순천향대 안욱 교수팀, 고효율 '바나듐 레독스 흐름 전지' 기술 개발

안욱 순천향대 에너지시스템학과 교수/사진제공=순천향대

순천향대학교는 최근 에너지시스템학과 안욱 교수 연구팀이 차세대 전지 시스템 상용화에 필요한 고효율 전극 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.

현재 배터리 시장에서 사용되고 있는 ESS(Energy Storage System) 기술은 리튬을 기반으로 해 저장용량은 크지만 높은 인화성과 짧은 수명이라는 단점을 안고 있다. 이 문제를 해결하기 위해 수계전해질을 활용한 차세대 에너지 저장장치인 바나듐 레독스 흐름 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

바나듐 레독스 흐름 전지는 리튬이온 전지와 비교해 인체 유해성, 인화성, 화학 반응성 등에서 위험도가 낮아 안정적이며, 20년 이상의 수명을 갖는다. 뿐만 아니라 에너지를 직접적으로 저장하는 전해질 탱크 용량의 유연한 설계가 가능해 전지 용량의 한계가 없다.

하지만 이 전지를 상용화하기 위해서는 높은 활성도를 갖는 전극 소재가 필요하다.

안욱 교수 연구팀은 특정 질소 관능기(피리도닉 질소 Pyridonic Nitrogen)가 전해질에 녹아있는 바나듐의 산화/환원(V2+/V3+)에 높은 활성도를 보인다는 가설을 기반으로 흑연에 특정 관능기를 부착하는 기술을 개발했다.

또한 범밀도함수이론(DFT: Density Functional Theory)을 이용한 화학 계산식을 통해 특정 질소 관능기가 높은 반응성을 나타낸다는 것도 입증했다.

안 교수는 "이번에 개발한 전극 촉매 소재는 제조가 비교적 간단하고 고효율의 전극을 제조할 수 있다"며 "바나듐 레독스 흐름 전지에 적용하면 리튬이온 전지와 경쟁할 수 있는 가격으로 상용화할 수 있을 것"이라고 설명했다.


한편 이번 연구 결과는 국제학술지 'Journal of Energy Chemistry'(IF: 13.599) 11월호에 게재됐다.

바나듐 레독스 흐름 전지 모식도/사진제공=순천향대