• 에너지공학
• /
• 제24권3호
• /
• pp.89-95
• /
• 2015

레독스흐름전지의 전극으로 사용하기 위해 (주)CNF에서 제조한 탄소펠트를 여러 가지 온도에서 열처리하여 실험하였다. 열처리 조건에 따른 탄소펠트의 물성특성을 파악하기 위하여 BET(비표면적)와 무게감소를 측정하였고 표면특성을 살펴보기 위하여 주사전자현미경(SEM)과 XPS 분석을 실시하였다. 또한 전기저항, CV(cyclic voltammetry), RFB 충방전 성능 통해 열처리 조건에 따른 전극특성에 미치는 영향을 살펴보았다. SEM, BET분석을 통하여 탄소펠트 표면의 물성 변화를 확인하였고, XPS 분석을 통해 $550^{\circ}C$에서 1시간 열처리한 탄소펠트의 표면에 산소 관능기가 가장 많이 부가된 것을 확인하였다. CV 실험을 수행한 결과 $550^{\circ}C$ 열처리 전극의 활성면적이 가장 컸다. $400^{\circ}C$, $500^{\circ}C$, $550^{\circ}C$에서 열처리한 탄소펠트를 이용하여 바나듐 레독스흐름전지를 구성하고 충-방전 실험을 실시한 결과 충-방전 에너지효율이 $400^{\circ}C$ 열처리 전극의 경우 72.9%, $500^{\circ}C$ 열처리 전극의 경우 79.8%, $550^{\circ}C$ 열처리 전극의 경우 79.8%로 $550^{\circ}C$ 열처리 전극이 가장 우수하였다.

• 한국환경과학회지
• /
• 제29권4호
• /
• pp.383-393
• /
• 2020

To increase electrolysis performance, the applicability of seawater to the iron-fed electro-Fenton process was considered. Three kinds of graphite electrodes (activated carbon fiber-ACF, carbon felt, graphite) and dimensionally stable anode (DSA) electrode were used to select a cathode having excellent hydrogen peroxide generation and organic decomposition ability. The concentration of hydrogen peroxide produced by ACF was 11.2 mg/L and those of DSA, graphite, and carbon felt cathodes were 12.9 ~ 13.9 mg/L. In consideration of durability, the DSA electrode was selected as the cathode. The optimum current density was found to be 0.11 A/㎠, the optimal Fe²⁺ dose was 10 mg/L, and the optimal ratio of Fe²⁺ dose and hydrogen peroxide was determined to be 1:1. The optimum air supply for hydrogen peroxide production and Rhodamine B (RhB) degradation was determined to be 1 L/min. The electro-Fenton process of adding iron salt to the electrolysis reaction may be shown to be more advantageous for RhB degradation than when using iron electrode to produce hydrogen peroxide and iron ion, or electro-Fenton reaction with DSA electrode after generating iron ions using an iron electrode.

• 대한환경공학회지
• /
• 제32권1호
• /
• pp.87-96
• /
• 2010

미생물 연료전지의 전극소재는 전기발생량에 영향을 미치는 중요인자이다. 본 연구에서는 탄소전극의 두께 구조가 미생물 연료전지의 전력밀도 미생물 형성 미생물 군집의 다양성에 미치는 영향에 관해 연구를 수행하였다. 산화 환원 전극조합의 능률적인 구성을 위해 다양한 형태의 탄소전극으로 이루어진 7개 실험실 규모의 반응기가 연속식 공정으로 운전되었다. 반응기의 안정화 상태에서 구멍이 있는 흑연펠트(6 mm 두께) 조합이 전기발생량 238 mV, 그리고 쿨롱효율이 37%로 가장 높은 셀 성능을 나타내었다. 산화전극 표면에 미생물의 생성을 관찰하기 위해 SEM 촬영을 실시한 결과, 니트형태의 탄소섬유와 흑연펠트의 표면에 미생물양의 생성이 증가함을 관찰할 수 있었다. 식종 슬러지와 산화전극 부착성장 미생물의 우점종 변화를 관찰하기 위해 PCR-DGGE를 통한 미생물 군집해석 결과, 식종슬러지내의 미생물 군집과 운전 후 각 전극에 우점화 된 미생물의 군집에는 차이를 보였다. 특히 흑연펠트의 탄소섬유에 전기활성 박테리아로 알려진 eobacter 종이 우점화 된 것을 확인할 수 있었다.

• 전기화학회지
• /
• 제21권1호
• /
• pp.1-5
• /
• 2018

본 연구에서는 수소화 붕소 나트륨 ($NaBH_4$)를 이용하여 고온에서 이산화탄소 ($CO_2$)를 환원시켜 붕소가 도핑된 카본을 제조하였고, 이를 카본 펠트에 코팅하여 바나듐 레독스 흐름전지용 전극으로 적용하였다. 전기화학적 성능 평가 결과, 순수 카본펠트 대비 붕소 도핑된 카본으로 코팅된 카본펠트의 가역성이 약 20% 향상되었고 전하 전달 저항이 60% 감소하였다. 충/방전 결과에서는, 에너지 밀도와 에너지 효율이 각각 21%와 12.4% 향상되었다. 이러한 결과는 $CO_2$를 환원시켜 제조한 탄소가 레독스 흐름전지용 전극소재로 사용될 수 있는 가능성을 보여준다.

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

• Carbon letters
• /
• 제6권1호
• /
• pp.25-30
• /
• 2005

The electrosorption of U(VI) from waste water was carried out by using an activated carbon fiber (ACF) felt electrode in a continuous electrosorption cell. In order to enhance the electrosorption capacity at a lower potential, the ACF was electrochemically modified in an acidic and a basic solution. Pore structure and functional groups of the electrochemically modified ACF were examined, and the effects of the modification conditions were studied for the adsorption of U(VI). Specific surface area of all the ACFs was decreased by this modification. The amount of the acidic functional groups decreased with a basic modification, while the amount increased a lot with an acidic modification. The electrosorption capacity of U(VI) decreased on the acid modified electrode due to the shielding effect of the acidic functional groups. The base modified electrode enhanced the capacity due to a reduction of the acidic functional groups. The electrosorption amount of U(VI) on the base modified electrode at .0.3 V corresponds to that of the as-received ACF electrode at .0.9 V. Such a good adsorption capacity was due to a reduction of the shielding effect and an increase of the hydroxyl ions in the electric double layer on the ACF surface by the application of negative potential.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
• /
• 제8권2호
• /
• pp.155-161
• /
• 2017

Carbon felts were prepared under various thermal conditions to improve the electrochemical properties of vanadium redox flow batteries. The number of C-O and/or C-OH functional groups on the surface of the electrodes treated under airless conditions was much larger than that of the untreated and partially oxygen-treated electrodes. The carbon felt treated under airless conditions had the lowest surface area. The overall kinetic properties of the redox reaction were greatly improved for the carbon felt treated under airless conditions; i.e., the reversibility of the anodic and cathodic reactions associated with the $VO_2{^+}/VO^{2+}$ couple became more reversible. Single-cell tests indicated that the carbon felt exhibited an excellent discharge capacity of $3.1Ah{\cdot}g^{-1}$ at $40mA{\cdot}cm^{-2}$, and the corresponding Coulombic, voltage, and energy efficiencies were 89.5%, 91.8%, and 82.2%, respectively.

• Composites Research
• /
• 제37권3호
• /
• pp.190-196
• /
• 2024

분리판은 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB) 스택 내 셀의 전기적 통로 및 구조적 지지 역할 수행하는 매우 중요한 부품 중 하나이다. 흑연 소재는 전기 전도성이 뛰어나 분리판에 주로 사용되지만, 셀 스택에서 전극과 분리판 사이에 높은 계면 접촉 저항(ICR)이 발생하여 VRFB의 성능에 심각한 제한이 존재한다. 본 연구에서는 ICR의 한계를 해결할 수 있는 일체형 전극-분리판 조립체를 개발하는 것을 목표로 하였다. 일체형 조립체는 핫 프레스 방법을 활용하여 열가소성 및 열경화성 폴리머와 단일 탄소 펠트를 사용하여 제작하였다. 실험 결과, 일체형 조립체가 연속적인 전기 경로로 인해 감소된 전체 저항을 나타냄을 확인하였다. 또한, 충/방전 셀 테스트 결과에서 일체형 조립체는 향상된 셀 성능을 보여주었다. 따라서 개발된 일체형 전극-분리판 조립체는 기존의 분리판 및 전극 조립체를 대체할 수 있을 것으로 판단된다.

• Carbon letters
• /
• 제16권2호
• /
• pp.93-100
• /
• 2015

Surface modified carbon felts were utilized as an electrode for the removal of inorganic ions from seawater. The surfaces of the carbon felts were chemically modified by alkaline and acidic solutions, respectively. The potassium hydroxide (KOH) modified carbon felt exhibited high Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface areas and large pore volume, and oxygen-containing functional groups were increased during KOH chemical modification. However, the BET surface area significantly decreased by nitric acid ($HNO_3$) chemical modification due to severe chemical dissolution of the pore structure. The capability of electrosorption by an electrical double-layer and the efficiency of capacitive deionization (CDI) thus showed the greatest enhancement by chemical KOH modification due to the appropriate increase of carboxyl and hydroxyl functional groups and the enlargement of the specific surface area.

• 전기화학회지
• /
• 제16권3호
• /
• pp.111-122
• /
• 2013

나트륨 유황전지(NAS)는 대용량 에너지 저장시스템(energy storage system, ESS) 중 하나로서, 최근 풍력에너지, 태양에너지, 해양에너지 등 그린재생에너지의 사용증가로 ESS에 대한 수요가 급증함에 따라 NAS 전지에 대한 관심이 고조되고 있다. NAS 전지는 에너지 밀도가 높고(납 축전지밀도의 3배), 사이클 수명이 길고, 자가방전이 없어 대용량 전력저장 시스템에 적합하다. NAS 전지는 양극으로 황(Sulfur), 음극으로 나트륨(Na), 고체전해질 및 분리막으로 ${\beta}$"-알루미나($Al_2O_3$)로 구성되어 있고, 양극 활물질인 황은 부도체이기 때문에 도전재인 탄소섬유(carbon felt)에 함침시켜 양극으로 사용해야 함으로, 양극재 구성 및 특성은 전지성능에 상당한 영향을 미치게 된다. 따라서 본 논문에서는 NAS 전지의 구성, 다황화나트륨($Na_2S_x$, 방전생성물) 및 양극재의 특성, 전지 성능에 미치는 영향인자들에 대해서 알아보고자 한다.