| 초록 |
레독스 흐름전지(RFB)는 용량 확장성이 우수하고 안전 문제에서 강점을 보이고 있어, 차세대 에너지 저장 장치로 각광받고 있다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고, 수계 전해액 기반의 시스템인 RFB는 이론상 1.23 V에 불과한 용매의 좁은 전위창으로 인하여 방전 전압에 한계를 가지며, 이 때문에 시스템의 에너지밀도가 낮다는 점이 단점으로 지목되고 있다. 본 연구에서는 각기 다른 pH를 갖는 전해액을 사용할 수 있도록 양이온-과 음이온-선택성 교환막을 함께 사용하는 Zn-Mn flow battery cell을 제시하여 RFB의 단점을 극복하고자 한다. 이 시스템에서 망간 전극은 산성 전해액 조건에서 기존 intercalation과는 다른 증착-용해를 메커니즘으로 하여 충·방전된다. 이 반응은 2개의 전자를 사용하는 반응으로, 1.2 V의 높은 환원전위에서 발생한다. 아연 전해질 역시 고농도의 알카라인 조건을 사용하여, 상온 조건에서도 수산화 아연 음이온에 대한 높은 용해도를 갖출 수 있도록 하였고, -1.2 V의 낮은 환원전위에서 산화·환원이 발생할 수 있는 조건을 확립하였다. 이를 바탕으로 본 연구에서 제시한 시스템은 약 2.3~2.4 V에 달하는 높은 방전전위를 유지할 수 있음을 확인하였다. 또한 망간 전극의 환원 중 발생하는 irreversible reaction을 개선하기 위한 전극 개질을 수행하여, 시스템의 장기 구동 성능을 유지하기 위한 방법에 대해 제시하였다. |
