세계 고체 전해질 시장은 예측 기간(2024-2031년) 동안 연평균 32.8%의 기하급수적인 성장을 보일 것으로 예상됩니다. 고체 전해질은 이온을 전도할 수 있는 비액체 물질로, 기존의 액체 전해질을 대체하여 배터리에 일반적으로 채택되고 있습니다. 이러한 전환은 안전성 향상, 에너지 밀도 증가, 빠른 충전, 수명 연장 등 다양한 이점을 제공합니다. 고체 전해질은 전기자동차(EV), 가전제품, 에너지 저장 시스템, 의료기기 등에 적용되어 성능과 안전 기준을 향상시키는 데 기여하고 있습니다.
고체 전해질 연구 개발 활동 확대
연구 개발 활동의 확대는 전체 고체 전해질 시장의 성장에 기여하고 있습니다. 민간 및 공공 기관의 고체 배터리 기술 발전에 대한 투자는 재료 과학의 발전을 촉진하고 고체 전해질 재료의 개선으로 이어지고 있습니다. 이러한 발전은 EV, 소비자 가전 등 다양한 분야에서 적용 범위를 넓히고, 궁극적으로 시장 경쟁력을 확보하기 위한 연구개발 투자에 대한 관심을 높이고 있습니다. 예를 들어, 2023년 8월 전기차 배터리 업체 SK On은 리튬 이온 전도도가 높은 첨단 산화물계 고체 전해질 공동 개발에 성공했다고 발표했습니다. 공동 개발한 고체 전해질은 국내외 특허를 획득했으며, 리튬 이온 전도도가 70% 향상되어 세계 최고 수준인 1.7mS/cm에 도달했습니다. 이 기술 혁신은 전도도를 향상시킬 뿐만 아니라 공기 중 안정성까지 확보하여 고체 전해질 기술에 큰 진전을 가져왔습니다.
또한, 제조 공정 최적화를 위한 노력으로 기존 리튬이온 배터리에 대한 경쟁력이 강화되고 있습니다. 이해관계자 간의 협력은 지식 교류를 촉진하고 전 세계적으로 고체 전해질 채택을 가속화하고 있습니다.
효율적인 에너지 저장 솔루션에 대한 수요 증가
에너지 저장 솔루션에 대한 수요가 증가하면서 고체 전해질 시장의 수요를 주도하고 있습니다. 고체 전해질을 사용하는 고체 배터리는 기존 배터리에 비해 우수한 성능과 안전성을 제공합니다. 이러한 수요는 소형의 효율적인 에너지 저장 솔루션이 중요한 그리드 규모 저장, 마이크로그리드, 주거용 애플리케이션 등 다양한 분야에 의해 주도되고 있습니다. 그 결과, 고체 전해질 시장은 전 세계적으로 에너지 저장 시스템에서 고체 배터리의 채택이 증가함에 따라 성장세를 보이고 있습니다.
또한 전 세계적으로 에너지 저장에 대한 투자가 증가하면서 전체 시장 성장에 더욱 기여하고 있으며, 2022년 세계 배터리 에너지 저장에 대한 투자는 200억 달러를 돌파했으며, 그리드 스케일 도입에 중점을 두어 전체 투자 금액의 65% 이상을 차지했습니다. 이 기간의 강력한 성장에 이어 배터리 에너지 저장에 대한 투자는 2023년에 350억 달러를 넘어설 것으로 예상됩니다. 이 궤적은 현재 진행 중인 프로젝트와 각국 정부가 설정한 야심찬 용량 목표에 힘입어 더욱 가속화되고 있습니다.
SPE는 높은 이온 전도성, 기계적 유연성, 다양한 전극 재료와의 호환성 등 유리한 특성을 결합하여 세계 고체 전해질 시장에서 가장 큰 점유율을 차지하고 있습니다. 이러한 특성으로 인해 SPE는 EV 및 소비자 전자제품용 고체 배터리 등 다양한 용도에 적합하여 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있습니다. 또한, SPE에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다는 점도 전체 시장 성장을 더욱 촉진할 것으로 예상됩니다. 예를 들어, 2023년 6월 일본 연구팀은 산화 환원 활성 유기 음극과 양성자 전도성 고분자 전해질로 구성된 전고체 이차 공기 전지(SSAB)를 개발했습니다. 일반적으로 알려진 리튬이온 배터리와 달리 고체 배터리는 고체 전극과 고체 전해질을 사용하여 리튬이온 배터리의 다양한 단점을 해결합니다.
자동차 산업의 확대가 시장 성장을 주도
자동차 산업에서 EV의 확대는 고체 전해질 시장의 수요를 촉진하는 중요한 요인이 되고 있습니다. 자동차 산업이 환경 규제를 충족하기 위해 전기 추진으로 전환하면서 첨단 배터리 기술에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 고체 전해질을 이용한 고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리에 비해 안전성과 성능이 향상되었습니다. 이에 따라 전기차에 전력을 공급하는 고체 배터리의 필수 구성요소인 고체 전해질에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 이러한 수요 증가에 따라 주요 자동차 업체들은 공동 연구 및 R&D 투자 등의 전략을 통해 고체 전극의 능력을 더욱 향상시키기 위한 노력에 집중하고 있습니다.
예를 들어, 2023년 10월 도요타와 이데미츠는 황화물 고체 전해질 배터리 기술 제휴를 맺었습니다. 이데미츠와 도요타의 합의는 BEV용 전고체 배터리의 대량 생산을 위한 공급망을 구축하기 위한 것이라고 밝혔습니다. 이번 협력은 품질, 비용 및 리드 타임을 염두에 두고 황화물 고체 전해질 생산 공정의 최적화에 초점을 맞출 예정입니다. 또한 대량 생산을 위한 대규모 파일럿 시설 건설도 계획하고 있습니다. 도요타는 전고체 배터리를 개발하여 BEV에 탑재하고 2027-28년 시장 출시를 목표로 하고 있으며, 전 세계적으로 전기차 보급이 확대됨에 따라 고체 전해질에 대한 수요도 함께 증가하여 배터리 기술의 혁신을 더욱 촉진할 것으로 예상됩니다.
세계 고체 전해질 시장은 북미(미국, 캐나다), 유럽(영국, 이탈리아, 스페인, 독일, 프랑스, 기타 유럽 지역), 아시아태평양(인도, 중국, 일본, 한국, 기타 아시아 지역), 기타 지역(중동 및 아프리카, 라틴아메리카) 등 지역별로 세분화되어 있습니다.
북미 고체 전해질 시장은 크게 성장할 것으로 예상
전 세계적으로 볼 때, 북미 고체 전해질 시장은 여러 가지 매우 중요한 요인에 의해 크게 성장할 것으로 예상됩니다. 중요한 요인 중 하나는 고체 전해질 기술 발전에 적극적으로 참여하고 있는 다양한 학술 기관과 기업 등 탄탄한 R&D 인프라가 존재한다는 점입니다. 이러한 환경은 재료 기술 및 응용 분야의 혁신을 가속화하고, 세계 시장과 비교했을 때 북미 기업들에게 경쟁 우위를 제공하고 있습니다. 또한, 북미에는 QuantumScape와 같은 전자 및 자동차 산업을 선도하는 기업들이 존재하며, 이는 특히 배터리 및 연료전지 분야에서 고체 전해질에 대한 수요에 큰 기여를 하고 있습니다. 이들 분야는 고체 전해질이 제공하는 안전성, 안정성, 에너지 효율성이 특징인 고성능 소재가 필요합니다. 또한, 청정 에너지 및 지속가능한 기술을 촉진하기 위한 Advanced Research Projects Agency-Energy(ARPA-E)와 같은 정부 지원 이니셔티브는 이 지역에서 고체 전해질 채택을 더욱 촉진하고 있습니다. 이러한 요인들을 종합하면, 북미 고체 전해질 시장의 성장은 지속적인 발전과 상업화 노력으로 그 지위를 유지하고 있습니다.
Global Solid Electrolyte Market Size, Share & Trends Analysis Report by Type(Inorganic Solid Electrolytes (ISEs), Composite Polymer Electrolytes (CPEs) and Solid Polymer Electrolytes (SPEs)), by Application (Automotive, Consumer Electronics, Energy and Healthcare) Forecast Period (2024-2031)
The global solid electrolyte market is anticipated to grow at an exponential CAGR of 32.8% during the forecast period (2024-2031).A solid-state electrolyte is a non-liquid substance capable of conducting ions, commonly employed in batteries to replace conventional liquid electrolytes. This transition offers various benefits, including improved safety, increased energy density, faster charging, and extended lifespan. Solid-state electrolytes find applications across electric vehicles (EV), consumer electronics, energy storage systems, and medical devices, where they contribute to improved performance and safety standards.
Source: OMR Analysis
Market Dynamics
Growing R&D activities in the solid electrolyte
The expansion of R&D activities is contributing to the overall growth of the solid electrolyte market. Investments in technological advancements of solid-state battery technologies from both private and public organizations are driving progress in material science, resulting in improved solid electrolyte materials. These developments are expanding the application spectrum across various sectors such as EVs and consumer electronics, eventually driving the interest of market players to invest in R&D to gain a competitive edge. For instance, in August 2023, SK On, an EV battery manufacturer, announced the successful co-development of an advanced oxide-based solid electrolyte with higher lithium-ion conductivity. The jointly developed solid-state electrolyte, patented domestically and internationally, exhibits a 70% improvement in lithium-ion conductivity, reaching a world-leading level of 1.7 mS/cm. This innovation not only improves conductivity but also ensures air stability, marking a significant advancement in solid electrolyte technology.
Additionally, efforts to optimize manufacturing processes are increasing competitiveness against traditional lithium-ion batteries. Collaboration among stakeholders is fostering knowledge exchange, accelerating the adoption of solid electrolytes globally.
Growing demand for efficient energy storage solutions
The rising need for energy storage solutions drives demand for the solid electrolyte market. Solid-state batteries, which utilize solid electrolytes, offer superior performance and safety compared to traditional batteries. This demand is driven by various sectors, including grid-scale storage, microgrids, and residential applications, where compact and efficient energy storage solutions are important. As a result, the solid electrolyte market is experiencing growth driven by the increasing adoption of solid-state batteries in energy storage systems worldwide.
Additionally, growing investment in energy storage globally has further contributed to overall market growth. In 2022, worldwide investment in battery energy storage surpassed $20 billion, with a predominant focus on grid-scale deployment, accounting for over 65% of total spending. Following robust growth during this period, investment in battery energy storage is projected to reach a new peak, surpassing $35 billion in 2023. This trajectory is driven by ongoing projects in the pipeline and ambitious capacity targets established by governments.
Annual grid-scale battery storage additions, 2017-2022
Source: International Energy Agency (IEA)
Market Segmentation
Among the types, SPEs hold the largest share in the global solid electrolyte market due to their favorable combination of properties, including high ionic conductivity, mechanical flexibility, and compatibility with various electrode materials. These attributes make SPEs suitable for various applications, such as solid-state batteries for EVs and consumer electronics, driving their widespread adoption across industries. Additionally, ongoing R&D in SPEs is further expected to propel overall market growth. For instance, in June 2023, a Japanese research team created an all-solid-state rechargeable air battery (SSAB) of a redox-active organic negative electrode and a proton-conductive polymer electrolyte. Solid-state batteries, as opposed to the more popularly recognized lithium-ion batteries, use solid electrodes and solid electrolytes which eliminates various disadvantages of Li-ion batteries.
Automotive Industry Expansion is Driving Market Growth
In the automotive industry, the expansion of EVs is a key factor propelling the demand for the solid electrolyte market. With the automotive industry transitioning toward electric propulsion to meet environmental regulations, there is a growing need for advanced battery technologies. Solid-state batteries, utilizing solid electrolytes, offer improved safety and performance compared to traditional lithium-ion batteries. This drives the demand for solid electrolytes, which are essential components in solid-state batteries powering EVs. With growing demand, major automakers are also focusing on exploring the capabilities of solid electrodes to further improvements by adopting strategies such as collaboration, and R&D investments among others.
For instance, in October 2023, Toyota and Idemitsu collaborated on sulfide solid electrolyte battery technology. According to the company, the agreement between Idemitsu and Toyota aimed to establish a supply chain for mass-producing all-solid-state batteries for BEVs. The collaboration focuses on optimizing the production process of sulfide solid electrolytes, with attention to quality, cost, and lead times. Additionally, they plan to construct a large pilot facility to enable mass production. Toyota intends to develop all-solid-state batteries and incorporate them into BEVs, aiming for market launch by 2027-28.As EV adoption continues to rise globally, the demand for solid electrolytes is expected to grow in tandem, fostering further innovation in battery technology.
The global solid electrolyte market is further segmented based on geography including North America (the US, and Canada), Europe (UK, Italy, Spain, Germany, France, and the Rest of Europe), Asia-Pacific (India, China, Japan, South Korea, and Rest of Asia), and the Rest of the World (the Middle East & Africa, and Latin America).
The North American Solid Electrolyte market is Expected to Grow Significantly
Globally, the North American solid electrolyte market is expected to grow significantly due to various pivotal factors. One of the key factors is the presence of well-established R&D infrastructure, including various academic institutions and corporations actively involved in advancing solid electrolyte technologies. This environment accelerates innovation in material technology and applications, providing North American entities with a competitive advantage as compared to the global market. Additionally, the presence of major players in industries like electronics and automotive within North America such as QuantumScape contributes significantly to the demand for solid electrolytes, particularly in batteries and fuel cells. These sectors require high-performance materials characterized by safety, stability, and energy efficiency, qualities that solid electrolytes offer. Moreover, supportive governmental initiatives such as Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) which are aimed at promoting clean energy and sustainable technologies further strengthen the adoption of solid electrolytes in the region. Collectively, these factors establish North America's growth in the solid electrolyte market, with ongoing advancements and commercialization efforts sustaining its position.
The major companies serving the global solid electrolyte market include Addionics Ltd., Ampcera Inc., Blue Solutions S.A.S., and Empower Materials among others. The market players are increasingly focusing on business expansion and product development by applying strategies such as collaborations and investing in increasing manufacturing capabilities and R&D to stay competitive in the market. For instance, in June 2023, Idemitsu Kosan Co., Ltd. Announced plans to boost production capacity at Plant 1, which launched in November 2021 and aims to complete small pilot facilities for solid electrolytes within fiscal 2024. This expansion is geared towards increasing the usage of all-solid-state lithium-ion rechargeable batteries. The company aims to provide a steady supply of solid electrolytes to car/battery manufacturers and other entities involved in developing all-solid-state batteries.