KR20190012413A - 하이브리드 레독스 흐름 전지 및 이의 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 레독스 흐름 전지 및 이의 용도에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음극으로 사용되는 리튬 금속에서 공급되는 리튬 이온들과 양극 활물질인 TEMPO계 유도체의 레독스 커플 반응으로 비수계 전해질 환경에서 고에너지밀도를 구현할 수 있는 하이브리드 레독스 흐름 전지와 이의 용도에 관한 것이다.

Description

하이브리드 레독스 흐름 전지 및 이의 용도{HYBRID REDOX FLOW BATTERY AND USE THEREOF}
본 발명은 하이브리드 레독스 흐름 전지 및 이의 용도에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음극으로 사용되는 리튬 금속에서 공급되는 리튬 이온들과 양극 활물질인 TEMPO계 유도체의 레독스 커플 반응으로 비수계 전해질 환경에서 고에너지밀도를 구현할 수 있는 하이브리드 레독스 흐름 전지와 이의 용도에 관한 것이다.
전 세계적으로 에너지 사용이 증가함에 따라 에너지원인 화석연료의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다. 이러한 화석연료 사용은 기후 변화 및 환경오염을 초래하여 전 세계적인 문제로 대두되고 있으며, 이에 대한 해결방안으로 스마트그리드(Smart Grid), 신재생에너지(Renewable energy) 및 에너지 저장장치(Energy Storage System)를 이용하여 효율적인 전력사용을 도모하고 있다. 일례로, 환경 및 에너지원 고갈 문제를 경감시키기 위한 방안 중 하나로 등장한 전기차는 그 수요가 점차 증가하고 있으며, 2020년 이후 전기차의 세계 시장 규모는 100만대 이상으로 성장할 것으로 전망되고, 이에 따라 전기차용 이차전지 시장 규모는 150억 달러 이상, 에너지 저장 관련 세계 시장 규모는 20조원 이상 동반 성장할 것으로 전망된다.
신재생에너지란 석탄, 석유, 원자력 및 천연가스가 아닌 태양에너지, 바이오 매스, 풍력, 소수력, 연료전지, 석탄의 액화, 가스화, 해양에너지, 폐기물에너지 및 기타로 구분되고 있고 이외에도 지열, 수소, 석탄에 의한 물질을 혼합한 유동성 연료를 의미하나, 실질적으로는 석유를 대체하는 에너지원을 말한다. 다양한 신재생에너지는 환경을 오염시키지 않고 에너지를 발전할 수 있는 큰 장점을 가지고 있으나, 지리적 조건 및 자연환경에 따라 출력 변동에 의한 에너지 품질이 좋지 못한 것이 단점으로 대두되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 남은 전력을 저장하였다가 필요한 시기에 탄력적으로 공급이 가능한 에너지 저장장치가 가장 적합한 수단으로 떠오르고 있으며, 특히 대용량 장주기용 저장장치가 각광을 받고 있다.
다양한 종류의 에너지 저장장치 중, 레독스 흐름 전지는 기존 이차전지가 활물질이 포함되어 있는 전극에 전기에너지를 저장하는 것과는 다르게 전해액에 용해되어 있는 레독스 커플, 활물질(Redox Couple, Active Material)의 산화 환원 반응을 이용하는 이차전지이다. 레독스 흐름 전지 특성상 출력을 담당하는 스택과 용량을 담당하는 전해액부가 독립적으로 떨어져 있어, 용량과 출력을 자유롭게 설계할 수 있으며, 대용량화가 용이하다는 장점을 가지고 있다. 레독스 흐름 전지는 다른 전지와 다르게 전극에서의 전자의 주고 받음에 의한 산화 환원 반응만이 이루어지기 때문에 전극 자체의 구조 변화가 없고, 전극과 활물질이 분리되어 있어 두 물질간의 부반응(side reaction)이 없어 안정성과 수명이 다른 이차전지에 비해 뛰어나다. 레독스 흐름 전지의 핵심 소재중 하나인 전해액은 산화상태가 다른 활물질을 수용성, 비수용성 용매에 용해하여 사용한다. 이때 활물질의 종류에 따라 다양한 레독스 흐름 전지가 구성되며, 용매의 종류에 따라 수계 및 비수계 전해질로 구분된다. 이러한 활물질을 포함한 전해액의 요구조건으로는 전극과의 빠른 반응성 및 가역성을 가지고 있어야 하며, 에너지 밀도를 높이기 위해서는 넓은 전위(potential window) 및 높은 용해도를 가져야 한다. 레독스 흐름 전지의 기전력은 양극 전해액과 음극 전해액을 구성하고 있는 레독스 커플의 표준전극전위 Eo의 차이에 의해서 결정되며, 지금까지 개발된 주요 수계 레독스 커플은 Fe/Cr, V/V, V/Br, Zn/Br, Zn/Ce 등이 있다.
한편, 레독스 흐름 전지의 발달은 초기 1974년 미국 NASA(National Aeronautics and Space Administration)에서 Fe/Cr계 활물질을 이용하여 우주항공용으로 개발이 시작되었다. 초기 레독스 흐름 전지의 활물질로 사용된 Fe/Cr은 분리막을 통한 활물질 투과, 그리고 전해질에 대한 부식성 문제로 사용에 제약이 있었다.
이후 많은 연구자들은 안정성이 우수하고 전극과의 가역적인 전기화학 반응을 할 수 있는 레독스 커플에 대한 연구를 진행하였으며, 이후 1980년 호주의 Maria Skyllas-Kazacos 연구진에 의해서 바나듐 레독스 흐름 전지가 개발 되었다. 바나듐은 다양한 산화가를 가지고 있어 양극 및 음극 모두 단일 물질로 적용이 가능하고, 단일 활물질인 바나듐을 사용할 경우 분리막을 통해 바나듐 활물질이 투과되어 전지 용량이 감소하더라도 혼액(rebalancing)을 통해 용량을 회복할 수 있는 큰 장점을 가지고 있다. 그러나 수용성 바나듐 활물질은 낮은 전압과 용해도를 갖고 있어 에너지 밀도가 낮다는 단점을 가지고 있다. 에너지 밀도를 높이기 위해서 바나듐 활물질의 농도를 높일 경우 0℃ 이하의 낮은 온도에서는 음극 V(II, III)에서 바나듐 석출이 발생하고, 작동온도 40℃ 이상에서는 양극에서 오산화 바나듐(V2O5)이 석출된다. 흐름 전지 시스템에서 석출물이 발생할 경우 전해액의 흐름을 방해하여 스택 내부 압력이 증가되어 누수가 발생되며, 바나듐 석출물에 의해 전지 용량이 감소된다. 또한 흐름 전지의 활물질로 사용되는 바나듐은 중국이 전 세계 매장량 40%를 차지함에 따라 수출 양에 따른 가격 변동이 크며, 또한 바나듐 활물질 및 이를 사용하는 흐름 전지에 대한 특허기술이 해외에 있어 사용에 제약이 따른다.
대한민국 공개특허 제10-2016-0087034호 대한민국 공개특허 제10-2016-0132256호
본 발명은 음극으로 사용되는 리튬 금속이 제공하는 리튬 이온과 양극활물질인 TEMPO계 유도체의 레독스 커플 반응을 통해 고에너지밀도를 구현할 수 있는 하이브리드 레독스 흐름 전지를 제공한다.
본 발명은, 유동 전극으로 구동되는 양극 셀, 분리막 및 고정 전극으로 구동되는 음극 셀로 구성되는 단위셀; 및 상기 양극 셀과 연결된 양극전해액 탱크를 포함하여 구성되는 하이브리드 레독스 흐름전지로서, 상기 양극전해액 탱크에는 양극 활물질, 전극 물질, 비수계 용매 및 전해질이 포함되고, 상기 고정 전극은 금속으로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 레독스 흐름 전지를 제공한다.
본 발명에서 유동전극은 양극 전해액 탱크 내에 있는 양극 활물질과, 비수계 용매 및 전해질이 혼합된 유동액과, 전극 물질을 혼합한 물질인 것으로 정의한다.
일반적으로 흐름전지의 전극 내에 비활성 전극인 카본 펠트를 삽입할 경우 카본 펠트의 종류와 압축률에 따라 전지의 성능에 영향을 치미는 변수로 작용할 수 있다. 본 발명에서는 카본펠트 대신 유동전극 내에 전극 물질인 전도성 카본을 혼합하여 유동전극 자체에 전도성을 높였고 카본 펠트를 제거함으로써 전극의 두께를 자유롭게 조절할 수 있게 하여 전극 반응에서의 저항을 최소화 하였다.
아울러, 음극 부분 집전체에 리튬 금속을 부착하는 형태로 셀을 구성한 이유는 양극 활물질로 사용되는 TEMPO 계열 물질과의 큰 기준전위 차이를 이용하여 비수계 조건에서 높은 에너지밀도를 달성하기 위함이다. 또한 흐름전지 유동 시 음극의 유동전극 저장소와 펌프를 제거함으로써 대용량 에너지저장 시스템 설계에 용이성을 높였다.
상기 음극 셀 내에는, 비수계 용매 및 전해질이 혼합된 전해액이 포함될 수 있다.
상기 유동전극은 2 cP ~ 10000 cP 사이의 점성을 갖는 슬러리 형태일 수 있다.
상기 양극 활물질은 전기화학적으로 가역반응이 가능한 치환기를 가지는 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실(TEMPO, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl) 유도체를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실 유도체는 4-아미노-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실(4-Amino TEMPO, 4-Amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), 4-옥소-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실(4-Oxo TEMPO, 4-Oxo-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), 4-하이드록시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실(4-Hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl) 및 2,2,6,6,-테트라메틸피페리딘-1-옥실 (2,2,6,6-Tetramethylpiperidine 1-oxyl)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있고 더욱 바람직하게는 4-옥소-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실(4-Oxo TEMPO, 4-Oxo-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl)을 포함할 수 있다.
상기 양극 활물질은 0.005 ~ 4M의 농도로 포함될 수 있다.
상기 음극 셀의 고정 전극은 리튬 금속으로 구성될 수 있다.
상기 고정 전극의 두께는 200 ㎛ ~ 3 mm 일 수 있다.
상기 전해질은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4FSO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiCl 및 LiI로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 LiPF6을 포함할 수 있다.
상기 전해질은 0.5 ~ 2 M의 농도로 포함될 수 있다.
상기 비수계 용매는 아세토니트릴(ACN), 디메틸 아세트아미드(DMAc), 디에틸 카보네이트(DEC), 디메틸 카보네이트(DMC), 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC) 및 이들의 혼합용매로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 에틸렌 카보네이트와 프로필렌 카보네이트를 포함하는 것이 좋다. 이때 상기 혼합용매는 동일한 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 분리막은 양이온 교환막, 음이온 교환막 또는 다공성막일 수 있다. 상기 전극 물질은 전도성 카본일 수 있다.
또한 본 발명은, 유동 전극으로 구동되는 양극 셀, 분리막 및 고정 전극으로 구동되는 음극 셀로 구성되는 단위셀; 및 상기 양극 셀과 연결된 양극전해액 탱크를 포함하여 구성되는 전기차용 하이브리드 레독스 흐름전지로서, 상기 양극전해액 탱크에는 양극 활물질, 전극 물질, 비수계 용매 및 전해질이 포함되고, 상기 고정 전극은 금속으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차용 하이브리드 레독스 흐름 전지를 제공할 수 있다.
유동 전극으로 구동되는 양극 셀, 분리막 및 고정 전극으로 구동되는 음극 셀로 구성되는 단위셀; 및 상기 양극 셀과 연결된 양극전해액 탱크를 포함하여 구성되는 에너지 저장장치로서, 상기 양극전해액 탱크에는 양극 활물질, 전극 물질, 비수계 용매 및 전해질이 포함되고, 상기 고정 전극은 금속으로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 음극으로 사용되는 리튬 금속이 공급하는 리튬 이온과 양극활물질인 TEMP0계 유도체를 통한 레독스 커플 반응으로 비수계 전해질 환경에서 고에너지밀도를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 레독스 흐름 전지의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 레독스 흐름 전지의 산화환원 반응을 확인하기 위해 순환전압전류법을 통해서 얻은 전류-전위곡선이다. (a) 양극활물질로 0.1M 4-hydroxy TEMPO를 사용한 전지, (b) 양극활물질로 0.1M TEMPO를 사용한 전지 및 (c) 양극활물질로 0.1M 4-oxo TEMPO를 사용한 전지의 전류-전위곡선이다.
도 3은 4-oxo-TEMPO를 양극활물질로 사용한 하이브리드 레독스 흐름 전지의 충방전곡선을 정전류식 충방전 실험을 통해 얻은 결과이다.
이하, 실시예 및 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예 및 도면을 통하여 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명하는 실시예 및 도면 내용에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 이하의 실시예에 의해 본 발명이 제한되어서는 안 된다.
도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예 따른 하이브리드 레독스 흐름 전지를 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 레독스 흐름 전지는 양극 셀, 분리막 및 음극 셀로 구성되는 단위셀; 및, 상기 양극 셀과 연결된 양극전해액 탱크를 포함하여 구성된다. 본 발명의 단위셀(10)은 적층된 스택셀의 형태로 구현가능하다. 우선 양극 셀은 외부에서부터 엔드 플레이트(43), 집전체(42), 가스켓(41) 순으로 이루어져 있고, 셀 끝 단에 유동 전극의 주입과 배출을 위한 통로(22, 23)가 위치해 있다. 양극전해액 탱크(20)는 양극 활물질(TEMPO계 유도체)과 전해질, 비수계 용매 및 전도성 카본을 포함하는 슬러리 형태의 유동전극을 저장하고 있다. 양극전해액 탱크의 유동전극은 양극용 펌프를 통해 양극 셀로 이송될 수 있다. 양극 셀로 이송된 유동전극은 기존의 흐름 전지와 마찬가지로 분리막(30)과 집전체(42) 사이로 주입된다. 이 때 가스켓의 두께가 전극의 두께를 결정한다. 양극 셀에서는 양극 셀 내로 주입된 유동전극 내 TEMPO계 유도체의 치환기가 산화/환원 반응을 일으킨다. 반면 음극 셀은 양극 셀과 달리 음극전해액 탱크가 없는 고정 전극의 형태로 이루어져 있다. 집전체에 부착된 리튬 금속 전극(음극 전극)(52)이 공급하는 리튬 이온의 산화/화원 반응은 음극 셀 내의 전해액에 의해 원활해질 수 있다.
본 발명에서 산화/환원 반응은 음극 셀 내에 있는 리튬 금속에서 용해된 Li+이, 리튬염 및 비수계 용매가 용해된 전해액을 통해 분리막을 통과하여 양극 활물질인 TEMPO 유도체의 치환기에 흡착/탈착 반응을 반복함으로써 이루어지게 되며, 이 과정에서 전지의 충/방전이 일어나게 된다. 상기 산화/환원 반응으로 인해 전기에너지를 저장 및 발생시킴으로써 전지가 구동하게 된다. 산화/환원 반응을 거친 후 유동전극은 양극전해액 탱크로 이송되고, 에너지 상태에 따라 이 과정은 반복된다.
실시예: 하이브리드 레독스 흐름 전지 제조
본 발명에 사용된 양극 전해액은 비수계 용매에 양극 활물질, 전해질 및 전도성 카본(Super-P)을 첨가한 슬러리 형태의 유동전극으로 제조하였다. 음극 전해액도 양극 전해액의 제조과정에서 사용한 동일한 비수계 용매 및 전해질을 첨가하여 제조하였다. 제조된 유동전극은 양극전해액 탱크에 저장하였다. 양극용 펌프는 각각 양극 셀과 양극전해액 탱크에 연결시켰다. 각각의 단위 셀은 외부에서부터 엔드 플레이트, 집전체 및 가스켓 순으로 구성하였고, 음극 셀 내 집전체에는 리튬 금속을 부착하여 음극으로 사용하였다. 이 때 양극 셀 및 음극 셀에 사용된 분리막은 다공성 분리막(SK社, poly ethylene)을 사용하였다. 하이브리드 레독스 흐름 전지의 제조에 사용된 활물질과 전해질 그리고 용매의 종류와 농도는 표 1에 나타내었으며, 이후 순환전압전류법과 정전류식 충/방전 실험을 통해 제조된 전지의 전기화학적 특성 분석을 진행하였다.
하이브리드 레독스 흐름 전지용 전해액 제조에 사용한 활물질, 전해질 및 용매의 종류 및 농도
양극 활물질 전해질 용매
종류 농도 종류 농도
실시예 1 4-oxo TEMPO 0.01M LiPF6 1M 에틸렌 카보네이트/
프로필렌 카보네이트
(EC/PC)*
실시예 2 4-Hydroxy TEMPO 0.01M LiPF6 1M 에틸렌 카보네이트/
프로필렌 카보네이트
(EC/PC)*
실시예 3 TEMPO 0.01M LiPF6 1M 에틸렌 카보네이트/
프로필렌 카보네이트
(EC/PC)*
*(에틸렌 카보네이트와 프로필렌 카보네이트는 동일한 부피 비율로 혼합됨)
실험예 1: 순환전압전류법에 의한 산화환원 반응 확인
실시예에서 제조한 전지의 전기화학적 특성분석을 위하여 순환전압전류법(Cyclic Voltammetry, CV)을 이용하였다. 순환전압전류법은 일반적으로 많이 사용하는 전기화학적 측정방법으로서 작용전극의 전극전위를 일정 속도의 삼각파를 주사하여 전류-전위곡선을 얻는 방법이다. 시간에 비례하여 전위를 변화시킬 때에 흐르는 전류를 전위-전류 곡선으로 기록하는 방법을 전위주사법(potential sweep method)라고 하는데, 반복해서 전위를 인가하는 경우 순환전압전류법이라고 부른다. 이것은 반응이 일어나는 전위, 반응의 빠르기, 반응생성물의 반응성 등 전극표면에서 일어나고 있는 반응을 정성적으로 파악할 수 있는 것으로서 전기화학분야에 이용되고 있다.
CV 측정시 Epa는 산화 봉우리 전위(anodic peak potential), Epc는 환원 봉우리 전위(cathodic peak potential)을 의미하며 Ep/2((Epa+Epc)/2)는 양 봉우리 전위들의 평균값을 나타낸다. 또한 Ipa는 산화 봉우리 전류(Anodic peak current), Ipc는 환원 봉우리 전류(Cathodic peak current)를 의미한다. 가역반응의 경우 산화 환원 전류나 봉우리 전류의 크기는 주사속도(scan rate)의 제곱에 비례한다. Ep/2의 절대 값이 클수록 레독스 플로우 전지에 사용되는 활물질의 고전위가 유리하며, 산화/환원 봉우리 전류 값의 비율(Ipa/Ipc)이 1에 근접할수록 가역반응에 가깝다.
본 발명에 이용된 순환전압전류법은 3전극 시스템으로 실험을 진행하였다. 측정대상의 전극반응이 일어나는 전극을 작업전극(Working electrode)라고 하는데, 본 실험에서는 직경 3 mm의 glass carbon 전극을 사용하였으며, 기준전극(Reference electrode)과 상대전극(counter electrode)은 리튬 금속(Lithium metal)을 사용하였다. 실시예에서 제조한 전지의 전극들을 포텐시오스탯(potentiostat)에 연결하여 순환전압전류법 실험을 진행하였다. 전위 훑기 속도를 나타내는 주사속도(scan rate)는 2, 5, 10, 20 mV/s으로 주어졌다.
실험 결과, TEMPO 계열 양극 활물질과 리튬 금속 음극간의 산화, 환원 반응을 확인하였고 산화와 환원 봉우리 전위가 3.5 ~ 4 V 전위대에 위치하여 고전압 영역에서 운전할 경우 에너지 밀도의 향상을 기대할 수 있다는 것을 확인하였다(도 2).
실험예 2: 정전류식 충/방전 실험
정전류식 충/방전 실험을 통해 TEMPO 계열 활물질과 리튬 금속으로 이루어진 하이브리드 레독스 흐름전지의 정량적인 전기화학 성능을 측정하고자 하였다. 충/방전곡선을 확인한 흐름전지의 구성은 양극 활물질로는 1M 4-oxo-TEMPO in 1M LiPF6 in EC:PC(1:1), 음극 활물질은 리튬 금속 (300μm) 을 사용하였으며 전극의 면적은 9 cm2, 두께는 400 μm로 설정하였다. 충/방전은 MACCOR 사의 장비를 사용하였으며 전류밀도 0.1 mA·cm-2, 충전상한 전압은 4 V, 방전 하한전압은 1.5V이다. 추가로, TEMPO 계열 활물질별 레독스 하이드리드 전지의 에너지밀도를 확인하기 위해 양극 활물질이 4-hydroxy-TEMPO 및 TEMPO로 변경된 구성의 전지를 사용하여 실험을 진행하였다.
실험 결과, 4-oxo-TEMPO와 리튬 금속 하이브리드 전지의 충/방전 곡선을 확인하였고(도 3), 4-oxo-TEMPO의 레독스 하이브리드 전지의 에너지밀도 값이 100 Wh·L-1 이상으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다(표 2).
하이브리드 레독스 흐름전지의 TEMPO 계열 활물질 별 에너지밀도(단위 Wh/L)
Cycle 4-Oxo-TEMPO 4-Hydroxy-TEMPO TEMPO
1 152.93 79.34 58.79
2 117.36 64.17 15.8
3 83.86 41.83 11.63
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
10: 단위셀
20: 양극 전해액 탱크
21: 양극 전해액 펌프
22: 유동전극 주입 통로
23: 유동전극 배출 통로
30: 분리막
41: 양극 가스켓
42: 양극 집전체
43: 양극 엔드플레이트
51: 음극 가스켓
52: 리튬 금속 전극
53: 음극 집전체
54: 음극 엔드플레이트

Claims (10)

  1. 유동 전극으로 구동되는 양극 셀, 분리막 및 고정 전극으로 구동되는 음극 셀로 구성되는 단위셀; 및
    상기 양극 셀과 연결된 양극전해액 탱크를 포함하여 구성되는 하이브리드 레독스 흐름전지로서,
    상기 양극전해액 탱크에는 양극 활물질, 전극 물질, 비수계 용매 및 전해질이 포함되고,
    상기 고정 전극은 금속으로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 레독스 흐름 전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극 활물질은 전기화학적으로 가역반응이 가능한 치환기를 가지는 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실(TEMPO, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl) 유도를 포함하여 구성되며,
    상기 음극 셀의 고정 전극은 리튬 금속으로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 레독스 흐름 전지.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실 유도체는 4-아미노-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실(4-Amino TEMPO, 4-Amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), 4-옥소-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실(4-Oxo TEMPO, 4-Oxo-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), 4-하이드록시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실(4-Hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl) 및 2,2,6,6,-테트라메틸피페리딘-1-옥실 (2,2,6,6-Tetramethylpiperidine 1-oxyl) 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 레독스 흐름 전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전해질은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4FSO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiCl 및 LiI로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 레독스 흐름 전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 비수계 용매는 아세토니트릴(ACN), 디메틸 아세트아미드(DMAc), 디에틸 카보네이트(DEC), 디메틸 카보네이트(DMC), 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC) 및 이들의 혼합용매로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 레독스 흐름 전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 물질은 전도성 카본인 것을 특징으로 하는 하이브리드 레독스 흐름 전지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리막은 양이온 교환막, 음이온 교환막 또는 다공성막인 것을 특징으로 하는 하이브리드 레독스 흐름 전지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극 셀과 양극전해질 탱크 사이에는 전해질을 순환시키기 위한 펌프가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지.
  9. 유동 전극으로 구동되는 양극 셀, 분리막 및 고정 전극으로 구동되는 음극 셀로 구성되는 단위셀; 및
    상기 양극 셀과 연결된 양극전해액 탱크를 포함하여 구성되는 전기차용 하이브리드 레독스 흐름전지로서,
    상기 양극전해액 탱크에는 양극 활물질, 전극 물질, 비수계 용매 및 전해질이 포함되고,
    상기 고정 전극은 금속으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차용 하이브리드 레독스 흐름 전지.
  10. 유동 전극으로 구동되는 양극 셀, 분리막 및 고정 전극으로 구동되는 음극 셀로 구성되는 단위셀; 및
    상기 양극 셀과 연결된 양극전해액 탱크를 포함하여 구성되는 에너지 저장 장치로서,
    상기 양극전해액 탱크에는 양극 활물질, 전극 물질, 비수계 용매 및 전해질이 포함되고,
    상기 고정 전극은 금속으로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.


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