자동차 :: 전기차 배터리, 납축전지에서 전고체까지 기술의 변천사 총정리

안녕하세요.

 

오늘은 전기차의 심장이라고 할 수 있는 배터리, 그 기술이 어떻게 변화해왔는지 포스팅하겠습니다.

 

"내 전기차 배터리, 어떤 기술로 만들어졌는지 알고 계셨나요?" 사실 지금 우리가 타는 전기차의 배터리는 100년이 넘는 시행착오 끝에 만들어진 결과물입니다.

 

저는 평소 전동화 장비의 충전시스템을 개발하는 일을 하고 있는데요, 배터리 기술의 발전 방향을 알면 충전 인프라가 왜 지금 이런 모습으로 진화하고 있는지도 함께 이해할 수 있습니다.

 

오늘은 납축전지부터 전고체 배터리까지, 전기차 배터리 기술의 큰 흐름을 시대순으로 정리해보겠습니다.

 

역사와 유래

전기차의 역사는 사실 내연기관차보다 오래됐다고 알려져 있습니다. 19세기 후반에 등장한 초기 전기차들은 대부분 납축전지를 동력원으로 사용했습니다.

 

납축전지는 납과 황산을 이용한 화학반응으로 전기를 만드는 방식으로, 가격이 저렴하고 구조가 단순해 초기 자동차 산업에서 널리 쓰였습니다. 다만 무게가 무겁고 에너지 밀도가 낮아 한 번 충전으로 갈 수 있는 거리가 짧다는 한계가 있었습니다.

 

1990년대 GM의 초기 전기차 EV1은 납축전지로 시작했다가 이후 니켈수소(NiMH) 배터리로 전환한 것으로 알려져 있습니다. 1997년 출시된 토요타 프리우스 역시 니켈수소 배터리를 탑재하며 하이브리드 시대를 열었습니다.

 

니켈수소 배터리는 납축전지보다 에너지 밀도가 높아 주행거리를 늘리는 데 크게 기여했지만, 리튬이온 배터리가 등장하면서 곧 주역의 자리를 넘겨주게 됩니다.

 

주요 기록과 사례

리튬이온 배터리는 1991년 일본 소니가 세계 최초로 상업화에 성공한 기술입니다. 처음에는 노트북이나 캠코더 같은 소형 전자기기에 주로 쓰였습니다.

 

자동차 업계에서 리튬이온 배터리를 본격적으로 도입한 상징적인 사례는 2008년 출시된 테슬라 로드스터입니다. 리튬이온 배터리를 탑재한 최초의 양산형 전기차로 평가받으며, 이후 전기차 산업 전체의 배터리 표준을 리튬이온으로 이끄는 계기가 됐습니다.

 

리튬이온 배터리는 니켈수소 대비 에너지 밀도가 훨씬 높고 무게도 가벼워, 같은 크기의 배터리로 더 먼 거리를 갈 수 있게 해줬습니다. 2010년대 들어 완성차 업체들이 앞다퉈 리튬이온 기반 전기차를 출시하면서, 지금 우리가 아는 전기차 시장의 기본 틀이 만들어졌습니다.

 

리튬이온 배터리 안에서도 니켈·코발트·망간을 조합한 NCM, 리튬·인산·철을 쓰는 LFP 등 세부 화학 조성에 따라 특성이 조금씩 다릅니다. NCM 계열은 에너지 밀도가 높아 주행거리에 유리하고, LFP 계열은 상대적으로 안전성과 가격 면에서 강점을 보이는 것으로 알려져 있습니다.

 

알아두면 좋은 정보

최근 가장 주목받는 차세대 기술은 전고체 배터리입니다. 기존 리튬이온 배터리가 액체 전해질을 쓰는 것과 달리, 전고체 배터리는 전해질을 고체로 바꾼 것이 핵심입니다.

 

전해질이 고체로 바뀌면 액체 전해질 누출로 인한 화재 위험이 줄어들고, 에너지 밀도도 한층 높일 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 업계에서는 전고체 배터리의 에너지 밀도가 리튬이온 대비 상당히 높아질 것으로 전망하고 있습니다.

 

삼성SDI는 2027년 하반기 전고체 배터리 양산을 목표로 개발을 진행 중이며, 도요타 역시 2027~2028년 전고체 배터리를 탑재한 전기차 출시를 목표로 하고 있는 것으로 알려져 있습니다. 특히 도요타는 최근 목표 주행거리를 1,000km에서 1,200km 수준으로 상향한 것으로 전해집니다.

 

배터리 기술이 발전할수록 충전 인프라도 함께 진화해야 합니다. 에너지 밀도가 높아지고 배터리 용량이 커질수록, 이를 짧은 시간에 채워줄 수 있는 고출력 충전 기술과 열관리 기술의 중요성도 함께 커지고 있습니다.

 

총평

전기차 배터리는 납축전지에서 니켈수소를 거쳐 리튬이온으로, 그리고 이제는 전고체 배터리로 진화하고 있습니다. 각 시대의 배터리 기술은 그 당시의 한계를 극복하려는 노력의 결과였고, 그 흐름은 앞으로도 계속될 것으로 보입니다.

 

개인적으로는 전동화 장비의 충전시스템을 개발하는 입장에서, 배터리 기술의 발전이 충전 방식과 인프라에도 계속 새로운 숙제를 던져줄 것이라고 생각합니다. 전고체 배터리가 상용화되는 몇 년 안에 전기차를 둘러싼 풍경이 또 한 번 크게 달라지지 않을까 기대해봅니다.

 

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