작성일 : 18-06-07 17:23
정희태·김희탁 KAIST 교수 공동연구 산화그래핀 골격체 분리막 개발
 글쓴이 : happy
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수명 5배 늘린 바나듐레독스-흐름전지 개발

정희태·김희탁 KAIST 교수 공동연구
산화그래핀 골격체 분리막 개발

강민구 기자 botbmk@hellodd.com

입력 : 2018.06.06|수정 : 2018.06.06



국내 연구진이 폭발위험이 없고, 대용량화가 가능한 이차전지를 개발하고, 기존 에너지 저장장치를 대체할 새로운 가능성을 제시했다.  

KAIST(총장 신성철)는 생명화학공학과 정희태, 김희탁 교수 공동 연구팀이 용량 유지율 15배, 수명을 5배 향상시킨 바나듐레독스-흐름전지를 개발했다고 6일 밝혔다.

기존의 바나듐레독스-흐름전지는 과불소계 분리막의 활물질 투과도가 높아 충·방전 효율과 용량 유지율이 낮았다.

이를 해결하기 위해 낮은 활물질 투과도를 갖는 탄화수소계 분리막 적용 연구가 진행되었지만 활물질인 바나듐5가 이온에 의해 열화 현상이 발생하고 전지 수명이 급감하는 문제가 발생했다.

따라서 활물질인 바나듐 이온 크기보다 작으면서 전하 운반체인 수소 이온보다 큰 기공 크기를 갖는 분리막 개발이 필요했다. 

공동 연구팀은 산화그래핀 간의 가교 반응을 통해 바나듐레독스-흐름전지에 적합한 기공 크기를 갖는 산화그래핀 골격체 분리막을 구현했다.

가교에 의해 수화 팽창(moisture expansion)이 제한된 산화그래핀 간 층간 간격을 선택적 이온의 투과를 위한 기공으로 활용하는 원리이다.

개발된 산화그래핀 골격체는 기공 크기를 통한 분리 성능이 뛰어나 매우 높은 수소 이온-바나듐 이온 선택성을 갖는다.

연구팀의 분리막은 바나듐레독스-흐름전지의 용량 유지율을 기존 과불소계 분리막의 15배, 충·방전 사이클 수명 또한 기존 탄화수소계 분리막에 비해 5배 이상 향상시켰다.

연구팀은 산화그래핀 골격체를 통한 기공 크기 조절 기술이 다양한 크기의 이온을 활용하는 이차전지, 센서 등에 적용 가능할 것으로 기대하고 있다. 
 


김희탁 교수는 "레독스 흐름전지 분야의 고질적인 문제인 활물질의 분리막을 통한 크로스오버 와 이에 따른 분리막 열화문제를 나노기술을 통해 해결할 수 있음을 보여줬다"며 "바나듐레독스-흐름전지 뿐만 아니라 다양한 대용량 에너지 저장장치용 이차전지에 적용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 한국화학연구원 주요사업, 에너지기술평가원과 KAIST 기후변화연구허브사업의 지원을 받았다. 김수현, 최정훈 박사과정이 공동 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 '나노 레터스(Nano letters)'에 지난 달 3일자 온라인 판에 게재됐다. 

바나듐레독스-흐름전지의 사이클 용량 특성.<자료=KAIST 제공 >
바나듐레독스-흐름전지의 사이클 용량 특성.<자료=KAIST 제공>