징크-브롬 전지를 위한 전해질 솔루션

Abstract

징크-브롬 흐름전지의 경우 충전시 음극물질은 액체상태의 브롬이지만, 양극에는 고체상태의 아연이 석출(징크플레이팅: zinc plating)되며, 이때 양극 물질은 모두 이온화되어 다시 원래의 이온 전해질로 환원되어야한다. 이러한 전해질의 전기화학적 반응의 특이성(양극물질이 충전시 고체형 금속으로 전극에 플레이팅되고 방전시에는 다시 이온전해질로 환원)으로 인해, 만일 충전시 징크가 오버로딩 되거나 방전효율이 떨어지게 되면 누적된 아연금속으로 인한 덴드라이트 형성의 비정상적인 반응이 발생하게 되어 장시간 운전하였을 때 전해질의 내구성과 충방전 효율이 급격히 떨어지는 문제가 발생한다. 더욱이, 이러한 덴드라이트가 심화될 경우 전극 표면에 석출되기 시작한 고체형태의 아연금속이 성장하여 분리막에 닿게 되면 전기적으로 순간 폐회로가 구성되는 단락현상이 발생하여 전지에 심각한 손상을 끼치게 된다. 특히 전해질의 충방전 효율 및 전도도 향상을 위하여 일반적인 ZnCl2, NH4Cl, KCl 등과 같은 첨가제를 사용할 경우 장시간 운전에 따른 전해질의 내구성과 안전성이 급격히 감소하는 심각한 문제가 발생한다.

징크-브롬 흐름전지에서 이러한 전해질의 치명적인 단점을 해결하고자 본 발명에서는 퍼클로레이트(perchlorate) 계열 또는 퍼클로레이트 하이드레이트 (perchlorate hydrate) 계열 또는 제오라이트(Zeorite) 계열 산화물들을 첨가제로 사용하는 방법을 제안하였으며, 그 결과 전해질의 전도도 향상을 제공하고 장기운전에 따른 전해질의 안전성과 내구성을 확보하였다. 또한 현재까지 해결 하지 못하였던 징크-브롬 전해질의 전기화학적 기술적인 문제점들을 해결하고 부가적인 단전지 구조 설계에 대한 방안을 제시할 수가 있어 징크-브롬 흐름전지의 에너지 효율 향상에 기여할 것으로 판단된다.