리튬 이온 배터리 대안 '나트륨 이온 배터리'란 무엇인가?

최근 전기차 배터리 화재 사고가 잇따르며 리튬 이온 배터리에 대한 우려가 점차 확산되고 있습니다. 특히, 아파트와 지하주차장이 많은 한국의 환경에서는 전기차 화재 발생 시 큰 피해가 예상되며, 이러한 상황에서 리튬 이온 배터리의 대체제로 나트륨 이온 배터리가 주목받고 있습니다. 나트륨 이온 배터리는 리튬보다 저렴하고 안전하며 친환경적인 장점이 부각되며 전 세계적으로 차세대 배터리로 자리 잡을 가능성이 점쳐지고 있습니다.

나트륨 이온 배터리란 무엇인가

나트륨 이온 배터리는 리튬 대신 나트륨을 이용한 이차전지로, 소금에서 추출된 나트륨 이온을 통해 전기를 저장하고 방출하는 원리로 작동합니다. 이 배터리는 리튬 이온 배터리와 유사한 방식으로 충·방전이 가능하나, 이온 운반 물질이 리튬이 아닌 나트륨이라는 차이가 있습니다. 이로 인해 생산 원가가 낮아지며, 더 안전한 구조를 가질 수 있게 됩니다.

가연성이 낮고 저렴한 원가

나트륨 이온 배터리가 주목받는 주요 이유 중 하나는 낮은 가연성입니다. 리튬 이온 배터리와 달리, 나트륨 이온 배터리는 화재 발생 위험이 적어 안전성이 높습니다.

 

또한 리튬, 코발트, 니켈과 같은 값비싼 금속을 사용하지 않고 비교적 저렴한 나트륨, 철, 망간을 사용하므로 원자재 비용 절감 효과가 큽니다.

 

특히 나트륨 배터리에서는 음극 재료로 구리 대신 알루미늄을 사용할 수 있어 원자재 비용을 기존 리튬 이온 배터리보다 30~40%까지 낮출 수 있습니다.

 

이와 같은 장점은 배터리 가격을 낮추는 데 기여하며 전기차의 가격 경쟁력을 높일 수 있는 중요한 요소로 작용합니다.

불연성 전해질로 인해 안전성 확보

리튬 이온 배터리는 내부의 양음극재가 분리막 결함으로 인해 직접 접촉하면 화재가 발생할 수 있습니다.

 

또한, 리튬 이온 배터리에서 사용하는 전해질은 휘발성이 강해 화재를 더 쉽게 일으키는 요인이 되며 열폭주 현상이 발생할 위험도 있습니다. 반면, 나트륨 이온 배터리는 불연성 전해질을 사용하여 이러한 위험 요소를 줄일 수 있습니다.

 

환경적 관점에서도 리튬 채굴은 토양 및 수질 오염을 일으키는 문제가 있는 반면, 나트륨은 채굴이 쉽고 상대적으로 환경에 덜 영향을 미쳐 더욱 지속 가능한 대안으로 평가받고 있습니다.

나트륨 이온 배터리의 단점

그러나 나트륨 이온 배터리는 현재 에너지 밀도 면에서 리튬 이온 배터리에 비해 낮은 것으로 평가됩니다.

 

에너지 밀도가 낮아 동일한 전력을 제공하기 위해 더 많은 공간과 무게가 필요하며, 이는 전기차에 탑재될 경우 주행 거리가 짧아질 수 있다는 단점이 있습니다.

 

그럼에도 불구하고, 나트륨 배터리의 에너지 밀도와 관련된 기술적 문제는 지속적인 연구 개발을 통해 개선될 가능성이 있습니다.

 

많은 전문가들은 이러한 한계가 극복될 경우, 나트륨 이온 배터리가 리튬 이온 배터리를 대체하는 차세대 게임 체인저가 될 것으로 기대하고 있습니다.

실제 사례

중국의 자동차 기업 JAC는 나트륨 이온 배터리를 탑재한 전기차 '이웨이 3'를 지난 1월 세계 최초로 출시하며 주목을 받았습니다.

 

이는 나트륨 배터리의 가능성을 실제로 보여준 사례로 평가되며, 이와 같은 시도는 다른 전기차 제조사들에도 영향을 미칠 것으로 예상됩니다.

 

JAC의 사례를 통해 나트륨 배터리가 전기차 시장에서의 실용성과 경쟁력을 입증할 수 있을지 주목되고 있습니다.

나트륨 이온 배터리와 리튬 이온 배터리 비교

특성	나트륨 이온 배터리	리튬 이온 배터리
원자재 비용	저렴 (나트륨, 철, 망간)	비쌈 (리튬, 니켈, 코발트)
에너지 밀도	낮음	높음
안전성	높음 (불연성 전해질)	낮음 (휘발성 전해질)
환경 영향	적음	많음

 

나트륨 이온 배터리는 저렴하고 안전하며 환경에 미치는 영향이 적은 장점을 갖춘 반면, 에너지 밀도에서 다소 낮다는 한계가 존재합니다. 그러나 최근의 연구와 기술 발전으로 이러한 문제들이 점차 해결될 가능성이 커지고 있어, 나트륨 배터리가 전기차 시장에서 차세대 에너지원으로 자리잡을 가능성에 대해 많은 관심이 모아지고 있습니다.