• 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.

• 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.

• 멤브레인
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• 제30권1호
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• pp.21-29
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• 2020

본 연구에서는 전 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)에 적용하기 위한 세공충진 음이온교환막의 최적 설계 조건을 도출하고자 하였다. 실험결과를 통해 VRFB 충방전 성능에 가장 지대한 영향을 미치는 막 설계인자는 이온교환용량, 지지체의 기공율 및 가교도임을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 인자들에 의해 VRFB의 ohmic loss와 활물질의 crossover가 결정되었다. 또한 세공충진 음이온교환막의 제조 시 낮은 가교도에서 이온교환용량을 감소시키는 것과 높은 이온교환용량에서 가교도를 증가시키는 두 가지 방안을 검토하였다. 그 결과 충분히 높은 이온교환용량에서 가교도를 최적화 하는 것이 VRFB 충방전 성능 관점에서 바람직한 것으로 판단되었다.

• Composites Research
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• 제34권3호
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• pp.148-154
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• 2021

탄소/에폭시 복합재료 분리판(BP)은 높은 기계적 특성과 생산성으로 인해 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)의 기존 흑연 분리판을 대체할 가능성이 있는 BP이다. 다기능 구조인 탄소/에폭시 복합재료 BP는 계면접촉저항(ICR)을 줄이기 위해 흑연 코팅 또는 추가 표면 처리가 필요하다. 그러나 팽창 흑연 코팅은 VRFB 작동 조건에서 낮은 내구성을 가지며 별도의 표면 처리는 추가 비용이 발생한다는 단점이 있다. 본 연구에서는 폴리에스테르 직물을 적용하여 탄소/에폭시 복합재료 BP 표면의 잉여 수지층을 균일하게 제거하여 탄소섬유를 노출시키는 잉여 수지 흡수법을 개발하였다. 이 방법은 BP 표면에 탄소섬유를 노출하여 ICR을 감소시킬 뿐만 아니라 탄소 펠트 전극을 효과적으로 고정할 수 있는 고유한 도랑 패턴을 형성한다. 잉여 수지 흡수법에 의해 제작된 복합재료 BP의 산성 환경 내구성, 기계적 특성 및 기체 투과도에 대해 실험적으로 검증하였다.

• Composites Research
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• 제36권6호
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• pp.422-428
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• 2023

스택 체결압에 의해 접촉되는 분리판(BP)과 탄소펠트전극(CFE) 사이의 전기적 접촉저항은 상대적으로 낮은 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB) 스택의 체결압 때문에 스택 효율에 큰 여향을 미친다. 본 연구에서는 이러한 접촉저항을 줄이고 셀 성능을 향상시키기 위해 국부 가열 접합 공정을 통해 폴리에틸렌(PE) 복합재료-CFE 하이브리드 BP 구조를 개발하였다. 탄소섬유 복합재료 BP의 PE 매트릭스를 국부적으로 녹여 CFE의 탄소 섬유와 BP의 탄소 섬유의 직접 접촉 구조를 만들어 전기 접촉 저항을 감소시겼다. PE 복합재료-CFE 하이브리드 BP의 성능을 평가하기 위해 면적비저항(ASR)과 기체투과도를 측정하였다. 또한 스택 신뢰성을 측정하기 위해 내산성 시험을 수행하였다. 최종적으로, 개발된 PE 복합재료-CFE 하이브리드 BP와 기존의 BP의 성능을 비교 분석하기 위하여 VFRB 단위셀 충/방전 시험을 수행하였다.

• 전기화학회지
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• 제12권3호
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• pp.263-270
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• 2009

레독스 흐름 전지의 전극으로 사용하기 위해 탄소펠트를 열처리와 산처리 방법으로 산화 개질하였다. 열중량 분석결과 열처리 또는 산처리에 의하여 탄소펠트의 섬유 표면에 고분자 물질이 제거되고 산소 관능기가 도입된 것을 확인할 수 있었으며 습식 방법인 산처리 방법보다 건식방법인 열처리 방법이 기계적 안정성을 유지하는데 효과적인 처리 방법으로 나타났다. XPS, 원소분석을 통하여 500$^{\circ}C$에서 4시간 열처리한 탄소펠트의 표면에 산소 관능기가 부가된 것을 확인하였으며 질소흡착실험에서 거의 없던 표면적이 96 $m^2/g$로 증가한 것을 알 수 있었다. CV실험 및 분극 실험을 수행한 결과 500$^{\circ}C$ 열처리 전극의 활성화 저항이 가장 낮게 나타났다. 산처리한 탄소펠트와 400$^{\circ}C$, 500$^{\circ}C$에서 열처리한 탄소펠트를 이용하여 바나듐 레독스 흐름 전지를 구성하고 충/방전 실험을 실시한 결과 충/방전 전압효율이 산처리 전극의 경우 86.6%, 400$^{\circ}C$ 열처리 전극의 경우 89.6%, 500$^{\circ}C$ 열처리 전극의 경우 90.6%로 500$^{\circ}C$ 열처리 전극이 가장 우수하였다.

• 분석과학
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• 제28권5호
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• pp.341-346
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• 2015

In order to understand the counter anionic effects in a non-aqueous vanadium redox flow battery (VRFB), we synthesized four types of electrolyte salts (1-ethyltriethamine tertafluoroborate, [E-TEDA]⁺[BF₄]⁻, 1-ethyltriethamine hexafluorophosphate, [E-TEDA]⁺[PF₆]⁻, 1-butyltriethylamine tertafluoroborate, [B-TEDA]⁺[BF₄]⁻, and 1-buthyltriethamine hexafluorophosphate [B-TEDA]⁺[PF₆]⁻) by counter anion exchange reaction after the SN₂ reaction. We confirmed the successful synthesis of the electrolyte salts [E-TEDA]⁺[Br]⁻ and [B-TEDA]⁺[Br]⁻ via ¹H-NMR spectroscopy and GC-mass analysis before the counter anion exchange reaction. The electric potential of the vanadium acetylacetonate, V(acac)₃, as an energy storage chemical was shown to be 2.2 V in the acetonitrile solvent with each of the [E-TEDA]⁺[BF₄]⁻, [E-TEDA]⁺[PF₆]⁻, [B-TEDA]⁺[BF₄]⁻, and [B-TEDA]⁺[PF₆]⁻ electrolyte salts. In a non-aqueous VRFB with a commercial Neosepta AFN membrane, the maximum voltages reached 1.0 V and 1.5 V under a fixed current value of 0.1 mA in acetonitrile with the [E-TEDA]⁺[BF₄]⁻ and [E-TEDA]⁺[PF₆]⁻ electrolyte salts, respectively. The maximum voltage was 0.8 V and 1.1 V under a fixed current value of 0.1 mA in acetonitrile with the [B-TEDA]⁺[BF₄]⁻ and [B-TEDA]⁺[PF₆]⁻ electrolyte salts, respectively. From these results, we concluded that in the non-aqueous VRFB more of the [PF₆]⁻ counter anion than the [BF₄]⁻ counter anion was transported onto the commercial Neosepta AFN anion exchange membrane.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제13권1호
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• pp.674-690
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• 2021

This study proposes a hybrid marine power system combining dual-fuel generators, a fuel cell, and Vanadium Redox Flow Batteries (VRFB). Rigorous verification and validation of the dynamic modelling and integration of the system are conducted. A case study for the application of the hybrid propulsion system to a passenger ship is conducted to examine its time-variant behaviour. A comprehensive model of the reversible and irreversible capacity degradation of the VRFB stack unit is proposed and validated. The capacity retention of the VRFB stack is simulated by being integrated within the hybrid propulsion system. Reversible degradation of the VRFB stack is precisely predicted and rehabilitated based on the predefined operational schedule, while the irreversible portion is retained until the affected components are replaced. Consequently, the advantages of the VRFB system as an on-board ESS are demonstrated through the application of a hybrid propulsion system for liner shipping with fixed routes.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.175.2-175.2
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• 2011

바나듐 3, 4, 5가 이온은 공기 중에서 안정하지만, 바나듐 2가 이온은 쉽게 산화된다. 그러므로 바나듐 2가 이온이 담겨져 있는 음극 탱크가 공기와 접촉하지 않게 하는 것이 중요하다. 충전 중 음극 탱크에 공기가 침투되면, 바나듐 2가 이온은 3가 이온으로 산화되기 때문에 음극과 양극의 전해질에 불균형을 초래한다. 이러한 불균형은 바나듐 레독스 흐름전지 용량저하의 원인이 된다. 본 연구에서는 공기 중 2가 이온 산화에 의한 전해질의 불균형 현상을 쉽게 보여주기 위해, 공기노출과 차단조건에서 충방전 중에 발생한 음극과 양극의 바나듐 이온 상태변화량을 UV-Visible spectrophotometer를 이용해 정량적으로 분석하였다. 분석 결과, 공기노출 조건에서 음극의 충전 시, 충방전 cycle이 진행 될수록 바나듐 2가 이온의 양이 현격히 줄어들었지만, 공기차단 조건에서는 2가 이온의 양이 공기노출 조건보다 훨씬 더 적게 줄어들었다. 즉, 공기차단 조건에서는 바나듐 2가 이온이 3가로 산화되지 않아서 음극의 충전 후 바나듐 3가에서 2가로 전환되는 양이 공기노출 조건보다 더 많은 것을 확인할 수 있었다. 이러한 영향으로 인해, 충방전 10th cycle을 진행해 본 결과, 공기차단 조건에서는 충방전 용량감소가 거의 없었지만 공기노출 조건에서는 현격한 충방전 용량 감소를 보였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권1호
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• pp.24-28
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• 2018

산화환원흐름전지(Redox Flow Battery, RFB)는 대용량 에너지 저장장치로 바나듐 산화환원흐름전지가 대표적인 RFB인데, VRFB는 고가인 점이 문제다. 철-크롬RFB는 저가의 활물질을 사용해 경제적인 점이 장점인데, 성능이 낮은 점이 해결해야할 과제다. 낮은 성능의 한 원인이 활물질의 크로스오버인데, 본 연구에서 철과 크롬 이온의 Nafion 막 크로스오버 및 Nafion 막의 안정성에 대해 실험하였다. 철과 크롬이온의 Nafion 막 투과도는 각각 $5.5{\times}10^{-5}$, $6.0{\times}10^{-5}cm^2/min$ 이었다. Nafion 막에서 바나듐 이온의 투과도 $2.9{\times}10^{-6}cm^2/min$ 보다 18.9~20.7배 높아 철과 크롬 이온의 Nafion 막 크로스오버가 성능 저하의 한 원인임을 보였다. 온도 증가에 따라 크로스오버가 급증(활성화 에너지 38.8 kJ/mol)하므로 낮은 온도에서 구동하는 것이 크로스오버에 의한 성능감소를 저하시키는 방법임을 나타냈다. Nafion막은 3M HCl용액에서 비교적 안정적이었다.