국내 연구진이 폭발 위험이 없고 저렴한 에너지저장장치(ESS)에 사용될 전지 기술을 개발했다.
한국과학기술원(KAIST) 화학과 변혜령 교수·백무현 교수와 포항공대(포스텍) 화학과 서종철 교수 연구팀은 차세대 ESS 후보로 꼽히는 수계 레독스 흐름전지에 들어갈 높은 용해도의 안정한 유기 활성 분자를 개발했다고 23일 밝혔다.
리튬이온전지는 풍력이나 태양광 같은 재생에너지를 저장하는 안전한 에너지저장장치(ESS)로 사용되고 있다. 하지만 리튬이온전지는 화재에 취약해 더 안전하고 저렴한 ESS에 대한 관심도 커지고 있다.
'수계 레독스 흐름전지'는 낮은 원가, 낮은 발화 위험, 20년 이상의 장수명 특성을 가지고 있다. 2차전지인 리튬이온 전지를 대체할 기술로 주목받고 있다. 레독스 흐름전지로 가장 널리 사용되는 활성물질은 바나듐 원소이다. 최근에는 바나듐의 원가 상승으로 이를 대체할 수 있는 레독스 물질에 대한 연구가 진행되고 있다.
연구팀은 네 개의 암모늄 기능기를 도입해 나프탈렌 다이이미드(NDI) 분자가 양전하를 가지도록 설계했다. 이들 분자간의 정전기적 반발력으로 인해 물에서 용해도가 상승했다. NDI 분자는 수계 전해액에서 용해가 거의 되지 않는 특성 때문에 유기 활성물질 후보에서 제외됐는데, 이 문제를 해결한 것이다.
변혜령 교수는 "향후 수계 레독스 흐름전지로 사용 시 고에너지밀도, 고용해도의 장점과 함께 중성의 수계 전해액을 사용할 수 있어, 기존의 바나듐 레독스 흐름전지의 산성용액 사용에서 오는 부식 문제 등을 해결할 수 있을 것으로 기대된다"며 "안전하고 저렴한 차세대 ESS의 개발이 필요하며 본 연구는 그 가능성을 보여준 것"이라고 설명했다.
이번 연구는 한국연구재단과 기초과학연구원(IBS), 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 수행됐다.
참고자료
Advanced Materials, DOI : https://doi.org/10.1002/adma.202210859