호주 시드니 대학, 새 ‘실온 나트륨-황 ’배터리 개발

호주의 시드니 대학 연구팀은 기존 배터리 용량의 4배이며 수명이 길고 가격도 저렴한 실온 나트륨-황 배터리(Room-temperature sodium-sulfur, RT Na-S)를 개발했다.

새 유형의 저비용 배터리는 재생 가능 에너지 저장 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있으며 태양이 빛나지 않고 바람이 불지 않을 때를 대비해 태양열과 풍력 에너지를 저장하는 더 나은 방법을 제공한다.


전 세계 CO₂ 배출량의 무려 30%가 석탄 화력 발전소에서 발생하며 전기 그리드의 탈탄소화는 기후 변화에 대처하는 데 필수적인 부분이다.

여분의 에너지를 배터리에 저장하여 깨끗한 전기 그리드로의 전환을 가속화할 수 있지만 리튬 이온 배터리는 비용이 많이 든다.
태양열과 풍력은 지난 수십 년 동안 극적으로 저렴해졌다. 그러나 이러한 소스는 여전히 환경 조건에 따라 달라진다. 일반적으로 바람이 없으면 터빈이 회전할 수 없으며 태양이 빛나지 않으면 태양 전지판이 에너지를 수확할 수 없다.

이로 인해 이러한 소스는 수요에 따라 전송될 수 있는 화석 연료보다 일관성이 떨어진다. 그것은 이러한 자원을 수요에 따라 파견할 수 있는 화석 연료보다 덜 일관되게 만들고, 따라서 태양열과 풍력이 계속 성장하는 동안에도 전력회사들은 틈을 메우고 전력망을 안정적으로 유지하기 위해 가스에 계속 의존하고 있다.


여분의 에너지를 배터리에 저장한 다음 태양과 바람이 수요에 맞지 않을 때 배치함으로써 재생 가능 에너지로의 전환을 가속화 할 수 있다. 많은 새로운 재생 가능 에너지 발전소가 대규모 리튬 이온 배터리 뱅크와 짝을 이루고 있지만 리튬은 비싸고 채굴은 다른 방식으로 환경에 좋지 않다.

시드니 대학의 에너지 저장 연구원인 자오 신롱(Zhao Shenlong)은 "나트륨과 같은 풍부한 자원을 사용해 제조된 저장 솔루션은 더 큰 에너지 보안을 보장할 수 있는 잠재력을 가지고 있다"고 평가했다.

실온 나트륨-황 배터리는 재생 가능 에너지 저장을 위한 유망한 대안이다. 그들은 전기 에너지를 저장하고 배치하기 위해 황 음극과 나트륨 양극 사이의 화학 반응에 의존하며 염수에서 쉽게 추출할 수 있는 저렴한 재료를 사용한다.

자오 신롱은 "나트륨과 같은 풍부한 자원을 사용하여 제조된 저장 솔루션은 보다 광범위하게 더 큰 에너지 보안을 보장하고 더 많은 국가가 탈탄소화로의 전환에 참여할 수 있는 잠재력을 가지고 있다"고 호평했다.


기존의 RT Na-S 배터리는 저장 용량이 제한적이고 수명이 짧아 상용화에 걸림돌이 되었지만 자오 연구팀이 개발한 새로운 종류의 RT Na-S 배터리가 등장했다.

그들의 논문에 따르면 이 장치는 리튬 이온 배터리의 저장 용량의 4배이며 매우 긴 수명을 가지고 있다. 1000사이클 후에도 여전히 용량의 약 절반을 유지하며 연구원들은 "전례 없는" 것이라고 주장한다.

자오 신롱은 "이것은 재생 가능 에너지 개발을 위한 중요한 돌파구"라고 주장한다.

이러한 도약은 황의 반응성과 황과 나트륨 사이의 반응을 개선하기 위해 탄소 기반 전극의 통합과 "열분해"라는 공정의 사용 덕분에 가능했다.

자오는 “장기적으로는 비용이 절감되지만 진입에 여러 재정적인 장벽이 있는 재생 에너지 개발을 위한 중요한 돌파구”라며 높이 평가했다.

◇다음 과제(조치)는 기술확장과 상용화 여부

지금까지 시드니 연구원들은 RT Na-S 배터리의 실험실 규모 버전만 만들고 테스트했다. 그들은 이제 기술을 확장하고 상용화하는 데 집중할 계획이며, 이는 몇 년이 걸릴 것으로 예상된다.

그러나 오늘날 재생 에너지 저장에 사용할 수 있는 리튬 이온 배터리에 대한 다른 많은 대안이 있다. 장수(長壽) 흐름 배터리(flow batteries), 대용량 물 배터리, 전기를 벽돌·모래·기타 고체 물질에 열로 저장하는 배터리 등을 포함한다.

우리가 재생 에너지 사용을 빨리 확대하고 이런 배터리와 시드니 대학의 창설과 같은 혁신적인 신규 업체를 더 많이 배치할수록 기후 변화의 최악의 영향을 피할 가능성이 높아진다.


김세업 글로벌이코노믹 기자