전기연구원-부산대, 에너지 스토리지 머티리얼스에 논문 게재
[이투뉴스] 국내 연구진이 가격이 저렴하고 수급이 안정적인 망간과 아연을 동시에 소재로 사용하는 하이브리드 레독스흐름전지(Redox Flow Battery)를 개발해 국제 저명 학술지에 이름을 올렸다. 기존 레독스흐름전지는 바나듐을 사용해 공급망 이슈에서 자유롭지 않았다.
전기연구원은 박준우 차세대전지연구센터 박사팀과 박민준 부산대 교수팀이 저비용 아연·망간 소재와 가역성을 높일 수 있는 금속이온 촉매 기술을 결합한 신개념 레독스흐름전지 기술을 개발해 <에너지 스토리지 머티리얼스(Energy Storage Materials)>에 논문(Impact Factor 20.831/JCR 4.2%)을 게재했다고 9일 밝혔다.
레독스흐름전지는 산화(Oxidation)와 환원(Reduction)이란 화학적 반응을 통해 전자가 전해액의 도움을 받아 음극(-)에서 양극(+)으로 이동하며 전기에너지를 발생시킨다. 기존 이차전지와 달리 화학적 반응과 전기를 저장하는 부분을 구분해 출력과 용량의 독립적 설계가 가능하고, 전지의 대용량화가 가능하다. 화재·폭발 위험도 매우 낮다.
반면 레독스흐름전지의 주요 핵심소재인 바나듐은 중국 등에서 수입하는 고가격 금속이다. 전지의 성능을 좌우하는 전압도 상용 리튬이차전지보다 낮아 효율성이 10~15%가량 떨어진다. 전기연구원과 부산대는 상대적으로 저렴하고 수급이 안정적인 망간과 아연을 활용해 하이브리드형 레독스흐름전지를 개발했다.
이중 이온교환막 구조로 알칼리성의 아연 전해액과 산성의 망간 전해액을 동시에 사용할 수 있고 높은 전위차를 기대할 수 있다. 망간 양극 활물질이 산화되었을 때 원래대로 환원되지 않고, 전극 및 이온 교환막 표면에 증착되는 문제가 발생했으나 탄소환원법을 활용해 비스무트(Bismuth) 금속을 전극 표면에 증착시키고 니켈과 마그네슘, 구리, 코발트 이온이 첨가된 전해액을 활용해 이를 해결했다.
비스무트는 전기 전도성이 우수해 전자 이동을 원활하게 하고, 전기화학 성능 특성 분석을 통해 최적 비율로 만들어진 전해액은 촉매 역할을 수행해 전지의 안정성과 성능, 수명 등을 크게 높였다. 그 결과 기존 바나듐계보다 높은 전압(1.3V→2.52V)을 구현, 에너지효율을 10% 이상 개선했다. 전기연구원은 광주 레독스흐름전지 시험인증센터를 활용해 이 기술의 상용화와 대용량화 및 민간 기술이전을 추진하기로 했다.
박준우 박사는 “저비용의 아연·망간 소재와 가역성을 높일 수 있는 금속 이온 촉매 기술이 결합된 신개념의 레독스흐름전지 기술”이라며 “차세대 장주기 대용량 레독스흐름전지의 보급 확대에 크게 기여할 것”이라고 말했다.
이상복 기자 lsb@e2news.com