KR101937783B1 - 유기 활물질을 포함하는 레독스 플로우 전지용 전해액 및 이를 이용한 레독스 플로우 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기 활물질을 포함하는 레독스 플로우 전지용 전해액 및 이를 이용한 레독스 플로우 전지에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 양극 및 음극에 동일하게 활물질로 사용할 수 있는 유기 화합물을 수용성 용매에 용해시킨 레독스 플로우 전지용 전해액법과 이를 이용한 레독스 플로우 전지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전해액은, 수계 용매에 활물질을 용해시킨 수계 전해액인 바, 화재나 폭발에 대한 위험성이 적어 안정성이 뛰어나다. 또한 양극 및 음극에 동일하게 사용할 수 있는 활물질로 적용 가능한 유기 화합물을 적용함으로써, 분리막을 통한 활물질 투과로 전지의 용량이 감소하더라도 혼액을 통해 용량을 회복할 수 있는 장점이 있다.

Description

유기 활물질을 포함하는 레독스 플로우 전지용 전해액 및 이를 이용한 레독스 플로우 전지{ELECTROLYTE FOR REDOX FLOW BATTERY ELECTROLYTE CONTANING ORGANIC ACTIVE MATERIAL AND REDOX FLOW BATTERY USING THE SAME}
본 발명은 유기 활물질을 포함하는 레독스 플로우 전지용 전해액 및 이를 이용한 레독스 플로우 전지에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 양극 및 음극에 동일하게 사용할 수 있는 유기 화합물을 수용성 용매에 용해시킨 레독스 플로우 전지용 전해액과 이를 이용한 레독스 플로우 전지에 관한 것이다.
전 세계적으로 에너지 사용이 증가함에 따라 에너지원인 화석연료의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다. 이러한 화석연료 사용은 기후 변화 및 환경오염을 초래하여 전 세계 적인 문제로 대두되고 있으며, 이에 대한 해결방안으로 신재생에너지(Renewable energy) 및 에너지 저장장치(Energy Storage System)를 이용하여 효율적인 전력사용을 도모하고 있다.
신재생에너지란 석탄, 석유, 원자력 및 천연가스가 아닌 태양에너지, 바이오 매스, 풍력, 소수력, 연료전지, 석탄의 액화, 가스화, 해양에너지, 폐기물에너지 및 기타로 구분되고 있고 이외에도 지열, 수소, 석탄에 의한 물질을 혼합한 유동성 연료를 의미하나, 실질적으로는 석유를 대체하는 에너지원을 말한다. 다양한 신재생에너지는 환경을 오염시키지 않고 에너지를 발전할 수 있는 큰 장점을 가지고 있으나, 지리적 조건 및 자연환경에 따라 출력 변동에 의한 에너지 품질이 좋지 못한 것이 단점으로 대두되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 남은 전력을 저장하였다가 필요한 시기에 탄력적으로 공급이 가능한 에너지 저장장치가 가장 적합한 수단으로 떠오르고 있으며, 특히 대용량 장주기용 저장장치가 각광을 받고 있다.
다양한 종류의 에너지 저장장치 중, 레독스 플로우 전지는 기존 이차전지가 활물질이 포함되어 있는 전극에 전기에너지를 저장하는 것과는 다르게 전해액에 용해되어 있는 레독스 커플, 활물질(Redox Couple, Active Material)의 산화 환원 반응을 이용하는 이차전지이다. 레독스 플로우 전지 특성상 출력을 담당하는 스택과 용량을 담당하는 전해액부가 독립적으로 떨어져 있어, 용량과 출력을 자유롭게 설계 할 수 있는 장점을 가지고 있다. 레독스 플로우 전지는 다른 전지와 다르게 전극에서의 전자의 주고 받음에 의한 산화 환원 반응만이 이루어지기 때문에 전극 자체의 구조 변화가 없고, 전극과 활물질이 분리되어 있어 두 물질간의 부반응(side reaction)이 없어 안정성과 수명이 다른 이차전지에 비해 뛰어나다. 레독스 플로우 전지의 핵심 소재중 하나인 전해액은 산화상태가 다른 활물질을 수용성, 비수용성 용매에 용해하여 사용한다. 이때 활물질의 종류에 따라 다양한 레독스 플로우 전지가 구성되며, 용매의 종류에 따라 수계 및 비수계 전해질로 구분된다. 이러한 활물질을 포함한 전해액의 요구조건으로는 전극과의 빠른 반응성 및 가역성을 가지고 있어야 하며, 에너지 밀도를 높이기 위해서는 넓은 전위(potential window) 및 높은 용해도를 가져야 한다. 레독스 플로우 전지의 기전력은 양극 전해액과 음극 전해액을 구성하고 있는 레독스 커플의 표준전극전위 Eo의 차이에 의해서 결정되며, 지금까지 개발된 주요 수계 레독스 커플은 Fe/Cr, V/V, V/Br, Zn/Br, Zn/Ce 등이 있다.
한편, 레독스 플로우 전지의 발달은 초기 1974년 미국 NASA(National Aeronautics and Space Administration)에서 Fe/Cr계 활물질을 이용하여 우주항공용으로 개발이 시작되었다. 초기 레독스 플로우 전지의 활물질로 사용된 Fe/Cr은 분리막을 통한 활물질 투과, 그리고 전해질에 대한 부식성 문제로 사용에 제약이 있었다.
이후 많은 연구자들은 안정성이 우수하고 전극과의 가역적인 전기화학 반응을 할 수 있는 레독스 커플에 대한 연구를 진행하였으며, 이후 1980년 호주의 Maria Skyllas-Kazacos 연구진에 의해서 바나듐 레독스 플로우 전지가 개발 되었다. 바나듐은 다양한 산화가를 가지고 있어 양극 및 음극 모두 단일 물질로 적용이 가능하고, 단일 활물질인 바나듐을 사용할 경우 분리막을 통해 바나듐 활물질이 투과되어 전지 용량이 감소하더라도 혼액(rebalancing)을 통해 용량을 회복할 수 있는 큰 장점을 가지고 있다. 그러나 수용성 바나듐 활물질은 낮은 전압과 용해도를 갖고 있어 에너지 밀도가 낮다는 단점을 가지고 있다. 에너지 밀도를 높이기 위해서 바나듐 활물질의 농도를 높일 경우 0℃ 이하의 낮은 온도에서는 음극 V(II, III)에서 바나듐 석출이 발생하고, 작동온도 40℃ 이상에서는 양극에서 오산화 바나듐(V2O5)이 석출된다. 플로우 전지 시스템에서 석출물이 발생할 경우 전해액의 흐름을 방해하여 스택 내부 압력이 증가되어 누수가 발생되며, 바나듐 석출물에 의해 전지 용량이 감소된다. 또한 흐름전지의 활물질로 사용되는 바나듐은 중국이 전 세계 매장량 40%를 차지함에 따라 수출 양에 따른 가격 변동이 크며, 또한 바나듐 활물질 및 이를 사용하는 플로우 전지에 대한 특허기술이 해외에 있어 사용에 제약이 따른다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0016298호
본 발명은, 높은 용해도와 전위를 갖는 유기 활물질을 포함하는 레독스 플로우 전지용 전해액 및 이를 이용한 레독스 플로우 전지를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 지지 전해질, 수계 용매 및 유기 활물질을 포함하고, 상기 유기 활물질은 알킬 비올로겐 다이할라이드(alkyl viologen dihalide), 4,4′-바이피리딘(4,4′-bipyridine), 피라진(pyrazine) 및 퀴녹살린(quinoxaline)으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 전해액을 제공한다.
상기 유기 활물질은 양극 및 음극에 동일하게 사용할 수 있는 활물질일 수 있다.
상기 알킬 비올로겐 다이할라이드의 알킬기는 에틸, 메틸, 프로필, 부틸, 헵틸 및 다이헵틸로 구성된 군에서 선택될 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.
상기 알킬 비올로겐 다이할라이드는 알킬 비올로겐 다이아이오다이드 또는 알킬 비올로겐 다이퍼클로레이트일 수 있다. 더욱 바람직하게는 에틸 비올로겐 다이아이오다이드(ethyl viologen diiodide) 또는 에틸 비올로겐 다이퍼클로레이트(ethyl viologen diperchlorate)일 수 있다.
상기 유기 활물질은 전해액 중에 0.005 M ~ 0.3 M의 농도로 존재할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.01M의 농도로 존재할 수 있다.
상기 지지 전해질은 H2SO4, Li2SO4, Na2SO4, K2SO4 및 LiCl로 구성된 군에서 선택될 수 있고, 전해액 중에 0.5 M ~ 3 M의 농도로 존재할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1 M의 농도로 존재할 수 있다.
상기 수계 용매로는 물, 친수성 용매 또는, 물과 친수성 용매의 혼합 용매를 들 수 있다. 여기서 친수성 용매는 메탄올, 에탄올, 메틸알코올, 이소프로필알코올, 에틸렌글리콜 및 디에틸렌글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 양극 및 양극 전해액을 포함하는 양극 셀; 음극 및 음극 전해액을 포함하는 음극 셀; 및 상기 양극 셀과 음극 셀 사이에 분리막을 포함하는 레독스 플로우 전지로서, 상기 양극 전해액 및 음극 전해액은 지지 전해질, 수계 용매 및 유기 활물질을 포함하고, 상기 유기 활물질은 알킬 비올로겐 다이할라이드(alkyl viologen dihalide), 4,4′-바이피리딘(4,4′-bipyridine), 피라진(pyrazine) 및 퀴녹살린(quinoxaline)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지를 제공한다.
상기 분리막은 음이온 교환막 또는 다공성막일 수 있다.
전해액에 관한 구체적 내용은 위에서 설명한 바와 같다.
본 발명에 따른 전해액은, 수계 용매에 활물질을 용해시킨 수계 전해액인 바, 화재나 폭발에 대한 위험성이 적어 안정성이 뛰어나다. 또한 양극 및 음극에 동일하게 사용할 수 있는 활물질로 적용 가능한 유기 화합물을 적용함으로써 분리막을 통한 활물질 투과로 전지의 용량이 감소하더라도 혼액을 통해 용량을 회복할 수 있는 장점이 있다. 또한 기존의 플로우 전지(all vanadium, Zn/Br)에 비해 활물질의 원가를 줄일 수 있으며, 석출물 발생 등과 같은 기존 바나듐 활물질이 갖는 문제점을 개선할 있다.
도 1은 (a) 순환전압전류 곡선 및 (b) 3전극 시스템에 대한 개략도이다.
도 2는 다양한 지지전해질이 포함된 수계 용매에서 에틸 비올로겐 다이아이오다이드(ethyl viologen diiodide)의 순환전압전류 곡선을 나타낸 것이다.
도 3은 다양한 지지전해질이 포함된 수계 용매에서 Ethyl viologen diperchlorate의 순환전압전류 곡선을 나타낸 것이다.
도 4는 다양한 지지전해질이 포함된 수계 용매에서 4,4′-Bipyridine의 순환전압전류 곡선을 나타낸 것이다.
도 5는 다양한 지지전해질이 포함된 수계 용매에서 Pyrazine의 순환전압전류 곡선을 나타낸 것이다.
도 6은 다양한 지지전해질이 포함된 수계 용매에서 Quinoxaline의 순환전압전류 곡선을 나타낸 것이다.
도 7은 레독스 플로우 전지의 구성을 간략히 나타낸 개략도이다.
도 8은 FAP-450 분리막을 적용한 Ethyl viologen diiodide 레독스 플로우 전지를 충방전 테스트한 것으로, (a) 전류밀도가 10 mA/cm2일 때, (b) 5 mA/cm2일 때, (c) 1 mA/cm2일 때 시간에 따른 전위 변화, 전류 효율, 에너지 효율 및 전위 효율을 나타낸 것이고, (d) 충방전 횟수에 따른 방전 용량, 전류 효율, 에너지 효율 및 전위 효율을 나타낸 결과이다.
도 9는 FAP-375-PP 분리막을 적용한 Ethyl viologen diiodide 레독스 플로우 전지를 충방전 테스트한 것으로, (a) 전류밀도가 10 mA/cm2일 때, (b) 5 mA/cm2일 때, (c) 1 mA/cm2일 때 시간에 따른 전위 변화, 전류 효율, 에너지 효율 및 전위 효율을 나타낸 것이고, (d) 충방전 횟수에 따른 방전 용량, 전류 효율, 에너지 효율 및 전위 효율을 나타낸 결과이다.
도 10은 Pyrazine-NaI 레독스 플로우 전지를 충방전 테스트한 것으로, 충방전 횟수별로 측정한 전류용량 및 전위를 나타낸 결과이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예를 통하여 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명하는 실시예에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 이하의 실시예에 의해 본 발명이 제한되어서는 안 된다.
실시예: 유기 활물질을 포함하는 레독스 플로우 전지용 전해액 제조
본 발명에 사용된 유기 활물질을 포함한 전해액은 수계용매에 활물질과 지지전해질을 첨가하여 전해액을 제조하였다. 이때 사용된 유기활물질과 지지전해질 그리고 용매의 종류와 농도는 표 1에 나타내었으며, 순환전압전류법 및 충방전 테스트를 통해 제조된 전해액의 전기화학적 특성 분석을 진행하였다.
레독스 플로우 전지용 전해액 제조에 사용한 활물질, 지지전해질 및 용매의 종류 및 농도
활물질 지지전해질 용매
종류 농도 종류 농도
Ethyl Viologen diiodide 0.01M H2SO4 1M Water
Ethyl Viologen diperchlorate 0.01M Li2SO4 1M Water
4,4′-Bipyridine 0.01M Na2SO4 1M Water
pyrazine 0.01M K2SO4 1M Water
Quinoxaline 0.01M LiCl 1M Water
실험예 1: 순환전압전류법에 의한 산화환원 반응 확인
실시예에서 제조한 전해액의 전기화학적 특성분석을 위하여 순환전압전류법(Cyclic Voltammetry, CV)을 이용하였다. 순환전압전류법은 일반적으로 많이 사용하는 전기화학적 측정방법으로서 작용전극의 전극전위를 일정 속도의 삼각파를 주사하여 전류-전위곡선을 얻는 방법이다. 시간에 비례하여 전위를 변화시킬 때에 흐르는 전류를 전위-전류 곡선으로 기록하는 방법을 전위주사법(potential sweep method)라고 하는데, 반복해서 전위를 인가하는 경우 순환전압전류법이라고 부른다. 이것은 반응이 일어나는 전위, 반응의 빠르기, 반응생성물의 반응성 등 전극표면에서 일어나고 있는 반응을 정성적으로 파악할 수 있는 것으로서 전기화학분야에 이용되고 있다.
CV 측정시 Epa는 산화 봉우리 전위(anodic peak potential), Epc는 환원 봉우리 전위(cathodic peak potential)을 의미하며 Ep/2((Epa+Epc)/2)는 양 봉우리 전위들의 평균값을 나타낸다. 또한 Ipa는 산화 봉우리 전류(Anodic peak current), Ipc는 환원 봉우리 전류(Cathodic peak current)를 의미한다(도 1의 (a)). 가역반응의 경우 산화 환원 전류나 봉우리 전류의 크기는 주사속도(scan rate)의 제곱에 비례한다. Ep/2의절대 값이 클수록 레독스 플로우 전지에 사용되는 활물질의 고전위가 유리하며, 산화/환원 봉우리 전류 값의 비율(Ipa/Ipc)이 1에 근접할수록 가역반응에 가깝다.
본 발명에 이용된 순환전압전류법은 3전극 시스템으로 실험을 진행하였다. 측정대상의 전극반응이 일어나는 전극을 작업전극(Working electrode)라고 하는데, 본 실험에서는 직경 3 mm의 glass carbon 전극을 사용하였으며, 기준전극(Reference electrode)은 Ag/AgCl을 그리고 상대전극(counter electrode)은 백금선(platinum wire)을 사용하였다(도 1의 (b)).
1-1: Ethyl viologen diiodide의 CV 측정
Ethyl viologen diiodide의 산화환원 반응 및 표준 전극 전위 Eo를 확인하기 위해 Ethyl viologen diiodide 0.01 M과 표 1의 지지전해질과 더불어 NaCl 및 KCl을 지지전해질로 첨가한 각각의 전해액을 제조하였다. 이 때, K2SO4만 0.5 M을 첨가하였고, 나머지 지지전해질은 1 M 농도를 첨가하였다. 제조된 전해액에 각각의 전극들을 위치시킨 다음 포텐시오스테이트(potentiostat)/갈바노스테이트(galvanostat)에 연결하여 순환전압전류법 실험을 진행하였다. 전위 ?기 속도를 나타내는 주사속도(scan rate)는 100 mV/s으로 주어졌다.
실험 결과, 모든 전해액의 음극 전위와 양극 전위에서 산화 환원 봉우리가 나타났다(도 2). 이를 통해, 본 발명의 전해액은 가역적인 산화 환원 반응을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 산화/환원 봉우리 전위의 차이 및 봉우리 전위의 평균값은 표 2와 같이 나타났다.
Figure 112016084660814-pat00001
반응 메커니즘을 살펴보면 ethyl viologen은 4,4’-비피리디늄을 포함하는 화합물로 EVD2+, EVD+, EVD0의 세 가지 산화상태를 갖고 있으며, 음극 전위에서의 산화 환원 반응이 나타난다. 이 때, EVD2+ ↔ EVD+의 산화 환원 반응은 E1에서 일어나며, EVD+ ↔ EVD0의 산화환원 전위는 E2에서 일어난다.
Figure 112016084660814-pat00002
또한 viologen diiodide 화합물의 diiodide 반응은 양극 전위에서 산화 환원 반응이 나타나며 반응식은 다음과 같다.
I3 - + 2e- ↔ 3I-
1-2: Ethyl viologen diperchlorate의 CV 측정
Ethyl viologen diperchlorate의 산화 환원 반응 및 표준 전극 전위 Eo을 확인하기 위해 실험예 1-1과 동일한 조건으로 전해액을 제조하고 실험을 진행하였다.
실험 결과, Ethyl viologen diperchlorate는 음극 전위에서 가역적인 산화 환원 반응이 나타났으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 산화/환원 봉우리 전위의 차이 및 봉우리 전위의 평균값은 표 3과 같이 나타났다.
Figure 112016084660814-pat00003
1-3: 4,4′- Bipyridine의 CV 측정
4,4′-Bipyridine의 산화 환원 반응 및 표준 전극 전위 Eo을 확인하기 위해 실험예 1-1과 동일한 조건으로 전해액을 제조하고 실험을 진행하였다.
실험 결과, 4,4′-Bipyridine은 음극 전위에서 가역적인 산화 환원 반응이 나타났으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 산화/환원 봉우리 전위의 차이 및 봉우리 전위의 평균값은 표 4와 같이 나타났다.
Figure 112016084660814-pat00004
1-4: Pyrazine의 CV 측정
Pyrazine의 산화 환원 반응 및 표준 전극 전위 Eo을 확인하기 위해 실험예 1-1과 동일한 조건으로 전해액을 제조하고 실험을 진행하였다.
실험 결과, Pyrazine은 음극 전위에서 가역적인 산화 환원 반응이 나타났으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 산화/환원 봉우리 전위의 차이 및 봉우리 전위의 평균값은 표 5와 같이 나타났다.
Figure 112016084660814-pat00005
1-5: Quinoxaline의 CV 측정
Quinoxaline의 산화 환원 반응 및 표준 전극 전위 Eo을 확인하기 위해 실험예 1-1과 동일한 조건으로 전해액을 제조하고 실험을 진행하였다.
실험 결과, Quinoxaline은 H2SO4및 Li2SO4를 제외한 나머지 지지전해질을 사용한 전해액에서는 음극 전위에서 가역적인 산화 환원 반응이 나타났으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 산화/환원 봉우리 전위의 차이 및 봉우리 전위의 평균값은 표 6과 같이 나타났다.
Figure 112016084660814-pat00006
실험예 2: 레독스 플로우 전지의 충방전 테스트
2-1: Ethyl viologen diiodide의 충방전 테스트
0.2 M의 EVD 활물질을 1 M의 LiCl 지지전해질과 수계 용매에 용해하여 전해액을 제조하였으며, 양극과 음극에 3 ml씩 동일한 양으로 전해액을 주입한 후 도 7과 같은 구성으로 레독스 플로우 전지를 제작하였다. 이 때 양극셀 및 음극셀에 사용된 전극은 12 cm2의 면적을 가지는 카본 펠트전극(Toyobo, XF-30A, t=4 mm)을 사용하였으며, 분리막은 음이온 교환막(Fumatech, FAP-450(두께 50 ㎛), FAP-375-PP(두께 70 ㎛))을 사용하였다. 그 후, 상온(25oC)에서 Maccor사의 Maccor 4000을 사용하여 전지의 충방전을 진행하였다. 충방전 전압 범위는 상한 전압 1.65 V 하한 전압 0 V로 충방전을 진행하였으며, 전류밀도는 10, 5, 1 mA/cm2에서 연속적으로 충방전을 수행하였다.
실험 결과, FAP-450 분리막을 사용한 전지에서, 전류 밀도가 10 mA/cm2일 때 전류 효율이 96.0%로 가장 높게 나왔으나, 5 mA/cm2에서 63.0%로 에너지 효율이 가장 높게 나왔고, 전위 효율은 1 mA/cm2에서 72.7%로 가장 높게 나왔다. 방전 용량은 충방전 횟수가 지속됨에도 불구하고 20 mAh대에서 크게 벗어나지 않았다(도 8).
한편, FAP-375-PP 분리막을 사용한 전지에서는 전류 밀도가 5 mA/cm2일 때 전류 효율이 96.0%로 가장 높게 나왔으나, 에너지 효율 및 전위 효율은 1 mA/cm2에서 각각 74.9% 및 83.2%로 가장 높게 나왔다. 방전 용량은 FAP-450 분리막을 사용한 전지와 유사하게 나타났다(도 9).
2-2: Pyrazine-NaI의 충방전 테스트
실험예 1-4와 같이 pyrazine은 음극에서 산화환원 반응을 보였으므로, 0.3 M의 pryazine 및 2 M의 NaCl 지지전해질을 수용성 용매에 용해하여 음극 전해액으로 사용하였고, 0.3 M NaI와 2 M NaCl을 수용성 용매에 용해하여 양극 전해액으로 사용하였다. 제조된 전해액은 각각 양극과 음극에 3 ml씩 동일한 양으로 전해액을 주입한 후 도 8과 같은 구성으로 레독스 플로우 전지를 제작하였다. 이 때 양극셀 및 음극셀에 사용된 전극은 12 cm2의 면적을 가지는 카본 펠트전극(Toyobo, XF-30A, t=4 mm)을 사용하였으며, 분리막은 다공성막인 celgard 3501을 사용하였다. 그 후, 상온(25oC)에서 Maccor사의 Maccor 4000을 사용하여 전지의 충방전을 진행하였다. 충방전 전압 범위는 상한 전압 2 V 하한 전압 0.8 V ~ 1.2 V로 충방전을 진행하였으며, 전류밀도는 40 mA/cm2에서 연속적으로 충방전을 수행하였다.
실험 결과, 충방전 횟수가 증가함에 따라 전지의 최대 용량은 감소하였으나, 최대 전위는 2.0 V를 유지하는 것을 확인할 수 있었다(도 10).
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
110: 엔드 플레이트 120: 카본 전극
130: 분리막 140: 플로우 프레임
150: 그래파이트 플레이트 160: 전극 집전체

Claims (10)

  1. 지지 전해질, 수계 용매 및 유기 활물질을 포함하는 레독스 플로우 전지용 전해액으로서,
    상기 유기 활물질은 알킬 비올로겐 다이할라이드(alkyl viologen dihalide)를 포함하고,
    상기 유기 활물질은 양극 및 음극에 동일하게 사용되며, 유기 활물질 자체가 가역적인 산화, 환원 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 전해액.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 알킬 비올로겐 다이할라이드의 알킬기는 에틸, 메틸, 프로필, 부틸, 헵틸 및 다이헵틸로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 전해액.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 알킬 비올로겐 다이할라이드는 알킬 비올로겐 다이아이오다이드 또는 알킬 비올로겐 다이퍼클로레이트인 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 전해액.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 알킬 비올로겐 다이할라이드는 에틸 비올로겐 다이아이오다이드(ethyl viologen diiodide) 또는 에틸 비올로겐 다이퍼클로레이트(ethyl viologen diperchlorate)인 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 전해액.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기 활물질은 전해액 중에 0.005 M ~ 0.3 M의 농도로 존재하는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 전해액.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지 전해질은 H2SO4, Li2SO4, Na2SO4, K2SO4 및 LiCl로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 전해액.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지 전해질은 전해액 중에 0.5 M ~ 3 M의 농도로 존재하는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 전해액.
  9. 양극 및 양극 전해액을 포함하는 양극 셀;
    음극 및 음극 전해액을 포함하는 음극 셀; 및
    상기 양극 셀과 음극 셀 사이에 분리막을 포함하는 레독스 플로우 전지로서,
    상기 양극 전해액 및 음극 전해액은 지지 전해질, 수계 용매 및 유기 활물질을 포함하여 구성되고,
    상기 양극 전해액 및 음극 전해액의 유기 활물질은 알킬 비올로겐 다이할라이드(alkyl viologen dihalide)를 포함하며, 유기 활물질 자체가 가역적인 산화, 환원 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 분리막은 음이온 교환막 또는 다공성막인 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지.
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