철/바나듐 프러시안 블루 아날로그의 결정구조 및 원소 분포

전력난의 해결을 위한 수단으로 각광받고 있는 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)은 풍력, 조력, 태양열, 수력, 화력 발전과 같은 수단을 이용해 발생한 에너지의 잉여 에너지를 저장하기 위한 시스템이다. 기존 리튬 이차전지의 경우, 높은 생산 단가와 안정성 문제에 의해 대용량 전력 수요 대비를 위한 에너지저장 시스템으로의 적용에는 한계가 있었다. 최근 국내 연구진이 저비용으로 고효율과 고 안정성을 확보할 수 있는 물을 기반으로 하는 수계 이차전지를 위한 새로운 금속유기구조체(MOF, Metal-Orgnic Framework) 전극 소재 개발에 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST) 에너지융합연구단 정경윤 박사팀은 금속유기구조체 소재군의 하나인 프러시안 블루 아날로그(Prussian Blue Analogue) 구조를 기반으로, 전기화학적으로 높은 활성도를 보이고 저가의 소재합성이 가능한 철과 바나듐의 전이금속을 도입하여 에너지 저장 특성이 우수하면서, 저비용, 우수한 가공성을 지닌 신규 전극 소재를 개발했다.

철/바나듐 프러시안 블루 아날로그 소재는 저비용과 높은 수율을 확보할 수 있는 공침법(Co-precipitation)을 사용하여 개발되었으며, 합성 과정 중 금속이온 간의 상대농도비와 용매의 수소이온농도(pH) 최적화를 통하여 소재의 결정성 향상과 소재 내부에 공공(Vacancy) 형성을 유도하여 소재의 결정 구조가 유지되면서도 동시에 높은 이온전도도를 확보할 수 있어 에너지 저장 측면에 있어 매우 유리한 특성을 가진다.

연구진은 철/바나듐 프러시안 블루 아날로그 소재가 기존 동일 군 소재(60mAhg-1) 대비 150% 이상의 높은 에너지 저장 용량(~100mAhg-1)을 발현하며 100%에 이르는 높은 충·방전 효율을 나타낼 뿐만 아니라 높은 출력 특성을 보이는 것을 실험을 통해 확인했다. 이는 구조 내의 철과 바나듐 전이 금속 이온이 모두 전기화학적 반응에 기여하는 다중 산화환원 반응(Multiple Redox Reaction)과 구조 내의 공공(Vacancy)을 통한 높은 이온 전도 특성에 따른 것이다.

KIST 정경윤 박사는 “본 연구에서 개발된 철/바나듐 프러시안 블루 금속유기구조체 기반의 전극 소재는 우수한 에너지 저장 용량을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 소재의 우수한 가격 경쟁력, 가공성, 소재 구조 다변화 가능 등의 특성을 보유하고 있어 수계 이차전지 외에도 다양한 차세대 전기화학적 에너지 저장 소자 분야에 있어 폭넓은 활용이 기대되는 신규 소재이다”라고 밝혔다.

부산대학교 에너지기술인력양성센터에서 ‘스마트 그리드’에 대한 강좌를 진행한다.

부산대학교가 7월 17일부터 18일까지 양일간 부산대학교 에너지기술인력양성센터(http://peet.pusan.ac.kr)에서 ‘스마트 그리드’에 대한 강좌를 진행한다.

스마트 그리드는 전력망에 정보기술을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환, 에너지효율을 최적화 시키는 차세대 전력망이다.

현재 전 세계적으로 전력사용 피크시간대 전력을 공급할 수 있도록 발전 설비를 구성하고 있지만 피크시간대를 제외하면 가동되지 않거나 사용되지 않는 전력이 너무나 많은 것은 사실이다. 이러한 전력낭비를 줄이고 안정적인 전력공급을 하기 위해서 스마트 그리드는 필수적이다.

스마트 그리드의 자리잡기 위한 필수요소로 스마트그리드용 전자제품, 분산형 전원(에너지저장장치), 실시간 전기요금제, 전력망 자기치유기능, 신재생에너지 제어, DC전력 공급, 전력품질선택 등을 꼽을 수 있으며 현재 우리나라가 겪고 있는 전력난도 해소할 수 있을 것으로 보인다.

이번 강좌는 스마트 그리드 각 분야(전기차, 스마트 그리드, 에너지저장 등) 전문가를 초청해 진행한다. 참가비는 무료이며, 사전신청 후 참가 가능하다.