[신기술 소개] Harvard 대학 연구팀, 퀴논의 흐름을 이용한 에너지 저장장치(flow battery) 개발

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Figure 2. 미세원통형 고체산화물 연료전지 모듈과 휴대용 연료전지 시스템.

휴대용 탄화수소계 연료를 사용하여 직접 전기를 생산할 수 있다. 본 시작품은 DC 5∼36 V의 작동전압을 갖는 미세원통형 고체산화물 연료전지로, 보급형 LPG 카트리지를 사용하여 2분 내에 DC 5 volt USB장치 를 구동시킬 수 있었다. LPG 버너(burner)가 연료전지 작동 시에 사용될 뿐, 별도의 전원이 필요하지 않다.

본 시스템의 빠른 구동과 간편한 휴대성으로 인해 외부에서 재난 등으로 인한 긴급상황시 전원으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

출처: 1. 2013.03.21.AIST(http://www.aist.go.jp/aist_e/latest_research/2013/20130321/20130321.html) 2. 2014.01.06.AIST(http://www.aist.go.jp/aist_e/aist_today/2013_50/pdf/2013_50_p15.pdf) 작성: 박 세 규(광운대학교 화학공학과)

Harvard 대학 연구팀, 퀴논의 흐름을 이용한 에너지 저장장치(flow battery) 개발

미국의 Harvard 대학 연구팀은 2014년 1월 발간된 Nature 최신호에 비금속성 유기퀴논(quinone) 계열 의 물질을 이용한 유체유동형 에너지 저장장치를 개발하여 보고하였다. 전력량과 전지용량이 고정된 고체 형 전지에 비해, 흐름 전지(Flow battery)라 불리는 유체유동형 에너지 저장장치의 장점은 전극의 크기 및 전해질량을 통해 쉽게 저장장치의 전력(power) 및 에너지 용량을 늘릴 수 있어 대용량 에너지 저장장치로 이용이 가능하다는 점이다. 하지만, 현재까지의 흐름전지에는 중고가의 산화-환원성 금속성 이온을 에너 지 저장체로 이용해야 단점이 있었다. 본 연구에서는 값싸게 얻을 수 있는 유기퀴논 계열 물질인 9,10- anthraquinone-2,7-disulphonic acid (AQDS)를 이용하여, 퀴논-Br 흐름전지(QBFB)를 개발하였다.

AQDS는 대단히 빠르고 가역적인 전자교환 성능을 보여주었는데, 소개된 QBFB는 1.3 A/cm에서 0.6

W/cm

이상의 전력밀도와 충방전 사이클당 99% 이상의 저장효율을 나타내었다. 본 연구에서 소개된 산

화/환원 활성물질의 비금속 유기소재화는 향후 대단위 에너지 저장장치의 비용 절감효과가 클 것으로 기대

된다.

KIC News, Volume 17, No. 1, 2014

KIC News, Volume 17, No. 1, 2014

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Figure. 산화/환원 반응을 이용한 유체유동형 에너지 저장장치(Flow battery) 개념도.

출처: Nature 505, 195-198 (09 January 2014) doi:10.1038/nature12909 작성: 심 봉 섭(인하대학교 화학공학과)

미국 실리콘밸리 벤처기업, 천연가스로부터 원유 대비 반값 휘발유 직접변환 촉매개발 중

미국 캘리포니아 실리콘밸리에 있는 벤처기업 Siluria사는 미국 내 저렴한 천연가스를 사용해서 원유에 서 생산되는 휘발유 대비 가격이 반값인 휘발유를 생산하는 촉매를 개발하고 있다. 이 회사는 벤처캐피털 6,350만불을 투자받았다.

지난 수십 년간 세계 최고 화학자들과 석유 가스회사들이 찾고자 노력했지만 모두 실패한 데 대한 새로 운 시도를 하고 있다. 천연가스로부터 유용한 화학원료와 연료를 비싸지 않으면서 직접 변환하는 방법을 찾는 시도이다.

현재 미국의 천연가스 가격은 원유 배럴당 100불일 때 에너지환산으로는 20불에 해당하는 저렴한 가격 이다. 지금까지 천연가스에서 휘발유와 같은 액상연료를 제조하는 데 매우 비용이 많이 들었다. 쉘사는 천 연가스 가격이 거의 0인 카타르에 190억불을 들여 GTL (Gas-To-Liquid) 공장을 건설 운영 중이다. 남 아공 사솔사는 미국 루이지아나주에 110-140억불을 투자해서 GTL 공장 건설을 고려하고 있다. 이들 GTL 공장에서 생산되는 전체 액상연료량을 다 합쳐도 하루 40만 배럴로서 전 세계 생산되는 하루 9,000 만 배럴에 비하면 0.5% 정도에 불과하다.

GTL 공정이 비싼 이유는 과정이 복잡하고 에너지 소모가 많기 때문이다. 일반적인 방법은 천연가스를 고온에서 분해해서 합성가스(CO와 수소)를 만들고 촉매반응을 거쳐 탄화수소 화합물을 제조하고는 최종 제품으로 분리 정제하는 단계를 거친다. 여기서 합성가스로 변환 단계를 거치지 않고 메탄에서 직접 화합 물을 만드는 데 여러 화학자들이 노력한 바 있지만 성공하지 못했고 세계 유수의 석유회사들도 1980년대 에 이 아이디어를 포기한 바 있다.

Siluria사는 촉매개발에 다른 방법론을 제시하고 있다. 지금까지 촉매를 찾는 방법은 촉매가 어떻게 작동

하는지 정밀 분석하고 어떤 성분 조합이 촉매 성능을 향상시킬지 계산 반영하는 방식이었다. Siluria사는