KR101355433B1 - 표면 개질된 탄소섬유를 포함하는 레독스 흐름전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레독스 흐름전지의 탄소전극으로 유용하게 사용될 수 있는 탄소 섬유의 표면개질 방법과, 그 방법에 의해 제조된 표면 개질된 탄소섬유, 이를 포함하는 탄소전극 및 레독스 흐름전지에 관한 것이다. 본 발명에 따FMS 탄소 섬유의 표면 개질 방법은 탄소섬유를 히드록시기 함유 용매에 담지시키는 단계; 수산기 함유 용매에 담지된 탄소섬유를 초음파 처리하는 단계; 초음파 처리한 탄소섬유를 열처리하는 단계;를 포함하여 이루어진다. 이렇게 제조되는 본 발명에 따른 표면 개질된 탄소섬유는 표면이 친수성으로 개질되어 있을 뿐만 아니라 탄소섬유의 표면에 메조기공이 형성됨으로서 탄소섬유의 비표면적을 극대화시킬 수 있어 탄소섬유의 전기화학적 특성을 크게 개선할 수 있다. 따라서 상기한 본 발명에 의해 표면 개질된 탄소섬유는 레독스 흐름전지용 탄소전극에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

표면 개질된 탄소섬유를 포함하는 레독스 흐름전지{Redox flow battery including surface modified carbon fiber}
본 발명은 레독스 흐름전지의 탄소전극으로 유용하게 사용될 수 있는 탄소 섬유의 표면개질 방법과, 그 방법에 의해 제조된 표면 개질된 탄소섬유, 이를 포함하는 레독스 흐름전지용 탄소전극 및 레독스 흐름전지에 관한 것이다.
최근 신재생에너지의 비중이 확대되면서 전력 생산의 변동성과 수급시점의 불일치 문제를 극복할 수 있는 새로운 대안으로 전력 저장장치가 주목을 받고 있어, 전력 저장장치의 활발한 연구가 진행되고 있다. 전력 저장장치는 발전량이 많을 때는 전기를 충전하고, 소비량이 많을 때는 전기를 방전함으로써 수요와 공급의 격차를 효율적으로 줄일 수 있으며 짧은 시간내 신재생에너지의 발전량 변동에 대응할 수 있는 가장 안전한 방법이다.
또한, 신재생에너지 비중이 급격히 증가할 경우, 전 세계적으로 전력 생산의 변동성이 적지 않은 규모에 이를 것으로 예상된다. 이에 최근 IEA(International Energy Agency)는 미래 신재생에너지 보급을 위해 전력 저장장치에 주목하고 있다. 따라서 장기적인 관점에서 전력 저장장치의 보급은 신재생에너지 확대를 위한 필수 불가결한 요소가 될 수밖에 없는 상황이다.
대용량의 전력저장을 위한 이차전지로는 납축전지, NaS 전지 그리고 레독스 흐름전지 (RFB, redox flow battery) 등이 있다. 납축전지는 다른 전지에 비해 상업적으로 널리 사용되고 있으나 낮은 효율 및 주기적인 교체로 인한 유지 보수의 비용과 전지 교체시 발생하는 산업폐기물의 처리문제 등의 단점이 있다. NaS 전지의 경우 에너지 효율이 높은 것이 장점이나 300℃이상의 고온에서 작동하는 단점이 있다. 이에 비해, 레독스 흐름전지는 유지 보수비용이 적고 상온에서 작동가능하며 용량과 출력을 각기 독립적으로 설계할 수 있는 특징이 있기 때문에 최근 대용량 2차전지로 많은 연구가 진행되고 있다.
일반적으로 레독스 흐름전지는 양극전극 및 바이폴라플레이트를 포함하는 양극셀, 음극전극 및 바이폴라플레이트를 포함하는 음극셀, 및 상기 양극셀과 음극셀 사이에 형성되는 이온교환막을 포함하여 이루어진다. 상기 양극셀과 음극셀은 다수 적층되어 사용될 수 있는데, 이때 최외측의 양극셀과 음극셀의 외측면에는 집전체 및 엔드플레이트가 놓여진다.
상기 엔드플레이트는 전체적인 레독스 흐름전지의 윤곽을 형성하는 역할을 하는 것으로서, 전해액 주입구와 배출구가 각각 구비된다. 또한 상기 레독스 흐름전지는 양극전해액이 보관되는 양극전해액탱크와 음극전해액이 보관되는 음극전해액탱크 및 상기 양극전해액과 음극전해액의 순환을 위해 형성된 펌프를 포함하여 이루어진다. 상기한 구조의 레독스 흐름전지에서 양극전극과 음극전극은 주로 펠트 형상의 탄소섬유가 사용된다. 레독스 흐름전지에서는 탄소섬유의 표면에 존재하는 관능기의 반응자리를 통해 전자가 이동한다. 따라서 양극전극과 음극전극의 전기화학적 특성을 개선하려면 탄소섬유의 표면에 많은 반응자리를 만드는 것이 유리하다. 즉, 레독스 흐름전지의 출력 및 에너지 효율을 높이기 위해서는 양극전극 및 음극전극의 반응 면적을 넓히고 전해액과의 친화성을 높이는 것이 필요하다.
레독스 흐름전지의 전극에 사용되는 탄소섬유는 일반적으로 소수성을 띠고 있기 때문에 다양한 방법을 이용하여 반응면적을 높이면서 친수성을 향상시키기 위한 표면개질을 실시하고 있다. 일반적인 탄소섬유 표면개질 방법은 주로 열이나 가스를 이용하는 물리적 활성화 방법, 산 및 염기를 이용하는 화학적 활성화 그리고 플라즈마 처리법 등이 알려져 있다. 그러나 이들 표면개질 방법은 비용이 많이 들고 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 반응 면적을 늘리는데 한계가 있었다.
이에 본 발명은 탄소섬유의 표면을 친수성으로 개질할 수 있을 뿐만 아니라 표면에 메조기공을 형성할 수 있도록 함으로서 탄소섬유의 비표면적을 극대화시킬 수 있어 탄소섬유의 전기화학적 특성을 개선할 수 있는 탄소섬유의 표면개질 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 표면에 메조기공을 가지면서 친수성으로 개질된 탄소섬유를 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한 본 발명은 표면에 메조기공을 가지면서 친수성으로 개질된 탄소섬유를 포함하는 레독스 흐름전지용 탄소전극을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한 본 발명은 표면에 메조기공을 가지면서 친수성으로 개질된 탄소섬유를 포함하는 탄소전극을 구비한 레독스 흐름전지를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 탄소섬유를 히드록시기 함유 용매에 담지시키는 단계; 수산기 함유 용매에 담지된 탄소섬유를 초음파 처리하는 단계; 초음파 처리한 탄소섬유를 열처리하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유의 표면개질 방법을 제공한다.
상기 히드록시기 함유 용매는 물, 알코올 및 카르복실 산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 히드록시기 함유 용매는 물(water), 에탄올(ethanol) 및 메탄올로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 초음파 처리는 1분 내지 48시간 실시하는 것이 바람직하다.
상기 열처리는 공기 분위기 하에서 100 내지 1000℃의 온도에서 1시간 내지 24시간 실시하는 것이 바람직하다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상기한 방법에 의해 표면 개질하여 친수성 관능기를 도입한 것으로서 표면에 기공을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 제공한다.
상기 기공은 평균 크기가 2~50nm인 메조기공일 수 있다.
상기 친수성 관능기는 카르복실기, 에테르기, 히드록시기 및 케톤기로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기한 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상기 탄소섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 탄소전극을 제공한다.
상기한 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 탄소전극으로 상기 탄소섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지를 제공한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 탄소섬유의 표면 개질 방법은 표면을 친수성으로 개질 할 수 있을 뿐만 아니라 탄소섬유의 표면에 메조기공을 형성할 수 있도록 함으로서 탄소섬유의 비표면적을 극대화시킬 수 있어 탄소섬유의 전기화학적 특성을 크게 개선할 수 있다. 따라서 상기한 본 발명에 의해 표면 개질된 탄소섬유는 레독스 흐름전지용 탄소전극에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름전지의 단셀을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 5는 각각 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 표면 개질된 탄소섬유의 SEM사진이다.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저 본 발명에 따른 탄소섬유의 표면개질방법과 그 방법에 의해 표면 개질된 탄소섬유에 대하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 탄소섬유의 표면개질 방법은 탄소섬유를 히드록시기 함유 용매에 담지시키는 단계, 수산기 함유 용매에 담지된 탄소섬유를 초음파 처리하는 단계, 초음파 처리한 탄소섬유를 열처리하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기한 표면개질 방법에 의해 표면 개질된 탄소섬유는 표면에 친수성기를 가지고 있을 뿐만 아니라 기공을 포함하여 이루어짐에 따라 탄소섬유의 비표면적을 극대화시킬 수 있어 탄소섬유의 전기화학적 특성을 크게 개선할 수 있다
표면 개질된 탄소섬유를 제조하기 위하여 본 발명에서는 먼저 탄소섬유를 히드록시기 함유 용매에 담지시키는 단계를 거치게 된다.
여기서, 탄소섬유는 당해분야, 특히 레독스 흐름 전지 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다. 통상적으로 탄소섬유는 주로 석탄이나 석유계 피치, 페놀수지, 목질계 및 탄소재료 전구체 고분자를 출발물질로 하여 산화성 가스나 무기염류를 사용하여 1200℃ 미만의 온도에서 활성화하여 높은 비표면적을 갖도록 제조된 것을 사용하고 있다. 바람직하게는 그라파이트 섬유를 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 탄소섬유의 경우 레독스 흐름전지 용 탄소전극으로 사용될 수 있으므로, 펠트 또는 부직포 형상으로 제조된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 히드록시기 함유 용매는 탄소섬유의 표면에 친수성관능기를 도입할 수 있는 히드록시기를 함유하는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 바람직하게 상기 히드록시기 함유 용매는 물, 알코올 및 카르복실 산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 알코올은 탄소수 1 내지 4의 저급 알코올일 수 있다. 바람직하게 상기 알코올은 메탄올 또는 에탄올(ethanol)일 수 있다. 상기 카르복실 산은 유기산일 수 있다. 바람직하게 탄소수 1 내지 4의 유기산일 수 있다. 더욱 바람직하게 상기 카르복실산은 아세트산 등일 수 있다. 더욱 바람직하게 상기 히드록시기 함유 용매는 물, 메탄올 및 에탄올로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.
탄소섬유를 히드록시기 함유 용매에 담지시킨 다음 초음파 처리하는 단계를 거치게 된다.
상기와 같이 히드록시기 함유 용매에 담지된 탄소섬유에 초음파 처리를 하게 되면 진동에 의하여 용매가 탄소섬유 내에 빠르고 고르게 침투하게 된다. 특히 본 발명에 따른 탄소섬유가 레독스 흐름전지의 탄소전극으로 사용시 펠트나 부직 타입의 탄소섬유가 사용되게 되는데, 초음파 처리에 의해 용매가 탄소섬유의 내부로 빠르고 고르게 침투되게 된다. 이와 같이 탄소섬유 내에 용매가 고르게 침투된 경우 추후 열처리 과정에서 탄소섬유 표면의 친수성 개질뿐만 아니라 표면에 메조기공이 용이하게 형성된다.
상기 초음파 처리는 1분 내지 48시간 실시하는 것이 바람직하다. 초음파 처리가 1분 미만일 경우 용매가 탄소섬유 내부로 충분하게 침투하지 못하여 탄소섬유 표면의 친수성 개질 및 메조기공 형성이 충분하지 않아 탄소섬유의 전기화학적 특성의 개선이 충분하지 않다는 단점이 있다. 초음파 처리가 48시간을 초과할 경우 더 이상 증진된 탄소섬유 표면의 친수성 개질효과를 얻을 수 없다는 단점이 있다.
본 발명에서 초음파 처리는 초음파를 발생시킬 수 있는 장치를 사용하면 용이하게 실시할 수 있다. 초음파발생장치는 일반적으로 알려진 초음파를 발생시키는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다.
초음파 처리가 완료되면 초음파 처리한 탄소섬유를 열처리하는 단계를 거치게 된다.
이와 같이 열처리를 실시하게 되면, 탄소섬유의 내부로 침투된 용매가 고온의 환경 노출에 의하여 급격하게 빠져나오면서 탄소섬유의 표면에 메조기공을 형성할 뿐만 아니라 탄소섬유의 표면이 산화되면서 친수성관능기가 도입되어 표면 개질이 이루어지게 된다.
상기 열처리는 공기 분위기 하에서 100 내지 1000℃의 온도에서 10분 내지 24시간 실시하는 것이 바람직하다.
상기 열처리 온도가 100℃ 미만일 경우 탄소섬유 표면의 메조기공 형성 및 친수성 개질이 충분하지 않다는 문제점이 있으며, 1000℃를 초과할 경우 무게 감소가 많아지고 취성이 약해진다는 문제점이 있다. 또한 열처리시 100 내지 1000℃의 온도에서 10분 미만으로 처리할 경우 탄소섬유 표면의 메조기공 형성 및 친수성 개질이 충분하게 이루어지지 않는다는 문제점이 있으며, 24시간을 초과할 경우 열처리 비용 및 무게 감소가 많아진다는 문제점이 있다.
열처리에 의해 생성되는 탄소섬유 표면의 기공은 평균 크기가 2~50nm일 수 있다.
아울러 탄소섬유의 표면에 도입되는 상기 친수성 관능기는 카르복실기, 에테르기, 히드록시기 및 케톤기로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기한 방법에 따라 표면 개질된 탄소섬유는 표면에 친수성 관능기가 도입되어 있을 뿐만 아니라 메조기공이 형성되어 있어 높은 비표면적에 의한 전기화학적인 반응성이 활성화 되어 이차전지에 적용하였을 때 우수한 전기화학적 특성을 나타내게 된다. 특히 본 발명에 따른 탄소섬유는 레독스 흐름전지의 탄소전극으로 유용하게 사용될 수 있다.
따라서 본 발명에서는 전술한 방법에 따라 표면 개질된 탄소섬유를 포함하는 레독스 흐름전지용 탄소전극 및 레독스 흐름전지를 제공한다.
상기 레독스 흐름전지는 당해분야에서 일반적으로 사용되는 것을 적용할 수 있으며, 다만 탄소전극으로 본 발명에 따라 표면 개질된 탄소섬유를 사용하면 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름전지의 단셀을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 본 발명에 따른 레독스 흐름전지는 도 1에 도시된 바와 같이 양극전극(11) 및 바이폴라플레이트(12)를 포함하는 양극셀(10), 음극전극(21) 및 바이폴라플레이트(22)를 포함하는 음극셀(20), 및 상기 양극셀(10)과 음극셀(20) 사이에 형성되는 이온교환막(30)을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 양극셀(10)과 음극셀(20)은 다수 적층되어 사용될 수 있는데, 이때 최외측의 양극셀(10)과 음극셀(20)의 외측면에는 집전체(40) 및 엔드플레이트(50)가 놓여진다. 상기 엔드플레이트(50)는 전체적인 레독스 흐름전지의 윤곽을 형성하는 역할을 하는 것으로서, 전해액 주입구(52)와 배출구(51)가 각각 구비된다.
또한 상기 레독스 흐름전지는 도면에 도시하지는 않았으나 양극전해액이 보관되는 양극전해액탱크와 음극전해액이 보관되는 음극전해액탱크 및 상기 양극전해액과 음극전해액의 순환을 위해 형성된 펌프를 포함하여 이루어진다.
이때, 양극전해액과 음극전해액은 당해 분야에서 일반적으로 적용되는 레독스 커플을 사용할 수 있다. 예를 들어 양극 전해액은 V4 +/V5 + 커플을 사용하고, 음극 전해액은 V2 +/V3 + 커플을 레독스 커플을 사용할 수 있다. 이외에도
이때, 상기 양극전극(11)과 음극전극(21)은 본 발명에 따른 표면 개질된 탄소섬유, 특히 펠트 타입으로 제작된 탄소섬유를 이용하여 형성할 수 있다. 이 경우 표면개질된 탄소섬유의 표면에 도입된 친수성 관능기에 의하여 전해액과 친화성이 높을 뿐만 아니라 메조기공에 의해 높은 비표면적을 가짐에 따라 전기화학적인 반응성이 높아져 우수한 전기화학적 특성을 나타내게 된다.
이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
두께 3 mm의 그라파이트 펠트(Nippon carbon사, GF20-5FH)를 60mm× 40mm 크기로 자른 다음 에탄올에 넣고 1시간동안 담지시킨 후 1시간 동안 초음파 처리를 실시하였다. 그런 다음 전기로에 넣고 공기분위기 하에서 500℃에서 5시간 열처리하여 표면 개질 시켰다.
<실시예 2>
두께 3 mm의 그라파이트 펠트를 60mm× 40mm 크기로 자른 다음 메탄올에 넣고 1시간동안 담지시킨 후 1시간 동안 초음파 처리를 실시하였다. 그런 다음 전기로에 넣고 공기분위기 하에서 500℃에서 5시간 열처리하여 표면 개질 시켰다.
<실시예 3>
두께 3 mm의 그라파이트 펠트를 60mm× 40mm 크기로 자른 다음 증류수에 넣고 1시간동안 담지시킨 후 1시간 동안 초음파 처리를 실시하였다. 그런 다음 전기로에 넣고 공기분위기 하에서 500℃에서 5시간 열처리하여 표면 개질 시켰다.
<비교예 1>
두께 3 mm의 그라파이트 펠트를 60mm× 40mm 크기로 자른 다음 전기로에 넣고 공기분위기 하에서 500℃에서 5시간 열처리하여 표면 개질 시켰다.
<실험예 1>
1) SEM 사진
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 얻어진 표면 개질된 그라파이트 펠트의 SEM 사진을 측정하고 그 결과를 각각 도 2 내지 5에 나타내었다.
2) 비표면적
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 얻어진 표면 개질된 그라파이트 펠트를 이용하여 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 방법으로 비표면적을 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
3) 기공크기
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 얻어진 표면 개질된 그라파이트 펠트를 이용하여 BJH(Barrett-Joyner-Halenda) 방법으로 기공크기를 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
비표면적(m2/g) 평균 기공 크기(nm)
실시예 1 185 2.4
실시예 2 175 2.3
실시예 3 183 2.4
비교예 1 59 2.1
도 2 내지 5 및 상기 표 1에서 보는 바와 같이 열처리만 실시한 비교예 1의 표면 개질된 그라파이트 펠트는 BET 측정결과 비표면적이 59m2/g으로 측정되었다. 이는 열처리를 통해 그라파이트 펠트 내에 존재하는 고분자 및 불순물 등이 산화되기 때문에 기공이 형성되고 이를 통해 비표면적이 나온 것으로 사료된다. 그러나 탄소섬유를 용매에 담지 후 초음파 처리 및 열처리를 실시한 실시예 1 내지 3의 경우 탄소섬유에 담지 되어 있던 용매가 열처리 과정동안 빠져나오면서 많은 메조기공이 형성되어 비표면적이 크게 증가되는 것으로 사료된다. 이렇게 추가로 형성된 메조기공은 탄소섬유의 비표면적을 증가시키게 되고, 많은 친수성 그룹에 의하여 이차전지, 특히 레독스 흐름전지용 전극으로 적용하면 많은 반응 사이트로 인해 전기화학적 성능을 향상시킬 수 있다.
<실험예 2>
도 1에 도시된 바와 같이 양극전해액 주입구 및 배출구가 형성된 엔드플레이트, 집전체, 바이폴라플레이트, 양극전극, 이온교환막, 음극전극, 바이폴라플레이트, 집전체 및 음극전해액 주입구 및 배출구가 형성된 엔드플레이트를 포함하여 이루어지는 레독스 흐름전지 단셀을 준비하였다. 이때 상기 엔드플레이트는 각각 양극전해액이 보관되는 양극전해액탱크와 음극전해액이 보관되는 음극전해액탱크와 연결되며, 상기 양극전해액과 음극전해액의 순환은 펌프에 의해 이루어지도록 하였다(도면에 도시하지 않음). 이온교환막은 나피온(Nafion117, Dupont사)을 사용하였으며, 전해액은 바나듐 레독스 커플을 사용하였다.
상기한 구성의 레독스 흐름전지의 양극전극과 음극전극에 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 얻어진 표면 개질된 그라파이트 펠트를 적용하였다. 이렇게 제작된 레독스 흐름전지 단셀을 이용하여 충방전을 통해 에너지 효율 및 IR drop을 통해 셀 저항을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
Current density (mA/cm2) 20 40 60 80 100
실시예 1
적용 단셀		 Energy efficiency (%) 81 78 73 69 65
Cell Resistance (ohm) 0.16 0.15 0.15 0.15 0.16
실시예 2
적용 단셀		 Energy efficiency (%) 82 78 72 67 63
Cell Resistance (ohm) 0.16 0.15 0.15 0.15 0.16
실시예 3
적용 단셀		 Energy efficiency (%) 82 76 70 64 61
Cell Resistance (ohm) 0.17 0.16 0.16 0.17 0.18
비교예 1
적용 단셀		 Energy efficiency (%) 80 74 68 62 x
Cell Resistance (ohm) 0.22 0.20 0.20 0.25 x
상기 표 2에서 보는 바와 같이 열처리만으로 전처리된 비교예 1의 전극을 레독스 흐름전지 단셀에 적용하면 저항은 0.20~0.25 ohm으로 형성되었고 전류밀도가 증가할수록 에너지 효율은 감소하였으며, 100 mA/cm2에서는 충방전이 이루어지지 않음을 알 수 있다. 그러나 탄소섬유를 용매에 담지 후 초음파 처리 및 열처리를 실시한 실시예 1 내지 3의 전극을 레독스 흐름전지 단셀에 적용한 경우 저항이 0.15~0.18 ohm으로 비교예 1에 비하여 저항이 크게 감소하였고, 에너지 효율도 크게 증가한 것을 알 수 있다. 특히 고 전류밀도에서의 효율이 눈에 띄게 증가한 것을 알 수 있다. 이는 옴의 법칙(V= IR)에 따라 전류가 증가할수록 저항 강하(IR drop)가 더더욱 증가하는 현상 때문에 저항이 낮은 단셀은 높은 전류밀도에서 더욱 좋은 에너지 효율을 보이기 때문인 것으로 판단된다.

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  10. 탄소전극을 포함하는 레독스 흐름전지에 있어서,
    상기 탄소전극은 표면 개질된 탄소섬유를 포함하여 이루어지며,
    상기 표면개질된 탄소섬유는: 펠트 타입의 탄소섬유를 알코올 용매에 담지시키는 단계, 상기 알코올 용매에 담지된 탄소섬유를 1분 내지 48시간 초음파 처리하는 단계, 초음파 처리한 탄소섬유를 공기 분위기 하에서 100 내지 1000℃의 온도에서 10분 내지 24시간 열처리하는 단계를 포함하는 표면 개질 방법으로 카르복실기, 에테르기, 히드록시기 및 케톤기로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 친수성 관능기를 도입한 것으로서 표면에 평균 크기가 2~50nm의 메조기공을 갖는 것임을 특징으로 하는 표면 개질된 탄소섬유를 포함하는 레독스 흐름전지.
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