The electrolyte flow rates of vanadium redox flow battery play very important role in terms of ion transfer to electrolyte, kinetics and pump efficiency in system. In this paper a vanadium redox flow battery single cell was tested to suggest the optimization criteria of electrolyte flow rates on the...
The electrolyte flow rates of vanadium redox flow battery play very important role in terms of ion transfer to electrolyte, kinetics and pump efficiency in system. In this paper a vanadium redox flow battery single cell was tested to suggest the optimization criteria of electrolyte flow rates on the efficiencies. The compared electrolyte circulation flow rates in this experimental work were 15, 30 and 45 mL/min. The charge/discharge characteristics of the flow rate of 30 mL/min was the best out of all flow rates in terms of charging and discharging time. The current efficiencies, voltage efficiencies and energy efficiencies at the flow rate of 30 mL/min were the best. The IR losses obtained at thd current density of $40mA/cm^2$, at the flow rates of 15, 30 and 45 mL/min were 0.085 V, 0.042 V and 0.115 V, respectively. The charge efficiencies at the current density of $40mA/cm^2$ were 96.42%, 96.45% and 96.29% for the electrolyte flow rates of 15, 30 and 45 mL/min, respectively. The voltge efficiencies at the current density of $40mA/cm^2$ were 77.34%, 80.62% and 76.10% for the electrolyte flow rates of 15, 30 and 45 mL/min, respectively. Finally, the energy efficiencies at the current density of $40mA/cm^2$ were 74.57%, 77.76% and 73.27% for the electrolyte flow rates of 15, 30 and 45 mL/min, respectively. The optimum flow rates of electrolytes were 20 mL/min in most of operating variables of vanadium redox flow battery.
The electrolyte flow rates of vanadium redox flow battery play very important role in terms of ion transfer to electrolyte, kinetics and pump efficiency in system. In this paper a vanadium redox flow battery single cell was tested to suggest the optimization criteria of electrolyte flow rates on the efficiencies. The compared electrolyte circulation flow rates in this experimental work were 15, 30 and 45 mL/min. The charge/discharge characteristics of the flow rate of 30 mL/min was the best out of all flow rates in terms of charging and discharging time. The current efficiencies, voltage efficiencies and energy efficiencies at the flow rate of 30 mL/min were the best. The IR losses obtained at thd current density of $40mA/cm^2$, at the flow rates of 15, 30 and 45 mL/min were 0.085 V, 0.042 V and 0.115 V, respectively. The charge efficiencies at the current density of $40mA/cm^2$ were 96.42%, 96.45% and 96.29% for the electrolyte flow rates of 15, 30 and 45 mL/min, respectively. The voltge efficiencies at the current density of $40mA/cm^2$ were 77.34%, 80.62% and 76.10% for the electrolyte flow rates of 15, 30 and 45 mL/min, respectively. Finally, the energy efficiencies at the current density of $40mA/cm^2$ were 74.57%, 77.76% and 73.27% for the electrolyte flow rates of 15, 30 and 45 mL/min, respectively. The optimum flow rates of electrolytes were 20 mL/min in most of operating variables of vanadium redox flow battery.
바나듐레독스흐름전지의 성능은 멤브레인의 이온 전도성 및 바나듐이온 투과성10-12), 그리고 카본펠트의 전극활성 및 물질전달에13-15) 크게 영향을 받는데 본 연구에서는 카본펠트의 전극활성 및 전해질의 이동에 관계되어진 전해질의 유량의 변화가 바나듐레독스흐름전지의 성능에 주는 영향성을 연구하였다. 전해질의 유량은 15, 30 그리고 45 mL/min으로 정하였고 충/방전 전류밀도는 40, 60 그리고 80 mA/cm2으로 설정하여 충전효율, 전압효율 그리고 에너지효율을 비교하였으며, 각 충/방전전류밀도와 유량에 따른 충전초기 전압과 방전초기 전압차인 IR손실도 비교하였다.
제안 방법
크게 영향을 받는데 본 연구에서는 카본펠트의 전극활성 및 전해질의 이동에 관계되어진 전해질의 유량의 변화가 바나듐레독스흐름전지의 성능에 주는 영향성을 연구하였다. 전해질의 유량은 15, 30 그리고 45 mL/min으로 정하였고 충/방전 전류밀도는 40, 60 그리고 80 mA/cm2으로 설정하여 충전효율, 전압효율 그리고 에너지효율을 비교하였으며, 각 충/방전전류밀도와 유량에 따른 충전초기 전압과 방전초기 전압차인 IR손실도 비교하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 레독스흐름전지용 전극인 카본펠트는 JNTG사의 제품으로서 두께는 4.5 mm이고 PAN 계열의 카본펠트 이다. 그리고 카본펠트는 셀의 조립시 68%로 눌려 조립되었다.
성능/효과
본 연구에서는 바나듐레독스흐름전지의 전해질의 유량이 그 성능에 미치는 영향에 관하여 관찰해 보았다. 15, 30 그리고 45 mL/min의 전해질용액의 유량을 비교하였으며 40, 60 그리고 80 mA/cm2의 전류밀도에서 비교를 행한 결과 전해질유량 30 mL/min에서 가장 우수한 성능을 나타냈다. 여러 가지의 충/방전 전류밀도에서 모두 우수한 성능을 보였으며 전기적인 특징인 IR 손실 역시도 모든 충/방전 전류밀도에서 우수한 특성을 나타내었다.
15, 30 그리고 45 mL/min의 전해질용액의 유량을 비교하였으며 40, 60 그리고 80 mA/cm2의 전류밀도에서 비교를 행한 결과 전해질유량 30 mL/min에서 가장 우수한 성능을 나타냈다. 여러 가지의 충/방전 전류밀도에서 모두 우수한 성능을 보였으며 전기적인 특징인 IR 손실 역시도 모든 충/방전 전류밀도에서 우수한 특성을 나타내었다. 향 후 보다 큰 대면적의 단위셀과 적층되어진 스택을 이용하여 전기화학적 분석 및 유체유동에 관한 CFD 등을 이용한 모델링을 통하여 보다 심도 깊은 분석과 최적화 등을 통하여 산업용 대형 레독스흐름 전지시스템의 스택운전, 시스템운전 소비전력 등을 위한 설계에 단초가 되는 자료를 제공하였다.
그리고 에너지효율의 경우 역시 충전효율이 큰 차이를 보이지 않기 때문에 전압효율과 비슷한 경향으로 전해질유량 30 mL/min에서 가장 우수한 값을 나타내는 것으로 볼 수 있다. 충/방전 전류밀도 40 mA/cm2에서의 충전효율은 전해질유량 15, 30 그리고 45 mL/min 에서각각 96.42%, 96.45% 그리고 96.29%이었고, 전압 효율은 전해질유량 15, 30 그리고 45 mL/min에서 각각 77.34%, 80.62% 그리고 76.10%이었으며 에너지효율은 전해질유량 15, 30 그리고 45 mL/min에서 각각 74.57%, 77.76% 그리고 73.27%이었다. 충/방전 전류밀도 60 mA/cm2에서의 충전효율은 전해질유량 15, 30 그리고 45 mL/min에서 각각 96.
후속연구
여러 가지의 충/방전 전류밀도에서 모두 우수한 성능을 보였으며 전기적인 특징인 IR 손실 역시도 모든 충/방전 전류밀도에서 우수한 특성을 나타내었다. 향 후 보다 큰 대면적의 단위셀과 적층되어진 스택을 이용하여 전기화학적 분석 및 유체유동에 관한 CFD 등을 이용한 모델링을 통하여 보다 심도 깊은 분석과 최적화 등을 통하여 산업용 대형 레독스흐름 전지시스템의 스택운전, 시스템운전 소비전력 등을 위한 설계에 단초가 되는 자료를 제공하였다.
전해질유량별 충/방전 특성에 있어서 전해질유량 30 mL/min에서 가장 우수한 성능을 나타내었다. 향 후 전산유체역학(computational flow dynamics, CFD) 및 각종 전기화학적 분석기법을 이용하여 유체유동의 특성과 전기화학적 변수와의 상관관계를 분석 및 예측이 이루어진다면 학문적, 산업적으로 매우 가치있는 단서를 제공할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
바나듐레독스흐름전지의 성능에 영향을 주는 요인은?
바나듐레독스흐름전지의 성능은 멤브레인의 이온 전도성 및 바나듐이온 투과성10-12), 그리고 카본펠트의 전극활성 및 물질전달에13-15) 크게 영향을 받는데 본 연구에서는 카본펠트의 전극활성 및 전해질의 이동에 관계되어진 전해질의 유량의 변화가 바나듐레독스흐름전지의 성능에 주는 영향성을 연구하였다. 전해질의 유량은 15, 30 그리고 45 mL/min으로 정하였고 충/방전 전류밀도는 40, 60 그리고 80 mA/cm2으로 설정하여 충전효율, 전압효율 그리고 에너지효율을 비교하였으며, 각 충/방전전류밀도와 유량에 따른 충전초기 전압과 방전초기 전압차인 IR손실도 비교하였다.
신재생에너지의 중요성이 대두된 배경은?
화석연료 고갈과 온실가스 감축의무에 따라 신재생에너지의 중요성이 대두되고 있다. 이에 따라 풍력, 태양광 등의 재생에너지의 수요가 점점 확대되고 있다.
풍력, 태양광 등의 재생에너지의 수요가 점점 확대된 원인은?
화석연료 고갈과 온실가스 감축의무에 따라 신재생에너지의 중요성이 대두되고 있다. 이에 따라 풍력, 태양광 등의 재생에너지의 수요가 점점 확대되고 있다.
참고문헌 (17)
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