[SPECIAL FEATURE]_‘녹색 시대의 총아, 2차전지’-上 모바일 기기 부상 2차전지 시장 ‘Hot’ 모바일 기기를 주요 시장으로 하는 2차전지의 시장 규모는 2010년에 13조 원대에 달했고, 앞으로 10년간 10배 이상의 성장이 예상된다. 기존 모바일 기기용 전지 시장의 성장은 둔화되겠지만, 전기자동차와 에너지 저장 시스템 부문의 급격한 수요 확대가 전체 시장 성장을 견인할 전망이다. 매력적인 시장 전망 때문에 기존 전지 기업 외에도 다수의 글로벌 기업들이 앞다투어 전지 시장에 진입하고 있다. 기존 전지 기업은 사업 참여 경험을 기반으로 새로운 시장의 주도권을 잡으려 하고, 신규 진입 기업들은 새로운 전지 솔루션을 통해 시장의 틀을 바꾸려는 움직임이 거세지고 있다.현재 시장에서는 2차전지의 한계로 지적되던 에너지 밀도 상승의 한계, 안전성에 대한 불안감이 가중되면서 높은 원가 부담을 혁신하기 위한 수많은 전지 솔루션들이 대거 쏟아져 나오고 있다.특히 10배 이상의 에너지 밀도 상승이 가능한 금속공기전지, 완벽한 안전성을 지향하는 전고체 전지, 대용량 에너지의 저장에 적합한 차세대 나트륨계열 전지, 풍부한 마그네슘 자원을 활용한 마그네슘 전지 등이 현재 대표적인 차세대 전지로 떠오르고 있다.새로운 전지 솔루션이 시장에 안착하기 위해서는 오랜 기간의 시행착오가 필요하겠지만, 시장의 절실한 요구와 기업들의 경쟁적인 연구 개발 투자에 힘입어 예상보다 빠르게 등장할 가능성도 크다. LG경제연구원 신장환 책임연구원은 최근 보고서를 통해 “차세대 전지의 등장은 결과적으로 전지 산업의 위상을 크게 변화시킬 것”이라며 “지금까지의 2차전지 산업이 모바일 기기를 움직이는 에너지원으로서 소규모 산업의 지위에 머물렀다면, 미래의 2차전지는 녹색 시대의 중추 산업으로, 친환경 에너지 산업의 성패를 좌우하는 대형 산업으로 거듭날 것”이라고 에견했다. 최근 리튬이온전지 산업에서 한국 기업이 선전하고 있다. 한국 전지 기업의 차별적 강점은 공정 혁신을 통한 효율적 생산, 규모의 경제에 의한 원가 경쟁력이다. 그러나 지속 성장을 가능하게 해주는 기초 소재 기술이나 차세대 전지 개발 역량은 많이 부족한 상황이다. 힘겹게 획득한 소형 2차전지 시장의 주도권을 발판으로 소재 기술 혁신을 통한 차세대 전지 개발과 생산성 혁신을 위한 공정 기술 간의 균형을 맞추는 것에 대한 고민이 시급하다는 주장이다.“전기자동차의 짧은 주행 거리와 높은 가격에 대한 불만을 해결할 수 있는 2세대 전기자동차가 이미 GM 연구진에 의해 설계가 진행 중이다. 2015년이 되면 지금보다 2배 이상의 주행 성능을 가지면서 가격은 획기적으로 낮은 2세대 전기자동차가 출시될 예정이다. 2차전지 기업들의 분발을 요청한다.” ‘스마트 배터리 포럼’에서 했던 한국 GM 기술 총책임자의 말이다. 2차전지 성능의 혁신에 차세대 전기자동차의 성패가 달려 있다는 것이다. 울릉도는 대규모 발전소와 분리된 도서지역으로 신재생에너지 활용도가 우리나라에서 가장 높은 수준이다. 그러나 더는 태양광 발전이나 풍력 발전 설비를 설치할 수가 없다고 한다. 에너지 저장 시스템의 부족으로 기존 전력망에서 출력이 불안정한 신재생에너지를 더 수용할 수 없기 때문이다. 모바일 기기에 이어 전기자동차, 그리고 에너지 저장 시스템으로 시장이 빠르게 확대되면서 녹색 성장의 핵심으로 주목받는 2차전지의 성능에 대한 기대치가 급격히 상승하고 있다. 하지만, 2차전지의 혁신 속도는 시장의 기대에 크게 미치지 못하고 있는 실정이다. 2차전지 기술혁신에 관심 집중 지난해 7월, LG화학의 미국 현지 생산 법인 기공식에 오바마 미국 대통령이 이례적으로 참석하면서 화제가 된 적이 있었다. 실제 고용 효과는 500여 명에 불과하지만, 전기자동차 보급 성공의 열쇠를 쥐고 있는 2차전지에 대한 미국 정부의 육성 의지를 보여준 것이다. 일본도 정부가 주도하여 2020년까지 현재 전지 성능의 3배 향상을 목표로 자동차 기업, 전지 기업, 연구소 등 22개 기관이 참여하는 차세대 전지 프로젝트를 발족하였다. 몇 년 전만 하여도 휴대폰, 노트북 등 모바일 기기에 사용되며 제한된 시장에 머무르던 2차전지가 전기자동차의 본격 확대와 에너지 저장 시장의 가시적 성장에 힘입어 급속히 성장하고 있다. 전기자동차 모델인 리프를 출시한 닛산은 2016년까지 전기자동차 누적 판매량을 150만대까지 올릴 것이라며 자사 모델의 확실한 성공을 장담하고 있고, GM도 전기자동차인 볼트의 판매 호조에 따라 2012년에는 연간 생산량을 6만 대까지 증산할 계획이며, 미쓰비시의 아이미브도 2012년부터 연간 3만 대까지 생산을 늘릴 계획이다. 바야흐로 친환경 교통수단의 현실적 대안인 전기자동차 시대의 서막이 열리고 있다. 친환경 신재생에너지 산업이 세계적인 이슈로 등장하면서, 대용량 에너지 저장용 2차전지인 NaS 전지의 최근 성과도 눈부시다. 덴마크의 청정 기술 기업인 Amplex는 2010년 10월, NaS 전지의 독점적 생산 기업인 일본의 NGK와 총 40억 달러 규모의 구매 계약을 체결했다. 미국, 멕시코 등에서 늘어나는 수요에 대응하고자 앞으로 6~10년간 생산량 전부를 선점한 것이다. 캘리포니아 주 정부는 에너지 저장 시스템의 설치를 의무화하는 법안을 승인하였고, 미국의 전력 회사인 AES는 리튬이온전지를 활용한 20MW급 에너지 저장 시스템을 뉴욕에 시범 설치하여 사업화 여부를 검토하고 있다. 기술혁신 필요성 ↑미국의 유력 일간지인 USA 투데이와 여론조사 기관인 갤럽이 지난 5월에 함께 조사한 바로는 57%의 미국인들은 유가와 상관없이 전기자동차를 구매할 생각이 없다고 말했다. 특히, 소비자들은 전기자동차용 2차전지와 밀접한 관련이 있는 짧은 운행 거리, 수 시간에 달하는 충전 시간, 그리고 비싼 가격에 대해 거부감이 크다고 표현했다. 전지 기술의 발전으로 성공적인 전기자동차의 서막을 열었지만, 전기자동차의 본격 확산을 가로막는 가장 큰 장벽으로 고객들은 2차전지의 성능 한계를 지적하고 있는 것이다. 전기자동차의 원활한 보급을 위해서는 현재 리튬이온전지 수준의 6~7배 정도의 에너지 밀도가 필요하다. 지금과 같은 개선으로는 이론적으로 최대 2~3배 정도의 에너지 밀도 상승이 가능한 것이 현실이다. 고객의 기대 수준에 부응하기 위해서는 기술 혁신이 반드시 필요한 것이다. 2차전지의 성능 부족으로 인한 전력산업의 고민도 더욱 깊어지고 있다. 체르노빌 사태 이후 최악의 원전 사고인 후쿠시마 원전 사태는 주요국들이 에너지 정책을 원점에서 다시 생각하게 하는 계기가 되었다. 일본의 간 총리는 가능한 모든 주택 및 건물에 태양광 패널을 설치하는 등 신재생에너지의 적극적 육성을 통해 현재 1% 수준에 불과한 신재생에너지 비중을 2020년까지 20%까지 올릴 것이라는 거창한 계획을 발표했다. 독일도 2022년까지 원전 가동 중단을 모색하고 궁극적으로는 신재생에너지로만 전력을 생산하겠다고 한다. 자연을 활용하는 신재생에너지 중에서, 상대적으로 높은 경제성으로 주목받는 발전원은 태양광과 풍력 발전이다. 하지만, 접근성이 우수하고 고갈될 염려도 없는 태양광이나 풍력을 에너지로 전환하여 불편함 없이 사용하려면 신재생에너지를 통제하고 품질을 제어하는 에너지 저장 시스템이 반드시 필요하다. 지식경제부의 최근 연구 자료에 의하면, 에너지 저장 시스템 없이 전력망에 연계될 수 있는 신재생에너지 발전량 비율의 한계를 10~15%로 추정하고 있다. 출력 변동성을 제어할 수 있는 에너지 저장 시스템이 준비되지 않는다면 신재생에너지의 본격 확산은 어려운 상황이다. 에너지 저장용 전지에 대한 수요는 급증하고 있으나, 고객들의 문제를 해결해 줄 수 있는 제품 개발은 아직 기대에 미치지 못하는 것으로 보인다. 기업들은 납축전지, 리튬이온전지, NaS 전지, Flow 전지 등 다양한 전지솔루션을 제시했지만, 어떤 것도 만족스러운 결과를 얻지는 못했다. 신재생에너지의 확대가 시급한 유럽이나 북중미의 일부 지역에서는 완성도가 부족한 에너지 저장 솔루션을 어쩔 수 없이 사용하기도 한다. 대용량 에너지 저장에 적합하지만, 300도 이상의 고온에서만 작동할 수 있다는 운영상의 약점을 지닌 NaS 전지가 최근 급부상하고 있는 것이 대표적인 사례이다. 국내 온라인 마케팅 업체인 두리안소프트가 최근 진행한 ‘스마트폰에 대한 만족도’에 대한 설문 조사에 의하면 63%의 소비자가 가장 큰 불만으로 ‘짧은 배터리 사용 시간’을 택했다. 배터리를 완전히 충전하여도 반나절도 가지 않는 짧은 수명 때문에 정작 중요한 전화 통화를 하지 못하는 경우가 많아지면서 사용자들의 불만이 쏟아지고 있다. 이처럼 2차전지를 둘러싸고 있는 외부 환경의 변화로 차세대 전지의 성능 혁신에 대한 고객들의 기대가 절실해지고 있다. 하지만, 현재의 기술 수준으로는 고객들의 욕구를 충족하기가 불가능하기 때문에 고객의 기대 수준과의 격차는 더 벌어지고 있다. 차세대 전지에 많은 관심이 쏟아지는 이유가 여기에 있다.

[SPECIAL FEATURE]_‘녹색 시대의 총아, 2차전지’-上

모바일 기기 부상 2차전지 시장 ‘Hot’

기사입력 2011-08-31 00:01:40

[산업일보]
모바일 기기를 주요 시장으로 하는 2차전지의 시장 규모는 2010년에 13조 원대에 달했고, 앞으로 10년간 10배 이상의 성장이 예상된다. 기존 모바일 기기용 전지 시장의 성장은 둔화되겠지만, 전기자동차와 에너지 저장 시스템 부문의 급격한 수요 확대가 전체 시장 성장을 견인할 전망이다.

매력적인 시장 전망 때문에 기존 전지 기업 외에도 다수의 글로벌 기업들이 앞다투어 전지 시장에 진입하고 있다. 기존 전지 기업은 사업 참여 경험을 기반으로 새로운 시장의 주도권을 잡으려 하고, 신규 진입 기업들은 새로운 전지 솔루션을 통해 시장의 틀을 바꾸려는 움직임이 거세지고 있다.

현재 시장에서는 2차전지의 한계로 지적되던 에너지 밀도 상승의 한계, 안전성에 대한 불안감이 가중되면서 높은 원가 부담을 혁신하기 위한 수많은 전지 솔루션들이 대거 쏟아져 나오고 있다.

특히 10배 이상의 에너지 밀도 상승이 가능한 금속공기전지, 완벽한 안전성을 지향하는 전고체 전지, 대용량 에너지의 저장에 적합한 차세대 나트륨계열 전지, 풍부한 마그네슘 자원을 활용한 마그네슘 전지 등이 현재 대표적인 차세대 전지로 떠오르고 있다.

새로운 전지 솔루션이 시장에 안착하기 위해서는 오랜 기간의 시행착오가 필요하겠지만, 시장의 절실한 요구와 기업들의 경쟁적인 연구 개발 투자에 힘입어 예상보다 빠르게 등장할 가능성도 크다.

LG경제연구원 신장환 책임연구원은 최근 보고서를 통해 “차세대 전지의 등장은 결과적으로 전지 산업의 위상을 크게 변화시킬 것”이라며 “지금까지의 2차전지 산업이 모바일 기기를 움직이는 에너지원으로서 소규모 산업의 지위에 머물렀다면, 미래의 2차전지는 녹색 시대의 중추 산업으로, 친환경 에너지 산업의 성패를 좌우하는 대형 산업으로 거듭날 것”이라고 에견했다.

최근 리튬이온전지 산업에서 한국 기업이 선전하고 있다. 한국 전지 기업의 차별적 강점은 공정 혁신을 통한 효율적 생산, 규모의 경제에 의한 원가 경쟁력이다. 그러나 지속 성장을 가능하게 해주는 기초 소재 기술이나 차세대 전지 개발 역량은 많이 부족한 상황이다. 힘겹게 획득한 소형 2차전지 시장의 주도권을 발판으로 소재 기술 혁신을 통한 차세대 전지 개발과 생산성 혁신을 위한 공정 기술 간의 균형을 맞추는 것에 대한 고민이 시급하다는 주장이다.

“전기자동차의 짧은 주행 거리와 높은 가격에 대한 불만을 해결할 수 있는 2세대 전기자동차가 이미 GM 연구진에 의해 설계가 진행 중이다. 2015년이 되면 지금보다 2배 이상의 주행 성능을 가지면서 가격은 획기적으로 낮은 2세대 전기자동차가 출시될 예정이다. 2차전지 기업들의 분발을 요청한다.” ‘스마트 배터리 포럼’에서 했던 한국 GM 기술 총책임자의 말이다. 2차전지 성능의 혁신에 차세대 전기자동차의 성패가 달려 있다는 것이다.

울릉도는 대규모 발전소와 분리된 도서지역으로 신재생에너지 활용도가 우리나라에서 가장 높은 수준이다. 그러나 더는 태양광 발전이나 풍력 발전 설비를 설치할 수가 없다고 한다. 에너지 저장 시스템의 부족으로 기존 전력망에서 출력이 불안정한 신재생에너지를 더 수용할 수 없기 때문이다.
모바일 기기에 이어 전기자동차, 그리고 에너지 저장 시스템으로 시장이 빠르게 확대되면서 녹색 성장의 핵심으로 주목받는 2차전지의 성능에 대한 기대치가 급격히 상승하고 있다. 하지만, 2차전지의 혁신 속도는 시장의 기대에 크게 미치지 못하고 있는 실정이다.

2차전지 기술혁신에 관심 집중
지난해 7월, LG화학의 미국 현지 생산 법인 기공식에 오바마 미국 대통령이 이례적으로 참석하면서 화제가 된 적이 있었다. 실제 고용 효과는 500여 명에 불과하지만, 전기자동차 보급 성공의 열쇠를 쥐고 있는 2차전지에 대한 미국 정부의 육성 의지를 보여준 것이다. 일본도 정부가 주도하여 2020년까지 현재 전지 성능의 3배 향상을 목표로 자동차 기업, 전지 기업, 연구소 등 22개 기관이 참여하는 차세대 전지 프로젝트를 발족하였다.

몇 년 전만 하여도 휴대폰, 노트북 등 모바일 기기에 사용되며 제한된 시장에 머무르던 2차전지가 전기자동차의 본격 확대와 에너지 저장 시장의 가시적 성장에 힘입어 급속히 성장하고 있다.

전기자동차 모델인 리프를 출시한 닛산은 2016년까지 전기자동차 누적 판매량을 150만대까지 올릴 것이라며 자사 모델의 확실한 성공을 장담하고 있고, GM도 전기자동차인 볼트의 판매 호조에 따라 2012년에는 연간 생산량을 6만 대까지 증산할 계획이며, 미쓰비시의 아이미브도 2012년부터 연간 3만 대까지 생산을 늘릴 계획이다. 바야흐로 친환경 교통수단의 현실적 대안인 전기자동차 시대의 서막이 열리고 있다.

친환경 신재생에너지 산업이 세계적인 이슈로 등장하면서, 대용량 에너지 저장용 2차전지인 NaS 전지의 최근 성과도 눈부시다. 덴마크의 청정 기술 기업인 Amplex는 2010년 10월, NaS 전지의 독점적 생산 기업인 일본의 NGK와 총 40억 달러 규모의 구매 계약을 체결했다. 미국, 멕시코 등에서 늘어나는 수요에 대응하고자 앞으로 6~10년간 생산량 전부를 선점한 것이다. 캘리포니아 주 정부는 에너지 저장 시스템의 설치를 의무화하는 법안을 승인하였고, 미국의 전력 회사인 AES는 리튬이온전지를 활용한 20MW급 에너지 저장 시스템을 뉴욕에 시범 설치하여 사업화 여부를 검토하고 있다.

기술혁신 필요성 ↑
미국의 유력 일간지인 USA 투데이와 여론조사 기관인 갤럽이 지난 5월에 함께 조사한 바로는 57%의 미국인들은 유가와 상관없이 전기자동차를 구매할 생각이 없다고 말했다. 특히, 소비자들은 전기자동차용 2차전지와 밀접한 관련이 있는 짧은 운행 거리, 수 시간에 달하는 충전 시간, 그리고 비싼 가격에 대해 거부감이 크다고 표현했다. 전지 기술의 발전으로 성공적인 전기자동차의 서막을 열었지만, 전기자동차의 본격 확산을 가로막는 가장 큰 장벽으로 고객들은 2차전지의 성능 한계를 지적하고 있는 것이다.

전기자동차의 원활한 보급을 위해서는 현재 리튬이온전지 수준의 6~7배 정도의 에너지 밀도가 필요하다. 지금과 같은 개선으로는 이론적으로 최대 2~3배 정도의 에너지 밀도 상승이 가능한 것이 현실이다. 고객의 기대 수준에 부응하기 위해서는 기술 혁신이 반드시 필요한 것이다.

2차전지의 성능 부족으로 인한 전력산업의 고민도 더욱 깊어지고 있다. 체르노빌 사태 이후 최악의 원전 사고인 후쿠시마 원전 사태는 주요국들이 에너지 정책을 원점에서 다시 생각하게 하는 계기가 되었다. 일본의 간 총리는 가능한 모든 주택 및 건물에 태양광 패널을 설치하는 등 신재생에너지의 적극적 육성을 통해 현재 1% 수준에 불과한 신재생에너지 비중을 2020년까지 20%까지 올릴 것이라는 거창한 계획을 발표했다. 독일도 2022년까지 원전 가동 중단을 모색하고 궁극적으로는 신재생에너지로만 전력을 생산하겠다고 한다.

자연을 활용하는 신재생에너지 중에서, 상대적으로 높은 경제성으로 주목받는 발전원은 태양광과 풍력 발전이다. 하지만, 접근성이 우수하고 고갈될 염려도 없는 태양광이나 풍력을 에너지로 전환하여 불편함 없이 사용하려면 신재생에너지를 통제하고 품질을 제어하는 에너지 저장 시스템이 반드시 필요하다. 지식경제부의 최근 연구 자료에 의하면, 에너지 저장 시스템 없이 전력망에 연계될 수 있는 신재생에너지 발전량 비율의 한계를 10~15%로 추정하고 있다. 출력 변동성을 제어할 수 있는 에너지 저장 시스템이 준비되지 않는다면 신재생에너지의 본격 확산은 어려운 상황이다.

에너지 저장용 전지에 대한 수요는 급증하고 있으나, 고객들의 문제를 해결해 줄 수 있는 제품 개발은 아직 기대에 미치지 못하는 것으로 보인다. 기업들은 납축전지, 리튬이온전지, NaS 전지, Flow 전지 등 다양한 전지솔루션을 제시했지만, 어떤 것도 만족스러운 결과를 얻지는 못했다. 신재생에너지의 확대가 시급한 유럽이나 북중미의 일부 지역에서는 완성도가 부족한 에너지 저장 솔루션을 어쩔 수 없이 사용하기도 한다. 대용량 에너지 저장에 적합하지만, 300도 이상의 고온에서만 작동할 수 있다는 운영상의 약점을 지닌 NaS 전지가 최근 급부상하고 있는 것이 대표적인 사례이다.

국내 온라인 마케팅 업체인 두리안소프트가 최근 진행한 ‘스마트폰에 대한 만족도’에 대한 설문 조사에 의하면 63%의 소비자가 가장 큰 불만으로 ‘짧은 배터리 사용 시간’을 택했다. 배터리를 완전히 충전하여도 반나절도 가지 않는 짧은 수명 때문에 정작 중요한 전화 통화를 하지 못하는 경우가 많아지면서 사용자들의 불만이 쏟아지고 있다.

이처럼 2차전지를 둘러싸고 있는 외부 환경의 변화로 차세대 전지의 성능 혁신에 대한 고객들의 기대가 절실해지고 있다. 하지만, 현재의 기술 수준으로는 고객들의 욕구를 충족하기가 불가능하기 때문에 고객의 기대 수준과의 격차는 더 벌어지고 있다. 차세대 전지에 많은 관심이 쏟아지는 이유가 여기에 있다.