① 리튬인산철 다음 나트륨 이온 배터리
중국이 나트륨 배터리에 대한 지배력을 확장하고 있다. 세계 최대 배터리 업체 CATL에 이어 BYD도 나트륨 이온 배터리 양산을 추진한다는 계획을 밝혔다.
나트륨 이온 배터리(NA-ion battery)는 리튬 대신 나트륨을 사용하기 때문에 상대적으로 에너지 밀도가 낮아 효율성이 떨어진다는 지적을 받아왔다. 하지만 리튬 값이 연일 고공행진하면서 가격이 저렴한 나트륨이 대체재로 주목받고 있다.
나트륨의 매장량은 리튬 대비 1000배, 판매 가격은 리튬의 1/30 수준이다. 전 세계적으로 광물의 자원 한계뿐 아니라 가격 등을 감안할 때, 나트륨 이온 배터리의 상업화 가능성이 점차 높아지고 있다.
나트륨이온배터리의 1회 충전 시 주행거리는 약 250km 수준이다. 현재 전기차의 절반 수준이지만 업계는 이 제품이 시장 판도를 바꿀 수도 있다고 바라본다. 중국 투자은행 CICC는 2023년이 나트륨 이온 배터리 산업화 원년이 될 것이며 2025년까지 전 세계 나트륨 이온 배터리 출하량이 90기가와트시(GWh)를 넘길 것으로 전망했다. 지난해 전 세계에 등록된 전기차의 배터리 총 사용량은 517.9GWh를 기록했다.
중국 업체들은 LFP에 이어 나트륨이온 배터리를 적극적으로 개발하면서 저가형 배터리의 물량공세로 세계 시장에서 점유율을 더욱 높인다는 계획이다. 중국 정부의 탄탄한 지원 아래 가까운 미래에는 한국과 일본을 기술력으로 압도할 가능성도 보인다.
② 나트륨 배터리의 장단점?
나트륨이온배터리의 가장 큰 장점은 가격이다. 한국 배터리 제조사가 주력으로 하는 리튬이나 니켈 등 값비싼 광물 대신 양극재에 쓰이는 나트륨의 가격이 저렴하기 때문이다. 즉, 전기차 대중화에 가장 큰 걸림돌로 꼽히는 ‘가격’을 대폭 낮춰 전기차 확대에 기여할 수 있는 발판을 마련한다.
현재 양극재 주원료인 리튬보다 나트륨의 매장량이 훨씬 많고 채굴과 정제가 쉬운 덕분이다. 또 나트륨이온은 리튬이온과 비슷한 특성과 구조로 되어 있기 때문에 기존 생산설비를 그대로 활용할 수 있다는 것도 장점이다. 마지막으로 충·방전 수명과 저온에서 에너지 유지 능력이 리튬이온 배터리보다 우수하다는 특성도 장점으로 꼽힌다.
하지만 단점도 명확하다. 에너지밀도가 낮고 무겁다. 나트륨이 리튬보다 원자 크기가 큰 탓이다. 때문에 전기차에 탑재하기 적절하지 않았고, 1970년대부터 리튬이온 배터리와 함께 개발됐으나 상용화 속도가 더뎠다. 나트륨이온 배터리의 상용화를 위해 해당 문제는 필수적으로 극복해야 할 과제로 남아있다.
③ 한국은 생각도 못하고 있다?
국내 배터리 3사(LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온)는 현재까지 나트륨이온 배터리 관련 사업을 추진하고 있지 않은 것으로 알려졌다. 나트륨이온 배터리는 국내 3사가 주도하고 있는 고부가 배터리 시장에 진입하지 못할 것이라는 게 업계의 분석이다. 나트륨이온 배터리가 가진 단점이 명확해 고성능 전기차 시장에 적합하지 않기 때문이다.
대신 국내 배터리 업체들은 차세대 전고체 배터리 상용화를 위해 열을 올리고 있다. 각 제조사마다 전고체 기술을 필두로 2030년 전까지 상용화를 위한 로드맵도 제시한 상태다.
전고체 배터리는 꿈의 배터리라 불린다. 전고체 배터리는 양극과 음극 사이에서 리튬 이온을 이동하게 하는 매개체인 전해질을 액체 대신 고체로 바꾼 배터리다. 기존 액체 전해질의 경우 배터리 내부의 안정성을 높이기 위해 양극과 음극의 직접적인 접촉을 막는 분리 막이 필요했지만 고체의 경우 그 자체로 분리 막 역할을 할 수 있다. 분리 막이 없어지면서 에너지밀도를 높일 수 있고 온도 변화로 인한 충격이나 누액으로 인한 화재 위험도 줄어든다는 장점이 있다.
미래에 등장하게 될 배터리는 수없이 다양하다. 그만큼 시장은 치열하다. 나트륨이온 배터리는 단점이 명확하긴 하지만, 기술의 한계를 극복하고 점유율을 확대해 나갈 수 있을까? 한국과 중국의 배터리 산업은 각자 주력으로 내세우는 분야가 미묘하게 다르다. 배터리 패권을 두고 각국의 산업이 펼칠 경쟁도 흥미로울 전망이다.
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