레독스 흐름 전지 데모.

대용량 2차 전지 제작을 위한 핵심 기술 확보
스택 설계 제조 기술 확보로 세계 수준과 동등


전 세계적으로 녹색 바람이 거세게 불면서 에너지 저장 기술인 2차 전지가 주목받고 있다.

휴대용으로 쓰이는 소형 2차 전지 시장의 급속한 성장과 기술경쟁에 이어 이제는 신재생에너지 이용 효율과 안정성을 높일 수 있으며 스마트 그리드 등에도 적용 가능한 대용량 2차 전지 기술에 관심이 높아지고 있는 가운데 국내 기술진이 ‘5kW급 레독스 흐름 전지 기술’을 국내 최초로 개발에 성공했다.

한국에너지기술연구원(원장 한문희)은 대용량 2차 전지 중 매우 유력한 시스템으로 떠오르고 있는 레독스 흐름 전지 기술을 국내 최초로 개발, 5kW급 스택과 레독스 흐름전지 시스템을 자체 제작했으며 실증에 성공했다고 밝혔다.

5kW급 스택을 레독스 흐름 전지 시스템에 적용하여 충전 방전 시험기로 성능 시험을 한 결과 현재 세계 최고 수준의 생산 제품과 동등한 출력 성능을 보였으며 효율은 5~10%로 더 우수한 것으로 나타났다.

레독스 흐름 전지는 기존 2차 전지와 달리 전해액에 용해되어 있는 바나듐 이온이란 활성물질이 전자를 주고받아 충전 방전되는 시스템으로 전해액의 화학적 에너지를 직접 전기에너지로 저장시키는 전기화학적 축전장치이다.

이론상 수명의 제약이 거의 없으며 기존 리튬 이온전지의 수명보다 10배 이상 길다.

또한 사용 시간은 저장용량에 따라 원하는 만큼 증가시킬 수 있는 전지이다.

이번에 개발된 레독스 흐름 전지 시스템은 크게 스택과 전해질 탱크로 구성되며 전기화학반응이 일어나는 스택의 경우 상온에서 작동이 가능해 20년 이상 사용이 가능하고 활성물질로는 바나듐을 사용해 반영구적으로 사용할 수 있어 안전성과 장수명 폐기 처리 등 전력저장용 2차 전지의 조건을 갖췄다.

국내 대용량 2차 전지 연구가 본격적인 기술 개발 단계로 진입하는데 기폭제 역할을 할 것으로 기대되는 이번 5kW급 레독스 흐름 전지 스택 및 시스템 개발은 그 동안 입지환경이나 자연조건에 영향을 받아 출력 변동의 폭이 커서 연속 공급이 불가능했던 신재생에너지 발전시스템의 문제를 해결, 전력의 안정적 공급(출력 평준화)이 가능하게 됐다.

이 외에도 레독스 흐름 전지는 발전소나 전력계통, 건물에 설치해 급격한 전력수요 증가에 대응할 수 있는 부하 평준화 기능, 정전이나 순간저전압을 보상하거나 억제하는 기능 등을 가지고 있으며 필요에 따라 자유롭게 조합할 수 있는 매우 유력한 에너지저장 기술이며 대규모 에너지저장에 적합한 시스템이다.

레독스 흐름 전지 스택 성능에 큰 영향을 주는 매니폴드 유로설계 기술은 스택 제조 공정의 핵심 기술 중 하나로 활성 물질이 전극에서 반응이 잘 일어나도록 만드는 기술이다.

스택 출력 및 효율 특성이 결정되며 스택 제조의 핵심 기술 확보라는 측면에서 큰 의의를 지닌다.
또한 스택을 제조할 때 각각 단위 셀의 적층 및 밀봉되는 정도가 전지 성능에 영향을 미치는데 자체 개발한 설계 제작 기술과 저가의 고분자 필름을 이용하여 제조 단가를 개선, 경제성이 있는 스택 제조를 위한 발판을 마련했다.

연구책임자인 변환저장소재연구센터 진창수 박사는 “레독스 흐름 전지 시스템은 신재생에너지 발전 시스템과 발전소, 건물과 반도체공장의 무정전원장치, 무인 기지국 전원 등에 적용될 수 있으며 에너지 밀도를 향상시킬 경우 전기자동차 등에도 사용될 수 있어 발전 가능성이 매우 높은 2차 전지중 하나이며 유력한 차세대 에너지 저장기술이다”고 말했다.

또한 “연구원의 국내기술을 통해 제작된 스택을 전지 시스템에 적용한 결과, 세계 최고 수준의 연구 그룹 및 회사와 동일하거나 상회하는 결과를 이뤘으며 레독스 흐름 전지 제조 기술이 대용량 전지 상용화 개발 촉진과 더불어 차세대 그린 에너지기술 보급과 산업 확산에 새로운 이정표가 될 것으로 기대한다”고 덧 붙였다.

10년 이상 에너지저장 분야 연구를 주도하고 있는 연구원은 그동안 국내 최초로 하이브리드 전기자동차용 축전시스템을 개발했고 대용량 레독스 흐름 전지 핵심 기술 확보부터 인력 양성, 산업체 기술 자문에 이르기까지 대용량 전지 분야의 중추적인 역할과 더불어 연구개발을 선도하고 있다.

앞으로 연구원은 실제 산업화에 요구되는 내구성과 경제성을 달성하기 위해 공정 최적화 및 장기 성능 확보를 위한 후속 연구도 적극적으로 추진할 예정이다.