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저렴하고 성능이 우수한 상온 나트륨 황 전지

 


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현재 2차 전지의 대세는 리튬 이온 계열 배터리입니다. 에너지 저장 밀도가 높고 수명이 길며 많은 투자와 연구가 이뤄져 성능이나 신뢰성 면에서 아주 우수합니다. 작게 만들 수 있게 가볍다는 것 역시 무시하기 힘든 장점입니다. 하지만 리튬이 너무 비싼데다 한정된 자원이고 화재 위험성이 있다는 점 때문에 대용량 에너지 저장 시스템에는 적합하지 않은 특징이 있습니다. 따라서 과학자들은 리튬을 대체할 수 있는 흔한 소재에 주목하고 있습니다. 그중 하나가 나트륨입니다.

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나트륨 계열 전지 가운데 현재 상용화 된 것이 나트륨 황 (sodium - sulfur) 배터리입니다. NaS 배터리라고 불리는 나트륨 황 배터리는 흔한 소재를 사용하고 있어 가격을 낮출 수 있고 에너지 저장 밀도도 상대적으로 높은 편이라서 대용량 에너지 저장 장치(ESS)에 활용할 수 있습니다. 국내에서도 관련 투자가 이어지고 있습니다.

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하지만 나트륨 황 배터리는 아직 충방전 사이클이나 수명, 에너지 밀도에 한계가 있으며 작동을 위해서는 고온으로 가열해 주어야 한다는 단점이 있습니다. 따라서 최근 이를 연구하는 과학자들은 상온에서 작동하면서 높은 에너지 밀도와 수명을 지닌 나트륨 황 배터리 개발에 주력하고 있습니다.

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호주 시드니 대학의 센룽 자오 박사 (Dr Shenlong Zhao from the University of Sydney)가 이끄는 호주, 중국 국제 연구팀은 탄소 기반의 전극과 열분해 (pyrolysis) 방식으로 제조한 나트륨 황 배터리를 통해 기존의 상온 나트륨 황 배터리가 지녔던 한계를 극복했습니다.

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연구팀이 개발한 나트륨 황 배터리는 상온에서도 1g 당 1,017 mAh의 밀도를 지녀 리튬 이온 배터리의 4배 수준일 뿐 아니라 1000회 충방전 사이클에서도 50% 정도 용량을 보존해 대규모 에너지 저장 시스템에 적합한 특징을 지니고 있습니다.

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연구팀은 셀 (cell) 형태의 시제품을 만들어 상업화를 위한 연구를 진행하고 있습니다. 이론적으로만 보면 리튬 이온 배터리보다 더 좋은 신기술이 넘치지만, 실제 시장에서는 이미 많은 연구와 개량을 거쳐 경제성과 신뢰성을 확보한 리튬 이온 배터리의 시장 규모가 더 커지고 있습니다. 다른 대안적 기술이 본격적으로 점유율을 늘릴 수 있을지 궁금합니다.

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참고

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https://newatlas.com/energy/cheap-sodium-sulfur-battery-four-times-capacity/

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202206828?utm_source=google&utm_medium=paidsearch&utm_campaign=R3MR425&utm_content=PhysSciEngineering

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