과불화 알킬 사슬이 도입된 산화 그래핀 기반 Nafion 복합막의 바나듐 레독스 흐름 전지 응용

Abstract

본 연구에서는 과불화 알킬 사슬이 도입된 산화 그래핀(perfluoroalkyl-grafted graphene oxide, FGO)을 합성하고, 이를 과불소화계 고분자인 나피온(Nafion)에 복합화하여 바나듐 레독스 흐름 전지(vanadium redox flow battery, VRFB)용 이온 교환 막을 개발하고자 하였다. FGO는 염기성 촉매 하에서 카르복실산기를 함유한 폴리(헥사플루오로프로필렌 옥사이드) (157 FSL, DuPont)의 카르복실산기와 GO의 에폭시기 간 개환 에스터화 반응을 통해 합성하였다. 합성된 FGO를 Nafion 기지체에 함량을 달리하여 첨가한 복합막(N/FGO_X)을 제조하고, 함수율, 체적 안정성, 수소 이온 전도도, 바나듐 이온 투과도및 셀 성능을 평가하였다. N/FGO 복합막은 Nafion 단일막 대비 낮은 함수율과 체적 변화율을 보였으며, FGO의 물리적 차단효과에 의해 바나듐 이온 투과도가 감소하면서도 수소 이온 전도도를 유지하여 우수한 이온 선택도를 나타내었다. VRFB 단위 셀 평가 결과, FGO가 도입된 복합막은 Nafion 단일막을 적용한 셀 대비 높은 방전 용량, 쿨롱 효율 및 에너지 효율을 유지하였다.