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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 유철휘
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 호서대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
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레독스 흐름전지(Redox Flow Battery, RFB)는 redox couple에 따라 다양한 특성의 레독스 흐름 전지 개발이 가능하며 단위 전지의 적층을 통하여 쉽게 출력 증대가 가능하며 저장 탱크의 크기 변화를 통하여 저장용량 조정이 용이하다. 전 바나듐계 레독스 흐름전지(All-Vanadium Redox Flow Battery, VRFB)는 양극과 음극에 모두 바나듐 이온을 사용함으로써 rebalance의 문제가 적으며 다른 redox couple 대비 에너지 밀도가 높고 전극 반응이 빠른 장점이 있다. 전 바나듐계 레독스 흐름전지의 전해질의 농도는 전지의 용량과 직결되므로 VOSO4의 용해도를 증가시키기 위해 연구가 진행 중에 있으나 2 M VOSO4 이상 구성된 양극 전해질은 40 ℃ 이상의 온도에서 V2O5로 침전하는 문제점이 있어 고농도 고안정성 전해질 개발이 필요하다.
본 연구에서는 H2SO4 + HSO3Cl 혼합산 보조전해질을 적용하여 전 바나듐계 레독스 흐름전지의 핵심 소재인 전해질의 용해도 증가 및 열적 안정성 개선하고자하였다. 보조전해질에 의한 용해도 및 작용기 특성을 파악하기 위하여 IC(Ion Chromatography), Raman Spectrum, 및 XRF(X-ray Fluorescence) 분석을 진행하였으며. 다양한 조성으로 제조된 보조전해질에 2.1 M VOSO4를 용해시킨 뒤 열적 안정성 평가, CV(Cyclic Voltammetry), EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy), 및 단위전지 충/방전 등 전기 화학적 특성을 평가하였다.
Raman Spectrum 분석결과 HSO3Cl는 VOSO4 및 H2SO4 시약과 부반응이 일어나지 않으며, XRF 분석결과 HSO3Cl를 보조전해질로 적용 시 유효 바나듐의 농도는 감소하였다. IC 분석결과 HSO3Cl 시약은 SO42- , Cl- 이온으로 해리됨을 알 수 있다.
항온항습 챔버에서 40 ℃ 유지 후 열적 안정성을 평가한 결과 2.1 M VOSO4 + 3 M H2SO4 + 0.5 M HSO3Cl 전해질이 120 hr로 가장 우수하였다. 조성별 전해질의 CV 측정결과 2.1 M VOSO4 + 2 M HSO3Cl 전해질 △Ep(V)값 1.29, IPA/IPC값 1.37로 가장 우수하였으며 2.1 M VOSO4 + 3 M H2SO4 전해질의 산화/환원 반응 확산 계수가 각각 5.92∼7.31 ×10-3 cm2/s, 7.54 ~ 9.37 ×10-3 cm2/s으로 가장 우수했다. 단위 전지 충/방전 평가 결과 2.1 M VOSO4 + 3 M H2SO4 + 0.5 M HSO3Cl 전해질의 방전용량 감소율이 가장 낮으며 에너지효율 또한 83.3 %로 우수한 효율을 나타내었다.
본 연구에서는 H2SO4 + HSO3Cl 혼합산 보조전해질을 적용하여 전 바나듐계 레독스 흐름전지의 핵심 소재인 전해질의 용해도 증가 및 열적 안정성 개선하고자하였다. 보조전해질에 의한 용해도 및 작용기 특성을 파악하기 위하여 IC(Ion Chromatography), Raman Spectrum, 및 XRF(X-ray Fluorescence) 분석을 진행하였으며. 다양한 조성으로 제조된 보조전해질에 2.1 M VOSO4를 용해시킨 뒤 열적 안정성 평가, CV(Cyclic Voltammetry), EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy), 및 단위전지 충/방전 등 전기 화학적 특성을 평가하였다.
Raman Spectrum 분석결과 HSO3Cl는 VOSO4 및 H2SO4 시약과 부반응이 일어나지 않으며, XRF 분석결과 HSO3Cl를 보조전해질로 적용 시 유효 바나듐의 농도는 감소하였다. IC 분석결과 HSO3Cl 시약은 SO42- , Cl- 이온으로 해리됨을 알 수 있다.
항온항습 챔버에서 40 ℃ 유지 후 열적 안정성을 평가한 결과 2.1 M VOSO4 + 3 M H2SO4 + 0.5 M HSO3Cl 전해질이 120 hr로 가장 우수하였다. 조성별 전해질의 CV 측정결과 2.1 M VOSO4 + 2 M HSO3Cl 전해질 △Ep(V)값 1.29, IPA/IPC값 1.37로 가장 우수하였으며 2.1 M VOSO4 + 3 M H2SO4 전해질의 산화/환원 반응 확산 계수가 각각 5.92∼7.31 ×10-3 cm2/s, 7.54 ~ 9.37 ×10-3 cm2/s으로 가장 우수했다. 단위 전지 충/방전 평가 결과 2.1 M VOSO4 + 3 M H2SO4 + 0.5 M HSO3Cl 전해질의 방전용량 감소율이 가장 낮으며 에너지효율 또한 83.3 %로 우수한 효율을 나타내었다.
목차
Ⅰ. 서 론 11. 연구 배경 1Ⅱ. 이론적 배경 41. 레독스 흐름 전지 42. 바나듐 레독스 흐름 전지 83. 바나듐 전해질 114. 전기화학 측정법 12가. Cyclic Voltammetry 12나. Electrochemical Impedance Spectroscopy 13다. 단위전지 충/방전 14Ⅲ. 실험 방법 161. 재료 162. 전해질 제조 163. 열적안정성 평가 174. 전해질 전기화학적 분석 18가. Cyclic Voltammetry 측정 18나. Electrochemical Impedance Spectroscopy 측정 19다. 전지의 충/방전 평가 205. 전해질 기기 분석 21가. Thermo Gravimetric Analyze 21나. Ion Chromatography 분석 21다. Raman Spectrum 분석 22라. X-ray Fluorescence 분석 22마. UV-VIS Spectrophotometer 23Ⅳ.결과 및 고찰 241. 전해질 조성에 따른 열적 안정성 242. 전해질 기기 분석 26가. Thermo Gravimetric Analyze 26나. Ion Chromatography 분석 28다. Raman Spectrum 분석 32라. X-ray Fluorescence 분석 35마. UV-VIS Spectrophotometer 383. 전해질 조성에 따른 전기화학적 특성 분석 39가. Cyclic Voltammetry 분석 39나. Electrochemical Impedance Spectroscopy 분석 46다. 단위전지 충/방전 평가 49Ⅴ. 결 론 54참고문헌 56영문초록 65
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