나트륨이온 배터리(Na-ion battery, Sodium-ion battery)는 기존의 리튬이온 배터리를 대체하기 위해 개발 중인 2차전지이다. 소듐이온 전지라고도 한다. 일본에서는 "post Li-ion battery"로 연구가 활발히 진행되고 있다.
중국 최대 배터리 업체인 CATL이 2021년 7월 나트륨이온 배터리를 출시한다. 나트륨이온 배터리의 에너지밀도가 삼원계 배터리보다 낮아서 고급 모델에 채택될 수는 없지만, 저가 모델에 사용되는 등 리튬이온 배터리의 보조역할을 할 수 있을 것으로 분석된다. 나트륨이온 배터리의 장점 역시 가격 경쟁력이다. 나트륨은 지표에 풍부하게 존재하고 있으며 안전성이 높고 생산공정도 리튬 전지와 유사하다. 하지만 에너지밀도가 낮아서 현 수준에서는 전기차가 요구하는 수준을 만족시키기 어렵다.[1]
역사
나트륨 이온이 주목받고 있는 이유는 리튬이온과 비슷한 화학적 성질이 있으면서도 해수에 녹아 있어 지구 상의 어느 곳에서나 생산할 수 있다는 장점이 크기 때문이다. 리튬이 지구 지표면에 0.005%만 존재하는 반면 나트륨은 그 500배 이상인 2.6% 존재하기 때문에 40% 저렴하다.
2019년 전기차 생산의 급증으로 리튬이온 배터리 수요가 크게 증가해 희소 자원으로 매장량이 적은 리튬 가격이 2015년에 비해 3배 이상 상승했다.
나트륨은 소금의 주성분으로 쉽게 구할 수 있어 주목받고 있지만 배터리로 만들 경우 충ㆍ방전 효율이 낮아 이를 극복할 기술 개발이 절실한 상황이다.
2019년 6월, KAIST 신소재공학과 육종민 교수 연구팀은 황화구리를 음극 재료로 사용해 용량과 수명이 늘어난 나트륨이온 배터리를 개발했다. 가장 대표적인 음극재인 흑연의 이론 용량 대비 약 17% 높은 최고 436mAh/g의 저장 용량을 가지며, 2천회 이상의 충·방전에도 93% 이상의 저장 용량을 유지하는 것을 확인했다. 어드밴스드 사이언스 6월호에 표지논문으로 게재됐다.
원리
나트륨이온 배터리는 양극재, 격막, 액체전해질, 음극재로 구성되며, 충전 시에는 양극에서 나트륨 이온이 음극으로 이동하고, 방전 시에는 음극에서 양극으로 나트륨 이온이 이동하는 역 반응이 진행된다. 나트륨이온 배터리의 평균전압은 약 3.0V를 나타낸다.
각주
참고자료
같이 보기
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