이리듐 산화물 코팅 처리된 타이타늄 나노튜브 양극산화 불용성 전극의 바나듐 레독스 흐름 전지 내 이분극판 응용 연구

초록

불용성 전극(DSA, dimentionally stable anode)은 높은 내화학성을 통한 안정성을 확보하여 산업에서 수전해용 전극으로 활용되어 왔다. 특히, 양극산화로 제조된 타이타늄 나노튜브의 경우, 표면적이 넓고 내화학성이 우수하여 불용성 전극으로 널리 사용되어온 재료 중 하나이다. 그러나, 타이타늄 나노튜브는 산화물로 구성되어 전도도가 낮기 때문에 이를 보완하기 위하여 촉매를 다양한 합성 방법을 통하여 도입해 사용하였다. 그 중에서, 이리듐 산화물의 경우, 여러 가지 합성 방법으로 타이타늄 나노튜브에 도입하기 좋으며, 산화물 중에서도 금속에 가까운 전기 전도도를 나타낼 뿐만 아니라 촉매능을 가지고 있어 이에 대한 많은 연구가 이루어졌다. 본 연구에서는 이리듐 산화물 코팅 처리된 타이타늄 나노튜브 양극산화 불용성 전극을 바나듐 레독스 흐름 전지의 구성 중 하나인 이분극판(bipolar plate)으로의 응용을 연구하였다. 바나듐 레독스 흐름 전지의 경우, 산 또는 염기성의 전해질로 전지를 구동하며, 금속으로 이루어진 집전판(current collector)에 직접 닿을 시, 부식으로 인하여 배터리 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문에 전극과 집전판 사이에 이분극판을 사용하여 이를 방지하면서 안정적으로 배터리를 구동하게 된다. 그러나 저항은 전하 이동 거리에 비례하여 증가하므로, 두께가 두꺼운 이분극판을 사용할 시, 전지 내 저항이 증가하여 효율을 저하시킬 수 있다. 그러나 본 연구에서 이리듐 산화물의 스프레이 코팅을 통하여 양극산화로 제조된 타이타늄 나노튜브 위에 합성된 불용성전극을 응용하여 이분극판을 사용할 시, 기존 상용 제품의 이분극판에 비해 약 1/24 가량 두께를 감소시켜 약 4 %의 에너지 효율 증가 효과를 얻을 수 있었다.