ESS 화재 해결 바나듐 전해액 대량생산 기술 개발
ESS 화재 해결 바나듐 전해액 대량생산 기술 개발
  • 홍시현 기자
  • 승인 2021.01.21
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비 발화성 대용량 에너지저장분야 국가 경쟁력 향상 기대
이신근 한국에너지기술연구원 박사.
이신근 한국에너지기술연구원 박사.

[투데이에너지 홍시현 기자] 불 안나는 에너지저장창치(ESS)의 바나듐 전해액을 대량생산 기술 개발로 국내 ESS시장에서의 점유율을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

한국에너지기술연구원(원장 김종남) 에너지소재연구실 이신근 박사 연구진은 KAIST(김희탁 교수 연구팀), 연세대학교(김한성 교수 연구팀), ㈜이에스(대표 이승주 박사)와 공동으로 차세대 ESS로 주목받는 바나듐 레독스 흐름전지의 핵심 소재인 바나듐 전해액 대량생산이 가능한 촉매반응시스템 개발에 성공했다고 밝혔다.

현재 가장 널리 이용되는 ESS기술은 리튬이온전지로 리튬기반 대용량 ESS는 저장 용량이 높지만 발화사고가 빈번하게 발생한다. 이를 극복하기 위해 물 성분의 수계 전해질을 이용하는 레독스 흐름전지에 대한 관심이 커지고 있다. 하지만 리튬이온전지대비 높은 가격은 시장 확대에 걸림돌이 되고 있다.

연구진이 개발한 바나듐 전해액 대량생산 촉매반응시스템은 기존의 전기분해 및 금속환원법에 비해 잉여 5가의 전해액 및 환원제의 잔여물을 남기지 않아 3.5가의 전해액을 고순도로 연속적으로 제조할 수 있다. 전기분해법에 비해 시간당 생산 속도가 약 2.7배 높고 시스템의 크기가 작아 부지시설 비용과 전력소비가 저감돼 전해액의 가격을 혁신적으로 낮출 수 있다.

연구진은 바나듐 전해액 제조 효율을 최대로 발휘하기 위해 펌프, 히터, 반응기, 열교환기로 구성된 촉매반응시스템을 구축해 에너지 사용량을 기존 목표대비 50% 이상 줄일 수 있었다. 더불어 기존 전기분해법 보다 약 2.7배 향상된 40LPH급 촉매반응시스템을 구축해 고순도 바나듐 전해액을 안정적으로 생산하는데 성공했으며 파일럿 규모대비 1/500배로 축소한 반응기를 사용해 2,500시간 내구성 검증도 마쳤다. 

연구를 주도한 에너지소재연구실 이신근 책임연구원은 “바나듐 전해액 제조기술은 대용량 ESS에 있어서 화재위험성이 높은 기존 리튬배터리를 대체할 바나듐 레독스 흐름전지의 핵심 소재기술”이라며 “이번에 개발한 대용량 촉매 반응기는 전량 해외에 의존하던 바나듐 전해액을 국산화 할 수 있고 실험실 규모로 가능성을 확인한 원천기술을 대량생산이 가능한 수준으로 실증을 했다는 것에 의의가 있다”고 밝혔다.

연구진은 향후 확보된 대용량 바나듐 전해액 제조기술을 기반으로 국내 ESS시장에 진출 할 예정이다. 우선 해당 기술을 기업에 이전해 전해액 가격 비용을 최소화하는 것을 최우선 목표로 하며, 기존 리튬이온배터리로 구성된 ESS시장에서 바나듐 레독스 흐름전지의 비중을 높여 대용량의 안정적인 에너지 그리드를 확보하는데 주력할 예정이다.


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