전기차 산업의 경쟁은 결국 배터리에서 갈린다. 더 멀리, 더 빠르게, 더 오래 달리는 기술을 향한 탐구는 지금도 멈추지 않는다. 하지만 리튬이온 배터리는 이미 완성의 경지에 다다르면서도 여러 한계를 드러내고 있다. 주행거리를 늘리면 가격이 상승하고, 충전을 빠르게 하면 수명이 짧아진다. 안정성을 높이면 에너지 밀도가 낮아진다. 완벽한 해답이 없는 이 구조적인 모순은, 결국 새로운 기술을 부른다.
지금 세계가 주목하는 해법은 전고체 배터리다. 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용해 에너지 밀도와 안정성을 동시에 확보하는 기술이다. 과학자들이 이를 ‘배터리의 성배’라 부르는 이유는, 기존 리튬이온이 가진 약점을 대부분 보완할 수 있기 때문이다. 그러나 문제는 생산이다. 고체 전해질은 제조 과정에서 결함이 생기기 쉽고, 전극과의 접촉 저항이 커 대량 생산이 어렵다. 그럼에도 글로벌 완성차 기업들은 멈추지 않는다. 전고체가 미래 전기차 경쟁의 본질적 돌파구가 될 것이라는 확신 때문이다.
중국은 전고체 배터리 경쟁에서 누구보다 현실적인 전략을 택했다. 완전한 고체 대신 젤 형태의 전해질을 사용하는 ‘반(半)전고체 배터리(Semi-Solid State)’를 상용화한 것이다. 이 기술은 완전 전고체보다 생산이 쉽고, 기존 리튬이온보다 높은 안정성과 효율을 얻을 수 있다.
현재 전 세계 전고체 및 반고체 배터리 생산능력의 80% 이상이 중국에 집중되어 있다. 정부의 보조금 정책과 대규모 투자, 그리고 빠른 실험 문화가 맞물리면서 기술 발전 속도도 가파르다.
니오(Nio)는 그 중심에 있다. ET7과 ET5 세단에는 150kWh 반고체 배터리가 탑재돼 1회 충전 주행거리 1,050km(CLTC 기준)를 인증받았다. 에너지 밀도는 360Wh/kg에 달하며, 니오는 배터리를 교환하는 서비스를 통해 일상 주행 시에는 75kWh 팩을, 장거리 주행에는 150kWh 팩을 이용할 수 있도록 했다. 기술뿐 아니라 비즈니스 모델에서도 혁신적인 접근이다.
상하이자동차의 럭셔리 브랜드 IM 모터스(IM Motors) 역시 133kWh 반고체 팩을 탑재한 L6를 선보였다. 900V 아키텍처를 적용해 12분 만에 약 400km를 충전할 수 있으며, 주행거리는 1,000km를 넘는다. 가격은 4,000만 원대 초반으로, 테슬라 모델 3와 샤오미 SU7을 직접 겨냥하고 있다.
MG 모터는 대중형 시장을 겨냥한다. 1만 달러 수준의 합리적인 가격으로 반고체 전기차를 출시할 계획이다. 셀 내 액체 전해질 비중을 5%로 줄여 안정성을 높였고, 보급형 EV 시장의 변화를 이끌 가능성이 크다.
동풍자동차의 프리미엄 브랜드 보야(VOYAH)도 반고체 배터리를 실차에 적용했다. 패션(Passion) 세단은 82kWh 반고체 팩으로 580km를 주행하며, 향후 세 번째 세대 전고체 기술을 준비 중이다. 중국의 전략은 명확하다. 완벽함보다 속도, 기술보다 시장. 검증이 끝나길 기다리지 않는다. 시장이 기술을 완성하게 하는 방식이다.
중국이 속도와 실증으로 시장을 선점했다면, 유럽과 미국은 신뢰성과 정밀함을 택했다. 스타트업과의 협업을 통해 기술을 검증하고, 점진적으로 상용화에 접근하고 있다.
메르세데스-벤츠는 미국의 팩토리얼 에너지(Factorial Energy)와 협력해 반고체 배터리를 EQS 프로토타입에 탑재했다. 이 셀은 에너지 밀도 375Wh/kg로 기존 대비 25% 향상된 성능을 제공한다. 벤츠는 이 기술을 통해 주행거리를 기존 EQS보다 25% 늘릴 수 있다고 밝혔다. 대량 양산 시점은 2030년 무렵으로 예상된다.
BMW는 콜로라도의 솔리드파워(Solid Power)와 협업해 완전 전고체 셀을 적용한 i7 프로토타입을 시험 중이다. 390Wh/kg의 높은 밀도를 기록하며, 독일 딩골핑 공장에 파일럿 생산 라인을 구축해 2030년 이전 상용화를 목표로 한다.
스텔란티스는 팩토리얼 셀을 적용한 닷지 차저 데이토나 EV를 테스트한다. 15~90% 충전이 18분이면 완료되며, 4C 방전율로 시간당 4회 완전 방전이 가능하다. 미국 완성차 그룹 중 반고체 셀의 실제 검증에 가장 빨리 들어간 사례다.
하이퍼카 브랜드 리막(Rimac)도 전고체 전선에 합류했다. 프로로지움(ProLogium)과 미쓰비시 케미컬과 공동 개발한 100kWh 전고체 배터리는 6분 30초 만에 10~80% 충전이 가능하다. 에너지 밀도는 260Wh/kg이며, 리막은 이를 차세대 하이브리드 슈퍼카에 탑재할 계획이다. 프로로지움은 2028년 프랑스 덩케르크에 대규모 전고체 공장을 세워 양산을 시작한다.
유럽 제조사들의 방향은 분명하다. 시장에 내놓는 순간 완벽해야 한다는 신념. 속도는 느리지만 기술의 신뢰성이 뒷받침된 완성도를 선택했다.
일본은 전고체 배터리의 ‘정석’ 노선을 걷고 있다. 토요타, 혼다, 닛산이 각자의 방향에서 기술 완성도를 쌓고 있다.
토요타는 전고체 배터리 특허 수에서 세계 1위다. 이미 2021년 LQ 콘셉트카에 전고체 배터리를 적용했고, 2027~2028년 양산을 목표로 한다. 10분 내 80% 충전, 1,000km 이상의 주행거리라는 구체적인 목표도 제시했다. 토요타 수석 과학자 길 프랫(Gill Pratt)은 “처음 전고체 배터리가 들어가는 모델은 전기차가 아닌 하이브리드가 될 것”이라 말했다. 토요타 특유의 신중함이 엿보이는 대목이다. 스미토모 금속광산과의 협력도 진행 중이다. 2028년부터 토요타 전용 양극 소재 생산을 시작해 공급 안정성을 확보한다.
혼다는 경량화에 초점을 맞춘다. 리튬이온보다 50% 작고, 35% 가벼우며, 비용은 25% 절감된 셀을 개발 중이다. 주행거리는 1,000km 이상을 목표로 하며, 2030년 전후 상용화를 예고했다. 닛산은 황 기반 전해질을 활용한 코발트 프리 전고체 배터리를 개발 중이다. 2028년 회계연도 내 양산을 목표로 하며, 원자재 윤리 문제와 비용을 동시에 해결하려는 전략이다.
일본의 길은 느리지만, 그 속에는 정교함이 있다. 시장을 먼저 움직이기보다 기술의 완성으로 산업을 끌어올리려는 방식이다.
현대차그룹은 전고체 배터리에 대해 신중하다. 2030년 이전 상용화는 어렵다는 입장을 유지하며, 현재는 니켈·망간·코발트(NMC)와 리튬인산철(LFP) 계열의 효율 개선에 집중하고 있다. 전고체는 그 이후를 위한 기술로 설정되어 있다.
폭스바겐은 미국 퀀텀스케이프(QuantumScape)에 2억6천만 달러를 투자했다. 무음극 리튬메탈 배터리를 개발 중이며, 기존 350마일 주행거리의 EV를 400~500마일까지 확장할 수 있다고 한다. 최근에는 두카티 V21L 레이스 바이크에 전고체 배터리를 적용한 프로토타입을 공개했다. 에너지 밀도는 844Wh/L, 10~80% 충전 시간은 12분이다. 자동차보다 모터사이클에 먼저 적용한 이유는 극한 조건에서의 발열 제어와 내구성을 검증하기 위해서다.
시장조사기관 블룸버그NEF는 2035년에도 전고체 배터리가 전 세계 배터리 수요의 10% 정도에 그칠 것으로 본다. 기술보다 생산 단가와 수율이 여전히 문제다. 초기에는 고급 전기차와 하이브리드에 먼저 적용될 가능성이 높다. 하지만 산업은 멈추지 않는다. 전고체는 단순히 새로운 배터리가 아니라, 전기차라는 개념 자체를 다시 쓰는 기술이기 때문이다.
지금의 리튬이온이 닿을 수 없는 영역, 고속 충전과 완벽한 안전성을 향한 실험은 이미 시작됐다. 전고체 배터리는 아직 불완전하지만, 그 불완전함이 기술을 전진시킨다. 2030년, 전기차의 심장은 다시 태어날 것이다.
글 / 원선웅 (글로벌오토뉴스 기자)
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