KR101911378B1 - Method of heat treatment of the carbon felt, the carbon felt electrode made thereof and redox flow battery comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무산소 및 무질소 분위기하에서 전극 표면을 열처리함으로써 보다 저가의 열처리 비용과 더불어 우수한 전극 성능을 확보할 수 있는 카본펠트의 표면열처리 방법, 그에 의해 제조된 카본펠트 전극 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a surface heat treatment method for a carbon felt, which can achieve a lower cost of heat treatment and an excellent electrode performance by heat-treating an electrode surface in an oxygen-free and nitrogen-free atmosphere, a carbon felt electrode produced thereby, and a redox flow Battery.
레독스 흐름 전지는 환원(Reduction)과 산화(Oxidation) 및 흐름(Flow)의 특징을 가진 2차 전지의 일종으로 Fe, Cr, V, Cu, Ti 및 Sn 등의 산화수가 변하는 전이금속을 강산 수용액에 용해하여 전해질을 제조하고 펌프를 이용하여 셀에 공급하는 전지이다. 전해질은 전지 내의 용기에 저장되어 있지 않고 외부의 탱크에 액체 상태로 저장되어 있으며, 충방전이 필요한 경우에만 펌프를 통해 셀 내부로 공급된다. 이러한 특성으로 인해 전력계통에 연계했을 경우 필요에 의해 신속한 기동정지가 가능하고 장기간 정지해도 전력손실이 적은 특징을 가지며, 향후 ESS(Energy Storage System) 등에 활발히 적용될 것으로 예상된다.The redox flow cell is a type of secondary cell that is characterized by reduction, oxidation, and flow. It is composed of a transition metal, such as Fe, Cr, V, Cu, Ti, To prepare an electrolyte and supply it to the cell using a pump. The electrolyte is not stored in a container in the cell but is stored in an external tank in a liquid state, and is supplied into the cell through the pump only when charging and discharging are necessary. Due to these characteristics, it is possible to start and stop as quickly as needed when connected to the power system, and to have low power loss even after long-term shutdown. It is expected to be actively applied to ESS (Energy Storage System) in the future.
한편 레독스 흐름 전지는 전해질로 강산을 사용하기 때문에 전극은 비활성의 카본펠트(carbon felt) 또는 카본 직물(carbon cloth) 등이 쓰이고 있다. 이러한 레독스 흐름 전지의 에너지 효율 향상을 위해서는 전극의 전기화학적 반응성 향상이 중요하며, 이를 위하여 전극의 열처리, 화학적 처리, 전기화학적 산화 또는 촉매금속 도핑 등에 의한 표면처리를 실시하여 카본표면에 친수성 증가, 기능성 카복실기 또는 하이드록실기 도입으로 C-O Group 농도 활성화에 따른 바나듐 화학종의 반응성을 촉진하는 연구 등이 다수 수행 중에 있다.On the other hand, since the redox flow cell uses strong acid as the electrolyte, the electrode is made of inert carbon felt or carbon cloth. In order to improve the energy efficiency of the redox flow cell, it is important to improve the electrochemical reactivity of the electrode. For this purpose, the surface of the electrode is subjected to heat treatment, chemical treatment, electrochemical oxidation, or catalytic metal doping, And studies to promote the reactivity of vanadium species with the activation of CO group concentration by introduction of functional carboxyl groups or hydroxyl groups.
이 가운데 특히 기존의 열처리에 의한 방법은 고순도의 산소와 질소가 함유되는 분위기에서 열처리 되나, 열처리 비용이 많이 들고 전극의 성능 향상에도 한계를 보이는 문제점이 있었다.Among them, the conventional heat treatment method is heat-treated in an atmosphere containing high purity oxygen and nitrogen, but there is a problem that the heat treatment cost is high and the performance of the electrode is also limited.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 카본표면에 친수성 증가, 기능성 카복실기 또는 하이드록실기 도입으로 C-O Group 농도 활성화를 확보할 수 있는 카본펠트의 표면 열처리 방법을 제공하는 것이다.DISCLOSURE Technical Problem The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above and it is an object of the present invention to provide a carbon felt having a hydrophilic property on the carbon surface and a CO group concentration activated by introducing a functional carboxyl group or a hydroxyl group, Method.
또한 본 발명의 다른 목적은 우수한 전극 성능을 확보할 수 있는 레독스 흐름 전지용 카본펠트 전극의 표면열처리 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a surface heat treatment method of a carbon felt electrode for a redox flow battery, which can ensure excellent electrode performance.
본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따른 표면열처리 방법을 통해 표면이 개질된 레독스 흐름 전지용 카본펠트 전극을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a carbon felt electrode for a redox flow cell having a surface modified by a surface heat treatment method according to the present invention.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, (a) 카본펠트를 열처리 장치 내부에 장착하는 단계; (b) 상기 열처리 장치를 밀폐(close)하는 단계; 및 (c) 상기 열처리 장치에 산소 및 질소를 공급하지 않고 카본펠트를 열처리하여 상기 카본펠트의 표면에 산소원자를 포함하는 기능기를 결합시키도록 열처리하는 단계;를 포함하는 카본펠트의 열처리 방법에 관한 것이다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a carbon fiber material, including: (a) mounting a carbon felt inside a heat treatment apparatus; (b) closing the heat treatment apparatus; And (c) heat-treating the carbon felt without supplying oxygen and nitrogen to the heat treatment apparatus so as to bond a functional group containing oxygen atoms to the surface of the carbon felt. will be.
이때, 상기 단계(a)가 카본펠트를 공기가 존재하는 열처리 장치의 내부에 장착하는 단계일 수 있다.At this time, the step (a) may be a step of mounting the carbon felt inside the heat treatment apparatus in which air exists.
또한, 상기 카본펠트는 레독스 흐름 전지용 전극에 사용하기 위한 것일 수 있다.In addition, the carbon felt may be used for an electrode for a redox flow battery.
본 발명의 일 구현예에 따른 카본펠트의 열처리 방법에 있어서, 상기 산소원자를 포함하는 기능기는 히드록실기(
또한, 상기 열처리하는 단계는 300 내지 600 ℃의 온도에서 2 내지 10 시간 동안 수행될 수 있다.Also, the heat treatment may be performed at a temperature of 300 to 600 DEG C for 2 to 10 hours.
또한, 상기 열처리하는 단계는 450 내지 550 ℃의 온도에서 3 내지 5 시간 동안 수행될 수 있다.In addition, the heat treatment may be performed at a temperature of 450 to 550 DEG C for 3 to 5 hours.
또한, 상기 열처리 온도는 5 내지 15 ℃/min의 승온속도로 승온하여 형성될 수있다.The heat treatment temperature may be raised by raising the temperature at a rate of 5 to 15 占 폚 / min.
본 발명의 일 구현예에 따른 카본펠트의 열처리 방법에 있어서, 상기 열처리 방법은 전극 표면의 기능성 카르복실기(C-O Group) 농도를 증가시키는 것일 수 있다.In the heat treatment method of carbon felt according to an embodiment of the present invention, the heat treatment method may increase the concentration of functional carboxyl groups (C-O Group) on the electrode surface.
이때, 상기 열처리 방법은 카본펠트 전극 표면의 O/C 원자비를 5~30% 범위로 형성할 수 있다.At this time, the O / C atomic ratio of the surface of the carbon felt electrode can be set in the range of 5 to 30%.
또한, 상기 카본펠트는 PAN(Polyacrylonitrile)을 탄화시켜서 제조된 것일 수 있다.In addition, the carbon felt may be one produced by carbonizing PAN (polyacrylonitrile).
본 발명의 또 하나의 양상은, 상기와 같은 열처리 방법에 따라 표면이 개질된 카본펠트에 관한 것이다. Another aspect of the present invention relates to a carbon felt having a surface modified according to the above heat treatment method.
본 발명의 또 하나의 양상은, 상기와 같이 표면 개질된 카본펠트를 포함하는 전극; 전해액; 및 격리막;을 포함하는 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to an electrode comprising a surface-modified carbon felt as described above; Electrolytic solution; And a separator membrane.
이때, 상기 격리막은 나피온(Nafion)막일 수 있다.At this time, the separation membrane may be a Nafion membrane.
또한, 상기 전해액은 VOSO4 및 H2SO4을 포함하는 혼합용액일 수 있다.In addition, the electrolytic solution may be a mixed solution containing VOSO 4 and H 2 SO 4 .
본 발명에 따른 카본펠트의 표면열처리 방법은, 공기 존재 하의 열처리장치 내부에 카본펠트를 장착하고, 이후 상기 열처리 장치를 외부와 밀폐(close)시키고, 산소 및 질소를 추가로 공급하지 않는 분위기하에서 상기 카본펠트를 열처리함으로써 카본펠트 표면에 높은 산소 기능성을 부여하여 전기화학적 반응성이 향상되며 아울러 보다 저비용으로 카본펠트 표면을 열처리함으로써 전기화학적 성능이 우수한 레독스 흐름 전지를 제공할 수 있는 효과가 있다.A method for surface heat treatment of carbon felt according to the present invention is characterized in that a carbon felt is mounted in a heat treatment apparatus in the presence of air and then the heat treatment apparatus is closed from the outside, There is an effect that it is possible to provide a redox flow cell having excellent electrochemical performance by providing the carbon felt with a high oxygen functionality by heating the carbon felt to improve the electrochemical reactivity and further heat treating the carbon felt surface at a lower cost.
예를 들어, 레독스 흐름전지를 충전 할 경우 용액의 벌크로부터 VO2+ 이온은 전극 표면으로 이동하고, 흑연 표면상에 페놀릭 기능성 그룹의 수소이온(-O-H)과 이온교환 반응(-O-V=O+)을 한다. 이때 전자가 VO2+ 로 부터 전극 기능성 그룹(C-O-V-bond)을 따라 이동하면 전극표면은 VO2 +를 형성한다. 최종적으로 VO2 + 는 용액으로 H+ 과 이온교환하고 벌크 용액으로 확산한다. 이러한 일련의 충전반응에서 전자이동반응은 C―O-V-bond를 따라, 산소이동은 C-O-H 기능성 그룹으로부터 보다 쉽게 일어 날 수 있다. 따라서 이러한 표면의 산소 기능성 그룹이 전극 표면에서 과전압을 감소시키므로 전기화학적 반응속도를 증가시켜 셀의 충방전 효율을 증가시킬 수 있다. For example, when the redox flow cell is charged, the VO 2+ ions from the bulk of the solution migrate to the electrode surface and ion exchange reaction (-OV = -OH) with the hydrogen ion (-OH) of the phenolic functional group on the graphite surface, O + ). At this time, when the electrons move along the electrode functional group (COV-bond) from VO 2+ , the electrode surface forms VO 2 + . Finally, VO 2 + is ion-exchanged with H + in solution and diffuses into the bulk solution. In this series of charge reactions, the electron transfer reaction follows the C-OV-bond and oxygen transfer can occur more easily from the COH functional group. Therefore, the oxygen functional group on the surface reduces the overvoltage on the electrode surface, so that the charge / discharge efficiency of the cell can be increased by increasing the electrochemical reaction rate.
도 1은 본 발명에 사용된 튜브형 퍼니스(furnace)의 사진이다.
도 2는 표면처리 전, 후의 카본펠트 표면의 SEM scanning electron microscopy) 이미지이다.
도 3은 표면처리 전, 후의 카본펠트의 표면 면적 변화를 도시한 그래프이다.
도 4는 카본펠트 결정의 XRD(X-ray diffractometry) 분석 그래프이다.
도 5는 카본펠트 전극 표면의 기능성 페놀릭 (C-O, C-OH, C-O-C) 및 카르복실기(C=O Group)의 상태를 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)로 분석한 결과를 도시한 그래프이다.
도 6은 카본펠트 전극의 O1s/C1s 비율을 도시한 그래프이다.
도 7은 카본펠트 전극의 CV(Cyclic Voltammetry) 평과 결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 레독스 흐름 전지의 단위셀 성능 평가 결과를 도시한 그래프이다.Figure 1 is a photograph of a tubular furnace used in the present invention.
2 is an SEM scanning electron microscopy image of the surface of the carbon felt before and after the surface treatment.
3 is a graph showing changes in the surface area of the carbon felt before and after the surface treatment.
4 is an X-ray diffractometry (XRD) analysis graph of a carbon felt crystal.
5 is a graph showing the results of XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) analysis of the states of functional phenolic (CO, C-OH, COC) and carboxyl groups (C = O Group) on the surfaces of carbon felt electrodes.
6 is a graph showing the O1s / C1s ratio of the carbon felt electrode.
7 is a graph showing a result of evaluating the CV (Cyclic Voltammetry) of the carbon felt electrode.
8 is a graph showing the results of unit cell performance evaluation of a redox flow cell.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.The invention is capable of various modifications and may have various embodiments, and particular embodiments are exemplified and will be described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. Furthermore, terms including an ordinal number such as first, second, etc. to be used below can be used to describe various elements, but the constituent elements are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
또한, 어떤 구성요소가 "다른 구성요소 상에", " 다른 구성요소 상에 형성되어" 또는 " 다른 구성요소 상에 적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.It is also to be understood that when an element is referred to as being "on another element", "on another element" or "on another element" Formed or laminated, but it should be understood that other components may be present in the middle.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
이하, 본 발명의 카본펠트 열처리 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, the carbon felt heat treatment method of the present invention will be described in detail. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 카본펠트의 열처리 방법은 (a)카본펠트를 열처리 장치의 내부에 장착하는 단계와, (b)상기 열처리 장치를 밀폐(close)하는 단계 및 (c) 상기 열처리 장치에 산소 및 질소를 공급하지 않고 카본펠트를 열처리하여 상기 카본펠트의 표면에 산소원자를 포함하는 기능기를 결합시키도록 열처리하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of heat-treating a carbon felt, comprising the steps of (a) mounting a carbon felt inside a heat treatment apparatus, (b) closing the heat treatment apparatus, and (c) And heat treating the carbon felt to heat the carbon felt to bind a functional group containing oxygen atoms to the surface of the carbon felt without supplying oxygen and nitrogen to the heat treatment apparatus.
본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계는 카본펠트를 공기가 존재하는 열처리 장치의 내부에 장착하는 단계일 수 있다. 또한, 상기 카본펠트는 레독스 흐름 전지용 전극에 사용하기 위한 것일 수 있다.In the present invention, the step (a) may be a step of mounting the carbon felt to the inside of the heat treatment apparatus in which air exists. In addition, the carbon felt may be used for an electrode for a redox flow battery.
본 발명의 일 구현예에 따른 카본펠트의 열처리 방법에 있어서, 상기 산소원자를 포함하는 기능기는 히드록실기(
일반적으로 레독스 흐름 전지에 사용되는 전극은 강산성의 전해질을 견딜 수 있도록 화학적으로 안정해야만 하며, 기계적 강도와 전기전도도가 높아야 한다. 아울러 가격이 저렴하고 원활한 전해질의 흐름을 위하여 다공성의 구조를 가져야 한다. 따라서 본 발명에 따르면 이러한 조건을 가장 잘 만족시킬 수 있는 전극 물질로 PAN 기반(polyacrylonitrile-based, PAN-based)의 카본펠트 또는 레이온 기반(Rayon-based)의 카본펠트를 사용할 수 있고, 바람직하게는 PAN 기반(polyacrylonitrile-based, PAN-based)의 카본펠트이다. In general, the electrode used in redox flow cells should be chemically stable to withstand strongly acidic electrolytes, and should have high mechanical strength and high electrical conductivity. In addition, it is required to have a porous structure for a low-cost and smooth electrolyte flow. Accordingly, according to the present invention, PAN-based carbon felt or Rayon-based carbon felt can be used as the electrode material that can best satisfy such conditions, PAN-based (polyacrylonitrile-based, PAN-based) carbon felt.
본 발명의 일 구현예에 따른 카본펠트의 열처리 방법에 있어서, 상기 열처리하는 단계는 바람직하게는 300 내지 600의 온도에서 2 내지 10 시간, 보다 바람직하게는 450 내지 550 의 온도에서 3 내지 5 시간 동안 수행될 수 있다.In the heat treatment method of carbon felt according to an embodiment of the present invention, the heat treatment step is preferably performed at a temperature of 300 to 600 for 2 to 10 hours, more preferably at a temperature of 450 to 550 for 3 to 5 hours .
300 ℃ 미만에서 열처리를 하는 경우 표면처리 정도가 낮아 효과(산소기능성 및 비표면적)가 낮은 문제가 있으며, 600 ℃를 초과하면 전극의 표면손상 및 중량감소에 의한 성능저하 문제가 있다. 또한 열처리 시간이 3 시간 미만이면 효과 부족 문제가 있으며, 5 시간 이상이면 과잉 표면처리 문제가 있다. 상기 열처리 온도는 5 내지 15 ℃/min의 승온속도로 승온하여 형성할 수 있다. When the heat treatment is performed at a temperature lower than 300 ° C, there is a problem that the surface treatment degree is low and the effect (oxygen function and specific surface area) is low. If the heat treatment time is less than 3 hours, there is a problem of insufficient effect, and if the heat treatment time is more than 5 hours, there is a problem of excessive surface treatment. The heat treatment temperature can be raised by raising the temperature at a rate of 5 to 15 ° C / min.
본 발명에 있어서, 상기 열처리 장치는 무산소 및 무질소의 조건을 유지하기위하여 밀폐형 구조로 이루어진다. In the present invention, the heat treatment apparatus has a closed structure in order to maintain an oxygen-free and nitrogen-free condition.
본 발명의 카본펠트 열처리 방법에 따르면, 종래의 방법과는 달리 무산소 및 무질소의 밀폐된 조건에서 열처리를 수행함으로써 카본펠트 전극의 표면의 O/C 원자비가 5~30%로 개질됨으로써 높은 산소 기능성이 부여되어 전기화학적 반응성이 향상되는 효과가 있다. According to the carbon felt heat treatment method of the present invention, the O / C atomic ratio of the surface of the carbon felt electrode is modified to 5 to 30% by performing heat treatment in an oxygen-free and nitrogen-free closed condition unlike the conventional method, So that the electrochemical reactivity is improved.
예를 들어, 레독스 흐름전지를 충전 할 경우 용액의 벌크로부터 VO2+ 이온은 전극 표면으로 이동하고, 흑연 표면상에 페놀릭 기능성 그룹의 수소이온(-O-H)과 이온교환 반응(-O-V=O+)을 한다. 이때 전자가 VO2+ 로 부터 전극 기능성 그룹(C-O-V-bond)을 따라 이동하면 전극표면은 VO2 +를 형성한다. 최종적으로 VO2 + 는 용액으로 H+ 과 이온교환하고 벌크 용액으로 확산한다. 이러한 일련의 충전반응에서 전자이동반응은 C―O-V-bond를 따라, 산소이동은 C-O-H 기능성 그룹으로부터 보다 쉽게 일어 날 수 있다. 따라서 이러한 표면의 산소 기능성 그룹이 전극 표면에서 과전압을 감소시키므로 전기화학적 반응속도를 증가시켜 셀의 충방전 효율을 증가시킬 수 있다. For example, when the redox flow cell is charged, the VO 2+ ions from the bulk of the solution migrate to the electrode surface and ion exchange reaction (-OV = -OH) with the hydrogen ion (-OH) of the phenolic functional group on the graphite surface, O + ). At this time, when the electrons move along the electrode functional group (COV-bond) from VO 2+ , the electrode surface forms VO 2 + . Finally, VO 2 + is ion-exchanged with H + in solution and diffuses into the bulk solution. In this series of charge reactions, the electron transfer reaction follows the C-OV-bond and oxygen transfer can occur more easily from the COH functional group. Therefore, the oxygen functional group on the surface reduces the overvoltage on the electrode surface, so that the charge / discharge efficiency of the cell can be increased by increasing the electrochemical reaction rate.
또한 종래 고순도의 산소와 질소 함유 분위기에서 열처리하는 비용보다 저비용으로 열처리를 할 수 있는 효과가 있다. Further, there is an effect that the heat treatment can be performed at a lower cost than the conventional heat treatment in a high purity oxygen and nitrogen containing atmosphere.
본 발명의 또 하나의 양상은, 본 발명의 또 하나의 양상은, 상기와 같이 표면 개질된 카본펠트를 포함하는 전극과, 전해액 및 격리막을 포함하는 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.According to another aspect of the present invention, another aspect of the present invention relates to a redox flow cell including an electrode including the surface-modified carbon felt as described above, and an electrolyte and a separation membrane.
본 발명에 있어서, 상기 격리막은 나피온(Nafion)막일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때 상기 전해액으로는 VOSO4 및 H2SO4을 포함하는 혼합용액을 사용할 수 있다. In the present invention, the separation membrane may be a Nafion membrane, but is not limited thereto. At this time, a mixed solution containing VOSO 4 and H 2 SO 4 may be used as the electrolyte solution.
[ [ 실시예Example ] ]
이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, this is for illustrative purposes only, and thus the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예Example 1 : 열처리 1: heat treatment 카본펠트Carbon felt (( TFWOTFWO ))
아래 표 1을 참고하여 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같은 열처리장치(Plus Ko-Lab, 튜브형 퍼니스, 길이 87cm, 직경 13cm)와 카본펠트(PAN-based, CNF Inc. 대한민국)를 사용하였다. 상기 카본 펠트를 5.0 cm x 5.0 cm x 0.3 cm의 규격으로 잘라서 공기가 채워져 있는 열처리장치 안의 중앙에 위치시키고 열처리 장치를 밀폐(close)시켰다. 상기 열처리장치를 10 ℃/min의 승온 속도로 500℃까지 승온시키고, 500℃에서 4 시간 동안 열처리하고 상온으로 강온하여 열처리된 카본펠트(TFWO)를 얻었다. 이때, 튜브내 별도의 Ar 또는 진공 조건 없이 전극 시편을 위치시키고 도어를 잠가 완벽한 밀폐 상태에서 가열을 시작하였다.1, a heat treatment apparatus (Plus Ko-Lab, tubular furnace, length 87 cm, diameter 13 cm) and carbon felt (PAN-based, CNF Inc. Korea) were used. The carbon felt was cut into a size of 5.0 cm x 5.0 cm x 0.3 cm, placed in the center of the air-filled heat treatment apparatus, and the heat treatment apparatus was closed. The heat treatment apparatus was heated up to 500 ° C at a heating rate of 10 ° C / min, heat-treated at 500 ° C for 4 hours, and cooled to room temperature to obtain a heat-treated carbon felt (TFWO). At this time, the electrode specimen was placed without any Ar or vacuum condition in the tube, and the door was locked and heating was started in a completely sealed state.
비교예Comparative Example 1: 표면 미처리 1: Surface untreated 카본펠트Carbon felt (bare)(bare)
아래 표 1을 참고하여 설명하면, 카본펠트(PAN-based, CNF Inc., 대한민국)를 아무런 처리를 하지 않고 5.0 cm x 5.0 cm x 0.3 cm 로 잘라서 그대로 전극으로 사용하였다. Referring to Table 1 below, the carbon felt (PAN-based, CNF Inc., Korea) was cut into 5.0 cm x 5.0 cm x 0.3 cm without any treatment and used as an electrode as it is.
비교예Comparative Example 2: 열처리 2: Heat treatment 카본펠트Carbon felt (( TFPOTFPO ))
아래 표 1을 참고하여 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같은 열처리장치(Plus Ko-Lab, 튜브형 퍼니스, 길이 30cm, 직경 10cm)와 카본펠트(PAN-based, CNF Inc., 대한민국)를 사용하였다. 상기 카본 펠트를 5.0 cm x 5.0 cm x 0.3 cm의 규격으로 잘라서 공기가 채워져 있는 열처리장치 안의 중앙에 위치시켰다. 상기 열처리장치를 10 ℃/min의 승온 속도로 500℃까지 승온시키고, 500℃에서 4 시간 동안 열처리하였으며, 상기 열처리 시간 동안 21% O2 와 79% N2 의 혼합기체를 500 cc/min의 유속으로 튜브형 퍼니스에 통과시켰고, 상온으로 강온하여 열처리된 카본펠트(TFPO)를 얻었다. 3), and a carbon felt (PAN-based, CNF Inc., Republic of Korea) were used as a heating furnace . The carbon felt was cut into a size of 5.0 cm x 5.0 cm x 0.3 cm and placed in the center of the air-filled heat treatment apparatus. The heat treatment apparatus was heated to 500 ° C at a heating rate of 10 ° C / min and heat-treated at 500 ° C for 4 hours. During the heat treatment, a mixed gas of 21% O 2 and 79% N 2 was supplied at a flow rate of 500 cc / Passed through a tubular furnace, and then cooled to room temperature to obtain heat-treated carbon felt (TFPO).
비교예Comparative Example 3: 열처리 3: Heat treatment 카본펠트Carbon felt (( BFWABFWA ))
아래 표 1을 참고하여 설명하면, 열처리장치(Daihan Scientific, Model FP-03, 박스형 퍼니스, 내부퍼니스 가로 13cm, 세로 27cm, 높이 9cm)와 카본펠트(PAN-based, CNF Inc., 대한민국)를 사용하였다. 상기 카본 펠트를 5.0 cm x 5.0 cm x 0.3 cm의 규격으로 잘라서 공기가 채워져 있는 열처리장치 안의 중앙에 위치시켰다. 상기 열처리장치를 10 ℃/min의 승온 속도로 500℃까지 승온시키고, 500℃에서 4 시간 동안 열처리하고, 상온으로 강온하여 열처리된 카본펠트(BFWA)를 얻었다. Using PAN-based (CNF Inc., Korea), heat treatment system (Daihan Scientific, Model FP-03, box type furnace, inner furnace width 13cm, length 27cm, height 9cm) Respectively. The carbon felt was cut into a size of 5.0 cm x 5.0 cm x 0.3 cm and placed in the center of the air-filled heat treatment apparatus. The heat treatment apparatus was heated to 500 deg. C at a heating rate of 10 deg. C / min, heat treated at 500 deg. C for 4 hours, and then cooled to room temperature to obtain heat treated carbon felt (BFWA).
여기서 사용한 열처리 장치는 도어를 닫아도 완벽한 밀폐가 이루어지지 않는 시스템으로서 열처리 동안 외부의 공기가 침투할 수 있으므로 밀폐형인 아닌 개방형 시스템이었다. The heat treatment system used here is a system that is not completely closed even when the door is closed, and it is an open system that is not a closed type because outside air can permeate during heat treatment.
[[ 시험예Test Example ]]
샘플 분석 방법Sample analysis method
흑연 물질의 결정구조는 Cu-Kα radiation (λ = 1.5406 Å)을 채용한 XRD(X-ray diffractometry; XPert Pro, PANalytical, Netherlands)를 사용하여 분석하였다. 격자 파라미터 및 결정 크기는 Rietveld refinement 방법에 의해 평가하였다. 카본펠트의 형태(morphology)는 FESEM(field emission scanning electron microscopy; HITACHI S-4700, Japan)을 사용하여 관측하였으며, 모든 샘플들의 표면 면적을 Micromeritics ASAP 2020 accelerated surface area 및 porosimetry analyzer를 사용한 BET(Brunauer-Emmet-Teller) 분석에 의해 측정하였다. XPS(X-ray photoelectron spectroscopy; Thermo Scientific, USA)를 사용하여 다양한 표면 개질 후의 카본펠트의 표면화학(원소 조성 및 표면 상에서 원소들의 화학적 상태 등) 특성을 분석하였다. The crystal structure of the graphite material was analyzed by X-ray diffractometry (XPert Pro, PANalytical, Netherlands) employing Cu-K radiation (λ = 1.5406 Å). The lattice parameter and crystal size were evaluated by the Rietveld refinement method. The morphology of the carbon felt was observed using a field emission scanning electron microscope (HITACHI S-4700, Japan). The surface area of all samples was measured using a Micromeritics ASAP 2020 accelerated surface area and a BET (Brunauer- Emmet-Teller) analysis. The surface chemistry (element composition and chemical states of the elements on the surface) of the carbon felt after various surface modification was analyzed using X-ray photoelectron spectroscopy (Thermo Scientific, USA).
카본펠트의Carbon felt 형태분석 Shape analysis
카본펠트의 표면 형태를 표면처리 전과 후로 나누어 관찰하였다. 도 2를 참고하면, 도 2a는 표면 미처리(bare) 카본펠트 샘플(비교예 1), 도 2b는 튜브형 퍼니스 내에서 (21% O2 + 79% N2)의 혼합 가스 하에서 표면처리된 TFPO 샘플(비교예 2), 도 2c는 공기 흐름 없이 일반 박스 퍼니스 내에서 표면처리된 BFWA 샘플(비교예 3), 도 2d는 튜브형 퍼니스 내에서 airless 조건 하에서 표면처리된 TFWO 샘플(실시예 1)의 SEM 이미지를 각각 도시한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, TFPO 샘플의 미세구조(microstructure)가 샘플들 중 가장 거친 표면을 갖는 반면에, BFWA 샘플은 중간의 표면 거칠기를 갖는다. TFWO 샘플의 표면은 매끄러웠으며 미세홈들(microgrooves)이 거의 발견되지 않았다.The surface morphology of the carbon felt was divided before and after the surface treatment. When Fig. 2, the Figure 2a surface untreated (bare) carbon felt sample (Comparative Example 1), Figure 2b is a surface treatment under a mixed gas in the tubular furnace (21% O 2 + 79% N 2) TFPO sample (Comparative Example 2), Figure 2c is a BFWA sample (Comparative Example 3) surface treated in a conventional box furnace without air flow, Figure 2d is a SEM of a TFWO sample (Example 1) surface treated under airless conditions in a tubular furnace Respectively. As shown in FIG. 1B, the microstructure of the TFPO sample has the roughest surface of the samples, while the BFWA sample has a medium surface roughness. The surface of the TFWO sample was smooth and little microgrooves were found.
카본펠트의Carbon felt 표면 면적 분석 Surface area analysis
카본펠트의 표면 면적을 BET 분석에 의해 도 3에 도시된 바와 같이 평가하였다. 도 3을 참고하면, 카본펠트의 표면 면적은 혼합 가스 하에서의 표면처리 후(232% vs. bare 샘플) 및 공기 흐름 없이 표면처리(164%) 후에 현저하게 증가하였다. TFWO 카본펠트 샘플(airless 조건 하에서 표면처리)은 샘플들 중 가장 낮은 표면 면적(149%)을 나타내었다. 따라서, 카본펠트의 표면 거칠기 및 면적이 혼합 가스의 산소 함량에 의존한다는 것을 확인하였다. 표면처리 후의 카본펠트 샘플들의 중량 감소는 표면처리 후에 TFPO, BFWA 및 TFWO가 각각 5.0%, 0.5% 및 2.0%로 나타났다. 특히, 카본펠트의 표면은 높은 산소 함량 하에서 쉽게 산화되었으며, CO 및/또는 CO2 로의 발전을 통해 표면으로부터 많은 카본 손실을 초래하였다. The surface area of the carbon felt was evaluated by BET analysis as shown in Fig. 3, the surface area of the carbon felt significantly increased after surface treatment (232% vs. bare sample) under mixed gas and after surface treatment (164%) without air flow. The TFWO carbon felt sample (surface treated under airless conditions) exhibited the lowest surface area (149%) of the samples. Therefore, it was confirmed that the surface roughness and area of the carbon felt were dependent on the oxygen content of the mixed gas. The weight loss of the carbon felt samples after surface treatment was found to be 5.0%, 0.5% and 2.0% for TFPO, BFWA and TFWO, respectively, after surface treatment. In particular, the surface of carbon felt was easily oxidized under high oxygen content and resulted in a lot of carbon loss from the surface through the evolution to CO and / or CO 2 .
카본펠트의Carbon felt 결정 분석 Crystal analysis
카본펠트의 결정을 표면처리 전과 후로 나누어 도 4에 도시된 바와 같이 XRD에 의해 분석하였다. 모든 피크(peaks)는 흑연의 순수한 단일 상(pure, single phase, ICSD 98-0005-3781)을 나타내는 전형적 육각형(typical hexagonal) 구조로 색인될 수 있다(indexed).The crystals of the carbon felt were divided before and after the surface treatment and analyzed by XRD as shown in Fig. All peaks are indexed to a typical hexagonal structure representing a pure single phase of graphite (ICSD 98-0005-3781).
가장 강한 회절 피크는 모든 샘플에서 26.4°에 위치하는 (002) 평면(plane)이었다. 43.5°및 54.3°부근의 두 개의 약한 회절 피크는 각각 (100) 및 (004) 평면에 해당한다. 미처리(bare) 카본펠트의 XRD 패턴과 비교하면 TFWO 샘플의 XRD 패턴은 피크가 오른쪽으로 이동하면서 회절 강도가 약간 감소함을 나타내었다. 모든 샘플들의 격자 파라미터와 결정 크기를 Rietveld refinement에 의해 구했다. 아래 표 2에 도시된 바와 같이 격자 파라미터와 결정 크기가 여러 샘플들에서 변화하였으며, 여기에서 BFWA 밑 TFWO 샘플의 a=b 및 c 축의 크기(dimension)는 TFPO 샘플보다 작았다. 또한, TFPO 샘플의 결정 크기는 다른 샘플들보다 급하게 감소되었다. 이는 보다 많은 구조적 결함(structural defects)이 airless 조건 하에서의 변형에 의해 도입됨을 나타낸다.The strongest diffraction peak was the (002) plane located at 26.4 ° in all samples. Two weak diffraction peaks near 43.5 DEG and 54.3 DEG correspond to the (100) and (004) planes, respectively. Compared with the XRD pattern of the bare carbon felt, the XRD pattern of the TFWO sample showed that the diffraction intensity decreased slightly as the peak moved to the right. The lattice parameter and crystal size of all samples were determined by Rietveld refinement. The lattice parameter and crystal size varied in several samples, as shown in Table 2 below, where the dimensions of a = b and c axis of the TFWO sample under BFWA were smaller than the TFPO sample. In addition, the crystal size of the TFPO sample was reduced more rapidly than the other samples. This indicates that more structural defects are introduced by deformation under airless conditions.
카본펠트의Carbon felt 표면 화학(surface chemistry) 분석 Surface chemistry analysis
도 5는 표면처리 전과 후의 카본펠트 표면의 화학적 상태를 나타내는 C 및 O의 의 XPS 분석 그래프이다. O1s 피크는 528~539 eV 범위 내에서 3~5개의 피크로 분해(deconvolution)될 수 있으며, 533~534 eV 부근의 제1 피크는 페놀성(C-O and/or C-OH or C-O-C) 그룹으로 간주되며, 531~532 eV 부근의 제2 피크는 카르복식 및 카르보닐(C=O) 그룹에 할당될 수 있다. 535~536 eV 부근의 추가적인 피크는 흡착된 물(water) 또는 다른 화학적으로 흡착된 산소에 기인한 것으로 볼 수 있다. 미처리(bare) 샘플과 비교하여 TFPO 및 BFWA 샘플의 O1s-A 피크의 강도(C-O 그룹과 관련)는 증가하는 반면 O1s-B 피크의 강도(C=O 그룹)는 감소하였다(도 5a~c). 이는 카본펠트의 표면이 CO 및/또는 CO2로 인하여 변화한 것으로 보인다. 도 5d에 도시된 바와 같이, TFOW 샘플은 다른 거동을 보였다. C-O 그룹(O1s-A) 및 C=O 그룹(O1s-B)과 관련된 피크는 감소한 반면, C-OH 그룹(O1s-C)에 대응하는 피크가 나타났으며 다른 샘플들의 피크들보다 강렬하게 되었다(도 5d). 더욱이 샘플의 프로파일은 화학적 흡착된 H2O 및 C-OH 그룹에 대응하는 두 개의 추가적인 피크를 나타냈다. 전극에 생성된 C-OH 기능기의 표면 농도가 높을수록 바나듐 종 반응에 대한 활성이 높은 것으로 보고되었다.5 is an XPS analysis graph of C and O showing the chemical state of the carbon felt surface before and after the surface treatment. The O1s peak can be deconvoluted to 3 to 5 peaks within the range of 528 to 539 eV and the first peak around 533 to 534 eV is regarded as a phenolic (CO and / or C-OH or COC) group , And a second peak near 531 to 532 eV may be assigned to the carboxyl and carbonyl (C = O) groups. Additional peaks near 535 to 536 eV can be attributed to adsorbed water or other chemically adsorbed oxygen. The intensity of the O1s-A peak of the TFPO and BFWA samples (relative to the CO group) was increased while the intensity of the O1s-B peak (C = O group) decreased compared to the bare samples (Figures 5a-c) . It appears that the surface of the carbon felt has changed due to CO and / or CO 2 . As shown in FIG. 5D, the TFOW sample showed different behaviors. The peaks associated with the CO group (O1s-A) and the C = O group (O1s-B) decreased while the peaks corresponding to the C-OH group (O1s-C) appeared and became more intense than the peaks of the other samples (Fig. 5D). Moreover, the profile of the sample showed two additional peaks corresponding to chemically adsorbed H 2 O and C-OH groups. It was reported that the higher the surface concentration of the C-OH functional group generated on the electrode, the higher the activity against the vanadium species reaction was.
XPS 스펙트럼으로부터 표면 개질에 의해 형성된 기능기에 대한 보다 많은 정보를 제공하는 C1s 대 O1s의 표면 분자 비율을 추산하는 것이 가능하다. 도 6은 bare, TFPO, BFWO 및 TFWO의 O1s/C1s 비율이 각각 1.72, 9.18, 10.45 및 12.38 %임을 도시한다. 이에 의해 다른 방법에 비하여 airless 처리에 의해 카본펠트가 산소에 의해 보다 쉽게 기능성이 부여됨을 알 수 있다. From the XPS spectrum it is possible to estimate the surface molecule ratio of C1s to O1s which provides more information about the functional groups formed by surface modification. Figure 6 shows that the O1s / C1s ratios of bare, TFPO, BFWO and TFWO are 1.72, 9.18, 10.45 and 12.38%, respectively. As a result, it can be seen that carbon felt is more easily functionalized by oxygen by airless treatment than other methods.
표면처리의 전기화학적 산화환원 반응 효과 평가 Evaluation of electrochemical redox reaction effect of surface treatment
상기 4개의 카본펠트에 대해 전기화학 3극셀로 제작하여 전위주사법 (Cyclic Voltammetry : CV)에 의한 전극 표면에서의 전기화학적 촉매 활성도(반응성)을 평가하였다. 이때 작업 전극은 각각의 카본펠트, 대극은 Pt wire 그리고 기준전극은 SCE 전극을 사용하고, 전해액은 0.3M VOSO4 + 0.5M H2SO4 조건으로 하여 Scan Rate 5 mV/s로 상온에서 평가하였다. Electrochemically catalytic activity (reactivity) on the surface of the electrode was evaluated by means of a cyclic voltammetry (CV). At this time, each carbon felt was used as a working electrode, a Pt wire was used as a counter electrode, and a SCE electrode was used as a reference electrode. The electrolyte was evaluated at a room temperature with a scan rate of 5 mV / s under the condition of 0.3M VOSO 4 + 0.5MH 2 SO 4 .
도 7은 CV 평가 실험결과를 도시한 그래프로서 산화 및 환원 전류의 크기와 전위의 특성을 나타내고 있다. TFWO 샘플의 산화 피크는 다른 샘플들이 약 1.2 V에서 발생한 것과 비교하여 1.0 V에서 발생하였다. 이는 TFWO 샘플의 우수한 전기화학적 활성을 나타낸다. bare 샘플의 환원 피크는 강장 낮은 에너지에서 발생하였다. 특히 TFWO 샘플이 TFPO 및 BFWO 샘플보다 준-가역적(quasi-reversible) 및 빠른 kinetic 반응 특성을 보여 주고 있다. FIG. 7 is a graph showing the results of the CV evaluation test, showing the characteristics of the magnitude and potential of the oxidation and reduction currents. The oxidation peak of the TFWO sample occurred at 1.0 V compared to the other samples at about 1.2 V. [ Indicating excellent electrochemical activity of the TFWO sample. The reduction peak of the bare sample occurred at the lower energy of the tang. In particular, TFWO samples show quasi-reversible and fast kinetic response characteristics than TFPO and BFWO samples.
레독스Redox 흐름 전지 Flow cell 단위셀Unit cell 성능평가 Performance evaluation
위에서 제작된 4개의 각 샘플을 이용하여, 소형 레독스 흐름 전지 단위셀로 제작하여 충방전 특성을 평가하였다. Each of the four samples prepared above was used as a unit cell of a small redox flow cell to evaluate charge / discharge characteristics.
단위셀의 제조방법을 자세하게 설명하면, 전극 크기 25cm2 (5 x 5 cm)로 각각 양극과 음극을 제조하고, 격리막으로 나피온 막(Nafion 117)을 사용하며, 전해액은 1.6M VOSO4 과 2.5M H2SO4 혼합용액으로 하여 레독스 흐름 전지 단위셀을 제조하였다. A method of manufacturing a unit cell will be described in detail. A positive electrode and a negative electrode are fabricated with an electrode size of 25 cm 2 (5 x 5 cm), a Nafion 117 membrane is used as a separator, and an electrolyte is prepared using 1.6 M VOSO 4 and 2.5 MH 2 SO 4 mixed solution to prepare a redox flow cell unit cell.
도 8은 그 결과를 도시한 그래프로서 초기 충방전 그래프를 나타내고 있다. 미처리(bare) 전극은 동일한 전류 밀도에서 다른 전극들에 비하여 높은 충전 전압 플래토(plateau) 및 낮은 방전 전압 플래토를 나타냈다. 특히 TFWO 전극은 다른 전극들에 비하여 낮은 충전 전압 플래토 및 높은 방전 전압 플래토를 나타냈다. 따라서, TFWO 전극에 의한 전압 효율이 다른 전극들보다 높았으며, 이는 TFWO의 산소 그룹이 충-방전 과정 동안에 분극 저항을 감소시킴을 시사한다.FIG. 8 is a graph showing the result, showing the initial charge / discharge graph. The bare electrodes exhibited high charge voltage plateau and low discharge voltage plateau at the same current density compared to other electrodes. In particular, TFWO electrodes exhibited low charge voltage plateau and high discharge voltage plateau compared to other electrodes. Thus, the voltage efficiency of the TFWO electrode was higher than that of the other electrodes, suggesting that the oxygen group of the TFWO reduces the polarization resistance during the charge-discharge process.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
Claims (14)
(b) 상기 열처리 장치를 밀폐(close)하는 단계; 및
(c) 상기 열처리 장치에 산소 및 질소를 공급하지 않고 카본펠트를 열처리하여 상기 카본펠트의 표면에 산소원자를 포함하는 기능기를 결합시키도록 열처리하는 단계;를 포함하고,
상기 카본펠트가 PAN(Polyacrylonitrile)을 탄화시켜서 제조된 것이고,
상기 열처리하는 단계가 450 내지 550℃의 온도에서 3 내지 5 시간 동안 수행되고,
상기 카본펠트가 레독스 흐름 전지용 전극에 사용하기 위한 것인, 카본펠트의 열처리 방법.(a) mounting carbon felt inside a heat treatment apparatus in which air is present;
(b) closing the heat treatment apparatus; And
(c) heat-treating the carbon felt to heat the carbon felt to bind a functional group containing oxygen atoms to the surface of the carbon felt without supplying oxygen and nitrogen to the heat treatment apparatus,
The carbon felt is manufactured by carbonizing PAN (polyacrylonitrile)
Wherein the heat treatment is performed at a temperature of 450 to 550 DEG C for 3 to 5 hours,
Wherein the carbon felt is for use in an electrode for a redox-flow battery.
상기 산소원자를 포함하는 기능기가 히드록실기(
When the functional group containing the oxygen atom is a hydroxyl group (
상기 열처리 온도가 5 내지 15 ℃/min의 승온속도로 승온하여 형성되는 것을 특징으로 하는 카본펠트의 열처리 방법.The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment is performed by raising the temperature at a heating rate of 5 to 15 占 폚 / min.
상기 열처리 방법이 전극 표면의 기능성 카르복실기(C-O Group) 농도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 카본펠트의 열처리 방법.The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment method increases the concentration of functional carboxyl groups (CO Group) on the surface of the electrode.
상기 열처리 방법이 카본펠트 전극 표면의 O/C 원자비를 5~30% 범위로 형성하는 것을 특징으로 하는 카본펠트의 열처리 방법. 9. The method of claim 8,
Wherein the heat treatment method forms an O / C atomic ratio of the carbon felt electrode surface in a range of 5 to 30%.
전해액; 및
격리막;을 포함하는,
레독스 흐름 전지.An electrode comprising the surface modified carbon felt of claim 11;
Electrolytic solution; And
Comprising:
Redox flow cell.
상기 격리막이 나피온(Nafion)막인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지.13. The method of claim 12,
Wherein the separation membrane is a Nafion membrane.
상기 전해액이 VOSO4 및 H2SO4을 포함하는 혼합용액인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지.13. The method of claim 12,
Wherein the electrolytic solution is a mixed solution containing VOSO 4 and H 2 SO 4 .
Priority Applications (1)
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| KR1020170048404A KR101911378B1 (en) | 2017-04-14 | 2017-04-14 | Method of heat treatment of the carbon felt, the carbon felt electrode made thereof and redox flow battery comprising the same |
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| KR1020170048404A KR101911378B1 (en) | 2017-04-14 | 2017-04-14 | Method of heat treatment of the carbon felt, the carbon felt electrode made thereof and redox flow battery comprising the same |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117174923A (en) * | 2023-11-03 | 2023-12-05 | 杭州德海艾科能源科技有限公司 | Graphite felt for enhancing solid-liquid interface interaction and preparation method thereof |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2514637B2 (en) * | 1986-09-20 | 1996-07-10 | 日機装 株式会社 | Surface treatment method for vapor grown carbon fiber |
-
2017
- 2017-04-14 KR KR1020170048404A patent/KR101911378B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2514637B2 (en) * | 1986-09-20 | 1996-07-10 | 日機装 株式会社 | Surface treatment method for vapor grown carbon fiber |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117174923A (en) * | 2023-11-03 | 2023-12-05 | 杭州德海艾科能源科技有限公司 | Graphite felt for enhancing solid-liquid interface interaction and preparation method thereof |
| CN117174923B (en) * | 2023-11-03 | 2024-02-06 | 杭州德海艾科能源科技有限公司 | Graphite felt for enhancing solid-liquid interface interaction and preparation method thereof |
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