온실가스 배출 ‘제로(0)’를 실현시키기 위해 업계는 내연기관차에서 전기차로의 산업을 재편, 화석연료에 대한 의존도를 낮출 수 있도록 전기차에 장착 가능한 배터리 개발·생산에 집중하고 있다. 

하지만 지난 몇 년간 글로벌 전기차 시장이 급속도로 확장가도를 달렸으나, 최근 배터리 관련 이슈로 보급 확산에 발목이 잡혔다. 바로 내연기관 차량 대비 비싼 찻값과 짧은 주행거리 등이 전기차의 최대 단점으로 꼽힌 것. 

이에 자동차 업계는 현재 가장 많이 사용되고 있는 ‘리튬(Litum)’의 한정된 자원 속에 배터리 단가 상승에 따른 찻값 인상으로 인한 판매 부진을 해소하기 위해, 새로운 배터리 소재 개발에 도전하고 있다. 특히 기존 리튬 배터리의 새로운 대안으로 나트륨이온 배터리가 주목받고 있다. 상용차 시장에 적용 시점에 대해 알아봤다. 

나트륨이온 배터리의 경쟁력은?
전기차 배터리에 주로 사용되고 있는 광물인 리튬의 원자잿값이 상승함에 따라, 배터리 업계는 전고체 전지(양극과 음극 사이를 고체 전해질로 채워 만든 이차 전지) 등을 비롯한 신소재 개발에 박차를 가하고 있다. 그 가운데 전고체와 함께 현재 가장 주목받는 것이 ‘나트륨이온 배터리'다.

나트륨이온 배터리는 기존 리튬이온 배터리 생산 대비 낮은 원자잿값과 가공원가, 풍부한 원자재 매장량이라는 장점을 가지고 있어, 중국의 CATL 등 글로벌 배터리 제조업체들이 차세대 배터리로 주목, 개발에 앞장서고 있다.

나트륨이온 배터리의 가장 큰 장점으로는 주원료로 사용되는 나트륨의 양이 리튬 매장량 대비 약 440배 이상 많아 비교적 확보가 수월한 원자재인 만큼 저렴한 단가가 가장 큰 장점으로 꼽힌다.  

하지만 단점도 분명하다. 포스코가 공개한 배터리 종류별 에너지밀도 평가 자료에 따르면, 삼원계 리튬이온 배터리(NCM)의 에너지밀도는 kg당 210Wh에 달한다. 리튬인산철 배터리(LFP)의 에너지밀도는 kg당 170Wh이며, 나트륨이온 배터리는 그보다 더 낮은 kg당 160Wh에 그쳤다. 

때문에 주행거리가 짧고, 배터리 수명이 리튬이온 배터리보다 짧다는 것이 현재까지의 가장 큰 한계점으로 알려졌다. 

트럭 및 버스에 장착될 가능성은?
이제 막 개발에 성공한 나트륨이온 배터리의 특성상, 대용량 배터리를 장착해야 하는 상용차(트럭 및 버스 등)에 탑재 가능한 시점은 미지수다.

최근 나트륨이온 배터리 개발 현황을 조금 더 들여다보면, 지난해 12월 유럽 배터리 시장의 ‘신흥강자’로 부흥하고 있는 스웨덴 배터리 제조업체 노스볼트 사는 킬로그램(kg)당 160Wh급의 나트륨 이온 배터리 개발에 성공했다고 밝혔다. 

노스볼트는 기존 kg당 280~300Wh에 달하는 리튬이온 배터리 셀보다 에너지 밀도는 낮으나 향후 기술 개발을 통해 에너지 밀도를 높여 비용 절감을 실현시킨다는 구상이다. 

페테르 칼손(Peter Carlsson) 노스볼트 최고경영자는 “나트륨이온 배터리는 NCM 배터리나 LFP 배터리보다 훨씬 더 안전하고 저렴하며, 리튬에 비해 가격이 훨씬 저렴하고 고온에서도 더 안정적이고, 지속 가능성도 높다”라며, “나트륨이온 배터리 개발을 통해 향후 중국 배터리 의존도를 낮출 수 있도록 연내 나트륨이온 배터리 시제품을 공개할 예정이며, 추가 연구를 통해 전기차용 배터리로도 확대 출시할 계획”이라고 밝혔다.

단거리 적용 우선… 단점 보완 지속
업계는 삼원계 배터리에는 크게 미치지는 못하지만, 리튬인산철 배터리 성능의 80~90%정도의 성능을 발휘할 수 있는 수준으로 발전했다고 전했다. 

이와 동시에 나트륨배터리 단점을 보완하기 위한 시도도 이루어지고 있다. CATL에서는 나트륨이온 배터리와 리튬인산철 배터리를 동시에 탑재하는 AB배터리를 출시할 예정이며, 주행거리는 500km를 주행할 수 있을 것으로 알려졌다.

전문가들은 단기간에는 주행거리가 짧은 모빌리티에 나트륨이온 배터리가 우선 적용될 가능성이 높다고 봤다.
인샤오창(尹小强) BYD 에너지 저장 및 신배터리 사업부의 총책임자는 “최근 1~2년간 나트륨배터리 생산원가와 사이클 성능이 리튬 인산철 배터리와 비슷해졌으며, 올해에는 나트륨배터리의 원자잿값이 리튬 인산철 배터리의 89~97%에 달할 것으로 전망되며 2025년에는 나트륨이온 배터리 가격이 리튬인산철 배터리의 69~83% 값으로 더 낮아질 것”이라고 전망을 내놨다.