핵심소재로 중국 수입 고가 금속 바나듐 대신 망간과 아연 활용.
화재·폭발없는 친환경 전지 개발 기대.

한국전기연구원(KERI)은 차세대전지연구센터 박준우 박사팀과 부산대학교 박민준 교수팀이 아연·망간을 핵심소재로 이용한 고성능의 하이브리드 ‘레독스 흐름 전지’ 기술을 개발해 관련 논문이 국제 저명 학술지에 게재됐다고 9일 밝혔다.레독스 흐름 전지(Redox Flow Battery)는 환원(Reduction), 산화(Oxidation), 흐름(Flow) 등 세 단어를 합성한 용어다. 산화·환원의 화학적 반응을 통해 전자가 전해액의 도움을 받아 음극(-)에서 양극(+)으로 이동하며 전기에너지를 발생시키는 원리다. 레독스 흐름 전지는 기존 이차전지와 달리 화학적 반응이 일어나는 부분과 전기를 저장하는 부분을 구분했기 때문에 전지의 대용량화가 가능하다. 또 배기가스를 배출하지 않고 화재·폭발 위험이 없어 에너지저장장치(ESS)용으로 주목받는 차세대 전지다.

현재 레독스 흐름 전지의 주요 핵심 소재는 중국 등으로부터 수입에 의존하는 ‘바나듐’으로 가격이 비싼 금속이다. 바나듐 레독스 흐름 전지는 전지 성능을 좌우하는 전압도 상용 리튬이차전지보다 낮아 효율성이 10~15% 떨어진다.

전기연구원과 부산대팀은 바나듐 보다 상대적으로 가격이 저렴하고 수급도 안정적인 아연과 망간을 대체 금속으로 이용했다.

하이브리드형 아연·망간 레독스 흐름 전지는 독특한 이중 이온교환막 구조로 구성돼 알칼리성의 아연 전해액과 산성의 망간 전해액의 동시 사용이 가능하고 높은 전위차도 기대할 수 있다.

연구팀은 망간의 낮은 가역성(reversibility) 문제를 개선하기 위해서 전기 전도성이 우수한 비스무트(Bismuth) 금속을 탄소 환원법을 활용해 전극 표면에 증착시켰다.

전기연구원과 부산대 연구팀은 다양한 연구·분석과 기술개발을 통해 하이브리드형 아연·망간 레독스 흐름 전지가 기존 바나듐계보다 높은 전압(1.3V→2.52V)을 발생시켜 에너지 효율이 10% 이상 향상되는 등의 결과를 확보했다고 밝혔다.

이 연구결과를 담은 논문은 에너지 분야 국제 전문 학술지인 에너지 스토리지 머터리얼스(Energy Storage Materials)에 최근 게재됐다.

전기연구원은 지난해 국내 최초로 광주에 구축한 레독스 흐름 전지 시험인증센터를 활용해 이번 개발 기술을 확장·발전시킨 뒤 상용화를 위한 기술이전을 추진할 계획이다.

한국전기연구원 박준우 박사는 “저비용의 아연·망간 소재와 가역성을 높일 수 있는 금속 이온 촉매 기술을 결합한 신개념의 레독스 흐름 전지 기술을 개발했다”며 “차세대 레독스 흐름전지 보급 확대에 크게 기여할 것”이라고 말했다.