"수명 5배 up" 바나듐레독스-흐름전지 개발
"수명 5배 up" 바나듐레독스-흐름전지 개발
  • 한다희
  • 승인 2018.06.11 13:36
  • 조회수 1314
  • 댓글 0
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전극에 에너지를 저장하는 다른 이차전지와는 달리, 전해질에 에너지를 저장하는 전지를 '바나듐레독스-흐름전지'라고 합니다. 바나듐레독스-흐름전지의 성능은 분리막이 결정합니다. 활물질인 바나듐 이온보다는 작지만 전하 운반체인 수소 이온보다는 큰 기공을 갖는 다공성 분리막이 가장 이상적인 것으로 여겨집니다. 여기서 활물질이란 전지에서 화학적 에너지를 갖는 물질을 말합니다.

 

나노미터 이하의 수준에서 전지 분리막의 기공 크기를 조절하는 기술은 구현하기 까다로운데요. 최근 KAIST 김희탁 교수, 정희태 교수 공동 연구팀은 산화그래핀 간의 가교 반응을 통해 바나듐레독스-흐름전지에 적합한 기공 크기를 갖는 분리막을 구현했다고 밝혔습니다.

 

출처: stanford.edu
바나듐레독스-흐름전지 기본 구조. 출처: stanford.edu

산화그래핀 분리막은 매우 높은 이온 분리성으로 주목 받고 있습니다. 하지만 수화된 상태에서 바나듐 이온보다 큰 기공을 갖기 때문에 바나듐레독스-흐름전지에는 사용될 수 없었습니다. 이에 공동 연구팀은 가교에 의해 수화 팽창이 제한된 산화그래핀 간 층간 간격을 선택적 이온의 투과를 위한 기공으로 활용했습니다. 

 

그 결과 수소 이온-바나듐 이온 선택성이 매우 높아졌는데요. 용량 유지율이 기존 과불소계 분리막에 비해 15배 향상되었고, 충․방전 사이클 수명 또한 기존 탄화수소계 분리막에 비해 5배 이상 향상되었습니다.

 

출처: KAIST 홍보팀
산화그래핀 골격체를 통한 선택적 이온 투과 모식도. 출처: 나노 레터스

김희탁 교수는 "바나듐레독스-흐름전지는 폭발 위험이 없고 대용량화에 적합해 기존 에너지 저장장치를 대체할 수 있을 것으로 평가받는 전지"라며, "분리막을 통한 크로스오버 및 이에 따른 열화 문제를 나노 기술을 통해 해결할 수 있었다"고 설명했습니다. 그리고 "산화그래핀 골격체를 통한 기공 크기 조절 기술은 다양한 크기의 이온을 활용하는 이차전지, 센서 등의 전기화학적 시스템에 적용될 수 있어, 높은 활용 가능성을 가질 것"으로 전망했습니다.

 

한편 김수현, 최정훈 박사과정이 공동 1저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 <Nano letters> 5월 3일자 온라인 판에 게재됐습니다.



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