[박한나의 배터리ON] 나트륨이온배터리 시대 "오긴 오나?"

중국 CATL의 나트륨이온배터리. CATL 제공.

[편집자주] '박한나의 배터리ON'은 독자들이 궁금해하는 배터리 분야의 질문을 대신 해드리는 코너입니다. LG에너지솔루션과 삼성SDI, SK온을 비롯해 배터리 밸류체인에 걸쳐 있는 다양한 궁금증을 물어보고 낱낱이 전달하고자 합니다.

"중국의 거리에는 새로운 에너지 바람이 불고 있습니다. 나트륨이온 배터리를 탑재한 이륜차와 전기차가 그 주인공입니다. 전 세계 전기차 시장에서 나트륨이온 배터리가 지금의 리튬이온 배터리처럼 사용되는 날이 올까요?"

중국에서 나트륨이온 배터리를 탑재한 이륜차와 전기차의 출시가 시작됐다. 지난해 말에는 중국의 대표 전기 오토바이 업체인 야디가 자회사 화유를 설립해 전기 오토바이인 '지나 No.1' 을 출시했다. 올해 1월에는 중국 장화이자동차(JAC)가 하이나배터리의 원통형 나트륨이온 배터리를 탑재한 전기차 판매로 상용화 가능성을 한층 더 확장했다.

나트륨이온 배터리는 기존 리튬이온 배터리에서 사용되는 리튬을 나트륨으로 대체한 차세대 배터리다. 나트륨은 지구에서 풍부하게 존재하는 원소 중 하나인 만큼 특정 지역에 편중된 리튬과 달리 약 440배나 풍부한 매장량을 자랑한다.

전 세계 분포해 수급이 안정적인 덕에 가격 경쟁력은 장점으로 꼽힌다. 중저가 리튬이온배터리에 사용되는 탄산리튬 가격은 2022년말 kg당 500위안까지 올랐지만 지난해에는 85위안까지 떨어졌다. 반면 수산화나트륨은 kg당 2020년부터 지난해까지 평균 5위안대에 머물고 있다.

제조 측면에서는 나트륨이온 배터리의 충방전 원리는 리튬이온 배터리와 동일하며, 셀 제조공정 역시 유사한 점이 정점으로 꼽힌다. 기존 NCM, LFP 셀 제조 설비와 공정 호환이 가능하게 설계할 수 있어 시장 수요와 공급에 유연하게 대응이 가능한 것이다

소비자 입장에서는 나트륨이온 배터리가 저온 환경에서 성능을 보인다는 점도 강조된다. SNE리서치에 따르면 나트륨이온 배터리는 -20℃ 기준 90% 이상의 에너지 보유 능력을 가진 반면 LFP나 NCM은 각각 60~70%, 70% 이상만 보유했다. 지난해 북미에서 발생한 한파 등 추운 지역에서 전기차를 사용하는 사람에게 매력적인 대안이 될 수 있음을 시사하는 것이다.

하지만 과제는 에너지 밀도다. 나트륨이온의 에너지 밀도는 1세대 기준 120~160Wh/kg이다. CATL이 현재 개발 중인 2세대 나트륨이온의 에너지 밀도 목표는 200Wh/kg인데 양산에 성공하게 된다면 LFP와 비슷한 에너지 밀도가 된다. 이를 높이기 위한 양극재 중심의 연구개발이 계속되고 있다.

이에 나트륨이온 배터리가 리튬이온배터리 시장을 완전히 대체하기는 어렵다는 게 대체적인 시각이다. 나트륨이온 배터리의 대량 양산으로 인한 원가가 절감되고, 기술 개발에 의한 에너지 밀도 증가 등 여러 요인이 맞물린다면 기존 리튬이온배터리와 경쟁이 되지 않지만 장기적 관점에서 중저가 시장에서 입지를 가져갈 수 있다는 관측이다.

최익환 SNE리서치 프로는 "나트륨이온 배터리가 리튬이온배터리 시장 전체 파이를 다 차지한다는 것은 사실 말이 안 된다"며 "LFP 배터리가 차지하고 있는 일부를 가져가는 방향으로 바라보고 있다"고 전망했다.

이어 "나트륨이온 배터리의 양산 시작점도 2025년에서 조금 더 늦춰질 것으로 본다"며 "실시간으로 배터리 공급 과잉 현상이 지속되고 있어 중국의 많은 셀업체들이 나트륨이온 배터리를 제쳐두고 리튬이온 재고관리 등에 투자를 더 많이 하고 있다"고 설명했다.

당장 나트륨이온 배터리는 전기 이륜차에 탑재될 것으로 전망된다. 중국에서는 기존 납산 배터리의 포지션을 대체할 것으로 예상된다. 특히, 인도나 동남아 중심으로 환경이슈로 인해 내연기관 이륜차의 규제 움직임이 나오고 있어서다.

최 프로는 "전기차 영역에서는 A세그먼트(0-20kWh)와 B세그먼트(20~40kWh)의 기존 리튬이온배터리 일부를 대체할 것"이라며 "또 나트륨이온 배터리의 단점인 무게를 고려하지 않아도 되고 저온에서 높은 효율을 보여주기 때문에 에너지저장장치(ESS) 산업에서도 가격경쟁력을 무기로 큰 비중을 가져갈 것 같다"고 말했다. 박한나기자 park27@dt.co.kr