Synthesis and Characterization of Vinylbenzyl Chloride-co-Styrene-co-Hydroxyethyl Acrylate (VBC-co-St-co-HEA) Anion-Exchange Membrane for All-Vanadium Redox Flow Battery

Abstract

RFB는 레독스 커플에 따라 Cr/Cr, V/Sn, V/Fe, 및 V/V 등과 같은 종류 가 있다. 그 중 전 바나듐 레독스-흐름 전지(All-vanadium redox flow battery, VRB)는 긴 수명, 빠른 반응시간, 높은 충방전 효율로 많은 관심 을 받고 있다. 6-8 이온교환막은 VRB의 핵심 소재로 전지의 수명 및 가격 결정에 중요한 역할을 하며 전해질로 전이금속 포함 강산성 물질을 사용하고 있어 선 택투과성은 물론 내산성, 내산화성이 우수해야 하고 전기저항 및 확산계 수가 작고, 내화학성 및 기계적 물성이 우수하고 제조 가격이 저렴해야 한 다. 현재 VRB에 적용하는 이온교환막은 Daramic, Selemion사의 CMV 전바나듐계 레독스-흐름 전지용 Vinylbenzyl Chloride-co-Styrene-co-Hydroxyethyl Acrylate (VBC-co-St-co-HEA) 음이온교환막의 합성 및 특성 백영민ㆍ곽노석ㆍ황택성 충남대학교 바이오응용화학과 (초록: 본 연구에서는 전바나듐 레독스-흐름 전지용 음이온교환막의 제조를 위하여 vinylbenzyl chloride-co-styreneco-hydroxyethyl acrylate(VBC-co-St-co-HEA) 공중합체를 합성하였으며, 아민화 및 가교 반응을 통하여 음 이온교환막을 제조하였다. 구조확인을 위하여 FTIR, 1 H NMR, TGA, GPC 분석을 하였으며, 음이온교환막의 함수율, 이온교환용량, 전기저항, 이온전도도 및 전바나듐 레독스-흐름 전지의 효율을 측정하였다. 음이온교환막의 이온교환용 량, 전기저항, 이온전도도는 각각 1.17 meq/g, 1.9 Ωᆞcm 2 , 0.009 S/cm이었으며, 전바나듐 레독스-흐름 전지 효율 실 험 결과 충ᆞ방전효율, 전압효율 및 에너지효율은 각각 99.5, 72.6, 72.1%이었다.Abstract: In this study, we synthesized vinylbenzyl chloride-co-styrene-co hydroxyethyl acrylate (VBC-co-St-co-HEA) copolymer that can be applied to redox the flow battery process. The anion exchange membrane was prepared by the amination and crosslinking of VBC-co-St-co-HEA copolymer.The chemical structure and thermal properties of VBC-co-St-co-HEA copolymer and aminated VBC-co-St-co-HEA(AVSH) membrane were characterized by FTIR, 1 H NMR, TGA, and GPC analysis.The membrane properties such as ion exchange capacity(IEC), electrical resistance, ion conductivity and efficiency of all-vanadium redox flow battery were measured. The IEC value, electrical resistance, and ion conductivity were 1.17 meq/g, 1.9 Ωᆞcm 2 , 0.009 S/cm, respectively. The charge-discharge efficiency, voltage efficiency and energy efficiency from all-vanadium redox flow battery test were 99.5, 72.6 and 72.1%, respectively.Keywords: anion exchange membrane, water uptake, ion exchange capacity, electrical resistance, allvanadium redox flow battery.