21세기 4차 산업혁명 시대에 ‘산업의 쌀’인 반도체와 더불어 배터리는 가장 중요한 품목이다. 단순히 스마트 폰의 전력원을 넘어서 탄소중립을 위한 ESS(에너지저장장치)의 핵심일 뿐만 아니라 향후 UAM(Urban Air Mobility) 등 미래 모빌리티 방향을 이끌 중핵으로 부상하고 있다. 현재 글로벌 배터리 대전에서 선두는 중국의 CATL이다. 한편 기술적으로 앞서 있는 우리나라의 LG에너지솔루션, 삼성SDI 및 SK온 등의 추격을 받고 있어 글로벌 경쟁구도는 중국의 CATL, BYD 등과 우리나라 3사로 압축된다. 그러나 차세대 전고체 배터리 기술에서 앞서 있는 글로벌 3위 파나소닉 등 일본 기업도 배제할 수 없다. CATL을 필두로 국내 3사를 포함하여 세계 주요 기업들이 벌이고 있는 글로벌 배터리 대전의 양상을 살펴보고 우리 기업들의 대응 방향을 모색해 본다. <편집자 주>

 

 

[뉴스투데이=곽대종 산업연구원 명예 KIET Fellow] 지난달 11일 중국 광시성 난닝에 10MWh 규모의 세계 최초 나트륨이온배터리 기반 전력저장장치(ESS) 설비가 가동에 들어갔다.

 

이 설비는 12분만에 90%까지 충전 가능한 210Ah 나트륨이온배터리 셀이 사용되었는데 2만2천개 이상의 나트륨배터리 셀 간의 온도 차이를 3℃ 이내로 유지하는 열관리 시스템을 구축한 것으로 알려졌다.

 

---

• 중국, 세계최초로 광시성에 나트륨이온배터리 기반 ESS 설비 구축

 

이 ESS는 총 100MWh 프로젝트의 첫 단계 설비로서 전체 프로젝트가 완공될 경우 연간 73MWh의 전력을 3만5천명 거주 주택에 공급할 수 있으며 연간 5만톤의 이산화탄소 배출을 감축할 수 있을 것으로 기대된다.

 

중국의 ESS 설치 용량은 35.3MWh에 달하고 있으며 이 중 95% 이상이 리튬이온배터리를 포함한 배터리기반 ESS인 것으로 알려져 있다.

 

사실 나트륨이온배터리를 먼저 선보인 것은 CATL이다. CATL은 2021년 7월 중국에서 최초로 나트륨이온배터리를 발표했다. CATL의 1세대 나트륨이온배터리의 에너지밀도는 킬로그램당 160와트시(Wh/kg)로 당시 세계 최고 수준이었다.

 

이 회사는 에너지밀도가 200Wh/kg 이상인 차세대 나트륨이온배터리를 개발 중이며 주행 거리가 400~500km인 보급형 자동차에 나트륨이온배터리를 사용할 계획이다.

 

 

---

• 나트륨이온배터리, 원자재 풍부하고 비용 쌀뿐만 아니라 저온에서 성능 우수

 

현재 글로벌 전기차의 배터리를 주도하고 있는 업체는 LG엔솔, 삼성SDI 및 SK온의 리튬이온배터리 3대장이다.

 

리튬이온배터리와 나트륨이온배터리는 유사한 전기화학적 메커니즘을 갖고 있다. 두 배터리 모두 양극은 탄소이지만 리튬이온배터리의 음극은 리튬이온이 포함되어 있는 반면 나트륨이온배터리의 음극에는 나트륨이 포함되어 있다는 차이점이 있다.

 

원료 매장량 차원에서 리튬이온배터리에 비해 나트륨이온배터리는 원료가 매우 풍부할 뿐만 아니라 추출이 용이하고 비용이 저렴하며 저온에서 성능이 우수한 장점이 있는 것으로 알려져 있다.

 

따라서 중국 전문가의 견해에 따르면 나트륨이온배터리가 대규모 적용될 경우 비용을 20~30% 절감할 수 있으며 kWh당 비용을 0.0276달러로 낮출 수 있는 것으로 기대되고 있다.

 

 

---

• 글로벌 리튬가격 추이가 변수.. 2035년 19조원 시장 형성 전망

 

배터리 관련 시장조사업체 SNE리서치가 금년 초 발표한 바에 따르면 나트륨이온배터리가 인산철배터리에 비해 저렴한 가격을 무기로 중저가 시장에 침투할 가능성이 있다고 전망했다.

 

나트륨이온배터리와 리튬이온배터리의 가격 차이가 2035년 최대 24%까지 발생할 수 있는데, 이 차이는 리튬이온배터리 가운데서도 가격이 저렴한 것으로 알려진 리튬인산철배터리를 기준으로 한 것으로 NCM(니켈·코발트·망간) 양극재와 대비했을 때의 간극은 이보다 더 클 것으로 예상한다.

 

< 나트륨이온배터리와 리튬이온배터리의 가격 시나리오 (단위: 달러/kWh) >

 

---

• 중국 전기차 업체 JAC, 지난해에 최초로 나트륨이온배터리 장착 전기차 선보여..

 

국내 글로벌 배터리 3사의 리륨이온배터리에 대항해 CATL이 리튬인산철배터리에 주력하고 있는 사실은 잘 알려져 있다.

 

그런데 중국배터리업체들은 리튬인산철배터리보다 더 저렴한 가격을 무기로 나트륨이온배터리의 상용화에 주력하고 있는 것이다.

 

지난해 초 중국 전기차 업체인 장화이자동차(江淮汽车; JAC)가 나트륨이온배터리를 장착한 최초의 전기차 모델인 E10X를 선보인 바 있다.

 

이 차에 장착된 25kWh급 나트륨이온배터리는 베이징에 본사를 둔 신생기업인 Hina Battery Technologies가 개발한 것으로 한 번 충전으로 250km를 주행할 수 있다.

 

 

중국은 이에 앞서 나트륨이온배터리를 장착한 이륜차를 선보인 바 있는데 중국의 대표적인 전기 오토바이 업체인 Yadi(雅迪)는 자회사 Huayu(华宇)를 설립해 2023년 말 전기 오토바이 ‘Ji Na No.1(极钠S9)’ 모델을 출시했다.

 

중국 업체들은 향후 2035년 나트륨이온배터리 464GWh의 생산능력을 갖출 계획이다.

 

그러나 이러한 장점에도 불구하고 나트륨이온배터리는 리튬이온배터리에 비해 에너지밀도가 낮고 수명이 짧은 단점도 갖고 있다.

 

따라서 국내 글로벌 배터리 3대장에 비해 뒤지고 있는 경쟁력을 만회하고자 중국은 리튬인산철배터리와 나트륨이온배터리의 상용화에 주력하고 있다.

 

 

중국 배터리업계는 일단 시장이 중국에 국한되어 있을 뿐만 아니라 미국 및 유럽의 견제를 극복해야 하는 장벽도 갖고 있어 과연 이러한 야망이 실현될 수 있을지는 미지수이다.

 

더욱이 최근 전기차 수요의 감소에 따라 글로벌 리튬 가격의 하향 안정세가 예상될 뿐만 아니라 그동안 폭발적으로 증가한 리튬이온배터리의 재고 누적과 과잉설비 문제가 있다는 점을 감안해야 할 것이다.

 

모쪼록 국내 배터리 3대장이 이러한 중국 업체들의 견제를 물리치고 글로벌 배터리 경쟁력을 계속 유지하길 기대해 본다.

 

[정리=최봉 산업경제 전문기자]

 

 

---

 

◀ 곽대종(Daejong Gwak) ▶ 한국외국어대학교 경제학박사 / 산업연구원 명예 KIET Fellow / (전) 산업연구원 연구위원 / (전) 한국자동차산업협회 환경·기술분과 위원 / (전) 국가과학기술위원회 평가위원 / (전) 산자부 연구개발사업 평가위원 / (전) 규제개혁위원회 전문위원

---