나트륨 이온 배터리: 리튬의 대안으로 부상하다

나트륨 이온 배터리 기술이 전기 자동차와 에너지 저장 분야에서 주목받고 있습니다. 이 혁신적인 기술은 리튬 이온 배터리의 대안으로 떠오르고 있으며, 여러 가지 장점을 제공합니다. 이 글에서는 나트륨 이온 배터리의 특징, 장단점, 시장 전망 등을 자세히 살펴보겠습니다.

 

Northvolt는 2023년 11월에 160Wh/kg 검증된 나트륨 이온 배터리 셀을 공개했으며, 현재 배터리 등급 Na 이온 소재의 공급망을 확대하기 위해 노력하고 있다고 밝혔습니다. 이미지: Northvolt

나트륨 이온 배터리의 장점

 

나트륨 이온 배터리는 여러 가지 측면에서 기존 리튬 이온 배터리보다 우수한 성능을 보여줍니다.

 

원재료 비용 절감 나트륨

 

이온 배터리의 가장 큰 장점은 원재료 비용이 저렴하다는 점입니다. 나트륨은 지구상에 풍부하게 존재하는 원소로, 리튬에 비해 추출 및 정제 비용이 훨씬 낮습니다. 대규모 생산 시 나트륨 이온 전지는 리튬 철 인산염(LFP) 배터리보다 20~30% 저렴할 것으로 예상됩니다.

 

환경 친화적

 

나트륨 이온 배터리는 코발트나 니켈과 같은 희귀 금속을 사용하지 않아 환경 친화적입니다. 또한 음극 집전체로 구리 대신 알루미늄을 사용할 수 있어 비용과 공급망 리스크를 더욱 줄일 수 있습니다.

 

안전성

 

나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리보다 안전합니다. 0볼트까지 방전이 가능하여 운송 및 폐기 시 위험이 적고, 전해질의 인화점이 높아 화재 위험도 낮습니다.

 

저온 성능

 

나트륨 이온 배터리는 영하의 온도에서도 우수한 성능을 발휘합니다. 이는 추운 지역에서 사용하기에 적합한 특성입니다.

 

나트륨 이온 배터리의 과제

 

나트륨 이온 배터리 기술은 아직 해결해야 할 과제들이 있습니다.

 

에너지 밀도

 

현재 나트륨 이온 배터리의 에너지 밀도는 130 Wh/kg에서 160 Wh/kg 수준입니다. 이는 리튬 이온 배터리에 비해 낮은 수치이지만, 향후 200 Wh/kg 이상으로 향상될 것으로 예상됩니다.

 

수명 주기

 

나트륨 이온 배터리의 수명 주기는 현재 100~1,000회 정도로, LFP 배터리보다 짧습니다. 그러나 일부 개발사에서는 6,000회 충방전 후에도 80% 용량을 유지하는 기술을 보고하고 있어 개선의 여지가 있습니다.

 

표준화

 

나트륨 이온 배터리의 표준화는 아직 진행 중입니다. 미국 안전과학기구 UL의 표준화가 완료되기까지는 시간이 더 필요할 것으로 보입니다.

 

시장 전망

 

나트륨 이온 배터리 시장은 빠르게 성장하고 있습니다. 벤치마크 미네랄 인텔리전스에 따르면 2030년까지 335.4 GWh의 나트륨 이온 전지 생산 능력이 예상됩니다. S&P 글로벌 애널리스트들은 2030년까지 나트륨 이온 배터리가 전체 배터리 시장의 10%를 차지할 것으로 전망하고 있습니다.

 

 

주요 기업들의 동향

 

CATL

 

세계 최대 배터리 제조업체인 CATL은 2021년 첫 나트륨 이온 배터리를 출시했습니다. 에너지 밀도는 160 Wh/kg이며, 향후 200 Wh/kg까지 향상될 것으로 예상됩니다.

CATL은 이미 나트륨 이온 배터리의 기본적인 산업 체인을 구축하고 대량 생산을 시작했다고 밝혔습니다.

 

BYD

 

중국 최대 자동차 제조업체이자 2위 배터리 공급업체인 BYD는 2024년 1월 연간 30 GWh 규모의 나트륨 이온 배터리 공장 건설을 시작했습니다. 이 공장의 생산품은 주로 소형 전기 이동 수단에 사용될 예정입니다.

 

Northvolt

 

유럽의 배터리 제조업체 Northvolt는 2023년 11월 160 Wh/kg의 나트륨 이온 배터리 셀을 공개했습니다. 이 기술은 회사의 차세대 에너지 저장 장치에 사용될 예정입니다.

 

Faradion

 

인도 기업 Reliance Industries에 인수된 Faradion은 현재 차세대 셀 설계를 생산으로 이전하고 있습니다. 새로운 셀 기술은 이전 설계보다 20% 높은 에너지 밀도와 33% 증가한 수명 주기를 제공합니다.

 

Tiamat

 

프랑스의 스타트업 Tiamat은 2024년 1월 3,000만 유로의 자금을 조달하고, 프랑스 오드프랑스 지역에 5 GWh 규모의 생산 공장 건설을 시작했습니다.

 

 

결론

 

나트륨 이온 배터리 기술은 현재 상용화의 중요한 시기를 맞이하고 있습니다. 원재료 비용 절감, 환경 친화성, 안전성 등의 장점을 가지고 있어 리튬 이온 배터리의 강력한 대안으로 부상하고 있습니다. 그러나 에너지 밀도, 수명 주기, 표준화 등의 과제도 남아있습니다.

 

시장 전망은 밝지만, 중국의 시장 지배력이 큰 걸림돌이 될 수 있습니다. 2023년 기준 전 세계 나트륨 이온 전지 생산 능력의 99.4%가 중국에 집중되어 있어, 유럽과 북미에서는 자국 내 공급망 구축이 필요할 것으로 보입니다.

 

나트륨 이온 배터리 기술의 성공 여부는 향후 몇 년간의 상업적 투자에 달려 있습니다. 이 기술이 성공적으로 상용화된다면, 전기 자동차와 에너지 저장 시스템 시장에 큰 변화를 가져올 것으로 예상됩니다. 앞으로의 발전 상황을 주목해야 할 것입니다.