• 전기화학회지
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• 제17권2호
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• pp.94-102
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• 2014

바나듐 레독스 흐름 전지 (Vanadium redox flow battery, VRB) 시스템 운전 중 양이온 교환막을 통한 바나듐이온의 투과로 인하여 성능이 저하되는 문제점을 보완하기 위해 판상형태의 탄소물질인 산화그라핀 (Graphene Oxide, GO)을 기존에 사용하였던 양이온 교환막인 Nafion 양이온 교환막 표면에 열압착 방식으로 코팅하여 양이온 교환막 개선 및 VRB 성능 향상을 도모하였다. 개선된 양이온 교환막의 물리화학적 특성분석을 위하여 SEM (Scanning Electron Microscopy)분석, 이온 교환 용량, 수분 흡수 및 수소이온 전도도를 측정하였다. 산화그라핀층을 코팅한 결과, SEM 분석을 통해 양이온 교환막 표면에 약 $0.93{\mu}m$의 산화그라핀층이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 산화그라핀을 코팅하여 개선된 양이온 교환막의 수소이온 전도도 측정 결과, 상용 양이온 교환막의 27% 수준으로 감소하였음을 확인하였으며, 동시에 바나듐이온 투과실험을 실시한 결과, 개선된 양이온 교환막의 바나듐이온 투과도가 기존 상용 양이온 교환막의 25% 이하 수준으로 감소하였음을 확인할 수 있었다. VRB 단위전지 성능실험을 실시하여 충-방전 특성을 분석한 결과, 산화그라핀을 코팅하여 개선된 양이온 교환막을 VRB 시스템에 적용하였을 경우, 바나듐이온의 투과도 감소로 인하여 쿨롱효율이 증가하였음을 확인할 수 있었고, 그로 인하여 전체적인 에너지효율이 상용막을 적용하였을 때 보다 증가하였음을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 연구를 통해 양이온 교환막 표면에 판상형태의 탄소물질인 산화그라핀을 코팅하는 방법이 바나듐이온 투과도를 저하시키고 VRB의 시스템성능을 향상시킬 수 있는 효과적인 방법임을 제시할 수 있었다.

• 멤브레인
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• 제30권5호
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• pp.307-318
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• 2020

기존의 바나듐 레독스 흐름전지(vanadium redox flow battery, VRFB)에서 사용하고 있는 과불소계이오노머인 나피온(Nafion)은 전해질에 존재하는 바나듐 이온의 투과도가 높아, 바나듐 이온이 분리막을 투과하여 반대쪽 전해질로 교차 이동하는 문제를 갖고 있다. VRFB에서 바나듐 이온의 투과는 서로 다른 산화수를 갖는 바나듐 이온이 부반응을 일으켜 충전, 방전 용량의 감소를 야기하고, 장기적인 성능 감소를 일으키는 원인이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 SiO₂에 3-aminopropyl group이 도입된 나노입자(fS)를 Nafion에 분산시켜 바나듐 이온의 투과를 감소시키고, VRFB의 장기적인 성능의 향상을 도모하고자 하였다. SiO₂에 붙어 있는 아민기(-NH₂)가 Nafion의 술폰산 음이온(SO₃^-)과 이온결합을 형성함과 동시에, 암모늄 양이온(-NH₃⁺)의 양전하가 바나듐 이온에 대해 Gibbs-Donnan 효과를 나타내어 낼 것이라고 기대하였다. fS를 섞은 Nafion 용액의 pH와 Nafion-fS 막의 IEC 측정을 통해 암모늄 양이온과 술폰산 음이온의 이온결합이 존재하는 것을 확인하였고, fS의 양이 많아질수록 바나듐 이온의 투과도가 감소하는 것을 확인하였다. VRFB 단위 전지에 제조한 복합막을 도입하였을 때, 150 mA/㎠의 전류밀도에서 충방전 사이클을 200회 반복 진행하여도 방전용량을 최대 80%까지 유지할 수 있었다.

• 대한안전경영과학회:학술대회논문집
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• 대한안전경영과학회 2002년도 추계학술대회
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• pp.279-284
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• 2002

All-vanadium redox flow battery(VRFB) has been studied actively as one of the most promising electrochemical energy storage systems for a wide range of applications such as electric vehicles, photovoltaic arrays, and excess power generated by electric power plants at night time. CPCS has been shown to have the characteristics as an excellent current collector for VRFB and electrochemical properties of specific resistivity 0.31 $\Omega$cm, which were composed of G-1028 80 wt%, PVC 10 wt%, DBP 5 wt% and FS 5 wt%. Energy efficiencies of VRFB with the CPCE and the existing electrode assembly were 84.14 % and 77.24 % respectively, in charge/discharge experiments at constant current of 200 mA, and the CPCE was confirmed to be suitable as the electrode of VRFB.

• 방사선산업학회지
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• 제7권1호
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• pp.61-67
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• 2013

In this study, we developed ionic permselective membrane as a core material of redox flow battery using radiation grafting method. Two ionic permselective membranes, ETFE-g-PSSA and ETFE-g-PVBSA were prepared by radiation grafting with styrene and VBC followed by sulfonation, respectively. We confirmed that the prepared membranes were successfully prepared via FT-IR. The prepared ionic permselcetive membranes were characterized and the performance of the membranes were evaluated as ionic permselective membranes for vanadium redox flow battery.

• 한국표면공학회지
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• 제52권3호
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• pp.150-155
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• 2019

The carbon electrode was modified through manganese-catalyzed hydrogenation method for high energy density vanadium redox flow battery (VRFB). During the catalytic hydrogenation, the manganese oxide deposited at the surface of the carbon electrode stimulated the conversion reaction from carbon to methane gas. This reaction causes the penetration of the manganese and excavates a number of cavities at electrode surface, which increases the electrochemical activity by inducing additional electrochemically active site. The formation of the porous surface was confirmed by the scanning electron microscopy (SEM) images. Finally, the electrochemical performance test of the electrode with the porous surface showed lower polarization and high reversibility in the cathodic reaction compared to the conventional electrode.

• 한국표면공학회지
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• 제52권3호
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• pp.180-185
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• 2019

The demands to improve the performance of the vanadium redox flow battery have attracted an intense research on modifying the carbon-based electrode. In this study, the surface of graphite felt was reformed, using cobalt oxide. The cobalt oxide was implanted into graphite felt during hydrothermal and two step heat treatments. The cobalt was deposited by hydrothermal method and the two step heat treatments made lots of holes on the graphite felt surface which is called as porous surface. The porous surface acts as an electrochemically active site for the cathodic reaction of vanadium redox flow battery. The reformed electrode shows the electrochemically improved performance compared with the pristine electrode.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권2호
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• pp.182-186
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• 2014

두 종류의 집전체(BP, bipolar plate)를 사용하여 바나듐 레독스-흐름 전지(V-RFB, vanadium redox-flow battery)의 성능을 평가하였다. V-RFB의 성능평가는 $60mA/cm^2$의 전류밀도에서 진행하였다. A 집전체를 사용한 V-RFB의 기전력(SOC 100%에서의 OVC)은 1.47V, B 집전체를 사용한 V-RFB의 기전력은 1.54V를 나타냈다. A 집전체를 사용한 V-RFB의 셀 저항은 충전시에 $4.44{\sim}5.00{\Omega}{\cdot}cm^2$을, 방전시에 $3.28{\sim}3.75{\Omega}{\cdot}cm^2$를 보였으며, B 집전체를 사용한 V-RFB의 셀 저항은 충전시에 $4.19{\sim}4.42{\Omega}{\cdot}cm^2$, 방전시에 $4.71{\sim}5.49{\Omega}{\cdot}cm^2$를 나타냈다. 각 집전체를 사용한 V-RFB의 성능은 5회 충방전 실험을 진행하여 평가하였다. A 집전체를 사용한 V-RFB는 평균 전류효율 93.1%, 평균 전압효율 76.8%, 평균 에너지효율 71.4%를 나타냈으며, B 집전체를 사용한 V-RFB는 평균 전류효율 96.4%, 평균 전압효율 73.6%, 평균 에너지효율 71.0%를 나타냈다.

• 전기화학회지
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• 제19권1호
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• pp.14-20
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• 2016

바나듐 레독스 흐름 전지는 서로 다른 산화수를 가지는 이온의 산화 환원 반응을 이용하여 전기에너지와 화학에너지를 상호 변환하여 충전 및 방전하는 원리의 에너지 변환 장치로, 구동 중요 요소로는 전극, 전해액, 이온교환막이 있다. 여기서 이온교환막은 산화 환원 반응의 수소이온의 전달 및 전해액을 분리하는 역할을 하며, 이상적인 특징으로는 높은 내산성, 낮은 저항과 높은 수소 전도도와 낮은 바나듐 이온의 투과성과 낮은 가격이다. 최근 이러한 목표에 도달하기 위해서 이온 교환막에 대한 활발한 개발이 이루어지고 있다. 개발된 이온교환막은 여러 물성 평가를 통해 적합막인지 판별하며, 그 평가 중 장기 내구성 평가는 막대한 시간이 걸린다. 이러한 단점을 보완하고자 본 연구에서는 평가 시간이 긴 낮은 전류밀도부터 평가 시간이 짧은 고 전류밀도에서 수행한 단기 실험(총 운전시간 87.5 시간)을 통하여 하나의 식을 만들어 그 수명을 예측하였으며, 실제 장기 내구성 평가(총 예상 운전시간 2,296 시간)를 진행하여 해당 식의 오차율이 5~6%로 적용 타당성을 확인하였다. 그 결과 본 식을 통하여 수명을 예측할 경우 96.2%의 시간을 단축시킬 수 있었다.

• 공업화학
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• 제25권3호
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• pp.292-299
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• 2014

본 연구에서는 바나듐 레독스 흐름전지의 효율을 향상시키고자 탄소펠트에 열산화 반응과 암모니아수 처리를 이용하여 질소가 도핑된 탄소펠트 전극을 제조하였다. 또한 제조된 탄소펠트 전극의 전기화학적 특성평가를 위하여 CV 실험 및 충/방전 실험을 실시하였다. 암모니아수 처리온도가 증가함에 따라 탄소펠트 표면의 질소 관능기가 증가함을 XPS를 통하여 확인하였으며, CV 측정 결과 암모니아수 처리된 탄소펠트는 열산화된 탄소펠트에 비하여 산화/환원의 반응성이 우수함을 확인하였다. 충/방전 실험결과 $300^{\circ}C$에서 암모니아수 처리한 탄소펠트 전극은 열산화된 탄소펠트 전극보다 에너지효율, 전압효율, 전류효율이 각각 약 6.93, 1.0, 4.5%씩 향상됨을 알 수 있었다. 이는 질소 관능기가 탄소펠트 전극과 전해질 사이의 전기화학적 성능 향상에 도움을 주었기 때문으로 사료된다.

• 멤브레인
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• 제31권5호
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• pp.351-362
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• 2021

전 바나듐 레독스 흐름 전지(VRFB)는 유망한 대용량 에너지 저장 기술 중 하나이다. 이온교환막은 VRFB의 충·방전 성능 및 내구성을 좌우하는 핵심 구성 요소이다. 본 연구에서는 기존 탄화수소계 이온교환막의 단점을 보완하기 위해 우수한 물리적 및 화학적 안정성을 갖는 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 지지체의 세공에 불소부가 포함된 탄화수소계 이오노머를 충진하는 방식으로 세공충진 음이온교환막(PFAEMs)을 제조하였다. 얇은 다공성 PTFE 지지체의 사용으로 전기적 저항을 현저히 낮출 수 있었으며 PTFE 지지체의 사용과 더불어 충진 이오노머에 불소부를 도입함으로써 막의 산화 안정성을 크게 향상시킬 수 있었다. 충·방전 성능 평가 결과, PFAEM에 불소부의 함량이 증가할수록 높은 전류 효율을 나타내었으며 낮은 전기적 저항으로 상용막 대비 우수한 전압 효율 및 에너지 효율을 보였다. 또한, 산화 안정성 및 충·방전성능의 관점에서 소수성 PTFE 지지체의 사용이 더 바람직함을 확인하였다.