무엇이 화제인가: 탱크 없는 아연-할로겐 셀에 220억원이 모였다
비리튬 배터리 스타트업 코스모스랩이 2026년 8월 12일 220억원 규모 시리즈A 투자 유치를 발표했다. 물 기반 비가연성 전해질과 아연·할로겐계 소재를 쓰면서 외부 전해액 탱크·순환펌프가 없는 일체형 셀 구조가 핵심이다. 다만 ‘탱크 없는 아연-할로겐 셀’이라는 방향 자체에는 이미 수십 년에 걸친 선행 특허가 쌓여 있어, 권리 범위의 차별점은 세부 구성에서 가려질 가능성이 크다.
업계 상황부터 보면, 보도에 따르면 이번 투자에는 스마일게이트인베스트먼트와 다수의 재무적·전략적 투자자가 참여했다. 회사는 물 기반 비가연성 전해질과 아연·할로겐계 소재를 쓰는 일체형 셀 구조로 안전성과 공간 효율을 높였다고 밝혔고, 소프트뱅크와 AI 데이터센터용 ESS(에너지저장장치) 기술을 공동개발 중이며 2027년 양산을 목표로 한다고 발표했다. 같은 시기 GM·LG에너지솔루션 합작사 얼티엄셀즈는 전기차 수요 감소로 2026년 1월부터 멈췄던 오하이오 공장을 7개월 만에 재가동한다고 2026년 8월 13일 보도됐다.
긴장 요인은 두 가지다. 하나는 에너지밀도다. 수계 배터리는 안전성에서 강점이 뚜렷하지만 무게·부피당 저장량이 리튬이온보다 낮다. 다른 하나는 특허 지형이다. 아연-할로겐 화학은 1970년대부터 연구된 오래된 분야이고, 탱크 없는 비흐름(non-flow) 구조도 해외 기업이 이미 권리화한 영역이 있다.
이 글이 답할 질문은 세 가지다. 아연-할로겐 수계 배터리는 어떤 원리로 작동하는가, 리튬이온과 비교해 무엇을 얻고 잃는가, 그리고 선행 특허 흐름 속에서 후발 기업의 권리 범위는 어디에 설 수 있는가이다.
기본 원리: 아연이 쌓였다 녹고, 할로겐은 양극에 붙잡힌다
아연-할로겐 배터리는 음극에서 아연이 산화·환원되고(Zn ⇌ Zn²⁺ + 2e⁻), 양극에서 할로겐(브롬·요오드 등)이 환원·산화되는 수계 전해질 기반 화학이다. 충전하면 전해액 속 아연 이온이 음극 표면에 금속 아연으로 쌓이고, 양극 쪽에서는 할로겐화 이온이 할로겐 분자로 바뀐다. 방전하면 이 과정이 거꾸로 일어나며 전기가 나온다.
자료: US4181777A, US10892524B2 명세서와 원문 반응식을 바탕으로 편집부가 재구성
비유하자면 음극은 눈이 쌓였다 녹는 지붕이고, 양극은 스펀지다. 충전 때 아연은 지붕 위 눈처럼 음극에 쌓이는데, 고르게 쌓이지 않고 뾰족한 고드름처럼 자라면 반대편 전극에 닿아 단락을 일으킨다. 이것이 덴드라이트(나뭇가지 모양으로 자라는 금속 결정) 문제다. 한편 양극에서 생긴 할로겐은 녹아 돌아다니면 자가방전을 일으키므로, 스펀지처럼 붙잡아 두는 장치가 필요하다. 흐름전지는 이를 외부 탱크에 담아 펌프로 돌리지만, 일체형 셀은 셀 안에서 해결해야 한다.
유기용매 대신 물을 전해질 용매로 쓰기 때문에 인화점 자체가 없어, 열폭주로 이어지는 발화 경로가 리튬이온 대비 구조적으로 제한된다. 대신 에너지밀도가 리튬이온보다 낮아, 무게·부피 제약이 큰 전기차보다는 정치형 ESS·데이터센터 백업 전원에 적합하다.
비교: 리튬이온과 아연-할로겐 수계 배터리
아래 표는 원문 비교표를 유지하면서, 회사가 공개한 수치와 셀 구조 항목을 덧붙였다. 코스모스랩 수치는 2024년 10월 공개된 회사 인터뷰에서 밝힌 값으로, 제3자 검증 수치가 아니다.
| 구분 | 리튬이온(NCM/LFP) | 아연-할로겐 수계 |
|---|---|---|
| 전해질 | 유기용매(가연성) | 물 기반(비가연성) |
| 에너지밀도 | 약 150~220Wh/kg | 수계 특성상 상대적으로 낮음(코스모스랩 발표: 100Wh/kg 이상, 250Wh/L 이상) |
| 열폭주 위험 | 구조적으로 존재 | 인화점 없음 |
| 셀 구조 | 일체형 셀 | 흐름형(외부 탱크·펌프) 또는 일체형 비흐름 셀 |
| 사이클 수명 | 셀 설계별 상이 | 코스모스랩 발표: 상온 5,000사이클 이상 |
| 주 적용처 | 전기차, 소형 ESS | 장주기 ESS, 데이터센터 백업 |
자료: 원문 비교표, 디일렉 코스모스랩 인터뷰(2024-10-24), 머니투데이·아시아경제 보도(2026-08-12)를 바탕으로 편집부 정리
이 표가 말하는 것: 회사 발표 기준 중량 에너지밀도는 100Wh/kg 이상으로, 원문이 제시한 리튬이온 범위(약 150~220Wh/kg)의 하단보다 낮다. 그 대신 인화점이 없다는 점과 장수명이 정치형 저장 용도에서 차별점이 된다.
표에서 ‘셀 구조’ 줄이 이번 투자 소식의 핵심이다. 흐름형 구조는 탱크 크기로 용량을 늘리기 쉽지만 펌프·배관이 추가된다. 일체형 구조는 리튬이온처럼 셀을 쌓아 쓰는 형태에 가까워, 데이터센터처럼 공간 배치가 표준화된 곳에 넣기 유리하다.
특허 관점: 덴드라이트와 할로겐 격리, 두 줄기의 출원 흐름
아연-할로겐 배터리의 원천 기술 흐름을 보여 주는 대표 특허로 미국 특허 US4181777A(“Rechargeable zinc halogen battery”)가 있다. 원출원인은 Diamond Shamrock Technologies S.A.이고, 우선일·출원일은 1978년 9월 7일, 등록일은 1980년 1월 1일이다. Google Patents 기준으로 이 특허는 1998년 9월 7일 존속기간이 만료된 상태(Expired – Lifetime)다.
청구항 1의 요지를 재서술하면, 아연 이온과 할로겐 이온을 포함한 수계 전해질에 납·몰리브덴·텅스텐 등 선택된 금속 이온을 1~50ppm 넣고, 충전 시 아연 덴드라이트 형성을 막기에 충분한 양의 다당류(polysaccharide)·소르비톨 중 적어도 하나를 첨가하는 구성이다. 덴드라이트 억제는 이 화학종의 상용화를 가로막아온 핵심 난제로, 이후 출원되는 아연-할로겐·아연-브롬 관련 특허 다수가 첨가제 조성이나 전극 구조 변형으로 같은 문제를 다른 방식으로 풀고 있다.
두 번째 줄기는 탱크 없는 구조를 가능하게 하는 할로겐 격리 기술이다. 미국의 Eos Energy Storage가 출원한 US10892524B2(“Electrolyte for rechargeable electrochemical cell”, 우선일 2016년 3월 29일, 출원일 2017년 3월 29일, 등록일 2021년 1월 12일, 현 권리자 Eos Energy Technology Holdings, Active, 예상 만료일 2036년 11월 1일)는 비흐름(static) 아연-할로겐화물 배터리용 전해질을 청구한다. 청구항 1은 ZnBr₂ 약 30~40wt%, KBr 약 5~15wt%, KCl 약 5~15wt%, 4급 암모늄 제제 약 0.5~10wt%를 포함하는 수계 전해질이다. 명세서는 4급 암모늄염을 할로겐 격리제로 설명하고, 충전 중 생긴 할로겐 종이 양극 조립체 안에 가역적으로 격리된다고 기재한다.
자료: Google Patents(US4181777A, US10892524B2), 머니투데이(2026-08-12)를 바탕으로 편집부가 재구성
통찰: ‘탱크 없음’은 차별점이 아니라 출발선이다. 코스모스랩이 내세운 외부 탱크·펌프 없는 일체형 구조는 투자 메시지로는 선명하지만, 특허 관점에서는 이미 비흐름 아연-할로겐화물 전해질이 권리화돼 있다는 점에서 그 자체로 신규성을 주장하기 어려운 영역일 가능성이 있다. 따라서 후발 기업의 권리 범위는 할로겐을 어떤 물질·구조로 붙잡는지, 전극을 어떤 공정으로 만드는지 같은 세부 구성에서 형성될 가능성이 크다. 회사는 2024년 10월 인터뷰에서 용매를 쓰지 않는 건식 전극 공정을 개발했고 국내 특허 약 40건을 보유하며 일부는 PCT(특허협력조약) 국제출원을 진행했다고 밝혔으나, 개별 출원번호는 이번 조사에서 확인되지 않았다.
회피 포인트: US10892524B2 청구항 1은 ZnBr₂·KBr·KCl·4급 암모늄 제제의 각 함량 범위를 모두 요구한다. 따라서 할로겐 격리제를 4급 암모늄이 아닌 다른 계열로 바꾸거나, 브롬화물 대신 요오드화물 중심 조성을 쓰거나, 각 성분 함량을 범위 밖으로 설계하면 문언 침해에서 거리를 둘 여지가 있다. US4181777A는 이미 만료돼 해당 조성은 자유 실시 영역으로 볼 수 있다.
회피설계 시나리오(반론): 다만 격리제 계열만 바꾸고 같은 기능(할로겐을 양극 안에 붙잡기)을 같은 방식으로 달성한다면 균등론 판단 대상이 될 가능성이 있다. 또 같은 우선일(2016년 3월 29일)을 가진 Eos의 같은 명칭 특허 US11942606B2(등록일 2024년 3월 26일, Active)가 별도로 존재해, 단일 특허만 피한다고 FTO가 확보된다고 보기는 어렵다. 이 패밀리의 청구항 범위는 개별 대조가 필요하다.
한계와 전망
수계 아연-할로겐 배터리는 안전성 면에서 강점이 뚜렷하지만, 에너지밀도가 낮아 부지 면적을 더 요구한다는 한계가 있다. AI 데이터센터·ESS처럼 부지보다 안전성·장주기 특성이 우선인 용도에서는 이 트레이드오프가 오히려 강점으로 작용할 수 있다. 리튬이온 진영이 전기차·고에너지밀도 용도에 집중하고, 비리튬 수계 진영이 정치형 저장에 특화되는 용도 분화가 이번 사례에서도 확인된다.
낙관적 전망은 소프트뱅크와의 공동개발이 2027년 양산으로 이어져 데이터센터 ESS의 안전 기준 요구를 흡수한다는 것이다. 반대 시나리오도 있다. 같은 시기 얼티엄셀즈 사례처럼 리튬이온 설비가 수요 변동에 따라 멈췄다 재가동되는 상황에서, 유휴 리튬이온 설비가 LFP 기반 ESS로 전환돼 가격 경쟁이 심해지면 수계 배터리의 원가 우위가 좁아질 가능성이 있다.
전략적 대안은 수계 배터리의 가치를 에너지밀도나 가격 단독이 아니라 ‘화재 대응 설비 비용까지 포함한 설치 총비용’으로 평가하는 틀을 수요처와 함께 만드는 것이다. 이 틀이 자리 잡으면 비가연성이 숫자로 환산돼 비교 기준이 달라질 수 있다.
실무 액션: 아연-할로겐 ESS 도입이나 협력을 검토하는 기획·IP 담당자는 상대 기업의 할로겐 격리 방식(격리제 계열·함량)을 먼저 확인하고, US10892524B2 및 같은 명칭의 Eos 특허군 청구항과의 구성요소 대비표를 작성해 두는 것이 좋다.
확인이 필요한 항목
- 코스모스랩 보유 특허의 개별 출원·등록번호와 청구항 범위(KIPRIS 조회 필요)
- 회사가 밝힌 에너지밀도(100Wh/kg 이상, 250Wh/L 이상)와 사이클 수명의 시험 조건
- 코스모스랩이 사용하는 할로겐 종류(브롬·요오드 등)와 격리 방식
- Eos 동일 명칭 특허(US11942606B2 등)의 패밀리 관계와 청구항 차이
- 원문 비교표의 리튬이온 에너지밀도 범위(약 150~220Wh/kg)의 기준 출처
출처
- 머니투데이, “데이터센터·ESS용 ‘안 타는 배터리’…코스모스랩, 220억 투자유치” (2026-08-12)
- 아시아경제, “코스모스랩, 220억 시리즈A 투자유치…’불연성’ 비리튬 배터리 양산 가속” (2026-08-12)
- 디일렉, “[Y인사이트] 화재 걱정 없는 배터리! 코스모스랩의 안전한 물 배터리” (2024-10-24)
- 뉴스1, “GM-LG엔솔 美오하이오 배터리공장 7개월 만에 재가동” (2026-08-13)
- Google Patents, US4181777A – Rechargeable zinc halogen battery (Diamond Shamrock Technologies S.A.)
- Google Patents, US10892524B2 – Electrolyte for rechargeable electrochemical cell (Eos Energy Storage LLC)
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