젊은과학자 소개

KIC News, Volume 21, No. 5, 2018

KIC News, Volume 21, No. 5, 2018 69

[약력]

2002~2008 한양대학교 화학공학 학사 2008~2010 KAIST 생명화학공학 석사

2010~2015 University of Minnesota 화학공학 박사

2015~2016 University of Massachusetts, Amherst 고분자공학과 박사후연구원 2016~현재 한국화학연구원 분리막연구센터 선임연구원

[연구분야]

•

바나듐 레독스흐름전지용 분리막 연구

자극감응형 고분자의 합성 및 응용

보론 흡착용 소재 개발

[관심 연구분야 소개]

바나듐 레독스흐름전지(Vanadium Redox Flow Battery, VRFB)는 바나듐 이온들의 레독스 반응을 이용 하여 구동되는 이차전지의 하나로, 신재생에너지를 통한 전력수급이 점차 확대될 것으로 예상되면서, 과잉 생산된 전력을 대용량으로 저장할 수 있는 차세대 전력저장장치(Energy Storage System, ESS) 중 하나로 써 큰 주목을 받고 있다[1,2]. 현재, VRFB 분리막으로는, 바나듐 레독스 반응 중 수소이온의 전달이 용이 해야 하는 특성상, 화학적 물리적 내구성이 뛰어나고 수소이온 전도도가 높은 나피온(Nafion)과 같은 과불 소계이온전달 소재를 양극과 음극 전해질 사이의 분리막으로 사용하고 있다. 하지만 값비싼 과불소계이온 전달 고분자 분리막은 높은 바나듐 이온 투과로 전지효율과 용량이 급격하게 감소하는 등의 문제를 보이고 있어, 이에 대한 해결이 시급하다. 본 연구실에서는 수소이온과 바나듐 이온의 선택도를 높이기 위해 다양 한 화학구조를 갖는 탄화수소계 이온전달 소재를 개발하고 있으며, 기존 과불소계이온전달 소재의 개질과 크기 배제에 따른 이온선택성을 갖는 다공성 분리막 개발 등을 통해 VRFB 분리막의 저가화와 성능 향상 에 힘쓰고 있다[3−5].

Figure 1. 바나듐 레독스흐름전지 모식도[5].

소 순 용(Soonyong So)

한국화학연구원 분리막연구센터 선임연구원 대전시 유성구 가정로 141

042-860-7198

http://www.ksiec.or.kr

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이온전달 고분자는 VRFB 외에도 본 연구실에서 수행하고 있는 연료전지, 슈퍼커패시터, 수전해 등의 다 양한 분야에서 핵심 소재로 사용되고 있다. 특히, 최근에는 축척된 이온전달소재 관련 핵심기술을 토대로 전기, 온도, 습도 등 다양한 자극에 반응하는 액추에이터 분야로도 그 응용분야를 넓히고 있다[6].

해수담수화(Desalination)에 적용하기 위한 양이온/음이온 교환 분리막 관련 연구에 더해, 반도체 제조 공정에 사용하기 위한 보론(Boron)이 제거된 초순수를 제조하기 위해 보론 흡착용 소재 또한 본 연구실에 서 연구개발 중에 있다. 보론은 boric acid나 borate ion으로 물에 존재하는데, 기존의 역삼투 공정으로 제 거하기 힘들어, N-methyl-D-glucamine과 같이 다량의 하이드록시기를 갖는 분리막이나 다공성 비드를 이용하여 초순수 제조에 사용되고 있다[7]. 보론의 흡착용량을 늘리는 방법으로 흡착제의 다공성을 조절하 거나, 흡착제의 단위 g당 관능기 몰수를 늘리려는 노력들이 진행되고 있다.

[참고문헌]

1. G. L. Soloveichik, Flow Batteries: Current Status and Trends, Chem. Rev., 115, 11533−11558 (2015).

2. S. M. Ahn, H. Y. Jeong, J.-K. Jang, J. Y. Lee, S. So, Y. J. Kim, Y. T. Hong, and T.-H. Kim, Polybenzimidazole/Nafion hybrid membrane with improved chemical stability for vanadium redox flow battery application, RSC Adv., 8, 25304−25312 (2018).

3. H. Zhang, H. Zhang, X. Li, Z. Mai, and J. Zhang, Nanofiltration (NF) membranes: the next generation separators for All vanadium redox flow batteries (VRBs)?, Energy Environ. Sci., 4, 1676−1679 (2011).

4. S. So, M. S. Cha, S.-W. Jo, T.-H. Kim, J. Y. Lee, and Y. T. Hong, Hydrophilic Channel Alignment of Perfluoronated Sulfonic-Acid Ionomers for Vanadium Redox Flow Batteries, ACS Appl. Mater. Interfaces, 10, 19689-19696 (2018).

5. W. Lu, X. Li, and H. Zhang, The next generation vanadium flow batteries with high power density - a perspective, Phys. Chem. Chem. Phys., 20, 23−35 (2018).

6. S. So and R. C. Hayward, Tunable Upper Critical Solution Temperature of Poly(N-isopropylacrylamide) in Ionic Liquids for Sequential and Reversible Self-Folding, ACS Appl. Mater. Interfaces, 9, 15785-15790 (2017).

7. E. Guler, C. Kaya, N. Kabay, and M. Arda, Boron removal from seawater: State-of-the-art

review, Desalination, 356, 85−93 (2015).