나트륨 이온 배터리가 태양열 저장 분야의 차세대 주력 제품일까?
2010년대 중반을 기점으로, 나트륨 이온 배터리는 리튬을 대체할 가능성을 보이기 시작했습니다.
※ 참고로 나트륨이온전지에 대한 연구는 1970년대에 리튬이온배터리와 함께 진행되었습니다. 하지만, 리튬 이온 배터리가 처음 상용화되고 대중화되었을 때, 나트륨 이온 배터리는 잠시 동안 묻혀 있었습니다.
이후 리튬 가격 상승으로 2010년대 초반 연구가 재개되었습니다. 나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리보다 무게가 더 나가 효율 면에서 조금 불리하지만, 세계 어디에서나 쉽고 저렴하게 구할 수 있는 나트륨을 사용한다는 것이 장점입니다.
배터리는 주택용 태양광 설비의 필수품이 되고 있습니다.
정전시 뿐만 아니라 해가 뜨지 않을 때 사용할 에너지를 저장하려는 경우 필요합니다.
오프그리드(Off-Grid)로 설치된 경우 배터리는 말 그대로 가정의 생명선입니다.
현재, 리튬 이온(Li-ion)은 태양 전지의 최고 선택입니다.
이 유형은 매우 안정적이고 Tesla Powerwall, Generac PWRcell 및 LG Chem을 포함한 선도적인 배터리 저장 제품에서 찾을 수 있기 때문입니다.
그러나 공급망 제약과 리튬 비용 상승으로 인해 많은 기업들이 태양 에너지 저장을 위한 새로운 배터리 기술을 찾고 있습니다. 이러한 배터리 기술 중 하나는 나트륨 이온입니다. 리튬 이온과 달리, 이 유형의 배터리는 저렴하고 풍부한 물질인 나트륨을 사용합니다.
나트륨 이온(Na-ion) 배터리가 재생 에너지 저장 분야에서 리튬 이온 배터리를 제압할 수 있을까요?
| 나트륨 이온 배터리란? 나트륨 이온 배터리 vs 리튬 이온 배터리 나트륨 이온 배터리 에너지 밀도 및 효율 |
나트륨 이온 배터리란?
나트륨 이온 배터리는 나트륨을 전하 운반체로 사용합니다.
나트륨 이온 배터리의 내부 구조는 리튬 이온 배터리와 유사하며, 이것이 종종 서로 맞닿아 있는 이유입니다.
나트륨 이온 배터리는 리튬 이온, 납산 및 흡수성 유리 매트(AGM) 배터리처럼 충전할 수 있습니다.
나트륨 이온 배터리의 개발은 1980년대로 거슬러 올라가며, 재료 비용 상승과 배터리 생산과 수요를 유지하기 위해 많은 양의 리튬을 획득해야 하는 등 리튬 이온 배터리의 확장에 대한 도전으로 인해 최근 활기를 띠기 시작했습니다.
나트륨 이온 배터리 셀의 최적화와 관련된 광범위한 연구가 있었으며, 특히 프로이센 블루를 양극 재료로 사용하는 것과 관련이 있습니다.
나트륨 이온 배터리 팩은 기존의 원통형 배터리에서 직사각형 파우치에 이르기까지 다양한 사용 가능한 형태를 취할 수 있습니다.
이러한 다양한 폼 팩터는 상용화에 이상적이며, 이러한 배터리 유형을 에너지 저장, 전기 자동차 및 휴대용 장치에 사용할 수 있습니다.
나트륨 이온 배터리 vs 리튬 이온 배터리
나트륨 이온 배터리를 두 가지 인기 있는 리튬 이온 배터리 유형인 니켈 망간 코발트(NMC)와 리튬 철 인산염(LFP)과 비교해 보겠습니다.
이러한 리튬 이온 배터리는 주택용 태양광(PV) 시스템에 사용되는 가장 일반적인 유형의 태양 에너지 제품입니다.
| Sodium ion | NMC | LFP | |
| 가용성 | 아직 개발중 | 널리 이용 가능 | 널리 이용 가능 |
| 가격 | Cheapest | Cheaper | Most expensive |
| 에너지밀도 | 낮음 | 높음 | 보통 |
| 안전성 | 안전 | 안전하지 않음 | NMC 보다 안전 |
| 종합효율 | 92% | 90-95% | 92-98% |
나트륨 이온 전지는 0V까지 완전 방전되어도 손상되지 않으므로, 완전 방전 상태에서 단락된 상태에서 화재의 위험 없이 선박 또는 항공기로 수송할 수 있습니다.
반면에 납축전지 또는 리튬이온전지는 완전 방전 시 손상됩니다. 또, 저온 성능이 우수하기 때문에 리튬 이온 전지의 성능이 저하되는 추운 영역에서도 사용할 수 있습니다.
또한 충방전 제어 회로를 통해 리튬 이온 전지와 병렬화하는 것도 가능하다고 합니다. 단, 0V 미만의 역전압으로 충전되는 경우에는 배터리 셀이 손상될 수 있다고 합니다. 4V 이상의 과전압으로 충전한 경우에도 수명이 단축될 수 있습니다.
나트륨 이온 배터리 에너지 밀도 및 효율
나트륨 이온 배터리는 그룹 중 에너지 밀도가 가장 낮기 때문에 리튬 이온 배터리보다 더 많은 공간을 차지합니다.
NMC 배터리는 에너지 밀도가 가장 높습니다.
10킬로와트시(kWh) 리튬 이온 배터리는 같은 용량을 가지고 있음에도 불구하고 10킬로와트시(kWh) 나트륨 이온 배터리보다 집 안의 공간을 더 적게 차지합니다.
숙박시설에 공간이 제한된 경우 문제가 될 수 있지만 Na-ion 배터리는 아직 개발 중이므로 향후 변경될 수 있습니다.
세 가지 배터리 기술 모두 90% 이상의 종합효율을 제공합니다.
즉, 저장 과정에서 손실되는 대신 태양 전지판에서 생성된 에너지를 더 많이 저장할 수 있도록 하여 에너지 손실을 최소화하는 데 배터리가 효과적입니다.
종합효율이 높은 배터리는 장기간 동안 지속적으로 어플라이언스와 장치에 전원을 공급할 수 있습니다.
LFP 배터리는 NMC 및 나트룸이온 배터리보다 종합효율이 약간 높습니다.
하지만, 그 차이는 매우 작고, 대규모 태양 에너지 시설에서만 눈에 띕니다.
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