기존 레독스흐름전지의 한계 뛰어넘어
화학적 반응 부분과 전기 저장 부분을 구분
출력·용량의 독립적 설계와 대용량화 가능
배기가스 배출하지 않고 화재·폭발 위험 없어
[이코노미21 이상훈] 국내 연구팀이 차세대 이차전지로 기대받는 레독스흐름전지의 에너지 효율은 높이는 방법을 개발했다. 이 기술은 수입대체 효과는 물론 배기가스가 발생하지 않고 화재·폭발 위험도 없어 기대를 모으고 있다.
한국전기연구원(KERI)은 차세대전지연구센터 박준우 박사팀과 부산대 박민준 교수팀이 기존 레독스흐름전지의 한계를 뛰어넘는 기술을 개발했다고 밝혔다.
레독스흐름전지(Redox Flow Battery)는 환원(Reduction), 산화(Oxidation), 흐름(Flow)의 단어를 합성한 용어로 산화·환원이라는 화학적 반응을 통해 전자가 전해액의 도움을 받아 음극에서 양극으로 이동하며 전기에너지를 발생시키는 원리다. 기존 이차전지와 달리 화학적 반응이 일어나는 부분과 전기를 저장하는 부분을 구분했기 때문에 출력과 용량의 독립적인 설계가 가능하고 전지의 대용량화가 가능하다. 또한 배기가스를 배출하지 않고 화재·폭발 위험도 없다.
현재 레독스흐름전지의 주요 핵심소재인 바나듐은 중국 등 수입에 의존하는 고가격의 금속이다. 전지의 성능을 좌우하는 전압도 바나듐 레독스흐름전지가 상용 리튬이차전지보다 낮아 효율성이 10~15% 정도 떨어진다.
KERI-부산대가 활용한 대체 금속은 상대적으로 저렴하고 수급도 안정적인 망간과 아연이다. 특히 하이브리드형 레독스흐름전지는 독특한 이중 이온교환막 구조로 구성돼 알칼리성의 아연 전해액과 산성의 망간 전해액의 동시 사용이 가능하고 높은 전위차를 기대할 수 있다.
박준우 KERI 박사는 이 기술에 대해 “저비용의 아연/망간 소재와 가역성을 높일 수 있는 금속 이온 촉매 기술이 결합된 신개념의 레독스흐름전지 기술”이라며 “이번 성과는 차세대 장주기 대용량 레독스흐름전지의 보급 확대에 크게 기여할 것”이라고 전했다.
관련 연구결과는 높은 우수성을 인정받아 에너지 분야 국제 전문 학술지인 에너지 스토리지 머티리얼스(Energy Storage Materials)에 최근 논문이 게재(Impact Factor 20.831/JCR 4.2%)됐다.
KERI는 지난해 구축한 국내 최초 ‘광주 레독스흐름전지 시험인증센터’를 활용해 이번 개발 기술을 더욱 확장·발전시킬 예정이며 상용화의 관건인 실제 대면적/고농도 셀 제작까지 이어질 수 있도록 만든다는 목표다. 또한 관련 수요업체도 발굴해 기술이전을 추진할 계획이다. [이코노미21]
