최근 세계 최대 가전, IT 전시회 CES 2026 (Consumer Electric Show)에서 세간의 주목을 받은 애플리케이션이 있습니다. 바로 ‘휴머노이드 로봇’입니다. 빨래를 개고 집안일을 돕는 가정용, 공장에 투입되어 업무를 지원하는 산업용 등 다양한 목적을 가진 휴머노이드 로봇들이 전시회 곳곳을 장식하면서, 휴머노이드 로봇이 우리 일상에 한층 더 가까워졌음을 보여주었습니다.
휴머노이드 로봇은 기술 검증 단계를 넘어, 인간과 같은 공간에서 실제 업무를 수행하는 단계로 나아가고 있습니다. 이에 따라 사람 곁에서 안전하고, 오래 작동할 수 있도록 돕는 배터리의 중요성도 함께 부각되고 있는데요. 이번 시간에는 휴머노이드 로봇이 무엇인지, 어떤 배터리가 주목받는지 살펴보겠습니다.
휴머노이드 로봇이란?
휴머노이드 로봇은 인간과 유사한 신체 구조를 기반으로 보행과 물체 조작, 주변 환경과의 상호작용을 수행하는 로봇입니다. 전통적인 로봇공학 기술에 인공지능(AI)과 센서, 알고리즘 등이 결합된 형태인데요. 정해진 동작을 반복하는 기계를 넘어서 인간처럼 스스로 판단하고 움직일 수 있도록 설계되었습니다.
휴머노이드 로봇은 크게 △센싱 시스템 △인공지능 시스템 △액추에이션 시스템 △바디 및 기타 요소로 구성됩니다.
센싱 시스템은 카메라와 각종 센서를 통해 사람과 사물의 위치, 움직임 등 외부 환경 정보를 수집합니다. 인공지능 시스템은 센싱 시스템에서 얻은 데이터를 바탕으로 AI 반도체, 소프트웨어 등을 통해 스스로 판단하는 역할을 합니다. 액추에이션 시스템은 서보 시스템(Servo System)과 모터, 감속기 등으로 구성돼 있으며, 로봇의 팔과 다리, 관절의 움직임과 같은 동작을 구현합니다. 그리고 바디 및 기타 요소에는 기계적 구조와 함께 에너지를 공급하는 배터리 팩이 포함됩니다.
이러한 시스템을 기반으로 휴머노이드 로봇은 활용 환경과 이동 방식에 따라 다양한 형태로 개발되고 있습니다. 크게 바퀴 주행형, 2족 보행형, 바퀴–다리 혼합형 등이 있는데요. 각 유형에 따라 동작의 특성이 다르기 때문에 환경에 따라 적합하게 선택할 수 있습니다.
급속도로 성장하는 휴머노이드 로봇 시장 현황
휴머노이드 로봇 시장은 빠른 속도로 성장하고 있습니다. 시장조사기관 SNE리서치에 따르면 글로벌 휴머노이드 로봇 보급 누적 대수는 2025년 약 2만 3,000대에서 2035년 679만 대, 2040년에는 약 5,330만 대에 달할 것으로 전망했습니다. 특히 산업, 물류 현장에서의 보급률은 2030년 기준 약 1%에서 2040년에는 25%까지 상승할 것으로 내다봤습니다.1
휴머노이드 로봇이 일상에 녹아들게 되면 그만큼 로봇에 탑재되는 배터리 수요도 증가할 텐데요. 회사는 글로벌 휴머노이드 로봇용 배터리의 총 탑재량을 2030년 1.37GWh, 2040년에는 약 138.3GWh에 이를 것으로 예상했습니다.2
실제로 휴머노이드 로봇은 다양한 분야에서 빠르게 도입되고 있습니다. 제조 현장과 창고·물류뿐만 아니라 서비스와 돌봄, 교육·연구, 공공 안전 및 구조 분야까지 범위가 확대되고 있죠. 휴머노이드 로봇은 이제 연구 및 도입 단계를 지나, 현실과 맞닿기 시작했습니다. 시장에서는 실제 현장 배치 시점과 양산, 용도 확장에 주목하고 있습니다.
휴머노이드 로봇용 배터리의 조건, 안전성·고에너지밀도·고출력
이 같은 흐름 속에서 휴머노이드 로봇을 바라보는 관점도 달라지고 있습니다. 휴머노이드 로봇은 단순한 기계가 아니라, 사람과 함께 장시간 안정적으로 운영되어야 한다는 점인데요. 이에 따라 로봇의 성능을 좌우하는 배터리가 핵심 요소로 떠오르고 있죠.
휴머노이드 로봇용 배터리에 요구되는 조건은 크게 세 가지로 정리할 수 있습니다.
① 안전성: 휴머노이드 로봇의 궁극적인 목표는 가정, 산업현장 등 사람과 같은 공간에서 공존하며 일하는 것입니다. 이를 위해서는 제어 오류나 센서 신뢰성 저하, 예기치 못한 동작 실패 등 다양한 상황을 동시에 고려해야 합니다. 특히 휴머노이드 로봇의 관절 구동계에 이상이 발생하면, 오작동의 영향이 근처에 있던 사람에게 직접적으로 전달될 가능성이 있습니다.
때문에 휴머노이드 로봇용 배터리에서 가장 중요한 것은 안전성입니다. 인간의 안전을 위해서, 휴머노이드 로봇용 배터리는 안정적인 동작과 정교한 열 관리, 이상 징후를 사전에 감지할 수 있도록 종합적으로 고려하여 설계해야 합니다.
② 고에너지밀도 : 현재 대부분의 휴머노이드 로봇은 한 번 충전으로 약 2~4시간 정도만 작동합니다. 실제 산업 현장의 근무 교대 기준이 8~12시간임을 감안한다면, 휴머노이드 로봇이 현장에 실질적으로 투입되기 위해서는 더 오랜 가동 시간 확보가 필요한데요.
이와 연관된 요소가 바로 배터리의 에너지밀도입니다. 특히 대부분의 휴머노이드 로봇은 배터리를 인체와 유사한 몸통(torso) 부분에 탑재하고 있어 공간에 제약이 있습니다. 때문에 동일한 공간 안에서 데드스페이스(Dead-Space)를 최소화하는 구조를 활용하여 효율성을 높이고, 개별 배터리 셀 단위에서 더 많은 에너지를 저장할 수 있는 배터리가 주목받고 있습니다.
③ 고출력 : 휴머노이드 로봇이 물체를 들어 올리거나 걷는 등의 여러 동작을 하기 위해서는 순간적으로 강한 힘이 필요한데요. 이때 수십 개의 관절 모터와 AI 연산이 동시에 작용하기 때문에, 순간적으로 높은 전력이 요구됩니다. 휴머노이드 로봇, 특히 다양한 동작이 필요한 특수 목적의 휴머노이드 로봇에는 이러한 전력을 안정적으로 감당할 수 있는 고출력 성능의 배터리가 적합합니다.
원통형 배터리의 강자, LG에너지솔루션의 휴머노이드 로봇 배터리 셀은?
그렇다면 이러한 조건을 충족할 수 있는 배터리는 무엇일까요? 현재 휴머노이드 로봇용 배터리로 주목받고 있는 폼팩터는 바로 ‘원통형 배터리’입니다.
원통형 배터리는 구조적으로 휴머노이드 로봇에 적합한 특성을 갖고 있습니다. 먼저 강성 구조의 캔(Robust can)을 바탕으로, 높은 안전성을 확보할 수 있습니다. 또한 오랫동안 생산되어 온 폼팩터인 만큼 표준화된 사이즈와 최적화된 공정이 갖춰져 있어, 보다 빠르게 공급할 수 있다는 장점이 있죠.
이러한 폼팩터 안에 어떤 양극재를 적용하느냐 역시 휴머노이드 로봇 배터리 성능을 좌우하는 중요한 요소입니다. 현재 휴머노이드 로봇 배터리로는 동일한 무게와 부피에서 더 많은 에너지를 저장할 수 있는 삼원계 배터리, 사원계 배터리가 주목받고 있습니다. LFP 등 다른 양극재 조성보다 삼원계, 사원계를 주목하는 이유는 제한된 공간 안에서 작동 시간과 출력 성능을 동시에 만족할 수 있기 때문입니다. 아울러 휴머노이드 로봇의 사용 목적에 따라, 니켈 함량을 90% 이상으로 높인 하이니켈 배터리도 함께 주목받고 있죠.
LG에너지솔루션은 원통형 배터리 2170을 중심으로 휴머노이드 로봇 적용을 고려한 셀 라인업을 일찍이 마련해 왔습니다. NCMA 배터리 기반으로, 고객이 원하는 로봇의 동작 특성과 사용 환경에 따라 다양한 조건을 선택할 수 있도록 에너지 밀도와 출력 특성이 구분됩니다. LG에너지솔루션의 원통형 배터리 라인업은 고에너지밀도/장거리 주행/장수명을 중심으로 한 M계열과, 고에너지밀도/고출력/급속충전 특징을 가진 H계열로 나뉩니다.
이 중 휴머노이드용 배터리는 대표적으로 2170 사이즈의 배터리 셀 중, M시리즈인 M58과 H시리즈인 H51, H52A를 꼽을 수 있습니다.
먼저 H51은 에너지 밀도와 출력, 가벼운 무게까지 종합적으로 균형잡힌 스펙이 특징입니다. 지속적인 구동과 순간 출력이 동시에 요구되는 휴머노이드 로봇에 적합합니다. H52A는 최대 방전 C-rate를 8C까지 지원하는 초고출력 특화 셀로, 짧은 시간에 큰 힘이 필요한 상황에 강점이 있으며, 15분 내외 급속충전을 지원합니다. M58은 용량과 에너지 밀도를 우선한 셀로, 애플리케이션을 장시간 운영하는데 장점을 가집니다.
셀 성능을 실제 운용 환경에서 안정적으로 유지하기 위해 관리 기술 역시 중요합니다. LG에너지솔루션은 셀-BMS–팩으로 이어지는 배터리 단계별 안전 기술을 적용해 이슈를 사전에 예방합니다. 여기에 배터리 상태를 진단·예측하는 BMTS(Battery Management Total Solution)를 통해 셀 이상 징후와 퇴화 경향을 사전에 파악하고, 팩 레벨에서의 TP(Thermal Propagation) 방지 솔루션까지 융합하여 안전성을 확보하고 있습니다.
휴머노이드 로봇의 Next-step 전고체배터리, LG에너지솔루션의 초격차 기술력은?
휴머노이드 로봇 시장이 빠르게 성장하면서 배터리 업계에서는 이에 적합한 차세대 배터리에 대한 논의도 이뤄지고 있습니다. 그중 차세대 배터리 중 하나인 전고체배터리가 휴머노이드 로봇용으로 주목받고 있죠. 이는 전고체배터리가 휴머노이드 로봇용 배터리에 필요한 안전성, 고에너지밀도, 고출력 조건을 높은 수준으로 충족할 것으로 기대되기 때문입니다. 전고체배터리는 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하는데요. 이 고체 전해질 때문에 외부 충격으로 인한 누수 위험이 없고, 높은 열적 안정성을 특징으로 합니다. 또한 고체 전해질 도입으로 분리막을 없앤 자리를 양극, 음극 활물질로 채워 더욱 높은 에너지 밀도를 기대할 수 있다는 장점도 있죠.
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시장에서는 로봇용 전고체배터리 탑재량을 2030년 0.04GWh에서, 2040년에는 76.1GWh까지 증가할 것으로 내다보고 있습니다. 이는 전고체배터리가 로봇 시장 전반에서 핵심적인 역할을 차지할 것이라는 기대를 보여주고 있습니다.3
전고체배터리 기술은 LG에너지솔루션의 주요 기술 개발 연구 축 중 하나로 다뤄져 왔습니다. 지난 2021년, LG에너지솔루션은 미국 샌디에이고 대학교(UCSD)와의 공동 연구를 통해 25℃가량의 상온에서도 빠른 속도로 충전이 가능한 ‘장수명 전고체배터리’ 기술 개발에 성공했습니다. 해당 연구에서는 마이크로 실리콘 음극재를 적용해 충·방전 수명과 에너지 밀도를 동시에 개선하는 성과를 확보했습니다.
나아가 LG에너지솔루션은 전고체배터리를 무음극전지 결합하는 방향도 함께 연구하고 있습니다. 무음극전지는 음극 집전체 위에 리튬메탈이 직접 도금(Plating), 탈리(Stripping)되는 방식으로, 음극 소재를 최소화해 셀 두께를 줄이고 공간 활용도를 높일 수 있는 구조입니다. 이를 통해 동일한 부피에서 더 많은 에너지를 저장할 수 있다는 장점이 있는데요. 이러한 무음극 구조를 전고체배터리에 적용할 경우, 액체 전해질 대비 부반응을 줄이면서 전고체배터리의 핵심 강점인 안전성과 에너지 밀도를 동시에 강화할 수 있다는 장점이 있죠.
지금까지 휴머노이드 로봇용 배터리에 대해 살펴봤습니다. 휴머노이드 로봇에서 배터리는 단순한 에너지원이 아니라, 로봇이 장시간 안전하게 작동하며 사람 곁에 머물 수 있도록 만드는 핵심 요소입니다. 이러한 흐름 속에서 LG에너지솔루션은 원통형 배터리를 비롯한 다양한 기술 포트폴리오를 통해 휴머노이드 로봇 시장의 요구에 대응하고 있죠.
관련하여 LG에너지솔루션은 2024년 자율주행 로봇 기반 모빌리티 플랫폼 기업 베어로보틱스와의 협업을 시작으로, 로봇 시장을 공략해 사업을 확대할 예정입니다. 특히 LG에너지솔루션의 원통형 배터리는 다양한 고객으로부터 기술력을 인정받아, 현재 글로벌 로봇 선도 업체 6곳에 제품 공급 및 차세대 모델 향으로 스펙, 양산 시점을 협의 중에 있습니다.
앞으로도 LG에너지솔루션은 축적된 배터리 기술을 기반으로 휴머노이드 로봇을 비롯해 다양한 분야에서 요구되는 솔루션을 지속적으로 확장해 나가겠습니다!
