수초만에 급속충전 가능한 차세대 '소듐전지' 개발과 사용화 가능성 - 소듐전지 관련주

한국과학기술원(KAIST) 강정구 신소재공학과 교수팀은 2024년 4월 11일, 수 초 만에 급속 충전이 가능한 고에너지·고출력 하이브리드 소듐 이온 전지를 개발했다고 발표했습니다. 이는 리튬 이온 배터리보다 수십에서 수백 배 빠른 충전 속도를 자랑하며, 차세대 에너지 저장 장치로 주목받고 있습니다.

 

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KAIST, 수십초 안에 충전 가능한 소듐 이온 배터리 개발 | 연합뉴스

 

소듐전지 구성 모식도

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소듐 이온 기반 배터리

소듐 이온 기반 배터리는 리튬 이온 배터리의 단점을 보완하고 차세대 에너지 저장 소자로 주목받고 있습니다.

 

CATL의 1세대 소듐(나트륨) 이온 배터리. 출처=CATL

주요 장점

• 안정성 : 소듐은 리튬보다 화학적 안정성이 높아 발화 위험이 낮습니다.
• 친환경성 : 소듐은 풍부하게 존재하는 자원이며, 채굴 및 정제 과정에서 리튬보다 환경오염이 적습니다.
• 저렴한 가격 : 소듐은 리튬보다 가격이 저렴하여 대량 생산에 유리합니다.
• 빠른 충전 속도 : 소듐 이온은 리튬 이온보다 빠른 이동 속도를 가지고 있어 충전 속도가 빠릅니다.

연구 내용

• KAIS 연구팀은 질소가 도핑된 다공성 금속산화물을 음극, 질소가 도핑된 그래핀을 양극으로 사용하는 소듐 이온 하이브리드 전지를 개발했습니다.
• 이 나노 구조체는 높은 에너지 밀도와 출력을 가능하게 합니다.
• 5~10nm 크기의 입자들 사이에 수많은 메조 기공이 있어 전해질이 깊숙이 침투하여 에너지 용량을 높이고 충전 시간을 단축합니다.
• 기존 소듐 기반 배터리와 동일한 저장 용량을 유지하면서 수십 초 안에 급속 충전이 가능합니다.

기대 효과

• 전기 자동차 : 급속 충전과 높은 에너지 밀도로 주행 거리 연장 및 충전 시간 단축 가능
• 휴대용 전자 기기 : 빠른 충전 속도와 안정성으로 사용자 편의성 향상
• 에너지 저장 시스템 : 저렴한 가격과 높은 안전성으로 대규모 에너지 저장 장치 개발 가능

과제

• 에너지 밀도 : 아직 리튬 이온 배터리에 비해 낮은 에너지 밀도를 개선해야 합니다.
• 저온 성능 : 저온에서 성능 저하 문제를 해결해야 합니다.
• 재활용 기술 : 아직 개발 초기 단계인 재활용 기술을 개선해야 합니다.
• 충전 인프라 : 소듐 이온 배터리에 적합한 충전 인프라를 구축해야 합니다.

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현재 소듐전지가 가지고 있는 한계점: 기술적 과제와 시장적 논쟁

소듐전지는 리튬 이온 배터리 대비 여러 장점을 가진 차세대 에너지 저장 장치로 주목받고 있습니다.

하지만 아직 상용화 초기 단계이며, 기술적 과제와 시장적 논쟁 등 해결해야 할 한계점들이 존재합니다.

 

소듐전지와 리튬전지

 

1. 기술적 과제

• 에너지 밀도 : 리튬 이온 배터리에 비해 낮은 에너지 밀도는 소듐전지의 주요 한계점입니다. 이는 동일한 주행거리를 위해 더 큰 크기의 배터리가 필요하다는 것을 의미하며, 휴대폰이나 노트북과 같은 소형 전자기기에 적용하기 어렵게 만듭니다.
• 사용 온도 범위 : 소듐전지는 리튬 이온 배터리보다 낮은 온도에서 성능 저하가 발생합니다. 특히 0℃ 이하의 저온에서는 에너지 밀도와 출력이 크게 감소하며, 이는 겨울철 전기차 사용에 어려움을 초래할 수 있습니다.
• 안정성 및 수명 : 리튬 이온 배터리에 비해 장기간 사용 시 성능 저하 및 안정성 확보가 아직 검증되지 않았습니다. 이는 소듐전지의 내구성과 안전성에 대한 우려를 불러일으키고 있습니다.
• 재활용 : 리튬 이온 배터리에 비해 재활용 기술이 아직 개발 초기 단계입니다. 지속 가능한 에너지 시스템 구축을 위해서는 배터리의 재활용이 필수적이기 때문에, 소듐전지의 재활용 기술 개발도 중요한 과제입니다.
• 고온 성능 : 리튬 이온 배터리보다 고온에서 성능 저하가 발생할 수 있습니다. 이는 고온 환경에서 사용되는 전기차나 산업용 에너지 저장 장치에 적용하기 어렵게 만들 수 있습니다.

2. 시장적 논쟁

• 가격 경쟁력 : 리튬 이온 배터리는 장기간의 대량 생산을 통해 가격 경쟁력을 확보했습니다. 반면, 소듐전지는 아직 상용화 초기 단계라서 생산량이 적고 가격 경쟁력이 부족합니다.
• 기존 인프로 : 전기차 충전소나 휴대폰 충전기와 같은 기존 충전 인프라는 리튬 이온 배터리에 맞게 설계되었습니다. 소듐전지가 상용화되기 위해서는 새로운 충전 인프라 구축이 필요하며, 이는 상당한 투자와 시간이 소요될 것입니다.
• 소비자 인식 : 소비자들은 리튬 이온 배터리에 대한 익숙성과 신뢰도가 높은 반면, 소듐전지에 대한 인식은 아직 미흡합니다. 소듐전지의 장점을 소비자들에게 효과적으로 홍보하고 인식을 개선하는 것이 중요합니다.

3. 향후 전망

소듐전지는 앞서 언급한 한계점에도 불구하고, 뛰어난 성능과 저렴한 가격으로 인해 차세대 에너지 저장 장치 시장에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 지속적인 연구개발과 투자를 통해 기술적 과제를 극복하고 시장적 논쟁을 해결한다면, 소듐전지는 리튬 이온 배터리를 대체하는 주요 에너지원으로 자리매김할 수 있을 것으로 기대됩니다.

 

배터리용 전하 운반체로서의 리튬과 소듐(나트륨)의 비교

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소듐전지 관련주(소듐 이온 기반 배터리 관련주)

1. EG : 세계최초로 수소연료전지 차량용 소듐알라네이트 대량생산 성공

 

https://www.financialpost.co.kr/news/articleView.html?idxno=203468

[특징주] EG, 韓 KAIST '수초만에 급속충전 가능' 차세대 소듐 전지개발에 세계 첫 차량용 소듐대량