전고체·리튬메탈·나트륨이온. 한 가지에 모든 것을 걸지 않습니다.
차세대 전지 연구는 세 갈래로 진행합니다. 전고체는 안전성과 에너지밀도를 동시에 올리는 길이고, 리튬메탈 음극은 에너지밀도를 극단까지 밀어붙이는 길이며, 나트륨이온은 리튬을 쓰지 않고 원가를 낮추는 길입니다.
세 갈래를 동시에 가는 이유는 어느 것이 먼저 도착할지 모르기 때문입니다. 전고체는 10년 넘게 「5년 뒤 상용화」라는 말을 들어왔고, 실제로는 계면 저항이라는 벽 앞에서 계속 멈춰 섰습니다. 저희는 한 가지에 모든 것을 걸지 않습니다.
액체 전해액을 황화물계 고체 전해질로 대체합니다. 불이 붙지 않고, 리튬메탈 음극을 쓸 수 있어 에너지밀도를 400Wh/kg 이상으로 올릴 수 있습니다.
문제는 계면 저항입니다. 고체와 고체가 만나는 면은 액체처럼 완전히 밀착하지 않아 저항이 커집니다. 저희는 계면에 얇은 완충층을 넣는 방식으로 접근하고 있습니다.
흑연 대신 리튬 금속을 그대로 음극으로 씁니다. 이론 용량이 흑연의 10배입니다.
문제는 덴드라이트입니다. 충전할 때 리튬이 고르게 쌓이지 않고 나뭇가지처럼 자라 분리막을 뚫습니다. 3차원 구조 집전체와 인공 SEI 피막으로 이를 억제하는 연구를 하고 있습니다.
리튬 대신 나트륨을 씁니다. 나트륨은 리튬보다 지각 매장량이 1,000배 이상 많고 가격이 훨씬 쌉니다.
대신 이온 반경이 커서 에너지밀도가 낮습니다. 현재 파일럿 셀이 152Wh/kg로 LFP의 87% 수준입니다. 에너지밀도가 덜 중요한 ESS 시장을 목표로 개발하고 있습니다.
| 항목 | 현행 NCM 셀 | 전고체 (파일럿) | 리튬메탈 (파일럿) | 나트륨이온 (파일럿) |
|---|---|---|---|---|
| 에너지밀도 | 285 Wh/kg | 320 Wh/kg | 385 Wh/kg | 152 Wh/kg |
| 사이클 수명 | 1,500회 | 480회 | 220회 | 4,200회 |
| 작동 온도 | -30 ~ 60℃ | 10 ~ 80℃ | 0 ~ 45℃ | -40 ~ 60℃ |
| 급속충전 | 2.0C | 0.5C | 0.3C | 2.5C |
| 가압 요구 | 0.3 MPa | 2.0 MPa | 0.8 MPa | 불필요 |
| 상대 원가 | 100 | 310 | 260 | 72 |
| 예상 시점 | 양산 중 | 2028년 샘플 | 2031년 실증 | 2030년 실증 |
위 표의 차세대 전지 수치는 파일럿 셀 실측값입니다. 연구 단계 셀은 소량 수작업으로 만들기 때문에 양산 셀과 직접 비교할 수 없습니다. 특히 사이클 수명은 양산 공정으로 옮기면서 크게 달라지는 항목입니다. 저희는 연구 단계 수치를 양산 사양처럼 홍보하지 않습니다.
슬러리에 용매를 쓰지 않고 분말을 직접 압착해 전극을 만듭니다. 건조로가 필요 없어 공장 길이가 절반으로 줄고 에너지 사용량이 38% 감소합니다.
집전체 한 장의 양면에 양극과 음극을 코팅해 셀을 직렬로 쌓습니다. 부품 수가 줄어 팩 에너지밀도가 올라갑니다. 전고체와 함께 연구 중입니다.
음극 활물질 없이 집전체만 넣고 첫 충전 때 양극에서 나온 리튬이 그 위에 쌓이게 하는 방식입니다. 제조가 단순해지지만 균일한 석출이 관건입니다.
