• 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.

• 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.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권6호
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• pp.890-894
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• 2018

본 연구에서는 염료 물질 중 하나인 메틸렌 블루(methylene blue)를 수계 레독스 흐름 전지의 활물질로 처음으로 도입하였다. Methylene blue의 레독스 전위는 pH가 높아짐에 따라 음의 방향으로 이동하는 것을 확인할 수 있었다. 이 methylene blue를 음극 활물질로 활용하고, 양극 활물질로는 바나듐(vanadium) 을 활용하여 산 전해질을 기반으로 셀성능 평가를 진행하였다. Methylene $blue/V^{4+}$ 레독스 조합의 산 전해질에 대한 셀 전압은 0.45 V로 낮으며, Methylene blue의 물에 대한 용해도 또한 0.12 M로 굉장히 낮다. 이에 따라 0.0015 M의 낮은 농도로 단전지 셀 성능을 평가하였으며, Nafion 212 멤브레인을 사용하여 0~0.8 V 컷-오프 전압으로 $1mA/cm^2$ 전류밀도 하에서 4 cycle에서 충방전 효율 96.67%, 전압효율 88.83%, 에너지효율 85.87%, 방전 용량($0.0500Ah{\cdot}L^{-1}$)의 성능을 보였으며, 낮은 방전용량은 활물질의 낮은 농도에 의한 것이므로 활물질인 메틸렌 블루의 농도를 0.1 M로, 전류밀도는 $10mA/cm^2$로 더 높였을 때 4 cycle에서 CE 99%, VE 85%, EE 85%의 효율로 더 높은 방전 용량($3.8122Ah{\cdot}L^{-1}$)을 도출함을 확인할 수 있었다.

• 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.

• 전기화학회지
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• 제22권4호
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• pp.148-154
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• 2019

바나듐 산화물계 물질은 고용량의 구현이 가능하여 리튬이온 이차전지용 음극재료로 많은 연구가 진행되어 왔다. 본 연구에서는 새로운 음극물질로써 포타슘 메타바나데이트($KVO_3$)를 합성하였으며, 이를 음극 활물질로서의 전기화학적 특성에 대하여 평가하였다. $NH_4VO_3$와 KOH 수용액을 당량에 맞추어 혼합한 후에 이를 가열하여 암모니아를 제거하고 건조함으로써 $KVO_3$ 분말을 손쉽게 합성할 수 있었다. 이렇게 얻어진 $KVO_3$를 300 내지 $500^{\circ}C$에서 8시간 동안 열처리하였다. 열처리 온도가 증가할 수록 초기용량은 감소하였으나, 수명과 효율은 일부 개선되는 경향을 나타내었으나 큰 차이가 나타나지 않았다. 반면에 $KVO_3$를 사용한 전지의 제조 시에 PVdF (polyvinylidene fluoride) 대신에 PAA (polyacrylic acid) 바인더를 사용한 경우 및 전해액 첨가제인 FEC (fluoroethylene carbonate) 를 적용하는 경우에 전기화학적 성능이 크게 개선되었다. 이 전지의 초기 가역용량과 쿨롱효율이 각각 1169 mAh/g과 76.3%로 개선되어 리튬이온 이차전지용 새로운 음극재료로 가능성을 기대할 수 있을 것이다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2013년도 추계학술대회 논문집
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• pp.115-116
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• 2013

Recently environmental problems such as greenhouse gas emissions has become a global problem. As a result, the current that can be easily used to Petroleum and coal reserves of fossil energy and environmental issues, coupled with the limitations of this finding for renewable energy to replace the movement is spreading around the world. Among them Energy Storage System with secondary battery technology has been increased interest in, Redox flow batteries, unlike the conventional theory, the life of the rechargeable battery almost no restrictions existing lithium-ion batteries 10 times more than the life of the road. In this paper, power plant or power system, installed in a building that can cope with the rapid increase in demand for power redox flow battery for 100kW PCS will be introduced.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권5호
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• pp.721-727
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• 2011

All vanadium redox-flow battery (VRFB) has been studied actively as one of the most promising electrochemical energy storage systems for a wide rage of applications such as electric vehicles, photovoltaic arrays, and excess power generated by electric power plants at night time. In this study, carbon felt electrodes were treated by electrochemical oxidation with KOH, and the cyclic voltammetry were studied in order to investigate redox reactivity of vanadium ion species with carbon felt electrodes. Besides the effect of electrochemical oxidation on the surface chemistry of carbon felt electrodes were investigated using the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). After electrochemical oxidation, XPS analysis of PAN based GF20-3 carbon felt electrode revealed on increase in the overall surface oxygen content of the carbon felts after electrochemical oxidation. Redox reaction characteristics using cyclic voltammetry (CV) were ascertained that the electrochemical treated electrode were more reversible than the untreated electrode.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 1999년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.634-637
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• 1999

The amorphous vanadium oxide as a cathode material is very preferable for fabricating high performance micro-battery. The amorphous vanadium oxide cathode is preferred over the crystalline form because three times more lithium ions can be inserted into the amorphous cathode, thus making a battery that has a higher capacity. The electrochemical properties of sputtered films are strongly dependent on the oxygen partial pressure in the sputtering gas. The effect of different oxygen partial pressure on the electrochemical properties of vanadium oxide thin films formed by r.f. reactive sputtering deposition were investigated. The stoichiometry of the as-deposited films were investigated by Auger electro spectroscopy. X-ray diffraction and atomic force microscopy measurements were carried out to investigate structural properties and surface morphology, respectively. For high oxygen partial pressure(>30% ), the films were polycrystalline V$_2$O$_{5}$ while an amorphous vanadium oxide was obtained at the lower oxygen partial pressure(< 15%). Half-cell tests were conducted to investigate the electrochemical properties of the vanadium oxide film cathode. The cell capacity was about 60 $\mu$ Ah/$\textrm{cm}^2$ m after 200 cycle when oxygen partial pressure was 20%. These results suggested that the capacity of the thin film battery based on vanadium oxide cathode was strongly depends on crystallinity.y.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2000년도 하계학술대회 논문집
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• pp.889-892
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• 2000

We have investigated the Pt doping effect on structural and electrochemical properties of amorphous vanadium oxide film, grown by radio frequency magnetron sputtering. Room temperature charge-discharge measurements based on a half-cell with a constant current clearly indicated that the Pt doping could improve the cyclibility of V$_2$O$_{5}$ cathode film. Using glancing angle x-ray diffraction (GXRD) and high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) analysis, we found that the Pt doping with l0W r.f. power induce more random amorphous structure than undoped V$_2$O$_{5}$ film. As the r.f. power of Pt increases, large amount of Pt incorporates into amorphous V$_2$O$_{5}$ and makes PtOx microcrystalline phase in amorphous matrix. This result suggests that the semicondcuting PtOx microcrystalline phase in amorphous matrix lead to a drastically faded cyclibility of 50W Pt doped V$_2$O$_{5}$ cathode film. Possible explanations are given to describe the Pt doping effect on cyclibility of vanadium oxide cathode film.de film.

• 한국표면공학회지
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• 제54권4호
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• pp.164-170
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• 2021

Vanadium redox flow batteries (VRFB) have emerged as large-scale energy storage systems (ESS) due to their advantages such as low cross-contamination, long life, and flexible design. However, Hydrogen evolution reaction (HER) in the negative half-cell causes a harmful influence on the performance of the VRFB by consuming current. Moreover, HER hinders V²⁺/V³⁺ redox reaction between electrode and electrolyte by forming a bubble. To address the HER problem, carbon nanotube/graphite felt electrode (CNT/GF) with oxygen functional groups was synthesized through the hydrothermal method in the H₂SO₄ + HNO₃ (3:1) mixed acid solution. These oxygen functional groups on the CNT/GF succeed in suppressing the HER and improving charge transfer for V²⁺/V³⁺ redox reaction. As a result, the oxygen functional group applied electrode exhibited a low overpotential of 0.395 V for V²⁺/V³⁺ redox reaction. Hence, this work could offer a new strategy to design and synthesize effective electrodes for HER suppression and improving the energy density of VRFB.