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탄소펠트의 열처리 온도에 따른 레독스흐름전지와 전극 특성에 미치는 영향
Effect of the redox flow battery and electrode characteristics according to the heat treatment temperature of a carbon felt 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.24 no.3, 2015년, pp.89 - 95  

유효성 (전북테크노파크 연료전지핵심기술연구센터) ,  유현진 (전북테크노파크 연료전지핵심기술연구센터) ,  유기현 (전북테크노파크 연료전지핵심기술연구센터) ,  강준영 ((주)씨앤에프) ,  박홍식 (전북테크노파크 연료전지핵심기술연구센터) ,  최웅휘 (전북테크노파크 연료전지핵심기술연구센터) ,  유동진 (전북대학교 수소연료전지특성화대학원, 수소연료전지센터)

초록
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레독스흐름전지의 전극으로 사용하기 위해 (주)CNF에서 제조한 탄소펠트를 여러 가지 온도에서 열처리하여 실험하였다. 열처리 조건에 따른 탄소펠트의 물성특성을 파악하기 위하여 BET(비표면적)와 무게감소를 측정하였고 표면특성을 살펴보기 위하여 주사전자현미경(SEM)과 XPS 분석을 실시하였다. 또한 전기저항, CV(cyclic voltammetry), RFB 충방전 성능 통해 열처리 조건에 따른 전극특성에 미치는 영향을 살펴보았다. SEM, BET분석을 통하여 탄소펠트 표면의 물성 변화를 확인하였고, XPS 분석을 통해 $550^{\circ}C$에서 1시간 열처리한 탄소펠트의 표면에 산소 관능기가 가장 많이 부가된 것을 확인하였다. CV 실험을 수행한 결과 $550^{\circ}C$ 열처리 전극의 활성면적이 가장 컸다. $400^{\circ}C$, $500^{\circ}C$, $550^{\circ}C$에서 열처리한 탄소펠트를 이용하여 바나듐 레독스흐름전지를 구성하고 충-방전 실험을 실시한 결과 충-방전 에너지효율$400^{\circ}C$ 열처리 전극의 경우 72.9%, $500^{\circ}C$ 열처리 전극의 경우 79.8%, $550^{\circ}C$ 열처리 전극의 경우 79.8%로 $550^{\circ}C$ 열처리 전극이 가장 우수하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Carbon felts manufactured by (Co)CNF were subjected to heat treatment under different temperatures to use for the electrode of a redox-flow battery. BET and weight loss were tested to investigate the physical properties of the carbon felt according to the heat treatment conditions. SEM and XPS were ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 ㈜CNF에서 제조한 탄소펠트를 여러 가지 온도에서 열처리하여 최적의 RFB용 전극펠트를 개발하기 위함이다. 열처리 조건에 따른 탄소펠트의 물성 특성을 파악하기 위하여 BET(비표면적), 무게손실 등을 측정하였고 표면특성을 살펴보기 위하여 주사전자 현미경(SEM) 와 XPS 분석을 실시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
레독스흐름전지가 각광 받는 이유는 무엇인가? 레독스흐름(Redox Flow) 라는 용어는 reduction(환원), oxidation(산화), flow(흐름)의 단어를 합성한 것으로, 최외각 전자수가 변화하는 금속 이온을 가진 구용성 전해액을 탱크에 저장하고 그 전해액을 펌프로 스택 부분에 송액하여 충전 및 방전하는 전지를 의미한다[1-4]. 레독스흐름전지는 최근 신성장 동력분야로 주목받는 전력저장용 에너지저장 시스템에 사용되어 전력공급 안정화 및 신재생에너지 확산 등의 부가가치를 창출하는 녹색분야의 핵심 기술로 급격한 시장 확대가 예상되는 신산업 분야이다. 에너지 저장시스템 (ESS, Energy Storage Sys-tem)은 남는 전력을 저장하여 필요할 때 공급함으로써 에너지 효율을 향상시키고, 신재생에너지의 활용도를 높이며, 전력공급 시스템을 안정화 시켜주는 전력공급 장치이다.
레독스흐름전지란 무엇인가? 레독스흐름전지(Redox flow battery, RFB)는 기존 이차 전지와는 달리 전해액 중의 활물질(active mate-rial)이 산화 환원되어 충/방전되는 시스템으로 전해액의 화학적 에너지를 직접 전기에너지로 저장시키는 전기화학적 축전장치이다. 레독스흐름(Redox Flow) 라는 용어는 reduction(환원), oxidation(산화), flow(흐름)의 단어를 합성한 것으로, 최외각 전자수가 변화하는 금속 이온을 가진 구용성 전해액을 탱크에 저장하고 그 전해액을 펌프로 스택 부분에 송액하여 충전 및 방전하는 전지를 의미한다[1-4].
ESS의 용도는 무엇인가? 에너지 저장시스템 (ESS, Energy Storage Sys-tem)은 남는 전력을 저장하여 필요할 때 공급함으로써 에너지 효율을 향상시키고, 신재생에너지의 활용도를 높이며, 전력공급 시스템을 안정화 시켜주는 전력공급 장치이다. 즉, 에너지 저장시스템은 잉여전기를 저장하여 재활용하는 ‘전력저수지’ 기능을 수행할 수 있기 때문에 정전 시 비상 전원으로서 사용가능하고 전력부하 관리에도 유용하게 사용될 수 있다. 사용 용도로는 대규모 태양광 발전 및 풍력발전단지에는 대용량 이차전지 저장시스템이 각광을 받고 있으며, 특히 요즘 각광받고 있는 스마트 그리드에는 에너지저장 시스템 기술이 중요하게 부각되고 있으며, 이러한 에너지 저장 시스템 중에서도 이차전지가 효율적인 것으로 알려져 있다[5,6]. 에너지 저장장치는 출력 및 용량에 따라 구분될 수 있으며, 레독스흐름전지는 수백 KW ~ 수십 MW 까지의 에너지 저장용량을 담당하고 있다.
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참고문헌 (10)

  1. Analysis of ESS Business : Flow Battery Tech. & Market; Understanding the RFB, SNE Research, 36 (2013). 

  2. L.Yue, W. Li, F. Sun, L. Zhao, L. Xing, Highly hydroxylated carbon fibers as electrode materials of all-vanadium redox flow battery, Carbon, 48, 3079-3090, (2010). 

  3. T. Liu,, X.Li, H. Nie, C. Xu, H. Zhang, Investigation on the effect of catalyst on the electrochemical performance of carbon felt and graphite felt for vanadium flow batteries, J. Power Sources, 286, 73-81, (2015). 

  4. H. F. Cui ,LinDu,P.B.Guo,,B. Zhu, J.H.T. Luong, Controlled modification of carbon nanotubes and polyaniline on macroporous graphite felt for highperformance microbial fuel cell anode, J. Power Sources, 283, 46-53, (2015). 

  5. Analysis of ESS Business : Flow Battery Tech. & Market", SNE Research, 9, (2013). 

  6. R. Schweiss, Influence of bulk fibre properties of PAN-based carbon felts on their performance in vanadium redox flow batteries, J. Power Sources, 278, 308-313, (2015). 

  7. Analysis of ESS Business : Flow Battery Tech. & Market; the type and characteristics of the energy storage system, SNE Research, 10-19 (2013). 

  8. K. Oh, S. Won, H. Ju, Numerical study of the effects of carbon felt electrode compression in all-vanadium redox flow batteries, Electrochim. Acta, 2015, doi:10.1016/j.electacta.2015.02.212 

  9. R. E. G. Smith, T. J. davies, N. D. B. Baynes, R. J. Nichols, The electrochemical Characterizations of graphite felts, J. Electroanal. Chem. 747, 28-38, (2015). 

  10. Ki Jae Kim, Young-Jun Kim, Jae-Hun Kim, Min-Sik Park. "The effects of surface modification on carbon felt electrodes for use in vanadium redox flow batteries", Materials Chemistry and Physics, 131(1-2), 547-553(2011). 

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