소듐-베타알루미나 전지의 현황과 도전과제

전문가 제언

○ 최근에 태양광이나 풍력과 같은 신재생에너지의 효율적인 저장을 위한 대용량 ESS(energy storage system)가 관심의 초점이 되고 있다. ESS에는 여러 가지가 있지만 2차전지 시스템으로 한정하면 납축전지, 리튬이온전지, VRF전지, Na-S 전지 등을 들 수 있다.

○ 2차전지들 중 대용량 ESS로 이미 상용화에 성공한 것은 일본의 NGK사가 개발한 Na-S 전지뿐이다. Na-S 전지는 용융상태의 Na 양극과 베타알루미나 고체 전해질(beta-alumina solid electrolyte: BASE)을 사용하는 NBB(Na-beta battery)의 일종으로서 음극재료에 S를 사용한다. ZEBRA라는 NBB는 용융 S 대신 고체 NiCl2를 음극재료로 사용한다.

○ Na-S 전지는 ①대용량화가 용이함, ②재료가 흔하고 염가임, ③충ㆍ방전 효율이 높음(75%), ④에너지밀도가 높음(167Wh/l), ⑤사용연한 15년으로 장 수명임(충ㆍ방전 4500회 이상), ⑥유해가스, 진동 및 소음이 없어 친환경적임 등의 많은 장점을 가지고 있다. 현재 일본 국내 최대의 34MW 시설을 비롯하여 200여 건의 설치실적이 있다.

○ 그러나 Na-S 전지는 ①관상 BASE의 두께가 비교적 두꺼워 Na+이온의 통과에 350℃의 높은 온도가 필요하고, ②전극반응의 생성물인 Na2Sx가 부식성이 매우 강하다는 단점도 가지고 있다.

○ 현재 일본이 독점하고 있어서 후발국이 끼어들 여지가 없는 것으로 보이지만 기존 Na-S 전지의 단점을 개선하는 기술을 개발하면 후발국도 얼마든지 추적이 가능하다. 예를 들어 미국의 Ceramatec사가 개발한 NaSICON(Na Super Ion Conductor)이라는 세라믹 고체전해질은 종이와 같이 얇으며, Na와 S가 고체 상태인 90℃에서 Na+이온을 자유롭게 통과시킨다.

○ 국내에서는 포스코가 2010년에 Na-S 전지의 개발에 성공하여 2015년 상용화를 목표로 준비하고 있다. 그러나 일본의 지적재산권을 피하기 위해서는 기존 방법과는 전혀 다른 상기의 NaSICON과 같은 새로운 고체 전해질의 개발이나 신개념 전지설계법의 개발이 필요할 것이다.

저자

Xiaochuan Lu, John P.Lemmon, Vincent Sprenkle, and Zhenguo Yang

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2010

권(호)

62(9)

잡지명

JOM Journal of the Minerals, Metals and Materials Society

과학기술
표준분류

재료

페이지

31~36

분석자

심*주

분석물

• 소듐-베타알루미나 전지의 현황과 도전과제.pdf [332,235 byte]

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