나노기술 및 정책 정보

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중국 창사(長沙) 이공(理工) 대학교 재료과학 및 공정대 띵메이(丁美) 교수, 자촨쿤(賈傳坤) 교수 연구팀은 최근 충칭(重慶) 대학교 쑨리뚱(孫立東) 교수 연구팀과 공동 연구를 실행하여 일종 원가가 저렴하고 성능이 높은 전체 불소 황산기 복합 이온 교환 막인 Nafion/TiO2 나노 튜브 복합 막을 개발하고 동 Nafion/TiO2 나노 튜브 복합막을 바나듐 전지에 응용하는데 성공함.

120mA cm–2 전류 밀도 하에서 바나듐 전지 에너지 효율성은 84.4% 수준으로 안정적인 순환 횟수는 1,400회를 넘어서며 지속 시간은 518시간을 유지하여 상용화 Nafion 막을 대폭 능가하는 외, 분리 막의 이온 선택 성능을 대폭 향상시키고 분리 막 원가를 대폭 감소시키기 때문에 폭넓은 상용화 응용 전망을 보유하고 있는 상황임.

첨가를 통해 특성 전환 방법이 분리막 성능에 까치는 영향에 대해 한층 더 심층적인 연구를 실행하기 위해 연구팀은 중국과학원 베이징(北京) 나노 에너지 및 시스템 연구소 쑨치쥔(孫其君) 교수 연구팀과 협력하여 일종 원가가 저렴하고 안정성이 뛰어난 Nafion/산화 그래핀 복합 막을 개발하였는데 동 막은 두께가 상용화 막의 ~80% 수준에 도달하는 조건에서 바나듐 이온 교차 오염이 상용화 Nafion 막에 비해 뚜렷이 적어지는 것으로 나타났으며, 100mA cm–2 전류 밀도 하에서 바나듐 액체 흐름 전지의 안정적인 순환은 700회를 초월하여도 용량은 55.8% 이상 수준을 유지하여 상용화 Nafion 막을 대폭 능가하는 것으로 나타났음.

현재 중국 내 상용화 분리 막의 핵심 재료인 Nafion은 모두 수입에 의존하고 있는 상황이며, 중국 산 막 재료 개발은 액체 흐름 전지 산업화 분야에서 보틀넥 과제가 되고 있는 상황인데 창사(長沙) 이공(理工) 대학교 재료과학 및 공정대 띵메이(丁美) 교수, 자촨쿤(賈傳坤) 교수 연구팀은 이번 연구를 통해 일종 원가가 저렴하고 환경 친화적인 황화 폴리에테르 에테르케톤(sulfonated polyether ether ketone, SPEEK)/리그닌(lignin) 복합 막을 개발한 동시에 액체 흐름 전지에 응용하는데 성공하였음.

연구팀이 개발한 황화 폴리에테르 에테르케톤(sulfonated polyether ether ketone, SPEEK)/리그닌(lignin) 복합 막은 Nafion에 비해 우수한 이온 선택성 및 바나듐 이온 침투가 뚜렷이 낮아지는 특성을 보유하고 있는 것으로 나타났으며, 바나듐 전지 속에서 99.5%에 달하는 쿨롱 효율(Coulomb efficiency)을 나타냈으며, 장시간 순환한 후에도 전지는 여전히 양호한 성능을 유지하고 있는 것으로 나타났음.

본 연구 성과는 ‘Chem. Asian J.’ ("A Cost‐effective Nafion Composite Membrane as an Effective Vanadium‐Ion Barrier for Vanadium Redox Flow Batteries")지에 게재됨.