ESS용 VRFB의 내부저항 특성 평가에 관한 연구 (A Study on Characteristics Evaluation of Inernal Resistance of VRFB for ESS)

서지정보

· 발행기관 : 한국산학기술학회
· 수록지 정보 : 한국산학기술학회논문지 / 25권 / 2호 / 779 ~ 786페이지
· 저자명 : 신건, 최성문, 유현상, 박찬욱, 김지명, 노대석

초록

일반적으로, VRFB(vanadium redox-flow battery)는 20년 이상 반영구적으로 사용할 수 있고, 인체 유해성, 인화성, 화학반응성에 따른 위험도가 리튬이온배터리보다 낮아 안전성이 매우 뛰어나므로, 차세대의 ESS로 주목받고 있다. 하지만, VRFB는 배전계통에 연계되어 운용될 경우, 계통으로부터 위해요인들이 유입되어 VRFB 스택이 열화되고 내부 임피던스가 증가되어 출력성능과 수명이 저하될 가능성이 있다. 따라서, 본 논문에서는 VRFB의 열화정도를 나타내는 중요한 지표의 하나인 내부 임피던스의 특성을 정확하게 평가하기 위하여, VRFB의 운용특성을 모의하는 VRFB부와 주파수별로 저항과 리액턴스성분에 따라 Nyquist plot을 산정하는 임피던스 분광시험장치부의 모델링을 제시한다. 또한, VRFB 출력특성 및 내부 임피던스 특성을 평가하기 위하여, VRFB부, 임피던스 분광시험장치부 및 VRFB의 BMS부 등으로 구성된 6[kWh]급 VRFB용 내부저항 시험장치를 구현한다. 상기에서 제시한 VRFB용 임피던스 분광시험장치를 바탕으로 시뮬레이션 및 시험을 수행한 결과, VRFB의 전해질 저항, 전하전달 저항 및 Warburg 임피던스는 초기상태와 160 사이클 운용된 열화상태에서 모두 유사한 특성을 나타내어, 본 연구에서 제시한 모델링의 유효성을 확인할 수 있었다.

영어초록

In general, VRFB (vanadium redox-flow battery) is considered as one of the next generation ESS, since it can be used for more than 20 years semi-permanently, and its safety is much greater than lithium-ion battery due to the low risk of harmfulness, flammability and chemical reaction. However, in case of operating VRFB interconnected with the distribution system, the lifespan and output performance of VRFB may be degraded due to the hazardous factors, which may deteriorate the VRFB stacks and increase the internal impedance. Therefore, in order to evaluate the characteristics of internal impedance, which is one of the significant index of the degradation rate of VRFB, this paper proposes a modeling of VRFB section, which simulates the operation characteristics of VRFB, and EIS (electrochemical impedance spectroscopy) test device section that calculates the Nyquist plot according to the resistance and reactance components depending on the frequency. And also, in order to evaluate the characteristics of output and internal impedance of VRFB, this paper implements a 6 [kWh] scaled internal impedance test device, which is composed of VRFB, EIS test device and BMS section etc. From the simulation and test reuslts based on the proposed modeling and test device, it is confirmed that the proposed modeling is a useful tool to effectively evaluate the electrolyte resistance, charge transfer resistance and Warburg impedance at both initial and 160 cycles deteriorated conditions.

참고자료

· 없음