[인더스트리뉴스 권선형 기자] 증기기관차→디젤기관차→전기기관차→ktx…, 2G→3G→LTE→5G…, 화력발전소→원자력발전소→태양광·풍력발전소…

기술은 늘 혁신한다. 더 편하게 더 안전하게 그리고 더 효율적인 방향으로의 진화다. 배터리도 마찬가지다. 1800년 볼타전지가 개발된 것을 시작으로 일차전지→이차전지→니켈카드뮴전지→니켈수소전지 등으로 진화해 왔다.

현재 배터리 시장의 무대 주인공은 리튬이온전지. 일상에서 사용하고 있는 이동식 전자기기,전기자동차 등 전 방위에서 맹활약 중이다. 풍력, 태양광 에너지저장시스템(ESS)에도 활용되고 있다.

반면 화재가 날 수 있는 점은 가장 큰 아킬레스건이다. 최근 화재 사례가 연이어 보고되고 있다. 이러한 화재위험성 때문에 부각되고 있는 전지가 ‘차세대 전지’, ‘꿈의 전지’란 별칭을 갖고 있는 ‘전고체 이차전지’다.

이 꿈의 전지인 ‘전고체 이차전지’의 상용화를 앞두고 있는 기업이 대한민국에 있다. 광주광역시에 본사를 두고 있는 소재기반 제조기업 TDL이다. 지난 2008년 고체산화물연료전지(SOFC) 제조를 시작한 TDL은 2012년부터 올해까지 한국생산기술연구원으로부터 총 3차례 전해질 합성 및 배터리 제조, 양극복합화 기술을 이전받아 ‘전고체 이차전지’ 양산기술을 완성했다. 이러한 기술 혁신성을 인정받아 산업은행과 포스코를 비롯한 투자기관에서 72억원을 1차 투자받아 나주혁신도시 에너지밸리 2600㎡부지에 ‘전고체 이차전지’ 생산라인을 구축했다.

TDL 김유신 대표 [사진=인더스트리뉴스]

나주 에너지밸리에 위치한 TDL 부설연구소에서 만난 김유신 대표는 “학계, 연구계, 산업계 등 모든 전문가들이 차세대 전지로 전고체 이차전지를 꼽는다”며, “상용화, 보편화의 시기가 언제냐 일뿐 앞으로 전기자동차(EV)·에너지저장장치(ESS) 등 미래 에너지산업을 이끌어갈 혁신제품에 전고체 이차전지가 적용될 것”이라고 말했다.

‘전고체 이차전지’ 상품화 눈앞

현재 TDL의 ‘전고체 이차전지’는 생산라인 동조화작업만 마치면 상품생산에 나설 수 있는 상황. 제품인증, 필드테스트 등 아직 남아있는 과정이 있지만 9년여 만에 상품화 단계까지 온 것만으로도 전문가들은 놀랍다는 반응이다. 그만큼 국내 ‘전고체 이차전지’ 기술력은 TDL이 독보적이면서 유일하다. 해외 기업과 비교해도 TDL은 선두 기업으로 손꼽힌다.

김 대표는 “전 세계적으로는 일본 도요타가 2019년 1월 파나소닉과 합작사를 설립해 ‘전고체 이차전지’를 탑재한 전기차를 개발하고 있다”며, “삼성전자, 현대·기아차, 삼성전자도 개발에 나서고 있지만 아직 초기 단계에 머물고 있어 상용화까지는 상당한 시간이 걸릴 것으로 전망한다”고 말했다.

김 대표는 “현재 LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션 등의 국내 기업들이 세계 배터리 시장에서 주인공이 된 것처럼, TDL도 ‘전고체 이차전지’ 글로벌 탑 기업으로 성장하는 게 목표”라고 말했다.

기술혁신성을 인정받은 TDL은 투자기관으로부터 72억원의 1차 투자를 받아 ‘전고체 이차전지’ 생산라인을 구축했다. 사진은 광주광역시에 위치한 TDL 본사 [사진=TDL]

김 대표는 ‘전고체 이차전지’ 시장이 곧 개화기를 맞을 것이라고 내다봤다. 아직 주인공은 아니지만 빠르면 5년, 늦어도 10년 내에는 ‘전고체 이차전지’가 시장의 주인공이 될 것으로 전망했다.

이러한 분석의 근거는 ‘전고체 이차전지’만의 장점과 효율성이다. ‘전고체 이차전지’는 화재날 가능성이 제로다. 김 대표는 “현재 스마트폰이나 전동공구, 전기자전거, 전기자동차 등에 사용하는 리튬이온전지는 액체 상태의 전해질을 사용하고 있는데, 이와 달리 전고체 배터리는 전해질이 액체가 아닌 고체 상태인 전지라 화재 위험이 없다”고 말했다.

원가절감과 고용량 구현이 가능한 것도 ‘전고체 이차전지’의 특징이자 장점이다. 김 대표는 “온도 변화와 외부 충격 등에 대비한 안전장치 및 분리막이 필요 없고, 배터리팩 공간의 30% 이상을 차지하는 냉각장치가 제거된 공간에 추가적으로 배터리셀을 채워 넣어 에너지밀도를 증대시킬 수 있다”고 말했다. 액체 전해질에서 양극과 음극을 물리적으로 차단해 전기적 단락을 방지하는 역할을 했던 분리막이 필요 없어 부피 감소 및 원가 절감이 가능하다는 설명이다.

하지만 해결해야 할 일이 남아 있다. ‘전고체 이차전지’ 상품화가 처음이기에 아직 국내에서는 인증시스템이 마련돼 있지 않은 상황. 김 대표는 “전고체 이차전지 제품이 TDL이 처음이라 인증 절차가 마련돼 있지 않다”며, “인증을 마치면 필드테스트를 거쳐 소량으로 제품생산에 나설 계획”이라고 밝혔다.

핵심기술 보유한 중소기업 투자, 지원 절실

김 대표는 정부와 지자체에 차세대 핵심기술을 키우기 위한 보다 적극적인 지원도 요청했다. 이는 그동안 김 대표가 ‘전고체 이차전지’라는 새로운 분야에서 핵심기술을 갖추는 경험에서 나온 제안이다. 김 대표는 “중소기업이 핵심기술을 갖고 있다고 해도 현실적으로 성장하기가 어려운 여건”이라며, “TDL도 많은 어려움이 있었지만 그때마다 지원과 투자가 있었기에 ‘전고체 이차전지’를 개발할 수 있었다”고 말했다. TDL 직원들은 한국생산기술연구원에서 이전받은 기술을 끊임없이 연구해 전고체 리튬이차전지의 제조방법 등의 특허를 냈다. 그동안 투자 받은 금액은 87억원, 올해에도 약 70억원의 후속 투자를 확정했다. 김 대표는 “중소기업이 성장하기 위해서는 기존 진입장벽이 있는 분야보다는 새로운 분야를 개척해 정부와 지자체, 연구소, 학계와 연계해 시너지를 높이는 방안을 추천한다”고 말했다.

TDL의 특허와 인증 현황 [자료=TDL]

김 대표는 “전남은 천혜의 자연환경(신재생에너지 분야)을 바탕으로 다른 지자체 대비 그린뉴딜과 접목된 많은 산업정책을 집중하고 있다”며, “신재생에너지 중소기업들이 나주에 있는 한전과 시너지를 창출할 기회가 더 많아졌다”고 말했다. 그렇기에 신재생에너지 분야에 진출하고 싶은 중소기업들에겐 에너지신산업에 집중투자하고 있는 전남이 최적의 장소라고 설명했다.

김 대표는 그린뉴딜의 핵심으로 ‘친환경’, ‘탄소중립’을 꼽았다. 이를 실현하기 위해서는 이차전지, 연료전지와 같은 후방 산업이 뒷받침 돼야 한다고 강조했다. 그래야 그린뉴딜 정책의 성공을 견인할 수 있다고 전망했다.

김 대표는 중소기업이 공통으로 갖고 있는 ‘인재유치’에 대한 어려움도 정부와 지자체에서 관심 가져달라고 요청했다. 김 대표는 “함께하고 싶은 사람인데 전남과 광주는 너무 멀어서 오지 못하겠다고 하면 아쉬운 마음이 크다”며 “교통 인프라는 단기간에 해결해 주기 어렵겠지만, 버스 배차시간 조정, 셔틀버스 마련 등으로 교통이 편리해지다보면 더 많은 인재들이 중소기업에서 일할 수 있을 것”이라고 말했다.

김유신 대표가 TDL에서 생산한 ‘복합고체전해질 시트’를 들고 설명하고 있다. [사진=인더스트리뉴스]

TDL의 눈앞에 유망한 ‘전고체 이차전지’ 시장이 있지만, 김 대표는 서두르지 않을 계획이다. 진입장벽이 있는 기술인만큼 차분히 할 수 있는 것부터 단계적으로 접근할 계획. 김 대표는 “필드테스트를 거치고 나면 리튬이온전지로 인해 화재가 나고 있는 분야부터 접근할 계획”이라며 “처음에는 ESS와 전동카트용 전지를 생산하고 중장기적으로는 전기차용 전지에도 진출하고 싶다”고 밝혔다.

리튬이온전지처럼 차세대 전지도 한국이 중심이 될 수 있을까. 김유신 대표는 “TDL이 차세대 전지인 ‘전고체 이차전지’를 상용화하고 보편화해 전 세계에 공급하는 글로벌 1위 기업이 될 것”이라고 말했다.

[권선형 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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