[주간한국 주현웅 기자] 한국에서 반도체를 뛰어넘을 산업 분야가 나올 수 있을까. 다수 전문가들은 만약 나온다면 ‘2차전지’가 주인공이 될 것으로 내다본다. 여러 글로벌 기업들이 2차전지 연구개발에 주력 중인 가운데, 투자자들 관심이 갈수록 커가는 것도 그래서다. 최근 2차전지 분야에서 가장 뜨거운 관심을 받고 있는 곳은 삼성SDI다. 아직 세계 시장 점유율이 높지는 않지만, 세계적 기업들과의 시너지 발휘가 활발한 데다 현대차와의 콜라보 전망 등도 더해지면서다. 다가올 사물배터리(Battery of Things, BoT) 시대에 삼성SDI의 역할을 기대하는 시선이 많아지고 있다. ‘포스트 반도체’로 불리는 2차전지

“미래 에너지 산업에서는 교통수단과 저장장치의 경계가 허물어질 텐데 이를 가능케 하는 것이 곧 배터리다.”

'에너지혁명2030'의 저자 토니 세바 미국 스탠퍼드대학교 교수는 지난 2015년 12월 15일 삼성SDI 천안사업장을 방문해서 이렇게 말했다. 그는 2030년 이내로 전기차가 주도할 에너지 혁명의 모습을 예측해 세계적 관심을 불러일으킨 학자다. 세바 교수는 당시 "삼성SDI의 체계적인 품질관리가 인상 깊었으며, 배터리 시장 리더의 저력을 느낄 수 있었다"고 말했다.

세바 교수의 말은 5년이 지난 현재까지도 유효한 모습이다. 기존 BMW와 폴크스바겐, 아우디, 재규어랜드로버, 피아트크라이슬러에 더해 최근에는 현대차도 삼성SDI에 손을 내밀었다. 재계에선 정의선 현대차 수석부회장이 일찍이 삼성SDI가 확보한 전기차 배터리 기술에 커다란 관심을 보여 왔다고 전해진다.

전기차 배터리 등 2차전지는 ‘포스트 반도체’란 평가를 받는다. 시장조사업체 IHS마킷 등에 따르면 미래차 배터리 시장의 경우 향후에도 지속 성장을 이뤄 2025년 1600억 달러(182조 원)까지 커질 전망이다. 지난 2017년 규모가 330억 달러(약 37조 원)였으므로 연 평균 25%가량 성장이 예상되는 셈이다.

흥미로운 대목은 삼성SDI가 아직은 업계에서 눈에 띄는 실적을 내지 못하고 있다는 점이다. 시장조사업체 SNE리서치에 따르면 작년 세계 전기차 배터리 점유율은 중국 CATL(27.9%), 일본 파나소닉(24.1%), 한국 LG화학(10.5%), 중국 BYD(9.5%), 한국 삼성SDI(3.6%) 순이다. 가까스로 톱5에 진입한 삼성SDI에 왜 글로벌 자동차 업체들이 시선을 두고 있을까.

기술적 난제 풀었다

차세대 ‘전고체전지’ 혁신기술 때문이란 분석이 지배적이다. 앞서 삼성전자 종합기술원은 지난 3월 ‘전고체전지’의 수명과 안전성을 높이고, 동시에 크기도 반으로 줄일 수 있는 원천기술을 세계적인 학술지 ‘네이처 에너지’에 게재했다고 밝혔다. 상용화까지는 갈 길이 남았지만, 이 기술은 오늘날 이차전지 업체들이 겪고 있는 난제를 해결할 단초로 꼽힌다.

업계에 따르면 일반적으로 전고체전지에는 배터리 음극 소재로 ‘리튬금속(Li-metal)’이 사용되고 있다. 하지만 리튬금속은 전고체전지의 수명과 안전성을 낮추는 ‘덴드라이트’ 문제를 해결해야 한다. 덴드라이트는 배터리 충전 시 리튬이 움직이다가 적체되며 나타나는 결정체라고 한다. 쉽게 말해 이 결정체는 배터리의 분리막을 훼손하고 수명과 안전성이 낮춘다.

삼성은 덴드라이트 문제를 해결하기 위해 전고체전지 음극에 5마이크로미터(100만분의 1미터) 두께의 은-탄소 나노입자 복합층을 적용한 ‘석출형 리튬음극 기술’을 세계 최초로 적용한 것이다. 이로써 배터리의 안전성과 수명을 증가시키고 에너지밀도도 높여 리튬-이온전지 대비 크기를 절반 수준으로 줄일 수 있게 됐다.

기술력 자체도 앞섰지만 또 다른 포인트는 ‘속도’다. 해당 기술이 일반화하면 단 한 번의 충전으로 800km를 달리고, 1000회 이상 배터리 재충전이 가능하다. 그런데 작년 9월 삼성SDI는 독일서 열린 '2019 프랑크푸르트 모터쇼'에서 1회 충전으로 600~700km 주행 가능한 제품을 혁신기술로 소개한 바 있다. 불과 6개월 만에 연달아 세계무대에 혁신기술을 선보인 것이다.

압도적인 R&D 파워 성과

단기간에 이 같은 성과를 낼 수 있었던 것은 연구개발(R&D)에 특히 매진했기 때문이다. 지난 3년간 삼성SDI의 매출액 대비 R&D 투자비용은 압도적이다. 2017년 R&D 비용은 약 5300억원(매출액의 8.32%), 2018년 6048억원(6.6%), 2019년 7126억원(7.1%) 수준이다. 국내 500대 기업의 매출액 대비 R&D 평균 비중은 2%대다.

이처럼 삼성SDI가 장기적 관점에서 사업에 접근 중인 데에는 이유가 있다. 미래산업 구조상 전기차 배터리 등 2차전지는 선택이 아닌 필수인 까닭에서다. 글로벌 연비규제 강화, 신재생에너지 생산량이 증대되는 현실에서 수천 번 반복 사용이 가능한 2차전지를 사실상 안 쓸 수가 없다. 현재 IT기기, 친환경차 등의 분야에서는 이미 필수 부품으로 활용 중이다.

ESS용 2차전지 시장 등에선 이미 입지를 다져놓은 삼성SDI다. 산업은행 조사에 따르면 ESS용 2차전지 시장에서 삼성SDI 점유율은 2016년 10.8%에서 작년 30%를 넘어선 것으로 알려졌다. IT분야에서도 삼성전자 폴더블 스마트폰의 핵심 소재인 ‘플렉서블 광학용 투명점착필름’ 등이 삼성SDI의 기술이다.

삼성SDI는 내년도 새로운 전기차 배터리 출시 계획을 앞두고 있다. 삼성SDI 관계자는 “현재 대비 주행거리를 대폭 향상시킬 수 있는 5세대 전기차 배터리를 내년부터 양산할 예정”이라며 “전고체전지의 경우 본격 양산까지는 시일이 걸리겠지만, 현재 6~8%에 이르는 R&D 규모도 꾸준히 유지시킴으로써 차세대 기술을 선도해 나갈 수 있도록 지속 노력하겠다”고 말했다.

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