최근 주식시장에서 가장 뜨거운 테마는 전기차와 배터리다. 리튬이온, 양극재, 음극재, 전해질 등 배터리 관련 전문용어가 일반인들에게 더는 낯설지 않다. 배터리는 스마트폰부터 드론, 도심항공교통(UAM)까지 움직이는 모든 전자기기와 모빌리티 수단에 꼭 필요하다. 1970년대 전자시계용 소형전지에서 시작된 배터리 기술은 이제 온 세상을 움직이는 동력원이 됐다.2018년 최종현 SK 선대 회장의 20주기를 맞아 출범한 최종현학술원은 과학기술 혁신 국제 심포지엄을 통해 핵심 테크놀로지 분야의 최신 연구 동향을 소개하고 있다. 《배터리의 미래》는 2020년 1월과 2021년 2월 열린 콘퍼런스에서 국내외 석학들이 발표하고 토론한 배터리 기술에 대해 담은 책이다. 리튬이온 배터리 연구로 2019년 노벨화학상을 받은 M 스탠리 위팅엄 미국 빙엄턴 뉴욕주립대 석좌교수, 거브랜드 시더 UC버클리 석좌교수 등은 배터리 기술의 현황과 전망에 대해 전문적이면서도 일반인이 알기 쉽게 풀어낸다.
흔히 2차전지라고 불리는 충전 가능한 배터리는 리튬이온배터리다. 리튬이온이 음극과 양극을 오가면서 충전과 방전이 이뤄지며 전기 에너지가 발생한다. 반도체 기술은 탄생 이래 지금까지 매년 꾸준한 성능 향상을 이뤄 과거와 비교할 수 없는 위치까지 왔다. 하지만 배터리 기술은 지난 20년 동안 에너지 밀도가 두 배 정도밖에 늘지 않았다. 저자들은 실리콘이라는 동일한 소재의 틀에서 기술이 계속 발전한 반도체와 달리 배터리는 성능 향상을 위해 새로운 소재를 계속 찾아야 하는 과정이 매우 소모적이라고 말한다.
책에 따르면 배터리 크기는 쉽게 줄일 수 없다. 배터리의 에너지 밀도를 높이면 화재 및 폭발 위험이 높아지기 때문이다. 에너지 밀도의 난관은 대부분 탄소로 만든 음극재와 관련이 있다. 따라서 배터리 부피의 절반 이상을 차지하는 탄소 음극재의 대체재로 주석 실리콘 리튬 등이 고려되고 있다.
양극재의 주원료는 니켈, 망간, 코발트 등이다. 니켈은 건축자재인 스테인리스강의 재료여서 금속업계와 확보 경쟁을 해야 하는 처지다. 희토류인 코발트는 공급이 불안하다. 따라서 코발트를 전부 또는 최대 90%까지 제거한 ‘코발트 프리’ 배터리 연구가 주목받고 있다.
배터리에서 가장 주목받는 영역은 안전이다. 따라서 차세대 배터리의 핵심은 안전성을 높인 전고체 기술이라고 저자들은 설명한다. 한국이 배터리 분야를 선도하기 위해서는 전고체 기술에 투자해야 한다는 얘기다.
최종석 기자 ellisica@hankyung.com
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