KR101716391B1 - Redox flow battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 기재는 레독스 흐름 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양광 전지를 더 구비하는 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a redox flow cell, and more particularly to a redox flow cell having a photovoltaic cell.
알려진 바에 따르면, 레독스 흐름 전지(Redox Flow Battery)는 순환되는 전해질의 산화 반응과 환원 반응에 의하여 충전 및 방전 작용을 구현하는 전지이다. 레독스 흐름 전지는 수명 특성 및 보관 특성이 우수하고 모듈화가 가능하기 때문에 에너지 밀도의 대용량화가 쉽게 가능한 장점을 가진다.BACKGROUND ART Redox flow batteries are known to perform charging and discharging operations by oxidation and reduction reactions of circulating electrolytes. The redox flow cell is excellent in life characteristics and storage characteristics, and can be modularized, making it possible to easily increase the energy density.
그러나 레독스 흐름 전지는 펌프에 의해서 전해질 순환이 이루어지기 때문에 펌프의 구동에 소요되는 별도의 에너지를 더 필요로 한다. 또한, 전해액이 각종 부품 내에서 순환하면서 발생하는 각종 저항들로 인하여, 전류 소모가 발생한다. 즉 에너지 효율이 저하된다.However, the redox flow battery requires additional energy for driving the pump because the electrolyte circulation is performed by the pump. In addition, current consumption is caused by various resistances generated when the electrolyte circulates in various components. That is, the energy efficiency is lowered.
본 발명의 일 실시예는 레독스 흐름 전지에 태양광 전지를 더 구비하여, 에너지 효율을 극대화 하는 레독스 흐름 전지를 제공하는 것이다.One embodiment of the present invention is to provide a redox flow cell that further includes a solar cell in a redox flow cell to maximize energy efficiency.
본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지는, 프레임 내부에서 분리막의 양측에 애노드 전극과 캐소드 전극을 이격 배치하여 충전 및 방전하는 전지 모듈, 상기 분리막과 상기 애노드 전극 사이로 애노드 전해액을 공급하도록 애노드 튜브로 연결되고 배출되는 애노드 전해액을 저장하는 애노드 전해액 탱크, 및 상기 분리막과 상기 캐소드 전극 사이로 캐소드 전해액을 공급하도록 캐소드 튜브로 연결되고 배출되는 캐소드 전해액을 저장하는 캐소드 전해액 탱크를 포함하며, 상기 캐소드 전극은 적어도 일부를 태양광 전지로 형성한다.The redox flow cell according to an embodiment of the present invention includes a battery module for charging and discharging the anode electrode and the cathode electrode disposed on both sides of a separation membrane in a frame, and an anode electrode for supplying an anode electrolyte between the separation membrane and the anode electrode. An anode electrolyte tank for storing an anode electrolyte connected and discharged through a tube and a cathode electrolyte tank for storing a cathode electrolyte solution connected to and discharged from the cathode tube to supply a cathode electrolyte between the separation membrane and the cathode electrode, At least a part of which is formed of a solar cell.
상기 전지 모듈에서 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극은 충방전 라인으로 외부의 파워 소스 또는 부하에 전기적으로 연결될 수 있다.In the battery module, the anode electrode and the cathode electrode may be electrically connected to an external power source or a load through a charge / discharge line.
상기 애노드 튜브 및 상기 캐소드 튜브 중 적어도 하나는 내면에 나노 물질로 형성되는 코팅층을 구비할 수 있다.At least one of the anode tube and the cathode tube may have a coating layer formed of a nanomaterial on the inner surface.
상기 코팅층은 그래핀(grapheme) 또는 탄소나노튜브로 형성될 수 있다.The coating layer may be formed of grapheme or carbon nanotube.
상기 애노드 튜브 및 상기 캐소드 튜브 중 적어도 하나는 애노드 전해액 또는 캐소드 전해액의 유입 측에서 낮고 유출 측에서 높은 전압차를 생성할 수 있다.At least one of the anode tube and the cathode tube is low at the inlet side of the anode electrolyte or cathode electrolyte and can produce a high voltage difference at the outlet side.
상기 프레임은 상기 태양광 전지에 마주하는 부분에 태양광의 투과를 위한 투과창을 구비할 수 있다.The frame may have a transmission window for transmitting sunlight to a portion facing the photovoltaic cell.
상기 태양광 전지는 광전극에 형성되는 TiO2막을 포함할 수 있다.The photovoltaic cell may include a TiO 2 film formed on a photo electrode.
상기 애노드 전해액은 아연을 포함하고, 상기 캐소드 전해액은 요오드를 포함할 수 있다.The anode electrolyte may include zinc, and the cathode electrolyte may include iodine.
상기 애노드 전극 측은 Zn2 + + 2e- ↔ Zn 으로 충전(→) 및 방전(←) 작용하고, 충전시, 상기 태양광 전지에 제1전자 주입 라인으로 연결되어 Zn2 + + 2e- → Zn 와 같이 수집된 전자를 받아서 상기 애노드 전해액에 더 충전될 수 있다.The anode electrode is charged (→) and discharged (←) with Zn 2 + + 2e - ↔ Zn and is connected to the photovoltaic cell through a first electron injection line to charge Zn 2 + + 2e - → Zn And may be further charged into the anode electrolyte by receiving the collected electrons.
상기 캐소드 전극 측은 3I- ↔ I3 - + 2e- 으로 충전(→) 및 방전(←) 작용하고, 방전시, 상기 애노드 전극 측에 제2전자 주입 라인으로 연결되어 I3 - + 2e- → 3I- 와 같이 전자를 주입 받아 상기 캐소드 전해액에 전자를 보충할 수 있다.The cathode electrode side is charged (→) and discharged (←) by 3I - ↔ I 3 - + 2e - and connected to the anode electrode side by a second electron injection line at the time of discharge to form I 3 - + 2e - → 3I -, and electrons can be replenished to the cathode electrolyte solution.
상기 애노드 튜브는 제1펌프를 개재하여 상기 애노드 전해액 탱크의 애노드 전해액을 상기 애노드 전극 측으로 공급하는 애노드 전해액 공급 라인, 및 상기 애노드 전극 측에서 상기 애노드 전해액 탱크로 애노드 전해액을 회수하는 애노드 전해액 회수 라인을 포함하며, 상기 파워 소스 또는 상기 부하의 양측에서 상기 충방전 라인은, 애노드 보조 라인을 상기 애노드 전해액 회수 라인에 권취하여 전기적으로 연결될 수 있다.The anode tube includes an anode electrolyte supply line through which the anode electrolyte of the anode electrolyte tank is supplied to the anode electrode via a first pump and an anode electrolyte recovery line for withdrawing the anode electrolyte from the anode electrode side to the anode electrolyte tank And the charge / discharge lines on both sides of the power source or the load can be electrically connected by winding the anode auxiliary line on the anode electrolyte recovery line.
상기 애노드 전해액 회수 라인은 애노드 추가 라인으로 권취되고, 상기 애노드 추가 라인에 별도의 전압이 인가될 수 있다.The anode electrolyte recovery line may be wound into an anode addition line, and an additional voltage may be applied to the anode addition line.
상기 캐소드 튜브는 제2펌프를 개재하여 상기 캐소드 전해액 탱크의 캐소드 전해액을 상기 캐소드 전극 측으로 공급하는 캐소드 전해액 공급 라인, 및 상기 캐소드 전극 측에서 상기 캐소드 전해액 탱크로 캐소드 전해액을 회수하는 캐소드 전해액 회수 라인을 포함하며, 상기 파워 소스 또는 상기 부하의 양측에서 상기 충방전 라인은, 캐소드 보조 라인을 상기 캐소드 전해액 회수 라인에 권취하여 전기적으로 연결될 수 있다.The cathode tube includes a cathode electrolytic solution supply line for supplying a cathode electrolytic solution of the cathode electrolytic solution tank to the cathode side through a second pump and a cathode electrolytic solution collecting line for collecting the cathode electrolytic solution from the cathode side to the cathode electrolytic solution tank And the charge / discharge lines on both sides of the power source or the load can be electrically connected by winding the cathode auxiliary line on the cathode electrolyte recovery line.
상기 캐소드 전해액 회수 라인은 캐소드 추가 라인으로 권취되고, 상기 캐소드 추가 라인에 별도의 전압이 인가될 수 있다.The cathode electrolyte recovery line may be wound in a cathode addition line, and a separate voltage may be applied to the cathode addition line.
이와 같이 본 발명의 일 실시예는 레독스 흐름 전지의 캐소드 전극의 일부를 태양광 전지로 형성하여, 캐소드 전극와 애노드 전극에 의한 충전 및 방전 작용에 더하여, 태양광 전지에 의한 충전 작용을 부가함으로써, 에너지 효율을 극대화 할 수 있다.As described above, according to one embodiment of the present invention, a part of the cathode electrode of the redox flow cell is formed of a solar cell, and in addition to the charging and discharging action by the cathode electrode and the anode electrode, Energy efficiency can be maximized.
또한 본 실시예는 애노드 튜브 및 캐소드 튜브 중 적어도 하나의 내면에 나노 물질의 코팅층을 형성하여, 애노드 전해액 또는 캐소드 전해액의 흐름으로 전압을 부가적으로 발생시킴으로써, 전해액의 유동 저항에 따른 에너지 손실을 최소화할 수 있다. 즉 레독스 흐름 전지의 효율이 더 향상될 수 있다.In this embodiment, a coating layer of a nanomaterial is formed on the inner surface of at least one of the anode tube and the cathode tube, and a voltage is additionally generated in the flow of the anode electrolyte or the cathode electrolyte, thereby minimizing energy loss due to the flow resistance of the electrolyte can do. That is, the efficiency of the redox flow cell can be further improved.
또한 본 실시예는 애노드 보조 라인 또는 애노드 추가 라인을 애노드 전해액 회수 라인에 권취하여 전기적으로 연결하므로, 기전력을 추가하여 흐르는 애노드 전해액의 관마찰에 따른 저항을 더 낮출 수 있다. 즉 레독스 흐름 전지의 효율이 더 향상될 수 있다.Also, in this embodiment, since the anode auxiliary line or the anode additional line is wound around the anode electrolyte recovery line and electrically connected thereto, the resistance due to the tube friction of the flowing anode electrolyte can be further reduced. That is, the efficiency of the redox flow cell can be further improved.
또한 본 실시예는 캐소드 보조 라인 또는 캐소드 추가 라인을 캐소드 전해액 회수 라인에 권취하여 전기적으로 연결하므로, 기전력을 추가하여 흐르는 캐소드 전해액의 관마찰에 따른 저항을 더 낮출 수 있다. 즉 레독스 흐름 전지의 효율이 더 향상될 수 있다.Further, in this embodiment, since the cathode auxiliary line or the cathode additional line is wound around the cathode electrolyte recovery line and electrically connected thereto, the resistance due to the tube friction of the cathode electrolyte flowing through addition of the electromotive force can be further reduced. That is, the efficiency of the redox flow cell can be further improved.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 구성도이다.
도 2는 애노드 튜브 또는 캐소드 튜브의 단면도이다.
도 3은 일반적인 레독스 흐름 전지의 충전으로 인한 전압과 에너지 밀도 용량을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지에서 태양광 전지의 충전으로 인한 전압과 에너지 밀도 용량을 도시한 그래프이다.
도 5는 일반적인 레독스 흐름 전지의 방전으로 인한 전압과 에너지 밀도 용량을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지에서 태양광 전지의 방전으로 인한 전압과 에너지 밀도 용량을 도시한 그래프이다.
도 7은 일반적인 레독스 흐름 전지의 초기 충전 및 방전 곡선과, 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 애노드 튜브 및 캐소드 튜브 내에서 전해액의 유동으로 인하여 전압이 발생되는 경우 충전 및 방전 곡선을 비교하여, 전압과 에너지 밀도 용량을 도시한 그래프이다.1 is a configuration diagram of a redox flow cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of an anode tube or a cathode tube.
3 is a graph showing voltage and energy density capacities due to charging of a conventional redox flow cell.
4 is a graph showing voltage and energy density capacities due to charging of a solar cell in a redox flow cell according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing voltage and energy density capacities due to discharge of a general redox flow cell.
6 is a graph showing voltage and energy density capacities due to discharge of a solar cell in a redox flow cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph illustrating the initial charge and discharge curves of a conventional redox flow cell and the charge and discharge curves when a voltage is generated due to the flow of the electrolyte in the anode and cathode tubes of the redox flow cell according to an embodiment of the present invention. To compare the voltage and the energy density capacity.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 구성도이다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지는 충전 및 방전 작용하는 전지 모듈(10), 애노드 전해액을 수용하는 애노드 전해액 탱크(20), 및 캐소드 전해액을 수용하는 캐소드 전해액 탱크(30)를 포함한다.1 is a configuration diagram of a redox flow cell according to an embodiment of the present invention. 1, a redox flow cell according to an embodiment of the present invention includes a battery module 10 for charging and discharging, an
전지 모듈(10)은 프레임(14) 내부에서 분리막(13)의 양측에 애노드 전극(11)과 캐소드 전극(12)을 이격 배치하여 충전 및 방전하도록 구성된다. 본 실시예에는 하나의 프레임(14)에 분리막(13), 애노드 전극(11) 및 캐소드 전극(12)을 각각 하나로 구비하여 형성된다.The battery module 10 is configured to charge and discharge the
전지 모듈(10)은 애노드 전극(11)과 캐소드 전극(12)을 충방전 라인(L11, L12)으로 외부의 파워 소스 또는 부하(40)에 전기적으로 연결된다. 따라서 전지 모듈(10)은 충방전 라인(L11, L12)를 통하여 외부의 파워 소스(40)로부터 충전되거나 부하(40)로 방전될 수 있다.The battery module 10 is electrically connected to the external power source or the
도시하지 않았으나 전지 모듈은 분리막, 애노드 전극 및 캐소드 전극을 내장한 프레임을 복수로 직렬 연결하여 형성될 수 있다. 이 경우, 전지 모듈은 최외곽에 집전판을 구비하고, 집전판에 충전전 라인으로 연결되므로 파워 소스로부터 충전되거나 부하로 방전될 수 있다.Although not shown, the battery module may be formed by connecting a plurality of frames including a separation membrane, an anode electrode, and a cathode electrode in series. In this case, the battery module has a current collecting plate at its outermost portion, and is connected to the current collecting plate by a pre-charge line, so that it can be charged from a power source or discharged to a load.
애노드 전극(11)은 프레임(14)의 일측에 배치되어 일면으로 애노드 전해액에 노출되며, 노출되는 표면에 Zn 메탈(111)을 구비하여, 애노드 전해액과 반응할 수 있다. 일례를 들면, 애노드 전해액은 아연을 포함하는 아연 전해액일 수 있다.The
캐소드 전극(12)은 애노드 전극(11)에 마주하는 상태로 프레임(14)의 다른 일측에 배치되어 일면으로 캐소드 전해액에 노출되어 캐소드 전해액과 반응할 수 있다. 일례를 들면, 캐소드 전해액은 요오드를 포함하는 요오드 전해액일 수 있다.The
또한 캐소드 전극(12)은 적어도 일부를 태양광 전지(121)로 형성한다. 태양광 전지(121)는 염료 감응형 태양전지(dye sensitized solar cell)이다. 캐소드 전해액은 캐소드 전극(12) 측과 태양광 전지(121)의 전해액으로 사용되므로 에너지 발전 시스템인 태양광 전지(121)와 에너지 저장 시스템(캐소드 전극 측)을 통합한다.At least a portion of the
즉 애노드 전극(11) 측에는 아연 기반의 아연 전해액이 순환되고, 캐소드 전극(12) 측에는 요오드 기반의 요오드 전해액이 순환된다. 따라서 아연과 요오드의 산화/환원 반응에 따른 기전력(예를 들면, 1.2986V)이 출력될 수 있다.That is, a zinc-based zinc electrolytic solution is circulated on the
산화/환원 반응식은 아래와 같다.The oxidation / reduction reaction is as follows.
Zn2 + + 3I-↔ Zn + I3 - (E0 = 1.2986 V) (→충전 / ←방전)Zn 2 + + 3I - ↔ Zn + I 3 - (E 0 = 1.2986 V) (→ charge / ← discharge)
분리막(13)은 프레임(14) 내에서 대향하는 애노드 전극(11)과 캐소드 전극(12) 사이에 배치되어, 산화/환원 반응으로 충전 및 방전 작동시, 이온의 이동을 가능하게 한다.The
일례로써, ZnI2 전해액을 사용한다면, 기존 바나듐 전해액 기반의 레독스 흐름 전지에 비하여, 에너지 밀도가 높아질 수 있다. 즉 ZnI2 전해액 7몰이 물에 용해 될 때, 산화/환원 반응을 통해 나올 수 있는 이론적인 에너지 밀도는 약 322Wh/L이다. 이는 리튬 이온 배터리의 양극소재인 LiFePO4의 220Wh/L보다 더 높다.For example, if ZnI 2 electrolytes are used, the energy density can be higher than the redox flow cells based on conventional vanadium electrolytes. That is, when 7 moles of ZnI 2 electrolyte is dissolved in water, the theoretical energy density that can be obtained through the oxidation / reduction reaction is about 322 Wh / L. Which is higher than 220Wh / L of LiFePO 4 , the anode material of lithium ion batteries.
애노드 전해액 탱크(20)는 분리막(13)과 애노드 전극(11) 사이로 애노드 전해액을 공급하고, 산화/환원 반응 후 배출하도록 애노드 튜브(21; 211, 212)로 연결되고, 분리막(13)과 애노드 전극(11) 사이에서 배출되는 애노드 전해액을 저장한다.The
애노드 튜브(21)는 애노드 전해액 공급 라인(211) 및 애노드 전해액 회수 라인(212)을 포함한다. 애노드 전해액 공급 라인(211)은 제1펌프(P1)를 개재하여 애노드 전해액 탱크(20)의 애노드 전해액을 애노드 전극(11) 측, 즉 애노드 전극(11)과 분리막(13) 사이로 공급한다.The
애노드 전해액 회수 라인(212)은 애노드 전극(11) 측, 즉 애노드 전극(11)과 분리막(13) 사이에서 애노드 전해액 탱크(20)로 애노드 전해액을 회수한다. 애노드 전해액은 애노드 전극(11) 측에서 산화/환원 반응으로 전류를 생성하고 애노드 전해액 탱크(20)에 저장된다.The anode
캐소드 전해액 탱크(30)은 분리막(13)과 캐소드 전극(12) 사이로 캐소드 전해액을 공급하고, 산화/환원 반응 후 배출하도록 캐소드 튜브(31; 311, 312)로 연결되고, 분리막(13)과 캐소드 전극(12) 사이에서 배출되는 캐소드 전해액을 저장한다.The cathode
캐소드 튜브(31)는 캐소드 전해액 공급 라인(311) 및 캐소드 전해액 회수 라인(312)을 포함한다. 캐소드 전해액 공급 라인(311)은 제2펌프(P2)를 개재하여 캐소드 전해액 탱크(30)의 캐소드 전해액을 캐소드 전극(12) 측, 즉 캐소드 전극(12)과 분리막(13) 사이로 공급한다.The
캐소드 전해액 회수 라인(312)은 캐소드 전극(12) 측, 즉 캐소드 전극(12)과 분리막(13) 사이에서 캐소드 전해액 탱크(30)로 캐소드 전해액을 회수한다. 캐소드 전해액은 캐소드 전극(12) 측에서 산화환원 반응으로 전류를 생성하고 캐소드 전해액 탱크(30)에 저장된다.The cathode
도 2는 애노드 튜브 또는 캐소드 튜브의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 애노드 튜브(21) 및 캐소드 튜브(31) 중 적어도 하나는 내면에 표면 전하가 많은 나노 물질을 코팅하여 형성되는 코팅층(22, 32)을 구비한다.2 is a cross-sectional view of an anode tube or a cathode tube. Referring to FIG. 2, at least one of the
코팅층(22, 32)은 그래핀(grapheme) 또는 탄소나노튜브로 형성된다. 나노 물질의 코팅층(22, 23)은 애노드, 캐소드 튜브(21, 31) 내면을 전해액이 경유(F)할 때, 표면 점착력에 의한 전하 이끔(dragging)으로 전하 농도 구배를 발생시킨다.The coating layers 22 and 32 are formed of grapheme or carbon nanotube. The coating layers 22 and 23 of the nanomaterial generate a charge concentration gradient by dragging the surface due to the surface adhesion force when the electrolyte fills the inner surfaces of the anode and
코팅층(22, 23)은 전해액의 농도 구배에 따른 전압을 생성하여, 튜브 내면의 관마찰에 따른 저항 손실을 보상할 수 있다. 즉 애노드 튜브(21) 및 캐소드 튜브(31) 중 적어도 하나는 애노드 전해액 또는 캐소드 전해액의 유입 측에서 낮고 유출 측에서 높은 전압차를 생성하여 관마찰에 따른 저항 손실을 보상한다.The coating layers 22 and 23 generate a voltage corresponding to the concentration gradient of the electrolyte solution, thereby compensating for the resistance loss due to the tube friction on the inner surface of the tube. At least one of the
다시 도 1을 참조하면, 프레임(14)은 태양광 전지(121)에 마주하는 부분에 태양광의 투과를 위한 투과창(141)을 구비한다. 태양광 전지(121)는 광전극에 형성되는 TiO2막(142)을 포함한다. TiO2막(142)은 투과창(141)을 향하여 배치되므로 태양광 전지(121)는 태양광에 의하여 전류를 발생시킬 수 있다.Referring again to FIG. 1, the
한편, 애노드 전극(11) 측은 태양광 전지(121)에 제1전자 주입 라인(E1)으로 연결되어, 충전시, 수집된 전자를 받아서 애노드 전해액에 더 충전된다. 즉 애노드 전극(11) 측은 Zn2 + + 2e- ↔ Zn 으로 충전(→) 및 방전(←) 작용한다. 충전시, 태양광 전지(121)에 제1전자 주입 라인(E1)으로 연결되어, Zn2 + + 2e- → Zn 과 같이 수집된 전자를 받는다.On the other hand, the
캐소드 전극(12) 측은 애노드 전극(11)에 제2전자 주입 라인(E2)으로 연결되어, 방전시, 전자를 주입 받아 캐소드 전해액에 전자를 보충한다. 즉 캐소드 전극(12) 측은 3I- ↔ I3 - + 2e- 으로 충전(→) 및 방전(←) 작용한다. 방전시, 애노드 전극(11) 측에 제2전자 주입 라인(E2)으로 연결되어, I3 - + 2e- → 3I- 와 같이 전자를 주입받는다.The
파워 소스 또는 부하(40)의 양측에서 충방전 라인(L11, L12)은 애노드 보조 라인(AL11, AL12)에 연결되고, 애노드 보조 라인(AL11, AL12)을 애노드 전해액 회수 라인(212)에 권취하여, 애노드 전해액 회수 라인(212)에 전기적으로 연결된다. 애노드 전해액 회수 라인(212)은 애노드 추가 라인(AL1)으로 권취되고, 애노드 추가 라인(AL1)에 별도의 전압(V1)이 인가된다.The charge / discharge lines L11 and L12 are connected to the anode auxiliary lines AL11 and AL12 at both sides of the power source or the
애노드 보조 라인(AL11, AL12) 또는 애노드 추가 라인(AL1)은 애노드 전해액 회수 라인(212)에 권취되어 전기적으로 연결되므로, 기전력을 추가하여 애노드 전해액 회수 라인(212)의 내부로 흐르는 애노드 전해액의 관마찰에 따른 저항을 낮출 수 있다. 즉 애노드 전해액 회수 라인(212)의 관내 유동 저항에 따른 에너지 손실이 최소화 되어, 전체 시스템의 에너지 효율이 향상될 수 있다.Since the anode auxiliary lines AL11 and AL12 or the anode addition line AL1 are wound around the anode
파워 소스 또는 부하(40)의 양측에서 충방전 라인(L11, L12)은 캐소드 보조 라인(CL11, CL12)에 연결되고, 캐소드 보조 라인(CL11, CL12)을 캐소드 전해액 회수 라인(312)에 권취하여 캐소드 전해액 회수 라인(312)에 전기적으로 연결된다. 캐소드 전해액 회수 라인(312)은 캐소드 추가 라인(CL1)으로 권취되고, 캐소드 추가 라인(CL1)에 별도의 전압(V2)이 인가된다.The charge / discharge lines L11 and L12 on both sides of the power source or the
캐소드 보조 라인(CL11, CL12 또는 캐소드 추가 라인(CL1)은 캐소드 전해액 회수 라인(312)에 권취되어 전기적으로 연결되므로, 기전력을 추가하여 캐소드 전해액 회수 라인(312)의 내부로 흐르는 캐소드 전해액의 관마찰에 따른 저항을 낮출 수 있다. 즉 캐소드 전해액 회수 라인(312)의 관내 유동 저항에 따른 에너지 손실이 최소화 되어, 전체 시스템의 에너지 효율이 향상될 수 있다.Since the cathode auxiliary lines CL11 and CL12 or the cathode addition line CL1 are wound and electrically connected to the cathode
도 3은 일반적인 레독스 흐름 전지의 충전으로 인한 전압과 에너지 밀도 용량을 도시한 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지에서 태양광 전지의 충전으로 인한 전압과 에너지 밀도 용량을 도시한 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing voltage and energy density capacities due to charging of a general redox flow cell, and FIG. 4 is a graph showing voltage and energy density due to charging of a photovoltaic cell in a redox flow cell according to an embodiment of the present invention. Fig.
도 3을 참조하면, 일반적인 또는 태양광 전지가 작동하지 않는 상태에서 레독스 흐름 전지는 애노드 전극 측과 캐소드 전극 측의 산화 환원 반응으로 충전될 때, 충전으로 인한 전압과 에너지 밀도 용량의 관계가 우 상향 포물선(C11)으로 나타난다.Referring to FIG. 3, when the redox flow cell is charged by the redox reaction between the anode electrode side and the cathode electrode side in a state where the general or solar cell is not operated, the relationship between the voltage due to charging and the energy density capacity It appears as an upward parabolic curve C11.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지에서 태양광 전지(121)가 충전을 시작하면, 전압이 태양광 전지(121)의 충전에 대응하는 차이 전압(ΔV1)만큼 상향 시프트 된 상태에서 도 3과 같은 전압과 에너지 밀도 용량의 관계가 우 상향 포물선(C12)으로 나타낸다.4, when the
도 5는 일반적인 레독스 흐름 전지의 방전으로 인한 전압과 에너지 밀도 용량을 도시한 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지에서 태양광 전지의 방전으로 인한 전압과 에너지 밀도 용량을 도시한 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing a voltage and an energy density capacity due to discharge of a general redox flow cell, and FIG. 6 is a graph showing a relationship between a voltage and an energy density due to discharge of the photovoltaic cell in the redox flow cell according to an embodiment of the present invention Fig.
도 5를 참조하면, 일반적인 또는 태양광 전지가 작동하지 않는 상태에서 레독스 흐름 전지는 애노드 전극 측과 캐소드 전극 측의 산화 환원 반응으로 방전될 때, 방전으로 인한 전압과 에너지 밀도 용량의 관계가 우 하향 포물선(C21)으로 나타난다.5, when the redox flow cell is discharged by the redox reaction between the anode electrode side and the cathode electrode side in a state where the general or solar cell is not operated, the relationship between the voltage due to the discharge and the energy density capacity And a downward parabola (C21).
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지에서 태양광 전지(121)가 충전을 시작하면, 전압이 태양광 전지(121)의 충전에 대응하는 차이 전압(ΔV2)만큼 상향 시프트 된 상태에서 도 5와 같은 전압과 에너지 밀도 용량의 관계가 우 하향 포물선(C22)으로 나타낸다.Referring to FIG. 6, when the
도 7은 일반적인 레독스 흐름 전지(또는 일 실시예의 초기) 충전 및 방전 곡선과, 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 애노드 튜브 및 캐소드 튜브 내에서 전해액의 유동으로 인하여 전압이 발생되는 경우 충전 및 방전 곡선을 비교하여 전압과 에너지 밀도 용량을 도시한 그래프이다.FIG. 7 is a graph illustrating the charge and discharge curves of a conventional redox flow cell (or of an embodiment of the present invention) and the voltage generated by the flow of the electrolyte in the anode and cathode tubes of the redox flow cell according to one embodiment of the present invention Lt; RTI ID = 0.0 > charge / discharge < / RTI > curves.
즉 애노드 튜브(21) 및 캐소드 튜브(31)의 내면에 표면 전하가 많은 나노 물질을 코팅하여 코팅층(22, 32)을 형성한 경우(본 발명의 일 실시예의 레독스 흐름 전지), 충전과 방전에 의한 전압과 에너지 밀도 용량의 관계가 각각 우 상향 포물선(C31)과 우 하향 포물선(C32)을 형성한다.That is, in the case where the coating layers 22 and 32 are formed by coating the inner surface of the
애노드 튜브 및 캐소드 튜브에 코팅층을 형성하지 않은 경우(일반적인 레독스 흐름 전지의 초기), 충전과 방전에 의한 전압과 에너지 밀도 용량의 관계가 각각 우 상향 포물선(C41)과 우 하향 포물선(C42)을 형성한다.The relation between voltage and energy density capacity due to charging and discharging is shown by the right upward parabola (C41) and the right downward parabola (C42) when the coating layer is not formed on the anode tube and the cathode tube .
본 발명의 일 실시예와 같이, 코팅층(22, 32)을 형성한 경우의 우 상향 포물선(C31)과 우 하향 포물선(C32)은, 일반적인 레독스 흐름 전지에서 코팅층을 형성하지 않은 경우(또는 일 실시예의 초기 충전 및 방전의 경우)의 우 상향 포물선(C41)과 우 하향 포물선(C42)에서 코팅층(22, 32)에 의하여 유도된 전압의 충전에 대응하는 차이 전압(ΔV3)만큼 상향 시프트 된 상태이다.The upper right parabola C31 and the right lower parabola C32 in the case of forming the coating layers 22 and 32 as in the embodiment of the present invention are formed in a case where a coating layer is not formed in a general redox flow cell Shifted upward by the difference voltage DELTA V3 corresponding to the charging of the voltage induced by the coating layers 22 and 32 in the right upper parabola C41 and the right lower parabola C42 in the case of the initial charging and discharging of the embodiment to be.
즉 애노드 튜브(21) 및 캐소드 튜브(31)에 코팅층(22, 32)을 형성한 본 발명의 일 실시예는 애노드 전해액 및 캐소드 전해액의 흐름으로 유도되는 전압을 발생시켜 관내 유동 저항에 따른 에너지 손실을 최소화 하여, 전체 시스템의 에너지 효율을 더 향상시킬 수 있다.That is, one embodiment of the present invention in which the coating layers 22 and 32 are formed on the
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.
10: 전지 모듈 11: 애노드 전극
12: 캐소드 전극 13: 분리막
14: 프레임 20: 애노드 전해액 탱크
21: 애노드 튜브 22, 32: 코팅층
30: 캐소드 전해액 탱크 31: 캐소드 튜브
40: 파워 소스 또는 부하 111: Zn 메탈
141: 투과창 142: TiO2막
121: 태양광 전지 211: 애노드 전해액 공급 라인
212: 애노드 전해액 회수 라인 311: 캐소드 전해액 공급 라인
312: 캐소드 전해액 회수 라인 AL1: 애노드 추가 라인
AL11, AL12: 애노드 보조 라인 CL1: 캐소드 추가 라인
CL11, CL12: 캐소드 보조 라인 C21, C22, C32, C42: 우 하향 포물선
C11, C12, C31, C41: 우 상향 포물선 E1: 제1전자 주입 라인
E2: 제2전자 주입 라인 L11, L12: 충방전 라인
P1, P2: 제1, 제2펌프 V1, V2: 전압
ΔV1, ΔV 2, ΔV 3: 차이 전압10: Battery module 11: Anode electrode
12: cathode electrode 13: separator
14: frame 20: anode electrolyte tank
21: anode tube 22, 32: coating layer
30: cathode electrolyte tank 31: cathode tube
40: Power source or load 111: Zn metal
141: transmission window 142: TiO 2 film
121: Photovoltaic cell 211: Anode electrolyte supply line
212: anode electrolyte recovery line 311: cathode electrolyte supply line
312: cathode electrolytic recovery line AL1: anode addition line
AL11, AL12: anode auxiliary line CL1: cathode addition line
CL11, CL12: cathode auxiliary lines C21, C22, C32, C42: right downward parabola
C11, C12, C31, C41: right upward parabola E1: first electron injection line
E2: second electron injection line L11, L12: charge / discharge line
P1, P2: first and second pumps V1, V2: voltage
? V1,? V2,? V3: Difference voltage
Claims (14)
상기 분리막과 상기 애노드 전극 사이로 애노드 전해액을 공급하도록 애노드 튜브로 연결되고 배출되는 애노드 전해액을 저장하는 애노드 전해액 탱크; 및
상기 분리막과 상기 캐소드 전극 사이로 캐소드 전해액을 공급하도록 캐소드 튜브로 연결되고 배출되는 캐소드 전해액을 저장하는 캐소드 전해액 탱크
를 포함하며,
상기 캐소드 전극은
적어도 일부를 태양광 전지로 형성하고,
상기 전지 모듈에서 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극은
충방전 라인으로 외부의 파워 소스 또는 부하에 전기적으로 연결되며,
상기 파워 소스 또는 상기 부하의 양측에서 상기 충방전 라인은,
애노드 보조 라인을 상기 애노드 튜브의 적어도 일측에 권취하여 전기적으로 연결되거나,
캐소드 보조 라인을 상기 캐소드 튜브의 적어도 일측에 권취하여 전기적으로 연결되는 레독스 흐름 전지.A battery module for charging and discharging the anode electrode and the cathode electrode by disposing them on both sides of the separation membrane inside the frame;
An anode electrolyte tank connected to the anode tube to supply an anode electrolyte between the separator and the anode electrode and storing the discharged anode electrolyte; And
A cathode electrolytic solution tank connected to the cathode tube to supply the cathode electrolytic solution between the separator and the cathode electrode,
/ RTI >
The cathode electrode
At least a part of which is formed of a solar cell,
In the battery module, the anode electrode and the cathode electrode
Discharging line electrically connected to an external power source or load,
Wherein the charge / discharge line on both sides of the power source or the load,
An anode auxiliary line is wound on at least one side of the anode tube to be electrically connected,
And the cathode auxiliary line is wound on at least one side of the cathode tube to be electrically connected.
상기 애노드 튜브 및 상기 캐소드 튜브 중 적어도 하나는
내면에 나노 물질로 형성되는 코팅층을 구비하는 레독스 흐름 전지.The method according to claim 1,
Wherein at least one of the anode tube and the cathode tube
A redox flow cell having a coating layer formed of a nanomaterial on an inner surface thereof.
상기 코팅층은
그래핀(grapheme) 또는 탄소나노튜브로 형성되는 레독스 흐름 전지.The method of claim 3,
The coating layer
A redox flow cell formed of grapheme or carbon nanotube.
상기 애노드 튜브 및 상기 캐소드 튜브 중 적어도 하나는
애노드 전해액 또는 캐소드 전해액의 유입 측에서 낮고 유출 측에서 높은 전압차를 생성하는 레독스 흐름 전지.The method according to claim 1,
Wherein at least one of the anode tube and the cathode tube
A redox flow cell that produces a low voltage difference at the inlet side of the anode electrolyte or cathode electrolyte and a high voltage difference at the outlet side.
상기 프레임은
상기 태양광 전지에 마주하는 부분에 태양광의 투과를 위한 투과창을 구비하는 레독스 흐름 전지.The method according to claim 1,
The frame
And a transparent window for transmitting sunlight to a portion facing the solar cell.
상기 태양광 전지는
광전극에 형성되는 TiO2막을 포함하는 레독스 흐름 전지.The method according to claim 1,
The photovoltaic cell
A redox flow cell comprising a TiO 2 film formed on a photoelectrode.
상기 애노드 전해액은 아연을 포함하고,
상기 캐소드 전해액은 요오드를 포함하는 레독스 흐름 전지.The method according to claim 1,
Wherein the anode electrolyte comprises zinc,
Wherein the cathode electrolyte comprises iodine.
상기 애노드 전극 측은
Zn2 + + 2e- ↔ Zn 으로 충전(→) 및 방전(←) 작용하고,
충전시, 상기 태양광 전지에 제1전자 주입 라인으로 연결되어
Zn2 + + 2e- → Zn
와 같이 수집된 전자를 받아서 상기 애노드 전해액에 더 충전되는 레독스 흐름 전지.9. The method of claim 8,
The anode electrode side
(→) and discharge (←) from Zn 2 + + 2e - ↔ Zn,
Upon charging, the photovoltaic cell is connected to the first electron injection line
Zn 2 + + 2e - → Zn
And further charged into the anode electrolyte.
상기 캐소드 전극 측은
3I- ↔ I3 - + 2e- 으로 충전(→) 및 방전(←) 작용하고,
방전시, 상기 애노드 전극 측에 제2전자 주입 라인으로 연결되어
I3 - + 2e- → 3I-
와 같이 전자를 주입 받아 상기 캐소드 전해액에 전자를 보충하는 레독스 흐름 전지.9. The method of claim 8,
The cathode side
3I - ↔ I 3 - + 2e - charge (→) and discharge (←)
At the time of discharging, a second electron injection line is connected to the anode electrode side
I 3 - + 2e - - > 3I -
And injecting electrons to replenish electrons in the cathode electrolyte.
상기 애노드 튜브는
제1펌프를 개재하여 상기 애노드 전해액 탱크의 애노드 전해액을 상기 애노드 전극 측으로 공급하는 애노드 전해액 공급 라인, 및
상기 애노드 전극 측에서 상기 애노드 전해액 탱크로 애노드 전해액을 회수하는 애노드 전해액 회수 라인을 포함하며,
상기 파워 소스 또는 상기 부하의 양측에서 상기 충방전 라인은,
상기 애노드 보조 라인을 상기 애노드 전해액 회수 라인에 권취하여 전기적으로 연결되는 레독스 흐름 전지.The method according to claim 1,
The anode tube
An anode electrolytic solution supply line for supplying the anode electrolytic solution of the anode electrolytic solution tank to the anode electrode via a first pump,
And an anode electrolytic solution collecting line for collecting the anode electrolytic solution from the anode electrode side to the anode electrolytic solution tank,
Wherein the charge / discharge line on both sides of the power source or the load,
And the anode auxiliary line is wound around the anode electrolyte recovery line to be electrically connected.
상기 애노드 전해액 회수 라인은
애노드 추가 라인으로 권취되고, 상기 애노드 추가 라인에 별도의 전압이 인가되는 레독스 흐름 전지.12. The method of claim 11,
The anode electrolyte recovery line
A redox flow cell wound in an anode additional line, wherein a separate voltage is applied to the anode additional line.
상기 캐소드 튜브는
제2펌프를 개재하여 상기 캐소드 전해액 탱크의 캐소드 전해액을 상기 캐소드 전극 측으로 공급하는 캐소드 전해액 공급 라인, 및
상기 캐소드 전극 측에서 상기 캐소드 전해액 탱크로 캐소드 전해액을 회수하는 캐소드 전해액 회수 라인을 포함하며,
상기 파워 소스 또는 상기 부하의 양측에서 상기 충방전 라인은,
상기 캐소드 보조 라인을 상기 캐소드 전해액 회수 라인에 권취하여 전기적으로 연결되는 레독스 흐름 전지.The method according to claim 1,
The cathode tube
A cathode electrolytic solution supply line for supplying a cathode electrolytic solution of the cathode electrolytic solution tank to the cathode side via a second pump,
And a cathode electrolytic solution collecting line for collecting the cathode electrolytic solution from the cathode electrode side to the cathode electrolytic solution tank,
Wherein the charge / discharge line on both sides of the power source or the load,
And the cathode auxiliary line is wound on the cathode electrolyte recovery line to be electrically connected.
상기 캐소드 전해액 회수 라인은
캐소드 추가 라인으로 권취되고, 상기 캐소드 추가 라인에 별도의 전압이 인가되는 레독스 흐름 전지.14. The method of claim 13,
The cathode electrolyte recovery line
Wherein the anode is wound in a cathode addition line and a separate voltage is applied to the cathode addition line.
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KR1020160066624A KR101716391B1 (en) | 2016-05-30 | 2016-05-30 | Redox flow battery |
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