Tungsten catalyst in electrolyte for electrochemical performance of all vanadium redox flow battery

초록

바나듐 레독스 흐름전지(VRBs)는 각광받고 있는 에너지 저장 장치 (energy storage system, ESS)의 한 종류이다. 특히, 친환경적이며, 유지보수의 비용이 적고 효율이 높으며, 오랜 내구성을 가지고 있다. 최근까지, 전극 위에 촉매 합성을 통해서 배터리의 성능을 향상시키기 위해 많은 방법이 연구되었다. 그러나 기존의 촉매 합성 방법은 상업적으로 사용하기엔 시간 소비가 길고 과정이 복잡하다는 단점을 가지고 있다. 이에 본 연구에서는 촉매의 전구체를 단순히 전해질에 녹이는 것만으로 배터리의 성능을 향상시키기 위한 연구를 하였다. 그 중, 텅스텐은 흔히 잘 알려진 전기화학촉매로써 타 귀금속만큼 가격이 비싸지 않고 반응성이 매우 우수하다. 본 연구에서는 텅스텐 전구체를 농도 별로 전해질에 녹여서 전기화학촉매로써의 경향성을 확인한 이후, 배터리 사이클을 진행하여 용량, 쿨롱 효율, 전압 효율, 에너지 효율 및 내구성과 용량회복에 대한 성능 향상을 확인하였으며, 위 결과들을 통해 텅스텐 전구체가 어떠한 형태로 전극 위에 합성되는지에 대해서 연구하였다. 또한, 전해질에 녹아있는 전구체가 분리막을 통해서 다른 전해질로 이전되어 배터리 성능을 떨어뜨릴 수 있다. 이와 같은 분리막 사이의 전구체 이동을 확인하기 위해서 사이클 데이터와 ICP-MS 분석방법을 이용하였다. 전반적인 실험 결과로부터 텅스텐 전구체가 촉매로 전극 위에 합성된 이후, 약 2-3 %의 에너지 효율이 증가됨을 확인하였다.