KAIST(총장 신성철)는 김희탁 생명화학공학과 교수와 김상욱 신소재공학과 교수가 고가의 멤브레인을 사용하지 않고도 높은 에너지효율을 유지하면서 1000번 이상 구동되는 물 기반 아연-브롬 전지를 개발했다고 8일 밝혔다.

연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈'에 지난해 12월 27일자 표지논문에 선정됐다.

현재는 리튬이온전지가 에너지저장장치용 이차전지로 사용중이다. 하지만 발화성 유기 전해액 및 리튬계소재로 발화 위험성을 지녀 물을 전해질로 사용하는 비 발화성 물 기반 이차전지 기술이 에너지 저장장치용 차세대 이차전지로 주목받고 있다. 

물 기반전지 기술 중 아연과 브롬을 활물질로 사용하는 아연-브롬 레독스 흐름 전지가 1970년대부터 개발돼 왔지만, 브롬이 아연과 반응해 전지 수명이 단축된다는 단점이 있었다. 반응 억제를 위해 브롬이 함유된 전해질을 외부 탱크로 이송해왔으나, 펌프 구동을 위한 에너지소모와 외부 배관 부식 등 문제도 동반했다.

그런 가운데 KAIST 연구팀은 멤브레인 소재와 어떠한 첨가제도 사용하지 않는 새로운 물 기반 아연-브롬 전지를 개발했다.

전해질 내 이온과 외부 전기회로 사이 전자를 주고받는 한정된 역할만 수행하던 전극 기능에 멤브레인과 첨가제가 담당하던 브롬을 포획할 수 있는 기능을 추가했다. 특히 폴리브롬화물을 기공 내부에 고정해 고가의 멤브레인 없이도 구동하게 했으며, 브롬을 외부 탱크가 아닌 전극 내부에 저장해 가격 저감과 에너지 효율도 증대했다.

연구진에 따르면 개발한 다기능성 전극을 이용한 멤브레인을 사용하지 않는 물 기반의 아연-브롬 전지는 리튬-이온 전지보다 45배 저렴할 뿐 아니라, 에너지 효율 83% 이상을 보이며 1000 사이클 이상 운전이 가능하다. 

김상욱 교수는 "차세대 물 기반 전지의 한계를 극복하기 위한 나노소재 기술을 이용한 새로운 해결책을 제시한 것"이라고 연구의의를 정의했다.

김희탁 교수는 "이번 연구를 통해 기존보다 안전하고 경제적인 에너지저장장치의 개발이 가속화되기를 기대한다"고 말했다.