국내 배터리 3사(LG에너지솔루션·삼성SDI·SK온)가 오는 2027년부터 전고체 배터리 상용화 목표를 내걸었지만, 실제 성과까지는 더 긴 시간이 소요될 것으로 보인다. 안정성과 경제성 확보가 여전히 불투명하기 때문에 시기보단 수율·원가 경쟁력 확보가 우선이란 의견이 나오고 있다.

18일 업계에 따르면 국내 배터리 3사가 사활을 걸고 있는 전고체 배터리는 양극재, 음극재, 전해질, 분리막 등의 주요 배터리 구성물 중 전해질을 액체가 아닌 고체로 채운 차세대 전지다.

기존 액체 전해질은 이온 이동이 원활하다는 장점이 있지만 가연성 탓에 화재 위험이 존재했다. 전고체는 불연성 고체 전해질을 써 안정성이 높고, 에너지 밀도와 출력도 기존보다 뛰어나다. 현존 전기차의 가장 큰 취약점으로 꼽히는 화재 위험을 줄이고 주행거리를 늘려 성능을 크게 끌어올릴 수 있다는 평가다.

삼성SDI는 2027년 양산을 목표로 글로벌 완성차 업체에 시제품을 공급하며 성능 검증을 진행 중이고, LG에너지솔루션은 충북 오창에 파일럿 라인을 구축해 황화물계 전해질 상용화에 속도를 내고 있다. SK온도 2028~2029년 상용화를 타진하며 뒤를 쫓고 있다.

시장 규모도 급성장하면서 전고체 배터리에 대한 기대감은 높다. 시장조사 업체 SNE리서치는 전고체 배터리의 글로벌 시장 규모를 지난 2022년 2750만달러(약 400억원)에서 오는 2030년 400억달러(약 58조원)로 급성장할 것으로 분석했다.

다만 상용화까지 현실의 벽이 높다는 의견도 나온다.

현재 배터리업계가 꼽는 최대 난제는 덴드라이트(dendrite)다. 리튬 금속 음극을 쓸 경우 충·방전이 반복되면서 나뭇가지 모양의 돌기가 형성돼 수명과 안전성을 동시에 위협한다. 실제로 독일 프라운호퍼연구소 연구팀은 황화물계 전해질을 적용한 전고체 셀에서 덴드라이트가 전해질을 관통해 단락을 일으킨 실험 결과를 공개했다. 이는 전고체 역시 구조적 보완 없이 덴드라이트 위험에서 자유롭지 않음을 보여준다.

계면 안정성도 큰 걸림돌이다. 고체 전해질과 전극은 액체처럼 빈틈을 자연스럽게 메우지 못해 충·방전 과정에서 접촉 불량이 발생한다. 일본 도요타가 공개한 초기 전고체 시제품 역시 수십 회 충·방전만에 급격한 성능 저하를 겪은 바 있다.

양산 과정의 불확실성도 크다. 고체 전해질은 균일한 제조가 쉽지 않고 전극과 맞닿는 계면 가공과 수율 확보가 모두 비용과 직결된다. 삼성SDI가 공개한 파일럿 라인에서도 '압착 공정의 정밀도'가 가장 큰 과제로 꼽혔다. 세라믹 전해질은 제조 단가가 높고, 황화물 전해질은 수분과 반응해 황화수소(H₂S) 가스를 발생시켜 생산라인 안전 부담이 커진다.

업계 전문가들은 "전고체는 미래지향적 기술이지만 과장된 기대보다는 난제 해결이 우선"이라며 "삼성·LG·SK가 선도적 위치를 유지하려면 기술뿐 아니라 수율·원가 경쟁력까지 확보해야 한다"고 강조했다.