소금, 배터리를 꿈꾸다! 소듐 이온 배터리 [우리가 몰랐던 과학 이야기] (77)

우리 몸에 꼭 필요한 물! 물은 인체의 약 70%를 차지하고 있으며, 생물이 생명을 유지하기 위해 꼭 필요한 요소입니다.

물이 체내에서 제 역할을 하기 위해서는 소금이 필요합니다. 소금은 나트륨과 염소의 화합물로 체액에 존재하면서 삼투압 유지라는 중요한 역할을 수행하고 있습니다.

그래서 우리는 다양한 음식을 통해 나트륨을 섭취하고 있는데요. 이제는 이런 소금이 생물의 생명뿐만 아니라 전자제품의 에너지원으로도 사용될 것으로 보입니다. 소금으로 배터리를 만들 수 있다니 신기한데요. 지금부터 가까운 미래에 만나게 될 소금 배터리에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

◆‘스마트 기기’의 생명 리튬 이온 배터리

현대인에게 ‘스마트 기기’는 필수품이 되어버렸습니다. 스마트폰 알람을 듣고 일어나 AI(인공지능) 기반 음성 인식 디바이스로 날씨를 확인하고, ‘스마트 시계’로 운동량을 확인합니다. 태블릿 PC가 알려주는 레시피에 따라 요리를 하는 등 일상생활 전반에 걸쳐 스마트 기기의 도움을 받고 있습니다.

이런 스마트 기기에 생명력을 불어넣는 것이 바로 리튬 이온 배터리입니다. 리튬 이온 배터리는 충전해서 쓸 수 있는 2차 전지로, 가볍고 출력이 우수하며 관리가 쉽기 때문에 스마트 기기에 많이 활용되고 있습니다.

이 같은 리튬 이온 배터리의 다양한 장점으로 현재 세계에서 가장 많이 활용되는 전지가 되었지만, 온도에 민감하고 리튬의 고갈로 추후 공급이 어려워질 수 있다는 문제점이 있습니다. 특히 원재료인 리튬의 고갈은 제품 공급과 가격 안정성에 직접적인 영향을 미치는 탓에 많은 기업이 새로운 배터리 개발에 박차를 가하고 있습니다.

◆리튬 이온 배터리의 대체재 소금 배터리

리튬 이온 배터리가 리튬을 이용하는 것처럼 소금 배터리는 소금을 이용합니다. 소금 배터리의 정식 명칭은 소듐 이온 배터리인데요. 소듐은 원소기호 Na, 원자번호 11로 우리에게 나트륨으로 더 잘 알려져 있습니다. 소듐 이온이 주목받고 있는 이유는 리튬 이온과 비슷한 화학적 성질이 있으면서도 해수에 녹아 있어 지구상의 어느 곳에서나 생산할 수 있다는 장점이 크기 때문입니다.

특히 국내 연구진에 의해 소듐 이온 배터리의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 기술도 개발되었는데요. 김희진 한국기초과학지원연구원 박사 연구팀과 정유성·최장욱 한국과학기술원(KAIST) 교수 연구팀은 소듐 이온의 농도를 조절해 배터리의 전압을 늘리는 데 성공하여  약 3V에 불과했던 기존 소듐 이온 배터리의 평균 전압이 4.3V까지 높였습니다. 이 연구로 대용량 전력이 필요한 전기자동차나 태양광 및 풍력발전 저장용 2차 전지에 소듐 이온 배터리를 활용할 수 있게 되었습니다.

◆소금물을 이용한 랜턴

출처=www.hydralight.net

소듐 이온 배터리와는 조금 다른 방식이지만, 시중에는 소금물을 사용해 불을 켤 수 있는 랜턴이 판매되고 있습니다. ‘PL-500’이라고 불리는 이 랜턴은 일반적인 배터리가 아닌 카본 필름과 파워 로드(Power Rod)로 구성된 에너지 셀이 들어있습니다. 작동 원리는 간단한데요. 에너지 셀이 소금물에 노출되면 파워 로드가 산화되면서 에너지가 생성되어 랜턴에 불이 들어오게 됩니다. 소금물은 대신 바닷물을 써도 되며, 물에 소금을 타서 활용할 수 있기 때문에 어디서든 쉽게 사용할 수 있습니다.

음식 재료로만 여겼던 소금을 써 앞으로는 배터리를 만들 수 있다고 하니, 다시금 소금이 새롭게 보입니다. 

소금이 한화케미칼과도 밀접한 관계가 있다는 사실 알고 있나요? 한화케미칼에서는 소금물을 전기분해하여 가성소다(수산화나트륨)와 염소, PVC(폴리염화비닐)의 각각 중간 원료와 원료인 이염화에틸렌(EDC)과 VCM(비닐클로라이드모노머), 에폭시 수지의 원료 ECH(에피클로로히드린), 락스에 들어가는 HYPO(차아염소산소다) 등 다양한 제품을 생산하고 있습니다. 이들 제품은 광범위한 산업 분야에 활용되어 우리의 생활을 편리하게 해주고 있습니다.

한화케미칼 블로거

*이 기고는 한화케미칼과 세계일보의 제휴로 작성되었습니다.