(Flammability test of the conventional organic electrolyte comprising 1 M NaClO4 in the mixture of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) with 5 wt% fluoroethylene carbonate (FEC) and our NaDCA electrolyte. Scale bars, 3 cm. Credit: Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-025-09867-2)
화재 위험성과 리튬 자원 희소성 때문에 대안으로 주목받고 있는 기술이 소듐 (나트륨) 배터리입니다. 최근 상용화가 시작되면서 다양한 나트륨 이온 배터리 기술이 활발히 연구되고 있습니다. 이중 하나가 나트륨 - 황 배터리 (sodium–sulfur (Na–S) batteries) 기술입니다.
나트륨 - 황 배터리는 매우 흔한 소재를 사용하기 때문에 자원 수급 걱정이 없고 장기적으로 원가를 크게 절감할 수 있습니다. 하지만 S/Na2S의 경우 낮은 전압(1.6V 이하), 과도한 나트륨 금속 사용, 실온에서 고전압 황 산화반응(S⁰/S⁴⁺) 구현 실패 등으로 실용화가 어려웠습니다.
최근 중국 연구팀은 기존 리튬 배터리의 한계를 대체할 수 있는 고전압·저비용·고안전성의 나트륨‑황 무음극(anode‑free) 배터리를 개발해 저널 네이처에 발표했습니다.
연구팀은 S₈ 양극, 알루미늄 집전체, 유리섬유 분리막, 비가연성 NaDCA (sodium dicyanamide) 기반 염화알루미늄 전해질을 조합해 기존의 약점을 극복하고 3.6V 고전압 배터리를 개발했습니다.
연구팀은 NaDCA 음이온이 S/SCl₄ 고전압 반응을 활성화하고, 나트륨 도금·박리 안정성을 높여 무음극 구조를 구현했습니다. 이 설계는 에너지 밀도 1,198 Wh/kg, 방전 용량 715 mAh/g, 전력 밀도 23,773 W/kg을 달성했으며, Bi‑COF 촉매를 추가하면 방전 용량 1,206 mAh/g, 에너지 밀도 2,021 Wh/kg까지 높일 수 있습니다.
연구팀에 따르면 이 나트륨-황 무음극 배터리는 kWh당 5.03달러로 기존 나트륨 배터리보다 10~100배 저렴하며, 전해질이 비가연성이어서 리튬 배터리 대비 안전성이 크게 향상됐습니다. 실제 연소 테스트를 보면 기존 전해질과 달리 전혀 불이 붙지 않는 모습이 관찰됩니다. 전기차나 배터리의 최대 이슈인 화재 위험성을 획기적으로 낮출 가능성이 있는 것입니다.
다만 AlCl₃/SOCl₂ 기반 전해질의 부식성, 공기 안정성 부족, 대규모 사용 시 안전성 검증 필요 등 해결해야 할 과제가 남아 있어 상용화를 위해서는 좀 더 연구가 필요합니다.
최근 배터리 분야에서 중국의 약진이 두드러지는 가운데 나트륨 배터리에서도 중국 기업들이 상용화에 먼저 돌입하는 등 기술적으로 앞서 가는 모습이 보이고 있습니다. 우리 기업들도 나트륨 배터리를 개발하는 만큼 잎으로 좋은 소식이 있을 것으로 기대합니디.
참고
New sodium-sulfur battery may offer safer, cheaper alternative to lithium (techxplore.com)
Shitao Geng et al, High-voltage anode-free sodium–sulfur batteries, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-025-09867-2
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