KR102164666B1 - 유기 활물질을 포함하는 바나듐 레독스 흐름전지 - Google Patents

유기 활물질을 포함하는 바나듐 레독스 흐름전지 Download PDF

Info

Publication number
KR102164666B1
KR102164666B1 KR1020190034465A KR20190034465A KR102164666B1 KR 102164666 B1 KR102164666 B1 KR 102164666B1 KR 1020190034465 A KR1020190034465 A KR 1020190034465A KR 20190034465 A KR20190034465 A KR 20190034465A KR 102164666 B1 KR102164666 B1 KR 102164666B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
vanadium
redox flow
flow battery
electrolyte
vanadium redox
Prior art date
Application number
KR1020190034465A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200113778A (ko
Inventor
장덕례
김용
임성남
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020190034465A priority Critical patent/KR102164666B1/ko
Publication of KR20200113778A publication Critical patent/KR20200113778A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102164666B1 publication Critical patent/KR102164666B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90Selection of catalytic material
    • H01M4/9008Organic or organo-metallic compounds
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

유기 활물질을 포함하는 바나듐 레독스 흐름전지가 개시된다. 상기 바나듐 레독스 흐름전지는 양극 및 양극 전해액을 포함하는 양극셀과, 음극 및 음극 전해액을 포함하는 음극셀과, 상기 양극셀과 음극셀 사이에 위치하는 이온 교환막을 포함하는 레독스 흐름전지에 있어서, 상기 양극 전해액은 제1 전해질 및 양극 활물질을 포함하고, 상기 양극 활물질은 바나듐 4가 이온(V4+)을 갖는 바나듐 화합물 및 벤조퀴논 유도체를 포함하고, 상기 음극 전해액은 제2 전해질 및 음극 활물질을 포함하고, 상기 음극 활물질은 바나듐 4가 이온(V4+)을 갖는 바나듐 화합물 및 안트라퀴논 유도체를 포함함으로써 높은 가격의 바나듐 사용을 줄일 수 있고, 높은 에너지밀도 구현이 가능하며, 우수한 성능 및 안정된 수명특성을 가질 수 있다.

Description

유기 활물질을 포함하는 바나듐 레독스 흐름전지{VANADIUM REDOX FLOW BATTERY COMPRISING ORGANIC ACTIVE MATERIAL}
본 발명은 유기 활물질을 포함하는 바나듐 레독스 흐름전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바나듐 화합물 및 벤조퀴논 유도체를 포함하는 양극 활물질 및 바나듐 화합물 및 안트라퀴논 유도체를 포함하는 음극 활물질을 포함함으로써, 고에너지밀도의 바나듐 레독스 흐름전지를 구현할 수 있고, 우수한 사이클 특성을 가지는 바나듐 레독스 흐름전지에 관한 것이다.
레독스 흐름 전지는 환원(Reduction)과 산화(Oxidation) 및 흐름(Flow)의 특징을 가진 에너지저장장치의 일종으로 Fe, Cr, V, Cu, Ti 및 Sn 등의 산화수가 변하는 전이금속을 강산 수용액에 용해하여 전해질을 제조하고 펌프를 이용하여 셀에 공급하는 이차전지이다. 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.
이러한 레독스 흐름전지는 다른 전지와는 다르게 활물질이 고체 상태가 아닌 수용액 상태의 이온으로 존재하며, 양극과 음극에서 각 이온들의 산화/환원 반응에 의해 전기 에너지를 저장 및 발생할 수 있는 메커니즘을 가진다.
레독스 흐름 전지중 가장 대표적인 바나듐 레독스 흐름 전지는 높은 에너지효율로 인해 전력저장시스템용 이차전지로 각광받고 있으나, 고가인 바나듐 활물질의 사용으로 레독스 흐름전지의 가격이 높은 단점을 가지고 있다.
또한, 4가의 바나듐 활물질은 양극 활물질에서는 4가에서 5가로 1전자 반응이지만, 음극 활물질에서는 4가에서 3가를 거쳐 2가로 2전자 반응을 거친 후 가역반응이 일어나기 때문에 양극 활물질을 음극 활물질보다 2배 많게 사용한 후 양극 활물질 절반을 폐기해야 하므로 비싼 바나듐 전해액이 손실되게 된다.
따라서, 양극과 음극에 사용되는 바나듐 전해액 손실이 없으면서도 고에너지밀도를 구현할 수 있는 고에너지밀도 레독스 전지 개발이 필요하다.
본 발명의 목적은 바나듐 레독스 흐름전지의 활물질로 사용되는 높은 가격의 바나듐 사용을 줄이고, 에너지밀도가 높은 바나듐 레독스 흐름전지를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 성능 및 수명특성이 우수한 바나듐 레독스 흐름전지를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 양극 및 양극 전해액을 포함하는 양극셀과, 음극 및 음극 전해액을 포함하는 음극셀과, 상기 양극셀과 음극셀 사이에 위치하는 이온 교환막을 포함하는 레독스 흐름전지에 있어서, 상기 양극 전해액은 제1 전해질 및 양극 활물질을 포함하고, 상기 양극 활물질은 바나듐 4가 이온(V4+)을 갖는 바나듐 화합물 및 벤조퀴논 유도체를 포함하고, 상기 음극 전해액은 제2 전해질 및 음극 활물질을 포함하고, 상기 음극 활물질은 바나듐 4가 이온(V4+)을 갖는 바나듐 화합물 및 안트라퀴논 유도체를 포함하는 것인 바나듐 레독스 흐름전지가 제공된다.
또한, 상기 벤조퀴논 유도체가 하기 구조식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[구조식 1]
Figure 112019030980701-pat00001
상기 구조식 1에 있어서,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소(H) 또는 술폰산기(-SO3H)이다.
또한, R1 내지 R4 중 R2 및 R4가 술폰산기이고, 나머지가 수소원자일 수 있다.
또한, 상기 안트라퀴논 유도체가 하기 구조식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
[구조식 2]
Figure 112019030980701-pat00002
상기 구조식 2에서,
R5 내지 R12는 각각 독립적으로 수소(H) 또는 술폰산기(-SO3H)이고,
R5 내지 R12 중 1종 이상은 술폰산기(-SO3H)이다.
또한, R5 내지 R8 중 어느 하나가 술폰산기이고, 나머지가 수소원자이고, R9 내지 R12 중 어느 하나가 술폰산기이고, 나머지가 수소원자일 수 있다.
또한, R5 내지 R8 중 R6이 술폰산기이고, 나머지가 수소원자이고, R9 내지 R12 중 R10 또는 R11이 술폰산기이고, 나머지가 수소원자일 수 있다.
또한, R9 내지 R12 중 R11이 술폰산기이고, 나머지가 수소원자일 수 있다.
또한, 상기 바나듐 4가 이온(V4+)을 갖는 바나듐 화합물이 바나듐(IV) 옥시드 술페이트(VOSO4)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 전해질 및 제2 전해질은 각각 황산(H2SO4)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 양극 활물질은 상기 바나듐 화합물의 몰농도가 1.0 내지 2.0M이고, 상기 벤조퀴논 유도체의 몰농도가 0.1 내지 3.0M일 수 있다.
또한, 상기 음극 활물질은 상기 바나듐 화합물의 몰농도가 1.0 내지 2.0M 이고, 상기 안트라퀴논 유도체의 몰농도가 0.5 내지 2.0M일 수 있다.
또한, 상기 음극 및 상기 양극이 각각 카본펠트, 카본나노섬유(CNF), 카본 페이퍼 및 카본나노물질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 이온 교환막이 나피온계, 다공성 유무기소재, 폴리올레핀, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르에테르케톤, 폴리술폰, 폴리이미드 및 폴리아미드이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 바나듐 레독스 흐름전지가 상기 양극 전해액을 상기 양극셀에 공급하는 제1 전해액 탱크; 및 상기 음극 전해액을 상기 음극셀에 공급하는 제2 전해액 탱크;를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 바나듐 레독스 흐름전지가 충전 시에 양극셀에서 바나듐 4가 이온이 바나듐 5가 이온으로 산화되고, 벤조퀴논 유도체가 산화될 수 있다.
또한, 상기 바나듐 레독스 흐름전지가 충전 시에 음극셀에서 바나듐 4가 이온이 바나듐 2가 이온으로 환원되고, 안트라퀴논 유도체가 환원될 수 있다.
본 발명에 따른 바나듐 레독스 흐름전지는 바나듐 활물질 및 유기 활물질을 포함함으로써 높은 가격의 바나듐 사용을 줄일 수 있고, 높은 에너지밀도 구현이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 바나듐 레독스 흐름전지는 흐름전지는 바나듐 활물질 및 유기 활물질을 사용함으로써 성능 및 수명특성이 우수한 효과가 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 바나듐 레독스 흐름전지의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 바나듐 레독스 흐름전지의 전류밀도 40mA/cm2에서의 충방전 곡선을 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1에 따라 제조된 바나듐 레독스 흐름전지의 충전과 방전을 반복했을 때 충전용량, 방전용량 및 쿨롱효율을 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 1에 따라 제조된 바나듐 레독스 흐름전지의 충전과 방전을 반복했을 때 쿨롱효율, 전압효율 및 에너지효율을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 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, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 도는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 "형성되어" 있다거나 "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.
이하, 본 발명의 유기 활물질을 포함하는 바나듐 레독스 흐름전지에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 본 발명에 따른 바나듐 레독스 흐름전지의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명은 양극 및 양극 전해액을 포함하는 양극셀과, 음극 및 음극 전해액을 포함하는 음극셀과, 상기 양극셀과 음극셀 사이에 위치하는 이온 교환막을 포함하는 레독스 흐름전지에 있어서, 상기 양극 전해액은 제1 전해질 및 양극 활물질을 포함하고, 상기 양극 활물질은 바나듐 4가 이온(V4+)을 갖는 바나듐 화합물 및 벤조퀴논 유도체를 포함하고, 상기 음극 전해액은 제2 전해질 및 음극 활물질을 포함하고, 상기 음극 활물질은 바나듐 4가 이온(V4+)을 갖는 바나듐 화합물 및 안트라퀴논 유도체를 포함하는 것인 바나듐 레독스 흐름전지를 제공한다.
또한, 상기 벤조퀴논 유도체가 하기 구조식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[구조식 1]
Figure 112019030980701-pat00003
상기 구조식 1에 있어서,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소(H) 또는 술폰산기(-SO3H)이다.
또한, R1 내지 R4 중 R2 및 R4가 술폰산기이고, 나머지가 수소원자일 수 있다.
또한, 상기 안트라퀴논 유도체가 하기 구조식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
[구조식 2]
Figure 112019030980701-pat00004
상기 구조식 2에서
R5 내지 R12는 각각 독립적으로 수소(H) 또는 술폰산기(-SO3H)이고,
R5 내지 R12 중 1종 이상은 술폰산기(-SO3H)이다.
또한, R5 내지 R8 중 어느 하나가 술폰산기이고, 나머지가 수소원자이고, R9 내지 R12 중 어느 하나가 술폰산기이고, 나머지가 수소원자일 수 있다.
또한, R5 내지 R8 중 R6이 술폰산기이고, 나머지가 수소원자이고, R9 내지 R12 중 R10 또는 R11이 술폰산기이고, 나머지가 수소원자일 수 있다.
또한, R9 내지 R12 중 R11이 술폰산기이고, 나머지가 수소원자일 수 있다.
또한, 상기 바나듐 4가 이온(V4+)을 갖는 바나듐 화합물이 바나듐(IV) 옥시드 술페이트(VOSO4)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 전해질 및 제2 전해질은 각각 황산(H2SO4)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 양극 활물질은 상기 바나듐 화합물의 몰농도가 1.0 내지 2.0M이고, 상기 벤조퀴논 유도체의 몰농도가 0.1 내지 3.0M일 수 있다.
또한, 상기 음극 활물질은 상기 바나듐 화합물의 몰농도가 1.0 내지 2.0M 이고, 상기 안트라퀴논 유도체의 몰농도가 0.5 내지 2.0M일 수 있다.
또한, 상기 음극 및 상기 양극이 각각 카본펠트, 카본나노섬유(CNF), 카본 페이퍼 및 카본나노물질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 카본펠트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이온교환막이 나피온계, 다공성 유무기소재, 폴리올레핀, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르에테르케톤, 폴리술폰, 폴리이미드 및 폴리아미드이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 나피온계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 바나듐 레독스 흐름전지가 상기 양극 전해액을 상기 양극셀에 공급하는 제1 전해액 탱크; 및 상기 음극 전해액을 상기 음극셀에 공급하는 제2 전해액 탱크;를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 바나듐 레독스 흐름전지가 충전 시에 양극셀에서 바나듐 4가 이온이 바나듐 5가 이온으로 산화되고, 벤조퀴논 유도체가 산화될 수 있다.
또한, 상기 바나듐 레독스 흐름전지가 충전 시에 음극셀에서 바나듐 4가 이온이 바나듐 2가 이온으로 환원되고, 안트라퀴논 유도체가 환원될 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 유기활물질이 포함된 바나듐 레독스 흐름전지
전극 크기 6cm2(2 x 3 cm)로 각각 카본펠트 양극과 카본펠트 음극을 사용하고, 이온분리막으로 나피온 막(Nafion 212)을 사용하였다.
양극 활물질 VOSO4 1.5M 농도와 양극 활물질 1,2-디히드록시벤젠-3,5-디설폰산(1,2-dihydroxybenzene-3,5-disulfonic acid) 0.5M 농도와, 황산 1.0M 농도의 양극 전해액을 제조하고, 음극 활물질 VOSO4 1.5M 농도와 음극 활물질 9,10-안트라퀴논-2,7-디설폰산(9,10-anthraquinone-2,7-disulfonic acid) 0.7M 농도와, 황산 1.0M 농도의 음극 전해액을 제조하였다. 양극 전해액은 15mL를 사용하고, 음극 전해액은 15mL를 사용하여 바나듐 레독스 흐름전지를 제조하였다.
비교예 1: 바나듐 레독스 흐름전지
전극 크기 25cm2(5 x 5 cm)로 각각 카본펠트 양극과 카본펠트 음극을 사용하고, 이온분리막으로 나피온 막(Nafion 212)을 사용하며, 양극 전해액과 음극 전해액은 VOSO4 1.5M 농도와, H2SO4 4.5M 농도의 전해액 50mL를 각각 사용하여 바나듐 레독스 흐름전지를 제조하였다.
[시험예]
시험예 1: 바나듐 레독스 흐름전지의 성능특성
도 2는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 바나듐 레독스 흐름전지의 전류밀도 40mA/cm2에서의 충방전 곡선을 나타낸 것이다.
도 2를 참고하면, 실시예 1에 따라 제조된 바나듐 레독스 흐름전지가 비교예 1에 따라 제조된 바나듐 레독스 흐름전지보다 40mA/cm2의 전류밀도에서 높은 에너지밀도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
시험예 2: 바나듐 레독스 흐름전지의 수명특성
도 3은 실시예 1에 따라 제조된 바나듐 레독스 흐름전지의 전류밀도 80mA/cm2에서 충전과 방전을 반복했을 때 충전용량, 방전용량 및 쿨롱효율을 나타낸 것이다.
도 3을 참고하면, 실시예 1에 따라 제조된 바나듐 레독스 흐름전지는 사이클이 진행됨에 따라 충전용량, 방전용량 및 쿨롱효율이 안정되게 유지되는 것을 확인할 수 있다.
시험예 3: 바나듐 레독스 흐름전지의 효율특성
도 4는 실시예 1에 따라 제조된 바나듐 레독스 흐름전지의 전류밀도 80mA/cm2에서 충전과 방전을 반복했을 때 쿨롱효율, 전압효율 및 에너지효율을 나타낸 것이다.
도 4를 참고하면, 실시예 1에 따라 제조된 바나듐 레독스 흐름전지는 사이클이 진행됨에 따라 쿨롱효율 뿐만 아니라 전압효율 및 에너지효율이 안정되게 유지되는 것을 확인할 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.

Claims (16)

  1. 양극 및 양극 전해액을 포함하는 양극셀과, 음극 및 음극 전해액을 포함하는 음극셀과, 상기 양극셀과 음극셀 사이에 위치하는 이온 교환막을 포함하는 레독스 흐름전지에 있어서,
    상기 양극 전해액은 제1 전해질 및 양극 활물질을 포함하고,
    상기 양극 활물질은 바나듐 4가 이온(V4+)을 갖는 바나듐 화합물 및 벤조퀴논 유도체를 포함하고,
    상기 음극 전해액은 제2 전해질 및 음극 활물질을 포함하고,
    상기 음극 활물질은 바나듐 4가 이온(V4+)을 갖는 바나듐 화합물 및 안트라퀴논 유도체를 포함하는 것인 바나듐 레독스 흐름전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벤조퀴논 유도체가 하기 구조식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지:
    [구조식 1]
    Figure 112019030980701-pat00005

    상기 구조식 1에 있어서,
    R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소(H) 또는 술폰산기(-SO3H)이다.
  3. 제2항에 있어서,
    R1 내지 R4 중 R2 및 R4가 술폰산기이고, 나머지가 수소원자인 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 안트라퀴논 유도체가 하기 구조식 2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지:
    [구조식 2]
    Figure 112019030980701-pat00006

    상기 구조식 2에서
    R5 내지 R12는 각각 독립적으로 수소(H) 또는 술폰산기(-SO3H)이고,
    R5 내지 R12 중 1종 이상은 술폰산기(-SO3H)이다.
  5. 제4항에 있어서,
    R5 내지 R8 중 어느 하나가 술폰산기이고, 나머지가 수소원자이고,
    R9 내지 R12 중 어느 하나가 술폰산기이고, 나머지가 수소원자인 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지.
  6. 제5항에 있어서,
    R5 내지 R8 중 R6이 술폰산기이고, 나머지가 수소원자이고,
    R9 내지 R12 중 R10 또는 R11이 술폰산기이고, 나머지가 수소원자인 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지.
  7. 제6항에 있어서,
    R9 내지 R12 중 R11이 술폰산기이고, 나머지가 수소원자인 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 바나듐 4가 이온(V4+)을 갖는 바나듐 화합물이 바나듐(IV) 옥시드 술페이트(VOSO4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전해질 및 제2 전해질은 각각 황산(H2SO4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 상기 바나듐 화합물의 몰농도가 1.0 내지 2.0M이고, 상기 벤조퀴논 유도체의 몰농도가 0.1 내지 3.0M인 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 음극 활물질은 상기 바나듐 화합물의 몰농도가 1.0 내지 2.0M 이고, 상기 안트라퀴논 유도체의 몰농도가 0.5 내지 2.0M인 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 음극 및 상기 양극이 각각 카본펠트, 카본나노섬유(CNF), 카본 페이퍼 및 카본나노물질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 이온 교환막이 나피온계, 다공성 유무기소재, 폴리올레핀, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르에테르케톤, 폴리술폰, 폴리이미드 및 폴리아미드이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 바나듐 레독스 흐름전지가
    상기 양극 전해액을 상기 양극셀에 공급하는 제1 전해액 탱크; 및
    상기 음극 전해액을 상기 음극셀에 공급하는 제2 전해액 탱크;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 바나듐 레독스 흐름전지가 충전 시에 양극셀에서 바나듐 4가 이온이 바나듐 5가 이온으로 산화되고, 벤조퀴논 유도체가 산화되는 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 바나듐 레독스 흐름전지가 충전 시에 음극셀에서 바나듐 4가 이온이 바나듐 2가 이온으로 환원되고, 안트라퀴논 유도체가 환원되는 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지.
KR1020190034465A 2019-03-26 2019-03-26 유기 활물질을 포함하는 바나듐 레독스 흐름전지 KR102164666B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190034465A KR102164666B1 (ko) 2019-03-26 2019-03-26 유기 활물질을 포함하는 바나듐 레독스 흐름전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190034465A KR102164666B1 (ko) 2019-03-26 2019-03-26 유기 활물질을 포함하는 바나듐 레독스 흐름전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200113778A KR20200113778A (ko) 2020-10-07
KR102164666B1 true KR102164666B1 (ko) 2020-10-12

Family

ID=72841549

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190034465A KR102164666B1 (ko) 2019-03-26 2019-03-26 유기 활물질을 포함하는 바나듐 레독스 흐름전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102164666B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230059865A (ko) 2021-10-25 2023-05-04 동국대학교 산학협력단 안정성과 가역성이 향상된 바나듐 레독스 흐름전지용 양극 전해질

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6574382B2 (ja) * 2012-09-26 2019-09-11 プレジデント アンド フェローズ オブ ハーバード カレッジ 低分子有機化合物ベースのフロー電池
KR101558079B1 (ko) * 2014-02-20 2015-10-06 오씨아이 주식회사 레독스 흐름 전지
KR101915705B1 (ko) * 2016-07-05 2018-11-06 한국과학기술연구원 유기 분자가 첨가제로 포함된 레독스 플로우 전지용 전해액의 제조 방법 및 이를 이용한 레독스 플로우 전지

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200113778A (ko) 2020-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9293796B2 (en) Metal-air battery with dual electrode anode
KR101394255B1 (ko) 레독스 흐름전지 및 그 운전 방법
US10411286B2 (en) Alkali/oxidant battery
US9391339B2 (en) Regenerative fuel cells
JP2017117752A (ja) レドックスフロー電池
KR20210143196A (ko) 산화환원 유동전지
US20150349369A1 (en) High-Energy-Density, Nonaqueous, Redox Flow Batteries Having Iodine-based Species
KR101851849B1 (ko) 고분자 전해질막, 상기 고분자 전해질막을 포함하는 전기화학 전지, 상기 전기화학 전지를 포함하는 전기화학 전지모듈, 상기 고분자 전해질막을 포함하는 흐름전지, 고분자 전해질막의 제조방법 및 흐름 전지용 전해액
KR102164666B1 (ko) 유기 활물질을 포함하는 바나듐 레독스 흐름전지
CN114335643A (zh) 一种铁络合物-空气液流电池
KR20200001157A (ko) 레독스 흐름 전지 및 그를 포함하는 레독스 흐름 전지 시스템
KR20150045452A (ko) 높은 음성 하프-셀 전위를 특징으로 하는 전기화학적 에너지 저장 시스템 및 방법
JP2016539473A (ja) 高容量アルカリ/オキシダント電池
AU2015349218B2 (en) Quinone polyhalide flow battery
US11901598B2 (en) Increasing reactant utilization in Fe/V flow batteries
KR102212782B1 (ko) 수계 하이브리드 레독스 흐름전지
KR101327741B1 (ko) 레독스 커플 담지 나노입자 및 이를 포함하는 레독스 흐름전지
KR102088601B1 (ko) 멤브레인 없는 레독스 흐름 전지
US20150017567A1 (en) Electrochemical energy storage device or energy conversion device comprising a galvanic cell having electrochemical half-cells containing a suspension or fullerene and ionic liquid
KR102299018B1 (ko) 레독스 흐름 전지용 이온교환막, 그의 제조방법 및 그를 포함하는 레독스 흐름 전지
AU2017253475A1 (en) A reduction-oxidation flow battery
KR102187300B1 (ko) 셀 스택 레독스 흐름 전지 및 그를 포함하는 레독스 흐름 전지 시스템
KR20130055855A (ko) 재생 에너지 저장용 레독스 흐름 전지 시스템
KR20190006375A (ko) 소듐-바이페닐을 이용한 레독스 플로우 배터리
KR102244179B1 (ko) 셀룰로오스를 포함하는 레독스 흐름 전지

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant