한국에너지기술연구원(원장 김종남) 에너지소재연구실 이신근 박사 연구진이 KAIST, 연세대, ㈜이에스와 공동으로 차세대 에너지저장장치(ESS)로 주목받는 ‘바나듐 레독스 흐름전지’의 핵심소재인 바나듐 전해액 대량생산이 가능한 촉매반응시스템 개발에 성공했다.

현재 가장 널리 이용되고 있는 ESS 기술은 리튬이온전지로 리튬기반 대용량 ESS는 저장용량은 높지만 발화사고가 빈번히 발생, 이를 극복하기 위해 물 성분의 수계 전해질을 이용하는 레독스 흐름전지에 대한 관심이 높아지고 있으며, 그 중 바나듐 레독스 흐름전지가 대표적이다.

바나듐 레독스 흐름전지는 리튬이온전지에 비해 인체유해성, 인화성, 화학반응성의 위험도가 낮아 안정적이고, 수명이 20년 이상으로 길고 용량 설계가 유연해 재생에너지발전 분야와의 연계가 용이하지만 가격이 높아 시장 확대에 걸림돌이 되고 있다.

이번에 연구진이 개발한 바나듐 전해액 대량생산 촉매반응시스템은 기존의 전기분해 및 금속환원법에 비해 잉여 5가의 전해액 및 환원제의 잔여물을 남기지 않아 3.5가의 전해액을 고순도로 연속 제조할 수 있는데 전기분해법에 비해 시간당 생산속도가 약 2.7배 높고, 시스템의 크기가 작아 부지시설 비용과 전력소비가 저감돼 전해액 가격을 혁신적으로 낮출 수 있다.

촉매반응시스템의 핵심기술은 고활성 촉매, 고성능반응기, 고효율시스템으로 촉매는 귀금속을 카본펠트에 코팅해 사용했으며, KAIST와 공동으로 촉매성능 검증을 완료했다.

이번 연구를 주도한 이신근 책임연구원은 “바나듐 전해액 제조기술은 대용량 ESS에 있어서 화재위험성이 높은 기존 리튬배터리를 대체할 바나듐 레독스 흐름전지의 핵심 소재기술”이라며, “이번에 개발한 대용량 촉매 반응기는 전량 해외에 의존하던 바나듐 전해액을 국산화 할 수 있고, 실험실 규모로 가능성을 확인한 원천기술을 대량생산이 가능한 수준으로 실증을 했다는 것에 의의가 있다.”고 밝혔다.

향후 확보된 바나듐 전해액 제조기술을 기반으로 국내 ESS시장에 진출할 예정인데 우선 해당 기술을 기업에 이전해 전해액 가격 비용을 최소화하는 것을 최우선 목표로 하고, 기존 리튬이온배터리로 구성된 ESS시장에서 바나듐 레독스 흐름전지의 비중을 높여 대용량의 안정적인 에너지그리드를 확보하는데 주력할 방침이다.