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문제 정의
- 그리고 전극인 카본펠트는 전기화학전극으로서의 활성이 요구된다11-13). 본 연구에서는 카본펠트의 전극활성을 증대시키기 위하여 카본펠트 표면에 산화그레핀(grephene oxide, GO)을 여러 가지의 농도로 처리하여 친수성 관능기의 도입을 통한 전극으로서의 성능향상을 도모하였다. 그 결과로서 산화그레핀이 적용된 카본펠트를 이용한 바나듐레독스흐름전지단위전지의 효율을 확인하였고, 전기화학적 분석을 통하여 그 전기화학적 특성을 확인하였으며 SEM, XPS 등의 각종 분석을 실시하여 물리적인 특성을 확인하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 카본펠트의 전극활성을 증대시키기 위하여 카본펠트 표면에 산화그레핀(grephene oxide, GO)을 여러 가지의 농도로 처리하여 친수성 관능기의 도입을 통한 전극으로서의 성능향상을 도모하였다. 그 결과로서 산화그레핀이 적용된 카본펠트를 이용한 바나듐레독스흐름전지단위전지의 효율을 확인하였고, 전기화학적 분석을 통하여 그 전기화학적 특성을 확인하였으며 SEM, XPS 등의 각종 분석을 실시하여 물리적인 특성을 확인하였다.
- 바나듐레독스흐름전지에서 사용되는 카본펠트 전극을 여러 가지 농도의 산화그레핀으로 표면처리를 진행하였다. 그 결과 전기화학적 활성의 증대를 확인할 수 있었다.
- 본 연구에서는 산화그레핀을 이용하여 표면처리하여 순환전압법(CV)을 이용하여 전극촉매로서의 활성도를 평가하였다. 순환전압법에 있어서 카본펠트를 작동전극(working electrode, WE)으로 사용하였다.
- 본 연구에서는 카본펠트의 표면을 산화그레핀을 이용하여 표면처리를 실시하였다. 산화그레핀은 4가지의 각기 다른 농도로 초순수에 분산시켰다.
- 이와 같이 준비되어진 카본펠트를 작동 전극으로 순환전압법 테스트를 실시하였다. 순환전압법테스트를 위하여 작동전극, 비교전극 그리고 기준전극의 3개의 전극들은 2M-H2SO4를 지지 전해질로 25 mM-VOSO4의 농도로 제작되어진 전해질용액안에서 순환전압분석을 실시하였다. 본 실험에서는 potentio/galvanostat (SP-240, BioLogic Co.
- 한편, 비교전극(counter electrode)으로서 백금 메쉬를 사용하였고, 기준전극(reference electrode)으로는 Ag/AgCl 전극을 사용하였다. 이와 같이 준비되어진 카본펠트를 작동 전극으로 순환전압법 테스트를 실시하였다. 순환전압법테스트를 위하여 작동전극, 비교전극 그리고 기준전극의 3개의 전극들은 2M-H2SO4를 지지 전해질로 25 mM-VOSO4의 농도로 제작되어진 전해질용액안에서 순환전압분석을 실시하였다.
- 바나듐흐름전지용 단위전지는 음극과 양극에 전극으로서 카본펠트를 사용하여 분리막을 중심으로 샌드위치형태로 좌우대칭 되어진 형상이다. 전지에 사용되는 전해질은 외부에 있는 전해질탱크에 저장하여 펌프(LongerPumpⓇ 사의 제품)를 이용하여 순환시켰으며 30 mL/min의 그 유량으로 단위전지의 평가를 실시하였다.
- 였다. 충전중 셀의 전압이 1.6 V에 도달하면 즉시 전류의 방향을 바꿔 방전모드로 전환하였고 방전모드에서는 셀의 전압이 1.0 V에 도달하면 충-방전 테스트를 종료하였다.
- 1은 SEM을 이용한 산화그레핀 처리되어진 카본펠트의 표면영상이다. 카본펠트 전극을 산화그레핀을 이용하여 처리 하여 표면에 그로 인한 변화를 SEM을 이용하여 관측하였다. 아무 처리하지 않은 카본펠트(a)와 0.
대상 데이터
- 3에는 산화그레핀을처리한 카본펠트전극의 바나듐 용액 내에서 VO2+/VO2+ 반응에 대한 산화/환원활성도를 확인하기 위한 순환전압법을 실시한 결과를 나타냈다. Ag/AgCl 전극을 기준전극으로 사용하였으며, 5 mV/s의 주사속도로 0.45 V에서 1.23V까지 왕복하였다. 4개의 산화그레핀 처리되어진 카본펠트 샘플들은 pristine 카본펠트에 비하여 우수한 전기화학적 특성을 확인할 수 있었다.
- 단위전지 평가에 전극으로 사용되어진 카본펠트는 JNTG사의 PAN 계열의 카본펠트서 두께는 4.5mm이다. 그리고 카본펠트는 68%의 압축비율로 눌려 단위전지를 조립하였다.
- 카본펠트의 반응면적은 5×5 cm2이다. 단위전지평가를 위해 사용되어진 전해질은 2.0 M-H2SO4를 지지전해질로 1.8 M의 VOSO4를 용해시켜 사용하였다.
- 본 연구에서는 산화그레핀을 이용하여 표면처리하여 순환전압법(CV)을 이용하여 전극촉매로서의 활성도를 평가하였다. 순환전압법에 있어서 카본펠트를 작동전극(working electrode, WE)으로 사용하였다. 여기서 사용된 카본펠트는 ㈜ JNTG의 제품으로서 4.
- 여기서 사용된 카본펠트는 ㈜ JNTG의 제품으로서 4.5 mm 두께에 4 cm2 (1×4 cm)의 면적으로 카본펠트를 준비하였다.
- 5 mm 두께에 4 cm2 (1×4 cm)의 면적으로 카본펠트를 준비하였다. 한편, 비교전극(counter electrode)으로서 백금 메쉬를 사용하였고, 기준전극(reference electrode)으로는 Ag/AgCl 전극을 사용하였다. 이와 같이 준비되어진 카본펠트를 작동 전극으로 순환전압법 테스트를 실시하였다.
이론/모형
- 순환전압법테스트를 위하여 작동전극, 비교전극 그리고 기준전극의 3개의 전극들은 2M-H2SO4를 지지 전해질로 25 mM-VOSO4의 농도로 제작되어진 전해질용액안에서 순환전압분석을 실시하였다. 본 실험에서는 potentio/galvanostat (SP-240, BioLogic Co.)을 이용하여 0.45 V에서 1.25 V까지의 범위에서 주사속도 5 mV/s로 순환전압법을 실시하였다.
성능/효과
- 1 wt.%에서 가장 우수한 전기화학적 활성도를 단위전지 평가결과로 증명할 수 있었다.
- 1 wt.%에서 가장 우수한 전기화학전극으로서의 성능을 확인할 수 있었다.
- 0 wt.%에서 오히려 전기화학적 활성이 감소한다는 것을 확인하였다. 이는 Fig.
- 1) 순환전압법테스트를 통하여 전극으로서의 전기화학적 활성도의 증가를 확인할 수 있었다.
- 2) 아무 처리 되어지 않은 카본펠트는 전극으로서의 역할을 수행할 수 없었다.
- 23V까지 왕복하였다. 4개의 산화그레핀 처리되어진 카본펠트 샘플들은 pristine 카본펠트에 비하여 우수한 전기화학적 특성을 확인할 수 있었다. Pristine 카본펠트는 0.
- 4개의 산화그레핀 처리되어진 카본펠트 샘플들은 pristine 카본펠트에 비하여 우수한 전기화학적 특성을 확인할 수 있었다. Pristine 카본펠트는 0.015 A의 약간의 산화피크를 보이기는 하였으나, 환원피크의 확인이 거의 불가능할 정도로 나타났다. 가역성을 나타내는 산화피크와 환원피크간의 전압차이(ΔV)는 산화그레핀농도 0.
- 산화그레핀을 이용하여 카본펠트의 표면에 관능기를 도입할 때 O1s의 intensity가 표면처리를 하지 않은 카본펠트에 비하여 증가함을 확인할 수 있었다. Wide scan 결과 전극의 표면에서 C와 O의 peak이 두드러졌고 다른 원소의 peak은 거의 관측되지 않아 전극표면에서 C와 O 이외의 원소함량이 그리 높지 않은 것이 확인된다. 특히 산소계 피크는 전극으로서의 성능과 카본펠트의 젖음성에 크게 좌우될 수 있는 인자라고 할 수 있다.
- 바나듐레독스흐름전지에서 사용되는 카본펠트 전극을 여러 가지 농도의 산화그레핀으로 표면처리를 진행하였다. 그 결과 전기화학적 활성의 증대를 확인할 수 있었다. 또한 최적화되어진 산화그레핀의 농도를 찾을 수 있었다.
- 산화그레핀농도가 증가함에 따라 충/방전 특성이 우수한 것을 확인하였고, 이는 앞서 설명한 것과 같이 산화그레핀의 농도가 증가함에 따라 충/방전 특성이 우수하지만, 산화그레핀이 과하게 표면에 침착하게 된다면 오히려 반응면적이 줄 수 있다는 것으로 판단된다.
- 불소계피크 또한 확인할 수 있었는데 이는 산화그레핀처리를 위해 바인더로 사용한 나피온솔루션 때문인 것으로 판단된다. 산화그레핀을 이용하여 카본펠트의 표면에 관능기를 도입할 때 O1s의 intensity가 표면처리를 하지 않은 카본펠트에 비하여 증가함을 확인할 수 있었다. Wide scan 결과 전극의 표면에서 C와 O의 peak이 두드러졌고 다른 원소의 peak은 거의 관측되지 않아 전극표면에서 C와 O 이외의 원소함량이 그리 높지 않은 것이 확인된다.
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