CN110311157B - 利用电解液浓度梯度的氧化还原液流电池及其操作方法 - Google Patents

利用电解液浓度梯度的氧化还原液流电池及其操作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110311157B
CN110311157B CN201910085220.1A CN201910085220A CN110311157B CN 110311157 B CN110311157 B CN 110311157B CN 201910085220 A CN201910085220 A CN 201910085220A CN 110311157 B CN110311157 B CN 110311157B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrolyte
electrode electrolyte
negative electrode
tank
positive electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910085220.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110311157A (zh
Inventor
朴圣救
尹珠永
李永薰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Doosan Heavy Industries and Construction Co Ltd
Original Assignee
Doosan Heavy Industries and Construction Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020180031882A external-priority patent/KR102031981B1/ko
Priority claimed from KR1020180158791A external-priority patent/KR102192924B1/ko
Application filed by Doosan Heavy Industries and Construction Co Ltd filed Critical Doosan Heavy Industries and Construction Co Ltd
Publication of CN110311157A publication Critical patent/CN110311157A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110311157B publication Critical patent/CN110311157B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04276—Arrangements for managing the electrolyte stream, e.g. heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及利用电解液浓度梯度的氧化还原液流电池及其操作方法，更详细而言，涉及利用了可增加氧化还原液流电池的效率的电解液浓度梯度的氧化还原液流电池及其操作方法。为此，氧化还原液流电池的特征在于，包含：正极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备用于形成被收容的正极电解液的浓度梯度的隔板；负极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备用于形成被收容的负极电解液的浓度梯度的隔板；以及堆栈部，其从正极电解液罐和负极电解液罐接收电解液而将电力进行存储(charge)和放电(discharge)。

Description

利用电解液浓度梯度的氧化还原液流电池及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种利用电解液浓度梯度的氧化还原液流电池及其操作方法，更详细而言，涉及一种能够增加氧化还原液流电池的效率的利用电解液浓度梯度的氧化还原液流电池及其操作方法。
背景技术
蓄电技术是对于有效利用电力、提高供电系统的能力和可靠性、扩大根据时间而变化幅度大的可再生能源的引入、移动体的能源再生等能源整体上的有效利重要的技术，对其发展潜力和社会贡献的需求逐渐增加。
为了微电网之类的半自主地区电力供给系统的供需平衡的调节以及适当分配风力发电或太阳能发电之类的可再生能源发电的不均匀输出，并且控制由于与现有电力系统之间的差异而发生的电压和频率变动等的影响，积极进行对二次电池的研究，在这种领域中，对二次电池的应用度的期待值升高。
特别是，对用于大容量蓄电的二次电池所要求的特性是能量存储密度必须高，作为适合这种特性的高容量和高效率的二次电池，最近氧化还原液流电池(RFB,redox flowbattery)备受瞩目。
氧化还原液流电池也与一般的二次电池同样地将通过充电过程输入的电能转换为化学能而存储，通过放电过程将已存储的化学能转换为电能而输出。但是，这种氧化还原液流电池中具有能量的电极活性物质以液态存在而不是固态，因此，在需要储存电极活性物质的罐方面与一般的二次电池不同。
在通常的氧化还原液流电池的情况下，设置与正极和负极连接且储存电解液的罐各一个。储存在罐中的电解液从罐排放到堆栈而在堆栈进行反应(充电或放电)，反应后再次循环回收到罐中，因此，在罐内形成电解液的浓度梯度。这样形成的浓度梯度通过自然扩散、对流或人为搅拌而快速消除。
但是，在将这样自然生成的电解液的浓度梯度不消除而利用的情况下，判断为能够得到可以改善整体电池的效率的效果，从而完成了本发明。
【现有技术文献】
【专利文献】
(专利文献0001)韩国公开专利公报第10-2017-0077720号
发明内容
本发明用于解决如上所述的问题，本发明的目的在于，提供一种利用自然形成的电解液的浓度梯度能够提高整体电池的效率的氧化还原液流电池及其操作方法。
本发明的上述目的以及其它目的和优点将通过说明优选实施例的下述说明而变得明确。
上述目的可以通过如下氧化还原液流电池实现，该氧化还原液流电池包含：正极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备用于形成被收容的正极电解液的浓度梯度的隔板；负极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备用于形成被收容的负极电解液的浓度梯度的隔板；以及堆栈部，其从正极电解液罐和负极电解液罐接收电解液而将电力进行存储(charge)和放电(discharge)。
这时，正极电解液罐所具备的隔板可以以水平方向设置，也可以为多个，优选多个隔板以水平方向设置，并且相邻的隔板结合于正极电解液罐的相反侧的一面。
另外，负极电解液罐所具备的隔板可以以水平方向设置，也可以为多个，优选多个隔板以水平方向设置，并且相邻的隔板结合于负极电解液罐的相反侧的一面。
另一方面，堆栈部包含至少一个电池单元，电池单元可以包含离子交换膜、将离子交换膜置于中间的正极、以及负极。
另外，还可以包含将正极电解液罐所收容的正极电解液传输至堆栈部的泵，还可以包含将负极电解液罐所收容的负极电解液传输至堆栈部的泵。
另外，上述目的可以通过如下氧化还原液流电池实现，该氧化还原液流电池包含：第一正极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备用于形成被收容的正极电解液的浓度梯度的隔板；第二正极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备用于形成被收容的正极电解液的浓度梯度的隔板；第一负极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备用于形成被收容的负极电解液的浓度梯度的隔板；第二负极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备用于形成被收容的负极电解液的浓度梯度的隔板；以及堆栈部，其从第一及第二正极电解液罐和第一及第二负极电解液罐接收电解液而将电力进行存储(charge)和放电(discharge)。
这时，第一及第二正极电解液罐所具备的隔板可以以水平方向设置，也可以为多个，优选多个隔板以水平方向设置，并且相邻的隔板分别在第一及第二正极电解液罐内结合于相反侧的一面。
另外，第一正极电解液罐和第二正极电解液罐可以由收容于内部的正极电解液可移动的连接管连接，连接管优选位于比第一正极电解液罐和第二正极电解液罐所具备的隔板高的位置。
另外，第一正极电解液罐和第二正极电解液罐可以具备与电解液流入口连接的延长管，以使得流入内部的正极电解液分别流入罐的下端部。
另外，第一及第二负极电解液罐所具备的隔板可以以水平方向设置，可以为多个，优选多个隔板以水平方向设置，并且相邻的隔板分别在第一及第二负极电解液罐内结合于相反侧的一面。
另外，第一负极电解液罐和第二负极电解液罐可以由收容于内部的负极电解液可移动的连接管连接，连接管优选位于比第一负极电解液罐和第二负极电解液罐所具备的隔板高的位置。
另外，第一负极电解液罐和第二负极电解液罐可以具备与电解液流入口连接的延长管，以使得流入内部的负极电解液分别流入罐的下端部。
另一方面，堆栈部包含至少一个电池单元，电池单元可以包含离子交换膜、将离子交换膜置于中间的正极、以及负极。
另外，可以包含将第一及第二正极电解液罐所收容的正极电解液传输至堆栈部的泵，并且可以包含将第一及第二负极电解液罐所收容的负极电解液传输至堆栈部的泵。
另外，还可以包含控制部，其对设置于分别与第一及第二正极电解液罐和第一及第二负极电解液罐连接的电解液流路并可调节流路的开闭的阀进行控制。
上述目的可以通过如下氧化还原液流电池实现，该氧化还原液流电池包含：正极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备为了形成被收容的正极电解液的浓度梯度而以垂直方向设置的间隔壁；负极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备为了形成被收容的负极电解液的浓度梯度而以垂直方向设置的间隔壁；以及堆栈部，其从正极电解液罐和负极电解液罐接收电解液而将电力进行存储(charge)和放电(discharge)。
这时，优选为，正极电解液罐所具备的间隔壁可以为多个，相邻的间隔壁结合于正极电解液罐的相反面。
另外，优选为，负极电解液罐所具备的间隔壁可以为多个，相邻的间隔壁结合于负极电解液罐的相反面。
另外，堆栈部包含至少一个电池单元，电池单元可以包含离子交换膜、将离子交换膜置于中间的正极、以及负极。
另外，还可以包含将正极电解液罐所收容的正极电解液传输至堆栈部的泵；和/或将负极电解液罐所收容的负极电解液传输至堆栈部的泵。
另外，上述目的可以通过如下氧化还原液流电池实现，该氧化还原液流电池包含：第一正极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备为了形成被收容的正极电解液的浓度梯度而以垂直方向设置的间隔壁；第二正极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备为了形成被收容的正极电解液的浓度梯度而以垂直方向设置的间隔壁；第一负极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备为了形成被收容的负极电解液的浓度梯度而以垂直方向设置的间隔壁；第二负极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备为了形成被收容的负极电解液的浓度梯度而以垂直方向设置的间隔壁；以及堆栈部，从第一及第二正极电解液罐和第一及第二负极电解液罐接收电解液而将电力进行存储(charge)和放电(discharge)。
这时，优选第一及第二正极电解液罐所具备的间隔壁可以为多个，并且相邻的间隔壁分别在第一及第二正极电解液罐内结合于相反面。
另外，第一正极电解液罐和第二正极电解液罐可以由收容于内部的正极电解液可移动的连接管连接，还可以具备与电解液流入口连接的延长管，以使得向内部流入的正极电解液分别向罐的下端部流入。
另外，优选第一及第二负极电解液罐所具备的间隔壁可以为多个，并且相邻的间隔壁分别在第一及第二负极电解液罐内结合于相反面。
另外，第一负极电解液罐和第二负极电解液罐可以由收容于内部的负极电解液可移动的连接管连接，还可以具备与电解液流入口连接的延长管，以使得流入内部的负极电解液分别流入罐的下端部。
另外，堆栈部包含至少一个电池单元，电池单元可以包含离子交换膜、将离子交换膜置于中间的正极、以及负极。
另外，可以包含将第一及第二正极电解液罐所收容的正极电解液传输至堆栈部的泵；和/或将第一及第二负极电解液罐所收容的负极电解液传输至堆栈部的泵。
另外，还可以包含控制部，其对设置于分别与第一及第二正极电解液罐和第一及第二负极电解液罐连接的电解液流路并可调节流路的开闭的阀进行控制。
根据本发明，通过具备在罐内的隔板，延长电解液的移动路径，使在罐内形成电解液的浓度梯度，将反应物的浓度更高的电解液传输至堆栈部，从而能够具有可以减少堆栈部中的过电位(overpotential)的效果。
特别是，通过以垂直方向设置的间隔壁，氧化还原液流电池闲置时也能够阻断电解液循环而能够维持电解液浓度梯度，在氧化还原液流电池驱动过程中流量增加时，电解液能够超过间隔壁而进行流动，因此能够防止在窄流路中由于流速增加而发生的压力下降现象。
进而，由此能够以更大的电流发生充电或放电，并且能够增加电压效率，最终能够获得可增加整体电池的效率的效果。
但是，本发明的效果并不限定于以上提及的效果，关于没有被提及的另外多个效果，本领域技术人员可以基于下述记载明确理解。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的一实施例所涉及的氧化还原液流电池的图。
图2是示意性地表示本发明的一实施例所涉及的氧化还原液流电池的图。
图3是示意性的表示本发明的一实施例所涉及的氧化还原液流电池的图。
图4是示意性地表示图3的氧化还原液流电池的充电过程的图。
图5是示意性地表示图3的氧化还原液流电池的放电过程的图。
图6是对不具备隔板的现有的钒氧化还原液流电池和具备隔板的本发明的一实施例所涉及的钒氧化还原液流电池(实施例1)的电压和剩余电量(SoC,state of charge)进行比较而表示的图表。
图7是放大表示图6的充电结束时刻的图表。
图8是放大表示图6的放电结束时刻的图表。
图9是示意性地表示本发明的一实施例所涉及的氧化还原液流电池的图。
图10是示意性地表示本发明的一实施例所涉及的氧化还原液流电池的图。
图11是示意性地表示本发明的一实施例所涉及的氧化还原液流电池的图。
图12是示意性地表示图11的氧化还原液流电池的充电过程的图。
图13是示意性地表示图11的氧化还原液流电池的放电过程的图。
图14是表示实施例2至5和比较例的根据堆栈过电压减少而能量效率增加的图表。
图15是表示实施例2至5的系统效率上升效果的图表。
符号说明
10：正极电解液罐
10a：第一正极电解液罐
10b：第二正极电解液罐
11、11a、11b：电解液流入口
12、12a、12b：电解液流出口
13、13a、13b：隔板
14、14a、14b：电解液流入口阀
15、15a、15b：电解液流出口阀
16：连接管
17a、17b：延长管
20：负极电解液罐
20a：第一负极电解液罐
20b：第二负极电解液罐
21、21a、21b：电解液流入口
22、22a、22b：电解液流出口
23、23a、23b：隔板
24、24a、24b：电解液流入口阀
25、25a、25b：电解液流出口阀
26：连接管
27a、27b：延长管
30：堆栈部
31：离子交换膜
32：正极
33：负极
40a、40b：泵
50：控制部
110：正极电解液罐
110a：第一正极电解液罐
110b：第二正极电解液罐
111、111a、111b、111c、111d：电解液流入口
112、112a、112b、112c、112d：电解液流出口
113、113a、113b：间隔壁
114、114a、114b、114c、114d：电解液流入口阀
115、115a、115b、115c、115d：电解液流出口阀
116：连接管
117a、117b：延长管
120：负极电解液罐
120a：第一负极电解液罐
120b：第二负极电解液罐
121、121a、121b、121c、121d：电解液流入口
122、122a、122b、122c、122d：电解液流出口
123、123a、123b：间隔壁
124、124a、124b、124c、124d：电解液流入口阀
125、125a、125b、125c、125d：电解液流出口阀
126：连接管
127a、127b：延长管
130：堆栈部
131：离子交换膜
132：正极
133：负极
140a、140b：泵
150：控制部
具体实施方式
下面，参考本发明的实施例和附图对本发明详细地进行说明。这些实施例只不过是为了更具体说明本发明而例示性地提示，本发明的范围并不限定于这些实施例，对于本领域中具有常规知识的人员是显而易见的。
另外，如果没有其他说明，本说明书中使用的全部技术性和化学性用语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义，并且在相互矛盾的情况下，将优先考虑包含定义的本说明书的记载。
为了清楚地说明附图中提示的发明，省略了与说明书无关的部分，并且在整个说明书中相同的部分用相同的附图标记表示。而且，当指出某一部分“包含”某一构成要素时，只要没有特别相反的记载，则意味着可以进一步包含其他构成要素，而不是将其他构成要素排除。此外，说明书中叙述的“部”是指实施特定功能的一个单位或块。
在各个步骤中，识别符号(第一、第二等)只是为了方便说明而是用的，识别符号并不是指各个步骤的顺序，各个步骤只要在文中没有明确记载特定顺序，则可以以与记载的顺序不同地方式实施。即，各个步骤可以与记载的顺序同样地实施，也可以实质上同时实施，还可以以相反的顺序实施。
本说明书中液流电池可以为包含公知的各种活性物质的液流电池。这里为了方便说明，举出钒液流电池进行说明，但并不限定于此。
图1是示意性地表示本发明的一实施例所涉及的氧化还原液流电池的图。参考图1进行说明，本发明的一实施例所涉及的氧化还原液流电池包含：正极电解液罐10，其在上端具备电解液流入口11，下端具备电解液流出口12，内部具备用于形成被收容的正极电解液的浓度梯度的隔板13；负极电解液罐20，其上端具备电解液流入口21，下端具备电解液流出口22，内部具备用于形成被收容的负极电解液的浓度梯度的隔板23；以及堆栈部30，其从正极电解液罐10和负极电解液罐20接收电解液并将电力进行存储(charge)和放电(discharge)。本发明通过罐内具备的隔板13使电解液的移动路径延长而在罐内形成电解液的浓度梯度，在充电或放电过程中将反应物的浓度更高的电解液传输至堆栈部30，从而能够得到可减少堆栈部30中的过电位(overpotential)的效果。由此，可以具有如下效果，即，能够以更大的电流发生充电或放电，能够增加电压效率，最终能够增加整体电池的效率的效果。
正极电解液罐10在内部收容正极电解液，可以形成为圆筒形等多种形态。上端具备电解液流入口11而流入正极电解液，下端具备电解液流出口12而流出被收容的正极电解液。电解液流入口11的前端和电解液流出口12的后端可以分别设置可调节流路的开闭的阀14、15。为了形成流入的正极电解液的浓度梯度，正极电解液罐10内部可以具备隔板13。即，隔板13可以对正极电解液的流动路径进行控制，以使得在正极电解液罐10内部从流入口11流入的正极电解液直至流出流出口12为止能够形成电解液浓度梯度。隔板13只要能够控制正极电解液的流动路径，则可以以任何形态制造，作为一个例子，可以为板形。此外，优选隔板13以水平方向(以图1为基准)形成，以使得正极电解液的流动顺利，隔板13也可以形成多个。这时，优选隔板13以水平方向形成，并且相邻的隔板13以正极电解液罐10的垂直截面为基准彼此结合于正极电解液罐10的相反侧的一面(参考图1)，以使得正极电解液的流动顺利且使流动路径最长(之字形流动)，从而使正极电解液的浓度梯度能够较大地形成。
负极电解液罐20在内部收容负极电解液，可以形成为圆筒型等多种形态。上端具备电解液流入口21而流入负极电解液，下端具备电解液流出口22而流出被收容的负极电解液。电解液流入口21的前端和电解液流出口22的后端可以分别设置可调节流路的开闭的阀24、25。为了形成流入的负极电解液的浓度梯度，负极电解液罐20内部可以具备隔板23。即，隔板23可以对负极电解液的流动路径进行控制，以使得在负极电解液罐20内部从流入口21流入的负极电解液直至流出流出口22为止能够形成电解液浓度梯度。隔板23只要能够控制负极电解液的流动路径，则可以以任何形态制造，作为一个例子，可以为板形。此外，优选隔板23以水平方向(以图1为基准)形成，以使得负极电解液的流动顺利，隔板23也可以形成多个。这时，优选隔板23以水平方向形成，并且相邻的隔板23以负极电解液罐20的垂直截面为基准彼此结合于负极电解液罐20的相反侧的一面(参考图1)，以使得负极电解液的流动顺利且使流动路径最长(之字形流动)，从而使负极电解液的浓度梯度能够较大地形成。
堆栈部30可以包含一个或多个电池单元。电池单元可以包含离子交换膜31和将离子交换膜31置于中间的正极32和负极33。正极32和负极33可以由公知的多种物质制造，作为一个例子，可以由石墨制造。离子交换膜31优选使用离子选择透过性高、电阻小、溶质和溶剂的扩散系数小、化学稳定、机械强度优异、经济的离子交换膜。一般情况下，可以使用Nafion(杜邦)、CMV、AMV、DMV(旭硝子玻璃)等。但是，在钒系氧化还原液流电池的情况下，作为电解质，使用混合过渡金属元素与强酸而成的活性物质，因此需要高耐酸性、抗氧化性、选择透过性优异的膜，当将Nafion膜适用于钒系电池的情况下，由于钒离子的透过而能量效率降低，在CMV膜的情况下，具有寿命特性降低的缺点。因此，为了改善这种缺点，可以适用利用了在强酸气氛和高温区域中机械特性优异的工程塑料高分子的离子交换膜，例如，可以使用PEEK(聚醚醚酮，polye ther ether ketone)、Psf(聚砜，polysulfone)、PBI(聚苯并咪唑，polybe nzimidazole)等。
另外，还可以包含泵40a、40b，其用于分别将收容于正极电解液罐10中的正极电解液和收容于负极电解液罐20中的负极电解液传输至堆栈部30。
图2是示意性地表示本发明的一实施例所涉及的氧化还原液流电池的图。参考图2进行说明，本发明的一实施例所涉及的氧化还原液流电池包含：第一正极电解液罐10a，其上端具备电解液流入口11a，下端具备电解液流出口12a，内部具备用于形成被收容的正极电解液的浓度梯度的隔板13a；第二正极电解液罐10b，其上端具备电解液流入口11b，下端具备电解液流出口12b，内部具备用于形成被收容的正极电解液的浓度梯度的隔板13b；第一负极电解液罐20a，其上端具备电解液流入口21a，下端具备电解液流出口22a，内部具备用于形成被收容的负极电解液的浓度梯度的隔板23a；第二负极电解液罐20b，其上端具备电解液流入口21b，下端具备电解液流出口22b，内部具备用于形成被收容的负极电解液的浓度梯度的隔板23b；以及堆栈部30，其从第一及第二正极电解液罐10a、10b和第一及第二负极电解液罐20a、20b接收电解液而将电力进行存储(cha rge)和放电(discharge)。本发明具备多个正极电解液罐10a、10b和负极电解液罐20a、20b，通过罐内具备的隔板13a、13b、23a、23b延长电解液的移动路径而在罐内形成电解液的浓度梯度，在充电或放电过程中，通过将反应物的浓度更高的电解液传输至堆栈部30，从而具有能够减少堆栈部中的过电位(overpotential)的效果。由此，可以具有如下效果，即，能够以更大电流发生充电或放电，能够增加电压效率，最终能够增加整体电池的效率。
第一正极电解液罐10a在内部收容正极电解液，可以形成为圆筒形等多种形态。上端具备电解液流入口11a而可以流入正极电解液，下端具备电解液流出口12a而可以流出被收容的正极电解液。电解液流入口11a的前端和电解液流出口12a的后端可以分别设置可调节流路的开闭的阀14a、15a。为了形成流入的正极电解液的浓度梯度，第一正极电解液罐10a内部可以具备隔板13a。即，隔板13a可以对正极电解液的流动路径进行控制，以使得在第一正极电解液罐10a内部直至正极电解液流出流出口12a为止能够形成电解液浓度梯度。隔板13a只要能够控制正极电解液的流动路径，则可以以任何形态制造，作为一个例子，可以为板形。此外，优选隔板13a以水平方向(以图2为基准)形成，以使得正极电解液的流动顺利，隔板13a也可以形成多个。这时，优选隔板13a以水平方向形成，并且相邻的隔板13a以第一正极电解液罐10a的垂直截面为基准彼此结合于第一正极电解液罐10a的相反侧的一面(参考图2)，以使得正极电解液的流动顺利且使流动路径最长(之字形流动)，从而使正极电解液的浓度梯度能够较大地形成。
第二正极电解液罐10b与第一正极电解液罐10a在结构上相同。因此，对于与上述重复的部分省略其说明，对第一正极电解液罐10a与第二正极电解液罐10b的连接关系等上述未说明的部分进行说明。
第一正极电解液罐10a与第二正极电解液罐10b可以通过连接管16连接，以使得收容于内部的正极电解液能够向两个方向移动。此外，第一正极电解液罐10a与第二正极电解液罐10b可以具备与电解液流入口11a、11b连接的延长管17a、17b，以使得分别通过电解液流入口11a、11b流入内部的正极电解液流入罐的下端部。这时，流入下部的正极电解液通过连接管16移动到相邻罐后流出(例如，流入第一正极电解液罐10a后，向第二正极电解液罐10b流出)时，优选连接管16位于比具备在第一正极电解液罐10a与第二正极电解液罐10b中的隔板(多个的情况下，指最高的隔板)13a、13b高的位置，以使得正极电解液具有最长的移动路径而能够形成较大的浓度梯度。
第一负极电解液罐20a在内部收容负极电解液，可以形成为圆筒形等多种形态。上端具备电解液流入口21a而可以流入负极电解液，下端具备电解液流出口22a而可以流出被收容的负极电解液。电解液流入口21a的前端和电解液流出口22a的后端可以分别设置可调节流路的开闭的阀24a、25a。为了形成流入的负极电解液的浓度梯度，第一负极电解液罐20a内部可以具备隔板23a。即，隔板23a可以对负极电解液的流动路径进行控制，以使得在第一负极电解液罐20a内部直至负极电解液流出流出口22a为止能够形成电解液浓度梯度。隔板23a只要能够控制负极电解液的流动路径，则可以以任何形态制造，作为一个例子，可以为板形。此外，优选隔板23a以水平方向(以图2为基准)形成，以使得负极电解液的流动顺利，隔板23a也可以形成多个。这时，优选隔板23a以水平方向形成，并且相邻的隔板23a以第一负极电解液罐20a的垂直截面为基准彼此结合于第一负极电解液罐20a的相反侧的一面(参考图2)，以使得负极电解液的流动顺利且使流动路径最长(之字形流动)，从而使负极电解液的浓度梯度能够较大地形成。
第二负极电解液罐20b与第一负极电解液罐20a在结构上相同。因此，对于与上述的重复部分省略其说明，对第一负极电解液罐20a与第二负极电解液罐20b的连接关系等上述未说明的部分进行说明。
第一负极电解液罐20a与第二负极电解液罐20b可以通过连接管26连接，以使得收容于内部的负极电解液能够向两个方向移动。此外，第一负极电解液罐20a与第二负极电解液罐20b可以具备与电解液流入口21a、21b连接的延长管27a、27b，以使得分别通过电解液流入口21a、21b流入内部的负极电解液流入罐的下端部。这时，流入下部的负极电解液通过连接管26移动到邻接罐后流出(例如，流入第一负极电解液罐20a后，向第二负极电解液罐20b流出)时，优选连接管26位于比具备在第一负极电解液罐20a与第二负极电解液罐20a中的隔板(多个的情况下，指最高的隔板)23a、23b高的位置，以使得负极电解液具有最长的移动路径而能够形成较大的浓度梯度。
堆栈部30可以包含一个或多个电池单元。电池单元可以包含离子交换膜31和将离子交换膜31置于中间的正极32和负极33。正极32和负极33可以由公知的多种物质制造，作为一个例子，可以由石墨制造。离子交换膜31优选使用离子选择透过性高、电阻小、溶质和溶剂的扩散系数小、化学稳定、机械强度优异、经济的离子交换膜。一般情况下，可以使用Nafion(杜邦)、CMV、AMV、DMV(旭硝子玻璃)等。但是，在钒系氧化还原液流电池的情况下，作为电解质，使用混合过渡金属元素与强酸而成的活性物质，因此需要高耐酸性、抗氧化性、选择透过性优异的膜，当将Nafion膜适用于钒系电池的情况下，由于钒离子的透过而能量效率降低，在CMV膜的情况下，具有寿命特性降低的缺点。因此，为了改善这种缺点，可以适用利用了在强酸氛围和高温区域中机械特性优异的工程塑料高分子的离子交换膜，例如，可以使用PEEK(聚醚醚酮，polyether ether ketone)、Psf(聚砜，polysulfone)、PBI(聚苯并咪唑，polybenzimidazole)等。
另外，还可以包含泵40a、40b，其用于将收容于第一及第二正极电解液罐10a、10b中的正极电解液和收容于第一及第二负极电解液罐20a、20b中的负极电解液分别传输至堆栈部30。
图3是示意性地表示本发明的一实施例所涉及的氧化还原液流电池的图。参考图3进行说明，本发明的一实施例所涉及的氧化还原液流电池在图2所示的氧化还原液流电池中还可以包含控制部50。控制部50能够对设置于分别与第一及第二正极电解液罐10a、10b和第一及第二负极电解液罐20a、20b连接的电解液流路并可调节流路的开闭的阀14a、14b、15a、15b、24a、24b、25a、25b进行控制。图4和图5是分别示意性地表示图3的氧化还原液流电池的充电和放电过程的图，参考图4和图5对控制部50具体说明。对于除了控制部50以外的构成，上述有说明，在此省略其说明。
通过图4首先对钒系氧化还原液流电池被充电的过程进行说明。当发生充电时，在正极V4+离子被氧化为V5+离子，在负极V3+离子被还原为V2+离子。在设定成第一正极电解液罐10a收容V4+离子丰富的正极电解液、第二正极电解液罐10b收容V5+离子丰富的正极电解液、第一负极电解液罐20a收容V2+离子丰富的负极电解液、第二负极电解液罐20b收容V3+离子丰富的负极电解液的方式设定的状态下，控制部50关闭第二正极电解液罐10b的流出阀15b和第一负极电解液罐20a的流出阀25a，打开第一正极电解液罐10a的流出阀15a和第二负极电解液罐20b的流出阀25b，使V4+离子丰富的正极电解液和V3+离子丰富的负极电解液移动到堆栈部30。当堆栈部30中发生充电过程时，正极电解液和负极电解液分别转变成V5+离子和V2+离子丰富的状态，控制部50关闭第一正极电解液罐10a的流入阀14a和第二负极电解液罐20b的流入阀24b，打开第二正极电解液罐10b的流入阀14b和第一负极电解液罐10a的流入阀24a而使V5+离子和V2+离子丰富的电解液分别流入第二正极电解液罐10b和第一负极电解液罐20a。只对正极电解液罐10a、10b进行说明时，V5+离子丰富的正极电解液流入第二正极电解液罐10b，第一正极电解液罐10a中依然收容有V4+离子丰富的正极电解液，在充电过程中V4+离子丰富的正极电解液可以继续流入堆栈部30。基于相同理由，V2+离子丰富的负极电解液流入第一负极电解液罐20a，第二负极电解液罐20b中依然收容V3+离子丰富的负极电解液，在充电过程中V3+离子丰富的负极电解液可以继续流入堆栈部30，因此，与使用单一罐或没有隔板的罐的情况相比，可以在较低的OCV(开路电压，Open Circuit Voltage)下进行充电。
其次，通过图5对放电的过程进行说明。当发生放电时，在正极V5+离子被还原成V4+离子，在负极V2+离子被氧化成V3+离子。在设定成第一正极电解液罐10a收容V4+离子丰富的正极电解液、第二正极电解液罐10b收容V5+离子丰富的正极电解液、第一负极电解液罐20a收容V2+离子丰富的负极电解液、第二负极电解液罐20b收容V3+离子丰富的负极电解液的情况下，控制部50关闭第一正极电解液罐10a的流出阀15a和第二负极电解液罐20b的流出阀25b，打开第二正极电解液罐10b的流出阀15b和第一负极电解液罐20a的流出阀25a，使V5+离子丰富的正极电解液和V2+离子丰富的负极电解液向堆栈部30移动。当在堆栈部30发生放电过程时，正极电解液和负极电解液分别转变成V4+离子和V3+离子丰富的状态，控制部50关闭第二正极电解液罐10b的流入阀14b和第一负极电解液罐20a的流入阀24a，打开第一正极电解液罐10a的流入阀14a和第二负极电解液罐20b的流入阀24b，分别使V4+离子和V3+离子丰富的电解液流入第一正极电解液罐10a和第二负极电解液罐20b中。只对正极电解液罐10a、10b进行说明时，V4+离子丰富的正极电解液流入第一正极电解液罐10a而第二正极电解液罐10b中依然被收容V5+离子丰富的正极电解液，在放电过程中V5+离子丰富的正极电解液可以继续流入堆栈部30中。基于相同理由，V3+离子丰富的负极电解液流入第二负极电解液罐20b而第一负极电解液罐20a中依然收容V2+离子丰富的负极电解液，在放电过程中V2+离子丰富的负极电解液可以继续流入堆栈部30，因此，与使用单一罐或没有隔板的罐的情况相比，可以在较高的OCV(开路电压，Open Circuit Voltage)下进行放电。
结果，形成电解液的浓度梯度，从而与现有的氧化还原液流电池的OCV相比，充电时可以以更低的电压利用，放电时可以以更高的电压利用，可以延迟到达电压上限或下限的时间，由此可以具有能够以更大的电力更久地运转的效果(提高电池效率)。
图9是示意性地表示本发明的一实施例所涉及的氧化还原液流电池的图。参考图9进行说明，本发明的一实施例所涉及的氧化还原液流电池包括：正极电解液罐110，其上端具备电解液流入口111a、111b，下端具备电解液流出口112a、112b，内部具备为了形成被收容的正极电解液的浓度梯度而以垂直方向设置的间隔壁113；负极电解液罐120，其上端具备电解液流入口121a、121b，下端具备电解液流出口122a、122b，内部具备为了形成被收容的负极电解液的浓度梯度而以垂直方向设置的间隔壁123；以及堆栈部130，其从正极电解液罐110和负极电解液罐120接收电解液而将电力进行存储(charge)和放电(discharge)。本发明通过具备在罐内的间隔壁113使电解液的移动路径延长，从而在罐内形成电解液的浓度梯度，在充电或放电过程中通过将反应物的浓度更高的电解液传输至堆栈部130，从而能够具有可减少在堆栈部130中的过电位(overpotential)的效果。特别是，通过以垂直方向设置的间隔壁，在氧化还原液流电池闲置时也能够阻断电解液循环而能够维持电解液浓度梯度，在氧化还原液流电池驱动过程中流量增加时，电解液能够超过间隔壁而进行流动，因此能够防止在窄流路中由于流速增加而发生的压力下降现象。由此能够以更大的电流发生充电或放电，并且能够增加电压效率，最终能够得到可增加整体电池的效率的效果。
正极电解液罐110在内部收容正极电解液，可以形成为各种形态。上端具备电解液流入口111a、111b而流入正极电解液，下端具备电解液流出口112a、112b而流出被收容的正极电解液。电解液流入口111a、111b的前端和电解液流出口112a、112b的后端可以分别设置可调节流路的开闭的阀114a、114b、115a、115b。为了形成流入的正极电解液的浓度梯度，正极电解液罐110内部可以具备间隔壁113。即，间隔壁113可以对正极电解液的流动路径进行控制，以使得在正极电解液罐110内部从流入口111流入的正极电解液直至流出流出口112为止能够形成电解液浓度梯度。间隔壁113只要能够控制正极电解液的流动路径，则可以以任何形态制造，作为一个例子，可以为板形。此外，优选间隔壁113以垂直方向(以
图9为基准纵向)形成，以使得正极电解液的流动顺利，间隔壁113也可以形成为多个。这时，优选间隔壁113以垂直方向形成，并且相邻的间隔壁113以正极电解液罐110的横向截面为基准彼此结合于正极电解液罐110的相反侧的一面(参考图9)，以使得正极电解液的流动顺利且使流动路径最长(之字形流动)，从而使正极电解液的浓度梯度能够较大地形成。
负极电解液罐120在内部收容负极电解液，可以形成为各种形态。上端具备电解液流入口121a、121b而流入负极电解液，下端具备电解液流出口122a、122b而流出被收容的负极电解液。电解液流入口121a、121b的前端和电解液流出口122a、122b的后端可以分别设置有可调节流路的开闭的阀124a、124b、125a、125b。为了形成流入的负极电解液的浓度梯度，负极电解液罐120内部可以具备间隔壁123。即，间隔壁123可以对负极电解液的流动路径进行控制，以使得在负极电解液罐120内部从流入口121a、121b流入的负极电解液直至流出流出口122a、122b为止能够形成电解液浓度梯度。间隔壁123只要能够控制负极电解液的流动路径，则可以以任何形态制造，作为一个例子，可以为板形。此外，优选间隔壁123以垂直方向(以图9为基准纵向)形成，以使得负极电解液的流动顺利，间隔壁123也可以形成为多个。这时，优选间隔壁123以垂直方向形成，并且相邻的间隔壁123以负极电解液罐120的横向截面为基准彼此结合于负极电解液罐120的相反侧的一面(参考图9)，以使得负极电解液的流动顺利且使流动路径最长(之字形流动)，从而使负极电解液的浓度梯度能够较大地形成。
堆栈部130可以包含一个或多个电池单元。电池单元可以包含离子交换膜131和将离子交换膜131置于中间的正极132和负极133。正极132和负极133可以由公知的多种物质制造，作为一个例子，可以由石墨制造。离子交换膜131优选使用离子选择透过性高、电阻小、溶质和溶剂的扩散系数小、化学稳定、机械强度优异、经济的离子交换膜。一般情况下，可以使用Nafion(杜邦)、CMV、AMV、DMV(旭硝子玻璃)等。但是，在钒系氧化还原液流电池的情况下，作为电解质，使用混合过渡金属元素与强酸而成的活性物质，因此需要高耐酸性、抗氧化性、选择透过性优异的膜，当将Nafion膜适用于钒系电池的情况下，由于钒离子的透过而能量效率降低，在CMV膜的情况下，具有寿命特性降低的缺点。因此，为了改善这种缺点，可以适用利用了在强酸气氛和高温区域中机械特性优异的工程塑料高分子的离子交换膜，例如，可以使用PEEK(聚醚醚酮，polyether ether ketone)、Psf(聚砜，polysulfone)、PBI(聚苯并咪唑，polybenzimidazole)等。
另外，还可以包含泵140a、140b，其用于分别将收容于正极电解液罐110中的正极电解液和收容于负极电解液罐120中的负极电解液传输至堆栈部130。
图10是示意性地表示本发明的一实施例所涉及的氧化还原液流电池的图。参考图10进行说明，本发明的一实施例所涉及的氧化还原液流电池包含：第一正极电解液罐110a，其上端具备电解液流入口111a、111b，下端具备电解液流出口112a、112b，内部具备为了形成被收容的正极电解液的浓度梯度而以垂直方向设置的间隔壁113a；第二正极电解液罐110b，其上端具备电解液流入口111c、111d，下端具备电解液流出口112c、112d，内部具备用于形成被收容的正极电解液的浓度梯度的间隔壁113b；第一负极电解液罐120a，其上端具备电解液流入口121a、121b，下端具备电解液流出口122a、122b，内部具备为了形成被收容的负极电解液的浓度梯度而以垂直方向设置的间隔壁123a；第二负极电解液罐120b，其上端具备电解液流入口121c、121d，下端具备电解液流出口122c、122d，内部具备为了形成被收容的负极电解液的浓度梯度而以垂直方向设置的间隔壁123b；以及堆栈部130，其从第一及第二正极电解液罐110a、110b和第一及第二负极电解液罐120a、120b接收电解液而将电力进行存储(charge)和放电(discharge)。本发明具备多个正极电解液罐110a、110b和负极电解液罐120a、120b，通过罐内具备的间隔壁113a、113b、123a、123b延长电解液的移动路径而在罐内形成电解液的浓度梯度，在充电或放电过程中，通过将反应物的浓度更高的电解液传输至堆栈部130，从而具有能够减少堆栈部中的过电位(overpotential)的效果。由此，可以具有如下效果，即，能够以更大的电流发生充电或放电，能够增加电压效率，最终能够增加整体电池的效率。
第一正极电解液罐110a在内部收容正极电解液，可以形成为各种形态。上端具备电解液流入口111a、111b而可以流入正极电解液，下端具备电解液流出口112a、112b而可以流出被收容的正极电解液。电解液流入口111a、111b的前端和电解液流出口112a、112b的后端可以分别设置可调节流路的开闭的阀114a、114b、115a、115b。为了形成流入的正极电解液的浓度梯度，第一正极电解液罐110a内部可具备间隔壁113a。即，间隔壁113a能够对正极电解液的流动路径进行控制，以使得在第一正极电解液罐110a内部直至正极电解液流出流出口112a、112b为止能够形成电解液浓度梯度。间隔壁113a只要能够控制正极电解液的流动路径，则可以以任何形态制造，作为一个例子，可以为板形。此外，优选间隔壁113a以垂直方向(以图10为基准纵向)形成，以使得正极电解液的流动顺利，间隔壁113a也可以形成多个。这时，优选间隔壁113a以垂直方向形成，并且相邻的间隔壁113a以第一正极电解液罐110a的横向截面为基准彼此结合于第一正极电解液罐110a的相反侧的一面(参考图10)，以使得正极电解液的流动顺利且流动路径最长(之字形流动)，从而使正极电解液的浓度梯度能够较大地形成，。
第二正极电解液罐110b与第一正极电解液罐110a在结构上相同。因此，对于上述重复的部分省略其说明，对第一正极电解液罐110a与第二正极电解液罐110b的连接关系等上述未说明的部分进行说明。
第一正极电解液罐110a与第二正极电解液罐110b可以通过连接管116连接，以使得收容于内部的正极电解液能够向两个方向移动。此外，第一正极电解液罐110a和第二正极电解液罐110b可以具备与电解液流入口111a、111b、111c、111d连接的延长管117a、117b，以使得分别通过电解液流入口111a、111b、111c、111d流入内部的正极电解液流入罐的下端部。这时，流入下部的正极电解液通过连接管116移动到邻接罐后流出(例如，流入第一正极电解液罐110a后，向第二正极电解液罐110b流出)时，优选正极电解液具有最长的移动路径而能够形成较大浓度梯度。
第一负极电解液罐120a在内部收容负极电解液，可以形成为多种形态。上端具备电解液流入口121a、121b而可以流入负极电解液，下端具备电解液流出口122a、122b而可以流出被收容的负极电解液。电解液流入口121a、121b的前端和电解液流出口122a、122b的后端可以分别设置可调节流路的开闭的阀124a、124b、125a、125b。为了形成流入的负极电解液的浓度梯度，第一负极电解液罐120a内部可以具备间隔壁123a。即，间隔壁123a能够对负极电解液的流动路径进行控制，以使得在第一负极电解液罐120a内部直至负极电解液流出流出口122a、122b为止能够形成电解液浓度梯度。间隔壁123a只要能够控制负极电解液的流动路径，则可以以任何形态制造，作为一个例子，可以为板形。此外，优选间隔壁123a以垂直方向(以图10为基准纵向)形成，以使得负极电解液的流动顺利，间隔壁123a也可以形成多个。这时，优选间隔壁123a以垂直方向形成，并且相邻的间隔壁123a以第一负极电解液罐120a的横向截面为基准彼此结合于第一负极电解液罐120a的相反侧的一面(参考图10)，以使得负极电解液的流动顺利且使流动路径最长(之字形流动)，从而使负极电解液的浓度梯度能够较大地形成。
第二负极电解液罐120b与第一负极电解液罐120a在结构上相同。因此，对于上述的重复的部分省略其说明，对第一负极电解液罐120a与第二负极电解液罐120b的连接关系等上述未说明的部分进行说明。
第一负极电解液罐120a与第二负极电解液罐120b可以通过连接管126连接，以使得收容于内部的负极电解液能够向两个方向移动。此外，第一负极电解液罐120a与第二负极电解液罐120b可以具备与电解液流入口121a、121b、121c、121d连接的延长管127a、127b，以使得分别通过电解液流入口121a、121b、121c、121d流入内部的负极电解液流入罐的下端部。这时，流入下部的负极电解液通过连接管126移动到邻接罐后流出(例如，流入第一负极电解液罐120a后，向第二负极电解液罐120b流出)时，优选负极电解液具有最长的移动路径而能够形成较大的浓度梯度。
堆栈部130可以包含一个或多个电池单元。电池单元可以包含离子交换膜131和将离子交换膜131置于中间的正极132和负极133。正极132和负极133可以由公知的多种物质制造，作为一个例子可以由石墨制造。离子交换膜131优选使用离子的选择透过性高、电阻小、溶质和溶剂的扩散系数小、化学稳定、机械强度优异、经济的离子交换膜。一般情况下，可以使用Nafion(杜邦)、CMV、AMV、DMV(旭硝子玻璃)等。但是，在钒系氧化还原液流电池的情况下，作为电解质，使用混合过渡金属元素与强酸而成的活性物质，因此需要高耐酸性、抗氧化性、选择透过性优异的膜，当将Nafion膜适用于钒系电池的情况下，由于钒离子的渗透而能量效率降低，在CMV膜的情况下，具有寿命特性降低的缺点。因此，为了改善这种缺点，可以适用利用了在强酸氛围和高温区域中机械特性优异的工程塑料高分子的离子交换膜，例如，可以使用PEEK(聚醚醚酮，polyether ether ketone)、Psf(聚砜，polysulfone)、PBI(聚苯并咪唑，polybenzimidazole)等。
另外，还可以包含泵140a、140b，其用于将收容于第一及第二正极电解液罐110a、110b中的正极电解液和收容于第一及第二负极电解液罐120a、120b中的负极电解液分别传输至堆栈部130。
图11是示意性地表示本发明的一实施例所涉及的氧化还原液流电池的图。参考图11进行说明，本发明的一实施例所涉及的氧化还原液流电池在图10所示的氧化还原液流电池中还可以包含控制部150。控制部150对设置于分别与第一及第二正极电解液罐110a、110b和第一及第二负极电解液罐120a、120b连接的电解液流路并可调节流路的开闭的阀114a、114b、114c、114d、115a、115b、115c、115d、124a、124b、124c、124d、125a、125b、125c、125d进行控制。图12和图13是分别示意性地表示图11的氧化还原液流电池的充电和放电过程的图，参考图12和图13对控制部150具体说明。对于除了控制部150以外的构成，上述有说明，在此省略其说明。
通过图12首先对钒系氧化还原液流电池被充电的过程进行说明。当发生充电时，在正极V4+离子被氧化为V5+离子，在负极V3+离子被还原为V2+离子。在设定成第一正极电解液罐110a收容V4+离子丰富的正极电解液、第二正极电解液罐110b收容V5+离子丰富的正极电解液、第一负极电解液罐120a收容V2+离子丰富的负极电解液、第二负极电解液罐120b收容V3+离子丰富的负极电解液的状态下，控制部150关闭第二正极电解液罐110b的流出阀115d和第一负极电解液罐120a的流出阀125a，打开第一正极电解液罐110a的流出阀115a和第二负极电解液罐120b的流出阀125d，使V4+离子丰富的正极电解液和V3+离子丰富的负极电解液移动到堆栈部130。当堆栈部130中发生充电过程时，正极电解液和负极电解液分别转变成V5+离子和V2+离子丰富的状态，控制部150关闭第一正极电解液罐110a的流入阀114a、114b和第二负极电解液罐120b的流入阀124c、124d，打开第二正极电解液罐110b的流入阀114d和第一负极电解液罐120a的流入阀124a(关闭114c和124b)而使V5+离子和V2+离子丰富的电解液分别流入第二正极电解液罐110b和第一负极电解液罐120a。只对正极电解液罐110a、110b进行说明时，V5+离子丰富的正极电解液流入第二正极电解液罐110b，第一正极电解液罐110a中依然收容有V4+离子丰富的正极电解液，在充电过程中V4+离子丰富的正极电解液可以继续流入堆栈部130。基于相同理由，V2+离子丰富的负极电解液流入第一负极电解液罐120a，第二负极电解液罐120b中依然收容V3+离子丰富的负极电解液，在充电过程中V3+离子丰富的负极电解液可以继续流入堆栈部130，因此，与使用单一罐或没有间隔壁的罐的情况相比，可以在较低的OCV(开路电压，Open Circuit Voltage)下进行充电。
其次，通过图13对放电的过程进行说明。当发生放电时，在正极V5+离子还原为V4+离子，在负极V2+离子氧化为V3+离子。在设定成第一正极电解液罐110a收容V4+离子丰富的正极电解液、第二正极电解液罐110b收容V5+离子丰富的正极电解液、第一负极电解液罐120a收容V2+离子丰富的负极电解液、第二负极电解液罐120b收容V3+离子丰富的负极电解液的状态下，控制部150关闭第一正极电解液罐110a的流出阀115a和第二负极电解液罐120b的流出阀125d，打开第二正极电解液罐110b的流出阀115d和第一负极电解液罐120a的流出阀125a，使V5+离子丰富的正极电解液和V2+离子丰富的负极电解液能够移动到堆栈部130。当在堆栈部130发生放电过程时，正极电解液和负极电解液分别转变为V4+离子和V3+离子丰富的状态，控制部150关闭第二正极电解液罐110b的流入阀114c、114d和第一负极电解液罐120a的流入阀124a、124b，打开第一正极电解液罐110a的流入阀114a和第二负极电解液罐120b的流入阀124d(关闭114b和124c)，分别使V4+离子和V3+离子丰富的电解液流入第一正极电解液罐110a和第二负极电解液罐120b。只对正极电解液罐110a、110b说明时，V4+离子丰富的正极电解液流入第一正极电解液罐110a而第二正极电解液罐110b中依然被收容有V5+离子丰富的正极电解液，在放电过程中V5+离子丰富的正极电解液可以继续流入堆栈部130。基于相同理由，V3+离子丰富的负极电解液流入第二负极电解液罐120b而第一负极电解液罐120a中依然收容有V2+离子丰富的负极电解液，在放电过程中V2+离子丰富的负极电解液可以继续流入堆栈部130，因此，与使用单一罐或没有间隔壁的罐的情况相比，可以在较高的OCV(开路电压，Open Circuit Voltage)下进行放电。
结果，形成电解液的浓度梯度而与现有的氧化还原液流电池的OCV相比，充电时可以以更低的电压利用，放电时可以以更高的电压利用，可以延迟电压到达上限或下限的时间，由此可以具有能够以更大的电力更久地运转的效果(提高电池效率)。
下面，通过具体的实施例和比较例对本发明的构成和其效果更详细的进行说明。但是，本实施例用于更具体地说明本发明，本发明的范围并不限定于这些实施例。
[实施例1]
如图2所示，准备正极电解液罐和负极电解液罐各连接2个而具备并且在罐内部设置有隔板的钒系氧化还原液流电池。
[比较例1]
准备正极电解液罐和负极电解液罐由单一罐构成且不具备隔板的钒系氧化还原液流电池。
[实验例1]
对于形成有电解液的浓度梯度的实施例1和未形成电解液的浓度梯度的比较例1进行充电和放电的同时显示电压和剩余电量(SoC，state of charge)，测定过电位，将其结果示于图6。此外，分别放大充电结束时刻和放电结束时刻并示于图7和图8。图6至图8中，OCV(开路电压，Open Circuit Voltage)表示没有负荷时电池的电压，CCV(闭路电压，Closed Circuit Voltage)表示加载负荷的状态下电池的电压。
氧化还原液流电池为了防止过充电或过放电而设定有电压的上限或下限，当电压达到极限时电流减少而充电或放电结束，在实施例的情况下与比较例相比，过电位(overpotential)减少，由此具有DoD(Depth of Discharge(放电深度)，电池应用区域)增加的效果。即，在比较例1的情况下，DoD为86％(7～93％)，而在实施例1的情况下，增加至92％(4～96％)。
此外，随着过电位减少，充电时电压减少，放电时电压增加，由此电池的电压效率(放电电压/充电电压)增加，电池的能量效率(电压效率*库伦效率)增加。假设比较例1的电压效率为88％，库伦效率为95％时，电池的能量效率为83％，相反实施例1的过电位减少30％而电压效率上升至91％，能量效率增加至86％。
[实施例2～5]
如图9所示，准备了具备设置有垂直间隔壁的正极电解液罐和负极电解液罐的钒系氧化还原液流电池。将垂直间隔壁为1个的情况作为实施例2(2阶)，将垂直间隔壁为3个的情况作为实施例3(4阶)，将垂直间隔壁为7个的情况作为实施例4(8阶)，将垂直间隔壁为15个的情况作为实施例5(16阶)。(阶数越高电解液浓度梯度越大)。
[比较例2]
与实施例2～5相同，并且准备了不具备间隔壁的钒系氧化还原液流电池(1阶)(比较例2)。
[实验例2]
模拟测定实施例2至5和比较例2的系统效率。系统效率定义为充电的能量与放电的能量之比。这时，能量在充放电时可以定义为[平均电压×平均电流×时间]，特别是在计算放电能量时反应泵等BOP的消耗动力(寄生损失(Parasite Loss))，系统效率可以通过下述的数学式1计算。此外，根据实验例的结果示于图14和图15。
[数学式1]
Figure BDA0001961552710000231
通过模拟结果可以确认，能够得到ⅰ)堆栈过电压减少，ⅱ)泵消耗动力减少的效果。当堆栈过电压减少时放电时所需的电流减少，与过电压成反比的电压效率增加，DC-DC效率一起增加(参考图14和下述表1)。
[表1]
区分 电压效率 效率变化量
比较例2(1阶) 86.23％ -
实施例2(2阶) 87.66％ 1.44％
实施例3(4阶) 88.53％ 2.30％
实施例4(8阶) 89.17％ 2.95％
实施例5(16阶) 89.58％ 3.35％
另外，在运转VRFB时，就在充放电刚要结束之前反应物的浓度变低而需要多的流量或转换为CV模式(参考下述表2)，可以适用本设计使该瞬间延迟，由此电解液需要流量降低，泵消耗动力减少，结果能够减少系统的寄生损失(Parasitic Loss)，结果可以获得系统效率增加的效果。
[表2]充放电结束时最高要求流量比较
区分 最高要求流量(L/min)
比较例2(1阶) 678
实施例2(2阶) 563
实施例3(4阶) 514
实施例4(8阶) 487
实施例5(16阶) 607
另外，如图15中可以看出，级联(Cascading)程度过度增加的情况下，电解液流路复杂，反而泵的负担变大，在堆栈出口(Outlet)的电解液浓度变得过高，反应热积蓄而可能会析出钒。
结果，通过模拟可以确认ⅰ)基于高浓度进给(Feed)流入的OCV增加及过电压减少，ⅱ)基于相同输出的施加电流量减少，ⅲ)基于过电压减少的电池发热量减少，ⅳ)基于电解液供给基准减少的泵消耗动力减少效果，最终确认相对于如比较例等一般VRFB结构，最大可以提高4％系统效率。
本说明书中本发明的发明人实施的多种实施例中只举出几个例进行说明，但本发明的技术思想并不限定于此，当然本领域技术人员能够对其进行变形而以多种方式实施。

Claims (5)

1.一种氧化还原液流电池，其特征在于，包含：
第一正极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备用于形成被收容的正极电解液的浓度梯度的隔板；
第二正极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备用于形成被收容的正极电解液的浓度梯度的隔板；
第一负极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备用于形成被收容的负极电解液的浓度梯度的隔板；
第二负极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备用于形成被收容的负极电解液的浓度梯度的隔板；以及
堆栈部，其从第一及第二正极电解液罐和第一及第二负极电解液罐接收电解液而将电力进行存储和放电，
其中，所述第一正极电解液罐和所述第二正极电解液罐由第一连接管连接，被收容的正极电解液能够移动穿过所述第一连接管，并且
所述第一负极电解液罐和所述第二负极电解液罐由第二连接管连接，被收容的负极电解液能够移动穿过所述第二连接管。
2.根据权利要求1所述的氧化还原液流电池，其特征在于，第一及第二正极电解液罐所具备的隔板以水平方向设置。
3.根据权利要求1所述的氧化还原液流电池，其特征在于，第一及第二负极电解液罐所具备的隔板以水平方向设置。
4.一种氧化还原液流电池，其特征在于，包含：
第一正极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备为了形成被收容的正极电解液的浓度梯度而以垂直方向设置的间隔壁；
第二正极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备为了形成被收容的正极电解液的浓度梯度而以垂直方向设置的间隔壁；
第一负极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备为了形成被收容的负极电解液的浓度梯度而以垂直方向设置的间隔壁；
第二负极电解液罐，其上端具备电解液流入口，下端具备电解液流出口，内部具备为了形成被收容的负极电解液的浓度梯度而以垂直方向设置的间隔壁；以及
堆栈部，其从第一及第二正极电解液罐和第一及第二负极电解液罐接收电解液而将电力进行存储和放电，
其中，所述第一正极电解液罐和所述第二正极电解液罐由第一连接管连接，被收容的正极电解液能够移动穿过所述第一连接管，并且
所述第一负极电解液罐和所述第二负极电解液罐由第二连接管连接，被收容的负极电解液能够移动穿过所述第二连接管。
5.根据权利要求4所述的氧化还原液流电池，其特征在于，第一及第二正极电解液罐所具备的间隔壁和第一及第二负极电解液罐所具备的间隔壁为多个。
CN201910085220.1A 2018-03-20 2019-01-29 利用电解液浓度梯度的氧化还原液流电池及其操作方法 Active CN110311157B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2018-0031882 2018-03-20
KR1020180031882A KR102031981B1 (ko) 2018-03-20 2018-03-20 전해액 농도 구배를 이용한 산화 환원 흐름전지 및 그 운전방법
KR10-2018-0158791 2018-12-11
KR1020180158791A KR102192924B1 (ko) 2018-12-11 2018-12-11 전해액 농도 구배를 이용한 산화 환원 흐름전지 및 그 운전방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110311157A CN110311157A (zh) 2019-10-08
CN110311157B true CN110311157B (zh) 2022-08-09

Family

ID=67985809

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910085220.1A Active CN110311157B (zh) 2018-03-20 2019-01-29 利用电解液浓度梯度的氧化还原液流电池及其操作方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10886543B2 (zh)
CN (1) CN110311157B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114551915B (zh) * 2020-11-25 2023-10-03 中国科学院大连化学物理研究所 一种锌溴单液流电池运行策略

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH044569A (ja) * 1990-04-19 1992-01-09 Sumitomo Electric Ind Ltd 電解液貯蔵タンク
US9227781B1 (en) * 2013-06-26 2016-01-05 Ashlawn Energy, LLC Storage tanks using super ellipse geometries

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2649700B2 (ja) * 1988-06-03 1997-09-03 関西電力株式会社 レドックスフロー電池の電解液再生装置
JP2001216995A (ja) 2000-02-02 2001-08-10 Sumitomo Electric Ind Ltd レドックスフロー電池用電解液タンク
WO2005028372A2 (en) * 2003-06-10 2005-03-31 The C & M Group, Llc Apparatus and process for mediated electrochemical oxidation of materials
CN102148388B (zh) 2010-02-10 2013-08-28 大连融科储能技术发展有限公司 一种氧化还原液流电池系统
US20120282501A1 (en) * 2010-09-08 2012-11-08 Primus Power Corporation Metal Electrode Assembly for Flow Batteries
US9490496B2 (en) * 2013-03-08 2016-11-08 Primus Power Corporation Reservoir for multiphase electrolyte flow control
KR101747491B1 (ko) 2014-06-02 2017-06-14 주식회사 엘지화학 플로우 배터리에 적용 가능한 전해액 저장부 및 이를 포함하는 바나듐 레독스 플로우 배터리
KR101760983B1 (ko) 2014-06-10 2017-07-24 주식회사 엘지화학 플로우 배터리 및 플로우 배터리의 전해액 혼합 방지 방법
KR101752890B1 (ko) 2015-09-25 2017-07-11 롯데케미칼 주식회사 레독스 흐름 전지
KR20170077720A (ko) 2015-12-28 2017-07-06 오씨아이 주식회사 운송용 컨테이너를 이용한 전해액 탱크 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지 시스템
JP6946744B2 (ja) * 2017-05-24 2021-10-06 株式会社デンソー レドックスフロー電池用電解液タンク、及びレドックスフロー電池システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH044569A (ja) * 1990-04-19 1992-01-09 Sumitomo Electric Ind Ltd 電解液貯蔵タンク
US9227781B1 (en) * 2013-06-26 2016-01-05 Ashlawn Energy, LLC Storage tanks using super ellipse geometries

Also Published As

Publication number Publication date
US20190296373A1 (en) 2019-09-26
CN110311157A (zh) 2019-10-08
US10886543B2 (en) 2021-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7199550B2 (en) Method of operating a secondary battery system having first and second tanks for reserving electrolytes
US9680172B2 (en) Flow-type electrochemical cell
JP2012502445A (ja) レドックスフロー電池及び長期間連続して電池を作動させる方法
WO2012154233A1 (en) Partial flow cell
WO2012097340A1 (en) Flow battery start-up and recovery management
CN105742682A (zh) 一种液流电池系统
WO2017204530A1 (ko) 레독스 흐름 전지
US10665882B2 (en) Redox flow battery
US11362347B2 (en) Advanced electrolyte mixing method for all vanadium flow batteries
US20130154364A1 (en) Vanadium redox battery energy storage system
US10483568B2 (en) Module system of redox flow battery
KR101760983B1 (ko) 플로우 배터리 및 플로우 배터리의 전해액 혼합 방지 방법
KR102069832B1 (ko) 바나듐 레독스 플로우 전지용 전해액 저장부 및 이를 포함하는 바나듐 레독스 플로우 전지
CN110311157B (zh) 利用电解液浓度梯度的氧化还原液流电池及其操作方法
EP3734734A1 (en) Redox flow battery and operation method therefor
KR102178304B1 (ko) 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지
KR20160085113A (ko) 플로우 배터리에 적용 가능한 전해액 혼합 모듈 및 이를 이용한 플로우 배터리의 전해액 혼합 방법
KR102192924B1 (ko) 전해액 농도 구배를 이용한 산화 환원 흐름전지 및 그 운전방법
KR102031981B1 (ko) 전해액 농도 구배를 이용한 산화 환원 흐름전지 및 그 운전방법
KR101433048B1 (ko) 다중 재생에너지 발전 대용량 에너지 저장용 레독스 흐름 전지 시스템
KR20160064545A (ko) 징크-브로민 산화환원 흐름 전지 시스템
EP3719902B1 (en) Method of operating a redox flow battery
JP2001216995A (ja) レドックスフロー電池用電解液タンク
EP3561930B1 (en) Redox flow battery
KR102147948B1 (ko) 레독스 흐름전지

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant