본문 바로가기
News/ESS-스마트그리드-전력망

바다가 주는 무한한 에너지 '해수전지'

by R.E.F. 17기 백도학 2020. 3. 23.

바다가 주는 무한한 에너지 '해수전지'

대학생신재생에너지기자단 17기 백도학 단원

 

해수전지란 무엇인가?

 국내에서 배터리의 중요성이 계속해서 커지며 에너지 저장 시스템 시장의 규모가 약 4조 원에 가까이 가고 있다. 흔히 ‘건전지’라고 불리는 1차 전지는 수명이 다하면 사용하지 못한다는 단점이 존재했다. 그리고 이러한 단점 극복을 위해 2차 전지, 리튬이온배터리가 등장한다. 이는 방전과 충전을 반복할 수 있어 긴 수명을 가지고 있으며 지구 상에 존재하는 금속 중에서 가장 가벼운 물질로 구성되어 있다. 하지만 이 역시도 폭발과 화재의 위험성을 가지고 있어 이를 보완한 신개념 전지가 바로 ‘해수전지’이다.

[해수전지의 원리]

출처: UNIST

 해수전지는 海水(해수), 즉 바다의 물을 사용하는 전지이다. 바닷물에는 소금(NaCl)이 이온 형태로 녹아있는데, 이 중에서 나트륨 이온을 이용해서 전기에너지를 생산한다. 해수전지에 전기를 공급해 충전하게 되면, 양극에 넣은 해수에서 나트륨 이온만 음극으로 이동하게 된다. 이때 나트륨 이온이 쌓이게 되면 전압이 높아지고, 양극에 남은 염소 이온은 기체 형태로 대기로 날아가게 된다. 그리고 해수전지에 충전된 전기를 쓸 때, 즉 방전 시에는 음극에 있던 나트륨 이온이 다시 양극으로 이동하게 되어 물의 수산화기와 반응해 수산화나트륨(NaOH)이 된다.

 

해수전지의 장단점

[해수전지/리튬이온 배터리 장단점]

출처: NRIC

  우선 리튬이온배터리의 경우에는 가격적인 부담이 매우 크다. 하지만 이와 반대로 해수전지는 해수를 원료로 하기에 양에 한계가 존재하지 않는다. 그렇기에 생산 비용이 저렴해지게 된다. 그뿐만 아니라 해수전지는 열 제어가 자체적으로 가능하다. 즉 화재의 위험성이 매우 적으며, 냉각시스템이 불필요해진다는 의미이다. 또한 앞서 말했듯이 음극재, 양극으로 사용되는 나트륨 이온과 물을 전기로 만든 이후 염소 이온이 기체가 되어 날아가면서 담수화를 시킨다는 장점도 존재한다. 최근 UNIST에서는 항로표지용 등 부표를 개발했는데, 이는 기존에 사용하던 납축전지의 무거운 무게로 인한 침수의 위험이 크다는 점을 보완하여 해수전지를 이용한 것이다. 해수전지를 사용했을 경우에는 침수의 위험도 적을뿐더러, 부표의 무게중심을 잡는 데에도 용이하다. 그리고 배터리 교체 수요 또한 적기에 유지관리에도 큰 도움이 된다.

 

[등부표에 사용된 해수전지]

출처: UNIST

 하지만 해수전지 역시 단점이 존재하는데, 우선 나트륨 자체가 리튬보다 무겁고 에너지 밀도가 낮기 때문에 배터리로 만들게 되면 무거워진다. 그리고 해수전지는 다양한 이온 중에서 나트륨 이온을 선택적으로 통과시키고 양극, 음극을 분리해 주는 고체 전해질을 가지고 있다. 현재 세라믹 전해질이 보편 되어 있는데 이는 나트륨 이온의 이동성을 낮추면서 출력을 높이는데 한계점을 가지고 있다. 이러한 해수전지의 단점들에 대해 UNIST의 한 연구진은 고체 전해질은 해수전지의 핵심이며, 아직 연구할 부분이 많아 매우 흥미롭다. 고체 전해질의 두께가 얇아지면 저항이 줄어들어 해수전지 성능을 올릴 수 있어 얇고 강하게 만드는 연구를 진행하고 있다.”라고 밝혔다.

 

해수전지의 미래

  미세먼지가 증가하고, 지구온난화가 심각해짐에 따라 환경오염으로 인해 세계적 규제가 점차 엄격해지며 환경오염을 유발하지 않는 청정에너지의 개발이 계속해서 이루어지고 있다. 하지만 대표적인 신재생 에너지들은 환경에 영향을 많이 받아 전기 생산량의 편차가 심해 안정적인 전기에너지 공급이 힘들다. 그렇기에 ESS의 필요성이 점차 증가해왔고, 현재와 미래에는 해수전지가 대한민국 ESS의 역사에 획을 그을 것이라고 생각한다.

[해수전지]

출처: UNIST

  2018년에는 해수전지의 상용화가 부분적으로 이루어졌다. 4인 가족의 하루 평균 사용 전력량과 맞먹는 10 kWh 급 해수전지 에너지 저장 시스템 설비를 진행한 것이다. 이렇듯 해수전지의 시대는 점차 우리에게 다가오고 있다. 국가는 해수전지에 대한 끊임없는 연구를 통해 단점을 보완하여 매우 효율적인 ESS를 만들 수 있어야 할 것이며, 우리는 변화하는 ESS 시장에 맞추어 여러 분야에 관심을 가져야 할 자세가 필요하다고 생각한다.


참고문헌

[1] 구미현, 뉴시스, [종합] "바닷물로 배터리 만든다"…'해수전지' 개발 본격화, 2017. 06. 13, http://mobile.newsis.com/view.html?ar_id=NISX20170131_0014674463#imadnews

[2] 권준범, 에너지 신문, 리튬 단점 극복한 '해수전지 ESS' 상용화 결실, 2018. 12. 17,  http://www.energy-news.co.kr/news/articleView.html?idxno=60904

[3] 최홍식, 인더스트리뉴스, "UNIST 개발 해수전지, 바다를 밝히는 에너지가 되다", 2017. 06. 13, https://www.industrynews.co.kr/news/articleView.html?idxno=24038

[4] 한국에너지공단 블로그, [신재생 에너지] 소금이 배터리가 된다? 해수 전지 배터리, 2019. 03. 14,  http://blog.energy.or.kr/?p=18074

[5] UNIST 대외협력팀, 무한한 新재생에너지 바닷물로 만든다, 2017. 06. 13,  https://news.unist.ac.kr/kor/unist-magazine-2017-brilliant-thinking/

[6] UNIST 대외협력팀, 바다에서 에너지 4.0의 해답을 찾다, 2019. 01. 17,   https://news.unist.ac.kr/kor/unist-magazine-2018-winter-campus-life/

 

댓글18

  • 나시콘(고체전해질)이 국내 대량 생산 가능해졌다는 등 내용을 추가해도 좋을 것 같아요! [3:30~]https://youtu.be/tqCYt4f8fIg
    답글

  • 좋은 기사 잘 읽었습니다! 그러면 해수전지는 부표에 묶어놓고 계속 에너지를 생산하는 방식으로 발전되고 있는 건가요?? 발전량도 궁금하네요!! 🤔
    답글

    • 해수전지 주변에 물에 뜰 수 있도록 하는 것들을 설치해서 놔두는 것이 보편적이구, 등부표 같은 경우는 해수전지를 이용해서 전기도 생산하고 등부표의 중심을 잡아주는데에도 이용되는 예시였습니당 ! 발전량은 2018년 기준으로 10kwh인 것으로 알고있습니당 !

  • 새로운 정보 감사합니다! 이런 기술이 있었다는게 신기하네요! 혹시 해수전지와 리튬이온배터리를 비교했을때, 같은 크기에서 충전용량은 어느 정도차이나는지는 알 수 있을까요?
    답글

    • 리튬이온배터리의 크기는 다양한 것으로 알고 있습니다..! 현재에는 배터리나 건전지 등에 들어가지만, 아직 해수전지의 경우 크기가 작은 것보다는 큰 것이 보편적이고, 아직 개발중이기에 둘을 같은 크기에서 비교하는 자료를 찾기가 힘든 것 같습니다 ㅠㅠ ! 나중에라도 새로운 정보들이 올라온다면 빠른 피드백 드리겠습니다 감사합니당 !

    • 넵 감사합니다!

  • 해수전지에 대한 기사 잘 읽었습니다. 해수전지는 나트륨을 이용하는데 나트륨을 이용하는 이차전지 방식 중 하나인 나트륨-황 배터리와 비교 하였을 때에는 어떠한 장점과 단점이 있나요? 또한 리튬이온배터리 말고도 플로우전지나 슈퍼커패시터 등 기타 2차 전지와의 비교 자료가 있으면 더욱 좋을 것 같습니다!!! 감사합니다.
    답글

    • NaS 전지도 많은 연구가 현재 이루어지고 있다고 알고있습니다 ! 효율이 좋다는 장점도 있지만 이 전지는 나트륨과 황이 액체 상태일때 전자교환이 가능해서 300도씨 이상일 때 이루어진다고 해요 ! 그래서 화재의 위험이 크다고 합니다 ! 그래서 이런 면에 있어서는 해수전지가 화재의 위험 등에서 벗어날 수 있게 해주는데에 도움이 될 것이라 생각이 듭니다 ! 피드백 감사합니당 !

  • 기사 잘 읽었습니다ㅎㅎ
    혹시 해수전지 단점 중에 위치로 인한 불편함은 없나요?
    아무래도 바다 깊은곳에만 설치되어야 하니까
    ESS 적용을 고려했을 때, 육지 어느곳에나 설치할 수 있는 배터리 보다는 단점이 있으려나 궁금하네요ㅎㅎ
    답글

    • 위치로 인한 불편함도 있을 것 같네요 .. ! 하지만 위치로 인한 불편함보다 해수라는 무한한 자원과 다른 전지들의 단점을 보완할 수 있는 점에서 유의미하다고 생각했습니당 ! 피드백 감사합니다 ~!~!

  • 폭발 위험이 없는 ess 라니! 거기에 우리나라 연구원분들이 많이 참여하구 있다니! 좋아요 좋습니다~~!
    답글

  • 얼마전에 ESS의 폭발 및 화재 사건이 있었는데, 해수전지가 상용화된다면 비용문제와 화재우려를 해결할 수 있을 것 같네요! 맨 마지막 문단에 2018년에 부분적으로 상용화되었다고 하셨는데, 최근에는 어느정도까지 상용화가 이뤄졌는지 알 수 있을까요?
    답글

    • 해수전지로 등대를 키거나, 원전 비상전력 등에 이용된다고 알고 있어요 ! 지금도 개발중에 있으니까 머지않아서 일상생활에도 얼른 적용되었으면 좋겠네여 ㅠㅠ

  • 좋은 기사 감사합니다! 해수전지가 차세대 ESS로써 앞으로 어떻게 발전되고 활용될지 기대가 되네요. 국내뿐만아니라 해수전지의 해외 동향도 궁금합니다!
    답글

    • 해수전지가 대한민국에서 최초로 시작된 ESS라서 이제 수출형 연구를 진행한지 2년 정도밖에 되지 않아 자료를 찾기가 힘들더라구요 ㅠㅠ ! 새로운 소식이 생긴다면 바로 빠른 피드백 드리겠습니당 ! 피드백 감사합니다~!~!