중국 과학자들이 리튬보다 80배나 저렴하면서도 16년 이상 성능 저하 없이 사용할 수 있는 초저가 철(iron) 배터리 기술을 개발했다. 전 세계적인 녹색 에너지 전환의 걸림돌로 지목되는 공급망 제약과 높은 비용 문제를 해결할 수 있는 획기적인 대안으로 주목받고 있다.
지난 28일 사우스차이나모닝포스트(SCMP) 등 외신에 따르면, 중국과학원(CAS) 산하 금속연구소 연구팀은 최근 ‘전흐름 철 배터리(All-iron flow battery)’의 수명을 획기적으로 늘린 연구 결과를 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’에 발표했다.
현재 널리 쓰이는 리튬 이온 배터리는 리튬의 가격이 철보다 80배 이상 비싸고 공급이 한정적이라는 단점이 있다. 반면 철은 지구상에 풍부하게 존재해 가격이 매우 저렴하지만, 배터리 작동 과정에서 활성 물질이 내부 막을 통과해 새어 나가거나 분해되면서 수명이 급격히 짧아지는 것이 고질적인 문제였다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 배터리 핵심 물질을 보호막처럼 감싸는 새로운 철 화합물을 설계했다. 이 화합물은 물질의 누출을 방지하고 내부 손상을 막는 역할을 한다. 연구팀의 실험 결과, 이 배터리는 매일 충·방전을 반복하는 조건에서 16년 사용에 해당하는 6,000회 이상의 사이클을 거친 후에도 침전물 발생이나 유해 부산물 축적 없이 안정적인 상태를 유지했다.
성능 지표에서도 압도적인 결과가 나타났다. 운전 중 에너지 손실을 의미하는 누설 방지 효율은 99.4%에 달했으며, 높은 전력 출력 상황에서도 78.5%의 에너지 효율을 유지하며 신뢰성을 입증했다. 또한 수성 전해질을 사용하기 때문에 리튬 배터리에 비해 화재 위험이 현저히 낮다는 것도 큰 장점이다.
중국과학원은 지난 16일 보도자료를 통해 “이 기술은 대규모 에너지 저장 장치(ESS)를 위한 저비용, 장수명 솔루션을 제공한다”고 밝혔다. 이번 연구 성과는 태양광이나 풍력 발전소에서 생산된 전기를 보관하는 클린 에너지 저장 시스템의 장기 비용을 낮추는 데 크게 기여할 것으로 보이며, 향후 철 배터리 개발의 새로운 표준을 제시할 것으로 기대된다.
