바나듐이온

산성용액에서 바나듐의 산화상태. 왼쪽에서 오른쪽으로 산화 상태는 +5에서 +2로 이동한다.

바나듐이온(Vanadium Ion)은 금속 바나듐이 전자를 잃고 산화되면서 형성하는 이온을 말한다. 바나듐의 전자 배열은 [Ar] 3d ³4s ²이다. 전이 원소가 이온화되면 d 전자를 잃기 전에 원자가 s 전자를 잃는다. 바나듐은 손실될 수 있는 5개의 원자가 전자를 가지고 있다. 전이 금속의 특성 중 하나는 다중 산화 상태를 채택하는 능력이다. 바나듐은 +2에서 +5까지의 산화수를 가질 수 있는데 산화 상태에 따라 보라색, 녹색, 청색, 노란색 등을 나타낸다. 바나듐은 다양한 색상의 다양한 산화 상태를 표시한다.

산화 상태	이 온	색상
+5	VO₃⁻ 또는 VO₂⁺	노란색
+4	VO²⁺	푸른색
+3	V³⁺	녹색
+2	V²⁺	보라색

바나듐의 서로 다른 산화 상태가 상호 변환될 수 있는 용이성은 바나듐 레독스 배터리에 바나듐을 사용하게 되었다. 바나듐레독스배터리(VRB)에서 각 반쪽 셀은 바나듐 산화환원 결합으로 구성되어 있다. 양극에서 VO₂⁺ 이온은 VO²⁺ 이온으로 변환되며 배터리의 양극 단자에서 전자가 제거된다. 음극에서 전자는 V³⁺ 이온을 V²⁺로 변환한다. 두 개의 하프 셀의 전해질은 이온 교환막에 의해 분리된다. 이 배터리에는 하프 셀이 저장 탱크와 펌프에 연결되어 있어 대량의 전해질을 순환시킬 수 있어 대용량 전력 저장을 위한 대용량 배터리가 될 수 있다. 이 배터리들은 태양열 집열기와 풍력발전소의 전기를 저장하는 데 사용되고 있다. 이 배터리는 차량에 동력을 공급하는 데도 사용되었다. VRB의 흥미로운 특징 중 하나는 적절한 주유소에서 사용한 용액을 교환하거나 전통적인 방법으로 재충전할 수 있다는 것이다. VRB 파워로 달리는 골프 카트가 시험용으로 개발됐다.

참고자료

• "The Oxidation States of Vanadium", Western Oregon
• Jim Clark, "TChemistry of Vanadium", Chemistry LibreTexts, 2021-07-11

같이 보기

• 바나듐
• 바나듐이온 배터리
• 바나듐 레독스 흐름 배터리
• 산화수
• 산화

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