최근 Sodium-ion 배터리(SiB) 기술이 에너지 저장 솔루션의 차세대 주자로 떠오르고 있습니다. 리튬이온 배터리의 한계를 극복하고, 환경 친화적이며 경제적인 대안으로 많은 연구가 진행 중인데요. 특히 나트륨을 활용한 배터리 시스템은 전 세계적으로 큰 주목을 받고 있습니다. 오늘은 SiB 배터리의 기술적 혁신과 함께, 그 미래 가능성에 대해 알아보겠습니다.
1. SiB 배터리 기술 개발 현황: 셀 수준의 혁신
중국 CATL, 세계적인 배터리 제조사인 CATL은 2024년 10월, 나트륨 이온 배터리의 첫 번째 모델인 ‘Freevoy’를 공개했습니다. 이 배터리는 나트륨 이온과 리튬 이온을 혼합해 전력을 저장하는 시스템으로, 저온 환경에서의 주행 거리를 5% 향상하는 데 성공했습니다. 이는 극한 환경에서도 효율성을 높이는 중요한 발전이었습니다. 또한, SOC 보정 기능을 통해 시스템 정밀도를 30% 개선하고, 주행 거리도 10km나 늘릴 수 있었습니다. CATL은 이 기술을 2024년 상용화하고, 2027년까지 2세대 배터리 양산을 목표로 하고 있습니다.
2025년 4월, CATL은 ‘Naxtra’라는 승용차용 EV 배터리를 발표하며, 영하 40도에서도 90%의 전력을 유지할 수 있는 기술을 선보였습니다. 이는 나트륨 이온 배터리 기술 중 가장 뛰어난 성능을 자랑하며, LFP 배터리와 비슷한 수준의 안정성을 제공합니다.
그뿐만 아니라, 중국은 리튬이온 배터리뿐만 아니라 나트륨 이온 배터리 기술에서도 강력한 연구를 이어가고 있습니다. 특히, 동적 배터리 기술이 적용될 가능성이 높으며, 이를 통해 리튬/나트륨 비율을 셀마다 최적화하여 전압과 온도 구간을 제어하는 방향으로 발전하고 있습니다.
2. 기술 혁신: 나트륨 이온 배터리의 주요 발전 요소
양극 재료의 혁신도 중요한 기술적 요소 중 하나입니다. 현재 연구되고 있는 주요 양극 물질은 Prussian white 계 소재로, 이는 SiB 배터리에서 뛰어난 성능을 발휘할 수 있도록 도와줍니다. 또한, 음극 재료는 주로 Porous hard carbon이 적용되며, 이는 충방전 효율과 수명에 중요한 역할을 합니다.
전해질 기술도 매우 중요한 발전 요소입니다. 나트륨 이온 배터리의 성능을 높이기 위해 다양한 전해질 기술이 연구되고 있으며, Saiwei, Tinci, Kunlun 등 여러 기업들이 나트륨 이온 전해질의 효율성을 높이기 위해 경쟁하고 있습니다.
3. 전 세계 연구 동향: 각국의 활발한 개발 상황
중국 Faradion은 2022년 최초로 나트륨 이온 배터리 생산 라인을 가동하며, ESS(에너지 저장 시스템)와 전기차에 나트륨 이온 배터리의 상업적 활용을 목표로 연구를 진행 중입니다. 또한, HiNa Battery Technology는 2025년 2세대 나트륨 이온 배터리로 대형 트럭을 대상으로 한 고성능 배터리를 출시할 예정입니다. 그럼에도 불구하고, 가장 큰 관심을 모은 연구는 Altris와 Tiamat 등 유럽의 기업들이 진행하는 고정형 에너지 저장 시스템에 대한 기술 개발입니다.
4. 전 세계의 주요 기업과 연구소의 경쟁
현재, Zhongke Haina와 Weike Technology는 ESS용 나트륨 이온 배터리의 주요 공급 업체로 자리 잡고 있으며, Lepu, Jiana, Zhongna Energy 등은 NFPP와 NFS 양극 활물질 기술을 발전시키고 있습니다. Altris(스웨덴)와 Tiamat(프랑스)는 고정형 에너지 저장 솔루션에 집중하며, Reliance New Energy는 인도에서 재생 가능 에너지 저장을 위한 나트륨 이온 배터리 개발에 나서고 있습니다.
5. 나트륨 이온 배터리의 미래: 대체 에너지 솔루션의 핵심
SiB 배터리는 리튬 이온 배터리의 한계를 넘어서며, 더 많은 산업 분야에서 그 활용 가능성을 보여주고 있습니다. 특히 고속 충전, 고전압 안정성, 낮은 비용과 환경 친화성 등의 장점은 다양한 산업에서 중요한 에너지 저장 장치로 자리 잡을 수 있는 기회를 제공합니다.
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6. 나트륨 이온 배터리가 열어갈 미래
Sodium-ion 배터리 기술은 이미 상용화가 시작되었으며, 그 잠재력은 앞으로도 더욱 커질 것입니다. 각국에서 활발히 진행 중인 연구와 혁신적인 기술들이 더욱 발전하면, 친환경적이고 경제적인 에너지 저장 솔루션으로 자리 잡을 것입니다. 이 배터리가 전 세계적인 에너지 문제 해결에 중요한 역할을 하게 될 날이 멀지 않았습니다.
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