KAIST, 바나듐 전해질 생산시간 67% 단축 성공

한국과학기술원(KAIST) 김희탁 생명화학공학과 교수 연구팀이 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)의 핵심 소재인 전해질을 최적 산화 상태(V3.5+)로 빠르고 안정적으로 생산할 수 있는 신공정을 개발했다고 5일 밝혔다. 기존 공정 대비 생산 시간이 67% 단축됐다.

바나듐 레독스 흐름전지는 배터리의 '연료' 역할을 하는 전해질을 외부 탱크에 보관하다가 필요할 때 셀 내부로 흘려보내 전기를 생산하는 방식이다. 화재 위험이 거의 없고, 탱크 크기만 키우면 저장 용량을 자유롭게 늘릴 수 있어 AI 데이터센터 보조 전원과 태양광·풍력 연계 대형 에너지저장장치(ESS)로 주목받고 있다.

기존 VRFB 전해질 제조 공정의 가장 큰 걸림돌은 바나듐을 V3.5+ 상태로 안정적으로 제어하는 데 시간이 오래 걸린다는 점이었다. 김 교수팀은 전기화학적 방법을 최적화해 이 과정을 획기적으로 단축하는 데 성공했으며, 이는 대규모 상용화 원가 경쟁력 확보에 직결되는 성과다.

바나듐은 강철 강도를 높이는 합금 첨가제로 오랫동안 사용돼왔으나, VRFB 수요 증가로 희귀금속으로서의 전략적 가치가 재조명되고 있다. 세계 바나듐 생산량의 약 60%는 중국과 러시아가 담당하며, 안정적 조달 확보가 글로벌 ESS 산업의 과제로 떠오르고 있다.

AI 데이터센터는 막대한 전력을 안정적으로 공급받아야 하는 특성상 단기 정전이나 전력 변동에 취약하다. VRFB는 리튬이온 배터리 대비 수명이 길고(약 20년), 전해질 재사용이 가능하며, 대규모 용량 확장이 용이해 데이터센터 비상 전원 및 피크 전력 관리 솔루션으로 적합하다는 평가를 받는다.

업계 전문가는 'KAIST의 이번 성과는 VRFB 상용화의 가장 큰 걸림돌이었던 원가 문제를 공정 혁신으로 돌파한 사례'라며 '전해질 생산 속도가 빨라지면 설비 투자 규모도 줄어들어 경제성이 크게 개선된다'고 평가했다.

국내 산업계에서는 포스코홀딩스, LS일렉트릭 등이 ESS용 대형 배터리 분야에 관심을 갖고 있으며, VRFB 전해질 소재인 바나듐 확보를 위한 공급망 전략도 검토되고 있다. 국내 바나듐 자급률은 사실상 0%에 가까워 핵심광물 수급 안정화 대책 마련이 시급하다.

글로벌 시장에서는 중국 기업들이 VRFB 분야에 대규모 투자를 진행 중이며, 미국과 유럽도 재생에너지 연계 대형 ESS 프로젝트에 VRFB 도입을 확대하고 있다. 글로벌 VRFB 시장 규모는 2025년 기준 약 5억 달러에서 2030년까지 40억 달러 이상으로 성장할 것으로 전망된다.

IEA는 최근 핵심광물 공급망에 대한 '3중 위기' 경보를 발령하며 바나듐을 포함한 에너지 전환용 희귀금속의 안정적 조달이 각국의 시급한 정책 과제임을 강조한 바 있다. 이번 KAIST 성과는 국내 핵심광물 국산화 및 기술 자립 노력과도 맥을 같이한다.

향후 연구팀은 이번 공정 기술의 파일럿 규모 실증을 거쳐 산업화 단계로의 전환을 추진할 계획이다. 상용화 시점은 이르면 2028~2029년으로 예상되며, 성공적으로 양산 체계가 구축될 경우 국내 ESS 소재 산업의 새로운 성장축으로 자리잡을 수 있다.

투자 관점에서는 VRFB 관련 소재·부품 기업과 바나듐 원료 조달 공급망에 대한 관심이 높아질 것으로 보인다. 핵심광물 공급망 투자를 확대하고 있는 국민성장펀드 등 정책금융 자금이 VRFB 관련 기업으로 유입될 가능성도 있어 주목된다.