기는 놈, 뛰는 놈, 나는 놈 모두 있다 한국 배터리 '육·해·공 상륙작전'

리튬이온배터리의 영토확장
LG 화학·삼성 SDI 가 주도

작고, 가볍고, 에너지 효율 좋아
삼성 SDI , 잠수함 장보고Ⅲ 탑재
NASA 우주복엔 LG 화학 제품

드론·전기자전거에도 활용
한계극복 위해 'R&D 삼매경'

[ 고재연 기자 ]
국내 배터리업계의 사업 영역이 빠르게 확대되고 있다. 육·해·공(陸海空)을 가리지 않는다. 스마트폰, 노트북 PC 등 정보기술( IT ) 기기에서 주로 사용되던 리튬이온배터리는 전기자전거, 전기차 등은 물론 잠수함, 우주복까지 적용 범위가 넓어졌다. 오랜 연구개발로 경제성과 안전성이 확보되면서 납축전지, 은아연배터리 등의 자리를 속속 대체하고 있다.

○리튬이온배터리가 뭐길래

리튬이온배터리는 충전해서 사용할 수 있는 2차전지의 대표주자다. 작고 가벼운 데다 에너지 밀도도 높아 가장 효율적인 배터리로 꼽힌다. 지금은 세계 2차전지 시장의 약 80%를 차지하지만, 1990년대만 해도 주요 전자기기에는 니켈카드뮴배터리가 들어갔다. 그러다 휴대폰, 노트북 PC 등이 등장하면서 ‘경량화’가 전자업계의 주된 과제로 떠올랐다. 리튬이온배터리에 관심이 높아진 이유다. 1999년 LG 화학이 리튬이온배터리 기술을 들여와 상용화하는 데 성공했다. LG 화학 삼성 SDI 등이 리튬이온배터리에 집중하면서 일본 기업 위주였던 배터리 시장이 재편됐다.

수많은 IT 기기의 무게를 줄여주며 ‘승승장구’하던 리튬이온배터리에도 한계는 있었다. 양극 물질로 쓰는 니켈, 코발트, 망간 등이 비싸기 때문에 대형화가 어려웠던 것. 기술 개발 과정에서 경제성을 확보하자 대형화가 가능해졌다. 여기에 안전성까지 더해지면서 그 활용 범위가 대폭 늘어났다.

○잠수함, 우주복에도 적용

대형 배터리는 선박과 잠수함에도 사용된다. 지난달 23일 방위사업청은 한국이 독자 개발한 3000t급 대형 잠수함 ‘장보고Ⅲ’에 삼성 SDI 의 리튬이온배터리를 적용하겠다고 발표했다. 잠수함에서 납축전지를 대신해 에너지저장장치( ESS ) 역할을 한다. 강한 출력이 필요할 때는 엔진을 사용하지만 일상적인 활동은 리튬이온배터리 에너지만으로도 가능하다는 점에서 하이브리드 자동차와 비슷하다. LG 화학은 2015년 노르웨이 조선사인 아이데스빅이 건조한 세계 최초 친환경 하이브리드 선박 ‘바이킹 퀸호’에 리튬이온배터리를 공급했다.

소형 배터리는 우주에도 진출했다. LG 화학은 지난해 하반기부터 미국항공우주국( NASA )의 우주복에 리튬이온배터리를 공급하고 있다. 항공, 우주 분야에서는 주로 은아연배터리를 사용했는데, 수명이 짧고 가격이 비싸 배터리 종류를 교체하게 됐다. LG 화학 관계자는 “우주복에는 우주 비행사의 생명 보존을 위한 산소 공급 장비, 통신장비, 방사능 측정기 등 다양한 기기가 들어 있다”며 “국내 배터리가 최첨단 장비의 심장 역할을 하고 있는 것”이라고 설명했다.

○폭발 우려 막아라

리튬이온배터리의 가장 큰 약점은 폭발에 상대적으로 취약하다는 것이다. LG 화학 배터리는 안전성강화분리막( SRS ) 기술로 이런 우려를 차단했다. 양극과 음극 사이에 있는 분리막 원단에 세라믹을 코팅해 열이나 충격에 견디는 내성을 높였다. 얇은 분리막이 훼손돼 음극과 양극이 만나 배터리가 폭발하는 사고를 막기 위해서다. NASA 가 자체 개발한 안전성 검증 실험을 통과할 수 있었던 이유다. 물에 접촉할 경우 폭발할 가능성이 있어 해상에서의 활용도 어려웠다. LG 화학은 유럽 니덱 ASI 와 협력해 방수와 방염, 방진 기술을 확보했다.

고재연 기자 yeon @ hankyung . com