KAIST, 대용량에 폭발 위험 없는 2차전지 개발

용량 유지율 15배, 충방전 수명 5배 향상

신재생에너지 확대에 맞춰 수요 증가 기대

KAIST 김수현(왼쪽부터) 연구원(박사과정), 김희탁 교수, 최정훈 연구원(박사과정)이 포즈를 취하고 있다. /사진제공=KAIST

국내 연구진이 대용량에 적합하고 폭발 위험이 없는 이차전지를 개발해 기존 에너지 저장장치를 대체할 수 있을 것이라는 기대가 나오고 있다.

KAIST(총장 신성철) 생명화학공학과 정희태·김희탁 교수 공동 연구팀(차세대배터리센터)은 6일 신재생에너지의 발전과 함께 대용량 에너지 저장장치의 필요성이 커지는 상황에서 용량 유지율 15배에 수명이 5배나 향상된 바나듐레독스-흐름전지를 개발했다고 밝혔다.

기존 바나듐레독스-흐름전지는 과불소계 분리막의 활물질 투과도가 높아 충·방전 효율과 용량 유지율이 매우 낮다는 한계가 있었다.

산화그래핀 골격체를 통한 수화 바나듐 이온과 수소 이온의 선택적 이온 투과에 대한 모식도. /그래픽 제공=KAIST

공동 연구팀은 가교에 의해 수화 팽창(습기나 물을 흡수해 팽창하는 현상)이 제한된 산화그래핀 간 층간 간격을 선택적 이온의 투과를 위한 기공으로 활용하는 원리에 주목했다. 그 결과, 산화그래핀 간의 가교 반응을 통해 바나듐레독스-흐름전지에 적합한 기공 크기를 갖는 산화그래핀 골격체 분리막을 구현하는 데 성공했다.

이에 따라 용량 유지율이 기존 과불소계 분리막보다 15배나 크고 충·방전 수명도 기존 탄화수소계 분리막보다 5배 이상 향상됐다. 다양한 크기의 이온을 활용하는 이차전지, 센서 등의 전기화학적 시스템에도 적용할 수 있는 점도 특징이다. 김희탁 교수는 “바나듐레독스-흐름전지 뿐만 아니라 다양한 대용량 에너지 저장장치용 이차전지에 적용될 수 있을 것”이라고 말했다.

한편 이번 연구는 한국화학연구원, 에너지기술평가원, KAIST 기후변화연구허브사업의 지원으로 이뤄졌으며 김수현·최정훈 박사과정 연구원이 공동 1저자로 참여했다. 국제 학술지 ‘나노 레터스(Nano letters)’ 5월 3일자 온라인 판에 게재됐다. /고광본 선임기자 [e-mail]