바나듐 레독스 흐름 전지는 흐름 배터리 중 가장 많은 타입이 개발되었습니다. 산화환원 반응(Oxidation Reduction)을 줄여서 레독스(Redox)란 표현을 쓰며, 효율이 높고 안정적인 기술로 평가받고 있습니다.
특징
바나듐이란 원재료는 새로운 소재가 아닙니다. 1800년대 발견되어 티타늄과 결합시켜 중량 당 최고 강도를 갖는 가공소재로 사용하고 있으며, 강철과 결합하여 2배 이상의 강도를 내는 화합물로 사용되고 있습니다.
또한, 리튬 대비 지역적으로 매장량이 편중되어 있지 않기 때문에, 가격과 수급 측면에서도 안정적입니다.
이러한 바나듐을 흐름전지로 다양한 시스템으로 개발함으로써 에너지 저장장치(ESS) 시스템으로 활용하여 전 세계에 보급되고 있는 상황입니다. 즉, 풍력, 태양광에서 나오는 전기를 저장장치로 활용함으로써 다양하게 적용되고 있는 기술이기도 합니다. 실제 한국에서도 에너지 저장장치로 많이 설치 되어 있습니다.
작동 원리
바나듐 레독스 흐름 전지(VRFB, Vanadium Redox Flow Battery) 원리를 간단히 설명하면 4가지 다른 산화단계를 갖는 특성을 이용하는 방식인데, 바나듐 이온을 전하 운반체로 활용하여 흐르게 함으로써 전류를 생성하기 하는 원리입니다. 분리막을 기준으로 전해질이 흐를 때 다른 막을 통과하게 되면 전기적 화학반응이 일어나는데, 산화과정 또는 환원과정이 발생됩니다. 이때 충전과 방전이 되는 원리입니다.
양극에는 V4+, V5+ 란 산화와 환원을 할 수 있는 쌍이 존재하며, 음극에는 V2+, V3+ 쌍이 존재합니다. 이 전해질을 펌프를 이용하여 흐르게 합니다. 즉, 바나듐 2가 이온, 바나듐 3가 이온, 바나듐 4가 이온, 바나듐 5가 이온의 흐름을 통해 전류를 만드는 방식입니다.
- 충전할 때는 양극에서 V4+가 V5+로 산화되고 음극에서 V3+가 V2+로 환원됨
- 방전할 때는 양극에서 환원되고 음극에서 산화됨
따라서, 안전성 측면에서 전해질은 바나듐과 물로 구성되어 있기 때문에 화재에 안전한 기술로 인정받고 있으며, 풍력, 태양광 같은 재생 에너지와 연계하여 에너지 저장장치(ESS)로 운영하기에 적합합니다.
바나듐 레독스 흐름 전지와 리튬 이온 전지 특징 비교
일반적으로 알고 있는 리튬이온 전지와 비교하면 에너지 효율과 안전성 측면에서는 바나듐 레독스 흐름 전지가 유리합니다.
바나듐 레독스 흐름 전지는 리튬 이온 전지에 비해 안전성이나 대용량 고정 에너지장치와 같은 시스템에 적용가능한 장점 등이 있으나 소형화하기에 불리하며 가격 또한 상대적으로 비쌉니다.