펄프 부산물로 고속 충전 소듐 배터리 만든다?

 (Credit: Stora Enso/Altris)

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현재 2차 배터리 시장의 대세는 리튬 이온 배터리이지만, 리튬을 포함해 공급이 원활하지 않은 원료를 이용한다는 문제가 있습니다. 따라서 리튬보다 화재에서 더 안전하면서 구하기 쉬운 소재에 관심이 모아지고 있는데, 이중 가장 유망한 소재가 리튬과 비슷한 특징을 지녔지만, 아주 쉽게 구할 수 있는 원소인 나트륨 (소듐)입니다. 나트론 에너지 (Natron Energy) 같은 스타트업들은 이미 소듐 이온 배터리의 양산을 시작했습니다.

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그런데 스웨덴의 소듐 이온 개발사인 알트리스 (Altris)는 역시 쉽게 쉽게 구할 수 있는 친환경 소재인 리그닌으로 만든 양극재(anode)를 소듐 이온 배터리에 도전한다고 발표했습니다.

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현재 주로 사용되는 양극재 소재는 리튬 코발트 산화물(LCO), 리튬 니켈 망간 산화물(NCM), 리튬 철 인산염(LFP)입니다. 이 역시 코발트, 니켈, 리튬 같이 구하기 힘들거나 비싸고 환경에 유해할 수 있는 물질을 사용한다는 단점이 있습니다.

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따라서 2022년 핀란드의 대표적인 목재 및 펄프 제조사인 스토라 엔소 (Stora Enso)는 펄프를 제조하고 남는 물질인 리그닌을 원료로 만든 양극재 물질인 리그노드 (Lignode)를 개발했습니다.

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리그닌은 목재의 20-30% 구성할 정도로 흔한 물질이지만, 특별히 활용할 방법이 없어 주로 소각해왔습니다. 당연히 펄프 제조사들은 리그닌을 활용해 고부가가치 상품을 만들기 위해 노력해왔습니다. 리그노드는 리그닌을 가공해 만든 단단한 탄소 물질로 본래 리튬 이온 배터리의 양극재 소재로 개발됐습니다.

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하지만 알트리스는 리그노드가 소듐 이온 배터리의 양극재 소재로 유망하다고 보고 스토라 엔소와 함께 개발을 진행하고 있습니다. 이 프로토타입 리그노드 소듐 배터리의 에너지 밀도나 정확한 제원은 공개되지 않았으나 충방전 속도도 더 빠르다는 것이 제조사의 설명입니다. 참고로 음극재 (cathode)는 프러시안 화이트 (Prussian white)인데, 철, 질소, 산소, 탄소 같이 쉽게 구할 수 있는 물질로 만들 수 있습니다.

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리그노드 소듐 배터리가 실제로 양산될지는 알 수 없지만, 만약에 상업화에 성공하고 성능도 가격대비 준수한 수준이면 에너지 및 자원 안보 차원에서 상당한 이점이 있을 것으로 생각합니다. 유럽 관점에서 보면 자체적으로 쉽게 구할 수 있고 우리처럼 부존 자원이 별로 없는 국가에서도 상대적으로 구하기 쉬운 원료들이기 때문입니다. 앞으로 상용화 여부가 주목됩니다.

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참고

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https://newatlas.com/energy/wood-based-sodium-ion-battery/

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