KR20180003098A - Method for Manufacturing Membrane Dispersed Reinforcement for Redox Flow Battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레독스 흐름전지용 멤브레인의 제조 방법에 관한 것으로서, 비불소계 고분자를 설폰화한 후 기계적 물성을 향상시키기 위해 보강재를 분산시킨 멤브레인을 형성하여 수팽윤의 증가를 현저히 낮추며 기계적 성능이 우수한 레독스 흐름전지용 보강재가 분산된 멤브레인의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a membrane for a redox flow cell, which comprises sulfonating a non-fluorinated polymer and forming a membrane in which a reinforcing material is dispersed to improve mechanical properties, thereby significantly reducing water swelling, And a method for producing a membrane in which a reinforcing material for a flow cell is dispersed.
최근 지구 온난화의 주요 원인인 온실가스의 배출을 억제하기 위한 방법으로 태양광 에너지나 풍력 에너지와 같은 재생 에너지가 각광을 받고 있다. 재생 에너지는 출력변동이 심하여 연속적 공급이 불가능하고, 에너지 생산시점과 수요시점의 시간차가 발생하게 된다. 따라서 재생 에너지의 출력이 높을 때 에너지를 저장하고, 출력이 낮을 때 저장된 에너지를 사용할 수 있는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System)이 중요하게 대두되고 있다.Renewable energy such as solar energy or wind energy is attracting attention in recent years as a method for suppressing the emission of greenhouse gases, which is a major cause of global warming. The renewable energy can not be continuously supplied because the output fluctuation is severe, and a time difference occurs between the point of time of energy production and the point of time of demand. Therefore, an energy storage system (Energy Storage System) which can store energy when the output of the renewable energy is high and use the stored energy when the output is low is important.
여러 가지 에너지 저장 시스템 중에서 재생에너지의 저장에 효율적인 대용량 이차전자(Secondary Battery)로 레독스 흐름 전지의 연구와 개발이 활발하게 진행되고 있다.Among the various energy storage systems, research and development of redox flow cells are being actively carried out as secondary batteries which are effective for storing renewable energy.
레독스 흐름 전지는 전해질(Electrolyte) 중의 활물질(Active material)이 산화(Oxdaition)-환원(Reduction)되어 충전·방전되는 시스템으로 전해액의 화학적 에너지를 직접 전기에너지 저장시키는 전기화학적 축전장치이다. A redox flow cell is an electrochemical storage device in which the active energy of an electrolyte is oxidized and reduced to charge and discharge the chemical energy of the electrolyte directly.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 레독스 흐름 전지(10)는 복수의 단위전지(Unit cell/Single cell: 20)가 직렬로 적층되어 있는 스택(Stack: 30)과, 산화 상태가 각각 다른 활물질이 저장되어 있는 탱크(40, 50)들과, 충전 및 방전 시 활물질을 순환시키는 펌프(42, 52)들로 구성되어 있다.1, the
음극과 양극의 전해질은 바나듐(Vanadium, V), 철(Fe), 크롬(Chromium, Cr) 등의 활물질과 주석(Stannum, Sn) 등의 전이금속을 강산수용액에 용해시킨 산성수용액을 이용한다. 스택(30)은 단위전지(20)들과 두 개의 엔드플레이트(End plate: 60, 62)로 구성되어 있다.The electrolyte of the anode and the cathode uses an acidic aqueous solution in which an active material such as vanadium (V), iron (Fe), chromium (Cr) and the like and a transition metal such as tin (Stannum, Sn) are dissolved in a strong acid aqueous solution. The
단위전지(20)들과 엔드플레이트(60, 62)들은 복수의 타이로드(Tie rod: 64)에 의하여 체결되어 있다.The
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 단위전지(20)들은 기본적으로 멤브레인(Membrane: 22)과, 멤브레인(22)의 양쪽에 배치되어 있는 한 쌍의 전극(Electrode: 24)과, 전극(24)들의 양쪽에 배치되어 있는 한 쌍의 분리판(Bipolar plate: 26)을 구비한다.2, the
이러한 레독스 흐름 전지(10)는 멤브레인(22)의 양측에 양극 전해질과 음극 전해질이 순환하면서 이온 교환이 이루어지고 이 과정에서 전자의 이동이 발생하여 충방전이 이루어진다.In the
이와 같은 레독스 흐름 전지(10)는 기존 이차전지에 비해 수명이 길고 kW 내지 MW급 중대형 시스템으로 제작할 수 있기 때문에 에너지 저장 시스템에 가장 적합한 것으로 알려져 있다.The
레독스 흐름 전지(10)의 구성 요소 중 멤브레인(22)은 전지의 성능에 가장 중요한 역할을 하며, 실제 전이금속을 포함하는 강산성 물질을 전해액으로 사용하는 시스템에 적용되기 위하여 내산성, 내산화성이 우수해야 하며 낮은 투과도, 우수한 기계 물성이 요구된다.Among the components of the
기존의 Dupont사의 Nafion 등과 같은 고가의 양성자 교환 멤브레인은 셀의 구동에 필요한 필수적이며, 전지의 가격을 높이는 대표적인 인자이다.Existing proton exchange membranes such as the Nafion of Dupont, Inc. are essential for driving the cell and are a typical factor for increasing the price of the battery.
Nafion 멤브레인은 높은 이온 전도도와 우수한 화학 안정성을 가지나 투과 선택도가 낮아 성능이 저하되는 문제점이 있다.Nafion membranes have high ionic conductivity and excellent chemical stability, but have poor permeation selectivity and deteriorate performance.
또한 Selemion사의 멤브레인은 다공성 구조로 인하여 낮은 이온 선택성을 나타내며 내구성이 낮은 단점을 가지고 있다.In addition, Selemion membrane has low ion selectivity due to its porous structure and low durability.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 비불소계 고분자를 설폰화한 후 기계적 물성을 향상시키기 위해 나노 입자 등과 같은 보강재를 분산시킨 멤브레인을 형성하여 수팽윤의 증가를 현저히 낮추며 기계적 성능이 우수한 레독스 흐름전지용 보강재가 분산된 멤브레인의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve such problems, the present invention relates to a method for sulfonating a non-fluorinated polymer, which comprises forming a membrane in which a reinforcing material such as nanoparticles is dispersed in order to improve mechanical properties, thereby remarkably lowering an increase in water swelling, And a method for manufacturing a membrane in which a reinforcing material for a flow cell is dispersed.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 레독스 흐름전지용 보강재가 분산된 멤브레인의 제조 방법은,According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a membrane in which a reinforcing material for a redox flow cell is dispersed,
비불소계 고분자를 설폰화한 후 보강재를 분산시켜 멤브레인을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And sulfonating the non-fluorinated polymer and dispersing the reinforcing material to produce a membrane.
본 발명의 특징에 따른 레독스 흐름전지용 보강재가 분산된 멤브레인의 제조 방법은,A method of manufacturing a membrane in which a reinforcing material for a redox flow cell is dispersed,
비불소계 고분자인 폴리에테르 에테르 케톤(Polyether ether ketone, PEEK) 고분자 기지를 100℃에서 건조하여 수분을 완전히 제거한 후 98%의 황산에 넣고 상온에서 용해하는 단계;Polyether ether ketone (PEEK) polymer matrix, which is a non-fluorinated polymer, is dried at 100 ° C. to completely remove water, and then dissolved in 98% sulfuric acid at room temperature;
상기 폴리에테르 에테르 케톤이 용해된 후, 반응 온도를 일정 온도로 일정하게 유지하면서 24시간동안 설폰화(Sulfonation) 반응을 진행하는 단계;Conducting the sulfonation reaction for 24 hours while maintaining the reaction temperature constant at a constant temperature after the polyether ether ketone is dissolved;
상기 설폰화 반응을 진행한 후 얼음물에 냉각시켜 고형화된 SPEEK(Sulfonated Polyether ether ketone)를 제조하는 단계;Cooling the resulting mixture to ice water to form a solidified SPEEK (sulfonated polyether ether ketone);
상기 제조된 SPEEK를 pH 5 이상이 될 때까지 증류수로 세척 및 감압 여과하여 잔류하는 황산을 제거하는 단계;Washing the prepared SPEEK with distilled water until the pH of the SPEEK becomes 5 or more and filtering it under reduced pressure to remove residual sulfuric acid;
상기 세척한 SPEEK를 100℃ 오븐에서 12시간 동안 건조 후 유기용매에 넣고 12시간 동안 용해하는 단계;Drying the washed SPEEK in an oven at 100 ° C for 12 hours, dissolving in an organic solvent for 12 hours,
상기 유기용매에 용해한 SPEEK를 기계적 물성 강화를 위하여 보강재 1 내지 10wt%를 혼합하는 단계; 및Mixing the SPEEK dissolved in the organic solvent with 1 to 10 wt% of a reinforcing material for reinforcing mechanical properties; And
상기 SPEEK가 용해된 용액을 평판 위에 분포시키거나 롤러를 통과시키면서 60℃에서 용매를 건조시켜 멤브레인을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And drying the solvent at 60 DEG C while distributing the solution in which SPEEK is dissolved over a flat plate or passing through a roller, thereby producing a membrane.
전술한 구성에 의하여, 본 발명은 비불소계 고분자를 이용한 멤브레인을 제조하여 두께가 얇으면서도 기계, 화학적 성능이 우수한 레독스 흐름전지를 제조하는 효과가 있다.According to the above-mentioned constitution, the present invention has an effect of manufacturing a redox flow cell having a thin thickness and excellent mechanical and chemical performance by producing a membrane using a non-fluorinated polymer.
본 발명은 비불소계 고분자를 설폰화한 후 보강재를 분산시킨 멤브레인을 제조하여 수팽윤에 의해 물성 저하를 방지하고 기계 물성을 향상시키는 효과가 있다.The present invention has an effect of preventing the deterioration of physical properties by water swelling and improving mechanical properties by preparing a membrane in which a non-fluorinated polymer is sulfonated and a reinforcing material is dispersed.
도 1은 일반적인 레독스 흐름 전지의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에서 단위전지의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 보강재가 분산된 멤브레인의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 보강재가 분산된 멤브레인의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of a general redox flow cell. FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the unit cell in FIG.
3 is a view illustrating a method of manufacturing a membrane in which a reinforcement material for a redox flow cell according to an embodiment of the present invention is dispersed.
4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a membrane in which a reinforcement material for a redox flow cell according to an embodiment of the present invention is dispersed.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.
본 발명은 레독스 흐름전지의 성능을 향상시키기 위한 새로운 멤브레인 및 그 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a novel membrane for improving performance of a redox flow cell and a method of manufacturing the same.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 보강재가 분산된 멤브레인의 제조 방법을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 보강재가 분산된 멤브레인의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.FIG. 3 is a view showing a method of manufacturing a membrane in which a reinforcing material for a redox flow cell is dispersed according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a view illustrating a method of manufacturing a membrane in which a reinforcing material for a redox- Fig.
먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 보강재가 분산된 멤브레인의 제조 방법은 비불소계 고분자인 폴리에테르 에테르 케톤(Polyether ether ketone, PEEK) 고분자 기지를 100℃ 에서 건조하여 수분을 완전히 제거한 후 98%의 황산에 넣고 상온에서 용해한다(S100).Referring to FIG. 3, a method of manufacturing a membrane in which a reinforcing material for a redox flow cell is dispersed according to an embodiment of the present invention includes drying a polyether ether ketone (PEEK) polymer matrix, which is a non- After the water is completely removed, it is dissolved in 98% sulfuric acid at room temperature (S100).
본 발명의 멤브레인은 비불소계 고분자인 PEEK를 사용하고 있지만 이에 한정하지 않으며, 폴리 스티렌, PAES(Poly arylene ehter sulfone) 등 다양한 비불소계 고분자를 포함할 수도 있다.The membrane of the present invention uses PEEK, which is a non-fluorinated polymer, but it is not limited thereto, and may include various non-fluorinated polymers such as polystyrene and PAES (Polyarylene Ethersulfone).
S100 단계 이후에 멤브레인의 제조 방법은 PEEK가 완전히 용해된 후, 반응 온도를 60℃ 로 일정하게 유지하면서 24시간동안 설폰화(Sulfonation) 반응을 진행한다(S102). 여기서, 설폰화 반응의 진행 시 설폰화 정도들 조절하기 위하여 설폰화 온도 및 시간을 변경할 수 있다.After the step S100, the membrane is completely dissolved, and the sulfonation reaction is carried out for 24 hours while maintaining the reaction temperature at 60 DEG C (S102). Here, the sulfonation temperature and time may be varied to control the degree of sulfonation during the course of the sulfonation reaction.
본 발명의 레독스 흐름전지는 비불소계 고분자 소재의 설폰화 공정(Sulfonation) 을 통한 멤브레인을 제조하는 것이다.The redox flow cell of the present invention is to produce a membrane through sulfonation of a non-fluorinated polymeric material.
S102 단계 이후에 멤브레인의 제조 방법은 정해진 반응 시간이 경과한 후 반응물을 얼음물에 냉각시켜 고형화된 SPEEK(Sulfonated Polyether ether ketone)를 제조한다(S104).After step S102, the membrane is cooled by cooling the reaction product in ice water after a predetermined reaction time has elapsed, to produce a solidified SPEEK (sulfonated polyether ether ketone) (S104).
멤브레인의 제조 방법은 S104 단계에서 제조된 SPEEK를 pH 5 이상이 될 때까지 증류수로 세척 및 감압 여과하여 잔류하는 황산을 제거한다(S106). In the manufacturing method of the membrane, the SPEEK prepared in the step S104 is washed with distilled water until the pH becomes 5 or more, and filtered under reduced pressure to remove the remaining sulfuric acid (S106).
S106 단계 이후에 멤브레인의 제조 방법은 세척한 SPEEK를 100℃ 오븐에서 12시간 동안 건조 후 유기용매인 N-Methyl-2-pyrrolidone(NMP)에 넣고 12시간 동안 용해한다(S108). 여기서, 유기용매는 SPEEK의 설폰화 정도와 용해도에 따라 N-Methyl-2-pyrrolidone(NMP), Dimethylacetamide(DMAc), Dimethylformamide(DMF), Dimethylsulfoxide(DMSO) 등을 사용할 수 있다.After the step S106, the washed SPEEK is dried in an oven at 100 ° C for 12 hours, and then dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as an organic solvent for 12 hours (S108). N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylacetamide (DMAc), dimethylformamide (DMF) and dimethylsulfoxide (DMSO) can be used as the organic solvent depending on the sulfonation degree and solubility of SPEEK.
S108 단계 이후에 멤브레인의 제조 방법은 유기용매에 용해한 SPEEK는 기계적 물성 강화를 위하여 나노 입자 등과 같은 보강재를 1 내지 10wt%를 혼합한다(S110).After the step S108, SPEEK dissolved in an organic solvent is mixed with 1 to 10 wt% of a reinforcing material such as nanoparticles for enhancing mechanical properties (S110).
보강재의 혼합은 SPEEK 멤브레인의 이온 교환 용량을 높이기 위해 설폰화 공정을 오래 진행하게 되면 급격히 안좋아지는 멤브레인의 기계적 물성(Swelling, cross over, 낮은 인장강도 등)을 해결하고자 나노 입자를 비롯한 다양한 보강재를 적정량 섞어 멤브레인의 이온 교환 용량 및 이온 선택성을 높이면서 기계 물성을 효과적으로 높인다.In order to improve the ion exchange capacity of the SPEEK membrane, it is necessary to mix various kinds of reinforcing materials including nanoparticles in order to solve the mechanical properties (swelling, cross over, low tensile strength, etc.) To increase the ion exchange capacity and ion selectivity of the membrane, effectively increasing the mechanical properties.
비불소계 멤브레인의 원하는 이온 전도도를 갖기 위해서는 설폰화 정도를 높여야 하나, 설폰화가 많이 진행될수록 막의 수팽윤도가 증가하게 되어 기계적 강도가 현저히 낮아지게 된다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서 보강 입자를 SPEEK에 일정량을 혼합하게 된다.In order to obtain the desired ionic conductivity of the non-fluorine-based membrane, the degree of sulfonation must be increased. However, as the sulfonation increases, the degree of water swelling increases and mechanical strength is significantly lowered. To overcome this problem, a certain amount of reinforcing particles are mixed with SPEEK.
하기의 실시 예는 보강재를 나노입자로 선택하여 설명하였으며, 하기의 실시 예에 한정되지 않고, 보강재는 섬유 형태의 유리섬유, 아라미드섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리머 섬유 등 복합재료 물성 강화를 위해 사용되는 보강재를 일정량 섞어 사용하는 것을 모두 포함한다.The reinforcing material is not limited to the following examples. The reinforcing material may be a reinforcing material used for reinforcing the properties of a composite material such as fiberglass, aramid fiber, polyethylene fiber, and polymer fiber. To be used in a certain amount.
상기 보강재는 섬유형태의 유리섬유, 아라미드섬유, 탄소섬유, 폴리에틸렌섬유, 폴리머섬유를 선택적으로 사용하며, 장섬유(long fiber), 단섬유(chopped fiber)를 일정 함유량을 섞어 사용할 수 있다. The reinforcing material may be selected from fiberglass, aramid fiber, carbon fiber, polyethylene fiber and polymer fiber. The reinforcing material may be a mixture of long fiber and chopped fiber.
보강재는 유기용매의 종류에 따라 소수성 및 친수성의 나노 입자를 선택적으로 사용할 수 있으며, 실리카 나노 입자, 나노 클레이, 카본블랙, 탄소나노튜브(CNT), 그라핀(Graphene), 텅스텐옥사이드 등을 사용할 수 있다.Depending on the kind of the organic solvent, the reinforcing material can selectively use hydrophobic and hydrophilic nanoparticles, and the silica nanoparticles, nanoclays, carbon black, carbon nanotubes (CNT), graphene, tungsten oxide have.
보강재는 원하는 기계 물성치에 따라 함유량을 변경할 수 있다. 이때, 보강재는 분산 정도가 박막 성능에 가장 큰 영향을 끼치게 되는데 이를 위해 소니케이터, 분산제, 공압분산, 원심분리기 등을 이용하여 보강 입자를 균일, 균등하게 용매에 분산시킨다.The stiffener may vary in content depending on the desired mechanical properties. In this case, the degree of dispersion of the stiffener has the greatest influence on the performance of the thin film. For this purpose, the reinforcing particles are dispersed uniformly and uniformly in the solvent by using a sonicator, a dispersant, a pneumatic dispersion and a centrifuge.
또한, SPEEK 멤브레인은 멤브레인과 전극 사이의 표면 접착을 위해 저분자량 PEG(Polyethylene Glycol)을 가소제로 추가할 수 있다.In addition, SPEEK membranes can be added with a low molecular weight polyethylene glycol (PEG) as a plasticizer for surface bonding between the membrane and the electrode.
다음으로, S110 단계 이후에 멤브레인의 제조 방법은 SPEEK가 용해된 용액을 평판 위에 분포시키거나 롤러 사이 등을 통과시키면서 60℃ 에서 용매를 건조시켜 멤브레인을 제조한다(S112).Next, in step S110, the membrane is prepared by distributing the SPEEK-dissolved solution on a flat plate or by drying the solvent at 60 DEG C while passing between rollers (S112).
S112 단계에서는 유기용매에 용해된 SPEEK의 캐스팅 공정을 반복적으로 수행하여 멤브레인의 두께를 조절할 수도 있다.In step S112, the thickness of the membrane may be adjusted by repeating the casting process of the SPEEK dissolved in the organic solvent.
추가적으로 제조한 멤브레인은 98%의 황산을 함침시켜 60℃ 에서 12시간 동안 황산과 PEG(Polyethylene Glycol)를 치환하는 공정을 추가할 수 있다.The membrane thus prepared can be further impregnated with 98% sulfuric acid, and a step of replacing sulfuric acid and PEG (polyethylene glycol) at 60 ° C for 12 hours can be added.
본 발명은 비불소계 고분자인 폴리에테르 에테르 케톤(Polyether ether ketone, PEEK)를 설폰화(SPEEK)한 후 보강재를 분산시킨 멤브레인을 제조하여 내열성, 기계적 강도, 내흡습성 및 전기 화학적 특성이 우수하며 두께가 얇으면서도 기계적 성능이 우수한 강화막 멤브레인을 제조할 수 있다.The present invention relates to a membrane made by dispersing a reinforcing material after sulfonating (SPEEK) polyether ether ketone (PEEK), which is a non-fluorinated polymer, and has excellent heat resistance, mechanical strength, moisture absorption and electrochemical properties, It is possible to produce a reinforced membrane membrane which is thin and excellent in mechanical performance.
특히, 본 발명의 멤브레인은 보강재의 분산을 통해 기존의 SPEEK 멤브레인에서 가장 크게 문제가 되었던 수팽윤도의 증가를 현저히 낮출 수 있어 설폰화 시간을 늘릴 수 있다.In particular, the membrane of the present invention can significantly increase the degree of water swelling, which has been the most problematic in existing SPEEK membranes, through dispersion of the stiffener, thereby increasing the sulfonation time.
이에 따라 본 발명의 멤브레인은 수소 이온 전도도를 크게 늘려 전지 성능을 높일 수 있다.Accordingly, the membranes of the present invention can greatly increase hydrogen ion conductivity and improve cell performance.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiments of the present invention described above are not implemented only by the apparatus and / or method, but may be implemented through a program for realizing functions corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium on which the program is recorded And such an embodiment can be easily implemented by those skilled in the art from the description of the embodiments described above.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.
10: 레독스 흐름 전지
20: 단위전지
22: 멤브레인
24: 전극
26: 분리판
30: 스택
40, 50: 탱크
42, 52: 펌프
60, 62: 엔드플레이트10: redox flow cell
20: Unit cell
22: Membrane
24: Electrode
26: Separator plate
30: Stack
40, 50: tank
42, 52: pump
60, 62: End plate
Claims (6)
비불소계 고분자를 설폰화한 후 보강재를 분산시켜 멤브레인을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 보강재가 분산된 멤브레인의 제조 방법.A method for manufacturing a redox flow battery membrane,
And sulfonating the non-fluorinated polymer and dispersing the reinforcing material to prepare a membrane.
상기 멤브레인을 제조하는 단계는,
비불소계 고분자인 폴리에테르 에테르 케톤(Polyether ether ketone, PEEK) 고분자 기지를 일정 온도에서 건조하여 수분을 완전히 제거한 후 황산에 넣고 상온에서 용해하는 단계;
상기 폴리에테르 에테르 케톤이 용해된 후, 반응 온도를 일정 온도로 일정하게 유지하면서 설폰화(Sulfonation) 반응을 진행하는 단계;
상기 설폰화 반응을 진행한 후 냉각시켜 고형화된 SPEEK(Sulfonated Polyether ether ketone)를 제조하는 단계;
상기 SPEEK를 일정 온도로 건조 후 유기용매에 넣어 용해하는 단계; 및
상기 SPEEK가 용해된 용액을 평판 위에 분포시키거나 롤러를 통과시키면서 용매를 건조시켜 멤브레인을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 보강재가 분산된 멤브레인의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of fabricating the membrane comprises:
Polyether ether ketone (PEEK) polymer matrix, which is a non-fluorinated polymer, is dried at a predetermined temperature to completely remove water, and then dissolved in sulfuric acid at room temperature;
Conducting the sulfonation reaction while maintaining the reaction temperature at a constant temperature after the polyether ether ketone is dissolved;
The sulfonated reaction is followed by cooling to produce solidified SPEEK (sulfonated polyether ether ketone).
Drying the SPEEK at a predetermined temperature and dissolving the SPEEK in an organic solvent; And
And dispersing the SPEEK-dissolved solution on a flat plate, or drying the solvent while passing the rollers, thereby producing a membrane.
상기 멤브레인을 제조하는 단계는,
상기 제조된 SPEEK를 증류수로 세척 및 감압 여과하여 잔류하는 황산을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 보강재가 분산된 멤브레인의 제조 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the step of fabricating the membrane comprises:
Wherein the SPEEK is washed with distilled water and filtered under reduced pressure to remove residual sulfuric acid.
상기 멤브레인을 제조하는 단계는,
상기 유기용매에 용해한 SPEEK를 기계적 물성 강화를 위하여 보강재를 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 보강재가 분산된 멤브레인의 제조 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the step of fabricating the membrane comprises:
Further comprising the step of mixing the SPEEK dissolved in the organic solvent with a reinforcement material for strengthening the mechanical properties of the reinforcement material.
상기 보강재는 상기 유기용매의 종류에 따라 소수성 및 친수성의 보강재를 선택적으로 사용하며, 실리카 나노 입자, 나노 클레이, 카본블랙, 탄소나노튜브(CNT), 그라핀(Graphene), 텅스텐옥사이드 중 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 보강재가 분산된 멤브레인의 제조 방법. The method according to claim 1,
Depending on the type of the organic solvent, the reinforcing material may be selected from a hydrophobic and hydrophilic reinforcing material, and one of silica nanoparticles, nano-clay, carbon black, carbon nanotube (CNT), graphene, and tungsten oxide Wherein the reinforcing material for a redox flow cell is dispersed.
상기 보강재는 섬유형태의 유리섬유, 아라미드섬유, 탄소섬유, 폴리에틸렌섬유, 폴리머섬유를 선택적으로 사용하며, 장섬유(long fiber), 단섬유(chopped fiber)를 일정 함유량을 섞어 사용하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 보강재가 분산된 멤브레인 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the reinforcing material is selected from the group consisting of glass fiber, aramid fiber, carbon fiber, polyethylene fiber and polymer fiber in the form of fibers and a mixture of long fibers and chopped fibers in a predetermined amount A method for manufacturing a membrane in which a redox flow cell reinforcing material is dispersed.
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CN109971121A (en) * | 2019-04-03 | 2019-07-05 | 山东星火科学技术研究院 | A kind of preparation method of sulfonated polyether-ether-ketone composite membrane |
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