중국 CATL(Contemporary Amperex Technology Co., Ltd.)이 자체 개발한 1세대 나트륨 이온 배터리(이하 나트륨 배터리)를 공개했다. 

리튬과 나트륨 배터리는 모두 비슷한 시기에 등장했고 작동 원리도 비슷하지만, 나트륨 배터리의 에너지 밀도가 너무 낮아 산업화에 오랜 시간이 걸렸다. 이번에 CATL이 공개한 나트륨 배터리 역시 완벽한 상용화까지는 해결해야 할 문제들이 남아 있다.

# 빠른 충방전과 저렴한 가격, 저온 성능 등이 장점 = 기존 리튬 이온 배터리와 비교했을 때, 장점을 꼽아본다면 우선 빠른 충전이다. 실온에서 15분만에 최대 80% 급속충전이 가능하다는 것이 CATL측의 설명이다. 또, 영하 20도에서 90% 이상의 성능과 배터리 수명은 리튬 이온 배터리의 문제점을 해결한 상대적인 장점으로 꼽힌다. 가장 큰 경쟁력은 가격이다. 리튬 가격은 최근 1년만에 2배 이상이 올랐다. 반면 나트륨의 수급 가격은 1kg 당 2위안으로 400원이 채 못된다.

# 리튬 고갈의 대안 ... 그러나 낮은 에너지 밀도 해결해야 할 과제 = 배터리 원료의 가격과 수급에 있어서는 나트륨 배터리가 리튬 이온 배터리의 대안이 될 수도 있다. 최근 전기자 수요가 급증하면서 리튬 가격은 급등했다. 한국자원정보서비스(Kores)의 광물가격 정보에 따르면 작년 7월 1kg당 34위안에 거래되던 탄산리튬 가격은 80위안을 넘어섰고 전문가들은 최근 수요 폭증에 따른 리튬 고갈의 문제가 나타날수도 있다고 지적한 바 있다. 시장 조사업체 SNE리서치의 올래 5월 조사결과에 따르면, 글로벌 전기차 수요는 2030년 지금의 17배, 전기차 배터리 수요는 23배에 이르게 될 것으로 전망된다. 

나트륨 배터리의 숙제는 에너지 밀도다. CATL측 회사 관계자는 "나트륨 배터리의 음극재 재료로 프러시안 화이트 메탈을 적용하고 전자를 재배열한 벌크 구조의 재료 설계를 완료했다"며 "나트륨 이온의 저장과 빠른 이동을 위해 다공성 구조를 가진 경질 탄소 물질을 개발해 적용했다"고 밝혔다. 그러나 이 같은 노력에도 불구하고 나트륨 배터리의 에너지 밀도는 1kg 당 160Wh(와트시)로 리튬 이온 배터리 200Wh의 80% 수준이다. 회사측은 향후 에너지 밀도가 200Wh를 넘어서는 나트륨 배터리를 개발할 계획이다. 에너지 밀도 문제에도 불구하고 빠른 충방전, 저온 안전성과 가격 등을 고려할 때 나트륨 배터리는 매력적이라는 평가도 있다. 

# 나트륨-리튬 장점살린 하이브리드 배터리 시스템 제안 =  CATL측은 나트륨 배터리가 리튬 배터리와 같이 사용할 수 있는 하이브리드적 특성을 가지고 있다면서 두 가지 배터리 셀을 함께 사용하는 하이브리드 배터리 팩을 제안했다. CATL AB로 명명된 하이브리드 팩은 겨울철 회생제동에 안정적이며 리튬-나트륨 배터리 생산공정이 완벽하게 호환되기 때문에 생산자 입장에서상당히 매력적이라고 주장하면서  2023년까지 나트륨 배터리의 생산, 공급, 유통 그리고 수요처까지 확보한다는 계획이다. CALT는 10년 이상 애플에 배터리를 공급해 온 ATL에서 분사한 기업이다. ATL의 최대주주는 일본 TDK이지만 CATL은 일본 TDK의 지분이 없는 완전한 중국기업이다.

# 국내서도 나트륨 배터리 개발 한창 = 올해 4월 한국과학기술연구원(KIST)의 에너지저장연구단 김상옥 박사팀은 리튬이온 배터리에 쓰이는 흑연 음극재 보다 1.5배 많은 전기를 저장할수 있으면서 200회 이상 충방전에도 성능저하가 없는 나트륨 이온배터리용 음극소재를 개발했다. 연구성과는 미국 화학학 저널 ACS Nano에 게재됐다.  이보다 앞선 지난해 6월에는 광주과학기술원(GIST)의 신소재공학부 엄광섭 교수팀이 '불화인산바나듐나트륨'을 전극 재료로 활용한 고용량 나트륨 배터리를 개발, 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 연구결과를 게재했다.