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시장 역학 

동향: 고체 전해질 소재의 발전으로 배터리 성능 및 안전성 향상

고체 전해질 시장은 소재 분야에서 급속한 발전을 거듭하며 배터리 성능과 안전성을 크게 향상시키고 있습니다. 최근 몇 년 동안 리튬 가넷 및 황화물 기반 전해질 개발은 중요한 진전을 이루었습니다. 이러한 소재는 효율적인 에너지 저장 솔루션에 필수적인 높은 이온 전도성과 안정성을 보여줍니다. 전 세계 연구 기관들은 지난 한 해 동안에만 새로운 고체 소재 관련 특허를 50건 이상 출원했습니다. 또한, 고체 전해질 혁신에 초점을 맞춘 200편 이상의 학술 논문이 발표되어 이 분야의 활발한 연구 활동을 보여주고 있습니다. 도요타와 퀀텀스케이프 같은 기업들은 소재 개발을 통해 고체 배터리의 성능과 안전성을 향상시키기 위해 연구 개발에 총 20억 달러를 투자했습니다.

고체 전해질 시장의 핵심 관심 분야는 리튬 이온 배터리 안전성을 저해하는 일반적인 문제인 덴드라이트 생성을 줄이는 것입니다. 고체 전해질은 이온 수송에 더욱 안정적인 환경을 제공함으로써 유망한 해결책을 제시합니다. 2023년에는 30건 이상의 실험실 연구에서 첨단 고체 전해질 조성물을 사용하여 덴드라이트 생성을 억제하는 데 성공했습니다. 뛰어난 전기화학적 안정성을 보이는 10가지 새로운 유형의 고체 전해질이 개발되어 안전성이 더욱 향상되었습니다. 또한, 5대 주요 자동차 제조업체가 차세대 전기 자동차(EV) 배터리에 이러한 새로운 전해질을 적용하기 위해 소재 개발업체와 협력 관계를 발표했습니다.

배터리 안전성과 성능 향상을 위한 노력은 규제 기관과 소비자 수요에 의해 주도되고 있습니다. 전 세계적으로 15개 이상의 정부 기관이 안전한 배터리 기술을 장려하는 정책을 추진하고 있는 가운데, 고체 전해질에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 2030년까지 약 1억 대의 전기차가 도로를 달릴 것으로 예상됨에 따라 첨단 배터리에 대한 수요가 더욱 증가하고 있습니다. 이러한 기술 발전에 힘입어 전 세계 고체 배터리 시장은 2027년까지 30억 달러 규모에 이를 것으로 전망됩니다. 새로운 소재들이 계속해서 등장함에 따라 에너지 저장 기술의 판도를 바꿀 것으로 기대됩니다.

주요 동향: 전기차 주행거리 연장을 위한 고에너지 밀도 솔루션에 대한 수요 증가

에너지 밀도가 높은 배터리 솔루션에 대한 수요는 전기 자동차(EV)의 주행 거리를 늘리는 것을 목표로 하는 고체 전해질 배터리 시장 혁신의 주요 동력입니다. 2024년 기준 전 세계 차량 중 EV는 1,500만 대를 차지했으며, 2030년에는 2억 대를 넘어설 것으로 예상됩니다. 지난 5년간 평균 EV 주행 거리는 배터리 기술의 발전 덕분에 50km 증가했습니다. 그러나 소비자 설문 조사에 따르면 잠재적 EV 구매자의 70%가 여전히 주행 거리 제한에 대해 우려하고 있어, 추가적인 개선의 필요성이 대두되고 있습니다.

고체 전해질은 에너지 밀도를 향상시키는 데 중요한 역할을 하여 배터리가 단위 무게당 더 많은 에너지를 저장할 수 있도록 합니다. 최근의 획기적인 발전으로 에너지 밀도가 500Wh/kg을 넘는 배터리가 개발되었는데, 이는 기존 리튬 이온 배터리의 250Wh/kg에서 크게 도약한 수치입니다. 지난 한 해 동안 25개 이상의 새로운 고체 전해질 배터리 프로토타입이 개발되었으며, 각각 더 긴 주행 ​​거리와 더 빠른 충전 시간을 약속합니다. 특히, 이 프로토타입 중 12개는 전기차에 탑재하여 실제 주행 테스트를 성공적으로 완료했으며, 고체 전해질 배터리 시장에서 향상된 효율성과 성능을 입증했습니다.

에너지 밀도가 높은 솔루션에 대한 요구는 정책적 이니셔티브와 환경 목표에 의해서도 촉진되고 있습니다. 20개국 이상이 2040년까지 내연기관 차량을 단계적으로 퇴출하겠다는 계획을 발표하면서, 제조업체들은 고성능 전기차를 개발해야 한다는 압박을 받고 있습니다. 충전소를 200억 달러를 넘어섰으며, 이는 전기차 보급 확대를 위한 강력한 의지를 보여줍니다. 그 결과, 자동차 회사들은 전고체 배터리 기술에 막대한 투자를 하고 있으며, 주요 제조업체들은 이 분야의 연구 개발에 50억 달러 이상을 투입하고 있습니다. 에너지 밀도가 높은 솔루션 개발은 주행 거리를 늘리고 지속 가능한 미래 교통으로의 전환을 가속화하는 데 핵심적인 요소입니다.

과제: 높은 생산 비용으로 인해 고체 배터리의 대규모 도입이 저해되고 있습니다

고체 배터리의 대규모 도입을 가로막는 가장 중요한 과제 중 하나는 고체 전해질 시장의 높은 생산 비용입니다. 2024년 기준으로 고체 배터리 생산 비용은 기존 리튬 이온 배터리보다 kWh당 약 100달러 더 높습니다. 이러한 비용 차이는 광범위한 상용화를 가로막는 주요 장벽입니다. 현재 배터리 시장에서 고체 배터리 기술이 차지하는 비중은 약 5%에 불과하며, 이는 제조업체들이 직면한 비용 문제를 반영합니다. 그럼에도 불구하고, 2030년까지 80억 달러 규모로 예상되는 시장 잠재력을 고려할 때, 이러한 장애물을 극복해야 할 강력한 동기가 존재합니다.

고체 배터리 제조에는 복잡한 공정과 재료가 필요하며, 이로 인해 비용이 많이 듭니다. 예를 들어, 고체 전해질 생산에는 정밀한 조건과 고순도 재료가 요구되어 비용이 증가합니다. 전 세계적으로 30개 이상의 제조 시설이 생산 규모 확대를 시도하고 있지만, 상당한 생산량을 달성한 곳은 10곳에 불과합니다. 특수 장비와 클린룸 환경의 필요성 또한 생산 비용을 높이는 요인입니다. 이에 대응하여 기업들은 비용 효율적인 제조 기술 개발을 위해 매년 20억 달러 이상을 연구 개발에 투자하고 있습니다.

고체 전해질 시장에서는 생산 비용 절감을 위한 노력이 지속적으로 이루어지고 있으며, 여러 유망한 접근 방식이 연구되고 있습니다. 자동차 회사와 배터리 제조업체 간의 협력 사업을 통해 비용 절감을 목표로 하는 15개 이상의 시범 프로젝트가 진행되었습니다. 또한 자동화 및 소재 합성 기술의 발전으로 향후 5년 내에 비용이 20% 절감될 것으로 예상됩니다. 정부는 이러한 사업을 지원하기 위해 총 10억 달러의 보조금을 배정했습니다. 그러나 경쟁력 있는 가격을 확보하는 것은 여전히 ​​어려운 과제이며, 지속적인 혁신과 투자가 필요합니다. 업계가 이러한 난관을 극복해 나가는 가운데, 고체 배터리가 에너지 저장 분야에 혁명을 일으킬 잠재력이 크게 기대됩니다.

부분 분석 

유형별 

고체 고분자 전해질은 63% 이상의 시장 점유율을 차지하며 고체 전해질 시장에서 가장 주목받는 유형으로 부상했습니다. 이러한 지배력은 현대 에너지 저장 솔루션의 진화하는 요구에 부응하는 독특한 특성 조합에 기인합니다. 특히 상온에서 높은 이온 전도도를 갖는다는 점이 중요한 장점이며, 이는 유연하고 웨어러블한 전자 기기에 적용하기에 적합합니다. 2023년 전 세계 고체 고분자 전해질 생산량은 4,500톤에 달했는데, 이는 전기 자동차 부문의 수요 증가에 힘입은 결과입니다. 전기 자동차에서는 이러한 고분자가 리튬 이온 배터리에 사용되어 안전성과 에너지 밀도를 향상시키고 있습니다. 고체 고분자 전해질의 유연성은 혁신적인 형태의 배터리 개발을 가능하게 하며, 이는 소비자 전자 제품에 필수적인 요소입니다. 또한, 누출 및 열 폭주 위험을 줄여주는 고체 고분자의 고유한 안전성 덕분에 2023년 한 해에만 100만 대 이상의 전기 자동차에 적용되었습니다. 주목할 만한 점은 고체 고분자 전해질의 생산 비용이 지난 5년간 15% 감소하여 대량 생산이 더욱 용이해졌다는 것입니다.

반면, 세라믹 전해질은 높은 이온 전도성과 열 안정성을 제공하지만, 취성이 강하고 제조 공정이 복잡하다는 단점이 있습니다. 이로 인해 기계적 유연성이 요구되고 기존 제조 라인에 쉽게 통합할 수 있는 용도에는 고체 폴리머 전해질이 선호되는 경향이 있습니다. 2023년에는 배터리 제조업체의 60%가 취급 용이성을 주요 요인으로 꼽으며 세라믹보다 고체 폴리머 전해질을 선호한다고 보고되었습니다. 또한, 지난 한 해 동안 신재생 에너지 저장 시스템에 설치되는 고체 폴리머 기반 배터리의 용량이 200메가와트 증가했습니다. 고체 폴리머는 가벼운 특성 덕분에 휴대용 전원 솔루션에 이상적이며, 2023년에 출시된 30만 대 이상의 휴대용 전자 기기에 사용된 것이 이를 보여줍니다. 올해 연구 투자액이 12억 달러에 달하는 등 고체 폴리머 기술이 지속적으로 발전함에 따라, 더욱 안전하고 효율적이며 다용도의 에너지 저장 솔루션에 대한 소비자 수요 증가에 힘입어 고체 전해질 시장에서의 지배력이 더욱 커질 것으로 예상됩니다.

애플리케이션 별 

적용 분야별로 살펴보면, 전기차 배터리 부문이 고체 전해질 배터리 시장의 58% 이상을 차지하며 시장을 주도하고 있습니다. 고체 전해질 배터리는 우수한 에너지 밀도와 안전성 덕분에 전기차(EV)에서 박막 배터리보다 선호도가 높아지고 있습니다. 고체 전해질을 사용하는 전고체 배터리는 기존 리튬 이온 배터리보다 에너지 밀도가 높아 장거리 주행이 필요한 전기차에 이상적입니다. 또한, 액체 전해질에서 발생하는 누액 및 인화성 위험을 제거하여 전기차 배터리의 안전성을 향상시킵니다. 이러한 장점에도 불구하고, 전고체 배터리의 높은 가격은 그동안 보급을 가로막는 장벽이었습니다. 하지만 도요타가 이데미츠 코산과 협력하여 2028년까지 전고체 배터리를 생산하는 등 최근의 발전은 이러한 비용 문제를 극복하려는 움직임을 보여주고 있습니다. 2023년 기준으로 전 세계 50개 이상의 기업이 전고체 배터리 기술 연구 개발에 적극적으로 참여하고 있어, 업계의 높은 관심을 나타내고 있습니다.

2023년까지 전기차는 정부 규제와 기술 발전에 힘입어 고체 전해질 시장에서 전체 차량 판매량의 상당 부분을 차지할 것으로 예상됩니다. 중국에서만 2023년에 700만 대 이상의 전기차가 판매되었으며, 지속적인 성장이 전망됩니다. 이러한 성장은 특히 아시아 태평양 지역에서 두드러지며, 중국과 인도가 고체 전해질 수요를 주도하고 있습니다. 인도 정부는 2030년까지 전체 차량의 30%를 전기차로 전환하겠다는 계획을 발표하여 수요 증가를 더욱 촉진하고 있습니다. 팩토리얼 에너지(Factorial Energy)와 같은 기업들은 이러한 수요에 대응하여 새로운 생산 시설을 설립하고 메르세데스-벤츠와 같은 자동차 파트너사에 수천 개의 고체 전해질 배터리 셀을 공급하고 있습니다. 팩토리얼 에너지는 지난 2년간 생산 시설에 2억 달러 이상을 투자했습니다. 전기차로의 전환은 희소 금속 사용을 줄이고 재활용 노력을 강화해야 할 필요성 또한 뒷받침하고 있으며, 이는 고체 전해질 배터리 기술에 대한 수요를 더욱 증가시키고 있습니다.

2023년 기준으로 이러한 기술 발전 덕분에 고체 배터리의 평균 가격은 3년 전 대비 30% 하락했습니다. 자동차 산업이 배터리 기술을 지속적으로 중시함에 따라 고체 배터리는 자동차를 넘어 기차, 비행기, 트럭까지 전동화하는 데 핵심적인 역할을 할 것으로 예상됩니다. 연구진은 1만 회 이상의 충전 사이클을 견딜 수 있는 고체 배터리를 개발하여 수명을 크게 향상시켰습니다. 

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지역분석 

북미는 탄탄한 기술 인프라와 연구 개발에 대한 상당한 투자를 바탕으로 고체 전해질 시장의 주요 생산 및 소비처로서 37%의 매출 점유율을 차지하고 있습니다. 2023년 기준, 미국에는 배터리 혁신에 주력하는 50개 이상의 연구 개발 시설이 활발히 운영되고 있으며, 이는 고체 전해질 기술 발전에 크게 기여하고 있습니다. 이 지역의 고체 전해질 시장은 주요 자동차 제조업체들의 존재로 더욱 강화되고 있는데, 특히 테슬라는 최첨단 배터리 기술을 적용한 전기차를 연간 100만 대 이상 생산하고 있습니다. 테슬라 외에도 포드와 제너럴 모터스(GM)와 같은 기업들도 전기차 배터리 연구에 수십억 달러를 투자하고 있습니다. 또한, 북미에는 에너지 저장 연구를 수행하는 100개 이상의 학술 기관이 있어 해당 산업 분야에서의 입지를 더욱 공고히 하고 있습니다. 고체 전해질에 대한 수요는 소비자 가전 시장의 성장에 힘입어 증가하고 있으며, 이 지역에서는 연간 2억 대 이상의 스마트폰이 판매되고 있어 고성능 배터리에 대한 수요가 높습니다. 300개 이상의 태양광 및 풍력 발전소를 포함하는 신재생 에너지 부문 역시 효율적인 에너지 저장 솔루션에 의존하고 있습니다. 또한 북미 지역에서는 청정에너지를 촉진하고 고체 전해질 배터리 도입을 장려하기 위해 20개 이상의 정부 지원 사업을 추진하고 있습니다. 휴대용 의료기기와 같은 의료 장비 분야에서도 고체 전해질 배터리의 활용도가 높아지고 있으며, 연간 50만 대 이상이 판매되고 있습니다. 이러한 추세는 배터리 기술의 발전과 연구 활동 증가에 힘입어 2025년까지 30개 이상의 새로운 생산 시설이 설립될 것으로 예상되며, 시장은 지속적인 성장세를 보일 것으로 전망됩니다.

유럽은 지속가능성에 대한 강한 의지와 엄격한 환경 규제 덕분에 고체 전해질 시장 수요를 주도할 수 있는 유리한 위치에 있습니다. 2023년 독일은 연간 수십만 개의 고체 전해질 배터리를 생산할 수 있는 15개의 새로운 배터리 제조 시설을 설립하며 유럽 대륙을 선도했습니다. 프랑스도 그 뒤를 이어 배터리 기술에 20억 유로 이상을 투자한다고 발표했습니다. 유럽연합의 재생에너지 지원 정책으로 1,000개 이상의 새로운 풍력 터빈이 설치되었으며, 이 중 상당수는 고체 전해질 기반 에너지 저장 솔루션을 활용하고 있습니다. 유럽 자동차 부문에서는 300만 대의 전기 자동차가 생산되었으며, 이는 고체 전해질을 포함한 첨단 배터리 기술을 필요로 합니다. 또한, 유럽 지역에는 기업, 대학, 연구 기관이 참여하는 50개 이상의 배터리 혁신 협력 프로젝트가 활발히 진행되고 있습니다. 

소비자 가전 부문에서 유럽의 고체 전해질 배터리 시장은 매년 1억 대 이상의 노트북과 태블릿 판매를 담당하며, 효율적인 에너지 저장 솔루션에 대한 수요를 견인하고 있습니다. 50개 이상의 회원사로 구성된 유럽 배터리 연합(European Battery Alliance)은 배터리 시장에서 유럽 지역의 경쟁력 강화를 목표로 하고 있습니다. 유럽은 산업용 애플리케이션에 집중하면서 에너지 시스템에 고체 전해질을 적용하는 200개 이상의 제조 공장을 확장해 왔습니다. 이러한 전략적 이니셔티브를 통해 배터리 부문에서 1만 개 이상의 새로운 일자리가 창출되었으며, 이는 유럽의 기술 발전 의지를 보여줍니다.

아시아 태평양 지역은 주요 배터리 제조업체들의 존재와 빠른 산업화에 힘입어 전 세계 고체 전해질 시장에서 상당한 점유율을 차지하고 있습니다. 2023년 중국은 연간 200GWh 이상의 배터리를 생산했으며, 이 중 상당 부분이 고체 전해질을 사용하여 시장 지배력을 강화했습니다. CATL과 BYD 같은 이 지역 주요 제조업체들은 향후 몇 년 안에 생산 능력을 100GWh 더 확대할 계획을 발표했습니다. 30개 이상의 연구기관을 보유한 일본은 고체 전해질 배터리 기술 개발을 선도하며 지역 기술 발전에 크게 기여하고 있습니다. 한국의 주요 전자 기업인 삼성과 LG는 연간 7천만 개 이상의 배터리를 생산하고 있으며, 이 중 상당수가 고체 전해질을 사용하고 있습니다. 아시아 태평양 지역은 500개 이상의 배터리 부품 공급업체가 참여하는 잘 구축된 공급망을 갖추고 있습니다. 또한, 이 지역의 신재생 에너지 부문은 빠르게 성장하고 있으며, 첨단 에너지 저장 솔루션을 활용하는 태양광 발전 프로젝트가 1,500개 이상 진행되었습니다. 기술 발전으로 인해 이 지역에서는 고체 전해질 관련 특허가 1,000건 이상 출원되어 혁신적인 역량을 보여주고 있습니다. 

또한, 아시아 태평양 지역은 글로벌 기업들과의 전략적 파트너십을 통해 배터리 생산 및 혁신에 중점을 둔 20개 이상의 합작 투자를 설립하여 지역 고체 전해질 시장 성장을 촉진하고 있습니다. 이 지역의 자동차 산업은 연간 1,500만 대 이상의 전기차를 생산하고 있으며, 이는 고체 전해질을 포함한 효율적인 배터리 기술의 필요성을 증대시키고 있습니다. 배터리 제조 시설에 대한 투자가 증가함에 따라 시장은 빠르게 성장할 것으로 예상되며, 2025년까지 50개 이상의 신규 공장 건설이 계획되어 있습니다.

글로벌 고체 전해질 시장의 주요 업체

• 암페크라 주식회사.
• 브라이트볼트
• Empower Materials
• NEI 주식회사
• 솔리드 파워 주식회사.
• 삼성SDI
• ST마이크로일렉트로닉스
• TDK 글로벌
• 양자 공간
• 다른 저명한 플레이어

시장 세분화 개요:

유형별

• 세라믹
  • 산화물
  • 질화물
  • 리튬
  • 수소
  • 양극
  • 황
  • 기타
• 고체 폴리머

애플리케이션 별

• 박막 배터리
  • 재생에너지 저장 장치
  • 스마트 카드
  • 무선 주파수 식별(RFID) 태그
  • 휴대용 전자 기기
  • 제세동기
  • 심장박동기
  • 무선 센서
• 전기차 배터리

지역별

• 북아메리카
  • 미국
  • 캐나다
  • 멕시코
• 유럽
  • 서유럽
    • 영국
    • 독일
    • 프랑스
    • 스페인
    • 이탈리아
    • 서유럽의 나머지 지역
  • 동유럽
    • 폴란드
    • 러시아 제국
    • 나머지 동유럽
• 아시아 태평양
  • 중국
  • 인도
  • 일본
  • 호주 및 뉴질랜드
  • 아세안
  • 아시아 태평양 지역
• 중동 및 아프리카(MEA)
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  • 사우디아라비아
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• 남아메리카
  • 아르헨티나
  • 브라질
  • 남아메리카의 나머지 지역