기술소개
Why XRB?
기존 리튬계열 배터리는 고에너지밀도 등의 여러 장점에도 불구하고 발화 및 폭발위험성, 충전용량감소(연간 감모율 2~3%), 2~3,000회의 짧은 라이프 사이클 그리고 희토류의 원료 수급 이슈 등으로 대용량 장주기 ESS의 활용에 어려움이 따르고 있습니다.
따라서 친환경, 안전성, 장수명 및 저비용 특성을 두루 갖춘 비 리튬계 이차전지 개발 필요성이 점차 커지고 있으며, 글로벌 신재생에너지 확대 및 에너지 고효율화 추세 등으로 대용량 장주기 ESS용 이차 전지의 글로벌 수요가 급증할 것으로 전망됩니다.
바나듐 레독스 흐름 전지(VRFB)는 대용량 장주기 ESS 시장에서 상용화 가능한 제품으로서, 바나듐 활물질(전해질)이 스택에서 화학적 산화/환원(Redox) 반응을 발생시켜서 전기에너지를 충전 및 방전합니다.
출력은 스택, 에너지 저장은 전해질 탱크가 담당하는 구조로서 해외업체들의 최근 20년간 실증 및 기술적 검증 완료하였으나, 외부 전해질 탱크와 전해액을 스택에 순환시키기 위한 펌프와 배관 등을 구성해야 하는 문제가 있습니다.
아직, 리튬 배터리에 비해 스택 제조원가가 높고, 스택 내부의 압력증가 및 외부 펌프 파워 증가 등으로 고출력 운전에 한계가 있으며, 전해질 유량제어를 통한 출력 제어가 까다로워 상용화가 지연되고 있습니다.
기존 흐름전지의 장점인 장수명, 안전성 등의 특성은 유지하면서도, 단주기용 Pump-free형으로 정격의 에너지 용량 및 출력 특성을 구현할 수 있는 전해질 정체형 바나듐레독스배터리(SVRB) 개발이 리튬이온 배터리의 대체용으로 요구됩니다.
SVRB의 가장 큰 장점은, 전해질의 순환용 펌프 및 저장탱크 등으로 구성되는 부대시설(BOP)이 필요 없는 이차전지로서, 기존 리튬이온 배터리, 납산 배터리 등과 동등한 구성 형태 및 관리 시스템(BMS) 외형 구조를 갖게 되므로, 향후 본격적인 대용량 전기저장시스템 시장에서 장수명 및 안전성 등의 특성을 갖는 XRB 구조의 SVRB 상용화가 유망할 것으로 예상됩니다.
기존 장주기용 흐름전지는, 높은 스택 제조원가를 대폭 낮추어 리튬이온 배터리와 경제성에서 경쟁할 수 있어야 합니다.
또한, 스택 내 압력을 낮추고 높은 에너지 밀도를 낼 수 있는 고효율 특성의 새로운 스택 형태 개발이 필요합니다.
스택 원가절감, 비용대비 고출력 달성, 펌프 에너지 비용 절감, 전해질 누설 감소, 운영유지 비용 감소 등이 가능한 경쟁력 있는 기술 개발이 필요합니다.
