리튬이온 배터리는 1991년 소니가 처음으로 개발하고 국내에서는 LG화학이 양산 기술을 개발해 상용화에 성공했다. 지난 20여 년간 리튬이온 배터리는 이차전지 주류 제품으로 떠올랐으나 용량과 안전성, 원가 등의 한계에 도달했다는 지적이 나온다.

지난 9월 열린 국내 최대 이차전지 산업전시회 '인터배터리 2017' 컨퍼런스에서 이웅범 한국전지산업협회장(LG화학 전지사업본부장)은 "현재 리튬이온전지 에너지밀도 한계는 리터당 800Wh 수준"이라며 "기존 리튬이온 배터리 한계를 극복하기 위해 연구가 활발히 진행되고 있다. 2025년경에는 차세대 배터리 상용화가 이뤄질 것으로 예상한다"고 말한 바 있다.

리튬이온 배터리가 한계에 달했다는 분석이 나오는 것은 인공지능, 빅데이터 등 신기술이 등장하며 각종 기기들의 전력 소모가 심해진 탓이다. 이세돌과 대국을 펼친 알파고의 경우 3시간에 걸친 승부에서 약 3000KWh의 에너지를 소모했다. 이는 리튬이온 배터리를 적용한 전기차가 서울과 부산을 25번 왕복할 수 있는 에너지다.

폭발적으로 증가하는 에너지 소모에 따라 배터리 기술도 ▲에너지밀도 ▲가격 ▲안전성 등을 개선하는데 초점이 맞춰졌다. 리튬-황 배터리, 나트륨-마그네슘 배터리, 리튬-공기 배터리 등 다양한 기술이 있지만 우선 업계의 관심이 쏠린 차세대 기술은 전고체 배터리다.

전고체 배터리는 현재 배터리에 사용되는 액체 전해질을 고체로 바꿔 발화 위험성을 크게 줄인 물건이다. 삼성SDI는 오는 2025년 전고체 배터리 양산을 목표로 하고 있다. 미국 배터리 스타트업을 인수한 다이슨도 전고체 배터리를 개발해 2020년까지 전고체 배터리 탑재 전기차를 내놓겠다고 선언했다. 전고체 배터리는 제조 공정이 기존 리튬이온 배터리와 큰 차이를 보여 중장기적 경쟁력 확보에 용이할 것이라는 분석이다.

연구팀 차원의 신기술 개발도 활발하다. 매장량이 적은 리튬을 소금이나 마그네슘 등으로 대체하는 배터리 기술이 중심이 된다. 김도경 KAIST 신소재공학과 교수팀은 소금을 활용한 배터리에서 전극 소재로 적용 가능한 주석황화물 나노 복합체 기술을 개발했다. 충방전 효율이 낮았던 나트륨 전지의 문제를 이번 소재 개발로 해결할 수 있을 것으로 예상된다.

송승완 충남대 교수 연구팀은 마그네슘 이온 전지에 사용할 수 있는 전극 소재를 개발했다. 마그네슘은 가격과 에너지 밀도에서 장점이 크지만 상온에서 활용할 수 없다는 문제가 있었다. 연구팀은 이를 극복할 수 있는 합금 음극 소재를 개발한 것. 삼성전자 종합기술원은 기존 리튬이온 배터리 대비 충전용량 45%, 충전속도 500% 향상이 가능한 배터리 소재 '그래핀 볼'을 개발했다. 강도와 전도도가 높아 12분이면 배터리를 완충할 수 있고 60도의 고온에서도 안정성을 유지할 수 있는 것이 특징이다.