[데일리비즈온 김소윤 기자] 국내 연구진이 에너지저장시스템(ESS)에 쓰이는 리튬이온 배터리의 폭발 위험성을 보완한 신개념 배터리를 개발해 화제다. 지난해 원인 불명의 ESS 화재로 인해 배터리 폭발에 대한 불안감이 가중된 터라 희소식이다.

한국과학기술원(KAIST)는 이 대학 김희탁 생명화학공학과 교수 연구팀이 수명을 크게 개선한 ‘수계 아연브롬 레독스 흐름 전지’를 개발했다고 5일 밝혔다. 에너지저장장치인 ESS는 신재생에너지를 활용하거나 전력 과다 수요를 감당하는 기술이다.

대용량의 에너지를 저장해야하기 때문에 효율이 높은 리튬이온 배터리가 사용됐는데 이 배터리의 고질적인 문제인 폭발 위험성 때문에 이를 보완할 연구가 지속됐다. 전기차 안의 배터리 폭발도 큰 문제지만 ESS는 규모가 크기 때문에 폭발로 인한 피해가 더 크다.

‘수계 아연 브롬 레독스 흐름 전지’라는 배터리가 폭발 위험을 보완할 대안으로 주목되지만 이 전지는 충전 반복 과정에서 불순물(덴드라이트)이 전극에 생겨 수명이 짧아지는 단점이 있다.

덴드라이트가 생기는 원인은 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 다만 연구팀은 음극에 쓰이는 아연 원자핵에서 원인을 찾았다. 연구팀이 컴퓨터 시뮬레이션과 전자현미경 관찰을 통해 분석해본 결과 아연 원자핵이 전극 표면으로 확산되면서 덴드라이트를 만들었다.

이 가운데 연구팀은 아연 원자핵의 움직임을 억제했다. 리튬이온 배터리의 충·방전에 쓰이는 전류 세기(전류밀도)보다 30배 높은 전류를 가하는 가혹한 환경에서 5000회 이상 충·방전을 반복해도 내구성과 수명을 유지하는 모습을 보였다는 설명이다.

연구팀 관계자는 “현재까지 보고된 레독스 흐름 전지 중 가장 뛰어난 수명 성능이다. 리튬이온 배터리보다 저렴해 ESS 시장 활성화와 신재생에너지 사용 확대에 도움이 될 것”이라고 말했다.

한편, ESS 화재는 수년간 빈발했다. 지난해 산업통상자원부는 ‘민관합동 ESS 화재사고 원인조사위원회’가 2018년 12월부터 조사한 결과를 공개하면서 화재 재발 방지 및 ESS 산업 지원대책을 발표했다.

이에 따르면 조사위는 사고원인 규명을 위해 화재 사고 총 23건을 유형화한 후 추정 사고 원인에 대해 시험과 실증을 병행·입증하는 방식으로 파악한 결과 화재사고 23건 중 14건이 배터리 완전 충전 후 대기 상태에 있다가 발생했다.

6건의 경우 충전·방전 과정에서 발생했다. 설치·시공 중 발생한 화재는 3건 으로 나타났다. 이들의 조사 결과 ESS 화재 원인은 △배터리 보호 시스템 미흡△운용관리 부실△설치 부주의△통합관리체계 부족 등 4가지로 분류됐다.

특히 배터리 자체 결함이 원인으로 지목됐다. 조사위는 전류와 전압이 한꺼번에 흐르는 전기 충격이 크게 가해졌을 때 배터리 보호장치가 제대로 작동치 못해 배터리에서 화재가 발생할 수 있다는 것을 확인했다.