[차세대 배터리] 나트륨-반고체 배터리를 아시나요?
리튬이온에 도전장을 내민 신기술인 나트륨-반고체 배터리에 관해 소개해 드리고자 합니다.
얼마 전 배터리 개발업체인 에너지 11의 기술연구소에서 하이브리드 고체 전해질을 사용해 화재와 폭발 위험이 없는 나트륨 이온 배터리를 개발하였다고 합니다.
리튬이온 베너기 점령한 배터리 시장에 차세대 배터리들이 하나씩 도전장을 내밀고 있습니다. 리튬을 나트륨이나 칼륨 같은 다른 금속으로 대하거나 폭발 성이 큰 리튬이온 배터리의 단점을 극복하기 위해 안전성이 떨어지는 액제 천해질은 다른 물질로 대체하려는 시도가 활발하게 연구 중입니다.
1. 원자재 확보 걱정이 적은 나트륨 배터리 알아보기.
최근에 배터리 시장에서 주목 받는 것은 나트륨 이온 배터리입니다.
원자재 가격 상승으로 타격을 받은 리튬과 다릴 바다에 흔한 물질인 나트륨은 가격 면에서 특히 유리합니다.
한국 자원정보서비스에 따르면 리튬탄산 가격은 올해 1월 4일 kg당 48.5위안(약 8960원)에서 이달 1일 187.5위안(약 3만 4660원)으로 특 387% 올랐습니다.
반면 나트륨이온 배터니는 희토류 금속을 양극제에 쓰는 리튬이온 배터리와 다릴 양극재 소재 가격도 낮은 완제품이 30~40% 저렴할 것으로 기대됩니다.
에너지 11은 나트륨 이온 전지 상용화를 위해 인터파크 공동 창업자인 이상규 대표가 인터파크 비즈마켓 에너지 사업본부에서 분사해 창업한 기업입니다.
배터리의 양극과 음극을 분리하는 분리막을 난영 성 필름으로 활용하고 여기에 액체와 고체 전해질을 섞은 겔 형태의 전해질을 바르는 나트륨 반고체 배터리를 개발했다고 합니다.
1-1. 나트륨배터리
3.2v출력에 에너지 밀도는 kg당 150wh로 값싼 리튬인산철 배터리와 성능이 비슷하고 작동 온도도 0도에도 150도까지 가능할 정도로 안정적이라 합니다.
세계 최대 배터리 업체인 중국 CATL은 올해 7월 나트륨 이온 나트륨 이온 배터리 신제품을 고개하고 내년에 양산을 시작하겠다고 합니다. 업계에서는 나트륨 이온 배터리의 시장 가능성을 확인한 선언이라는 평가가 나오고 있습니다.
프랑스 티아마트, 영국 파라디 온, 미국 나트론 등도 나트륨 이온 배터리를 개발하고 있는 상황입니다.
다만 나트륨은 이온 크기가 커 에너지 밀도가 떨어지는 게 단점으로 꼽히고 있습니다.
에너지 밀도가 최대 KG당 500WH인 리늄 이온 배터리의 3분의 1 수준이라 합니다. 리튬이온 배터리와 같은 전해질을 사요 하면 화재와 폭발 문제에서도 자유롭지 못합니다.
안전 측면에서는 전고체 배터리가 차세대 배터리로 주목받는 상황이고 호제 위험이 큰 액체 전해질을 불에 타지 않는 고체로 대체한 배터리로 국내 배터리 3사도 연구와 투자를 진행 중이라 합니다.
다만 전고체 배터리는 양산을 위해 넘어야 할 산이 많아 2025년 이후에나 상용화될 것으로 전망되고 있습니다.
1-2. 한국화학에너지 소재연구소 의견
고체 전해질이 두 극에 정확히 맞닿게 해야 하는데 고체와 고체를 정확히 붙여 접촉 면적을 넓혀주는 게 쉽지 않다고 합니다.
2. 전고체 배터리로 가기 위한 징검다리, 반고체 배터리다.
학계와 산업체는 액체와 고체를 섞어 장 접을 결합한 반고체 배터리를 전고체 배터리로 넘어가는 과정을 이어 중 중간 징검다리로 주목하고 있다고 합니다. 액체에 고체를 겄어 겔 형태로 만들거나 전극에 닿는 부분이라도 말랑한 물질을 도입해 접촉력을 높인다고 합니다.
반고체는 전극에 맞닿은 곳이 부드러워 전고체 전해질과 극 소재의 접촉을 좋게 만들어준다고 하고 액체와 고체를 특정 비율로 잘 섞어 성능과 안정성 사이 균형을 잘 맞추는 게 핵심이라고 말했습니다.
나트륨 이온 배터리와 반고체 배터리 기술을 적용한 배터리들은 부피가 커도 되거나 고출력을 내지 않아도 되는 에너지 저장장치(ESS) 공정용 기계, 통신기지국 등에 활용돼 것으로 기대되는 상황입니다.
특히 잦은 화재로 안정성 문제가 큰 ESS시장을 키울 수 있을 것으로 기대하고 있는 모습입니다.
이기술을 고도화하고 앞으로 태양광 ESS시장을 공략할 예정이라고 합니다.