초록 ▼

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
본 연구에서는 유기 활물질의 tunability를 활용하여 비올로겐 기반의 음극 활물질을 개발하였다. 비올로겐 기반의 고에너지 밀도 활물질을 개발하기 위해 2전자 반응이 가능하도록 trimethylammonium group을 작용기로 도입하였다. 비올로겐 기반의 활물질에 약염기 nitrate (NO₃^-)를 카운터 이온으로 적용하여 용해도를 높이는 연구도 수행하였다. 양극 활물질 개발은 hydroquinone, phenazine, Fe 이온 기반으로

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
본 연구에서는 유기 활물질의 tunability를 활용하여 비올로겐 기반의 음극 활물질을 개발하였다. 비올로겐 기반의 고에너지 밀도 활물질을 개발하기 위해 2전자 반응이 가능하도록 trimethylammonium group을 작용기로 도입하였다. 비올로겐 기반의 활물질에 약염기 nitrate (NO₃^-)를 카운터 이온으로 적용하여 용해도를 높이는 연구도 수행하였다. 양극 활물질 개발은 hydroquinone, phenazine, Fe 이온 기반으로 진행하였다. Hydroquinone의 안정성을 향상시키기 위해 전기화학 합성법으로 sodium 3-mercaptopropylsulfonate group을 도입하여 MPSNa₄HQ를 합성하였다. 카운터 이온의 tunability를 활용하여 Fe 이온 기반 양극 활물질의 전압효율을 향상시키는 연구를 수행하였다.
비올로겐 기반의 단일 활물질을 설계하였다. 비올로겐의 tunable 자리에 trimethylammonium과 hydroquinon을 각각 부착하여 신규 단일 활물질 AmmHQViO을 개발하였고 66.67 Wh L^-1의 에너지 밀도를 구현하였다. 신규 합성 AmmHQViO 물질의 분광학 분석 및 전기화학 특성 분석을 진행하였다.
Tunable redox couple의 전지 특성을 알아보기 위해 non-flow cell을 제조하였고 사용된 이온 교환 멤브레인에 따른 영향을 조사하였다. 양이온 교환 멤브레인을 사용한 flow cell에서 용량 퇴화가 관측되었는데, 이는 신규 단일 활물질 AmmHQViO가 양이온 교환 멤브레인의 ionophore와 결합하여 흡착된 것이 원인으로 분석할 수 있다. 마찬가지로 물질의 감소가 발생하였다. 추출 전해질의 UV-vis 분석을 통해 양극에서의 퇴화와 음극에서의 산소 접촉으로 인한 비가역적인 반응의 문제점을 확인하였다. 향후 연구에서는 이온 교환 멤브레인을 최적화하여 용량 감소와 물질 퇴화 문제를 해결할 필요가 있으며, 양극에서의 퇴화와 음극에서의 산소 반응성에 대한 추가 연구도 필요하다.

(출처 : 요약문 6p)

Abstract ▼

Ⅳ. Result and Recommendations
Using the tunability of organic redox couples, a negative electrolyte based on viologen is developed. A trimethylammonium group is introduced for a two-electron reaction in viologen, which doubles the energy density. Another effort based on viologen is the weak base

Ⅳ. Result and Recommendations
Using the tunability of organic redox couples, a negative electrolyte based on viologen is developed. A trimethylammonium group is introduced for a two-electron reaction in viologen, which doubles the energy density. Another effort based on viologen is the weak base nitrate (NO₃^-) counterion. To increase the solubility of viologen, a nitrate (NO₃^-) counterion is appropriate by giving weak association. Development of a positive electrolyte is accomplished using hydroquinone, phenazine, and Fe ions. Using electrosynthesis, the hydroquinone is substituted by the MPSNa functional group for high stability. Tunability in the counterion is used for Fe ion to increase voltage efficiency.
A single redox couple is designed using the viologen moiety. Two functional groups are introduced to two tunable points of viologen. Trimethylammonium and hydroquinone are introduced to viologen for high solubility and single redox couple, respectively. Finally, the new single redox couple, AmmHQViO, has an energy density of 66.67 Wh L^-1. The electrochemical and spectroscopic properties of the new redox couple are analyzed.
To investigate the properties of the tunable redox couple, a small-scale non-flow cell is manufactured. Using the non-flow cell, the dependence of ion exchange membrane is investigated. Capacity fading is observed at the flow cell using a cation exchange membrane because AmmHQViO is absorbed at the ionophore in the membrane. Additionally, material degradation occurs. By using UV-vis and electrolyte extraction, the instability of the positive site and O₂ reactivity of the negative site still remain as problems.
Recommendations for future work include addressing the capacity fading and material degradation issues by optimizing the membrane and designing a new ion exchange membrane. Additionally, further research is needed to address the instability of the positive site and O₂ reactivity of the negative site.

(source : Summary 8p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• SUMMARY ... 7
• CONTENTS ... 9
• 목차 ... 10
• 그림목차 ... 11
• 표목차 ... 13
• 제 1 장 서 론 ... 15
• 제 1 절 개 요 ... 15
• 제 2 절 핵심 기술 및 목표 ... 17
• 제 2 장 기술개발 수행 내용 및 결과 ... 19
• 제 1 절 Tunable redox couple 전해질 개발 ... 19
• 1. Tunaility를 활용한 고에너지 밀도 양·음극 활물질 개발 ... 19
• 2. Tunaility를 활용한 고에너지 밀도 음극 활물질 개발 ... 20
• 3. Tunaility를 활용한 고에너지 밀도 양극 활물질 개발 ... 23
• 4. Tunaility를 활용한 고에너지 밀도 단일 활물질 개발 ... 29
• 제 2 절 차세대 고에너지밀도 레독스플로우전지(RFB) 개발 ... 37
• 1. Tunable redox couple 물질 적용 연구 ... 37
• 2. Tunable redox couple 적용 단위셀 설계 ... 41
• 3. Tunable redox couple 적용 단일 활물질 적용 셀 성능 향상 연구 ... 45
• 제 3 장 결 론 ... 53
• 끝페이지 ... 54