폭발 위험 없는 차세대 레독스 흐름전지용 활성물질 개발

에너지기술연구원 "저가·장수명 가능한 비올로겐 적용"

한국에너지기술연구원 황승혜 박사 연구팀은 대용량 에너지저장 장치(ESS)용 레독스 흐름전지의 활성물질을 개발했다고 26일 밝혔다.

ESS는 태양광과 풍력 등으로 생산한 전기를 대용량 저장해 필요할 때 내보내는 장치로, 대부분 저렴한 리튬이온전지 기반으로 운영된다.

최근 리튬이온전지의 화재·폭발 위험 때문에 물 성분 수계 전해액을 이용한 레독스 흐름전지 기반 ESS가 주목받고 있다.

배터리 과열 현상을 원천 차단할 수 있어 화재 위험이 낮고 수명도 20년 이상으로 길어 전 세계적으로 활발히 연구되고 있다.

레독스 흐름전지에 활용되는 활성물질로 바나듐이 주로 쓰이지만, 구하기 어려운 희토류여서 상용화에 어려움을 겪고 있다.

이에 가격이 저렴한 비올로겐(자연계에 존재하는 탄소, 산소 등 물질을 기반으로 만들어진 유기 화합물)이 바나듐을 대체할 활성물질로 주목받고 있다.

연구팀은 비올로겐에 물에 친한 성질을 갖는 작용기(화합물의 화학 반응이나 성질을 결정하는 분자 내 특정 부분)를 도입, 낮은 용해도 문제를 해결했다.

2개의 작용기는 비올로겐 표면에서 물(전해액) 분자와의 상호 작용을 통해 분자끼리 끌어당기는 힘을 발생시키고 비올로겐이 물에 쉽게 퍼질 수 있도록 돕는다.

이와 함께 비올로겐의 2개의 판 구조 사이에 장애물 역할을 하는 작용기를 도입, 반발력을 일으키는 방법으로 충전 시 판이 합쳐져 에너지를 저장하지 못하게 하는 반응을 억제하는 데 성공했다.

연구팀이 개발한 활성물질을 레독스 흐름전지에 적용한 결과, 바나듐 레독스 흐름전지 대비 에너지 밀도가 2배 이상 높았다.

200차례의 반복 충·방전에도 99.4%의 쿨롱 효율(충전용량 대비 방전용량), 92.4%의 용량 유지율을 나타내 성능과 안정성 모두 뛰어난 것으로 나타났다.

황승혜 박사는 "저가와 장수명을 동시에 달성할 수 있는 활물질 설계가 가능해 레독스 흐름전지 조기 상용화에 기여할 것"이라고 기대했다.

/연합뉴스