국내 연구진이 차세대 이차전지인 '바나듐레독스 흐름전지' 수명을 기존보다 대폭 늘린 분리막 기술을 개발했다. 리튬 이온전지를 대체할 고성능 이차전지 상용화가 가능해졌다.
KAIST(총장 신성철)은 정희태·김희탁 생명화학공학과 교수팀(차세대배터리센터)이 수명은 5배, 용량 유지율은 15배 높인 바나듐 레독스 흐름전지 기술 개발에 성공했다고 5일 밝혔다.
바나듐 레독스 흐름전지는 바나듐 이온을 활물질(전기에너지를 생산하는 물질)로 사용하는 이차전지다. 폭발 위험이 없고 에너지 효율이 높아 리튬 이온 배터리를 대체할 대용량 에너지 저장장치로 각광받고 있다.
이 전지를 상용화하려면 양극과 음극 내 활물질이 섞이는 것을 막는 '분리막' 개선이 필요하다. 분리막은 전하 운반체인 수소이온은 통과시키면서 양극과 음극 내 활물질이 섞이는 것을 막는 역할을 한다.
기존에 사용되는 과불소계 분리막은 투과도가 필요 이상으로 높다. 활물질이 섞이는 것을 막을 수 없어 에너지 효율과 용량 유지율이 매우 낮다. 투과도가 낮은 탄화수소계 분리막을 적용하는 사례가 나왔지만 활물질인 바나듐이 탄화수소에 열화돼 전지 수명이 급감하는 문제가 생겼다.
연구팀은 탄화수소계 분리막에 산화그래핀 골격체를 더하는 방법으로 문제를 해결했다. 산화그래핀 골격체 기공은 수소 이온보다 크면서 바나듐보다 작다. 바나듐이 탄화수소와 직접 닿는 것을 막는다.
연구팀은 새로운 산화그래핀 골격체를 이용한 기공 크기 조절 기술을 다양한 분야에 활용할 수 있다고 설명했다. 크기가 다양한 이온을 이용하는 이차전지 및 센서에 적용할 수 있다.
김희탁 교수는 “바나듐 레독스 흐름전지에 있는 문제를 나노기술을 통해 해결할 수 있음을 보여 줬다”면서 “다양한 대용량 에너지저장장치(ESS)용 이차전지에 적용할 수 있다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
