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2017년 10월 14일 토요일

MIT의 새로운 플로우 배터리



(Researchers at MIT have developed a flow battery that breathes air in and out, and costs about a fifth of lithium-ion batteries for close to the same energy density(Credit: Felice Frankel/MIT))


 대용량 에너지 저장 시스템 (ESS)에 대한 수요가 크게 증가하면서 액체 상태의 전해질을 이용하는 플로우 배터리(redox flow battery, 흐름 전지)가 주목을 받고 있습니다. 에너지 밀도에서는 전통적인 리튬 이온 배터리를 따라잡기 힘들지만, 저렴한 전해질을 사용할 경우 가격 대비 에너지 저장량은 매우 커질 수 있기 때문입니다. 앞서 소개한 것처럼 독일에 이미 대규모 플로우 배터리 저장 시스템이 건설 중에 있습니다. 




 그러나 현재까지 플로우 배터리는 경제성과 성능에서 아직 ESS의 대세가 되기에는 부족한 면이 있습니다. 바나듐 같이 비싼 소재를 사용하는 경우가 많아 비용적인 측면에서 생각보다 저렴하지 않기 때문입니다. 그러나 최근 다양한 값싼 소재가 등장해 미래를 밝게 하고 있습니다. 


 MIT의 연구팀은 매우 흔하고 단순한 물질을 이용한 플로우 배터리를 선보였습니다. 이들은 양극액 (anolyte)으로 황(sulfur) 전해질을 사용하고 음극액 (catholyte)으로 산화 소금물 용액 (oxygenated liquid salt solution)을 사용했습니다. 흥미로운 사실은 음극액에서 반응에 관여하는 것이 나트륨이 아니라 수산화 이온 (hydroxide ion)이라는 사실입니다. 수산화 이온이 공기중의 산소와 반응해 충전과 방전 사이클을 담당합니다. (위의 그림 참조) 


 4HO- + O2 = 4e- + 2H2O


 사실 이런 반응은 리튬 공기 전지도 비슷하지만, 수산화이온이나 황 모두 리튬과는 비교할 수 없을 만큼 저렴하고 흔하다는 차이점이 있습니다. 따라서 연구팀은 새로운 플로우 배터리가 같은 용량의 에너지를 리튬 이온 전지의 1/5 수준의 가격에 저장할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 예상 비용은 1kWh 당 20-30달러 수준입니다. 


 물론 상용화를 위해서는 아직 갈길이 많이 남아 있습니다. 전해질은 저렴해도 전기를 생산하는 막은 저렴하지 않을 수 있으며 수명 역시 문제가 될 수 있습니다. 현재는 수명이 1500시간 정도에 불과하다고 합니다. 다만 전해질이 매우 저렴한 물질이므로 앞으로 개발이 진행되면 대용량 에너지 저장 수단으로 가능성이 있어 보입니다. 


 참고 


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