국내 연구기관, 기업들 10년전부터 연구

리튬인산철(LFP)에 이어 새롭게 주목받는 '나트륨 이온 배터리'에서도 한국이 패스트 팔로어에 나설 것으로 기대된다. 국내 대학과 연구기관, 관련 기업에서 오랜 시간 기술 개발을 이미 진행해오고 있기 때문이다.

최근 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 등 배터리 3사가 LFP 배터리 양산을 본격 추진하는 가운데, 중국은 나트륨이온 배터리까지 상용화하며 저가 포트폴리오에서 한 발 더 앞서 나간다는 분위기다.

하지만 에코프로와 에너지일레븐(에너지11) 등은 이미 수년 전부터 기술개발에 착수해왔고, 상용화 전략도 본격화하고 있다. 시장은 아직 작고 리튬 가격 하락으로 회의론도 있지만, 국내 배터리 밸류체인 역시 조용히 움직이기 시작했다.

나트륨이온 배터리는 최근 몇 년 사이 조명을 받기 시작했지만, 국내에서는 이미 오래전부터 기술 개발이 진행돼왔다. 숙명여대를 비롯해 울산과학기술원(UNIST), 카이스트(KAIST), 광주과학기술원(GIST) 등 주요 대학과 연구기관은 2010년대 중반부터 나트륨 배터리의 기초소재 연구를 꾸준히 이어왔다.
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리튬 대신 나트륨…'싸고 안정적이지만 아쉬운 성능'

나트륨이온 배터리는 리튬을 대체해 나트륨을 전극 소재로 사용하는 배터리다. 리튬보다 훨씬 풍부하고 저렴한 원재료인 데다 구조적으로 안정성이 높은 편이다. 반응성이 낮아 화재 위험이 상대적으로 작고, 저온 환경에서도 성능 저하가 적다는 장점이 있다.

공급망 구조도 다르다. 리튬이온 배터리는 동박을 음극기판으로 사용하는 반면 나트륨이온 배터리는 값싼 알루미늄박을 활용한다. 전해질도 육불화인산리튬(LiPF₆)에서 육불화인산나트륨(NaPF₆)으로 바뀐다.

하지만 에너지밀도는 따라잡기 어렵다. 나트륨이온 배터리는 370와트시(Wh)/L 수준으로 LFP 배터리(400Wh/L), NCM(650Wh/L)에 비해 낮다.사이클 수명도 2000회 내외로 LFP 배터리(3000회 이상)에 비해 짧다. 게다가 소재 구성이 다르기 때문에 기존 리튬이온 배터리 공급망을 바로 활용하기 어렵다는 단점도 있다.

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중국은 먼저 달렸다…그렇다고 멀어진 건 아니다

나트륨이온 배터리가 산업화 영역에서 주목을 받기 시작한 것은 2021년이다. 그해 7월, 중국 CATL이 1세대 나트륨이온 배터리를 처음 공개하면서 흐름이 급변했다.
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하이나배터리의 나트륨 배터리를 탑재한 중국 JAC의 전기차
낮은 에너지밀도와 짧은 수명 등 기술적 한계를 감안하고도 중국은 실제 차량에 나트륨이온 배터리를 적용하려고 속도를 내고 있다. 

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상황은 녹록치 않다. 리튬 가격은 2022년 정점을 찍은 뒤 빠르게 하락했고 지난해에는 3년 반 만에 최저가를 기록했다. 나트륨의 가격 경쟁력이라는 무기가 약해진 셈이다. 여기에 핵심 소재인 탄산나트륨의 공급망도 구조적 제약이 있다. 뉴욕타임스는 2023년 보도에서 "중국이 글로벌 나트륨 배터리 생산의 95%를 차지할 수 있지만, 나트륨 공급처에서 미국에 의존해야 하는 딜레마에 놓여 있다"고 지적했다. 미국이 탄산나트륨 매장량의 90%를 보유하고 있는 가운데, 중국은 석탄 기반의 합성 공정으로 이를 대체하고 있다. 이 과정에서 수질오염 등의 환경 리스크가 발생한다는 점도 우려 요소다.

나트륨이온 배터리는 한동안 리튬이온 배터리의 '보완재'로만 여겨져 왔다. 하지만 최근에는 기술 특성과 가격 구조에 따라 각각의 용도에 병행 적용되는 별개의 선택지로 인식이 바뀌고 있다. 주행거리가 길지 않아도 되는 초저가형 소형 전기차, 마이크로 모빌리티, 배달·배송용 상용차, 저가형 에너지저장장치(ESS) 등에서는 오히려 장점이 부각된다. 리튬 가격이 낮아지며 초기의 가격 경쟁력 논리는 희미해졌지만, 공급망 다변화와 제품 포트폴리오 확장 측면에서는 여전히 의미 있는 기술이다.

출처 : 전자부품 전문 미디어 디일렉(http://www.thelec.kr)