초록 ▼

전력저장용 핵심소재 및 스택 개발 (Ⅲ)

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
스택 결과로써, 1차년도에 60W급 스택을 제조하여 78.4%의 에너지 효율을 달성하였으며, 2차년도에는 대면적 매니폴드를 적용하여 500W급 스택을 제조하였고 85.2%의 효율을 달성하였다. 1kW급 스택에 적용할 소재 및 전극 압축률을 플로우 표준 단셀로 평가하여 선정하였다. 이렇게 선정된 핵심소재 및 음이온교환막을 적용하여 3차년도에 1kW급 바나듐 레독스 흐름전지 스택을 제조하였으며, 정전류 충방전 결과 100 cycle에서

전력저장용 핵심소재 및 스택 개발 (Ⅲ)

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
스택 결과로써, 1차년도에 60W급 스택을 제조하여 78.4%의 에너지 효율을 달성하였으며, 2차년도에는 대면적 매니폴드를 적용하여 500W급 스택을 제조하였고 85.2%의 효율을 달성하였다. 1kW급 스택에 적용할 소재 및 전극 압축률을 플로우 표준 단셀로 평가하여 선정하였다. 이렇게 선정된 핵심소재 및 음이온교환막을 적용하여 3차년도에 1kW급 바나듐 레독스 흐름전지 스택을 제조하였으며, 정전류 충방전 결과 100 cycle에서 81.4%의 에너지 효율을 달성하였다. 이온교환막은 1, 2차년도 연구 결과를 바탕으로 세공충진형 음이온 강화복합막이 전 바나듐 레독스 흐름전지용으로 적합하다는 판단 하에, 3차년도에서는 최적의 음이온교환막을 제조하기 위해 3가지의 다른 관능기(TMA,TEA,DMI)로 아민화 반응을 실시하고 이들의 물리화학적, 전기화학적 특성 분석 결과 및 표준 단셀 운전 평가를 진행하였다. 다양한 전해질 조성에 따른 세공충진형 음이온교환막 제조 완료 및 바나듐 이온에 대한 막 투과도(permeability) 평가를 통해 Nafion117 대비 수소이온 선택도 300% 이상의 세공충진형 음이온교환막을 개발하였다. 제조된 음이온교환막에 대한 면저항, 팽윤도, 바나듐 투과율 등 기초 물성에 대한 1차 스크리닝을 통해 VRFB에 가장 적합한 조건을 갖춘 TMA관능기 보유 막들을 다공성 PE 지지체 기반 PE_TMA막 및 npPE_TMA막 제조 후 VRFB 충,방전 cycle에 의한 막내구성 평가를 완료하였으며, npPE_TMA막이 Nafion117 대비 동등 수준으로 나타났다. 세공충진막 개념을 도입하여 인장강도 120MPa 이상의 기계적 강도를 보유한 음이온교환 강화복합막 개발을 완료하였으며, 다공성 PE 지지체를 적용하여 표면 polishing(PE_TMA) 및 non-polishing(npPE_TMA) 제품 개발에 의한 25 ∼ 50㎛ 두께, 30 cm x roll 세공충진형 음이온교환막 개발을 통해, 25cm x 30cm 크기의 막을 1kW급 VRFB 스택에 적용하였다.


ESS를 위한 대용량 사이클릭 울트라 커패시터 개발 (Ⅱ)

Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
ㅇ 모바일 기기 및 자동차용 전원기술 등 에너지저장 수요는 꾸준히 확대되어 왔고, 향후 스마트 그리드 및 안정적 전력공급을 위한 ESS 등에 대한 수요와 맞물려 그 필요성은 더욱 늘어날 것으로 보임.
ㅇ 초고용량 커패시터는 출력밀도가 높아 단시간에 큰 출력을 내는 전력 저장장치로 주파수가 요동치거나, 전압이 떨어지는 등 전력품질 저하를 막기 위해 쓰이며, 풍력과 같은 신재생 에너지의 경우 풍속, 풍향이 갑자기 바뀌는 등 돌발 상황에 대응하기 위해서 반드시 필요한 에너지저장 장치임. 그러나 장시간 사용을 위한 높은 에너지밀도를 필요로 하는 ESS 의 주 시스템으로는 현 기술로 단독 사용은 불가.
ㅇ 기존 초고용량 커패시커 (EDLC, Pseudocapacitor) 의 낮은 에너지밀도 한계를 뛰어넘어 배터리와 초용량 커패시터의 장점을 동시에 가지는 에너지저장 기술로서, 독립적 에너지저장장치로 사용가능한 대용량 고에너지밀도 사이클릭 울트라 커패시터의 기술도입이 필요한 시점. 전지의 에너지밀도 영역에 도전하는 혁신적 고에너지 초고용량 커패시터를 개발


역간주행용 전동차 전력 급속충전저장 시스템 개발 (Ⅰ)

Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
○ 우리나라는 2020년까지 국가온실가스 감축을 배출전망치 대비 최대 30% 절감 목표를 확정하였음. 국가 온실가스 배출의 17%를 차지하고 있는 교통부문에서 온실가스를 2020년까지 배출전망치 대비 33∼37% 감축해야함. 따라서 철도분야에서 가장 현실적 방안으로 전동차 온보드 에너지저장 기술 개발이 무엇보다 필요한 시점이라 하겠음.
○ 대부분의 전동차는 전기에너지를 효율적으로 사용하기 위해 회생제동을 통해 기계적인 에너지를 전기에너지로 회수하여 가선에 되돌리는 기술을 적용하고 있으나 전력공급선(가선)의 선로저항 등에 의해 최대 약 40%가 낭비되고 있음.
○ 기존의 전력공급 가선을 설치하는 지상중심의 에너지 공급체계에서 차량중심의 공급체계로 전력공급의 패러다임을 변경함으로써 전력선(가선)이 불필요하여 가선손실을 근원적으로 차단하므로써 에너지 이용효율을 크게 향상시킬 뿐만 아니라, 도시미관을 개선하고 고전압 송전에 의한 안전사고 발생요인을 제거하고 선로 건설비용을 획기적으로 절감할 수 있음.
○ 이에, 본 연구과제에서의 개발될 핵심기술은 주행에 필요한 에너지를 차량 제동력 회수재생과 함께 정거장에서 20초 급속충전으로 저장하여 역간을 주행하는 에너지 이용효율을 극대화한 전동차량용 전력저장시스템을 개발하는 것임.
○ 본 연구과제는 기관간 융합연구과제의 일환으로, 역간주행 전동차 전력 급속충전저장 시스템의 개발을 위하여 에너지저장 매체 시스템에 전력을 급속충전 공급하는 전력장치 기술은 한국철도기술 연구원이 담당하고, 고출력 대용량 에너지저장 매체 시스템 기술은 한국에너지기술연구원이 담당하여 각각 그 역할을 분담하여 융합기술을 개발함.


왕겨 가스화 공정을 이용한 에너지 생산 및 이차전지 음극재 개발 (Ⅱ)

Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
- KIER-KAIST 융합 도출 과제로 대표적인 농부산 바이오매스인 왕겨를 가스화 공정의 원료로 본 KIER와 실리콘 이차전지 음극재 원료로 이용한 KAIST간 융합 과제로 기술 융합을 통한 글로벌 경쟁력 확보 (연구원 대표 융합과제) 임에도 불구하고 생산된 벼의 20%에 해당하는 왕겨는 저부가가치 물질인 축산시설 깔개, 퇴비, 상토, 보온재 등에 제한적으로 활용되어 왔음. (가격: 50원/kg)
- 왕겨 가스화/환원 공정 개발을 통해 왕겨를 에너지원으로 활용함과 동시에 왕겨 안에 있는 고순도 실리콘을 차세대 이차전지 음극재로 활용할 경우 고용량 및 사이클 안정성을 가지므로 막대한 고부가가치 자원으로 업그레이드 시킬 수 있음. (음극재 생산 시 가격: 100,000원/kg)
- 본 연구에서 제안한 공정 흐름도와 같이 기존의 분리된 왕겨 에너지화 연구와 실리콘 추출 연구를 통합하여 고효율 통합 공정을 개발하고 기술 이전 및 사업화를 통한 연계공정 설계/기술 패키지 화를 수행함.

Abstract ▼

Development of Key Materials and RFB Stack for Energy Storage (Ⅲ)

Ⅳ. Result and Recommendations
As stack results, the 60W-class stack in the first year was preprepared and achieved by the energy efficiency of 78.4% and the 500W-class stack with large-area manifold in the second year was pr

Development of Key Materials and RFB Stack for Energy Storage (Ⅲ)

Ⅳ. Result and Recommendations
As stack results, the 60W-class stack in the first year was preprepared and achieved by the energy efficiency of 78.4% and the 500W-class stack with large-area manifold in the second year was prepared and achieved by the energy efficiency of 85.2%. The core materials and the electrode compression rate to be applied to the 1kW-class stack were selected for the evaluation in standard flow single cells. Finally, the 1kW-class stack with selected core materials and optimized electrode compression rate was prepared and achieved by the energy efficiency of 81.4% @ 100th cycle. Anion exchange composite membranes consisting of 3 different types of functional groups have been investigated to develop an optimal anion exchange membrane in the third year. Finally, the following conclusions were obtained from the analyses of physico-chemical and electrochemical properties of the prepared anion exchange membranes and from the cell performances using them: 1) development of pore filling type anion exchange membranes having proton selectivity of 300% higher than that of Nafion117 by the evaluation of the vanadium permeabilities optimized for vanadium redox flow batteries (in cases of the membranes consisting of TMA and TEA functional groups), 2) verification of superior resistance (degradation factor: below 10% in 60 hr at 40 ℃) to acidic conditions by the evaluation of the accelerated acid-proof tests using a V(V) solution in case of the anion exchange membranes consisting of TMA functional groups, 3) completion of membrane durability test by 1,000 cycle charge-discharge evaluation using two sorts of anion exchange membranes; PE_TMA and npPE_TMA pore filled within a porous polyethylene substrate (the durability of the npPE_TMA membrane was comparable to that of Nafion117), 4) successful accomplishment of the performance evaluation of 1kW VRFB using the pore filling type anion exchange membranes prepared by a roll-to-roll process (width: 30 cm, membrane thickness: 25 ∼ 50㎛).

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 목차 ... 5
• 전력저장용 핵심소재 및 스택 개발 (Ⅲ) ... 7
• 표지 ... 7
• 요약문 ... 9
• SUMMARY ... 11
• CONTENTS ... 15
• 목차 ... 16
• 그림목차 ... 17
• 표목차 ... 20
• 제1장 서 론 ... 21
• 제1절 연구 배경 ... 21
• 제2절 연구 목표 및 내용 ... 27
• 제2장 본 론 ... 28
• 제1절 고성능, 고내구성 이온교환막 개발 ... 28
• 제2절 전압증폭형 바나듐 레독스 흐름전지 스택 개발 ... 54
• 제3장 결 론 ... 81
• 참고문헌 ... 83
• ESS를 위한 대용량 사이클릭 울트라 커패시터 개발 (Ⅱ) ... 85
• 표지 ... 85
• 목차 ... 87
• 2015년도 주요사업 연차평가 보고서 ... 89
• Ⅰ. 일반현황 ... 89
• Ⅱ. 과제의 목표 및 내용 ... 90
• Ⅲ. 추진 전략 ... 94
• Ⅳ. 추진 실적 ... 98
• Ⅴ. 향후 계획 ... 137
• 역간주행용 전동차 전력 급속충전저장 시스템 개발 (Ⅰ) ... 141
• 표지 ... 141
• 목차 ... 143
• 2015년도 주요사업 연차평가 보고서 ... 145
• Ⅰ. 일반현황 ... 145
• Ⅱ. 과제의 목표 및 내용 ... 146
• Ⅲ. 추진 전략 ... 148
• Ⅳ. 추진 실적 ... 151
• Ⅴ. 향후 계획 ... 166
• 왕겨 가스화 공정을 이용한 에너지 생산 및 이차전지 음극재 개발 (Ⅱ) ... 171
• 표지 ... 171
• 목차 ... 173
• 2015년도 주요사업 연차평가 보고서 ... 175
• Ⅰ. 일반현황 ... 175
• Ⅱ. 과제의 목표 및 내용 ... 176
• Ⅲ. 추진 전략 ... 179
• Ⅳ. 추진 실적 ... 181
• Ⅴ. 향후 계획 ... 208
• 끝페이지 ... 209