KR101968639B1 - 유기 전해액 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지 - Google Patents

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Abstract

유기 전해액 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지가 개시된다. 전해질의 용해도가 향상되어 에너지 밀도가 높은 전지를 제공할 수 있다.

Description

유기 전해액 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지{Organic electrolyte solution and redox flow battery comprising the same}
유기 전해액 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지가 제공된다. 더욱 상세하게는 높은 에너지 밀도를 나타내는 전지를 제공할 수 있는 유기 전해액 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지가 제공된다.
2차 전지는 고효율 에너지 저장 시스템으로, 소형 모바일용으로부터 중대형 전력 저장용까지 다양한 용도로 사용되고 있다. 특히, 반도체 및 액정 분야, 음향 분야 및 휴대전화, 노트북과 같은 정보통신 분야에서 주요 핵심부품으로 사용되고 있으며, 최근에는 하이브리드 자동차의 동력원으로 사용되고 있다.
이러한 전력저장 시스템에는 더욱 안정한 에너지 공급과 높은 에너지 변환효율이 요구되고 있으며, 최근에 대규모 전력 저장 시스템에 가장 적합한 고출력 및 고내구성의 2차 전지로서 레독스 플로우 전지가 각광 받고 있다.
이러한 레독스 플로우 전지는 다른 전지와는 다르게 활물질이 고체가 아닌 수용액 상태의 이온으로 존재하며, 양극과 음극에서 각 이온들의 산화/환원 반응에 의해 전기 에너지를 저장 및 발생하는 메커니즘을 가진다.
즉, 레독스 플로우 전지는 전극의 활물질이 용매에 녹아 있는 전해액(용액) 상태이며, 산화수가 다른 양극전해액과 음극전해액으로 구성된 전지를 충전시키면 양극에서는 산화반응이, 음극에서는 환원반응이 일어나며, 전지의 기전력은 양극전해액과 음극전해액을 구성하고 있는 레독스 커플(redox couple)의 표준전극전위(E0)의 차이에 의해서 결정된다. 한편, 전해액은 전해액 탱크로부터 펌프에 의해 공급되며 양극과 음극의 표면에서 산화환원 반응속도가 빠른 일반 전지의 장점과 높은 출력 특성을 가지는 연료전지의 장점을 동시에 가진다.
그러나, 레독스 플로우 전지에 사용되는 용매와 금속-리간드 배위 화합물의 쌍극자 모멘트(dipole moment) 차이로 인한 용매화(salvation) 저하 문제로 인하여 원하는 에너지 밀도를 갖는 레독스 플로우 전지를 얻기가 용이하지 않다.
본 발명의 한 측면은 전해질의 용해도를 증가시켜 에너지 밀도가 큰 레독스 플로우 전지용 유기 전해액을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 한 측면은 상기 유기 전해액을 포함하는 레독스 플로우 전지를 제공하는 것이다.
한 측면에 따라 용매;
금속-리간드 배위 화합물로 이루어진 전해질; 및
금속 친화성기(metal affinic group)를 갖는 고분자 화합물을 첨가제로 포함하는 유기 전해액이 제공된다.
일 구현예에 따르면 상기 금속-리간드 배위화합물중 금속은 Ni, Co, Fe, Ru, Zn, Mn, Y, Zr, Ti, Cr, Mg, Ce, Cu, Pb 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
다른 구현예에 따르면 상기 리간드는 디피리딜, 터피리딜, 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 페난트롤린 및 N-헤테로시클릭 카르벤(N-heterocyclic carben; NHC) 으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면 상기 금속-리간드 배위 화합물은 가역적인 산화 환원 반응을 할 수 있다.
다른 측면에 따라 양극 및 양극 전해액을 포함하는 양극 셀;
음극 및 음극 전해액을 포함하는 음극 셀; 및
상기 양극 셀과 음극 셀 사이에 위치하는 이온교환막을 포함하는 레독스 플로우 전지에 있어서,
상기 양극 전해액과 음극 전해액 중 하나 이상이 상기 유기 전해액인 레독스 플로우 전지가 제공된다.
한 측면에 따르면 에너지 밀도가 높은 레독스 플로우 전지용 유기 전해액 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 전해액에서 첨가제의 역할을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 레독스 플로우 전지의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 3은 실시예 1 및 실시예 2의 순환 전압전류측정 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2 내지 실시예 4 및 비교예 2의 유기전해액에서의 금속-리간드 배위 화합물의 용해도를 나타낸 그래프이다.
이하에서 예시적인 하나 이상의 구현예에 따른 유기 전해액 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
일 구현예에 따른 유기 전해액은 용매; 금속-리간드 배위 화합물로 이루어진 전해질; 및 금속 친화성기를 갖는 고분자 화합물을 첨가제로 포함한다:
상기 첨가제인 금속 친화성기를 갖는 고분자 화합물은 주쇄는 소수성이므로 금속-리간드 배위 화합물로 이루어진 전해질 중 리간드와 π-π 상호작용(π-π interaction), 소수성 상호작용(hydrophobic interaction)을 하고, 금속 친화성기는 용매와 쌍극자 상호작용(dipole-dipole interaction), 수소결합 상호작용을 함으로써 결과적으로 전해질의 용매에서의 용해도를 향상시킬 수 있게 된다. 즉, 도 1에 개략적으로 나타낸 것처럼, 금속-리간드 배위 화합물은 용매중에서 배위 화합물간 인력에 의해 서로 뭉치게 되어 용매에서의 용해도가 떨어지나, 금속 친화성기를 가진 고분자 화합물을 전해액중에 첨가하면 상기 고분자 화합물이 금속-리간드 배위 화합물 사이에 들어가, 금속 친화성기는 금속-리간드 배위화합물의 금속과 상호 작용하고, 소수성인 주쇄는 금속-리간드 배위 화합물의 리간드와 상호 작용함으로써 금속-리간드 배위 화합물을 용매에 고르게 분산시키는 역할을 하여, 용매에서의 용해도를 향상시킬 수 있다.
상기 금속 친화성기를 갖는 고분자 화합물은 분자량 10,000~100,000 달톤을 갖는 포화 또는 불포화 탄화수소, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 인산에스테르 폴리머 또는 인산에스테르-설폰산아민 코폴리머를 주쇄로 할 수 있다. 상기 금속 친화성기를 갖는 고분자 화합물은 단일 중합체, 블록 공중합체, 또는 랜덤 공중합체일 수 있다.
또한, 상기 금속 친화성기를 갖는 고분자 화합물은 주쇄의 수소 원자가 1개 이상의 소수성기들로 치환되어 소수성기를 더 포함할 수 있다. 이러한 소수성기로는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 7의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬기를 들 수 있다.
상기 금속 친화성기를 갖는 고분자 화합물중 금속 친화성기로는 에스테르기,카르복실기, 인산기, 술폰산기, 히드록시기 및 아민기 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 금속 친화성기를 갖는 고분자 화합물은 시판되는 것을 구입하거나 고분자 화합물을 알킬암모늄염, 카르복실산, 술폰산, 알코올 또는 아크릴산, 인산 또는 그 유도체와 반응시킴으로써 제조할 수 있다.
시판되는 금속 친화성기를 갖는 고분자 화합물로는 byk180, byk145, byk2163, brij 30 및 byk110 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기 전해액에서 상기 첨가제는 1 내지 15부피%, 예를 들어 3 내지 5부피%의 양으로 포함될 수 있다. 상기 범위내에 드는 양으로 사용하는 경우 유기 전해액의 전기적 성질에 영향을 미치지 않으면서 전해질의 용해도를 향상시키는 효과가 뛰어날 수 있다.
상기 금속-리간드 배위 화합물은 산화가 0인 원자 상태에서 전해액 중에서 용해되어 안정하다.
레독스 플로우 전지는 전기 부하를 포함하는 외부 회로에 연결하여 전류를 흐르게 함으로써 방전되며, 반대로 전지에 외부 전원을 연결하여 전류가 유입되게 함으로써 충전이 진행된다.
일반적으로 양극 전해액(catholyte)은 레독스 커플이 2가지 산화가(oxidation state) 중 높은 쪽으로 산화될 때 충전되며, 2가지 산화가 중 낮은 쪽으로 환원될 때 방전된다. 역으로, 음극 전해액(anolyte)은 레독스 커플이 2가지 산화가 중 낮은 쪽으로 환원될 때 충전되며, 2가지 산화가 중 높은 쪽으로 산화될 때 방전된다:
양극
Cn --> Cn -y + ye- (충전)
Cn -y + ye- --> Cn (방전)
(C: 양극 전해질)
음극
An -x + xe- --> An (충전)
An --> An -x + xe- (방전)
(A: 음극 전해질)
수계 용매를 사용하는 종래의 레독스 플로우 전지의 경우 작동 전위가 물 분해 전위 영역에 한정되기 때문에 구동 전압이 낮으므로 에너지 밀도가 낮다는 단점을 가지고 있다. 따라서 비수계 용매를 사용함으로써 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있으나, 종래의 전해질은 비수계 용매에 대한 용해도가 낮고, 금속 이온의 환원시 석출되는 경향이 있어서 원하는 에너지 밀도를 얻기가 곤란하고, 사이클 횟수가 증가할수록 충방전 비가역 용량이 누적되어 셀 수명이 감소하게 된다.
본 발명의 일 구현예에서는 금속-리간드 배위 화합물로 이루어지는 전해질의용매에서의 용해도를 향상시킴으로써 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있게 된다. "산화가 0인 상태에서 전해액 중에서 안정한"이란 의미는 용매, 예를 들어 비수계 용매 중에서 산화가 0인 상태의 금속-리간드 배위 화합물이 침전 또는 석출되지 않고 용해되어 있음을 의미한다.
상기 산화가 0인 상태에서 전해액 중에서 안정한 금속은 Ni, Co, Fe, Ru, Zn, Mn, Y, Zr, Ti, Cr, Mg, Ce, Cu, Pb 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 이 중에서 특히 Ni가 바람직하다.
상기 금속-리간드 배위 화합물 중 리간드는 방향족 리간드 또는 지방족 리간드를 제한없이 사용할 수 있다. 한 구현예에 따르면, 상기 리간드는 디피리딜, 터피리딜, 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 페난트롤린 및 N-헤테로시클릭 카르벤(N-heterocyclic carben; NHC) 으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. NHC 리간드의 예로는 2,6-비스(메틸이미다졸-2-일리덴)피리딘, 1,3-디메시틸이미다졸, 1,3-비스(2,5-디이소프로필페닐)이미다졸, 1,3-디메틸이미다졸, 1,3-디-tert-부틸이미다졸, 1,3-디시클로헥실이미다졸 또는 1-에틸3-메틸이미다졸을 들 수 있다. 상기 금속-리간드 배위 화합물은 가역적인 산화 환원 반응을 할 수 있다.
상기 금속-리간드 배위 화합물로서 하기한 것들을 예로 들 수 있다:
Figure 112012008091713-pat00001
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Figure 112012008091713-pat00024
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상기 금속-리간드 배위 화합물은 예를 들면 Ni-페난트롤린, Ni-비피리딘, 또는Ni-[2,6-비스(메틸이미다졸-2-일리덴)피리딘일 수 있다.
상기 금속-리간드 배위 화합물은 전해액 중에 0.1M 내지 3M의 농도로 존재할 수 있다. 상기 범위내에 드는 경우 전지의 저장 특성을 나타낼 수 있다.
상기 금속-리간드 배위 화합물의 짝 음이온으로는 BF4 -, PF6 -, CF3SO3 -, 또는 (CF3SO2)2N-를 들 수 있다.
상기 용매로는 수계 용매, 비수계 용매, 이온성 액체 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 수계 용매로는 황산, 염산, 인산, 메탄술폰산 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.
상기 비수계 용매로는 디메틸 아세트아미드, 디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 아세토니트릴, γ-부티로락톤(GBL), 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 플루오로에틸렌 카보네이트, N,N-디메틸아세트아미드 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 이온성 액체로는 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트(IMIBF4), 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (IMIPF6), 1-부틸-4-메틸피리디늄 테트라플루오로보레이트 (PyBF4), N-메틸-N-프로필피페리디늄 비스(트리플루오로메탄 설포닐)이미드 (PP13-TFSI), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트(EMIBF4) 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
다른 측면에 따라, 양극 및 양극 전해액을 포함하는 양극 셀; 음극 및 음극 전해액을 포함하는 음극 셀; 및 상기 양극 셀과 음극 셀 사이에 위치하는 이온교환막을 포함하는 레독스 플로우 전지에 있어서, 상기 양극 전해액과 음극 전해액 중 하나 이상이 상기 유기 전해액인 레독스 플로우 전지가 제공된다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 레독스 플로우 전지의 구조를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 레독스 플로우 전지는 이온교환막(10)에 의해 양극 셀(1)과 음극 셀(2)로 나뉘어진다. 양극 셀(1)과 음극 셀(2)은 각각 양극(13)과 음극(14)을 포함한다. 양극 셀(1)은 파이프(41)를 통해 양극 전해액(11)을 공급 및 방출하기 위한 양극 탱크(21)에 연결되어 있다. 마찬가지로 음극 셀(2)은 파이프(42)를 통해 음극 전해액(12)을 공급 및 방출하기 위한 음극 탱크(22)에 연결되어 있다. 전해액은 펌프(31, 32)를 통해 순환하고, 양극(13)과 음극(14)에서 이온의 원자가 변경 반응에 따라 충전 및 방전이 일어난다.
상기 이온교환막(10)은 양극 전해액(11)과 음극 전해액(12)의 활물질 이온간의 혼합을 방지하고 지지 전해질의 전하운반체 이온의 전달만 허용한다.
일 구현예에 따르면 상기 양극 전해액과 음극 전해액중 하나는 용매; 금속-리간드 배위 화합물로 이루어지는 전해질; 및 금속 친화성기를 갖는 고분자 화합물을 첨가제로 포함하는 유기전해액일 수 있다. 즉, 양극 전해액 또는 음극 전해액의 하나가 상기 금속 친화성기를 갖는 고분자 화합물을 첨가제로 포함하는 유기전해액인 경우 상대측 음극 전해액 또는 양극 전해액은 공지의 전해액일 수 있다.
상기 양극 전해액과 음극 전해액 중 하나 이상은 가역적인 산화 환원 반응을하는 금속-리간드 배위 화합물을 포함할 수 있다.
상기 양극 전해액 / 음극 전해액은 Fe2+/Ni0 또는 Ru2+/Ni0 의 레독스 커플을 포함할 수 있다.
상기 레독스 플로우 전지는 상기 양극 셀 및 상기 음극 셀과 각각 유체 연결된 양극 전해액 탱크 및 음극 전해액 탱크를 더 포함할 수 있다.
상기 이온교환막으로는 종래의 레독스 플로우 전지에 사용되는 이온교환막을 제한없이 사용할 수 있으며, 양이온 교환막으로는 스티렌-디비닐벤젠 공중합체를 설폰화하여 얻어지는 양이온 교환막, 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로설포닐에톡시비닐에테르의 공중합체를 베이스로 하여 설폰산기를 도입한 양이온 교환막, 테트라플루오로에틸렌과 카르복시기를 측쇄에 가지는 퍼플루오로비닐에테르와의 공중합체로 이루어지는 양이온 교환막, 방향족 폴리설폰 공중합체를 베이스로 하여 술폰산기를 도입한 양이온 교환막 등을 이용할 수 있다.
상기 레독스 플로우 전지는 기존의 휴대폰, 휴대용 컴퓨터 등의 용도 외에, 전기차량(Electric Vehicle)과 같은 고용량, 고출력이 요구되는 용도에도 적합하며, 기존의 내연기관, 연료전지, 수퍼커패시터 등과 결합하여 하이브리드 차량(Hybrid Vehicle) 등에도 사용될 수 있다. 또한, 상기 레독스 플로우 전지는 고출력, 고전압이 요구되는 기타 모든 용도에 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명을 실시예 및 비교예를 들어 보다 상세히 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1 : Fe2+ - (bpy)3 [BF4]2
100ml 둥근 바닥 플라스크에 Fe(BF4)2 ㆍ6H2O 15.24g(29.88 mmol)을 넣고 여기에 50ml 에탄올을 첨가한 다음 20분 동안 용액 상태가 될 때까지 교반하였다.
또 다른 100ml 둥근 바닥 플라스크에 비피리딘 14g (89.64mmol)을 넣고 여기에 에탄올 80ml를 첨가한 다음 10분 동안 용액 상태가 될 때까지 교반하였다.
상기 Fe(BF4)2 ㆍ6H2O 용액에 비피리딘 용액을 서서히 첨가하여 혼합 용액의 색이 동시에 붉은색이 될 때까지 상온에서 3시간 교반하였다. 상기 결과물을 여과하고, 물 및 에탄올 150ml로 3회 세척한 다음, 자연 건조한 뒤 진공오븐에서 건조시켜 16.632 g (79.7%)의 분홍빛 고체를 얻었다.
제조예 2: Ni2+ - (bpy)3 [BF4]2
100ml 둥근 바닥 플라스크에 Ni(BF4)2 ㆍ6H2O 7.99 g(23.48 mmol)을 넣고 여기에 50ml 에탄올을 첨가한 다음 20분 동안 용액 상태가 될 때까지 교반하였다. 또 다른 100ml 둥근 바닥 플라스크에 비피리딘 11g (70.43mmol)을 넣고 여기에 에탄올 90ml를 첨가한 다음 10분 동안 용액 상태가 될 때까지 교반하였다.
상기 Ni(BF4)2 ㆍ6H2O 용액에 비피리딘 용액을 서서히 첨가하여 혼합 용액의 색이 녹색에서 분홍색이 될 때까지 상온에서 2.5시간 교반하였다. 상기 결과물을 여과하고, 물 및 에탄올 150ml로 3회 세척한 다음, 자연 건조한 뒤 진공오븐에서 건조시켜 15.09 g (91.7%)의 분홍빛 고체를 얻었다.
실시예 1
5ml의 인산에스테르(phosphoric ester) 폴리머의 알킬암모늄염(byk180, 제조사: byk)을PC(propylene carbonate) 용매 95ml와 혼합하였다. 상기 용매에 0.05M TEABF4와 Fe(bpy)3(BF4)2를 첨가하여 포화 용액으로 제조하였다.
실시예 2
5ml의 인산에스테르 폴리머의 알킬암모늄염(byk180, 제조사: byk)을 PC 용매 95ml와 혼합하였다. 상기 용매에 0.05M TEABF4와 Ni(bpy)3(BF4)2를 첨가하여 포화 용액으로 제조하였다.
실시예 3
5ml의 인산에스테르 폴리머의 알킬암모늄염 대신 3ml의 인산에스테르 폴리머의 알킬암모늄염(byk180, 제조사: byk)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 유기 전해액을 제조하였다.
실시예 4
5ml의 인산에스테르 폴리머의 알킬암모늄염 대신 10ml의 인산에스테르 폴리머의 알킬암모늄염(byk180, 제조사: byk)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 유기 전해액을 제조하였다.
실시예 5
5ml의 인산에스테르 폴리머의 알킬암모늄염 대신 5ml의 인산에스테르-설폰산아민 코폴리머의 알킬암모늄염(byk145, 제조사: byk)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 전해액을 제조하였다.
비교예 1
인산에스테르 폴리머의 알킬암모늄염을 첨가하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 전해액을 제조하였다.
비교예 2
인산에스테르-설폰산아민 코폴리머의 알킬암모늄염을 첨가하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 유기 전해액을 제조하였다.
순환전압전류법(Cyclic Voltammetry)
상기 실시예 1 및 실시예 2에서 얻은 유기 전해액을 사용하여 전위 주사 속도(scan rate) 100mV/s, 전위 주사 범위는 Fe(bpy)3(BF4)2의 경우 -1.65 ~ 0.65V, Ni(bpy)3(BF4)2의 경우 -1.77V ~ -1.65V로 하여 20 사이클 동안 전위 변화에 따른 전류값 변화를 측정하였다. 순환전압전류 곡선을 측정하기 위한 셀은 참고 전극(reference electrode)으로는 용매를 아세토니트릴(acetonitrile)을 사용하고 AgNO3를 0.3M 녹인 Ag/Ag+ 전극을 사용하고, 작업 전극(working electrode)으로는 카본 펠트를 사용하며 보조전극(counter electrode)으로는 백금을 사용하여 구성하였다.
상기 시험 결과는 도 3에 나타내었다. 도 3에서 (a)는 실시예 1, (b)는 실시예 2에 해당한다. 도 3에서 보듯이 본 발명의 구현예에 따른 유기 전해액은 첨가제를 첨가하여도 전해질의 산화 환원 특성에 영향을 끼지지 않음을 확인할 수 있다.
금속-리간드 배위 화합물의 용해도 측정
비교예1과 2 및 실시예 1 내지 5와 같이 제조한 포화 용액을 여과하여 불순물을 제거한 다음 각 용액에 대해 ICP 분석을 하여 포화 용액 중 금속-리간드 배위 화합물의 농도(용해도)를 측정하였다.
상기 용해도 측정 결과는 하기 표 1 및 도 4에 나타내었다. 도 4에는 비교예 2 및 실시예 2 내지 4의 첨가제 첨가량에 따른 용해도를 나타내었다.
용해도 증가율은 실시예 1 및 실시예 5는 비교예 1 기준으로, 실시예 2 내지 4는 비교예 2 기준으로 증가된 정도를 백분율로 나타내었다.
용해도(M) 용해도 증가율(%)
비교예 1 0.59 -
실시예 1 0.73 24
실시예 5 0.73 24
비교예 2 0.65 -
실시예 2 0.78 20
실시예 3 0.74 14
실시예 4 0.67 3
상기 표 1 및 도 4에서 보듯이, 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 전해액에서 첨가제를 첨가함에 따라 금속-리간드 배위 화합물의 용해도가 증가함을 알 수 있다.
금속-리간드 배위 화합물의 용매에서의 용해도가 증가하면 당연히 레독스 플로우 전지의 에너지 밀도가 증가하여 전지 성능이 향상됨을 알 수 있다.
1: 양극 셀 2: 음극 셀
10: 이온교환막
11: 양극 전해액 12: 음극 전해액
13: 양극 14: 음극
21, 22: 탱크 31, 32: 펌프
41, 42: 파이프

Claims (17)

  1. 용매;
    금속-리간드 배위 화합물로 이루어진 전해질; 및
    금속 친화성기를 갖는 고분자 화합물을 첨가제로 포함하고,
    상기 첨가제는 분자량 10,000~100,000 달톤을 갖는 포화 또는 불포화 탄화수소, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 인산에스테르 폴리머 또는 인산에스테르-설폰산아민 코폴리머를 주쇄로 하고,
    상기 주쇄의 수소 원자가 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 7의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬기로 치환된 소수성기를 더 포함하는 유기 전해액.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속은 Ni, Co, Fe, Ru, Zn, Mn, Y, Zr, Ti, Cr, Mg, Ce, Cu, Pb 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 유기 전해액.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 리간드는 디피리딜, 터피리딜, 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 페난트롤린 및 N-헤테로시클릭카르벤(N-heterocyclic carbene; NHC)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 유기 전해액.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 NHC는 2,6-비스(메틸이미다졸-2-일리덴)피리딘, 1,3-디메시틸이미다졸, 1,3-비스(2,5-디이소프로필페닐)이미다졸, 1,3-디메틸이미다졸, 1,3-디-tert-부틸이미다졸, 1,3-디시클로헥실이미다졸 및 1-에틸3-메틸이미다졸로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나인 유기 전해액.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 금속-리간드 배위 화합물은 가역적인 산화 환원 반응을 하는 유기 전해액.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 첨가제는 유기 전해액중 1 내지 15부피%의 양으로 포함되는 유기 전해액.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 첨가제의 금속 친화성기는 에스테르기, 카르복실기, 인산기, 술폰산기, 히드록시기 및 아민기 중에서 선택된 1종 이상인 유기 전해액.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 첨가제는 산기를 갖는 공중합체의 알킬올암모늄염, 공중합체의 인산 에스테르의 알킬암모늄염, 인산기 함유 공중합체; 카르복시기 함유 공중합체; 인산기 함유 폴리에스테르; 및 폴리(옥시(C1-C3)알킬렌 (C6-C32 알킬 에테르) 중에서 선택된 1종 이상인 유기 전해액.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 금속-리간드 배위 화합물이 하기 화합물 중 1종 이상인 유기 전해액:
    Figure 112012008091713-pat00026
    Figure 112012008091713-pat00027
    Figure 112012008091713-pat00028
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    Figure 112012008091713-pat00030
    Figure 112012008091713-pat00031
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    Figure 112012008091713-pat00048
    Figure 112012008091713-pat00049
    Figure 112012008091713-pat00050
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 금속-리간드 배위 화합물의 짝 음이온으로서 BF4 -, PF6 -, CF3SO3 -, 또는 (CF3SO2)2N-를 더 포함하는 유기 전해액.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 용매는 수계 용매, 비수계 용매, 이온성 액체 또는 이들의 혼합물인 유기 전해액.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 비수계 용매는 디메틸 아세트아미드, 디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 아세토니트릴, γ-부티로락톤(GBL), 프로필렌 카보네이트 (PC), 에틸렌 카보네이트(EC), N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 플루오로에틸렌 카보네이트, 및 N,N-디메틸아세트아미드 중에서 선택된 1종 이상인 유기 전해액.
  15. 양극 및 양극 전해액을 포함하는 양극 셀;
    음극 및 음극 전해액을 포함하는 음극 셀; 및
    상기 양극 셀과 음극 셀 사이에 위치하는 이온교환막을 포함하는 레독스 플로우 전지에 있어서,
    상기 양극 전해액과 음극 전해액 중 하나 이상이 제 1항 내지 제7항, 및 제10항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 유기 전해액인 레독스 플로우 전지.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 양극 전해액과 음극 전해액은 Fe2 +/Ni0 또는 Ru2 +/Ni0 인 레독스 커플을 포함하는 레독스 플로우 전지.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 양극 셀 및 상기 음극 셀 각각과 유체 연결된 양극 전해액 탱크 및 음극 전해액 탱크를 더 포함하는 레독스 플로우 전지.
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