화학뉴스

국내 연구진이 에너지밀도가 높고 가격 경쟁력이 높은 레독스흐름전지를 개발했다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 이현욱 교수팀과 한국과학기술원(KAIST) 서동화 교수팀은 성능이 크게 개선된 새로운 레독스흐름전지를 개발하는데 성공했다.
연구팀에 따르면, 레독스흐름전지는 배터리 양극재와 음극재에서 에너지를 만들어내는 활물질을 통해 산화-환원 반응이 일어나면서 에너지를 저장하는 시스템으로 LiB(리튬이온전지)에 비해 폭발 위험이 낮아 안전한 배터리로 주목받고 있다.
하지만, 핵심 소재인 바나듐 매장량이 특정 국가에 한정돼 있어 가격 변동성이 크고 낮은 작동 전압과 느린 산화-환원 반응 속도로 배터리 성능 향상에 한계성을 드러내 왔다.
이에 연구팀은 철, 크롬, 망간 등에 헥사시아노메탈레이트(Hexacyanometallate) 활용해 성능을 크게 개선했으며 철·크롬, 철·망간 등 2종의 레독스흐름전지를 구동했다.
철·크롬 레독스흐름전지는 500번 이상 반복 충·방전 실험에서 99% 이상의 높은 쿨롱 효율을 유지하면서 1.5V 이상의 높은 전압을 달성해 기존 대비 1.3배 이상 높은 에너지밀도를 나타냈고, 헥사시아노망가네이트(Hexacyanomanganate)가 음극 전해액으로 사용된 철·망간 레독스흐름전지는 산화-환원 반응을 2회 일으키는 2전자 반응이 가능해 동일 농도 대비 에너지밀도를 2배 향상할 수 있는 것으로 나타났다.
철·크롬, 철·망간 레독스흐름전지는 기존 바나듐에 비해 저렴하고 원소가 풍부한 점도 장점이다.
제1저자인 UNIST 장지은 석·박사통합과정 연구원은 “지금까지 보고된 크롬 계열 신물질을 이용한 레독스흐름전지 가운데 가장 우수한 성능을 나타냈다”며 “빠른 산화-환원 반응과 2전자 반응이 가능한 물질을 제안함으로써 레독스흐름전지의 시스템 다양성 확보에 기여할 것”이라고 강조했다.
연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지인 어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)와 ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)에 온라인으로 게재됐다. (윤우성 기자)