KR101976906B1 - Redox flow battery and Electrolyte Solution for The Same - Google Patents
Redox flow battery and Electrolyte Solution for The Same Download PDFInfo
- Publication number
- KR101976906B1 KR101976906B1 KR1020160161942A KR20160161942A KR101976906B1 KR 101976906 B1 KR101976906 B1 KR 101976906B1 KR 1020160161942 A KR1020160161942 A KR 1020160161942A KR 20160161942 A KR20160161942 A KR 20160161942A KR 101976906 B1 KR101976906 B1 KR 101976906B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrolyte
- folate
- hcoo
- metal
- redox flow
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
- H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
- H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0566—Liquid materials
- H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/20—Indirect fuel cells, e.g. fuel cells with redox couple being irreversible
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y02E60/528—
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
레독스 흐름 전지 및 레독스 흐름 전지용 전해액을 제공한다. 레독스 흐름 전지는 제1 전극 및 제1 전해액을 구비하는 제1 하프셀, 제2 전극 및 제2 전해액을 구비하는 제2 하프셀, 및 상기 제1 및 제2 하프셀들을 분리하는 이온교환막을 구비하고, 상기 제1 전해액 및 상기 제2 전해액은 전해질을 함유하고, 폴메이트계 첨가제를 함유하는 레독스 흐름 전지 및 레독스 흐름 전지용 전해액을 제공한다.A redox flow battery and a redox flow battery. The redox flow cell comprises a first half cell having a first electrode and a first electrolyte, a second half cell having a second electrode and a second electrolyte, and an ion exchange membrane separating the first and second half cells Wherein the first electrolyte and the second electrolyte contain an electrolyte and provide a redox flow cell containing a folate type additive and an electrolyte solution for a redox flow battery.
Description
본 발명은 전지화학 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a battery chemical element, and more particularly, to a redox flow cell.
레독스 흐름 전지(Redox flow battery, RFB)는 전해질의 전기화학적인 반응에 의한 충전과 방전을 반복하여 에너지를 장기간 저장하여 사용할 수 있는 이차 전지이다. 다만, 레독스 흐름 전지는 기존의 이차 전지와 달리 전해액에 용해되어 있는 활물질이 전자를 주고 받아 충 방전되는 시스템으로 전지의 용량과 출력 특성을 각각 좌우하는 단위전지와 전해질 탱크가 서로 독립적으로 구성되어 있어 전지 설계가 자유로우며 설치 공간 제약도 적다는 장점이 있다.Redox flow battery (RFB) is a secondary battery that can be used for long-term storage of energy by repeated charging and discharging by electrochemical reaction of electrolyte. However, unlike conventional secondary batteries, the redox flow battery is a system in which an active material dissolved in an electrolyte receives and discharges electrons, and a unit cell and an electrolyte tank which independently control a capacity and an output characteristic of the battery are formed independently of each other There is an advantage that the battery design is free and the installation space is limited.
그러나, 레독스 흐름 전지의 전해액을 제조하는데 있어서 단계와 혼합에 시간이 오래 걸리며, 전지 운전시에 발생되는 전해액에 불순물 잔류 문제 전지 성능을 급격히 저하시키므로 상용화에 한계가 있다는 점은 해결해야 할 문제점이다.However, it takes a long time to prepare the electrolytes of the redox-flow battery, and it is a problem to be solved that there is a limit to commercialization because the performance of the impurity-retaining problem cell is drastically reduced in the electrolyte generated during the operation of the battery .
본 발명이 해결하고자 하는 제1과제는 첨가제를 함유하여 충방전 효율이 향상되면서 내구성과 안정성이 향상된 레독스 흐름 전지를 제공하는데 있다.A first object of the present invention is to provide a redox flow cell having improved durability and stability while containing an additive to improve charge / discharge efficiency.
본 발명이 해결하고자 하는 제2과제는 첨가제를 함유하여 충방전 효율이 향상되면서 내구성과 안정성이 향상된 레독스 흐름 전지용 전해액을 제공하는데 있다.A second problem to be solved by the present invention is to provide an electrolyte solution for a redox flow battery, which has improved durability and stability while containing an additive to improve charge / discharge efficiency.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The technical objects of the present invention are not limited to the technical matters mentioned above, and other technical subjects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은, 제1 전극 및 제1 전해액을 구비하는 제1 하프셀, 상기 제1 하프셀에 대향하고, 제2 전극 및 제2 전해액을 구비하는 제2 하프셀, 및 상기 제1 및 제2 하프셀들을 분리하는 이온교환막을 구비하고, 상기 제1 전해액 및 상기 제2 전해액은 전해질 및 폴메이트계 첨가제를 함유하는 레독스 흐름 전지를 제공할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a plasma display panel including a first half-cell including a first electrode and a first electrolyte, a second half-cell opposed to the first half-cell and including a second electrode and a second electrolyte, Cell and an ion exchange membrane separating the first and second half cells, wherein the first electrolyte and the second electrolyte can provide a redox flow cell containing an electrolyte and a folate-based additive.
상기 전해질은 V2O5, V2O3, V2O4 및 NH4VO3 또는 NH4VO3 을 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지를 포함할 수 있다.The electrolyte may include a redox flow cell characterized by comprising V 2 O 5 , V 2 O 3 , V 2 O 4, and NH 4 VO 3 or NH 4 VO 3 .
상기 전해질은 0.5M 내지 5M 몰농도인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지를 제공할 수 있다.And the electrolyte has a concentration of 0.5M to 5M.
상기 폴메이트계 첨가제는 알칼리-금속 폴메이트(alkali-metal formiat), 알칼리토류-금속 폴메이트(alkaline-earth-metal formiat), 전이금속 폴메이트(transitional-metal formiat), 알킬 폴메이트(alkyl formiat), 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지를 포함할 수 있다.The folate-based additive may be selected from the group consisting of an alkali-metal formate, an alkaline-earth-metal formate, a transitional-metal formate, an alkyl formate ), Or a mixture thereof.
상기 알칼리-금속 폴메이트는 HCOOLi 또는 HCOONa인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지를 제공할 수 있다.The alkali-metal folate may be HCOOLi or HCOONa.
상기 알칼리토류-금속 폴메이트 Be(HCOO)2 또는 Mg(HCOO)2인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지를 포함할 수 있다.And the alkaline earth metal-metal fomate Be (HCOO) 2 or Mg (HCOO) 2 .
상기 전이금속 폴메이트는 Co(HCOO)2, Cr(HCOO)3 또는 Fe(HCOO)3 를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지를 제공할 수 있다.The transition metal folate may include Co (HCOO) 2 , Cr (HCOO) 3 or Fe (HCOO) 3 .
상기 알킬 폴메이트는 R(HCOO)를 포함하고, 상기 R은 메틸기, 에틸기, 프로필기 또는 부틸기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지를 포함할 수 있다.The alkylfolmate may include R (HCOO), and R may be a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or a butyl group.
상기 폴메이트계 첨가제는 상기 전해질의 몰농도를 100wt%으로 할 때 상기 폴메이트계 첨가제는 0.01wt% 내지 1wt%로 전해액 내에 함유하는 것을 특징으로 레독스 흐름 전지를 제공할 수 있다.The folate-based additive is contained in the electrolyte at a molar concentration of the electrolyte of 100 wt%, and the folate-based additive is contained at 0.01 wt% to 1 wt% in the electrolyte.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 측면은, 전해질, 및 상기 전해질에 함유된 폴메이트계 첨가제를 포함하는 레독스 흐름 전지용 전해액을 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an electrolyte solution for a redox flow battery comprising an electrolyte and a folate-based additive contained in the electrolyte.
상기 전해질은 V2O5, V2O3, V2O4 및 NH4VO3을 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액을 포함할 수 있다.The electrolyte may include an electrolyte for a redox flow battery, which includes V 2 O 5 , V 2 O 3 , V 2 O 4, and NH 4 VO 3 .
상기 전해질은 0.5M 내지 5M 몰농도인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액을 제공할 수 있다.Wherein the electrolyte has a concentration of 0.5M to 5M.
상기 전해질에 첨가되는 폴메이트계 첨가제는 알칼리-금속 폴메이트(alkali-metal formiat), 알칼리토류-금속 폴메이트(alkaline-earth-metal formiat), 전이금속 폴메이트(transitional-metal formiat), 알킬 폴메이트(alkyl formiat), 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액을 포함할 수 있다.The folate-based additive added to the electrolyte is selected from the group consisting of an alkali-metal formate, an alkaline-earth-metal formate, a transitional-metal formate, An alkyl formate, or a mixture thereof.
상기 알칼리-금속 폴메이트는 HCOOLi 또는 HCOONa인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액을 제공할 수 있다.The alkali-metal folate may be HCOOLi or HCOONa, and the electrolytic solution for a redox-flow battery may be provided.
상기 알칼리토류-금속 폴메이트는 Be(HCOO)2 또는 Mg(HCOO)2인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액을 포함할 수 있다.And the alkaline earth metal-metal folate may be Be (HCOO) 2 or Mg (HCOO) 2 .
상기 전이금속 폴메이트는 Co(HCOO)2, Cr(HCOO)3 또는 Fe(HCOO)3인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액을 제공할 수 있다.Wherein the transition metal folate is Co (HCOO) 2 , Cr (HCOO) 3 or Fe (HCOO) 3 .
상기 알킬 폴메이트는 R(HCOO)를 포함하고, 상기 R은 메틸기, 에틸기, 프로필기 또는 부틸기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액을 포함할 수 있다.The alkylfolmate may include R (HCOO), and R may include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or a butyl group.
상기 폴메이트계 첨가제는 상기 전해질의 몰농도를 100wt%으로 할 때 상기 폴메이트계 첨가제는 0.01wt% 내지 1wt%로 전해액 내에 함유하는 것을 특징으로 레독스 흐름 전지용 전해액을 제공할 수 있다.The folate-based additive is contained in an electrolyte at a molar concentration of the electrolyte of 100 wt%, and the folate-based additive is contained in an amount of 0.01 wt% to 1 wt%. The electrolytic solution for a redox flow battery can be provided.
상기 폴메이트계 첨가제를 함유할 경우, 상온 및 고온상태에서도 양극 전해질 내에서 바나듐 화합물의 VO2 +(V5+)의 침전하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액을 포함할 수 있다.When the folate based additive is contained, it can prevent the precipitation of VO 2 + (V 5+ ) of the vanadium compound in the positive electrode electrolyte even at room temperature and high temperature, .
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 폴메이트계 첨가제를 전해액 내에 추가하여 상온 및 고온에서 레독스 흐름 전지의 충방전 효율을 향상시킬 뿐 아니라 충방전 안정성 및 가역성 또한 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, the charge / discharge efficiency of the redox-flow battery can be improved at normal temperature and high temperature by adding a folate-based additive into the electrolyte, and the charge / discharge stability and reversibility can be improved.
다만, 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 레독스 흐름 전지를 나타낸 개략도들로서, 충전과정과 방전과정을 각각 나타낸다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 제조예 1 내지 비교예 1에 따른 전해액을 구비한 전지로서, 고온에서 분석한 전압 효율 그래프 및 에너지 효율 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제조예 1 내지 비교예 1에 따른 전해액을 구비한 전지로서, 고온에서 분석한 충방전 곡선그래프이다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 제조예 1 내지 비교예 1에 따른 전해액을 구비한 전지로서, 상온에서 분석한 전압 효율 그래프 및 에너지 효율 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제조예 1 내지 비교예 1에 따른 전해액을 구비한 전지로서, 상온에서 분석한 충방전 곡선그래프이다.FIG. 1 and FIG. 2 are schematic views showing a redox flow cell according to an embodiment of the present invention, and show a charging process and a discharging process, respectively.
FIGS. 3 to 4 are graphs of a voltage efficiency graph and an energy efficiency analyzed at a high temperature of a battery having an electrolyte according to Production Examples 1 to 1 of the present invention. FIG.
FIG. 5 is a graph showing the charging and discharging curve of a battery having electrolytic solution according to Production Examples 1 to 3 of the present invention, analyzed at a high temperature. FIG.
FIGS. 6 to 7 are graphs of voltage efficiency and energy efficiency analyzed at room temperature for a battery having an electrolytic solution according to Production Examples 1 to Comparative Example 1 of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing the charging and discharging curve of a battery having electrolytic solution according to Production Example 1 to Comparative Example 1 of the present invention at room temperature.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등을 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.The embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are also provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape and size of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements.
레독스Redox 흐름 전지 Flow cell
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 레독스 흐름 전지를 나타낸 개략도들로서, 충전과정과 방전과정을 각각 나타낸다.FIG. 1 and FIG. 2 are schematic views showing a redox flow cell according to an embodiment of the present invention, and show a charging process and a discharging process, respectively.
도 1 및 도 2를 참조하면, 레독스 흐름 전지(100)는 분리막(30)을 경계로 양쪽에 제1 하프셀(40), 제2 하프셀(50)이 배치된다. 상기 제1 하프셀(40) 내에 제1 전극(10)과 제1 전해액(15)이 배치되고, 제2 하프셀(50) 내에 제2 전극(20)과 제2 전해액(25)이 배치될 수 있다. 또한, 제1 하프셀(40)과 제1 전해액 저장조(60)는 연결되며, 제1 전해액(15)은 제1 하프셀(40)과 제1 전해액 저장조(60) 사이를 순환할 수 있다. 또한, 제2 하프셀(50)과 제2 전해액(25) 저장조(70)는 연결되며, 제2 전해액(25)은 제2 하프셀(50)과 제2 전해액 저장조(70) 사이를 순환할 수 있다. 또한, 제1 하프셀(40)과 제1 전해액 저장조(60) 사이와 제2 하프셀(50)과 제2 전해액 저장조(70) 사이는 전해액의 순환을 위해 펌프를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2, a
상기 제1 전해액(15)과 제2 전해액(25)은 전기활물질들로 구성될 수 있으며, 전기활물질들은 전해질과 용매를 포함할 수 있다. 상기 전해질은 전기활물질로서, 바나듐 화합물을 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 상기 전해질은 V2O5, V2O3, V2O4 및 NH4VO3 중에서 1종 또는 2종을 포함할 수 있다. 또한, 전해질이 바나듐일 경우에, 제1 전극(10)과 제2 전극(20)에서는 하기와 같은 반응이 일어날 수 있다. The first
제1 전극The first electrode
VO2+ + H2O - e- → VO2 + + 2H+ (충전)VO 2+ + H 2 O - e - → VO 2 + + 2H + (charge)
제2 전극The second electrode
V3+ + e- → V2+(충전)V 3+ + e - → V 2+ (charge)
또한, 상기 용매는 증류수 및 황산일 수 있다. 예를 들어, 황산은 1M 내지 3M 몰농도로 함유될 수 있다. 또한, 전해액 내에서 상기 전해질은 0.5M 내지 5M 몰농도를 가질 수 있다. 보다 상세하게, 상기 몰농도는 전지를 운전하기 전에 초기의 몰농도를 의미한다. In addition, the solvent may be distilled water and sulfuric acid. For example, sulfuric acid may be contained at a concentration of 1M to 3M. Also, in the electrolyte, the electrolyte may have a concentration of 0.5M to 5M. More specifically, the molar concentration means an initial molar concentration before the battery is operated.
또한, 제1 전해액(15) 및 제2 전해액(25)은 폴메이트(formiat)계 첨가제를 더 함유할 수 있다. 보다 상세하게, 상기 폴메이트(formiat)계 첨가제로서, 알칼리-금속 폴메이트(alkali-metal formiat), 알칼리토류-금속 폴메이트(alkaline-earth-metal formiat), 전이금속 폴메이트(transitional-metal formiat), 알킬 폴메이트(alkyl formiat), 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 알칼리-금속 폴메이트는 일 예로서, HCOOLi, HCOONa 등일 수 있다. 알칼리토류-금속 폴메이트는 Be(HCOO)2, Mg(HCOO)2 등일 수 있다. 전이금속 폴메이트는 Co(HCOO)2, Cr(HCOO)3, Fe(HCOO)3 등일 수 있다. 알킬 폴메이트는 R(HCOO)이며, 상기 R은 메틸기, 에틸기, 프로필기 및 부틸기를 포함할 수 있다. 그러나, 첨가제는 이에 한정되지 않으며, 이외에 금속 폴메이트를 포함할 수 있다. 상기 폴메이트계 첨가제는 상기 전해질의 몰농도를 100wt%으로 할 때 상기 폴메이트계 첨가제는 0.01wt% 내지 1wt%로 전해액 내에 함유될 수 있다. 특히, 바나듐 전해질을 이용하는 레독스 흐름 전지는 고온에서 전지의 성능이 크게 감소하게 된다. 고온에서 바나듐 전해질을 이용하는 레독스 흐름 전지의 성능이 감소되는 원인은 충전 시 양극활물질은 VO2 +(V5+) 상태로 양극 전해질 저장조에 회수되면서 바나듐 침전물 생기는 부반응이 발생하기 때문이며, 부반응에 의해 발생된 바나듐 침전물은 양극 전해질 내에 침전되어 전해액의 흐름을 방해하여 전지의 성능을 하락시킬 수 있다. 그러나, 폴메이트계 첨가제를 첨가할 경우, 상온 및 고온상태에서도 양극 전해질 내에서 바나듐 화합물의 VO2 +(V5+)의 침전을 방지한다. 이처럼, 바나듐의 불균일한 전착(plating)과 산화로 인해 발생하는 수지상(dendrite)의 형성이 보다 억제되어 레독스 흐름 전지의 충방전 안정성과 가역성이 향상될 수 있다. 또한, 내구성이 향상될 수 있다. Further, the first
도 3 내지 도 4는 본 발명의 제조예 1 내지 비교예 1에 따른 전해액을 사용한 전지로서, 고온에서 분석한 전압 효율 그래프 및 에너지 효율 그래프이다.FIGS. 3 to 4 are graphs of voltage efficiency and energy efficiency analyzed at high temperature for a battery using the electrolytic solution according to Production Examples 1 to 1 of the present invention.
도 3 내지 도 8에 개시된 제조예1 및 비교예1은 동일한 것으로 제조예1및 비교예1에 대한 상세한 설명은 도 3에 설명되고 하기 도면 도 4 내지 도 8에는 제조예1 및 비교예1에 대한 설명은 생략된다.Production Example 1 and Comparative Example 1 disclosed in Figs. 3 to 8 are the same, and detailed descriptions of Production Example 1 and Comparative Example 1 are shown in Fig. 3, and Figs. 4 to 8 are shown in Production Example 1 and Comparative Example 1 The description of which is omitted.
제조예Manufacturing example 1 One
증류수에 VOSO4(순도: 97%) 60.4948g와 H2SO4(순도: 50%) 90.8306ml를 첨가하고 이를 상온에서 12시간 내지 24시간 교반하여 V4+(VO2+) 양극 전해질을 제조한다. 그런 다음, 상기 양극 전해질 대비 첨가제 HCOONa (Sodium formate, 순도: 99%) 0.05wt% 첨가하여 교반하면 양극 전해질이 제조된다.60.4948 g of VOSO 4 (purity: 97%) and 90.8306 ml of H 2 SO 4 (purity: 50%) were added to distilled water and stirred at room temperature for 12 hours to 24 hours to prepare a V 4+ (VO 2+ ) do. Then, 0.05 wt% of additive HCOONa (sodium formate, purity: 99%) is added to the positive electrode electrolyte and stirred to produce a positive electrode electrolyte.
비교예Comparative Example 1 One
증류수에 VOSO4(순도: 97%) 60.4948g와 H2SO4(순도: 50%) 90.8306ml를 첨가하고 이를 상온에서 12시간 내지 24시간 교반하여 V4+(VO2+) 양극 전해질을 제조한다.60.4948 g of VOSO 4 (purity: 97%) and 90.8306 ml of H 2 SO 4 (purity: 50%) were added to distilled water and stirred at room temperature for 12 hours to 24 hours to prepare a V 4+ (VO 2+ ) do.
도 3 내지 도4를 참조하면, 제조예1 및 비교예1에 따른 전해액을 구비한 전지로서, 고온의 상태에서 각각의 전지의 전압효율 및 에너지효율을 분석한 결과이다. 또한, 방전전압을 평균 충전 전압으로 나눈 값이다. 또한, 바나듐 양극 전해질은 반응식1 및 반응식 2에 의해 고온에서 침전물이 발생될 수 있다. 3 to 4, the results of analyzing the voltage efficiency and the energy efficiency of each cell in a state of high temperature as a battery having the electrolytic solution according to Production Example 1 and Comparative Example 1. FIG. It is also a value obtained by dividing the discharge voltage by the average charge voltage. In addition, the vanadium anodic electrolytes can be precipitated at high temperatures by the
반응식 1
[VO2(H2O)3]+ → VO(OH)3 + H3O [VO 2 (H 2 O) 3 ] + - > VO (OH) 3 + H 3 O
반응식 2
2VO(OH)3 → V2O5·H3O2VO (OH) 3 - > V 2 O 5 .H 3 O
침전물이 발생되면 전해질에 저항을 상승시키므로 전압 효율을 감소를 초래한다. 그러나, 본 발명의 첨가제를 함유할 경우 첨가제를 포함하지 않은 비교예 1에 대비하여 첨가제를 포함하는 제조예 1의 전지가 동일한 전지 충방전을 거듭하는 사이클상에서, 전압 효율의 감소를 제어하는 것을 확인할 수 있다. 더불어, 전압 효율이 우수한 제조예 1은 비교예 1과 대비하여 에너지 효율도 우수하다는 것을 확인할 수 있다.When precipitates are formed, the resistance to the electrolyte is increased, which results in a reduction in the voltage efficiency. However, in the case where the additive of the present invention is contained, it is confirmed that the battery of Preparative Example 1 containing the additive as compared to Comparative Example 1 which does not include the additive controls the decrease of the voltage efficiency over the cycle of repeated charging and discharging of the same battery . In addition, it can be confirmed that Production Example 1 having excellent voltage efficiency is superior in energy efficiency to Comparative Example 1.
도 5는 본 발명의 제조예 1 내지 비교예 1에 따른 전해액을 구비한 전지로서, 고온에서 분석한 충방전 곡선그래프이다FIG. 5 is a graph showing a charge / discharge curve graph of a battery having an electrolyte solution according to Production Examples 1 to 1 of the present invention analyzed at a high temperature
도 5a는 제조예 1 내지 비교예 1에 따른 전해액을 구비한 전지의 첫번째 충방전 곡선 그래프이다. 도5b는 11번째 충방전 곡선 그래프이다. 도5c는 21번째 충방전 곡선 그래프이다. 도5d는 31번째 충방전 곡선 그래프이다. 도5e는 41번째 충방전 곡선 그래프이다. 도5f는 51번째 충방전 곡선 그래프이다.FIG. 5A is a graph showing a first charge / discharge curve of a battery having an electrolyte according to Production Examples 1 to Comparative Example 1. FIG. 5B is an eleventh charge / discharge curve graph. 5C is a graph of the 21st charge / discharge curve. FIG. 5D is a 31st charge / discharge curve graph. FIG. 5E is a 41 < th > charge / discharge curve graph. And FIG. 5F is a 51st charge / discharge curve graph.
도 5a 내지 도 5f를 참조하면, 제조예 1 내지 비교예 1에 따른 전해액을 구비하는 레독스 흐름 전지를 고온상태에서 충방전 테스트한 결과로서, 동작 시간에 대한 전압 변화를 나타낸 그래프이다. 이 때, 충방전은 40℃ 내지 70℃, 40mA/㎝2의 전류 밀도, 0.7V 내지 1.7V의 전압조건에서 55 사이클 운전하였다. 5A to 5F are graphs showing voltage changes with respect to operation time as a result of charge / discharge tests at a high temperature of a redox-flow battery having electrolytes according to Production Examples 1 to Comparative Example 1. At this time, the charge-discharge operation was 55 cycles at a current density, voltage conditions of 0.7V to 1.7V for 40 ℃ to 70 ℃, 40mA / ㎝ 2.
첨가제를 함유한 제조예1 은 첨가제를 함유하지 않은 비교예 1에 대비하여 전체적으로 충전시간과 방전 시간이 짧았다. Production Example 1 containing an additive had a shorter charge time and discharge time as a whole compared to Comparative Example 1 containing no additive.
따라서, 레독스 흐름 전지의 바나듐 전해질에 첨가제를 함유하면, 고온에서 전지를 사용할 경우에도 충방전 안정성을 향상시킬 수 있고, 용량을 지속시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the addition of the additive to the vanadium electrolyte of the redox-flow battery can improve the charge / discharge stability even when the battery is used at a high temperature, and the capacity can be sustained.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 제조예 1 내지 비교예 1에 따른 전해액을 구비한 전지로서, 상온에서 분석한 전압 효율 그래프 및 에너지 효율 그래프이다.FIGS. 6 to 7 are graphs of voltage efficiency and energy efficiency analyzed at room temperature for a battery having an electrolytic solution according to Production Examples 1 to Comparative Example 1 of the present invention.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 제조예1 및 비교예1을 사용한 전지로서, 상온의 상태에서 각각의 전지의 전압효율 및 에너지효율을 분석한 결과이다. 첨가제를 포함하지 않은 비교예 1에 대비하여 첨가제를 포함하는 제조예 1의 전지가 동일한 전지 충방전을 거듭하는 사이클상에서, 전압 효율이 더 우수하다는 것을 확인할 수 있다. 더불어, 전압 효율이 우수한 제조예 1은 비교예 1과 대비하여 에너지 효율도 우수하다는 것을 확인할 수 있다.6 to 7, the results of analyzing the voltage efficiency and the energy efficiency of each of the cells using the production example 1 and the comparative example 1 at room temperature are shown. It can be confirmed that the battery of Production Example 1 including the additive in comparison with Comparative Example 1 which does not include an additive has a higher voltage efficiency in a cycle in which the same battery is repeatedly charged and discharged. In addition, it can be confirmed that Production Example 1 having excellent voltage efficiency is superior in energy efficiency to Comparative Example 1.
도 8은 본 발명의 제조예 1 내지 비교예 1에 따른 전해액을 구비한 전지로서, 상온에서 분석한 충방전 곡선그래프이다.FIG. 8 is a graph showing the charging and discharging curve of a battery having electrolytic solution according to Production Example 1 to Comparative Example 1 of the present invention at room temperature.
도 8a는 제조예 1 내지 비교예 1에 따른 전해액을 구비한 전지의 첫번째 충방전 곡선 그래프이다. 도8b는 11번째 충방전 곡선 그래프이다. 도8c는 21번째 충방전 곡선 그래프이다. 도8d는 31번째 충방전 곡선 그래프이다. 도8e는 41번째 충방전 곡선 그래프이다. 도8f는 51번째 충방전 곡선 그래프이다.FIG. 8A is a graph showing the first charge / discharge curve of a battery provided with an electrolyte according to Production Examples 1 to 1; FIG. 8B is an eleventh charge / discharge curve graph. 8C is a graph of the 21st charge / discharge curve. 8D is a graph of the 31st charge / discharge curve. 8E is a 41 < th > charge / discharge curve graph. 8F is a 51 < th > charge / discharge curve graph.
도 8a 내지 도 8f를 참조하면, 제조예 1 내지 비교예 1에 따른 전해액을 구비하는 레독스 흐름 전지를 상온상태에서 충방전 테스트한 결과로서, 동작 시간에 대한 전압 변화를 나타낸 그래프이다. 이 때, 충방전은 상온에서, 40mA/㎝2의 전류 밀도, 0.7V 내지 1.7V의 전압조건에서 총 55 사이클 운전하였다.8A to 8F are graphs showing voltage changes with respect to operation time as a result of charging / discharging tests of a redox-flow battery having electrolytes according to Production Examples 1 to Comparative Example 1 at room temperature. At this time, charge and discharge were carried out at room temperature under a voltage of 0.7 V to 1.7 V for a total of 55 cycles at a current density of 40 mA / cm 2 .
첨가제를 함유한 제조예1 은 첨가제를 함유하지 않은 비교예 1에 대비하여 전체적으로 충전시간과 방전 시간이 짧았다. 즉, 바나듐 전해질에 폴메이트 계열 첨가제를 함유하면, 바나듐 전해질의 부반응을 억제할 수 있으며, 상온 및 고온상태에서도 경우에도 충방전 안정성을 향상시키고 용량을 지속시키므로 전지 성능을 향상시킬 수 있다.Production Example 1 containing an additive had a shorter charge time and discharge time as a whole compared to Comparative Example 1 containing no additive. That is, when the vanadium electrolyte contains a folate-based additive, the side reaction of the vanadium electrolyte can be suppressed, and the charge / discharge stability can be improved and the capacity can be maintained even at room temperature and high temperature.
Claims (19)
상기 제1 하프셀에 대향하고, 제2 전극 및 제2 전해액을 구비하는 제2 하프셀; 및
상기 제1 및 제2 하프셀들을 분리하는 이온교환막을 구비하고,
상기 제1 전해액 및 상기 제2 전해액은 전해질 및 폴메이트계 첨가제를 함유하고,
상기 폴메이트계 첨가제는 알칼리-금속 폴메이트(alkali-metal formiat), 알칼리토류-금속 폴메이트(alkaline-earth-metal formiat) 및 전이금속 폴메이트(transitional-metal formiat)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지.A first half cell having a first electrode and a first electrolyte;
A second half cell facing the first half cell and including a second electrode and a second electrolyte; And
And an ion exchange membrane for separating the first and second half cells,
Wherein the first electrolyte and the second electrolyte contain an electrolyte and a folate-based additive,
Wherein the folate-based additive is selected from the group consisting of an alkali-metal formate, an alkaline-earth-metal formate, and a transitional-metal formate. One or a mixture thereof.
상기 전해질은 V2O5, V2O3, V2O4 또는 NH4VO3을 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지.The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte comprises V 2 O 5 , V 2 O 3 , V 2 O 4 or NH 4 VO 3 .
상기 전해질은 0.5M 내지 5M 몰농도인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지.The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte has a concentration of 0.5M to 5M.
상기 알칼리-금속 폴메이트는 HCOOLi 또는 HCOONa를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지.The method according to claim 1,
Wherein the alkali-metal folate comprises HCOOLi or HCOONa.
상기 알칼리토류-금속 폴메이트는 Be(HCOO)2 또는 Mg(HCOO)2를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지.The method according to claim 1,
Wherein the alkaline earth-metal folate comprises Be (HCOO) 2 or Mg (HCOO) 2 .
상기 전이금속 폴메이트는 Co(HCOO)2, Cr(HCOO)3 또는 Fe(HCOO)3를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지.The method according to claim 1,
Wherein the transition metal folate comprises Co (HCOO) 2 , Cr (HCOO) 3 or Fe (HCOO) 3 .
상기 폴메이트계 첨가제는 상기 전해질의 몰농도를 100wt%으로 할 때 상기 폴메이트계 첨가제는 0.01wt% 내지 1wt%로 전해액 내에 함유하는 것을 특징으로 레독스 흐름 전지.The method according to claim 1,
Wherein the folate based additive is contained in the electrolyte at a concentration of 0.01 wt% to 1 wt% when the molar concentration of the electrolyte is 100 wt%.
상기 전해질에 함유된 폴메이트계 첨가제를 포함하고,
상기 폴메이트계 첨가제는 알칼리-금속 폴메이트(alkali-metal formiat), 알칼리토류-금속 폴메이트(alkaline-earth-metal formiat) 및 전이금속 폴메이트(transitional-metal formiat)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액.Electrolyte; And
And a folate-based additive contained in the electrolyte,
Wherein the folate-based additive is selected from the group consisting of an alkali-metal formate, an alkaline-earth-metal formate, and a transitional-metal formate. One or a mixture thereof. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 전해질은 V2O5, V2O3, V2O4 또는 NH4VO3을 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액.11. The method of claim 10,
Wherein the electrolyte comprises V 2 O 5 , V 2 O 3 , V 2 O 4 or NH 4 VO 3 .
상기 전해질은 0.5M 내지 5M 몰농도인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액.11. The method of claim 10,
Wherein the electrolyte has a concentration of 0.5M to 5M.
상기 알칼리-금속 폴메이트는 HCOOLi 또는 HCOONa를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액.11. The method of claim 10,
Wherein the alkali-metal folate comprises HCOOLi or HCOONa.
상기 알칼리토류-금속 폴메이트는 Be(HCOO)2 또는 Mg(HCOO)2를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액.11. The method of claim 10,
Wherein the alkaline earth-metal folate comprises Be (HCOO) 2 or Mg (HCOO) 2 .
상기 전이금속 폴메이트는 Co(HCOO)2, Cr(HCOO)3 또는 Fe(HCOO)3를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액.11. The method of claim 10,
Wherein the transition metal folate comprises Co (HCOO) 2 , Cr (HCOO) 3 or Fe (HCOO) 3 .
상기 폴메이트계 첨가제는 상기 전해질의 몰농도를 100wt%으로 할 때 상기 폴메이트계 첨가제는 0.01wt% 내지 1wt%로 전해액 내에 함유하는 것을 특징으로 레독스 흐름 전지용 전해액.11. The method of claim 10,
Wherein the folate based additive is contained in an electrolyte at a concentration of 0.01 wt% to 1 wt% when the molar concentration of the electrolyte is 100 wt%.
상기 폴메이트계 첨가제를 함유할 경우, 상온 및 고온상태에서도 양극 전해질 내에서 바나듐 화합물의 VO2 +(V5+)의 침전하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액.11. The method of claim 10,
The poll-based case-mate contain an additive, the redox flow battery electrolyte, characterized in that to prevent the precipitation of the room temperature and the vanadium compound in the positive electrolyte at high temperature conditions as VO 2 + (V 5+).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160161942A KR101976906B1 (en) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | Redox flow battery and Electrolyte Solution for The Same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160161942A KR101976906B1 (en) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | Redox flow battery and Electrolyte Solution for The Same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20180062553A KR20180062553A (en) | 2018-06-11 |
KR101976906B1 true KR101976906B1 (en) | 2019-05-10 |
Family
ID=62600712
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020160161942A KR101976906B1 (en) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | Redox flow battery and Electrolyte Solution for The Same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101976906B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102216452B1 (en) * | 2019-11-11 | 2021-02-17 | 한국에너지기술연구원 | Reverse electrodialysis battery and bio-implantable device |
KR20220104721A (en) * | 2019-12-09 | 2022-07-26 | 스탠다드에너지(주) | sealed redox battery |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112840491A (en) | 2018-08-10 | 2021-05-25 | Ess技术有限公司 | Cost-effective high energy density redox flow battery |
KR20220031797A (en) | 2020-09-03 | 2022-03-14 | 동국대학교 산학협력단 | Electrolyte for redox flow battery comprising ferrocene-based organometallic compound |
KR102444128B1 (en) | 2020-09-03 | 2022-09-16 | 동국대학교 산학협력단 | Electrolyte containing ferrous ferric-ion complexes coordinated with organic ligands |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5417441B2 (en) * | 2009-06-09 | 2014-02-12 | シャープ株式会社 | Redox flow battery |
JP2014235946A (en) | 2013-06-04 | 2014-12-15 | 旭化成イーマテリアルズ株式会社 | Electrolyte and redox flow battery |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2994210B2 (en) * | 1994-08-22 | 1999-12-27 | 住友電気工業株式会社 | Electrolyte for vanadium redox flow battery |
-
2016
- 2016-11-30 KR KR1020160161942A patent/KR101976906B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5417441B2 (en) * | 2009-06-09 | 2014-02-12 | シャープ株式会社 | Redox flow battery |
JP2014235946A (en) | 2013-06-04 | 2014-12-15 | 旭化成イーマテリアルズ株式会社 | Electrolyte and redox flow battery |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102216452B1 (en) * | 2019-11-11 | 2021-02-17 | 한국에너지기술연구원 | Reverse electrodialysis battery and bio-implantable device |
KR20220104721A (en) * | 2019-12-09 | 2022-07-26 | 스탠다드에너지(주) | sealed redox battery |
KR102591309B1 (en) * | 2019-12-09 | 2023-10-19 | 스탠다드에너지(주) | Sealed redox battery |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20180062553A (en) | 2018-06-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101976906B1 (en) | Redox flow battery and Electrolyte Solution for The Same | |
CN103000924B (en) | Organic phase dual flow battery | |
US7270911B2 (en) | Load leveling battery and methods therefor | |
KR101905711B1 (en) | Electrolyte for vanadium redox flow battery and redox flow battery comprising thereof | |
US20170214077A1 (en) | Electrolyte System For Rechargeable Flow Battery | |
KR20160050102A (en) | Hybride Flow Battery and Electrolyte Solution for The Same | |
CN115498232B (en) | Electrolyte and all-vanadium redox flow battery | |
US20210202973A1 (en) | Redox flow battery electrolyte and redox flow battery | |
JP2019071193A (en) | Aqueous secondary battery and power generating system | |
KR20170096641A (en) | Method of preparing Anolyte for vanadium redox flow battery including additives and vanadium redox flow battery comprising the same | |
JP2014170715A (en) | Cell | |
KR101716391B1 (en) | Redox flow battery | |
KR20230107184A (en) | electrolyte for vanadium redox flow battery and method of manufacturing electrolyte | |
CN111342148A (en) | Manganese dioxide battery based on electrochemical metallurgy principle | |
JP2010092635A (en) | Storage battery | |
CN114665165A (en) | High-voltage aqueous battery with three-function metal diaphragm | |
JP4811635B2 (en) | Lead-acid battery and negative electrode and negative electrode active material used therefor | |
CN113036193B (en) | Liquid metal zinc-based battery | |
CN102306820A (en) | Electrolyte for vanadium battery and preparation method of electrolyte | |
US20240021887A1 (en) | Electrolyte for aqueous zinc-bromine battery containing bromine complexing agent and metal ion additive, and aqueous zinc-bromine non-flow battery containing same | |
KR20190006375A (en) | Redox Flow Battery using Sodium-Biphenyl | |
KR20160062528A (en) | Method for operating zinc-bromine chemical flow battery | |
EP4396883A1 (en) | Redox flow battery | |
KR20210079991A (en) | Method for producing electrolyte for redox flow battery using additive containing amide functional group | |
KR20230137093A (en) | An electrolyte solution for anode and redox flow battery comprising the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |