KR20150059531A

KR20150059531A - 레독스 플로우 전지

Info

Publication number: KR20150059531A
Application number: KR1020130143246A
Authority: KR
Inventors: 이두연; 김기재; 오덕진; 정지영
Original assignee: 삼성전자주식회사; 전자부품연구원
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2015-06-01
Also published as: US10135086B2; KR102163726B1; US20150147620A1

Abstract

레독스 플로우 전지가 개시된다. 카본 코팅된 금속 폼 전극, 다공성 기재 및 다공성 기재에 충진되고 이온교환막 형성용 조성물로부터 제조된 중합체를 포함하는 이온교환막, 및 금속 바이폴라 플레이트를 포함한다.

Description

레독스 플로우 전지{Redox flow battery}

레독스 플로우 전지에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 내부 저항이 낮고 에너지 효율이 향상된 레독스 플로우 전지에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부의 에너지·자원기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.

[과제관리번호: 2011201010007A: 고 에너지밀도 Redox Flow Battery 개발]

레독스 플로우 전지는 일반적인 이차전지와 마찬가지로 충전과정을 통하여 입력된 전기에너지를 화학에너지로 변환시켜 저장하고, 방전과정을 통하여 상기 저장된 화학에너지를 전기에너지로 변환시켜 출력한다. 그러나, 레독스 플로우 전지는 에너지를 보유하고 있는 전극 활물질이 고체 상태가 아닌 액체 상태로 존재하기 때문에 전극 활물질을 저장하는 탱크가 필요하다는 점에서 일반적인 이차전지와는 다르다.

구체적으로, 레독스 플로우 전지에서는 캐소드 전해액(catholyte)과 애노드 전해액(anolyte)이 전극 활물질의 역할을 수행하며, 상기 캐소드 전해액과 애노드 전해액은 각각 산화 상태가 변화될 수 있는 레독스 전이금속을 포함하는 용액으로서 탱크에 저장된다.

한편, 레독스 플로우 전지에서 전기에너지를 발생시키는 셀 부분은 연료전지와 마찬가지로 캐소드/이온교환막/애노드의 구조를 가진다. 각 탱크로부터 펌프에 의해 공급된 캐소드 전해액과 애노드 전해액은 각각 캐소드 및 애노드와 접촉하고, 각 접촉면에서 각 전해액에 함유된 전이금속 이온들이 산화되거나 환원되고, 이때 Gibbs free energy에 해당하는 부분의 기전력이 발생하게 된다.

레독스 플로우 전지에서 이온교환막은 반응에 직접 참여하지 않으면서 캐소드 전해액과 애노드 전해액 사이에 전하 운반체인 이온을 빠르게 전달하는 기능, 캐소드와 애노드의 직접적인 접촉을 차단하는 격리의 기능, 및 캐소드 전해액과 애노드 전해액에 용해되어 있으며 반응에 직접 참여하는 전해액 활성 이온들(electrolyte active ions)의 크로스오버를 억제하는 기능을 수행한다.

종래의 레독스 플로우 전지는 각 컴포넌트들이 연료전지와 비슷한 소재로 구성되어 있어 전지 가격의 절감이 잘 이루어지지 않았다. 가장 큰 요인으로는 Nafion^®으로 대표되는 불소계 수지 이온교환막의 적용과 카본펠트로 대표되는 전극 및 카본계 바이폴라 플레이트이다. 카본펠트는 전량 수입품으로서 별도의 표면처리공정이 필요하며, 카본계 바이폴라 플레이트는 절삭가공이 필요하여 공정비용이 증가하며 두께를 최소화하기가 어렵다. Nafion^®으로 대표되는 양이온 교환막의 경우, 비수계 레독스 플로우 전지에서 음이온(BF₄ ^-, N(CF₃SO₂)^2- 등)보다는 4가 암모늄 양이온(N(CH₃CH₂)₄ ⁺)과 같은 거대 양이온이 전하전도체로 작용하여 이온전도도가 낮고, 특히 이온의 크로스오버(crossover)가 심하여 전지의 충방전효율(Coulomb efficiency)이 낮아 전체적인 전지의 에너지 효율이 떨어질 수 있다.

경제적으로 제조할 수 있고, 에너지 효율이 높은 레독스 플로우 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면,

캐소드, 캐소드 전해액, 및 바이폴라 플레이트를 포함하는 캐소드 셀;

애노드, 애노드 전해액, 및 바이폴라 플레이트를 포함하는 애노드 셀; 및

상기 캐소드 셀과 애노드 셀 사이에 위치하는 이온교환막을 포함하는 레독스 플로우 전지로서,

상기 캐소드와 애노드 중 적어도 하나는 카본 코팅된 금속 폼을 포함하고,

상기 이온교환막은 다공성 기재; 및 상기 다공성 기재에 충진되고, 할로겐화 알킬기 또는 4급 암모늄염기를 갖는 제1 방향족 비닐 단량체를 포함하는 이온교환막 형성용 조성물로부터 제조된 중합체를 포함하고,

상기 바이폴라 플레이트는 Ni, Cu, Fe, Cr, Al, W, Ti 금속 또는 그 합금을 포함하는 레독스 플로우 전지가 제공된다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 이온교환막 형성용 조성물은 제2 방향족 비닐단량체를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 이온교환막 형성용 조성물은 가교제를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 바이폴라 플레이트는 알루미늄, 또는 스테인레스강을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 카본 코팅된 금속 폼 전극은 금속 폼에 카본 소스, 바인더 및 용매를 포함하는 슬러리를 분사증착하여 제조될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 레독스 플로우 전지는 내부 저항이 낮고, 에너지 효율이 높으며, 경제적으로 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 이온 교환막의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 레독스 플로우 전지를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 제조예 2-2 및 제조예 3-2에 따라 카본 코팅되기 전 후의 금속 폼 전극의 SEM 사진이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 제조예 2 및 제조예 3에 따라 카본 로딩량을 달리하여 제조된 카본 코팅된 금속 폼 전극의 SEM 사진이다.
도 5는 본 발명의 제조예 2 및 제조예 3의 카본 로딩량에 따른 카본 코팅된 금속 폼 전극의 비표면적을 나타낸 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제조예 2-2 및 제조예 3-2에서 제조한 카본 코팅된 금속 폼 전극을 포함한 전지의 순환전압전류곡선을 나타낸 그래프이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제조예 2-2 및 제조예 3-2에서 제조한 카본 코팅된 금속 폼 전극을 포함한 전지의 1000 사이클 후 임피던스 변화를 나타낸 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예 1에서 사용된 바이폴라 플레이트를 포함한 전지의 인가 전압에 따른 전류 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예 1에서 사용된 바이폴라 플레이트를 포함한 전지의 1000 사이클 후 임피던스 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제조예 4에서 제조한 이온교환막의 단면 및 표면의 SEM 사진이다.
도 11는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1 내지 비교예 3에서 제조한 레독스 플로우 전지의 충방전 효율, 전압 효율 및 에너지 효율을 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 레독스 플로우 전지에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 측면에 따른 레독스 플로우 전지는 캐소드, 캐소드 전해액, 및 바이폴라 플레이트를 포함하는 캐소드 셀;

상기 바이폴라 플레이트는 Ni, Cu, Fe, Cr, Al, W, Ti, 또는 이들의 2종이상의 혼합물 또는 그 합금을 포함한다.

종래의 레독스 플로우 전지에서는 전극으로 예를 들어, 카본 펠트, 카본 화이버, 또는 카본 페이퍼와 같은 카본 전극을 사용하였으나, 본 발명에서는 전기전도도가 높고, 내구성이 우수한 금속 폼(metal foam)을 적용하여 전해액의 흐름을 향상시키고, 상기 금속 폼 위에 카본을 코팅함으로써 비표면적 증가 및 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이온교환막으로서는 다공성 기재에 이온교환막 형성용 조성물로부터 제조된 중합체가 충진된 것을 사용하여, 이온 전도도를 높임으로써, 전지의 내부저항을 낮추고 전지의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 기계 가공이 필요하고, 일정 두께 이상이 필요한 카본 소재의 바이폴라 플레이트를 금속으로 교체함으로써 전지의 전체 무게를 경량화하고 내구성을 향상시킬 수 있다.

상기 캐소드와 애노드중 적어도 하나가 카본 코팅된 금속 폼을 포함할 수 있으며, 예를 들어 캐소드와 애노드 모두 카본 코팅된 금속 폼을 포함할 수 있다. 상기 카본 코팅된 금속 폼 전극은 0.1 내지 5%의 카본 로딩량을 가질 수 있다. 상기 범위내에 드는 카본 로딩량을 가지는 경우, 활물질의 반응 면적이 넓어져서 전지 효율이 증대될 수 있다.

상기 카본 코팅된 금속 폼 전극을 제조하기 위해 금속 폼에 카본을 코팅하는 방법은 특별히 제한되지는 않는다. 예를 들어, 금속 폼에 카본 소스, 바인더 및 용매를 포함하는 슬러리를 분사증착하여 형성할 수 있다. 이 때 상기 금속 폼은 기공도가 75 내지 98%일 수 있다. 기공도가 상기 범위내에 드는 경우 전지를 구성할 때, 전해액의 흐름에 문제가 발생하지 않을 수 있다. 상기 금속 폼은 일반적으로 전지의 전극으로 사용될 수 있는 금속이면 제한없이 사용가능하며, 예를 들어 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 및 이들의 합금중에서 선택된 금속을 포함할 수 있다. 상기 카본 소스는 카본블랙, 탄소섬유, 카본나노튜브 및 그래핀중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 바인더로는 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아미드, 폴리에스테르 또는 폴리비닐벤젠을 예로 들 수 있다. 상기 용매로는 N-메틸피롤리돈, 디메틸설폭사이드, 디메틸아세트아미드를 예로 들 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 바이폴라 플레이트는 스테인레스 스틸 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면 상기 이온교환막 형성용 조성물에 포함되는 제1 방향족 비닐 단량체의 상기 할로겐화 알킬기는 1 내지 10의 탄소수를 가질 수 있다.

상기 할로겐화 알킬기는 1 내지 10, 예를 들어, 1 내지 5, 예를 들어, 1의 탄소수를 가질 수 있다. 또한, 상기 할로겐화 알킬기는 Cl, F, Br 및/또는 I를 포함할 수 있다.

상기 4급 암모늄염기는 음이온 교환기로 작용할 수 있다.

상기 4급 암모늄염기는 상기 할로겐화 알킬기를 아미노화하여 얻어진 것일 수 있다.

상기 이온 교환막 형성용 조성물 중 상기 제1 방향족 비닐 단량체의 함량이 증가할수록 최종 생성된 이온교환막의 이온교환용량(IEC: ion exchange capacity)이 증가하게 된다. 본 명세서에서, "이온교환용량"이란 은법 적정(銀法滴定, argentometric titration)으로 측정된 것으로서, 이온교환막이 교환할 수 있는 이온의 양을 의미한다.

상기 제1 방향족 비닐 단량체는 비닐벤질 클로라이드(VBC), (비닐벤질)트리메틸암모늄 클로라이드, 1-알릴-3-메틸이미다졸륨 클로라이드 및 O-알릴-N-벤질신코니디늄 클로라이드(O-allyl-N-benzylcinchonidinium chloride)중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 이온교환막 형성용 조성물은 제2 방향족 비닐 단량체를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 방향족 비닐 단량체는 공단량체로 사용되며, 할로겐화 알킬기를 갖지 않는다는 점에서 상기 제1 방향족 비닐 단량체와 다르다.

상기 제2 방향족 비닐 단량체는 스티렌, 벤질메타크릴레이트, 페닐메타크릴레이트 및 비스페놀 A 디메타크릴레이트중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 가교제는 디비닐벤젠(DVB), 글루트알데하이드, 글리시딜메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜 및 디메타크릴레이트중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

이러한 제2 방향족 비닐 단량체와 가교제는 이온 교환막의 기계적 강도 및 화학적 안정성을 향상시키는 역할을 수행한다.

상기 제2 방향족 비닐 단량체의 함량은 상기 제1 방향족 비닐 단량체의 1몰당 1.0몰 이하일 수 있다. 상기 제2 방향족 비닐 단량체의 함량이 상기 범위이내이면, 높은 이온전도도를 갖는 이온교환막을 얻을 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 방향족 비닐 단량체의 함량은 상기 제1 방향족 비닐 단량체의 1몰당 0.1~0.5몰일 수 있다.

또한, 상기 가교제의 함량은 상기 제1 방향족 비닐 단량체와 상기 제2 방향족 비닐 단량체의 합계 1몰당 0.5몰 이하일 수 있다. 상기 가교제의 함량이 상기 범위이내이면, 기계적 물성이 우수한 이온 교환막을 얻을 수 있다. 예를 들어, 상기 가교제의 함량은 상기 제1 방향족 비닐 단량체와 상기 제2 방향족 비닐 단량체의 합계 1몰당 0.1~0.2몰일 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 다공성 기재는 폴리올레핀, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르에테르케톤, 폴리술폰, 폴리이미드 및 폴리아미드이미드중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 이온교환막은 두께가 20 내지 100㎛일 수 있으며, 2.0meq/g건조중량 내지 5.0meq/g 건조중량의 이온교환용량을 가질 수 있다.

상기 이온교환막 형성용 조성물은 1종 이상의 용매를 더 포함할 수 있다.

상기 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드 및 테트라하이드로푸란중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.

상기 이온교환막 형성용 조성물중 상기 용매의 함량은 0~50중량%일 수 있다. 상기 용매의 함량이 상기 범위이내이면, 상기 이온교환막 형성용 조성물을 중합할 경우 건조 과정에서 건조시간을 단축할 수 있으며 균일한 막 물성을 얻을 수 있다.

상기 이온교환막 형성용 조성물은 열중합 개시제 또는 광중합 개시제를 더 포함할 수 있다.

상기 열중합 개시제는 벤조일 퍼옥사이드, 포타슘 퍼설페이트, 암모늄 퍼설페이트, 소듐 퍼설페이트, 암모늄 바이설페이트, 소듐 바이설페이트, 아조비스이소부티로니트릴, 1,1'-아조비스(1-메틸부티로니트릴-3-소듐 술포네이트) 및 4,4'-아조비스(4-시아노발레르산)중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 광중합 개시제는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 2-옥소글루타르산, 1-하이드록시 사이클로 헥실 페닐 메탄온 및 2-하이드록시-2-메틸-프로피오페논중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 열중합 개시제의 함량은 상기 제1 방향족 비닐 단량체, 상기 제2 방향족 비닐 단량체 및 상기 가교제의 합계 1몰당 0.01몰 이하일 수 있다. 상기 열중합 개시제의 함량이 상기 범위이내이면, 균일한 조성을 갖는 중합체 및 이에 따라 균일한 조성을 갖는 이온교환막을 얻을 수 있다. 예를 들어, 상기 열중합 개시제의 함량은 상기 제1 방향족 비닐 단량체, 상기 제2 방향족 비닐 단량체 및 상기 가교제의 합계 1몰당 0.001~0.008몰일 수 있다.

상기 광중합 개시제의 함량은 상기 제1 방향족 비닐 단량체, 상기 제2 방향족 비닐 단량체 및 상기 가교제의 합계 1몰당 0.01몰 이하일 수 있다. 상기 광중합 개시제의 함량이 상기 범위이내이면, 균일한 조성을 갖는 중합체 및 이에 따라 균일한 조성을 갖는 이온교환막을 얻을 수 있다. 예를 들어, 상기 광중합 개시제의 함량은 상기 제1 방향족 비닐 단량체, 상기 제2 방향족 비닐 단량체 및 상기 가교제의 합계 1몰당 0.001~0.008몰일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 이온교환막의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 이온교환막의 제조방법은 이온 교환성을 갖는 다공성기재(110)에 전술한 이온교환막 형성용 조성물(120)을 함침시키는 단계, 및 상기 다공성 기재(110)에 함침된 이온교환막 형성용 조성물(120)을 중합시키는 단계를 포함한다.

상기 다공성 기재(110)는 두께가 30㎛ 이하일 수 있다. 상기 다공성 기재(110)의 두께가 상기 범위이내면, 막 저항이 감소될 수 있다.

상기 다공성 기재(110)는 폴리올레핀, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르에테르케톤, 폴리술폰, 폴리이미드 및 폴리아미드이미드중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 다공성 기재는 0.01~0.1㎛ 크기의 공극(110a)을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 이온교환막 형성용 조성물이 열중합되는 경우, 상기 중합단계는 40~80℃의 온도에서 2~10시간 동안 진행될 수 있다. 이 경우, 상기 중합단계에서는 상기 이온교환막 형성용 조성물에 함유된 휘발성 물질(예를 들어, 유기용매)이 제거될 수 있다.

다른 예로서, 상기 이온교환막 형성용 조성물이 광중합되는 경우, 상기 중합단계는 자외선의 조사하에 상온(예를 들어, 20~30℃)에서 30분~1시간 동안 진행될 수 있다. 이와 같이 상기 이온교환막 형전용 조성물이 광중합되는 경우, 상기 이온교환막의 제조방법은 상기 중합 단계후 건조 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 건조 단계는 40~80℃의 온도에서 2~10시간 동안 진행될 수 있다. 이 경우, 상기 건조 단계에서는 상기 이온교환막 형성용 조성물에 함유된 휘발성 물질(예를 들어, 유기용매)이 제거될 수 있다.

상기 이온교환막의 제조방법은 상기 제1 방향족 비닐 단량체 또는 그의 중합생성물에 함유된 비유효 이온을 전술한 유효 이온으로 치환하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 본 명세서에서, "유효 이온"이란 이온교환막을 투과함으로써 후술하는 레독스 플로우 전지가 충방전 기능을 발휘할 수 있게 하는 전해액 성분을 의미한다. 이러한 유효 이온의 예로는 BF₄ ^-, PF₆ ^-, CF₃SO₃ ^- 또는 (CF₃SO₂)₂N^-가 있다. 또한 본 명세서에서, "비유효 이온"이란 "유효 이온"이 아닌 이온(예를 들어, Cl^-와 같은 할로겐 이온)을 의미한다.

상기 치환 단계는 PC(polycarbonate)/TEABF₄(triethylamine tetrafluoroborate) 또는 PC(polycarbonate)/LiTFSI(lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide) 용액 등을 사용하여 진행될 수 있다.

상기 방법으로 제조된 이온교환막(10)은 상기 다공성 기재(11)에 비해 이온의 이동 통로인 이온 채널의 개수가 많다. 따라서, 상기 이온교환막은 유효 이온(effective ion)의 투과율이 높고, 상기 유효 이온을 제외한 전해액 성분의 크로스 오버가 낮은 이점을 갖는다.

상기 이온교환막은 1.0×10^-4 S/cm 이상(예를 들어, 2.0×10^-4 ~ 5.0×10^-4 S/cm)의 이온전도도를 가질 수 있다.

상기 이온교환막은 2.0 [meq/g-건조 중량] 초과 5.0 [meq/g-건조 중량] 이하의 이온 교환 용량을 가질 수 있다. 본 명세서에서, "meq"란 milliequivalent의 약어를 의미하고, "건조 중량"이란 건조된 이온교환막의 중량을 의미한다.

상기 이온 교환막은 유기계 전해액에서 사용될 수 있다.

상기 이온교환용량과 관련하여 수계 전해액에 최적화된 종래의 이온교환막은 팽윤비(swelling ratio)가 매우 높은 단점이 있으며, 이로 인한 이온 선택성의 저하 및 막 물성 저하를 방지하기 위해 막의 이온교환용량을 1.0 내지 2.0 [meq/g-건조 중량]으로 제한하였다. 그러나, 유기계 전해액에 최적화된 상기 이온교환막이 실제로 유기 전해액에서 사용될 경우 팽윤비가 낮기 때문에, 이온 선택성을 저하시키지 않는 범위내에서 전술한 바와 같이 높은 이온교환용량(즉, 2.0 초과 5.0 meq/g 이하)을 가질 수 있다.

상기 이온교환막은 20~100㎛의 두께를 가질 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 레독스 플로우 전지를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 레독스 플로우 전지를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 레독스 플로우 전지는 캐소드 셀(1), 애노드 셀(2), 상기 두 셀(1, 2)을 격리시키는 이온교환막(100) 및 상기 셀들(1, 2)과 각각 연통된 탱크(21, 22)를 포함한다.

캐소드 셀(1)은 캐소드(13) 및 캐소드 전해액(11)을 포함한다.

애노드 셀(2)은 애노드(14) 및 애노드 전해액(12)을 포함한다.

캐소드(13)와 애노드(14)에서 일어나는 레독스 반응에 따라 충전 및 방전이 일어난다.

캐소드(13)와 애노드(14)는 각각 카본 코팅된 금속 폼을 포함할 수 있다.

캐소드 전해액(11)과 애노드 전해액(12) 중 적어도 하나는 유기 전해액일 수 있다.

상기 유기 전해액은 비수계 용매, 지지 전해질 및 금속-리간드 배위 화합물을 포함할 수 있다.

상기 비수계 용매는 디메틸 아세트아미드, 디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 아세토니트릴, γ-부티로락톤(GBL), 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 플루오로에틸렌 카보네이트 및 N,N-디메틸아세트아미드중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.

상기 지지 전해질은 반응에 직접 참여하지는 않고 캐소드 전해액과 애노드 전해액 간의 전하 균형(charge balance)을 유지하는 역할을 수행한다. 이러한 지지 전해질은 LiBF₄, LiPF₆, LiClO₄, LiCF₃SO₃, Li(CF₃SO₂)₂N, TEABF₄(triethylamine tetrafluorborate), EMPBF₄(1-ethyl-2-methylpyrazolium tetrafluoroborate), SBPBF₄(spiro-(1,1')-bipyrrolidium tetrafluoroborate), PSPBF₄(piperidine-1-spiro-1'-pyrrolidinium tetrafluoroborate), TBABF₄(tributylamine tetrafluoroborate) 및 LiTFSI(lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.

상기 금속-리간드 배위 화합물 중 금속은 Fe, Ni, Co, Ru, Zn, Mn, Y, Zr, Ti, Cr, Mg, Ce, Cu, Pb 및 V중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 금속-리간드 배위 화합물 중 리간드는 디피리딜, 터피리딜, 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 페난트롤린 및 2,6-비스(메틸이미다졸-2-일리덴)피리딘중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

산화 환원시 상기 금속-리간드 배위 화합물로부터 2개 이상의 전자가 이동할 수 있다.

상기 금속-리간드 배위 화합물은 하기 화학식들로 표시되는 화합물을 1종 이상 포함할 수 있다:

이온교환막(100)은 전술한 유효 이온(즉, 지지 전해질의 전하 운반체 이온)의 투과만을 허용하고 캐소드 전해액(11)과 애노드 전해액(12)에 함유된 기타 전해질 성분(즉, 유효 이온을 제외한 성분)의 막 투과를 방지하는 역할을 수행한다.

캐소드 탱크(21)는 캐소드 전해액(11)을 저장하는 것으로, 튜브(41)를 통해 캐소드 셀(1)과 연통된다. 이와 마찬가지로, 애노드 탱크(22)는 애노드 전해액(12)을 저장하는 것으로, 튜브(42)를 통해 애노드 셀(2)과 연통된다.

캐소드 전해액(11)과 애노드 전해액(12)은 각각 펌프(31, 32)를 통해 순환한다.

상기 레독스 플로우 전지의 작동 원리는 한국공개특허 제2011-0088881호에 개시되어 있다. 한국공개특허 제2011-0088881호는 전문이 본 명세서에 통합된다.

상기 레독스 플로우 전지는 기존의 휴대폰, 휴대용 컴퓨터 등의 용도 외에, 전기차량(electric vehicle)과 같은 고용량, 고출력이 요구되는 용도에도 적합하며, 기존의 내연기관, 연료전지, 수퍼커패시터 등과 결합하여 하이브리드 차량(hybrid vehicle) 등에도 사용될 수 있다. 또한, 상기 레독스 플로우 전지는 고출력, 고전압이 요구되는 기타 모든 용도에 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

제조예 1: 카본 코팅된 Ni-FeCrAl 폼 제조

도전성 카본 블랙(Super-P^®) 70 중량% 및 폴리불화비닐리덴(PVdF) 30 중량%를 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)과 함께 고형분 함량이 5%가 되도록 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 다공성 구조를 갖는 Ni-FeCrAl(기공도: 95%, 구입처: Alantum㈜, 크기: 300cm²) 표면에 분사증착하여, 표면이 카본 블랙 8ml로 코팅된 Ni-FeCrAl 폼 전극을 수득하였다.

제조예 2-1 내지 2-3: 카본 코팅된 Cu 폼 제조

다공성 구조를 갖는 Ni-FeCrAl 대신 Cu(기공도: 95%, 구입처: Alantum㈜, 크기: 300cm²)를 사용하고, 카본 블랙 담지량이 각각 4ml, 8ml 및 12ml(전극 300cm² 면적에 뿌려준 슬러리 량)가 되도록 하는 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 카본 코팅된 Cu 폼을 제조하였다.

제조예 3-1 내지 3-3: 카본 코팅된 Ni 폼 제조

다공성 구조를 갖는 Ni-FeCrAl 대신 Ni(기공도: 95%, 구입처: Alantum㈜, 크기: 300cm²)를 사용하고, 카본 블랙 담지량이 각각 4ml, 8ml 및 12ml가 되도록 하는 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 카본 코팅된 Cu 폼을 제조하였다.

제조예 4: 다공성 기재로 SK 23㎛를 사용한 이온교환막의 제조

다공성 기재의 선택 및 전처리

다공성 기재(SK 23㎛)(SK20^® 폴리올레핀 기재)를 20중량%의 황산 수용액에 12시간 침지하여 세척하였다. 그런 다음 다공성 기재를 건조 오븐에서 80℃의 온도에서 3시간 동안 건조시켰다.

이온교환막 형성용 조성물의 제조

비닐벤질 클로라이드(VBC), 메틸메타크릴레이트(MMA), 스티렌(S) 및 디비닐벤젠(DVB)을 1:0.3:0.1:0.3의 몰 비로 혼합하여 이온교환막 형성용 조성물을 제조하였다.

이온교환막의 제조

상기 전처리된 다공성 기재를 상기 이온 교환막 형성용 조성물에 침지한 후, 약 3 ~ 5시간 동안 방치하여 상기 다공성 기재에 상기 이온교환막 형성용 조성물이 수착되도록 하였다. 상기 이온교환막 형성용 조성물이 수착된 다공성 기재를 꺼낸 후, 상온에서 1kW UV 램프를 사용하여 15분 동안 광 조사한 다음, 프로필렌 카보네이트(PC)로 세척하여 이온교환막을 얻었다.

제조예 5: 다공성 기재로 Highpore 25㎛를 사용한 이온교환막의 제조

다공성 기재로 Highpore 25㎛(Asahi Kasei^®, 폴리올레핀 기재)를 사용한 것을 제외하고는 상기 제조예 4와 동일한 방법으로 이온교환막을 얻었다.

실시예 1

레독스 플로우 전지를 하기와 같은 방법으로 제조하였다.

캐소드로는 상기 제조예 1에서 제조한 카본 코팅된 Ni-FeCrAl 폼 전극을 사용하고, 애노드로는 상기 제조예 2에서 제조한 카본 코팅된 Cu 폼 전극을 사용하였다.

바이폴라 플레이트로는 두께 2mm인 Al 5052를 280cm × 11cm의 크기로 잘라서 사용하였다.

이온교환막으로는 상기 제조예 4에서 제조한 이온교환막을 사용하였다.

캐소드 전해액으로는 PC 용매에 녹아있는 0.2M Fe(2,2'-bipyridine)₃(BF₄)₂ 및 0.5M SBPBF₄ 염을 사용하였으며, 애노드 전해액으로는 PC 용매에 녹아있는 0.1M Ni(2,2'-bipyridine)₃BF₄ 및 0.5M SBPBF₄ 염을 사용하였다.

구체적으로, 너트 일체형 엔드 플레이트(end plate) 위에 절연체(Teflon 필름), 집전체(골드플레이트) 및 바이폴라 플레이트를 적층하였다. 상기 캐소드를 바이폴라 플레이트의 요면(concave) 안에 삽입하여 캐소드 셀을 제조하였다. 이와 동일한 방법으로 상기 애노드를 사용하여 애노드 셀을 제조하였다. 이어서, 상기 캐소드 셀에 상기에서 제조된 캐소드 전해액 3ml를 주입하여 캐소드 셀을 완성하였다. 또한, 상기 애노드 셀에 상기에서 제조된 애노드 전해액 3ml를 주입하여 애노드 셀을 완성하였다. 이후, 상기 캐소드 셀과 애노드 셀을 서로 마주 보도록 배치하고, 상기 캐소드 셀과 애노드 셀 사이에 상기 이온교환막을 위치시킨 다음, 상기 두 셀을 관통하도록 접시 스프링이 끼워진 4개의 볼트를 끼워 토크 렌치(torque wrench)로 1.5Nm가 될 때까지 대각선 순서로 상기 볼트들을 조여 조립하였다. 조립 완료 후 각 전극의 주액 구멍으로 나머지 각 전해액을 주액한 후, 상기 주액 구멍을 테프론 볼트(teflon bolt)로 막아 레독스 플로우 전지를 완성하였다.

실시예 2

캐소드로서 카본 코팅된 Ni-FeCrAl 폼 대신 상기 제조예 3에서 제조한 카본 코팅된 Ni 폼을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 레독스 플로우 전지를 제조하였다.

실시예 3

이온교환막으로 상기 제조예 5에서 제조한 이온교환막을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 레독스 플로우 전지를 제조하였다.

비교예 1

이온교환막으로서 양이온교환막인 Nafion 115를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 레독스 플로우 전지를 제조하였다.

비교예 2

캐소드 및 애노드로 각각 카본 펠트(구입처: SGL Group 제품명: Sigracell^®)를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 레독스 플로우 전지를 제조하였다.

비교예 3

바이폴라 플레이트로 그래파이트 플레이트(구입처: GEFC 제품명: GEFC-GCP^®)를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 레독스 플로우 전지를 제조하였다.

평가예

평가예 1: 카본 코팅된 금속 폼 전극의 평가

상기 제조예 2 및 제조예 3에서 제조한 카본 코팅된 Cu 폼 전극 및 카본 코팅된 Ni 폼 전극의 비표면적, 전기화학반응성 및 전기화학적 수명에 대하여 평가하였다.

도 3a 및 도 3b는 각각 상기 제조예 2-2 및 제조예 3-2에서 제조한 카본 코팅 전 후의 Cu 폼 및 Ni 폼 전극의 SEM 사진이다. 도 3a 및 도 3b로부터 금속 폼의 다공성 구조를 확인할 수 있고, 금속 폼 표면에 카본 블랙이 균일하게 코팅되었음을 확인할 수 있다. 도 3a 및 도 3b의 작은 사진은 각각 상기 제조예 2-2 및 제조예 3-2에서 제조한 카본 코팅 전 후의 Cu 폼 및 Ni 폼 전극 전체의 SEM 사진이다.

도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 제조예 2 및 제조예 3에 따라 카본 로딩량을 달리하여 제조된 카본 코팅된 Cu 폼 및 Ni 폼 전극의 SEM 사진이다.

도 5는 각각 본 발명의 제조예 2 및 제조예 3에서 제조한 카본 로딩량을 달리한 카본 코팅된 Cu 폼 및 Ni 폼 전극의 비표면적을 나타낸 그래프이다. 도 5에서 보듯이 카본 로딩량이 증가함에 따라 전극의 비표면적이 증가함을 알 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제조예 2-2 및 제조예 3-2에서 제조한 카본 코팅된 Cu 폼 및 Ni 폼 전극을 포함한 전지의 순환전압전류곡선을 나타낸 그래프이다. 비교를 위해, 카본 코팅이 없는 Cu 폼 및 Ni 폼 전극에 대해서도 함께 나타내었다. 도 6a 및 도 6b에서 보듯이, 카본 코팅된 금속 폼 전극의 경우 카본 코팅이 없는 경우보다 전기화학반응성이 뛰어남을 알 수 있다.

본 발명의 제조예 2-2 및 제조예 3-2에서 제조한 카본 코팅된 Cu 폼 및 Ni 폼 전극을 포함한 전지의 1000 사이클 후의 임피던스 변화를 다음과 같은 방법으로 측정하였다

레독스 커플(Fe(bpy)₃(BF₄)₂, Co(bpy)₃(BF₄)₂, Ni(bpy)₃(BF₄)₂)에 대하여 제조예 2-2 및 제조예 3-2에서 제조한 전극의 나이퀴스트(nyquist) 플롯을, 충방전 전 및 1000회 충방전 사이클후의 각각에 대하여 얻고, 이를 도 7a 및 도 7b에 나타내었다. 상기 플롯으로부터 Rct 값 (전극-전해액 인터페이스에서의 전하 이동 반응에 대응하는 저항값)을 구하여, 하기 표 1과 표 2에 나타내었다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제조예 2-2 및 제조예 3-2에서 제조한 카본 코팅된 Cu 폼 및 Ni 폼 전극을 포함한 전지의 1000 사이클 후 임피던스 변화를 나타낸 그래프이다. 비교를 위해, 카본 코팅이 없는 Cu 폼 및 Ni 폼 전극에 대해서도 함께 나타내었다. 도 7a 및 도 7b에서 보듯이, 카본 코팅된 금속 폼 전극을 사용한 경우 카본 코팅이 없는 경우보다 1000 사이클 후 임피던스 증가가 미미하거나 거의 없음을 알 수 있다.

		Rct(Ω)
Cu	CV 전	129.1
Cu	CV 후	134.2
C/Cu	CV 전	54.30
C/Cu	CV 후	46.50

상기 표 1에서 보듯이, 카본 코팅된 Cu 폼의 경우 1000 사이클 후 저항 증가가 거의 없음을 알 수 있다.

		Rct(Ω)
Ni	CV 전	110.9
Ni	CV 후	107.0
C/Ni	CV 전	66.44
C/Ni	CV 후	67.96

상기 표 2에서 보듯이, 카본 코팅된 Ni 폼의 경우 1000 사이클 후 저항 증가가 거의 없음을 알 수 있다.

평가예 2: 금속 바이폴라 플레이트의 평가

상기 실시예 1에서 사용한 Al 5052 바이폴라 플레이트에 대하여 인가 전압에 따른 전류를 다음과 같이 측정하였다. 전해액이 있는 용기에 상기 바이폴라 플레이트 시편을 작용 전극으로 하고, 카본 전극을 대극으로 한 2전극에 전압을 일정 범위에서 인가하여, 전류값을 측정함으로써, 전해액에 대한 바이폴라 플레이트의 안정성을 알아보았다.

도 8a 및 도 8b는 각각 Co(bpy)₃(BF₄)₂ 및 Ni(bpy)₃(BF₄)₂에 대하여 측정한 인가 전압에 따른 전류를 나타낸 그래프이다.

상기 실시예 1에서 사용한 Al5052 바이폴라 플레이트에 대하여 1,000 사이클 후 임피던스 변화를 측정하였다.

레독스 커플(Co(bpy)₃(BF₄)₂, Ni(bpy)₃(BF₄)₂)에 대하여 상기 실시예 1에서 사용한 Al 5052 바이폴라 플레이트의 나이퀴스트(nyquist) 플롯을, 충방전 전 및 1000회 충방전 사이클후의 각각에 대하여 얻고, 이를 도 8a 및 도 8b에 나타내었다. 상기 플롯으로부터 Rct 값 (전극-전해액 인터페이스에서의 전하 이동 반응에 대응하는 저항값)을 구하여, 하기 표 3과 표 4에 나타내었다.

도 9a 및 도 9b는 각각 Co(bpy)₃(BF₄)₂ 및 Ni(bpy)₃(BF₄)₂에 대하여 측정한 1000 사이클 후 임피던스 변화를 나타낸 그래프이다.

	Rs(Ω)	Rct(Ω)
CV 전	19.09	107.4
CV 후	19.48	116.7

Fe(bpy)₃(BF₄)₂에서 1000사이클 후 임피던스 변화를 측정한 결과, Rs(내부저항값)는 2.1% 저항 증가하였으며, Rct는 8% 저항 증가하였다.

	Rs(Ω)	Rct(Ω)
CV 전	20.25	153.0
CV 후	14.43	152.3

Co(bpy)₃(BF₄)₂에서 1000사이클 후 임피던스 변화를 측정한 결과, Rs는 저항 증가 없었으며, Rct는 저항 증가 없었다.

평가예 3: 이온교환막의 평가

도 10은 상기 제조예 4에서 제조한 이온교환막의 단면 및 표면의 SEM 사진이다.

다공성 기재 및 다공성 기재에 이온교환막 형성용 조성물이 충진되어 중합된 후의 단면 및 표면을 보면 충진물이 이온교환막 기재내의 기공에 잘 충진되어 있음을 알 수 있다.

상기 제조예 4 및 제조예 5에서 제조한 이온교환막을 프로필렌 카보네이트(PC)에 각각 4시간 및 12시간 동안 함침시켰다.

상기 함침 후 각 이온교환막의 이온전도도, 이온교환용량(IEC) 및 영 계수(Young's modulus)를 하기와 같은 방법으로 측정하여, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

WSR

건조 상태의 상기 제조예 4 및 제조예 5에서 제조한 각 이온교환막의 무게(W_dry)를 측정한 다음, 증류수에 침지시켜 평형 상태에 이르도록 한 후, 막 표면의 수분을 제거하고, 젖은 상태에서의 무게(W_wet)를 측정하였다.

하기 수학식 1에 의해 WSR을 측정하였다.

[수학식 1]

WSR(%) = (W_wet - W_dry)/W_dry X 100

이온전도도

이온전도도 측정기로는 Solartron Analytical 사의 Solartron 1260 Impedence spectroscopy를 사용하였다. 또한, 측정 주파수 범위는 0.1Hz~1MHz이었다.

이온교환용량

은법 적정을 사용하여 측정하였다. 구체적인 측정방법은 하기와 같았다.

(1) 시료 100mg (필요시 물로 희석). 여기서, 시료란 상기 각 이온교환막을 의미한다.

(2) 시료의 색도가 높으면 Al(OH)₃ 3 ml를 가해 교반한 후 침전시켜 여과

(3) 시료의 pH를 7-8 범위로 조절

(4) 시료에 1ml K₂CrO₄ (노란색 지시약)을 첨가

(5) 시료를 AgNO₃로 적정

(6) 적정점: Pinkish yellow end point

전기 저항

먼저, 이온 교환막을 0.5M의 TEABF₄ 용액에 침지시켜 평형 상태에 이르도록 하였다. 그 후, 임피던스 측정기(Solartron Analytical 사의 Solartron 1260 Impedence spectroscopy, 측정 주파수 범위: 0.1Hz~1MHz)에 연결된 클립 셀(clip cell)에 상기 0.5M의 TEABF₄용액을 채우고, 전기 저항을 측정하였다(Rs). 그리고 나서, 상기 클립 셀에 상기 이온교환막을 끼운 후 전기 저항을 측정하였다(Rm). 상기 Rm 값으로부터 앞서 측정한 Rs 값을 뺀 결과를 전기 저항으로 하였다.

	이온전도도 (10^-2 S/cm)	이온교환용량 (meq/g-건조중량)	전기저항(Ω·㎠)
제조예 4	6.38	1.20	60.25
제조예 5	5.20	1.56	13.35

상기 표 5에서 보듯이, 본 발명의 제조예에 따른 이온교환막은 이온교환 용량이 1.5 [meq/g-건조중량]를 초과할 경우에도 높은 이온전도도 및 낮은 전기저항을 갖는 것으로 나타났다.

평가예 4: 레독스 플로우 전지의 특성 평가

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 레독스 플로우 전지에 대하여 상온(25℃)에서 충방전 테스트를 수행하여, 그 결과를 하기 표 6 및 도 11에 나타내었다. 도 11a 내지 도 11f는 각각 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1 내지 비교예 3에 해당한다.

충방전 조건은 하기와 같다.

상기 각 레독스 플로우 전지를 20mA로 2.5V까지 정전류로 충전시킨 후, 2.0V까지 20mA의 정전류로 방전시켰다. 상기와 같은 충방전을 17회 반복하였다.

하기 표 6 및 도 11에서 충방전 효율은 방전 전하량을 충전 전하량으로 나눈 값의 백분율을 의미하고, 전압 효율은 평균방전전압을 평균충전전압으로 나눈 값의 백분율을 의미하며, 에너지 효율은 전압 효율과 충방전 효율의 곱을 의미한다.

	충방전 효율 (CE)(%)	전압 효율 (VE) (%)	에너지 효율 (EE)(%)
실시예 1	97.7	88.8	86.7
실시예 2	97.7	90.0	87.9
실시예 3	97.9	88.2	86.4
비교예 1	89.2	91.2	81.5
비교예 2	96.1	87.2	83.8
비교예 3	96.1	86	82.7

상기 표 6을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 레독스 플로우 전지는 비교예 2 및 비교예 3에서 제조된 레독스 플로우 전지에 비해 충방전 효율, 전압 효율 및 에너지 효율이 모두 높은 것으로 나타났다. 다만, 비교예 1의 경우에는, 전압 효율이 실시예 1 내지 실시예 3보다 높게 나타났다. 양이온 교환막의 경우, 음이온 교환막보다 이온전도도가 높아서 전압강하가 크지 않기 때문에 전압효율이 높으나, 교환막의 기공이 커서 이온의 크로스오버가 크기 때문에 충방전 효율이 음이온 교환막보다 떨어져, 전체적인 에너지 효율은 본 발명의 음이온 교환막이 더 크다.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

1: 캐소드 셀 2: 애노드 셀
11: 캐소드 전해액 12: 애노드 전해액
13: 캐소드 14: 애노드
21, 22: 탱크 31, 32: 펌프
41, 42: 튜브 100: 이온 교환막
110: 다공성 기재
120: 이온 교환막 형성용 조성물 또는 그의 중합생성물

Claims

캐소드, 캐소드 전해액, 및 바이폴라 플레이트를 포함하는 캐소드 셀;
애노드, 애노드 전해액, 및 바이폴라 플레이트를 포함하는 애노드 셀; 및
상기 캐소드 셀과 애노드 셀 사이에 위치하는 이온교환막을 포함하는 레독스 플로우 전지로서,
상기 캐소드와 애노드 중 적어도 하나는 카본 코팅된 금속 폼을 포함하고,
상기 이온교환막은 다공성 기재; 및 상기 다공성 기재에 충진되고, 할로겐화 알킬기 또는 4급 암모늄염기를 갖는 제1 방향족 비닐 단량체를 포함하는 이온교환막 형성용 조성물로부터 제조된 중합체를 포함하고,
상기 바이폴라 플레이트는 Ni, Fe, Cr, Ai, Cu, W, Ti, 또는 이들의 2종 이상의 혼합물 또는 그 합금을 포함하는 레독스 플로우 전지.
제1항에 있어서,
상기 카본 코팅된 금속 폼은 4 내지 12%의 카본 로딩량을 가지는 레독스 플로우 전지.
제1항에 있어서,
상기 카본 코팅된 금속 폼은 금속 폼에 카본 소스, 바인더 및 용매를 포함하는 슬러리를 분사증착하여 형성되는 레독스 플로우 전지.
제3항에 있어서,
상기 금속 폼은 기공도가 75 내지 98%인 레독스 플로우 전지.
제3항에 있어서,
상기 금속 폼은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 및 이들의 합금 중에서 선택된 금속을 포함하는 레독스 플로우 전지.
제3항에 있어서,
상기 카본 소스는 카본블랙, 탄소섬유, 카본나노튜브 및 그래핀중 1종 이상인 레독스 플로우 전지.
제1항에 있어서,
상기 바이폴라 플레이트는 스테인레스 스틸 또는 알루미늄 합금을 포함하는 레독스 플로우 전지.
제1항에 있어서,
상기 할로겐화 알킬기는 1 내지 10의 탄소수를 갖는 레독스 플로우 전지.
제1항에 있어서,
상기 제1 방향족 비닐 단량체는 비닐벤질 클로라이드(VBC), (비닐벤질)트리메틸암모늄 클로라이드, 1-알릴-3-메틸이미다졸륨 클로라이드 및 O-알릴-N-벤질신코니디늄 클로라이드(O-allyl-N-benzylcinchonidinium chloride)중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 레독스 플로우 전지.
제1항에 있어서,
상기 이온교환막 형성용 조성물은 제2 방향족 비닐 단량체를 더 포함하는 레독스 플로우 전지.
제10항에 있어서,
상기 제2 방향족 비닐 단량체는 스티렌, 벤질메타크릴레이트, 페닐메타크릴레이트 및 비스페놀 A 디메타크릴레이트중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 레독스 플로우 전지.
제1항에 있어서,
상기 이온교환막 형성용 조성물은 가교제를 더 포함하는 레독스 플로우 전지.
제12항에 있어서,
상기 가교제는 디비닐벤젠(DVB), 글루트알데하이드, 글리시딜메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜 및 디메타크릴레이트중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 레독스 플로우 전지.
제11항에 있어서,
상기 제2 방향족 비닐 단량체의 함량은 상기 제1 방향족 비닐 단량체의 1몰당 1.0몰 이하인 레독스 플로우 전지.
제12항에 있어서,
상기 가교제의 함량은 상기 제1 방향족 비닐 단량체와 상기 제2 방향족 비닐 단량체의 합계 1몰당 0.5몰 이하인 레독스 플로우 전지.
제1항에 있어서,
상기 다공성 기재는 폴리올레핀, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르에테르케톤, 폴리술폰, 폴리이미드 및 폴리아미드이미드중에서 선택된 1종 이상인 레독스 플로우 전지.
제1항에 있어서,
상기 이온교환막은 두께가 20 내지 100㎛인 레독스 플로우 전지.
제1항에 있어서,
상기 이온교환막은 2.0meq/g건조중량 내지 5.0meq/q건조중량의 이온교환용량을 갖는 레독스 플로우 전지.