부식 문제를 해결한 아연 브롬 흐름 전지

(Researchers develop new system for high-energy-density, long-life, multi-electron transfer bromine-based flow batteries. Credit: DICP)

(Design principles of bromine electrolytes. Credit: Nature Energy (2025). DOI: 10.1038/s41560-025-01907-5)

(Single Zn/Br FB and scaled-up systems using our designed electrolytes outperform conventional systems. Credit: Nature Energy (2025). DOI: 10.1038/s41560-025-01907-5)

액체 상태의 전해액을 탱크에 넣고 산화 환원 반응을 통해 에너지를 저장하는 플로우 배터리 (flow battery, 흐름 전지)는 상대적으로 저렴한 가격과 긴 수명으로 차세대 에너지 저장 시스템 (ESS)으로 주목받고 있습니다.

하지만 사실은 전해질 종류에 따라 흐름 전지는 아직 여러 가지 단점을 지니고 있습니다. 가장 널리 사용되는 바나듐의 전해액의 경우 소재가 비싼 편이고 일부 전해액은 부식성과 독성도 지니고 있습니다.

이런 소재 가운데 하나가 바로 아연 브롬 (Zn-Br) 흐름 전지입니다. 아연과 달리 브롬 분자 (Br2)는 강한 부식성과 독성을 지녀 파이프와 탱크를 부식시키고 배터리 전극의 수명을 단축시키기 때문에 내부식성 소재가 필요한데, 이로 인해 가격은 올라가지만, 에너지 밀도는 여전히 낮고 충방전 사이클은 30회 정도에 불과했습니다.

중국 과학원 다렌 화학 물리 연구소의 유에 추 (Yue Xu, Division of Energy Storage, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian, China) 와 동료들은 Sodium sulfamate (SANa)를 전해질에 첨가해 브롬 (Br₂)을 화학적으로 포획(scavenge) 했습니다. 그 결과 만들어진 N-bromo sodium sulfamate는 상대적으로 안정한 화합물로 자유 브로민 농도를 7 mM 수준으로 억제했습니다.

연구팀은 이 간단한 방법으로 부식성과 독성을 낮춰 충방전 사이클을 700회로 늘렸습니다. 여기에 기존에는 90 Wh/L 정도에 불과했던 에너지 밀도도 152 Wh/L 개선되어 상용화에 한걸음 더 다가서게 됐습니다.

연구팀은 이 기술이 실험실을 넘어 실제 상용화에 근접한 기술이라는 점을 검증하기 위해 5 kW 스택 (30 셀 직렬) 크기의 프로토타입 시스템까지 만들었습니다. 여전히 초기 단계이지만, 브롬, 아연 같은 저렴한 소재로 만든 흐름 전지의 미래를 좀 더 밝게 만드는 소식으로 보입니다.

참고

https://techxplore.com/news/2025-12-corrosion-free-znbr-batteries-grid.html

Yue Xu et al, Grid-scale corrosion-free Zn/Br flow batteries enabled by a multi-electron transfer reaction, Nature Energy (2025). DOI: 10.1038/s41560-025-01907-5

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