차세대 에너지저장장치(ESS)로 주목받고 있는 '바나듐 레독스흐름 배터리' 가격을 크게 낮출 수 있는 핵심 소재가 상용화될 것으로 전망된다.
한국화학연구원(원장 김성수)은 홍영택·김태호·이장용 화학소재본부 박사팀이 바나듐 레독스흐름 배터리에 쓰이는 새로운 이온전달막을 개발, 배터리 전문 기업 스탠다드에너지를 통해 상용화를 앞두고 있다고 25일 밝혔다.
바나듐 레독스흐름 배터리는 리튬이온 배터리를 대체할 수 있는 ESS다. 수명이 20년 이상으로 길고, 화재 위험도 없다.
비상 전력 공급과 신재생에너지발전 분야에 활용할 수 있다. 2025년께에는 ESS용 대용량 배터리 시장에서 20%가 넘는 점유율을 확보할 것으로 기대된다.
이온전달막은 바나듐 레독스흐름 배터리 성능과 수명을 좌우하는 핵심 소재다. 배터리 내 화학 반응에 필요한 수소 이온을 통과·전달하는 역할을 한다.
그동안 '과불화탄소계' 이온전달막을 주로 썼지만 가격이 비싸고 전달 성능이 낮다. 환경에 유해하다는 단점도 있다.
연구팀은 세계에서 처음으로 값비싼 과불화탄소계 소재를 쓰지 않는 '비과불화탄소계' 이온전달막을 개발했다. 강한 산인 '술폰산기'를 띠는 '폴리페닐렌' 구조를 썼다.
이 이온전달막은 내구성 등 성능이 뛰어나다. 분자 구조 연결고리가 단단하고, 강화 복합막 형태로 제조해 내구성을 높였다. 전류 밀도가 높아도 강한 내구성과 우수한 성능을 보인다.
화학연은 스탠다드에너지와 함께 상용화에 속도를 내고 있다. 이미 기초 성능 시험이 끝났고, 앞으로 시제품 안전성 평가와 제조공정 최적 가동 조건 검증 등을 거치면 된다.
홍영택 박사는 “새로 개발한 이온 전달막은 비싼 과불화탄소계 소재를 쓰지 않아 배터리 생산 비용을 킬로와트시(㎾h)당 300달러 이하로 낮출 수 있다”면서 “신재생에너지 분야와 비상 백업전원, 전기자동차 급속충전소, 수소제조산업 등 다양하게 응용할 수 있다”고 설명했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
