촉매 환원으로 바나듐 전해질 공정 병목 해소
핵심 요약
KAIST 연구팀이 바나듐 전해질 생산 시간을 67% 줄이는 촉매 환원 공정을 개발했다. 백금-탄소 촉매는 공정 병목과 잔류 옥살산을 해소하고 2천500회 이상 반복 사용에서도 성능을 유지했다. 기존 생산 라인에 직접 적용할 수 있어 설비 교체 없이 생산 시간과 비용을 낮출 수 있다.
김희탁 KAIST 생명화학공학과 교수 연구팀이 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)의 전해질 생산 시간을 기존보다 67% 줄이는 공정을 개발했다. 전해질 제조 과정의 반응 정체 구간을 촉매로 해소한 기술로, AI 데이터센터 보조 전원과 재생에너지 저장용 초대형 배터리의 생산 시간과 비용을 함께 낮출 수 있는 방안으로 제시됐다.
연구팀은 배터리의 연료 역할을 하는 바나듐 전해질을 최적 상태인 V3.5+로 만드는 화학 반응을 분석해 V4.1 지점에서 병목이 발생하는 사실을 확인했다. 이 구간에 백금-탄소(Pt/C) 촉매를 사용하는 촉매 환원 공정을 적용한 결과, V3.5+ 전해질 제조 시간이 67% 단축됐고 배터리 성능을 저하시킬 수 있는 잔류 옥살산도 제거됐다.
같은 촉매를 2천500회 이상 반복해 사용한 실험에서도 성능 저하 없이 전해질이 안정적으로 생산됐다. VRFB는 화재 위험이 거의 없고 전해질 탱크의 크기를 늘리는 방식으로 저장 용량을 쉽게 확대할 수 있다. 반면 전해질을 V3.5+ 상태로 조정하는 데 오랜 시간과 높은 비용이 들어 생산 공정 개선이 필요한 과제로 꼽혀 왔다.
이번 기술은 별도의 설비 도입이나 새로운 소재 합성 없이 기존 촉매를 그대로 활용해 현재 가동 중인 바나듐 전해질 생산 라인에 적용할 수 있도록 설계됐다. 대규모 설비 교체 부담을 줄이면서 생산 효율을 높일 수 있다는 점이 핵심이다. 롯데케미칼이 공정 기술 개발을 지원했으며, 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’ 온라인판과 이슈 34 표지논문에 실렸다.