일본의 도요타 자동차는 전기자동차(EV)의 성능 향상을 위해 전고체(全固体)배터리(solid-state battery)로 불리는 차세대 배터리를 2027~2028년에 실용화항 방침이라고 밝혔다고 요미우리신문이 13일 보도했다.

“전고체 배터리”란 전기차(EV)나 전자 기기용 등으로 쓰이는 리튬이온배터리와 달리 전해질에 액체가 아닌 고체를 쓰는 것이 특징이며, 고출력으로 소형화하기 쉽고 긴 주행거리, 충전시간 단축과 같은 이점이 있다. 단, 수명이 짧은 단점이 있고, 저비용으로 양산하는 기술의 개발이 과제로 남아 있다.

100% 충전시간이 매우 짧고 주행거리가 1,000km에 달하는 것으로 도요타 자체 EV에 탑재하겠다는 방침이다. 특히 EV시장에서 미국 테슬라 등이 앞서고 있는 가운데, 대대적인 반전 공세를 취하겠다는 것이다.

도요타자동차는 그동안 전고체 배터리를 202년대 초반에 실용화하고, 우선 하이브리드차(HV)에 탑재할 계획을 제시했었다. 전고체 배터리가 탑재되는 것은 5월에 신설한 EV사업의 전임 조직 “BEV 팩토리”가 다루는 차세대 EV이다.

10분 이내에 완전 충전이 가능하고, 주행거리는 기존 EV의 약 2배인 1,000km정도를 목표로 하고 있으며, 전고체 배터리가 탑재되면 추가적인 성능 향상도 기대된다.

도요타 이외에도 전고체 배터리 개발을 서두르고 있으며, 혼다는 2020년대 후반, 닛산은 2028년도 실용화 목표로 삼고 있다.

요미우리 보도에 따르면, 혼다의 미베 토시히로(三部敏宏, Mibe Toshihiro) 사장은 EV의 경쟁력 강화를 향해서, “가장 중요한 것은 배터리의 경쟁력”이라고 강조하고, 430억 엔(약 3,965억 원)을 들여 2024년 봄까지 토치기현(栃木県)내의 연구 시설에 실험용의 생산 라인을 마련한다는 방침이다.

닛산도 2024년도까지 가나가와현(神奈川県) 내 공장에 시제품 라인을 만드는데 투자액은 1400억 엔(약 1조 2,912억 원)에 이른다고 한다.

도요타는 2030년 EV의 세계 판매량을 2022년 실적의 약 140배에 해당하는 350만대로 늘릴 계획을 내세우고 있다. 이 가운데 170만대는 BEV 팩토리를 통한 차세대 EV가 차지할 전망이며, 기가캐스트(GiGaCast)로 불리는 "대형 주조 부품"을 채택하겠다고 밝혔다.

'기가캐스트‘의 장점은 부품 수 감소를 가져온다. 이를 통해 더 가벼운 자동차를 제조할 수 있으며, 경량화는 필요한 재료 사용량과 연료를 줄여 지속 가능성을 높이는 게 핵심이다. 또 경량화는 전기자동차의 잠재적 범위를 증가시켜 소비자 활용도를 높이는 열쇠이며, 이러한 부품 수 감소는 또한 차량 플랫폼 엔지니어링의 특정 측면에서 유연성을 증가 시킨다.

기가캐스팅(gigacasting)은 제조업체와 엔지니어에게 공급망과 생산에 대대적인 변화를 가져올 수 있는 기회를 제공함으로써, 자동차 제조의 근본적인 패러다임 전환을 위한 기회를 창출할 수 있으며, 차체 ​​구조에 대한 새로운 접근 방식이다. 이는 배터리 트레이(battery tray)가 통합이 필요한 새로운 핵심 부품인 EV 자동차의 배터리에 특히 중요한데, 기가캐스팅은 ​​이에 대한 핵심 솔루션을 제공할 수 있다.

그러나 기가캐스팅의 어려운 점은 “공장 및 주조 공장에 상당한 공간 문제 와 투자가 요구되는 어려움이 있으며, 기존의 판금 쉘(shell) 구조와 비교할 때 특정 시설 및 차량 모델에는 기가 캐스팅을 채택하는 것이 항상 효과적이지 않을 수 있다는 점이다.

종래에는 86개 부품을 33개 공정으로 연결하여 제조하던 차체 하부의 부품을 1번의 주조로 하나의 부품으로 만들 수 있도록 한다는 게 도요타의 방침이다. 비슷한 제조법은 테슬라도 도입하고 있어 큰 폭의 비용 절감 효과가 기대된다.

미완성 차량이 무인 자율 주행으로 공장 내 다음 공정으로 이동하는 구조도 도입해 생산에 필요한 공정을 현재에서 절반으로 줄이는 것도 목표다.

BEV 팩토리의 톱을 맡고 있는 카토 타케오(加藤武郎)는 “큰 폭의 부품 통합을 실현함으로써, 차량 개발비, 공장 투자 삭감에 공헌할 수 있다”며, “제조의 미래”라고 강조했다.

한편, 삼성SDI는 2022년 국내 최초로 파일럿 라인을 착공하며 전고체 배터리 개발의 신호탄을 쏘아 올렸다. LG에너지솔루션과 SK온 역시 전고체 배터리 개발을 위해 대학과 기업이 손잡으면서 전고체 배터리 개발전이 화끈해지고 있다.

삼성SDI는 공법과 공정을 연구하는 시설인 전고체 배터리 ‘시범생산라인(pilot line)’을 지난해 3월 14일 착공하고, 전고체 배터리 개발을 주도하고 있다. 배터리 3사 가운데 전고체 파일럿 라인을 착공한 회사는 삼성SDI가 처음이다. 삼성SDI의 양산 목표 시점은 2027년이다.