"폭발 위험 없고 저렴"…UNIST, '철-크롬 전지' 에너지 효율 개선

(울산=뉴스1) 김세은 기자 = 폭발 위험은 없고 저렴한 차세대 대용량 에너지 저장 장치 '철-크롬 레독스 흐름 전지'의 성능을 끌어올린 기술이 개발됐다.

이현욱 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 교수팀은 전극 표면에 비스무트(Bi)를 코팅하는 방식으로 철-크롬 레독스 흐름 전지에서 크롬 반응 속도를 10배 이상 높이고 기생 부반응을 억제해 배터리 에너지 효율을 개선했다고 2일 밝혔다.

UNIST에 따르면 철-크롬 레독스 흐름 전지는 전기 저장물질인 철과 크롬이 녹아 있는 수용액을 별도 탱크에 보관했다가 필요할 때 전극으로 흘려보내는 방식으로 충·방전이 이뤄지는 차세대 배터리다.

이 전지는 휘발성 전해질 대신 물을 써 폭발 위험이 적은 데다, 철과 크롬은 저렴하고 매장량도 풍부해 다른 금속 기반 레독스 흐름 전지보다 원가 경쟁력이 높다.

그러나 크롬 반응이 낮은 탓에 더 높은 전압을 걸어 배터리를 충전해야 하며, 수소 생산 부반응은 충전시 저장돼야 할 전자를 부반응을 일으키는 데 소모하게 만든다는 단점이 있다.

이에 연구팀은 전극에 비스무트를 코팅하는 방식으로 이 2가지 문제를 동시에 해결해 에너지 효율을 높였다고 설명했다. 비스무트는 크롬의 산화·환원 반응은 빠르게 만들어 주는 반면, 수소 발생 반응은 오히려 억제하는 '선택적 반응 조절자' 역할을 한다.

실험 결과, 비스무트 코팅이 전용된 전지는 500회 이상 충·방전 실험에서도 에너지 효율을 평균 75.22% 수준으로 유지했다. 크롬의 반응 속도 상수도 기존 전극보다 약 10배 증가했다. 또 충전시 투입된 전자가 실제 배터리 반응에 사용되는 비율인 쿨롱 효율도 99.29%에 달했다.

이 교수는 "철-크롬 흐름 전지의 상용화를 가로막던 낮은 반응성과 부반응 문제를 전극 코팅이라는 간단한 공정으로 해결할 수 있음을 입증했다"며 "데이터센터 등 급증하는 전력 수요에 대응할 수 있는 기반 구축에 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 나노·미래소재원천기술개발사업, 개인연구사업, 국가과학기술연구회 글로벌 TOP 전략연구단 지원사업으로 수행됐다.

연구 결과는 지난달 7일 국제학술지 '저널 오브 머티어리얼즈 케미스트리 에이' 온라인판에도 게재됐다.

syk000120@news1.kr