- 아크방전 이용하는 고품질 그래핀 분말 대량 제조기술 개발 - 고농도 질소가 에너지 저장량 높여,“슈퍼커패시터 발전 기대” 국내 연구진이 인공번개의 일종인 아크방전을 이용해 고성능 그래핀을 대량 생산하는 기술을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 기능성복합소재연구센터 김명종, 김남동 박사 연구팀이 전기용접에 주로 사용하는 아크방전을 이용해 고농도의 질소가 도핑된 그래핀 분말을 제조하는 데 성공했다고 밝혔다. 이렇게 형성된 그래핀은 우수한 기계적 물성은 물론, 에너지 저장능력이 기존의 탄소전극보다 3배가량 높아 ‘슈퍼커패시터’의 대용량화에 큰 기여를 하게 될 것으로 전망되고 있다. 슈퍼커패시터(super capacitor)는 커패시터(콘덴서)의 전기 용량을 중점적으로 강화한 것이다. 화학반응을 통해 충·방전하는 일반 이차전지와 달리 탄소 소재에 붙는 전자의 물리적 흡·탈착을 이용하기 때문에 급속충전이 가능하고 수명이 반영구적이다. 특히, 순간적으로 고출력의 전기를 낼 수 있는 특성으로 전력 수요와 공급을 실시간으로 관리하는 스마트 그리드와 지역별 재생에너지 발전 시스템의 핵심기술로 주목받고 있지만, 일반 배터리에 비해 낮은 에너지 저장량이 걸림돌이었다. 이런 한계를 극복하기 위해 KIST 연구진은 꿈의 신소재 그래핀에 집중했다. 그래핀(graphene)은 전류를 형성하는 전자의 속도가 매우 빠르고 열을 전달하는 능력 역시 탁월하여 고효율 태양전지, 슈퍼커패시터 등의 핵심소재로 각광받고 있다. 하지만 기존의 제조법인 산화 그래핀(GO) 기술은 제조 과정에서 결정성이 훼손되는 등 많은 결점이 발생해 그래핀 고유의 성능들이 제대로 구현되기 어려웠다. KIST 연구진이 새로 개발한 아크방전 그래핀 제조기술은 원료로 쓰이는 탄소봉 내부에 그래핀 산화물과 함께 질소가 포함된 폴리아닐린을 첨가하는 것이 특징이다. 이를 고온에서 아크로 가열하면 그래핀 산화물과 첨가물이 원자화되고 재조합되는 과정에서 고농도 질소가 도핑된 그래핀 분말이 생성된다. 고농도 질소가 도핑된 그래핀은 우수한 전도도와 표면 이온 흡착성으로 인해 기존 탄소전극 대비 전하저장능력이 2~3배 향상되며, 단위면적당 충전량에서 세계 최고 수준을 나타냈다. 이는 슈퍼커패시터의 장점인 빠른 충·방전 특성을 유지하는 동시에 단점으로 꼽혔던 에너지 저장능력의 획기적 향상을 기대할 수 있게 하는 결과다. KIST 김명종 책임연구원은 “슈퍼커패시터는 거대 발전소를 대신해 지역별로 분산된 발전소에서 전기를 자급자족하는 친환경 발전 시스템의 열쇠”라면서 “이번 연구에서 개발된 고성능 그래핀 분말이 에너지 생산 및 저장 시스템의 혁신과 함께 다양한 에너지 소자 개발에도 도움이 되기를 바란다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 나노소재기술개발사업, 산업통상자원부의 그래핀 소재·부품 기술개발사업을 통해 수행되었으며 연구결과는 「Advanced Functional Materials」 (IF : 15.62, JCR 분야 상위 3.04%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) High areal capacitance of N-doped graphene synthesized by arc discharge - (제1 저자) 한국과학기술연구원 탕 비엣 팜 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김명종 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김남동 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 전기용접에 주로 사용하는 아크를 이용하여 질소를 고농도로 도핑하였다. 원료로 쓰이는 탄소봉에 그래핀 산화물, 흑연분말, 폴리아닐린을 첨가하고 고온에서 아크로 가열하고 원자화시키고 재조합되는 과정에서 고품질 질소 도핑된 그래핀 분말이 생성된다. [그림 2] 개발된 고농도 질소 도핑된 고품질의 그래핀의 단위 면적당 전하 저장능력을 다른 우수한 탄소 소재들과 비교한 그림. 단위면적 당 충전량이 세계 최고 수준임을 알 수 있다.

- 아크방전 이용하는 고품질 그래핀 분말 대량 제조기술 개발 - 고농도 질소가 에너지 저장량 높여,“슈퍼커패시터 발전 기대” 국내 연구진이 인공번개의 일종인 아크방전을 이용해 고성능 그래핀을 대량 생산하는 기술을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 기능성복합소재연구센터 김명종, 김남동 박사 연구팀이 전기용접에 주로 사용하는 아크방전을 이용해 고농도의 질소가 도핑된 그래핀 분말을 제조하는 데 성공했다고 밝혔다. 이렇게 형성된 그래핀은 우수한 기계적 물성은 물론, 에너지 저장능력이 기존의 탄소전극보다 3배가량 높아 ‘슈퍼커패시터’의 대용량화에 큰 기여를 하게 될 것으로 전망되고 있다. 슈퍼커패시터(super capacitor)는 커패시터(콘덴서)의 전기 용량을 중점적으로 강화한 것이다. 화학반응을 통해 충·방전하는 일반 이차전지와 달리 탄소 소재에 붙는 전자의 물리적 흡·탈착을 이용하기 때문에 급속충전이 가능하고 수명이 반영구적이다. 특히, 순간적으로 고출력의 전기를 낼 수 있는 특성으로 전력 수요와 공급을 실시간으로 관리하는 스마트 그리드와 지역별 재생에너지 발전 시스템의 핵심기술로 주목받고 있지만, 일반 배터리에 비해 낮은 에너지 저장량이 걸림돌이었다. 이런 한계를 극복하기 위해 KIST 연구진은 꿈의 신소재 그래핀에 집중했다. 그래핀(graphene)은 전류를 형성하는 전자의 속도가 매우 빠르고 열을 전달하는 능력 역시 탁월하여 고효율 태양전지, 슈퍼커패시터 등의 핵심소재로 각광받고 있다. 하지만 기존의 제조법인 산화 그래핀(GO) 기술은 제조 과정에서 결정성이 훼손되는 등 많은 결점이 발생해 그래핀 고유의 성능들이 제대로 구현되기 어려웠다. KIST 연구진이 새로 개발한 아크방전 그래핀 제조기술은 원료로 쓰이는 탄소봉 내부에 그래핀 산화물과 함께 질소가 포함된 폴리아닐린을 첨가하는 것이 특징이다. 이를 고온에서 아크로 가열하면 그래핀 산화물과 첨가물이 원자화되고 재조합되는 과정에서 고농도 질소가 도핑된 그래핀 분말이 생성된다. 고농도 질소가 도핑된 그래핀은 우수한 전도도와 표면 이온 흡착성으로 인해 기존 탄소전극 대비 전하저장능력이 2~3배 향상되며, 단위면적당 충전량에서 세계 최고 수준을 나타냈다. 이는 슈퍼커패시터의 장점인 빠른 충·방전 특성을 유지하는 동시에 단점으로 꼽혔던 에너지 저장능력의 획기적 향상을 기대할 수 있게 하는 결과다. KIST 김명종 책임연구원은 “슈퍼커패시터는 거대 발전소를 대신해 지역별로 분산된 발전소에서 전기를 자급자족하는 친환경 발전 시스템의 열쇠”라면서 “이번 연구에서 개발된 고성능 그래핀 분말이 에너지 생산 및 저장 시스템의 혁신과 함께 다양한 에너지 소자 개발에도 도움이 되기를 바란다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 나노소재기술개발사업, 산업통상자원부의 그래핀 소재·부품 기술개발사업을 통해 수행되었으며 연구결과는 「Advanced Functional Materials」 (IF : 15.62, JCR 분야 상위 3.04%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) High areal capacitance of N-doped graphene synthesized by arc discharge - (제1 저자) 한국과학기술연구원 탕 비엣 팜 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김명종 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김남동 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 전기용접에 주로 사용하는 아크를 이용하여 질소를 고농도로 도핑하였다. 원료로 쓰이는 탄소봉에 그래핀 산화물, 흑연분말, 폴리아닐린을 첨가하고 고온에서 아크로 가열하고 원자화시키고 재조합되는 과정에서 고품질 질소 도핑된 그래핀 분말이 생성된다. [그림 2] 개발된 고농도 질소 도핑된 고품질의 그래핀의 단위 면적당 전하 저장능력을 다른 우수한 탄소 소재들과 비교한 그림. 단위면적 당 충전량이 세계 최고 수준임을 알 수 있다.

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- 아크방전 이용하는 고품질 그래핀 분말 대량 제조기술 개발 - 고농도 질소가 에너지 저장량 높여,“슈퍼커패시터 발전 기대” 국내 연구진이 인공번개의 일종인 아크방전을 이용해 고성능 그래핀을 대량 생산하는 기술을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 기능성복합소재연구센터 김명종, 김남동 박사 연구팀이 전기용접에 주로 사용하는 아크방전을 이용해 고농도의 질소가 도핑된 그래핀 분말을 제조하는 데 성공했다고 밝혔다. 이렇게 형성된 그래핀은 우수한 기계적 물성은 물론, 에너지 저장능력이 기존의 탄소전극보다 3배가량 높아 ‘슈퍼커패시터’의 대용량화에 큰 기여를 하게 될 것으로 전망되고 있다. 슈퍼커패시터(super capacitor)는 커패시터(콘덴서)의 전기 용량을 중점적으로 강화한 것이다. 화학반응을 통해 충·방전하는 일반 이차전지와 달리 탄소 소재에 붙는 전자의 물리적 흡·탈착을 이용하기 때문에 급속충전이 가능하고 수명이 반영구적이다. 특히, 순간적으로 고출력의 전기를 낼 수 있는 특성으로 전력 수요와 공급을 실시간으로 관리하는 스마트 그리드와 지역별 재생에너지 발전 시스템의 핵심기술로 주목받고 있지만, 일반 배터리에 비해 낮은 에너지 저장량이 걸림돌이었다. 이런 한계를 극복하기 위해 KIST 연구진은 꿈의 신소재 그래핀에 집중했다. 그래핀(graphene)은 전류를 형성하는 전자의 속도가 매우 빠르고 열을 전달하는 능력 역시 탁월하여 고효율 태양전지, 슈퍼커패시터 등의 핵심소재로 각광받고 있다. 하지만 기존의 제조법인 산화 그래핀(GO) 기술은 제조 과정에서 결정성이 훼손되는 등 많은 결점이 발생해 그래핀 고유의 성능들이 제대로 구현되기 어려웠다. KIST 연구진이 새로 개발한 아크방전 그래핀 제조기술은 원료로 쓰이는 탄소봉 내부에 그래핀 산화물과 함께 질소가 포함된 폴리아닐린을 첨가하는 것이 특징이다. 이를 고온에서 아크로 가열하면 그래핀 산화물과 첨가물이 원자화되고 재조합되는 과정에서 고농도 질소가 도핑된 그래핀 분말이 생성된다. 고농도 질소가 도핑된 그래핀은 우수한 전도도와 표면 이온 흡착성으로 인해 기존 탄소전극 대비 전하저장능력이 2~3배 향상되며, 단위면적당 충전량에서 세계 최고 수준을 나타냈다. 이는 슈퍼커패시터의 장점인 빠른 충·방전 특성을 유지하는 동시에 단점으로 꼽혔던 에너지 저장능력의 획기적 향상을 기대할 수 있게 하는 결과다. KIST 김명종 책임연구원은 “슈퍼커패시터는 거대 발전소를 대신해 지역별로 분산된 발전소에서 전기를 자급자족하는 친환경 발전 시스템의 열쇠”라면서 “이번 연구에서 개발된 고성능 그래핀 분말이 에너지 생산 및 저장 시스템의 혁신과 함께 다양한 에너지 소자 개발에도 도움이 되기를 바란다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 나노소재기술개발사업, 산업통상자원부의 그래핀 소재·부품 기술개발사업을 통해 수행되었으며 연구결과는 「Advanced Functional Materials」 (IF : 15.62, JCR 분야 상위 3.04%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) High areal capacitance of N-doped graphene synthesized by arc discharge - (제1 저자) 한국과학기술연구원 탕 비엣 팜 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김명종 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김남동 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 전기용접에 주로 사용하는 아크를 이용하여 질소를 고농도로 도핑하였다. 원료로 쓰이는 탄소봉에 그래핀 산화물, 흑연분말, 폴리아닐린을 첨가하고 고온에서 아크로 가열하고 원자화시키고 재조합되는 과정에서 고품질 질소 도핑된 그래핀 분말이 생성된다. [그림 2] 개발된 고농도 질소 도핑된 고품질의 그래핀의 단위 면적당 전하 저장능력을 다른 우수한 탄소 소재들과 비교한 그림. 단위면적 당 충전량이 세계 최고 수준임을 알 수 있다.

- 아크방전 이용하는 고품질 그래핀 분말 대량 제조기술 개발 - 고농도 질소가 에너지 저장량 높여,“슈퍼커패시터 발전 기대” 국내 연구진이 인공번개의 일종인 아크방전을 이용해 고성능 그래핀을 대량 생산하는 기술을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 기능성복합소재연구센터 김명종, 김남동 박사 연구팀이 전기용접에 주로 사용하는 아크방전을 이용해 고농도의 질소가 도핑된 그래핀 분말을 제조하는 데 성공했다고 밝혔다. 이렇게 형성된 그래핀은 우수한 기계적 물성은 물론, 에너지 저장능력이 기존의 탄소전극보다 3배가량 높아 ‘슈퍼커패시터’의 대용량화에 큰 기여를 하게 될 것으로 전망되고 있다. 슈퍼커패시터(super capacitor)는 커패시터(콘덴서)의 전기 용량을 중점적으로 강화한 것이다. 화학반응을 통해 충·방전하는 일반 이차전지와 달리 탄소 소재에 붙는 전자의 물리적 흡·탈착을 이용하기 때문에 급속충전이 가능하고 수명이 반영구적이다. 특히, 순간적으로 고출력의 전기를 낼 수 있는 특성으로 전력 수요와 공급을 실시간으로 관리하는 스마트 그리드와 지역별 재생에너지 발전 시스템의 핵심기술로 주목받고 있지만, 일반 배터리에 비해 낮은 에너지 저장량이 걸림돌이었다. 이런 한계를 극복하기 위해 KIST 연구진은 꿈의 신소재 그래핀에 집중했다. 그래핀(graphene)은 전류를 형성하는 전자의 속도가 매우 빠르고 열을 전달하는 능력 역시 탁월하여 고효율 태양전지, 슈퍼커패시터 등의 핵심소재로 각광받고 있다. 하지만 기존의 제조법인 산화 그래핀(GO) 기술은 제조 과정에서 결정성이 훼손되는 등 많은 결점이 발생해 그래핀 고유의 성능들이 제대로 구현되기 어려웠다. KIST 연구진이 새로 개발한 아크방전 그래핀 제조기술은 원료로 쓰이는 탄소봉 내부에 그래핀 산화물과 함께 질소가 포함된 폴리아닐린을 첨가하는 것이 특징이다. 이를 고온에서 아크로 가열하면 그래핀 산화물과 첨가물이 원자화되고 재조합되는 과정에서 고농도 질소가 도핑된 그래핀 분말이 생성된다. 고농도 질소가 도핑된 그래핀은 우수한 전도도와 표면 이온 흡착성으로 인해 기존 탄소전극 대비 전하저장능력이 2~3배 향상되며, 단위면적당 충전량에서 세계 최고 수준을 나타냈다. 이는 슈퍼커패시터의 장점인 빠른 충·방전 특성을 유지하는 동시에 단점으로 꼽혔던 에너지 저장능력의 획기적 향상을 기대할 수 있게 하는 결과다. KIST 김명종 책임연구원은 “슈퍼커패시터는 거대 발전소를 대신해 지역별로 분산된 발전소에서 전기를 자급자족하는 친환경 발전 시스템의 열쇠”라면서 “이번 연구에서 개발된 고성능 그래핀 분말이 에너지 생산 및 저장 시스템의 혁신과 함께 다양한 에너지 소자 개발에도 도움이 되기를 바란다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 나노소재기술개발사업, 산업통상자원부의 그래핀 소재·부품 기술개발사업을 통해 수행되었으며 연구결과는 「Advanced Functional Materials」 (IF : 15.62, JCR 분야 상위 3.04%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) High areal capacitance of N-doped graphene synthesized by arc discharge - (제1 저자) 한국과학기술연구원 탕 비엣 팜 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김명종 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김남동 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 전기용접에 주로 사용하는 아크를 이용하여 질소를 고농도로 도핑하였다. 원료로 쓰이는 탄소봉에 그래핀 산화물, 흑연분말, 폴리아닐린을 첨가하고 고온에서 아크로 가열하고 원자화시키고 재조합되는 과정에서 고품질 질소 도핑된 그래핀 분말이 생성된다. [그림 2] 개발된 고농도 질소 도핑된 고품질의 그래핀의 단위 면적당 전하 저장능력을 다른 우수한 탄소 소재들과 비교한 그림. 단위면적 당 충전량이 세계 최고 수준임을 알 수 있다.

- 아크방전 이용하는 고품질 그래핀 분말 대량 제조기술 개발 - 고농도 질소가 에너지 저장량 높여,“슈퍼커패시터 발전 기대” 국내 연구진이 인공번개의 일종인 아크방전을 이용해 고성능 그래핀을 대량 생산하는 기술을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 기능성복합소재연구센터 김명종, 김남동 박사 연구팀이 전기용접에 주로 사용하는 아크방전을 이용해 고농도의 질소가 도핑된 그래핀 분말을 제조하는 데 성공했다고 밝혔다. 이렇게 형성된 그래핀은 우수한 기계적 물성은 물론, 에너지 저장능력이 기존의 탄소전극보다 3배가량 높아 ‘슈퍼커패시터’의 대용량화에 큰 기여를 하게 될 것으로 전망되고 있다. 슈퍼커패시터(super capacitor)는 커패시터(콘덴서)의 전기 용량을 중점적으로 강화한 것이다. 화학반응을 통해 충·방전하는 일반 이차전지와 달리 탄소 소재에 붙는 전자의 물리적 흡·탈착을 이용하기 때문에 급속충전이 가능하고 수명이 반영구적이다. 특히, 순간적으로 고출력의 전기를 낼 수 있는 특성으로 전력 수요와 공급을 실시간으로 관리하는 스마트 그리드와 지역별 재생에너지 발전 시스템의 핵심기술로 주목받고 있지만, 일반 배터리에 비해 낮은 에너지 저장량이 걸림돌이었다. 이런 한계를 극복하기 위해 KIST 연구진은 꿈의 신소재 그래핀에 집중했다. 그래핀(graphene)은 전류를 형성하는 전자의 속도가 매우 빠르고 열을 전달하는 능력 역시 탁월하여 고효율 태양전지, 슈퍼커패시터 등의 핵심소재로 각광받고 있다. 하지만 기존의 제조법인 산화 그래핀(GO) 기술은 제조 과정에서 결정성이 훼손되는 등 많은 결점이 발생해 그래핀 고유의 성능들이 제대로 구현되기 어려웠다. KIST 연구진이 새로 개발한 아크방전 그래핀 제조기술은 원료로 쓰이는 탄소봉 내부에 그래핀 산화물과 함께 질소가 포함된 폴리아닐린을 첨가하는 것이 특징이다. 이를 고온에서 아크로 가열하면 그래핀 산화물과 첨가물이 원자화되고 재조합되는 과정에서 고농도 질소가 도핑된 그래핀 분말이 생성된다. 고농도 질소가 도핑된 그래핀은 우수한 전도도와 표면 이온 흡착성으로 인해 기존 탄소전극 대비 전하저장능력이 2~3배 향상되며, 단위면적당 충전량에서 세계 최고 수준을 나타냈다. 이는 슈퍼커패시터의 장점인 빠른 충·방전 특성을 유지하는 동시에 단점으로 꼽혔던 에너지 저장능력의 획기적 향상을 기대할 수 있게 하는 결과다. KIST 김명종 책임연구원은 “슈퍼커패시터는 거대 발전소를 대신해 지역별로 분산된 발전소에서 전기를 자급자족하는 친환경 발전 시스템의 열쇠”라면서 “이번 연구에서 개발된 고성능 그래핀 분말이 에너지 생산 및 저장 시스템의 혁신과 함께 다양한 에너지 소자 개발에도 도움이 되기를 바란다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 나노소재기술개발사업, 산업통상자원부의 그래핀 소재·부품 기술개발사업을 통해 수행되었으며 연구결과는 「Advanced Functional Materials」 (IF : 15.62, JCR 분야 상위 3.04%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) High areal capacitance of N-doped graphene synthesized by arc discharge - (제1 저자) 한국과학기술연구원 탕 비엣 팜 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김명종 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김남동 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 전기용접에 주로 사용하는 아크를 이용하여 질소를 고농도로 도핑하였다. 원료로 쓰이는 탄소봉에 그래핀 산화물, 흑연분말, 폴리아닐린을 첨가하고 고온에서 아크로 가열하고 원자화시키고 재조합되는 과정에서 고품질 질소 도핑된 그래핀 분말이 생성된다. [그림 2] 개발된 고농도 질소 도핑된 고품질의 그래핀의 단위 면적당 전하 저장능력을 다른 우수한 탄소 소재들과 비교한 그림. 단위면적 당 충전량이 세계 최고 수준임을 알 수 있다.

- ‘바나듐 레독스 흐름전지’성능 높이는‘PBI’고분자막 초박막화 성공 - 4마이크로미터(μm) 두께 얇은 고분자막, 빠른 방전·용량 감소 막아 화재로부터 안전한 차세대 에너지 저장장치 ‘바나듐 레독스 흐름전지’의 핵심 소재가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 수소·연료전지연구단 디억 헨켄스마이어(Dirk Henkensmeier) 박사 연구팀이 기존의 상용 불소계 전해질막보다 우수한 성능의 고분자 전해질막을 개발했다고 밝혔다. 현재 차세대 에너지저장장치(ESS)에 주로 사용되는 리튬이온전지는 출력 용량이 높지만 화재가 잇따르면서 안전성에 대한 우려가 커지고 있다. 소방당국에 따르면 지난 2017년 8월부터 최근까지 국내에서 발생한 ESS 화재 누적건수는 28회에 이르고 있다. 이에 따라 리튬이온전지의 대안으로 부상하고 있는 ‘바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)’는 물 기반의 바나듐 전해액이 산화-환원 반응에서 일으키는 전위차로 에너지를 충·방전하는 배터리이다. 대용량화가 가능하고 배터리 수명이 평균 20년 이상으로 긴 데다 특히 화재 위험이 없어 국내와 해외 모두 관련 기술 개발과 장치 도입을 서두르고 있는 상황이다. VRFB 시스템은 화학 반응에 필요한 이온을 통과·전달하는 이온 분리막이 필요하다. 현재 상업화된 불소계 분리막은 화학적 분해에는 안정적이지만 특정 이온을 선택해 전달하는 성능이 낮아 방전 속도가 빨라진다는 단점이 있다. 이런 문제는 분리막을 두껍게 만드는 것으로 해결할 수 있지만, 이온전달 저항도 함께 증가하기 때문에 전압효율이 낮아진다. KIST 연구진은 이전 연구를 통해 폴리벤지이미다졸(PBI) 고분자막을 사용하면 분리막 두께와 이온전도도 사이의 상충 관계를 감소시켜 에너지 저장 시스템 전반의 비용 절감을 유도할 수 있다는 가능성을 발견한 바 있다. 하지만 이런 장점에도 불구하고 PBI의 상용화를 위해서는 낮은 이온전도도를 극복할 얇은 고분자를 어떻게 만들 것인지 후속 연구가 필요했다. 이에 따라 연구팀은 유효면적 저항을 줄이기 위해 다공성 담지체 위에 4μm(마이크로미터) 두께의 얇은 PBI 스프레이 코팅막을 형성하는 기술을 개발하는 데 성공했다. 이렇게 개발된 PBI 고분자막은 서울과학기술대학교 권용재 교수팀과 독일 항공우주센터(German Aerospace Center)를 통해 진행된 물성 평가를 통해 200회 이상의 충·방전 사이클 테스트에서 기존 불소계 상용막보다 안정적인 성능을 나타내는 것으로 확인됐다. KIST 디억 헨켄스마이어 박사는 “자체 방전 테스트에서도 기존 상용 분리막이 적용된 장치가 10.7시간 후 방전된 반면 PBI 막을 적용한 장치는 방전까지 16.4시간이 걸렸다”면서 “국경을 맞대고 있는 유럽과 달리 국가 간 전력거래가 어려운 한국이 고효율의 재생 에너지 저장 시스템을 개발하는 데 도움이 되기를 바란다.”라고 밝혔다. 본 연구는 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원, 한국에너지기술평가기획원의 한국-독일 합동 중소기업 연구 프로그램으로 수행되었으며, 연구결과는 「Journal of Membrane Science」 (IF : 7.02, JCR 분야 상위 1.72 %) 최신 호에 출판되었다. * (논문명) Layered composite membranes based on porous PVDF coated with a thin, dense PBI layer for vanadium redox flow batteries - (제 1저자) 한국과학기술연구원 정미나 - (제 1저자) 서울과학기술대학교 이원미 - (교신저자) 한국과학기술연구원 디억 헨켄스마이어 책임연구원 - (교신저자) 서울과학기술대학교 권용재 교수 <그림설명> [그림 1] 100 um 두께 PVDF에 스프레이 코팅된 4μm 두께 PBI 막. 양이온은 PBI를 통과하지만, 바나듐 이온은 통과하지 못한다. (copyright Elsevier, J. Membr. Sci.) [그림 2] 3-셀 스택 실험에서 측정한 전하 효율 및 에너지 효율 (60mA/㎠ 전류 밀도를 가지고 PVDF에 지지된 4μm 두께 PBI 막을 사용한 장치와 나피온 117을 사용한 장치의 비교). [그림 3] 전도도와 면저항 측정 데이터 (14μm 두께의 PBI, PVDF에 지지된 4μm 두께의 PBI, 그리고 나피온 212막의 비교) (copyright Elsevier, J. Membr. Sci.)

- ‘바나듐 레독스 흐름전지’성능 높이는‘PBI’고분자막 초박막화 성공 - 4마이크로미터(μm) 두께 얇은 고분자막, 빠른 방전·용량 감소 막아 화재로부터 안전한 차세대 에너지 저장장치 ‘바나듐 레독스 흐름전지’의 핵심 소재가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 수소·연료전지연구단 디억 헨켄스마이어(Dirk Henkensmeier) 박사 연구팀이 기존의 상용 불소계 전해질막보다 우수한 성능의 고분자 전해질막을 개발했다고 밝혔다. 현재 차세대 에너지저장장치(ESS)에 주로 사용되는 리튬이온전지는 출력 용량이 높지만 화재가 잇따르면서 안전성에 대한 우려가 커지고 있다. 소방당국에 따르면 지난 2017년 8월부터 최근까지 국내에서 발생한 ESS 화재 누적건수는 28회에 이르고 있다. 이에 따라 리튬이온전지의 대안으로 부상하고 있는 ‘바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)’는 물 기반의 바나듐 전해액이 산화-환원 반응에서 일으키는 전위차로 에너지를 충·방전하는 배터리이다. 대용량화가 가능하고 배터리 수명이 평균 20년 이상으로 긴 데다 특히 화재 위험이 없어 국내와 해외 모두 관련 기술 개발과 장치 도입을 서두르고 있는 상황이다. VRFB 시스템은 화학 반응에 필요한 이온을 통과·전달하는 이온 분리막이 필요하다. 현재 상업화된 불소계 분리막은 화학적 분해에는 안정적이지만 특정 이온을 선택해 전달하는 성능이 낮아 방전 속도가 빨라진다는 단점이 있다. 이런 문제는 분리막을 두껍게 만드는 것으로 해결할 수 있지만, 이온전달 저항도 함께 증가하기 때문에 전압효율이 낮아진다. KIST 연구진은 이전 연구를 통해 폴리벤지이미다졸(PBI) 고분자막을 사용하면 분리막 두께와 이온전도도 사이의 상충 관계를 감소시켜 에너지 저장 시스템 전반의 비용 절감을 유도할 수 있다는 가능성을 발견한 바 있다. 하지만 이런 장점에도 불구하고 PBI의 상용화를 위해서는 낮은 이온전도도를 극복할 얇은 고분자를 어떻게 만들 것인지 후속 연구가 필요했다. 이에 따라 연구팀은 유효면적 저항을 줄이기 위해 다공성 담지체 위에 4μm(마이크로미터) 두께의 얇은 PBI 스프레이 코팅막을 형성하는 기술을 개발하는 데 성공했다. 이렇게 개발된 PBI 고분자막은 서울과학기술대학교 권용재 교수팀과 독일 항공우주센터(German Aerospace Center)를 통해 진행된 물성 평가를 통해 200회 이상의 충·방전 사이클 테스트에서 기존 불소계 상용막보다 안정적인 성능을 나타내는 것으로 확인됐다. KIST 디억 헨켄스마이어 박사는 “자체 방전 테스트에서도 기존 상용 분리막이 적용된 장치가 10.7시간 후 방전된 반면 PBI 막을 적용한 장치는 방전까지 16.4시간이 걸렸다”면서 “국경을 맞대고 있는 유럽과 달리 국가 간 전력거래가 어려운 한국이 고효율의 재생 에너지 저장 시스템을 개발하는 데 도움이 되기를 바란다.”라고 밝혔다. 본 연구는 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원, 한국에너지기술평가기획원의 한국-독일 합동 중소기업 연구 프로그램으로 수행되었으며, 연구결과는 「Journal of Membrane Science」 (IF : 7.02, JCR 분야 상위 1.72 %) 최신 호에 출판되었다. * (논문명) Layered composite membranes based on porous PVDF coated with a thin, dense PBI layer for vanadium redox flow batteries - (제 1저자) 한국과학기술연구원 정미나 - (제 1저자) 서울과학기술대학교 이원미 - (교신저자) 한국과학기술연구원 디억 헨켄스마이어 책임연구원 - (교신저자) 서울과학기술대학교 권용재 교수 <그림설명> [그림 1] 100 um 두께 PVDF에 스프레이 코팅된 4μm 두께 PBI 막. 양이온은 PBI를 통과하지만, 바나듐 이온은 통과하지 못한다. (copyright Elsevier, J. Membr. Sci.) [그림 2] 3-셀 스택 실험에서 측정한 전하 효율 및 에너지 효율 (60mA/㎠ 전류 밀도를 가지고 PVDF에 지지된 4μm 두께 PBI 막을 사용한 장치와 나피온 117을 사용한 장치의 비교). [그림 3] 전도도와 면저항 측정 데이터 (14μm 두께의 PBI, PVDF에 지지된 4μm 두께의 PBI, 그리고 나피온 212막의 비교) (copyright Elsevier, J. Membr. Sci.)

- ‘바나듐 레독스 흐름전지’성능 높이는‘PBI’고분자막 초박막화 성공 - 4마이크로미터(μm) 두께 얇은 고분자막, 빠른 방전·용량 감소 막아 화재로부터 안전한 차세대 에너지 저장장치 ‘바나듐 레독스 흐름전지’의 핵심 소재가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 수소·연료전지연구단 디억 헨켄스마이어(Dirk Henkensmeier) 박사 연구팀이 기존의 상용 불소계 전해질막보다 우수한 성능의 고분자 전해질막을 개발했다고 밝혔다. 현재 차세대 에너지저장장치(ESS)에 주로 사용되는 리튬이온전지는 출력 용량이 높지만 화재가 잇따르면서 안전성에 대한 우려가 커지고 있다. 소방당국에 따르면 지난 2017년 8월부터 최근까지 국내에서 발생한 ESS 화재 누적건수는 28회에 이르고 있다. 이에 따라 리튬이온전지의 대안으로 부상하고 있는 ‘바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)’는 물 기반의 바나듐 전해액이 산화-환원 반응에서 일으키는 전위차로 에너지를 충·방전하는 배터리이다. 대용량화가 가능하고 배터리 수명이 평균 20년 이상으로 긴 데다 특히 화재 위험이 없어 국내와 해외 모두 관련 기술 개발과 장치 도입을 서두르고 있는 상황이다. VRFB 시스템은 화학 반응에 필요한 이온을 통과·전달하는 이온 분리막이 필요하다. 현재 상업화된 불소계 분리막은 화학적 분해에는 안정적이지만 특정 이온을 선택해 전달하는 성능이 낮아 방전 속도가 빨라진다는 단점이 있다. 이런 문제는 분리막을 두껍게 만드는 것으로 해결할 수 있지만, 이온전달 저항도 함께 증가하기 때문에 전압효율이 낮아진다. KIST 연구진은 이전 연구를 통해 폴리벤지이미다졸(PBI) 고분자막을 사용하면 분리막 두께와 이온전도도 사이의 상충 관계를 감소시켜 에너지 저장 시스템 전반의 비용 절감을 유도할 수 있다는 가능성을 발견한 바 있다. 하지만 이런 장점에도 불구하고 PBI의 상용화를 위해서는 낮은 이온전도도를 극복할 얇은 고분자를 어떻게 만들 것인지 후속 연구가 필요했다. 이에 따라 연구팀은 유효면적 저항을 줄이기 위해 다공성 담지체 위에 4μm(마이크로미터) 두께의 얇은 PBI 스프레이 코팅막을 형성하는 기술을 개발하는 데 성공했다. 이렇게 개발된 PBI 고분자막은 서울과학기술대학교 권용재 교수팀과 독일 항공우주센터(German Aerospace Center)를 통해 진행된 물성 평가를 통해 200회 이상의 충·방전 사이클 테스트에서 기존 불소계 상용막보다 안정적인 성능을 나타내는 것으로 확인됐다. KIST 디억 헨켄스마이어 박사는 “자체 방전 테스트에서도 기존 상용 분리막이 적용된 장치가 10.7시간 후 방전된 반면 PBI 막을 적용한 장치는 방전까지 16.4시간이 걸렸다”면서 “국경을 맞대고 있는 유럽과 달리 국가 간 전력거래가 어려운 한국이 고효율의 재생 에너지 저장 시스템을 개발하는 데 도움이 되기를 바란다.”라고 밝혔다. 본 연구는 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원, 한국에너지기술평가기획원의 한국-독일 합동 중소기업 연구 프로그램으로 수행되었으며, 연구결과는 「Journal of Membrane Science」 (IF : 7.02, JCR 분야 상위 1.72 %) 최신 호에 출판되었다. * (논문명) Layered composite membranes based on porous PVDF coated with a thin, dense PBI layer for vanadium redox flow batteries - (제 1저자) 한국과학기술연구원 정미나 - (제 1저자) 서울과학기술대학교 이원미 - (교신저자) 한국과학기술연구원 디억 헨켄스마이어 책임연구원 - (교신저자) 서울과학기술대학교 권용재 교수 <그림설명> [그림 1] 100 um 두께 PVDF에 스프레이 코팅된 4μm 두께 PBI 막. 양이온은 PBI를 통과하지만, 바나듐 이온은 통과하지 못한다. (copyright Elsevier, J. Membr. Sci.) [그림 2] 3-셀 스택 실험에서 측정한 전하 효율 및 에너지 효율 (60mA/㎠ 전류 밀도를 가지고 PVDF에 지지된 4μm 두께 PBI 막을 사용한 장치와 나피온 117을 사용한 장치의 비교). [그림 3] 전도도와 면저항 측정 데이터 (14μm 두께의 PBI, PVDF에 지지된 4μm 두께의 PBI, 그리고 나피온 212막의 비교) (copyright Elsevier, J. Membr. Sci.)