촉매 전환으로 바나듐 전해질 공정 혁신

KAIST 김희탁 생명화학공학과 교수 연구팀이 대용량 에너지저장장치에 쓰이는 바나듐 레독스 흐름전지의 핵심 전해질 생산시간을 기존보다 67% 줄이는 공정을 개발했다. 반응 속도가 떨어지는 구간에 백금-탄소 촉매를 투입해 생산성을 높인 기술로, 같은 촉매를 2500회 이상 재사용한 뒤에도 성능이 유지됐다.

기존 공정은 화학물질로 바나듐의 상태를 한 차례 바꾸고, 다시 전기를 흘려 배터리 가동에 알맞은 상태로 조절하는 방식이었다. 연구팀은 바나듐이 특정 상태에 이르면 반응이 급격히 느려진다는 사실을 처음 규명한 뒤, 이 시점부터 전기 대신 촉매를 활용하도록 설계를 변경했다. 공정 전체를 교체하지 않고 시간이 가장 오래 걸리는 단계만 개선했으며, 배터리 성능을 저해할 수 있는 잔류 불순물도 함께 제거했다.

바나듐 레독스 흐름전지는 바나듐을 함유한 액체 전해질을 탱크에 보관하고 순환시키며 전기를 충전·방전한다. 전해질 탱크의 크기에 따라 저장할 수 있는 전력량을 늘릴 수 있고, 화재 위험이 낮으며 장기간 반복 사용이 가능하다. 24시간 가동되는 AI 데이터센터의 비상·보조 전원뿐 아니라 태양광과 풍력의 잉여 전력 저장, 대규모 공장과 전력망의 수요 급증 대응에 활용할 수 있다.

새 공정은 이미 상용화된 촉매를 이용하므로 별도의 신규 설비 없이 기존 바나듐 전해질 생산라인에 적용할 수 있다. 생산시간과 비용이 감소하면 바나듐 레독스 흐름전지 기반 대용량 ESS의 공급 가격을 낮추는 데도 기여할 수 있다. 연구팀은 롯데케미칼과 국내 특허 등록을 완료하고 해외 특허를 출원했다. 연구 성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’에 실렸으며, 9월 공개되는 34호 표지논문으로 선정됐다.