바나는건 오직 하나
2019 CE
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 전기화학적 표면처리에 의한 Graphite Felt 전극의 바나듐 산화-환원 반응특성 개선
영문 : Improving Characteristic of Graphite Felt Electrode's Vanadium Redox Reaction by Electrochemical Surface Treatment
과제 팀명
바나는건 오직 하나
지도교수
이두환 교수님
개발기간
2021년 9월 ~ 2021년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 화학공학과 20153400** 강*준 (팀장)
서울시립대학교 화학공학과 20153400** 한*
서울시립대학교 화학공학과 20163400** 김*찬
서울시립대학교 화학공학과 20163400** 조*철
서울시립대학교 화학공학과 20173400** 전*빈
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
- VRFB(Vanadium Redox Flow Battery)는 ESS(Energy Storage System)의 하나로 연구가 진행되고 있으며 충전 시에는 양극에서 4가 바나듐 이온이 5가 이온으로, 음극에서는 3가 바나듐 이온이 2가로 변환되어 충전이 진행되며, 방전 시에는 역으로 바나듐 이온의 가수가 변화하여 방전이 진행된다.
- VRFB는 LIB( Lithium Ion Battery)와 비교했을 시, 안전성이 좋고 사이클 수명이 길지만, 에너지 효율이 낮아 ESS에 적용하기에는 어려움이 있다.
- 따라서, VRFB에 주로 사용되는 Graphite Felt 전극의 비표면적을 높여 바나듐 이온의 Redox(Reduction-Oxidation) 반응효율을 높이고자 한다.
- 비표면적을 증가시키기 위해 전기화학적 방법을 활용하여 Graphite Felt 전극을 부분적으로 Exfoliation(표면이 벗겨지는 현상) 시킨다.
개발 과제의 배경
- VRFB란, 물 성분의 수계 전해질을 사용해 화재 위험성이 없으며 LIB에 대비 2배 이상의 수명을 가져 차세대 배터리로 주목받아왔다. 또한, LIB와 비교해 인체 유해성 위험도도 낮으며, 에너지 저장부인 저장탱크를 따로 설계하기 때문에 용량 설계를 유연하게 할 수 있고, 대용량화에도 용이하다.
- 이와 같은 VRFB는 화재 발생 가능성이 적고, 전해액의 안정성이 높기 때문에 ESS 시장에서 주목받고 있다. 또한, 각국의 기후변화협약에 따라 신재생에너지원으로부터 생산된 에너지를 효과적으로 저장하기 위한 ESS의 수요는 증가할 것으로 보인다.
- VRFB는 kWh급 소형부터 MWh급 대형 시장까지 대응할 수 있다.
- 에너지 밀도가 높은 LIB는 리튬금속 석출로 인한 쇼트, 전해질 분해로 인한 열 폭주로 인해 ESS로 사용되기에는 화재 위험성이 높다.
- VRFB는 바나듐 이온이 액체상태로 촉매에 저장되어 리튬 이온을 고체전극에 저장하는 LIB에 비해 피로현상이 적고, 전극이나 전해질을 교체하면 반영구적으로 사용이 가능해 비교적 사이클 수명이 길다.
- VRFB에서 전극은 Redox 반응이 발생할 수 있는 사이트와 발생하는 전자의 통로를 제공하는 역할을 하므로 저항이 낮고, Redox 반응 효율이 좋아야 한다.
- 하지만, VRFB는 LIB와 비교하여 설치비용 대비 에너지 효율이 20% 정도 떨어진다는 단점이 있다.
- 따라서, VRFB의 전극의 비표면적을 높임으로써 전압에 따른 전류의 양을 증가시켜 에너지 효율을 개선하여 설치비용 대비 에너지 효율을 올려 상용화 가능성을 높일 수 있다.
- 이에 Graphene은 전기화학적으로 Exfoliation이 가능하여 같은 탄소 동소체인 Graphite Felt 전극에도 이러한 전기화학적 Exfoliation 방법이 적용 가능할 것이라고 생각하였다.
[사진3개]
개발 과제의 목표 및 내용
- Graphite Felt 전극 특성에 맞는 적절한 전기화학적 Exfoliation 방법을 도출한다.
- Cyclic Voltammetry 분석을 통한 Exfoliation 방법에 따른 전극의 전기화학적 특성변화를 관찰한다.
- SEM(Scanning Electron Microscope)과 같은 표면 관찰기기를 활용하여 Graphite Felt 전극의 표면변화를 관찰한다.
- 개선된 VRFB의 경제성을 평가한다.
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
내용
- 특허조사
내용
- 특허 전략
내용
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
내용
- 마케팅 전략 제시
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
내용
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
내용
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
내용
구성원 및 추진체계
내용
설계
설계사양
제품의 요구사항
내용
설계 사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
내용
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
내용
향후계획
내용
특허 출원 내용
내용
