해수전지는 값비싼 리튬 대신 무한한 바닷물을 이용하는 이차전지다. 경제성과 친환경성을 갖춘 것은 물론 침수에 안전하고 전기를 방전하는 과정에서 담수화 효과까지 확보할 수 있어 다양한 분야에 적용될 것으로 기대를 모은다. UNIST가 해수전지를 연구브랜드로 선정해 집중 육성하고 있는 이유다. 이런 가능성과 가치에 매력을 느껴 고우석 연구원은 2016년부터 해수자원화연구센터와 인연을 맺고 해수전지 개발을 통해 자신의 꿈을 실현하겠다는 목표를 세웠다. 제2공학관 3층에서 하루의 절반 이상을 보내고 있는 그의 일상을 따라가 본다.
출근길 첫 발걸음은 해수자원화기술전시관
고우석 연구원은 해수자원화전시관의 안내를 맡고 있다. | 사진: 안홍범
매일 오전 9시 30분에 출근하는 고우석 연구원(에너지공학과 대학원생)의 첫걸음은 해수자원화기술전시관으로 향한다. 이곳은 해수전지의 실증시험과 전시·홍보를 위한 리빙랩(Living Lab)으로 해수전지에 대한 기술을 소개하고, 해수전지를 기반으로 한 차세대 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)이 가정용 가전제품에 적용되는 사례를 보여준다. 2017년 전시관 준비 작업에 참여한 고우석 연구원은 지난 6월부터 해수전지 홍보위원으로 활동하며 전시관 방문객에게 해수전지를 알리는 역할을 맡고 있다. 매일 전시관 곳곳을 둘러보며 부족한 부분은 없는지 살피는 손길에서 세심함이 느껴진다.
“전시관에서는 해수전지가 어떻게 활용될 수 있는지 눈으로 확인할 수 있습니다. 방문객들이 가장 큰 흥미를 느끼는 것은 해수전지가 적용된 구명조끼입니다. 이 조끼에는 해수전지로 작동되는 GPS가 부착되어 있어 바닷물에 닿으면 그 위치를 확인할 수 있습니다. 기존의 이차전지라면 센서를 붙이고, 침수를 방지할 대책을 마련해야하지만, 해수전지는 침수됐을 때 바로 작동하기 때문에 다른 장치가 불필요하죠. 전시관에서는 이런 사례를 여럿 만나보실 수 있습니다.”
더 얇고 강한 고체전해질 만든다
전시관을 둘러본 후 고우석 연구원은 해수전지 기술의 근원지라 할 수 있는 해수자원화연구센터로 발길을 옮겼다. 연구실에 흐르는 고요함과는 대조적으로 각자의 자리에서 연구에 집중하는 연구원들의 손길이 분주하다.
고우석 연구원은 해수전지에 사용되는 고체전해질을 연구한다. 이는 해수에 녹아 있는 다양한 이온 중에서 나트륨 이온만 선택적으로 통과시키고 양극과 음극을 물리적으로 분리해주는 역할을 한다. 해수전지에서 핵심이 되는 물질로 해수전지 적용에 관한 연구가 더 필요한 실정이다. 그래서 매일 실험책상에서 해수전지 구동 시 고체전해질이 어떻게 변하는지, 수명은 얼마나 되는지 등을 실험하고 있다.
연구실에서는 해수전지의 핵심 요소들에 대한 실험이 이뤄진다. | 사진: 안홍범
“고체전해질은 해수전지의 핵심이지만 아직 연구할 부분이 많다는 점이 흥미로워요. 최근에는 해수전지에 적용되는 고체전해질을 더 얇고 강하게 만드는 연구를 하고 있어요. 고체전해질의 두께가 더 얇아지면 저항이 줄어들어 해수전지의 성능을 올릴 수 있습니다.”
실험이라는 것이 반복의 연속이라 실험책상에 있다 보면 하루가 어떻게 흘러가는지 모를 정도다. 그는 어느 분야든 연구원의 일상은 크게 다르지 않을 거라며 멋쩍게 웃었다.
회의의 일상화로 연구의 질 업그레이드
일주일에 한 번은 모든 연구원들이 모여 해수자원화연구센터의 수장인 김영식 에너지 및 화학공학부 교수를 중심으로 서로의 연구 현황을 공유하고 논의하는 시간을 갖는다. 김 교수가 주최하는 회의 외에도 동료들과 수시로 실험에 대한 조언을 주고받는 만큼 그에게 회의는 이미 일상이 됐다. 최근 연구원들의 가장 큰 관심사는 11월 중순부터 한 달간 진행된 동서발전 화력발전소에 설치한 ESS 실증실험이었다. 동서발전 화력발전소에서 10㎾h급 해수전지의 실증실험을 진행했는데, 이는 해수전지를 ESS로 사용하기 위한 단계 중 하나다.
연구의 현황을 논의하고 연구센터의 주요 과제 진행상황을 공유하는 회의는 서로의 성장에 큰 도움이 된다. | 사진: 안홍범
“10㎾h가 가정용 ESS 용량에 해당하는데 그 용량의 전기를 해수전지에 저장하고 사용해보는 실험입니다. 이 정도의 ESS를 만들려면 해수전지가 여러 개 있어야 하고, 고체전해질도 그 이상 필요해요. 고체전해질의 대량화 작업 때문에 저도 이 실험에 참여하게 됐습니다. 원래 고체전해질의 한 종류인 나시콘(NASICON, Na Super Ionic Conductors)이라는 물질이 상용화되지 않아 해수전지 ESS 제작을 못 하고 있었는데, 울산의 씨앤켐(Ce&Chem)이라는 회사와의 합작으로 나시콘 대량화에 성공했습니다.”
미래를 준비하는 일상 2막
하루를 마무리하는 저녁이 되면 고우석 연구원의 일상 2막이 오른다. 사무실로 자리를 옮겨 다른 논문을 찾아보며 충전의 시간을 갖고, 자신이 쓴 논문을 다시 살핀다. 고우석 연구원은 얼마 전 고체전해질이 아닌 해수전지에 적용될 수 있는 음극물질에 관한 논문을 썼다. 이 논문은 <나노 레터스(Nano Letters)>에 실렸다. 이번에 개발한 대량화, 양산화할 수 있는 음극물질은 10㎾h 실증실험에도 사용됐다.
“첫 논문이 좋은 저널에서 출판돼 애착이 큽니다. 연구자로서 큰 의미를 가지는 논문이 될 것 같아요. 올해는 고체전해질에 관한 논문을 쓰려고 합니다. 그래서 요즘은 논문의 기초를 준비하고 있어요.”
논문 작성과 연구동향 파악도 빠질 수 없는 일과 중 하나다. | 사진: 안홍범
고우석 연구원은 해수자원화연구센터 안에서의 일상이 익숙해져서 쉼도 이 울타리 안에서 해결한다. 논문과 싸움으로 머리가 무거워질 때는 동료와의 수다나 가막못 산책으로 기분을 전환한다.
해수전지는 지하자원이 부족한 우리나라에 절대적으로 필요한 기술이기에 그는 자신의 연구에 사명감을 느낀다. 신산업을 창출하고, 에너지 안보를 실현할 수 있는 기술이라고 굳게 믿기 때문이다. 그는 해수전지를 통해 에너지의 미래를 봤고, 그 안에서 자신의 미래도 발견했다. 그래서 어제보다 더 큰 열정으로 오늘 한 걸음 더 나아간다.
