KAIST "非발화성 대용량 에너지 저장장치분야 국가경쟁력 높일 것 기대"
[대전=뉴스핌] 오영균 기자 = 카이스트(KAIST)는 기존 기술 대비 전해액 생산비용을 40% 낮출 수 있는 '바나듐 레독스 흐름전지용 전해액 신공정'을 개발했다고 27일 밝혔다.
생명화학공학과·나노융합연구소 차세대배터리센터 김희탁 교수와 한국에너지기술연구원 에너지소재연구실 이신근 박사 공동연구팀은 이 같은 연구성과를 인정받아 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)' 9월27일 자 온라인판의 에디터 하이라이트(Editor's Highlight)로 선정되는 영예를 안았다.
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KAIST 김희탁 교수·허지윤 박사과정·KIER 이신근 박사(왼쪽부터) [사진=카이스트] |
최근 리튬이온전지 기반 대용량 에너지 저장장치의 발화사고가 빈번하게 발생하면서 수계 전해질을 이용하는 비 발화성 바나듐 레독스 흐름전지에 대한 관심이 커지고 있는 상황.
바나듐 레독스 흐름전지는 안전성뿐 아니라 내구성 및 대용량화의 장점이 있어 대용량 에너지 저장장치로의 응용이 기대되고 있으나 리튬이온전지 대비 높은 가격으로 시장확대가 지연되고 있다.
상업적으로 이용되는 바나듐 전해액은 3.5가의 산화수를 가지며 이는 5가의 바나듐옥사이드(V2O5) 전구체를 전기분해를 이용해 환원시켜 제조된다. 그러나 전기분해 방식은 고가의 전기분해 장치가 필요하고 에너지 소비가 크며 전기분해 중 생성되는 높은 산화수의 전해액의 재처리가 필요하다.
이에 전기분해 방식을 벗어나 화학적으로 바나듐을 환원시키는 공정이 전 세계적으로 연구됐지만 환원제의 잔류물에 의한 전해액 오염으로 인해 상업화에 성공한 사례가 없었다.
공동연구팀은 유기 연료전지의 촉매기술을 응용해 잔류물이 남지 않는 환원제인 포름산의 활성을 증대시켜 바나듐을 3.5가로 환원시키는 기술을 개발했다.
이 기술을 이용해 시간당 2리터(L)급 촉매 반응기를 개발했고 연속 공정을 통한 고순도의 3.5가 바나듐 전해액 생산에 성공했다.
이번 촉매반응을 이용한 제조공정은 전기분해 방식 대비 효율적인 공정구조를 가져 생산공정 비용을 40% 줄일 수 있다. 또 촉매 반응기를 통해 생산된 전해액은 기존 전기분해 방식으로 만들어지는 전해액과 동등한 성능을 보여 그 품질이 검증됐다.
KAIST 나노융합연구소 차세대배터리센터장 김희탁 교수는 "촉매를 이용한 화학적 전해액 제조기술은 원천성을 가지고 있어 비 발화성 대용량 에너지 저장장치 분야의 국가 경쟁력을 높일 수 있다"고 말했다.
한국에너지기술연구원 에너지소재연구실 이신근 박사는 "한국에너지기술연구원에서 개발된 촉매 반응기를 통해 기술의 산업화가 촉진될 것"이라고 기대했다.
gyun507@newspim.com