미국 배터리 전문 업체인 솔리드파워(Solid Power)에 따르면 솔리드 스테이트 배터리 플랫폼에 대한 세부 정보를 발표했다.개발된 플랫폼은 3가지 배터리 설계를 가능하게 하고, 양극 활물질(active cathode material)의 비용을 최대 90%까지 절감할 수있을 것으로 기대된다. 황화물 기반 고체 전해질은 리튬 금속 또는 높은 실리콘 함량에 의존하는 양극과 결합될 수 있다. 이를 위해 리튬-니켈-망간-코발트 산화물 (NMC)을 포함한 산업 표준 및 상업적으로 성숙한 음극이 사용된다.현재 NMC-811 음극도 이러한 방식으로 사용될 수 있다. 회사는 실리콘 양극 및 고체 전해질과 결합해 390 Wh/kg의 중량 에너지 밀도를 가져야 하는 셀을 구축할 수 있을 것으로 기대된다. 실리콘 양극 대신 리튬 금속 양극이 설치된 경우 셀(여전히 NCM-811 음극 포함)의 에너지 밀도는 440Wh/kg에 이른다. 즉 테슬라의 모델 3 및 모델 와이(Y)에서 알려진 원형 셀보다 69% 더 많다.솔리드파워의 배터리 플랫폼을 이용한 배터리는 훨씬 작고 가벼우며 고속충전될 수 있는 것으로 분석된다. 또한 현재 사용되는 배터리의 경우 US$ 1만934 달러에 이른지만 솔리드파워의 배터리 가격은 6545 달러가 예상된다. 이와 같은 장점 덕분에 솔리드파워의 배터리는 널리 사용될 수 있을 것으로 전망된다. 참고로 전기자동차의 공급 확산에 따라 배터리 시장도 점점 커지고 있다.▲ 솔리드파워(Solid Power)의 홍보자료(출처 : 홈페이지)

·일본 도쿄공업대(東京工業大学)에 따르면 깨끗한 전해질·전극 인터페이스가 전고체 배터리(solid-state lithium battery)의 용량 개선의 핵심이라고 밝혔다.연구 프로젝트는 도호쿠대(東北大学), 국립산업과학기술원(国立産業技術総合研究所) 및 일본공업대(日本工業大学)와 공동으로 진행됐다.기존의 액체 리튬 이론 배터리는 상당한 이점을 가지고 있지만 내구성이나 용량에서 단점을 가지고 있다. 전고체 배터리는 충전 및 방전중에 리튬(Li) 이온을 교환하는 고체 전극과 고체 전해질로 구성된다.전고체 배터리는 높은 에너지 밀도와 안전성을 구비한 것으로 평가된다. 연구팀은 전고체 배터리에서 낮은 인터페이스 저항과 고속 충전을 달성하기 위해 깨끗한 전해질·전극 인터페이스를 생성하는 것이 필수적이라는 것을 발견했다.깨끗한 인터페이스는 전고체 배터리의 충전 및 방전중에 리튬의 삽입 및 제거를 용이하게하기 때문이다. 이번 프로젝트의 결과는 향후 전고체 배터리의 설계에 대한 중요한 통찰력을 제공할 수 있을 것으로 전망된다.▲ Japan-TokyoInstituteofTechnology-Battery▲ 도쿄공업대(東京工業大学)의 전경(출처 : 위키피디아)

일본 글로벌 자동차제조업체인 도요타자동차(トヨタ自動車)에 따르면 2025년까지 전고체 배터리의 상용화를 완료할 계획이다.전고체 배터리는 기존의 리튬-이온 배터리에 비해 훨씬 더 가볍고 더 빠르게 충전가능하며 더 오래 지속된다. 현재 전고체 배터리 생산 기술 등 연구 개발을 진행중이다.도요타의 트럭 상용차 계열사인 히노(Hino)가 전고체 배터리를 사용할지 여부는 아직 밝히지 않았다. 히노는 하이브리드 트럭에 기존 리튬-이온 배터리를 사용했다.고체 배터리가 트럭에 장착되면 연료 전지 트럭의 성능이 향상될 수 있을 것으로 평가된다. 배터리 무게가 눈에 띄게 감소하면서 연료 소비가 개선된다. 이 기술로 구동되는 전기자동차의 첫 번째 프로토 타입은 2021년 출시될 예정이다.▲ Japan-toyota-Battery▲ 도요타자동차(トヨタ自動車)의 홍보자료(출처 : 홈페이지)

중국 전기차제조업체인 니오(Nio)에 따르면 세계 최대 전자/IT 전시회인 'CES 2021'에서 전고체 배터리가 구비된 Nio ET7 세단을 개발했다. 150kWh 배터리 팩으로 621마일을 주행할 수 있다.출시때 70kWh 및 100kWh 팩의 두 가지 배터리 용량을 사용할 수 있다. 150kWh 배터리 팩은 곧 출시될 예정이다. 배터리 팩은 대만 기술기업인 프롤로지움(ProLogium)의 MultiAxis Bipolar Pack이 사용된다.니오와 프롤로지움은 2019년 8월 파트너십을 체결했다. 전고체 배터리는 경쟁사보다 더 안정적이고 비용 효율적인 것으로 평가된다. 다만 차량의 시작 가격은 약 $5만8378달러이지만 배터리를 포함하지 않은 금액이다.기본적으로 두 개의 배터리 중 하나를 임대해야 한다. 임대가격은 한 달에 150달러부터 시작된다. 배터리 팩을 구매하는 경우에 가격은 1만 달러 이상이다. 또한 차량은 빠른 배터리 교체가 가능하다.니오는 중국에 500개의 배터리 교체 센터를 건설할 계획이다. 이를 통해 전고체 배터리를 이용하는 차량의 보급이 더욱 빨라질 것으로 전망된다.▲ China-Nio-SolidStateBattery▲ 니오(Nio)의 홍보자료(출처 : 홈페이지)

영국 글로벌 시장조사기관인 아이디테크엑스(IDTechEx)에 따르면 2030년까지 고체 및 폴리머 배터리(Solid-State and Polymer Batteries) 시장이 $60억 달러로 성장할 것으로 전망된다.고체 상태 배터리는 2015년경 매우 인기를 얻었다. 뛰어난 안전성, 단순화된 배터리 팩 설계 및 더 높은 에너지 밀도에 대한 잠재력 때문이다.새로운 재료 선택과 제조 절차 변경은 배터리 공급망의 재편성을 보여준다. 기술 및 비즈니스 관점에서 고체 상태 배터리 개발은 차세대 배터리 전략의 일부로 평가된다.이와 같은 고체 상태 배터리는 2025년경에 본격적으로 상승할 가능성이 높다. 2025년이나 2030년까지 일본, 유럽, 중국, 대만 등의 다수의 기업에서 대량으로 양산될 계획이기 때문이다.특히 전기자동차의 급성장이 예상됨에 따라 고체 상태 배터리의 시장도 급격하게 팽창할 것으로 전망된다. 세계 각국 정부와 기업이 고체 배터리 개발에 뛰어들고 있는 이유다.▲ UK-IDTechEx-Research▲ 아이디테크엑스(IDTechEx)의 홍보자료(출처 : 홈페이지)

일본 자동차제조업체인 토요타자동차(トヨタ自動車)에 따르면 교토대(京都大学)와 협업으로 불소-이온 고체 배터리(Fluoride-Ion Solid State Battery)를 개발했다.불소-이온 고체 배터리는 기존 리튬 이온 배터리보다 최대 7배의 에너지 밀도를 가진다. 밀도가 높을수록 더 많은 전력을 저장해 더 오랜 사용이 가능하다. 또한 냉각 시스템이 불필요하므로 생산 비용이 절감될 수 있다.새 배터리의 양극은 불소, 구리 및 코발트로 구성된다. 음극은 주로 란탄으로 만들어진다. 그러나 양극 재료로 사용되는 코발트의 사용은 전기자동차 업계에 부담이다. 코발트의 가격이 급상승하고 있기 때문이다.이와 같은 기술 혁신이 실험실에서 상업적 생산으로 이동하는 데는 수년이 걸린다. 새 배터리가 2030년까지 전성기를 맞이하기 위해서는 이러한 문제점을 해결해야 할 것으로 판단된다.▲ Japan-Toyota-EV▲ 토요타자동차(トヨタ自動車)의 홍보자료(출처 : 홈페이지)

미국 글로벌 시장조사기관인 리서치앤마켓(ResearchAndMarkets)에 따르면 2027년 세계 고체 배터리(solid state battery) 시장 규모는 $US 4억8800만 달러로 증가할 것으로 전망된다.2020년 $6600만달러에 불과했지만 2020년에서 2027년까지 연평균 성장률은 34.2%로 예상된다. 전기 자동차의 고체 배터리 수요 증가, 가전제품의 소형화 추세 및 R&D 활동 증가에 기인한다.특히 고체 배터리 산업의 성장은 전기자동차의 보급에 의해 주도될 것으로 예상된다. 기존 배터리는 액체 또는 젤 기반 전해질로 구성돼 과열, 폭발 등의 문제가 발생됐다.또한 많은 층의 패키징을 필요로 하기때문에 배터리의 크기 및 중량을 증가시키는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 솔리드 스테이트 배터리의 개발이 지속되고 있다.또한 아시아에 위치한 삼성전자(한국), LG전자(한국) 및 파나소닉(일본)은 차세대 플렉서블 장치를 개발하고 있다. 이러한 장치에는 제품 설계를 보완하기 위해 작으면서 높은 전력 밀도를 갖는 전원을 필요로 한다.이러한 요구 사항은 박막 배터리로 충족될 수 있을 것으로 예측된다. 한편, 고체 배터리 시장의 주요 업체는 Cymbet (미국), Robert Bosch(독일), Toyota Motor(일본), Solid Power(미국), Excellatron Solid State(미국) 및 BrightVolt(미국)이다.▲ USA-ResearchAndMarket▲ 리서치앤마켓(ResearchAndMarkets)의 홍보자료(출처 : 홈페이지)

독일 프라운호퍼세라믹연구소(Fraunhofer IKTS)에 따르면 새로운 고체 배터리의 재료 및 생산기술 개발을 위한 ARTEMYS 연구 프로젝트를 공개했다.이 프로젝트에 BMW, BASF 및 티센크루프(Thyssenkrupp)와 같은 글로벌 기업뿐만 아니라 Blaubeuren-Seißen의 Rehm Thermal Systems와 같은 소규모 회사도 파트너로 참여한다.프로젝트를 통해 올-세라믹 솔리드 스테이트 배터리를 생산하기 위한 공정기술을 개발하고 있다. 새로운 배터리는 폴리머 성분없이 가능하다.세라믹 고체 배터리에서 작동하는 음극과 전해질은 프로젝트의 파트너가 개발한 산화 또는 황화물로 구성된다. 즉 연구팀은 활성물질이 분리막 역할을 하는 고체 전해질과 혼합되는 복합 음극을 사용할 계획이다.Rehm Thermal Systems은 “복합 산화물 음극 및 고체 전해질 분리막의 건조 및 소결을 위한 생산 솔루션”을 연구하고 있다.차량에서 고체 배터리는 액체 전해질 또는 폴리머 성분이 없는 차세대 리튬 이온 배터리가 될 수 있다. 고체 배터리가 높은 에너지 밀도, 짧은 충전시간, 긴 수명, 개선된 안전 특성 및 환경 친화적으로 생산될 수 있을 것으로 기대된다.▲ Germany-FraunhoferIkts-Battery▲ 프라운호퍼세라믹연구소(Fraunhofer IKTS)의 홍보자료(출처 : 홈페이지)

일본 글로블 전시회 개최 전문회사인 리드익스비션저팬(Reed Exhibitions Japan Ltd.)에 따르면 2019년 2월 27일부터 3월1일 까지 도쿄 빅 사이트에서 국제 충전식 배터리 엑스포인 BATTERY JAPAN 2019를 개최한다.이 배터리 엑스포에서는 세계 유수의 2차 전지를 전시하고 관련 컨퍼런스가 개최된다. 특히 상용화를 위한 고체상태 배터리 및 전기자동차 배터리가 출시될 예정이다. 참가업체들의 면면을 살펴보면 다음과 같다.TANABE CORPORATION은 기능성 파우더에 해당하는 데모 테스트를 위한 회전식 가마를 공개할 예정이다. TOYO CORPORATION은 전해질을 평가하기 위한 고주파 임피던스 측정 시스템을 제시할 계획이다.KRI는 재료의 평가/분석 서비스를 제공하고, SHIMADZU CORPORATION은 스캐닝 프로브 현미경을 전시할 계획이다. 또한 차량용 배터리를 위한 다양한 배터리 재료 및 검사 장비도 공개될 예정이다. 'BATTERY JAPAN 2019'는 관련 기업들이 일본과 세계의 다양한 전시회와 종합 컨퍼런스를 통해 새로운 비즈니스기회를 찾는데 도움을 제공할 수 있을 것으로 판단된다. ▲ Japan-BatteryJapa-show-EV-solidstate▲ 'BATTERY JAPAN 2019' 홍보자료(출처 : 홈페이지)

미국 글로블 전기자동차 회사인 테슬라(Tesla)에 따르면 고체 배터리 제조업체인 맥스웰테크놀러지(Maxwell Technologies)를 매입하고 있다.이번 거래는 주식교환 형태로 진행되며 맥스웰테크놀러지 이사회의 만장일치 승인을 받은 것으로 알려졌다. 2019년 2분기 마무리될 것으로 예상된다.최근 맥스웰테크놀러지는 인상적인 에너지 저장 잠재력을 지닌 드라이 배터리 전극(dry battery electrode)을 개발했다. 이 기술은 킬로그램당 300Wh 이상을 유지할 수 있으며 500 Wh/kg까지 저장할 수 있음이 입증됐다.관련 기술은 250 Wh/kg 근처에 머물고 있는 리튬 배터리 화학물질에 비해 현저한 개선으로 평가된다. 특히 코발트가 포함되지 않은 방식은 테슬라가 고체 배터리를 개발하는 방법을 용이하게 할 수 있을 것으로 기대된다.참고로 맥스웰테크놀러지는 다른 자동차제조사들이 사용하는 울트라 커패시터(ultracapacitors)로 널리 알려져 있다. 전기자동차의 보급이 확대되면서 글로벌 자동차업체의 배터리개발 경쟁이 더욱 치열해질 것으로 전망된다.▲ USA-MaxwellTechnology-engergystorage▲ 맥스웰테크놀러지(Maxwell Technologies)의 에너지 저장장치 홍보자료(출처 : 홈페이지)