현대차·SK가 투자한 美 ‘SES’, 차세대 배터리 ‘아폴로’ 공개

치차오 후 SES CEO가 4일 ‘SES 배터리 월드’ 행사에서 기존 리튬이온계 배터리에 비해 에너지밀도가 약 30% 가량 높은 하이브리드 리튬메탈 배터리의 특징을 설명하고 있다. 사진제공｜SES

세계 최대 리튬메탈 배터리…업계 판도 바꿀까

하이브리드 리튬메탈 배터리 공개
리튬이온보다 에너지밀도 30% 높아
뛰어난 성능과 제조 효율성 눈길
12분 만에 90%까지 고속충전 가능
2022년 A샘플 생산해 현대차 탑재

현대차그룹과 SK㈜가 투자한 전기자동차(EV) 충전용 고성능 배터리 개발 선도 기업인 미국 SES(솔리드 에너지 시스템)가 글로벌 배터리 업계의 판도를 바꿀 고성능 하이브리드 리튬메탈 배터리(LMB) 개발에 성공했다.

SES는 4일 온라인을 통해 ‘SES 배터리 월드’ 행사를 열고 하이브리드 리튬메탈 배터리 ‘아폴로(Apollo)’를 공개했다. 얇고 긴 사각형 모양의 아폴로는 배터리 용량이 107Ah(암페어시)에 이르는 세계 최대 리튬메탈 배터리다. 100Ah 이상의 배터리는 세계 최초라는 것이 SES의 설명이다.

리튬이온 배터리·전고체 배터리 장점만 흡수

SES의 창업자이자 CEO인 치차오 후 박사는 “세계 최고의 완성차 업체들과 차세대 배터리 공급업체들간의 경쟁에서 우리가 먼저 해냈다”며 “완성차 파트너들과 지속적으로 협력해 배터리를 최적화해 상용화할 것”이라고 밝혔다.

아폴로의 무게는 0.982kg이며, 에너지 밀도는 kg당 417Wh(와트시)로 kg당 300Wh(와트시) 수준인 기존 리튬이온계 배터리에 비해 에너지밀도가 약 30% 가량 높다. 현재 상용화된 리튬이온 배터리를 장착한 전기차가 1회 충전으로 약 400km 정도를 주행할 수 있다면 같은 용량의 하이브리드 리튬메탈 배터리는 약 520km 정도를 주행할 수 있다. 또한 12분 만에 90%까지 고속 충전이 가능하다.

SES가 선보인 하이브리드 리튬메탈 배터리는 현재 상용화되어 있는 리튬이온 배터리와 많은 완성차 회사 및 배터리 업체들이 개발에 몰두하고 있는 전고체 배터리의 장점만 모은 하이브리드 배터리다.

치차오 후 CEO는 “이미 상용화된 리튬이온 배터리는 양산이 쉽지만 에너지 밀도가 낮고, 전고체 배터리는 에너지 밀도는 높지만 아직 개발단계인 데다 생산성도 크게 뒤쳐진다”며 “아폴로와 같은 하이브리드 배터리가 가장 좋은 해법”이라고 밝혔다.

SES가 개발한 하이브리드 리튬메탈 배터리 ‘아폴로(Apollo)’.사진제공｜SES

리튬이온·전고체·하이브리드 리튬메탈 차이

리튬이온 배터리는 양극, 음극, 분리막, 전해질로 구성되며 액체 상태의 전해질을 사용한다. 전고체 배터리는 전해질이 액체가 아닌 고체 상태라는 점이 다르다. 고체 전해질이 분리막의 역할까지 대신하기 때문에 구조적으로 단단해 안정적이다. 전해질이 훼손되더라도 형태를 유지할 수 있기 때문에 안전성이 매우 높다.

또한 전고체 배터리는 기존의 리튬이온 배터리에 비해 에너지 밀도가 높다. 폭발이나 화재의 위험성이 없기 때문에 안전에 관련된 부품들을 줄이고 그 자리에 배터리의 용량을 늘릴 수 있는 물질을 채울 수 있기 때문이다.

하이브리드 리튬메탈 배터리는 음극재를 흑연 대신 리튬(금속)으로 대체해 에너지 밀도를 크게 높인 차세대 배터리다. 전해질은 특허 받은 겔 타입의 고농도 솔벤트-인-솔트 액체 전해질을 사용했다. 보호 양극 코팅과 인공지능(AI) 안전 기능을 사용해 리튬이온 배터리보다 뛰어난 성능과 제조 효율성을 지닌 것이 특징이다.

치차오 후 CEO는 “전고체 배터리가 아직 먼 미래의 배터리라면 하이브리드 리튬메탈 배터리는 현재의 기술이자 상용화 측면에서 가장 앞서 있다”고 강조했다.

SES는 이날 아폴로를 적용한 현대차의 고카트가 주행하는 모습을 공개했다. 2022년에는 실제 차량에 적용되는 A샘플을 생산해 현대차에 탑재하겠다는 계획이다. SES는 5월 현대자동차 및 기아와 전기자동차(EV)용 ‘A샘플’ 리튬메탈 배터리 개발을 위한 제휴개발계약(JDA)을 체결한 바 있다.

SK㈜도 SES의 리튬메탈 배터리 개발 기술력을 높이 평가해 한국 기업 중 가장 먼저 2018년부터 SES에 투자한 주요 주주다. 2018년 300억 원을 투자한 데 이어 5월에는 400억 원을 추가 투자해 3대 주주 지위를 확보했다. SK㈜는 SES 투자를 기반으로 차세대 배터리 소재 사업 경쟁력을 크게 강화할 수 있을 것으로 보고 있다.

원성열 기자 sereno@donga.com 기자의 다른기사 더보기