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2015년 12월 2일 수요일

혁신적인 플루 배터리 기술



(Illustration: Jia et al/Science Advances)


 배터리 기술은 20세기 말에서 21세기초에 극적으로 발전했습니다. 지금 우리가 쓰는 스마트폰과 휴대용 기기들은 배터리 기술의 진보가 없었다면 결코 존재하지 못했을 것입니다. 그리고 이제 배터리 기술은 에너지 저장 및 전기 자동차 같은 새로운 분야로 발전하고 있습니다. 


 현재의 리튬 이온 배터리들은 이전에 비해 상당히 높은 효율을 자랑하지만, 여전히 에너지 밀도와 가격, 내구성 등 여러 가지 개선해야 할 문제들이 존재합니다. 


 그 대안으로 나오는 것 가운데 하나가 바로 리독스 플로우 배터리(Redox Flow Battery)입니다. 액체 상태의 전해질을 이용한 플로우 배터리는 전극은 그대로 두고 전해질 용액 탱크의 크기만 늘리면 저장 용량을 쉽게 늘릴 수 있어 에너지 저장 시스템(ESS) 등에 적합하며 일부에서는 전기 자동차에 응용하려는 시도도 진행중입니다. 


전해질 용액만 교체하면 충전이 완료되어 다시 배터리를 사용할 수 있기 때문에 기존의 전기 자동차처럼 오래 충전할 필요가 없이 기존의 가솔린 승용차처럼 쉽게 연료를 보충할 수 있다는 것이 큰 장점입니다. 


 단점은 전해질에 따라서 아직 가격이 비싸고 에너지 저장 밀도가 기대에 미치지 못한다는 것입니다. 그러나 현재 기술이 개속 개발되고 있어 가능성은 충분합니다. 


 최근 싱가포르의 연구자들이 저널 사이언스 어드밴스드에 발표한 내용에 따르면 리튬화합물과 산화티타늄을 이용한 새로운 전해질 용액으로 리독스 플로우 배터리의 효율을 극적으로 끌어올릴 수 있다고 합니다. 


 현재 흔히 사용되는 리독스 플로우 배터리는 바나듐 (vanadium redox-flow battery)을 이용한 것입니다. 그러나 에너지 저장 밀도가 리튬 이온 배터리의 1/10에 지나지 않은 문제가 있습니다. 싱가포르 연구팀이 이용한 방식은 리튬 화합물의 작은 입자를 용액속에 담는 방식입니다. (위의 개념도) 


 새로운 리튬 플로우 배터리는 기존의 리튬 이온 배터리와 비슷한 저장밀도를 가지면서 플로우 배터리이기 때문에 쉽게 전해질 보충 방식으로 충전이 가능합니다. 


 다만 아직 상용화할 수 있는 수준은 아니며 전극으로 사용되는 막(membrane)의 리튬 이온 수송 효율 등 여러 가지 문제를 개선할 필요가 있다고 합니다. 


 개인적으로는 현재의 리튬 이온 배터리 수준의 에너지 저장 밀도를 지닌 플로우 배터리를 저렴하게 제조할 수 있다면 새로운 에너지 혁명이 가능하지 않을까 생각하고 있습니다. 전기차를 충전하는 대신 전해질만 교체할 수 있다면 그 편리함은 비교가 되지 않을 것입니다. 특히 대량의 충전이 필요한 트럭이나 버스에 쉽게 도입할 수 있습니다.  


 과연 플로우 배터리가 그런 혁신을 일이킬 수 있을지 미래가 궁금하네요.  


 참고 






  

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