[전고체] "휴머노이드엔 전고체 배터리"…소재개발 나선 포스코퓨처엠

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전기차/ESS 외 고객산업 다양화에 대비하여 포스코퓨처엠은 전고체 배터리 소재 개발에 몰두하고 있다. 기술력과 밸류체인을 통한 소재 조달력이 경쟁력.
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출처 : 매일경제 (2026.1.12.)

출처 : 매일경제

'피지컬 AI' 부상에
첨단소재 R&D 착수
"2~4년 내 상용화"

포스코퓨처엠 세종 기술연구소 가보니
양극재 감싸는 기술 독보적
배터리 수명·성능 끌어올려
그룹 차원서 밸류체인 완성
규모의 경제로 원가 경쟁력
전고체 생산 기반도 뛰어나
흑연보다 저장용량 10배 큰
실리콘 음극재 개발도 속도

지난달 중순 세종시 소정면 포스코퓨처엠 기술연구소 파일럿룸. 최첨단 2차전지 소재 연구가 이뤄지는 이곳에서 연구진이 전고체 배터리용 양극재(에너지 생성 물질)를 생산하는 작업을 하며 구슬땀을 흘리고 있었다. 클린룸에 들어서자 연구진이 전자현미경으로 5만배까지 양극재를 확대해 성능 검사를 하고 있었다. 김재범 포스코퓨처엠 양극재개발그룹장은 "배터리 밀도를 높이기 위해 전극에 입자가 고르게 분포됐는지 꼼꼼히 검사하고 있다"고 말했다. 다른 연구실에선 2차전지에 에너지를 공급하는 리튬과 화학 원료(전구체)를 결합하기 위한 실험 생산라인을 풀가동 중이다.

이곳 핵심 기술은 전고체 배터리 소재 개발에 있다. 전고체 배터리는 기존 제품과 달리 액체 전해질 대신 고체 소재가 투입된 고부가가치 제품이다. 종전 배터리는 액체 전해질이 새면서 불이 날 위험이 있지만 전고체 배터리는 이러한 위험성이 작고 무게도 가벼워 미래 산업 판도를 바꿀 '꿈의 배터리'로 불린다.

향후 산업 전망은 밝다. 시장조사 업체 마케츠앤드마케츠와 솔리드스테이트배터리마켓에 따르면 글로벌 전고체 배터리 시장은 지난해 1억4800만달러에서 2030년 9억6300만달러로 5년 새 7배 가까이 급성장할 것으로 분석된다. 문제는 가격이다. 전고체 배터리 제조 비용은 종전 제품보다 3~5배 비싸다. 이 때문에 아직까지 전고체 배터리를 실제로 탑재한 전기차는 등장하지 않은 상태다.

결국 기술력과 규모의 경제를 통해 생산비용을 줄이는 게 최대 관건이다. 포스코퓨처엠은 이 분야에서 세계 최고 기술을 갖췄다. 포스코그룹 관계자는 "전고체 배터리에 투입되는 고부가가치 양극재 소재 대량생산에 가장 근접하고, 그룹 내 고체 전해질까지 조달 가능한 기업은 포스코퓨처엠이 유일하다"며 "특히 양극재 원료 물질을 설계하고 코팅하는 기술력이 타의 추종을 불허한다"고 전했다.

배터리 수명을 늘리고 용량을 키우려면 양극재 입자를 효율적으로 배열하고 전해질과 직접 닿지 않도록 꼼꼼하게 코팅 물질을 입히는 작업을 해야 한다. 포스코퓨처엠은 머리카락 굵기의 1만분의 1 두께로 균일하게 양극재를 둘러싸는 정밀 기술 능력을 확보했다. 남상철 포스코퓨처엠 양극재연구센터장은 "양극재가 조금이라도 코팅되지 않으면 고체 전지와 직접 반응해 성능이 떨어진다"며 "원자 단위만큼 얇은 두께로 빈 공간 없이 양극재를 감싸는 기술력이 관건인데 이를 모두 갖췄다"고 말했다.

규모의 경제를 이룰 수 있는 환경도 만들었다. 포스코그룹 차원에서 리튬, 니켈, 흑연 등 원료부터 최종 소재에 이르기까지 완결된 밸류체인을 구축한 것이다. 향후 전고체 배터리 시장 성장세에 맞춰서 대량생산 체제에 돌입한다는 계획이다.

포스코퓨처엠 관계자는 "지금은 고체 전해질 가격이 워낙 비싸지만 규모의 경제가 이뤄지면 단가가 급격히 떨어질 전망"이라고 설명했다.

업계에선 포스코퓨처엠이 2030년에는 전고체 배터리 소재를 본격 양산할 것으로 보고 있다.

전기차 캐즘(일시적 수요 정체)을 돌파하기 위해 먹거리 확대에도 팔을 걷어붙였다. 전기차 배터리나 에너지저장장치(ESS)에 의존하지 않고 휴머노이드 등 고부가가치 사업 개척에 나섰다. 남 센터장은 "포스코퓨처엠 소재들은 휴머노이드와 산업용 로봇 배터리용으로도 공급이 가능하다"며 "현재 연구개발(R&D)과 테스트 작업을 진행 중"이라고 전했다.

중국의 저가 공세에 대해선 아예 중국이 따라오지 못하는 기술을 확보하는 작업으로 대응하고 있다.

리튬·망간 리치(LMR) 배터리가 대표적이다. LMR 배터리는 중국이 주력 제작하는 리튬인산철(LFP) 배터리와 가격은 비슷하지만 에너지밀도가 30% 높다. 중국이 아직 진출하지 않은 분야인데 이미 기본 양산 기술을 확보했다.

실리콘을 투입한 첨단 음극재 개발에도 속도를 낸다. 흑연을 쓴 음극재보다 에너지 저장 용량이 5~10배 많고 초고속 충전이 가능하다는 강점이 있는 소재인데 비싼 가격 등이 걸림돌이 되고 있다. 포스코퓨처엠은 이를 대량으로 활용할 수 있는 기술을 개발 중이다. 포스코퓨처엠 관계자는 "연간 50t의 실리콘 음극재를 생산할 수 있는 시험 공장(데모 플랜트)을 운영하며 기술력을 끌어올리고 있다"고 말했다.

중국은 배터리 전지는 물론이고 소재 부문에서도 공세 수위를 하루가 다르게 높여가고 있다. 시장조사 업체 SNE리서치에 따르면 지난해 1~11월 세계 전기차에 투입된 양극재 적재량은 총 231만6000t으로 전년 동기 대비 36.7% 급증했다.

전기차 캐즘에도 중국 업체가 대대적으로 물량을 늘리며 적재량이 증가한 것으로 풀이된다. 다만 SNE리서치는 "올해 양극재 시장 경쟁력은 성능이나 원가를 넘어 공급망을 얼마나 투명하게 관리하고 리스크에 대응할 수 있는지까지 포함하는 방향으로 재편될 것"이라고 내다봤다.

포스코퓨처엠이 휴머노이드·로봇 시장을 겨냥해 첨단 배터리 소재를 개발한다.

12일 포스코퓨처엠에 따르면 이 회사는 최근 휴머노이드와 산업용 로봇에 투입되는 전고체 배터리 소재 연구개발(R&D)에 착수했다. 현재 개발된 소재를 대상으로 테스트를 본격화하는 단계이며, 2028~2030년께 상용화 제품에 투입한다는 목표를 세웠다. 전기차 '캐즘'(일시적 수요 정체)에 부딪혀 국내 배터리·소재 업계가 타격을 입은 가운데 신시장을 개척해 사업 활로를 찾겠다는 것이다.

전고체 배터리에는 기존 리튬이온 배터리와 달리 액체 전해질 대신 고체 소재가 투입된다. 이 때문에 전해질 누액으로 인한 발화 위험성이 낮다. 안정성이 높고 무게도 가벼워 차세대 배터리 판도를 좌우할 '게임 체인저'로도 불린다. 이 때문에 최근 전고체 배터리 기술을 놓고 선점 경쟁이 치열해졌다.

포스코퓨처엠은 향후 배터리 수요처가 휴머노이드는 물론 산업용 로봇, 드론 등으로 늘어날 것으로 보고 선제적으로 사업 포트폴리오를 늘려간다는 방침이다. 휴머노이드와 로보틱스는 올해 글로벌 산업계의 관심이 집중되는 분야다. 현대차그룹, LG전자, 두산, HL그룹 등은 최근 세계 최대 가전·정보기술(IT) 전시회인 CES 2026에서 '피지컬 인공지능(AI)' 시대를 맞아 최신 로봇 제품을 대거 선보였다.