• Current Applied Physics
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• 제18권12호
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• pp.1507-1512
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• 2018

The development of an organic-based aqueous redox flow battery (RFB) using quinone as an electroactive material has attracted great attention recently. This is because this battery is inexpensive, produces high energy density, and is environment friendly in stationary electrical energy storage applications. Herein, we investigate the redox potentials and solubilities of indole-5,6-quinone and indole-4,7-quinone derivatives in terms of the substituent effects of functional groups using theoretical calculations. Our results indicate that full-site substituted derivatives of indolequinone are more useful as active materials compared to single-site substituted derivatives. In particular, our calculations reveal that the substitution of $-PO_3H_2$ and $-SO_3H$ functional groups with multiple polar bonds is very effective in increasing the activity of the aqueous RFB. As a strategy to overcome the limitation that the aqueous solubility is intrinsically low because they are organic molecules, we suggest the substitution of functional groups with multiple polar bonds to the backbones of active organic materials. Among 180 indolequinone derivatives, 17 candidates that meet the redox potential standards ($${\leq_-}0.2V$$ or $${\geq_-}0.9V$$) and eight candidates with solubility exceeding 2 mol/L are identified. Three indolequinone derivatives that satisfy both conditions are finally presented as promising electroactive candidates for an aqueous RFB.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권5호
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• pp.615-621
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• 2013

본 연구에서는 수계 레독스 흐름전지에서 사용하는 멤브레인 특성분석방법을 개선하여 비수계 레독스 흐름 전지를 위한 멤브레인 특성분석방법을 확립하였다. 비수계 레독스 흐름 전지에 적합한 멤브레인 특성을 확인하기 위해 상용 멤브레인의 이온교환능력, 이동수, 이온 전도도, 활물질 투과도, 전지효율 실험 등 특성분석들을 수행하였다. 상용 음이온 교환 멤브레인의 특성분석 실험을 통해 충 방전 효율 및 에너지효율과 이온 선택성의 상관관계를 조사하였다. Neosepta AHA 음이온 교환 멤브레인은 이동수 측정에서 0.81의 값으로 비수계 전해질에서 비교적 낮은 이온 선택성을 보였지만, 충방전 전지효율 평가에서는 92%의 충 방전효율과 86%의 에너지효율을 각각 나타내었다. 또한 이온의 선택성이 없는 다공성 멤브레인은 높은 전류밀도의 비수계 레독스 흐름 전지에 적절함을 알 수 있었다.

• 대한화학회지
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• 제68권1호
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• pp.9-11
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• 2024

• 공업화학
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• 제35권3호
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• pp.255-259
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• 2024

본 연구에서는 음극 활물질로 폴리옥소메탈레이트(polyoxometalate, POM)인 규소텅스텐산(tungstosilic acid, TSA)과 양극 활물질로 염화 철(iron chloride)을 사용하고, 지지 전해질 황산(H₂SO₄) 수용액을 이용한 수계 레독스 흐름 전지(redox flow battery, RFB)를 구성하였다. 운전 결과에 따르면 용량 저하와 낮은 에너지 효율을 보이는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해서 양극 활물질에 유기화합물 첨가제인 말산(malic acid)를 첨가하여, 첨가제에 따른 전기화학적 특성과 셀 충방전 테스트를 진행하였다. 말산은 염화 철 수용액에서 킬레이트제로 작용하였으며, 말산내 두 개의 카르복실기가 철 이온과 효과적으로 배위결합을 형성한다. 이는, 양극 활물질인 염화 철의 전해질 저항을 줄어들게 하여 화학적으로 안정화되어 용량과 에너지 효율의 증가를 이끌어냈다.

• 멤브레인
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• 제19권2호
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• pp.129-135
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• 2009

바나듐 레독스-흐름 전지용 격막으로 사용하기 위해 폴리설폰(Psf)에 폴리페닐렌설파이드설폰(PPSS)을 블록 공중합 시킨 폴리머를 사용하여 양이온교환막을 제작하여, 막 특성을 평가하였다. 제작한 양이온교환막은 Nafion117보다 열적 안정성이 뛰어나다는 것을 TG분석을 통해 알 수 있었고, 1몰 황산용액에서의 막 저항은 3 cc의 CSA를 도입하였을 때 $0.96{\Omeg}{\cdot}cm^2$로 제일 작은 저항 값을 나타냈다. 제작한 양이온교환막의 바나듐 레독스-흐름 전지에서의 전기화학적 특성에 대해 평가하였다. 제작한 양이온교환막을 사용한 바나듐 레독스-흐름 전지의 100% 충전상태에서의 기전력은 바나듐 레독스-흐름 전지의 기전력 값인 1.4V를 나타냈으며, 각 충전상태에서의 충 방전 셀 저항은 Nafion117을 사용한 전지의 값보다 작은 값을 나타냈다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제8권3호
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• pp.236-243
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• 2017

A fixed-bed zinc/nickel redox flow battery (RFB) is designed and developed. The proposed cell has been established in the form of a fixed bed RFB. The zinc electrode is immersed in an aqueous NaOH solution (anolyte solution) and the nickel electrode is immersed in the catholyte solution which is a mixture of potassium ferrocyanide, potassium ferricyanide and sodium hydroxide as the supporting electrolyte. In the present work, the electrode area has been maximized to $1500cm^2$ to enforce an increase in the energy efficiency up to 77.02% at a current density $0.06mA/cm^2$ using a flow rate $35cm^3/s$, a concentration of the anolyte solution is $1.5mol\;L^{-1}$ NaOH and the catholyte solution is $1.5mol\;L^{-1}$ NaOH as a supporting electrolyte mixed with $0.2mol\;L^{-1}$ equimolar of potassium ferrocyanide and potassium ferricyanide. The outlined results from this study are described on the basis of battery performance with respect to the current density, velocity in different electrolytes conditions, energy efficiency, voltage efficiency and power of the battery.

• 공업화학
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• 제34권2호
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• pp.175-179
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• 2023

본 연구에서는 음극 활물질로 폴리옥소메탈에이트(polyoxometalate, POM)인 포스포몰리브 산(phosphomolybdic acid)와 양극 활물질로 페로시아나이드(ferrocyanide)를 지지 전해질인 수산화나트륨 수용액을 이용하여 산화환원 흐름 전지(redox flow battery, RFB)를 구성하였다. 다양한 농도의 수산화나트륨 수용액(1.0 M, 1.2 M, 1.4 M, 1.5 M, 1.6 M)을 이용하여 배터리의 성능테스트를 진행하였으며, 각 물질에 대한 전기화학적 특성과 안정성에 대해 연구하였다. 지지 전해질의 농도는 음극 활물질인 포스포몰리브 산에 영향을 주며 최적 값이 존재하고 농도가 증가할수록 전해질 저항이 줄어들게 되며 1.5 M에서 가장 줄어드는 현상을 확인하였고 1.6 M로 농도가 증가할 시 전해질 저항이 다시 증가한다는 것을 확인하였다. 전해질 저항의 감소는 전체 에너지 효율에도 영향을 주어 농도가 증가됨에 따라 효율은 증가하며 1.5 M에서 가장 좋은 배터리 성능을 보인다는 것을 확인하였다.

• 멤브레인
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• 제21권2호
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• pp.141-147
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• 2011

바나듐 레독스-흐름 전지 (V-RFB)용 격막으로 사용하기 위해 폴리설폰(psf)에 폴리페닐렌설파이드설폰(PPSS)을 블록 공중합 시킨 폴리머와 여기에 TPA (tungstophosphoric acid)를 첨가하여 양이온교환막을 제작하였다. 제작한 막은 1M $H_2SO_4$용액을 사용하여 막 저항을 평가하였다. 제작한 Psf-PPSS와 Psf-TPA-PPSS 양이온교환막의 막 저항은 약 $0.94{\Omega}{\cdot}cm^2$를 나타냈다. 제작한 양이온교환막과 Nafion117을 격막으로 사용하여 V-RFB의 전기화학적 특성을 평가하였다. 4 A의 전류에서 측정한 V-RFB의 충 방전 셀 저항은 막의 종류에 따라 Nafion117 < Psf-TPA-PPSS < Psf-PPSS 의 순서로 값이 낮았다. 막을 5가 바나듐 수용액에 침적하여 침적시간 변화에 따른 V-RFB의 총 방전 셀 저항을 측정함으로써 내구성을 평가하였다. 내구성은 제작한 Psf-PPSS 막이 가장 우수하였으며, Nafion117막과 제작한 Psf-TPA-PPSS막이 서로 동등하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권6호
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• pp.847-852
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• 2019

본 연구에서는 퀴노잘린(quinoxaline)과 페로시아나이드(ferrocyanide)를 활물질로 활용한 알칼리 전해질 기반 수계 유기 레독스 흐름전지에 대해 다양한 첨가제를 적용하여 성능을 비교하는 실험을 진행하였다. 퀴노잘린(quinoxaline)의 경우 염화칼륨(KCl) 전해질보다는 수산화칼륨(KOH) 전해질에서의 레독스 전위(-0.97 V)가 더 작은 위치에 있으며, 이에 따라 KOH 전해질에 대해 페로시아나이드와 조합을 이루었을 때, 셀 전압 값은 1.3 V로 높게 나타났다. 상용 양이온 교환막 중 하나인 Nafion 117 멤브레인을 사용하였을 때, 퀴노잘린(quinoxaline)의 부반응 현상을 반전지 상에서 관찰할 수 있었으며, 이에 따라 충방전 자체가 잘 되지 않는 문제점이 있다. 따라서, 문제점이 되는 퀴노잘린(quinoxaline)의 부반응을 해결하기 위해 친전자체와 친핵체 중 하나인 포타슘설페이트($K_2SO_4$)와 포타슘아이오다이드(KI)를 사용하였으며, 포타슘아이오다이드(KI)를 사용하였을 때, 용량 손실율 측면에서 포타슘 아이오다이드(KI)를 첨가제로 넣지 않았을 때($0.29Ah{\cdot}L^{-1}per\;cycle$) 보다 더 낮은 용량 손실율($0.21Ah{\cdot}L^{-1}per\;cycle$)로 더 높은 용량 유지율을 보였다.

• 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.