용융염

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1. 개요
2. 성질
- 2.1. 이온 간 상호작용
- 2.2. 물리화학적 특성
3. 종류
4. 활용
참조

1. 개요

용융염은 이온들이 녹아있는 상태의 염으로, 수용액과는 다른 독특한 성질을 나타낸다. 높은 이온 전도율, 넓은 전위 창, 그리고 다양한 물질의 용해성을 가지며, 화학적으로 안정하고 불연성이 크다. 용융염은 알칼리 금속 할로겐 계열, 옥시산염 계열, 분자성 용융염 계열, 상온 용융염(이온성 액체)의 네 가지 종류로 분류된다. 다양한 금속 제련, 에너지 저장, 화학 물질 제조, 그리고 차세대 원자로인 용융염 원자로의 냉각재 등 다방면으로 활용된다.

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용융염
일반 정보
용융염 전기분해 모식도
정의	이온 결합 화합물이 녹아 액체가 된 상태
관련 용어	상변이 고체전해질
성질
특성	높은 전기 전도도 넓은 액상 온도 범위 높은 열용량 화학 반응성
활용
용도	원자력 화학 재료 과학 에너지 저장
예시	용융염 원자로 용융염 전해 열에너지 저장
종류

2. 성질

용융염 속 이온은 수용액 속 이온과 달리 주변에 중성인 물 분자가 배위(配位, coordination)하지 않는다. 이 때문에 양이온과 음이온 사이의 거리가 가깝고 이온 간 쿨롱력이 강하게 작용한다. 이러한 특징은 용융염이 수용액과는 다른 여러 독특한 물리화학적 성질을 보이게 하는 원인이 된다^[12].

2. 1. 이온 간 상호작용

용융염 중의 이온은 수용액 중의 이온과는 달리 이온 주위에 중성인 물 분자가 배위하지 않기 때문에 양이온과 음이온 간의 거리가 가깝고 이온 간의 쿨롱력이 강하다. 이 때문에 수용액 중의 이온과는 다른 성질을 보이는 경우가 많다^[12]. 이로 인해 다음과 같은 특징이 나타난다.

이온 전도율이 높다.
전위 창이 넓다.
밀도, 점성률, 표면 장력이 물에 가깝다.
고온에서 증기압이 낮다. (저증기압)
다른 염류에 대한 용해도가 크며, 염류의 조합을 통해 용융 온도 및 용매 특성을 조절할 수 있다.
유기 용매와 섞이지 않는다. (혼화되지 않음)
화학적으로 안정하고, 불에 잘 타지 않거나(불연성) 타기 어렵다(난연성).
방사선에 대한 내성이 높다. (고방사선 내성)
고체에서 액체로 상태가 변할 때 필요한 열인 융해열이 크다.

2. 2. 물리화학적 특성

용융된 염화 나트륨 (식염)의 녹는점은 801°C이다. 이보다 녹는점이 더 낮은 다양한 공융 혼합물이 개발되었다.

알칼리 금속 질산염은 비교적 녹는점이 낮고 열적으로 안정적인 편이다. 예를 들어, 가장 불안정한 질산 리튬(LiNO₃)은 녹는점이 255°C이며 474°C에서 분해되기 시작한다. 반면, 질산 세슘(CsNO₃)은 414°C에서 녹고 584 °C에서 분해된다.^[2]

몇 가지 주요 공융 혼합물의 예시는 다음과 같다.

구성 성분	비율 (질량비 또는 몰비)	녹는점	비고
질산 나트륨(NaNO₃) : 질산 칼륨(KNO₃)	60 : 40	260°C	260°C ~ 550°C 범위에서 액체 상태 유지. 융해열 161 J/g,^[3] 열용량 1.53 J/(g·K).^[9]
질산 리튬(LiNO₃) : 질산 칼륨(KNO₃)	1 : 1	125°C	^[4]
아질산 나트륨(NaNO₂) : 질산 나트륨(NaNO₃) : 질산 칼륨(KNO₃)	40 : 7 : 53	142°C	600°C까지 안정.

용융염 속의 이온은 수용액 속 이온과 달리 주변에 중성인 물 분자가 배위하지 않는다. 이 때문에 양이온과 음이온 사이의 거리가 가깝고 이온 간 쿨롱력이 강하게 작용한다. 이러한 특징은 수용액 속 이온과는 다른 여러 성질을 나타나게 한다.^[12] 용융염의 주요 물리화학적 특성은 다음과 같다.

이온 전도율이 높다.
전위 창(electrochemical window)이 넓다. 즉, 전기화학적으로 안정하여 높은 전압을 걸어도 분해되지 않는 범위가 넓다.
밀도, 점성률, 표면 장력이 물과 유사한 값을 가진다.
고온에서도 증기압이 낮아 잘 증발하지 않는다.
다른 종류의 염을 잘 녹이며, 염의 종류와 비율을 조절하여 용융 온도나 용매로서의 특성을 조절할 수 있다.
유기 용매와는 잘 섞이지 않는다.
화학적으로 안정하며, 불에 타지 않거나 잘 타지 않는 성질(불연성 또는 난연성)이 크다.
방사선에 대한 내성이 높다.
고체 상태에서 액체 상태로 변할 때 흡수하는 열, 즉 융해열이 크다.

3. 종류

용융염은 구성 이온의 종류나 용융 온도 등에 따라 크게 네 가지 계열로 분류할 수 있다^[12].

알칼리 금속 할로겐 계열: 이온화 에너지가 작은 알칼리 금속이나 알칼리 토금속과 전자 친화력이 큰 할로겐으로 구성된 염이다. 고온에서 녹으면 양이온과 음이온으로 나뉘며, 이온성이 강한 다른 염을 잘 녹여 공업적으로 널리 이용된다.
옥시산염 계열: 음이온이 질산, 황산, 탄산 이온 등 옥소산 이온으로 구성된 용융염이다. 양이온으로는 주로 알칼리 금속이 사용되며, 일반적으로 이온 전도율이 높다.
분자성 용융염 계열: AlCl₃, ZnCl₂와 같은 분자성 염에 NaCl과 같은 이온성이 강한 염을 혼합하여 얻는 용융염이다. 이온 전도율은 낮지만 녹는점이 낮은 특징이 있다.
상온 용융염: 이온 액체라고도 불리며, 비교적 낮은 온도(보통 100°C 이하, 넓게는 상온 근처)에서 액체 상태로 존재하는 염이다. 유기 양이온과 무기 또는 유기 음이온으로 구성되는 경우가 많으며, 분자 구조 설계를 통해 다양한 물성을 구현할 수 있다.

3. 1. 알칼리 금속 할로겐 계열

알칼리 금속이나 알칼리 토금속처럼 이온화 에너지가 작은 원소와, 할로겐처럼 전자 친화력이 큰 원소로 이루어진 염이다. 고온에서 녹으면 양이온과 음이온으로 나뉜다. 이온 결합력이 강한 다른 염들을 잘 녹이는 성질이 있어, 공업 공정에서 널리 이용된다. 이때, 녹는점을 낮춰 에너지 소비를 줄이거나 원료 물질의 용해도를 높이기 위해 여러 종류의 염을 섞은 복합염을 사용하기도 한다.

이 계열의 예로는 염화 칼슘(CaCl₂), 염화 나트륨-염화 칼슘(NaCl-CaCl₂), 플루오린화 나트륨-플루오린화 알루미늄(NaF-AlF₃), 플루오린화 리튬-플루오린화 베릴륨(LiF-BeF₂) 등이 있다. 염화 리튬과 염화 칼륨을 섞은 혼합염의 녹는점은 450°C이다.^[1]

3. 2. 옥시산염 계열

음이온이 질산, 황산, 탄산, 아세트산, 인산 이온 등의 옥소산 이온으로 구성된 용융염이다. 양이온 종은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K) 등의 알칼리 금속인 경우가 많다. 종류에 따라 용융 온도는 다르지만 대체로 이온 전도율이 높다. 전위 창은 양극 반응으로 음이온이 분해되어 기체가 발생하는 전위로 결정되는 경우가 많다.

알칼리 금속 질산염은 녹는점이 비교적 낮고 열적으로 안정하다.

가장 불안정한 질산 리튬(LiNO₃) (녹는점 255°C)은 474°C에서만 분해된다.
반면, 질산 세슘(CsNO₃)은 414°C에서 녹고 584°C에서 분해된다.^[2]

녹는점이 더 낮은 다양한 공융 혼합물이 개발되었다.

질산 나트륨과 질산 칼륨의 60:40 혼합물은 260°C에서 550°C 사이에서 액체 상태이다. 이는 융해열 161 J/g,^[3] 와 열용량 1.53 J/(g·K)를 가진다.^[9]
1:1 혼합물 LiNO₃:KNO₃, 녹는점 125°C.^[4]
40:7:53 NaNO₂:NaNO₃:KNO₃, 녹는점 142°C, 600°C까지 안정적이다.

이 계의 예로는 KNO₃-NaNO₃, LiNO₃-AgNO₃ 등이 있다.

3. 3. 분자성 용융염 계열

AlCl₃, ZnCl₂ 또는 란타넘족 원소의 할로겐화물과 같은 분자성 염에, NaCl과 같은 알칼리 금속 할로겐화물처럼 이온성이 강한 염을 혼합하여 만드는 용융염이다. 이 계열의 용융염은 이온 전도율은 낮지만 녹는점(융점)이 낮다는 특징이 있다. 대표적인 예로 AlCl₃-NaCl 계 용융염을 들 수 있다.

3. 4. 상온 용융염 (이온성 액체)

상온 용융염은 이온 액체라고도 불리며, 표준 온도 및 압력에서 액체 상태로 존재하는 염이다.

이러한 염의 예로는 1914년 파울 발덴에 의해 보고된 에틸암모늄 질산염과 1951년에 발견된 N-에틸피리디늄 브로민과 염화 알루미늄 혼합물^[10], 그리고 브롬화 에틸피리디늄-AlCl₃^[13] 등이 있다.

1-(1-부틸)-피리디늄 클로라이드(BPC)나 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드(C₂mim)와 같은 유기 염화물과 염화 알루미늄(AlCl₃)의 분자성 염을 혼합하면 상온, 상압에서 액체가 된다. 이 유기 염화물의 유기 양이온 부분은 다양한 분자 구조를 가진 것을 합성할 수 있으며, 이를 통해 사용 목적에 맞는 물성을 가진 이온 액체를 제작할 수 있다. 다른 이온 액체들은 알킬화된 이미다졸리움 이온과 같은 비대칭 4급 암모늄 양이온이나, 비스트리플이미드 이온처럼 크고 가지가 많은 음이온을 활용하기도 한다.

상온 용융염의 융점이 낮은 이유는 음이온과 양이온의 크기를 크게 하여 쿨롱 상호작용을 줄이거나(엔탈피 효과), 분자의 대칭성을 낮춰 이온들의 조밀한 배열(패킹)을 어렵게 만들기(엔트로피 효과) 때문이다.

상온 용융염이라는 분류는 용융 온도를 기준으로 한 것이며, 다른 분류 기준과의 경계는 명확하지 않다.

4. 활용

용융염은 그 독특한 물리화학적 특성 덕분에 다양한 산업 및 기술 분야에서 활용된다. 주요 활용 분야는 다음과 같다.

화학 공업: 용융염 산화 과정은 유기물 분해에 사용되며, 용융염 전해는 수용액 상태에서는 제조하기 어려운 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 알루미늄, 플루오린 등의 반응성 높은 물질을 생산하는 데 중요한 역할을 한다. 또한, 다른 물질의 녹는점을 낮추는 용매로서의 역할도 하는데, 대표적인 예가 알루미늄 제련에 사용되는 홀-에루 공정이다.
금속 공학: 금속의 열처리(소둔, 템퍼링 등)나 화학 처리(침탄, 연질화 등) 공정에서 균일한 온도 제어를 위한 염욕(salt bath)으로 사용된다.
에너지 분야:
에너지 저장: 높은 열용량과 잠열을 이용하여 열에너지 저장 매체로 활용된다. 특히 집광형 태양광 발전(CSP) 시스템에서 낮 동안의 태양열을 저장했다가 야간이나 흐린 날에 발전을 지속하는 데 중요한 역할을 한다.
에너지 변환: 용융염 전지는 용융염을 전해질이나 전극으로 사용하는 전지이며, 용융 탄산염 연료 전지(MCFC)와 같은 연료 전지에도 활용된다. 또한, 레독스 흐름 전지, 리튬 이온 배터리 등 다양한 이차 전지의 성능 개선을 위한 연구에도 응용되고 있다.
원자력 공학: 4세대 원자로의 하나인 용융염 원자로(MSR)에서 핵연료 물질을 녹이는 용매나 냉각재로 사용된다.
기타: 고대부터 알려진 유리 강화 방법에도 용융염이 사용된다.^[14] 또한, 상온에서 액체 상태인 이온 액체(상온 용융염)는 액액 추출 등 다양한 분야에서 새로운 가능성을 보여주고 있다.

4. 1. 금속 제련

금속공학에서는 금속의 열처리나 화학적 처리에 용융염이 쓰이기도 한다. 알루미늄 제련에 사용되는 홀-에루 공정처럼, 용융염은 다른 물질의 녹는점을 낮추는 용매 역할을 하기도 한다.

마그네슘 생산의 한 예로, 산화 마그네슘을 염소 처리하여 염화 마그네슘을 만드는 과정이 있다.

:MgO + C + Cl₂ → MgCl₂ + CO

이렇게 생성된 용융 상태의 염화 마그네슘을 700°C에서 전기 분해하여 순수한 마그네슘 금속을 얻는다.^[5]

:MgCl₂ → Mg + Cl₂

알루미늄 금속은 알루미늄 산화물(알루미나)로부터 생산되는데, 950°C에서 빙정석(육불화알루민산나트륨)과 알루미나의 용융 혼합물을 전기 분해하는 방식을 사용한다. 이 변환 과정은 홀-에루 공정(Hall-Héroult process)이라고 불린다.^[6]

염화물염 혼합물은 다양한 합금의 소둔(어닐링) 및 용접 시 용제로 사용되거나, 오스테나이트강의 템퍼링(담금질 후 뜨임) 처리와 같은 염욕(salt bath)에 사용된다. 또한, 시안화 나트륨 등은 금속 표면을 단단하게 만드는 침탄 및 연질화 처리 등의 표면 처리 염욕에 사용된다.

4. 2. 유리 강화

고대부터 용융 칼륨염 속에 유리를 담가 유리를 강화하는 방법이 알려져 있다.^[14]

4. 3. 화학 물질 제조

용융염 전해는 전위 창이 넓다는 특징을 이용하여 수용액 전해로는 만들기 어려운 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 알루미늄, 플루오린 등을 제조하는 데 사용된다. 이 방법은 원료 물질을 녹인 용융염을 사용하므로, 원료 농도가 100%인 고농도 용액 상태에서 전기 분해가 가능하다는 장점이 있다. 또한, 이온 전도율이 높고 고온에서 진행되기 때문에 반응 속도와 확산 속도가 빨라 생산성이 높으며, 수용액 전해 방식보다 작은 크기의 전해조로도 제조가 가능하다. 원료 염에 다른 종류의 염을 첨가하여 용융 온도를 낮춤으로써 가열에 필요한 에너지 비용을 절감하기도 한다.^[15]

2008년 기준으로, 다음과 같은 물질들이 용융염 전기 분해법을 통해 공업적으로 생산되고 있다.^[16]

제품	제법	사용 용융염 조성 / Mol %
금속 알루미늄	제데르베리법, 홀-에루법	NaF（75）-AlF₃（25）
금속 나트륨	다운스법	NaCl-CaCl₂
플루오린 가스	UCC법, PCP법, ICI법	KF-HF
금속 칼슘	IG법	CaCl₂
삼불화 질소	미쓰이 화학법	NH₄F-HF
금속 마그네슘	Dow법	MgCl₂（25）-NaCl（45-60）、CaCl₂（15-25wt%）
금속 리튬		LiCl
금속 망간		MnCl₂

과거에는 금속 베릴륨, 금속 붕소, 금속 실리콘의 제조에도 이 방법이 사용되었으나, 1990년대까지 다른 제조법으로 대체되었다.

4. 4. 에너지 저장 및 변환

용융염은 에너지 저장 및 변환 분야에서 다양하게 활용된다. 용융염 전지는 용융염을 전극으로 사용하며, 용융염 산화 과정은 유기물 분해에 쓰인다.

=== 열에너지 저장 ===

용융염(주로 플루오린화물, 염화물, 질산염)은 높은 열용량과 잠열을 이용하여 열 전달 유체나 열에너지 저장 매체로 사용될 수 있다. 특히 이러한 열 저장 방식은 집광형 태양광 발전(CSP) 시스템에서 중요한 역할을 한다.^[7]^[8]

태양열 발전은 여러 개의 거울을 이용해 태양광을 한 점에 모아(집광) 그 열로 물을 끓여 증기를 만들고, 이 증기로 증기 터빈을 돌려 전기를 생산하는 방식이다. 이 방식의 장점 중 하나는 낮 동안 모은 태양열의 일부를 용융염과 같은 매체에 저장했다가 밤이나 흐린 날에도 발전을 지속할 수 있다는 점이다. 이는 태양광이나 풍력 발전처럼 발전량이 불안정한 에너지원과 축전지를 조합하는 방식보다 비용 효율적인 대안으로 여겨져, 지중해 연안 국가, 미국, 오스트레일리아, 중국 등에서 활발히 연구 및 개발되고 있다.

태양열 발전 시스템의 축열 재료로는 단위 질량당 비열과 융해 잠열이 큰 알칼리 금속 할로겐화물이나 옥시산염 계열의 용융염이 주로 사용된다.^[17] 예를 들어, 2010년 7월 이탈리아 시칠리아 섬 시라쿠사 근처에서 가동을 시작한 알키메데 발전소는 질산 칼륨(KNO₃, 40%)과 질산 나트륨(NaNO₃, 60%) 혼합 용융염 1,300톤을 축열재로 사용한다. 이 용융염을 290°C에서 540°C까지 가열하여 약 80 MWh_th의 열에너지를 저장하는데, 이는 해당 발전소가 약 7시간 동안 발전할 수 있는 양이다.^[18]

태양열 발전 시스템은 크게 다음과 같은 부분으로 구성된다.^[19]

태양광을 모으는 집열 시스템
모은 열에너지를 전달하는 열 전달 시스템
열에너지를 저장하고 증기를 발생시키는 열교환 및 축열 시스템
열에너지를 회전 운동 에너지로 바꾸는 터빈 시스템
회전 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 발전기 시스템

기본적으로 태양열 발전은 열원이 태양이라는 점을 제외하면 기존의 화력 발전소와 유사한 증기력 발전 기술을 사용한다. 발전 효율은 카르노 사이클 원리에 따라 작동 유체(여기서는 수증기)의 온도가 높을수록 높아지므로, 집열 및 열 전달 시스템은 가능한 한 높은 온도에서 작동하는 것이 유리하다.

기존의 많은 태양열 발전소에서는 유기 오일(유기 열매체)을 열 전달 매체로 사용했지만, 이 오일은 작동 가능한 온도 범위가 상대적으로 낮고 인화점이 낮아 화재 위험이 있다는 단점이 있다. 따라서 더 높은 온도에서도 안정적이고 불연성인 열매체에 대한 요구가 커졌다.^[20]^[21] 용융염은 고온에서도 증기압이 낮고, 불에 타지 않거나 잘 타지 않으며(난연성), 밀도와 점성률이 낮아 액체를 순환시키는 데 필요한 에너지도 적게 든다는 장점이 있어 이상적인 대안으로 주목받고 있다. 스페인의 안다솔 태양열 발전소에서는 KNO₃(40%)-NaNO₃(60%) 혼합 용융염을 이 목적으로 사용하고 있다.^[22] 현재 용융염을 이용한 축열 기술은 대규모 에너지 저장 시스템 중에서 가장 비용 효율적인 방법 중 하나로 평가받으며, 그 비용은 화석 연료, 천연 가스, 원자력 발전과 비슷한 수준으로 여겨진다.^[23]

=== 에너지 변환 ===

==== 원자력 발전 ====

용융염 원자로(MSR)는 용융염을 냉각재로 사용하거나, 핵연료 물질을 녹이는 용매로 사용하는 방식의 원자로이다. 실험적으로 개발된 리튬 기반 용융염 중에는 융점이 116°C 정도로 낮으면서도 열용량이 1.54 J/(g·K)에 달하는 것도 있다.^[9]

==== 전지 ====

레독스 흐름 전지는 이차 전지의 한 종류로, 1만 회 이상 충전과 방전이 가능하고 구조가 단순하며 대형화하기 쉽다는 장점이 있지만, 에너지 저장 밀도가 낮아 상용화에 어려움이 있었다. 기존의 레독스 흐름 전지는 주로 바나듐 등을 녹인 수용액을 사용하여 산화-환원 반응을 통해 에너지를 저장한다. 최근에는 이 수용액 대신 용융염(또는 이온 액체)을 사용하여 전해질에 녹일 수 있는 이온의 양을 늘림으로써 단위 부피당 저장 가능한 에너지 용량을 크게 향상시키는 연구가 진행 중이다.^[25] 스미토모 전기 공업의 예측에 따르면, 이 기술을 적용할 경우 전지의 부피를 기존 리튬 이온 전지의 절반, 나트륨-황 전지의 4분의 1 수준으로 줄일 수 있을 것으로 기대된다.^[26]

연료 전지는 물을 전기 분해하여 산소와 수소를 얻는 반응의 역과정을 이용하여, 수소와 산소를 반응시켜 전기와 물을 생산하는 발전 장치이다. 용융 탄산염 연료 전지(MCFC)는 이러한 연료 전지의 한 종류로, 전해질로 탄산 리튬(Li₂CO₃)이나 탄산 칼륨(K₂CO₃) 같은 탄산염을 약 650°C로 가열하여 녹인 용융염을 사용한다. 이 전지에서는 전하가 용융염 속의 탄산 이온(CO₃^2-) 형태로 이동한다. MCFC는 수계 전해질을 사용하는 다른 연료 전지와 달리, 수소뿐만 아니라 천연 가스를 개질한 가스나 석탄 가스화 가스에 포함된 일산화 탄소(CO)도 연료로 사용할 수 있다는 장점이 있다.

4. 5. 차세대 원자로 (용융염 원자로)

용융염 원자로는 용융염을 냉각재로 사용하거나 핵분열 물질이 용해되는 용매로 사용하는 유형의 원자로이다. 용융염은 열 전달 유체 및 열 저장 매체로도 활용될 수 있는데, 예를 들어 리튬을 사용한 실험적인 염은 116°C의 낮은 융점을 가지면서도 1.54 J/(g·K)의 높은 열용량을 가질 수 있다.^[9]

4세대 원자로 개념 중 하나인 용융염 원자로(MSR, Molten Salt Reactor)는 플루오린계 용융염을 1차 냉각재로 사용하며, 이 용융염 안에 핵연료인 사플루오린화 우라늄(UF₄)을 직접 용해시켜 사용한다. 이러한 형태의 원자로는 1965년 미국의 오크리지 국립 연구소에서 실험로가 제작된 바 있다. 당시 실험로에서는 LiF-BeF₂ (FLiBe) 혼합염을 용매로 하여 ThF₄-UF₄를 용해한 용융염이 사용되었다.^[29]

현재 4세대 원자로 연구에서는 LiF-BeF₂-ThF₄-UF₄ 계열 외에도 LiF-BeF₂-ThF₄-UF_3.9 계열, NaF-ZrF₂ - 초우라늄 원소 계열 등 다양한 종류의 용융염 사용이 검토되고 있다.^[30]

4. 6. 기타 응용

용융염 산화 과정은 유기물의 분해에 사용된다. 금속공학에서는 금속의 열처리나 화학적 처리에 쓰이기도 한다. 예를 들어, 용융된 염화물 염 혼합물은 강철의 어닐링 및 마템퍼링과 같은 다양한 합금 열처리를 위한 급랭조로 일반적으로 사용된다. 또한 시안화물과 염화물 염 혼합물은 강철의 침탄 및 질화탄소처리와 같은 합금의 표면 개질에 사용된다.

알루미늄 제련법인 홀-에루 공정에서는 빙정석(불화물 염)을 산화 알루미늄의 용매로 사용하여 녹는점을 낮춘다. 핵연료의 파이로프로세싱에서는 불화물, 염화물, 수산화물 염 혼합물이 용매로 사용될 수 있다.

에너지 저장 분야에서는 열에너지 저장 매체로 활용되며, 용융염 원자로의 냉각재로도 이용된다.

용융염 전지는 용융염을 전극으로 사용하며, 다양한 형태의 전지 개발에 응용되고 있다. 특히 상온에서 액체 상태인 이온 액체(상온 용융염)는 여러 분야에서 주목받고 있다.

액액 추출: 이온 액체 중에는 유기 용매나 물과 섞이지 않는 물질이 있어, 이를 이용한 액액 추출 연구가 진행 중이다.^[24]
레독스 흐름 전지: 이차 전지의 일종인 레독스 흐름 전지는 기존 수용액 대신 이온 액체를 전해질로 사용하면 바나듐 등 활물질의 용해도를 높여 단위 부피당 충전 용량을 증가시킬 수 있다.^[25] 스미토모 전기 공업의 시산에 따르면, 이 방식을 사용할 경우 전지 부피를 리튬 이온 전지의 약 절반, 나트륨-황 전지의 약 1/4 수준으로 소형화할 수 있다.^[26]
리튬 이온 배터리: 이온 액체는 불에 잘 타지 않는 성질(난연성)이 높아, 기존 유기 용매 전해질을 사용하는 리튬 이온 배터리의 안전성 문제를 개선할 수 있다. 자동차 사고 시 배터리 발화 위험을 줄인 안전한 자동차용 리튬 이온 배터리 개발에 활용되고 있다.
나트륨-금속 산화물 배터리 (제브라 배터리): AlCl₃-NaCl 혼합 용융염(Na⁺와 AlCl₄^- 이온으로 구성)을 용매로 사용하며, FeCl₂ 또는 NiCl₂를 양극 활물질로, 금속 나트륨을 음극으로 하는 이차 전지이다. 무게당 에너지 밀도와 출력 밀도가 높아 전기 자동차용 전지로 개발되고 있다.
리튬 합금-이황화철 배터리 (열전지): FeS₂를 양극으로, Li-Al 또는 Li-Si 합금을 음극으로 하며, LiCl(44wt%)-KCl(56wt%) 용융염을 전해질로 하는 이차 전지이다. 이 용융염의 녹는점은 352°C이며, 배터리 작동 온도는 450°C~500°C이다. 사용 시 작동 온도까지 가열해야 하므로 열전지라고 불린다. 반면, 충전 후 상온에서 보관하면 자기 방전이 거의 일어나지 않아 장기 보존에 유리하다.
캐패시터: 캐패시터는 급속 충·방전 특성 덕분에 자동차의 아이들링 스톱 시 시동이나 제동 에너지 회수용 축전 장치로 사용된다.^[28] 캐패시터는 전해질 내 이온이 전극에 물리적으로 흡착/탈착하며 작동하는데, 그 자체가 100% 이온으로 이루어진 이온 액체를 전해질로 사용하면 더 많은 이온을 통해 충전 용량을 늘릴 수 있을 것으로 기대된다. 에틸메틸이미다졸-비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 계열 등이 연구되고 있다.

참조

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