나트륨 이온 배터리: 리튬을 대체할 수 있을까?

더욱 지속 가능하고 비용 효율적인 배터리 기술에 대한 전 세계적인 관심은 나트륨 이온(Na-ion) 배터리에 대한 관심을 높이고 있습니다. 풍부한 원자재와 특정 응용 분야에서 유망한 성능을 갖춘 나트륨 배터리는 가까운 미래에 리튬 이온 배터리를 보완하거나 부분적으로 대체할 수 있을 것입니다.

왜 나트륨 이온 배터리인가?

리튬 이온 배터리는 현재 시장을 장악하고 있지만, 리튬, 코발트, 니켈과 같은 희소하고 값비싼 재료에 의존합니다. 반면 나트륨은 훨씬 풍부하고 저렴합니다. 이러한 풍부한 자원 덕분에 나트륨 이온 배터리는 고정형 저장 장치 및 보급형 전기 자동차(EV)와 같은 대규모 응용 분야에 특히 매력적입니다.

최근 개발 사항

2023년 중국 주요 배터리 제조업체 CATL 소개했다 낙스트라나트륨 이온 배터리 브랜드입니다. 이 배터리는 실온에서 단 15분 만에 80%까지 충전할 수 있으며, 저온 환경에서도 우수한 성능을 유지합니다. HiNa Battery와 Farasis Energy와 같은 다른 회사들도 나트륨 이온 기술을 적극적으로 개발하고 있습니다.

나트륨 대 리튬: 주요 차이점

특징	나트륨 이온	리튬 이온
원자재 가용성	풍부하고 저렴한 비용	희소하고, 더 비싸다
에너지 밀도	더 낮음 (~140 Wh/kg)	더 높음 (~250 Wh/kg)
비용	~30%가 더 저렴합니다	리튬, 코발트 등으로 인해 상승
저온 성능	더 나은 성능	상당히 저하될 수 있습니다
상업적 가용성	새롭게 등장한, 제한된 사용	널리 채택됨

나트륨 이온 배터리를 제조하는 회사

여러 혁신적인 배터리 회사와 제조업체가 나트륨 이온 배터리 기술에 막대한 투자를 하고 있습니다. 개발 및 상용화를 선도하는 주요 업체는 다음과 같습니다.

• CATL(Contemporary Amperex Technology Co. Limited) – 중국 배터리 거대 기업이 자사의 제품을 소개했습니다. 낙스트라 전기차와 에너지 저장 시장을 겨냥한 나트륨 이온 배터리. 곧 양산이 예상됩니다.
• 히나 배터리 – 중국에 본사를 둔 나트륨 이온 배터리 기술의 선구자로, 이륜차, 전기 버스, 저장 시스템 등 상업적 응용 분야에 중점을 두고 있습니다.
• 파라디온 – Reliance Industries에 인수된 영국 기업으로, 비수용성 나트륨 이온 화학 분야를 전문으로 하며 고정 및 운송 분야를 목표로 합니다.
• 알트리스 – 지속 가능성과 그리드 저장을 위해 설계된 철과 망간을 사용하는 혁신적인 나트륨 이온 배터리를 개발하는 스웨덴의 신생 기업입니다.
• 티아마트 – 고속 충전 애플리케이션과 산업용 도구에 특히 적합한 고전력 나트륨 이온 전지에 중점을 둔 프랑스 회사입니다.

나트륨 이온 배터리 산업화 타임라인

나트륨 이온 배터리 특히 에너지 저장 시스템에서 유망한 것으로 보이지만, 대규모 도입으로 가는 길은 여전히 기술적, 제조적 장애물에 직면해 있습니다.

성능 및 사이클 수명

주요 과제 중 하나는 개선에 있습니다. 사이클 수명. 현재 나트륨 이온 배터리는 최대 5,000회 충전-방전 사이클인상적이기는 하지만 여전히 상업적인 것보다 뒤처져 있습니다. 인산철리튬(LiFePO₄) 일반적으로 달성되는 배터리 8,000~10,000회 사이클나트륨 이온 배터리가 장기 에너지 저장에 있어 주도적인 역할을 하려면 내구성과 신뢰성을 더욱 최적화하는 것이 필수적입니다.

산업 체인 호환성

긍정적인 측면에서, 나트륨 이온 배터리 제조 공정 기존 리튬 이온 배터리 인프라와 대체로 호환됩니다. 전극 코팅, 셀 조립, 성형 등 대부분의 장비와 생산 단계는 최소한의 변경만으로 재사용할 수 있습니다. 이러한 호환성 덕분에 비교적 빠른 용량 확장이 가능합니다.

그러나 핵심 원자재는 다음과 같습니다. 양극, 음극, 분리막, 전해질, 전류 집전체 서로 다른 화학 성분을 기반으로 하며 나트륨 이온 시스템에 맞게 재설계되어야 합니다. 이를 위해서는 다음이 필요합니다. 새로운 상류 재료 공급망성숙하는 데 시간이 걸릴 수 있습니다.

대량 생산 및 비용 경쟁력

모든 신기술과 마찬가지로 나트륨 이온 배터리는 초기 생산 단계의 병목 현상을 극복해야 합니다. 나트륨 보다 풍부하고 저렴하다 리튬총 비용은 한 번만 크게 떨어질 것입니다. 양산 안정되고 공급망 완전히 확립되었습니다. 그때까지 리튬 기반 배터리는 여전히 여러 응용 분야에서 가격 대비 성능 우위를 유지할 수 있습니다.

나트륨 이온 배터리의 잠재적 응용 분야

비용 효율성과 향상된 안전 기능을 갖춘 나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리가 적합하지 않을 수 있는 다양한 분야에서 큰 가능성을 보여줍니다. 낮은 에너지 밀도는 고성능 전기 자동차에 대한 사용 제한을 야기하지만, 대규모 에너지 저장 시스템, 백업 전원 공급 장치, 중속 전기 자동차와 같은 분야에서 탁월한 성능을 발휘합니다.

특히 유망한 분야 중 하나는 무정전 전원 공급 시스템입니다. 이 시스템에서는 안정적이고 안전한 배터리 백업이 매우 중요합니다. 나트륨 이온 배터리는 경제적이고 안전한 대안으로 활용될 수 있습니다. 무정전 전원 공급 장치 배터리 리튬 배터리의 열 폭주와 관련된 위험 없이 민감한 전자 장치와 데이터 센터를 전원 중단으로부터 보호하는 데 도움이 되는 애플리케이션입니다.

기타 응용 분야로는 재생 에너지 저장, 전력망 안정화, 오프 그리드 전력 솔루션에서의 사용이 있으며, 이는 높은 에너지 밀도보다 비용과 안전이 우선시되는 분야입니다.

응용 프로그램 및 Outlook

나트륨 이온 배터리는 에너지 밀도가 낮기 때문에 모든 분야에서 리튬 이온 배터리를 대체하기는 어려울 것으로 보입니다. 그러나 에너지 저장 시스템, 전기 자전거, 전기 이륜차 및 삼륜차, 그리고 저가형 전기차의 경우, 저렴하고 지속 가능한 옵션을 제공합니다. 생산 규모와 기술이 발전함에 따라, 나트륨 이온 배터리는 다각화된 에너지 저장 시장에서 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.