초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
브롬 고정 첨가제(PV(Br)₄)가 코팅된 graphite felt 도입 시, 비커 셀 평가를 통해 양극 내 브롬을 효과적으로 고정하여 브롬의 크로스오버를 억제함을 확인하였으며, graphite felt를 물리적으로 passivation 하여 산소 발생 반응 (Oxygen evolution reaction, OER) 억제 및 가역적인 Zn 전착/탈리 반응이 가능함이 관찰됨. Single cell을 통한 수명 평가 결과, 기준 전해액에 비해 쿨롱효율 24%, 에너지 효율 18% 향상된 수명

Ⅳ. 연구개발결과
브롬 고정 첨가제(PV(Br)₄)가 코팅된 graphite felt 도입 시, 비커 셀 평가를 통해 양극 내 브롬을 효과적으로 고정하여 브롬의 크로스오버를 억제함을 확인하였으며, graphite felt를 물리적으로 passivation 하여 산소 발생 반응 (Oxygen evolution reaction, OER) 억제 및 가역적인 Zn 전착/탈리 반응이 가능함이 관찰됨. Single cell을 통한 수명 평가 결과, 기준 전해액에 비해 쿨롱효율 24%, 에너지 효율 18% 향상된 수명 성능을 보임.
음극의 균일한 전착 유도를 위해 금속 첨가제 도입 시, Zn/Zn 대칭셀 평가결과 초기 전착 과전압이 감소함을 확인함. 하지만 10 사이클 후 음극 표면모폴로지 비교 및 single cell 수명 평가에서 dendritic한 모폴로지 및 전착 입자 크기가 증가해 셀 성능저하로 이어진 결과를 나타냈으며 이에 따른 메커니즘 분석 예정임.
Zn(TFSI)₂를 염수준 (0.5M)으로 전해액에 도입하여 아연 음극의 표면에 ZnF 및 organosulfur/organonitrogen으로 구성된 유/무기 복합 보호막을 형성하여 HER 반응을 억제하는 전략의 연구 결과, Zn(TFSI)₂의 도입에 따라 Zn dendrite 형성 억제가 가능하며 이로 인해 single cell 평가 시 성능이 향상됨.
이에 아연 음극 표면에 유/무기 복합 보호막 형성 가능 첨가제 후보군 탐색 및 함량 평가 진행 중임.
고농도화 시스템 도입을 통한 물 용매 최소화 전략의 연구 결과, 일정 농도 (5M ZnBr₂) 수준 까지 농도가 증가함에 따라 효율이 향상됨을 확인함. 하지만 점도 상승 및 이온전도도의 감소로 최적의 염 농도 평가를 진행 중에 있음.

(출처 : 요약문 5p)

Abstract ▼

In this study, the design of an aqueous electrolyte system of a flowless zinc bromine battery (FL-ZBB) for a secondary battery based large capacity energy storage system (ESS) characterized by non-incendive properties was conducted.
In order to solve the problem of cathode active material crossov

In this study, the design of an aqueous electrolyte system of a flowless zinc bromine battery (FL-ZBB) for a secondary battery based large capacity energy storage system (ESS) characterized by non-incendive properties was conducted.
In order to solve the problem of cathode active material crossover, which is a key problem of FL-ZBB, PV(Br)₄ coated graphite felt that can reversibly fix bromine in the positive electrode has been developed. Also it was confirmed that the cell performance was greatly improved due to the ability of suppressing the crossover of the active material, the expansion of the electrochemical stability window and the improvement of anode reversibility. Furthermore, it is possible to minimize the distance between the cathode and anode in the cell due to the active material crossover suppression effect, so it is expected to maximize the energy density per volume, the final goal of the project.
Second, zinc has a high energy density (820mAh/g) and high electrical conductivity (1.69x10²S/m) enabling fast charge and discharge. However, it has negative characteristics including low reversibility by non-uniform zinc plating/stripping and side reaction such as hydrogen/oxygen generation by reduction/oxidation of water solvent. Therefore, the development of the electrolyte system, which leads to homogeneous plating/stripping of zinc anode and suppresses unwanted electrolyte decomposition at electrodes in flowless zinc bromine batteries (FL-ZBB). In this study, we have designed electrolyte system for suppression of zinc dendrite formation through uniform electro-deposition of zinc by introducing Zn(TFSI)₂ salt as a second salt to form an ion-permeable organic/inorganic hybrid film on the zinc anode was conducted.

(source : SUMMARY 7p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 7
• CONTENTS ... 8
• 목차 ... 10
• 제 1 장 연구개발 과제의 개요 ... 11
• 1-1. 연구 개발의 목적 및 필요성 ... 11
• 1-2. 연구 개발의 범위 ... 16
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 21
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 23
• 1-1. 전자 결핍 원소포함 첨가제 도입을 통한 양극 내 브롬 고정화 연구 ... 23
• 1. 전자 결핍 원소포함 첨가제 도입에 따른 기대 효과 ... 23
• 2. 전자 결핍 원소포함 첨가제 후보군의 전기화학적 안정성 평가 ... 23
• 3. 브롬 고정 첨가제 도입에 따른 전지 성능 향상 원인 및 전해액 첨가제로써의 한계점 ... 27
• 4. PV(Br)₄ 코팅 graphite felt의 물질 특성 및 셀 도입 시 효과 ... 30
• 1-2. 전극 표면층 구조 제어용 첨가제 도입을 통한 Zn dendrite 및 HER 반응 억제 연구 ... 42
• 1. 금속 첨가제 도입, nano metal layer 형성을 통한 Zn 음극 표면 제어 ... 42
• 2. 유/무기 하이브리드 보호막 형성을 통한 Zn 음극 표면 제어 ... 50
• 1-3. 염 고농도화를 통한 Zn 음극 표면 제어 연구 ... 57
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 61
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 62
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 63
• 제 7 장 참고문헌 ... 71
• 끝페이지 ... 71