KAIST, AI 데이터센터 시대 '거대한 배터리' 상용화 앞당긴다

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"대용량 에너지저장장치 핵심 전해질 생산시간 67% 단축"

(대전=연합뉴스) 김준호 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 김희탁 교수 연구팀이 대용량 에너지저장장치(ESS)의 유력 후보인 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)의 핵심 전해질을 빠르고 안정적으로 생산하는 공정을 개발했다고 5일 밝혔다.

기존 공정에서는 먼저 화학적 환원(환원제를 이용해 바나듐 이온이 전자를 얻도록 하는 화학 반응)으로 전해질을 만든 뒤 전기화학적 환원(전기를 흘려 바나듐 이온의 전자 상태를 원하는 수준으로 조절하는 공정)을 거쳐 최종 전해질을 생산했다.

마무리 단계인 전기화학적 환원은 시간이 오래 걸리고 비용이 많이 드는 공정으로, 대량 생산과 상용화의 가장 큰 걸림돌이었다.

연구팀은 화학 반응으로 전해질을 만드는 과정이 고속도로를 달리다 갑자기 병목 구간에서 차량이 막히는 것처럼 특정 단계에서 반응 속도가 급격히 느려진다는 사실을 밝혀냈다.

이어 이 병목 구간에서 시간이 오래 걸리던 기존의 전기화학적 환원 공정 대신 백금-탄소(Pt/C) 촉매를 이용한 촉매 환원 공정을 적용하도록 생산 공정을 설계했다.

마치 자동차가 정체된 도로에서 더 빠른 우회도로를 이용하듯 가장 시간이 오래 걸리던 마지막 공정만 더 효율적인 방식으로 바꾼 것이다.

그 결과, 바나듐 레독스 흐름전지에서 전기 에너지를 저장하는 핵심 소재의 전해질 생산 시간이 기존보다 67% 단축됐다.

배터리 성능을 떨어뜨릴 수 있는 잔류 옥살산(불순물)도 함께 제거됐으며, 같은 촉매를 2천500회 이상 반복 사용해도 성능 저하 없이 안정적으로 전해질을 생산할 수 있음을 확인했다고 연구팀은 설명했다.

김희탁 교수는 "이번 연구는 대용량 배터리 상용화의 가장 큰 숙제였던 전해질 생산 과정을 반응공학적으로 정밀 분석해 새롭게 설계한 성과"라며 "대용량 에너지저장 기술의 상용화를 크게 앞당길 것"이라고 말했다.

kjunho@yna.co.kr

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