'전해질을 물로' 값싸고 안전한 이차전지 개발

KIST, 고질적 수소 가스발생 현상 차단

KIST 연구진이 수계이차전지에 이산화망간만 넣은 것에 비해 이산화망간-팔라듐 복합촉매를 넣은 것(오른쪽)은 수소가 생기지 않아 한달이 지나도 부풀어 오르지 않았다. KIST 제공

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구센터 오시형 박사팀이 에너지저장장치(ESS)로 활용할 수 있는 값싸고 안전한 수계이차전지를 개발했다. 특히 이 수계이차전지는 수소 가스 발생으로 인한 전지의 내부 압력 상승과 전해질 고갈 현상에 스스로 대처할 수 있게 만들었다.

오시형 박사는 19일 "이는 물을 이용하는 수계이차전지 충·방전 과정에서 발생할 수밖에 없는 수소를 통제할 수 있음을 밝힘으로써 향후 ESS와 같은 중대형 이차전지에 수계이차전지가 사용될 수 있다는 가능성을 보여준 것"이라고 말했다. 또한 "원료물질이 고가이면서 폭발 가능성이 높은 유기용매 전해질을 사용하는 리튬이온전지를 대체한다면 중대형 이차전지의 보급이 대규모로 확대될 수 있다"고 설명했다.

연구진에 따르면, 이 수계이차전지는 전해질을 리튬염 대신 물을 사용해 리튬이차전지보다 에너지밀도는 낮지만, 원재료 가격이 10분의 1 수준으로 경제성 측면에서 큰 이점이 있다.

우선 연구진은 이산화망간-팔라듐 복합촉매를 전지 안에 넣어 성능과 안전성을 모두 확보한 수계이차전지를 만들었다. 즉 이 복합촉매를 통해 전지 내부에서 발생하는 수소 가스를 전해질인 물로 전환하는 자기조절 기능이 작동하게 만든 것이다.

이산화망간은 일반적인 상황에서 수소 가스와 반응하지 않지만, 소량의 팔라듐이 함께 존재하면 스스로 수소를 흡수해 물로 전환된다. 테스트 결과 새롭게 개발한 촉매를 적용한 수계이차전지는 셀 내부의 압력이 0.1 기압 수준으로 유지됐으며 전해질 고갈 현상도 발생하지 않았다.

한편, 연구진은 수계이차전지를 개발해 국제 학술지 '에너지 스토리지 머터리얼즈(Energy Storage Materials)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자