더 무서운 건 모든 배터리에 적용 가능?! 세계 1위 배터리 기업 CATL 나트륨 이온 배터리 2세대 분석해보니.. 장단점 넘어 무음극배터리기술, 모든 배터리 에너지 밀도 높인다

간략한 요약

이 비디오에서는 CATL에서 발표한 2세대 나트륨 이온 배터리인 넥스트라에 대해 설명합니다. 나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리에 비해 저렴하고 안전하며 저온에서도 성능이 우수하다는 장점이 있습니다. 특히 CATL은 흑연을 제거한 음극 기술을 통해 에너지 밀도를 크게 향상시켜 LFP 배터리 시장을 대체할 가능성을 제시했습니다.

• 나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리보다 저렴하고 안전합니다.
• CATL의 넥스트라 배터리는 에너지 밀도를 크게 향상시켰습니다.
• 흑연을 제거한 음극 기술은 다른 배터리에도 적용 가능합니다.

CATL 배터리 데이와 나트륨 이온 배터리

CATL은 배터리 데이를 통해 2세대 나트륨 이온 배터리인 넥스트라를 공개했습니다. CATL의 공동 창업자는 나트륨 이온 배터리가 전고체 배터리보다 차세대 기술이 될 수 있다고 언급하며, 리튬 기반 시장의 최대 절반까지 대체할 잠재력이 있다고 주장했습니다. 이는 가격 경쟁력을 넘어 기술력으로도 한국 배터리 3사를 위협할 수 있는 수준입니다.

나트륨 이온 배터리의 안정성 시연

CATL은 넥스트라 배터리의 안정성을 시연하기 위해 배터리를 누르거나 톱으로 자르는 영상을 공개했습니다. 이는 리튬 이온 배터리에 비해 나트륨 이온 배터리가 화재 위험성이 적다는 점을 강조하기 위한 것입니다. 비야디(BYD)는 NCM 리튬 배터리를 뚫으면 불이 나는 반면, LFP 배터리는 얇게 만들어 뚫어도 문제가 없다는 영상을 공개한 바 있습니다.

나트륨 이온 배터리의 장점과 단점

나트륨 이온 배터리의 가장 큰 장점은 양산 시 NCM 배터리나 LFP 배터리보다 훨씬 저렴하게 만들 수 있다는 것입니다. 나트륨은 리튬보다 훨씬 풍부한 자원이기 때문에 원자재 비용을 절감할 수 있습니다. 하지만 나트륨 이온은 리튬 이온보다 크기가 커서 흑연 음극에 끼겨 들어가기가 어렵고, 작동 전압이 낮아 에너지 밀도가 낮다는 단점이 있습니다.

나트륨 이온 배터리의 작동 원리

나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리와 유사하게 양극과 음극 사이를 나트륨 이온이 이동하면서 전기를 발생시키는 원리로 작동합니다. 리튬 대신 나트륨을 사용하며, 충전 시에는 나트륨 이온이 양극에서 음극으로 이동하고, 방전 시에는 다시 양극으로 돌아오면서 에너지를 발생시킵니다.

나트륨 이온 배터리의 기술적 과제

나트륨 이온은 리튬 이온보다 크기가 커서 흑연 음극에 끼겨 들어가기가 어렵기 때문에 하드 카본이나 티타늄 기반의 산화물과 같은 다른 음극 재료를 사용해야 합니다. 또한 나트륨은 리튬보다 표준 전극 전위가 낮아 작동 전압이 낮고, 이는 에너지 밀도를 낮추는 요인이 됩니다. 하지만 나트륨은 반응성이 낮아 열폭주 현상과 같은 안전성 측면에서는 유리합니다.

나트륨 이온 배터리의 추가적인 장점

나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리에서 발생하는 덴드라이트 현상이 덜 발생하며, 음극 집전체로 구리 대신 알루미늄을 사용할 수 있어 원가 절감 효과가 있습니다. 또한 저온에서도 성능이 우수하여 영하 40도까지 내려가도 성능의 90%를 유지할 수 있습니다.

나트륨 이온 배터리의 시장 경쟁력

나트륨 이온 배터리는 NCM 배터리나 LFP 배터리보다 저렴하고 안정적이라는 장점을 가지고 있어 ESS(에너지 저장 시스템) 시장이나 전기차 시장에서 경쟁력을 가질 수 있습니다. 특히 CATL은 2세대 넥스트라 배터리의 에너지 밀도를 크게 향상시켜 LFP 배터리 시장을 대체할 가능성을 제시했습니다.

CATL 넥스트라 배터리의 혁신 포인트

CATL 넥스트라 배터리의 가장 큰 혁신 포인트는 에너지 밀도를 크게 개선했다는 것입니다. 1세대 나트륨 이온 배터리의 에너지 밀도는 kg당 160Wh였지만, 2세대에서는 175Wh까지 올렸으며, 올해 내로 200Wh 이상으로 끌어올릴 계획입니다. 이는 LFP 배터리의 에너지 밀도를 넘어서는 수준입니다.

흑연 없는 음극 기술

CATL은 흑연을 사용하지 않고 알루미늄 집전체에 나트륨 이온을 직접 석출시키는 방식으로 에너지 밀도를 높이는 기술을 개발했습니다. 이 기술은 덴드라이트 문제를 해결하기 위해 집전체 표면에 코팅 기술을 적용하고, 전해액에 붕소 화합물을 첨가하여 덴드라이트 성장을 억제하는 방식으로 구현됩니다.

다양한 배터리 혼합 기술

CATL은 AB 배터리 팩과 같은 듀얼 코어 아키텍처를 통해 다양한 배터리를 혼합하여 사용하는 기술도 선보였습니다. 이를 통해 BMS(배터리 관리 시스템)를 이용하여 각 배터리의 특성에 맞게 작동시켜 배터리 수명을 늘릴 수 있습니다.

결론 및 시사점

CATL의 나트륨 이온 배터리 기술은 LFP 배터리 시장을 대체할 가능성을 제시하며, 흑연 없는 음극 기술은 다른 배터리에도 적용하여 에너지 밀도를 높일 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 한국도 나트륨 이온 배터리 시장에 주목하고, BMS를 이용한 배터리 혼합 기술 개발에 힘써야 할 것입니다.