수성 배터리 상용화 ‘한 걸음 더’…테슬라 배터리 에너지 밀도 30% 수준

더구루 2024.02.23 조회수

[더구루=정예린 기자] 호주 로열 로열 멜버른 공과대학교(RMIT) 연구팀이 물을 전해질로 하는 수성 배터리 상용화에 한 발 더 다가갔다. 화재 가능성을 원천 차단하는 특성을 앞세워 리튬이온배터리의 대안이 될 수 있을지 주목된다.

23일 RMIT에 따르면 티애니 마 석좌교수가 이끄는 연구팀은 최근 마그네슘을 금속 이온으로 활용한 수성 배터리 에너지밀도를 킬로그램당 75와트시(Wh/kg)까지 높이는 데 성공했다. 이 연구 결과는 작년 12월 국제 학술지 ‘스몰 스트럭쳐스(Small Structures)’에 게재됐다.

전해질은 충·방전 시 리튬이온을 운송하는 매개체 역할을 하며 배터리의 성능과 효율을 향상시킨다. 양극과 음극을 오가는 리튬 이온의 이동 수단 역할인 셈이다. 하지만 현재 사용되는 전해질은 인화성 물질로 만큼 열이 가해지면 화재의 원인이 된다. 수성 배터리는 타지않는 물을 원료로 해 화재 위험이 없다.

마 교수는 “우리가 최근 만든 에너지밀도 75Wh/kg의 수성 배터리는 최신 테슬라 자동차 배터리 에너지 밀도의 30%에 달하는 수준”이라며 “우리는 인상적인 용량과 연장된 수명의 배터리로 첨단 기술을 발전시켰을 뿐만 아니라 우리 설계를 태양광 패널과 성공적으로 통합, 효율적이고 안정적인 재생 에너지저장장치(ESS)를 선보였다”고 밝혔다.

수성 배터리는 산화·환원에 관여하는 금속이온의 종류에 따라 여러 가지가 있다. 현재 바나듐을 전해질로 활용한 수성 배터리 연구가 활발히 진행되고 있다. RMIT는 연구팀은 마그네슘을 채택했다. 매장량이 풍부해 공급이 원활하고 다른 금속 대비 독성이 적어 제조 비용 절감과 환경 보호 등의 효과를 거둘 수 있기 때문이다.

연구팀은 마그네슘을 활용해 리튬이온배터리와의 에너지밀도 격차를 줄인다는 계획이다. 이를 통해 수성 배터리 상용화를 앞당기고 리튬이온배터리 자리를 대신한다는 포부다.

마 교수는 “다음 단계는 전극 소재로 나노 소재를 개발해 수성 배터리의 에너지 밀도를 높이는 것”이라며 “차세대 수성 배터리를 위한 재료로는 마그네슘이 선택될 가능성이 높다”고 설명했다.

이어 “마그네슘 이온 수성 배터리는 1~3년 내 납축 배터리를, 5~10년 후에는 리튬이온배터리를 대체할 수 있는 잠재력을 가지고 있다”며 “마그네슘은 아연과 니켈을 포함한 대체 금속보다 가볍고 잠재적 에너지 밀도가 더 높으며 충전 시간이 더 빠르고 전력 소모가 많은 장치 및 응용 분야를 지원할 수 있는 더 나은 기능을 갖춘 배터리 개발을 가능케 한다”고 덧붙였다.

마 교수는 수성 배터리가 그리드 저장·재생 에너지 통합 장치에 이상적이라고 강조했다. 그는 “수성 배터리는 대규모 응용 분야에 적합하다”며 “우리 기술이 발전함에 따라 가정에 전력을 공급하는 것과 같은 다른 종류의 소규모 에너지 저장 애플리케이션이 현실화 될 수 있을 것”이라고 전했다.