한국전기연구원, 탄소중립 속 진주 ‘레독스흐름전지 시험인증센터’ 구축 전지의 대용량화 및 고안전성 실현, 재생에너지 간헐성 해소 기여 한국전기연구원(KERI)이 탄소중립의 숨은 진주라고 불리는 ‘레독스흐름전지’를 시험 및 인증할 수 있는 초대형 인프라를 광주지역본부(스마트그리드본부)에 구축하고, 29일 오후 준공식을 갖는다. 준공식에는 명성호 KERI 원장을 비롯해 윤영덕 국회의원(광주 동남갑), 광주광역시 이용섭 시장, 광주광역시의회 김용집 의장, 정순남 한국전지산업협회 부회장 등이 참석한다.레독스흐름전지(Redox Flow Battery)는 환원(Reduction)과 산화(Oxidation), 흐름(Flow)의 단어를 합성한 용어로써, 산화·환원이라는 화학적 반응을 통해 전자가 전해액의 도움을 받아 음극(-)에서 양극(+)으로 이동하며 전기 에너지를 발생시키는 원리다. 기존 이차전지는 양극과 음극 사이에 위치한 전해액이 전자의 흐름을 돕고, 생성된 전기 에너지를 활물질(전지가 충·방전할 때 화학적으로 반응해 전기 에너지를 생산하는 물질, 양극 활물질에는 주로 리튬이 사용되고, 음극 활물질에는 흑연이 주로 활용된다)을 포함한 전극에 저장한다.반면 레독스흐름전지는 전해액 내에 아예 활물질을 녹여 외부 탱크에 저장한 후, 펌프를 이용해 이 전해액을 전극에 공급하는 방식이다. 이러한 과정으로 충·방전 시 전극 표면에 산화·환원 반응이 일어나고, 여기서 발생한 전기 에너지를 전해질에 저장하는 구조다. 산화·환원 반응을 일으키는 주체가 전극이 아닌 전해액이라는 점이 기존 이차전지와 레독스흐름전지의 큰 차이다.레독스흐름전지는 화학적 반응이 일어나는 부분과 전기를 저장하는 부분을 구분했기 때문에 출력과 용량의 독립적인 설계가 가능하고, 전지의 대용량화가 가능하다. 이산화탄소 등 배기가스가 발생하지 않고 사용 후 전해액은 100% 재활용이 가능해 진정한 탄소제로를 실현할 수 있는 이상적인 친환경 전지다. 무엇보다 전해액의 주기적인 재조정을 통해 전지를 반영구적으로 사용할 수 있고, 화재 발생 위험이 없다는 점에서 주목을 받고 있다.이러한 많은 장점을 가진 레독스흐름전지는 차세대 장주기 대용량 이차전지로 손꼽히고 있다. 특히 탄소중립 시대를 맞아 스마트그리드 및 분산형 전력망 구축 등에 필요한 ESS(Energy Storage System)용으로 각광받고 있다. 신재생에너지가 가진 전력 생산의 불안정성(간헐성)을 해결하기 위해서는 안전성과 성능이 뛰어난 대용량 ESS가 필요한데, 이러한 부분에서 레독스흐름전지가 가장 크게 관심을 받는 이유기도 하다.미국의 시장조사 업체 네비건트리서치(Navigant Research)에 따르면, 전 세계적으로 ESS 시장 규모가 2020년 약 14조에서 2024년 약 38조원 규모까지 성장할 것으로 전망하고 있다. 이러한 시대적 흐름에 대응하기 위해 우리나라에서도 레독스흐름전지의 성능을 시험 평가하고, 기술 경쟁력 확보를 지원할 수 있는 인프라 구축이 요구됐다.이에 KERI가 산업부 및 광주광역시의 도움을 받아 총 사업비 233.5억 원을 투입해 총 1만㎡(3천25평) 부지에 연면적 2천250㎡(680평) 규모의 ‘대용량 전력저장용 레독스흐름전지 시험인증센터’를 구축하게 됐다. 센터 내에는 부품·소재, 스택, 모듈, 시스템 등 전지의 성능과 안전성을 평가하는 19개 항목에 대한 44점의 장비가 들어선다.그동안에는 국내에 레독스흐름전지 전문 시험 인프라가 없다 보니 업체들이 해외에 나가야 했고, 이로 인한 경제적 부담, 제품 개발 지연, 핵심 설계기술의 국외 유출 등 많은 어려움이 따랐다. 하지만 이번 센터 구축을 통해 국내 업체들이 빠르게 시험·인증을 받을 수 있게 돼 제품 상용화에 걸리는 기간을 대폭 단축시킬 수 있게 됐다. 전문가들에 따르면 레독스흐름전지의 조기 상용화를 통해 ESS 시스템 구축 비용을 연간 약 30% 절감할 수 있고, 탄소중립 실현에 크게 기여할 것으로 보고 있다. 이밖에도 센터는 국내 업체의 경쟁력 제고를 위한 각종 기술 지원과 정보 제공 업무를 수행할 예정이고, 미래 에너지 인력 양성을 위한 교육에도 힘쓴다는 계획이다. 참여기관은 한국전지연구조합, 한국에너지기술연구원, 한국전자기술연구원, 전남대학교 등이다.KERI 명성호 원장은 “이전 신재생에너지 시장은 워낙 규모가 작아 리튬이온전지 ESS만으로도 큰 문제가 없었지만, 탄소중립 시대에서는 많은 양의 전기를 안전하게 저장할 수 있는 레독스흐름전지 ESS가 필수다”라고 밝히며 “국내 최초로 광주지역에 구축된 센터를 통해 우리나라 업체들이 안정적인 환경에서 전지의 시험·인증을 받고, 세계 무대에서도 뒤지지 않는 기술 경쟁력을 가질 수 있도록 아낌없이 지원하겠다”라고 전했다.

한국전기연구원, 탄소중립 속 진주 ‘레독스흐름전지 시험인증센터’ 구축

전지의 대용량화 및 고안전성 실현, 재생에너지 간헐성 해소 기여

기사입력 2022-03-29 07:26:10

레독스흐름전지 원리

[산업일보]
한국전기연구원(KERI)이 탄소중립의 숨은 진주라고 불리는 ‘레독스흐름전지’를 시험 및 인증할 수 있는 초대형 인프라를 광주지역본부(스마트그리드본부)에 구축하고, 29일 오후 준공식을 갖는다.

준공식에는 명성호 KERI 원장을 비롯해 윤영덕 국회의원(광주 동남갑), 광주광역시 이용섭 시장, 광주광역시의회 김용집 의장, 정순남 한국전지산업협회 부회장 등이 참석한다.

레독스흐름전지(Redox Flow Battery)는 환원(Reduction)과 산화(Oxidation), 흐름(Flow)의 단어를 합성한 용어로써, 산화·환원이라는 화학적 반응을 통해 전자가 전해액의 도움을 받아 음극(-)에서 양극(+)으로 이동하며 전기 에너지를 발생시키는 원리다.

기존 이차전지는 양극과 음극 사이에 위치한 전해액이 전자의 흐름을 돕고, 생성된 전기 에너지를 활물질(전지가 충·방전할 때 화학적으로 반응해 전기 에너지를 생산하는 물질, 양극 활물질에는 주로 리튬이 사용되고, 음극 활물질에는 흑연이 주로 활용된다)을 포함한 전극에 저장한다.

반면 레독스흐름전지는 전해액 내에 아예 활물질을 녹여 외부 탱크에 저장한 후, 펌프를 이용해 이 전해액을 전극에 공급하는 방식이다. 이러한 과정으로 충·방전 시 전극 표면에 산화·환원 반응이 일어나고, 여기서 발생한 전기 에너지를 전해질에 저장하는 구조다. 산화·환원 반응을 일으키는 주체가 전극이 아닌 전해액이라는 점이 기존 이차전지와 레독스흐름전지의 큰 차이다.

레독스흐름전지 시험인증센터

레독스흐름전지는 화학적 반응이 일어나는 부분과 전기를 저장하는 부분을 구분했기 때문에 출력과 용량의 독립적인 설계가 가능하고, 전지의 대용량화가 가능하다. 이산화탄소 등 배기가스가 발생하지 않고 사용 후 전해액은 100% 재활용이 가능해 진정한 탄소제로를 실현할 수 있는 이상적인 친환경 전지다. 무엇보다 전해액의 주기적인 재조정을 통해 전지를 반영구적으로 사용할 수 있고, 화재 발생 위험이 없다는 점에서 주목을 받고 있다.

이러한 많은 장점을 가진 레독스흐름전지는 차세대 장주기 대용량 이차전지로 손꼽히고 있다. 특히 탄소중립 시대를 맞아 스마트그리드 및 분산형 전력망 구축 등에 필요한 ESS(Energy Storage System)용으로 각광받고 있다. 신재생에너지가 가진 전력 생산의 불안정성(간헐성)을 해결하기 위해서는 안전성과 성능이 뛰어난 대용량 ESS가 필요한데, 이러한 부분에서 레독스흐름전지가 가장 크게 관심을 받는 이유기도 하다.

미국의 시장조사 업체 네비건트리서치(Navigant Research)에 따르면, 전 세계적으로 ESS 시장 규모가 2020년 약 14조에서 2024년 약 38조원 규모까지 성장할 것으로 전망하고 있다. 이러한 시대적 흐름에 대응하기 위해 우리나라에서도 레독스흐름전지의 성능을 시험 평가하고, 기술 경쟁력 확보를 지원할 수 있는 인프라 구축이 요구됐다.

한국전기연구원 광주 스마트그리드본부에서 열린 '레독스흐름전지 시험인증센터 준공식'에서 주요 참석자들이 세레모니를 하고있다.

이에 KERI가 산업부 및 광주광역시의 도움을 받아 총 사업비 233.5억 원을 투입해 총 1만㎡(3천25평) 부지에 연면적 2천250㎡(680평) 규모의 ‘대용량 전력저장용 레독스흐름전지 시험인증센터’를 구축하게 됐다. 센터 내에는 부품·소재, 스택, 모듈, 시스템 등 전지의 성능과 안전성을 평가하는 19개 항목에 대한 44점의 장비가 들어선다.

그동안에는 국내에 레독스흐름전지 전문 시험 인프라가 없다 보니 업체들이 해외에 나가야 했고, 이로 인한 경제적 부담, 제품 개발 지연, 핵심 설계기술의 국외 유출 등 많은 어려움이 따랐다. 하지만 이번 센터 구축을 통해 국내 업체들이 빠르게 시험·인증을 받을 수 있게 돼 제품 상용화에 걸리는 기간을 대폭 단축시킬 수 있게 됐다. 전문가들에 따르면 레독스흐름전지의 조기 상용화를 통해 ESS 시스템 구축 비용을 연간 약 30% 절감할 수 있고, 탄소중립 실현에 크게 기여할 것으로 보고 있다.

이밖에도 센터는 국내 업체의 경쟁력 제고를 위한 각종 기술 지원과 정보 제공 업무를 수행할 예정이고, 미래 에너지 인력 양성을 위한 교육에도 힘쓴다는 계획이다. 참여기관은 한국전지연구조합, 한국에너지기술연구원, 한국전자기술연구원, 전남대학교 등이다.

KERI 명성호 원장은 “이전 신재생에너지 시장은 워낙 규모가 작아 리튬이온전지 ESS만으로도 큰 문제가 없었지만, 탄소중립 시대에서는 많은 양의 전기를 안전하게 저장할 수 있는 레독스흐름전지 ESS가 필수다”라고 밝히며 “국내 최초로 광주지역에 구축된 센터를 통해 우리나라 업체들이 안정적인 환경에서 전지의 시험·인증을 받고, 세계 무대에서도 뒤지지 않는 기술 경쟁력을 가질 수 있도록 아낌없이 지원하겠다”라고 전했다.