• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권2호
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• pp.239-243
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• 2019

본 연구에서는 Anthraquinone-2,7-disulfonic acid (2,7-AQDS)와 Tiron을 수계 레독스 흐름 전지 음극 및 양극 활물질로 사용하며 기존의 황산 전해질 대신 중성인 염화암모늄 ($NH_4Cl$)을 전해질로 도입하였다. 이렇게 전해질을 변경함으로써, 황산 전해질의 낮은 셀 전압(0.76 V)을 1.01 V까지 향상시킬수 있다. 성능 최적화를 위해 염화암모늄 전해질에 0.1 M로 활물질 농도를 맞춰 컷-오프 전압에 변화를 주며 완전지셀 성능을 평가하였다. 0.2~1.6 V 구간의 컷-오프 전압으로 $40mA/cm^2$ 하에서 20 사이클 동안 완전지셀을 테스트한 결과, 충전 동안 수소가 발생하였다. 이에 컷-오프 전압 조절로 충전 전압을 낮춰서 수소 발생을 제한하고자 0.2~1.2 V 구간으로 $40mA/cm^2$ 하에서 완전지셀 테스트를 진행하였다. 수소 발생은 없었으며, 전류 효율 99%, 방전 용량 3.3 Ah/L의 성능을 보였다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제36권1호
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• pp.200-207
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• 2019

본 연구에서는 "이온젤"이라고 불리는 고분자 기반의 PVA(polyvinyl alcohol)-$H_3PO_4$의 고체 전해질에 이온성 액체 $BMIMBF_4$ (1-buthyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)를 첨가하여 제조한 전고체 전해질과 환원된 그래핀 옥사이드/전도성 고분자 복합재료 기반의 전극 재료를 이용하여 유연성을 갖는 슈퍼커패시터를 제작 하였으며, 유연성에 따른 전기화학적 특성을 분석하여 보았다. 환원된 그래핀 옥사이드/전도성 고분자 복합재료와 전고체 전해질 기반의 유연성 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성을 유연성에 따라서 측정하기 위해서 프레스로 $0.01kg/cm^2$의 일정한 압력으로 최대 100회 까지 굽힘 시험(bending test)을 진행 하였으며, 0~100 회의 굽힘 시험 이후에 순환 전압전류법(CV), 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 및 전정류 충 방전법(GCD)을 통하여 비교 및 분석하여 보았다. 그 결과로, 유연성 슈퍼커패시터의 초기 전기용량은 43.9 F/g으로 확인 할 수 있었고, 이 값은 50회, 100회의 굽힘 시험 후에 각각 42.0F/g, 40.1F/g로 감소하는 현상을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로 미루어 보아 물리적인 응력이 슈퍼 커패시터의 전기화학적 특성 감소에 영향을 주는 것으로 사료되며 또한, 굽힘 횟수에 따른 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성 감소 원인을 확인하기 위해서 굽힘 시험 전과 후의 전극표면을 전자주사 현미경으로 관찰하여 보았다.

• 에너지공학
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• 제29권2호
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• pp.68-78
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• 2020

신 기후변화협약에 따라 전 세계적으로 온실가스를 저감하는 기술개발이 활발하게 이뤄지고 있으며, 발전·송배전 분야에서 에너지효율향상에 대한 연구가 진행되고 있다. 에너지저장장치를 이용해 잉여전기를 저장하고 전기를 공급하는 운영방식에 대한 경제성 분석, 지역단위 열 병합 발전소에서 주파수조정예비력으로 에너지저장장치를 활용하는 것이 가장 수익이 높은 운영방안으로 보고되었다. 이에 본연구에서는 체코의 열병합발전소를 대상으로 에너지저장장치 설치를 위한 경제성 분석을 실시하였다. 배터리에너지저장장치의 경제성 평가에 있어 가장 중요한 요소는 수명으로 일반적으로 1일 1회 충·방전을 기준으로 보증수명은 10~15년으로 알려져 있다. 시뮬레이션을 위해 배터리와 PCS의 비율은 1:1, 1:2로 설계하였다. 일반적으로 Primary 주파수조절용의 경우 1:4로 설계를 하지만, 열병합발전소의 특성을 고려하여 최대 1:2의 비율로 설정하였으며, 각각의 비율에 맞게 용량을 1MW~10MW, 2MWh~20MWh로 시뮬레이션을 실시하여 연간 사이클 횟수를 기준으로 수명을 평가하였다. 체코의 열병합 발전소에 배터리에너지저장장치를 설치하는 사업은 현지 인프라와 전력시장을 고려할 경우 투자 회수 기간은 3MW/3MWh가 5MW/5MWh보다 유리하다. 보조금 없이 예상 구매 가격을 고려한 간단한 투자회수기간에서 약 3년, 약 5년으로 산정되었으며, 구입비용이 전체 평생 동안 비용의 중요한 부분이기 때문에 구매가격을 50 % 낮추면 약 절반 정도의 회수 기간이 단축 될 수 있지만, 3MWh와 5MWh의 규모에 경제를 통해 수익성 확보는 불가능하다. 전력시장의 가격이 50% 하락하면 투자 회수기간은 P1 모드에서는 3년, P2 및 P3 모드에서는 2년 더 길어진다. 배터리에너지저장시스템과 발전기의 결합으로 인한 절감액의 변화에 대한 민감도 분석은 전제 범위 내에서 회수 기간에 큰 영향을 미치지 않으며, 보조금 15%를 받는 기준에서 3MW 시스템의 총 비용은 66,923,000 CZK이며, 편익은 모드에 따라 244,210,000 ~ 294,795,000 CZK이며, 비용회수기간은 3~4년이다. 동일한 기준에서 5MW 시스템의 경우 총 비용은 101,320,000 CZK이며, 편익은 모드에 따라 253,010 ~ 281,411,000 CZK로 나타나며, 비용회수기간은 5~6년이다. 체코에서 배터리에너지저장시스템은 MWh당 1년에서 1.2년의 투자회수기간이 발생하는 것을 알 수 있다.

• 폴리머
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• 제35권6호
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• pp.593-598
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• 2011

본 연구에서는 전바나듐 레독스-흐름 전지용 음이온교환막의 제조를 위하여 isophthalic acid (IPA), 1,6-hexanediol(HDO), terephthalic acid(TPA), maleic anhydride(MA)의 용융 축합중합 방법에 의해 IPA-co-HDO-co-(TPA/MA)(IHTM) 공중합체를 합성하였다. 합성된 IHTM 공중합체 아민화 반응을 trimethylamine으로 하였으며, UV 가교 반응을 통하여 음이온교환막을 제조하였다. IHTM 공중합체의 구조 및 열안정성을 FTIR, $^1H$ NMR, TGA 분석을 통하여 확인하였다. 또한 IHTM 음이온교환막의 함수율, 이온교환용량, 전기저항, 전기전도도를 중량법, 적정법 및 LCR 미터로 측정하였으며, 전바나듐 레독스-흐름 전지의 효율 실험을 하였다. 막의 이온교환용량, 전기저항, 전기전도도는 각각 1.10 meq/g, $1.98{\Omega}{\cdot}cm^2$, 0.009 S/cm로 우수하게 나타났으며, 전바나듐 레독스-흐름 전지의 충 방전효율, 전압효율 및 에너지효율은 각각 96.5, 74.6, 70.0%이었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권4호
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• pp.559-564
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• 2019

본 연구는 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유를 전기방사공정 및 후 열처리 공정을 통해 합성했다. 용액에 polystyrene (PS) 나노비드를 첨가하여 방사된 섬유는 열처리 과정을 통해 PS가 제거됨으로써 구조체 내 기공이 균일하게 생성되었으며 이는 구조체 내로 열 전달 및 가스의 침투를 원활히 함으로써 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유가 합성될 수 있었다. 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유를 리튬 이차전지의 음극활물질로 적용한 결과, $1.0A\;g^{-1}$의 높은 전류밀도에도 불구하고 300 사이클 동안 $815mA\;h\;g^{-1}$ ($646mA\;h\;cm^{-3}$)의 높은 가역 용량을 유지했다. 반면 $ZnCo_2O_4$ 나노 분말은 300 사이클 후 $487mA\;h\;g^{-1}$ ($450mA\;h\;cm^{-3}$)의 방전 용량을 나타냈다. 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유의 우수한 리튬 저장 특성은 중공 구조 및 섬유 표면을 구성하는 $ZnCo_2O_4$ 나노결정에 기인한 결과이다. 본 연구에서 제안한 계층적 구조를 갖는 중공형 나노 섬유 구조체는 다양한 금속 산화물로 확장 적용이 가능하며 에너지 저장 분야를 포함한 여러 분야에 응용 가능하다.

• 유기물자원화
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• 제30권2호
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• pp.5-15
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• 2022

본 연구에서는 궐련형 담배의 담뱃잎 바이오매스 폐기물을 수거하여 슈퍼커패시터용 활물질로 제조 및 응용하였다. 수거한 담뱃잎 폐기물을 질소 환경에서 다양한 온도(800/850/950℃)로 탄화하였으며, 탄소/산소 성분비(C/O ratio) 분석을 통해 850℃에서 가장 우수한 품질의 탄소 물질이 제조되었음을 확인하였다. 추가적으로 담뱃잎 기반의 탄소 물질에 폴리피롤(Polypyrrole)을 저온중합법을 통해 코팅하여 전기화학적 성능을 향상시켰다. 탄소 물질(CTL-850)과 폴리피롤을 코팅한 탄소 물질(CTL-850/PPy)을 기반으로 한 전극의 전기화학적 성능을 측정한 결과, -1.0-0.0V와 0.0-1.0V의 전위창에서 각각 100.2F g^-1@1 A g^-1과 155.3F g^-1@1 A g^-1의 우수한 비정전용량(Specific capacitance)를 나타내었다. 두 개의 전극을 활용하여 비대칭형 슈퍼커패시터 소자(Asymmetric supercapacitor device)를 제작하였으며, 제조한 비대칭형 CTL-850//CTL-850/PPy 소자는 2.0V의 구동전압 범위와 비정전용량(31.1F g^-1@1 A g^-1)을 가지고 있음을 확인하였다. 또한, 제조한 슈퍼커패시터 소자의 방전을 통해 1.8V의 Red Led를 점등할 수 있음을 확인하였다. 본 연구 결과를 통해 바이오매스를 우수한 성능의 친환경 에너지 저장매체로 활용하는 후속 연구에 대한 방향성을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제13권3호
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• pp.181-189
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• 2002

A series of multicomponent $Zr_{0.8}Ti_{0.2}Mn_{0.4}V_{0.6}Ni_{1-x}Fe_{x}$ (x=0.00, 0.08, 0.15, 0.22, and 0.30) alloys are prepared and their oystal structure and P-C-T curves are examined. The electrochemical properties of these allqys such as activation conditions, discharge capacity, cycling performance are also investigated. $Zr_{0.8}Ti_{0.2}Mn_{0.4}V_{0.6}Ni_{1-x}Fe_{x}$ (x=0.00, 0.08, 0.15, 0.22 and 0.30) have the C14 Laves phase hexagonal structure. The electrode was activated by the hot-charging treatment. The best activation conditions were the current density 120 mA/g and the hot-charging time 12h at $80^{\circ}C$ in the case of the alloy with x=0.00. The discharge capacity increased rapidly until the fourth cycle and then decreased. The discharge capacity increased again from the 13th cycle, arriving at 234 mAh/g at the 50th cycle. The discharge capacily just after activation decreases with the increase in the amount of the substituted Fe but the cycling performance is improved. The discharge capacity after activation of the alloy with x=0.00 is 157 mAh/g at the current density 120 mA/g. $Zr_{0.8}Ti_{0.2}Mn_{0.4}V_{0.6}Ni_{0.85}Fe_{0.15}$ is a good composition with a medium quantity of discharge capacities and a good cycling performance. The ICP analysis of the electrolyte for these electrodes after 50 charge-discharge cycles shows that the concentrations of V and Zr are relatively high. Another series of multicomponent $Zr_{0.8}Ti_{0.2}Mn_{0.4}V_{0.6}Ni_{0.85}M_{0.15}$ (M = Fe, Co, Cu, Mo and Al) alloys are prepared. They also have the C14 Laves phase hexagonal structure. The alloys with M = Co and Fe have relatively larger hydrogen storage capacities. The discharge capacities just after activation are relatively large in the case of the alloys with M = Al and Cu. They are 212 and 170 mAh/g, respectivety, at the current density 120mA/g. The $Zr_{0.8}Ti_{0.2}Mn_{0.4}V_{0.6}Ni_{0.85}Co_{0.15}$ alloy is the best one with a relatively large discharge capacity and a good cycling performance.

• 전기화학회지
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• 제22권1호
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• pp.36-42
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• 2019

두께가 $52{\mu}m$의 주석필름을 고농도의 질산을 사용한 화학적 식각과정을 거쳐서 리튬이온 이차전지용 고용량 음극인 다공성 주석후막을 제조하였다. 다공성 주석필름은 반응면적이 증가하게 되어 리튬과의 합금화 반응에 대한 과전압이 감소하였으며, 동시에 충방전 시의 부피변화에 대응할 수 있는 공간이 확보되었다. 또한, 이러한 다공성 주석후막 전극은 바인더 및 도전재의 사용이 필요하지 않기 때문에 실질적으로 더욱 큰 에너지 밀도의 구현이 가능하다. 식각용액에서의 질산농도가 증가할 수록 주석필름의 식각되는 정도가 증가하여 주석의 무게와 두께가 더욱 감소하였다. 3 M 농도 이상의 질산에서 주석필름의 식각이 효과적으로 진행되었으나, 5 M 농도에서는 식각속도가 더욱 증가하여 60초 내에 대부분의 주석이 용출되어 회수할 수 없었다. 4 M 농도의 질산용액에서 식각한 경우에는 두께는 40.3%가 감소하며 무게는 48.9%가 감소된 다공성 구조가 형성되었다. 주석필름의 식각되는 정도가 증가함에 따라 전기화학적 활성이 증가하게 되어 리튬저장에 대한 가역용량이 증가하였으며, 4 M 농도에서 식각한 주석필름의 경우에는 650 mAh/g의 가역용량을 나타내었으며, 안정적인 사이클 특성을 나타내어 주석분말을 사용하여 기존의 전극제조 방법으로 제조한 경우보다 향상된 사이클 성능을 나타내었다.

• 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.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제37권2호
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• pp.260-267
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• 2020

본 연구에서는 "이온젤" 이라고 불리는 고분자 기반의 PVA(polyvinyl alcohol) 기반의 고체 전해질에 이온성 액체 BMIMBF4 (1-buthyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)를 첨가하여 제조한 전고체 전해질과 활성탄소와 금속유기골격체 복합재료 기반의 전극 재료를 이용하여 슈퍼커패시터를 제작하였으며, 유기골격체의 유 무에 따른 전기화학적 특성을 분석하여 보았다. 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성은 순환전압전류법(CV), 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 및 전정류 충·방전법(GCD)을 통하여 비교 및 분석하여 보았다. 그 결과로, 금속유기골격체가 함유되지 않은 슈퍼커패시터의 전기용량값은 380 F/g 으로 확인 할 수 있었고, 이 값은 금속유기골격체를 첨가하였을 때 340 F/g로 감소하는 현상을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로 1 wt%의 금속유기골격체의 함유량은 전기화학적 특성 감소에 영향을 주는 것으로 사료되며 이러한 결과를 바탕으로 금속유기골격체의 첨가량을 최적화 할 필요가 있다고 판단된다.