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요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
대용량 신형 레독스 흐름 전지 에너지저장 시스템 개발(I) 15
제1장 서론 17
제1절 연구 배경 17
제2절 레독스 흐름 전지 19
제3절 연구개발 현황 22
제4절 연구목표 및 내용 34
제2장 소재 및 셀 특성 연구 35
제1절 실험방법 35
제2절 소재 및 셀 특성 연구 36
1. 카본 전극 소재 특성 36
2. 전극 전처리 방법 43
3. 카본 시트 전극 제조 및 특성 55
4. 이온교환막 특성 59
제3장 스택 설계 및 개발 63
제1절 바나듐 레독스 흐름 전지 구성 및 운전조건 63
1. 3×3 cm² 바나듐 레독스 흐름 전지 구성 63
2. 전해질 용액의 농도 효과 64
3. 전극 처리 67
4. 이온교환막의 두께의 효과 69
5. Flow frame 두께의 효과 72
6. 바나듐 레독스 흐름 전지의 운전 조건 73
제2절 100 W 스택 설계 및 제조기술 개발 76
1. 스택의 설계 및 제작 76
2. 스택용 단위전지의 성능 시험 79
3. 100 W급 스택의 운전 83
제4장 레독스 흐름 전지를 위한 태양광 전력변환장치 개발 88
제1절 전력변환장치의 설계 사양 88
제2절 기본 제어방식 및 시뮬레이션 91
1. 태양전지 어레이 모델링 91
2. 기본 제어방식 95
3. 시뮬레이션 97
제5장 결론 112
참고문헌 113
서지정보양식
BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET
〈표 1-1〉 대용량 전력저장을 위한 2차전지 특성 비교 18
〈표 1-2〉 흐름 전지 시스템 종류별 성능 20
〈표 1-3〉 5 kW급 RFB와 납축전지 사양 및 성능 비교 32
〈표 2-1〉 카본 펠트 소재 물성 36
〈표 2-2〉 카본 분말의 층간 거리 40
〈표 2-3〉 카본 분말의 비표면적 40
〈표 2-4〉 카본 전극의 용량 특성 41
〈표 2-5〉 열처리 조건 변화에 따른 층간거리 42
〈표 2-6〉 KOH 활성화 조건 변화에 따른 BET 분석 42
〈표 3-1〉 VOSO₄ 농도에 따른 Current ratio와 Voltage ratio 67
〈표 3-2〉 H₂SO₄ 농도에 따른 Current ratio와 Voltage ratio 67
〈표 3-3〉 전극 처리 방법에 따른 충방전 효율 69
〈표 3-4〉 이온교환막의 두께에 따른 셀 저항 및 효율 70
〈표 3-5〉 운전 조건별 효율 75
〈표 3-6〉 전류별 전해질 유량의 변화에 따른 효율 80
〈표 3-7〉 100 W급 스택의 전류별 효율 84
〈표 4-1〉 방식 및 성능 90
〈표 4-2〉 개별 사양 90
〈표 4-3〉 시뮬레이션을 위한 시스템 파라미터 106
〈표 4-4〉 시뮬레이션 결과에 의해 수정된 시스템 파라미터 111
[그림 1-1] 전기에너지저장 시스템 분류 18
[그림 1-2] RFB의 기본적인 구조 20
[그림 1-3] RFB의 가능한 레독스 쌍 (redox couples) 21
[그림 1-4] 연도별 출원분포 25
[그림 1-5] 국가별 출원분포 25
[그림 1-6] 기술별 출원분포 26
[그림 1-7] 출원인별 출원건수(a) 및 기술분포(b) 27
[그림 1-8] RFB의 설치 운용 사례 33
[그림 2-1] 카본 펠트 소재 이미지 37
[그림 2-2] 카본 분말의 성분 분석 38
[그림 2-3] 카본 분말의 입도 분포 39
[그림 2-4] 카본 분말(좌)과 카본 전극(우)의 SEM 이미지 (× 10,000) 41
[그림 2-5] 전극 처리 전위에 따른 임피던스 특성 (SG-221) 44
[그림 2-6] 전처리 전위에 따른 저항 변화 45
[그림 2-7] 전극 처리 주사횟수에 따른 임피던스 특성 (SG-221) 46
[그림 2-8] 전극 처리 주사횟수에 따른 저항 변화 47
[그림 2-9] 전극 처리 주사횟수에 따른 임피던스 특성 (GF-20-5F) 49
[그림 2-10] 전극 처리 주사횟수에 따른 저항 변화 (GF-20-5F) 50
[그림 2-11] 전극 처리 주사횟수에 따른 임피던스 특성 (GF-20-5FH) 51
[그림 2-12] 전극 처리 주사횟수에 따른 저항 변화 (GF-20-5FH) 52
[그림 2-13] 전극 처리 주사횟수에 따른 임피던스 특성 (GF-20-3F) 53
[그림 2-14] 전극 처리 주사횟수에 따른 저항 변화 (GF-20-3F) 54
[그림 2-15] 전극 처리 주사횟수에 따른 임피던스 특성 (카본시트_MCMB10) 56
[그림 2-16] 전극 처리 주사횟수에 따른 저항 변화 (카본시트_MCMB10) 57
[그림 2-17] 전극 종류별 저항 특성 58
[그림 2-18] 이온교환막 종류별 임피던스 특성 (GF-20-5FH) 60
[그림 2-19] 이온교환막 종류에 따른 저항 변화 61
[그림 2-20] 전극 시험용 3×4 ㎠ single cell 충방전 곡선 62
[그림 3-1] 단전지 구조 모식도... 63
[그림 3-2] 3×3 ㎠ 바나듐 레독스 흐름 전지 64
[그림 3-3] VOSO₄ 농도에 따른 cyclovoltammogram. 65
[그림 3-4] H₂SO₄ 농도에 따른 cyclovoltammogram. 66
[그림 3-5] 전극 처리 방법에 따른 충방전 시험 결과 68
[그림 3-6] Nafion 117 막 사용시 cycle curve 70
[그림 3-7] 이온교환막의 두께에 따른 cyclability 비교 71
[그림 3-8] Flow frame 두께 효과 72
[그림 3-9] 전해질 유량에 따른 충방전 곡선 73
[그림 3-10] 전류에 따른 충방전 곡선 74
[그림 3-11] 스택의 구조 77
[그림 3-12] 스택을 쌓는 과정 78
[그림 3-13] 100 W급 바나듐-레독스 흐름 전지 스택 78
[그림 3-14] 전해질의 공급 속도에 따른 충방전 결과 79
[그림 3-15] 15×15 ㎠ 셀의 50회 충방전 실험 81
[그림 3-16] 15×15 ㎠ 셀의 50회 충방전 시 효율 82
[그림 3-17] 100 W급 스택의 충방전 실험 84
[그림 3-18] 100 W급 스택의 SOD 50%에서의 셀별 전압 85
[그림 3-19] 100 W급 스택의 충방전 운전 86
[그림 3-20] 100 W급 스택의 충방전 운전 효율 87
[그림 4-1] 전체 회로 구성도 89
[그림 4-2] 태양전지의 등가회로 92
[그림 4-3] 태양전지 어레이 시뮬레이션 구성도 93
[그림 4-4] 일사량에 따른 태양전지 어레이의 출력특성곡선 94
[그림 4-5] Boost 컨버터의 제어 블럭도 96
[그림 4-6] 인버터의 제어 블록도 98
[그림 4-7] 인버터 제어 시뮬레이션 99
[그림 4-8] 인버터 출력전류의 파형 101
[그림 4-9] 인버터 출력전류 파형 102
[그림 4-10] ImP&O MPPT 알고리즘 순서도 103
[그림 4-11] 전체 시뮬레이션 구성도(컨버터 제어 및 MPPT제어 포함) 105
[그림 4-12] 부스트 컨버터 및 MPPT 동작특성 106
[그림 4-13] 단독운전을 위한 시뮬레이션 회로도 107
[그림 4-14] 기존의 RLC 파라미터를 적용한 단독운전 시뮬레이션 결과 109
[그림 4-15] 수정된 RLC 파라미터를 적용한 단독운전 시뮬레이션 결과 110