바나듐 배터리가 리튬이온 배터리의 대안으로 떠오르고 있습니다.
전고체 배터리가 상용화되기 전까지 리튬_황 배터리와 더불어 기존의 리튬이온 배터리의 단점을 보완할 수 있는 차세대 배터리가 될 가능성이 매우 높다고 하겠습니다.
바나듐 이온 배터리는 바나듐 전해액의 전기화학반응을 통해 전기를 충. 방전하는 구조입니다. 기존의 바나듐 레독스 흐름 전지(Vanidium Redox Flow Battery, VRFB)와는 전해질만 동일하고 완전히 새로운 전지라고 할 수 있습니다.
바나듐은 무엇인가?
바나듐의 가장 큰 특징을 강철에 소량의 참가만으로 강도를 향상시켜 준다는 것입니다. 그래서 오래전부터 철강산업 및 자동차, 항공분야에서 널리 사용하던 광물입니다. 최근에는 에너지 분야의 신소재 이용 가능성이 높아 사용 영역을 확대해 나가고 있습니다.
바나듐은 원자번호 23번으로 리튬보다 무겁고 커 배터리로 사용 시 에너지밀도면에서 불리한 점이 있습니다 따라서 전기차용 도로는 적합하지 않지만 충방전 횟수가 크고 열적 안정성이 우수하여 ESS용도로 적합한 재료라고 하겠습니다.
리튬 배터리 vs 바나듐 배터리 비교
장점은 충.방전횟수가 매우 우수하며 폭발 위험이 낮아 안정적인 배터리입니다. 에너지 밀도 역시 리튬 배터리의 약 50% 이상 높다는 장점이 있습니다. 또한 배터리 효율이 96% 수준으로 매우 높습니다. 즉 배터리의 충. 방전에 따른 전기 효율의 거의 없다는 얘기입니다.
반면 리튬이온보다 충.방전의 속도가 느리고, 특정 온도 범위에서 바나듐 이온의 석출 가능성이 높으며, 상대적으로 부피가 커진다는 단점이 있습니다. 게다가 결정적으로 가격이 약 3배 정도 비싸다는 불리함이 있습니다.
그렇지만 충방전 횟수가 크고, 열적안정성이 우수하여 방열을 위한 추가적인 시스템이 불필요하다는 점에서 양산화 될 가능성이 매우 높다고 하겠습니다.
특히 많은 횟수의 충.방전이 가능하고 열적인 안정성이 탁월하기 때문에 주로 ESS용도로 사용될 가능성이 높으며, 양산화 시 리튬이온 배터리처럼 화재의 위험성에서 자유로울 수 있어서 확실한 대안 될 것으로 보입니다.
바나듐은 국내에 보유한 천연자원 중 유일하게 매장량이 여유로운 재료입니다. 특이 대전과 충북일대에 집중되어 있으며 매장량은 약 10조 원 대로 추정됩니다. 대전지역 9개 광구의 보유량은 22만 2000톤 수준으로 년간 예상 소비량이 8,400톤인 점을 고려할 때 약 26년간 사용이 가능한 양입니다.
바나듐 배터리의 종류
바나듐 레독스 흐름전지의 장점과 리튬이온 배터리의 장점을 조합한 배터리가 바로 바나듐 이온 배터리라고 합니다. VRFB보다 배터리 효율이 약 16% 우수하고, 리튬이온 배터리처럼 전기 충전이 가능합니다. 또한 열적 안정성이 더 우수하고 VRFB보다 부피를 줄일 수 있다는 장점이 있습니다.
바나듐 배터리 개발 현황
2000년 초반 도요타에서 연구를 시작한 이후로 활발한 개발이 이루어지고 있습니다.
한국은 세계최초로 바나듐 이온 배터리 (VIB)의 양산을 준비 중에 있으며, 독일은 2019년부터 20MW급 바나듐 배터리를 운영 중에 있습니다.
2015년 이후 미국의 4~8MW급 파일럿 라인의 확대 및 공격적인 연구가 이루어 지고 있다고 합니다.
국내의 스탠다드 에너지 21년 4월 소프트뱅크벤처스로부터 100억 투자유치를 받기도 했을 정도로 그 기술력을 인정받고 있습니다. 카이스트와 MIT 연구진들이 포진된 국내 독보적인 바나듐 배터리 회사라고 하겠습니다.
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