IRS글로벌이 ‘2021 차세대 전지[(전고체)이차전지·연료전지·태양전지]의 기술개발·사업화 동향과 향후 전망’ 보고서를 발간했다.

이차전지와 연료전지가 4차 산업혁명의 핵심 기술로 다시금 주목받고 있다.

이차전지는 고성능화 저비용화를 통해 지금까지 소형 디바이스에 탑재하는 것에서부터 모빌리티를 포함한 ESS 등 대형기기에서의 활용까지 급속도로 발전되어 왔으며 최근 다시금 많은 관심을 모으고 있다. 한편 이차전지 기술에는 고난이의 사안도 많아 장기적인 기술 전개도 쉽지만은 않다. 또한 애플리케이션별로 요구되는 사양 및 특성이 크게 다르다는 것 역시 이차전지 기술을 이해하는 데 있어 장해물이 되고 있다.

이차전지는 종류에 따라 각각 작동 원리, 특징, 과제가 다르기 때문에 기술을 발전시키는 방법도 이차전지의 종류에 따라 달라진다. 이차전지의 종류를 한정한다 해도 구성하는 재료 및 그 조합 방법에 따라 특성이 크게 좌우되기 때문에 개별적인 기술의 발전에 대해 전망하는 일도 쉽지 않다. 반도체의 접적률이 향상할 것이라고 예측한 무어의 법칙과 같은 경험칙이 축전 기술에 대해서는 존재하지 않는다는 것도 이차전지 기술의 발전을 전망하기 어려운 이유 중 하나이다.

이차전지 기술의 발전에 대해 전망하기는 어렵더라도 자동차의 전기화, 전력 자유화, 재생에너지 및 스마트 커뮤니티의 사회 보급 확대 등으로 인해 향후 이차전지의 역할과 수요가 대폭 확대될 것임은 틀림없는 사실이다. 하지만 모든 용도에서 사용할 수 있는 만능 이차전지는 현재로서는 존재하지 않으며, 용도에 맞는 이차전지의 성능을 더욱더 향상시켜야 한다. 따라서 각국의 산·관·학들이 총력을 기울여 연구개발 및 실증 사업을 실시하고 있다.

주요 시장조사기관들의 자료에 따르면 세계 이차전지 시장은 연평균 20% 이상의 성장률을 보이며 견고한 성장세를 이어갈 것으로 예측되고 있다.

이차전지 중 ‘차세대 배터리’라 불리는 전고체전지가 드디어 실용화 직전 단계에 접어들었다.

리튬이온 이차전지의 장점을 유지하면서 안전성 및 내환경성을 높일 수 있는 전고체전지는 가연성 전해질을 대신하여 고체이면서 이온의 움직임을 방해하지 않는 재료를 전해질로 이용함으로써 안전성을 높인다. 불연성 재료를 사용하면 발화·폭발할 가능성이 사라지고 고체 재료로 음극과 양극의 위치를 고정시켜 분리하면 합선될 가능성도 줄어든다. 이렇게만 되면 지금까지 안전 측면에서 어려움이 있어 이용할 수 없었던 용도로도 활용할 수 있게 된다. 그러므로 현재 전 세계의 기업 및 연구기관들은 전고체전지를 실용화하기 위해 연구개발에 힘쓰고 있다.

전고체전지의 개발과 실용화를 위해 국내 한국전기연구원(KERI), 대구경북과학기술원, 한국생산기술연구원 등에서 연구 성과를 발표하고 있지만, 해외에서는 가장 적극적으로 힘쓰고 있는 회사 중 하나가 도요타 자동차이다. 도요타는 EV용 황화물계 전고체전지를 개발하고 있으며 2020년대 초에 실용화하겠다는 목표를 세우고 있다. 이미 2019년에 비교적 낮은 출력의 1인승 소형 EV ‘COMS’에 전고체전지를 탑재하여 실험 주행에 성공하였다.

유럽에서는 엔진 자동차가 폐지될 것을 대비하여 EV의 보급을 촉구하는 ‘EV로의 전환’이라 불리는 움직임이 각국 및 지역 정부와 자동차 산업에 의해 추진되고 있다. EV가 자동차 산업의 주역이 되는 과정에서, 전고체전지와 같은 부가가치가 높은 기술의 존재 여부는 미래의 산업 경쟁력을 강화하는 데 있어 꼭 필요한 일이라 판단하고 있다.

두 번째, 연료전지 시장은 점차 주요국별 보급정책의 범위와 지원 내용이 강화되면서 성장하고 있다. 특히 국내에서는 수소경제 활성화 로드맵 발표로 새로운 전환기를 맞이하고 있다. 정부가 에너지전환정책의 일환으로 수소경제 정책을 펼치고 있는 가운데 수소경제 내에서 친환경 분산발전원 역할을 수행할 것으로 기대되고 있다. 발전용 연료전지는 도심에 위치하는 분산전원에서 대규모 전원으로도 활용이 가능하기 때문에 저공해 고효율 측면에서 활용도가 높아질 것이다.

일본의 후지경제의 자료에 따르면, 2030년 연료전지 시장은 2018년 대비 22.6배나 커질 것으로 전망되고 있다. 최근 시장은 산업·업무용 시장의 확대가 견인하고 양대 시장인 미국과 한국에서 도입 인센티브 제도가 기여했다고 분석되고 있다.

마지막으로 태양전지는 대표적인 신재생에너지라고 할 수 있는 태양광 발전의 도입이 확산되는 것이 세계적 추세인 가운데, 연구개발의 중요성이 더욱 증대되고 있으며 에너지 변환 분야에서는 고효율·저비용의 혁신적 태양전지 개발이 적극적으로 이루어지고 있다.

일분 태양전지에서는 이미 변환효율 약 22%가 달성되고 있지만 앞으로 보다 더 고효율화를 목표로 하는 신소재 개발과 내구성 개선이 중요한 과제가 되고 있다.

이미 이용되고 있는 가정용 태양전지, 태양전지 발전소용 전지와 더불어 농업용 솔라 셰어링(Solar sharing), 제로에너지빌딩(net Zero Energy Building) 구현, 환경발전이라는 관점에서 건재 일체형 태양전지, 실내에서 고효율을 실현할 수 있는 태양전지, 전기차(BEV)나 하이브리드 자동차(HEV, PHEV)용 태양전지, 비행기용 태양전지(솔라 임펄스), 히트펌프 등을 활용한 열 수요에 대한 전력 에너지 공급 등의 용도에 따른 태양전지가 요구되고 있다.

이에 IRS글로벌은 주목받고 있는 이차전지, 연료전지, 태양전지 분야에 관심이 있는 기관·업체의 실무담당자들에게 연구개발, 사업전략 수립의 기초자료를 제공하기 위해 본서를 기획하였다.

IRS글로벌은 모쪼록 유용한 정보로 활용되어 미력하나마 전지 관련 산업의 경쟁력 강화에 기여할 수 있는 자료가 되기를 기대해본다고 밝혔다.

한편 IRS글로벌 홈페이지에서는 최근 이슈가 되는 다양한 산업 분야의 최신 동향 정보와 통계 등을 제공하고 있다.

출처 : IRS글로벌