KAIST, AI 데이터센터용 '대용량 배터리' 상용화 앞당긴다

[충청뉴스 이성현 기자] AI 데이터센터와 재생에너지 인프라의 전력 수요를 뒷받침할 초대형 에너지저장장치(ESS) 핵심 소재의 생산 시간을 67% 단축하는 공정 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

이번 연구를 통해 대용량 배터리 상용화에 물꼬를 트게 됐다는 평가다.

한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 김희탁 교수 연구팀이 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)의 핵심 전해질(V3.5+)을 빠르고 안정적으로 생산하는 공정 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

화재 위험이 없고 용량 확장이 용이해 초대형 ESS 유력 후보로 꼽히는 바나듐 레독스 흐름전지는 그간 V3.5+ 전해질 제조 시 전기화학적 환원 단계의 긴 소요 시간과 높은 비용이 상용화의 걸림돌로 작용해 왔다.

이에 연구팀은 화학적 환원 반응 중 평균 산화수 약 +4.1 지점에서 반응 속도가 급격히 느려지는 병목 구간을 세계 최초로 규명했다.

이어 해당 구간에 고비용 전기분해 대신 백금-탄소(Pt/C) 촉매 환원 공정을 적용하여 생산 공정을 완전히 재설계했다.

특히 연구팀은 강한 산화성 전해액 환경에서 Pt/C 촉매가 손상되지 않고 안정적으로 작동하는 산화수 범위를 열역학·속도론적으로 정량 분석해 공정 설계의 기준으로 확립했다.

새로 설계된 공정을 적용한 결과 V3.5+ 전해질 생산 시간이 기존 대비 67% 단축됐으며, 전지 성능을 저하시키는 불순물인 잔류 옥살산도 완벽히 제거됐다.

또 연구팀이 독자 개발한 반응 속도 상수 기반의 가속 수명 평가를 통해 동일 촉매를 2,500회 이상 반복 사용해도 성능 저하가 없음을 확인했다.

김희탁 교수는 “생산 공정의 정밀 반응공학적 분석을 통해 대용량 배터리 상용화의 가장 큰 숙제였던 전해질 생산 병목을 해결했다”며 “새로운 설비 투자 없이 상용화된 Pt/C 촉매를 기존 생산 라인에 직접 적용할 수 있어 재생에너지 및 AI 데이터센터용 대용량 ESS의 전해질 공급 단가를 낮추는 데 크게 기여할 것”이라고 설명했다.

한편 이번 공정 기술은 롯데케미칼과 공동으로 국내 특허 등록을 완료하고 해외 특허 출원을 진행 중이다.