삼성전기가 적층세라믹콘덴서(MLCC) 기술을 활용한 웨어러블용 전고체 배터리를 세계 최초로 개발하는 데 성공했다. 전고체 배터리는 기존 리튬이온배터리 대비 화재 위험이 적으며 소형화가 가능하단 점에서 차세대 배터리로 불린다. 특히 스마트 워치와 같은 웨어러블 기기에 사용될 수준으로 소형화하는 데 성공했다는 점에서, 향후 다양한 전자기기에 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

삼성전기에 따르면 해당 전고체 배터리는 산화물계 소형 전고체 배터리로 에너지 밀도는 업계서 가장 높은 수준인 200wh/ℓ 급이다. 삼성전기는 현재 시제품 평가 등 고객사 프로모션을 진행하고 있다. 회사는 2026년부터 전고체 배터리 양산에 돌입할 계획이다.

전고체 배터리는 전해질을 포함한 내부 구성 물질이 모두 고체인 배터리를 뜻한다. 배터리를 구성하는 핵심 요소는 양극재, 음극재, 분리막, 전해질이다. 기존 리튬이온배터리에는 충·방전시에 양극에서 음극 사이에 리튬이온을 전달하는 전해질로 휘발성이 강한 인화성액체가 사용된다. 반면 전고체 배터리의 전해질은 액체가 아닌 고체 형태로 구성돼 있다.

전고체 배터리는 리튬이온배터리 대비 안정성, 에너지밀도, 충전 성능을 모두 향상시킬 수 있다는 점에서 차세대 배터리로 주목받고 있다. 이 때문에 국내 배터리 3사(LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온)를 비롯해 글로벌 이차전지 제조사들은 대부분 전고체 배터리 개발과 양산에 적극적으로 투자하고 있다.

기존 리튬이온배터리에는 사용되는 전해질은 인화성액체이기에 양극과 음극의 접촉을 차단하는 분리막이 과열 등으로 손상될 경우 화재나 폭발 위험이 높다. 또 내부에 얇은 판을 말아서 제작하는 리튬이온배터리의 특성상 판이 접히는 부분에 주름 발생할 수 있고, 충전 시 내부 부피 팽창으로 여분의 추가 공간이 필요해 초소형화에는 한계가 있다.

반면 전고체 배터리에는 액체가 아닌 고체 전해질이 사용된다. 고체 전해질은 그 자체가 분리막 역할을 하기에 자체적으로 양극과 음극의 접촉을 차단할 수 있으며, 누액이나 산화 등이 일어날 가능성이 적다. 또 분리막이 필요하지 않다는 점에서 높은 에너지밀도를 확보할 수 있으며, 충전 속도와 부피 절감 효과를 얻을 수 있다.

삼성전기는 회사가 개발한 산화물계 전고체 배터리를 통해 초소형화에 성공했다고 밝혔다. 삼성전기의 주력 사업인 적층세라믹콘덴서(MLCC) 공정과 유사하게 전극과 고체전해질 재료를 얇게 인쇄해 번갈아 쌓아 올린 후 절단하기 때문에 제작 과정에서 주름이 발생하지 않는다는 설명이다.

24일 삼성전기 관계자는 "전고체 배터리는 충·방전에 필요한 전해질을 불연성 고체로 사용해 안전하고, 외부 충격에 견고하며 다양한 형태로 제작할 수 있고 초소형 크기로도 구현할 수 있다"라며 "이번에 개발한 전고체 배터리는 리튬이온배터리보다 작은 크기로도 동등 수준의 에너지 밀도를 구현한 것"이라고 설명했다.

이어 "삼성전기는 산화물계 소형 전고체 배터리를 개발하는데 MLCC의 기술 노하우를 적극 활용했으며, 산화물계 전고체 배터리 관련 다수의 특허를 확보해 사업화를 대비해 왔다"라며 "최근 3년간 40여 건의 특허를 해외에 출원했다"라고 덧붙였다.

한편 삼성전기가 개발한 전고체 배터리는 삼성전자의 갤럭시 워치, 갤럭시 링 등 웨어러블 기기에 탑재될 것으로 기대되고 있으며, 전자기기의 배터리 소형화에 활용될 가능성도 전망되고 있다. 삼성전기에 따르면 전고체 배터리는 현재 웨어러블 디바이스용으로 우선 적용해 고객사와 테스트를 진행하고 있는 단계다.