KAIST(총장 신성철) 생명화학공학과 김희탁 교수와 신소재공학과 김상욱 교수 공동 연구팀이 전기화학 소자 핵심 부품인 멤브레인이 필요 없는 물 기반 아연-브롬 전지를 개발했다.
아연-브롬 레독스 흐름 전지는 아연과 브롬을 전극 활물질로 사용, 에너지를 저장·방출하는 이차전지다. 활물질은 전극 반응에 관여하는 물질을 뜻한다.
문제는 브롬이 쉽게 기체화 되고 산화성이 높은데다 아연을 산화시켜 충전량을 감소시킨다는 점이다. 멤브레인이나 전해질 첨가제로 브롬 이동을 차단하거나, 브롬이 함유된 전해질을 외부 탱크로 이동해 왔지만 에너지 소모 및 배관 부식 문제 동반한다.
이번에 연구팀이 개발한 전지는 전지 전극에 멤브레인 기능을 더해 전극이 브롬을 가둘 수 있게 했다. 전극은 미세기공을 가진 표면에 질소를 도핑해 음극성을 띠게 하고, 브롬은 양극성을 띠게 해 서로 달라붙게 했다.
이 기술은 고가의 멤브레인이 필요 없으며, 가격 저감 및 에너지 효율을 증대했다. 전지 가격을 크게 낮출 수 있고 성능도 뛰어나다. 새로운 아연-브롬 전지는 리튬-이온 전지대비 45배 저렴하고 에너지 효율은 83%이상 높으며 1천 사이클 이상 운전이 가능하다.
이 기술은 고가의 멤브레인이 필요 없으며, 가격 저감 및 에너지 효율을 증대했다. 전지 가격을 크게 낮출 수 있고 성능도 뛰어나다. 새로운 아연-브롬 전지는 리튬-이온 전지대비 45배 저렴하고 에너지 효율은 83%이상 높으며 1천 사이클 이상 운전이 가능하다.
김상욱 교수는 “차세대 물 기반 전지 한계를 극복하는 새로운 해결책을 제시했다”고 말했다. 김희탁 교수는 “이번 연구로 기존보다 안전하고 경제적인 에너지 저장장치 개발이 가속화 될 것”이라고 기대했다.
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