국내 연구진이 화재 위험이 낮은 차세대 배터리 ‘바나듐레독스플로전지(VRFB)’의 성능을 크게 높일 수 있는 분리막 기술을 개발했다.
한국기초과학지원연구원(KBSI)은 서울서부센터 이영주 박사 연구팀이 이규태 서울대 화학생물공학부 교수 연구팀과 공동으로 다공성 고분자막을 이용해 자연 방전 걱정 없는 VRFB 분리막 기술을 개발했다고 6일 밝혔다. 해당 분리막 기술을 적용할 경우 2800시간 이상 안정하면서도 기존 대비 30% 이상 충·방전 효율을 높일 수 있다.
VRFB는 전해질이 2개의 저장소에 분리돼 저장된 배터리다. 각 저장소에는 서로 다른 금속이온이 녹아 있어 양극과 음극이 접촉할 가능성이 없다. 또 전해질이 물이기 때문에 화재 가능성을 원천적으로 막을 수 있다. 다만 기존에 분리막 소재로 쓰였던 불소화 고분자 물질 나피온은 자연 방전이 빠르게 일어나 전지 수명을 단축시키는 문제점이 있었다.
연구팀은 바나듐의 투과성은 낮추면서도 이온 전도도와 전기화학적 안정성을 높일 수 있는 분리막 소재로 ‘이온성 액체’를 사용했다. 이온성 액체를 다공성 고분자막에 넣은 후 막 표면을 나피온으로 박막 코팅 처리하는 방법으로 분리막을 제조했다. 해당 분리막을 탑재한 VRFB는 기존 대비 자연 방전 시간이 14배가량 늘어난 것으로 나타났다.
이번 연구에서 이 박사 연구팀은 이온성 액체 분리막을 통해 이동하는 이온 전도의 작동 방식과 전지 내부 구조 변화를 규명했으며 이 교수 연구팀은 초기 아이디어 제시 및 연구 총괄 등을 맡았다. 이 박사는 “이번 연구는 이온의 투과도와 전도성을 선택적으로 조절할 수 있는 분리막 기술을 레독스플로전지에 적용한 획기적 방법”이라며 “해당 분야에서 기술적 우위를 유지해나가기 위한 신규 난연성 액체 전해질 개발 등 후속 연구를 이어가겠다”고 밝혔다.
