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나트륨이온배터리

나트륨이온배터리

#배터리 #이차전지 #나트륨이온배터리 #소듐이온전지
  1. 테마구분: 배터리, 이차전지

  • 최근 이슈

  • 기본정보

    • 나트륨 이온 전지는 소듐 이온 전지라고도 한다. 장래에 전기자동차가 대폭적으로 상용화 된다면, 리튬과 코발트의 공급량이 절 대적으로 부족할 가능성이 높다. 이들 물질은 지구상에 매장량이 적어 희소성이 높고, 생산지가 일부 대륙에 편재되어 있다.
    • 나트륨이온 이차전지는 리튬이온 전지의 리튬을 나트륨으로 대체한 이차전지를 말한다. 고가의 희귀원소인 리튬을 저렴하고 풍부한 나트륨으로 대체한 나트륨이온 전지는 2005년부터 본격적으로 연구되기 시작했다. 이것은 기존의 이차전지와 비교해서, 전력보존 시간이 길고 가격경쟁력이 우수하다. 따라서 리튬이온 이차전지 이후의 차세대 이차 전지로 관심이 집중되고 있다.
    • 그러나 나트륨이온 전지는 리튬이온 전지에 비해서 안전성에 대한 우려가 높다. 또 장래 풍력발전소나 태양광발전소가 활성화 되면, 대용량 전력저장 장치가 필요하다. 즉 나트륨이온 전지의 안전문제를 해결하면 이 전력저장 장치를 낮은 비용으로 설치할 수 있다.

  • 나트륨이온배터리의 장점

    • 나트륨은 알루미늄과 반응하지 않아 알루미늄 음극 집전체 사용이 가능하며, 다양한 전이금속에 나트륨 이온이 매끄럽게 삽입됨
    • 나트륨 자원이 풍부하고, 충전속도가 빠르며 작동온도 범위가 넓어 고정식 에너지 저장장치(ESS)에 잠재적으로 적합

  • 주요 플레이어

    • 중국의 HiNa와 CATL이 기술을 주도하고 있으며, BYD도 본격적으로 시장 진입

  • 나트륨이온배터리의 음극재, 양극재

    • 나트륨이온 전지용 양극 활성물질의 개발
      • 나트륨이온 전지의 이론용량은 리튬의 그것과 비교하면 50% 이하에 불과하다. 또 표준전극 전위와 셀 전압도 낮다. 나트륨은 리튬보다 이온 체적이 2배이기 때문에 주 조성의 설계도 어렵다. 뿐만 아니라 나트륨은 표면에 부동태 피막을 입히기 어렵기 때문에, 리튬보다 활성이 높다. 따라서 실험실에 글로버 박스(glove box)를 설치해야 하는 등의 시험장치 상의 제약이 많아서, 극히 일부 선진국에서만 연구되고 있다.
    • 나트륨이온 전지용 음극 활성물질의 개발
      • 스피넬형 산화물 음극 활성물질
        • 양극 활성물질 이상으로 보고가 적은 것이 나트륨이온 전지용의 음극 활성물질이다. 컨버전 반응의 경우, 용량은 크지만 전압이 낮은 결점이 있다. 그러나 이것을 음극 활성물질로 사용하면 오히려 이점이 된다. 예를 들면 스피넬형 NiCo2O4는 평균 방전전압이 약 1.5V, ‰ 모니터링분석 3 ReSEAT 프로그램(http://www.reseat.re.kr) 초기 방전용량은 200㎃h/g를 초과한다. 그러나 비가역 용량이 커서 개선의 여지가 있다.
        • 또 동일한 스피넬형인 Co3O4나 LiCo2O4가 있다. 전자는 NiCo2O4의 2 배, 초회 400㎃h/g의 대용량을 나타내고, 후자는 평균방전 전압 약 1.2V, 가역용량은 100㎃h/g 정도이다. 즉 두 물질 모두 큰 장·단점을 가지고 있다.
      • 탄소계 음극 활성물질
        • 나트륨이온 전지에는 리튬과 달리 흑연음극 대신 무정형 탄소를 사용한다. 이들 재료는 일본의 Kureha(주)와 Sumitomo Chemical(주)에 서 생산하고 있다. 이들의 재료를 음극 활성물질로 사용하면 250~400㎃h/g 수준의 가역용량을 얻을 수 있다.
      • 나트륨 전지에는 동박 0.4kg 대신 알루미늄박이 사용되므로 알루미늄박 시장 규모 2배로 확대 가능
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