차세대 배터리 '레독스 플로 전지' 충·방전 효율 높인 분리막 개발

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 기존 대비 30% 이상 충·방전 효율이 향상된 차세대 배터리 ‘바나듐 레독스 플로 전지(VRFB)’의 새 분리막 기술을 개발했다.

한국기초과학지원연구원(KBSI)은 서울서부센터 이영주 박사 연구팀이 서울대 화학생물공학부 이규태 교수 연구팀과 함께 독특한 특성을 갖는 이온성 액체를 담지(틀 안에 용액을 담은)한 다공성 고분자막을 이용해 자연 방전 걱정 없이 2800시간 이상 안전하고 기존 대비 30% 이상 높은 충·방전 효율을 보인 VRFB 분리막 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

최근 비가연성인 물을 전해질로 사용하는 수성 배터리(수계 전지)가 리튬이온전지를 대체할 유력한 후보로 부상하고 있다.

수성 배터리는 산화·환원에 관여하는 금속이온의 종류에 따라 여러 가지가 있는데 이 중 VRFB가 현재 산업화에 가장 가까운 단계까지 연구 개발되고 있다.

연구팀은 이 액체를 다공성 고분자막에 담지한 후 막표면을 나피온으로 박막 코팅 처리하는 방법으로 분리막을 제조했다.

분리막은 소수성(물과 화합되지 않는 성질)을 지녀 양극액과 음극액 사이에서 바나듐 이온의 투과를 막아주고 수소 이온의 전도도는 그대로 높게 유지하는 특성이 있음을 관찰했다.

이온성 액체 분리막 기술을 적용한 VRFB의 자연방전 시간이 2800시간 이상 유지되는 것으로 나타났는데 이는 기존 나피온 분리막이 적용된 VRFB의 200시간 미만보다 14배가량 향상된 수치다.

충·방전 효율도 개선됐다.

100회 충·방전 시 98.8%의 쿨롱 효율을 유지했는데, 기존 나피온 분리막 대비 전지 용량도 30% 이상 높게 향상된 점에서 VRFB의 성능을 한 단계 끌어올린 의미가 있다.

쿨롱 효율은 최근 충전을 완료한 용량이 바로 직전에 충전을 완료한 용량과 대비해 차지하는 비율을 뜻한다.

연구진은 VRFB의 상용화를 앞당길 수 있는 기술 확보로 고용량·장수명·고안정성을 지닌 차세대 수계 전지 개발 가능해 향후 에너지저장장치(ESS) 등 대규모 전력 수급 및 신재생 에너지 보급에 기여할 것으로 전망했다.

이영주 박사는 “이번 연구는 이온의 투과도와 전도성을 선택적으로 조절할 수 있는 분리막 기술을 레독스 플로 전지에 적용한 획기적 방법”이라며 "기술적 우위를 유지해 나가기 위한 신규 난연성 액체전해질 개발 등 후속 연구를 이어가겠다”고 말했다.

한국연구재단의 기본연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 결과는 재료과학 분야 세계적 권위 학술지 '어드밴스드 펑셔널 메테리얼스' 온라인에 게재됐다.

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