CATL의 나트륨 배터리 공개행사 요약

이전에 나트륨 배터리 개발중이래서 간단하게 정리한 적이 있다. 그런데 이번에 CATL에서 나트륨 배터리를 실제로 공개를 했다. 이렇게 빨리 나올 줄은 몰랐는데 

CATL의 나트륨 이온 배터리

 

발표된 내용에 따르면, 아직 개발 초기 단계로, 2023년까지 산업 공급망을 구축해 규모의 경제를 확보하겠다고 했습니다. 이전에 글 쓴 대로 나트륨으로 가격을 깎겠다는 것. (이전에 쓸 때는 나트륨 배터리가 거의 반토막 이상 가격일 줄 알았는데, 또 다른 재료들 비용이 있으니 그렇게 싸지는 않은 것 같다. )

출처: 맥쿼리증권

[차이나 모빌리티] 中 1위 CATL, ‘나트륨’으로 배터리 가격 파괴 승부수

아래 나트륨 배터리 행사의 유튜브 영상인데, (중문으로 말하지만 영문 자막이 있다)

 

주요 내용을 요약하자면:

1) 나트륨 배터리도 배터리로서의 기본적인 원리와 작동 방식은 동일합니다.  

2) 나트륨 이온의 크기가 리튬이온보다 훨씬 크기 때문에, 나트륨 배터리의 자유로운 이동을 위해서는 배터리 구성물질의 구조적 안정성이 더 높아야 합니다. 새로운 양극재 구조를 위해, 원자 단위의 소재 시뮬레이션 프로그램을 이용했다고 합니다. 

3) 현재 산업화 가능성이 상대적으로 높은 프러시안 블루(Fe4[Fe(CN)6]3),  Layered Oxide Cathode가 있는데, 이 소재들의 표면에 조작을 가해 빠르게 떨어지는 수명 문제를 극복하여 산업화 가능성을 높였으며, 양극재 성능이 대략 현재의 리튬이온 양극재와 비슷하다고 합니다. 새로 개발된 물질은 아니고 기존에 연구되던 물질입니다. 

4) 나트륨 이온이 움직이기 쉬우며, 더 많은 나트륨 이온을 저장할 수 있도록 새로운 구조의 탄소 기반 음극재 개발(Porous Hard Carbon) 이 또한 현재의 흑연 음극재와 비슷한 성능이라고 합니다. 분리막은 비슷한 소재를 쓰는 것 같습니다. 

5) 이렇게 해서 달성한 에너지 용량이 160Wh/Kg이고, 200Kwh까지 올릴 것을 목표. 
기존에 예상되던게 120 Wh/Kg 정도를 기껏해야 예상했는데 이를 월등히 상회한 것 같습니다. (LFP이 160~180Wh/Kg, NCM이 240Wh/KG)

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사실 이 에너지밀도가 좀 출처마다 기준마다 소재마다 많이 다른데, 범위로 보면 대체로 나트륨 < 인산철 < NCM이 맞기는 합니다. 배터리 사이클도 문제인데, JPM 인터뷰에서는 나트륨 배터리 사이클이 2000까지 되기 때문에 리튬이온과 별 차이 나지 않는다고 한다.

출처: 맥쿼리증권

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6) 충전 속도도 빠르고 (15분에 80%, LFP가 30~40분 정도 걸린다고 합니다), 저온에서도 성능이 높다는 강점이 있다고 한다. 저렇게 보면 LFP 배터리의 성능을 대체로 뛰어넘는 수준인데..... 사실 실제 적용되는걸 확인 해 봐야 알 수 있는 내용들이라고 생각합니다.

고온 / 저온에서의 강점과 리튬 계열 배터리 대비 높은 안정성은 나트륨 배터리의 공통적인 특징이라고 합니다.  

 

7) 향후에는 이걸 리튬 배터리와 섞어서 사용해, 퍼포먼스를 끌어올리겠다는 계획까지 밝혔습니다. 나트륨 배터리의 에너지 밀도를 극복하면서도 동시에 저온 및 고온 환경에서의 퍼포먼스를 개선시킬 수 있다는 주장입니다. 

 

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놀랐던 점은 일단

(1) 나트륨 배터리의 한계점으로 지적되던 낮은 에너지 밀도에 비해 막상 배터리 에너지 밀도가 생각보다 높게 나왔고

(2) 나트륨 배터리는 양극재와 음극재도 다른 소재를 사용해야 하는데, 이 부분이 연구가 아직 미흡했던 것을 CATL이 컴퓨터 시뮬레이션을 동원한 R&D로 새로운 소재를 만들었다는 것. 기존 연구되던 프러시안블루 개선 + 다공성 탄소 계열 음극재 새로 개발해서 이 부분에서 Breakthrough가 나온 것 같다

(3) 기존 배터리 생산 라인에 소재만 바꿔서 그대로 제작이 가능하다는 것. 

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그럼에도 불구하고 아쉬웠던 점은

(1) 나트륨 배터리의 생산 생태계를 2023년까지 Basic 한 수준으로 갖추겠다고 한 것. 당연히 여태까지는 프로토타입일 것이다. 

(2) 배터리 충방전 수명에 대해 정확히 지적하지 않았다는 점. 나트륨 배터리의 태생적인 한계인 충방전 사이클을 구체적으로 얼마나 끌어올렸는지 언급이 없다. 

(3) 프로토타입이라는 것. 이제 막 생태계를 구축하려는 단계인 것 같다. 아직까지 관련 소재를 만드는 밸류체인이 전혀 구성되어있지 않아서 기술은 실제로 까봐야 알 것. 

 

뭐 어쨌거나... 한참 남았고 말도 안되는거라고 생각했는데 나트륨 배터리가 벌써 나올줄은 몰랐다. CATL 기술력 대단하기는 하다.