생산비용 40% 낮춘 바나듐 레독스 흐름전지용 전해액 신공정 확보
고가의 전기분해 장치 필요없고 품질도 동일..."국가 경쟁력 앞설 것"
[대전=뉴스봄] 육군영 기자 = KAIST 나노융합연구소 김희탁 교수와 한국에너지기술연구원 에너지소재연구실 이신근 박사 공동연구팀이 생산비용을 대폭 절감한 바나듐 레독스(Vanadium redox) 흐름전지용 고순도 전해액 생산공정 개발에 성공했다고 27일 밝혔다.
이번 연구결과는 세계적인 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)’ 온라인판의 게재돼 에디터 하이라이트로 선정됐다.
최근 리튬이온전지 기반 대용량 에너지 저장장치의 발화사고가 빈번하게 발생하면서 수계 전해질을 이용하는 비 발화성 바나듐 레독스 흐름전지(이하 흐름전지)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
관련 업계에 따르면 흐름전지는 내구성과 대용량화의 장점이 있어 대용량 에너지 저장장치로의 응용이 기대되고 있으나 리튬이온전지보다 높은 가격으로 인해 시장확대가 지연되고 있다고 설명했다.
특히 주요 부품 소재 중 ‘바나듐 전해액’은 전지의 용량, 수명과 성능을 결정하는 핵심 소재이며 전체 전지가격의 50% 이상을 차지하고 있어 전해액을 싸게 생산하는 것이 시장 확대의 핵심이다.
상업적으로 이용되는 바나듐 전해액은 전구체를 전기분해를 이용해 환원시켜 제조해서 고가의 전기분해 장치가 필요하고 에너지 소비가 크다. 이것이 전기분해 중 생성되는 높은 산화수의 전해액의 재처리가 필요한 이유다.
연구팀은 유기 연료전지의 촉매 기술을 응용해 잔류물이 남지 않는 환원제인 포름산의 활성을 증대시켜 바나듐을 상업적으로 이용되는 수준까지 환원시키는 기술을 개발했다.
연구팀은 이 기술을 이용해 시간당 2리터급 촉매 반응기를 개발했고 연속 공정을 통한 고순도의 바나듐 전해액 생산에 성공했다.
이번 제조공정으로 전기분해 방식 대비 효율적인 공정구조를 가져 생산 공정비용을 40% 줄일 수 있고 기존 전기분해 방식으로 만들어지는 전해액과 동등한 성능을 보여 그 품질이 검증됐다.
KAIST 김희탁 교수는“촉매를 이용한 화학적 전해액 제조기술은 원천성을 가지고 있다”면서 “비 발화성 대용량 에너지 저장장치 분야의 국가 경쟁력을 높일 수 있다”라고 설명했다
한편 이번 연구는 산업통상자원부 한국에너지기술평가원 ESS 기술개발 사업의 지원을 받아 KAIST, 에너지기술연구원, 연세대, ㈜이에스가 참여한 컨소시엄을 통해 개발됐다.
