알루미늄 소재 활용 친환경·고효율 차세대 전력원 개발 성공

알루미늄 전기화학 에너지 시스템(Al-EES) 개략도. 김상재 교수

가격이 저렴하고 친환경적인 알루미늄 소재 기반 전기화학에너지 시스템(AI-EES)이 개발됐다. 상용화가 이뤄지면 친환경 에너지원을 활용한 연료비 절감으로 탄소중립 및 지구온난화 해결에 기여할 전망이다.

한국연구재단은 김상재 제주대 교수 연구팀이 신개념 전기화학반응 설계를 통해 중소형 모빌리티 전력공급원으로 활용 가능한 알루미늄 기반 Al-EES을 개발했다고 7일 밝혔다.

현재 전력원으로는 리튬이온 배터리가 널리 사용되고 있지만, 폭발 위험성과 고가 리튬 희소성 등으로 이를 대체할 차세대 에너지원 연구가 지속 추진되고 있다.

금속과 공기를 조합한 방식인 Al-EES는 산화 환원 반응을 통해 알루미늄과 양극액 함유한 전해질의 화학 에너지로부터 실제로 전력을 생성하는 새로운 종류의 1차 에너지 시스템이다.

금속-알루미늄 연료전지와 닮은 구조이나 에너지 변환효율이 높은 양극액 사용으로 촉매나 멤브레인 없이 작동한다. 리튬이온배터리보다 에너지밀도가 ㎏당 5배 이상 높고, 이산화탄소 등 환경유해요소를 배출하지 않으며 안정성이 높아 차세대 고성능 전력원으로 주목받고 있다.

다만 상용화를 위해 알루미늄 부식, 대체산소 환원반응을 위한 촉매개발 등 과제를 해결해야 한다.

연구팀은 효율적인 전자수용체와 부식방지제 역할을 동시에 수행하는 과황산염을 Al-EES 양극액으로 활용해 양극설계를 단순화했으며, 고가 촉매를 대체하고 음극부식을 억제해 고성능 차세대 전력원 가능성을 입증했다.

과황산염을 적용한 새로운 Al-EES 에너지밀도는 2650Wh/㎏으로 기존 Al-공기 배터리 대비 1.8배 이상 증가했으며, 안정적인 전압 출력과 최대 방전 77시간을 기록해 높은 성능을 확보했다.

김상재 교수는 “이번 연구는 알루미늄과 양극액함유 전해질 전기화학 반응을 통해 화학에너지를 전지로 변환하는 전기화학적 전력원 개발 아이디어를 실제 시스템으로 구현한 데 의의가 있다”며 “상용화를 위해 기초실험과 성능검증, 시작품평가 및 원천기술 확보 등 전주기에 걸쳐 밀도 있는 연구수행을 추진할 계획”이라고 말했다.

이인희 기자 leeih@etnews.com