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KAIST연구진, 화재 위험성 없는 ESS용 이차전지 개발
박준성 청소년 기자  |  kisado0818@naver.com
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승인 2020.01.14  21:33:25
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브롬 활물질을 전극내부에서 폴리브롬화물로 전환하여 저장하는 전극의 메커니즘의 모식도(왼쪽)와 멤브레인을 장착하지 않고 구동되는 전지의 실제 모습(오른쪽) /KAIST 제공

지난 8일 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 김희탁 교수와 신소재공학과 김상욱 교수 공동 연구팀이 화재위험 없는 에너지저장장치(ESS-Energy Storage System)용 이차 전지를 개발했다.

현재는 리튬이온전지가 에너지 저장장치용 이차전지로 사용되고 있지만 이 전지는 발화성 유기 전해액 및 리튬계 소재로 인한 발화의 위험성을 지니고 있어 지난 2017년부터 2019년 10월까지 총 21건의 에너지저장장치 화재사고가 발생했으며, 전체 에너지저장장치 시설 중 약 35%의 가동이 중단되기도 했다.

이러한 사실 때문에 폭발 위험성이 없는 물을 전해질로 사용하는 물 기반 이차전지가 주목받고 있다.

특히, 다양한 물 기반 전지 기술 중 아연과 브롬을 활물질로 사용하는 아연-브롬 레독스 전지는 높은 구동 전압 및 높은 에너지 밀도를 가져 1970년대부터 지속해서 개발돼왔다.

그러나 이 전지는 브롬이 아연과 반응해 전지 수명을 단축시키는 문제가 있었기 때문에 상용화가 지연됐다. 이를 해결하기 위해 브롬의 이동을 차단할 수 있는 멤브레인에 대한 개발이 진행됐으나, 가격증가 및 출력 저하의 추가적인 문제점이 발생했다.

연구진은 전기화학 소자의 핵심 부품인 멤브레인을 사용하지 않고도 에너지 효율을 80% 이상 낼 수 있는 물 기반 아연-브롬 전지를 개발했다.

연구팀이 개발한 아연-브롬 전지는 핵심 부품인 멤브레인과 전해질 첨가제를 사용하지 않아 리튬이온의 45분의 1에 불과한 가격으로 생산할 수 있다.

김희탁 교수는 “이번 연구를 통해 기존보다 안전하고 경제적인 에너지저장장치의 개발이 가속화되기를 기대한다.”라고 밝혔다.

이번 연구는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced materials)’12월 27일자 표지논문에 선정됐다.

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