구리와 아연을 이용하여 세계 최초의 전기 저장 장치인 볼타전지를 만든 이탈리아의 알레산드로 볼타의 공로를 인정하여 전기의 단위로 볼트(V)를 사용한다. 그렇지만, 세계에서 가장 오래된 전지는 1932년 독일의 케네디가 이라크 바그다드 근교 하얏트 루프 유적에서 발견한 약 2000년 전에 만들어진 바그다드 전지이다. 일명 항아리 전지라고도 알려진 이 전지는 금이나 은을 도금하는 용도로 사용되었을 것으로 추정하고 있다.
인류의 생활에 전자기기의 사용이 일상화되면서 배터리는 전기를 활용하는 가장 효과적인 장치가 되었다. 배터리는 에너지 신산업 주도권의 향배를 가를 핵심 변수가 되었다. 노트북과 스마트폰이 작고 얇아진 것은 용량은 크지만 작고 가벼운 리튬이온 전지로 바뀐 것이 가장 큰 요인이다. 하지만 리튬이온 전지는 사용한 지 1년이 넘으면 효율이 급격히 떨어지고, 온도 변화가 심하면 쉽게 방전되며, 충격에도 약해서 갑작스런 압력에 전지가 변형되면 내부 온도가 상승해 폭발할 수 있는 단점을 가지고 있다. 이런 단점을 개선하기 위하여 한국과학기술원(KAIST) 연구팀은 1분이면 130mAh/g의 용량을 완전히 충전하는 초고속 충전이 가능한 리튬이온 전지 음극 소재를 개발했다. 15분이면 지금 사용 중인 대부분의 스마트폰을 충전할 수 있고, 충·방전 1만 번을 진행해도 용량 손실이 없어 스마트폰을 하루에 두 번 충전해도 10년 간 무리 없이 사용할 수 있어 내구성도 뛰어나다. 또 미국의 24M이라는 벤처기업에서는 신소재를 액체 전해질에 섞은 고효율의 전극을 개발하여 같은 크기의 리튬이온 전지에 비해 15~25% 많은 용량을 가진 제품을 개발했다. 현재 ㎾당 200달러~250달러 수준인 리튬이온 전지의 시장 가격을 100달러까지 낮춰서 전기자동차가 내연기관차에 우위를 가질 수 있도록 했다.
많은 글로벌 기업들이 리튬전지를 대체할 차세대 전지 개발에 주력하고 있다. 차세대 전지 개발의 핵심은 저장 용량의 증대, 충전 수명 연장, 소형화, 그리고 안전이다. 1988년 전지 강국이었던 캐나다의 Moli Energy가 만든 리튬 2차 전지를 장착한 휴대전화가 불이 나는 사건 이후 세계 전지시장은 일본의 전자회사들이 주도하게 되었다. 삼성전자의 휴대폰도 배터리에서 불이 나서 전량 폐기하는 일이 있었을 정도로 안전성이 중요하게 대두되고 있다. 더구나 지금 세계는 자동차 시장에서 내연기관이 전기나 수소전지를 사용하는 쪽으로 대변혁이 예고되고 있다. 전기차 배터리가 전기차의 핵심 부품으로서 안전과 직결되는 부품인 만큼 개발 역시 가속화되고 있다. 글로벌 전기차 배터리 시장이 본격적으로 성장할 것이라는 전망에 따라 전기차 리튬이온 배터리를 구성하는 4대 소재인 양극재, 음극재, 전해액, 분리막과 같은 관련 부품과 소재도 주목받고 있다. 신사업으로 4대 소재를 육성해오던 국내 주요 그룹사들은 최근 투자와 인수합병, 증설을 통해 이들 소재 사업을 강화하고 있다. 주요 전지 제작 기업들은 기술 개발을 위한 글로벌 컨소시엄을 결성하고 있으며, 자동차 업계는 수소연료 전지에 주목하고 있다. 배터리 시장 평균 성장 속도가 엄청나다.
우리 학계에서도 차세대 전지에 대한 연구 성과가 매우 좋다. 우리 정부도 에너지 효율이 높은 전지 연구개발을 적극 지원하고 있다. 배터리 관련 300여개의 특허를 가지고 있는 중국의 전기차 기업 비야디(BYD)가 더 안전하면서 600㎞를 달릴 수 있는 전기차 배터리 양산을 선포했다. 현재까지는 자동차 배터리 시장에서 우리나라가 우위를 점하고 있다. 요즈음 우리나라가 여러 가지 요인으로 경제 발전이 정체상태이다. 21세기 4차 산업혁명의 신산업과 친환경에너지 개발·사용의 핵심 요소인 차세대 전지 시장을 우리나라가 계속하여 선도하기를 기대한다.
성기홍 전 김해교육장
