바나듐 전해질 병목 해소…ESS 양산 속도 높인다

한국과학기술원(KAIST) 김희탁 생명화학공학과 교수팀이 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)의 핵심 전해질을 빠르고 안정적으로 제조하는 공정을 개발해 5일 공개했다. 새 공정은 전기 에너지를 저장하는 V3.5+ 전해질의 생산 시간을 기존 방식보다 67% 줄여 대용량 에너지저장장치(ESS) 상용화의 주요 생산 병목을 완화했다.

기존에는 환원제로 바나듐 이온에 전자를 공급하는 화학적 환원 뒤 전기화학적 환원을 거쳐 이온의 전자 상태를 조절했다. 연구팀은 평균 산화수가 약 +4.1에 이르면 반응 속도가 급격히 떨어진다는 사실을 처음 규명하고, 이 구간에 백금-탄소(Pt/C) 촉매를 이용한 촉매 환원 공정을 적용했다. 시간이 오래 걸리고 비용 부담이 컸던 마지막 단계만 효율적인 방식으로 바꾼 설계다.

새 공정은 전해질 생산 시간을 단축하는 동시에 배터리 성능을 낮출 수 있는 잔류 옥살산도 제거했다. 동일한 촉매를 2500회 이상 반복 사용한 시험에서도 성능 저하 없이 안정적인 생산이 가능했다. 연구진은 촉매가 전해액 환경에서 손상되지 않고 작동하는 조건까지 과학적으로 규명해 실제 대량 생산에 필요한 안정성을 확인했다.

VRFB는 화재 위험이 거의 없고 전해질 탱크의 크기를 키우는 방식으로 저장 용량을 늘릴 수 있어 태양광·풍력 발전 전력을 대량 보관하는 초대형 ESS 후보로 주목받는다. 석경화 생명화학공학과 박사과정이 제1저자로 주도한 연구는 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’에 5월 7일 온라인 게재됐으며, 34호 표지논문으로 선정됐다. 해당 호는 9월 초 온라인 공개될 예정이다.