• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2018년도 전력전자학술대회
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• pp.231-233
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• 2018

바나듐 산화 환원 유동 배터리는 긴 수명주기와 높은 에너지효율로 리튬 이온 배터리를 대체할 차세대 배터리로 주목받고 있다. 에너지가 저장되는 전해질을 순환시키면서 충전 과방전이 이루어진다는 이차전지 인 만큼 유지 보수 비용을 획기적으로 절감할 수 있고 사용자의 요구조건에 따라 출력과 에너지 용량을 매우 쉽게 조절할 수 있다는 장점이 있다. 하지만, 바나듐 산화 환원 유동 배터리를 다양한 어플리케이션에 적용하기 위하여 바나듐 배터리 운용에서 여러 가지 요소들을 고려하여야 한다. 본 논문에서는 충전 및 방전을 지속했을 때의 용량 감소하는 바나듐 산화 환원 유동 배터리의 특성을 고려하여 가장 까다로운 문제 중 하나인 휴지 기간에서의 자가 방전에 대해 온도와 SOC에 따라 특성 분석을 실시하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2013년도 전력전자학술대회 논문집
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• pp.390-391
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• 2013

This paper proposes advanced RFB PCS for islanded environment. To accommodate islanded system, power conditioning needs voltage control authority changing. RFB initial power generating method is proposed for the Islanded PCS. DC-link voltage control authority is changed to PV converter to bidirectional converter by proposed control logic. The control performance has been verified with hardware experiments.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제7권2호
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• pp.309-316
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• 2021

For the detection of the state of charge in VRFB-ESS, the analyses of UV-Visible spectrometry and the measurements of potential between the anolyte and catholyte were used in parallel. This paper includes the production of 4-valant ion from VOSO4 powder, 3- and 5-valant ions from electrochemical charge of 4-valant ion and 2-valant ion from 3-valant ion. It also includes the analyses of these valance ions and unknown electrolyte at any time using UV-Visible spectrometry. Through the analyses of the valance ions in samples, the SOCs of the samples at any charge-discharge times were verified.

• 전자통신동향분석
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• 제38권6호
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• pp.128-136
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• 2023

Lithium accounts for only 0.0017% of the earth crust, and it is produced in geographically limited regions such as South America, the United States, and China. Since the first half of 2017, the price of lithium has been continuously increasing, and with the rapid adoption of electric vehicles, lithium resources are expected to be depleted in the near future. In addition, economic blocs worldwide face intensifying scenarios such as competition for technological supremacy and protectionism of domestic industries. Consequently, Korea is deepening its dependence on China for core materials and is vulnerable to the influence of the United States Inflation Reduction Act. We analyze post-lithium secondary battery technologies that rely on more earth-abundant elements to replace lithium, whose production is limited to specific regions. Specifically, we focus on the technological status and issues of sodium-ion, zinc-air, and redox-flow batteries. In addition, research trends in post-lithium secondary batteries are examined. Post-lithium secondary batteries seem promising for large-capacity energy storage systems while reducing the costs of raw materials compared with existing lithium-based technologies.

• 멤브레인
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• 제27권5호
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• pp.415-424
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• 2017

바나듐 산화환원 흐름 전지에 핵심적으로 사용되는 이온교환막은 일반적으로 양이온교환막을 사용하고 있으나 co-ion인 바나듐 이온의 투과에 의한 장기적 성능 저하 문제를 해결하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 바나듐 투과도 및 장기 운전 안정성의 특성을 파악하기 위해 세 가지 다른 관능기를 보유한 음이온교환막을 제조하였다. 기저막으로는 다공성 폴리에틸렌 필름에 benzyl chloride (VBC)과 divinylbenzene (DVB)을 충진 및 가교 중합하여 제조한 후, 세 가지 다른 아민 관능기를 각각 도입하였다. 제조된 음이온교환막들에 대해 바나듐 이온 투과 정도 및 장기 운전 안정성을 관찰한 결과 triethylamine을 관능기로 적용한 음이온교환막에서 높은 에너지효율을 유지하면서도 가장 장기적 운전 안정성을 확보할 수 있었다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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• pp.59.1-59.1
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• 2009

레독스 흐름 배터리 (Redox Flow Battery)는 외부의 탱크 등에 저장해 둔 활성물질(이온 가수가 변화는 금속) 의 용액을 펌프로 전해셀에 공급하여 충전 방전하는 배터리로 신재생 에너지인 풍력과 태양광 발전, 야간의 잉여 전력 저장 등 대용량 전력 저장 장치로 관심이 높아지고 있다. 대표적인 레독스 흐름 배터리로 알려진 바나듐 레독스 흐름 배터리는 이온 교환막 사용으로 인하여 전기전도도, 기계적 강도, 투과도 및 전해질 내의 화학적 안정성 등 여러 가지 문제점과 함께 비용 문제점을 야기한다. 하지만 새로운 용해 납 레독스 흐름 배터리는 이온 교환막을 사용하지 않아 바나듐 레독스 흐름 배터리의 문제점 및 시설비가 절약되는 장점이 있어 새로이 연구되지고 있다. 본 연구는 레독스 흐름 배터리에 주로 이용되는 카본 전극재료의 따라 형성되는 Pb, $PbO_2$ 박막의 미세 구조를 및 에너지 효율 특성을 분석하였다. 실험은 half-cell로 이루어졌으며 작업전극은 Carbon felt, Ordered Graphite, Disordered Graphite, Glassy Carbon 등을 여러 카본 재료를 사용하였고, 상대전극은 Pt, 기준전극으로 Ag/AgCl를 사용하여 Cyclic Voltammetry특성과 충방전 특성을 연구하였다. 전해질은 Lead Carbonate ($PbCO_3$)+Methanesulfonic acid ($CH_3SO_3H$) 들어간 수용성 전해질을 교반을 통해 이용하였다. 여러 carbon 전극재료와 생성된 Pb, $PbO_2$ 막의 표면구조, 미세구조, 상들의 변화는 XRD, SEM, EDX, Raman등을 통하여 분석하였으며, 전기화학 공정의 변수와 전극에 따른 에너지 효율특성에 대하여 고찰해 보았다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제8권2호
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• pp.181-187
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• 2022

As the charges/discharges of VRFB-ESS were repeated during 150cycles or more, the capacity of electrolyte in VRFB-ESS was decreased little by little. It results from the decreasing of the level of anolyte and the increasing of the valance value of the catholyte. Then, we tried to recover the capacity loss with 3 different ways. The first way was that the levels of anolyte and catholyte were allowed to be evenly equalized when the difference in the levels of two different electrolytes were severe. The second one was to lessen the valance value of the catholyte through the reduction reaction to 4-valant ions of 5-valant ions in the catholyte with the reductant, oxalic acid. The last one was that the all electrolytes of analyte and catholyte were allowed to be electro-chemically reduced to 3.5 of the valance value by oxidizing new electrolyte with 3.5 valance ions. The last way was the most effective to recover the capacity loss.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권6호
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• pp.80-85
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• 2019

이산화바나듐은 잘 알려진 금속-절연체 상전이 물질이며, 바나듐 레독스 흐름 전지는 대규모 에너지 저장장치로 활용하기 위해서 많은 연구가 이루어져왔다. 본 연구에서는 바나듐 옥사이드 ($VO_x$) 박막을 리튬이온 이차전지의 양극으로 적용하는 연구를 수행하였다. 이를 위해서 $VO_x$ 박막을 실리콘 웨이퍼 위에 열산화공정으로 300 nm 두께의 $SiO_2$ 층이 형성된 Si 기판 및 쿼츠 기판 위에 RF 마그네트론 스퍼터 시스템으로 60분 동안 $500^{\circ}C$에서 다른 RF 파워로 증착하였다. 증착된 $VO_x$ 박막의 표면형상을 전계방출 주사전자현미경으로 조사하였고, 결정학적 특성을 Raman 분광학으로 분석하였다. 투과율 및 흡수율과 같은 광학적 특성은 자외선-가시광선 분광계로 조사하였다. Cu Foil 위에 증착된 $VO_x$ 박막을 리튬이온전지의 양극물질로 적용하여 CR2032 코인셀을 제작하였고, 전기화학적 특성을 조사하였다. 그 결과 증착된 $VO_x$ 박막은 RF 파워가 증가할수록 낟알 크기가 증가하였고, RF 파워 200 W 이상에서 증착된 박막은 $VO_2$상을 나타내었다. 증착된 $VO_x$ 박막의 투과율은 결정상에 따라 다른 값을 나타내었다. $VO_x$ 박막의 이차전지 특성은 높은 표면적을 가질수록, 결정상이 혼재될수록 높은 충방전 특성을 나타내었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권6호
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• pp.868-873
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• 2019

본 연구에서는 유기물인 메틸 바이올로겐(methyl viologen, MV)과 템폴(4-hydroxy-TEMPO, TEMPOL)을 활물질로 사용하고 NaCl의 중성 전해질 기반 수계 유기 레독스 흐름전지 성능이 멤브레인에 따라 어떻게 영향을 받는지 분석하였다. 메틸 바이올로겐(MV)과 템폴(TEMPOL)은 중성 전해질인 염화나트륨(NaCl) 전해질에 대해 높은 셀전압(1.37 V)을 얻을 수 있다. 성능 비교를 위해 사용한 멤브레인은 두 가지이다. 첫째로, 상용 양이온 교환막 중 하나인 Nafion 117를 사용하였을 때 성능은 첫번째 사이클에서 충전만 일어났을 뿐 그 후 높은 저항 때문에 완전지가 작동하지 않았다. 하지만 두번째로 사용한 Fumasep 음이온 교환막(FAA-3-50)은 Nafion 117 멤브레인을 사용했을 때와는 다르게 비교적 안정적인 충방전 사이클링을 보였다. 전류 밀도 $40mA{\cdot}cm^{-2}$, 컷-오프 전압 0.55~1.7 V에서 전류 효율(charge efficiency)은 97%, 전압 효율(voltage efficiency)은 78%로 높게 나타났다. 방전 용량(discharge capacity)은 10사이클에서 $1.44Ah{\cdot}L^{-1}$로 이론 용량($2.68Ah{\cdot}L^{-1}$)의 54%를 나타내었다. 방전 용량의 용량 손실율(capacity loss rate)은 $0.0015Ah{\cdot}L^{-1}/cycle$ 로 나타났다. 순환주사전류 실험을 통해 Nafion 117 멤브레인과 Fumasep 음이온 교환막 사이의 이러한 성능차이는 활물질의 크로스 오버(cross over) 현상으로 인한 방전 용량 손실이 아닌 멤브레인과 활물질의 화학적 반응으로 인한 저항 증가가 원인임을 파악할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권10호
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• pp.598-602
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• 2018

석유정제공장에서 사용된 폐촉매의 특성을 조사하여 바나듐 레독스 흐름전지용 소재인 전해액의 제조에 대하여 연구하였다. 석유정제공정에서 사용된 폐촉매의 총공극 부피, 비표면적 및 평균 기공크기는 BET법과 BJH법으로 계산하여 각각 3.96cc/g, 13.81m2/g, 1.15A 구하여 폐촉매에서 바나듐을 회수하여 전해액으로 제조 할 수 있음을 확인하였다. 폐촉매를 TG-DTA분석결과, $25^{\circ}C$부터 $700^{\circ}C$ 범위에서 중량손실이 약 23wt%였다. 폐촉매의 성분을 ICP 장비를 분석하여 황, 바나듐, 니켈, 알루미늄, 망간 철 구리 등의 원소를 확인하였다. 또한 TEM 장비로 측정한 결과 바나듐 외 다른 원소들이 결정성 클러스터가 밝은 점으로 명백하게 드러남을 알 수 있었다. 액액 추출법을 사용하여 폐촉매로 부터 바나듐을 99.25%로 분리하여 추출한 바나듐용액의 전기화학적 특성분석을 위해 CV(cyclic votammetry)측정한 결과, 산화/환원피크가 나타남으로서 전해질 용액으로서의 가능성을 보여주고 있다. 또한 폐촉매로 부터 추출된 바나듐 용액의 순도를 더욱 높여 전해질 용액을 제조하면 기존 상용화된 전해질 성능과 같은 것을 제조 할 것으로 사료된다.