전고체 배터리 관련주 : 퀀텀스케이프 알아야 하는 이유!

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전고체 배터리 관련주 : 퀀텀스케이프 알아야 하는 이유!

오늘의 성장 2023. 6. 15. 01:28

전기차와 2차 전지에 대한 관심이 뜨겁습니다. 현재 상용화되어있는 전기차 2차 전지는 리튬이온배터리를 소재로 합니다. 그러나 리튬이온배터리는 에너지밀도, 효율 등 기술적인 한계가 존재합니다. 향후 10년 뒤에는 리튬이온 배터리를 대체할 차세대 배터리가 상용화되어 있을 것입니다. 차세대 배터리로 각광받는 것이 바로 전고체 배터리입니다. 전고체 배터리는 전해질이 고체이기 때문에 분리막이 불필요합니다. 따라서 화재발생 가능성을 획기적으로 차단할 수 있습니다. 또한 리튬이온배터리보다 에너지밀도가 높으며, 저온에 강하여 추운 겨울에도 에너지효율이 높은 상태로 유지된다는 장점이 있습니다. 충전시간이 5분 정도로 매우 짧다는 것도 큰 장점입니다.

오늘의 성장 글 : 순서
1. 전고체 배터리란?
2. 전고체 배터리가 중요한 이유
3. 전고체 배터리 단점
4. 전고체 배터리 관련주

1. 전고체 배터리란?

배터리는 양극과 음극의 전압차이로 인하여 전류가 발생하는 원리로 작동합니다. 현재 상용화되어 있는 대부분의 배터리는 액체 배터리로, 양극과 음극 사이의 전해질을 이용하여 전자가 이동하며 전류를 발생시킵니다.

전고체 배터리는 전해질 자체가 액체가 아닌 고체인 배터리를 의미합니다. 즉 양극재와 음극재 사이에 있는 전해질이 고체인 배터리입니다. 액체 배터리에는 전해질 사이에 분리막이 있어 안정성을 보장하지만, 전고체 배터리는 전해질 자체가 고체이기 때문에 분리막이 불필요합니다.

2. 전고체 배터리가 중요한 이유

화재발생 가능성 차단

전고체 배터리가 중요한 이유는 리튬이온 배터리의 치명적 단점인 화재 가능성을 보완할 수 있기 때문입니다. 생각보다 많은 사람들이 아직 전기차에 대한 믿음을 갖지 못하는 이유가 바로 화재 가능성 때문입니다. 일부 언론에서 전기차 화재에 대해 자극적으로 다루다 보니 사람들의 인식 속에 전기차에 대한 부정적 인식이 각인된 것입니다.

현재 전기차 배터리로 상용화되어 있는 배터리는 리튬이온 배터리입니다. 리튬이온 배터리는 액체 상태의 리튬으로 제작되며, 양극과 음극 사이의 분리막이 충격 등에 의해 손상될 경우 화재가 발생할 가능성이 높아집니다.

리튬이온 배터리는 양극과 음극의 전압 차에 의해서 이온이 이동하며, 이 과정에서 충전과 방전을 반복하는 원리로 작동합니다. 양극에 있던 리튬이온 이 음극으로 이동하면 충전이 되고 음극에 있던 리튬이온이 양극으로 이동하면서 방전이 됩니다.

문제는 리튬이온 배터리에 있는 분리막입니다. 차량을 이용하다 보면 많은 충격이 차체에 가해지게 됩니다. 리튬이온 배터리에 충격이 가해지거나 온도, 습도 등의 문제로 인하여 분리막이 손상될 경우 화재의 직접적인 원인이 될 수 있습니다.

전고체 배터리에는 분리막이 없기 때문에 전기차 화재 발생 가능성을 획기적으로 줄일 수 있습니다.

리튬이온 배터리의 기술적 한계를 극복

최근 BMW 전기차 기술 개발자가 리튬이온 배터리는 기술적 한계를 갖고 있으며, 향후 10년 뒤에는 에너지 효율 한계에 부딪혀 새로운 전기차 배터리를 이용하게 될 것이라고 언급한 바 있습니다. 리튬이온 배터리의 에너지 효율 한계를 극복하기 위한 대안으로 제시되는 것 중 하나가 전고체 배터리입니다.

전고체 배터리는 리튬이온 배터리에 비해 높은 에너지밀도를 구현할 수 있습니다. 배터리의 역사를 살펴보면 에너지밀도가 점차 증가하는 방향으로 발전해 왔습니다. 리튬이온 배터리보다 높은 에너지밀도를 구현할 수 있다면 차세대 배터리가 될 가능성이 높습니다.

구조적인 특성으로 인해 전고체 배터리는 단일 배터리 내에 양극재와 음극재를 쌓는 방법으로(적층) 10V 이상의 전압을 발생시킬 수 있습니다. 반면 리튬이온 단일 배터리로 10V 이상의 전압을 발생시키려면 수 개의 배터리를 결합해야 합니다. 그러므로 배터리의 부피와 무게가 감소할 수 있는 장점도 있습니다.

사용 가능한 온도 범위가 넓다

리튬이온 배터리를 사용하는 전기차의 약점 중 한 가지는 배터리가 온도에 민감하여 추운 겨울철에는 효율이 극히 저하된다는 것입니다. 전고체 배터리를 이용하면 특히 저온에 강하기 때문에 추운 겨울에도 에너지 효율을 높은 상태로 유지할 수 있게 됩니다.

이는 매우 중요한 부분입니다. 미래에 전기차를 이용하고자 하는 이유가 환경 때문도 있지만, 유지비용이 적게 든다는 장점이 가장 클 것입니다. 따라서 전기차 배터리의 효율은 매우 중요한 부분입니다.

충전시간이 짧다

전기차를 운용하며 불편한 점 중 하나는 충전에 소요되는 시간입니다. 전고체 배터리를 이용하면 충전시간이 획기적으로 짧아질 수 있습니다. 약 5분~ 10분 정도면 완충이 가능할 정도로 충전시간이 매우 짧습니다.

3. 전고체 배터리 단점

전고체 배터리는 아직 기술력이 충분히 확보되지 않은 초기단계입니다. 따라서 이론적으로는 에너지 밀도가 매우 높고 안정성이 보장되는 배터리로 볼 수 있으나, 상용화하기까지는 많은 노력과 시간이 필요합니다. 업계 전문가들은 전고체 배터리가 상용화되기까지는 적어도 10년 이상의 시간이 필요하다고 말합니다.

전고체 배터리를 상용화하기 위해서는 제조공정도 모두 바꾸어야 하는데, 현재 출시되고 있는 대부분의 전기차는 리튬이온 기반이기 때문에 제조공정 시스템과 설비들을 모두 바꾸는 데는 많은 어려움이 있습니다. 또한 차세대 배터리로 전고체 배터리뿐만 아니라 리튬황배터리 등 다른 소재들도 연구되고 있기 때문에 초기단계의 리스크가 존재합니다.

전고체 배터리의 치명적 단점이 있다면, 충방전 횟수가 리튬이온배터리에 비해 제한적이라는 것입니다. 따라서 배터리를 자주 교체해야 하는 소요가 있을 수 있습니다. 이 부분은 기술적인 문제로 해소해야 할 필요성이 있습니다.

4. 전고체 배터리 관련주

퀀텀스케이프

전고체 배터리를 개발하고 있는 미국의 유망 스타트업 기업은 퀀텀스케이프(Quantumscape Corp, QS)입니다. 이 기업은 빌게이츠가 관심을 두고 투자하고 있는 기업으로 알려져 있어 많은 사람들에게 알려졌습니다. 2020년 상장한 신생기업입니다.

이 기업은 전고체 배터리를 2025년 상용화하는 것을 목표로 하고 있습니다. 그러나 2020년 상장 후 지금까지 지속적으로 적자를 내고 있어 주가에도 안 좋은 영향이 있는 상태입니다. 따라서 이 기업의 성장가능성을 지속적으로 업데이트하며 모니터링할 필요가 있습니다.

그러나 한편 생각하면 스타트업 기업인 점, 기술개발에 힘쓰고 있는 시점이므로 적자는 당연한 점 긍정적으로 볼 수 있는 부분도 있습니다. 따라서 투자로 접근하기 위해서는 하이리스크 하이리턴의 관점으로 접근하면서 단기적 보다는 장기적으로 목표를 두고 진입해야 할 필요가 있을 것입니다.

삼성 SDI

우리나라 기업 중에는 삼성 SDI가 전고체 배터리 개발에 많은 노력을 기울이고 있습니다. 삼성 SDI는 2013년부터 모터쇼 등에서 전고체 배터리 기술력을 공개하기 시작했습니다.

지난 2023년 3월에는 1회 충전으로 800km, 1,000회 이상 충방전이 가능한 전고체 배터리를 선보이기도 했습니다. 또한 전고체 에너지의 효율을 더욱 높이고 부피와 무게는 반으로 줄이는 많은 연구를 진행하고 있습니다.

마치며..

전기차와 2차 전지에 대한 관심이 점점 더 뜨거워지고 있습니다. 앞으로도 기술력이 발전하고 소비자의 니즈를 충족시켜 주는 많은 제품들이 양산될 경우 그때마다 계단형으로 관심도가 상승할 것입니다.

그러나 현재 상용화되고 있는 리튬이온 배터리에는 분명한 기술적 한계가 존재하고, 그 한계에 부딪히게 되는 시점에는 차세대 배터리에 대한 주제로 관심도가 옮겨갈 것입니다. 그중 하나가 바로 전고체 배터리입니다.

오늘도 경제 지식성장을 위해 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.