화재없이 20년 쓰는 '바나듐 배터리' 뜬다..2030년 ‘1000% 성장’ ESS시장 공략

이창양 산업통상자원부 전 장관이 지난해 9월 서울 강남구 롯데하이마트 압구정점에 설치된 바나듐이온 배터리를 이용한 초고속 전기차 충전소를 방문, 김부기 스탠다드에너지 대표로부터 충전장치에 대한 설명을 듣고 있다. 사진=뉴시스

[파이낸셜뉴스] 탄소중립이 글로벌 스탠다드로 자리 잡으며 수출 기업의 탄소배출 관리는 선택이 아닌 필수가 됐다.

탄소중립의 해결책으로 꼽히는 에너지저장장치(ESS) 관련 시장도 빠르게 성장 중이다. 생산량이 일정치 않은 신재생에너지의 특성상 전력망 안정화에 ESS가 꼭 필요하기 때문이다.

2일 금융투자업계에 따르면 2030년 글로벌 ESS시장은 지난해 대비 10배 이상 성장할 전망이다.

배터리는 ESS 설치 원가의 약 60%를 차지한다. 현재 ESS에 주로 쓰이는 리튬이온 배터리는 수명이 짧고 열과 충격에 취약해 화재 위험이 크다. 화재 발생 시 1000℃ 이상의 급격한 온도 상승과 열 폭주 현상으로 진압에 많은 시간이 소요된다. 재발화 가능성도 높다. 실제로 리튬을 사용한 ESS 시설에서 화재가 빈번하게 발생했고 이로 인해 시장 확산에 큰 제한이 있었다.

이러한 단점을 극복할 대안으로 '바나듐(Vanadium) 배터리'가 급부상하고 있다. 바나듐은 강철 합금에 주로 활용되는 소재다. 건강보조제에 들어가기도 한다. 특히 수급과 가격에 대한 불안 요소가 적으며 리튬이나 코발트 등과 달리 지정학적 리스크가 없는 것으로 평가받는다.

바나듐이온 배터리(VIB)는 수명이 20~25년에 달한다. 출력은 리튬이온 배터리 대비 2배 가까이 높다. 또 물이 주성분인 전해액을 사용해 화재 및 폭발 위험으로부터 안전하다. 외부 충격 등으로 인한 열 발생도 거의 없는 것이 특징이다.

충·방전 횟수도 기존 리튬 배터리 대비 10배에서 많게는 20배 정도 많다. 반복된 충·방전에도 성능 저하가 거의 없으며 대형화에도 유리하다. 이러한 특성상 ESS에 적합해 차세대 배터리로 떠올랐다.

국내에도 상업 적용이 확대되는 추세다. 효성중공업은 영국 인비니티 에너지 시스템즈(Invinity Energy Systems)와 바나듐 배터리 관련 협력을 맺었다. 이어 최근 1.5MWh급 바나듐 배터리를 첫 발주했다.

스탠다드에너지는 E1과 LPG 충전소 내 전기차 충전소용 VIB ESS를 설치할 계획이다. 바나듐 레독스 플로전지(VRFB) 전문업체인 에이치투는 울산 화력발전소 등 14곳에 ESS를 공급했으며 국내 ESS 화재 안전 기준의 규제 샌드박스 실증 특례를 승인받았다.

연구개발도 활발하다. 이달 국내 연구진이 바나듐 배터리의 성능을 큰 폭으로 향상시킬 새 기술을 개발해 이목을 끌었다. 이 기술을 적용한 VRFB는 자연방전 걱정 없이 2800시간 안정적이면서도 기존 대비 30% 이상 높은 충·방전 효율을 보였다.

엑스알비는 지난 7월 기존 VRFB의 단점을 보완한 확장형 레독스 배터리(XRB) 특허를 출원했다. 엑스알비의 XRB는 고출력, 고효율의 장주기 ESS용으로 사용이 가능하다. 현재 공인기관으로부터 바나듐 배터리 관련 시험 성적 승인을 기다리고 있으며 용량을 키운 상용화 제품 출시도 준비 중이다.

최근 국내 배터리 3사가 전기차 시장 둔화에 대응하기 위해 ESS시장 공략에 나서자 업계는 바나듐 배터리가 ESS시장과 함께 동반 성장할 것으로 예상하고 있다. 현재 글로벌 ESS시장은 저가 리튬·인산·철(LFP) 제품을 내세운 중국이 주도하고 있지만 인플레이션 감축법(IRA) 및 핵심원자재법(CRMA) 등에 따라 국내 기업의 반사이익이 기대되는 상황이기도 하다.

투자업계 관계자는 "우리 정부와 미국 정부도 ESS 관련 지원 정책을 적극적으로 펼치고 있다"면서 "향후 ESS 및 바나듐 배터리 관련 시장 성장에 더욱 힘이 실릴 전망이다"라고 말했다.