"10분 충전으로 1200㎞ 주행" 도요타, 2027년 전고체 EV 상용화

'꿈의 배터리' 탑재한 EV…주행거리 기존 2.4배 ↑
고전하던 EV 분야 두각 나타낼지 주목

일본 도요타자동차가 2027년 차세대 배터리로 꼽히는 전고체 배터리를 개발하고 이를 탑재한 전기차(EV)를 출시할 예정이다. 새 배터리는 10분 충전으로 1200㎞를 주행할 수 있고, 항속 거리는 기존 EV의 2.4배에 달할 것으로 알려졌다. 이번 신(新)구상으로 도요타가 그간 고전하던 EV 분야에서 얼마나 두각을 나타낼 수 있을지 일본 안팎으로 관심이 쏠리고 있다.

13일 니혼게이자이신문(니케이)는 도요타가 전날 시즈오카현 연구소에서 개최한 기술 설명회에서 이같은 계획을 밝혔다고 보도했다. 도요타는 전고체 배터리의 내구성 문제를 극복했다며 구체적인 상용화 시기를 2027~2028년으로 잡았다. 최고기술경영자(CTO)를 맡고 있는 나카지마 히로키 부사장은 "좋은 소재를 찾았다. 세상에 뒤떨어지지 않고 반드시 실용화하겠다"고 강조했다.

도요타의 전고체 배터리.(사진출처=NHK)

도요타가 개발에 나선 전고체 배터리는 이른바 '꿈의 배터리'로 불린다. 일반적으로 들어가는 리튬이온 배터리는 양극, 음극, 분리막, 전해질로 구성된다. 전해질은 보통 액체 상태인데, 전고체 배터리는 이것을 고체로 만든 것이다. 이 때문에 전고체 배터리는 리튬 배터리보다 외부 충격에 의한 누액 등의 발생 가능성이 적어 안전하다는 것이 장점으로 꼽힌다. 여기에 충전 시간이 짧고 항속 거리도 대폭 늘릴 수 있다.

이를 위해서는 고체 전해질과 고체 전극을 밀착시켜 떨어지지 않도록 하는 기술이 필요하다. 충·방전에 의해 전극이 팽창과 축소를 반복하면 전해질과 전극이 떨어져 버려 사용할 수 없기 때문이다. 지금까지는 충·방전이 수십에서 수백 회밖에 되지 않아 상용화 단계로 나아가지 못한 상태였다. 상용화를 위해서는 수천회의 충·방전이 가능해야 한다.

도요타는 이 문제를 극복한 뒤 향후에는 10분 이하의 충전 시간으로 1500㎞까지도 달릴 수 있는 배터리를 양산하는 것을 목표하고 있다. 이를 위해 전고체 배터리 연구 개발에 앞서 1000개 이상의 관련 특허를 취득했고, 2020년 여름에는 세계 최초로 전고체 배터리 탑재 차량으로 번호판을 획득하고 시험 주행을 했다.

업계에서는 도요타가 이번 구상으로 EV 시장의 선두로 올라설 수 있을지를 주목하고 있다. 도요타는 그간 EV 분야에서는 두각을 나타내지 못한다는 평가를 받아왔다. 지난해 세계 시장에서 판매한 도요타의 EV는 2만4000대에 불과하다.

그러나 최근에는 EV 시장 진출에 박차를 가하고 있다. 도요타는 지난 1일에는 인플레이션 감축법(IRA) 보조금을 발판 삼아 2025년 미국에서 신형 3열 시트 스포츠유틸리티(SUV) EV 차량 생산을 시작할 예정이라고 발표하기도 했다. 도요타는 EV 생산량을 2026년까지 연간 150만 대, 2030년에는 350만대로 늘릴 계획이다.

또한 전고체 배터리와 별도로 기존 액화 리튬이온 배터리의 성능도 끌어올려 2026년에 신제품을 출시할 예정이다. 이 배터리는 20분 충전으로 약 1000㎞를 주행하는 것을 목표로 한다. 니케이는 "2030년에는 다양한 배터리를 탑재한 차종을 폭넓게 구비할 수 있게 될 것"이라고 전했다.

도요타뿐만 아니라 다른 자동차 업체도 속속들이 전고체 배터리 시장에 뛰어드는 추세다. 일본 닛산자동차도 2028년까지 전고체 배터리를 탑재한 EV를 출시할 계획이며, 2024년까지 요코하마 공장에 시제품 생산라인을 설치해 재료와 설계, 제조 공정 검증에 들어간다. 독일 BMW는 2025년까지 전고체 배터리를 탑재한 실증 차량을 공개하고 2030년에는 양산할 계획이다.

이처럼 EV로의 전환이 전 세계 자동차 시장의 추세가 된 가운데 조사업체 후지경제는 전고체 배터리 시장 규모는 2040년에 3조8605억엔(35조6050억원)까지 확대될 것이라고 전망했다.

각 사는 먼저 제조 비용을 낮추는 양산 공법 개발에 힘을 쏟을 것으로 보인다. 일본 과학기술진흥기구에 따르면 전고체 배터리의 제조 비용은 kWh(킬로와트시) 당 6만~35만엔(55만~322만원)으로 기존 리튬이온전지(1만4000엔·12만9000원)에 비해 최소 4배에서 최대 25배 비싸다.

이는 결국 가격 경쟁력과 직결되는 부분이다. 일본 산업기술종합연구소의 고바야시 히로노리 총괄연구주임은 "상용화 초기에는 전고체 배터리가 고급 차 등 일부 차종만 탑재될 가능성이 높다"고 분석했다.

전진영 기자 jintonic@asiae.co.kr