소듐 배터리란?

안녕하세요~흥미롭고 재미있는 과학의 흥. 재. 과입니다!

 

최근 몇 년간 세계 자동차 시장은 기존의 석유와 내연기관 엔진을 동력으로 삼던 방식에서

보다 환경 친화적인 에너지원인 배터리를 동력으로 삼는 새로운 패러다임을 열고 있습니다.

 

이 패러다임을 맞아 리튬 배터리 산업시장이 급속도로 성장했는데요!

 

하지만 최근에 리튬의 높아진 가격 변동성에 대한 자원 의존성의 우려와 

소듐 배터리에 대한 기술이 발전하면서 리튬의 대체재원으로 주목받고 있습니다.

 

오늘은 소듐 배터리가 왜 주목받고 있으며

리튬 배터리와 비교 시 어떠한 장점과 단점이 있는지 대해 알아보겠습니다

 

소듐 배터리

 

1. 소듐이란?

 

소듐이라는 용어가 잘 와닿지 않는 분들이 계실 텐데요.

2016년 대한화학회가 화학물 명명법을 미국식으로 권장하게 되면서

기존에 라틴식이었던 나트륨(Natrium)에서 소듐(Sodium)으로 바뀌게 되었습니다.

 

주기율표상 소듐은 리튬과 같이 1 번족에 속해있으며 3번째 주기인 원자번호 11번입니다.

 

현대 주기율표 - 출저(대한화학회)

 

 

1번 족에 속해있는 원자를 알칼리 금속이라고 하는데요.

알칼리 금속의 특징으로는 반응성이 높아 최외각 전자껍질의 전자 하나를 쉽게 잃어

+1의 전하를 가진 양이온이 되는 것입니다.

 

 배터리의 충전 및 방전 과정에서 전자를 이동시켜 전기적 에너지를 생성하기에

전자를 잘 잃을 수 있는 알칼리 금속의 특성이 중요합니다.

 

※ 리튬

원자번호 3번으로 원 자크기가 작고 금속 중 밀도가 가장 낮아(0.534g/㎤)

가벼우면서도 높은 출력을 낼 수 있다는 장점으로 배터리 양극재의 주원료로 사용된다.

 

※ 소듐

원자번호 11번으로 주기율표상 아래로 내려갈수록 원자 크기가 커지고 

밀도가 높아(0.968g/㎤) 상대적으로 리튬보다 에너지 밀도가 낮다.

 

 

2. 소듐 배터리의 장점

 

풍부한 자원

 

지구 표면상 리튬에 비해 500배 이상 많은 자원을 가지고 있으므로

가격 변동성이 큰 리튬에 비해 비교적 안정적인 소듐이 주목을 받았습니다!

풍부한 자원으로 리튬배터리(LFP, 인산철배터리)에 비해 최대 30~40% 저렴하게 생산이 가능합니다.

 

저온 시 성능

 

소듐 배터리는 저온에서의 성능을 약 90% 이상 발휘할 수 있습니다.

리튬 배터리의 경우 약 60~70%의 성능밖에 내지 못하는 것에 비해 월등히 뛰어난데요!

 

그 이유는 소듐의 녹는점과 끓는점이 리튬보다 높기 때문인데요!

녹는점이 높기에 저온상에서 소듐 이온 배터리의 전해질이

액체상태를 잘 유지하기 때문에 성능의 저하가 리튬보다는 덜하게 됩니다!

 

반응형

 

3. 소듐 배터리의 도전과제

 

낮은 에너지 밀도

 

앞서 말했듯 소듐은 주기율표상 리튬보다 아래에 있기 때문에

원자 크기가 커 같은 부피 안에 들어갈 수 있는 에너지 량(밀도)이 낮습니다.

 

리튬 배터리 계열 중 에너지 밀도가 가장 높은 삼원계(NCM)의 경우 180~300Wh/kg,

인산철(LFP)의 경우 140~200Wh/kg에 비해

소듐 배터리의 경우 140~160Wh/kg로서 리튬배터리에 비해 못 미칩니다.

 

즉, 에너지 출력과 성능 면에서 원자 특성상 근본적으로 리튬에 비해 떨어지기에

같거나 비슷한 성능을 내기 위해서는 배터리가 더욱 커지고 무거워진다는 단점이 있습니다.

 

소듐 배터리 - 출저(CATL)

 

4. 소듐 배터리의 선구주자 : 중국

 

현재 글로벌 배터리 세계 시장을 주도하는 업체는 중국의 CATL과 BYD입니다.

중국 정부의 전폭적인 지원을 받으며 CATL은 리튬뿐만 아니라

소듐 배터리 개발에도 박차를 가하여 2021년 7월 160Wh/kg 소듐 배터리를 처음 공개 하였는데요.

 

이어 CATL은 200Wh/kg의 성능을 지닌 배터리 양산을 목표로 하였고

BYD는 2조에 가까운 예산을 투입하여 소듐 배터리 양산을 착공하였습니다.

 

반면 한국의 주요 배터리 기업인 삼성 SDI, LG에너지솔루션, SK온 등 3대 기업은

삼원계 배터리를 주력 모델로 삼고 있었고 이어 인산철 배터리에 투자하고 있기에

현실적으로 중국의 소듐 배터리 기술을 따라잡기는 어렵다고 보입니다.

 

 

소듐 배터리가 리튬 배터리에 이어 차세대 배터리로 두각을 나타내고 있습니다.

아직까지 리튬 배터리에 비해 출력 및 성능 등의 단점이 있지만

기술적인 도전과 혁신의 기회이기도 하기에 장기적으로는 긍정적으로 보입니다.

 

향후 전기차 시장에서 소듐 배터리는 리튬 배터리와 함께 성장할 것으로 예상되며

저희 소비자들에게 더 다양한 선택을 할 수 있을 것으로 기대됩니다!

 

이상 흥. 재. 과였습니다!