리튬 배터리 의존도 낮추기 위한 여러가지 대안마련

리튬 배터리는 재활용이 매우 어렵다. 만들 때 물과 에너지도 엄청나게 필요하다. 그러다 보니, 최근에는 보다 저렴하고 친환경적인 대안들도 모색되고 있다.

호주의 야라 밸리에서는 리튬을 대신해, 주거용 건물 및 상업용 벤처기업들의 전력 수급을 돕는 새로운 배터리 기술이 주목받고 있다. 이 배터리는 나트륨을 이용한다. 식탁 위 소금에 있는 그 원소다. 이런 나트륨 배터리는 지속 가능한 배터리를 찾기 위한 또 다른 한 걸음이기도 하다.

전 세계가 자동차 전기화에 잰 걸음을 내고 재생 에너지를 저장하기 위해 노력하면서 배터리 수요가 급증하고 있다. 일반적으로 전기차에 사용되는 리튬 이온 배터리는 재활용이 어렵고, 리튬 추출에 막대한 양의 에너지와 물이 들어간다. 그래서 기업들은 친환경 에너지 전환에 발맞출 수 있는 보다 지속 가능한 대안을 찾고 있다.

나트륨 이온 배터리를 만드는 영국의 배터리 기술 기업 ‘파라디온’의 최고 경영자 제임스 쿠인은 “나트륨이 리튬보다 훨씬 더 지속 가능한 배터리 소재”라고 말했다. 그는 “나트륨은 세계 곳곳에서 구할 수 있어 공급 비용이 저렴하고, 추출 할 때도 물을 적게 사용한다”고 말했다. “리튬 1톤을 추출하려면 나트륨 1톤에 비해 682배의 물이 더 필요합니다. 엄청난 양이죠.”

나트륨 이온 배터리에선 나트륨이 리튬을 대체한다. 리튬 이온 배터리와 나트륨 배터리는 산화전극, 환원전극, 전해질, 분리막의 네 가지 주요 구성 요소로 이루어져 있다. 전해질은 제조업체에 따라 다르다.

지층에 존재하는 나트륨 대 리튬 비율은 2만3600ppm 대 20ppm이다. 나트륨이 더 풍부한 만큼, 추출 비용도 훨씬 저렴하다. 나트륨 배터리의 또 다른 특징은 배터리에 들어가는 다른 재료를 보다 경제적인 것으로 대체할 수 있다는 점이다. 예를 들어 나트륨 배터리에선 구리 호일을 알루미늄 호일로 대체할 수 있다.

차량 전기화와 재생 에칠레에서 많이 사용하는 증발 연못을 이용한 리튬 추출은 물을 많이 사용한다너지 저장에 대한 의지가 치솟자, 배터리 수요도 급증하고 있다

2023년에 중국의 과학자와 엔지니어들이 다른 유형의 전극을 사용해 6000회 충전에 성공하기도 했다.

중국의 배터리 기술 기업 ‘하이나’는 2019년에 100kWh 에너지 저장 장치를 공개하며 에너지를 대규모로 저장할 수 있는 나트륨 배터리의 가능성을 입증했다. 하이나는 또한 최근 나트륨 배터리로 구동되는 전기 자동차를 시범 운행하기도 했다.

전고체 배터리는 기존 배터리에 흔히 사용되는 액체 또는 수성 전해질 대신 고체 전해질을 쓴다. 전고체 배터리에 가장 널리 사용되는 전해질로는 무기 고체 전해질(산화물 및 황화물)과 전고체 고분자(고분자 염 또는 겔 고분자)가 있다.

고체 전해질을 사용하면 배터리 고장을 일으킬 수 있는 물질(덴드라이트)이 내부에 만들어지는 위험이 줄어든다. 또한 전고체 배터리는 인화성 위험이 낮고 에너지 밀도가 높으며 충전 속도도 더 빠르다. 하지만 멍은 전고체 배터리는 나트륨 배터리보다 확장이 더 어려울 수 있다고 말했다. “나트륨 배터리는 비용이 저렴하고, 현재의 리튬 배터리 생산 공장을 더 쉽게 활용할 수 있죠.” 2020년 계산 모델에 따르면, 전고체 배터리 제조 비용은 리튬 이온 배터리 제조 비용보다 높다.