KR101969140B1 - 기능성이 향상된 바나듐 흐름 전지용 전극 및 이를 채용한 바나듐 흐름 전지 - Google Patents

기능성이 향상된 바나듐 흐름 전지용 전극 및 이를 채용한 바나듐 흐름 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바나듐 흐름 전지용 전극 및 이를 채용한 바나듐 흐름 전지에 관한 것으로서, 상기 전극은 탄소 섬유 및 1종 이상의 전도성 탄소류를 함유하는 비직조의 다공성 탄소 기재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

기능성이 향상된 바나듐 흐름 전지용 전극 및 이를 채용한 바나듐 흐름 전지{An improved electrode for Vanadium Flow Battery and the Vanadium Flow Battery comprising the same}
본 발명은 바나듐 흐름 전지용 전극 및 이를 채용한 바나듐 흐름 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 바나듐의 산화 환원 가역성과 전류밀도가 향상된 바나듐 흐름 전지용 전극과, 이를 채용함으로써 향상된 충방전 용량 및 전지 효율을 갖는 바나듐 흐름 전지에 관한 것이다.
본 발명은 한국 에너지 기술개발 사업의 지원을 받아 수행한 과제(과제번호 20132020102170), “전력부하조절 및 정전 재난대비용 200kWh급 ESS인 레독스 흐름전지 스텍 및 시스템 개발”의 결과물에 관한 것이다.
대용량 이차전지로 레독스 흐름 전지의 연구와 개발이 활발하게 진행되고 있다. 레독스 흐름 전지는 전해질 중의 활물질이 산화(Oxidation)-환원(Reduction)되어 충전 및 방전되는 시스템으로 전해액의 화학적 에너지를 직접 전기에너지 저장시키는 전기화학적 축전장치이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 레독스 흐름 전지(10)는 단위 셀(20)들이 직렬로 적층되어 있는 스택(30)과, 산화 상태가 각각 다른 활물질이 저장되어 있는 탱크(40, 50)들과, 충전 및 방전 시 활물질을 순환시키는 펌프(42, 52)들로 구성되어 있다. 음극과 양극의 전해질은 바나듐(V), 철(Fe), 크롬(Cr) 등의 활물질과 주석(Sn) 등의 전이금속을 강산수용액에 용해시킨 산성수용액을 이용한다. 스택(30)은 단위 셀(20)들과 두 개의 엔드플레이트(60, 62)들로 구성되어 있다. 단위 셀(20)들과 엔드플레이트(60, 62)들은 복수의 타이로드(64)들에 의하여 체결되어 있다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 단위 셀(20)들은 기본적으로 멤브레인(22)과, 멤브레인의 양쪽에 배치되어 있는 한 쌍의 전극(24)들과, 전극(24)들의 양쪽에 배치되어 있는 한 쌍의 분리판(26)들을 구비한다. 이러한 전극은 레독스 흐름 전지(10)에 흐르는 전해질과 직접 접촉하여 충전 및 방전시 전해질에 녹아 있는 전기활성종이 반응하는 활성 부위를 제공하고, 전자의 이동 경로를 제공하는 역할을 한다. 따라서 전극으로 사용되는 물질은 전기전도성이 크며, 비표면적이 넓어야 하고, 전기활성종의 산화 환원 반응이 일어날 수 있는 반응자리를 제공하여야 한다.
일반적인 레독스 흐름 전지의 전극으로는 주로 높은 전기전도성과 부식저항성을 가지는 탄소섬유펠트가 사용되고 있다. 탄소섬유 전극의 표면처리 기술은 탄소섬유 펠트의 표면적을 넓히고 전기활성종의 산화 환원 반응 자리를 제공하여 레독스 흐름 전지의 효율과 성능을 결정하는 중요한 기술로 알려져 있다.
탄소섬유 전극으로 사용되는 탄소섬유 펠트는 탄소섬유 전구체 펠트를 탄화하여 제조할 수 있다. 탄소섬유 전구체 펠트는 레이온 섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유 등으로 제조할 수 있으며, 탄화 및 흑연화는 질소 분위기나 진공 분위기에서 실시한다. 탄소섬유 전구체 펠트는 탄화 및 흑연화 공정에 의하여 탄소를 제외한 나머지 원소들이 분해되어서 제거되고, 탄소만이 남아 탄소섬유 펠트를 이루게 된다. (건식공정)
그러나, 탄소섬유 펠트 전극을 채용한 산화환원 흐름 전지에서는 사용하는 탄소섬유 펠트의 두께가 3 mm 이상이며, 충방전 전류밀도에 한계를 가지므로 산화 환원 흐름 전지의 출력밀도를 제한한다. 이에 본 발명자들은 기존의 탄소섬유 펠트 전극보다 두께가 얇고, 또한 충방전 전류밀도가 높아 산화 환원 흐름 전지의 출력밀도를 향상시킬 수 있는 전극을 개발하고자 연구한 결과, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 활물질의 산화환원 가역성과 전류밀도를 향상시켜 이를 채용한 레독스 흐름 전지의 충방전 용량을 증가시키는 새로운 바나듐 흐름 전지용 전극을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 충방전 용량 및 전지효율이 개선된 바나듐 흐름 전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은 바나듐 흐름 전지용 전극으로서, 상기 전극은 탄소 섬유 및 1종 이상의 전도성 탄소류를 함유하는 비직조의 다공성 탄소 기재를 포함하는 바나듐 흐름 전지용 전극을 제공한다.
상기 전도성 탄소류는 활성 탄소, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙(Ketjen Black), 덴카 블랙, 카본 휘스커, 기상성장 탄소섬유(VGCF: Vapor Grown Carbon Fiber), 카본 에어로졸, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼(carbon nanohorn), 그라핀, 천연 흑연 분말, 합성 흑연분말 및 열팽창 흑연 분말로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.
상기 전도성 탄소류의 함량은 상기 비직조의 다공성 탄소 기재의 전체 중량을 기준으로 5 내지 60 중량부인 것이 바람직하다.
상기 비직조의 다공성 탄소 기재는 2 nm 미만의 입경을 갖는 마이크로 기공(micro pores), 2 nm 내지 50 nm의 입경을 갖는 메조 기공(meso pores) 및 50 nm 초과의 입경을 갖는 매크로 기공(macro pore)을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 비직조 다공성 탄소 기재의 물 흡수량은 0.2 mL/cm3 내지 0.8 mL/cm3 바람직하게는 0.25 mL/cm3 내지 0.75 mL/cm3이고, V4+와 V5+의 흡착량이 150 mmol/cm3 이상, 바람직하게는 200 mmol/cm3이다.
본 발명의 상기 다른 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 다른 측면은 상기의 바나듐 흐름 전지용 전극을 채용한 바나듐 흐름 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 바나듐 흐름 전지용 전극은 바나듐 전해질의 산화환원 가역 반응성을 향상시키고 전류 밀도를 개선하여, 이를 채용하는 바나듐 흐름 전지의 충방전 용량 및 전지 효율의 향상을 달성할 수 있다.
도 1은 종래 바나듐 흐름 전지의 구성을 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 2는 도 1에서 단위 셀의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예의 바나듐 흐름 전지용 전극의 마이크로 기공 및 메조 기공의 분포도(BET graph)이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예의 바나듐 흐름 전지용 전극의 매크로 기공의 분포도(MIP distribution)이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예의 바나듐 흐름 전지용 전극의 순환전압 전류 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예의 바나듐 흐름 전지용 전극의 충방전 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예의 바나듐 흐름 전지용 전극의 전류밀도에 따른 출력을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 하기 실시형태에 기초하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 이는 단지 예시를 위한 것이다. 따라서 이들이 다양하게 개조 및 변형될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술 분야의 평균적 기술자에게 명백하다.
본 발명의 일 측면에 따른 바나듐 흐름 전지용 전극은 종래의 탄소 섬유로만 으로 이루어진 탄소 펠트 전극과는 달리, 탄소 섬유 뿐 아니라 1종 이상의 전도성 탄소류를 더 포함하는 비직조의 다공성 탄소 기재를 포함한다.
상기 바나듐 산화 흐름 전지의 전극에 탄소 섬유 외 전도성 탄소류를 포함하게 되면, 탄소섬유만으로 이루어진 기존의 탄소 전극에 비하여 표면 처리 과정 중 산소 관능기가 전체 중량부의 0.5에서 5까지 증가하며, 비표면적이 0.2 ㎡/g이하에서 100 ㎡/g까지 증가하게 된다. 그 결과 탄소섬유만으로 이루어진 탄소 펠트 전극에 비해, 탄소섬유 외에 전도성 탄소류를 더 포함하는 본원 발명의 다공성 탄소 기재는 바나듐의 산화환원 반응이 보다 원활해지고 산화환원에 의한 전자 전달 속도 및 산화환원의 가역성도 증가하게 되어 이러한 본원 발명의 다공성 탄소 기재를 전극으로 채용한 전지의 성능을 향상시키게 된다.
상기 전도성 탄소류는 활성 탄소, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙(Ketjen Black), 덴카 블랙, 카본 휘스커, 기상성장 탄소섬유(VGCF: Vapor Grown Carbon Fiber), 카본 에어로졸, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼(carbon nanohorn), 그라핀, 천연 흑연 분말, 합성 흑연분말 및 열팽창 흑연 분말로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.
상기 전도성 탄소류의 함량은 다공성 탄소 기재 전체 중량을 기준으로 5 내지 60 중량부인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 비직조의 다공성 탄소 기재는 입경이 2 nm 미만의 마이크로 기공(micro pores), 입경이 2nm ~ 50 nm인 메조 기공(meso pores) 및 입경이 50 nm를 초과하는 매크로 기공(macro pore)을 모두 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 탄소 기재 내 마이크로 기공, 메조 기공, 매크로 기공들이 골고루 분포하는 기공 분포로 인하여, 본원 발명의 전극은 V4+/V5+활물질의 흡착량이 기존의 탄소 섬유로만 이루어진 탄소 펠트 전극에 비하여 매우 높으며, 이로 인해 활물질의 산화환원 반응시 반응자리에서 충분한 반응 시간을 제공하게 되어 충방전 용량을 향상시키게 된다.
본원 발명의 바나듐 흐름 전지용 전극의 V4+ 및 V5+ 흡착량은 150 mmol/cm3 이상이고, 바람직하게는 200 mmol/cm3이다.
본 발명에 따른 비직조의 다공성 탄소 기재 내 탄소 섬유의 함량은 상기 다공성 탄소 기재의 전체 중량을 기준으로 30 내지 95 중량부인 것이 바람직하다. 만일 함량이 30 중량부 미만일 경우 전극의 강성이 약하여 취급하기 힘들고 전기 전도성이 낮은 단점이 있고, 95 중량부를 초과하는 경우 제조된 전극이 매우 잘 부서져(brittle) 파손되기 쉬운 단점이 있다.
본 발명에 따른 비직조 다공성의 탄소기재의 제조방법은 예를 들어 건식 공정 또는 습식공정에 의해 제조될 수 있으며, 특별한 제한이 없다.
예를 들어, 본 발명의 비직조 다공성 탄소 기재는 탄소섬유 전구체 펠트에 상기의 1종 이상의 전도성 탄소류를 함침하여 건조 후 경화시키고, 이를 산화 및 탄화/흑연화 공정을 거친 후, 기재 표면에 산소 관능기를 형성시키는 표면 처리공정을 거쳐 제조될 수 있다(건식공정).
또는, 본 발명의 비직조 다공성 탄소 기재는 탄소 섬유 프리웹 형성 후 이에 상기의 1종 이상의 전도성 탄소류를 함침하여 건조 후 경화시키고, 이를 탄화/흑연화 및 표면처리하여 제조될 수도 있다(습식 공정).
본 발명의 다른 측면에 따른 바나듐 흐름 전지는 상기한 본 발명의 전극을 전지의 캐소드 또는 애노드로 사용한다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 이용하여 더 상세하게 설명한다. 이는 예시적인 것으로서 본 발명은 하기 실시예에 한정되지 않는다.
실시예 1
탄소함량 약 97%, 직경 약 7㎛ 및 섬유장 약 6mm인 탄소 섬유(제조사: Toray사, 제품번호: T300) 70 g, 탄소함량 97%, 직경 약 7㎛, 및 섬유장 약 12mm인 탄소 섬유(제조사: Toray사, 제품번호: T300) 30 g, 분산제(Triton X-100) 1g을 물 200 L에 투입하고 1,500 rpm의 속도로 기계적 혼합 방식으로 약 20분 동안 균일하게 분산시켜 초지하였다.
상기 초지된 탄소섬유웹에 페놀수지 용액(중량평균 분자량: 약 3,000 내지 5,000, 용매: N-메틸-2-피롤리돈) 및 카본블랙(제조사: Asbury Carbons, 모델명: 5991)(페놀 수지/카본블랙 중량비 = 50/50, 혼합물의 총고형분 함량: 약 20중량%)를 분산한 슬러리를 약 3 mg/cm2의 양으로 함침 및 경화하였다.
이어서 상기 수지와 카본블랙이 함침된 웹을 질소 분위기중에서 약 1,200 ~ 약 1,600℃의 온도로 가열하여 다공성의 비직조 탄소 기재를 얻었다.
상기 공정에 의하여 제조된 다공성 탄소 기재를 500℃, 전기로에서 3시간 이상 처리하여 표면 처리하였다.
비교예 1
탄소섬유펠트는 평량 450 g/㎡, 두께 4.7 ㎜로 500℃의 전기로에서 3시간동안 열산화한 것을 사용하였다.
평가예 1: 전극의 기공 분포
실시예 1의 다공성 탄소 기재 및 비교예 1의 탄소 섬유 펠트내 기공 분포를 측정하였다. 그 결과를 도 3 및 도 4에 개시하였다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1의 기재 내 존재하는 마이크로 기공, 메조 기공의 분포를 보이는 그래프(BET graph)이고, 도 4는 실시예 1 및 비교예 1의 기재 내 존재하는 매크로 기공의 분포를 나타내는 그래프(MIP distribution)이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 다공성 탄소 기재는 2 nm 미만의 마이크로 기공, 2-50 nm의 메조기공 및 50 nm를 초과하는 매크로 기공이 모두 골고루 발달되어 있는 반면, 비교예 1의 탄소섬유펠트는 표면처리 후 메조 기공의 분포만을 보이고 있음을 알 수 있다. 이러한 기공 분포의 차이는 이후 활물질의 반응 자리에 머무는 시간, 즉 산화환원 반응시간의 차이를 가져오며 이로써 전극의 성능에 차이를 가져온다.
평가예 2: 바나듐의 산화환원 가역 반응성
바나듐 흐름 전지에서의 바나듐 산화환원 반응의 가역성도를 순환전압전류법으로 평가하였다. 3 M의 황산용액에 VO(SO4)를 25 mM가 되도록 한 뒤, 표면처리된 실시예 1 및 비교예 1의 전극을 각각 침지하여 5 mV/sec의 속도로 전위를 주사하여 아래와 같은 순환 전압 전류 곡선을 얻어 그 결과를 도 5에 개시하였다.
각 전극에 대한 산화 환원 봉우리전위와 산화 환원 전류를 아래의 표 1로 정리하였다.
단위 비교예 1 실시예 1
산화 봉우리 전위,
Vpa 		V 1.096 0.948
환원 봉우리 전위,
Vpc 		V 0.770 0.862
산화 봉우리 전류,
Ipa 		mA/㎤ 54.0 64.2
환원 봉우리 전류,
Ipc 		mA/㎤ -35.6 -55.4
봉우리 전위차,
Vpa - Vpc 		mA 326 86
산화 환원 봉우리 전류비, Ipa/Ipc 1.52 1.16
H2O Up-Take mL/㎤ 1.00 0.37
Vn+ 흡착량 V4+ mmol/㎤ 42 216
V5+ 28 186
바나듐 산화 환원 반응의 가역성도는 각각의 산화 환원봉우리 전류의 비로서 알 수 있으며, 그 값이 1에 가까울수록 가역성도가 높음을 의미한다. 또한, 산화 환원 봉우리 전위의 차는 산화 환원 반응에 의하여 생성된 전자의 전달속도에 기여하며 V4 + + e- ↔ V5 + 의 산화 환원 반응에서는 1개의 전자 전달 반응으로 57 mV에 가까울수록 전자 전달 속도가 빠름을 의미한다.
표 1에서 보는 바와 같이, 비교예 1의 탄소 섬유로만 제조된 탄소 전극에서는 V4 +의 산화반응은 용이하지만 환원반응의 반응성이 떨어짐으로 인하여 산화 환원 봉우리 전류비, Ipa/Ipc가 1.52로 가역성이 매우 낮았다. 또한, 산화 환원 봉우리 전위의 차, Vpa - Vpc가 326 mV였다.
반면, 본원 발명에 따른 실시예의 바나듐 흐름 전극에서는 Ipa/Ipc가 1.16으로 산화환원의 가역성이 매우 높았으며, 또한 Vpa - Vpc가 86 mV를 나타내었다. 즉, 본원 발명의 실시예는 비교예의 탄소 전극에 비하여 가역성도가 높고 전자전달 속도 또한 매우 빠르게 진행되는 것을 알 수 있다.
바나듐의 산화 환원 반응의 가역성도는 V4 + → V5 + + e-의 산화 반응보다 V5 + + e- → V4 +의 환원 반응에 의존하며, 탄소 전극에서 고분자 수지의 함량이 증가함에 따라서 산화 환원 봉우리 전위차, Vpa - Vpc는 다소 증가하지만, 봉우리 전류가 증가함과 동시에 봉우리 전류비가 줄어드는 것을 알 수 있다.
이는 실시예 1에서 탄소 섬유 외에 첨가된 카본 블랙이 표면 처리됨으로써 탄소섬유에서보다 카본 블랙에 생성되는 관능기의 수가 더 많아, 결과적으로 탄소섬유로만 이루어진 전극에 비해 탄소 기재에 생성되는 관능기가 증가하여 산화 환원에 의한 전자 전달 속도도 증가하며 바나듐의 산화환원 반응이 활발해지며 가역성도 증가하기 때문인 것으로 판단된다.
또한, 비록 카본 블랙이 첨가된 실시예 1의 물에 대한 up-take량은 비교예 1에 비하여 감소되지만, V4+와 V5+의 흡착량이 탄소 섬유로만 이루어진 전극에 비하여 5배 이상 증가하였다. 이는 탄소 전극 내 마이크로 기공, 메조 기공 및 매크로 기공이 골고루 발달함으로 인하여 V4+/V5+의 반응 자리에서의 충분한 반응 시간을 제공하기 때문인 것으로 판단된다.
평가예 3: 바나듐 흐름 전지에서의 충방전 효율
본 발명의 실시예 1 및 비교예 1의 전극을 채용한 바나듐 산화 환원 흐름 전지에서의 충방전 용량 및 전지 효율을 평가한다. 실시예 1 및 비교예 1의 탄소 기재를 바나듐 산화 환원 흐름 전지의 전극으로 사용하고, 유량 1.5 mL/min/㎠에서 전류 밀도 80 mA/㎠에서의 충방전을 진행하여 각 전극에 대한 충방전 용량과 전지 효율을 계산하였다.
탄소 전극 조성에 따른 충방전 그래프는 도 6과 같으며, 각 전극에서의 충방전 용량 및 전지 효율은 표 2에 정리하였다. 하기 표 2에서 충방전 효율(전류 효율)은 방전 전하량을 충전 전하량으로 나눈 값의 백분율을 의미하고, 전압 효율은 평균방전전압을 평균충전전압으로 나눈 값의 백분율을 의미하여, 에너지 효율은 전압 효율과 충방전 효율의 곱을 의미한다.
단위 비교예 1 실시예 1
충전 전류용량 Ah 3.97 6.52
전력용량 Wh 6.03 9.62
방전 전류용량 Ah 3.86 6.15
전력용량 Wh 5.00 8.11
전류 효율
(Columb Efficiency)		 % 97.2 94.4
전압 효율
(Voltage Efficiency)		 % 85.2 89.3
에너지 효율
(Energy Efficiency)		 % 82.8 84.3
도 6과 표 2에서 보는 바와 같이, 탄소 섬유로만 제조된 탄소 부직포 전극인 비교예 1의 충방전 용량에 비하여 전도성의 카본 블랙이 첨가된 비직조의 다공성 탄소 전극에서 충전 용량이 1.6배까지 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 다만, 비교예 1의 경우 전압 효율이 충방전 효율(전류효율)이 실시예서 보다 높게 나타났다. 이는 탄소 부직포 전극과 멤브레인 사이에서 상대적으로 낮은 저항에 기인한 것으로 판단된다.
이와 같이 탄소 섬유로만 이루어진 기존의 바나듐 흐름 전극에 비하여 본원 발명의 탄소 섬유 및 1종 이상의 전도성 탄소류 분말을 함유한 바나듐 흐름 전극에서는 전도성 탄소류의 존재로 인해 바나듐의 산화 환원 반응 자리가 증가하고, 또한 기재 내의 마이크로 기공, 메조기공, 매크로 기공의 발달로 인하여 바나듐의 산화 환원 반응자리에서의 충분한 반응시간을 제공하므로써 충전 방전 용량이 향상되었다.
이는 순환 전압 전류법에 있어서 탄소 부직포 전극에서보다 본원 발명의 탄소 전극에서 산화 환원 봉우리 전류값 증가된 결과와 연관 지을 수 있다. 또한 탄소 섬유로만 이루어진 종례의 바나듐 흐름 전극에 비하여 본원 발명의 탄소 전극을 사용하였을 때 전압 효율이 개선되며, 이는 순환 전압전류법에서 본원 발명의 탄소 전극에서는 전자 전달 속도가 증가하여 산화전위와 환원 전위의 차가 크게 감소하는 결과와 일치한다.
평가예 4: 바나듐 흐름 전지의 전지 성능 평가
바나듐 흐름 전지 평가는 각각의 애노드 전해질과 캐소드 전해질이 닫힌계(closed system)에서 순환됨에 따라서 충전과 방전 과정에서 전극 반응에 참여하는 활성종의 농도가 계속적으로 변화되면서 전극 내에서의 반응환경이 계속적으로 변화되어 전극만의 특성을 확인하기 어렵다. 따라서 바나듐 산화환원 전지의 전극 성능을 평가하기 위해서는 전지에 유입되는 애노드 전해질과 캐소드 전해질의 V5 +과 V2 +의 농도를 2M로 고정하여 전지 내로 공급하면서 전류밀도를 변화시켰다. 그 결과를 도 7에 개시하였다. 또한 1.2V에서의 전류밀도를 표 3에 정리하였다.
단위 비교예1 실시예4
전극 성능(@1.2V) mA/㎠ 185 285
도 7에서 보는 바와 같이, 비교예 1의 전극에서 1.2V 성능이 185 mA/㎠인 것에 비하여 본원 발명의 실시예 전극은 285 mA/㎠로 전지 성능이 1.54배나 개선되었다.
10: 레독스 흐름 전지 20: 단위 셀
30: 스택 24: 전극

Claims (7)

  1. 탄소 섬유 및 1종 이상의 전도성 탄소류를 함유하는 비직조의 다공성 탄소 기재를 포함하는 전극을 채용한 바나듐 흐름 전지로서,
    상기 비직조의 다공성 탄소 기재는 2 nm 미만의 입경을 갖는 미세 기공(micro pores), 2 nm 내지 50 nm의 입경을 갖는 메조 기공(meso pores) 및 50 nm 초과의 입경을 갖는 매크로 기공(macro pore)을 포함하고,
    상기 비직조의 다공성 탄소 기재는 산소 관능기를 포함하고,
    상기 비직조 다공성 탄소 기재의 V4+와 V5+의 흡착량이 150 mmol/cm3 이상인 것을 특징으로 하는 바나듐 흐름 전지.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 전도성 탄소류는 활성 탄소, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙(Ketjen Black), 덴카 블랙, 카본 휘스커, 기상성장 탄소섬유(VGCF: Vapor Grown Carbon Fiber), 카본 에어로졸, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼(carbon nanohorn), 그라핀, 천연 흑연 분말, 합성 흑연분말 및 열팽창 흑연 분말로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 바나듐 흐름 전지.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 전도성 탄소류는 상기 비직조의 다공성 탄소 기재의 전체 중량부를 기준으로 5 내지 60 중량부인 바나듐 흐름 전지.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 비직조의 다공성 탄소 기재는,
    탄소 섬유를 포함하는 프리웹을 형성하는 프리웹 형성 공정, 고분자 수지와 전도성 탄소류 분말을 포함하는 슬러리에 상기 탄소 섬유 프리웹을 함침한 후 건조하여 탄소 섬유 웹을 얻는 함침 공정, 상기 탄소 섬유 웹을 불활성 분위기 하에서 탄화 및 흑연화하여 다공성의 탄소 기재를 얻는 탄화 및 흑연화 공정, 및 상기 다공성의 탄소 기재의 표면에 산소 관능기를 도입하는 표면 처리 공정에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 바나듐 흐름 전지.
  7. 삭제
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