스마트폰부터 전기차까지, 우리의 일상을 움직이는 배터리의 핵심 소재는 바로 리튬입니다. 한때는 너무 위험해 사용할 수 없었던 리튬이 이제는 가장 강력한 배터리 소재로 주목받고 있는데요. 김범준 교수, 이승국, 김상욱 교수와 함께 리튬의 탄생부터 리튬이온 배터리의 원리, 그리고 리튬 자원 확보가 국가 경쟁력이 되는 이유까지 쉽고 재미있게 알아보겠습니다!

전자기기나 배터리가 내장된 제품을 구매하면 배터리를 완전히 방전한 뒤 다시 완전히 충전해야 수명을 오래 유지할 수 있다는 이야기, 들어보신 적 있으신가요? 그렇다면 현재도 이러한 방법이 효과적일까요?

휴대폰 제조사의 공식 입장에 따르면, 배터리 충전 시 반드시 80% 수준으로 유지할 필요는 없다고 합니다. 100% 충전이 배터리에 좋지 않다는 인식은 배터리가 100%에서 99.9%로 떨어질 때마다 다시 충전하는 과정이 반복된다는 논리에서 비롯된 것으로 보이는데요. 그러나 실제 기기는 이러한 방식으로 작동하지 않습니다.

배터리가 100% 충전된 이후에는 외부 전력이 배터리를 거쳐 휴대폰 소자를 작동시키는 것이 아니라, 배터리를 우회해 기기를 작동시키는 바이패스 방식으로 전환됩니다. 따라서 필요에 따라 배터리를 100%까지 충전해도 무방합니다. 그렇다면 이러한 가설은 어디서 나온 것일까요?

사실 니켈 배터리를 사용하던 시절에는 배터리를 30% 정도 사용한 뒤 충전하면, 배터리가 30%를 0%로 인식하는 ‘메모리 효과’가 발생했습니다. 하지만 현재 널리 사용되는 리튬 배터리에서는 이러한 현상이 나타나지 않는데요. 이 같은 뛰어난 특성으로 오늘날 가장 강력한 배터리 소재로 자리 잡은 리튬에 대해 자세히 알아보겠습니다.

전류가 흐른다는 것은 전자가 이동한다는 의미입니다. 원자의 중심에는 양전하를 띤 원자핵이 있고, 그 주변에는 음전하를 띤 전자가 존재하는데 원자가 전자를 내놓으면 전자의 이동이 발생하면서 전류가 흐르게 됩니다.

이때 원자가 전자를 얼마나 잘 내놓는지를 나타내는 지표가 바로 ‘금속의 이온화 경향’입니다. 아마 학창 시절에 칼륨, 칼슘, 나트륨처럼 전자를 쉽게 내놓는 원소들을 순서대로 외웠던 기억이 있으실 텐데요. 많은 분께서 칼륨이 가장 전자를 잘 내놓는 원소라고 기억하시지만, 실제로는 리튬이 가장 높은 이온화 경향을 보입니다. 과거에는 리튬이 실제 배터리에 널리 사용되지 않았고 반응성이 매우 강해 위험했기 때문에 교육 과정에서는 다루지 않았던 것이죠.

리튬은 전자를 매우 쉽게 내놓기 때문에 배터리의 소재로 사용하기에 적합합니다. 다만 안정성이 낮고 폭발 위험이 있어 이를 안전하게 제어하기 전까지는 실용화하기 어려웠습니다. 그럼에도 리튬을 배터리에 활용하고자 했던 많은 과학자의 연구가 이어졌고, 마침내 리튬이온 배터리가 상용화될 수 있었습니다.

배터리는 꾸준히 발전하고 있지만, 체감상 큰 변화가 없는 것처럼 느껴집니다. 그러나 리튬이온 배터리가 1991년 처음 상용화된 이후 에너지 효율은 약 세 배 향상되었고, 가격은 10분의 1 수준으로 낮아졌습니다. 다만 컴퓨터 CPU의 처리 속도나 반도체 메모리의 집적도가 수만 배까지 발전한 것과 비교하면, 리튬이온 배터리의 효율 향상 속도는 상대적으로 느린 편입니다.

이는 배터리 성능을 높이는 데에 물리학적 한계가 존재하기 때문입니다. CPU나 반도체 기술은 구조와 설계를 개선할 여지가 많지만, 배터리가 저장할 수 있는 에너지는 원자가 가진 근본적인 특성에 크게 좌우되기 때문인데요. 현재 리튬은 배터리 소재로 활용하기에 가장 적합한 원소 중 하나이지만, 리튬보다 더 뛰어난 특성을 가진 원소를 찾기 어렵습니다.

다시 말해, 공학적 개선만으로는 물리학이 정해 놓은 근본적인 한계를 넘기 어렵다고 할 수 있는데요. 이러한 점을 고려하면, 약 30년에 걸쳐 배터리 효율이 세 배 향상되었다는 사실 자체가 매우 놀라운 발전이라고 평가할 수 있습니다.

그렇다면 리튬보다 더 뛰어난 새로운 원소가 발견될 가능성은 없을까요? 주기율표에는 현재까지 우주에 존재하는 다양한 원소가 정리되어 있는데, 리튬보다 이온화 경향이 높은 원소는 없습니다. 때문에 현재보다 더 적합한 원소가 새롭게 발견될 가능성은 매우 낮다고 볼 수 있습니다.

리튬은 19세기 초 스웨덴의 한 광산에서 처음 발견됐습니다. 광물 형태였기 때문에 그리스어 ‘리토스(Lithos)’, ‘암석’이라는 뜻의 이름이 붙었는데요. 초기에는 리튬을 유리와 윤활유 등에 첨가해 제품의 특성을 개선하는 데 활용했습니다. 전지에 리튬을 사용하는 방법은 1970년대에 제안되었지만, 폭발 위험 때문에 곧바로 상용화되지는 못했습니다.

이후 일본의 과학자 요시노 아키라(吉野 彰)가 탄소를 활용한 음극재를 개발하면서 리튬 배터리의 안전성이 크게 향상되었습니다. 이를 계기로 리튬이온 배터리가 본격적으로 사용되기 시작했으며, 관련 연구에 기여한 과학자들은 2019년 노벨 화학상을 받았습니다.

리튬이 특정 지역에 집중되어 있는 이유는 지질학적 조건과 밀접한 관련이 있습니다. 남미에는 주변이 산으로 둘러싸인 분지가 있습니다. 비가 내리면 산에 있는 광물들이 빗물에 씻겨 낮은 곳으로 이동하고, 그곳에는 얕은 호수가 형성됩니다. 이후 강수량이 적은 지역에서 물이 증발하면 광물과 염류가 호수 바닥에 남게 됩니다. 이러한 과정이 오랜 기간 반복되면 리튬과 소금 등 다양한 염류가 점차 농축됩니다. 이러한 현상이 나타나는 대표적인 사례가 바로 남미의 소금 사막입니다.

우리나라에서도 리튬을 얻을 수는 있지만, 일반적인 암석에 포함된 리튬의 양이 매우 적어 경제성이 낮습니다. 리튬이 채굴 가능한 수준으로 농축되기 위해서는 화산 활동과 같은 특별한 지질학적 과정이 필요하기 때문입니다.

즉, 리튬은 지구 곳곳에 존재하지만 경제적으로 추출할 수 있을 만큼 고농도로 매장된 지역은 많지 않습니다. 포스코홀딩스는 아르헨티나 고원에 있는 리튬 염호인 ‘옴브레 무에르토 염호’를 기반으로 리튬을 생산하고 있는데요. 그렇다면 소금호수에 녹아 있는 리튬은 어떤 과정을 거쳐 추출되고 있을까요?

리튬을 추출하는 방법은 크게 광석에서 얻는 방식과 염호에서 얻는 방식으로 나뉩니다. 광석 방식은 비교적 짧은 시간 안에 리튬을 추출할 수 있지만, 채굴과 정제 과정에 큰 비용이 소요됩니다. 반면 염호 방식은 리튬이 녹아 있는 염수를 끌어올려 증발시킨 뒤, 여러 화학적 처리 과정을 거쳐 리튬을 분리합니다. 비용이 상대적으로 낮다는 장점이 있지만, 생산까지 오랜 시간이 필요합니다.

그렇다면 염호와 광석 중 어떤 방식으로 리튬을 추출하는 것이 더 적합할까요? 정답은 하나로 정해져 있지 않습니다. 소요 시간과 생산 비용, 수율, 환경 영향, 원료 공급의 안정성 등을 종합적으로 검토해 사업 여건에 맞는 방식을 선택해야 합니다. 염호 방식은 비용이 상대적으로 낮을 수 있지만 생산에 오랜 시간이 걸리고, 광석 방식은 비교적 빠르게 생산할 수 있는 대신 채굴·운송·정제 비용이 높을 수 있습니다.

포스코홀딩스는 이러한 차이를 고려해 염호와 광석을 모두 활용하는 ‘투트랙’ 전략을 추진하고 있습니다. 아르헨티나에서는 리튬 염수를 활용해 생산하고 있으며, 호주에서는 필바라미네랄스와 협력해 필강구라(Pilgangoora) 광산의 리튬 광석을 확보하고 있습니다. 또한 호주 서부의 워지나(Wodgina)와 마운트마리온(Mt Marion) 광산에 대한 투자도 추진하며 광산 단계의 원료 공급망을 강화하고 있습니다. 앞으로도 염호와 광산 각각의 생산 비용과 효율성, 시장 상황을 비교해 경쟁력 있는 방식을 확대해 나갈 것입니다.

전기는 다양한 방식으로 생산할 수 있고, 반도체 역시 여러 형태로 설계할 수 있습니다. 그러나 원자는 다른 원자로 대체할 수 없습니다. 리튬 원자만이 지닌 고유한 특성은 다른 원소로 완전히 대신하기 어렵기 때문입니다.

배터리에 특정 원소가 필요하다면 해당 자원과 이를 안정적으로 확보하는 기술이 무엇보다 중요합니다. 핵심 원자재를 확보하지 못한 국가는 관련 산업을 발전시키는 데 한계가 있을 수밖에 없는데요. 특히 전기차 시대가 본격화되면서 리튬과 같은 핵심 광물의 확보는 국가 경쟁력과 직결되고 있습니다.

각국과 기업들은 리튬 자원을 확보하는 것은 물론, 이를 효율적으로 추출·정제하고 배터리 소재로 연결하는 기술을 확보하기 위해 치열하게 경쟁하고 있습니다. 이러한 흐름 속에서 포스코그룹은 아르헨티나 염호와 호주 리튬 광산에서 원료를 확보하고, 이를 국내에서 수산화 리튬으로 생산하는 등 원료 확보부터 소재 생산까지 이어지는 밸류체인을 구축하고 있는데요. 앞으로는 리튬과 같은 핵심 원소와 자원을 안정적으로 확보하고, 이를 효과적으로 활용하는 기술을 갖추는 일이 더욱 중요해질 것입니다.

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AI는 단순히 새로운 기술을 넘어 산업의 지형을 바꾸고, 우리가 일하고 소통하는 방식까지 재정의하고 있습니다. 이러한 변화 속에서 ‘정확하고 핵심적인 정보를 얻는 능력’은 그 어느 때보다 중요해졌는데요.

‘Q&AI’에서는 평소 궁금했던 배터리 관련 지식과 정보를 AI에게 직접 물어봅니다. 배터리·전기차의 기술과 트렌드를 누구나 쉽게 이해할 수 있도록 핵심만 딱 짚어드릴게요. 오늘의 질문은 ‘일상 속 기기들의 배터리를 어떻게 관리하고 폐기해야 할까?’입니다. 함께 알아볼까요?

같은 리튬 이온 배터리라도 기기마다 쓰는 방식이 달라, 신경 써야 할 부분도 조금씩 다른데요. 기기별로 일상 사용과 장기 미사용 시 배터리 관리법을 살펴보겠습니다.

배터리는 에너지를 저장하는 소재지만, 버릴 땐 안전과 자원 순환을 함께 생각해야겠죠? 특히 배터리가 압력이나 충격을 받으면, 분리막이 손상되면서 화재나 폭발로 이어질 수 있기 때문에 일반쓰레기나 재활용쓰레기로 버리면 안됩니다.

스마트폰·태블릿·보조배터리 같은 소형 기기는 주민센터나 아파트 단지에 있는 폐배터리 수거함 또는 가전 매장의 무상 수거 서비스를 이용하세요. 수거 방법은 지자체와 제품 유형에 따라 다를 수 있으므로 배출 전 확인하는 것이 좋습니다. 보조배터리처럼 단자가 노출된 제품은 테이프 등으로 단자를 절연하면 화재 예방에 도움이 됩니다.

배터리가 부풀었거나 파손·누액·이상 발열이 발생한 경우에는 충전하거나 누르지 말고, 일반 수거함에 넣지 마세요. 주변의 가연물을 치운 뒤 제조사 서비스센터나 지자체에 처리 방법을 문의해야 합니다. 연기나 화재가 발생하면 직접 옮기지 말고 즉시 안전한 곳으로 대피해 119에 신고하세요.

전기차 배터리처럼 큰 배터리는 폐차 시 정해진 절차에 따라 회수됩니다. 완전히 못 쓰게 된 게 아니라 남은 용량으로 ESS* 등에서 다시 쓰이는 경우도 많습니다.

더 이상 재사용이 어려운 배터리는 분해 과정을 거쳐 리튬, 니켈, 코발트 같은 금속을 뽑아냅니다. 이렇게 회수된 금속은 다시 양극재를 만드는 원료로 쓰이면서 자원이 순환됩니다.

*ESS(Energy Storage System) : 생산된 전력을 저장했다가 필요한 시점에 공급하는 시스템으로, 발전·송전부터 최종 소비처까지 다양한 분야에서 활용됩니다.

※ 이 콘텐츠는 포스코퓨처엠 뉴스룸 ‘퓨처엠스토리’ [Q&A] 배터리 관리/폐기법를 토대로 제작되었습니다.

AI는 단순히 새로운 기술을 넘어 산업의 지형을 바꾸고, 우리가 일하고 소통하는 방식까지 재정의하고 있습니다. 이러한 변화 속에서 ‘정확하고 핵심적인 정보를 얻는 능력’은 그 어느 때보다 중요해졌는데요.

‘Q&AI’에서는 평소 궁금했던 배터리 관련 지식과 정보를 AI에게 직접 물어봅니다. 배터리·전기차의 기술과 트렌드를 누구나 쉽게 이해할 수 있도록 핵심만 딱 짚어드릴게요. 오늘의 질문은 ‘배터리를 완충한 뒤에도 충전기를 계속 꽂아둬도 괜찮을까?’입니다. 함께 알아볼까요?

배터리는 어떻게 작동할까?

100% 충전된 뒤에도 꽂아두면 생기는 일

전압보다 무서운 건 ‘온도’

그렇다면 배터리에 어떤 영향을 줄까?

스마트폰 배터리는 보통 500회 정도 완충과 방전을 반복하면 초기 용량의 80% 안팎까지 줄어듭니다. 여기에 매일 100% 상태로 몇 시간 방치하는 습관이 더해지면, 용량이 떨어지는 시점이 훨씬 앞당겨집니다.

전기차 배터리도 원리는 같습니다. 하지만 정교한 냉각 시스템으로 온도를 낮게 유지하고, BMS(배터리 관리 시스템)가 실제 충전 상한을 안전하게 제어해 주기 때문에 완충 방치가 주는 영향은 스마트폰보다 훨씬 적습니다. 즉, 배터리 소재 관점에서 ‘완충 방치’는 배터리를 당장 망가뜨리는 원인이라기보다, 수명을 서서히 갉아먹는 누적형 습관에 가깝습니다.

※ 이 콘텐츠는 포스코퓨처엠 뉴스룸 [퓨처엠스토리]를 토대로 제작되었습니다.

포스코경영연구원 조영기 RA

소금은 새로운 석유? AI 시대 주목받는 나트륨이온 배터리

사진 출처: ⓒ Gettyimagesbank

과거 산업화 시대에 석유 확보가 경쟁력을 좌우했다면, AI 시대에는 전력을 얼마나 효율적이고 안정적으로 저장하느냐가 새로운 경쟁력으로 떠오르고 있습니다. 최근 AI 데이터센터 건설이 빠르게 늘면서 막대한 전력을 안정적으로 저장·공급할 ESS(Energy Storage System, 에너지저장장치)의 중요성도 커지고 있는데요.

이러한 변화 속에서 나트륨이온 배터리가 AI 시대 전력 인프라의 핵심 기술로 주목받고 있습니다. 글로벌 투자은행 모건스탠리(Morgan Stanley)는 나트륨이온 배터리를 미래 산업을 이끌 ‘새로운 석유 시대(New Oil Age)’의 핵심 기술로 평가했습니다.

나트륨이온 배터리는 리튬 대신 나트륨이온을 전하 운반체*로 사용하는 배터리로, 저온 환경에서도 안정적인 성능을 구현하고 높은 안전성을 갖춘 것이 강점입니다. 특히 주요 원재료인 나트륨(Sodium)은 해수와 지각에 풍부하게 존재해 자원 접근성이 좋습니다. 이에 따라 기존 리튬이온 배터리의 핵심 원료 의존도를 낮추고, 원료 가격 변동과 공급망 리스크에 대응할 수 있는 대안으로 기대를 모으고 있습니다.

*전하 운반체: 배터리 충·방전 과정에서 양극과 음극 사이를 이동하며 전하를 전달하는 이온. 나트륨이온 배터리에서는 나트륨이온(Na⁺)이 이 역할을 함.

ESS와 상용차 중심으로 커지는 나트륨이온 배터리 시장

나트륨이온 배터리가 AI 시대 전력 인프라의 핵심 요소로 주목받으면서 관련 시장도 빠르게 커지고 있습니다. 모건스탠리는 나트륨이온 배터리의 연간 도입 규모가 2035년 약 2473GWh(기가와트시)에 이를 것으로 전망했습니다. 시장 확대가 예상보다 빨라질 경우 도입 규모는 3726GWh까지 늘어날 수 있다고 내다봤습니다.

이 경우 ESS 설치, 제조 설비, 소재 공급망, 전력망 인프라 등을 포함한 누적 투자 규모는 약 8000억 달러에 달할 것으로 추산됩니다. 용도별로는 ESS가 979GWh로 가장 큰 비중을 차지하고, 이어 상용차 794GWh, 승용차 700GWh 순으로 예상됩니다.

■ 나트륨이온 배터리의 데이터센터 ESS 적용 가능성

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ESS는 전기차와 달리 배터리의 무게나 부피 제약이 상대적으로 적습니다. 대신 초기 설치비와 안전성, 수명, 저온 성능, 장기 운영비 등이 주요 판단 기준이 됩니다. 이러한 조건에서 나트륨이온 배터리는 데이터센터 ESS에 적합한 대안으로 평가받고 있습니다.

특히 데이터센터용 배터리는 정전 시 전력을 공급하는 비상용 백업 장치를 넘어, AI 서버 시스템에서 발생하는 순간적인 전력 변동을 흡수하고 전력망의 공급 한계를 넘지 않도록 피크(Peak) 전력을 조절하는 역할도 맡아야 합니다.

나트륨이온 배터리는 상대적으로 화재 위험이 낮고, 저온 환경에서도 비교적 안정적인 성능을 유지할 수 있다는 장점이 있습니다. 또한 리튬이온 배터리의 음극 집전체에 사용되는 동박을 알루미늄박으로 대체할 수 있어 소재 원가를 낮출 수 있다는 점에서, 데이터센터의 안전성과 운영 효율을 함께 높일 수 있는 대안으로 주목받고 있습니다.

데이터센터 ESS 외에도 모건스탠리는 중국 경상용차 시장을 사례로, 나트륨이온 배터리가 물류·배송용 경상용차에 적용될 가능성이 있다고 분석했습니다. 특히 한랭 지역에서는 겨울철 주행 안정성이 중요한 만큼, 나트륨이온 배터리의 저온 성능이 차별화 요소가 될 수 있다고 강조합니다.

*경상용차(LCV, Light Commercial Vehicle): 소형 트럭·밴 등 물류용 상용차

■ 값싼 원료만으로는 부족하다? 나트륨이온 배터리 시장의 진입장벽

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일각에서는 나트륨 매장량이 풍부하므로 나트륨이온 배터리 시장의 진입장벽도 낮을 것이라는 기대도 있지만, 나트륨이온 배터리는 LFP 배터리보다 에너지밀도가 낮으며, 전용 소재 공급망과 대규모 양산 경험도 아직 충분히 축적되지 않아 실제 가격 경쟁력과 성능 안정성을 추가로 검증할 필요가 있습니다.

게다가 ESS와 차량용 배터리로 공급되기 위해서는 화재 안전성과 수명, 충·방전 성능, 품질 보증, 장기 공급 능력 등을 종합적으로 입증해야 합니다. 이에 따라 연구개발과 양산 경험을 축적한 대형 배터리사가 주도권을 가져갈 가능성이 큽니다.

반면 기술 차별화가 부족한 일부 중소 LFP 배터리 업체들은 나트륨이온 배터리의 확산으로 더 큰 압박을 받을 수 있습니다. 모건스탠리는 나트륨이온 배터리가 확산될 경우, 중국 LFP 생산능력 가운데 기술 차별화가 부족한 하위 30~40%가 상대적으로 큰 압박을 받을 수 있다고 분석했습니다.

소금이 리튬을 대체할 수 있을까, AI 시대가 원하는 진짜 배터리 경쟁력은?

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나트륨이온 배터리는 여러 장점을 바탕으로 높은 시장 잠재력을 지니고 있지만, 단기간에 LFP 배터리를 완전히 대체하기는 어렵다는 평가가 많습니다. 모건스탠리에 따르면 나트륨이온 배터리는 ESS나 상용차처럼 가격과 안전성, 저온 성능이 중요한 시장을 중심으로 먼저 보급될 가능성이 큽니다. 반면 이미 LFP 기반으로 구축됐거나 장기 운전 이력이 중요한 ESS 프로젝트에서는 가격 경쟁력과 양산 경험을 갖춘 LFP 배터리가 당분간 주력 지위를 유지할 것으로 예상됩니다.

또한 향후 리튬 가격이 하락하면 LFP 배터리 가격도 함께 낮아질 수 있어, 나트륨이온 배터리의 가격 우위가 예상보다 약해질 가능성도 있습니다. 따라서 ‘소금은 새로운 석유’라는 표현은 나트륨이 리튬을 완전히 대체한다는 의미라기보다, AI 시대에는 전기를 얼마나 저렴하고 안정적으로 저장하느냐가 산업 경쟁력을 좌우하는 핵심 과제로 떠오르고 있다는 뜻에 가깝습니다. 결국 앞으로의 배터리 시장에서는 가격과 안전성, 수명, 공급 안정성을 함께 확보한 기술과 기업이 주도권을 쥘 가능성이 큽니다.

*참고 자료
– WallstreetCN, ’26.6.24., “钠离子电池”=“新石油”！大摩喊出口号：重塑能源和AI发展的关键瓶颈
– Financial Times, ’26.6.22., ‘Salt is the new oil’
– Yahoo Finance, ’26.7.1., Sodium-Ion Batteries Could Spark ‘New Oil Age,’ Morgan Stanley Says—This US Auto Giant Has An ‘Early Foothold’

포스코경영연구원 박재범 수석연구원

‘CES 2026’의 뜨거운 화두 ‘휴머노이드 로봇’, 전고체 배터리까지 주목받는 이유는?

올해 초, 뜨거운 열기 속에 열린 ‘CES 2026’에서 가장 큰 화제로 떠오른 분야는 휴머노이드 로봇이었습니다. 전시 직후, 휴머노이드 로봇에 대한 관심이 커지면서 로봇 관련 기업들의 주가가 크게 상승하기도 했죠. 휴머노이드 로봇은 고강도 노동이 필요한 작업장에서 인간을 대신해 위험하거나 복잡한 작업을 수행할 수 있는 로봇으로, 실생활은 물론 산업 현장 전반에 걸친 다양한 분야에서의 활용 가능성이 주목받고 있습니다.

▲CES 2026에서 공개된 ‘차세대 전동식 아틀라스 연구형 모델’(왼쪽), ‘차세대 전동식 아틀라스 개방형 모델’(오른쪽). [※사진 출처 : 현대자동차그룹]

로봇, 특히 휴머노이드는 배터리 탑재 가능 공간에 한계가 있습니다. 전기차와 달리 많은 양의 배터리를 탑재하기 어렵기 때문에 배터리 용량에 한계가 있는 것이죠.* 이에 따라 로봇에는 무게·부피당 에너지 밀도가 높은 배터리가 필수적입니다. 또한 로봇은 무거운 물체를 들 수 있어야 하고 순간적으로 빠른 동작이 필요할 때도 있기 때문에, 배터리 성능에서 높은 출력도 중요한 요인으로 작용할 것으로 보입니다. 전고체 배터리는 향후 이러한 요구 조건을 충족할 수 있을 것으로 평가받지만, 아직은 상용화 전 단계에 머물러 있어 가격이 매우 높습니다.

그러나 전체 원가에서 배터리가 차지하는 비중을 살펴보면, 전기차와 로봇 간에는 분명한 차이가 있습니다. 상대적으로 배터리 원가 비중이 높은 전기차와 달리 로봇에서는 배터리가 차지하는 가격 비중이 상대적으로 낮아, 전고체 배터리를 탑재하더라도 로봇 가격의 인상폭이 전기차 보다 적습니다. 이로 인해 전고체 배터리가 상용화될 경우 초기 적용 가능한 분야로 휴머노이드 로봇이 유력하게 거론되고 있는 것입니다.

*EV 1대 (30~100kWh) vs 로봇 1대 (2~4kWh)

기대와 현실 사이… 전고체 배터리가 넘어야 할 장벽

이러한 기술적 장점과 시장의 높은 기대에도 불구하고 전고체 배터리가 단기간 내 상용화로 직결되기는 어렵습니다. 양산 공정에서 해결해야할 문제는 차치하고 생각해봐도 여전히 높은 비용이라는 장벽이 존재하기 때문입니다.

휴머노이드 로봇의 상용화 가격을 대당 5000달러로 가정했을 때, 삼원계인 NCM(니켈·코발트·망간) 배터리를 LFP 배터리로 전환하더라도 로봇 가격의 인하 폭은 약 1.9%에 불과합니다. 즉, 로봇은 대당 배터리 사용량이 적어 LFP를 사용해도 전기차만큼의 원가 절감 효과를 기대하기 어렵습니다. 전고체 배터리를 적용할 경우에는 어떨까요? 로봇 가격은 약 14~17%가 상승하고, 배터리가 차지하는 원가 비중도 20~24% 수준까지 높아지는 것으로 추산 가능합니다.

로봇의 특성과 용도에 따라 차이는 있겠지만, 업계에서는 휴머노이드 로봇에서 배터리가 차지하는 적정 원가 비중을 약 10% 수준으로 보고 있습니다. 휴머노이드의 심장인 배터리 외에도 관절에 해당하는 액추에이터(Actuator), 손에 해당하는 그리퍼(Gripper), 머리에 해당하는 AI 등 필요로 하는 부품과 모듈이 많아 배터리에 많은 원가 비중을 할애하기 어렵기 때문이죠. 따라서 전고체 배터리 적용에 따른 로봇 성능 개선을 감안해 원가 비중을 최대 15%까지 가능하다고 가정하더라도 전고체 배터리 가격은 kWh당 350달러 수준까지 하락할 필요가 있습니다.

전고체 배터리 상용화의 핵심 과제

전고체 배터리 가격이 높은 이유는 양산 공정이 안정화되지 못해 대량 생산 체제가 구축되지 못한 것이 가장 큰 요인이지만, 핵심 소재인 고체전해질의 가격이 높은 것도 주 요인인데요. 고체전해질 소재만으로도 리튬이온 배터리의 가격을 웃도는 수준이죠. 이는 고체전해질의 핵심 원료인 황화리튬(Li₂S) 가격이 약 500달러/kg로 여전히 높고, 주로 랩·파일럿 라인에서 제조되고 있어 생산량이 증가함에 따라 평균 가격이 감소하는 ‘규모의 경제 효과’가 발생하지 못하고 있기 때문입니다. 전고체 배터리가 리튬이온 배터리 대비 가격 경쟁력을 확보하려면 고체전해질 가격이 kg당 30달러 수준까지 떨어져야 할 것으로 보입니다.

상용화를 위해서는 가격뿐 아니라 기술적인 과제도 남아 있습니다. 전고체 배터리의 안전성 개선은 핵심 소재인 고체전해질 적용만으로도 가능하지만, 궁극적으로 에너지 밀도를 높이기 위해서는 다른 소재의 개선도 병행이 필요하기 때문입니다. 또한 피크 출력(수초~수십초) 향상을 위해서는 이온전도도 향상과 계면 저항 극복이라는 기술적 난제들도 풀어야 합니다. 현재 글로벌 주요 기업들은 이러한 한계를 극복하기 위해 소재 중심의 R&D를 활발히 추진하고 있습니다.

여러가지 이슈에도 불구하고 전고체 배터리는 여전히 로봇에 매우 적합한 차세대 배터리 기술로 거론되고 있습니다. LFP 배터리 대비 안전성이 높을 뿐만 아니라 에너지 밀도의 개선 여지가 매우 크기 때문입니다. 이를 통해 로봇의 작업 시간은 물론 수초에서 수십 초에 이르는 피크 출력 성능까지 향상 가능할 것으로 기대를 모으고 있죠. 결국 전고체 배터리 적용에 따른 비용 증가 부담을 상쇄할 수 있을 정도로 에너지 밀도, 피크 출력, 안전성 등 로봇 성능의 실질적 개선이 명확히 입증되는지가 향후 상용화 판단의 핵심 기준이 될 것으로 보입니다.

‘꿈의 배터리’ 전고체 배터리, 상용화 시점 앞당길 수 있을까?

전고체 배터리는 오랫동안 ‘꿈의 배터리’로 불리며 이차전지 시장에서 큰 기대를 받아 왔지만, 아직은 리튬이온 배터리와 유사한 수준의 양산성과 가격 경쟁력을 확보해야 하는 과제가 남아 있습니다. 지금까지는 전고체 배터리를 사용할 수 있는 적합한 수요처가 제한적이었으나, 최근 그 예상을 뒤엎고 시장 개화 시점이 앞당겨질 가능성도 제기되고 있습니다.

① 전기차보다 먼저? 로봇 시장 적용 가능성

국내 배터리 기업 가운데 전고체 배터리 양산 시점을 비교적 구체적으로 제시한 곳 중 하나로는 삼성SDI가 꼽힙니다. 삼성SDI는 2027년을 목표로 전고체 배터리 양산을 추진하고 있으며, 로봇을 포함한 다양한 신규 응용 분야에서의 활용 가능성도 검토하고 있는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 계획이 현실화될 경우, 기존의 전기차 아닌 로봇 등 일부 비(非)자동차 분야에서 전고체 배터리가 먼저 적용될 가능성도 있습니다. 특히 로봇은 전기차와 비교할 때 샘플 테스트 단계와 인증 절차 측면에서 상대적으로 유연하기 때문에, 시장 환경이 급변할 가능성도 충분히 존재합니다.

② 중국의 전고체 배터리 국가 표준안 발표

한편, 글로벌 정책 환경 변화 역시 전고체 배터리의 시장 개화 시점을 앞당기는 요인으로 작용하고 있습니다. 중국 정부는 최근 전고체 배터리 관련 국가 표준안을 발표하며 용어와 분류 체계를 정립했는데요. 이는 로봇, eVTOL* 등 차세대 응용 분야를 중심으로 시장 주도권을 확보하겠다는 전략적 움직임으로 해석됩니다. 중국 주요 배터리 기업들도 2027년 전후 전고체 배터리 상용화를 목표로 개발을 가속화하고 있으며, 정부 지원이 병행될 경우 초기 원가 부담도 일부 완화될 것으로 전망됩니다. 이러한 국가 표준 제정과 정책 지원은 기술 완성도와 별개로 시장 형성 속도를 앞당기는 역할을 할 수 있다는 점에서 의미가 있습니다. 이에 따라 국내에서도 핵심 소재의 생산 기반 확보와 차세대 배터리 R&D 지원 확대 등 정책적 대응을 모색하고 있습니다.

*eVTOL (Electric Vertical Take-Off and Landing) : 전기 수직 이착륙 장치로, 전력을 사용해 수직으로 호버링(hovering), 이륙·착륙하는 항공기

③ 상용화까지의 시간, ‘피벗 전략’이 중요

2027년 전고체 배터리의 초기 양산 및 파일럿 단계 가격은 400~600달러/kWh로 추정되며, 여전히 상업 생산 규모로의 전환은 2030년 이후에나 될 가능성이 커 보입니다. 다만 향후 3~4년은 시장에서 전고체 배터리가 주기적으로 이슈화되면서 상용화를 위한 소재 공급망 구축이 병행될 것으로 예상됩니다. 이처럼 급변하는 상황에서 리튬이온 배터리 경쟁력을 강화하면서도 전고체 배터리 시장이 열릴 경우 즉시 전환할 수 있는 ‘피벗(Pivot) 전략*’을 사전에 준비할 필요가 있다는 주장도 제기되고 있습니다. 이는 전고체 배터리 시장 개화를 마냥 기다리는 것 보다는, 기존 리튬이온 배터리 경쟁력을 강화하면서 동시에 전고체 배터리로의 빠른 전환에 유연하게 대처하기 위한 전략적 준비가 필요하다는 것을 시사하고 있습니다.

*피벗(Pivot) : 기존의 중심은 유지한 채 방향이나 전략을 전환하는 것.

전고체 배터리 시대를 준비하는 포스코그룹

포스코그룹은 전고체 배터리용 양극재, 리튬메탈 음극, 고체전해질 등 핵심 소재에 대해 선제적으로 연구·개발 및 투자를 지속해 왔습니다. 포스코그룹은 전고체 배터리의 핵심인 고체전해질 사업 경쟁력 확보를 위해 2022년 2월 ㈜정관에 지분 40%를 투자해 포스코JK솔리드솔루션을 설립하고, 파일럿 공장을 운영중으로 글로벌 배터리사 및 OEM사를 대상으로 샘플테스트를 진행 중에 있습니다.

또한 대만의 프롤로지움, 미국의 팩토리얼 에너지 등 주요 전고체 배터리 기업들과의 공동연구 협약, 지분 투자 등을 통해 고체전해질, 고용량 양극재, 실리콘 음극재 등 차세대 소재 기술 개발에 박차를 가하고 있습니다. 아울러 황화물계 고체전해질 원가에서 높은 비중을 차지하는 핵심 원료인 황화리튬을 보다 경제성 있게 생산하기 위한 기술 내재화도 추진 중입니다.

▲포스코퓨처엠 포항 양극재 공장 전경.

최근 포스코퓨처엠은 미국 메사추세츠 주에 본사를 둔 전고체 배터리 기업 팩토리얼(Factorial)과 전고체 배터리 기술 개발을 위한 MOU를 체결했습니다. 이번 협력을 통해 포스코퓨처엠의 소재 기술과 팩토리얼의 글로벌 파트너십 역량이 결합되어 전고체 배터리 시장에서 경쟁력 확보 가능할 것으로 기대를 모으고 있습니다.

이처럼 포스코그룹은 소재 설계 기술과 코팅 기술을 보유한 포스코퓨처엠을 중심으로 전고체 배터리용 양극재, 실리콘·리튬메탈 음극재, 황화물계 고체전해질 등 전고체 배터리의 핵심 소재 포트폴리오를 지속적으로 확대해 나갈 예정입니다.

* 참고자료
– 아시아경제, ‘26.2.2., “[컨콜] 삼성SDI, 내년 전고체 배터리 양산… 다양한 로봇 업체와 협력 중”
– 모빌리티 인사이트, ‘26.2.4., “휴머노이드 로봇의 ‘2시간 한계’ 상용화 조건은 전고체”
– McKinsey, ‘26.1.1., “Battery 2035: Building new advantages”
– 중국 신화넷, ‘26.1.14., “工业和信息化部：加快突破全固态电池、高级别自动驾驶等技术”
– CNEVPOST, ‘25.12.31., “China begins seeking public input on national standard for EV solid-state battery”
– China Daily, ‘26.1.16., “NEV sector surging full steam ahead”

급변하는 세계경제 속에서 주목해야 할 최신 글로벌 경제 및 산업 이슈는 무엇일까요? 포스코경영연구원 전문가들이 포스코그룹의 주요 사업과 관련한 글로벌 산업, 경제 동향을 심층 분석해 드립니다. 올해 글로벌 전기차 시장은 전년 대비 약 20% 성장하며 견조한 흐름을 이어가고 있습니다. 그러나 미국의 전기차 보조금 폐지, 중국과 유럽의 정책 변화 가능성 등 여러 변수가 맞물리면서 2026년 글로벌 전기차 시장은 중요한 전환점을 맞을 것으로 예상되는데요. 포스코경영연구원 박수항 연구원과 함께 글로벌 전기차 시장의 핵심 이슈와 향후 동향을 짚어봅니다.

포스코경영연구원 박수항 연구원

전 세계가 지속가능한 미래를 위해 환경 문제에 대해 함께 고민해 오면서 친환경차에 대한 수요도 점차 확대되고 있습니다. 전체 승용차 신차 판매량 중 전기차가 차지하는 비율을 ‘전기차 침투율’이라고 하는데요. 올해 3분기 기준 글로벌 전기차 침투율은 27.3%를 기록했습니다. 즉, 전 세계에서 판매되는 승용차 4대 중 1대 이상은 전기차라는 뜻이죠. 주요 국가별로는 중국이 52%로 1위를 유지하고 있으며 그 뒤를 유럽 31%, 한국 21.8%, 북미 12.6%가 뒤따르고 있습니다.

블룸버그 뉴에너지 파이낸스(BNEF)는 올해 글로벌 전기차 시장이 전년 대비 약 20% 성장해 연말까지 2140만 대의 판매량을 기록할 것으로 내다봤습니다. 전기차 판매량 역대 최고치를 다시 쓰는 셈입니다.

주요 국가 가운데 가장 눈에 띄는 곳은 단연 중국입니다. 중국은 2020년 이후 ‘세계 최대 전기차 시장’ 자리를 굳건히 지켜왔는데요. 올해도 전년 대비 24% 성장하며 연말까지 1410만 대를 판매할 것으로 예상됩니다. 이는 전 세계 전기차 판매량의 약 3분의 2를 차지하는 규모입니다.

유럽도 눈여겨볼 만합니다. 올해 연말까지 전기차 380만 대 판매, 전년 대비 22% 성장할 것으로 예상되는데요. 흥미로운 점은 프랑스 등 역내 주요국의 정치적 불확실성과 경기 악화로 전체 승용차 판매량은 감소하는 상황에서도 오히려 전기차 판매 실적만큼은 증가했다는 점입니다. 특히 3분기 전기차 판매량은 전년 동기 대비 34%나 증가해 같은 기간 중국의 성장률(11%)을 크게 앞질렀습니다.

반면 미국의 분위기는 조금 다릅니다. 올해 미국의 전기차 판매량은 약 160만 대로, 증가율이 4%에 그칠 것으로 전망되는데요. 이러한 둔화 양상은 전기차 보조금 정책 변화가 큰 영향을 미친 것으로 해석됩니다.

미국은 2022년 8월 인플레이션감축법(IRA)*을 발효하고, 북미 생산과 배터리 요건 등을 충족하는 전기차를 새로 구매할 경우 최대 7500달러(약 1100만 원)의 세액공제를 지원해 왔습니다. 애초 이 제도는 2032년까지 유지될 예정이었으나, 트럼프 행정부 출범 이후 약 7년 앞당겨 지난 9월부로 조기 종료되었죠. 이 영향은 판매 지표에서도 뚜렷하게 나타났는데요. 전기차 보조금이 지급되던 마지막 달인 9월에는 판매량이 전년 대비 37% 급증했지만, 보조금 지급이 끝난 10월 이후에는 판매가 빠르게 감소한 것으로 나타났습니다.

전년도 대비 가장 가파른 성장을 기록한 곳은 한국입니다. 올해 3분기 판매 실적이 전년 대비 무려 77%나 성장했는데요. 지난해 판매 부진에 따른 기저효과가 크게 작용한 것으로 보입니다.

*미국 인플레이션 감축법(Inflation Reduction Act) : 2022년 발효된 미국 법안으로, 인플레이션 완화, 기후변화 대응(청정에너지), 의료비 지원, 법인세 인상 등을 목표로 약 4,370억~4,850억 달러 규모의 재정을 투자하는 법안

전기차는 파워트레인(동력 전달 방식)에 따라 여러 유형으로 나뉘는데요. 지역별 정책·인프라 상황에 따라 파워트레인 수요가 다변화되면서 전기차 판매 흐름에도 변화가 나타나고 있습니다.

올해 10월까지의 파워트레인별 글로벌 전기차 판매 추이를 살펴보면, BEV(순수 EV) 비중이 65%로, 전년 63% 대비 소폭 상승했습니다. 이러한 변화는 중국 시장의 영향이 미친 것으로 풀이됩니다. 한동안 빠르게 늘던 중국의 PHEV(하이브리드 EV) 판매 성장 속도가 다소 완화된 것이 주요 요인인데요. 중국의 전기차 판매에서 PHEV가 차지하는 비중은 39%로 여전히 높은 수준이지만, 전년 대비 4%포인트 하락했습니다.

중국은 다른 주요 시장보다 PHEV 비중이 상대적으로 높은 편인데요. 이는 중국이 PHEV를 ‘신(新)에너지차’ 범주에 포함해 해당 차량 구매 시 세금 면제와 번호판 규제 완화 등의 혜택을 제공해 왔기 때문입니다. 여기에 지방 도시의 충전 인프라 부족, 로컬 브랜드의 PHEV용 고효율 엔진 개발을 통한 상품성 개선 등이 더해지며 PHEV 수요는 성장 속도는 둔화했지만, 일정 수준을 유지하고 있는 상황입니다.

한편 BEV 중심이던 유럽과 미국 시장에서도 변화의 움직임이 나타나고 있습니다. 유럽과 미국은 BEV 판매 비중이 각각 70%, 80% 내외로 아직까지는 중국보다는 매우 높은 수준을 유지하고 있습니다. 하지만 최근 여러 완성차 업체들이 EREV(주행거리 연장형 EV)를 포함한 PHEV 라인업 확대에 나서면서 장기적으로는 파워트레인 비중에도 변화가 생길 가능성이 있어, 향후 추이를 조금 더 지켜볼 필요가 있겠습니다.

이처럼 파워트레인 구성이 다변화되는 가운데서도 전기차용 배터리 수요는 꾸준한 증가세를 이어가고 있습니다. EV Volumes와 포스리 자료에 따르면 올해 글로벌 전기차용 배터리 사용량은 전년 대비 약 24% 증가해 연말 기준 처음으로 1TWh를 넘어설 전망입니다. 실제로 10월까지 누적 사용량은 약 880GWh로, 이미 지난해 연간 사용량(870GWh)을 초과한 상태인데요. 지역별로 보면 중국이 전체 배터리 사용량의 57%를 차지하며 단연 선두에 위치해 있고, 그 뒤를 유럽 19%, 북미 12%가 뒤따르고 있습니다.

이러한 견조한 성장에도 불구하고, 내년에는 전기차 시장의 성장세가 둔화할 수 있다는 전망도 나오는데요. 미국을 비롯해 중국, 일본 등이 전기차 관련 세제 정책을 잇달아 손보기 시작하면서 글로벌 전기차 시장이 중대한 변곡점을 맞고 있기 때문입니다. 특히 미국이 전기차 구매 보조금 지급을 중단하면서 수요 위축이 불가피해졌고, 글로벌 전기차 판매량의 84%를 차지하며 성장의 핵심 역할을 해온 중국과 유럽 역시 정책 변화가 예고된 상황입니다. 이에 따라 두 지역의 정책 방향이 글로벌 전기차 시장 전체에 큰 영향을 미칠 것으로 예상됩니다.

중국의 올해 3분기 전기차 판매량은 전년 동기 대비 11% 증가했지만, 이는 2021년 이후 가장 낮은 분기 성장률입니다. 이러한 이유에는 몇 가지 요인이 작용했습니다.

첫째, 중국 정부는 지난 6월 자국 전기차 산업의 질적 성장을 유도하기 위해 완성차 업체들에 과도한 가격 할인 경쟁을 자제하라는 지침을 내렸습니다. 이에 주요 업체들은 할인 폭을 크게 낮추고, 판매량 경쟁보다 수익성 확보에 초점을 맞추는 방향으로 전략을 전환했습니다.

둘째, 지방정부 보조금이 예상보다 빠르게 소진된 점도 영향을 미쳤습니다. 일부 지역에서는 예산이 조기 소진되면서 보조금 지급이 중단되거나 추첨 방식 등으로 변경되면서 지원 규모가 축소됐습니다.

이러한 변화는 중국 전기차 시장이 지금까지의 양적 성장 중심의 모습에서 벗어나 체질 개선을 통한 질적 성장 단계로 전환되고 있음을 시사합니다. 이에 따라 중국 정부는 전기차 구매자에게 제공해 온 각종 지원책의 단계적 혜택의 축소를 예고했습니다. 실제로 중국은 2026년 1월부터 전기차 등에 대한 세제 감면이 현행 ‘전액 면제’에서 ‘50% 면제’로 줄어들고, 세액 공제를 받기 위한 PHEV의 순수 전기 주행거리 기준도 기존 43km에서 100km로 대폭 상향할 계획입니다. 이러한 정책 변화는 가격에 민감한 자동차 소비자의 구매 결정에 적지 않은 영향을 미칠 것으로 예상되는데요. JP모건은 이러한 보조금 축소의 영향으로 2026년 중국의 전기차 판매 성장률이 15% 수준까지 급락할 수 있다고 전망했습니다.

올해 유럽 전기차 시장이 반등한 주요 배경은 강화된 탄소배출 규제에 대응하기 위해 자동차 제조사들이 전기차 판매를 늘릴 필요가 있었기 때문입니다. EU는 2025~2027년 동안의 평균 이산화탄소 배출량을 2021년 대비 15% 낮추도록 규정하고 있는데요. 만약 이를 준수하지 못할 시, 자동차 제조사에 이산화탄소 초과 배출량 1g당 95유로의 과징금을 부과해 왔죠. 자동차 제조사가 과징금을 피하려면 전체 판매량의 약 30% 이상을 전기차로 판매해야 하는 상황이었습니다. 유럽 환경단체 T&E(Transport & Environment)는 해당 규제를 근거로 유럽 완성차 업체들이 2027년까지 평균 전기차 점유율을 25%까지 높일 것으로 전망하기도 했습니다.

하지만 이러한 예측이 빗나갈 가능성도 제기됩니다. EU는 2021년 EU 탄소감축입법안을 통해 2035년부터 하이브리드 자동차를 포함한 내연기관 신차 판매 전면 금지를 제안했으며, 해당 안은 2023년 최종 법제화되었는데요. 그러나 해당 규제가 중국과 미국 시장에서 고전하고 있는 유럽 자동차 산업의 경쟁력을 더 악화할 것이라는 업계 반발이 커지자 최근 EU 집행위원회는 내연기관차 판매 금지 규정의 완화 가능성을 언급하며 이산화탄소 배출 규제 자체를 재검토하겠다고 밝혔습니다. 다만 포집한 이산화탄소로 만든 합성연료(e-fuel) 등 탄소저감 연료를 사용하는 경우 내연기관차 판매를 지속적으로 유지할 수 있도록 하는 등 추가적인 조건을 붙일 것으로 예상됩니다.

2027년까지 유럽은 강화된 탄소배출 규제를 기반으로 전기차 수요가 확대될 것으로 예상됩니다. 다만 이러한 전망에도 불구하고, 최근 2035년 내연기관 금지 규정 완화 가능성과 이산화탄소 규제 재검토 논의 등 정책 방향성이 불확실해짐에 따라 유럽 시장을 마냥 낙관적으로만 바라보기는 어려운 상황입니다.

한편 중국은 내수 전기차 침투율이 이미 50%를 넘어서면서 성장 속도가 크게 둔화하고 있는데요. 이로 인해 앞으로 중국 기업들은 해외 시장으로의 진출을 본격화할 수밖에 없을 테고, 특히 유럽 시장에서 중국 브랜드 간 경쟁은 더욱 치열해질 전망입니다.

이처럼 글로벌 전기차 시장은 향후 몇 년간 큰 수요 변동성이 예상됩니다. 공격적인 현지 설비 투자전략보다는 협력 기반의 여러 시나리오를 열어둔 유연한 전략을 펼치는 것이 더욱 중요해지고 있는 시점인데요. 따라서 기업들은 이러한 불확실성에 대비해 ESS(Energy Storage System, 에너지 저장 장치)나 비(非) 모빌리티 분야 등으로 수요처를 다변화하여 리스크를 완화하고, 지속가능한 안정적 성장 기반을 마련할 필요가 있어 보입니다.

최근 전기차와 ESS(에너지저장장치) 등 미래 에너지 산업이 빠르게 성장하면서 이차전지소재 산업도 변화의 바람이 불고 있습니다.
기존 소재 조합을 뛰어넘는 새로운 소재들이 속속 등장하면서 현재 상용화된 소재를 대체할 세대교체의 조짐까지 보이는 건데요!
그렇다면 지금 가장 주목받는 이차전지소재에는 어떤 것들이 있을까요?
이번 편에서는 새롭게 떠오르는 이차전지 소재들을 한눈에 정리하고, 그 중심에서 포스코그룹이 어떤 전략을 펼치고 있는지,
포스코경영연구원 박재범 수석연구원과 함께 알아보겠습니다. 지금 바로 만나보시죠!

여러분, 현재 가장 널리 상용화된 이차전지가 무엇인지 아시나요? 바로 ‘리튬이온 배터리’입니다. 지구상에서 가장 가벼운 금속인 리튬을 활용해 만든 리튬이온 배터리는, 가벼운 무게와 높은 에너지 밀도, 그리고 수명이 길다는 강점을 바탕으로 스마트폰, 노트북, 전기차, ESS(에너지저장장치) 등 다양한 분야에서 폭넓게 사용되고 있죠. 그런데 최근에는 이 리튬이온 배터리를 대체할 차세대 신흥 강자로 ‘나트륨이온 배터리’가 새롭게 주목받고 있습니다.

나트륨이온 배터리는 리튬이온 배터리와 작동 원리나 소재 구성 면에서 꽤 비슷합니다. 두 배터리 모두 충전과 방전을 반복하는 이차전지로, 양극재, 음극재, 전해액, 분리막 네 가지 핵심 소재로 이루어져 있죠. 리튬이온 배터리는 충방전 시 리튬이온이 양극과 음극 사이를 오가며 에너지를 저장하고, 나트륨이온 배터리는 그 역할을 나트륨이온이 대신합니다. 기본적인 원리는 같지만, 이온의 종류와 소재의 차이가 있을 뿐입니다.

그렇다면 나트륨이온 배터리가 최근 들어 주목받고 있는 이유는 무엇일까요? 바로 ‘저온 환경에서의 우수한 성능’ 때문인데요. 리튬이온 배터리 중에서 가장 많이 사용되는 LFP 배터리(리튬인산철 배터리)는 영하 10도만 돼도 성능이 60~70%까지 크게 떨어지는 문제가 있지만, 나트륨이온 배터리는 같은 조건에서도 90% 이상의 성능을 유지할 수 있거든요. 요즘처럼 ‘더 빨리 충전되고, 더 오래 쓸 수 있는 배터리 소재’가 중요한 시대에, 겨울철이나 추운 지역에서도 안정적으로 사용할 수 있다는 점은 나트륨이온 배터리만의 큰 강점이라고 할 수 있습니다.

게다가 나트륨 매장량은 리튬에 비해 압도적으로 많다는 사실! 리튬은 지구상에 한정된 양만 존재하지만, 나트륨은 바닷물과 지각에 아주 풍부하게 분포해 있어요. 리튬의 무려 1000배에 달하는 매장량을 자랑해서 가격이 저렴하죠. 실제로 리튬 가격이 고점을 기록했던 2020~2021년 당시, 리튬보다 훨씬 저렴한 나트륨을 사용하는 나트륨이온 배터리가 큰 주목을 받기도 했답니다. 나트륨이온 배터리는 안정성도 뛰어나서 현재 높은 안정성과 저렴한 가격으로 전기차 시장에서 수요가 많은 LFP 배터리의 강력한 대안으로 떠오르고 있어요.

그런데, 여기서 한 가지 궁금증이 생깁니다. 이렇게 장점이 많은데도 왜 아직 나트륨이온 배터리는 리튬이온 배터리만큼 상용화되지 못한 걸까요?

주기율표를 한번 살펴볼까요? 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K)처럼 같은 세로줄에 있는 원소들을 알칼리 금속으로 분류합니다. 이 원소들은 전기와 열을 잘 전달하는 특성이 있어 이차전지를 만드는 데 활용돼 왔죠. 그중에서도 리튬은 나트륨이나 칼륨보다 전위차*와 전류용량**이 더 뛰어나서 에너지 용량이 높아, 이차전지소재로 가장 적합하다고 여겨져 왔어요. 반면 나트륨이온은 리튬이온에 비해 원자반경이 약 30% 이상 커서 충방전 과정에서 소재의 결정구조에 손상을 줄 수 있다는 단점 때문에 아직 상용화가 더딘 편이죠. 이러한 이유로, 지금까지는 리튬이온 배터리가 가장 ‘널리’ 사용되어 온 것입니다.

*전위차 : 전자가 한 지점에서 다른 지점으로 이동하려는 힘(전압)
**전류용량 : 회로나 장치가 안전하게 흘릴 수 있는 최대 전류의 양(용량)

이처럼 나트륨이온 배터리는 리튬이온 배터리와 비교했을 때 기술적으로나 경제적으로 아직 넘어야 할 벽이 많습니다. 나트륨의 매장량이 리튬보다 더 풍부하다면 가격적인 면에서 훨씬 경쟁력이 있을 거라고 생각하실 텐데요. 실제로는 그렇지 않습니다. 나트륨이온 배터리의 시장 가격은 LFP 배터리보다 무려 14~71%나 더 비싼데요. 이는 배터리의 핵심 소재를 나트륨이온에 맞게 전부 새로 개발해야 하기 때문이라고 해요. 특히 음극재로, 기존의 천연/인조 흑연계보다 3~4배 비싼 하드카본을 써야 하죠. 음극재뿐 아니라 다른 소재들도 추가적인 개발과 그에 따른 비용이 필요합니다. 따라서 나트륨이온 배터리가 리튬이온 배터리의 가격 경쟁력을 따라잡으려면 앞으로 시간이 더 필요할 것으로 보입니다.

그래도 긍정적인 점은, 이론적으로는 나트륨이온 배터리에 들어가는 소재들이 더 저렴하기 때문에, 소재 개발이 활발해지고, 공급망이 잘 갖춰진다면 LFP 배터리보다 더 저렴해질 가능성도 충분히 있다는 건데요. 그렇게 된다면 저가형 전기차나 전기 오토바이·자전거, 그리고 가격에 민감한 ESS 시장에서도 나트륨이온 배터리가 널리 쓰이는 날이 머지않아 올 수 있을 것으로 기대합니다!

단, 관건은 ‘수명’입니다. 만약 나트륨이온 배터리의 수명이 LFP 배터리보다 짧다면, 교체 주기가 빨라져서 아무리 초기 설치 비용이 저렴해도 잦은 교체로 인해 장기적으로는 더 큰 비용이 들 수밖에 없을 테죠. 나트륨이온 배터리의 수명은 사용되는 양극재에 따라 달라지기 때문에, 현재도 다양한 연구가 활발하게 진행되고 있습니다. 앞으로 나트륨이온 배터리가 어떤 경쟁력을 갖춰서  리튬이온 배터리를 위협하게 될지, 기대해 봐도 좋을 것 같습니다!

LFP 외에도 NCM, NCMA, NCA… 혹시 이런 용어 들어본 적 있으신가요? 금속의 조합에 따라 다양하게 분류되는 양극재의 명칭인데요. 이처럼 시장에서는 계속해서 다양한 종류의 양극재를 개발하기 위한 연구가 활발하게 이뤄지고 있어요. 대표적으로 인산철계(2원계) 배터리인 LFP와 세 가지 금속 원소(니켈·코발트·망간 또는 알루미늄)를 조합해 만든 삼원계 배터리(NCM, NCMA, NCA)가 현재 시장에서 가장 많이 쓰이고 있죠.

LFP 배터리는 가격 경쟁력과 안정성 면에서 뛰어납니다. 하지만 니켈이나 코발트를 쓰지 않다 보니, 에너지 밀도 면에서는 다소 아쉽죠. 삼원계 배터리는 LFP에 비해 에너지 밀도가 높아 고성능 전기차에 주로 사용되고 있는데요. 가격이 비싸고, 코발트 공급이 불안정하다는 점이 단점입니다. 이 두 가지 양극재의 장단점을 절묘하게 보완한 차세대 소재가 바로 LMR(리튬망간리치) 양극재입니다.

LMR은 기존 삼원계 배터리보다 니켈 함량을 대폭 줄이고, 비교적 저렴한 망간의 비율을 높인 소재입니다. 가격은 LFP 배터리와 비슷하지만, 전통적인 삼원계 양극재보다는 훨씬 저렴하죠. 에너지 밀도는 LFP보다 높고, 삼원계보다는 약간 낮아서 두 소재의 중간쯤에 위치한다고 볼 수 있습니다. LFP에 비해 주행거리를 크게 늘릴 수 있을 뿐만 아니라, 안정성이나 수명 면에서도 니켈 함량이 50~60%인 NCM(미드니켈) 양극재와 비교해도 뒤지지 않으니, 시장의 주목을 받는 것도 당연하겠죠!

▲포스코퓨처엠이 세종 기술연구소 파일럿 플랜트에서 LMR 양극재 제품 생산을 테스트하고 있다.

이런 흐름을 타고, 최근 글로벌 완성차 업체들이 잇달아 LMR 배터리를 장착한 전기차 출시 계획을 밝히며, 차세대 배터리 소재 경쟁에 합류하고 있는데요. 지난 5월 13일, GM 社는 2028년부터 LMR 배터리를 채택한 전기차를 출시하겠다고 밝혔고, 포드(Ford) 社 역시 2030년 이전까지 LMR 배터리를 상용화할 계획이며, 2세대 LMR 배터리도 파일럿 생산 중이라고 공식 발표한 바 있습니다. [관련기사 보기]

국내에서는 포스코퓨처엠이 LMR 양극재의 개발 및 상용화를 담당하고 있어요. 포스코퓨처엠은 포스코홀딩스 산하 미래기술연구원과 협업해 LMR 양극재의 에너지밀도와 충·방전 성능, 안정성 등을 꾸준히 개선해 온 결과, 지난해 파일럿 생산에 성공했고, 올해 안에 양산 기술을 확보해 대규모 계약 수주를 적극 추진할 계획이라고요. 향후 인증 절차를 거쳐 전기차에 실제로 탑재하는 시점은 2027~2028년쯤으로 예상한다고 합니다. 앞으로의 행보가 무척 기대됩니다!

나트륨이온 배터리, LMR 양극재 외에도 최근 핫한 배터리 소재가 또 하나 있습니다. 바로 ‘전고체 배터리’인데요. 전고체 배터리는 기존 배터리에 사용되던 액체 전해질을 고체로 대체한 차세대 배터리입니다. 기존 양·음극재의 한계를 개선할 수 있어, 에너지 밀도를 크게 높일 수 있죠. 그뿐만 아니라 외부 충격으로 인한 누액이나 폭발 위험이 적어 안전성 면에서도 주목받고 있어요. 꿈의 배터리라는 별명이 괜히 붙은 게 아니죠!

다만, 아직은 LFP 배터리보다 가격이 많이 비싸고, 기술적으로도 해결해야 할 과제들이 많아 상용화까지는 시간이 더 필요할 것으로 예상되는데요. 하지만 향후 초기 상용화 단계가 안정되고, 대량 생산으로 규모의 경제가 이루어진다면 가격도 점차 개선될 것으로 기대됩니다.

(자료 : 포스코퓨처엠, 포스코경영연구원)

포스코그룹은 이런 흐름에 발맞춰 전고체 배터리 개발에 힘을 쏟고 있는데요. 전고체 배터리에 들어가는 고체 전해질은 현재 포스코JK솔리드솔루션에서 생산 중이며, 황화물계 고체 전해질 생산에 필요한 황화리튬은 포스코홀딩스 산하 미래기술연구원에서 개발을 추진하고 있어요. 또한, 전고체 배터리의 음극 후보 물질 중 하나인 리튬메탈에 대한 연구도 미래기술연구원에서 활발히 진행 중입니다.

지금까지 새롭게 주목받는 이차전지소재 신흥 강자들을 소개해 드렸는데요. 각 소재의 존재감과 특성을 이해하는 데 도움이 되셨기를 바랍니다!

전 세계가 더 완벽한 이차전지를 만들기 위해 차세대 배터리 소재 기술 개발에 앞다퉈 뛰어들고 있는 요즘. 상용화를 위해 해결해야 할 도전 과제들도 아직 많이 남아 있는데요. 포스코그룹 역시 더 멀리 가고, 더 저렴하며, 더 안전한 이차전지소재를 만들기 위해 연구개발과 안정화에 지속적으로 힘쓸 예정입니다. 이차전지소재의 ‘탑 티어’를 목표로 성장해 나갈 포스코그룹의 여정을 앞으로도 쭉 지켜봐 주세요!

▼이차전지소재 총정리 모음.zip 영상으로 만나보기 

여러분의 소중한 시간을 절약해 드립니다. 긴 유튜브 영상을 단 3분 만에 만나볼 수 있는 3분 순삭 유튜브!
이번 편에서는 현대 군사기술에서 필수적인 전략 자원으로 꼽히는 리튬에 대해 알아보겠습니다.
리튬은 가벼우면서도 높은 에너지 밀도를 가진 금속으로,
배터리 기술을 포함한 다양한 군사적 분야에서 핵심적인 역할을 하고 있는데요.
리튬 자원이 군사 장비에 가져온 엄청난 변화를 지금부터 살펴보시죠!

현대 무기 체계는 희토류·티타늄·리튬 같은 고부가 광물에 절대적으로 의존하고 있습니다. 무기 자체보다 무기를 만드는 재료가 중요해진 것인데요. 그중 ‘21세기 석유’로 불리는 리튬은 현대 군사력의 핵심 요소로 꼽힙니다. 리튬의 특성을 통해 그 이유를 알아봅시다.

리튬은 가볍습니다. 세계에서 가장 가벼운 금속이죠. 따라서 리튬으로 군사장비를 만들면 무기 체계, 장갑차, 드론, 전투기 등에서 기동성을 향상할 수 있습니다.

리튬은 또 다른 특징은 에너지 밀도가 높다는 점인데요. 리튬이온배터리는 전통적인 납축전지보다 에너지 저장 용량이 무려 3~5배는 많아, 군사장비의 작동 시간을 획기적으로 연장할 수 있습니다. 그뿐만 아니라 충전 속도도 개선할 수 있어 효율적 전력 공급이 가능하고요.

또, 리튬은 수명이 길어 군사작전 시 유지 보수가 용이합니다. 자주 충전하지 않아도 장시간 사용이 가능해, 전투 지속 능력을 향상할 수 있습니다.

마지막으로 리튬은 안정성을 갖고 있습니다. 군용 장비는 극저온과 고온 등 다양한 환경에서 운용되는데, 리튬 기반 배터리는 이러한 극한 환경에서도 안정적인 성능을 발휘할 수 있는 것이죠.

그렇다면 리튬은 실제 군사 분야에서 어떻게 활용될까요? 첫 번째, 군용 배터리 및 전력 시스템입니다. 군대가 전기 기반 장비에 더욱 의존하면서 리튬이온배터리는 군사 작전에 필수 요소가 됐습니다. 리튬이온배터리가 기존 배터리보다 가볍고 충전 효율이 높으면서도 휴대성이 뛰어난 전력 공급 체계를 구축한 것입니다.

다음은 차세대 로봇 병기입니다. 엔진이 장착된 로봇 병기 대신, 리튬이온배터리로 로봇 병기를 가볍게 만들고 전원을 안정적으로 공급하는 것이죠. 실제 미군의 경우, 군인들이 착용할 수 있는 리튬이온배터리 전력 시스템을 도입해 전투 지속력을 강화하고 있습니다.

세 번째는 군용 차량의 스텔스성*입니다. 엔진이 장착된 모든 장비는 소리가 크게 나는 반면, 리튬이온배터리가 장착된 군용 차량은 전장에서 정숙성을 유지해 스텔스성 향상에 기여할 수 있습니다. 또, 리튬이온배터리는 열 발생을 최소화해 야간 탐지에서도 피탐 능력을 향상시킵니다.

*스텔스성 : 적군의 다양한 탐지수단에 들키지 않는 군사 기술

리튬은 드론과 무인 항공기에 혁신을 가져올 수 있습니다. 리튬이온배터리가 장착된 무인기는 장시간 비행을 할 수 있고, 전장 감시와 정찰 능력을 극대화할 수 있거든요.

이뿐만 아니라 잠수함과 전기 추진 시스템에도 리튬은 혁신을 가져왔는데요. 기존 납축전지보다 경량화되고 충전 속도가 빠르며 잠항 시간을 크게 늘릴 수 있죠. 실제 일본 해상 자위대는 소류급 잠수함에 세계 최초로 리튬이온배터리를 도입해 장시간 잠항이 가능하도록 개선했고, 독일의 212A급 잠수함도 연료전지-리튬 배터리 하이브리드 시스템을 활용하고 있습니다. 우리 해군도 차기 3000톤 급 이상 잠수함에 리튬이온배터리 탑재 계획을 가지고 있는 것으로 알려졌습니다.

극초음속 무기와 첨단 미사일 시스템에서도 리튬은 굉장히 중요합니다. 리튬이온배터리는 유도 미사일, 극초음속 무기, 레이저 무기 등의 전력 공급 장치로 사용될 수 있습니다. 또, 레이저 무기와 레일건과 같은 차세대 무기의 고출력 전력 공급원으로도 연구 중에 있고요.

군사 분야에서 그야말로 ‘만능템’인 리튬은 전략적 광물로 분류돼 국가 간 공급망 경쟁이 치열한데요. 현재 전 세계 리튬 생산은 호주, 칠레, 아르헨티나, 중국 등 일부 국가에 집중돼 있습니다.

특히 중국은 리튬 가공과 배터리 생산에서 절대적인 우위를 차지하고 있습니다. 전 세계 공급량의 70%에 달할 정도로요. 문제는 중국이 서방 국가와의 군사 경쟁에서 리튬을 무기화할 가능성이 있다는 점입니다. 이런 이유로 최근 미국은 우크라이나와 광물 협정을 맺으려고 하고 있는데요. 우크라이나의 리튬 매장량은 약 50만 톤으로 유럽 최대를 자랑하죠.

미국, EU, 그리고 우리나라는 리튬 공급망을 확보하고자 자원 외교를 강화하고 있습니다. 우리나라 역시 공급망 안정화와 기술 고도화에 전력을 다하고 있죠. 포스코홀딩스는 북미 리튬 공급망 구축을 위해 국내 기업 최초로 북미 현지에서 *‘리튬직접추출(DLE, Direct Lithium Extraction) 기술’ 실증 사업에 나서고 있습니다.

*[관련기사] 포스코홀딩스, 美 현지서 리튬직접추출(DLE) 실증 추진… 북미 리튬 공급망 구축 속도 낸다

이를 통해 알 수 있는 건, 리튬이 현대 군사력의 핵심 요소라는 점입니다. 앞으로도 전투 지속력과 첨단 무기 개발에 중요한 역할을 하게 될 거고요. 그만큼 리튬이 우리에게 필수적이고 전략적인 자원으로 다가왔다는 것, 이제 잘 아시겠죠?

▼리튬의 군사적 활용 분야를 영상으로 만나보기

왜 전기차는 추위를 많이 탈까?
전기차에 탑재되는 리튬이온 배터리는 특성상 온도 민감도가 높아 저온 환경에서 성능 저하의 문제가 발생한다. 배터리 구성요소 중 하나인 전해질은 이차전지의 충·방전 과정에서 리튬이온이 양극을 오가는 통로 역할을 한다. 겨울철 기온이 떨어지면 액체로 이루어진 전해질이 굳으면서 내부 저항이 증가해 배터리 효율이 낮아지는 것이다.

따라서, 배터리를 어떻게 관리하냐에 따라 성능이 크게 달라져 올바른 관리가 중요하다. 전기차 관리법을 미리 파악하고 준비해 더욱 효율적인 겨울철 전기차 라이프를 누려보자.

배터리 과냉각 주의, 겨울철 실내 주차하기!

위에서 언급했듯 날씨가 추운 겨울, 외부에 오래 주차하게 되면 배터리가 과냉각되기 때문에 주행거리가 줄어들 뿐 아니라 자연스럽게 배터리 효율도 떨어져 방전되기 쉽다. 배터리 소모 방지를 위해서는 반드시 적정한 온도 유지가 가능한 실내 및 지하 주차장을 이용하는 게 좋다. 실내 주차를 할 경우 배터리 과냉각을 예방할 뿐 아니라 내부 온도 유지도 가능해 과도한 히터 사용을 막을 수 있고, 불필요한 배터리 소모도 줄일 수 있다.

주기적인 차량 하부 세차는 필수

겨울철 낮은 기온은 기체를 수축하기 때문에 타이어 속 같은 양의 공기가 들어있어도 공기압이 줄어들 수 있다. 타이어 공기압이 부족하면 제 역할을 하지 못해 방향을 바꿀 때나 속도를 줄일 때 미끄러질 위험이 커지며 자칫 사고로 이어질 수 있다. 주기적인 공기압 체크와 접지력이 높은 윈터 타이어 교체를 권장한다.

또한 눈이 많이 쌓인 날이라면 차량 하부를 깔끔하게 세차해 염화칼슘을 제거해 주는 것이 중요하다. 겨울철 제설 작업으로 인해 도로에 뿌려지는 염화칼슘이 도로의 모래, 먼지 등과 섞여 차량에 붙게 되면, 철과 반응해 염화철을 만들어 차량을 부식시키는데 일조하기 때문이다. 특히 전기차의 경우 차량 하부에 배터리가 탑재되어 있기 때문에 부식에 더욱 신경을 써야 한다.

배터리 급속 충전 말고 완속 충전!

전기차 사용자의 대부분은 급속 충전에 대한 선호도가 높은 편이다. 특히 가정용 완속 충전기가 없는 환경이라면 급속 충전 시설 의존도가 상당히 높다. 급속 충전은 완속 충전 대비 충전 속도가 매우 빨라 편리하지만, 배터리 셀에 부담을 줄 뿐 아니라 배터리 수명이 빠르게 단축될 수 있다. 따라서 겨울철 배터리 최적의 상태를 위해 월 1회 이상은 배터리 20% 이하일 때, 100%까지 완속 충전하는 것이 좋다. 완속 충전을 통해 배터리 팩 안에 있는 많은 셀들의 밸런스가 맞춰지기 때문에 배터리 효율을 오랫동안 유지할 수 있다.

전력 소모 높은 히터 사용은 자제!

전기차 실내 난방 시, 히트펌프* 사용을 추천한다. 엔진에서 버려지는 열에너지를 난방에 활용하는 내연기관차와는 달리 전기차는 히터를 작동시킬 만큼 폐열이 발생하지 않아 배터리 전력으로 히터를 작동하기 때문이다. 이에 전기차 내 모터 등의 부품에서 발생하는 폐열을 방출하지 않고, 전기차 실내 난방에 활용하는 히트펌프 시스템을 사용하면 보다 효율적인 배터리 관리가 가능하다. 또한 전력 소모량을 줄일 수 있어 주행거리 증가 효과도 볼 수 있다. 그 외에도 배터리 히팅 시스템, 열선 시트, 열선 핸들 등을 적극적으로 활용하는 것이 좋다.
*히트펌프 : 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방 장치

지금까지 전기차 에너지 효율과 배터리 수명, 안전 운전을 위한 겨울철 전기차 관리법에 대해 알아보았다. 조금만 신경 써도 배터리의 컨디션을 오랜 기간 동안 균일하게 유지하고 전기차를 오래 탈 수 있다. 난감한 상황이 발생하기 전, 차량과 배터리 상태를 미리 체크해 슬기롭고 안전한 겨울철 전기차 라이프를 즐기길 바란다.