• Title/Summary/Keyword: 레독스 흐름 배터리

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용해 납 흐름 배터리용 여러 카본 전극의 에너지 효율 특성 비교

  • Min, Hyeong-Seop;Yang, Min-Gyu;Kim, Sang-Sik;Lee, Jeon-Guk
    • Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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    • 2009.05a
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    • pp.59.1-59.1
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    • 2009
  • 레독스 흐름 배터리 (Redox Flow Battery)는 외부의 탱크 등에 저장해 둔 활성물질(이온 가수가 변화는 금속) 의 용액을 펌프로 전해셀에 공급하여 충전 방전하는 배터리로 신재생 에너지인 풍력과 태양광 발전, 야간의 잉여 전력 저장 등 대용량 전력 저장 장치로 관심이 높아지고 있다. 대표적인 레독스 흐름 배터리로 알려진 바나듐 레독스 흐름 배터리는 이온 교환막 사용으로 인하여 전기전도도, 기계적 강도, 투과도 및 전해질 내의 화학적 안정성 등 여러 가지 문제점과 함께 비용 문제점을 야기한다. 하지만 새로운 용해 납 레독스 흐름 배터리는 이온 교환막을 사용하지 않아 바나듐 레독스 흐름 배터리의 문제점 및 시설비가 절약되는 장점이 있어 새로이 연구되지고 있다. 본 연구는 레독스 흐름 배터리에 주로 이용되는 카본 전극재료의 따라 형성되는 Pb, $PbO_2$ 박막의 미세 구조를 및 에너지 효율 특성을 분석하였다. 실험은 half-cell로 이루어졌으며 작업전극은 Carbon felt, Ordered Graphite, Disordered Graphite, Glassy Carbon 등을 여러 카본 재료를 사용하였고, 상대전극은 Pt, 기준전극으로 Ag/AgCl를 사용하여 Cyclic Voltammetry특성과 충방전 특성을 연구하였다. 전해질은 Lead Carbonate ($PbCO_3$)+Methanesulfonic acid ($CH_3SO_3H$) 들어간 수용성 전해질을 교반을 통해 이용하였다. 여러 carbon 전극재료와 생성된 Pb, $PbO_2$ 막의 표면구조, 미세구조, 상들의 변화는 XRD, SEM, EDX, Raman등을 통하여 분석하였으며, 전기화학 공정의 변수와 전극에 따른 에너지 효율특성에 대하여 고찰해 보았다.

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Optimized PWM switching method of DC-DC converter with the bipolar voltages for Redox Flow Battery (레독스 흐름 전지용 양극성 전압을 갖는 DC-DC 컨버터의 최적 PWM 스위칭 기법)

  • Jeong, Hyeon-Ju;Choi, Se-Wan
    • Proceedings of the KIPE Conference
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    • 2015.07a
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    • pp.301-302
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    • 2015
  • 본 논문은 레독스 흐름 전지(Redox Flow Battery : RFB)용 양극성을 갖는 DC-DC 컨버터의 기본 동작 원리 및 최적 스위칭 기법에 관한 것이다. 양극성을 갖는 DC-DC 컨버터는 매우 낮은 배터리 전압에서도 완전 방전을 위해 고승압이 필요하고, 완전 방전 후 극성 반전이 되어 매우 낮은 전압에서도 충전이 가능하여야 한다. 본 논문에서는 이러한 동작이 요구되는 RFB용 DC-DC 컨버터의 스위칭 손실을 최소화하기 위한 스위칭 방법을 제안한다. 최종 발표 시 실험 결과를 제시하고자 한다.

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Research for Electrochemical Properties by Surface Treatment of Bipolar Plate in Redox Flow Battery (레독스 플로우 배터리용 Bipolar plate의 표면 처리를 통한 전기화학적 성능 연구)

  • Han, Jae-Jin;Choe, Jin-Seop
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • 2015.11a
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    • pp.338-338
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    • 2015
  • VRFB(Vanadium Redox Flow Battery)는 바나듐계 이온을 전해질로 사용하는 레독스 흐름 전지로, 전해질의 양이 전지의 용량을 결정하기 때문에 주로 대용량의 전력이 필요한 플랜트 등에서 주로 사용하는 전지이다. 이 VRFB내에는 Current collector의 부식 방지용으로 두꺼운 Graphite판을 BP(Bipolar plate)로 사용한다. 플랜트에서는 대용량 전지를 필요로 하여 Single stack으로는 사용되기 어렵고, Multi stack으로 주로 사용한다. Multi stack의 경우, 수 백장의 BP가 들어가 전지의 부피가 매우 커지게 되고, 이에 본 연구에서는 BP의 두꺼운 Graphite를 얇은 $TiO_2$ 기판으로 교체하여 성능을 비교하는 연구를 진행하였다. Ti 금속기판을 양극산화법으로 $TiO_2$ 나노튜브 구조를 만든 후, $TiO_2$의 전도도 향상을 목적으로 $IrO_2$를 코팅하였다. 결과적으로 기존의 Graphite에 비해 전기화학적 특성이 향상되었음을 확인하였으며, Cell test를 통해 VRFB의 성능을 평가하였다.

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Recent Advance on Composite Membrane Based Vanadium Redox Flow Battery (복합막 기반 바나듐 레독스 흐름 전지의 최근 발전)

  • Kyobin Yoo;Rajkumar Patel
    • Membrane Journal
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    • v.33 no.5
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    • pp.233-239
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    • 2023
  • The transport properties of membranes used in vanadium redox flow batteries (VRFB) are fundamental in battery performance. High proton conductivity and low vanadium ion permeability must be achieved to achieve high battery performance. However, there is a trade-off relationship between proton conductivity and vanadium ion permeability. So, solving this trade-off relationship is crucial in VRFB development. Also, maintaining high coulombic efficiency, voltage efficiency, and energy efficiency is essential for high-performing VRFB. Recently, various attempts have been made, primarily on composite membranes and SPEEK membranes, to overcome the existing limit of Nafion membranes. VRFB is an essential class of rechargeable battery in composite membranes reviewed here.

Relationship between Concentration and Performance of Supporting Electrolyte of Redox Flow Battery Using Polyoxometalate (Polyoxometalate를 이용한 레독스 흐름전지의 지지 전해질 농도와 성능의 관계)

  • Yong Jin Cho;Byeong Wan Kwon
    • Applied Chemistry for Engineering
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    • v.34 no.2
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    • pp.175-179
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    • 2023
  • Herein we present a tested aqueous based redox flow battery (RFB) that employs phosphomolybdic acid and ferrocyanide as the negative and positive active species in an aqueous sodium hydroxide solution. The different concentrations of NaOH solution, such as 1.0, 1.2, 1.4, 1.5, and 1.6 M, were prepared for checking the electrochemical properties and stability. The NaOH concentration as a supporting electrolyte in the negative species appears to play an important role in the electrochemical properties of phosphomolybdic acid. Moreover, the optimum value of the concentration is necessary for the best performance. The resistance of the electrolyte decreased with increasing the concentration up to 1.5 M and then increased to 1.6 M. Hence, the decrease in electrolyte resistance appears to greatly influence the energy efficiency, which is improved by increasing the concentration of NaOH. In addition, the 1.5 M NaOH solution appears to be the concentration required for optimum performance.

Situation of Utilization and Geological Occurrences of Critical Minerals(Graphite, REE, Ni, Li, and V) Used for a High-tech Industry (첨단산업용 핵심광물(흑연, REE, Ni, Li, V)의 지질학적 부존특성 및 활용현황)

  • Sang-Mo Koh;Bum Han Lee;Chul-Ho Heo;Otgon-Erdene Davaasuren
    • Economic and Environmental Geology
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    • v.56 no.6
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    • pp.781-797
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    • 2023
  • Recently, there has been a rapid response from mineral-demanding countries for securing critical minerals in a high tech industries. Graphite, while overwhelmingly dominated by China in production, is changing in global supply due to the exponential growth in EV battery sector, with active exploration in East Africa. Rare earth elements are essential raw materials widely used in advanced industries. Globally, there are ongoing developments in the production of REEs from three main deposit types: carbonatite, laterite, and ion-adsorption clay types. While China's production has decreased somewhat, it still maintains overwhelming dominance in this sector. Recent changes over the past few years include the rapid emergence of Myanmar and increased production in Vietnam. Nickel has been used in various chemical and metal industries for a long time, but recently, its significance in the market has been increasing, particularly in the battery sector. Worldwide, nickel deposits can be broadly classified into two types: laterite-type, which are derived from ultramafic rocks, and ultramafic hosted sulfide-type. It is predicted that the development of sulfide-type, primarily in Australia, will continue to grow, while the development of laterite-type is expected to be promoted in Indonesia. This is largely driven by the growing demand for nickel in response to the demand for lithium-ion batteries. The global lithium ores are produced in three main types: brine lake (78%), rock/mineral (19%), and clay types (3%). Rock/mineral type has a slightly higher grade compared to brine lake type, but they are less abundant. Chile, Argentina, and the United States primarily produce lithium from brine lake deposits, while Australia and China extract lithium from both brine lake and rock/mineral sources. Canada, on the other hand, exclusively produces lithium from rock/mineral type. Vanadium has traditionally been used in steel alloys, accounting for approximately 90% of its usage. However, there is a growing trend in the use for vanadium redox flow batteries, particularly for large-scale energy storage applications. The global sources of vanadium can be broadly categorized into two main types: vanadium contained in iron ore (81%) produced from mines and vanadium recovered from by-products (secondary sources, 18%). The primary source, accounting for 81%, is vanadium-iron ores, with 70% derived from vanadium slag in the steel making process and 30% from ore mined in primary sources. Intermediate vanadium oxides are manufactured from these sources. Vanadium deposits are classified into four types: vanadiferous titanomagnetite (VTM), sandstone-hosted, shale-hosted, and vanadate types. Currently, only the VTM-type ore is being produced.