배터리의 새로운 미래?…나트륨 이온 배터리 적용한 보조 배터리 등장 [고든 정의 TECH+]

소금은 음식에 간을 맞출 때만 사용하는 게 아니라 여러 가지 산업용 소재로 활용될 수 있습니다. 예를 들어 배터리 원료도 될 수 있습니다. 소금 분자를 이루는 두 원소 중 하나인 나트륨 (소듐) 리튬과 비슷한 성질을 지니고 있기 때문에 리튬 이온 대신 나트륨 이온을 사용한 배터리를 만들 수 있는 것입니다.

사실 과학자와 배터리 기업들은 오래전부터 이 사실을 알고 있었지만, 리튬 이온보다 분자량이 큰 나트륨 이온으로 배터리를 만들면 에너지 밀도가 낮아지기 때문에 비싼 가격에도 불구하고 리튬 이온 배터리에 집중했던 것입니다.

에너지 밀도가 높다는 것은 결국 같은 용량이면 무게가 가볍다는 뜻입니다. 리튬 이온 배터리의 주 수요가 스마트폰이나 노트북 같은 휴대용 전자기기나 전기차라는 점을 생각하면 값싸고 어디에서나 구하기 쉬운 나트륨을 외면한 이유를 알 수 있습니다.

하지만 최근 여러 가지 장점 때문에 나트륨 이온 배터리에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 구체적인 장점을 보여주는 사례가 일본의 PC 및 모바일 주변 기기 하드웨어 제조사인 엘레컴 (Elecom)이 선보인 DE-C55L-9000 보조 배터리입니다.

엘레컴은 DE-C55L-9000이 세계 최초의 나트륨 이온 보조 배터리라고 소개하고 있습니다. 하지만 장점은 그것만이 아닙니다. 제조사가 보증하는 실내 및 실내 작동 온도는 영하 34도에서 50도입니다. 쉽게 말해 리튬 이온 배터리가 성능이 크게 떨어지는 저온 환경에서도 성능을 보증합니다. 나트륨 이온 배터리는 낮은 온도에서도 잘 작동하기 때문입니다.





그리고 나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리보다 화재에 안전한 특징이 있습니다. 물론 이는 실제 사용 환경에서 아직 검증되지 않은 이야기이고 나트륨 역시 물과 반응하면 위험한 물질이긴 하지만, 이 주장이 옳다면 거친 환경에서 사용할 때 큰 장점이 있습니다. 제조사 역시 여기에 홍보의 초점을 맞추고 있는 것으로 보입니다. 또 다른 장점은 완전 방전 상태에서도 배터리 손상이 덜해 항공기나 선박 수송, 물류 창고 보관 시 더 안전한 상태로 장기 보관이 가능하다는 것입니다.

단점은 쉽게 예상할 수 있듯이 무겁다는 것입니다. 9,000-mAh 용량의 보조 배터리임에도 불구하고 무게가 350g에 달합니다. 하지만 이는 특수 목적 (추운 지역에서 아웃도어 기기로 사용)하면 크게 문제되는 수준은 아닙니다.

진짜 큰 문제는 역설적으로 비싼 가격입니다. DE-C55L-9000의 가격인 9980엔으로 정해졌는데, 같은 용량의 리튬 이온 배터리보다 몇 배 이상 비싼 가격입니다. 원료 값만으로 설명하기 힘든 비싼 가격은 리튬 이온 배터리처럼 대량 생산되지 않고 있는 데서 기인한 것으로 보입니다.

그래도 장기적으로 보면 나트륨 이온 배터리의 가격은 분명히 저렴해질 수 있습니다. 음극재로 구리 대신 알루미늄처럼 더 저렴한 금속을 사용할 수 있고 양극재로도 니켈이나 코발트 같은 비싼 금속을 사용할 필요가 없어 일단 원료 값이 훨씬 저렴하기 때문입니다.

따라서 중국의 CATL을 비롯한 중국 배터리 기업들은 물론 미국, 한국, 인도, 유럽 등 세계 각지의 배터리 관련 기업들이 나트륨 이온 배터리 개발 경쟁에 뛰어들고 있습니다. 하지만 리튬이나 니켈, 코발트 등 주요 원료의 가격이 안정적으로 낮게 유지될 경우 생각보다 미래가 밝지 않을 수 있습니다.

나트륨 이온 배터리를 리튬 이온 배터리처럼 저렴하게 대량 생산하기 위해서는 막대한 투자와 연구 개발이 불가피한데, 그럴 만한 동기가 줄어들기 때문입니다. 첫 나트륨 이온 보조 배터리의 사례에서 보듯이 원료가 저렴하다고 해서 당장 제품이 저렴한 건 아닙니다.

다만 최근 많은 연구 개발이 이뤄진 덕에 실제 상용화 단계에 이른 것도 사실이기 때문에 나트륨 이온 배터리가 어느 임계점을 넘으면 전고체 배터리와 함께 미래 배터리 시장을 주도할 가능성도 배제할 순 없습니다. 과연 미래가 어떻게 될지 궁금합니다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com