차세대 에너지 소재, 바나듐

 

 원자번호 23번 바나듐 이라는 광물은 아름다운 색깔을 가지고 있을 뿐만 아니라, 여러 유용성 덕택에 다양한 산업 분야에서 활용되어 왔습니다.

 

 첫째, 강철합금을 제조하는데 주로 사용됩니다. 강철에 바나듐 을 소량 첨가하면 바나듐이 질소와 만나거나 탄소와 만났을 때 화합물을 형성하여 강철이 매우 단단해지고 고온에서도 견딜 수 있게 되는 방식입니다. 따라서, 주로 기계 부품에 사용되고 있습니다. 이러한 바나듐 혼합 합금은 제트 엔진, 항공기 등에 사용됩니다.

 

 둘째, 폭발 위험 또한 적어서 최근에는 2차전지와 차세대 에너지저장시스템(ESS)의 소재로 인기가 높습니다.

또한, 바나듐은 방사성 동위원소를 생성하기 때문에 핵융합에 이용이 되며 산화제, 오산화바나듐은 촉매 로서도 작용합니다.

 

 

 바나듐의 효용성은 특히 2차전지인 리튬이온전지의 대체제 라는 점에 있습니다.

 

 리튬이온전지는 재충전이 가능한 2차전지인데, 리튬이온전지보다 높은 안정성과 긴 수명으로 인해 이의 대체제로 각광받고 있는 것이 바나듐 입니다.

 

 

바나듐 을 활용한 배터리는 어떤 장점으로 인해 안정적일까요?

 에너지저장장치는 간단히 영어로 ESS 라고 부릅니다. 에너지저장장치는 보통 리튬이온전지가 많이 쓰입니다. 리튬이온전지는 용량이 크고 에너지 효율이 우수하며 필요 부피가 작습니다.

 

 하지만, 리튬이온전지 내부에 있는 분리막이 제대로 역할을 하지 못하면 화재 폭발사고가 발생하기도 합니다. 실제로 이로인해 우리나라에서 화재사고가 발생한 사례가 있습니다. 따라서, 이러한 화재 위험이 없는 ESS 에 대한 개발이 필요했습니다. 그것이 바로 바나듐 플로 배터리 (이하 VRFB) 입니다.

 

 

자세히 알아볼까요?

 

 리튬이온전지 내부에는 분리막이 있습니다. 이 분리막은 리튬이 양극 물질과 '직접' 닿는 것을 막기위해 설계되어 있는데요. 단점은 급속충전시 리튬이 날카로운 형태로 쌓이게 되는데 이것이 분리막을 찢어 양극의 활성화된 물질과 '만나면' 화재 및 폭발의 위험이 있다는 점입니다.

 

 바나듐 레독스 플로 배터리(VRFB)는 전해질 용액에 포함된 활성 물질을 산화환원반응으로 반응시켜 전기에너지를 생성합니다. VRFB는 이 전해질 용액 속의 활성 물질로 바나듐 이온을 쓰는 것입니다.

 

 VRFB 는 분리된 두개의 탱크에 양/음극 전해질을 넣습니다. 완전히 분리된 탱크에 전해질이 존재하게 되므로, 리튬이온전지에서의 분리막 문제와는 다르게 화재 위험을 줄일 수 있는 것이죠. 소형화가 어렵다는 단점이 있지만 안전성 측면에서 부각되어 차세대 ESS 배터리로 부상하고 있습니다.

 

▲ 바나듐

 

 우리나라에서는 에너지 분야에서 바나듐 을 대량 소비하는데요. 이는 최대 바나듐 보유국인 중국부터 러시아, 남아프리카공화국, 호주 에서 수입해 온 것이었습니다.

 

 이런 상황에서 2017년에 대전시, 충북 보은군, 충북 괴산군 일대에 바나듐이 상당량 매장 되어 있다는 것이 발표되었습니다. 이에 따라 원재료 가격 안정화에 큰 도움이 될 전망이었죠. 당시 바나듐 채굴 경제성이 확보되고 채광 기술력이 확보되는 것이 관건이었습니다.

 

 

 코리아 바나듐은 대전 등에서 본격적으로 광산 개발을 추진하고 있습니다. 또한, 기업에서 올해 초 바나듐 광산 개발 소식이 전해졌습니다. 바나듐 관련 주 로는 EG, 유니온, 디에스티 가 있습니다.

 

 

국내 다량 매장된 바나듐이 국내에서 경제성, 환경문제를 모두 고려하여 신재생에너지로의 역할을 잘 해냈으면 합니다.