메타바나듐산암모늄과 양이온교환막을 활용한 바나듐 레독스 흐름전지에 관한 연구

정보영,유철휘,황갑진,Jung, Bo-Young,Ryu, Cheol-Hwi,Hwang, Gab-Jin 한국막학회 2021 멤브레인 Vol.31 No.4

메타바나듐산 암모늄으로 제조한 전해액과 양이온교환막인 Nafion117을 활용하는 바나듐 레독스 흐름 전지(vanadium redox flow battery, VRFB)의 전기화학적 성능을 평가하였다. VRFB의 전기화학적 성능은 전류밀도 60 mA/cm²에서 측정하였다. 메타바나듐산 암모늄으로 제조된 전해액을 사용한 VRFB의 평균 전류효율은 94.9%, 평균 전압효율은 82.2%, 평균 에너지효율은 78.0%를 보였다. 그리고 메타바나듐산 암모늄으로 제조된 전해액을 사용한 VRFB의 각 효율은 바나딜 설페이트(VOSO₄)로 제조된 전해액을 사용한 VRFB의 각 효율과 비교하여 거의 동등한 값을 갖는다는 것을 확인하였다. The electrochemical performance of all vanadium redox flow battery (VRFB) using an electrolyte prepared from ammonium metavanadate and a cation exchange membrane (Nafion117) was evaluated. The electrochemical performance of VRFB was measured at a current density of 60 mA/cm². The average current efficiency of VRFB using the electrolyte prepared from ammonium metavanadate was 94.9%, the average voltage efficiency was 82.2%, and the average energy efficiency was 78.0%. In addition, it was confirmed that the efficiencies of VRFB using the electrolyte prepared from ammonium metavanadate had almost the same value as the efficiencies of VRFB using the electrolyte prepared with vanadyl sulfate (VOSO₄).

알칼리 수전해를 위한 상용 음이온교환막에 관한 연구

박주왕,유철휘,황갑진,Park, Joo-Wang,Ryu, Cheol-Hwi,Hwang, Gab-Jin 한국막학회 2021 멤브레인 Vol.31 No.4

알칼리 수전해용 격막으로 사용가능성을 평가하기 위해 5종류의 상용 음이온교환막의 열적안정성, 이온전도도, 내구성을 평가하였다. TGA (thermo-gravimetric analysis)로 분석한 열적안정성은 FAAM-PK-75와 FAAM-40 막이 다른 3종류의 AEM, AHO, AHA 막과 비교하여 좋은 성능을 보였다. 25℃와 80℃, 7 M KOH 수용액에서의 이온전도도는 AEM막이 다른 막과 비교하여 약 4~17배 높은 값을 보였다. 25℃, 7 M KOH 수용액에서 측정한 내구성은 FAAM-PK-75막이 다른 막과 비교하여 안정하였다. To evaluate the possibility as a separator in alkaline water electrolysis, the thermal stability, ion conductivity and durability of 5 commercially available anion exchange membranes were tested. The thermal stability of FAAM-PK-75 and FAAM-40 membrane analyzed by thermo-gravimetric analysis (TGA) showed good performance compared to the other three types of AEM, AHO, and AHA membrane. The ion conductivity of AEM membrane measured in 7 M KOH solution at 25℃ and 80℃ had a higher value of about 4~17 times compared to the other membranes. The durability of FAAM-PK-75 tested in 7 M KOH solution at 25℃ was high compared to the other membranes.

Zn-Br 레독스 흐름 전지용 격막에 관한 연구

나일채,조홍식,유철휘,황갑진,Na, Il-Chae,Jo, Hong-Sic,Ryu, Cheol-Hwi,Hwang, Gab-Jin 한국막학회 2014 멤브레인 Vol.24 No.5

두 종류의 막(다공성 막, 양이온교환막)을 사용하여 아연-브롬 레독스-흐름 전지(ZBRFB, Zn-Br redox-flow battery)의 성능을 평가하였다. ZBRFB의 성능평가는 $20mA/cm^2$의 전류밀도에서 진행하였다. 다공성 막인 SF-600을 사용한 ZBRFB의 기전력(SOC 100%에서의 OVC)은 1.87 V, 양이온교환막인 Nafion117 막을 사용한 ZBRFB의 기전력은 1.93 V를 나타냈다. 각 막을 사용한 ZBRFB의 성능은 7회 충 방전 실험을 진행하여 평가하였다. SF600 막을 사용한 ZBRFB의 평균 전류효율은 89.76%, 평균 전압효율은 83.46%, 평균 에너지효율은 74.88%를 나타냈으며, Nafion117 막을 사용한 ZBRFB의 평균 전류효율은 97.7%, 평균 전압효율은 76.33%, 평균 에너지효율은 74.56%를 나타냈다. Two commercial membranes (porous membrane and cation exchange membrane) were evaluated as a separator in the Zn-Br redox-flow battery (ZBRFB). The performance properties of ZBRFB were test in the current density of $20mA/cm^2$. The electromotive forces (OCV at SOC 100%) of ZBRFB using SF-600 (porous membrane) and Nafion 117 (cation exchange membrane) were 1.87 V and 1.93 V, respectively. The cycle performance of ZBRFB using each membrane was evaluated during 7 cycles. The performance of ZBRFB using SF-600 membrane was 89.76%, 83.46% and 74.88% for average current efficiency, average voltage efficiency and average energy efficiency, respectively. The performance of ZBRFB using Nafion117 membrane was 97.7%, 76.33% and 74.56% for average current efficiency, average voltage efficiency and average energy efficiency, respectively.

전바나듐계 레독스 흐름전지용 Carbon Felt 전극의 양극산화

김종철(Jong Chul Kim),유철휘(Cheol Hwi Ryu),강안수(An Soo Kang) 한국공업화학회 2001 공업화학 Vol.12 No.5

N/A N/A

Supercapacitor용 이온성 액체 전해질의 전기화학적 특성

김상길,황갑진,김재철,유철휘,Kim, Sang-Gil,Hwang, Gab-Jin,Kim, Jae-Chul,Ryu, Cheol-Hwi 한국전기화학회 2011 한국전기화학회지 Vol.14 No.4

수퍼커패시터는 다양한 응용범위를 갖는 유망한 에너지 저장장치로서 활발히 연구되고 있으며, 에너지 밀도 향상을 위하여 이온성 액체의 적용이 필요하다. 본 연구에서는 4급화 반응과 음이온 교환반응을 거쳐 4급 imidazolium 염을 생성하는 반응으로 두 종류의 EMI-$BF_4$를 합성하였다. $^1H$-NMR을 통하여 EMI-$BF_4$의 합성을 확인하였고 TGA를 통하여 열적안정성을 확인하였으며, 이때 합성된 이온성 액체를 열처리한 경우 열적 안정성이 향상되었다. LSV를 통하여 본 연구에서 합성한 EMI-$BF_4$가 4 V 이상의 넓은 전위창을 가지고 있어, 기존의 전해질 대비 우수한 전기화학적 안정성을 가지고 있음을 확인하였다. 충방전 실험 결과 본 실험에서 합성한 이온성 액체를 상용화 제품과 비교한 경우 용량은 각각 0.067 F 및 0.073 F로 측정되었다. Supercapacitor has been studied actively as one of the most promising electrochemical energy storage system for a wide range of applications. To increase the energy density of supercapacitor, the introduction of ionic liquids is required. In this study, two types of EMI-$BF_4$ based on quaternary imidazolium salt were prepared with quaternary reaction and anion exchange. The structural characterization and thermal stability were analyzed by nuclear magnetic resonance($^1H$-NMR) and thermogravimetric analysis(TGA), respectively. Thermal stability of the EMI-$BF_4$ using TGA confirmed that, after heat treatment, the decomposition temperature of EMI-$BF_4$ was increased. Supercapacitors were fabricated with synthesized and commercial ionic liquids, and charge/discharge characteristics were also investigated. The capacity of supercapacitor, for synthesized and commercial EMI-$BF_4$ were determined to be 0.067 F and 0.073 F respectively, by means of charge/discharge test.

알칼리 수전해용 코팅 전극에 관한 연구

강민지(MIN-JI KANG),유철휘(CHEOL-HWI RYU),황갑진(GAB-JIN HWANG) 한국수소및신에너지학회 2023 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.34 No.6

An electrode was prepared by dip-coating NiFe₂O₄ powder on stainless steel (SUS) support for the application in the alkaline water electrolysis. The prepared electrode was analyzed using scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDXS), and was evaluated for the voltage properties with the change of current density in oxygen evolution reaction (OER) and hydrgen evolution reaction (HER) using 1, 3 and 7 M KOH solution. From the SEM and EDXS analysis, it was confirmed that the prepared electrode had NiFe₂O₄ on the SUS support. In OER and HER, the voltage in the 7 M KOH solution had a value of 1.35 and -1.90 V at 0.2 and -0.2 A/㎠ of the current density, respectively. It was considered that the prepared electrode could be use as an electrode in the alkaline water electrolysis from the experimental results.

바나듐 레독스 흐름 전지에서 가스켓 두께와 전해질 유속의 영향에 관한 연구

정보영(Bo-Young Jung),유철휘(Cheol-Hwi Ryu),황갑진(Gab-Jin Hwang) 한국전지학회 2021 한국전지학회지 Vol.1 No.2

본 논문에서는 가스켓의 두께와 전해질의 유속이 VRFB의 효율 성능에 미치는 영향을 평가하였다. 이를 위해 가스켓은 두께가 서로 다른 2 종류를 사용하였으며, 전해질 유속은 3점으로 서로 다르게 하여 VRFB의 전기화학적 특성을 평가하였다. 0.67 mm의 두께를 가지는 가스켓을 사용한 VRFB의 에너지효율(80.91%)은 1.0 mm의 두께를 가지는 가스켓을 사용한 VRFB의 에너지효율보다(78.96%) 높은 값을 보였다. 서로 다른 두께의 가스켓을 사용한 VRFB의 에너지효율은 전해질의 유속이 빨라질수록 높아지는 경향을 보였으며, 2.0 mL/min·cm²에서 높은 값을 보였다. In this paper, the effects of gasket thickness and electrolyte flow rate on the efficiency performance of VRFB tested. For this, two types of gasket with different thickness used, and the electrochemical properties of VRFB evaluated by varying the electrolyte flow rate at three point. The energy efficiency (80.91%) of VRFB using a gasket of 0.67 mm thickness was higher than that (78.96%) of the VRFB using a gasket of 1.0 mm thickness. The energy efficiency of VRFB using gasket of different thickness tended to increase as the electrolyte flow rate increased, and showed a high value at 2.0 mL/min·cm².

바나듐 레독스-흐름 전지에서 집전체의 전기화학적 특성

최호상 ( Ho Sang Choi ),황갑진 ( Gan Jin Hwang ),오용환 ( Yong Hwan Oh ),유철휘 ( Cheol Hwi Ryu ) 한국화학공학회 2014 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.52 No.2

고분자전해질 연료전지용 MEA(Membrane and Electrode Assembly)와 가축분뇨를 이용해 미생물연료전지(MFC)를 구동하였다. 여러 균을 혼합해 MFC를 구동했을 때 개별적으로 구동했을 때보다 높은 개회로 전위(OCV)를 나타냈다. 돼지분뇨, 소분뇨, 닭분뇨, 오리 분뇨 중 돼지 분뇨를 이용했을 때 제일 높은 OCV 540mV를 보였다. 그리고 돼지분뇨에서 최고 963mW/m2의 전력이 발생하였다. MFC 구동과정에서 MEA의 Na2+, Ca2+, K+ 이온 및 불순물들에 의한 오염이 MFC의 낮은 성능의 한 원인임을 확인하였다. Two commercial carbon plates were evaluated as a current collector (bipolar plate) in the all vanadium redox flow battery (V-RFB). The performance properties of V-RFB were test in the current density of 60 mA/cm2. The electromotive forces (OCV at SOC 100%) of V-RFB using A and B current collector were 1.47 V and 1.54 V. The cell resistance of V-RFB using A current collector was 4.44~5.00 Ω·cm2 and 3.28~3.75 Ω·cm2 for charge and discharge, respectively. The cell resistance of V-RFB using B current collector was 4.19~4.42Ω·cm2 and 4.71~5.49Ω·cm2 for charge and discharge, respectively. The performance of V-RFB using each current collector was evaluated. The performance of V-RFB using A current collector was 93.1%, 76.8% and 71.4% for average current efficiency, average voltage efficiency and average energy efficiency, respectively. The performance of V-RFB using B current collector was 96.4%, 73.6% and 71.0% for average current efficiency, average voltage efficiency and average energy efficiency, respectively.

바이오차를 활용한 탄소 저장 및 이산화탄소 흡착에 관한 연구

김진성(Jin Seung Kim),최영찬(Young-Chan Choi),송규섭(Gyu-Seob Song),박주형(Ju-Hyoung Park),락와더르지(Lkhagvadorj Sh),노영훈(Young-Hoon Noh),유철휘(Cheol-Hwi Ryu),황갑진(Gab-Jin Hwang),이영주(Young-Joo Lee) 한국에너지기후변화학회 2022 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2022 No.10

Bipolar막에서 전류/전압곡선에 미치는 중간계면 성분의 영향

정세일,유철휘,황용구,강안수 한국화학공학회 2002 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.40 No.4

Bipolar막을 이용한 전기투석공정은 에너지 효율이 높고, 매우 경제적이며 다양한 용도를 갖고 있다. 이 공정은 성능이 좋은 bipolar막의 제조 및 공정의 개선으로 폐수처리, 고가의 순수한 유기 및 무기산의 제조 등에 그 적용 범위가 확대되고 있는 추세이다. 그러나, bipolar막을 이용한 전기투석 공정은 bipolar막이 매우 고가로 경제성과 bipolar막을 이용한 공정을 최적화하기에는 현재 water-splitting 메커니즘에 대한 이해가 부족하다는 문제점이 있으며, 이에 대한 연구와 막의 개발이 시급한 형편이다. 본 연구에서는 polysulfone을 poly(phenylene sulfide sulfone)와 공중합시켜 block copolymer를 제조하였고 sulfonation과 amination을 통하여 각각 양/음이온교환막을 제조하였다. 양/음이온 교환막 제조 시 전기화학적 특성과 물리적 특성을 고려하여 최적 제막조건을 확립하였고, 이를 적층하여 bipolar막을 제조하였다. Bipolar막의 최적조건을 찾기 위해 중간계면 성분의 변화에 따른 전류/전압 곡선을 측정하였고, 전기투석의 응용으로서 pH 변화를 측정하여 우수한 bipolar막을 제조하였다. 중간계면에 변화를 주어 bipolar막 제조 시 아민기가 도입된 biolar막의 성능이 좋았고, 특히 3차 아민기가 도입된 bipolar막이 가장 우수한 water-splitting 특성을 보였으며, 100mA/㎠의 전류밀도에서 2.4V의 막전위를 보였다. Electrodialysis process with bipolar membrane is economically very attractive and has a multitude of interesting potential applications. Although the process expand applications such as waste water treatment, and recovery of pure organic and inorganic acids with the efficient bipolar membrane, the large scale utilization of bipolar membrane is still limited by unsatisfactory membrane properties and by a lack of application knowhow. In this study, the block copolymer(BPSf) was prepared by copolymerization of polysulfone(PSf) and poly(phenylene sulfide sulfone)(PPSS). The cation exchange membranes were prepared by the sulfonation of BPSf with chlorosulfonic acid and the anion exchange membranes were prepared by the chloromethylation by chloromethyl ether and the amination by triethyl amine. The bipolar membranes were fabricated by stacking anion exchange membrane over cation one with the conditions of good electrochemical characteristics and physical properties. The influence of intermediate layer components on the bipolar membrane properties such as current-voltage curve and pH was investigated, and the components were varied by pasting non-woven cloth, various polymers, and amine groups. Among the various bipolar membranes, the membrances prepared by tertiary amine group exhibited the best water-splitting effect and 2.4 V of membrane potential at 100 mA/㎠ of current density.