창간 36주년 기념 Special 세라믹스 현황과 미래 전망(2)

이차전지시장 캐즘(Chasm)...우리가 할 일은? 

이상민_포항공과대학교 신소재공학과 교수 

들어가며

전기차 시장의 성장은 지난 몇 년간 눈부신 속도로 진행되어 왔다. 하지만 이러한 성장 과정에서 전기차 시장이 직면한 주요 장벽 중 하나는 “캐즘(Chasm)”이다. 캐즘은 제품이 초기 시장에서 대중 시장으로 넘어가는 과정에서 겪는 어려움을 의미하는 마케팅 용어로, 제프리 무어의 이론에서 유래했다. 전기차 산업에서의 캐즘은 초기 얼리 어답터(early adapter)에서 보다 넓은 대중 시장(Early Majority)으로 전환하는 과정에서 발생하는 성장의 정체 또는 지연을 가리킨다. 

  전기차 캐즘에는 다양한 원인이 제시되고 있다. 첫째, 인프라 부족에 있다. 전기차 충전 인프라 부족은 대중으로 하여금 전기차 구매를 주저하게 만드는 주요 요인 중 하나로서 충분한 충전소의 확보 없이는 전기차의 편의성과 실용성이 크게 떨어진다. 둘째, 높은 초기 비용이다. 전기차의 초기 구매 비용이 전통적인 내연기관차에 비하여 상대적으로 높다. 비록 운영 비용은 낮은 편이지만 높은 구매 비용은 많은 소비자에게 진입 장벽이 된다. 셋째, 전기차에 대한 소비자의 인식과 지식의 부족이다. 전기차에 대한 오해와 정보 부족은 소비자들이 전기차 구매를 망설이게 하는 요인이 된다. 예를 들자면 주행거리에 대한 불안감이나 차량의 내구성에 대한 우려 때문이다. 마지막으로 기술적 한계에 있다. 초기 전기차 모델들은 제한된 주행거리, 긴 충전 시간 등의 기술적 한계를 가지고 있다. 이러한 문제들은 상당히 해소되고 있지만 여전히 대중 시장 진입의 장애물로 작용하고 있다.

이차전지 생태계의 확장

최근 이러한 캐즘 현상에 대응하기 위하여 국내 배터리 기업들은 전기차 시장 밖으로 이차전지 생태계를 확장하기 위한 투자를 확대하고 있다. 대표적으로 도심항공교통(UAM), 로봇, 방위산업(방산) 등으로 사업 영역을 확대하여 새로운 먹거리를 찾고 있는 것이다. 정부도 작년 12월 ‘2차전지 전주기 산업경쟁력 강화방안’을 주제로 연 비상경제장관회의에서 항공, 국방, 해운 등 다양한 분야에서 사용될 차세대 배터리 상용화를 추진하기로 하며 기업을 지원하기로 하였다. 

  국내 배터리 기업이 특히 눈여겨보는 건 ‘하늘을 나는 자동차’로 불리는 UAM 탑재용 배터리다. UAM 시장은 글로벌 투자은행(IB) 모건스탠리가 2040년까지 1조 달러(약 1331조원)까지 커질 것으로 전망하는 등 잠재력이 큰 모빌리티 산업으로 주목받고 있다. 정부도 내년 상용화를 목표로 오는 8월 인천 아라뱃길 상공에서 UAM 첫 실증 비행을 시작한다. 국내에서는 LG에너지솔루션과 한화에어로스페이스가 UAM에 탑재할 수 있는 특수 목적용 배터리를 공동 개발 중에 있다. UAM 배터리는 하늘을 나는 기체 특성상 개발 난도가 더 높다. 전기차 배터리보다 훨씬 가벼워야 하고, 화재 대비 안전성 기준도 더 높아야 한다. 에너지 사용량이 전기차보다 높은 만큼 배터리의 에너지 밀도(>500Wh/Kg)도 훨씬 높은 수준이 개발되어야 한다. 이러한 이유로 UAM에 적용되는 배터리는 전기차용 리튬이온 배터리가 아닌 리튬메탈 또는 리튬황 배터리처럼 리튬금속이 음극으로 사용되는 차세대 배터리가 적합한 것으로 알려져 있다.

그림 1. 현대차그룹이 서울 한강 변에 도입할 계획인 도심항공교통(UAM) 상상도. (출처 현대차그룹社)

  실제 항공사들도 단거리 소형 전기 항공기 도입 정도를 계획하고 있고, 도시와 도시를 연결하는 단거리 노선에 소형 전기 화물기를 띄우겠다는 발표를 한 정도이다. 물론 리튬 이온 배터리보다 더 높은 에너지밀도를 갖는 리튬 황과 연료전지를 사용하는 연구도 이어지고 있으며 현재 기술적으로는 중대형 항공기를 이차전지 등으로 날리는 건 가능하게 되었다. 스웨덴에서는 19인승으로 400km를 운항할 수 있는 기체가 2026년쯤 상용화될 것이라는 전망도 나오고 있다. 하지만 기술적 발전이 된다고 해도, 정부나 항공 당국의 감항인증(비행에 적합한 안전성과 신뢰성, 기술 등을 갖췄다는 인증)을 받는 것은 또 다른 숙제이기 때문이다. 그리고 이런 비행기를 과연 항공사들이 얼마나 도입할지도 의문이고 경제성의 문제도 남아있다. 최근에 이르러 기존의 화석 연료 기반 엔진과 전기 모터 등을 결합한 하이브리드 방식의 여객기가 대안으로 제시되고 있다. 하이브리드 항공기는 하이브리드 자동차와 비슷한 원리이기 때문에 친환경성을 강화한 기존 엔진으로 비행을 하되, 필요에 따라서는 전기 동력으로 모터나 비행기 유지 장치 등을 돌리는 것이다. 하이브리드 방식은 어느 정도 크기의 여객기를 멀리 또 오래 날릴 수 있을 것으로 기대되고 동시에 전기 에너지를 사용하기도 하니 탄소 배출을 크게 저감할 수도 있기 때문에 현실성 있는 대안으로 판단된다.

  이 처럼 배터리 생태계는 방위산업 영역으로도 확장 중에 있다. 대한민국 육군이 제시하고 있는 미래형 보병 전투 체계인 워리어플랫폼을 보면 야간투시경ㆍ레이저 표적지시기 등 전기로 돌리는 군사용 전자장비가 수두룩하다. 여기에 스마트폰을 기반으로 한 소부대 전투 지휘체계까지 나오면 장병이 여분의 배터리를 챙기는 것은 필수일 것이다. 

  미국 육군의 예를 들면 아프가니스탄전에서 보병이 72시간짜리 작전을 나갈 경우 보통 70개의 배터리를 챙겨갔다고 한다. 배터리는 보병 한 명의 군장(평균 36㎏)에서 무게 기준으로 약 20%(7.7㎏)를 차지할 정도로 매우 무겁다. 전기 자동차가 요즘 상용 자동차에서 대세이지만, 무기 시장에선 전기는 아직도 검토 대상이다. 아무래도 오랫동안 굴려 믿음직한 무기만 찾는 군의 특성 때문이라 그런가 보다. 그러나 새로운 움직임은 보이기 시작한다. 최근 미국의 자동차 제조사인 GM은 미 육군에 보병분대차량(ISV) 전기차를 납품했다. ISV는 공수부대나 경보병의 분대(9명)를 태우는 이동하는 차량이다. 전기차로 바꾼 ISV는 미 육군이 현재 테스트하고 있으며 결과가 좋으면 미 육군은 점차 전기차를 늘릴 방침이라고 한다. 앞으론 전기로 가는 탱크도 나올 수 있다. 미 육군의 기갑사단의 경우 하루 50만 갤런(약 190만ℓ)의 연료가 필요하다. 이를 매일 보급한다는 게, 특히 전쟁 상황에선 매우 골치 아픈 일이다. 전기 탱크는 이런 번거로움을 획기적으로 덜어 주게 된다. 또한 매연ㆍ소음ㆍ냄새가 나지 않고 열이 덜 나오기 때문에 스텔스에도 상당한 도움이 된다. 또한 최근에는 차세대 잠수함이 필수적으로 가져야 할 작전 수행의 은밀성 및 지속성을 극대화하기 위하여 기존 납축전지를 리튬이온전지로 교체하는 필요성이 대두되고 있다. 최근 한화오션과 한화에어로스페이스가 공동으로 정부로부터 수주한 3000t급 잠수함(장보고-Ⅲ Batch-Ⅱ 3번함)에는 국내 잠수함 최초로 리튬이온 배터리가 탑재될 예정이며 이는 일본에 이어 세계 두 번째로 시도되고 있다. 

그림 2. 한화오션이 건조중인 장보고III 배치-II 잠수함. (출처 한화오션社)

본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2024년 7월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.