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KR102210657B1 - 니켈을 전극활물질로 포함하는 수계 레독스 흐름 전지 - Google Patents

니켈을 전극활물질로 포함하는 수계 레독스 흐름 전지 Download PDF

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KR102210657B1
KR102210657B1 KR1020190140095A KR20190140095A KR102210657B1 KR 102210657 B1 KR102210657 B1 KR 102210657B1 KR 1020190140095 A KR1020190140095 A KR 1020190140095A KR 20190140095 A KR20190140095 A KR 20190140095A KR 102210657 B1 KR102210657 B1 KR 102210657B1
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KR
South Korea
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electrolyte
redox flow
flow battery
aqueous
nickel
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KR1020190140095A
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권용재
노찬호
신민규
정용진
Original Assignee
서울과학기술대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Abstract

본 개시내용은 니켈을 활물질로 이용한 수계 레독스 흐름 전지용 전해질에 관한 것이다.

Description

니켈을 전극활물질로 포함하는 수계 레독스 흐름 전지{AQUEOUS REDOX FLOW BATTERY COMPRISING NICKEL AS AN ELECTRODE ACTIVE MATERIAL}
본 발명은 니켈을 활물질로 이용한 수계 레독스 흐름 전지에 관한 것으로, 특히 이온성 액체 및/또는 리간드를 포함하는 수계 전해질에 관한 것이다.
레독스 흐름전지 (Redox Flow Battery; RFB)는 고용량 에너지 저장장치(large-scale energy storage)로서 태양에너지와 풍력 에너지와 같은 신재생에너지의 핵심 기술로 주목받고 있다. 기존의 리튬, 소듐을 사용한 이차전지와는 달리, 레독스 흐름 전지의 경우 전해질 용액 중에 활물질이 용해되어 있는 상태로 양극과 음극에서 각각의 활물질이 산화 환원 반응을 거치면서, 충전되고 방전되는 용량 발현 메커니즘을 가진다. 외부 저장소에서 공급되는 전해질의 산화 환원 반응으로 전지의 용량이 결정되며, 외부의 저장소의 크기 조절을 통한 전체 전지의 용량 조절이 가능하다는 장점을 갖는다. 또한, 활물질인 레독스 커플(redox couple)의 산화 환원 반응이 양극과 음극의 표면에서 발생하므로, 전극 활물질 내부로 이온이 삽입/탈리되는 반응을 거치는 리튬 이온전지과 같은 기존의 전지에 비해 전지의 수명이 더 길다는 장점을 갖는다.
레독스 흐름 전지는 레독스 활물질을 포함하는 전해액 종류에 따라 수계와 비수계로 나뉠 수 있다. 전해액의 용매로서 물을 이용하는 수계 레독스 흐름전지(Aqueous Redox Flow Battery; ARFB)는 높은 이온전도성과 안정성 및 경제적인 측면에서 장점을 갖는다. 그렇지만 물의 전위창(electrochemical stability window)인 1.23V보다 높은 전위에서 전지를 작동시키는 경우 물의 전기분해 반응으로 인해 가용할 수 있는 셀 전압(cell voltage)이 낮아지는 문제점을 갖고 있다. 이로 인해 비수계 레독스 흐름 전지보다 구동 전압이 낮다는 문제가 있어, 실질적인 응용에 어려움을 겪는다. 따라서, 현재는 물의 전기분해 현상이 일어나지 않는 바나듐 이온을 활물질로 이용한 수계 레독스 흐름 전지가 이용되거나, 유기 용매 등을 전해액으로 이용한 비수계 전지가 많이 이용되고 있다. 그러므로, 보다 넓은 전압창을 가지는 수계 레독스 흐름 전지를 개발하는 것이 요구된다.
이러한 배경 하에, 본 발명자들은 니켈을 활물질로 이용하면서 이온성 액체 및/또는 리간드를 전해질 용액에 함께 포함하는 경우, 물의 전기분해를 억제하면서 넓은 전압 범위를 구현할 수 있다는 것을 발견하여, 우수한 구동 전압을 갖는 수계 레독스 흐름 전지를 완성하였다.
한국특허공개공보 제10-2015-0042606호 (2015.04.21)
본 개시내용은 상기 목적을 달성하기 위해서 니켈을 활물질로 포함하고 이온성 액체 및/또는 리간드를 포함하는 수계 레독스 흐름 전지를 제공한다.
본 개시내용에 따른 제1 양태로서, 니켈 염;
테트라에틸암모늄 염, 테트라부틸암모늄 염, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 염, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 염 및 이들의 조합으로부터 선택된 이온성 액체; 및
수계 용매를 포함하는, 수계 레독스 흐름 전지용 전해질을 제공한다.
본 개시내용에 따른 제2 양태로서, 니켈 염;
하기 화학식 1의 구조를 갖는 리간드; 및
수계 용매를 포함하는, 수계 레독스 흐름 전지용 전해질:
[화학식 1]
Figure 112019113250927-pat00001
(상기 화학식 1에서,
R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 C1-C6 알킬렌이고,
X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 H, 할로겐 또는 C1-C3 알킬이다)을 제공한다.
본 개시내용에 따른 제3 양태로서, 니켈 염;
테트라에틸암모늄 염, 테트라부틸암모늄 염, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 염, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 염 및 이들의 조합으로부터 선택된 이온성 액체;
하기 화학식 1의 구조를 갖는 리간드; 및
수계 용매를 포함하는, 수계 레독스 흐름 전지용 전해질:
[화학식 1]
Figure 112019113250927-pat00002
(상기 화학식 1에서,
R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 C1-C6 알킬렌이고,
X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 H, 할로겐 또는 C1-C3 알킬이다)을 제공한다.
본 개시내용에 따른 제4 양태로서, 상기 제1 양태, 상기 제2 양태, 또는 상기 제3 양태의 수계 레독스 흐름 전지용 전해질을 포함하는 수계 레독스 흐름 전지를 제공한다.
이하에서, 본 개시내용을 구체적으로 설명한다.
용어 “약(about)”은 동일한 기능 또는 결과를 달성하는 측면에서, 당업자가 기재된 값과 균등한 것으로 고려할 숫자들의 범위를 가리키는 것을 이해된다.
종래의 레독스 흐름 전지에 사용되는 수계 전해질은 용매의 전기분해로 인한 구동 전압의 감소라는 문제점을 갖기 때문에 활물질의 선택에 있어서 큰 제약이 따르다. 이를 해결하기 위해서 바나듐 또는 그 밖의 유기 물질이 활물질로 사용되고 있으나 바나듐의 경우 공급의 어려움이 따르고 유기 활물질 역시 몇가지 다른 문제점이 갖는다. 따라서 다른 금속 활물질의 이용한 수계 레독스 흐름 전지에 대한 개발의 필요성이 존재한다. 이에 본 발명자들은 니켈을 활물질로 이용한 수계 레독스 흐름 전지용 전해질을 개발하였다. 특히, 특정 이온성 액체 및 특정 리간드 물질을 전해질에 포함하는 경우 물의 전기분해를 억제할 수 있으며 니켈 자체가 갖는 좁은 전위창의 문제를 해결할 수 있어 높은 구동 전압을 얻을 수 있다는 것을 확인하였다.
상기 이온성 액체는 물과 상호작용하여 물의 전기분해를 효과적으로 억제할 수 있다. 구체적으로, 상기 이온성 액체는 물 분자들 간의 수소 결합을 방해하여 물의 전기분해를 억제할 수 있다 (도 1 참조). 상기 이온성 액체의 농도는 상기 전해질 중에 0.5 내지 10 m(몰랄 농도), 1 내지 5 m, 또는 약 2.2 m일 수 있다. 상기 이온성 액체는 테트라에틸암모늄 염, 테트라부틸암모늄 염, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 염, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 염 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 상기 이온성 액체는 수계 용매에서 이온화되어 이미다졸륨 이온 또는 4차 암모늄 이온을 제공할 수 있는 물질로, 염화염, 질산염, 황산염, 수산화염, 아세트산염, 브롬산염, 탄산염, 불산염, 요오드산염, 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 일 실시예에서는 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드를 이온성 액체로 사용하였다.
상기 리간드는 아래 화학식 1의 구조를 갖는 화합물로 니켈 활물질을 이용한 전지의 구동 전압을 높이는 역할을 한다.
[화학식 1]
Figure 112019113250927-pat00003
상기 화학식 1에서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 C1-C6 알킬렌이고, 구체적으로 상기 식에서 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 C1-C4 알킬렌이고, 보다 구체적으로 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 메틸렌, 에틸렌 또는 프로필렌이다.
상기 화학식 1에서, X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 H, 할로겐 또는 C1-C3 알킬이고, 구체적으로 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, 메틸, 에틸 또는 프로필이고, 보다 구체적으로 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 H 또는 메틸이다.
상기 리간드는 전해질 중에서 상기 니켈 염으로부터 생성된 니켈 이온과 결합하여 아래와 같은 화학식 2의 구조를 형성할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112019113250927-pat00004
상기 화학식 2에서 R1, R2, R3, R4, X1, X2, X3 및 X4는 각각 앞서 화학식 1에서 설명한 것과 같다. 니켈 이온은 상기 리간드의 고리 구조 내로 들어가 상기 리간드의 질소와 배위결합할 수 있다. 따라서, 니켈 이온이 단독으로 수계 용매 중에 존재하는 경우에 비해 보다 높은 전압을 발생시킬 수 있다.
상기 리간드는 상기 전해질 중에 0.01 내지 3M, 0.05 내지 1M, 0.08 내지 0.5M, 0.1 내지 0.2M, 또는 약 0.1M의 농도로 포함될 수 있다.
상기 니켈 염은 상기 수계 용매 중에서 이온화되어 니켈 이온을 제공할 수 있는 염을 가리킨다. 상기 니켈 염은 염화니켈, 질산니켈, 황산니켈, 니켈 아세테이트, 니켈 브로마이드, 니켈 카보네이트, 니켈 플루오라이드, 수산화니켈, 니켈 아이오다이드, 니켈 퍼클로레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다. 상기 니켈 염은 상기 전해질 중에 0.01 내지 3M, 0.05 내지 1M, 0.08 내지 0.5M, 0.1 내지 0.2M, 또는 약 0.1M의 농도로 포함될 수 있다.
상기 수계 용매는 물 또는, 물과 친수성 용매의 혼합물일 수 있다. 여기서 친수성 용매는 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로필알코올, n-부탄올, t-부탄올, 에틸렌글리콜 및 디에틸렌글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 전해질은 니켈 염과, 이온성 액체 및/또는 리간드 이외에 추가적인 보조 전해질을 포함할 수 있다. 보조 전해질로 H2SO4, Li2SO4, Na2SO4, K2SO4, LiCl, KOH, KCl, H3PO4, HNO3 및 이들의 조합으로부터 선택된 하나 이상의 추가 금속염을 포함할 수 있다. 이러한 추가 금속염은 전해액 중에 0.05 M 내지 3 M의 농도로 존재할 수 있으며, 구체적으로 0.1M 내지 2M의 농도, 더욱 구체적으로 0.1M 내지 1.5M의 농도로 존재할 수 있다.
본 개시내용에 따른 전해질을 포함하는 수계 레독스 흐름 전지는 본 개시내용에 따른 전해질을 양극 전해질 또는 음극 전해질 중 어느 하나로 포함할 수 있다. 니켈 전해질이 음극 전해질인 경우, 다른 양극 전해질은 레독스 흐름 전지의 양극 활물질로서 사용되는 것을 제한없이 이용할 수 있다. 반대로, 니켈 전해질이 양극 전해질인 경우, 다른 음극 전해질은 레독스 흐름 전지의 음극 활물질로서 사용되는 것을 제한없이 이용할 수 있다. 상기 양극 활물질은 Ce, Ni, Co, Mn, V 및 Fe로 이루어진 금속 기반 활물질과 퀴논(quinone) 유도체나 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-일)옥실 ((2,2,6,6,-tetramethylpiperidin-1-yl)oxyl; TEMPO) 또는 알록사진(alloxazine) 유도체와 같은 유기물을 활물질로 하는 물질 중 어느 하나일 수 있다. 이러한 양극 또는 음극 활물질은 금속 활물질 또는 유기 활물질일 수 있다. 일 실시예에서는 Ag/AgCl 전극을 기준전극으로 하여 전류 변화를 측정하였다. 상기 활물질은 전해질 중에 0.05 M 내지 3.0 M의 농도로 존재할 수 있으며, 구체적으로 0.05M 내지 2M의 농도, 더욱 구체적으로 0.1M 내지 1.5M의 농도로 존재할 수 있다.
상기 전지는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 양극 전해질 용액 및 음극 전해질 용액을 각각 수용하는 양극 전해질 저장소 및 음극 전해질 저장소를 포함할 수 있으며, 이들을 각각 펌핑하는 펌프를 포함할 수 있다.
상기 분리막으로는 종래의 레독스 플로우 전지에 사용되는 이온교환막을 제한없이 사용할 수 있으며, 예컨대 불소계 고분자, 부분 불소계 고분자 또는 탄화수소계 고분자일 수 있으며, 보다 구체적으로 퍼플루오르술폰산계 고분자, 탄화수소계 고분자, 방향족 술폰계 고분자, 방향족 케톤계 고분자, 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리스티렌계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리페닐렌옥사이드계 고분자, 폴리포스파젠계 고분자, 폴리에틸렌나프탈레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 도핑된 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리페닐퀴녹살린계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 술폰화 폴리아릴렌에테르계 고분자, 술폰화 폴리에테르케톤계 고분자, 술폰화 폴리에테르에테르케톤계 고분자, 술폰화 폴리아미드계 고분자, 술폰화 폴리이미드계 고분자, 술폰화 폴리포스파젠계 고분자, 술폰화 폴리스티렌계 고분자 및 방사선 중합된 술폰화 저밀도폴리에틸렌-g-폴리스티렌계 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 고분자의 단일 공중합체(Homo copolymer), 교대 공중합체(Alternating copolymer), 불규칙 공중합체(Random copolymer), 블록 공중합체(Block copolymer), 멀티블록 공중합체(Multiblock copolymer) 및 그라프트 공중합체(Grafting copolymer)인 것으로부터 선택될 수 있다. 상기 분리막은 음이온 교환막 또는 다공성막일 수 있다.
본 발명의 양극 및 음극은 각각 독립적으로 금(Au), 주석(Sn), 티타늄(Ti) 백금(Pt), 백금-티타늄(Pt-Ti), 산화이리듐-티타늄(IrO-Ti) 및 카본으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. 전극은 전기 전도도와 기계적 강도가 우수해야 하며, 화학적, 전기화학적으로 안정해야 한다. 또한 전지에 적용하였을 때, 높은 효율을 보일 수 있어야 하고, 가격이 저렴하며, 활성 물질과의 산화/환원 반응이 가역적으로 이루어지는 물질이어야 한다. 이러한 기준을 고려하여, 상기와 같이, 금(Au), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 백금-티타늄(Pt-Ti), 산화이리듐-티타늄(IrO-Ti) 및 탄소 재료로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 전극으로 이용할 수 있으며, 그 밖에 상기 기준을 만족하면서 산 및 염기에서 안정성을 유지하는 다른 물질이 전극으로 이용될 수 있다. 상기 탄소 재료는 가격이 저렴하고, 산 및 염기의 전해질에서 높은 내화학성을 지니고 있으며, 표면처리가 용이한 장점이 있다. 특히, 탄소재료 중 탄소펠트의 경우, 내화학성, 넓은 전압 범위에서의 안정성, 고강도 특성을 가진 것을 장점으로 한다. 다만, 탄소(Carbon)와 그래파이트(graphite)만으로 전극을 제조하면 부서지기 쉬우므로, 이를 극복하기 위해 폴리바이닐이덴(Polyvinylidene) (PVDF), 고 밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene)(HDPE), 폴리바이닐 아세테이트(polyvinyl acetate) (PVA), 폴리올레핀(polyolefine) 등의 바인더를 카본 블랙(carbon black), 그래파이트 섬유(graphite fiber) 등의 전도성 물질과 혼합하여 카본 고분자 복합형 전극(carbon polymer composite electrode)이 이용될 수 있다. 일 실시예에서는 GCE(glassy carbon electrode) 전극을 사용하였다.
본 발명에 따른 레독스 흐름 전지는 종래의 수계 전지가 같은 장점, 특히 높은 구동 전압의 확보가 가능하면서, 수계 전지가 갖는 문제점을 해결할 수 있어 이용가치가 매우 높다. 특히, 수계 용매를 전해질에 사용하여 안정성 및 경제성 측면에서도 매우 유용하다. 나아가, 니켈 이온을 활물질로 이용하여 보다 안정하고 높은 전압을 갖는 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 물의 전기분해를 억제하는 원리를 설명하는 것이다.
도 2는 실험예 1에서 확인한 순환전류전압 곡선을 나타낸 것이다.
도 3은 실험예 2에서 확인한 순환전류전압 곡선을 나타낸 것이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서 전체에 걸쳐, 특정 물질의 농도를 나타내기 위하여 사용되는 "%"는 별도의 언급이 없는 경우, 고체/고체는 (중량/중량) %, 고체/액체는 (중량/부피) %, 그리고 액체/액체는 (부피/부피) %이다.
제조예 1: 이온성 액체를 포함하는 전해질 용액의 제조
이온성 액체의 물에 대한 전기분해 억제 효과를 확인하기 위해, 1.0 M의 NaCl을 포함하는 전해질 수용액 A 20mL와 이온성 액체로 2.2 m(몰랄농도)의 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드(BMImCl)를 포함하는 전해질 수용액 B 20mL를 각각 제조하였다.
제조예 2: 이온성 액체 및 리간드를 포함하는 전해질 용액의 제조
각각 다음의 구성을 포함하는 전해질 용액 X, Y, Z를 각각 제조하였다.
비교예 1) 전해질 용액 X: 물 중에 0.1M의 NiCl2와 1.0 M의 NaCl을 포함하는 전해질 용액 X 20mL;
비교예 2) 전해질 용액 Y: 물 중에 0.1M의 NiCl2, 1.0 M의 NaCl 및 리간드로 0.1M의 1,4,8,11-테트라아자사이클로테트라데칸(1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane)을 포함하는 전해질 용액 Y 20mL; 및
실시예) 전해질 용액 Z: 물 중에 0.1M의 NiCl2, 이온성 액체로 2.2 m(몰랄농도)의 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드 및 리간드로 0.1M의 1,4,8,11-테트라아자사이클로테트라데칸(1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane)을 포함하는 전해질 용액 Z 20mL.
실험예 1: 이온성 액체에 따른 물에 대한 전기분해 관찰
상기 제조예 1에 따라 제조된 전해질 수용액 A 및 B를 각각 20mL 를 이용하여 삼전극 실험을 준비하였다. 기준전극으로 Ag/AgCl(RE-1B, Japan)전극을 사용하였고, 상대전극으로 Pt 와이어를 사용하였으며, 작동전극으로 GCE(glassy carbon electrode)를 사용하였다. 전압 범위를 -2V ~ 1V 범위로 하여 각각의 충방전 컷-오프 전압에서 10 mV/s의 속도로 10사이클동안 순환전류전압 곡선을 측정하여 도 2에 나타냈다.
전해질 용액 A의 경우 물의 전기 분해, 특히 수소 이온의 전기 분해가 일어나서 -1.5V부근에서 높은 피크가 발견되는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 이온성 액체를 포함하는 전해질 용액 B의 경우 물의 전기 분해가 억제되어서 보다 넓은 전압 창(window)을 가지는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2: 이온성 액체 및 리간드에 따른 전압 강화 관찰
니켈을 활물질로 하여 제조예 2에 따라 제조된 전해질 용액 X, Y, Z 를 각각 20mL을 이용하여 실험예 1과 동일한 방식으로 순환전류전압 곡선을 측정하여 도 3의 (a)에 나타냈다. (b)는 전해질 용액 Z의 곡선을 확대하여 나타낸 것이다.
이온성 액체를 포함하지 않는 전해질 용액 X 및 Y의 경우 상기 실험예 1의 전해질 용액 A와 유사하게 물의 전기분해가 일어나서 -1.5V부근에서 높은 피크가 발견되었다. 한편, 이온성 액체와 리간드를 모두 포함하는 전해질 용액 Z의 경우 니켈 이온의 전극 반응이 진행되어 2.0 V의 넓은 전압 범위가 얻어지는 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (5)

  1. 수계 레독스 흐름 전지용 전해질로서, 상기 전해질은
    니켈 염;
    1-에틸-3-메틸이미다졸륨 염, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 염 및 이들의 조합으로부터 선택된 이온성 액체; 및
    수계 용매를 포함하고,
    상기 수계 용매는 물로만 이루어지고,
    상기 수계 레독스 흐름 전지용 전해질은 상기 수계 용매를 전해질의 유일한 용매로 포함하며,
    상기 이온성 액체는 물의 전기 분해를 억제하는 것인, 수계 레독스 흐름 전지용 전해질.
  2. 삭제
  3. 수계 레독스 흐름 전지용 전해질로서,
    니켈 염;
    1-에틸-3-메틸이미다졸륨 염, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 염 및 이들의 조합으로부터 선택된 이온성 액체;
    하기 화학식 1의 구조를 갖는 리간드; 및
    수계 용매를 포함하고,
    상기 수계 용매는 물로만 이루어지고,
    상기 수계 레독스 흐름 전지용 전해질은 상기 수계 용매를 전해질의 유일한 용매로 포함하며,
    상기 이온성 액체는 물의 전기 분해를 억제하는 것인, 수계 레독스 흐름 전지용 전해질:
    [화학식 1]
    Figure 112020123797432-pat00006

    (상기 화학식 1에서,
    R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 C1-C6 알킬렌이고,
    X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 H, 할로겐 또는 C1-C3 알킬이다).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 리간드는
    1,4,7,10-테트라아자사이클로도데칸(1,4,7,10-tetraazacyclododecane),
    1,4,8,11-테트라아자사이클로테트라데칸(1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane),
    1,8-디메틸-1,4,8,11-테트라아자사이클로테트라데칸 (1,8-dimethyl-1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인, 수계 레독스 흐름 전지용 전해질.
  5. 제1항 또는 제3항에 기재된 수계 레독스 흐름 전지용 전해질을 포함하는 수계 레독스 흐름 전지.
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