레독스 흐름전지와 리튬 이온 배터리는 전기 에너지를 화학에너지 형태로 저장하고 있다가 그 화학 에너지를 전기로 변환해서 사용할 수 있는 충전식 배터리입니다. 다만 서로 구조와 작동원리가 다르기 때문에 성능 또한 차이가 있습니다.
레독스 흐름전지와 리튬 이온 배터리 특징
기본적으로 배터리는 음극과 양극, 그리고 전해질이 구성됩니다. 다만 음극재와 양극재, 전해질 종류와 작동방식에 따라 큰 차이점이 있는 배터리가 리튬 이온 배터리와 레독스 흐름 전지입니다.
- 레독스 흐름 전지는 전해질의 산화, 환원 반응을 통해 충전과 방전이 되는 이차전지입니다.
- 리튬 이온 배터리는 리튬 이온의 이동(양극재, 음극재)하는 화학적 반응을 통해 충전과 방전이 되는 이차전지입니다.
리튬 이온 배터리는 에너지 밀도가 높기 때문에 자동차, 노트북, 스마트폰과 같은 고전력이 필요한 장치에 적합하고, 소형 전자기기에 적합합니다.
반면에 레독스 흐름전지는 셀 스택으로 연결된 두 개의 전해질 탱크에 에너지를 저장하는 방식이기 때문에 전해질 탱크의 용량에 따라 배터리 용량을 쉽게 확장하거나 변경할 수 있는 장점이 있으며, 수명 또한 다른 이차전지보다 높게 평가되고 있습니다.
레독스 흐름 배터리의 수명은 전해질이 상호 간 화학반응이 없기 때문에 이론적으로는 배터리 수명이 반영구적이며, 모듈타입이기 때문에 수명이 지나도 시스템을 쉽게 재활용하거나 변경이 가능합니다.
| 구분 | 수명 | 횟수 | 용량/밀도 |
| 납산 배터리 | 약 3 ~ 15년 | 약 500~1000회 | 30 ~ 50 Wh/kg |
| 리튬이온 배터리 | 약 10 ~ 15년 | 약 3000회 | 200 Wh/kg |
| 나트륨-황 배터리 | 약 10 ~ 15년 | 약 2500~40000회 | 150 ~ 250 Wh/kg |
| 바나듐 레독스 흐름 배터리 | 약 5 ~ 20년 | 약 1500~15000회 | 16~33 kWh/m3 |
레독스 흐름전지는 상대적으로 에너지 밀도가 낮기 때문에 고전력의 애플리케이션에는 현재 기술로는 적합하지 않지만, 리튬이온 배터리의 경우 스마트폰 기준으로 2~3년이 지나면 충전량이 감소되는 현상이 발생되고 배터리 손상여부로 인해 극단적인 경우에는 화재 위험성도 발생할 수 있습니다.
대표적인 바나듐 레독스 흐름 전지의 경우 4단계의 서로 다른 산화단계를 이용하기 때문에 전해질이 열화 되지 않는 장점도 있습니다.
또한 희귀 광물인 리튬을 사용하는 것보다 철장 제련에서 사용되는 바나듐을 사용해서 레독스 흐름전지를 작동하게 되면 소재의 공급적인 측면에서 안정적입니다. 다만 리튬과 바나듐의 전력생산 기준에 대한 용량으로 비용을 비교하면 바나듐 레독스 흐름 전지가 초기 비용이 높아집니다.
레독스 흐름전지와 리튬 이온 배터리 차이점 비교
| 구분 | 리튬이온 배터리 | 레독스 흐름 전지 |
| 작동방식 | 리튬이온과 전극의 상호작용 | 산화, 환원반응 이용 |
| 수명 | 약 10 ~ 15년 | 약 5 ~ 20년 |
| 수명저하 | 있음 | 없음 |
| 화재 안전성 | 가능성 있음 | 가능성 제로 |
| 소재 수급 | 희귀 소재 | 보편적 소재 |
| 소재 가격 | 높음 | 낮음 |
| 초기 설치 비용 | 낮음 | 높음 |
| 용량 확장성 | 어려움 | 쉬움 |
| 재활용성 | 낮음 | 높음 |
| 대규모 전력생산 | 불가능 | 가능 |
| 쿨링 시스템 | 있음 | 없음 |
| 에너지 밀도 | 높음 | 낮음 |
리튬이온 배터리와 비교했을 때 레독스 흐름 전지 특징 및 차이점을 비교, 정리해 볼 수 있습니다.
- 분리막 교차에 대한 오염 위험이 없으며, 수명이 상대적으로 깁니다.
- 배터리 시스템이 안정적입니다.
- 산화, 환원반응을 위한 촉매가 필요하지 않습니다.
- 에너지 밀도와 전력 밀도가 상대적으로 낮습니다.
- 상대적으로 소재의 가격변동이 적습니다.
- 과충전과 과방전에 따른 영구적 손상에 대한 위험이 없습니다.
- 셀의 모듈화로 인해 용량 확장 및 변경이 쉽습니다.