신소재/에너지사업

에너지

해수자원화 시스템 개발

4TOONE이 개발하고 있는 해수자원화시스템으로 덕양에코도 참여하여 개발 중에 있음.

해수란?
지구상에서 가장 풍부한 화학물질로, 96.5%의 물과 3.5%의 염으로 구성되어 있음 무한한 자원의 해수는 에너지원으로서 경제적이며 친환경적임.

※ 에너지 저장 , 해수담수 생성, CO 2 포집 , 유익한 화합물 보급

해수자원화 시스템 원리와 특징

※ 해수를 매개로 전기저장, 담수생산, 살균작용, 수소생산, CO2포집 등을 동시에 구현할 수 있는 기술임.

해수전지란?
4TOONE의 친환경적인 에너지 저장 시스템인 해수 전지는 고가인 고체 양극 물질 대신 지구에 풍부한 해수를 이용하여 에너지를 저장하는 친환경, 경제적이고 안전한 전지 시스템입니다.
해수전지 원리
해수 내 용해되어 있는 소금 (NaCl)과 물 (H₂O)의 전기화학반응을 통해 전기에너지를 저장
충전과정: 외부 전원에 의해 해수 양극에서 소금과 물의 산화 반응으로 생성된 전자가 도선을 다라 음극으로 이동하며 전지에너지 저장.
이때, 나트륨 이온이(Na+) 고체전해질을 통과해 음극에 저장

충전 반응 : NaOH(aq) → Na(s) + ½H₂O(I) + ¼O₂(g)

방전과정: 작동기기(application)와 도선을 통해 양극으로 이동한 전자로 인해 양극해수가 환원되며 전기에너지를 생산.
이때, 음극에 저장된 나트륨 이온(Na+)이 고체전해질을 통해 이동

방전반응 : Na(s) + ½H₂O(I) + ¼O₂(g) → NaOH(aq)

현재 판매 제품

세라믹 고체전해질 & 고인셀 부품

  • 해수전지의 핵심 재료 중 하나인 세라믹 고체전해질(NASICON) 판매 중
  • (주)4TOONE은 코인형 해수전지 플랫폼 설계하고 셀조립 툴을 제작하여 디자인 변경 등을 통해 셀을 최적화
  • 코인형 해수전지 부품 (Cap, Bottom, Spring등) 별 금형 디자인 및 설계 부품 국산화 및 대량생산, 가격절감에 성공

플로우 지그

  • 해수전지 코인셀을 테스트할 수 있는 테스트 지그 단품 출시

코인형 해수전지 수동 실링기

  • 코인형 해수전지 크기 및 형상에 맞도록 조립장비를 개발함.

해수전지 테스트 Kit

  • Seawater Battery cell Kit : 해수전지 코인셀을 테스트할 수 있는 테스트 지그 키트
  • 구성 : 플로우 지그, 해수 1 bottle, 양극집전체로 사용되는 heated carbon felt와 SWB2464 코인셀 3개, 다이오드 (LED) 3개로 구성된 해수전지 test kit

코인셀 제품 비교

  리튬 이온 전지 해수 전지
양극 리튬코발트옥사이드 (LiCoO₂) 해 수 (Na+, H₂O)
음극 흑연 (Graphite) 나트륨 금속 (Na)
실제 에너지 밀도 (Wh/L) ~ 200 670 (600~700)
정격 전압 (V) 3.7 2.8
장점
  • 높은 에너지 밀도
  • 모바일 기기 전지로서 상업적으로 성공
  • 소재 밒 전지 가격이 낮음 (200$/kWh 이하 예상)
  • 환경진화적이며 대형화가 용이
단점
  • 높은 소재 비용으로 대현 전지로서 비쌈 (1561 $/kWh)
  • 환경에 유해한 물질 사용
  • 고체 전해질의 유연성이 부족
  • 연구 초기 단계로 효율이 낮음
개발 단계
  • 상용화
  • 연구개발
해결 과제
  • 고속 충전
  • 양극재 소재 단가 절감
  • 촉매를 적용한 전압 향상
  • 셀 디자인 개선을 통한 전기화학 특성 향상
  • 고용량 음극물질 개발
  • NIB와 LIB 모두 양극 (Cathode)에 대한 가격 비율이 큼
  • 해수전지에서는 양극을 무한한 해수로 사용하기에 양극원료에 대한 비용이 없음