부산대학교는 나노에너지공학과 박민준 교수 연구팀이 차세대 에너지저장장치(ESS)로 주목받는 레독스 흐름 전지의 가격을 획기적으로 낮추고 성능을 향상시키는 연구를 10일 발표했습니다.

기존 전지 가격의 40%를 차지하는 이온교환막을 제거한 ‘장수명 저비용 아연-망간 레독스 흐름 전지’를 개발해 상용화 가능성을 높였습니다. 이번 연구는 3D 프린터를 활용한 간단한 설계 방식과 저렴한 아연 및 망간을 사용해 경제성을 확보했습니다.

또한 친환경 아미노산 첨가제를 적용해 전지의 수명과 용량을 획기적으로 증가시켰습니다. 연구팀은 기존 연구 대비 10배 이상의 에너지 밀도를 기록하며 성능 향상에도 성공했습니다. 레독스 흐름 전지는 액체 전해질을 이용해 전력을 저장하는 이차전지로, 안전성과 긴 수명으로 ESS 시장에서 주목받고 있습니다.

그러나 기존 레독스 흐름 전지는 가격 부담이 커 상용화에 어려움이 있었습니다. 특히 가격의 40%를 차지하는 이온교환막이 필수적으로 사용돼 높은 비용이 문제였습니다. 이에 연구팀은 이온교환막이 필요 없는 새로운 설계를 도입했습니다.

전해액을 원활하게 순환시키는 펌프 순환형 스택 구조를 3D 프린터로 설계해 제작했으며, 이를 통해 이온교환막 없이도 안정적인 전력 생산이 가능하도록 했습니다.

연구팀은 기존에 사용되던 고가의 바나듐 대신 저렴한 아연과 망간을 활용해 비용을 낮췄습니다. 아연은 음극에서 전자를 제공하고 망간은 양극에서 전자를 받아 전기를 생성하는 방식으로 작동합니다. 이를 통해 기존 바나듐 기반 전지보다 화재 위험이 낮고 경제성이 뛰어난 전지를 구현했습니다.

또한 전지 성능을 더욱 향상시키기 위해 친환경 아미노산 첨가제인 아스파르트산(Aspartic acid)을 적용했습니다. 이 첨가제는 양극과 음극 모두에서 작용하며 전지의 용량과 수명을 동시에 증가시키는 역할을 합니다. 연구 결과, 동일 용량 기준으로 기존 아연-망간 레독스 흐름 전지 대비 10배 이상의 에너지 밀도를 기록했습니다.

박민준 교수는 “이번 연구는 화재 위험이 없는 안전한 ESS 기술을 보급하는 데 중요한 전환점이 될 것”이라며 “친환경 수계(水系) 레독스 흐름 전지의 상용화에 한 발 더 가까워졌다”고 밝혔습니다. 이번 연구 결과는 에너지 분야에서 상위 2.9%에 해당하는 저명 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)' 3월 3일자에 게재됐습니다.