최근 독일서 양산 준비 중인 전기차 '콴트'가 관심을 국내외 주요 언론서 관심을 받고 있다.
어지간한 슈퍼카보다 성능이 좋으면서 더 멀리갈 수 있기 때문이다. 제원상 알려진 콴트의 성능은 최고 출력만 해도 924 마력에 이르고, 정지 상태서 시속 100 Km까지 도달하는데 걸리는 시간이 2.8초 밖에 되지 않는다. 시속 380 Km의 최고 속도를 낼 수 있으며, 1회 충전 시 주행 거리도 최대 600 Km 수준이다.
▲ 레독스 흐름 전지의 구조적 원리
(11a/b : 전해질 탱크, 12a/b : 순환 펌프, 13 : 이온 교환막, 14a/b : 셀)
콴트가 이만한 수준의 성능을 갖출 수 있었던 비밀은 무엇이라 할 수 있을까? 그건 바로 '배터리'다. 콴트에는 바나듐 황산염 용액을 전해질로 사용하는 '레독스 흐름 전지'가 탑재된다. 효율을 따지면 기존의 전기차에 장착되고 있는 리튬 이온 배터리보다 중량 대비 전력 효율이 5배에 이른다.
그럼 콴트의 레독스 흐름 전지는 어떤 구조와 원리를 이루고 있을까? 영상에서 볼 수 있듯이, 양쪽엔 산화 상태가 각각 다른 바나듐 용액이 저장된 양극 및 음극의 전해질 탱크가 위치해 있고, 그 사이에 충전과 방전 시 전해질을 순환시킬 수 있는 펌프, 이온 교환막과 분리된 양극 및 음극의 셀(전극)로 구조를 이루고 있다.
이 전해질은 탱크 내부에서 액체 상태로 있다가 펌프를 통해 셀에 저장돼 있던 전해질이 이온 교환막을 통해 산화 및 환원 과정을 거치며 전자를 주고 받게 된다. 이 과정에서 충전과 방전이 이뤄진다. 두 탱크에 저장돼 있던 산화 상태가 점차 비슷해지면 배터리는 방전된 상태에 가깝다고 판단할 수 있다.
이처럼 레독스 흐름 전지는 전해액 자체에 전기를 둘 수 있기 때문에 무거운 셀을 두는 것보다 효율적이라 할 수 있다. 셀과 전해액을 분리 설치할 수도 있어 충전이 끝난 전해액을 밀폐해 두기만 하면 손실없이 전력을 오랫동안 저장할 수도 있다. 기존의 리튬 이온 배터리가 재 사용 시 충전 효율이 점차 떨어지는 것과 비교하면 획기적인 기술이다.
바나듐 황산염 용액은 손으로 만져도 화상을 입거나 하는 독성 및 열화학적 특성이 없기 때문에 리튬 이온 배터리처럼 과열돼 녹아내리거나 셀이 폭발하는 경우가 거의 없다. 산화 상태만 다르게 맞춰주면 얼마든지 재 사용할 수 있어 주유소 같은 충전 인프라만 잘 갖춰진다면 이런 전해질을 차량에 넣어주는 것만으로도 충전이 가능해 진다.
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