(The importance of battery safety and the comparison of our work with previous corresponding works. Credit: Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02032-7)
리튬 이온 배터리의 가장 큰 문제점은 화재 위험성입니다. 배터리 화재 위험성은 열폭주 (thermal runaway)와 연관에 있습니다. 열폭주는 열 발생량이 열 방출량을 초과할 때 발생하는 급격하고 제어할 수 없는 온도 상승 현상으로 매우 강력하고 지속적인 화재 나 폭발로 이어질 수 있으며, 진화가 매우 어렵고 유독 가스를 방출하며, 진화 후에도 재발화될 수 있습니다.
화재를 방지하기 위해 일부 배터레 전해질은 인산 에스테르나 불소화 (phosphate esters or fluorinated) 화합물을 사용하여 "불연성"으로 설계됩니다. 그러나 대부분의 불연성 전해질은 화재만 방지할 뿐, 대형 배터리에서 열폭주 현상을 완전히 제거하지는 못합니다.
리튬 이온 배터리의 대안으로 주목받고 있는 나트륨 (소듐) 이온 배터리는 일반적으로 리튬 이온 배터리보다 화재 위험성이 적은 것으로 평가받고 있지만, 사실 열폭주에서 자유롭지는 못합니다.
중국 과학자팀은 열폭주 문제를 강력하게 억제하고 화재 위험성을 낮춘 새로운 나트륨 이온 배터리를 개발했습니다. 연구팀은 열폭주를 막기 위해 나트륨 이온 배터리용 중합성 비가연성 전해질 (polymerizable, nonflammable electrolyte (PNE))을 개발했습니다.
이 전해질은 온도가 상승하면 보호 고분자 장벽을 형성하여 전극 간의 위험한 반응을 차단합니다. 절연성 고분자 네트워크를 형성하여 고온에서 음극과 양극 사이의 기계적 및 화학적 상호 작용을 차단하는 것입니다. 또한 부반응과 환원 가스 발생을 억제합니다.
연구팀은 상용 크기의 1.45Ah 및 3.5Ah 원통형 나트륨 이온 전지에 새로운 전해질을 적용하여 못 관통 시험, 가속 열량계(ARC)를 이용한 열 안정성 시험, 열적 내구성 시험 등 일련의 안전성 시험을 진행했습니다. 그 결과, 전해질은 300°C(572°F)의 고온에서도, 못 관통 시험 후에도 열 폭주 현상을 보이지 않았습니다.
또 이 배터리는 다양한 온도 조건에서도 잘 작동했습니다. CNFM을 음극으로, HC를 양극으로 사용하고 PNE 전해질을 적용한 시험용 배터리는 상온에서 최대 700회 충방전 후에도 85.7%의 용량 유지율을 보였습니다.
또 60°C의 고온 조건에서도 탁월한 내구성을 보여 700회 충방전 후에도 88.1%의 용량 유지율을 유지하며 안정적인 사이클링을 지속할 수 있다. 그리고 -20°C(92.6%), -30°C(84.5%), -40°C(64.1%)의 저온 환경에서도 우수한 방전 용량 유지율을 나타냈습니다.
다만 실제 상용화를 위해서는 가격, 내구성, 에너지 밀도 여러 가지 조건을 맞춰야 하기 때문에 실용화까지는 좀 더 연구가 필요할 것입니다. 아무튼 배터리 관련 기술이 빠르게 발전하고 있는 만큼 5년, 10년 후에 나오는 배터리들은 지금보다 훨씬 안전하고 용량도 커질 것으로 기대합니다.
참고
https://techxplore.com/news/2026-04-safer-sodium-battery-thermal-runaway.html
Jiao Zhang et al, Thermal runaway-free ampere-hour-level Na-ion battery via polymerizable non-flammable electrolyte, Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02032-7
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