나트륨 배터리 양산 성공‥"배터리 시장의 게임 체인저 될 것" [기후인사이트 38 | 인싸M]

중국 CATL이 양산에 성공한 나트륨 이온 배터리

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나트륨 이온 배터리 양산 돌입‥대규모 계약까지

나트륨(소듐) 이온 배터리가 양산 단계에 돌입했습니다. 세계 최대 배터리 제조사인 중국 CATL은 오는 9월 중국에서 처음으로 대규모 나트륨 이온 배터리 저장 시설을 공급할 계획이라고 말했습니다.

CATL은 최근 중국의 전력 장비 제조업체인 '하이퍼스트롱 테크놀로지'와 세계 최대 규모의 나트륨 이온 배터리 공급 계약(3년간 60GWh)을 체결해, 새로운 시대를 열었다고 선언했습니다.

앞서 중국의 자동차 제조업체인 창안자동차는 올해 CATL이 공급하는 나트륨 이온 배터리를 탑재한 최초의 양산형 승용차를 출시해, 역사를 만들 예정이라고 말했습니다.

국제에너지기구(IEA)는 중국의 동향 등을 분석한 뒤, 현재 나트륨 이온 배터리는 상업적 성공을 향해 순항 중이며, 올해는 나트륨 배터리 상용화의 중요한 전환점이 될 수 있다고 밝혔습니다.

미국 MIT가 발행하는 과학전문매체 'MIT 테크놀로지 리뷰(이하 MIT 리뷰)'는 매년 인류의 문제를 해결할 '10대 혁신기술'을 발표하는데 올해는 나트륨 배터리 기술을 첫 번째로 꼽았습니다.

MIT 테크놀로지 리뷰 선정한 2026년 10대 혁신기술. 나트륨 이온 배터리가 가장 먼저 언급됐다.

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나트륨 이온 배터리가 주목받는 이유는?

나트륨 이온 배터리가 세계적인 주목을 받는 건 압도적인 자원 매장량과 가격 경쟁력 때문입니다. 지금까지 배터리 시장은 리튬 이온 배터리가 지배해 왔습니다.

그러나 리튬은 공급이 제한적이고 가격 변동 폭이 커 공급망 위험이 커지고 있습니다. 나트륨 이온 배터리는 그런 리튬에 의존하지 않습니다.

리튬 가격은 2022년 최고치(전기차 수요 폭증과 러시아-우크라이나 전쟁 여파) 대비 70% 이상 낮은 수준이지만, 지난 1년간 두 배 이상 상승했습니다. 반면, 소금의 주성분인 나트륨은 지구상 어디에서나 쉽게 구할 수 있습니다.

IEA는 나트륨 배터리가 리튬 가격 급등 위험에 대한 전략적 헤지 수단이며, 이런 유연성은 앞으로 더 중요해질 수 있다고 말했습니다.

지난 1년간 리튬 가격 추이. 2022년 최고가에 비하면 1/4 수준이지만, 지난 1년간 2배 이상 급등했다. [출처: Trading Economics]

나트륨 배터리는 추위에도 강합니다. IEA는 최신 나트륨 이온 배터리는 영하 40°C의 저온에서도 배터리 용량의 약 90%를 유지할 수 있으며, 70°C의 뜨거운 고온에서도 작동할 수 있다고 밝혔습니다.

지난 2024년 미국을 강타한 북극 한파로 많은 전기차가 도로에서 방전돼 방치되면서 전기차 무덤이라는 말까지 나왔던 점을 감안하면, 저온에서의 이런 성능은 강력한 장점입니다.

배터리 성능을 측정하는 기준 중 하나는 에너지 밀도(Wh/kg)입니다. 이번에 상용화 단계에 돌입한 나트륨 이온 배터리의 에너지 밀도는 단위 중량당 최대 175Wh/kg로 리튬인산철(LFP) 배터리의 에너지 밀도인 205Wh/kg와의 격차를 크게 좁혔습니다. 가장 성능이 뛰어난 니켈·코발트·망간(NCM) 배터리의 에너지 밀도는 255Wh/kg 수준입니다.

배터리의 단위 중량당 에너지 밀도(Wh/kg) : 나트륨 이온 배터리의 에너지 밀도는 LFP 배터리의 밀도의 85% 수준까지 근접했다. 최고 성능 NCM 배터리의 에너지 밀도와는 아직 차이가 크다. [출처: IEA]

에너지 밀도만 비교해 보면 나트륨 이온 배터리의 경쟁자는 일단 LFP 배터리가 될 것이란 점을 알 수 있습니다. LFP 배터리와 성능은 비슷한데 가격은 더 싸고, 추위에도 강한 것이 나트륨 이온 배터리의 강점입니다.

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나트륨 이온 배터리 약점은?‥"발전 속도에 놀랐다"

그러나 나트륨으로 배터리를 만드는 건 쉽지 않았습니다. 리튬보다 무겁고 에너지 밀도가 낮기 때문입니다.

배터리의 구조를 들여다보면, 미리 저장된 리튬 이온이나 나트륨 이온이 전해질을 통해 양극과 음극 사이를 오가며 전기를 만드는 구조입니다. 이온의 덩치가 크면 이동하기도 힘들고 저장 공간도 더 많이 차지하기 때문에 불리할 수밖에 없습니다.

원자번호 11번인 나트륨 이온은 원자번호 3번인 리튬보다 더 큽니다. 나트륨 이온의 부피는 리튬의 2.4배, 질량은 3.3배 가량입니다. 양산 단계에 돌입했다는 것은 이런 단점들이 상당히 개선됐다는 의미입니다.

전문가들이 놀라는 것은 나트륨 이온 배터리의 기술 개발 속도입니다. 과학저널 네이처는 분석 기사를 통해, 많은 전문가들이 예상을 뛰어넘는 발전 속도에 놀랐다고 말했습니다.

네덜란드 아인트호벤 공대 연구진은 네이처에 "나트륨 이온 배터리 기술이 이렇게 빨리 발전할 줄은 예상하지 못했다"고 말하고, "세계 경제의 판도를 바꿀 만한 기술이 될 것"이라고 전망했습니다.

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나트륨 이온 배터리는 핵심 광물 의존에서 벗어날 수 있을까?

그러나 나트륨 이온 배터리의 성능이 기존 배터리를 많이 따라잡았다는 말은, 바꿔 말해 아직은 성능이 뒤처진다는 말입니다. 가격도 아직은 충분히 싸지 않습니다.

나트륨 이온 배터리는 리튬을 필요로 하지는 않지만 니켈과 망간 등 다른 핵심 광물에 여전히 의존하며, 이런 광물을 가공하는 시설은 여전히 중국 등 특정 지역에 집중돼 있습니다.

IEA는 전 세계 나트륨 이온 배터리 생산 능력이 대부분 중국에 집중돼 있으며, 이미 설치되었거나 발표된 생산 시설을 모두 포함하면 2030년경 생산 능력의 95% 이상을 중국이 차지할 것으로 예상된다고 말했습니다.

글로벌 공급망이 리튬 이온 배터리에 비해 아직 덜 발달된 점은 가격 하락이 늦어지게 하는 요인입니다.

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나트륨 이온 배터리 전망은? 한국은?

IEA는 특히 추운 기후에서 전기 자동차 및 고정식 에너지 저장 장치에서 이미 경쟁력을 갖췄다고 말합니다. MIT 리뷰는 나트륨 이온 배터리 전기차는 기존 전기차보다 주행거리가 짧지만, 중국 등 많은 곳에서 중·단거리를 운행하는 중저가 전기차, 에너지 저장 장치용으로 경쟁력이 있다고 말합니다.

배터리 강국인 우리나라는 고성능 배터리 개발에 치중하다가 성능은 다소 떨어지지만 가격 경쟁력을 갖춘 LFP 배터리 개발에 뒤처지면서 큰 어려움을 겪었습니다. 국내 제조사들도 이런 교훈을 거울삼아 나트륨 이온 배터리 기술 개발에 박차를 가하고 있습니다.

LFP 배터리 시장 점유율: LFP 배터리는 고성능 삼원계 배터리보다는 성능이 떨어지지만 가격 경쟁력을 바탕으로 시장 점유율을 빠르게 늘려가고 있다. [출처: 네이처]

나트륨 이온 배터리가 리튬 이온 배터리를 완전히 대체할 것으로 보는 전문가는 많지 않습니다. 리튬의 전기·화학적 특성이 그만큼 뛰어나기 때문입니다. 그러나 나트륨 이온 배터리 기술과 시장은 빠르게 성장해, 배터리 시장의 한 축을 담당하게 될 것이란 전망이 힘을 얻고 있습니다.

《김승환 논설위원》

김승환 기자(cocoh@mbc.co.kr)

기사 원문 - https://imnews.imbc.com/newszoomin/newsinsight/6840000_29123.html