SK온과 SK이노베이션이 바나듐 이온 배터리(VIB) 기반 에너지저장장치(ESS) 사업 강화를 위해 국내 ESS 전문기업 스탠다드에너지와 협력에 나선다.

SK온과 SK이노베이션은 지난 5일 대전 대덕구 스탠다드에너지 본사에서 스탠다드에너지와 이차전지 기술 개발 및 사업 협력을 위한 업무협약(MOU)을 체결했다고 6일 밝혔다.

이번 협약을 통해 SK온과 SK이노베이션은 ESS 사업 분야에서 리튬인산철(LFP) 배터리에 이어 화재 안전성이 높은 VIB까지 포트폴리오를 확대한다는 방침이다.

협약식에는 이석희 SK온 사장과 박기수 SK온 미래기술원장, 김필석 SK이노베이션 환경과학기술원장, 김부기 스탠다드에너지 대표 등이 참석했다.

이번 협력의 핵심은 단주기 ESS에 적합한 고안전성·고출력 성능의 VIB 성능 고도화를 위한 기술 협력이다.

ESS는 저장 시간에 따라 단주기와 장주기로 구분되며, 단주기 ESS는 통상 4시간 미만의 저장과 방전을 반복하는 구조로 데이터센터와 산업 설비에 주로 활용된다.

단주기 ESS는 짧은 시간 내 반복적인 고출력 운전이 요구돼 안전성과 출력 성능이 중요한 요소로 꼽힌다.

VIB는 물을 주성분으로 하는 전해액을 사용해 화재와 폭발 위험이 낮고, 출력 특성이 높아 단주기 ESS에 적합한 배터리로 분류된다.

세 회사는 각자의 기술 역량을 결합해 VIB 기반 ESS의 성능과 가격 경쟁력을 높일 계획이다.

SK온은 배터리 대량 양산 경험을 바탕으로 원소재 조달부터 소재와 셀, 배터리 관리시스템(BMS)까지 기술 협력을 확대하고, 셀 대면적화 설계 등 차별화 기술 개발을 추진한다.

SK이노베이션은 전해액 첨가제 개발을 통해 소재 성능을 개선하는 한편, 정유 공정에서 회수한 바나듐을 활용해 원가 절감 방안을 모색한다.

스탠다드에너지의 VIB ESS는 산업통상자원부 규제 샌드박스를 통해 서울 도심에 설치돼 단 한 건의 사고 없이 운영됐으며, 이후 유동 인구가 많은 지하철 역사와 건물 내에도 설치돼 안전성과 성능을 검증받았다.

이번 협력을 통해 SK온은 기존 NCM(니켈·코발트·망간)과 LFP에 이어 VIB까지 ESS 제품 포트폴리오를 확대하게 됐다.

SK온 관계자는 “이번 협력으로 화재 안전성이 높은 ESS용 VIB를 공동 개발해 제품 포트폴리오를 강화할 수 있을 것”이라고 말했다.

한편 바나듐 이온 배터리(VIB)는 바나듐 이온과 물 기반 수용액 전해질을 이용해 전기를 저장하고 방전하는 이차전지로, 리튬이온 배터리와 비교해 안전성과 내구성이 높은 기술로 분류된다.

유기 용매 대신 물을 전해질로 사용해 열폭주와 화재 위험이 낮다는 점이 구조적 특징이다.

VIB는 양극과 음극에 서로 다른 산화 상태의 바나듐 화합물을 사용하며, 전해질 속 바나듐 이온의 산화·환원 반응을 통해 에너지를 저장·방출한다.

VIB의 가장 큰 장점으로는 안전성이 꼽힌다.

수계 전해질 특성상 물리적 손상이나 외부 충격이 발생하더라도 발화 가능성이 낮으며, 실험 환경에서 열폭주나 폭발 사례가 거의 보고되지 않았다는 점이 제시되고 있다.

이와 함께 활물질이 용액 상태로 존재해 충·방전 과정에서 전극의 구조적 팽창과 수축이 제한적이라는 점도 내구성 측면의 강점으로 언급된다.

수명 측면에서는 수만 회 이상의 충·방전 시험에서도 성능 저하가 크지 않은 사례가 보고되고 있으며, 장시간 반복 운전이 요구되는 에너지저장장치 환경에 적합한 특성으로 평가된다.

출력 특성 역시 상대적으로 높은 수준으로, 일부 자료에서는 5C급 고출력 운전과 90% 이상, 최대 96% 수준의 라운드트립 효율이 제시되고 있다.

반면 한계로는 수계 전해질과 전극 구조 특성으로 인해 에너지 밀도가 낮아, 무게와 부피 제약이 큰 전기차나 모바일 기기에는 적용이 어렵다는 점이 꼽힌다.

또 바나듐 원소 가격 변동성과 고순도 전해질 비용 역시 초기 투자 부담 요인으로 지적된다.

기술 성숙도 측면에서도 VRFB는 다수의 상용 ESS 프로젝트가 존재하지만, 고정식 셀 구조의 VIB는 아직 초기 상용화 단계로 대량 생산과 가격 경쟁력 확보가 과제로 남아 있다.

이러한 특성으로 인해 VIB는 고에너지 밀도보다는 안전성과 내구성이 중요한 용도에 초점이 맞춰진다.

재생에너지 출력 변동을 보완하는 ESS나 데이터센터, 산업 설비처럼 반복적인 고출력 운전이 요구되는 단주기 저장 분야에서 적용 가능성이 높아지는 분위기다.