체로 바꾼 것이다. 이때 고체 전해질이 분리막을 대신한다. 이렇게 되면 배터리가 구조적으로 단단해져 화재가 날 일이 없고 포장이나 전해질이 훼손되더라도 형태를 유지할 수 있어 폭발·화재 발생 위험성이 낮아진다.

특히 고체 전해질을 쓰면 현재까지 알려진 음극재 중 용량이 가장 크지만 불안정해서 사용하지 않았던 리튬 금속을 쓸 수 있게 돼 배터리 용량을 늘릴 수 있다. 최 교수는 "전고체 배터리를 활용한다면 주행거리를 900~1000㎞까지 끌어올리는 게 가능해져 가솔린이 기반인 내연기관 수준까지 높일 수 있다"고 말했다.