홍승우 교수 연구팀, Ru 무기화합물을 이용하여 모듈식 조정이 가능한 고전압 레독스 플로우 배터리 제안
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- 작성자 커뮤니케이션팀
- 보도일자 2022-10-07
우리대학 화학과 홍승우 교수 연구팀과 연세대학교 안현서, 심은지 교수 연구팀이 대용량 재생에너지의 저장 문제를 해결할 수 있는 효율적인 레독스 플로우 배터리 개발을 제안했다.
(왼쪽부터) 홍승우 교수, 전혜리 박사과정생
이번 연구는 한국연구재단의 신진연구사업 지원을 받아 수행됐으며, 연구결과는 국제 저명 학술지인 ACS Materials Letters (IF = 11.170, Materials Science, Multidisciplinary 분야 상위 12.029%)에 지난 10월 5일 온라인 게재됐다. 해당 논문은 화학과 박사과정생인 전혜리 학생이 공동 제1저자, 홍승우 교수가 교신저자로 참여했다.
(논문명: High-Voltage Symmetric Nonaqueous Redox Flow Battery Based on Modularly Tunable [Ru2M(μ3-O)(CH3CO2)6(py)3] (M = Ru, Mn, Co, Ni, Zn) Cluster Compounds with Multielectron Storage Capability)
화석연료를 소비하면서 일어나는 다양한 환경문제를 해결하기 위한 방안으로 재생에너지 기술의 개발의 필요성이 대두되고 있으나 재생에너지는 에너지를 저장하고 배분하는 관점에서 문제점을 안고 있다. 이러한 문제를 해결할 수 있는 방법 중 하나로 제시되는 레독스 플로우 배터리는 큰 스케일의 에너지를 저장할 수 있다.
기존의 상용화된 배터리는 수용액 상에서 바나듐이나 아연을 이용하여 구동하지만 전압이 낮다는 단점이 있다. 따라서 높은 전압과 에너지 밀도를 갖는 레독스 플로우 배터리의 개발이 필요한데 무기화합물은 다양한 산화환원 전위를 가지고 있어 다전자 반응이 가능한 양극-음극 대칭 전해질로 쓰일 수 있다.
[그림설명: 모듈식 조정 가능한 Ru 다핵 무기화합물을 활용한 고전압 레독스 플로우 배터리]
본 연구팀은 Ru와 첫번째 주기 전이금속을 포함하는 다핵 Ru 금속화합물을 합성하는데 금속에 배위하는 유기 리간드의 구조와 정전기적 특성을 적절히 조절하여 레독스 플로우 배터리의 대칭 전해질로 활용했다. 이를 통해 다핵 Ru 금속화합물의 산화환원 전위를 자유롭게 조절할 수 있었으며, 배터리의 전압을 최대 2.4V까지 조절할 수 있다는 것을 증명했고 여러 충/방전 실험에도 안정적으로 구동됨을 확인했다. 또한 Ru화합물이 다전자 반응을 할 수 있고 안정적으로 구동할 수 있다는 점은 계산화학을 통해 증명하는데 성공했다.
이와 같은 무기화학-전기화학 공동연구 방법을 토대로 향후에는 더 넓은 범위의 전압을 커버할 수 있는 다양한 대칭 전해질을 개발할 수 있을 것으로 예상되며, 안정적으로 구동할 수 있는 레독스 플로우 배터리를 만들어 상용화할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구를 진행한 연구팀의 홍승우 교수는 “레독스 플로우 배터리에 활용가능한 비수성 대칭 전해질이 비교적 간단한 무기합성법을 이용하여 얻어질 수 있으며 금속화합물의 디자인을 통해서 배터리의 전압을 원하는 방향으로 조절할 수 있는 방법을 개발했다”는 의의가 있다며 “향후 값싸고 안정적이며 상용가능한 대칭 전해질을 만들 기초자료가 될 것으로 기대된다”고 말했다.