나트륨 이온 배터리란 무엇이며 리튬 배터리 대체가 가능할까?

나트륨 이온 배터리란 무엇이며 리튬 배터리 대체가 가능할까?

나트륨 이온(Na-ion) 배터리는 리튬 이온 대신 

나트륨 이온을 사용하여 전력을 저장하고 전달합니다.

 

나트륨은 리튬보다 훨씬 풍부하고 환경 친화적이지만 

나트륨 이온 배터리를 새로운 배터리 챔피언으로 만들기 위해서는 

아직 몇 가지 과제가 남아 있습니다.

 

 

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배터리는 일상생활에서 매우 중요해지고 있으며,

나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리의

왕관을 차지하기 위한 최고의 경쟁 제품이지만,

 

정확히 무엇이 나트륨 이온 배터리를

차세대 배터리계의 1순위로 만드는 걸까요?

 

 

나트륨 이온 배터리란?

나트륨 이온 배터리는 에너지를 저장하고 방출하기 위해

리튬 이온 대신 나트륨 이온(양전하를 띤 티니 입자)을

사용하는 전지입니다.

 

나트륨 이온 배터리는 1990년대에 전화와

전기 자동차에서 흔히 사용되는 리튬 이온 배터리의

가능한 대안으로 상업적인 가능성을 보이기 시작했습니다.

 

 

나트륨 이온 배터리 구조

나트륨 이온 배터리는 Na-ion 배터리라고도 불리며, 

전기 에너지를 저장하고 방출하기 위해 

화학 반응을 사용합니다.

 

모든 배터리와 마찬가지로, 

두 개의 전극(양극과 음극)이 전해액에 의해 분리되어 있으며,

전해액은 이온(양전하 또는 음전하의 티니 입자)이

전극 사이를 이동할 수 있도록 하는 특수 물질입니다.

 

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그래핀 배터리의 개요와 테크놀로지의 변혁 방법

나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리와 비슷하게 작동하지만

리튬 이온 대신 나트륨 이온을 사용합니다.

 

전극과 전해질의 재료 선택은 배터리의 성능과

수명에 영향을 미칠 수 있기 때문에 연구자들은

비용, 성능 및 안전성의 최적의 조합을 찾기 위해

다양한 조합을 끊임없이 실험하고 있습니다.

 

일반적으로 음극(부극)과 전해질에는 나트륨이 함유되어 있습니다.

 

 

나트륨 이온 배터리의 장점은 무엇입니까?

현재 리튬 이온 배터리가 지배하고 있으며,

현재보다 훨씬 더 나은 배터리를 만들기 위한 많은 연구가 진행 중입니다.

 

나트륨은 리튬보다 훨씬 풍부한 원소이기 때문에 

구하기 쉽고 저렴합니다.

 

이것은 나트륨 이온 배터리를 리튬 이온 배터리보다 

제조하는 데 비용이 적게 들고 부팅하기에 더 친환경적으로 만들 수 있습니다.

나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리와 유사한 

에너지 밀도를 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 

비록 아직 많이 개발되지는 않았지만 다양한 유사한 용도에 적합합니다.

나트륨 이온 배터리는 일반적으로 리튬 이온 배터리보다 

더 안전하다고 여겨지는데, 과열되거나 불이 붙기 쉽기 때문입니다.

 

몇몇 실험용 리튬 배터리는 현재의 배터리를 

폭발시킬 수 있는 손상에 대한 놀라운 내성을 보여주었습니다.

 

나트륨 이온 배터리의 단점

완벽한 배터리 기술 같은 것은 없습니다.

그리고 나트륨 이온 배터리가 아직 리튬으로부터 대체되지 않은 몇 가지 이유가 있습니다.

나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리(3.7V)보다 

전압(2.5V)이 낮기 때문에 빠른 전달을 위해 

많은 에너지를 필요로 하는 고출력 애플리케이션에는 적합하지 않을 수 있습니다.

리튬 이온 배터리보다 충전/방전 속도가 느리므로 

많은 전력을 신속하게 공급해야 하는 애플리케이션(예: 전기차)에는 

적합하지 않을 수 있습니다.

나트륨 이온 배터리는 배터리가 열화되기 전에

충전 사이클이 제한되어 있으며 일부

리튬 이온 배터리 화학 물질(LiFeP04)은 열화되기 전에

10,000 사이클에 이를 수 있습니다.

이러한 기술적 장점과 단점 외에도 

나트륨 이온 배터리의 제조 체인은 

널리 보급된 상업용 제품이 되기 전에 

해결해야 할 몇 가지 문제가 있습니다.

 

엔지니어와 과학자들이 이 배터리 기술의 

남은 약점을 해결하기 위해 노력하고 있는 것은 

말할 것도 없습니다.

 

 

나트륨 이온 배터리의 현재와 미래 가능성

전 세계의 연구원들과 회사들은 

나트륨 이온 배터리의 성능과 상업적 가능성을 

향상시키기 위해 노력하고 있습니다.

 

주요 관심 분야로는 나트륨 이온 배터리의 

에너지 밀도와 전압 개선, 수명 및 충전/방전 속도 향상 등이 있습니다.

만약 이러한 노력이 성공한다면, 

나트륨 이온 배터리는 미래에 리튬 이온 배터리의 

실행 가능한 대안이 될 수 있을 것 입니다.

 

그것들은 휴대용 전자제품, 전기자동차,

정지 에너지 저장 시스템 등 다양한 용도로 사용될 수 있습니다.

 

전기 자동차 배터리는 실제로 얼마나 오래 지속될까?

2022년 미국 에너지부 연구진은 나트륨 이온 배터리의 

내구성을 개선하는 데 큰 혁신을 이루었습니다.

 

배터리의 화학 성분을 일부 변경함으로써, 

코인 크기의 시제품 배터리는 90% 이상의 용량을 

유지하면서 300 사이클 이상 지속되었습니다.

 

하지만, 화학에 대한 이 새로운 접근법이 없어도, 

나트륨 이온 배터리는 어쨌든 양산을 앞두고 있는 것으로 보입니다.

나트륨 이온 대량 생산이 이미 시작되었습니다.

2022년 12월 중국 국영 중국삼협공사와 손잡고 

하이나(HiNa)라는 회사가 나트륨 이온 배터리 양산을 

시작한 것으로 알려졌습니다.

 

1세대 HiNa 배터리는 리튬이온 배터리의 절반 수준인 

125Wh/kg의 에너지 밀도 수치를 제공합니다.

 

그러나 이들 배터리의 충전 주기는

약 4500회로 일반적인 리튬 이온 배터리보다 훨씬 많습니다.

 

 

 

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