<자막원문>
진행 한주엽 디일렉 대표
출연 김해진 한국기초과학지원연구원 박사
-오늘 김해진 박사님 모시고 전고체(All-Solid-State) 배터리에 대해서 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다. 박사님 안녕하십니까.
“안녕하세요.”
-지금 한국기초과학지원연구원에 소속돼 계신대 여기는 어디 산하예요?
“한국기초과학지원연구원(KBSI)은 우리나라 25개 출연연이 있잖아요. 그중의 하나입니다. 과학기술연구회 소속의 흔히 얘기하는 한국과학기술연구원(KIST) 라든가 한국전자통신연구원(ETRI)랑 다 똑같은 것에 속해 있는 25개 출연연 중의 하나죠.”
-주로 기초과학에 대한 지원을 한다는 겁니까?
“그렇죠. 그러니까 저희 연구원은 워낙 베이스가 기초과학을 하는 연구원이고 거기에 덧붙여서 다른 연구원하고 차별화가 되는 것 같은 경우에서는 이게 우리 연구원이 88년도에 설립이 됐는데. 그때 당시만 해도 우리나라에서는 경제력이 나쁘니까 고가 장비를 못 샀잖아요. 대학 연구실이나. 국가 차원에서 고가 장비를 사서 연구자들의 어떤 분석 수요라든가 측정 수를 담당을 했었죠. 그래서 저희 연구원은 거대 연구 장비 시설을 보유하고 있으면서 우리나라 산업계 또는 학계 연구계에서의 어떤 과학적인 발전을 위해서 실험을 의뢰할 때 그거를 그 장비를 이용해서 지원하는 그런 역할도 하고 있죠.”
-박사님의 전공 분야는 뭡니까?
“저는 고체 물리학을 전공했습니다.”
-고체 물리학. 벌써 어려운데요. 오늘 전고체 배터리에 대해서 제가 저희 쪽에 이제 웨비나 강의도 하러 오셨는데. 저랑 이제 짤막하게 이제 유튜브로 전고체 배터리에 대해서 제가 좀 여쭤보려고 모셨습니다. 우리가 그냥 소위 얘기하는 이차전지라고 하는 것은 이차전지 안에도 이제 분류가 여러 가지가 있고 또 지금 전기차에 흔히 들어가는 삼원계 배터리. NCM 배터리라고 합니까? 요즘 또 LFP라는 것도 또 뜨긴 하던데 NCM 배터리. 그냥 소위 이제 우리나라의 삼성이나 LG나 SK에서 하는 배터리들은 제가 이제 과거부터 배터리 영상을 많이 찍다 보니까 저도 외웠어요. 배터리 4대 핵심 요소가 양극, 음극, 전해질, 분리막 이렇게 돼 있는데 전고체 배터리는 뭐가 다른 겁니까?
“그중에서 가장 핵심적으로 다른 게 이제 전해질이 다르다는 얘기죠.”
-전해질.
“기존에 지금 삼원계 배터리라든가 사원계 배터리 같은 경우에서는 전해질이 현재 배터리 같은 경우에서는 액체 전해질을 사용하고 있는데. 전고체 전지에서는 말 그대로 모든 게 고체다라 해서 전고체거든요. 전고체(All-Solid-State) 배터리.”
-다 고체입니까?
“네. 전부 다 고체다 해가지고 전해질조차도 우리가 고체 전해질이고. 아이디얼한 전고체 전지에서는 분리막 자체가 필요가 없겠죠. 액체가 아니기 때문에. 그래서 보통 이제 분리막이 없는 양극재, 고체 전해질, 음극재로 형성된 것을 우리가 전고체 전지라고 얘기를 하죠.”
-그걸 고체로 한다. 전해질은 액체인데 고체로 바꾼다 라고 했을 때 어떤 이점이 있습니까?
“현재의 액체 전해질 기반 배터리 같은 경우에서는 이제 우리가 종종 뉴스에 접하는 것이 이제 발화라든가, 불이 난다든가, 이제 폭발이라든가 하는 이런 문제가 있잖아요. 그 이유 중에 가장 큰 핵심 요소가 뭐냐 하면 전해질이 액체이기 때문에 전극에서 리튬이온이 충방전을 하면서 이 전해질을 통과하는데. 왔다 갔다 하면서 거기에서 이 전해질이 액체 전해질이 유기물이다 보니까 거기에서 화학적인 반응을 하거나 또는 열화 현상이 일어나거나 해서 리튬이 또 침상으로 또 자라게 돼요. 그걸 우리가 덴드라이트(Dendrite·수지상결정)가 형성된다고 하는데. 수지상으로 결정이 작용하게 되면 이것들이 피뢰침과 같은 역할을 해가지고 발화점이 되거든요. 그래서 액체 전해질의 그런 위험성이 있기 때문에 그런 위험성을 줄이자 없애버리자 사전에 차단해 버리자 해서 한 것이 바로 고체 전해질을 사용하면 된다.”
-그러니까 기존에 우리가 소위 얘기하는 그 배터리와 전고체 배터리의 차이는 불이 안 난다.
“불이 안 난다. 폭발이 안 난다.”
-안 된다는 게 가장 큰 특장점이군요. 근데 지금 요즘에 양극재 자체도 테슬라나 이런 회사들에서 리튬인산철(LFP)를 활용해서 그러면 “왜 그거 씁니까?”라고 했을 때는 좀 주행거리가 좀 줄긴 하지만 화재 위험이 없다라고 합니까? 없습니까?
“아니죠. 그거는 어차피 액체 전해질을 사용하기 때문에 LFP 같은 경우도 화재 위험이 있고 폭발 위험이 있고 대신에 이제 값이 싸다는 게 있고. 상대적으로 LFP는 이제 중대형 쪽으로 자동차라든가 또는 에너지저장장치(ESS)에 사용하기에는 용량이 턱없이 부족해요. 그렇기 때문에 이제 테슬라나 최근 중국이 LFP를 밀고 있는데 그 이유 중의 하나가 양이 많으면 어떠냐 이거죠. 대신에 그 값이 싼 이점이 있고 그다음에 현재 삼원계나 NCM이라든가 NCMA 계열보다는 LFP가 안정성은 조금 높아요.”
-전해질 액체라고 되어 있는데 전해질은 뭐로 이루어져 있습니까?
“액체 전해질은 유기물인데 그거는 굉장히 많은 화학적인 유기물이기 때문에 다양하게 사용할 수가 있어요. PEO 계열도 많이 사용하고 있고 여러 종류가 사용하고 있죠. 그거는 어느 전해질의 역할이 뭐냐 하면 리튬을 얼만큼 빨리 양극에서 음극으로 또는 음극에서 양극으로 얼만큼 전도를 시키느냐. 그걸 보통 이온이 이온전도성이라고 얘기하는데 그런 것들을 얼마큼 빨리 왔다 갔다 해서 충방전을 빨리 가져갈 수 있느냐 하는 것이 제일 큰 문제고 그거는 어떻게 보면 액체 전해질은 하나의 기업의 고유 브랜드가 될 수도 있는 거고요. 그런 문제가 있죠. 그래서 보통 10-2 S/cm 라고 이온전도도를 얘기도 하고 그러는데 액체 전해질은 상대적으로 이제 액체다 보니까 전도성이 높죠.”
-전도성이 높다. 전해질에 리튬이 실려서 분리막을 왔다 갔다 하면서 충방전을 한다.
“그렇죠.”
-고체로 됐을 때는 어떻게 합니까 그러면?
“고체도 원리는 똑같아요. 원리는 똑같은데 고체 전해질 같은 경우에서는 상대적으로 전도성이 낮죠. 고체다 보니까.”
-전도성이 낮다는 건 좀 느리다는 건가요?
“느리죠. 그리고 고체다 보니까 액체처럼 먼 거리를 침투를 못 해요. 패스웨이 자체가 짧아야 되고 하는 그런 문제가 있고 또 고체 전해제를 사용했을 때는 양극이라든가 음극과 고체 전해질이 같이 만나는 부분이 생기거든요. 그거를 우리가 흔히 얘기하는 계면이라고 얘기를 해요. 그 계면을 고체끼리 만나다 보니까 뭐가 생기냐 하면 저항이 또 생긴단 말이죠. 그래서 계면 저항을 줄여주는 고체 전해제를 해야 되고 이온전도도가 또 액체 전해질 만큼은 안 되겠죠. 그거는 태생적으로 그런데 거기에 뭐를 하든 그거의 액체 전해질 만큼 근접한 고체 전해질을 만들어내는 것이 또 하나의 관건이죠.”
-고체 전해질은 뭐로 만들어요?
“지금 고체 전해질 같은 경우는 커다랗게 세 가지가 큰 축이라고 생각을 하시면 되는데. 첫 번째는 고체 전해질의 대표적으로 많이 사용하고 있고 많이 연구가 되는 것이 도요타, 일본에서 처음 제안을 했죠. 그쪽에서 제일 먼저 연구 기간이 오래됐으니까 황화물 계열.”
-황화물 계열.
“황화물 계열이 있고 그다음에 유럽 중심으로 이루어지고 연구가 이루어지고 있는 곳이 산화물 계열.”
-산화물 계열. 옥사이드.
“그다음에 이제 고분자 폴리머 계열이 있죠. 폴리머는 미국이라든가, 미국은 다 대부분 하지만 미국이라든가 이제 상대적으로 적은 연구 그룹들이 폴리머 계열을 하고 있죠.”
-고체가요. 분자 크기가 작아야 이 양극과 음극 사이를 침투하면서 다니는 겁니까? 제가 잘 몰라서 그러는데.
“그거는 아니고요. 보통 이제 그 다공성, 어떤 경로가 있어야 되겠죠. 양극에 있던 리튬이 음극으로 갈 때 전해질을 가면서 이온화가 되죠. 전자를 내보내 주고 그 전자가 전기를 만드는 거니까. 그 리튬이 왔다 갔다 할 수 있는 경로가 있어야 되겠죠. 그런 거를 어떻게 조절하느냐 따라서 다른 거고 또 어떤 실질적으로 리튬이온하고 어떤 전해질과의 반응성은 또 없어야 되죠. 그게 반응을 하면 안 되니까. 그런 문제들을 다 고려를 해야죠. 이게 그냥 머릿속에서는 되는데 실전에 들어가면 이게 안 되죠.”
-전고체라는 게 언제부터 사람들 머릿속에 “이게 전해질을 고체로 만들자”라는 생각은 언제부터 하게 된 겁니까?
“그거가 참 아이러니하게도 일본, 이제 이차전지를 상용화한 곳이 91년도 소니가 처음 전 세계로 했잖아요. 그러면서 이차전지 가지고 참 일본이 굉장히 많이 재미를 봤단 말이죠. 그러다가 20세기 말, 90년대 말. 2000년대 들어와 갖고 패권이 넘어갔어요. 이제 한국하고 중국한테. 우리는 원천 기술은 없지만 그런데 일본이 생각했을 때 처음에 자기네들이 반도체도 제일 잘해가지고 경제적으로 이득을 많이 봤는데 한국하고 대만한테 뺏겼단 말이죠.”
-반도체도 그렇죠.
“이차전지도 뺏겼어요. 그러다 보니까 여담이지만 일본에서 생각한 것이 그러면 얘네들이 따라올 수 없는 것을 해보자. 이런 한계점이 있다는 것은 그때도 다 알고 있었고 그거를 해보자 해가지고 90년대 말 ~ 2천년대 초반에 동경대에 있는 교수들이 전고체 전지 황화물 전해질을 발표를 한 거예요. 폭발이라든가 화재의 위험이 없다. 그래서 도요타하고 필름 회사였는데.”
-도레이 같은 데입니까?
“합작을 해가지고 연구소를 만들었고 2천년대 초반부터 여기는 연구를 시작을 했죠. 그런데 사실 고체 전해질이라는 거는 우리 아까 제가 말씀드린 제 전공이 고체 물리 연구인데. 물리한 사람들 쪽에 저희들의 재료 쪽에서 컨덕터라는 부분도 있고 고체 물리에서 어떤 상전이 어떻게 온도에 따라서 변화되거나 하는 것들을 연구했을 때 이미 아이오닉 컨덕터(이온전도도)라고 하는 고체 솔리드 스테이트의 아이오닉 컨덕터(이온전도도)라는 개념은 있었어요. 그거를 이차전지에 접목해서 전해질로 들어가서 얘기가 되는 거지 똑같이 컨덕터니까. 그렇다고 하면 전고체 전지의 어떤 역사를 보면 굉장히 학문적으로는 오래전부터 시작이 됐는데 그거를 이제 올 솔리드 스테이트 배터리라는 개념으로 가져왔을 때는 한 최근 10여 년밖에 안 됐다라고 보시면 되죠.”
-지금 미국에 있는 어떤 회사는 어느 정도 연구가 됐는지 저는 잘 모르지만, 투자를 엄청나게 많이 받았다라는.
“그렇죠.”
-그 회사 이름 제가 기억이 잘 안 나는데 아무튼 자막으로 좀 넣겠습니다.
“솔리드파워(Solid Power)도 있고 퀀텀스케이프(QuantumScape)도 있고.”
-투자를 받았고. 마치 신문 기사나 이런 걸 보면 전고체 전지가 조만간 올 것 같다라는 뉘앙스로 이렇게 되는 데 실제로 그렇게 와 있습니까? 어떻습니까? 상용화된 게 있습니까?
“전고체 전지 자체로 가지고 상용화된 거는 없어요. 사실 그래서 이제 제가 왜 이 자리에 왔는지는 아마 그것 때문에 우리 이세진 과장이 검색하다 오는 것 같은데. 보통 얘기하는 건 관심들이 있는 것은 대형 시장. 큰 시장을 얘기를 하잖아요. 2030년 정도 되면 전고체 시장이 2027년도에 어마어마한 시장이 열릴 것이라고 경제 분석하는 사람들 얘기를 하는데. 사실 현재의 전고체 전지의 기술 개발 성과라든가 또는 속도를 봤을 때 자동차 탑재용이라든가 에너지저장장치(ESS)에 탑재하기까지는, 완벽하게 하기까지는 조금 시간이 더 걸릴 거라고 저도 개인적으로 생각을 해요.”
-2027년이나 2030년까지도 조금 어렵지 않겠나.
“지금 저기에서는 그런데 그렇게 외국이라든가 전고체 전지를 개발하는 업체들이 얘기는 하지만 항상 문제가 뭐냐 하면 재료면 재료. 전극 재료면 재료, 양극이면 양극, 음극이면 음극 또는 전해질이면 전해질의 어떤 성능을 가지고 만 얘기 했단 말이죠. 이거를 풀 셀로 조합해가지고 하는 거는 또 다른 문제더라고요. 저희들이 이번에 발표한 게 이제 유연하고 구부려도 되고 잘라도 동작하는 전고체 전지를 했는데 그게 지금 500mAh밖에 안 돼요.”
-저희들이 발표 했다라는 게 지금 기초과학지원연구원에서 얘기하는 거죠?
“저희들이 그게 풀 셀로 만들어서 그 정도 성능을 갖는 전고체를 발표한 거는 제가 알기로는 아마 저희들이 처음인데.”
-500mAh.
“그것도 굉장히 높거든요. 사실.”
-아 그래요? 500mAh면 어디에 쓰는 정도입니까?
“쉽게 얘기해서 우리 사물인터넷 쓰는 것 같은 경우에서는 10mAh. 그다음에 소형 어린이들 장난감이라든가 전자기기, 헬스케어, 웨어 쪽에 하는 거는 100mAh 정도면 되고 우리가 휴대폰에 들어가는 게 지금 한 4,000mAh 정도 되죠.”
-그럼 바로 와 닿네요.
“4,000mAh 정도가 되고 자동차는 100Ah예요. 그러니까 그 갭이 굉장히 크죠. 과학이라는 게 어떤 기술의 진보가 어떻게 무슨 이런 일대일로 이렇게 발전해 나가는 게 아니라 순간적으로 퀀텀 점프가 될 수 있으니까 조만간 오기는 오겠지만, 모든 관점을 자동차라든가 중대형 쪽에다 놓고 드라이브를 하다 보니까 일단은 먼저 만들어서 그런 작은 용량의 전자제품이라든가 또는 우리 일상생활에 사용하는 헬스케어 제품이라든가 이런 쪽에다가 적용을 하면서 점점 시장의 규모를 키워나가면서 대용량 중대형 쪽으로 가야 된다고 저는 생각을 하거든요. 그런데 이 앞에도 없이 그냥 그쪽으로 한다고 하면 지금 상황으로서는 너무 그렇죠.”
-용량을 키우기 힘든 이유가 있습니까?
“제일 큰 문제가 아까 말씀드렸던 전해질 때문에 그렇죠. 전해질 같은 경우가 보통 고체 전해질의 이온전도도 같은 경우가 액체 전해질의 한 1천분의 1 정도밖에 안 돼요. 그러니까 그거를 키워주는 거 그러한 재료를 개발하는 거가 또 하나의 큰 아이템이 될 수가 있는.”
-이온전도도를 높이는 게 도전 과제 중의 하나다.
“안전성하고 또 계면 저항까지 다 줄여줘야 되니까. 항상 연구하면서 제가 생각하는 게 신은 항상 공평한 것 같아요. 한쪽에 좋은 성능 기능을 주면 그걸 또 꼭 해결하게 만들거든요.
액체 전해질만 예를 들어서 액체 전해질은 전도도가 좋은데 화학 반응에서 우리가 가장 위험한 발화라든가 폭발이 일어나는데. 고체 전해질은 그거 없는데 상대적으로 또 전도도가 나쁘다는 얘기죠. 그런 문제들. 근데 사실 전고체 전지라고 해가지고 어떻게 보면 개념은 똑같기 때문에 다를 게 없어요. 양극 재료나 음극 재료는 현재 양극 재료나 음극 재료를 사용해도 된단 말이죠.”
-기존에 쓰던 걸 그대로 쓰고.
“그런데 사용해도 되는데 전해질을 어떤 걸로 선택할 것이냐 이거하고 또 현재 사용하고 있는 양극재나 음극재하고의 또 궁합이 또 있더라고요. 그래서 내가 전해질을 어떤 거를 쓰냐 A라는 전해질을 썼을 때 B라고 하는 NCM을 쓸 거냐 NCMA를 쓸 거냐. 이 컴비네이션이 또 달라요.”
-음극재에서는 흑연을 쓰든 실리콘을 쓰든.
“실리콘은 조금 먼 얘기고.”
-너무 먼 얘기이고 그렇군요. 결국은 지금 연구하시는 분들은 혹은 기업들은 고체 전해질이라고 해야 됩니까? 고체 전해질액이 아니니까. 고체 전해질의 뭔가 전기가 왔다 갔다 하는 그걸 속도를 높이는 방향으로.
“그렇죠. 이온전도도를 높이는 쪽으로 연구가 진행되고 있고 그러한 물질들을 찾기 위해서 노력들을 하고 있는데.”
-1천분의 1 수준이면 너무 차이 많이 나는데요.
“많이 나죠. 근데 연구자들은 그걸 극복하려고 노력을 하죠.”
-지금 10년 연구를 했다고 아까 말씀하셨는데 나온 지 10년 동안 그게 좁혀진 거 옛날에는 1만 분의 1이었는데 지금 천분의 1이 된 건가요?
“그렇죠. 일본에서 아까 얘기했던 황화물 계열에 가장 액체 전해질에 근접하게까지 와 있어요. 그런데 이제 황화물 계열이 근접하게 와 있는데 아이러니하게도 이러한 전고체 전지에 대한 어떤 지적 재산권 이런 것 같은 경우는 일본이 거의 40%를 전 세계에 갖고 있어요. 먼저 시작을 했고 그만큼 투자를 많이 했고 그만큼 노력들을 했는데. 그런데 황화물이라고 하더라도 그 사람들이 하는 황화물이 있고 또 다른 황화물이 존재할 수도 있는 거잖아요. 그러니까 연구자들은 꼭 그것만 카피하는 게 아니라 거기에서 이런 부분을 다른 부분으로 하면 개념은 같기 때문에 어떨까 하는 것들을 개발하는 데 노력을 하고 있는 거죠.”
-이 물질도 써보고 저 물질도 써보고.
“또는 심지어는 같이 두 개를 합쳐서 복합 전해질을 만들기도 하고 복합 전해질 같은 경우에는 저희 연구 그룹에서도 지금 하고 있는데.”
-아니 그러면 지금 이제 박사님 쪽에서 이렇게 개발하셨다는 전고체 배터리 500mAh짜리는 양극과 음극은 기존에 있던 걸 쓰셨습니까?
“그렇죠.”
-그렇군요. 그런데 지금 다른 데는 어떻습니까? 지금 미국에서 투자를 엄청 받은 그 회사들이나 일본의 TDK나 무라타 이런 회사들은 다 따로따로 자기네들이 다 같이 개발을 하고 있는 거예요?
“따로따로 하고 있고요. 그쪽에서 하는 거는 전극 재료 같은 경우는 커다랗게 새로운 전극 재료 같은 경우에는 큰 흥미를 그쪽은 못 끌어요. 그쪽에서 일본에서 주로 하는 것들이 이제 아까 말씀드린 황화물 계열의 고체 전해지는 일부는 주가 되고 있고 그중에 무라타 같은 경우도 황화물이 주지만 군데군데 이제 산화물이라든가 이제 고분자 계열도 연구를 하죠. 그렇기 때문에 일본의 어떤 전고체 전지의 기술 같은 경우에서는 상당히 앞서갔다라고 객관적으로 판단을 하는데. 이거가 앞으로 우리들이 흔히 얘기하는 포스트 반도체 기술의 가장 우리가 살 수 있는 먹거리다가 생각하는 거는 전 세계적으로 다 똑같아요. 갖고 있는 거는 기술 패권이라고 요새 많이 쓰잖아요. 그렇기 때문에 세세한 그런 기술의 어떤 방향이라든가 어떤 소재를 썼다는 것은 발표를 안 하니까 구체적인 건 우리가 알 수 없어요. 그러니까 최근에 작년도죠. 일본 도요타에서 완전 전고체 전지 탑재형 차량을 발표를 했어요. 그런데 겉모습만 전구체 탑재라고 돼 있지 안에 실질적인 기술에 대해서는 전혀 발표가 없거든요.”
-그런 것들은 특허도 일부러 안 되는 경우도 있다고 하던데.
“그렇죠. 어느 정도 자기네들이 검증을 거치면.”
-그렇군요. 미국의 퀀텀스케이프(QuantumScape). 아까 제가 이름이 기억이 안 나는데 그런 회사들은 좀 다른 재료로 하는 겁니까? 아니면 거기도 뭐...
“대동소이하다고 생각하시면 돼요. 황화물 기반 아니면 산화물 기반. 근데 그쪽에 글쎄요. 솔리드파워(Solid Power)나 퀀텀스케이프(QuantumScape) 쪽에서 발표를 했다고 하는데 실체를 못 봐가지고요 저는. 연구 논문이 있는 것도 아니고.”
-돈은 엄청 들어갔던데요.
“우리나라 대기업도 거기에다 투자를 엄청 많이 하고 있죠.”
-한국에서는 아니 연구원에서는 지금 개발을 하시니까. 한국에서도 그런 연구 움직임들이 연구원 말고 있습니까? 어떻습니까?
“어마어마하게 많죠. 사실 이차전지에 대해서는 대학이라든가.”
-전고체 쪽으로 봤을 때.
“네. 그렇죠. 대학교라든가 또는 연구원 우리가 같은 출연 연구원 또는 기업도 다 들어와 있는데 각각의 하는 것을 보면 서로 달라요. 저희는 소재에서부터 풀 셀까지 완성체까지 만드는 거를 하고 있고. 일부 기업 같은 경우에서는 음극이면 음극. 삼성이 최근에 이제 가장 전지 쪽에서 쓰고 싶은 게 음극으로 한 것이 이제 리튬메탈을 쓰는 건데 그거 같은 경우는 메탈이다 보니까 알칼리 메탈이다 보니까 공기 중에 나오면 폭발하거나 불이 나니까 그런 것을 다 방해하기 위해서 이제 실버 코팅도 하고 하는 그런 것도 네이처에도 내고 SK도 그런 실리콘 계열이라든가 이런 음극 재료 또는 양극 재료. LG는 양극 쪽이 많이 있고 하지만 재료 쪽에 대해서는 각각 서로 다르게 그래서 또 재미난 게 뭐냐 하면 양극 재료 같은 경우는 NCM. 요즘은 하이니켈로 가잖아요. 지난번에 조 교수도 그런 얘기를 하더구만, 자기네들은 90% 넘었다고 얘기를 하는데. 그 0 몇 퍼센트 차이를 가지고 만들어내는 전극 재료가 삼성 거다, LG 거다 SK 거다. 또는 일본의 도요타 거라는 것이 명칭으로 불리고 있어요. 그러니까 니켈을 얼마큼 해가지고 하이니켈을 사용하느냐 그 용량을 높이느냐 그러다 보니까 대부분 그런 양극재로 하는데. 그 양극재가 기업에서는 연구가 편중될 수밖에 없는 이유 중에 하나가 우리가 이차전지 전체 가격을 고려했을 때 한 40%가 양극재값이에요. 그러니까 이제 기업 입장에서는 그런 쪽을 찾고 있고 저희같이 출연연이라든가 또는 대학교 원천 기술. 아주 기초과학을 하시는 분들 같은 경우는 그런 전극 재료를 하시는 분도 있지만 전해질 그러면 전해질 이런 식으로 많이들 하고 있죠.”
-고체 전해질의 이온전도도가 지금 1천분의 1 수준이다. 액체 대비. 근데 그게 예를 들어서 한 어느 정도 수준까지 올라오면?
“제가 생각했을 때는 한 10분의 1 정도. 10분의 1 정도면 어마어마하게 발전을 한 거고요. 목표는 이제 일대일 정도 되는 것이 제일 목표인데 그거는 조금 시간이 더 걸려야 될 사항이 있고.”
-10분의 1이다. 그러면 10분의 1 정도 되면 용량이 얼마나 더 몇 퍼센트 수준이어야 합니까?
“보통 저희가 생각하는 거는 이제 같은 저기로 봤을 때 용량 같은 경우는 전고체가 됐을 때 한두 배 정도 이론적으로 두 배 정도 현재보다는 두 배 정도가 높아요.”
-전고체가요? 왜 그렇습니까?
“왜 그러냐면 전고체다 보니까 공간이 작잖아요. 할 수 있는 그다음에 슬림하게 만들 수 있고 안전장치도 없고.”
-그 공간이 남으니까.
“전극을 많이 써도 된단 말이죠. 그러니까 용량이 높을 수밖에 없죠.
-그러면 10분의 1이다 라고 하면.
“10분의 1이다 하면 지금 수준 정도는 나오죠.”
-나올 수 있다. 아까 2027년, 2030년에도 힘들 거라는 박사님의 견해이시니까 말씀을 그렇게 하셨는데.
“중대형 쪽은 좀 어렵지 않느냐.”
-근데 이제 결국은 그 방향으로 가야 될 거라고 갈 거라고 보십니까?
“갈 수밖에 없는 것 같아요. 또 그렇게 가는 게 맞는 것 같고요. 그거는 이제 아까 2027년, 2030년 기업에서는 그렇게 얘기를 하는데 연구 현장에 있는 사람들은 좀 어렵지 않느냐. 상용화가 어렵다는 얘기죠. 저희들이 얘기하는 거는. 기술의 발전 속도라든가 기술의 어떤 그런 방향을 봤을 때에서는 상용화 자체 대량 생산하면서 상용화하는 데는 조금 힘들지 않느냐라는 개인적인 견해고요. 분명히 그렇게 가야 되는 게 맞죠. 가는 게 맞고 우리가 흔히 얘기하는 좀 여담입니다마는 전기차라고 하는 게 꼭 우리가 이차전지 전기차를 우리가 전기차라고 알고 있잖아요. 사실 수소도 전기차예요. 수소 같은 경우 연료 전지를 사용하는데 그 수소 같은 경우는 그 자체에서 전기를 수소를 통해서 발전하죠. 연료전지는 전지가 아니라 발전기의 개념으로 들어가기 때문에 결과적으로는 두 개가 이제 한동안은 경쟁하면서 갈 텐데. 수소자동차도 2030년부터 수소 경제가 온다라고 얘기를 했고 수소자동차의 개발이 굉장히 크죠. 이차전지 같은 경우도 현재 시장을 전기자동차의 시장을 이차전지가 잡고 있지만, 한계점이 뭐냐면 대형 트럭이라든가 또는 버스라든가 또는 열차라든가 하는 데는 현재 기술로서 이차전지를 가지고 움직일 수가 없어요.”
-왜 그렇죠? 출력 때문에 그렇습니까?
“그렇죠. 그런데 수소는 그게 가능하죠. 그렇기 때문에 이런 문제들 그러니까 기술이 어떤 경쟁자가 생기다 보니까. 저는 이제 개인적인 말씀을 드리면 저는 수소도 했고 하고 있고 또 수소 저장 쪽도 하고 있고 이차전지도 하다 보니까 다 보면 재료라는 과학 고체 물리를 한 사람의 입장에서 보면 대동소이에요. 에너지 저장이라는 것에는 다 똑같은 의미니까 그래서 그거를 어떤 식으로 적용하느냐.”
-또 생태계가 어떻게 만들어지느냐 이런 것도 되게 중요한, 산업적으로 중요한 게 될 수 있겠죠. 근데 이제 예를 들어서 수소하고의 또 경쟁 관계 이런 것도 말씀하셨지만, 그냥 전고체가 한 15년 뒤 20년 뒤에 나온다고 하실 때는 그러면 저는 이제 주식 투자 같은 건 안 하지만 SK아이이테크놀로지는 분리막 회사에 한 20년 이렇게 돈 묻어놓는 거는 위험한 겁니까? 아니 지금 말씀 들어보면 전해질 하는 동화일렉트로라이트 이런 기업들 분리막을 하는 기업도 여러 개 있지 않습니까? 이런 기업들은 그러면 전고체 시대가 오면 다...
“아니죠. 그러니까 그 이론적으로는 전고체 전지를 말씀할 때 사람들이 양극, 전해질, 음극 딱. 분리막이 없다. 분리막이 없을 수가 없다. 액체가 아니다 보니까. 근데 당분간은 분리막이 필요할 수도 있어요.”
-고체인대도요?
“그렇죠. 현재 하나의 고체 전해질을 하나의 통으로 해가지고 지금까지 못 나오고 있잖아요. 그다음에 이제 복합 전극이라는 개념이 거기서 들어오는 거고 복합 전해질이기 때문에.”
-복합 전해질. 복합이라는 거는 고체 액체같이 복합적으로 쓴다는 얘기인가요?
“그거를 이제 처음에는 전해질을 전극에다가 넣고 액체 전해질에 액체 유기물을 넣어서 전해질은 아니지만, 유기물을 넣어서 같이 만들어서 그거를 이제 고용화를 시키는 거죠. 그래야 이제 계면 저항이라든가 그런데 이게 분리막이 없다 보면 양극과 음극이 만나가지고 안 되죠. 그래서 그런 문제 때문에 당분간은 아마 분리막은 쓸 수밖에 없을 거예요.”
-과도기 시기에는. 액체 전해질 하는 회사는 어떻게 됩니까? 액체 전해질 하는 회사들이 고체 전해질을 만들고 있는 겁니까? 아니면.
“지금 제가 알기로는 그렇게 드러내놓고 하는 기업들이 없기 때문에 제가 파악을 못 하고 있고요. 그다음에 액체 전해질을 현재 액체 전해질을 한다고 해서 완전 전고체 전지 전해질로 갔다. 배터리가 전고체 전지로 갔다고 할지라도 이 액체 전해질은 액체 전해질 나름대로 다른 곳에 또 쓰임새가 있거든요. 전도성을 갖고 있기 때문에 그래서 그런 쪽에서는 물론 경제적인 타격을 입고 새로운 기술을 개발하는 데 노력을 하셔야 되겠지만 그런 문제점이 있죠.”
-그렇죠. 근데 어쨌든 우리가 전체적으로 봤을 때는 이게 우상향에서 쭉 가는 쪽에 속해 있느냐 아니면 가다가 좀 떨어지느냐. 이게 되게 중요한 문제이기 때문에 어쨌든 이론적으로는 그렇다는 말씀이신 거군요. 박사님 오늘 나와주셔서 너무 고맙습니다.
“네. 감사합니다.”
