리튬 대체 소재 ‘나트륨 배터리’, 전기차 시장의 새 변수

리튬 대체 소재 ‘나트륨 배터리’, 전기차 시장의 새 변수.
이 문장은 2025년 현재 전기차 배터리 산업의 ‘핵심 트렌드’를 압축한다.
전 세계적으로 리튬 공급 부족과 가격 급등이 이어지면서,
배터리 업계는 새로운 대안을 찾고 있다.

 

그 해답으로 떠오른 것이 바로 **‘나트륨이온 배터리(Sodium-ion Battery)’**다.

한때 실험실 단계에 머물던 이 기술은,
이제 실제 상용화에 들어서며 전기차 시장의 판을 바꾸고 있다.
리튬보다 훨씬 저렴하고, 자원이 풍부하며, 환경 부담이 적기 때문이다.

 

이번 글에서는 나트륨 배터리의 원리부터 장단점,
그리고 향후 전기차 시장에 미칠 변화까지 깊이 있게 살펴본다.

 

 

 

 

 

1. 리튬 공급난이 불러온 배터리 혁신의 방향 전환

 

리튬은 오늘날 거의 모든 전기차 배터리의 핵심 원료다.
하지만 그만큼 공급망 리스크도 심각하다.
리튬은 칠레·아르헨티나·볼리비아의 ‘리튬 트라이앵글’에 약 60%,
호주가 20%를 차지하고 있으며, 정제는 주로 중국에서 이루어진다.

 

이 구조는 단 한 지역의 문제가 전 세계 전기차 생산에 영향을 미칠 수 있음을 의미한다.
실제로 2022년~2023년 사이 리튬 가격은 톤당 7만 달러를 돌파하며
배터리 원가의 절반 이상을 차지할 정도로 급등했다.

 

이에 따라 각국은 새로운 소재, 특히 대체 이온 기반 배터리 기술을 연구하기 시작했다.
그 중심에 선 것이 바로 ‘나트륨’이다.
리튬보다 무겁지만 훨씬 풍부하고 저렴하며, 해수에서 직접 추출할 수도 있다.

 

2. 나트륨 배터리의 원리 — 리튬과 닮았지만 다르다

나트륨 배터리는 기본 구조가 리튬이온 배터리와 거의 동일하다.
양극, 음극, 전해질, 분리막으로 구성되며,
충전 시 나트륨 이온이 음극으로 이동하고,
방전 시 양극으로 돌아가면서 전류를 생성한다.

 

하지만 두 소재의 근본적인 차이는 이온 크기다.
나트륨 이온은 리튬 이온보다 크고 무겁다.
이 때문에 에너지 밀도(Wh/kg)는 다소 낮지만,
대신 안정성이 높고 저온에서도 성능이 안정적이다.

 

결국 나트륨 배터리는
‘고출력·고온 안정성은 낮지만, 저가형 대중차에는 최적’이라는 평가를 받고 있다.

 

3. 나트륨 배터리의 장점 — 저비용, 안정성, 자원 접근성

(1) 압도적인 가격 경쟁력

리튬은 광산에서 채굴 후 정제 과정이 복잡하고 비용이 많이 든다.
반면 나트륨은 지구상 거의 모든 지역에서 풍부하게 존재하며,
바닷물 1리터에도 약 10g의 나트륨이 녹아 있다.

리튬이온 배터리의 kWh당 원가는 약 120달러 수준이지만,
나트륨 배터리는 이론상 60~70달러 수준까지 내려갈 수 있다.

(2) 고온 및 저온 안정성

리튬 배터리는 온도 변화에 민감하다.
특히 영하 20도 이하에서는 급격히 성능이 저하된다.
반면 나트륨 배터리는 낮은 온도에서도 안정적인 방전을 유지하며,
열폭주 위험이 낮아 화재 가능성도 크게 줄어든다.

(3) 풍부한 원자재 접근성

리튬은 몇몇 국가에 집중되어 있지만,
나트륨은 거의 모든 나라에서 자체 확보가 가능하다.
이 점은 공급망 자립도 향상과 지정학적 리스크 완화라는
두 가지 측면에서 큰 강점이 된다.

 

4. 단점 — 에너지 밀도와 충전 효율의 한계

물론 나트륨 배터리가 완벽한 것은 아니다.
가장 큰 약점은 에너지 밀도다.
리튬이온 배터리가 약 250~300Wh/kg 수준인 반면,
현재 나트륨 배터리는 160~180Wh/kg에 머물러 있다.

이는 같은 무게에서 주행거리가 약 30~40% 짧아짐을 의미한다.

 

즉, 장거리용 프리미엄 전기차에는 아직 적합하지 않다.

또한 충전 효율도 리튬에 비해 낮고,
배터리 팩의 부피가 커지는 문제도 있다.
다만 이러한 한계는 기술 발전으로 빠르게 개선되고 있다.

 

5. 주요 기업들의 나트륨 배터리 개발 경쟁

2024년을 기점으로, 나트륨 배터리는 실험 단계를 넘어 상용화 단계에 진입했다.
특히 중국, 유럽, 인도를 중심으로 주요 기업들이 본격적인 경쟁에 나서고 있다.

(1) CATL — 세계 최초 상용화

세계 최대 배터리 기업 CATL은 2023년 나트륨 배터리를 공식 발표했다.
리튬과 나트륨 셀을 혼합한 ‘하이브리드 팩’ 구조를 통해
에너지 밀도와 비용 효율의 균형을 맞췄다.

CATL은 2025년부터 소형 SUV 및 경형 전기차에 탑재할 계획이다.

(2) BYD — 리튬철인산과 나트륨 결합형 구조

BYD는 ‘블레이드 배터리’ 기술에 나트륨 이온을 결합하여
안전성과 내구성을 동시에 높인 모델을 개발 중이다.
중국 내 중저가 전기차 시장을 완전히 장악하기 위한 전략이다.

(3) 한국 기업의 움직임

한국은 아직 나트륨 배터리 대규모 양산에는 이르지 못했지만,
포스코퓨처엠, SK온, LG에너지솔루션 등이
나트륨 양극·음극 소재 연구소를 설립하며 기술 확보에 나섰다.

포스코는 특히 ‘탄산나트륨 기반 전해질’ 개발에 성공해
비용 절감형 전고체 나트륨 배터리 실험을 진행 중이다.

 

6. 나트륨 배터리의 전기차 적용 시나리오

나트륨 배터리는 고급 전기차보다는
도심형 소형 전기차, 상용차, 전기 이륜차 등에 우선 적용될 전망이다.

이유는 명확하다.

• 주행거리보다 가격 경쟁력이 우선인 차량군,
• 저온·고온 환경에서도 안정성이 필요한 국가,
• 공급망이 불안정한 지역.

특히 인도, 동남아, 남미 시장에서는
나트륨 배터리 탑재 전기차가 빠르게 확산될 가능성이 높다.
이미 중국 내수 시장에서는 100km당 5kWh 이하 소형 EV 모델이 등장했다.

 

7. 에너지 저장장치(ESS) 분야의 핵심 대안

전기차뿐 아니라 ESS(에너지 저장장치) 분야에서도
나트륨 배터리의 잠재력은 막대하다.

리튬의 높은 가격과 화재 위험 때문에
대형 전력망용 배터리에서는 안정성과 비용이 더 중요하다.

 

이 경우 나트륨 배터리가 거의 완벽한 대체재로 부상한다.

중국 국영 전력공사는 이미
50MWh급 나트륨 ESS 실증 프로젝트를 운영 중이며,
유럽에서도 태양광 연계형 나트륨 배터리 ESS 설치가 늘고 있다.

 

8. 환경적 가치 — 진정한 ‘친환경 배터리’로의 전환

나트륨 배터리는 단순히 가격 경쟁력뿐 아니라
환경 지속가능성 측면에서도 주목받고 있다.

리튬 채굴은 토양 오염, 수질 파괴, 생태계 교란을 유발하지만,
나트륨은 일반 소금 형태로 존재해
추출 과정에서 환경 훼손이 거의 없다.

 

또한 희토류나 코발트가 필요하지 않아
‘아동 노동’이나 ‘분쟁 광물’ 문제에서도 자유롭다.
이 점은 ESG(Environment·Social·Governance) 기준이 강화되는
글로벌 산업 흐름과 정확히 맞닿아 있다.

 

9. 기술적 과제 — 음극소재와 전해질의 진화

나트륨 배터리의 상용화를 가로막는 가장 큰 기술적 난관은
음극소재의 불안정성이다.

흑연 대신 사용되는 **경질탄소(Hard Carbon)**는
이온 확산 속도가 느리고, 충전 반복 시 팽창 문제가 있다.
이를 해결하기 위해 세계 각국 연구팀이
나노구조 제어와 그래핀 혼합 기술을 개발 중이다.

 

또한 전해질 역시
고온·저온 모두에서 안정적인 ‘고체 나트륨 전해질’로 진화 중이다.
이 기술이 완성되면, 나트륨 배터리는
리튬보다 안전하고 저렴한 차세대 주류로 자리 잡을 가능성이 높다.

 

10. 결론 — 리튬 중심 시대의 균열이 시작됐다

전기차 산업의 핵심 자원으로 군림하던 리튬의 독점 시대는
이제 서서히 균열을 맞이하고 있다.

나트륨 배터리는 단기간에 리튬을 완전히 대체하진 못하겠지만,
저가형 시장, ESS, 소형차 부문에서 빠르게 점유율을 높일 것이다.

 

CATL, BYD, Northvolt, 포스코 등 주요 기업이
2026~2027년 양산 체제를 구축하면
배터리 시장의 ‘2원화 구조’가 본격적으로 자리 잡을 것이다.

결국 전기차 시장의 미래는
‘리튬의 고밀도 기술’과 ‘나트륨의 저비용 구조’가 공존하는 방향으로 진화한다.

나트륨 배터리의 등장은 단순한 기술 변화가 아니라,

**배터리 자원의 민주화(democratization)**를 향한 첫걸음이다.
그리고 그 변화는 이미 시작되었다.