V 의 전압은 다음의 화학반응에서부터 얻을 수 있음

바) OSRAM

2.0 V 의 전압은 다음의 화학반응에서부터 얻을 수 있음

(1) 2Na + 4S →Na2S4 , Ecell = ~2.0 V

◦ 이 전지는 150~240 Wh/kg 근처의 에너지밀도를 가지고 70~80%의 효율을 유지하면서

2500회를 충 방전 할 수 있음. Na-S전지의 중요한 문제점은 작동하는 온도가 200°C를 넘도록 고온이라는 것임.

◦ 이 전지를 사용하기 위해서는 온도를 유지하기 위한 열원이 필요함. 이것은 Na-S전지 의 효율을 굉장히 저하시키는 요인이 됨. 더욱이, 이러한 높은 작동온도를 유지하는 것은 Na-S전지를 이루고 있는 물질들의 수명을 저하시킴. 이것을 막기 위해 셀의 비용 이 비싸지고 열을 조절하기 위한 구조 때문에 복잡한 셀이 됨. 이 모든 것은 높은 작 동 온도의 필요성으로 인해 대용량과 운송에 대한 시장에서 굉장한 단점으로 작용함.

❙그림 2-17❙ Sodium-Sulfur Battery System

□ Redox Flow Battery

◦ 그림 2.7은 redox flow battery의 기본적인 구조를 나타냄. 정치형 에너지 저장기기에 이용되는 다른 종류의 충전형 배터리는 redox flow battery(RFB)임. 이 배터리에서는 전해질이 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시켜주는 power cell을 통과하여 흐르는 전기 활성 물질들을 하나 혹은 그 이상으로 함유하고 있다. redox flow battery의 종 류는 전기 활성 물질들 혹은 용매에 의해 분류되어 질 수 있음.

◦ 그림 2.8은 redox flow battery 중 가장 잘 알려지며 널리 사용되는 vanadium redox flow battery(VRB)의 기본적인 구조를 보여줌. 이 배터리는 vanadium redox couple

^{ }^

와

^{ }^{ }

각각을 anode과 cathode 활성 물질로 이용함. 이 셀의 전압 은 1.4V-1.6V이며 효율성은 75%까지 나타남. 시제품의 전력이 3 MW 범위까지 나 타남.

◦ RFB의 주요 이점은 전력과 에너지를 분리할 수 있다는 특성임. 전력은 함께 쌓여있는 셀의 수에 의하여 통제될 수 있음. 에너지 용량은 얼마나 많은 전해질 탱크들이 전원 장치의 입/출력 부분에 연결되어 있는지에 의해 결정됨. 그림 2.9는 이러한 redox flow battery의 장점들을 이용하여 실제 생활에서 이용되고 있는 사례를

보여주는 그림임. 에너지 밀도가 정치형 과 grid application에서 반드시 중요한 것은

아니지만, RFB 에너지는 전해질에 있는 전기 활성 물질들의 용해성에 한계가 있음.

❙그림 2-18❙ Redox flow battery(VRB) System

□ Na 재충전 배터리의 문제점

◦ 작동온도의 문제점: 현재 사용되는 Na 재충전 배터리의 주요 문제점은 작동 온도가 너무 300℃로 너무 높음. 그러므로 배터리에 저장된 에너지를 이용하기 위해서 열원 이 필요함.

◦ 이것은 배터리를 작동시키기 위해선 추가적인 에너지가 소모된다는 것을 의미함. 더욱 이, 고온의 필요성 으로 인하여 배터리 재료의 내구성 향상과 비용과 효율이 높은 셀과 재료의 사용 그리고 열관리가 어려움.

◦ 게다가, S의 용융은 부식성이 매우 높으며 셀이 작동할 때 고체 전극을 분해함. 그리 고 이로 인하여 대략 2년에서 5년으로 배터리의 수명이 짧아짐.

◦ 작동 시 고온이 필요하다는 것은 정치형과 휴대용 기기 시장 모두에 있어 상당한 약점

으로 작용함. 하지만, 이러한 전지 가격은 여전히 비싼 편임. (> ~$1000/kWh).

❙그림 2-19❙ Vanadium Redox flow battery (VRB) 적용사례

◦

❙표 2-13❙ ESS용 시스템의 원리 및 장단점.

Pumped hydro storage

원리: Off-peak load시 물은 높은 곳에서 저장, Peak load 시 저장된 물을 이용하는 발전

장점: 대용량 저장에 우수, 성숙된 기술로 높은 안정성, 75~80%의 효율

단점: 지리적 제약, 지질에 따른 설계의 어려움, 대규모로 초기투자 비용이 큼

Superconducting Magnetic Energy

Storage

원리: 초전도 코일에 직류전류를 흘려 자기에너지형태로 저장 장점: 높은 변환효율(>95%), 빠른응답시간, 저에너지손실 단점: 고비용, 낮은 에너지밀도

LIB