KR20230059865A - 안정성과 가역성이 향상된 바나듐 레독스 흐름전지용 양극 전해질 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 본 발명은 바나듐 레독스 흐름전지용 양극 전해질에 관한 것으로서, 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)의 양극 전해질 내 침전 형성을 억제하는 할로겐화물을 V(IV)/V(V) 착화 리간드(complexing ligand) 물질로 포함하여, 침전 생성을 억제함으로써 바나듐 레독스 흐름전지의 안정성과 가역성이 향상된다.
Description
본 발명은 바나듐 레독스 흐름전지용 양극 전해질에 관한 것으로서, 바나듐 양극 활물질 V(IV)/V(V)와 배위결합이 가능한 착화 리간드(complexing ligand) 물질로 다양한 할로겐화물을 포함하여 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)의 양극 전해질 내 침전 생성을 억제함으로써 전기화학적 안정성과 가역성을 향상시킨 바나듐 양극 전해질에 관한 것이다.
레독스 흐름전지(redox flow battery: RFB)는 폭발 위험성이 없고 20년 이상의 수명을 갖는 장점으로 최근 차세대 2차전지로 각광받고 있다. 도 1은 RFB의 구성도를 나타낸 것으로, 전기화학적 변환 시스템인 스택, 에너지 저장용 음극과 양극 전해질 탱크 및 BOP(balance of plant) 등으로 이루어져 있다. RFB는 충전 시 외부 전해질에 용해되어 있는 활물질이 펌프에 의해 탱크와 스택으로 순환하여 산화·환원 반응(충전)된 전해질이 탱크에 저장되는 구조로 되어있어 전지의 에너지 용량(Wh)은 전해질의 양(즉, 탱크 크기), 전지의 출력(W)은 스택 반응면적(각 셀의 면적과 개수에 비례)으로 각각 자유롭게 설계할 수 있으며 대용량 에너지 저장 시스템 설계가 용이하다는 장점을 가지고 있다. 그중에서도 가장 대표적인 바나듐 레독스 흐름전지(vanadium redox flow battery: VRFB)는 각기 다른 산화수를 가진 바나듐 이온 활물질들로 양극 전해질 및 음극 전해질을 구성한다. 이러한 VRFB의 충전 시 양극 하프 셀, 음극 하프 셀에서 일어나는 반응식은 다음과 같다.
양극 하프 셀(충전)
VO2++ H2O →VO2 + + 2H+ + e-V2O5 + 3H2O
음극 하프 셀(충전)
V3+ + e-→ V2+
여기서 VO2+와 VO2 +는 각각 바나듐 4가(V4+)와 5가(V5+) 이온으로 본 발명에서는 V(IV)와 V(V)로 표기하였다. 위의 반응식 중 양극 하프셀(충전)에서 V(IV)는 V(V)로 산화되며, 특히 V(V)는 흡열반응으로 착화된 물분자(H2O) 분해로 비용해성 비가역성 침전물인 V2O5로 합성되어 에너지효율 및 에너지 저장 용량 감소 등 성능감소의 원인이 되며, 고온 환경에서는 V2O5 생성이 더 가속화되어 매우 치명적이다.
도 2(a)는 충전하는 동안 양극 전해질에서 V(V)→VO(OH)3→V2O5 생성 메커니즘을 나타낸 것이다. 상기 VO(OH)3 생성으로 인한 V2O5는 비가역성으로 방전시 원 물질인 V(V) 이온으로 환원이 불가하여 방전용량 감소로 인한 전류효율 및 에너지 저장 용량 감소 등의 원인이 되며 충·방전 사이클이 지속될수록 이러한 성능 감소는 급격히 증가한다. 또한 상기 V2O5는 생성과 함께 서로 결합하여 비균일 결정체를 형성하기 때문에 셀 내부의 양극 다공성 전극 흡착되어 전해질 흐름을 방해할 뿐만 아니라 분리 막에도 흡착하여 이온들의 이동성을 방해함으로써 최종적으로는 전극과 분리 막 수명에도 치명적인 영향을 끼친다. 따라서 바나듐 레독스 흐름전지(vanadium redox flow battery: VRFB)의 성능을 높이기 위해 V2O5 생성을 억제할 수 있는 양극 전해질의 개발이 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 장기운전 등으로 온도 상승이나 고온에서 충전 중인 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)의 양극전해질 내 바나듐 5가 이온(VO2 +)인 V(V)이 비용해성 및 비가역성 화합물인 V2O5를 생성하는 것을 방지하기 위하여 침전생성의 원인이 되는 V(V) → VO(OH)3 반응을 억제할 수 있는 전기화학적 특성이 우수한 고성능 바나듐 양극 전해질을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 바나듐 레독스 흐름전지용 바나듐 양극 전해질로서, a) VO2+ 또는 VO2 + 이온과 SO4 2- 이온을 포함하는 산성용액 및 b) 할로겐염, 금속할로겐화물, 티오닐 할로겐화물, 유기 할로겐화물, 산화 할로겐화염 및 유사 할로겐화물로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된 할로겐화물을 V(IV)/V(V) 착화 리간드(complexing ligand) 물질로 포함하는 바나듐 양극 전해질을 제공한다.
본 발명에서는 상기 할로겐화물 리간드와 배위결합한 V(IV)/V(V) 착화합물(complex compound)이 양극 활물질로 사용되어 침전 생성을 억제함으로써 바나듐 레독스 흐름 전지의 안정성과 가역성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 바나듐 착화 리간드 물질을 포함한 바나듐 양극 전해질은 수용액 내 이들과 리간드 결합으로 생성된 V(IV)/V(V) 착화?d물을 양극 활물질로 사용함에 따라 전기화학적 안전성 및 가역성이 개선되어 특히 고온에서 V2O5 침전물 생성의 원인이 되는 V(V) → VO(OH)3 반응을 억제하는 효과를 제공한다. 그 결과 장기 사이클 운전 등의 원인으로 온도 상승에 따른 VRFB 양극 전해질 내 V2O5 생성으로 인한 치명적인 VRFB 성능 감소(방전용량 및 에너지효율 감소등) 및 수명 저하(다공성 전극 및 분리막에 V2O5 흡착)에 대한 난제 해결에 기여할 것으로 판단된다.
도 1은 바나듐 레독스 흐름전지의 구성도를 나타낸 것이다.
도 2(a)는 충전 시 바나듐 양극전해질 내 바나듐 5가 이온 V(V)이 V2O5 화합물이 되는 메커니즘에 대한 분자 모형 반응식이며, 도 2(b)는 본 발명에 의한 바나듐 착화 리간드 물질이 V(V) → VO(OH)3 반응을 방지하는 역할을 하여 V2O5 생성을 억제하는 과정을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예로서, 바나듐 착화 리간드로 할로겐염 물질인 Cl을 포함하는 바나듐 양극 전해질 내 (a) V(IV)-Cl 및 (b) V(V)-Cl complexation을 위한 배위결합 반응식과 착화합물에 대한 분자 모형 반응식이다.
도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 바나듐 착화 리간드로 할로겐염 물질인 (a) Cl-, ClO3 -, (b) F-, (c) SOCl을 포함한 각 바나듐 양극전해질 내 V(IV)와 배위 결합한 V(IV)-Cl, V(IV)-F, V(IV)-SOCl 착화합물의 분자 모형도이다.
도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 바나듐 착화 리간드로 할로겐염 물질인 (a) Cl-, ClO3 -, (b) F-, (c) SOCl을 포함한 각 바나듐 양극전해질 내 V(V)와 배위 결합한 V(V)-Cl, V(V)-F, V(V)-SOCl 착화합물의 분자 모형도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 NH4Cl을 포함한 경우, 포함하지 않은 경우의 바나듐 양극 전해질을 고온 60℃ 조건에서 VRFB 셀(@50 충·방전 사이클)에 적용하였을 때 방전용량 유지율 그래프와 50번째 사이클의 방전용량을 비교한 실험 결과이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 NH4Cl을 포함한 경우, 포함하지 않은 경우의 바나듐 양극 전해질을 각각 고온 60℃ 조건에서 50 사이클 셀 테스트 전후 침전물 비교를 위한 사진이다.
도 2(a)는 충전 시 바나듐 양극전해질 내 바나듐 5가 이온 V(V)이 V2O5 화합물이 되는 메커니즘에 대한 분자 모형 반응식이며, 도 2(b)는 본 발명에 의한 바나듐 착화 리간드 물질이 V(V) → VO(OH)3 반응을 방지하는 역할을 하여 V2O5 생성을 억제하는 과정을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예로서, 바나듐 착화 리간드로 할로겐염 물질인 Cl을 포함하는 바나듐 양극 전해질 내 (a) V(IV)-Cl 및 (b) V(V)-Cl complexation을 위한 배위결합 반응식과 착화합물에 대한 분자 모형 반응식이다.
도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 바나듐 착화 리간드로 할로겐염 물질인 (a) Cl-, ClO3 -, (b) F-, (c) SOCl을 포함한 각 바나듐 양극전해질 내 V(IV)와 배위 결합한 V(IV)-Cl, V(IV)-F, V(IV)-SOCl 착화합물의 분자 모형도이다.
도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 바나듐 착화 리간드로 할로겐염 물질인 (a) Cl-, ClO3 -, (b) F-, (c) SOCl을 포함한 각 바나듐 양극전해질 내 V(V)와 배위 결합한 V(V)-Cl, V(V)-F, V(V)-SOCl 착화합물의 분자 모형도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 NH4Cl을 포함한 경우, 포함하지 않은 경우의 바나듐 양극 전해질을 고온 60℃ 조건에서 VRFB 셀(@50 충·방전 사이클)에 적용하였을 때 방전용량 유지율 그래프와 50번째 사이클의 방전용량을 비교한 실험 결과이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 NH4Cl을 포함한 경우, 포함하지 않은 경우의 바나듐 양극 전해질을 각각 고온 60℃ 조건에서 50 사이클 셀 테스트 전후 침전물 비교를 위한 사진이다.
이하에서 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 고온에서도 성능이 우수한 바나듐 레독스 흐름전지(vanadium redox flow battery: VRFB)를 위한 전기화학적 안전성과 가역성이 향상된 바나듐 양극 전해질에 관한 것으로, 충전시 양극 전해질 내 바나듐 4가(V4+: V(IV))에서 5가(V5+: V(V))의 산화반응 외 바나듐 5가 이온 V(V)의 부반응으로 발생하는 침전 생성 메커니즘을 새롭게 규명하였다. 특히 고온 환경에서 더욱 심하게 나타나는 침전반응 메커니즘 즉, V2O5 생성 프로세스를 밝혀냈다. 본 발명에서는 도 2에서 보이는 바와 같이, 바나듐 레독스 흐름전지의 양극 전해질에서 충전 시 바나듐 5가 이온인 V(V)이 침전물질인 V2O5로 합성되는 V(V) → VO(OH)3 → V2O5 반응 메커니즘(도 2a)을 알아내었으며, 이에 따른 V2O5 생성 원인이 되는 V(V) → VO(OH)3로의 화학적 반응 방지를 위하여, 수용액 내 바나듐 양극활물질 V(IV)/V(V)과 강한 배위결합 반응이 가능한 바나듐 착화 리간드(vanadium-complexing ligand) 물질로 다양한 할로겐화물을 포함하는 바나듐 양극 전해질을 개발하였다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 바나듐 레독스 흐름전지용 바나듐 양극 전해질은 a) VO2+ 또는 VO2 + 이온과 SO4 2- 이온을 포함하는 산성용액 및 b) 할로겐염, 금속할로겐화물, 티오닐 할로겐화물, 유기 할로겐화물, 산화 할로겐화염 및 유사 할로겐화물로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된 할로겐화물을 V(IV)/V(V) 착화 리간드(complexing ligand) 물질로 포함하며, 상기 할로겐화물 리간드와 배위결합한 V(IV)/V(V) 착화합물(complex compound)이 양극 활물질로 사용되어 양극 전해질 내의 침전 생성을 억제하여 바나듐 레독스 흐름전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 산성용액은 예를 들어, H2SO4, H3PO4, HCl 또는 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다. 단, 본 발명에 따른 바나듐 레독스 흐름전지용 양극 전해질은 pH < 2.0을 유지하기 위하여, 산성용액의 농도는 2.0 몰 이상인 것이 바람직하다. 양극 활물질인 바나듐의 용해도는 pH 2.0 미만에서 가장 최적의 조건이고 pH 2.0 초과가 된다면 바나듐이 석출될 가능성이 높아진다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 할로겐화물은 하기 화학식 1로 표현되는 할로겐염일 수 있으며, 구체적인 예시로는 HF, HCl, HBr, HI, NaCl, NaBr, KF, KCl, KBr, KI, NH4F, NH4Cl, NH4Br, NH4I 등을 들 수 있다.
[화학식 1]
HX, NaX, KX, NH4X
상기 식에서,
X는 F, Cl, Br, I 중에서 선택된다.
또한 본 발명의 다른 일구현예에 따르면, 상기 할로겐화물은 하기 화학식 2로 표현되는 금속할로겐화물일 수 있으며, 구체적인 예시로는 CuF2, CuCl2, CuBr2, ZnCl2, ZnI2, FeCl2, FeBr2, FeI2 등을 들 수 있다.
[화학식 2]
MXn
상기 식에서,
n = 1 또는 2이고,
M = Cu, Zn, Fe, Ag 중에서 선택되며,
X는 F, Cl, Br, I 중에서 선택된다.
또한 본 발명의 다른 일구현예에 따르면, 상기 할로겐화물은 하기 화학식 3으로 표현되는 티오닐 할로겐화물일 수 있으며, 구체적인 예시로는 SOF2, SOCl2, SOBr2, SOI2 등을 들 수 있다.
[화학식 3]
SOXn
상기 식에서, n = 1 또는 2이고,
X는 F, Cl, Br, I 중에서 선택된다.
또한 본 발명의 다른 일구현예에 따르면, 상기 할로겐화물은 하기 화학식 4로 표현되는 유기 할로겐화물일 수 있으며, 구체적인 예시로는 CH3-SOF2, CH3-SOCl2, CH3-SOBr2, CH3-SOI2, C2H5-SOCl2, C2H5-SOBr2, C3H7-SOCl2, C4H9-SOCl2 등을 들 수 있다.
[화학식 4]
R-SOX2
상기 식에서,
R = CnH2n+1이고, n은 1 내지 4 중 어느 하나의 정수이며,
X는 F, Cl, Br, I 중에서 선택된다.
또한 본 발명의 다른 일구현예에 따르면, 상기 할로겐화물은 하기 화학식 5로 표현되는 산화 할로겐화염일 수 있으며, 구체적인 예시로는 HClO2, HClO3, HClO4, HBrO2, HBrO3 등을 들 수 있다.
[화학식 5]
XO- n
n = 1, 2, 3, 4 중 하나이며,
X는 F, Cl, Br, I 중에서 선택된다.
이외에 본 발명의 다른 일구현예에 따르면, 상기 할로겐화물은 -CN, -CP, -NC, -SH, -OCN, -NCO, -CNO, -SCN 중에서 선택된 1종 이상의 작용기를 갖는 유사 할로겐화물일 수 있으며, 구체적인 예시로는 구체적인 예시로는 KCN, 4-아미노 벤젠 설폰아마이드, ClCN, CH3CN 등을 들 수 있다.
또한 본 발명에 따른 바나듐 레독스 흐름전지의 일구현예로는 양극 및 양극 전해액을 포함하는 양극셀과, 음극 및 음극 전해액을 포함하는 음극셀과, 상기 양극셀과 음극셀 사이에 위치하는 이온교환막을 포함하며, 이때 양극 전해액이 상기 양극 전해질을 포함하도록 구성할 수 있다. 도 1은 바나듐 레독스 흐름전지의 구성도를 나타낸 것이다.
구체적으로, 본 발명에 따른 바나듐 레독스 흐름전지의 양극 전해액은 전술한 양극 전해질 즉, a) VO2+ 또는 VO2 + 이온과 SO4 2- 이온을 포함하는 산성용액 및 b) 할로겐염, 금속할로겐화물, 티오닐 할로겐화물, 유기 할로겐화물, 산화 할로겐화염 및 유사 할로겐화물로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된 할로겐화물을 V(IV)/V(V) 착화 리간드(complexing ligand) 물질로 포함하는 바나듐 양극 전해질을 포함할 수 있다.
한편 음극 전해액은 예를 들어, 음극 활물질로 V3+ 또는 Zn2+ 이온을 포함하고, 음극 전해질로 H2SO4, H3PO4, HCl 중에서 선택된 산성용액을 포함하도록 구성할 수 있다.
또한 본 발명에 따는 바나듐 레독스 흐름전지에 사용가능한 이온교환막의 예시로는 나피온 불소계 분리막인 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 또는 탄화수소계 분리막인 설포네이티드 폴리에테르 에테르 케톤(SPEEK) 또는 설포네이티드 폴리(아릴렌 에테르 설폰(SPAES)을 들 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.
도 3은 바나듐 착화 리간드로 할로겐염인 -Cl을 포함한 양극 전해질 내에서의 V(IV)/V(V)과 Cl의 배위결합 반응식의 분자 모형도를 보여준다. 도 3에서 보여지는 바와 같이, Cl은 V(IV)/V(V)과 강한 리간드 배위결합에 의해 V(IV)/V(V)-Cl 착화합물(V(IV)/V(V)-Clcomplex compound)을 형성하며, 이에 따라 도 2(b)에서와 같이 V(V) → VO(OH)3 반응을 억제함으로써 침전물인 V2O5로의 부반응이 일어나지 않게 한다.
또한 도 4와 도 5는 바나듐 착화 리간드 물질로 할로겐염 물질인 -Cl, -F, -SOCl2 등의 다양한 할로겐염 리간드를 갖는 V(IV)/ V(V) 착화합물의 분자 모형도를 보여준다.
본 발명에 따른 바나듐 레독스 흐름전지용 양극 전해질에서 상기 V(IV)/V(V) 착화 리간드 물질의 각 농도는 0.1M 내지 5M 범위인 것이 바람직하며, 상기 V(IV)/V(V) 착화 리간드 물질은 바나듐 양극 전해질 활물질 대비 1:1 내지 1:4 이상의 몰 비율을 갖는 것이 바람직하다. 농도가 0.1 M 또는 활물질 대비 1:1 미만일 경우 V(IV)/V(V) 착화합물(complex compound)이 제대로 형성되지 않아 발명의 효과가 떨어지고 5 M 또는 활물질 대비 1:4를 초과할 경우 첨가제가 전해질에 너무 과도하게 포함되어 있어 전해질의 점도, 이온전도도, 반응속도 등 전기화학적 특성에 악영향을 미칠 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따라 할로겐염, 금속할로겐화물, 티오닐 할로겐화물, 유기 할로겐화물, 산화 할로겐화염 및 유사 할로겐화물로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된 할로겐화물을 V(IV)/V(V) 착화 리간드(complexing ligand) 물질로 포함하는 양극 전해질을 포함하는 바나듐 레독스 흐름전지는 양극 전해질 내의 침전 생성을 방지할 수 있어, 안정성과 가역성이 우수하다는 장점이 있다. 본 발명에 따라 바나듐 착화 리간드 물질을 포함한 바나듐 양극 전해질은 (IV)/V(V)-ligand 착화합물 생성을 통하여, 고온에서 더욱 치명적인 V2O5 침전물 발생의 원인이 되는 V(V) → VO(OH)3 반응을 억제하여 VRFB 성능감소 및 수명 저하 문제를 해결하였으며, 도 6과 도 7의 실험 결과를 통해 보여지는 바와 같이, 할로겐염인 Cl-를 갖는 NH4Cl을 바나듐 착화 리간드 물질로 사용한 경우, 방전용량 감소를 개선하고 침전 생성을 억제하여 바나듐 레독스 흐름전지의 성능을 개선되는 효과를 확인할 수 있다.
구체적으로 하기 실시예에서는 본 발명에 따른 착화 리간드 효과를 입증하기 위하여 NH4Cl, HI, HClO3을 사용하여 실험을 진행하였다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 제시된 것으로서 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
<실시예 1>
본 실시예에서는 바나듐 착화 리간드 효과를 입증하기 위하여 상용화된 1.6M VO2 + 과 2.0 M H2SO4이 사용되었으며, NH4Cl을 포함한 양극 전해질과 NH4Cl을 포함하지 않은 양극 전해질을 사용한 고온에서 VRFB 셀@50 cycles의 성능을 분석하였다. 이때 전해질의 온도는 충·방전 50 사이클 동안 60℃를 유지하였다. 실험 결과, 도 6에서 나타낸 바와 같이 NH4Cl을 포함하지 않은 전해질의 방전용량이 급격히 감소함을 알 수가 있으며 50번째 사이클의 방전용량 유지율은 57.43 %로 감소되었음을 알 수 있다. 반면, NH4Cl을 포함한 전해질의 경우 50번째 사이클의 방전용량 유지율은약 91.98 %로 바나듐 착화 리간드 효과에 의한 V2O5 생성이 방지되었음을 알 수가 있다. 이러한 효과는 50 사이클 셀 테스트 전후의 양극 전해질을 비교한 도 7에서도 확인할 수가 있다. 여기서 NH4Cl을 포함한 양극 전해질의 경우 50 사이클 셀 테스트 전후의 색상 변화가 거의 없는 것을 알 수가 있는 반면 NH4Cl을 포함하지 않은 양극 전해질의 경우 50 사이클 셀 테스트 후의 색상이 V2O5 침전 물질로 인하여 매우 진해진(dark) 것을 알 수 있다.
<실시예 2>
NH4Cl 대신 HI를 사용하여 실시예 1과 모든 실험을 동일하게 진행하였다. 실험 결과 HI를 포함한 전해질의 경우 50번째 사이클의 방전용량 유지율은 91.45 %로 나타났으며 실시예 1에서와 마찬가지로 V2O5 생성 방지 효과를 확인할 수 있었다.
<실시예 3>
NH4Cl 대신 HClO3을 사용하여 실시예 1과 모든 실험을 동일하게 진행하였다. 실험 결과 HClO3을 포함한 전해질의 경우 50번째 사이클의 방전용량 유지율은 90.2%로 나타났으며 실시예 1에서와 마찬가지로 V2O5 생성 방지 효과를 확인할 수 있었다.
Claims (14)
- 바나듐 레독스 흐름전지용 바나듐 양극 전해질로서,
a) VO2+ 또는 VO2 + 이온과 SO4 2- 이온을 포함하는 산성용액 및
b) 할로겐염, 금속할로겐화물, 티오닐 할로겐화물, 유기 할로겐화물, 산화 할로겐화염 및 유사 할로겐화물로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된 할로겐화물을 V(IV)/V(V) 착화 리간드(complexing ligand) 물질로 포함하는 바나듐 양극 전해질. - 제1항에 있어서,
상기 할로겐화물 리간드와 배위결합한 V(IV)/V(V) 착화합물(complex compound)이 양극 활물질로 사용되어 침전 생성을 억제하는 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지용 양극 전해질. - 제1항에 있어서,
상기 할로겐화물은 하기 화학식 1로 표현되는 할로겐염인 것을 특징으로 하는 바나듐 양극 전해질.
[화학식 1]
HX, NaX, KX, NH4X
상기 식에서,
X는 F, Cl, Br, I 중에서 선택된다. - 제1항에 있어서,
상기 할로겐화물은 하기 화학식 2로 표현되는 금속할로겐화물인 것을 특징으로 하는 바나듐 양극 전해질.
[화학식 2]
MXn
상기 식에서,
n = 1 또는 2이고,
M = Cu, Zn, Fe, Ag 중에서 선택되며,
X는 F, Cl, Br, I 중에서 선택된다. - 제1항에 있어서,
상기 할로겐화물은 하기 화학식 3으로 표현되는 티오닐 할로겐화물인 것을 특징으로 하는 바나듐 양극 전해질.
[화학식 3]
SOXn
상기 식에서, n = 1 또는 2이고,
X는 F, Cl, Br, I 중에서 선택된다. - 제1항에 있어서,
상기 할로겐화물은 하기 화학식 4로 표현되는 유기 할로겐화물인 것을 특징으로 하는 바나듐 양극 전해질.
[화학식 4]
R-SOX2
상기 식에서,
R = CnH2n+1이고, n은 1 내지 4 중 어느 하나의 정수이며,
X는 F, Cl, Br, I 중에서 선택된다. - 제1항에 있어서,
상기 할로겐화물은 하기 화학식 5로 표현되는 산화 할로겐화염인 것을 특징으로 하는 바나듐 양극 전해질.
[화학식 5]
XO- n
n = 1, 2, 3, 4 중 하나이며,
X는 F, Cl, Br, I 중에서 선택된다. - 제1항에 있어서,
상기 할로겐화물은 -CN, -CP, -NC, -SH, -OCN, -NCO, -CNO, -SCN 중에서 선택된 1종 이상의 작용기를 갖는 유사 할로겐화물인 것을 특징으로 하는 바나듐 양극 전해질. - 제1항에 있어서,
상기 V(IV)/V(V) 착화 리간드 물질의 각 농도는 0.1M 내지 5M 범위인 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지용 양극 전해질. - 제1항에 있어서,
상기 V(IV)/V(V) 착화 리간드 물질은 바나듐 양극 전해질 활물질 대비 1:1 내지 1:4 이상의 몰 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지용 양극 전해질. - 제1항에 있어서,
상기 산성용액은 H2SO4, H3PO4, HCl 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지용 양극 전해질. - 제1항에 있어서,
상기 산성용액의 농도는 2.0 몰 이상인 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지용 양극 전해질. - 제1항에 있어서,
상기 양극 전해질은 pH < 2.0 인 것을 특징으로 하는 바나듐 레독스 흐름전지용 양극 전해질. - 제1항에 따른 양극 전해질을 포함하는 바나듐 레독스 흐름전지.
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