바나듐 이온 배터리

바나듐 이온 배터리

시작	2021년
제조업체	스탠다드에너지

영어로 Vanadium Ion Battery (VIB)라고 하는 바나듐이온 배터리는 바나듐 전해액을 사용하는 새로운 이차전지로 한국의 배터리 전문업체 스탠다드에너지가 세계최초로 개발했다. VIB는 바나듐 전해액의 전기화학 반응을 통해 전기를 충전하고 방전한다. 바나듐 레독스 흐름전지(Vanadium Redox Flow Battery, VRFB)와는 전해액을 빼곤 완전히 다른 배터리다. 리튬 이온 전지(Lithium Ion Battery, LIB)랑은 당연히 소재부터 다르고, 구조, 성능, 특성 등 차이가 많다. 화재 위험성이 거의 없고 수명이 20년 정도이며, 에너지 효율도가 높다는 특징을 갖고 있다. 또 재활용율이 높아 환경 친화적이라는 평가를 받는다.

배터리 특성

배터리 성능

효율 96%

배터리에 전기를 충전하고 방전할 때 전기 손실이 적을수록 효율이 높은 배터리인데, VIB는 전기를 100 넣으면 96을 쓸 수 있다. 손실이 4%다. 위스키 만들 때 일년에 2%씩 날아가는걸 angel’s share라고 하는데, 거의 그 수준에 가깝다.

출력

리튬이온의 2배 가까이 되는 출력이라고 한다. 리튬이온이 2-3C가 최고 출력이라고 통상 알려져 있으니 바나듐이온 배터리는 4-6C 정도로 추정된다.

배터리 내구성

수명과 용량 안정성

VIB는 8천번 이상 완전 충전과 방전을 반복할 수 있으며, 이 정도의 수명의 리튬이온 기준으로 보면 약 4배에 달한다. 8천회 충방전을 끝낸 배터리 용량이 초기 대비 99% 라고 한다. 배터리의 노화가 거의 없다고나 할까, 마치 뱀파이어처럼 늙지 않는 배터리다. 리튬이온 전지는 충방전 반복하면 대략 수명이 500-1,000회 정도고 초기용량 대비 80%-90% 수준이 된다고 한다. 스마트폰 새로사고 1-2년 뒤에 배터리 health가 80-90%대로 떨어지는 것을 다들 경험해 봤을 것이다. 스마트폰은 대부분 리튬이온전지이다.

배터리의 안전성

열이 발생해도 안전

VIB는 충전 방전할 때 열이 거의 안 나서 따로 열을 식히지 않아도 된다. 리튬이온 배터리가 들어간 노트북이나 핸드폰을 충전하거나 사용할때, 기기가 뜨끈뜨끈해지는 현상이 바나듐이온 배터리에서는 발생하지 않는다. 그렇다고 바나듐 이온 배터리가 노트북이나 핸드폰에 쓰이지는 않을 것이다. 개발 목적이 ESS용 대용량 고정형 배터리이다. 대용량 배터리라서 크고 무거운데, 이걸 노트북이나 핸드폰에 넣으려고 모바일 기기를 지금보다 크게 만들지는 않을 것이기 때문에.

화재 및 폭발 위험

VIB는 전해액으로 물을 사용해서 불이 안 붙는다. H2O 그 물 맞다. 안전하다는 점이 배터리를 대량으로 연결해서 만드는 ESS(에너지 저장 장치)에 더욱 적합하다고 한다. 불이 안나니까 대도시 건물 내부에 설치해도 되고, 최근 언론 보도에 따르면 전기차 초고속 충전을 위해 충전소에 설치될 예정이라고 한다. 2차전지는 외부 충격으로부터 안전성 여부를 검증하기 위해 드릴 관통시험이라는 것을 하는데, 최근 외부인을 초청해 드릴로 배터리를 뚫어도 폭발하지 않는 안정성을 입증하고 이를 언론에 공개했다.

보다 자유로운 설치 방식

VIB는 발열이나 화재 위험이 없어서 배터리를 상하좌우 원하는 방향으로 연결할 수 있다. VIB를 ESS용 시스템 단위로 구성하는 경우에도, 리튬이온처럼 배터리 열을 식히기 위한 선풍기나 에어컨을 설치할 별도의 공간을 따로 만들 필요가 없다.

바나듐이온배터리 에너지 저장장치 랙 이미지

배터리 생산

버티컬 구조

스탠다드에너지는 한 언론사와의 인터뷰에서 배터리 생산에 있어 소재부터 완제품까지 모두 자체적으로 생산한다고 밝혔다. 이는 리튬이온배터리 생산 과정과 비교했을 때 상당한 차이점 이라고 할 수 있다. 리튬이온의 경우 음극과 양극제는 자체 생산을 하지 않는 경우가 대부분이다.

소재

바나듐 원자재

VIB 주 재료인 바나듐은 철강산업에서 사용되는 원재료인데, 바나듐 수급은 안정적이고, 바나듐 가격도 큰 변동이 없다.

패키징

VIB는 불이 안 나서 안전 패키징을 추가로 할 필요가 없다. 따라서 패키징 재료의 선택이 자유롭다. 보통 배터리는 패키징 재료로 금속이나 플라스틱을 쓰는데, 스탠다드에너지가 출시한 바나듐이온 배터리의 경우 재활용 종이를 패키징으로 쓴다. 언론에 공개된 제품 사진을 보면 크리넥스 휴지통 사이즈 정도의 크기이고 재활용지를 쓴 것으로 보인다.

바나듐이온 배터리 용도

• 전기차 충전소용
  • 서울 압구정 롯데하이마트에 (압구정점) 전기차 충전기 보조 전력원으로 활용해 무료로 충전서비스를 제공하고 있다. 누구나 자유롭게 신청해서 사전 예약을 통해 자신의 전기차를 충전할 수 있다. VIB는 새로운 기술이어서 ESS 관련 인허가 기준이 없는데, 이런 경우 산자부의 규제특례를 받아 신기술에 대한 실증을 할 수 있다. 2021년 11월에 이 특례 심사를 통과했다고 산자부가 발표했다.
  • LS계열의 E1이 전국 LPG충전소에 초급속 전기차 충전기를 설치하고, 스탠다드에너지의 바나듐 이온 배터리 기반 ESS와 연계하여 미래차 충전 인프라를 조성할 것이라고 발표했다. 2022년 5월 18일 양사가 업무협약(MOU)을 체결했다. 점차 전기택시 숫자가 급증하면서 전기 택시가 충전을 할 공간에 대한 수요가 늘어나고 있어, E1이 자체 보유 LPG 충전소에 스탠다드에너지의 VIB ESS를 연계한 전기차 급속 충전시설을 설치하겠다는 계획으로 보인다.
• 가정·상업용
• 산업용
• 선박용
  • 2022년 1월 한국조선해양은 바나듐이온 배터리 기반으로 차세대 선박용 ESS 솔루션을 개발하기로 했다. 바나듐이온 배터리 개발사인 스탠다드에너지와 선박용 고안전성 ESS 개발 및 상용화, 소형 선박 해상 실증, 선급 인증 및 규정 완화, 전기추진선, 전력운송선 등 차세대 선박 개발에 상호 협력한다는 것이다. 롯데케미칼의 사내벤처인 라이콘(LICORN: LOTTE CHEMICAL INVENTIVE UNICORN)은 '가능성호'라는 보트를 제작하였는데, 이 보트 안에 스탠다드에너지가 제작한 ESS가 실제 탑재됐다. 이 보트는 서울 잠실 롯데타워 앞 아레나 광장에 전시된 바 있다.
• 통신 기지국용
• 전력망 연계
• 군사용