비수계 흐름전지에서 활물질로 사용 가능한 카바졸의 산화환원 안정성 증진

Abstract

에너지 발전 산업의 대다수를 차지하고 있던 화석연료 및 원자력 발전 방식들의 다양한 문제점들에 의해, 재생 가능한 친환경적인 발전 방식에 대한 관심이 나날이 커지고 있다. 하지만 발전의 수요와 공급을 일치 시키기 어려운 태생적인 단점들 때문에, 재생 가능한 친환경적인 발전 방식들을 실제로 도입하기 위하여, 발전 시의 잉여분의 전기 에너지가 발생할 경우 이를 저장한 뒤, 공급량이 부족할 때 꺼내어 쓰는 대형 배터리인 에너지 저장 시스템 (Energy Storage System, ESS)에 주목이 집중이 되고 있다. 에너지 저장 시스템이 필수적으로 요구하는 세 요소인 용량의 극대화, 가격의 절감, 연 단위의 장기간 사용 등을 고려할 때, 기존에 상용화된 전지 시스템들은 장기간 수명 등에서 단점을 지녀, 이를 극복하고자 산화환원 흐름전지(Redox Flow Batteries, RFB)를 에너지 저장 시스템에 접목하고자 하는 시도가 많이 이루어지고 있다. 에너지 저장 시스템은 이론적으로 전극 및 활물질의 퇴화가 없어 장기간 사용이 가능하며, 전체 용량을 전해질의 농도 및 전해질을 저장하는 저장고의 크기 등을 조절하여 정할 수 있다는 특징을 지니지만, 현재까지 상용화 된 종래의 방식의 산화환원 흐름전지들은 그 부피당 에너지 밀도가 리튬이온 배터리 등에 비해 몹시 낮다는 단점을 지니고 있다. 본 연구에서는 이러한 낮은 에너지 밀도를 극복하기 위하여 기존의 산화환원 흐름전지 대신에 새로이 제안된 하이브리드 리튬 메탈 플로우 배터리(Hybrid Lithium Metal Flow Battery, HLMFB)에 적용될 경우 고 에너지밀도의 산화환원 흐름전지가 구성되리라 여겨지는 카바졸 유도체 물질을 선정하여, 이를 전지에 적용하기 위하여 전기화학적 산화-환원 반응의 안정성을 증진시키는 조성을 찾음과 동시에, 용량의 극대화를 달성하기 위하여 물질의 용해도가 최대가 되는 용매 조성을 찾는 방법 등의 전해질 최적화를 통하여 해당 물질을 산화환원 흐름전지에 적용할 수 있는 가능성을 확인하고자 하였다.