나노배터리를 활용한 에너지 저장

메릴랜드 대학(University of Maryland)의 한 연구진은 에너지 저장의 궁극적인 소형화를 위해 나노규모의 배터리 개념을 도출하였다. 연구진은 이미 초기 설계와 관련한 작동 모델을 수립하였으며, 대규모 배치를 통해 제품을 생산하기 위해 보다 개선된 버전을 개발 중에 있다. 현재 이 장치는 테스트 중에 있지만 좋은 성능을 보여주었다. 연구논문의 저자이자 메릴대학 대학원생인 Chanyuan Liu는 12분 내에 완전히 충전할 수 있었으며 수 천 번 재충전할 수 있었다고 밝혔다.

메릴랜드 대학이 개발한 나노배터리는 동일한 집합체를 구성하고 있는 나노기공이 세라믹 표면에 찍혀있는 형태이다. 각각의 기공은 전이금속인 루테늄(Ruthenium)과 산화바나듐(Vanadium Oxide)으로 제조된 양극 및 음극 그리고 전해질을 이용하는 완전한 초소형 배터리 역할을 수행하게 된다. 각각 기공이 가진 에너지 저장능력으로는 실용적 활용이 어렵겠지만 이들이 유용한 규모로 확대된다면 에너지 저장이 가능해진다. 즉 10억 개의 기공이 우표 크기의 와이퍼(Wafer)에 들어간다고 생각하면 좋을 것이다.

연구진이 개발한 장치가 성공적인 결과를 가져왔다고 생각하는 이유 중 하나는 각각의 기공이 다른 기공과 같은 모양이라는 점이다. 이는 소형 박막 배터리를 효율적으로 패킹(Packing)할 수 있다는 장점이 있다. 공동 논문저자인 Eleanor Gillette의 모델링에 따르면 이러한 나노기공 배터리의 독특한 구조로 좋은 결과를 얻은 것으로 나타났다. 연구진은 도출한 개념에 대한 실증테스트를 하였으며, 개선을 통해 다음 버전에는 10배나 더 강력하게 만들 수 있다는 것을 확인하였다. 이제 새로운 나노배터리의 다음 단계는 상업화이다. 연구진은 대규모 배치를 통해 배터리를 제조하기 위한 전략에 대해 고민하였다.

나노기공 배터리(Nanopore Battery)의 핵심은 은색의 전이금속 바나듐 혼합물이기도 하다. 바나듐은 금속 합금 활용에서 있어 최적인 것으로 알려졌지만 최근 많은 청정기술 활용분야에서 사용되고 있다. 특히 에너지 저장 및 차세대 전기자동차(Electric Vehicle) 충전 분야의 활용도가 높다. 이에 따라 바나듐은 청정기술 산업 성장에 중요한 물질이 되었다. 그러나 바나듐을 어디서 확보할 수 있는가는 어려운 문제이기도 하다. 최근까지도 미국 내에는 바나듐을 채굴하는 광산이 없었다. 캐나다 회사인 American Vanadium사는 네바다 주에 바나듐 광산을 개발하고 있으며, 또 다른 회사인 Imergy사도 광미(Mine Tailings) 및 다른 폐기물 자원으로부터 고품질 바나듐을 추출하는 방법을 확보하였다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 나노배터리를 활용한 에너지 저장