차세대 대용량 에너지 저장 솔루션, 흐름전지(Flow Battery)의 부상: 안전성과 확장성으로 ESS 시장 혁신 주도
- 전기박사신문
- 2025-07-03 11:48:39
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지구 온난화와 에너지 위기 속에서 신재생에너지의 중요성이 점차 커지고 있습니다. 태양광, 풍력과 같은 신재생에너지는 간헐적인 발전 특성 때문에 안정적인 전력 공급을 위해서는 대규모 에너지 저장 시스템(ESS)이 필수적입니다. 이러한 배경 속에서 기존 리튬이온 배터리의 한계를 보완하며 차세대 ESS 솔루션으로 '흐름전지(Flow Battery)'가 주목받고 있습니다.
[그림설명] 레독스 흐름전지의 원리 , 자료출처 : 산업일보
흐름전지, ESS 시장의 새로운 대안으로 떠오르다
흐름전지는 액체 전해액을 외부 탱크에 저장하고, 이 전해액을 펌프를 통해 전극이 있는 반응조로 순환시키면서 전력을 생산하거나 저장하는 방식의 배터리입니다. 주로 산화환원 반응을 이용하기 때문에 '레독스 흐름전지(Redox Flow Battery)'라고도 불립니다.
최근 흐름전지가 각광받는 가장 큰 이유는 바로 안전성입니다. 기존 리튬이온 배터리 ESS에서 발생했던 화재 사고는 대용량 에너지 저장 장치의 안전성 확보가 얼마나 중요한지 보여주었습니다. 흐름전지는 전해액이 전극과 분리된 외부 탱크에 저장되므로 화재나 폭발 위험이 현저히 낮아, '화재 걱정 없는 ESS'로 불리며 시장의 신뢰를 얻고 있습니다.
특히 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)는 상용화 단계에 가장 근접한 기술로 평가받고 있으며, 국내 기업 에이치투는 미국 캘리포니아에서 20MWh 규모의 VRFB 프로젝트를 진행하며 미국 최대 규모의 플로우배터리 방식 중앙급전 발전기가 될 것으로 기대되고 있습니다. 이는 신재생에너지 보급 확대에 따른 전력망 안정화에 크게 기여할 것으로 보입니다.
☐ 흐름전지의 주요 장점과 단점
흐름전지는 대용량 ESS 시장에서 독보적인 위치를 차지할 수 있는 여러 장점을 가지고 있습니다.
☐ 주요 장점
높은 안전성: 전해액 분리 구조로 인해 화재 및 폭발 위험이 매우 낮습니다.
긴 수명: 충방전 사이클 수명이 매우 길어, 수천 회의 충방전에도 용량 저하가 거의 없습니다.
뛰어난 확장성: 에너지 저장 용량(전해액 탱크 크기)과 출력(셀 스택 크기)을 독립적으로 조절할 수 있어, 필요에 따라 유연하게 시스템을 확장할 수 있습니다.
경제성: 비교적 저렴한 소재를 사용하며, 복잡한 냉각 시스템이 필요 없어 제조 및 운영 비용이 합리적입니다.
고효율: 일부 흐름전지는 96%에 달하는 높은 에너지 효율을 자랑합니다.
하지만 모든 기술이 그렇듯, 흐름전지에도 보완해야 할 단점들이 존재합니다.
☐ 주요 단점
낮은 에너지 밀도: 리튬이온 배터리에 비해 에너지 밀도가 낮아, 동일한 용량을 저장하기 위해 더 넓은 설치 공간이 필요합니다.
상대적으로 느린 충방전 속도: 다른 이차전지에 비해 충전 및 방전 속도가 느린 편입니다.
유지 관리의 필요성: 배터리 수명 유지를 위해 주기적인 완전 방전과 같은 특정 유지 관리가 필요할 수 있습니다.
미래 에너지 시장의 핵심으로 성장할 흐름전지
흐름전지는 낮은 에너지 밀도와 상대적으로 느린 충방전 속도라는 단점에도 불구하고, 뛰어난 안전성, 긴 수명, 높은 확장성이라는 강점을 바탕으로 대용량 장주기 ESS 시장에서 강력한 경쟁력을 확보하고 있습니다. 신재생에너지 발전 비중이 확대되고 전력망 안정화의 중요성이 커질수록 흐름전지의 역할은 더욱 중요해질 것입니다.
현재 국내외 연구기관 및 기업들은 흐름전지의 단점을 보완하고 효율을 극대화하기 위한 연구 개발에 박차를 가하고 있습니다. 이러한 노력들이 결실을 맺는다면, 흐름전지는 미래 에너지 시스템의 핵심 축으로서 지속 가능한 에너지 시대를 여는 데 크게 기여할 것으로 기대됩니다.
전기박사신문 편집국
2025. 07. 03
