나트륨 이온 배터리의 산업화가 가속화되고 있습니다. 이러한 시나리오 또는 변화는 무엇일까요?

Jun 14 2022
나트륨 이온 배터리의 산업화가 가속화되고 있습니다. 이러한 시나리오 또는 변화는 무엇일까요? 기술 축적과 정책적 뒷받침을 바탕으로, 우리나라의 나트륨 이온 전지 산업화는 2022년부터 본격화될 것입니다. 전 세계 전기차 및 에너지 저장 산업이 급속도로 발전하면서 주류 배터리인 리튬 이온 배터리에 대한 수요도 빠르게 증가하고 있습니다. 하지만 리튬 이온 배터리보다 가격이 저렴한 나트륨 이온 배터리가 업계의 주목을 받고 있으며, 에너지 저장 및 저속 전기차 시장에 큰 영향을 미칠 것으로 예상됩니다. 최근 국가발전개혁위원회, 국가에너지국, 공업정보화부, 과학기술부 등 9개 부처와 위원회가 공동으로 '재생에너지 발전 제14차 5개년 계획'을 발표하고, 고에너지밀도 에너지 저장 기술 등도 제시했습니다. 공업정보화부는 이미 작년 8월, "제14차 5개년 계획" 관련 계획 등 정책 문서의 레이아웃을 강화하고, 첨단 기술 연구 촉진을 시작으로 지원 정책을 개선하고 시장 응용 분야를 개발하겠다고 발표했습니다. 산업 정책을 개선하고 나트륨 이온 전지 산업의 고품질 발전을 조율 및 지도할 것입니다. 과학기술부는 또한 "14차 5개년 계획" 기간 동안 "에너지 저장 및 스마트 그리드 기술"을 중점 프로젝트로 추진하고, 나트륨 이온 전지 기술을 하위 과제로 지정하여 나트륨 이온 전지의 규모화 및 비용 절감을 더욱 촉진하고, 전반적인 성능을 향상시킬 것이라고 밝혔습니다. 사실, 나트륨 이온 배터리의 산업화에 많은 관심이 집중되는 이유는 주로 자원이 풍부하고 비용이 저렴하다는 장점 때문입니다. 나트륨 이온 전지의 작동 원리는 리튬 이온 전지와 유사합니다. 주로 양극과 음극 사이의 나트륨 이온 이동을 통해 충전과 방전이 이루어집니다. 리튬 이온 전지의 기존 원자재 및 생산 장비와 호환될 수 있습니다. 매장량 측면에서 보면, 지구 지각 내 리튬 자원의 매장량은 0.002%에 불과하며, 이는 나트륨의 1,000분의 1에도 미치지 못하는 수준입니다. 리튬의 주요 생산지는 호주, 칠레, 아르헨티나 등입니다. 국내 리튬 자원은 생산 능력이 부족하여 현재 대부분 수입에 의존하고 있습니다. 나트륨은 지구 지각에서 여섯 번째로 풍부한 원소이며, 지리적 분포가 균일하기 때문에 자원 위기가 발생하기 어렵고, 이로 인해 나트륨 이온 화합물을 얻기가 더 쉽고 가공 비용이 낮습니다. 전기화학적 성능의 관점에서 볼 때, 나트륨 이온 전지는 비교적 안정적인 전기화학적 성능과 안전성을 가지고 있으며, 작동 온도 범위가 넓습니다. 나트륨 이온 화합물의 적용성 관점에서 볼 때, 낮은 전압에서 알루미늄은 나트륨과 합금되지 않으므로 나트륨 이온 전지의 양극은 리튬 전지처럼 구리 전류 집전체만 사용하는 대신 알루미늄 전류 집전체를 사용할 수 있으며, 이를 통해 전지의 비용과 무게를 줄일 수 있습니다. 그러나 실제 적용 분야에서 나트륨 이온 배터리는 낮은 에너지 밀도, 짧은 사이클 수명, 불완전한 공급망 및 적용 시나리오와 같은 문제점을 안고 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 업계의 "선구자"들이 이미 이 문제를 탐구하는 여정에 나섰습니다. 배터리 기업 측면에서 보면 현재 닝더타임스, 신왕다, 펑후이에너지, 파이능테크놀로지, 중커하이나, 리신 등의 배터리 기업이 나트륨 이온 배터리에 대한 관련 레이아웃을 수립했습니다. 2021년 7월, CATL은 단일 셀 에너지 밀도가 160Wh/kg인 1세대 나트륨 이온 배터리를 출시했습니다. 이 배터리는 실온에서 15분 만에 80%의 전기를 충전할 수 있으며, -20°C에서도 90% 이상의 방전 유지율을 자랑합니다. 업계의 나트륨 이온 배터리에 대한 관심은 즉시 뜨거워지기 시작했습니다. 신왕다는 나트륨 이온 전지용 나트륨 보충 방법, 나트륨 이온 전지 및 그 제조 방법 등 다수의 특허를 보유하고 있다고 발표했습니다. 중커 하이나(Zhongke Hai Na)의 발전 속도는 더욱 빠릅니다. 작년 6월, 세계 최초로 1MWh 용량의 나트륨 이온 배터리 에너지 저장 시스템을 출시했습니다. 같은 해 말에는 싼샤 그룹(Three Gorges Group)과 협력하여 푸양시(Fuyang City)와 협력하여 최초의 대규모 나트륨 이온 배터리 생산 라인을 공동 구축했습니다. 생산 용량은 5GWh로 계획되어 있으며, 이 프로젝트는 올해 생산을 시작할 예정입니다. 펑후이 에너지는 인산나트륨 양극재와 경질탄소계 음극재를 사용한 나트륨 이온 전지 샘플을 제작하여 파일럿 단계에 있는 것으로 알려졌습니다. 펑후이 테크놀로지가 개발한 1세대 나트륨 이온 전지 제품도 파일럿 테스트를 완료했습니다. 현재 여러 기업의 전지 시제품 생산 및 대량 생산이 순조롭게 진행되고 있습니다. 또한 배터리차이나에서는 CATL이 나트륨이온 배터리 산업화에 착수했으며, 2023년까지 기초 산업 체인을 형성할 계획이라는 소식을 접했습니다. 산업 사슬의 관점에서 볼 때, 나트륨 이온 전지의 상용화는 신소재 공급과 불가분의 관계에 있습니다. 양극재 및 음극재와 전해질 측면에서는 당성 테크놀로지(Dangsheng Technology), 폴리플루오라이드(Polyfluoride), 화양(Huayang Co., Ltd.), 용타이 테크놀로지(Yongtai Technology), 롄촹(Lianchuang Co., Ltd.), 젠화 뉴 머티리얼(Zhenhua New Materials) 등의 기업들이 이미 나트륨 이온 전지 상용화를 계획하거나 도입했습니다. 국내 대표적인 리튬전지 소재 기업인 당성테크놀로지와 리선배터리는 나트륨이온전지 및 핵심소재 등 첨단기술 분야에서 협력을 강화하기 위해 손을 잡았습니다. 진행 상황을 보면, 불소화학 회사인 폴리플루오라이드의 육불화인산나트륨 제품은 일괄 출하되었고, NaFSI 제품도 개발되고 있습니다. 중커 하이나(Zhongke Haina)의 지분 1.66%를 간접적으로 보유하고 있는 화양(Huayang)은 1,000톤 규모의 나트륨 이온 배터리 소재 생산 라인을 건설할 계획입니다. 1단계 프로젝트는 2022년 1분기 말 시범 생산을 위해 완료되었습니다. 나트륨 이온 배터리 생산 라인은 3분기 말부터 생산을 시작할 예정입니다. ...
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