겨울에도 안정적! 바나듐 이온 배터리

북극 한파라고도 하는 추위가 왔던 올 겨울, 전기차 배터리 이슈가 더욱 부각되고 있다. 낮은 온도로 인해 리튬이온배터리의 전해질이 액상이라 움직임이 느려지면서 이온 전달 효율이 떨어지기 때문에 배터리가 더 빨리 닳기 때문이다. 이를 개선하고자 많은 차세대 배터리들이 연구되고 있는데 이중 겨울에도 안정적이고 수명이 긴 바나듐 이온 배터리가 눈길을 끈다.

바나듐 이온 배터리를 알아보자

 

바나듐이란? 

바나듐(vanadium)은 원소기호 23번으로 원소기호는 V이다. 회백색 전이 금속으로 연성과 전성이 뛰어나지만 잘 부러지지 않고 단단한 특징이 있다. 주로 철과 각종 합금의 첨가물로 사용된다. 

바나듐 산화물의 다양한 색상들 (출처 : 한국자원지질 연구원, kigam.re.kr)

 

광물자원연구본부 정경우 박사에 따르면 바나듐은 이온들이 산화 상태에 따라 색이 다르게 나타나며, 산화 충전을 이온 상태에서 할 수 있다는 특성 때문에 새로운 배터리 연료로 떠오르고 있다. 

 

 

바나듐 이온 배터리

1. 개발

스탠다드에너지(대표 김부기)에서 세계 최초로 개발한 바나듐 이온 배터리는 바나듐 레독스 플로우 배터리(VRFB)와는 구조, 내부소재 등이 전혀 다른 배터리로 ESS(에너지 저장 장치, Energy Storage System)용으로 개발되었다. 

김부기 대표는 인터뷰에서 국내에서 채취할 수 있기 때문에 바나듐을 선택했다고 밝혔다. 리튬처럼 원자재를 해외에서 수입해야 하는 문제에서 상대적으로 자유로운 것이다. 

 

2. 특징 

작은 공간에 에너지 밀도를 높임으로써 묵직한 무게를 갖는 바나듐 이온 배터리는 휴대용이나 자동차 배터리가 아니라 ESS용으로 개발된 만큼 크게 3가지 장점을 가지고 있다.

 

▷ 장점 1 : 불에 타지 않는다. 

    전해질이 물에 바나듐을 섞은 것이라서 과충전 되거나 충격이 가해져도 불이 나지 않는다. 

    스탠다드 에너지에서는 자체 개발한 몇 가지 성분의 전극 소재가 전해질인 물이 흘러나오지 않도록 잡아주어 외부 포장을 뚫어도 물이 새어 나오지 않는다고 설명하고 있다. 

 

▷ 장점 2 : 재활용이 가능하다. 

    외부를 감싸고 있는 재활용 종이와 분리막 등의 내부 소재를 분해해서 다른 배터리에 그대로 사용이 가능하다. 

 

▷ 장점 3: 에너지 효율이 높다. 

    리튬이온은 보통 에너지 효율이 90~90% 중반 수준인데 반해 바나듐 이온 배터리는 96%로 매우 높다. 

    이는 온도가 떨어져도 유지되어 겨울에도 안정적으로 사용할 수 있으며 특히 야외에 설치하는 ESS에 적합하고 할 수 있다. 

    기대 수명은 8,000번 이상 방/충전으로 매우 길고 용량 안정성 또한 우수하다. 

 

3.  최근 현황

23년 11월 롯데케미칼과 한국전력공사 스탠다드 에너지가 바나듐 이온 배터리를 활용하는 차세대 ESS 연구 개발 등의 업무 협약을 체결했다. 롯데케미칼은 ESS 소재의 국산화 연구 개발, 스탠다드 에너지는 ESS 솔루션 개발 및 사용화를 한국전력공사는 배터리 성능 평가 및 실증, 해외진출 지원 등을 맡아 ESS 시장 활로를 모색한다고 발표하였다. 

 

23년 12월에는 그리드 위즈와 스탠다드 에너지가 바나듐 이온 배터리 기반의 전기차 급속 충전기 1만 개 설치와 재생에너지 전기저장판매업의 공동 진출을 발표했다. (급속 충전기는 50 kWh 이상의 전력을 소모하므로 ESS를 활용한 보조가 필요한데 화재 위험 등으로 제한이 있었다.)

 

 

마무리.. 

리튬이온배터리에 비해 낮은 에너지밀도의 한계를 극복하지 못해 휴대용이나 전기차 배터리에 적용이 어렵다는 아쉬움이 있지만 겨울에도 안정적으로 사용할 수 있고, 폭발의 위험이 없다는 점, 원료를 국내에서 채취할 수 있다는 점, 재활용이 가능하다는 등의 장점을 가진 바나듐 이온 배터리는 근간이 되는 개발 기술들을 국내기업이 보유하고 있기에 차세대 배터리로써 해외 시장에서도 경쟁력이 있을 것으로 기대된다.  

 

※ 참고

■ 국가전략기술 이차전지 R&D 로드맵의 차세대 배터리 : 전고체, 리튬금속, 나트륨이온, 바나듐 레독스 플로우 배터리 

■ 바나듐 레독스 플로우 배터리 : ESS용으로 주로 사용되며 20년 이상의 긴 수명과 안정성을 가지며 재생에너지와 연계가 용이하다. 리튬이온배터리에 비해 에너지 밀도가 낮다. 

■ 출처 및 참고 : 

-한국지질자원연구원 정경우 박사 인터뷰 : https://www.kigam.re.kr/gallery.es?mid=a10703030000&bid=0005&b_list=8&act=view&list_no=2764&nPage=1&vlist_no_npage=0&keyField=&keyWord=&orderby

-한국일보 김부기 대표 인터뷰 : https://www.hankookilbo.com/News/Read/A2021042609050003095?did=NA

-에너지 신문 : https://www.energy-news.co.kr/news/articleView.html?idxno=90498

-이투뉴스 : https://www.e2news.com/news/articleView.html?idxno=303990

-아이뉴스24 : https://www.inews24.com/view/1672721