울산과학기술원(UNIST)은 폭발 없는 대용량 전기 저장장치(ESS)인 '철-크롬계 흐름 전지'의 수명을 늘릴 수 있는 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

흐름 전지는 일반적인 배터리와 달리 전극 물질이 물에 녹아 있는 전해액 형태로 있다.

휘발성 전해질이 아닌 물을 사용해 폭발 위험이 없고, 전해액 양만 조절하면 전기 저장 용량을 자유롭게 바꿀 수 있어 풍력이나 태양광처럼 전력 생산이 일정하지 않은 신재생에너지를 저장하는 데 적합하다.

특히 철-크롬계 흐름 전지는 가격 경쟁력도 뛰어나지만, 크롬의 반응성이 약한 탓에 충전이 느리고, 출력이 약하며 충·방전 과정에서 용량이 급격히 감소하는 문제가 한계로 지적돼왔다.

이현욱 UNIST 에너지화학공학과 교수 연구팀과 서동화 KAIST 교수, 귀이화 위(Guihua Yu) 미국 텍사스대학교 교수는 전해질 조성을 조절해 충·방전에도 배터리 용량을 유지하는 철-크롬계 흐름 전지를 개발했다.

공동 연구팀은 우선, 충전 과정에서 많이 발생하는 수산화 이온이 전해액 구조를 무너뜨리기 때문에 배터리 용량이 급감한다는 것을 확인했다.

이어 수산화 이온 농도 비율을 조절해 화학 구조를 안정적으로 유지할 수 있는 전해액 배합 비율을 도출했다.

이 비율을 적용한 철-크롬 흐름 전지는 250회 이상 충·방전을 반복해도 용량과 효율 등을 유지하는 것으로 연구팀은 확인했다.

이현욱 교수는 "값싼 철·크롬계 전해액으로도 오래 쓸 수 있는 고출력 흐름 전지를 만들 수 있다는 가능성을 보여준 연구다"고 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 원천기술 국제협력개발사업, 개인연구사업, 국가과학기술연구회 글로벌 TOP 전략연구단 지원사업으로 수행됐다.

연구 결과는 화학 분야 학술지인 '앙게반테 케미'(Angewandte Chemie International Edition)에 지난 2일 온라인 게재됐다.