경상국립대학교 대학원 나노신소재융합공학과 남상용 교수는 독일 KIST유럽 김상원 박사, 독일 잘란트대학 헴펠만 교수의 국제공동 연구팀과 산화환원흐름전지의 내구성과 에너지 효율을 향상시키는 새로운 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

신재생 에너지 확대와 전력망의 안정적 운영을 위해 대용량 에너지 저장 시스템(ESS) 도입이 필수적인 가운데 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)는 에너지 용량과 출력을 독립적으로 설계할 수 있고 긴 수명과 우수한 안전성, 환경 친화성 등의 장점으로 차세대 ESS로 주목받고 있다.

그러나 VRFB의 핵심 부품인 분리막은 바나듐 이온의 크로스오버로 인한 효율 저하와 수명 단축이 상용화의 큰 걸림돌이었다.

기존에 널리 사용되는 상용성 막인 나피온은 높은 바나듐 이온 투과율에 따라 셀 효율과 용량이 감소하고, 고가로 대규모 ESS 적용에 경제적 한계가 있었다. 저가형 대체막의 경우에도 화학적·기계적 안정성 부족으로 수명이 짧고, 프로톤 전도도가 낮아 전력 밀도가 떨어지는 문제가 있었다.

연구팀은 이런 한계점을 극복하기 위해 폴리벤지미다졸(PBI) 기반 고분자에 이온성 액체인 EMIM-DCA를 도입한 복합막을 개발했다. PBI는 우수한 열적·화학적 안정성을 제공하고, EMIM-DCA는 프로톤 전도도를 높이면서도 바나듐 이온의 이동을 효과적으로 차단해 크로스오버 현상을 크게 줄였다.

개발된 복합막은 300사이클 이후에도 85% 이상의 에너지 효율을 유지했고, 화학적 분해에 대한 저항성도 크게 향상돼 장기 수명 확보에 성공했다.

남상용 교수는 "이번 연구는 경상국립대가 가진 고분자 합성 및 분리막 제조 기술과 독일의 연구소 및 대학이 가진 재료설계와 분석기술, 흐름전지 평가의 노하우가 결합된 성과"라고 설명했다.

이 연구 결과는 전자·광학 소재, 물리화학, 표면 코팅 분야의 세계적 학술지 '미국화학회 물리화학 저널 C'에 지난 11일 발표됐다.