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나트륨이온…리튬이온 대안될까




노트북이나 스마트폰, 전기자동차는 리튬이온 전지가 등장하면서 실현됐다고 해도 과언이 아닐 만큼 앞으로 배터리 성능 향상은 기술 진화에서 중요한 포인트라고 할 수 있다. 이런 가운데 리튬이온 배터리를 대체할 것으로 기대되는 나트륨이온 이차전지의 판매용 버전 프로토타입이 공개됐다.

리튬이온 배터리는 높은 전압과 에너지 밀도를 갖추고 있지만 금속 리튬을 채굴할 수 있는 건 중남미 등 일부 지역에 편중되어 있는 탓에 지정학적 위험이 지적되기도 한다. 또 심지어 리튬이온 배터리는 코발트 같은 희귀 금속을 전극으로 이용하는 탓에 비용이나 생산량 증가 대응에 문제가 있다는 지적도 나온다. 이에 따라 리튬이온 배터리를 대체할 이차전지 개발 필요성이 나오고 있는 것.

이런 이유로 리튬과 같은 알칼리 금속인 나트륨이 주목받고 있는 것이다. 나트륨 이온을 이용해 전하를 운반하는 나트륨 이온전지가 그것. 나트륨 이온전지는 리튬이온보다 전압은 0.3V 낮은 원소로 질량이 무겁고 에너지 밀도가 낮은 게 단점이다. 하지만 나트륨은 리튬보다 1,000배 이상 출력 용량이 크며 해수 등에서 무한정 얻을 수 있다는 장점을 지녀 실용화가 기대되고 잇다.

이런 가운데 프랑스국립과학연구소 CNRS와 RS2E네트워크 공동 연구진이 세계에서 처음으로 배터리 표준으로 가장 널리 쓰이는 직경 1.8cm, 길이 6.5cm인 18650 크기 나트륨 이온 전지 개발에 성공하고 프로토타입을 공개한 것이다. 에너지 밀도는 90Wh/kg이며 충전 가능 횟수는 2,000회 이상이다. 현재 주류인 리튬이온 배터리와 견줘 절반인 에너지 밀도이며 리튬이온 배터리가 시장에 등장했을 때와 거의 같은 값이어서 가치가 높은 것으로 평가된다.



나트륨이온 전지는 리튬이온보다 성능이 떨어지고 주로 소니와 산요 등 일본 업체가 1990년대 리튬이온 전지를 실용화하면서 한동안 수면 아래로 사라졌다. 하지만 리튬이온 배터리를 대량 탑재한 전기자동차가 등장하면서 리튬이온 전지의 공급 부족이 발생할 가능성이 예고되자 다시 나트륨이온 전지 개발에 나선 것이다.

나트륨이온 배터리는 현재 실용화를 서두르고 있다. 태양광 발전 등 신재생에너지 저장용 등 배터리 수요가 높아질 것으로 보이고 있어 오는 2020년까지 이차전지 시장은 지금보다 2배인 800억 달러 규모까지 확대될 전망이다. 고성능 나트륨이온 전지 개발에 성공하는 기업이 이 시장을 주도하게 될 지도 모른다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.

이석원 기자  lswcap@techholic.co.kr

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