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화재 위험이 없는 액체 배터리 시스템


 

(Influit sees this as a closed-cycle energy storage ecosystem; the liquids can continue to be recharged as needed Influit Energy)




(The flow battery design passes anolyte and catholyte liquids past each other on either side of an ion exchange membrane to generate current. The system needs four tanks, for spent and unspent fuels, and it works in reverse when electricity is fed back into the system. Credit: Influit Energy)


(Fast fuel refilling will require four nozzles, to push in the two charged electrolytes and pull out the two spent electrolytes. Credit: Influit Energy)



  일리노이 공대의 에너지 스핀오프 기업인 인플루잇 에너지 (Influit Energy)가 이들이 개발한 나노전자 연료 (nanoelectrofuel) 기술을 공개했습니다. 



 앞서 소개한 것처럼 두 개의 전해질 용액을 이용한 플로우 배터리는 용량을 늘리기 쉬울 뿐 아니라 상대적으로 가격을 낮추기 쉬워 차세대 에너지 저장 시스템으로 주목 받고 있습니다. 더 나아가 배터리가 인화성이 없어 차량용 배터리나 군용 배터리 소재로도 주목 받고 있습니다. 



 이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/221116047689


                https://blog.naver.com/jjy0501/221904857617


                https://blog.naver.com/jjy0501/220938427155



 하지만 에너지 저장 밀도가 낮고 부피가 크다는 점은 단점으로 지목되고 있습니다. 현재 사용되는 바나듐 플로우 배터리처럼 중금속이나 희토류를 사용하는 경우 경제성에서도 문제가 될 수 있습니다. 따라서 최근 플로우 배터리 연구자들은 이런 문제에서 자유로운 고밀도 플로우 배터리 개발에 집중하고 있습니다. 



 인플루잇의 접근법은 활성 금속 산화물 나노 입자 (solid nanoparticles of active metal oxide)를 이용하는 것입니다. 완전히 용해되지 않고 자유롭게 떠다니는 나노 입자가 에너지 저장 밀도를 크게 높일 수 있습니다. 덤으로 값비싼 희토류나 리튬처럼 공급이 한정된 자원을 사용하지 않아 공급 부족에 시달릴 가능성도 낮습니다. 



 이런 여러가지 장점 때문에 DARPA도 이 기술에 큰 관심을 갖고 1200만 달러를 지원했습니다. 무엇보다 폭발이나 화재 위험성이 없다는 데서 리튬 이온 배터리는 말할 것도 없고 화석연료보다 군사적으로 우월한 에너지 수단이 될 수 있습니다. 



 전해질 플로우 배터리는 음극 및 양극 전해질 두 가지를 이용하기 때문에 인플루잇은 독특한 4개의 채널을 지닌 전해질 교환 장치를 만들었습니다. 각각 충전된 음극 및 양극 전해질을 전달하고 방전된 양극 및 음극 전해질을 회수하는 시스템입니다. 



 플로우 배터리는 전해질만 교체하면 충전이 완료되기 때문에 리튬 배터리처럼 오래 기다릴 필요가 없다는 것이 매우 큰 장점입니다. 하지만 아직 인플루잇이 개발한 나노전자 연료 시스템도 부피면에서 에너지 밀도가 350-550 Wh/l로 리튬이온 배터리보다 높을 뿐 아직 무게로는 따라잡을 수 없습니다. 제조사 측은 2세대에서 550-750 Wh/kg로 무게당 에너지 밀도를 까지 높여 상업성을 확보할 계획입니다. 





(동영상)



 이론적으로 보면 플로우 배터리의 장점이 분명해 보이지만 사실 현실에서는 리튬 계열 배터리에 거의 모든 투자가 몰리고 있습니다. 아직 기술적인 측면이나 경제적 측면에서 가장 우월한 방식이기 때문입니다. 과연 플로우 배터리가 여기에 도전장을 내밀수 있을지 궁금합니다. 



 참고 



https://newatlas.com/energy/influit-flow-battery-density/
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