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이미 이 기술은 국제 특허를 획득했으며, 안전하고 저렴하며 환경친화적 에너지 저장 기술을 제공할 수 있어 시장의 기대와 주목을 받고 있다.
이 배터리는 탄소 전극을 사용해 물에서 분리된 수소를 저장한 다음 수소 연료전지로 작동한 후 전기를 생산하는 친환경적인 것이 특징이다.
양성자 배터리는 차세대 수소 저장 시스템을 만드는 데 도움이 될 수 있다. 기존의 수소 저장 시스템보다 수소 저장 용량이 높고 안전성도 우수한 것으로 평가를 받는다.
RMIT 대학 연구팀은 현재 다양한 가정 및 상업 요구를 충족할 수 있는 저장 용량을 갖춘 배터리를 개발하기 위해 이탈리아 전기차 공급업체인 엘도르(Eldor)와 2년간의 협력에 착수한 상태다. 이 회사와 이미 지난 5년 동안 동일한 기술에 대해 협력해 왔다고 지난 7월 RMIT 소식지를 통해 밝힌 바 있다.
이 협력의 목표는 기존 배터리의 저장 용량을 2배 이상 향상시키는 것으로, 연구팀은 배터리의 전극과 전해질을 개선하는 새로운 기술을 개발하고 있다.
연구팀은 전극에 새로운 재료를 사용해 수용량을 높이고, 전해질의 성능을 향상시켜 전류 밀도를 증가시킬 계획이다. 이는 배터리 에너지 밀도를 크게 향상해 장거리 주행이 가능한 전기 자동차나 백업 전원이 필요한 가정이나 기업에 적합한 배터리를 개발하는 데 도움이 될 수 있다.
2025년까지 시제품을 개발하고, 2026년까지 상용화하는 것을 목표로 하고 있다. 엘도르는 연구팀의 기술을 상용화하기 위한 지원을 제공한다.
2030년까지 2018년 대비 온실가스를 40% 감축하는 목표를 달성하려면 글로벌 재생 에너지 시스템으로 전환이 필수적이며, 환경에 미치는 영향이 적은 저비용 에너지 저장 시스템 개발이 필수적이다.
수석 연구원인 RMIT 교수인 존 앤드류스는 “세계가 온실가스 배출 제로를 달성하기 위해 재생 에너지로 전환함에 따라 효율적이고 저렴하며 안전한 공급망을 갖춘 추가 저장 옵션에 대한 수요가 높아질 것”이라고 말했다.
그는 자신이 속한 연구팀이 개발하는 양성자 배터리가 이를 실행할 수 있는 상업적 대안이 될 수 있다고 말한다.
◇ 양성자 배터리의 특징과 기대 성능
전기 배터리, 연료전지 등 전기 에너지 저장에서 국제 학술 저널로 유명한 'Journal of Power Sources'에 보고된 자료(2022년 7월 9일)에 따르면 양성자 배터리는 탄소 전극에 2.2wt%의 수소를 저장할 수 있으며 이는 다른 전기화학적 수소 저장 시스템의 두 배 이상이라고 소개된 바 있다.
여기서 탄소 전극은 수소를 저장하는 용도로 사용되는 재료다. 탄소 전극에 수소를 저장하는 방법은 크게 두 가지가 있다. 첫 번째 방법은 수소 분자가 탄소 전극의 미세한 구멍에 침투하여 저장하는 것이고, 두 번째 방법은 수소 분자가 탄소 전극의 표면에 화학적으로 결합하여 저장하는 것이다.
이 연구에서는 탄소 전극의 미세한 구멍을 나노 크기로 변형해 수소의 저장 용량을 향상했다. 나노 구조의 탄소 전극은 수소 분자가 더 쉽게 침투하여 저장할 수 있는 점에 착안한 것이다.
wt%는 중량 백분율(weight percentage)로 2.2wt%는 탄소 전극의 무게 중 수소의 무게가 2.2%라는 말이다. 이는, 100g의 탄소 전극에 2.2g의 수소를 저장할 수 있다는 의미다.
다른 전기화학적 수소 저장 시스템의 경우 대개 1wt% 미만의 수소를 저장할 수 있다. 이 연구팀이 개발한 탄소 전극은 기존의 수소 저장 시스템보다 두 배 이상의 수소를 저장할 수 있는 성과를 만들어낸 것이다.
탄소 전극에 수소를 더 많이 저장할 수 있다는 것은 수소를 운송하거나 저장하는 데 필요한 공간을 줄일 수 있다는 의미로 이는 수소 경제의 발전에 중요한 역할을 할 수 있다.
RMIT 대학의 존 앤드류스 교수는 “우리 양성자 배터리는 기존의 수소 시스템보다 손실이 훨씬 적고 단위 질량당 에너지는 이미 시장에 나와 있는 리튬 이온 배터리와 비슷하며 매우 빠르게 충전할 수 있다”라고 설명했다.
양성자 배터리는 사용 재료가 상대적으로 저렴하고 풍부해 사용 후 환경에 미치는 영향이 적고 재활용이 가능하다. 또한, 거의 상온·상압에서 운전이 가능해 저렴한 비용으로 안전한 운전이 가능하다.
RMIT 대학과 엘도르의 공동 연구 프로젝트는 리튬 이온 배터리 대체 효과가 상당할 것으로 기대된다.
리튬 공급은 소수 국가에 집중되어 있고 리튬 배터리에 들어가는 코발트와 같은 다른 금속은 점점 더 부족해지고 비용이 많이 든다. 반면, 양성자 배터리에 사용되는 주요 자원인 탄소는 풍부하고 모든 국가에서 사용할 수 있다. 충전식 배터리에 필요한 자원에 비해 훨씬 저렴한 강점이 있다.
연구팀이 개발하고 있는 배터리는 기존 리튬 이온 배터리보다 저장 용량을 2배 이상 높이는 것이다. 이는 전기차의 주행거리를 크게 늘리거나, 백업 전원이나 에너지 저장 시스템의 용량을 늘릴 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 연구팀은 배터리의 안전성과 수명을 개선하기 위한 기술도 개발하고 있어 리튬 이온 배터리의 주요 단점인 발화 위험과 수명 단축 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다.
재생 에너지를 안정적으로 공급하기 위한 에너지 저장 시스템으로도 사용할 수 있어 사업의 진척과 성공 여부에 관심이 쏠리고 있다.
박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com
