KR101262663B1 - 금속 산화물로 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법 - Google Patents

금속 산화물로 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 산화물로 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극을 제조하는 방법 및 그 방법으로 제조된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극에 관한 것으로, 카본 펠트, 금속 아세테이트 및 물을 오토클레이브(autoclave)에 투입하는 단계, 상기 오토클레이브의 온도 및 가동시간을 설정하여, 오토클레이브를 가동하는 단계, 및 상기 오토클레이브의 설정된 온도의 조건에서 상기 가동시간이 경과된 후, 금속 산화물로 표면 개질된 카본 펠트를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극을 포함한다. 본 발명에 따르면, 카본 펠트의 표면 처리 시간을 단축시켜 생산 효율성을 향상시키는 효과가 있고, 전술한 제조방법에 의해 제조된 금속 산화물로 표면 개질된 카본 펠트 전극을 포함하는 레독스 플로우 이차전지는 전압 효율 및 에너지 효율이 향상되는 효과가 있다.

Description

금속 산화물로 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법{Method for producing surface-modified carbon felt electrode for redox flow secondary cell by metal oxide}
본 발명은 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 레독스 플로우 이차전지의 전압 효율 및 에너지 효율을 향상시키기 위해 카본 펠트의 표면이 금속 산화물로 개질된 카본 펠트 전극을 제조하는 방법 및 그 방법으로 제조된 카본 펠트 전극에 관한 것이다.
전력저장 기술은 전력이용의 효율화, 전력공급 시스템의 능력이나 신뢰성 향상, 시간에 따른 변동폭이 큰 신 재생에너지의 도입확대 및 이동체의 에너지 회생 등 에너지 전체에 걸쳐 효율적 이용을 위해 중요한 기술이며 그 발전 가능성 및 사회적 기여에 대한 요구가 점점 증대되고 있다.
마이크로 그리드와 같은 반자율적인 지역 전력공급시스템의 수급밸런스의 조정 및 풍력이나 태양광발전과 같은 신 재생에너지 발전의 불균일한 출력을 평활화해주고 기존 전력계통과의 차이에서 발생하는 전압 및 주파수 변동 등의 영향을 제어하기 위해서 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 이러한 분야에서 이차전지의 활용도에 대한 기대치가 높아지고 있다.
대용량 전력저장용으로 사용될 이차전지에 요구되는 특성을 살펴보면 에너지 저장 밀도가 높아야 하는데, 이러한 특성에 가장 적합한 고용량 및 고효율의 이차전지로서 레독스 플로우 이차전지가 가장 각광받고 있다.
레독스 플로우 이차전지는 가수가 변하는 금속 이온의 산화 환원 반응을 이용하여 충전 및 방전을 하는 전지를 말한다.
레독스 플로우 이차 전지는 셀프레임이 전체 셀의 윤곽을 형성하고 있으며 셀 중앙이 이온 교환막에 의해 분리되며 이온 교환막을 중심으로 양극 및 음극의 전극이 위치하고 있으며 전기 전도를 위한 바이폴라 플레이트와 집전체가 구성되어 있으며 전해질을 담아놓는 양극 탱크와 음극 탱크 그리고 전해질이 들어가는 유입구와 전해질이 다시 나오는 유출구로 구성된다.
레독스 플로우 이차전지에 있어서 전극은 유전체에 전기장을 만들거나, 혹은 계에 전류를 끌어내는 목적으로 배치된 도체에 해당한다. 전극은 보통 양극 및 음극을 지칭하며, 전극 상에서 산화반응이 일어날 때, 그 전극을 양극(cathode)으로 정의하고, 환원반응이 일어날 때 그 전극을 음극(anode)으로 정의한다.
상용 레독스 플로우 이차 전지의 전극의 소재로 사용되는 카본 펠트의 경우 반응표면적이 작고, 전해액과의 친화성이 매우 떨어지기 때문에 아무런 표면 처리 없이 사용할 경우 이차전지의 에너지 효율이 낮아진다. 이러한 문제를 해결하고자 카본 펠트에 다양한 표면 처리(열처리, 산처리 등)가 수행되고 있으나, 적정수준의 이차전지의 에너지 효율을 달성하기 위해서는 그 표면 처리 시간이 매우 길기 때문에 표면 처리를 수행하는 효율성이 떨어진다는 결점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 레독스 플로우 이차전지의 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 금속 산화물로 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 표면 처리시간을 단축할 수 있는 금속 산화물로 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 카본 펠트, 금속 아세테이트 및 물을 오토클레이브(autoclave)에 투입하는 단계, 상기 오토클레이브의 온도 및 가동시간을 설정하여, 오토클레이브를 가동하는 가동단계, 및 상기 오토클레이브의 설정된 온도의 조건에서 상기 가동시간이 경과된 후, 금속 산화물로 표면 개질된 카본 펠트를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법에 있어서, 상기 카본 펠트는 레이온(Rayon)계열 및 폴리아크릴로나이트릴(PAN, Polyacrylonitrile)계열 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법을 제공한다..
본 발명에 따른 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법에 있어서, 상기 금속 아세테이트는 망간(Mn) 아세테이트, 니켈(Ni) 아세테이트 및 코발트(Co) 아세테이트로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법에 있어서, 상기 가동단계는 상기 오토클레이브의 온도를 100 내지 300℃로 설정하는 것을 특징으로 하는 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법에 있어서, 상기 가동단계는 상기 오토클레이브의 가동시간을 1 내지 24시간으로 설정하는 것을 특징으로 하는 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법을 제공한다.
그리고 본 발명은 전술한 제조방법에 의해 제조된 금속 산화물로 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극을 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명인, 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법에 따르면 카본 펠트의 표면 처리 시간을 단축시켜 생산 효율성을 향상시키는 효과가 있고, 전술한 제조방법에 의해 제조된 금속 산화물로 표면 개질된 카본 펠트 전극을 포함하는 레독스 플로우 이차전지는 전압 효율 및 에너지 효율이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법을 보여주는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 금속 산화물로 표면 개질된 카본 펠트 전극을 포함하는 레독스 플로우 이차전지의 각 구성을 분해하여 나타낸 분해도이다.
도 3은 본 발명에 따른 금속 산화물로 표면 개질된 카본 펠트 전극을 포함하는 레독스 플로우 이차전지의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 4는 표면 처리를 하지 않은 카본 펠트 및 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 코발트 산화물로 표면 개질된 카본 펠트 각각의 단면의 미세구조를 나타낸 사진과 코발트 산화물로 표면 개질된 카본 펠트의 EDS결과를 나타낸 도표이다.
도 5는 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 망간 산화물로 표면 개질된 카본 펠트 및 니켈 산화물로 표면 개질된 카본 펠트 각각의 단면의 미세구조를 나타낸 사진과 망간 산화물로 표면 개질된 카본 펠트 및 니켈 산화물로 표면 개질된 카본 펠트의 EDS결과를 나타낸 도표이다.
도 6은 상용되는 카본 펠트 전극을 포함하는 레독스 플로우 이차전지와 금속 산화물로 표면 개질된 전극을 포함하는 레독스 플로우 이차전지의 전압 효율 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 상용되는 카본 펠트 전극을 포함하는 레독스 플로우 이차전지와 금속 산화물로 표면 개질된 전극을 포함하는 레독스 플로우 이차전지의 에너지 효율의 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속 산화물로 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법에 따른 흐름도이다.
S10단계에서 카본 펠트, 금속 아세테이트 및 물을 오토클레이브(autoclave)에 투입한다. 오토클레이브는 고온 및 고압 하에서 합성 및 분해의 화학처리 등을 하는 내열성 및 내압성이 뛰어난 반응용기이다. 오토클레이브의 외부에는 오토클레이브의 내부의 작동온도를 조절할 수 있는 온도조절장치 및 작동시간을 조절할 수 있는 시간조절장치가 존재한다.
이때 카본 펠트는 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile, PAN)계열 및 레이온(Rayon)계열 중 어느 하나일 수 있다.
이때 금속 아세테이트는 코발트(Co) 아세테이트, 망간(Mn) 아세테이트 및 니켈(Ni) 아세테이트로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상을 포함할 수 있고, 금속 아세테이트는 파우더(powder)형태일 수 있다.
이어서, S20단계에서 오토클레이브의 온도 및 가동시간을 설정하여, 오토클레이브를 가동한다. 이때 오토클레이브의 내부온도를 100 내지 300℃로 설정할 수 있고, 오토클레이브의 가동시간을 1 내지 24시간으로 설정할 수 있다.
이어서, S30단계에서 오토클레이브의 설정된 온도의 조건에서 상기 가동시간이 경과된 후, 금속 산화물로 표면 개질된 카본 펠트를 획득한다.
이때 획득한 금속 산화물로 표면 개질된 카본 펠트를 적당한 크기로 잘라내어 레독스 플로우 이차전지의 전극으로 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 금속 산화물로 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극을 포함하는 이차전지의 각 구성을 분해하여 도시한 분해도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 금속 산화물로 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극을 포함하는 이차전지의 단면을 도시한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 가수가 변하는 금속 이온의 산화 환원 반응을 이용하여 충전 또는 방전하는 레독스 플로우 이차 전지이다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 수계 레독스 플로우 이차전지는 0 ~ 2.0 V의 전압 영역에서 구동되고, 비수계 레독스 플로우 이차전지는 0 ~ 3.0 V의 전압 영역에서 구동된다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 판형의 다층 구조로 이루어진 단위 셀(200)과 단위 셀(200)의 외곽 양면에 접합되며 판형으로 이루어진 한 쌍의 집전체(60)와 각 집전체(60)의 바깥 면에 접합되며 판형으로 형성된 셀 프레임(10)을 포함한다.
여기서, 단위 셀(200)은 각각 판형인 이온교환막(20), 양극(30), 음극(40) 및 바이폴라 플레이트(50)를 포함한다. 단위 셀(200)은 이온교환막(20)을 중심으로, 이온교환막(20) 양면에 양극(30) 및 음극(40)이 마주보며 접합되며 양극(30) 및 음극(40)의 바깥 면에 바이폴라 플레이트(50)가 접합되는 구조를 가진다. 즉, 각 양극(30) 및 음극(40)은 각 바이폴라 플레이트(50)의 안쪽 면에 부착된다. 이와 같이, 각각이 판형인 이온교환막(20), 양극(30), 음극(40) 및 바이폴라 플레이트(50)가 다층 구조로 하나의 단위 셀(200)을 이룬다. 단위 셀(200)에서 가수가 변하는 금속 이온의 산화 환원 반응이 이루어지며, 산화 환원 반응은 이온교환막(20)을 통해 양극(30) 및 음극(40)의 상호 간 이루어진다. 이러한 산화 환원 반응에 따라 전기가 발생한다. 이와 같이, 단위 셀(200)의 양극(30) 및 음극(40)에서 전기가 발생하면, 바이폴라 플레이트(50)와 집전체(60)는 발생된 전기를 인출한다. 셀 프레임(10)은 상술한 이온교환막(20), 양극(30), 음극(40), 한 쌍의 바이폴라 플레이트(50) 및 한 쌍의 집전체(60)의 형상을 유지 및 지지한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 양극 탱크(70)와 음극 탱크(80), 전해질 유입구(90, 110) 및 전해질 유출구(100, 120)를 더 포함하여 구성된다. 양극 탱크(70)와 음극 탱크(80)는 필요한 경우 인출할 수 있도록 전해질을 저장한다. 양극 탱크(70)는 양극(30)에 제공하기 위한 양극 전해질을 저장하며, 음극 탱크(80)는 음극(40)에 제공하기 위한 음극 전해질을 저장한다. 양극 탱크(70) 및 음극 탱크(80)는 각각 상술한 단위 셀(200)의 양극(30) 및 음극(40)에 대응하여 단위 셀(200)의 좌우에 배치된다. 또한, 양극 탱크(70) 및 음극 탱크(80)는 전해질 유입구(90, 110) 및 전해질 유출구(100, 120)를 통해 셀 프레임(10)과 연결된다. 전해질 유입구(90, 110)는 양극 탱크(70) 및 음극 탱크(80)의 전해질이 단위 셀(200)로 들어가는 통로이며, 전해질 유출구(100, 120)는 전해질이 다시 나오는 통로이다. 즉, 양극 탱크(70) 및 음극 탱크(80)로부터 인출된 전해질은 전해질 유입구(90, 110), 각 셀 프레임(10), 및 각 집전체(60)를 통해 단위 셀(200)에 공급되며, 역순으로 다시 양극 탱크(70) 및 음극 탱크(80)에 저장된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 양극 전해질로 V4 +/V5 + 레독스 커플을 사용하고, 음극 전해질로 V2 +/V3 + 레독스 커플을 사용할 수 있다. 또한, 양극 전해질로 브로민(Br) 레독스 커플을 사용하고, 음극 전해질로 아연(Zn) 레독스 커플을 사용할 수 있다. 그리고 양극 전해질로 바나듐(V) 레독스 커플을 사용하고, 음극 전해질로 브로민(Br) 레독스 커플을 사용할 수 있다.
도 4는 표면 처리를 하지 않은 카본 펠트 및 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 코발트 산화물로 표면 개질된 카본 펠트 각각의 단면의 미세구조를 나타낸 사진과 코발트 산화물로 표면 개질된 카본 펠트의 EDS결과를 나타낸 도표이다.
도 5는 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 망간 산화물로 표면 개질된 카본 펠트 및 니켈 산화물로 표면 개질된 카본 펠트 각각의 단면의 미세구조를 나타낸 사진과 망간 산화물로 표면 개질된 카본 펠트 및 니켈 산화물로 표면 개질된 카본 펠트의 EDS결과를 나타낸 도표이다.
도 4 및 도 5에 나타낸 각각의 카본 펠트의 미세사진을 살펴보면, 밝은 색 부분이 보이는데, 이는 카본 펠트 표면에 형성된 금속 산화물을 나타낸다. 카본 펠트가 레독스 플로우 이차전지에 적용되어 전극으로 사용될 경우, 카본 펠트 표면에 형성된 금속 산화물은 촉매제 역할을 수행하여 카본 펠트의 반응성을 향상시켜, 결국 레독스 플로우 이차전지의 전압 효율 및 에너지 효율을 향상시킨다.
먼저, 본 발명의 실시예 1에 따라 두께 3mm, 가로 50mm 및 세로 60mm 크기인 카본 펠트, 파우더 형태인 코발트 아세테이트 및 물을 오토클레이브에 투입한 후, 온도조절장치의 설정온도를 200℃로 맞추고, 오토클레이브의 작동시간을 13시간으로 설정하여, 오토클레이브를 가동하였다. 작동시간인 13시간이 경과된 후, 코발트 산화물로 표면 개질된 카본 펠트를 획득한다.
또한 본 발명의 실시예 2에 따라 두께 3mm, 가로 50mm 및 세로 60mm 크기인 카본 펠트, 파우더 형태인 망간 아세테이트 및 물을 오토클레이브에 투입한 후, 온도조절장치의 설정온도를 200℃로 맞추고, 오토클레이브의 작동시간을 13시간으로 설정하여, 오토클레이브를 가동하였다. 작동시간인 13시간이 경과된 후, 망간 산화물로 표면 개질된 카본 펠트를 획득한다.
그리고 또한 본 발명의 실시예 3에 따라 두께 3mm, 가로 50mm 및 세로 60mm 크기인 카본 펠트, 파우더 형태인 니켈 아세테이트 및 물을 오토클레이브에 투입한 후, 온도조절장치의 설정온도를 200℃로 맞추고, 오토클레이브의 작동시간을 13시간으로 설정하여, 오토클레이브를 가동하였다. 작동시간인 13시간이 경과된 후, 니켈 산화물로 표면 개질된 카본 펠트를 획득한다.
한편, 비교예로서 두께 3mm, 가로 50mm 및 세로 60mm 크기의 상용되는 카본 펠트는 아무런 표면처리를 하지 않았다.
도 4를 살펴보면, 비교예의 경우와 달리 실시예 1에 따른 코발트 산화물로 표면 개질된 카본 펠트의 표면에 코발트 산화물이 형성됨을 알 수 있다. 그리고, 실시예 1에 따른 코발트 산화물로 표면 개질된 카본 펠트를 EDS 분석한 결과, 탄소(C) K peak의 경우 82.00Wt% 및 90.73At%, 산소(O) K peak의 경우 8.62Wt% 및 7.16At%, 코발트(Co) K peak의 경우 9.38Wt% 및 2.11At%의 결과가 도출된다.
도 5를 살펴보면, 실시예 2에 따른 망간 산화물로 표면 개질된 카본 펠트 및 실시예 3에 따른 니켈 산화물로 표면 개질된 카본 펠트의 표면에 각각 망간 산화물 및 니켈 산화물이 형성됨을 알 수 있다. 그리고, 실시예 2에 따른 망간 산화물로 표면 개질된 카본 펠트를 EDS 분석한 결과 탄소(C) K peak의 경우 70.18Wt% 및 84.66At%, 산소(O) K peak의 경우 11.65Wt% 및 10.55At%, 망간(Mn) K peak의 경우 18.17Wt% 및 4.79At%의 결과가 도출되고, 실시예 3에 따른 니켈 산화물로 표면 개질된 카본 펠트를 EDS 분석한 결과 탄소(C) K peak의 경우 83.99Wt% 및 93.72At%, 산소(O) K peak의 경우 5.19Wt% 및 4.35At%, 니켈(Ni) L peak의 경우 7.48Wt% 및 1.71At%의 결과가 도출된다.
다음으로, 본 발명의 각 실시예에 따라 제조된 금속 산화물로 표면 개질된 카본 펠트 전극을 포함하는 레독스 플로우 이차 전지의 효과를 일반적인 카본 펠트 전극을 포함하는 이차 전지와 비교하여 설명하기로 한다. 도 6 및 도 7은 본 발명의 각 실시예에 따른 금속 산화물로 표면 개질된 카본 펠트 전극을 포함하는 레독스 플로우 이차전지의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 상용되는 카본 펠트 전극을 포함하는 레독스 플로우 이차전지와 금속 산화물로 표면 개질된 전극을 포함하는 레독스 플로우 이차전지의 전압 효율 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 상용되는 카본 펠트 전극을 포함하는 레독스 플로우 이차전지와 금속 산화물로 표면 개질된 전극을 포함하는 레독스 플로우 이차전지의 에너지 효율의 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
실시예 1에 따라 제조된 코발트 산화물로 표면 개질된 카본 펠트를 레독스 플로우 이차전지의 전극의 소재로 이용하여 단위 셀을 형성한다. 이때, 단위 셀에서 바이폴라 플레이트는 흑연(Graphite)을 사용하였고, 이온교환막은 나피온(Nafion)을 사용하였다.
또한, 실시예 2에 따라 제조된 망간 산화물로 표면 개질된 카본 펠트를 레독스 플로우 이차전지의 전극의 소재로 이용하여 단위 셀을 형성한다. 이때, 단위 셀에서 바이폴라 플레이트는 흑연(Graphite)을 사용하였고, 이온교환막은 나피온(Nafion)을 사용하였다.
그리고 또한, 실시예 3에 따라 제조된 니켈 산화물로 표면 개질된 카본 펠트를 레독스 플로우 이차전지의 전극의 소재로 이용하여 단위 셀을 형성한다. 이때, 단위 셀에서 바이폴라 플레이트는 흑연(Graphite)을 사용하였고, 이온교환막은 나피온(Nafion)을 사용하였다.
한편, 비교예로서 아무런 표면 처리를 하지 않은 카본 펠트를 레독스 플로우 이차전지의 전극의 소재로 이용하여 단위 셀을 형성한다. 이때, 단위 셀에서 바이폴라 플레이트는 흑연(Graphite)을 사용하였고, 이온교환막은 나피온(Nafion)을 사용하였다.
전술한 각각의 실시예 및 비교예에 따른 레독스 플로우 이차전지 각각에 대해 충방전을 실시하여, 전압 효율 및 에너지 효율을 측정하였다.
도 6에 도시된 바와 같이, 비교예에 따른 경우, 전압 효율이 85.5%정도를 나타내고, 실시예 1 및 2에 따른 경우 90% 이상을, 실시예 3에 따른 경우는 89%정도를 나타낸다.
개시된 결과를 통해 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 금속 산화물로 표면 개질된 카본 펠트 전극을 포함하는 레독스 플로우 이차전지의 전압 효율이 더 우수하다는 것을 알 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 비교예에 따른 경우, 에너지효율은 69% 이하임을 나타내고, 본 발명의 실시예 1, 2 및 3에 따른 경우의 에너지효율은 70% 이상임을 나타낸다.
개시된 결과를 통해 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 금속 산화물로 표면 개질된 카본 펠트를 전극으로 이용하는 레독스 플로우 이차전지는 표면 처리되지 않은 카본 펠트를 전극으로 이용하는 레독스 플로우 이차전지에 비해서 에너지효율이 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
10 : 셀 프레임 20 : 이온교환막
30 : 양극 40 : 음극
50 : 바이폴라 플레이트 60 : 집전체
70 : 양극 탱크 80 : 음극 탱크
90, 110 : 전해질 유입구 100, 120 : 전해질 유출구
200 : 단위 셀

Claims (6)

  1. 카본 펠트, 금속 아세테이트 및 물을 오토클레이브(autoclave)에 투입하는 단계;
    상기 오토클레이브의 온도 및 가동시간을 설정하여, 오토클레이브를 가동하는 가동단계; 및
    상기 오토클레이브의 설정된 온도 100 내지 300℃의 조건에서 상기 가동시간 1 내지 24시간이 경과된 후, 금속 산화물로 표면 개질된 카본 펠트를 획득하는 단계;를 포함하고,
    상기 금속 아세테이트는 코발트(Co) 아세테이트, 망간(Mn) 아세테이트 및 니켈(Ni) 아세테이트로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 카본 펠트는,
    폴리아크릴로나이트릴(PAN, Polyacrylonitrile)계열 및 레이온(Rayon)계열 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 아세테이트는,
    니켈(Ni) 아세테이트인 것을 특징으로 하는 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법.
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  5. 삭제
  6. 삭제
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