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차세대 배터리 분석(3) - 바나듐 레독스 흐름 배터리
- 글로벌 공급망 인사이트
- 공급망 더 알아보기
- 고태우
- 기업명 :
- 2024-12-12
- 출처 : KOTRA
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리튬이온전지의 성능이 이론적 한계에 근접하고, 리튬이온전지의 안전성 문제가 대두됨에 따라 차세대 배터리가 활발히 연구되고 있다. 이번 호에서는 바나듐흐름배터리에 대해 알아보자.
o 바나듐 레독스 흐름 배터리
- (정의) 전해질에 용해된 바나듐 이온의 산화·환원 반응을 이용하는 이차전지
▶ 양극 활물질로 바나듐 이온(V4+, V5+), 음극 활물질로 바나듐 이온(V2+, V3+)을 사용한다.
- (구조) 산화상태가 각각 다른 활물질이 용해되어 있는 전해액이 보관된 두 개의 저장탱크, 유체 펌프, 스택으로
구성된다.
▶ (스택) 이온교환막으로 분리된 단위 전지가 적층되어 있다. 전기화학적 산화·환원 반응이 일어나는 곳으로,
전체 시스템의 출력은 스택의 크기와 개수에 의해 결정된다.
▶ (전해액) 바나듐 이온이 용해된 강산 수용액이다. 에너지는 양극과 음극의 전해액에 저장되므로 전지의
용량은 전해액의 양에 비례한다.
- (작동원리) 전해액이 유체 펌프에 의해 스택을 순환하며 산화·환원 반응이 일어나 배터리가 충·방전된다.
▶ (충전) 양극에서 V4+가 V5+로 산화되고 음극에서 V3+가 V2+로 환원된다.
▶ (방전) 양극에서 V5+가 V4+로 환원되고 음극에서 V2+가 V3+로 산화된다.
- (장·단점) 화재·폭발 위험이 없고 수명이 길지만 에너지밀도가 낮아 배터리 부피가 크다.
① 장점
▶ (안전성) 수용액을 전해질로 사용하여 리튬이온배터리와 달리 발화 위험이 매우 낮다.
▶ (ESS) 배터리의 출력과 용량을 독립적으로 설계할 수 있어 출력·용량에 대한 요구가 다양한 에너지저장장치
(ESS)에 적합하다
적용분야
용도
전력계통
발전
비상용 전원, 주파수 조정, 예비 용량, 차익 거래 등
송전·배전
설비 투자 대체, 전력품질 향상, 혼잡도 완화 등
산업시설, 상업용 빌딩, 주거용 등
전력 품질 및 신뢰도 유지, 정전 대비 전원,
시간대별 최적 소비를 통한 에너지 비용 절감 등
신재생에너지 발전 설비 운영
신재생에너지 저장, 불규칙한 출력 변동성 완화
② 단점
▶ (에너지밀도) 에너지밀도가 낮아 전해액을 담을 큰 탱크가 필요하여 소형화가 어렵다.
- (전망) 탈탄소 추세에 따라 신재생에너지 비중이 증가하여 ESS 및 레독스 흐름 배터리의 시장은 지속적인
성장세가 예상된다.
▶ (신재생에너지) 신재생에너지는 입지 조건이나 자연 환경에 크게 영향을 받아 출력의 변동이 심하여,
에너지 공급과 수요가 불일치하는 경우가 많아 이를 보완할 수 있는 ESS의 중요성이 커지고 있다.
▶ (시장 전망) 2030년 레독스 흐름 배터리 시장 규모는 69Gwh로 리튬이온배터리 시장 규모 150Gwh의
46%에 달할 전망이다.(美 에너지부)
- (기업 동향)
① (국내)
▶ (A사) 2013년 국내 최초로 바나듐 레독스 흐름 배터리를 상용화해 자체 기술로 제조·생산 중
▶ (B사) 기존 바나듐 레독스 흐름 배터리의 단점을 보완한 고출력·고효율의 확장형 레독스 배터리 신기술
확보(’23년)
② (해외)
▶ (셀큐브) 배터리 기업 셀큐브와 전력전자 기업 G&W 일렉트릭은 바나듐 레독스 흐름 배터리를 포함한
마이크로그리드* 솔루션 출시(’22년)
* 소규모의 독립적 분산전원을 중심으로 한 국소적인 전력공급시스템
▶ (라고) 배터리 기업 Largo는 에너지 솔루션 업체 Stryten 에너지社와 북미 ESS 시장 진출을 위한 합작
투자 발표(’24년)
▶ (스미모토전기공업) 북미에 레독스 흐름 배터리 공장 건설 추진(’23년)