바나듐 산화환원 흐름 전지에 핵심적으로 사용되는 이온교환막은 일반적으로 양이온교환막을 사용하고 있으나 co-ion인 바나듐 이온의 투과에 의한 장기적 성능 저하 문제를 해결하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 바나듐 투과도 및 장 기 운전 안정성의 특성을 파악하기 위해 세 가지 다른 관능기를 보유한 음이온교환막을 제조하였다. 기저막으로는 다공성 폴 리에틸렌 필름에 benzyl chloride (VBC)과 divinylbenzene (DVB)을 충진 및 가교 중합하여 제조한 후, 세 가지 다른 아민 관 능기를 각각 도입하였다. 제조된 음이온교환막들에 대해 바나듐 이온 투과 정도 및 장기 운전 안정성을 관찰한 결과 triethylamine을 관능기로 적용한 음이온교환막에서 높은 에너지효율을 유지하면서도 가장 장기적 운전 안정성을 확보할 수 있었다.

본 연구에서는 얇은 폴리에틸렌 계 다공성 필름(두께 = 25 μm)에 이오노머를 충진시킨 세공충진 이온교환막을 개발하였으며 이를 적용한 전 바나듐 레독스 흐름전지의 충방전 특성을 고찰하였다. 특히 분자 크기가 다른 가교제를 혼합함 으로써 이온교환막의 가교도 및 자유체적을 적절히 제어하여 저저항 및 저 바나듐 투과도를 나타내는 이온교환막을 제조하 고자 하였다. 실험 결과, 제조된 세공충진 이온교환막은 상용막 대비하여 동등 수준의 우수한 전기화학적 특성을 나타내었다. 또한 바나듐 이온 투과도 및 전 바나듐 레독스 흐름전지 성능 평가 실험을 통해 얇은 막 두께에도 불구하고 상용막 대비하여 낮은 바나듐 이온 투과도와 높은 충방전 효율을 나타냄을 확인하였다.

V-substituted SrTiO3 thermoelectric oxide materials were fabricated by the conventional solid state reaction method. From X-ray diffraction pattern analysis, it can be clearly seen that almost every vanadium atom incorporated into the SrTiO3 provided charge carriers. The electrical conductivity σ, Seebeck coefficient S, and thermal conductivity k were investigated in a high temperature regime above 1000 K. The addition of vanadium significantly reduced the thermal conductivity and enhanced the Seebeck coefficient, as well as the electrical conductivity, thus enhancing the ZT value. A maximum ZT value of 0.084 at 673 K was observed for the sample with 1.0 mole% of vanadium substitution. In this study, the reason for the enhanced thermoelectric properties via vanadium addition was also investigated.

The water uptake, ionic conductivity, vanadium (VO2+) permeability and stability of polysulfone (PSF) based AEMs in alkaline media and in strongly oxidizing solutions were assessed. The highest ion conductivity was obtained with PSF-trimethylammonium (TMA)+. PSF-TMA+ also had better alkaline stability in comparison to PSF-AEM with different bases. PSF-TMA+ was demonstrated to show fuel cell performance. PSF-TMA+ demonstrated a 40-fold reduction in vanadium (VO2+) permeability when compared to Nafion® membrane. Comprehensive 2D NMR studies verified that PSF-TMA+ remained chemically stable even after exposure to a 1.5 M vanadium(V) solution for 90 days. Excellent energy efficiencies (85%) were attained and sustained over several charge–discharge cycles for a vanadium redox flow battery prepared using the PSF-TMA+ separator.

A novel cation exchange membrane consisting of polyvinylidene difluoride (PVDF) was prepared for the application of vanadium redox flow battery (VRFB). PVDF used as supporter has considerably high mechanical strength and an intrinsic hydrophobicity. For the successful preparation of the membrane, PVDF powders were modified by potassium hydroxide, which increased the hydrophilicity of PVDF powders. Modified PVDF were grafted with styrene sulfonic acid (SSA) using benzoyl peroxide (BPO) as initiative. The cross-sectional morphology and structure of PVDF/SSA was confirmed by scanning electron microscopy (SEM) and FT-IR. The membrane was characterized by water uptake, dimensional change, ion conductivity and ion exchange capacity (IEC) and cell performance of Vanadium Redox Flow Battery (VRFB) with Nafion 212.

The extraction of metallic pure vanadium powder from raw oxide has been tried by Mg-reduction. In first stage, powders as initial raw material was reduced by hydrogen gas into phase. powder was reduced in next stage by magnesium gas at 1,073K for 24 hours. After reduction reaction, the MgO component mixed with reduced vanadium powder were dissolved and removed fully in 10% HCl solution for 5 hours at room temperature. The oxygen content and particle size of finally produced vanadium powders were 0.84 wt% and 1 , respectively

바나듐 흐름전지는 오랜 사이클 수명, 높은 에너지효율, 낮은 제조단가 그리고 친환경성으로 인하여 에너지저장장치의 한 부분이 될 것으로 기대되고 있다. 바나듐 흐름전지 시스템의 핵심 부품의 하나로서 이온교환막은 이온이 계속적으로 전달되는 동안 양극과 음극 전해질의 투과를 저해하는 물성이 요구된다. 그러나 Nafion과 같은 이온교환막은 넓은 시장성의 확보를 위한 목표성능의 달성을 위한 몇가지 과제들에 직면하고 있다. 그러므로 이러한 문제들을 해결하기 위하여 최근까지 개발된 여러가지 이온교환막에 대하여 Nafion과 비교하여 바나듐 흐름전지특성에 대하여 조사하였다.

바나듐 레독스-흐름 전지 (V-RFB)용 격막으로 사용하기 위해 폴리설폰(psf)에 폴리페닐렌설파이드설폰(PPSS)을 블록 공중합 시킨 폴리머와 여기에 TPA (tungstophosphoric acid)를 첨가하여 양이온교환막을 제작하였다. 제작한 막은 1M H2SO4용액을 사용하여 막 저항을 평가하였다. 제작한 Psf-PPSS와 Psf-TPA-PPSS 양이온교환막의 막 저항은 약 0.94Ω·㎠를 나타냈다. 제작한 양이온교환막과 Nafion117을 격막으로 사용하여 V-RFB의 전기화학적 특성을 평가하였다. 4 A의 전류에서 측정한 V-RFB의 충 방전 셀 저항은 막의 종류에 따라 Nafion117 < Psf-TPA-PPSS < Psf-PPSS 의 순서로 값이 낮았다. 막을 5가 바나듐 수용액에 침적하여 침적시간 변화에 따른 V-RFB의 총 방전 셀 저항을 측정함으로써 내구성을 평가하였다. 내구성은 제작한 Psf-PPSS 막이 가장 우수하였으며, Nafion117막과 제작한 Psf-TPA-PPSS막이 서로 동등하였다.

바나듐 레독스-흐름 전지 (V-RFB)는 대용량 전력저장 시스템의 하나로 연구가 많이 진행되고 있다. 특히 최근에 지구온난화의 해결을 위한 태양광, 풍력 발전 등 재생에너지에 의한 발전과 함께 이 전력 원들의 부하 평준화 및 전력 공급 원활화 등을 위한 전력 저장 시스템의 하나로 주목을 받고 있다. 본 총설에서는 V-RFB 에 대한 원리 및 구성, 최근 연구 동향, 경제성, 요소기술에 대해 설명하고자 한다.

Vanadium, a dietary micronutrient, has been reported to present interesting biological and pharmacological properties, including superoxide and nitric oxide scavenging effects. Low-dose ionizing radiation (LDR) is known to damage DNA and cause apoptosis of peripheral immunocytes by producing reactive oxygen species (ROS). The aim of this study was to elucidate the capacity of immune activation of Jeju water containing vanadium on immunosuppression caused by LDR. We examined the ROS production, DNA damage, cell apoptosis and proliferation of peripheral immunocytes in irradiated mice drinking different concentrations for 90 days; V0 (vanadium 0㎍/L, control), V1 (vanadium 15～20㎍/ L) and V2 (vanadium 20∼25㎍/L). Compared to V0 control where level of ROS showed tendency to increase, the ROS production was attenuated in peripheral immunocytes of irradiated mice drinking V1 and V2. DNA damage of peripheral immunocytes triggered by LDR significantly increased in mice drinking V0 compared to non-irradiated control, whereas V1 and V2 dramatically induced remission of DNA damage. On the observation of apoptosis of peripheral immunocytes, V1 and V2 showed the potency to reduce the number of apoptotic cells. On the other hand irradiated mice drinking V0 exhibited raised number of apoptotic cells. From the results obtained, we speculated that Jeju water containing vanadium (V1 and V2) has a potential role in decreasing DNA damage and apoptosis of immune cell by inhibiting ROS production. Consistent with this, Jeju water containing vanadium (V1 and V2) exhibits a capacity to enhance cell proliferation of peripheral immunocytes, which is suppressed by LDR as shown in V0 control. Collectively, Jeju water containing vanadium reduced DNA damage and apoptosis and induced the stimulatory potential on immunocytes. These results suggest that Jeju water containing vanadium sustained immune activities under immunosuppression caused by LDR.

바나듐 레독스-흐름 전지용 격막으로 사용하기 위해 폴리설폰(Psf)에 폴리페닐렌설파이드설폰(PPSS)을 블록 공중합 시킨 폴리머를 사용하여 양이온교환막을 제작하여, 막 특성을 평가하였다. 제작한 양이온교환막은 Nafion117보다 열적 안정성이 뛰어나다는 것을 TG분석을 통해 알 수 있었고, 1몰 황산용액에서의 막 저항은 3 cc의 CSA를 도입하였을 때 0.96 Ω⋅cm 2로 제일 작은 저항 값을 나타냈다. 제작한 양이온교환막의 바나듐 레독스-흐름 전지에서의 전기화학적 특성에 대해 평가하였다. 제작한 양이온교환막을 사용한 바나듐 레독스-흐름 전지의 100% 충전상태에서의 기전력은 바나듐 레독스-흐름 전지의 기전력 값인 1.4V를 나타냈으며, 각 충전상태에서의 충 방전 셀 저항은 Nafion117을 사용한 전지의 값보다 작은 값을 나타냈다.

본 연구의 목적은 제주도 지하수에 미량으로 함유되어 있는 바나듐을 역삼투 공정을 이용하여 고농도로 농축하고 이를 바나듐수로 이용하는데 있다. 이를 위하여 바나듐 농도가 서로 다른 와흘 지역, 어음 지역 및 서귀포 지역의 지하수를 원수로 선정하였으며, 이 지역 지하수의 바나듐 농도는 각각 31.8, 44.5 및 53.0 ppb이었다. 지하수 중의 모든 성분에 대한 배제율은 막간차압의 증가에 따라 증가하였다. 막간차압을 8 kgf/cm 2로 하였을 때, 바나듐(V)의 배제율은 97.4%∼ 99.0%이였고, 나트륨(Na), 칼륨(K), 알류미늄(Al), 철(Fe), 및 바륨(Ba)의 배제율은 각각 97.7%∼97.8%, 98.0%∼98.3%, 94.8%∼97.5%, 88.0%∼96.4.0% 및 97.9∼98.0%이었으며, 그 외의 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 크롬(Cr), 망간(Mn) 및 스트론 튬(Sr)의 배제율은 3 지역 지하수 모두 99.0% 이상이었다. 와흘 지역, 어음 지역 및 서귀포 지역의 지하수를 각각 회수율 15%로 6단 처리하였을 때, 와흘 지역, 어음 지펴 및 서귀포 지역 지하수의 바나듐 함량을 각각 88.6, 118.9 및 165.1 ppb로 농축 할 수 있었으며, 농축수(바나듐수)의 유해물질은 먹는 물 기준 미만이었다.

All-vanadium redox flow battery(VRFB) has been studied actively as one of the most promising electrochemical energy storage systems for a wide range of applications such as electric vehicles, photovoltaic arrays, and excess power generated by electric power plants at night time. CPCS has been shown to have the characteristics as an excellent current collector for VRFB and electrochemical properties of specific resistivity 0.31 Ω cm, which were composed of G-1028 80 wt%, PVC 10 wt%, DBP 5 wt% and FS 5 wt%. Energy efficiencies of VRFB with the CPCE and the existing electrode assembly were 84.14 % and 77.24 % respectively, in charge/discharge experiments at constant current of 200 mA, and the CPCE was confirmed to be suitable as the electrode of VRFB.

Fe 계 합금의 적층결함에너지를 감소시키는 거승로 알려진 vanadium이 Fe-20Cr-1.7C-1Si합금의 미세조직과 고온 마모저항성에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. Fe-20Cr-1.7C-1Si-xV (x=0, 1, 3, 6, 10wt.%)조성에서 오스테나이트 기지상을 유지하면서 첨기될 수 있는 V의 최대 첨가량은 약 3wt.%이었으며 오스테나이트 기지상을 갖는 합금은 상온에서 낮은 적층결함에너지와 γ->α 변형유기 상변태에 의해 페라이트 합금보다 높은 마모저항성을 보인 것으로 생각된다.225˚C에서 α 생성량도 많은 것으로 보다 V은 Fe-20Cr-1.7C-1Si 합금의 온도에 따른 적층결함에너지 증가율를 억제하고 Md온도도 증가시킴으로써 고온 마모저항성을 증가시키는 것으로 생각된다.

The aim of this study was to evaluate the occurrence of vanadium in Jeju Island groundwater, focusing on the spatio-temporal patterns and geochemical controlling factors of vanadium. For this, we collected two sets of groundwater data: 1) concentrations of major constituents of 2,595 groundwater samples between 2008 and 2014 and 2) 258 groundwater samples between December 2006 and June 2008. The concentrations of groundwater vanadium were in the range of 0.2 71.0 μg/L (average, 12.0 μg/L) and showed local enrichments without temporal/seasonal variation. This indicated that vanadium distribution was controlled by 1) the geochemical/mineralogical composition and dissolution processes of original materials (i.e., volcanic rock) and 2) the flow and chemical properties of groundwater. Vanadium concentration was significantly positively correlated with that of major ions (Cl-, Na+, and K+) and trace metals (As, Cr, and Al), and with pH, but was negatively correlated with NO3-N concentration. The high concentrations of vanadium (>15 μg/L) occurred in typically alkaline groundwater with high pH ( 8.0), indicating that a higher degree of water-rock interaction resulted in vanadium enrichment. Thus, higher concentrations of vanadium occurred in groundwater of Na-Ca-HCO3, Na-Mg-HCO3 and Na-HCO3 types and were remarkably lower in groundwater of Na-Ca-NO3(Cl) type that represented the influences from anthropogenic pollution.

To understand the characteristics of vanadium leaching from soils formed by the weathering of basalts, paleo soil at Gosan, Jeju Island, Korea, and several present-day soils from neighboring areas were collected. Leaching experiments were carried out by two approaches: 1) batch experiments under various geochemical conditions (redox potential (Eh) and pH) and 2) continuous leaching experiments under conditions similar to those of natural environments. From the batch experiments, leached vanadium concentrations were highest under alkaline (NaOH) conditions, with a maximum value of 2,870 μg/L, and were meaningful (maximum value, 114 μg/L) under oxidizing (H2O2) conditions, whereas concentrations under other conditions (acidic-HCl, neutral-NaHCO3, and reducing-Na2S2O3) were negligible. This indicated that the geochemical conditions, in which soil-water reactions occurred to form groundwater with high vanadium concentrations, were under alkaline-oxidizing conditions. From the continuous leaching experiments, the pH and leached vanadium concentrations of the solution were in the ranges of 5.45 5.58 and 6 9 μg/L, respectively, under CO2 supersaturation conditions for the first 15 days, whereas values under O2 aeration conditions after the next 15 days increased to 8.48 8.62 and 9.7 12.2 μg/L, respectively. Vanadium concentrations from the latter continuous leaching experiments were similar to the average concentration of groundwater in Jeju Island (11.2 μg/L). Furthermore leached vanadium concentrations in continuous leaching experiments were highly correlated with pH and Al, Cr, Fe, Mn and Zn concentrations. The results of this study showed that 1) alkaline-oxidizing conditions of water-rock (soil) interactions were essential to form vanadium-rich groundwater and 2) volcanic soils can be a potential source of vanadium in Jeju Island groundwater.

최근 폐자원에너지를 이용한 신재생에너지의 활용에 대한 관심이 늘고 있는 추세이다. 유기성 폐자원의 경우 생성되는 메탄가스 및 가연성 가스를 이용한 가스발전이 가장 대표적인 활용 예이다. 그러나 폐자원으로부터 생성되는 가스는 생산량 조절이 어려움이 있다. 또한 가스 발전은 계속적으로 가동되어야 하기 때문에 전기사용량이 적은 심야에는 버려지는 가스가 존재한다. Energy Storage System (ESS)은 낭비되는 전기를 저장하였다가 필요한 요구가 있을 때 사용하는 장치로서 폐자원 에너지와 같은 신재생에너지 산업에 없어서는 안될 부분이다. 또한 에너지를 저장하는데 있어 어떠한 환경오염이나 CO2가 발생되지 않는 청정의 에너지 저가 요구된다. 이러한 ESS 중의 하나로, 바나듐 레독스 흐름 전지(Vanadium Redox Flow Batter)는 차세대 에너지 저장장치로서 기존의 리튬전지를 이용한 저장보다 에너지 수명이 10배 이상 길고, 환경에 무해한 물질을 사용하는 친환경적이 물질이다. 그러나 VRFB의 경우 낮은 에너지 밀도와 값비싼 분리막등 보완해야할 점들이 있다. 현재 사용되고 있는 Nafion 계열의 분리막의 경우 값비싼 가격과 활물질의 Crossover 현상을 막아주지 못하는 단점을 가지고 있는데 이를 polybenzimidazole로 구성된 분리막을 사용함으로서 분리막의 표면에 positively charged functional groups을 달아주어 Crossover를 막아주어 에너지효율과 밀도 모두 향상시킬 수 있었다.