도요타, 꿈의 전고체 전지 상용화 가능한가?

점점 뜨거워지는 전기차 시장

 

요즘 테슬라를 대표로 전기차 시장이 후끈 달아올랐습니다.

전기차 하면 테슬라가 대장 기업이라고 할 수 있는데요. 미국의 테슬라가 일찍부터 전기차에 올인하면서 그간의 의 노력이 빛을 발하고 있는데요. 테슬라와 달리 오래전부터 하이브리드 차량 개발에 집중했던 일본의 도요타는 요즘 울상입니다. 우리나라의 현대차, 기아차도 전기차 전환에 성공적으로 안착하면서 요즘 주가가 많이 올랐지요.

 

 

그런데, 이렇게 절치부심하고 있는 도요타는 꿈의 배터리라고 불리는 전고체 전지를 상용화하겠다는 목표로 기술개발에 집중하고 있습니다. 사실 오래전부터 도요타는 전고체 배터리를 연구해오고 있었습니다. 이 분야에 특허도 가장 많이 가지고 있습니다. 일본 언론에 따르면 도요타는 전고체 전지의 내구성 문제를 해결하고, 2027~2028년에 전기차 탑재를 목표로 하고 있다고 합니다.

 

 

전고체 전지란? 

 

전고체 전지는 이차전지를 구성하는 전해질과 양극, 음극 등이 모두 고체 형태로 된 배터리를 뜻합니다. 현재 이차전지의 가장 큰 문제점은 바로 화재 문제입니다. 화재가 발생하는 원인은 양극과 음극의 접촉에 의한 단락, 액체 전해질 사용에 따른 온도 상승 등입니다.

 

 

이러한 문제는 현재 리튬이온 이차전지나 중국이 자랑하는 LFP 전지 모두 비슷합니다.

LFP 전지의 경우 화재의 위험성이 낮다고 하지만 중국에서 발생하는 화재 건수를 살펴보면 LFP도 아직 화재를 획기적으로 줄였다고 보기는 힘듭니다.

 

 

결국 이론적으로 전고체 전지는 고체로 이뤄진 만큼 화재의 위험성을 지금보다 크게 낮출 수 있습니다.

화재 위험성이 적은 만큼 부품 수를 줄일 수 있고, 그 공간에 전지를 더 채울 수 있습니다. 그로인해 한번 충전으로 더 많은 거리를 이동할 수 있게 되는 것이지요. 다만 전고체 배터리 상용화에는 해결할 문제가 많습니다.

 

 

우선 고체로 이루어져 있는 만큼 ‘전자의 이동’이 액체 전해질보다 느리게 진행됩니다.

양극과 음극이 충전과 방전을 거치는 과정에서 부피가 팽창하거나 수축될 때 고체 전해질에 균열이나 틈이 생길 수 있습니다. 전고체 배터리 개발 논문이 쏟아지고 있지만 실험실 수준의 결과일 뿐 실제 차량에 넣거나 대량생산에 성공한 것은 아닙니다.

 

 

 

도요타의 현재 상황은 어떨까?

 

완성차 업계에서 도요타의 별명은 ‘기술의 도요타’입니다.

내연기관은 물론 내연기관+배터리인 하이브리드차 부문에 있어서도 세계 최고의 기술력을 보유한 기업. 그만큼 전 세계에서 하이브리드차를 가장 많이 판매한 기업입니다.

 

 

하지만 전기차 전환에는 늦었다는 평가를 받고 있습니다.

현대자동차를 필두로 여러 완성차 업체들이 전동화 전략을 발표하며 빠르게 전기차를 출시하기 시작했는데, 도요타는 2022년 5월이 되어서야 bZ4X 라는 순수 전기차를 출시합니다.

 

 

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도요타가 2022년 5월에 공개한 순수 전기차 bZ4X

 

 

상황이 이렇게 되니까, 도요타는 기존의 이차전지보다 안전성과 효율성이 높은 전고체 배터리로 직행하겠다는 전략을 세운 것이지요. 그런데, 이게 말처럼 그리 쉬운 일이 아닙니다. 아직까지도 전고체 배터리 개발은 진행중이니까요.

 

 

사실 도요타는 2017년에 언론에 이렇게 말했다고 합니다.

 

“2020년 도쿄 올림픽에서 전고체 전지가 탑재된 차량을 선보이겠다”

 

 

그런데, 코로나 사태로 도쿄 올림픽이 1년 늦춰지자 “코로나19가 도요타의 자존심을 살렸다”라는 말이 업계에서 나왔을 정도였습니다. 그리고 2021년 9월 도쿄올림픽이 끝나고 한 달이 지난 뒤 도요타는 전고체 전지가 탑재된 전기차를 공개했습니다. 하지만 실물 차량이 아닌 녹화된 영상. 도요타는 이 영상을 공개하며 “지난해 촬영한 장면”이라고 부연설명까지 했습니다.

 

 

그 뒤 도요타는 전고체 전지와 관련된 기자들의 질문에 “여전히 개발 중”이라고 말하고 있습니다.

이번에 2027년 양산을 이야기했지만 2년 전만 해도 2025년 양산 계획을 이야기했습니다. 많은 배터리 기업들이 전고체 전지 상용화를 이야기하고 있습니다. 하지만 단 기간 안에 전고체 전지가 전기차 시장으로 들어오기는 쉽지 않아 보입니다.