KAIST, 흐름전지 전해질 병목 공정 해소

KAIST가 대용량 에너지저장장치(ESS)의 유력 후보인 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)의 핵심 전해질을 빠르고 안정적으로 제조하는 공정을 개발했다. 김희탁 생명화학공학과 교수 연구팀이 설계한 새 공정은 기존 방식보다 생산 시간을 67% 줄여, AI 데이터센터와 재생에너지 설비에 필요한 대규모 전력 저장 기술의 상용화 과제를 완화할 가능성을 제시했다.

연구팀은 전해질을 만드는 화학 반응의 특정 단계에서 속도가 급격히 떨어지는 병목 현상을 확인했다. 이후 시간이 많이 소요되던 마지막 전기화학적 환원 단계를 백금-탄소(Pt/C) 촉매 기반의 촉매 환원 방식으로 교체했다. 공정 전체를 바꾸는 대신 지연이 집중된 구간에 효율적인 반응 경로를 적용해 제조 시간을 단축하는 방식이다.

바나듐 레독스 흐름전지는 화재 위험이 거의 없고 전해질 탱크의 크기를 키우는 방식으로 저장 용량을 확대할 수 있어 초대형 배터리로 주목받는다. 그러나 배터리 연료 역할을 하는 바나듐 전해질을 최적 상태로 제조하는 데 오랜 시간과 높은 비용이 들어 상용화에 걸림돌이 돼 왔다. 24시간 운영되는 AI 데이터센터의 확산과 재생에너지 전력의 대량 저장 수요는 이런 생산 공정 개선의 필요성을 키우고 있다.

새 공정에서는 배터리 성능을 떨어뜨릴 수 있는 불순물인 잔류 옥살산도 함께 제거됐다. 연구팀은 동일한 촉매를 2500회 이상 반복해서 사용한 뒤에도 성능 저하 없이 전해질을 안정적으로 생산할 수 있음을 확인했다. 석경화 KAIST 생명화학공학과 박사과정생이 제1저자로 참여한 연구는 에너지 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’ 표지논문으로 선정됐다.