최근에는 나트륨 이온 배터리 의 중국 진출 소식이 자주 등장하고 있습니다. 먼저, 화웨이는 중커하이나와 공동으로 건설한 세계 최초의 1GWh급 양산형 나트륨 이온 배터리 셀 생산라인이 공식 가동에 들어갔다고 밝혔습니다.
목차
이어서 중국 안후이성에서 진행 중인 경치 좋은 에너지 저장 기지 프로젝트가 현재 중국 최대 규모의 나트륨 배터리 프로젝트라는 중국 당국의 보도자료가 발표되었습니다.
동시에 중국 연구 기관은 나트륨 이온 배터리 산업 표준에 대한 의견 수렴 공고를 발표하고 관련 표준 마련을 추진했습니다.
나트륨 이온 배터리의 지속적인 개발을 촉진하는 모든 종류의 좋은 소식입니다.
나트륨 배터리가 주목받기 시작하다
사실 나트륨 배터리는 새로운 것이 아니라 1970 년대에 리튬 이온 배터리와 동시에 제안되었으며 하나는 나트륨 이온이고 다른 하나는 리튬 이온이라는 점을 제외하면 둘 다 동일한 원리로 작동합니다. 그러나 리튬 이온 배터리는 뛰어난 성능으로 많은 회사에서 사랑 받아 왔으며 리튬 배터리 산업 는 50년 동안 활발하게 발전해 온 반면, 나트륨 이온 배터리는 연구부터 산업화까지 제자리걸음을 하고 있습니다.
이제 나트륨 배터리가 갑자기 주목을 받는 것은 사실 오래된 라이벌인 리튬 이온 배터리 때문입니다. 탄소 중립, 리튬 이온 배터리의 맥락에서 공급이 부족한 주요 원자재 인 탄산 리튬은 올해 3 월부터 8 월까지 가격이 높은 상승세를 보인 후 9 월에 다시 모멘텀을 회복했으며 올해 누적 가격 상승은 80% 이상입니다. 원자재 가격의 지속적인 급등은 다운 스트림 배터리 제조업체, 자동차 회사에 엄청난 비용 압력을 가져 왔으며, 이러한 이유로 탄산 리튬의 높은 가격으로 인해 관련 기업은 불안감을 느낍니다.
나트륨 배터리는 리튬 이온 배터리에 비해 이론적 수준에서 총 재료비가 30%-40% 낮고 매장량 측면에서 지구의 나트륨 자원이 리튬보다 400 배 더 많고 전 세계 분포가 균일하여 사람들이 대체의 빛을 볼 수 있습니다.
그러나 실제로 기술 수준이나 업스트림 및 다운스트림 산업 체인에서 볼 때 나트륨 이온 배터리는 대량 생산의 전 단계에 있습니다.
그리고 음극 재료나트륨 이온 배터리 제조에 가장 중요한 소재인 리튬 이온은 중커하이나가 사용하는 층상 금속 산화물 경로, CATL이 사용하는 프러시안 블루 경로, 폴리이온 경로 등 세 가지 기술 경로를 통해 동시에 개발되고 있습니다.
그 중 중커하이나의 노선은 기술적으로 성숙해 현재 생산 중입니다. 설치 전력 배터리 용량 세계 10 대 기업 중 하나 인 CATL은 프러시아 블루 경로를 채택하고 작년 7 월에 1 세대 나트륨을 출시했지만 아직까지 생산에 투입되지 않았습니다. 폴리아이온 경로의 경우 아직 중국에는 기업이 없으며 중국 제조업체는 아직이 경로를 사용하는 배터리를 출시하지 않았기 때문에 산업화 과정이 처음 두 가지보다 훨씬 적습니다. 즉, 나트륨 이온 배터리는 아직 연구 개발 초기 단계에 있으며 지속적인 기술 성숙을 기다리는 동안 어떤 기술 경로가 결국 승리 할 것인지는 아직 불분명합니다.
또한 나트륨 이온 배터리는 아직 예비 산업 체인을 형성하지 않았기 때문에 나트륨 이온 배터리의 생산 비용이 증가 할 것입니다.
현재 산업 체인의 지원 부족, 규모 효과 부족으로 나트륨 이온의 실제 생산 비용은 1 위안 / Wh 이상으로 실제로 현재 산업 체인이 성숙하고 리튬 이온 배터리의 대규모 생산보다 훨씬 높은 것으로 추정됩니다. 업계는 나트륨 이온 배터리의 저렴한 비용에 대해 가장 우려하고 있지만 이상적인 상황의 이론적 비용에 불과합니다.
동시에 나트륨 이온 배터리가 주목받는 것은 현재 리튬 배터리 원자재 가격의 급등으로 인한 것이기 때문에 향후 리튬 원자재 공급이 완화되면 나트륨 배터리의 홍보가 예상대로 진행될 수 있을지 여부도 불확실성이 있습니다.
나트륨이 리튬을 완전히 대체할 가능성은 낮습니다.
이론적으로 나트륨은 비용이 저렴하고 매장량이 많으며 아직 대량 생산 직전에 있지만 시간이 지나면 시대가 올 것입니다. 그렇다면 그때쯤이면 나트륨이 리튬을 완전히 대체할 수 있을까요?
대답은 '아니오'입니다.
전력 배터리에서 가장 우려되는 성능인 에너지 밀도에서 현재의 나트륨 배터리는 명백한 단점이 있습니다.
지난 7월, CATL은 리튬-나트륨 하이브리드 배터리 팩 출시와 동시에 1세대 나트륨 이온 배터리를 출시했는데, 이는 동일한 배터리 시스템을 사용하는 두 개의 배터리로 관리할 수 있는 제품입니다.
현재 전력 배터리로서 리튬 인산철 배터리 에너지 밀도는 120Wh/kg에서 200Wh/kg, 삼원계 리튬 배터리 셀 에너지 밀도는 200Wh/kg에서 350Wh/kg, 나트륨 배터리 셀 에너지 밀도는 100Wh/kg에서 0Wh/kg으로 그 격차가 매우 뚜렷합니다.
그렇다면 나트륨 배터리 기술이 더 성숙해지면 그 격차가 좁혀질 수 있을까요? 이 또한 불가능하며 변화의 가능성 없이 나트륨 이온의 타고난 특성에 의해 결정됩니다. 리튬 이온과 나트륨 이온은 원소 특성이 다르기 때문에 나트륨 이온 배터리의 에너지 밀도 상한을 결정하며, 이는 항상 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도 상한보다 낮을 것입니다.
에너지 밀도의 고유한 격차는 새로운 에너지 차량의 전원 배터리로 사용될 경우 동일한 무게의 나트륨 이온 배터리가 항상 동일한 무게의 리튬 이온 배터리보다 훨씬 적은 주행 거리를 제공할 수 있음을 의미하며, 이는 나트륨이 전원 배터리 분야에서 리튬을 대체할 수 없음을 결정합니다.
나트륨 이온과 리튬 배터리는 더 상호 보완적입니다.
안전성 측면에서 나트륨 배터리는 리튬 이온 배터리보다 리튬 배터리보다 나트륨 배터리의 내부 저항이 높기 때문에 단락시 과도 발열이 적고 온도 상승이 낮으며 열 폭주 온도가 리튬 배터리보다 높기 때문에 안전성이 높습니다.
동시에 리튬 배터리는 저온에서 충전하면 리튬 이온이 침전되는 반면 나트륨 배터리는 침전되지 않으므로 나트륨 이온 배터리는 작동 온도 범위가 더 넓습니다. 나트륨은 -40℃~80℃의 온도 범위에서 정상적으로 작동할 수 있으며, 용량 유지율은 -20℃에서 거의 90%에 달해 리튬 이온 배터리보다 고온 및 저온 성능이 더 우수합니다.
높은 안전성과 넓은 작동 온도 범위, 저렴한 비용은 실제로 에너지 저장에 더 적합합니다. 에너지 저장 배터리는 파워 배터리처럼 높은 에너지 밀도가 필요하지 않으며 안전과 경제성에 더 많은 주의를 기울이며 더 넓은 작동 온도 범위가 필요한 다른 위도의 기후 조건에 적응하는 것이 좋습니다.
따라서 향후 나트륨 이온 배터리 기술이 성숙함에 따라 전력 배터리 산업에서 나트륨 이온 배터리와 리튬 이온 배터리의 상황은 결국 공통된 발전을 보일 수밖에 없습니다.
나트륨 배터리와 리튬 배터리 간의 경쟁
최근에는 나트륨 이온 배터리 의 중국 진출 소식이 자주 등장하고 있습니다. 먼저, 화웨이는 중커하이나와 공동으로 건설한 세계 최초의 1GWh급 양산형 나트륨 이온 배터리 셀 생산라인이 공식 가동에 들어갔다고 밝혔습니다.
이어서 중국 안후이성에서 진행 중인 경치 좋은 에너지 저장 기지 프로젝트가 현재 중국 최대 규모의 나트륨 배터리 프로젝트라는 중국 당국의 보도자료가 발표되었습니다.
동시에 중국 연구 기관은 나트륨 이온 배터리 산업 표준에 대한 의견 수렴 공고를 발표하고 관련 표준 마련을 추진했습니다.
나트륨 이온 배터리의 지속적인 개발을 촉진하는 모든 종류의 좋은 소식입니다.
나트륨 배터리가 주목받기 시작하다
사실 나트륨 배터리는 새로운 것이 아니라 1970 년대에 리튬 이온 배터리와 동시에 제안되었으며 하나는 나트륨 이온이고 다른 하나는 리튬 이온이라는 점을 제외하면 둘 다 동일한 원리로 작동합니다. 그러나 리튬 이온 배터리는 뛰어난 성능으로 많은 회사에서 사랑 받아 왔으며 리튬 배터리 산업 는 50년 동안 활발하게 발전해 온 반면, 나트륨 이온 배터리는 연구부터 산업화까지 제자리걸음을 하고 있습니다.
이제 나트륨 배터리가 갑자기 주목을 받는 것은 사실 오래된 라이벌인 리튬 이온 배터리 때문입니다. 탄소 중립, 리튬 이온 배터리의 맥락에서 공급이 부족한 주요 원자재 인 탄산 리튬은 올해 3 월부터 8 월까지 가격이 높은 상승세를 보인 후 9 월에 다시 모멘텀을 회복했으며 올해 누적 가격 상승은 80% 이상입니다. 원자재 가격의 지속적인 급등은 다운 스트림 배터리 제조업체, 자동차 회사에 엄청난 비용 압력을 가져 왔으며, 이러한 이유로 탄산 리튬의 높은 가격으로 인해 관련 기업은 불안감을 느낍니다.
나트륨 배터리는 리튬 이온 배터리에 비해 이론적 수준에서 총 재료비가 30%-40% 낮고 매장량 측면에서 지구의 나트륨 자원이 리튬보다 400 배 더 많고 전 세계 분포가 균일하여 사람들이 대체의 빛을 볼 수 있습니다.
그러나 실제로 기술 수준이나 업스트림 및 다운스트림 산업 체인에서 볼 때 나트륨 이온 배터리는 대량 생산의 전 단계에 있습니다.
그리고 음극 재료나트륨 이온 배터리 제조에 가장 중요한 소재인 리튬 이온은 중커하이나가 사용하는 층상 금속 산화물 경로, CATL이 사용하는 프러시안 블루 경로, 폴리이온 경로 등 세 가지 기술 경로를 통해 동시에 개발되고 있습니다.
그 중 중커하이나의 노선은 기술적으로 성숙해 현재 생산 중입니다. 설치 전력 배터리 용량 세계 10 대 기업 중 하나 인 CATL은 프러시아 블루 경로를 채택하고 작년 7 월에 1 세대 나트륨을 출시했지만 아직까지 생산에 투입되지 않았습니다. 폴리아이온 경로의 경우 아직 중국에는 기업이 없으며 중국 제조업체는 아직이 경로를 사용하는 배터리를 출시하지 않았기 때문에 산업화 과정이 처음 두 가지보다 훨씬 적습니다. 즉, 나트륨 이온 배터리는 아직 연구 개발 초기 단계에 있으며 지속적인 기술 성숙을 기다리는 동안 어떤 기술 경로가 결국 승리 할 것인지는 아직 불분명합니다.
또한 나트륨 이온 배터리는 아직 예비 산업 체인을 형성하지 않았기 때문에 나트륨 이온 배터리의 생산 비용이 증가 할 것입니다.
현재 산업 체인의 지원 부족, 규모 효과 부족으로 나트륨 이온의 실제 생산 비용은 1 위안 / Wh 이상으로 실제로 현재 산업 체인이 성숙하고 리튬 이온 배터리의 대규모 생산보다 훨씬 높은 것으로 추정됩니다. 업계는 나트륨 이온 배터리의 저렴한 비용에 대해 가장 우려하고 있지만 이상적인 상황의 이론적 비용에 불과합니다.
동시에 나트륨 이온 배터리가 주목받는 것은 현재 리튬 배터리 원자재 가격의 급등으로 인한 것이기 때문에 향후 리튬 원자재 공급이 완화되면 나트륨 배터리의 홍보가 예상대로 진행될 수 있을지 여부도 불확실성이 있습니다.
나트륨이 리튬을 완전히 대체할 가능성은 낮습니다.
이론적으로 나트륨은 비용이 저렴하고 매장량이 많으며 아직 대량 생산 직전에 있지만 시간이 지나면 시대가 올 것입니다. 그렇다면 그때쯤이면 나트륨이 리튬을 완전히 대체할 수 있을까요?
대답은 '아니오'입니다.
전력 배터리에서 가장 우려되는 성능인 에너지 밀도에서 현재의 나트륨 배터리는 명백한 단점이 있습니다.
지난 7월, CATL은 리튬-나트륨 하이브리드 배터리 팩 출시와 동시에 1세대 나트륨 이온 배터리를 출시했는데, 이는 동일한 배터리 시스템을 사용하는 두 개의 배터리로 관리할 수 있는 제품입니다.
현재 전력 배터리로서 리튬 인산철 배터리 에너지 밀도는 120Wh/kg에서 200Wh/kg, 삼원계 리튬 배터리 셀 에너지 밀도는 200Wh/kg에서 350Wh/kg, 나트륨 배터리 셀 에너지 밀도는 100Wh/kg에서 0Wh/kg으로 그 격차가 매우 뚜렷합니다.
그렇다면 나트륨 배터리 기술이 더 성숙해지면 그 격차가 좁혀질 수 있을까요? 이 또한 불가능하며 변화의 가능성 없이 나트륨 이온의 타고난 특성에 의해 결정됩니다. 리튬 이온과 나트륨 이온은 원소 특성이 다르기 때문에 나트륨 이온 배터리의 에너지 밀도 상한을 결정하며, 이는 항상 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도 상한보다 낮을 것입니다.
에너지 밀도의 고유한 격차는 새로운 에너지 차량의 전원 배터리로 사용될 경우 동일한 무게의 나트륨 이온 배터리가 항상 동일한 무게의 리튬 이온 배터리보다 훨씬 적은 주행 거리를 제공할 수 있음을 의미하며, 이는 나트륨이 전원 배터리 분야에서 리튬을 대체할 수 없음을 결정합니다.
나트륨 이온과 리튬 배터리는 더 상호 보완적입니다.
안전성 측면에서 나트륨 배터리는 리튬 이온 배터리보다 리튬 배터리보다 나트륨 배터리의 내부 저항이 높기 때문에 단락시 과도 발열이 적고 온도 상승이 낮으며 열 폭주 온도가 리튬 배터리보다 높기 때문에 안전성이 높습니다.
동시에 리튬 배터리는 저온에서 충전하면 리튬 이온이 침전되는 반면 나트륨 배터리는 침전되지 않으므로 나트륨 이온 배터리는 작동 온도 범위가 더 넓습니다. 나트륨은 -40℃~80℃의 온도 범위에서 정상적으로 작동할 수 있으며, 용량 유지율은 -20℃에서 거의 90%에 달해 리튬 이온 배터리보다 고온 및 저온 성능이 더 우수합니다.
높은 안전성과 넓은 작동 온도 범위, 저렴한 비용은 실제로 에너지 저장에 더 적합합니다. 에너지 저장 배터리는 파워 배터리처럼 높은 에너지 밀도가 필요하지 않으며 안전과 경제성에 더 많은 주의를 기울이며 더 넓은 작동 온도 범위가 필요한 다른 위도의 기후 조건에 적응하는 것이 좋습니다.
따라서 향후 나트륨 이온 배터리 기술이 성숙함에 따라 전력 배터리 산업에서 나트륨 이온 배터리와 리튬 이온 배터리의 상황은 결국 공통된 발전을 보일 수밖에 없습니다.