바나듐 레독스 흐름전지 전해질 생산시간 67% 단축…"AI데이터센터 활용 가능"

KAIST, 롯데케미칼 지원 받아…전해질 병목 구간 촉매로 해결

AI 데이터센터 보조 전원과 재생에너지용 초대형 배터리로 주목받는 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)에서 전해질 생산시간을 67% 단축할 수 있는 공정이 개발됐다.

기술 개발은 김희탁 KAIST 생명화학공학과 교수 연구팀이 진행했다.

바나듐 레독스 흐름전지는 화재 위험이 거의 없다. 전해질을 담는 탱크만 크게 만들면 저장 용량도 쉽게 늘릴 수 있다. 이 때문에 AI 데이터센터 보조 전원과 재생에너지용 초대형 배터리로 주목받는 이유다.

바나듐 레독스 흐름전지 생산시간을 대폭 개선한 KAIST 생명화학공학과 연구진. 왼쪽부터 김희탁 교수, 석경화 박사과정생(제1저자), 강민성 박사과정생(제 2저자).(사진=KAIST)

그러나 배터리 ‘연료' 역할을 하는 바나듐 전해질을 최적 상태(V3.5+)로 만드는 과정이 오래 걸리고 비용도 많이 든다.

연구팀은 화학 반응으로 전해질을 만드는 과정에서 병목 구간(V4.1 지점)이 발생한다는 사실을 발견, 이 부분을 백금-탄소(Pt/C) 촉매를 이용한 촉매 환원 공정으로 해결했다.

실험결과 V3.5+전해질 생산 시간은 기존대비 67% 단축됐다. 배터리 성능을 떨어뜨릴 수 있는 잔류 옥살산(불순물)도 함께 제거됐다. 같은 촉매로 2,500회 이상 반복 사용해도 성능 저하 없이 안정적으로 전해질을 생산하는 것도 확인했다.

연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’에 온라인 게재됐다. 이슈 34 표지논문으로도 공개됐다.

김희탁 교수는 "새로운 설비나 소재 합성 없이 기존 촉매 그대로 사용해 현재의 바나듐 전해질 생산 라인에 직접 적용할 수 있다"며 "대규모 설비 교체 없이도 생산 시간과 비용을 동시에 낮출 수 있다"고 말했다.

김 교수는 또 "관련 공정 기술 개발에 롯데케미칼이 지원했다"고 덧붙였다.