KR20160148111A - Electrolyte for redox flow battery and redox flow battery including the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an electrolyte for redox flow batteries, and to a redox flow battery including the same. The electrolyte for redox flow batteries and the redox flow battery including the same involve the use of an organic substance which is dissolved in both positive electrodes and negative electrodes, as an optimal solvent (an active material, an oxidation-reduction pair) for the redox flow batteries, thereby exhibiting remarkably high driving voltage compared to those of existing water-based systems. In addition, based on solubility greater than those of exiting non-water (organic) systems, energy density of the redox flow batteries remarkably increases as well.

Description

레독스 플로우 전지용 전해액 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지 {ELECTROLYTE FOR REDOX FLOW BATTERY AND REDOX FLOW BATTERY INCLUDING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an electrolyte for a redox flow battery and a redox flow battery including the redox flow battery,

본 발명은 레독스 플로우 전지용 전해액 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 레독스 플로우 전지에 최적의 용질(활물질, 산화환원쌍)로서, 양극 또는 음극 모두에 용해시켜 사용할 수 있는 유기물을 사용함으로써, 종래의 수계 시스템에 비해 현저히 높은 작동전압을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 비수계(유기계) 시스템에 비해 용해도가 매우 우수하여 레독스 플로우 전지의 에너지 밀도를 현저히 향상시킬 수 있는 레독스 플로우 전지용 전해액 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrolyte for a redox flow battery and a redox flow battery including the redox flow battery. More particularly, the present invention relates to an electrolyte for a redox flow battery, By using an organic material, it is possible to realize a remarkably high operating voltage as compared with the conventional water-based system, and the solubility of the redox flow cell is remarkably improved compared to the conventional non-aqueous organic system, And a redox flow battery comprising the electrolyte.

정보사회의 발달로 인한 개인 IT 디바이스의 발전과, 전기에너지에 대한 의존도가 높아지면서, 이 에너지를 효율적으로 저장하고 활용하기 위한 기술이 필수적으로 요구되고 있다.As the development of personal IT devices due to the development of information society and the reliance on electric energy have increased, a technology for efficiently storing and utilizing this energy is essential.

특히, 전기 에너지의 사용량이 유래 없이 급증하고 있으며, 이의 발전량이 증대됨에 따라서 생성하는 전기 에너지원의 효율적인 사용을 위하여 중대형 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)이 스마트 그리드의 중요성과 더불어 주목받고 있다. 여기서, 경제성과 더불어 긴 수명을 가지는 이차전지인 레독스 플로우 전지가 하나의 후보군으로서 각광받고 있다. 기존에 소형전지로 상용화된 리튬 이온전지나, 차세대 이차전지로 적용될 것으로 기대되는 소듐을 사용한 이차전지와는 달리, 레독스 플로우 전지의 경우 용매 속에 활물질이 녹아 있는 상태로 양극과 음극에서 각각의 활물질이 산화 환원 반응을 거치면서, 충전되고 방전되는 용량 발현 메커니즘을 갖는다. 이렇게, 전극의 활물질이 용매에 녹아서 반응을 하는 이차전지이기 때문에, 음전해액과 양전해액으로 사용되는 전해액에 각각 녹여 주는 활물질의 산화환원쌍의 표준 환원 전위를 달리하게 되면, 각각의 전위 차로 인하여 셀의 작동 전압이 결정되는 특성을 갖는다. Particularly, the amount of electric energy used is increasing rapidly, and the energy storage system (ESS) is attracting attention with the importance of smart grid for efficient use of generated electric energy source as its power generation is increased . Here, the redox flow battery, which is a secondary battery having a long service life in addition to the economical efficiency, is attracting attention as a candidate group. Unlike lithium ion batteries, which are commercialized as small batteries, and secondary batteries, which are expected to be applied to next generation secondary batteries, in the case of a redox flow battery, each active material in the positive and negative electrodes And has a capacity expression mechanism that is charged and discharged while undergoing the redox reaction. Thus, when the standard reduction potential of the redox pair of the active material dissolved in the electrolyte solution used as the negative electrolyte solution and the positive electrolyte solution is varied, the potential difference between the cells Is determined.

또한 외부 탱크에서 공급되는 전해액의 산화 환원 반응으로 용량이 발현되므로, 외부의 저장 탱크의 부피 조절을 통하여 전체 셀의 용량 조절이 가능하여, 원하는 에너지밀도의 셀 설계가 용이하다는 장점이 존재한다. 이것에 더하여, 활물질인 레독스 커플의 산화 환원 반응이 양극과 음극의 표면에서 발생하므로, 기존의 이온에 기반한 전지에 비하여 수명 특성이 우수한 장점이 있다. 이런 레독스 플로우 전지의 활물질과 용매로는 지금까지는 바나듐 계열의 염과 황산 수용액이 주로 사용되어 왔다. 다만, 중대형 에너지 저장 시스템의 경우 최적 스택 설계를 위한 작동 전압 상승과 주변 환경, 즉 온도 등에 영향을 받지 않는 점도 중요한 특성이 되는데, 이런 점을 위시하여 기존 수계 시스템의 개선이 요구되고 있는 실정이다.Also, since the capacity is expressed by the oxidation-reduction reaction of the electrolyte supplied from the external tank, the capacity of the entire cell can be adjusted by adjusting the volume of the external storage tank, thereby facilitating cell design with a desired energy density. In addition to this, the redox reaction of the active redox couples occurs on the surfaces of the anode and cathode, which is advantageous over the conventional ion-based battery. As active materials and solvents for redox flow batteries, vanadium-based salts and aqueous sulfuric acid solutions have been mainly used. However, in the case of mid- to large-sized energy storage systems, it is important that the operating voltage for optimum stack design is not influenced by surrounding environment, that is, temperature, and the improvement of the existing water system is required.

전바나듐계 전지의 경우 물을 용매로 사용하기 때문에 몇 가지 단점을 드러낸다. 이 전지의 경우, 열역학적으로 물의 전위창인 1.23V보다 높은 전위에서 셀을 구동하게 되면, 용매의 분해로 인한 전해액의 손실이 발생하게 되어, 전해액의 소실을 막기 위해서는 셀의 구동 전압의 한계를 가져가야 한다. 이로 인하여 작동 전압에 있어서의 한계점이 큰 문제점으로 지적되고 있다. 다음으로는, 물의 열역학적 특성으로 인하여 0℃ 이하에서 구동하기 어려운 문제점이 있다. 추가적으로 전바나듐계 전지의 활물질로 인한 단점이 존재하는데, 이는 양극 활물질의 고온 침전에서 기인한다. 가장 널리 알려진 황산을 기반으로 한 전바나듐계 레독스 플로우 전지의 활물질의 경우 40℃ 가량에서 5가의 바나듐이 V2O5로 침전이 일어나는 것이 M. Skyllas-Kazacos의 1990년 논문인 JOURNAL OF APPLIED ELECTROCHEMISTRY , 20, 463-467에서 밝혀진바 있다. 이런 특성으로 인하여 황산 수용액을 기반으로 한 전바나듐계 레독스 플로우 전지의 전해액의 경우, 용량과 직결되는 용질의 농도마저 이 침전으로 인하여 저해되는 단점을 보인다. 고용량, 장수명과 더불어 고신뢰성이 중요시되는 중대형 전력 저장 시스템의 적용에 있어서, 이 문제는 큰 단점으로 지적되고 있다.All vanadium-based batteries show some drawbacks because they use water as a solvent. In this case, when the cell is driven thermodynamically at a potential higher than 1.23 V, which is the potential window of water, the electrolyte is lost due to the decomposition of the solvent. In order to prevent the discharge of the electrolyte, I have to go. This is pointed out as a serious problem in terms of the operating voltage. Next, there is a problem that it is difficult to drive at below 0 DEG C due to the thermodynamic characteristics of water. In addition, there is a disadvantage due to the active material of the entire vanadium-based battery, which is caused by the high temperature precipitation of the cathode active material. The most prevalent sulfuric acid-based active vanadium-based redox flow cell has been found to precipitate 5-valent vanadium at V 2 O 5 at about 40 ° C in the M. Skyllas-Kazacos 1990 paper JOURNAL OF APPLIED ELECTROCHEMISTRY , 20 , 463-467. Due to these characteristics, the electrolyte concentration of the entire vanadium redox flow cell based on the aqueous sulfuric acid solution is disadvantageous because the concentration of the solute directly connected to the capacity is inhibited by this precipitation. This problem is pointed out as a major disadvantage in the application of medium to large power storage systems in which high reliability and reliability are important in addition to high capacity and long life.

현재 기존의 수계 시스템에 대비하여, 에너지 밀도의 개선을 위하여 작동전압에 있어서 1.5~2배 가량의 장점을 갖는 레독스 플로우 전지의 용매로서 유기계 용매가 제시되고 있다. 이렇게 유기계 용매를 전해액의 용매로 사용한 레독스 플로우 전지의 경우, 기존 수계 전해액을 사용하였을 때에 비하여 물의 전기화학적인 분해로 인하여 제한되는 산화환원쌍 선정의 한계나 물의 어는점으로 인한 구동 온도의 한계가 비교적 적은 장점이 있으며, 바나듐염의 고온에서의 침전과 같은 단점이 존재하지 않아 활발히 연구가 진행되고 있다. 다만, 기존에 진행된 연구에 의하면, 기존의 수계 시스템에 비하여 산화환원쌍의 유기계 용매 내에서의 용해도가 현저히 낮다는 단점이 Wang에 의하여 2013년에 발표된 논문인 Advanced Functional . Materials, 23, 970-986에 제시되었고(0.1M 이하), 양극 활물질과 음극 활물질의 표준환원전위의 차이가 수계에 비하여 작거나 혹은 비슷한 물질이 적용되어 비수계 시스템의 장점이 부각되지 않는 경우가 Sleightholme에 의하여 Journal of power sources, 196, 5742-5745에 보고된 바 있다. 따라서 이를 해결하기 위해서는, 다량의 산화환원쌍이 용매에 용해됨과 동시에, 용해된 물질의 표준환원전위의 차이가 수계 시스템에 비하여 넓게 되도록 구성하여, 이 시스템을 주효하게 만들어야 할 것이다.Organic solvents have been proposed as a solvent for a redox flow cell having an advantage of 1.5 to 2 times as much as an operating voltage in order to improve energy density in comparison with existing water system. In the case of a redox flow cell in which an organic solvent is used as a solvent for the electrolyte solution, the limit of the selection of the redox couple limited by the electrochemical decomposition of water compared with the use of the existing aqueous electrolyte, And there is no disadvantage such as precipitation of vanadium salt at a high temperature, and therefore research is actively conducted. However, according to the study progressed to an existing, in this compared to the conventional water-based systems, the solubility in the oxidation-reduction pair in an organic solvent is significantly lower disadvantages by Wang a paper published in 2013, Advanced Functional . Materials, 23 , 970-986 (0.1M or less), and the difference between the standard reduction potentials of the cathode active material and the anode active material is smaller than or similar to that of the water system, Journal by Sleightholme of power sources , 196 , 5742-5745. Therefore, in order to solve this problem, it is necessary to constitute the system so that a large amount of oxidation-reduction groups are dissolved in the solvent and the difference in the standard reduction potential of the dissolved substance is wider than that of the aqueous system.

따라서, 구동 전압이 기존 수계 시스템에 비하여 높을 뿐만 아니라, 용질의 용해도가 기존에 발표된 유기계 전해액에 비해 매우 커서, 기존 시스템에 비하여 고에너지 밀도를 가질 뿐만 아니라, 안정적인 수명 특성을 갖는 전해액에 대한 개발이 요구되고 있다. Therefore, not only the driving voltage is higher than that of the existing water-based system, but also the solubility of the solute is much higher than that of the existing organic electrolyte, so that the electrolyte has a high energy density as compared with the existing system, .

[비특허문헌 1] JOURNAL OF APPLIED ELECTROCHEMISTRY, 20, 463-467[Non-Patent Document 1] JOURNAL OF APPLIED ELECTROCHEMISTRY, 20, 463-467 [비특허문헌 2] Advanced Functional. Materials, 23, 970-986[Non-Patent Document 2] Advanced Functional. Materials, 23, 970-986 [비특허문헌 3] Journal of power sources, 196, 5742-5745[Non-Patent Document 3] Journal of power sources, 196, 5742-5745

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 레독스 플로우 전지에 최적의 용질을 적용함으로써, 기존에 알려진 유기계 전해액에 비하여 더 많은 양의 용질이 용매에 용해될 수 있어, 큰 부피당 용량을 발현할 수 있고, 기존 시스템에 비하여 고에너지 밀도를 갖는 전해액을 제공하여, 레독스 플로우 전지의 에너지 밀도가 향상된 전지를 구현할 수 있고, 또한, 단일 유기물을 양극 전해액과 음극 전해액에 동시에 적용함으로써 상호오염에 의한 퇴화가 발생하지 않으며, 용질(산화환원 쌍)의 안정적인 전기화학 반응으로 인하여 지속적인 산화환원 반응에도 전해액의 분해없이 안정적인 수명 특성을 구현할 수 있으며, 금속-리간드 화합물(금속 착화합물, metal complexes)을 사용한 전해액에 비하여 유기물을 사용하여 제조하기 때문에 제조 단가가 낮은 레독스 플로우 전지용 전해액 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a redox flow battery which is capable of dissolving a larger amount of a solute in a solvent as compared with a known organic electrolyte, A battery having improved energy density of a redox flow battery can be realized and a single organic material can be simultaneously applied to a positive electrode electrolyte solution and a negative electrode electrolyte solution, And it is possible to realize a stable lifetime characteristic without decomposition of the electrolyte even in the continuous oxidation and reduction reaction due to the stable electrochemical reaction of the solute (redox pair), and the metal-ligand compound (metal complexes) Is produced using an organic substance in comparison with an electrolyte solution using It is an object of the present invention to provide an electrolyte for a redox flow battery having a low base cost and a redox flow battery containing the same.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 전해액은, 용매 및 용질을 포함하는 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 용질이 전기화학적으로 안정하게 반응하는 레독스 커플 유기물을 포함하고, 상기 유기물은 하나 이상의 벤젠링을 포함하는 기본골격에 산화가 이루어지는 양극 작용기 및 환원이 이루어지는 음극 작용기를 포함하는 유기물인 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electrolytic solution for a redox flow battery comprising a solvent and a solute, wherein the solute includes a redox couple organic compound that is electrochemically and stably reacted , The organic substance is an organic substance including an anode functional group which is oxidized at a basic skeleton containing at least one benzene ring and a cathode functional group which is reduced.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 유기물에 포함되는 상기 음극 작용기는 케톤계 작용기일 수 있다.In the electrolyte solution for a redox flow battery according to the present invention, the negative electrode functional group contained in the organic material may be a ketone-based functional group.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 유기물에 포함되는 상기 양극 작용기는 아민계 작용기일 수 있다.In the electrolyte solution for a redox flow battery according to the present invention, the positive electrode functional group contained in the organic material may be an amine-based functional group.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 유기물은 NR1R2-Ph-CO-Ph-NR3R4, R1-CO-Ph-NR2-Ph-CO-R3 또는 R1-CO-Ph-NR2R3의 구조식을 갖는 것으로서, 상기 구조식에서 R1 내지 R4는 각각 수소, 메틸기, 에틸기, CH2Ph, 벤질기, 부톡시카르보닐메틸기, 카르복실메틸기 및 아미노카르보닐메틸기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기들일 수 있고, 상기 Ph는 페닐기이다.In the electrolytic solution for a redox flow battery according to the present invention, the organic material is NR 1 R 2 -Ph-CO-Ph-NR 3 R 4 , R 1 -CO-Ph-NR 2 -Ph-CO-R 3 or R 1 -CO-Ph-NR 2 R 3 , wherein R 1 to R 4 are each hydrogen, a methyl group, CH 2 Ph, a benzyl group, a butoxycarbonylmethyl group, a carboxymethyl group, and an aminocarbonylmethyl group, and Ph is a phenyl group.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 유기물은 벤젠링 자체에 수소, 메틸기, 에틸기, CH2Ph, 벤질기, 부톡시카르보닐메틸기, 카르복실메틸기, 아미노카르보닐메틸기 또는 할로겐족 원소가 치환된 것일 수 있다.In the electrolyte solution for a redox flow battery according to the present invention, the organic substance is a benzene ring in which a hydrogen, a methyl group, an ethyl group, a CH 2 Ph, a benzyl group, a butoxycarbonylmethyl group, a carboxylmethyl group, an aminocarbonylmethyl group or a halogen group element Lt; / RTI >

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 유기물은, 상기 양극 작용기 및 음극 작용기가 벤젠링을 중심에 가지며, 벤젠링의 파라 위치와 오르토 위치에 상기 두 개의 작용기가 존재하는 것일 수 있다.In the electrolytic solution for a redox flow battery according to the present invention, the organic substance may be one in which the positive and negative electrode functional groups have a benzene ring at the center, and the two functional groups are present at the para position and the ortho position of the benzene ring.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 유기물은 4,4-비스(디에틸아미노)벤조페논, [1-(4-디메틸아미노)페닐]에탄온, 4-(디메틸아미노)벤조페논 및 [1-(3-디메틸아미노)페닐]에탄온 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In the electrolyte for a redox flow battery according to the present invention, the organic substance is at least one selected from the group consisting of 4,4-bis (diethylamino) benzophenone, [1- (4-dimethylamino) phenyl] ethanone, 4- And [1- (3-dimethylamino) phenyl] ethanone.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 용매는 수계 용매, 유기계 용매 또는 이들의 혼합물일 수 있다.In the electrolytic solution for a redox flow battery according to the present invention, the solvent may be an aqueous solvent, an organic solvent or a mixture thereof.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 수계 용매는 황산, 염산 또는 인산 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이고, 상기 유기계 용매는 아세토나이트릴, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸술폭사이드, 디메틸포름아미드, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, N-메틸-2-피롤리돈, 플루오로에틸렌카보네이트, 에탄올 및 메탄올 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.In the electrolytic solution for a redox flow battery according to the present invention, the aqueous solvent is one or a mixture of two or more kinds selected from sulfuric acid, hydrochloric acid or phosphoric acid. The organic solvent is selected from the group consisting of acetonitrile, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, And may be a mixture of one or two or more selected from the group consisting of sodium carbonate, sodium carbonate, sodium carbonate, sodium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, sodium carbonate,

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 유기물이 유기계 용매와 수계 용매의 혼합물에 용해될 수 있다.In the electrolytic solution for a redox flow battery according to the present invention, the organic substance may be dissolved in a mixture of an organic solvent and an aqueous solvent.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 전해액은 지지 전해질을 더 포함할 수 있다.In the electrolyte solution for a redox flow battery according to the present invention, the electrolyte solution may further include a supporting electrolyte.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 지지 전해질은 알킬암모늄계 염, 리튬염 및 소듐염으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.In the electrolytic solution for a redox flow battery according to the present invention, the supporting electrolyte may be selected from the group consisting of an alkylammonium salt, a lithium salt and a sodium salt.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 알킬암모늄계 염은, PF6, BF4, AsF6, ClO4, CF3SO3, CF3SO3, C(SO2CF3)3, N(CF3SO2)2 및 CH(CF3SO2)2 중에서 선택되는 하나의 음이온과, 테트라알킬암모늄 양이온에서 알킬이 메틸, 에틸, 부틸 또는 프로필인 암모늄 양이온의 조합으로 이루어질 수 있다.In the redox flow battery electrolyte according to the present invention, the alkyl ammonium salt, PF 6, BF 4, AsF 6, ClO 4, CF 3 SO 3, CF 3 SO 3, C (SO 2 CF 3) 3, N (CF 3 SO 2 ) 2 and CH (CF 3 SO 2 ) 2 , and a combination of ammonium cations in which alkyl is methyl, ethyl, butyl or propyl in the tetraalkylammonium cation.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 리튬염은, LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiCF3SO3, LiC(SO2CF3)3, LiN(CF3SO2)2 및 LiCH(CF3SO2)2 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.In the redox flow battery electrolyte according to the present invention, the lithium salt, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiClO 4, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 SO 3, LiC (SO 2 CF 3) 3, LiN ( CF 3 SO 2 ) 2 and LiCH (CF 3 SO 2 ) 2 .

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 소듐염은, NaPF6, NaBF4, NaAsF6, NaClO4, NaCF3SO3, NaCF3SO3, NaC(SO2CF3)3, NaN(CF3SO2)2 및 NaCH(CF3SO2)2 중에서 선택될 수 있다.In the redox flow battery electrolyte according to the present invention, the sodium salt, NaPF 6, NaBF 4, NaAsF 6, NaClO 4, NaCF 3 SO 3, NaCF 3 SO 3, NaC (SO 2 CF 3) 3, NaN ( CF 3 SO 2 ) 2 and NaCH (CF 3 SO 2 ) 2 .

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 유기물은 100 mV s-1의 주사속도로 0.01 M의 상기 유기물을 용해시켜 순환전류전압법으로 산화환원 반응을 확인하였을 때, 산화반응과 환원반응 각각의 피크 전류 (Peak current)가 확인되는 전압의 차이(Epa-Epc)가 1 V 이하일 수 있다.In the electrolytic solution for the redox flow battery according to the present invention, when the organic matter is dissolved in 0.01 M of the organic matter at a scanning rate of 100 mV s -1 and oxidation-reduction reaction is confirmed by the circulating current-voltage method, The difference (E pa -E pc ) between the voltages at which the respective peak currents are confirmed may be 1 V or less.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 유기물은 100 mV s-1의 주사속도로 0.01 M의 상기 유기물을 용해시켜 순환전류전압법으로 산화환원 반응을 확인하였을 때, 각각의 산화반응과 환원반응의 하프 웨이브포텐셜 (Half-wave potential)의 차이가 1.4 V 이상일 수 있다.In the electrolytic solution for the redox flow battery according to the present invention, when the organic matter was dissolved in 0.01 M of the organic matter at a scanning rate of 100 mV s -1 and the redox reaction was confirmed by the cyclic voltammetric method, The difference in the half-wave potential of the reduction reaction may be 1.4 V or more.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 하나의 전해액에는 100 mV s-1의 주사속도로 0.01 M의 상기 유기물을 용해시켜 순환전류전압법으로 산화환원 반응을 확인하였을 때, 각각의 산화반응과 환원반응의 하프 웨이브포텐셜의 차이가 1.4 V 이상인 상기 유기물이 용해되고, 다른 전해액에는 금속-리간드가 각각 용해될 수 있다.In the electrolytic solution for a redox flow battery according to the present invention, when 0.01 M of the organic matter was dissolved in one electrolyte at a scanning rate of 100 mV s -1 and the redox reaction was confirmed by the circulation current and voltage method, And the half-wave potential of the reduction reaction is 1.4 V or higher, and the metal-ligand can dissolve in the other electrolytic solution.

상기 전해액은, 분리막을 사이에 두고, 두 개의 다른 전해액이 용해되어 사용됩니다. 따라서, 이 경우에는 녹아있는 물질이 다른 두 개의 전해액의 조합을 의미합니다.)
The electrolyte is used by dissolving two different electrolytes, with the separator interposed therebetween. Therefore, in this case, the dissolved substance means a combination of two different electrolytes.)

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 전해액 중의 상기 유기물의 용해도는 0.1 M ~ 10 M일 수 있다.In the electrolytic solution for a redox flow battery according to the present invention, the solubility of the organic matter in the electrolytic solution may be 0.1 M to 10 M.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지에 있어서, 상기 전해액 중의 상기 유기물의 용해도는 1 M ~ 10 M일 수 있다.In the redox flow battery according to the present invention, the solubility of the organic material in the electrolytic solution may be 1 M to 10 M.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지는, 상기 유기물을 포함하는 전해액을 포함하는 것을 특징으로 한다.The redox flow battery according to the present invention is characterized by comprising an electrolyte solution containing the organic material.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지에 있어서, 상기 유기물을 포함하는 전해액이 양극 및 음극을 구성할 수 있다.In the redox flow battery according to the present invention, the electrolyte containing the organic material may constitute the positive electrode and the negative electrode.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지에 있어서, 상기 유기물을 포함하는 전해액을 양극으로 포함하고, 금속-리간드 화합물 및 음극활물질 중 적어도 하나를 포함하는 전해액을 음극으로 포함할 수 있다.In the redox flow battery according to the present invention, an electrolyte solution containing the organic material may be included as a cathode, and an electrolyte solution containing at least one of a metal-ligand compound and a negative electrode active material may be included as a cathode.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지에 있어서, 상기 유기물을 포함하는 금속-리간드 화합물을 포함하는 전해액을 음극으로 포함할 수 있다.In the redox flow battery according to the present invention, an electrolyte solution containing a metal-ligand compound containing the organic material may be contained as a negative electrode.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지에 있어서, 상기 음극은 음극활물질을 포함할 수 있다.In the redox flow battery according to the present invention, the negative electrode may include a negative electrode active material.

본 발명에 따른 전기화학적으로 안정하게 반응하는 유기물을 유기계 용매에 용해시켜 제조하는 레독스 플로우 전지용 전해액의 경우, 구동 전압이 기존 수계 시스템에 비하여 높을 뿐만 아니라, 활물질의 용해도가 기존의 유기계 전해액에 비해 다량 용해되어 기존 시스템에 비하여 고에너지 밀도 및 높은 작동전압을 가지는 전해액을 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 레독스 플로우 전지용 전해액은 안정한 전기화학적인 반응으로 인하여 산화환원 반응을 거듭하여 진행하여도 물질의 분해가 없이 안정적인 수명 특성을 나타낼 뿐만 아니라, 상호 오염을 막아주어, 보다 더 뛰어난 장기 수명 특성을 가지는 전지를 설계할 수 있다. 또한, 기존에 발표된 금속-리간드계의 활물질을 사용한 전해액에 비하여 전이금속종을 사용하지 않고 제조하기 때문에 제조 단가를 낮추는 것을 기대할 수 있다.
In the case of an electrolyte for a redox flow battery prepared by dissolving an electrochemically stable organic compound in an organic solvent according to the present invention, the driving voltage is higher than that of the conventional aqueous system, and the solubility of the active material is higher than that of the conventional organic electrolyte It is possible to provide an electrolytic solution having a high energy density and a high operating voltage as compared with conventional systems. In addition, the electrolytic solution for a redox flow battery of the present invention exhibits stable lifetime characteristics without decomposition of the material even when redox reaction is repeated due to stable electrochemical reaction, and also prevents mutual contamination, A battery having characteristics can be designed. In addition, since it is manufactured without using a transition metal species as compared with an electrolyte solution using a metal-ligand type active material, which is already disclosed, it is expected that the manufacturing cost can be lowered.

도 1은 실시예 1의 전해액을 이용한 순환전류전압법에 의한 전류-전압 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 2의 전해액을 이용한 순환전류전압법에 의한 전류-전압 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 3의 전해액을 이용한 순환전류전압법에 의한 전류-전압 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 4의 전해액을 이용한 순환전류전압법에 의한 전류-전압 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 3의 양극 전해액으로 적용할 시의 순환전류전압법에 의한 전류-전압 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 6는 실시예 3의 음극 전해액으로 적용할 시의 순환전류전압법에 의한 전류-전압 곡선을 나타낸 그래프이다.
FIG. 1 is a graph showing a current-voltage curve by a circulating current-voltage method using the electrolyte of Example 1. FIG.
2 is a graph showing a current-voltage curve by a circulating current-voltage method using the electrolyte of Example 2. FIG.
3 is a graph showing a current-voltage curve by a circulating current-voltage method using the electrolyte of Example 3;
4 is a graph showing a current-voltage curve by a circulating current-voltage method using the electrolyte of Example 4. Fig.
5 is a graph showing a current-voltage curve by a circulating current-voltage method when applied to a positive electrode electrolyte of Example 3;
FIG. 6 is a graph showing a current-voltage curve by a circulating current-voltage method when applied to a negative electrode electrolyte of Example 3. FIG.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In addition, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

본 발명의 레독스 플로우 전지용 전해액은, 용질 및 용매를 포함하는 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 용질은 전기화학적으로 안정하게 반응하는 레독스 커플 유기물을 포함하고, 상기 유기물은 하나 이상의 벤젠링을 포함하는 기본골격에 산화가 이루어지는 양극 작용기 및 환원이 이루어지는 음극 작용기를 포함하는 유기물인 것을 특징으로 한다.The electrolytic solution for a redox flow battery of the present invention is an electrolytic solution for a redox flow battery comprising a solute and a solvent, wherein the solute includes a redox couple organic compound that reacts electrochemically stably, And an anode functional group in which oxidation is carried out in the basic skeleton included therein and a cathode functional group in which reduction is carried out.

본 발명에 사용되는 유기물은, 양극 활물질 및 음극 활물질로서 양쪽에 모두 사용가능하여 양극 혹은 음극 전해질에 모두 용해시켜 사용할 수 있고, 충방전시에 1개 이상의 전자가 이동하고, 용액 내부에서 안정하여, 단일 활물질만으로도 완전지를 구성할 수 있는 장점이 있다.The organic material used in the present invention can be used as both a positive electrode active material and a negative electrode active material, and can be used in both positive and negative electrode electrolytes. When one or more electrons move during charging and discharging, There is an advantage in that the complete material can be constituted by a single active material alone.

상기 양극활물질의 경우, 양전해액에 용해시키는 산화환원쌍을 지칭하며, 산화환원쌍이 2개의 산화상태(oxidation state) 중 높은 쪽으로 변할 때, 즉, 산화가 일어날 때 충전이 되는 것을 의미한다. 상기 음극활물질의 경우, 음전해액에 용해시키는 산화환원쌍을 지칭하며, 산화환원쌍의 2개의 산화상태 중 낮은 쪽으로, 즉 환원될 때 충전이 되는 것을 의미한다.In the case of the positive electrode active material, it refers to a redox pair which dissolves in both electrolytes and means that the redox couple is charged when the oxidation-reduction pair changes to the higher one of two oxidation states, that is, oxidation occurs. In the case of the negative electrode active material, it refers to a redox couple which dissolves in a negative electrolyte and means that the redox pair is charged to the lower one of the two oxidation states, that is, when it is reduced.

본 발명에서 사용되는 유기물은 하나 이상의 벤젠링을 포함하는 기본골격에 산화가 이루어지는 양극 작용기 및 환원이 이루어지는 음극 작용기를 포함하는 음극 작용기인 두 개의 반응 작용기가 존재함으로써 음극과 양극 전해액 모두에서 사용이 가능하다. The organic material used in the present invention can be used in both the cathode and the anode electrolyte by the existence of two reactive functional groups, which are the anode functional groups including the anode functional groups in which the basic skeleton containing one or more benzene rings are oxidized and the cathode functional groups in which the reduction is performed Do.

상기 두 개의 작용기 중 음극의 작용기는 케톤계 작용기이며, 이는 낮은 전압에서 산화환원반응을 진행하여 음극의 작용기로 사용가능한 것으로서, 케톤계 작용기는 전기화학적 환원이 상당히 낮은 전압에서 일어나므로, 양극물질과 조합하게 되면 상당히 높은 작동 전압을 기대할 수 있다. 나머지 하나의 작용기는 아민계 작용기로서, 높은 전압에서 산화 환원 반응을 진행할 수 있으며 양극 작용기로 사용가능하고, 상기 유기물은 NR1R2-Ph-CO-Ph-NR3R4, R1-CO-Ph-NR2-Ph-CO-R3 또는 R1-CO-Ph-NR2R3의 구조식을 갖는 것으로서, 상기 구조식에서 R1 내지 R4는 각각 수소, 메틸기, 에틸기, CH2Ph, 벤질기, 부톡시카르보닐메틸기, 카르복실메틸기 및 아미노카르보닐메틸기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기들일 수 있고, 상기 Ph는 페닐기이다.Among the two functional groups, the functional group of the negative electrode is a ketone functional group, which can be used as a functional group of the negative electrode by performing a redox reaction at a low voltage. Since the electrochemical reduction occurs at a considerably low voltage, When combined, a significantly higher operating voltage can be expected. The remaining one functional group is an amine functional group, which can undergo redox reaction at a high voltage and can be used as an anode functional group. The organic material is NR 1 R 2 -Ph-CO-Ph-NR 3 R 4 , R 1 -CO-Ph-NR 2 -Ph-CO-R 3 or R 1 -CO-Ph-NR 2 R 3 , wherein R 1 to R 4 are each hydrogen, a methyl group, CH 2 Ph, a benzyl group, a butoxycarbonylmethyl group, a carboxymethyl group, and an aminocarbonylmethyl group, and Ph is a phenyl group.

본 발명에 사용되는 상기 유기물은 벤젠링 자체에 수소, 메틸기, 에틸기, CH2Ph, 벤질기, 부톡시카르보닐메틸기, 카르복실메틸기, 아미노카르보닐메틸기 또는 할로겐족 원소가 치환된 것일 수 있다.The organic material used in the present invention may be one in which the benzene ring itself is substituted with hydrogen, a methyl group, an ethyl group, CH 2 Ph, a benzyl group, a butoxycarbonylmethyl group, a carboxylmethyl group, an aminocarbonylmethyl group or a halogen group element.

본 발명에 사용되는 상기 유기물은 양극 작용기 및 음극 작용기가 벤젠링을 중심에 가지며, 벤젠링의 파라 위치와 오르토 위치에 상기 두 개의 작용기가 존재할 수 있다.In the organic material used in the present invention, the anode functional group and the cathode functional group have a benzene ring at the center, and the two functional groups may exist at the para position and the ortho position of the benzene ring.

본 발명에 사용되는 상기 유기물은, 그 종류에 특별히 한정이 없고, 예를 들면 4,4-비스(디에틸아미노)벤조페논, [1-(4-디메틸아미노)페닐]에탄온, 4-(디메틸아미노)벤조페논 및 [1-(3-디메틸아미노)페닐]로 이루어지는 군으로부터 1종 이상을 사용할 수 있다.The organic material to be used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include 4,4-bis (diethylamino) benzophenone, [1- (4-dimethylamino) phenyl] ethanone, 4- Dimethylamino) benzophenone and [1- (3-dimethylamino) phenyl] can be used.

본 발명의 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서, 상기 유기물을 용해시킬 용매로는 수계 용매, 유기계 용매 또는 이들의 혼합물일 수 있다.In the electrolytic solution for the redox flow battery of the present invention, the solvent to dissolve the organic material may be an aqueous solvent, an organic solvent, or a mixture thereof.

상기 유기물의 용해도 등을 극대화하기 위하여, 상기 수계용매는 황산, 염산 또는 인산 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 유기계 용매는 아세토나이트릴, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸술폭사이드, 디메틸포름아미드, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, N-메틸-2-피롤리돈, 플루오로에틸렌카보네이트, 에탄올 및 메탄올 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 여기에, 전해액에 전도도를 부가적으로 부여하기 위하여 지지 전해질을 첨가하는데, 지지 전해질의 경우, 알킬암모늄염계의 지지전해질, 리튬염계의 지지 전해질, 소듐염계의 지지 전해질 중 적어도 하나가 사용되는 것이 효과적이다.In order to maximize the solubility of the organic material, the aqueous solvent preferably contains at least one of sulfuric acid, hydrochloric acid and phosphoric acid. The organic solvent may be at least one selected from the group consisting of acetonitrile, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dimethylsulfoxide, Amide, propylene carbonate, ethylene carbonate, N-methyl-2-pyrrolidone, fluoroethylene carbonate, ethanol and methanol. Here, a supporting electrolyte is added in order to additionally impart conductivity to the electrolytic solution. In the case of the supporting electrolyte, it is effective that at least one of an alkylammonium salt-based supporting electrolyte, a lithium salt-based supporting electrolyte and a sodium salt- to be.

상기 지지 전해질은 알킬암모늄계 염, 리튬염 및 소듐염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The supporting electrolyte may be at least one selected from the group consisting of an alkylammonium salt, a lithium salt and a sodium salt.

본 발명에 사용되는 알킬암모늄계 염은, PF6, BF4, AsF6, ClO4, CF3SO3, CF3SO3, C(SO2CF3)3, N(CF3SO2)2 및 CH(CF3SO2)2 중에서 선택되는 하나의 음이온과, 테트라알킬암모늄 양이온에서 알킬이 메틸, 에틸, 부틸 또는 프로필인 암모늄 양이온의 조합으로 이루어질 수 있다.Alkyl ammonium salt used in the present invention, PF 6, BF 4, AsF 6, ClO 4, CF 3 SO 3, CF 3 SO 3, C (SO 2 CF 3) 3, N (CF 3 SO 2) 2 And CH (CF 3 SO 2 ) 2 , and a combination of ammonium cations in which alkyl is methyl, ethyl, butyl or propyl in the tetraalkylammonium cation.

본 발명에 사용되는 리튬염은, LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiCF3SO3, LiC(SO2CF3)3, LiN(CF3SO2)2 및 LiCH(CF3SO2)2 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The lithium salt used in the present invention, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiClO 4, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 SO 3, LiC (SO 2 CF 3) 3, LiN (CF 3 SO 2) 2 and LiCH (CF 3 SO 2 ) 2 .

본 발명에 사용되는 소듐염은, NaPF6, NaBF4, NaAsF6, NaClO4, NaCF3SO3, NaCF3SO3, NaC(SO2CF3)3, NaN(CF3SO2)2 및 NaCH(CF3SO2)2 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.Sodium salt used in the present invention, NaPF 6, NaBF 4, NaAsF 6, NaClO 4, NaCF 3 SO 3, NaCF 3 SO 3, NaC (SO 2 CF 3) 3, NaN (CF 3 SO 2) 2 and NaCH (CF 3 SO 2 ) 2 .

본 발명에 사용되는 유기물 중 1종 이상을 선정하여 양극활물질 또는 음극활물질로 사용할 수 있으며, 이렇게 조합한 각각의 산화 및 환원으로부터 얻어지는 작동전압이 수계의 최대 작동전압인 1.23 V보다 높아야 에너지 밀도 측면에서 바람직하다. At least one of the organic materials used in the present invention may be selected and used as a cathode active material or an anode active material. The operating voltage obtained from each combination of oxidation and reduction should be higher than 1.23 V, which is the maximum operating voltage of the water system, desirable.

따라서, 음극 전해액의 환원 최대전위가 Fc/Fc+(페로센/Ferrocenium) 기준전극 대비 각각 -2.0 V 보다 더 음의 값을 갖고, 양극 전해액의 산화 최대전위가 Fc/Fc+ 기준전극 대비 0 V보다 더 양의 값을 가지는 것이 바람직하고, 상기 유기물을 상기 용매에 용해한 음전해액과 상기 유기물을 상기 용매에 용해한 양전해액 간의 산화반응과 환원반응의 전압차이가 1.4V 이상인 것이 바람직하다. 또한, 이의 피크 전류가 확인되는 전압의 차이가 1V보다 낮은 것이 바람직하다. 이는 이 전압의 차이에서 실제 셀에서의 충방전시의 에너지 손실이 발생하여 에너지 효율이 낮아지기 때문이다.Therefore, when the reduction maximum potential of the cathode electrolyte is more negative than -2.0 V than the Fc / Fc + (ferrocene / ferrocenium) reference electrode and the maximum oxidation potential of the anode electrolyte is more than 0 V It is preferable that the voltage difference between the oxidation reaction and the reduction reaction between the negative electrode electrolyte dissolved in the solvent and the positive electrode electrolyte dissolved in the solvent is 1.4 V or more. It is also preferable that the difference in voltage at which the peak current thereof is confirmed is lower than 1V. This is because the difference in the voltage causes energy loss during charging and discharging in the actual cell, resulting in lower energy efficiency.

또한 상기 유기물 중 1종만을 단일 활물질만으로 전해액을 제조하여 사용할 수 있으며, 이 경우에 전압이 1.23 V 이상으로 구동될 수 있다.In addition, only one of the organic materials may be used as an electrolyte solution by using only a single active material. In this case, the voltage may be 1.23 V or more.

또한, 모든 산화환원 쌍은 전기화학적 가역성이 높아서 산화전위와 환원전위간의 차이가 작아야 한다. 그렇지 않은 경우에는 완전지 구성시에 충전 및 방전시의 전압차이가 커져서 에너지 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 음극활물질과 양극활물질의 각각의 반응에서 발생하는 산화 및 환원반응이 발생하는 전압(peak potential)의 차이가 작아야 한다. In addition, all redox pairs are highly electrochemically reversible so that the difference between the oxidation potential and the reduction potential should be small. Otherwise, the voltage difference at the time of charge and discharge in the complete construction becomes large, and energy efficiency may be lowered. Accordingly, the difference in peak potential between the anode active material and the cathode active material, in which oxidation and reduction reactions occur, must be small.

따라서, 본 발명에서, 이를 확인하기 위한 가장 대표적인 전기화학 분석법인 순환전압전류법(Cyclic Voltammetry)으로 0.01M의 농도를 가지는 상기 유기물을 100 mV s-1의 주사속도로 산화환원 반응을 확인하였을 때, 상기 산화환원 반응 각각의 피크 전류(Peak current)가 확인되는 전압의 차이(Epa-Epc)가 1V 이하인 것이 바람직하다. 이는 이 전압의 차이에서 실제 셀에서 발현되는 에너지 효율에 있어서, 이 전압의 차이가 작은 것이 에너지 효율에 바람직하기 때문이다.Therefore, in the present invention, when the redox reaction is confirmed by the cyclic voltammetry, which is the most typical electrochemical analysis method for confirming this, at a scanning rate of 100 mV s -1 at a concentration of 0.01 M , And the difference (E pa -E pc ) of the voltage at which the peak current of each of the redox reactions is confirmed is preferably 1 V or less. This is because, in the energy efficiency expressed in a real cell at the difference of this voltage, a small difference of this voltage is preferable for energy efficiency.

또한, 본 발명에서, 순환전압전류법(Cyclic Voltammetry)으로 0.01M의 농도를 가지는 상기 유기물을 100 mV s-1의 주사속도로 산화환원 반응을 확인하였을 때, 상기 산화환원 반응 각각의 하프 웨이브포텐셜(Half-wave potential)이 확인되는 전압의 차이(Epa-Epc)가 1.4V 이상인 것이 바람직하다.In the present invention, when the redox reaction is confirmed at a scanning rate of 100 mV s < -1 > by the cyclic voltammetry, (E pa -E pc ) of the voltage at which the half-wave potential is confirmed is preferably 1.4 V or more.

또한, 본 발명에서, 하나의 전해액에는 100 mV s-1의 주사속도로 0.01 M의 상기 유기물을 용해시켜 순환전류전압법으로 산화환원 반응을 확인하였을 때, 각각의 산화반응과 환원반응의 하프 웨이브포텐셜의 차이가 1.4V 이상인 유기물이 용해되고, 다른 전해액에는 금속-리간드가 각각 용해되는 것이 바람직하다.In the present invention, when 0.01 M of the organic matter is dissolved in one electrolyte at a scanning rate of 100 mV s -1 and the redox reaction is confirmed by the circulating current and voltage method, the half wave of each oxidation reaction and the reduction reaction It is preferable that the organic matter having a potential difference of 1.4 V or more is dissolved and the metal-ligand is dissolved in the other electrolytic solution, respectively.

본 발명의 레독스 플로우 전지용 전해액에서, 상기 유기물의 용해도는 0.1M 내지 10 M인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 1M 내지 10 M인 것이 효과적이다. 상기 전해액에 용해되는 유기물의 농도가 0.1M 이상이 되면, 기존의 유기 전해액 기반 시스템에 비하여 유리하나, 실제로 상업적으로 바나듐 계열의 수계 시스템보다 높은 에너지 밀도를 가지려면, 1M 이상의 유기물이 용해되어 있는 것이 바람직하다. 0.1M 미만인 경우에는, 에너지밀도가 현저히 낮아 본 발명의 효과를 구현하기 어려운 문제가 있으며, 10M을 초과하는 과한 용해도를 가지는 전해액을 제조할 경우 점도가 높아 전해액의 펌핑이 어려워지고, 과포화된 용액에서의 유기물의 침전이 발생할 수 있다.In the electrolytic solution for a redox flow battery of the present invention, the solubility of the organic material is preferably 0.1 M to 10 M, and more preferably 1 M to 10 M. When the concentration of the organic substance dissolved in the electrolyte is more than 0.1 M, it is advantageous in comparison with the conventional organic electrolyte-based system. However, in order to have a higher energy density than the vanadium-based aqueous system, desirable. When the electrolyte solution having an excessively high solubility of more than 10 M is produced, the viscosity of the electrolyte solution is high and the pumping of the electrolyte solution becomes difficult. In the case of the supersaturated solution, Of organic matter may occur.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지는, 상기 유기물을 포함하는 전해액을 포함하는 것을 특징으로 한다.The redox flow battery according to the present invention is characterized by comprising an electrolyte solution containing the organic material.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지에 있어서, 상기 유기물을 포함하는 전해액이 양극 및 음극을 구성할 수 있다.In the redox flow battery according to the present invention, the electrolyte containing the organic material may constitute the positive electrode and the negative electrode.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지에 있어서, 상기 유기물을 포함하는 전해액을 양극으로 포함하고, 금속-리간드 화합물 및 음극활물질 중 적어도 하나를 포함하는 전해액을 음극으로 포함할 수 있다.In the redox flow battery according to the present invention, an electrolyte solution containing the organic material may be included as a cathode, and an electrolyte solution containing at least one of a metal-ligand compound and a negative electrode active material may be included as a cathode.

상기 금속-리간드 화합물로는 금속-아세틸아세토네이트 계열의 물질, 금속-바이페닐 계열의 물질, 금속-테트라덴테이트테트라데케인계의 질소 리간드 계열 물질 중 적어도 하나를 사용하는 것이 바람직하다.As the metal-ligand compound, it is preferable to use at least one of a metal-acetylacetonate-based material, a metal-biphenyl-based material, and a metal-tetradentate tetradecane based nitrogen ligand-based material.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지에 있어서, 상기 유기물을 포함하는 금속-리간드 화합물을 포함하는 전해액을 음극으로 포함할 수 있다.In the redox flow battery according to the present invention, an electrolyte solution containing a metal-ligand compound containing the organic material may be contained as a negative electrode.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지에 있어서, 상기 음극은 음극활물질을 포함할 수 있다.In the redox flow battery according to the present invention, the negative electrode may include a negative electrode active material.

또한, 여기에, 상기 용매를 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, it is characterized in that it includes the above-mentioned solvent.

즉, 본 발명은, 용매 및 용질을 포함한 레독스 플로우 전지용 전해액으로서, 용질이 전기화학적으로 안정하게 반응하는 유기물을 포함하고 있으며, 반응시 1개 이상의 전자가 이동하며, 안정적으로 용매 내부에 용해되어 있는 레독스 플로우 전지용 전해액 및 이를 이용하 레독스 플로우 전지에 관한 것이다.That is, the present invention is an electrolyte solution for a redox flow cell including a solvent and a solute, wherein the solute includes an organic substance that electrochemically stably reacts, and at least one electron moves during the reaction and is dissolved in the solvent stably The present invention relates to a redox flow cell electrolyte and a redox flow battery using the same.

이하의 본 발명의 일 구현예에서는 유기물을 유기용매에 용해시키는 제조공정과 전해액을 포함하고, 상기 화합물의 산화 환원 반응이 진행될 때, 1개 이상의 전자가 이동하며, 안정적인 라디칼의 전기화학적 생성으로 인하여, 전해액 내부에서 안정한 상태로 존재한다. 이는 곧 전해질 내에서 침전이 일어나지 않음을 의미한다.In one embodiment of the present invention, an organic solvent is dissolved in an organic solvent, and an electrolytic solution. When the redox reaction of the compound proceeds, one or more electrons move, and electrochemical generation of stable radicals , And exist in a stable state in the electrolyte solution. This means that no precipitation occurs in the electrolyte.

이하에서는, 본 발명의 레독스 플로우 전지용 전해액 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지의 우수성을 입증하기 위하여, 본 발명의 일실시예와 비교예에 대한 다양한 실험을 실시하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
Hereinafter, in order to verify the superiority of the electrolytic solution for a redox flow battery of the present invention and the redox flow battery comprising the redox flow battery of the present invention, various experiments were conducted on one embodiment and comparative example of the present invention.

실시예Example 1 내지 8 및  1 to 8 and 비교예Comparative Example 1 내지 2 1 to 2

실시예Example 1. (4,4- 1. (4,4- 비스(디에틸아미노)벤조페논을Bis (diethylamino) benzophenone was reacted with 포함하는 전해액) Containing electrolyte)

시그마알드리치 사에서 구입한 4,4-비스(디에틸아미노)벤조페논을 테트라플루오르붕산화 테트라에틸암모늄이 포함된 프로필렌카보네이트 용액에 0.01M 용해하여 전해액을 제조하였다.
0.01 mol of 4,4-bis (diethylamino) benzophenone purchased from Sigma-Aldrich Co. was dissolved in a propylene carbonate solution containing tetrafluoroborated tetraethyl ammonium to prepare an electrolytic solution.

실시예Example 2. ([1-(4-디메틸아미노) 2. ([1- (4-Dimethylamino) 페닐Phenyl ]] 에탄온을 Ethanone 포함하는 전해액)Containing electrolyte)

시그마알드리치 사에서 구입한 [1-(4-디메틸아미노)페닐에탄온을 테트라플루오르붕산화 테트라에틸암모늄이 포함된 프로필렌카보네이트 용액에 0.01M 용해하여 전해액을 제조하였다.
0.01 mol of [1- (4-dimethylamino) phenylethanone purchased from Sigma-Aldrich Corporation was dissolved in a propylene carbonate solution containing tetraethylboron trifluoride to prepare an electrolytic solution.

실시예Example 3. (4-(디메틸아미노) 3. (4- (Dimethylamino) 벤조페논을Benzophenone 포함하는 전해액) Containing electrolyte)

시그마알드리치 사에서 구입한 4-(디메틸아미노)벤조페논을 테트라플루오르붕산화 테트라에틸암모늄이 포함된 프로필렌카보네이트 용액에 0.01M 용해하여 전해액을 제조하였다.
0.01 mol of 4- (dimethylamino) benzophenone purchased from Sigma-Aldrich Co. was dissolved in a propylene carbonate solution containing tetrafluoroborated tetraethyl ammonium to prepare an electrolytic solution.

실시예Example 4. ([1-(3-디메틸아미노) 4. ((1- (3-Dimethylamino) 페닐Phenyl ]] 에탄온을Ethanone 포함하는 전해액) Containing electrolyte)

시그마알드리치 사에서 구입한 [1-(3-디메틸아미노)페닐에탄온을 테트라플루오르붕산화 테트라에틸암모늄이 포함된 프로필렌카보네이트 용액에 0.01M 용해하여 전해액을 제조하였다.
0.01 mol of [1- (3-dimethylamino) phenylethanone purchased from Sigma-Aldrich Co. was dissolved in a propylene carbonate solution containing tetraethylboron tetrafluoroborate to prepare an electrolytic solution.

실시예Example 5. (4,4- 5. (4,4- 비스(디에틸아미노)벤조페논의Bis (diethylamino) benzophenone 용해도 실험) Solubility experiment)

시그마알드리치 사에서 구입한 4,4-비스(디에틸아미노)벤조페논을 테트라플루오르붕산화 테트라에틸암모늄이 포함된 프로필렌카보네이트 용액에 최대한 용해하여 전해액을 제조하였다.
4,4-bis (diethylamino) benzophenone purchased from Sigma-Aldrich was dissolved in a propylene carbonate solution containing tetrafluoroborated tetramethylammonium tetrafluoroborate as much as possible to prepare an electrolytic solution.

실시예Example 6. ([1-(4-디메틸아미노) 6. ([1- (4-Dimethylamino) 페닐에탄온의Phenylethanone 용해도 실험) Solubility experiment)

시그마알드리치 사에서 구입한 [1-(4-디메틸아미노)페닐에탄온을 테트라플루오르붕산화 테트라에틸암모늄이 포함된 프로필렌카보네이트 용액에 최대한 용해하여 전해액을 제조하였다.
The electrolyte solution was prepared by dissolving [1- (4-dimethylamino) phenylethanone purchased from Sigma-Aldrich Co. in a propylene carbonate solution containing tetraethylboron tetrafluoroborate as much as possible.

실시예Example 7. (4-(디메틸아미노) 7. (4- (Dimethylamino) 벤조페논의Benzophenone 용해도 실험) Solubility experiment)

시그마알드리치 사에서 구입한 4-(디메틸아미노)벤조페논을 테트라플루오르붕산화 테트라에틸암모늄이 포함된 프로필렌카보네이트 용액에 최대한 용해하여 전해액을 제조하였다.
4- (dimethylamino) benzophenone purchased from Sigma-Aldrich was dissolved in a propylene carbonate solution containing tetraethylboron tetrafluoroborate as much as possible to prepare an electrolytic solution.

실시예Example 8. ([1-(3-디메틸아미노) 8. ([1- (3-Dimethylamino) 페닐에탄온의Phenylethanone 용해도 실험) Solubility experiment)

시그마알드리치 사에서 구입한 [1-(3-디메틸아미노)페닐에탄온을 테트라플루오르붕산화 테트라에틸암모늄이 포함된 프로필렌카보네이트 용액에 최대한 용해하여 전해액을 제조하였다.
The electrolyte solution was prepared by dissolving [1- (3-dimethylamino) phenylethanone purchased from Sigma-Aldrich Co. in a propylene carbonate solution containing tetrafluoroborated tetramethylammonium as much as possible.

비교예Comparative Example 1. ( One. ( VOSOVOSO 44 를 포함하는 수계 전해액)Based electrolytic solution)

C. Ponce de Le´on이 2006년에 발표한 논문 Journal of Power Sources, 160, 716-32에서 발췌한 데이터를 기준으로 에너지 밀도를 계산하였다.
A paper published by C. Ponce de Le'on in 2006 Journal of Power Energy densities were calculated based on data extracted from Sources , 160 , 716-32.

비교예Comparative Example 2. ( 2. ( 티안트렌을Thian Torren 포함하는 전해액) Containing electrolyte)

시그마알드리치 사에서 구입한 티안트렌을 테트라플루오르붕산화 테트라에틸암모늄이 포함된 프로필렌카보네이트 용액에 0.01M 용해하여 전해액을 제조하였다.
0.01 M of thianthrene purchased from Sigma-Aldrich was dissolved in a propylene carbonate solution containing tetra-fluoroborated tetraethyl ammonium to prepare an electrolytic solution.

순환전압전류법(Cyclic voltammetry method CyclicCyclic VoltammetryVoltammetry ))

[전해액의 반응 전압 확인][Confirmation of Reaction Voltage of Electrolyte]

상기 실시예 1~3에서 얻은 전해액을 사용하고, 전위 주사 속도를 100 mV s-1로 하여 실험을 진행하였다. 유기전해액에서의 정확한 전압 결정을 위하여 기준 전극(internal reference)으로 페로센을 사용하였고, 작동전극으로는 글래시 카본 전극을, 카운터전극으로는 백금을, 상대 전극(quasi-reference)으로는 은 전극을 사용하였다. 이들을 이용하여 전기화학 셀을 구성하여 순환전압전류법 실험을 진행하였다. 본 실험의 경우 음의 전압 방향으로 주사를 먼저 진행하여 실험을 진행하였으며, 실시예 3의 경우 음의 방향으로 먼저 전압을 주사하여 산화환원 반응을 확인하고, 양의 방향으로 먼저 주사하여 산화환원 반응을 확인하여 실제 물질이 개별적으로도 산화나 환원이 가능한지를 확인하였다.
Experiments were conducted using the electrolytes obtained in Examples 1 to 3 and the potential scanning speed of 100 mV s -1 . Ferrocene was used as an internal reference for precise voltage determination in organic electrolytes. A glacier carbon electrode was used as the working electrode, platinum was used as the counter electrode, and a silver electrode was used as the quasi-reference electrode. Respectively. The electrochemical cell was constructed using these materials and the cyclic voltammetry experiment was carried out. In the case of this experiment, the scan was first performed in the negative voltage direction. In the case of Example 3, the redox reaction was confirmed by first injecting the voltage in the negative direction, and the redox reaction was first confirmed in the positive direction. , It was confirmed whether the actual substances could be oxidized or reduced individually.

[활물질의 반응 전압 확인][Determination of Reaction Voltage of Active Material]

실시예 1의 경우 페로센 대비 환원 반응이 -2.7 V, 산화 반응이 약 1.5 V 가량에서 확인이 되며, 셀의 작동 전압이 4 V에서 형성됨을 확인하였다. 실시예 2의 경우, 페로센 대비 환원 반응이 -2.4 V, 산화 반응이 0.5 V에서 형성이 되며, 셀의 작동 전압이 2.9 V에서 형성됨을 확인하였다. 실시예 3의 경우, 페로센 대비 환원 반응이 -2 V, 산화 반응이 0.7 V에서 형성이 되며, 셀의 작동 전압이 2.7 V에서 형성됨을 확인하였다. 실시예 4의 경우 페로센 대비 환원 반응이 -2.6 V, 산화 반응이 0.4 V에서 형성이 되며, 셀의 작동 전압이 3 V에서 형성됨을 확인하였다.
In Example 1, the reduction reaction was confirmed to be -2.7 V versus the ferrocene, the oxidation reaction was confirmed at about 1.5 V, and the operating voltage of the cell was formed at 4 V. In the case of Example 2, it was confirmed that the reduction reaction to ferrocene was formed at -2.4 V, the oxidation reaction was performed at 0.5 V, and the cell operating voltage was formed at 2.9 V. In the case of Example 3, it was confirmed that the reduction reaction was -2 V with respect to the ferrocene, the oxidation reaction was formed at 0.7 V, and the operating voltage of the cell was formed at 2.7 V. In the case of Example 4, it was confirmed that the reduction reaction was -2.6 V versus the ferrocene, the oxidation reaction was formed at 0.4 V, and the cell operating voltage was formed at 3 V.

[전해액의 용해도 및 하프-웨이브 포텐셜을 이용한 전압 및 에너지밀도 비교][Comparison of Voltage and Energy Density Using Solubility and Half-Wave Potential of Electrolyte]

상기 실시예 1~4와 비교예 2의 전해액의 최대 용해도와 실시예 1~4와 비교예 2의 전해액에 대해 확인한 E0와 유사한 값을 가진다고 가정할 수 있는 하프-웨이브 포텐셜을 표 1에 기재하였다. 이것과 비교예 1을 각각 예측한 셀의 구동전압과, 용해도를 통하여 에너지 밀도를 비교하였다. 에너지 밀도의 비교 결과는 하기 표 2에 나타내었다.The half-wave potential, which can be assumed to have a value similar to the maximum solubility of the electrolytes of Examples 1 to 4 and Comparative Example 2 and E 0 determined for the electrolytes of Examples 1 to 4 and Comparative Example 2, is shown in Table 1 Respectively. The energy density was compared through the solubility and the driving voltage of the cell predicted from this and Comparative Example 1, respectively. The comparison results of energy density are shown in Table 2 below.

용해도 / MSolubility / M 환원restoration 산화Oxidation 하프-웨이브 포텐셜
/ V (vs. Fc/Fc+)
Half-wave potential
/ V ( vs. Fc / Fc + )
하프-웨이브 포텐셜
/ V (vs. Fc/Fc+)
Half-wave potential
/ V ( vs. Fc / Fc + )
실시예 1, 5Examples 1 and 5 0.20.2 -2.7-2.7 1.31.3 실시예 2, 6Examples 2 and 6 1One -2.4-2.4 0.50.5 실시예 3, 7Examples 3 and 7 0.50.5 -2-2 0.70.7 실시예 4, 8Examples 4 and 8 1.51.5 -2.6-2.6 0.40.4 비교예 2Comparative Example 2 0.10.1 -- 0.050.05

표 1에 나타낸 바와 같이, 동일한 유기계 용매를 적용하여 제조한 전해액이라도, 본 발명에 따른 유기물의 경우, 더 높은 용해도를 가져서 레독스 플로우 전지의 전해액으로 사용하였을 때, 더 높은 용량을 발현할 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 2와 실시예 1~4의 전해액을 비교하여 보았을 때에, 비교예 2와 같이 산화만 단독적으로 발생하는 물질의 경우, 이에 상응하는 용량을 가질 수 있는 음극 전해액을 동시에 같이 사용해야 하는 문제점으로 인해, 상호 오염으로 인한 퇴화가 발생할 가능성이 높으나, 실시예 1~4의 경우 단독 전해액을 사용하여 양극과 음극 전해액에 모두 적용하는 특성을 보이므로, 상호 오염을 방지할 수 있고, 이를 통하여 더 나은 전지의 수명 특성을 기대할 수 있다.As shown in Table 1, even in the case of an electrolyte prepared by applying the same organic solvent, the organic material according to the present invention has higher solubility and can exhibit a higher capacity when used as an electrolyte of a redox flow cell . In addition, when the electrolytes of Comparative Example 2 and Examples 1 to 4 are compared, in the case of a substance which is generated only by oxidation as in Comparative Example 2, a problem that a cathode electrolyte capable of having a capacity corresponding thereto is used at the same time , It is highly likely to be degraded due to mutual contamination. In the case of Examples 1 to 4, however, it is possible to prevent mutual contamination because it is applied to both the anode and the cathode electrolytic solution by using a single electrolyte solution. The lifetime characteristics of a better battery can be expected.

조합Combination 용해도 / M Solubility / M 1전자1 electron 에너지밀도 / Wh L-1 Energy density / Wh L -1 작동 전압 / VOperating Voltage / V 실시예 1Example 1 0.20.2 44 17.217.2 실시예 2Example 2 1One 2.92.9 38.938.9 실시예 3Example 3 0.50.5 2.72.7 18.118.1 실시예 4Example 4 1.51.5 33 60.360.3 비교예 1Comparative Example 1 1One 1.261.26 16.516.5

표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 단일 유기물 활물질로 구성된 셀들을 통하여 비교예 1과 비교해보면, 현재 수계 시스템에서 잘 알려진 전바나듐계 전지의 문헌에서 보고한 수치를 기반으로 계산된 에너지 밀도를 다른 실시예들과 비교하였을 때, 실시예 1~4의 경우 수계 전바나듐계 전지인 비교예 1에 비하여 에너지 밀도가 상당히 높은 것을 알 수 있다. 특히 실시예 1은 전압이 4V로 매우 높아 출력특성이 우수한 전지를 설계할 수 있음을 알 수 있다.As shown in Table 2, compared to Comparative Example 1 through the cells composed of the single organic active material of the present invention, the energy density calculated on the basis of the values reported in the literature of the entire vanadium- Compared with the examples, it can be seen that the energy densities of Examples 1 to 4 are significantly higher than those of Comparative Example 1, which is a pre-aqueous vanadium-based battery. In particular, it can be seen that Embodiment 1 can design a battery having an excellent output characteristic because the voltage is as high as 4V.

또한, 실시예 3의 물질을 사용하여 양의 전압으로 주사를 먼저 진행하고, 음극 전압으로 먼저 주사를 진행하는 두 개의 개별적인 순환전압전류실험을 진행한 결과, 도 5 및 도 6과 같이 이의 독립적인 산화환원 반응을 관찰할 수 있었다.As a result of conducting two separate cyclic voltammetric experiments in which the material of Example 3 was used to scan first with a positive voltage and then scan first with a negative voltage, Redox reaction was observed.

Claims (23)

용질 및 용매를 포함하는 레독스 플로우 전지용 전해액에 있어서,
상기 용질은 전기화학적으로 안정하게 반응하는 레독스 커플 유기물을 포함하고, 상기 유기물은 하나 이상의 벤젠링을 포함하는 기본골격에 산화가 이루어지는 양극 작용기 및 환원이 이루어지는 음극 작용기를 포함하는 유기물인, 레독스 플로우 전지용 전해액.
An electrolytic solution for a redox flow battery comprising a solute and a solvent,
Wherein the solute comprises a redox couple organic material that reacts electrochemically stably and wherein the organic material is an organic material comprising an anode functional group where oxidation occurs at a basic skeleton containing at least one benzene ring and a cathode functional group where reduction is performed, Electrolyte for flow cell.
제 1항에 있어서,
상기 유기물에 포함되는 상기 음극 작용기는 케톤계 작용기인, 레독스 플로우 전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the negative electrode functional group contained in the organic material is a ketone-based functional group.
제 1항에 있어서,
상기 유기물에 포함되는 상기 양극 작용기는 아민계 작용기인, 레독스 플로우 전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the anode functional group contained in the organic material is an amine-based functional group.
제 1항에 있어서,
상기 유기물은 NR1R2-Ph-CO-Ph-NR3R4, R1-CO-Ph-NR2-Ph-CO-R3 또는 R1-CO-Ph-NR2R3의 구조식(여기서, Ph는 페닐)을 갖는 것으로서, 상기 구조식에서 R1 내지 R4는 각각 수소, 메틸기, 에틸기, CH2Ph, 벤질기, 부톡시카르보닐메틸기, 카르복실메틸기 및 아미노카르보닐메틸기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기들인, 레독스 플로우 전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the organic material is selected from the group consisting of NR 1 R 2 -Ph-CO-Ph-NR 3 R 4 , R 1 -CO-Ph-NR 2 -Ph-CO-R 3 , or R 1 -CO-Ph-NR 2 R 3 of the formula as having a (wherein, Ph is phenyl), wherein in the formula R 1 to R 4 is Are each at least one substituent selected from the group consisting of hydrogen, methyl, ethyl, CH 2 Ph, benzyl, butoxycarbonylmethyl, carboxylmethyl and aminocarbonylmethyl.
제 1항에 있어서,
상기 유기물은 벤젠링 자체에 수소, 메틸기, 에틸기, CH2Ph, 벤질기, 부톡시카르보닐메틸기, 카르복실메틸기, 아미노카르보닐메틸기 또는 할로겐족 원소가 치환된 것인, 레독스 플로우 전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the organic substance is one in which the benzene ring itself is substituted with hydrogen, a methyl group, an ethyl group, a CH 2 Ph, a benzyl group, a butoxycarbonylmethyl group, a carboxylmethyl group, an aminocarbonylmethyl group or a halogen group element.
제 1항에 있어서,
상기 유기물은, 상기 양극 작용기 및 음극 작용기가 벤젠링을 중심에 가지며, 벤젠링의 파라 위치와 오르토 위치에 상기 두 개의 작용기가 존재하는 것인, 레독스 플로우 전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the organic material has an anode functional group and a cathode functional group at the center of the benzene ring and the two functional groups are present at the para position and the ortho position of the benzene ring.
제 1항에 있어서,
상기 유기물이 4,4-비스(디에틸아미노)벤조페논, [1-(4-디메틸아미노)페닐]에탄온, 4-(디메틸아미노)벤조페논 및 [1-(3-디메틸아미노)페닐] 중 적어도 하나를 포함하는, 레독스 플로우 전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the organic substance is selected from the group consisting of 4,4-bis (diethylamino) benzophenone, [1- (4-dimethylamino) phenyl] ethanone, 4- (dimethylamino) Wherein the electrolytic solution comprises at least one of the following components.
제 1항에 있어서,
상기 용매는 수계 용매, 유기계 용매 또는 이들의 혼합물인, 레독스 플로우 전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the solvent is an aqueous solvent, an organic solvent, or a mixture thereof.
제 8항에 있어서,
상기 수계 용매는 황산, 염산 또는 인산 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이고,
상기 유기계 용매는 아세토나이트릴, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸술폭사이드, 디메틸포름아미드, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, N-메틸-2-피롤리돈, 플루오로에틸렌카보네이트, 에탄올 및 메탄올 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인, 레독스 플로우 전지용 전해액.
9. The method of claim 8,
The aqueous solvent is one or a mixture of two or more selected from sulfuric acid, hydrochloric acid and phosphoric acid,
Wherein the organic solvent is selected from the group consisting of acetonitrile, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, propylene carbonate, ethylene carbonate, N-methyl-2-pyrrolidone, fluoroethylene carbonate, ethanol and methanol An electrolyte for a redox flow cell, which is a mixture of one kind or two or more kinds.
제 8항에 있어서,
상기 유기물이 유기계 용매와 수계 용매의 혼합물에 용해되어 있는, 레독스 플로우 전지용 전해액.
9. The method of claim 8,
Wherein the organic material is dissolved in a mixture of an organic solvent and an aqueous solvent.
제 1항에 있어서,
상기 전해액은 지지 전해질을 더 포함하는, 레독스 플로우 전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolytic solution further comprises a supporting electrolyte.
제 11항에 있어서,
상기 지지 전해질은 알킬암모늄계 염, 리튬염 및 소듐염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 레독스 플로우 전지용 전해액.
12. The method of claim 11,
Wherein the supporting electrolyte is at least one selected from the group consisting of an alkylammonium salt, a lithium salt and a sodium salt.
제 12항에 있어서,
상기 알킬암모늄계 염은, PF6, BF4, AsF6, ClO4, CF3SO3, CF3SO3, C(SO2CF3)3, N(CF3SO2)2 및 CH(CF3SO2)2 중에서 선택되는 하나의 음이온과, 테트라알킬암모늄 양이온에서 알킬이 메틸, 에틸, 부틸 또는 프로필인 암모늄 양이온의 조합으로 이루어지는 것인, 레독스 플로우 전지용 전해액.
13. The method of claim 12,
The alkyl ammonium salts, PF 6, BF 4, AsF 6, ClO 4, CF 3 SO 3, CF 3 SO 3, C (SO 2 CF 3) 3, N (CF 3 SO 2) 2 and CH (CF 3 SO 2 ) 2 and the alkyl cation in the tetraalkylammonium cation is a combination of an ammonium cation selected from the group consisting of methyl, ethyl, butyl and propyl.
제 12항에 있어서,
상기 리튬염은, LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiCF3SO3, LiC(SO2CF3)3, LiN(CF3SO2)2 및 LiCH(CF3SO2)2 중에서 선택되는 1종 이상인, 레독스 플로우 전지용 전해액.
13. The method of claim 12,
The lithium salt, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiClO 4, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 SO 3, LiC (SO 2 CF 3) 3, LiN (CF 3 SO 2) 2 , and LiCH (CF 3 SO 2 ) < 2 & gt ;. 2. An electrolytic solution for a redox flow battery, comprising:
제 12항에 있어서,
상기 소듐염은, NaPF6, NaBF4, NaAsF6, NaClO4, NaCF3SO3, NaCF3SO3, NaC(SO2CF3)3, NaN(CF3SO2)2 및 NaCH(CF3SO2)2 중에서 선택되는 1종 이상인, 레독스 플로우 전지용 전해액.
13. The method of claim 12,
The sodium salt, NaPF 6, NaBF 4, NaAsF 6, NaClO 4, NaCF 3 SO 3, NaCF 3 SO 3, NaC (SO 2 CF 3) 3, NaN (CF 3 SO 2) 2 , and NaCH (CF 3 SO 2 ) < 2 & gt ;. 2. An electrolytic solution for a redox flow battery, comprising:
제 1항에 있어서,
상기 유기물은 100 mV s-1의 주사속도로 0.01 M의 상기 유기물을 용해시켜 순환전류전압법으로 산화환원 반응을 확인하였을 때, 산화반응과 환원반응 각각의 피크 전류 (Peak current)가 확인되는 전압의 차이(Epa-Epc)가 1 V 이하인, 레독스 플로우 전지용 전해액.
The method according to claim 1,
When the organic matter was dissolved in 0.01 M of the organic matter at a scanning rate of 100 mV s -1 and the redox reaction was confirmed by the cyclic voltammetric method, the voltage at which the peak current of the oxidation reaction and the reduction reaction were confirmed (E pa -E pc ) of 1 V or less.
제 1항에 있어서,
상기 유기물은 100 mV s-1의 주사속도로 0.01 M의 상기 유기물을 용해시켜 순환전류전압법으로 산화환원 반응을 확인하였을 때, 각각의 산화반응과 환원반응의 하프 웨이브포텐셜 (Half-wave potential)의 차이가 1.4 V 이상인, 레독스 플로우 전지용 전해액.
The method according to claim 1,
When the organic matter was dissolved in 0.01 M of organic matter at a scanning rate of 100 mV s -1 and the redox reaction was confirmed by the cyclic voltammetry method, the half-wave potential of each oxidation reaction and the reduction reaction was observed, Of the electrolyte is 1.4 V or more.
제 1항에 있어서,
상기 전해액 중의 상기 유기물의 용해도가 0.1 M ~ 10 M인, 레독스 플로우 전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the solubility of the organic substance in the electrolytic solution is 0.1 M to 10 M , Electrolyte for redox flow battery.
제 1항에 있어서,
상기 전해액 중의 상기 유기물의 용해도가 1 M ~ 10 M인, 레독스 플로우 전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the solubility of the organic substance in the electrolyte solution is 1 M to 10 M. 2. The electrolyte solution for a redox flow cell according to claim 1,
제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 기재된 전해액을 양극 및 음극으로 포함하는, 레독스 플로우 전지.
A redox flow battery comprising the electrolyte according to any one of claims 1 to 19 as a positive electrode and a negative electrode.
제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 기재된 전해액을 양극으로 포함하고, 금속-리간드 화합물 및 음극활물질 중 적어도 하나를 포함하는 전해액을 음극으로 포함하는, 레독스 플로우 전지.
A redox flow battery comprising an electrolyte according to any one of claims 1 to 19 as a positive electrode and an electrolyte solution containing at least one of a metal-ligand compound and a negative electrode active material as a negative electrode.
제 21항에 있어서,
상기 음극은 금속-리간드 화합물을 포함하는 전해액인, 레독스 플로우 전지.
22. The method of claim 21,
Wherein the negative electrode is an electrolytic solution containing a metal-ligand compound.
제 21항에 있어서,
상기 음극은 음극활물질을 포함하는 전해액인, 레독스 플로우 전지.





22. The method of claim 21,
Wherein the negative electrode is an electrolytic solution containing a negative active material.





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