KAIST, AI 데이터센터 시대 '거대한 배터리' 상용화 앞당긴다

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 폭발적으로 늘어나는 AI 데이터센터 시대를 뒷받침할 '거대한 배터리'의 상용화가 한층 가까워졌다.

한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 김희탁 교수 연구팀이 대용량 에너지저장장치(ESS)의 유력 후보인 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)의 핵심 전해질을 빠르고 안정적으로 생산하는 공정을 개발했다고 5일 밝혔다.

최근 24시간 끊임없이 가동되는 AI 데이터센터가 급증하면서 태양광과 풍력 등 재생에너지로 생산한 전기를 대량으로 저장했다가 필요할 때 안정적으로 공급하는 대용량 ESS의 중요성이 커지고 있다.

특히 바나듐 레독스 흐름전지는 화재 위험이 낮고 저장 용량도 쉽게 늘릴 수 있어 AI 데이터센터와 재생에너지용 초대형 배터리로 주목받고 있다. 그러나 배터리의 연료 역할을 하는 바나듐 전해질을 최적 상태로 만드는 과정이 오래 걸리고 비용도 크다.

기존 공정은 먼저 화학적 환원으로 전해질을 만든 뒤 전기화학적 환원을 거쳐 최종 전해질을 생산했다. 마무리 단계인 전기화학적 환원은 시간이 오래 걸리고 비용이 많이 드는 공정으로, 대량 생산과 상용화의 가장 큰 걸림돌이다.

연구팀은 화학 반응으로 전해질을 만드는 과정의 특정 단계에서 반응 속도가 급격히 느려진다는 사실을 세계 최초로 밝혀냈다. 바나듐 전해질이 배터리 구동에 최적화된 상태로 변해가는 중간 단계에서 병목 구간을 찾았다.

연구팀은 이 구간에서 시간이 오래 걸리던 기존의 전기화학적 환원 공정 대신 백금-탄소(Pt/C) 촉매를 이용한 촉매 환원 공정을 적용하도록 생산 공정을 설계했다.

그 결과 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)에서 전기 에너지를 저장하는 핵심 소재 생산 시간이 기존보다 67% 단축됐다. 공정 중 남아 배터리 성능을 떨어뜨릴 수 있는 잔류 옥살산(불순물)도 함께 제거됐다. 같은 촉매를 2500회 이상 반복 사용해도 성능 저하 없이 안정적으로 전해질을 생산할 수 있음을 확인해 실제 산업 현장에서도 활용 가능성을 입증했다.

관련 공정 기술은 롯데케미칼과 공동으로 국내 특허 등록을 완료했다. 해외 특허도 출원해 진행 중으로, 연구팀은 이번 연구가 바나듐 전해질 생산 공정을 설계하는 데 하나의 실질적인 참고가 될 것으로 보고 있다.

김 교수는 "산업 현장의 생산 병목을 해결한 만큼 대용량 에너지저장 기술의 상용화를 크게 앞당길 것으로 기대한다"고 말했다.

KAIST 생명화학공학과 석경화 박사과정이 제1저자로 주도한 이번 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)'에 온라인 게재됐다.

jongseo12@news1.kr