전기 비행기 상용화 가능? 소듐 공기 전지 기술을 선보인 MIT

 (An H-cell modified with electrodes and an ion-conducting ceramic membrane to conduct sodium-air fuel cell experiments. Credit: Gretchen Ertl)

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금속 공기 전지 (metal air battery)는 금속과 공기를 전지의 음극과 양극으로 사용하는 형태의 배터리입니다. 공기 중 산소를 사용하기 때문에 무게가 매우 가볍고 에너지 밀도가 높으며 폭발 위험성이 적어 과거 아연 공기 배터리가 군용 배터리 등으로 사용되긴 했지만, 다시 충전하기가 어렵고 수명이 짧다는 단점 때문에 널리 상용화되지는 못했습니다. 그래도 에너지 밀도가 높고 안전성이 높다는 점 때문에 지금도 연구가 활발히 진행되고 있습니다.

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아연 공기 배터리 : https://blog.naver.com/with_msip/223574260890

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옛-밍 치앙 교수(professor of materials science and engineering Yet-Ming Chiang)가 이끄는 MIT의 연구팀은 아연 대신 소듐 (나트륨)을 사용하는 쇼듐 공기 배터리의 프토로타입을 공개했습니다. 많은 연구자들이 본래 리튬 공기 배터리가 연구중이었는데, 리튬과 비슷한 특징을 지니면서도 훨씬 구하기 쉽고 가격도 저렴한 소듐을 활용한 배터리에 주목한 것입니다.

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연구팀이 개발한 소듐 공기 전지는 사실 이차 전지보다는 연료 전지에 가까운 형태입니다. 공기와 액체 소듐이 전지 역할을 하고 그 사이에 있는 고체 세라믹층이 전해질과 같은 역할을 담당합니다. 사진에서 보이는 H 형 튜브에는 산소를 공급하는 공기와 액체 소듐이 다공성 공기 전극과 세라믹 층으로 분리되어 있습니다.

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이 프로토타입 소듐 공기 전지에서 가장 큰 특징은 에너지 밀도입니다. 현재 사용되는 전기차 배터리의 에너지 밀도는 높아봐야 300Wh/kg 정도인데 반해 이 프로토타입의 밀도는 1700Wh/kg에 달합니다. 실용적인 전기 비행기를 위한 배터리 밀도가 1000Wh/kg 인 점을 생각하면 전기차는 물론 비행기에도 사용할 수 있는 안전한 고밀도 배터리인 셈입니다.

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다만 충전은 쉽게 되지 않는 금속 공기 전지의 단점을 그대로 가지고 있고 소듐을 액체로 만들기 위해 가열해야 하는 문제점도 있어 카트리지 형태로 만든 후 갈아 끼우는 식으로 상용화를 계획하고 있습니다.

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금속 공기 전지의 상용화 시도는 이전부터 활발히 있어 왔는데 이번에 개발 소듐 공기 전지가 실제로 의미 있는 돌파구를 마련할 수 있을지 주목됩니다.

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참고

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https://techxplore.com/news/2025-05-prototype-sodium-air-fuel-cell.html

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Sodium-Air Fuel Cell for High Energy Density and Low-Cost Electric Power, Joule (2025). DOI: 10.1016/j.joule.2025.101962. www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(25)00143-6