전고체 배터리 장단점, BYD는 2027년 고급차부터

BYD는 전고체 배터리를 단 첫 차를 2027년에 내놓겠다고 밝혔다. 스텔라 리(Stella Li) 수석부사장이 카워(Carwow) 스페인판과의 인터뷰에서 내놓은 일정이다. 스텔라 리 부사장은 BYD가 전고체 배터리의 상용화와 기술 모두에서 “선도적 위치”에 있다고 주장했다. 이는 회사 쪽 주장이다. 그 차가 한 번 충전으로 얼마나 가는지, 충전은 얼마나 빠른지 같은 실제 차량 성능은 아직 공개되지 않았다.

전고체 배터리가 바꾸는 것은 배터리 안에서 이온이 지나는 통로다. 전기차 배터리 속 리튬 이온은 양극과 음극 사이를 오가는데, 이 통로는 지금까지 리튬염을 녹인 액체였다. 배터리 성능의 한계도, 화재 위험도 이 용액에서 생겼다. 전고체 배터리는 이 통로를 모두 고체로 바꾼다. 다만 발표된 일정만 보고 기대를 키우기에는 아직 빠진 정보가 많다.

‘전(全)고체’의 뜻과 이론상 장점

리튬이온 배터리는 세 부분으로 이뤄진다. 양극, 음극, 그리고 둘 사이를 채운 전해질이다. 충전하거나 방전할 때 리튬 이온은 이 전해질을 타고 두 전극 사이를 오간다. 기존 배터리의 전해질은 리튬염을 녹인 액체이고, 전고체 배터리는 이 액체를 고체 전해질로 바꾼다. 이름 앞의 ‘전(全)’은 이온이 지나는 통로까지 모두 고체라는 뜻이다.

구조가 바뀌면 기대할 수 있는 변화는 에너지 밀도와 안전성, 두 가지다. 먼저 에너지 밀도. 고체 전해질을 쓰면 에너지 밀도가 높아지고, 그만큼 배터리를 더 작고 가볍게 만들거나 한 번 충전으로 더 멀리 가는 차를 설계할 여지가 생긴다. 충전 속도가 빨라질 것이라는 기대도 있다. 안전성 쪽은 이렇다. 불이 붙기 쉬운 액체가 없어 불이 훨씬 덜 나고, 기존 리튬이온 배터리가 약한 아주 덥거나 추운 환경에서도 작동한다는 것이 이 기술에 대한 설명이다. 하지만 이런 장점에는 모두 ‘이론상’이라는 조건이 붙는다. 대량 생산된 차에서도 같은 결과가 나오는지는 아직 확인되지 않았다. 전고체 관련 발표에서 이 조건이 빠져 있다면 한 번 더 따져 보며 읽는 게 좋다.

헷갈리기 쉬운 부분이 하나 있다. 전기차 제원표에 자주 나오는 리튬인산철(LFP)과 삼원계(NCM)는 주로 양극 소재로 나눈 이름이다. 둘 다 액체 전해질을 쓰는 리튬이온 배터리에 속한다. 반면 전고체는 전해질을 기준으로 붙은 이름이다. 나누는 기준이 다르니 LFP와 전고체는 맞비교할 대상이 아니다. ‘LFP보다 전고체가 낫다’는 식의 문장을 보면 무엇을 기준으로 비교했는지부터 확인해야 한다.

두 방식의 차이를 항목별로 나누면 다음과 같다.

고체 전해질은 세 갈래, BYD는 황화물계

고체 전해질은 재료에 따라 산화물, 폴리머(고분자), 황화물 계열로 나뉜다. BYD가 개발하는 것은 황화물 계열이다. 재료에 따라 이온이 얼마나 잘 움직이는지, 공장에서 얼마나 쉽게 만들 수 있는지가 달라서 업체마다 고르는 재료도 다르다.

아래 특성은 배터리 업계에 흔히 알려진 경향이다. BYD가 자사 제품에 대해 공개한 내용은 아니다. 황화물계는 고체인데도 이온이 잘 이동해서 액체 전해질에 가까운 성능을 내기 쉽다는 평가를 받는다. 대신 습기에 약해 생산 환경을 관리하기가 까다롭다. 산화물계는 화학적으로 안정적인 편이지만, 재질이 단단해 전극과 빈틈없이 붙이기 어렵다. 폴리머계는 가공이 비교적 쉽지만 상온에서 이온이 잘 움직이지 않는다. 세 계열 모두 장점 하나를 얻으면 다른 쪽에서 약점이 생기는 셈이다.

이 구분을 알면 관련 발표를 읽기가 훨씬 쉬워진다. 어떤 업체가 전고체 배터리를 발표했다면 어느 계열인지부터 확인하자. 같은 전고체라도 계열마다 대량 생산의 어려움과 원가가 다르다. 그래서 목표 시점이 같아도 실제 차에 들어가는 속도는 업체마다 다를 가능성이 크다. 어느 계열인지 밝히지 않은 발표라면 판단할 근거가 그만큼 부족하다고 봐야 한다.

비싼 원가 탓에 고급차부터, LFP와 차급별로 나눠 쓴다

지금 기술로는 비용이 전고체 배터리의 가장 큰 걸림돌이다. BYD가 비싼 차부터 넣겠다고 한 이유도 여기에 있다. 첫 적용 후보로는 BYD의 고급 브랜드 덴자(Denza)가 만드는 Z 모델의 후속 버전이 거론된다. 아직 확정된 것은 아니다.

BYD 수석과학자 롄위보(Lian Yubo)는 한 배터리 콘퍼런스에서 전고체 배터리가 기존 리튬 배터리를 대체하는 것은 아니라고 선을 그었다. 그의 설명대로라면 전고체 배터리는 주로 고급 모델에 쓰이고, 리튬인산철(LFP) 배터리와 서로 보완하면서 차급에 따라 나뉘어 들어간다. 기존 배터리를 바꾸는 게 아니라 차급별로 나눠 쓰는 전략이다. 가격이 중요한 대중형 차에는 LFP를, 주행거리와 성능이 중요한 고급차에는 전고체를 넣는 방식으로 보인다. 전고체 배터리가 나와도 LFP를 계속 쓰겠다는 뜻이기도 하다.

소비자에게 의미하는 바는 분명하다. 전고체 배터리가 상용화되더라도 한동안은 비싼 차에만 들어가고, 대부분의 전기차는 계속 액체 전해질 배터리를 쓸 가능성이 크다. 대중화 시점은 원가가 얼마나 빨리 내려가느냐에 달려 있다. 그런데 구체적인 원가 목표는 알려지지 않았다. 대중화 시기를 가늠하는 데 가장 필요한 숫자가 빠져 있는 셈이다.

2027년 ‘탑재’와 2030년 ‘양산’은 다른 단계

BYD의 일정은 두 단계로 나뉜다. 롄위보가 발언한 같은 콘퍼런스에서 BYD의 배터리 자회사 핀드림스(FinDreams)의 쑨화쥔(Sun Huajun) 최고기술책임자(CTO)가 구체적인 일정을 밝혔다. 2027년에 전고체 배터리를 처음 시연하고 차에 탑재한 뒤, 2030년 전후에 본격 양산에 들어간다는 계획이다. 이 발언은 중국 자동차 매체 카뉴스차이나(CarNewsChina)를 통해 알려졌다. 스텔라 리 수석부사장이 말한 2027년 첫 모델은 새로운 발표라기보다 이 계획을 다시 확인한 것이다.

‘탑재’와 ‘양산’은 따로 봐야 한다. 첫 모델이 나오면 소비자가 그 기술이 들어간 차를 살 수 있게 된다. 하지만 생산량과 가격이 대중 시장 수준이 됐다는 뜻은 아니다. 양산 목표가 2030년 전후인 만큼, 2027년에 나올 첫 차는 소량 생산되는 고급 모델일 가능성이 크다. 2027년과 2030년 전후 사이의 3년가량이 첫 탑재에서 본격 보급까지 걸리는 시간이다.

다른 완성차 업체들은 다음 단계에 와 있다.

• 토요타: 2027년 또는 2028년까지 전고체 배터리를 단 차를 내놓겠다고 약속했다.
• 메르세데스-벤츠: 전고체 배터리를 단 EQS로 시험을 시작했고, 2020년대가 끝나기 전에 이 기술을 넣은 차를 내놓겠다고 밝혔다.
• 스텔란티스: 전고체 배터리를 단 닷지 차저로 2026년 도로 주행 시험을 시작했다.
• 혼다: 퀀텀스케이프(QuantumScape)와 전고체 배터리를 함께 개발하기로 했다. 이 배터리가 2050년 탄소중립 목표 달성에 도움이 될 것으로 기대한다.

목록을 보면 업체마다 ‘약속’, ‘시험’, ‘협력’으로 진행 단계가 다르다. 같은 전고체 뉴스라도 어느 단계인지 봐야 한다. 관련 발표를 보면 실험실 시제품인지, 도로에서 시험 중인 차인지, 판매 일정이 잡힌 모델인지부터 구분해야 한다. 대부분의 업체가 아직 경주의 첫 구간에 있다는 평가가 나오는 것도 이 때문이다.

겨울 주행거리와 지하주차장 화재, 한국 운전자가 체감할 부분

전고체 배터리의 장점 가운데 한국 운전자가 직접 느낄 부분은 두 가지다. 하나는 추위에 강한지다. 겨울에 전기차 주행거리가 눈에 띄게 줄어드는 것은 국내 운전자들이 자주 겪는 불편이다. 기존 리튬이온 배터리가 극한 온도에 약하기 때문이다. 전고체 배터리가 극한 온도에서도 작동한다는 설명이 실제 차에서 입증된다면 겨울 주행거리 문제가 줄어들 것으로 기대된다. 다만 이론적 특성에 근거한 추정이고, 양산 차량으로 겨울에 측정한 자료는 없다.

다른 하나는 화재 안전성이다. 국내에는 아파트 지하주차장에 차를 세우는 경우가 많아, 전기차 화재에 대한 불안이 충전시설 설치 논의로까지 번져 왔다. 불이 잘 붙는 액체 전해질을 없앤 구조는 이 불안을 기술적으로 풀 방법이 될 가능성이 있다. 하지만 ‘이론상 더 안전하다’와 ‘사고 통계로 더 안전하다는 것이 확인됐다’는 다른 이야기다. 실제로 얼마나 안전한지는 대량 보급 이후 데이터가 쌓여야 판단할 수 있다.

가격은 당장 크게 달라지지 않을 것으로 보인다. BYD가 국내 승용 전기차 시장에 들어와 있긴 하지만, 전고체 배터리를 고급 모델부터 넣겠다는 방침으로 보면 대중적인 가격의 전고체 전기차가 국내에 나오기까지는 시간이 걸릴 것으로 추정된다. 보조금도 변수다. 국내 전기차 보조금은 배터리 특성을 따지는 방향으로 운영되고 있어서, 새로운 배터리가 보조금 산정에서 어떻게 평가받을지 알 수 없다. 제도가 정해지기 전까지 이 부분은 추측일 뿐이다.

확인된 것과 아직 불확실한 것

확인된 것

• BYD는 황화물계 고체 전해질을 쓰는 전고체 배터리를 개발하고 있다.
• BYD 경영진은 전고체 배터리를 단 첫 모델을 2027년에 내놓겠다고 밝혔고, 양산 목표 시점은 2030년 전후다.
• BYD는 전고체 배터리를 주로 고급 모델에 쓰고 LFP 배터리와 함께 쓰겠다고 밝혔다.
• 토요타는 2027년 또는 2028년까지 전고체 배터리 차량을 내놓겠다고 약속했고, 스텔란티스는 2026년 도로 주행 시험을 시작했다.

아직 불확실한 것

• BYD 첫 전고체 모델의 차명, 주행거리, 충전 시간 같은 구체적인 사양. 덴자 Z 후속 버전이 거론될 뿐 확정되지 않았다.
• 전고체 배터리 차량의 판매 가격과 기존 전기차와의 가격 차이
• 극한 온도 성능과 화재 안전성이 양산 차량에서도 이론만큼 나오는지
• BYD가 주장하는 ‘선도적 위치’가 경쟁사보다 실제로 얼마나 앞선 것인지. 독립적으로 검증한 자료는 없다.
• 국내 출시 여부와 원화 가격은 공식 발표가 없다.

지금 전기차를 살지, 전고체를 기다릴지 판단하는 기준

전고체 배터리 소식이 나올 때마다 “지금 전기차를 사면 손해 아니냐”는 고민이 뒤따른다. 아래 네 가지 기준으로 나눠 보면 판단하기가 쉬워진다.

• 차가 필요한 시점: BYD의 양산 목표는 2030년 전후다. 몇 년 안에 차가 필요하다면 전고체 배터리 차를 기다리는 것은 현실적이지 않다.
• 예산: 첫 전고체 차량은 고급 모델 위주로 나올 예정이다. 대중적인 가격의 전기차를 찾는다면 당분간은 기다릴 만한 차가 없을 가능성이 크다.
• 주행 패턴: 겨울 장거리 운전이 잦거나 한 번 충전으로 멀리 가야 한다면 전고체의 장점을 크게 느낄 것이다. 도심 출퇴근 위주라면 지금의 LFP·삼원계 배터리 차량으로도 충분해 보인다.
• 배터리 표기 확인: 액체 전해질이 일부 남아 있는 배터리를 ‘반고체’ 같은 이름으로 부르는 경우도 있다. 광고 문구만 보지 말고 제조사 제원표에 배터리 종류와 전해질 방식이 어떻게 적혀 있는지 확인하는 게 안전하다. 제원표의 위치와 표기 방식은 브랜드마다 다르다.

기술의 방향은 분명하다. 다만 지금 업체들의 일정표에는 ‘양산’보다 ‘시험’과 ‘약속’이 더 많다. 전고체 배터리는 다음 세대 전기차의 핵심 부품이 될 가능성이 크다. 그래도 당장 차를 산다면 전고체 일정보다 지금 살 수 있는 차의 배터리 종류와 보증 조건을 보고 결정하는 편이 합리적이다.

출처: Engadget

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