KR101437322B1 - 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물 및 레독스 흐름 전지의 전극의 제조 방법 - Google Patents

레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물 및 레독스 흐름 전지의 전극의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 장기 구동 시에도 전지의 성능 저하를 방지하여 전지의 수명을 늘릴 수 있고 균일한 두께 및 물성을 갖는 전극을 제공할 수 있는 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물과, 상기 슬러리 조성물을 이용하는 레독스 흐름 전지의 전극의 제조 방법과, 상기 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물의 건조물을 포함하는 탄소계 전극 및 이를 포함한 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.

Description

레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물 및 레독스 흐름 전지의 전극의 제조 방법{SLURRY COMPOSITION FOR PREPARING OF ELECTRODE OF REDOX FLOW BATTERY AND PREPARATION METHOD FOR ELECTRODE OF REDOX FLOW BATTERY}
본 발명은 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물 및 레독스 흐름 전지의 전극의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 장기 구동 시에도 전지의 성능 저하를 방지하여 전지의 수명을 늘릴 수 있고 균일한 두께 및 물성을 갖는 전극을 제공할 수 있는 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물과, 상기 슬러리 조성물을 이용하는 레독스 흐름 전지의 전극의 제조 방법에 관한 것이다.
화석 연료를 사용하여 대량의 온실 가스 및 환경 오염 문제를 야기하는 화력 발전이나 시설 자체의 안정성이나 폐기물 처리의 문제점을 갖는 원자력 발전 등의 기존 발전 시스템들이 다양한 한계점을 들어내면서 보다 친환경적이고 높은 효율을 갖는 에너지의 개발과 이를 이용한 전력 공급 시스템의 개발에 대한 연구가 크게 증가하고 있다.
특히, 전력 저장 기술은 외부 조건에 큰 영향을 받는 재생 에너지를 보다 다양하고 넓게 이용할 수 있도록 하며 전력 이용의 효율을 보다 높일 수 있어서, 이러한 기술 분야에 대한 개발이 집중되고 있으며, 이들 중 2차 전지에 대한 관심 및 연구 개발이 크게 증가하고 있는 실정이다.
레독스 흐름 전지는 활성 물질의 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 전환할 수 있는 산화/환원 전지를 의미하며, 태양광, 풍력등 외부 환경에 따라 출력변동성이 심한 신재생에너지를 저장하여 고품질 전력으로 변환할 수 있는 에너지 저장시스템이다. 구체적으로, 레독스 흐름 전지에서는 산화/환원 반응을 일으키는 활물질을 포함한 전해액이 반대 전극과 저장 탱크 사이를 순환하며 충방전이 진행된다.
이러한 레독스 흐름 전지는 기본적으로 산화상태가 각각 다른 활물질이 저장된 탱크와 충/방전시 활물질을 순환시키는 펌프, 그리고 분리막으로 분획되는 단위셀을 포함하며, 상기 단위셀은 전극, 전해질 및 분리막을 포함한다.
화학흐름전지의 전지 성능에 가장 큰 영향을 주는 구성 요소 중 하나인 전극은 현재 산화 환원 반응을 극대화 시키기 위해 반응면적이 큰 탄소 화합물을 전도성 플라스틱 시트 위에 코팅하는 방법으로 제조되고 있다.
그러나, 소정의 시트 상에 접착 바인더를 도포하고 탄소 화합물 분말을 코팅하는 방법에서는, 탄소 화합물 분말이 균일하게 도포되지 않을 수 있으며, 탄소 화합물 분말을 고정하기 위하여 열압착 공정을 진행하여 최종 제품의 생산성이 저하될 수 있고, 열압착된 탄소 화합물 분말이 추후에 박리되어 전지의 성능이 저하될 수 있는 한계가 있었다.
또한, 탄소 화합물 분말을 보다 균일하게 도포하기 위하여 spray 방법, rolling 방법, brushing 방법 등의 사용되기도 하였으나, 전극을 대량으로 양산하는 공정에는 적용하기 어렵고, 도포되는 탄소 화합물 분말의 양에 편차가 발생하여 전지간 성능편차가 나타나며, 상기 방법을 적용하여 제조된 전지 또한 전극층에서 탄소 화합물 분말이 박리되는 현상을 나타내어 전지의 성능이 저하되는 단점이 있다.
이에 따라, 장기 구동 시에도 카본의 박리 현상을 최소화하여 전지의 수명을 늘릴 수 있고, 균일한 두께 및 물성을 갖는 전극층을 제조할 수 있는 방법에 대한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 장기 구동 시에도 전지의 성능 저하를 방지하여 전지의 수명을 늘릴 수 있고 균일한 두께 및 물성을 갖는 전극층을 제조할 수 있는 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 슬러리 조성물을 사용하는 레독스 흐름 전지의 전극의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 슬러리 조성물을 이용하여 제조된 탄소계 전극을 포함한 레독스 흐름 전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 탄소 화합물의 분말; 바인더 수지; 소수성 유기 용매; 및 분산제를 포함하는, 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 슬러리 조성물을 기재 상에 코팅하는 단계를 포함하는 레독스 흐름 전지의 전극의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 슬러리 조성물을 이용하여 제조된 탄소계 전극을 포함한 레독스 흐름 전지를 제공한다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물, 레독스 흐름 전지의 전극의 제조 방법 및 레독스 흐름 전지에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 탄소 화합물의 분말; 바인더 수지; 소수성 유기 용매; 및 분산제를 포함하는, 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물이 제공될 수 있다.
본 발명자들은, 탄소 화합물의 분말; 바인더 수지; 소수성 유기 용매; 및 분산제를 포함하는 슬러리 조성물을 소정의 기재 상에 도포하여 레독스 흐름 전지의 전극을 제조할 수 있으며, 상기 제조되는 전극이 전 영역에서 고른 두께 및 물성을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 대량 양산 공정에 적용하는 경우에도 각각의 최종 제품이 균등한 성능을 가질 수 있고, 특정 조성의 슬러리 조성물을 사용하여 제조되어 장기 구동시에도 전극층에서 탄소 화합물 등이 박리되는 현상을 최소화하여 전지의 수명을 늘릴 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.
상기 슬러리 조성물은 탄소 화합물의 분말; 바인더 수지; 소수성 유기 용매; 및 분산제를 통상적으로 사용되는 혼합 방법을 사용하여 슬러리상을 형성함으로서 얻어질 수 있다. 이때 사용 가능한 혼합 방법은 크게 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 균질기(homogenizer) 또는 교반기 등을 통하여 고속으로 교반하거나, 스크류를 사용하는 Dissolver, 롤의 Gap 을 통과시키는 Three roll mill, 볼의 충돌을 이용하는 Ball mill, 입자들 끼리의 충돌을 이용하는 Agitator mill 또는 초음파 혼합기 등의 장치를 사용하는 등의 방법을 사용하여 균일한 조성의 슬러리를 형성할 수 있다.
상기 탄소 화합물의 분말; 바인더 수지; 소수성 유기 용매; 및 분산제를 혼합하는 순서는 크게 제한되는 것은 아니며, 각 성분을 다양한 순서로 첨가 또는 혼합하여 슬러리 조성물을 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소 화합물의 분말, 바인더 수지 및 소수성 유기 용매를 고속 교반하여 혼합물을 제조하고 여기에 분산제를 첨가할 수도 있으며, 상기 소수성 유기 용매와 분산제를 혼합하고 여기에 상기 탄소 화합물의 분말 및 바인더 수지를 첨가하고 고속 교반할 수도 있다.
상술한 성분을 혼합 및 교반하여 얻어지는 조성물은 슬러리 상일 수 있으며, 이러한 슬러리 조성물은 10 내지 200㎛의 평균 입도를 갖는 입자를 포함할 수 있다. 상기 분산제 또는 분산제의 작용기에 의하여 상기 탄소 화합물의 분말에 바인더 수지가 결합되어 상기 소수성 유기 용매에 균일하게 분산될 수 있으며, 이에 따라 균일하게 분산된 슬러리상과 상기 평균 입도를 갖는 입자가 형성될 수 있다.
상기 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물은 500 내지 10,000cps의 점도, 바람직하게는 1,000 내지 7,000cps의 점도를 가질 수 있다.
상기 탄소 화합물의 분말은 상기 슬러리 조성물로부터 형성되는 전극이 보다 효과적으로 유입 또는 유출시키기 위하여 높은 전기 전도도를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 탄소 화합물의 구체적인 예로는 그라파이트, 펜계 탄소 섬유, 피치계 탄소 섬유, 활성탄, 비정형 카본 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다. 이러한 탄소 화합물의 분말의 상용화된 예로는, 그라파이트(SG 社, GFG5) 펜계 탄소 섬유(GEFC 社 Carbon Felt), 활성탄(삼천리카보텍㈜ OC), 비정형카본(Mitsibish 社 300J) 등을 들 수 있다.
상기 슬러리 조성물에서 보다 균일하게 분산되고 제조되는 전극에서 보다 균일하고 향상된 물성 및 전기 전도도를 구현하기 위하여, 상기 탄소 화합물의 분말은 5㎛ 내지 100㎛의 최대 직경을 가질 수 있다.
상기 바인더 수지는 전극에 포함되는 탄소 화합물의 분말을 결합시키며 전극의 기재를 형성하는 역할을 한다. 상기 바인더 수지의 구체적인 예로는, 퍼플루오르계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리에테르-에테르케톤계 고분자, 폴리테릴퀴녹살린계 고분자 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다.
상기 소수성 유기 용매는 소수성 특성을 갖는 탄소 화합물의 분말 및 바인더 수지를 보다 용이하게 용해할 수 있으며, 균일하게 혼합 및 분산 시켜 상술한 슬러리 특성을 갖도록 할 수 있다. 상기 소수성 유기 용매의 구체적인 예로는 톨루엔, 자일렌,N-메틸 피롤리돈, 디메틸 설폭사이드, 디메틸 아세테이트, 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다.
상기 분산제는 상기 슬러리 조성물의 각 성분들이 보다 균일하게 분산 및 분포하여 분산체 또는 슬러리상을 형성할 수 있도록 한다. 이러한 분산제의 구체적인 예로는 비이온성 계면활성제, 실리콘 소포제, 변성 우레아 배합물, 또는 실리콘계 계면활성제를 들 수 있다.
상기 분산제로 사용될 수 있는 비이온성 계면활성제로는 Surfynol 440, Surfynol 420, Surfynol 61이나, Triton X-100이나 Tween 20 등을 들 수 있다. 상기 실리콘 소포제로는 BYK-024, 등을 들 수 있다. 또한, 상기 변성 우레아 배합물로는 BYKETOL-PC 등의 상품을 들 수 있다. 상기 실리콘계 계면활성제의 구체적인 예로는 DISPERBYK®-162 등의 상품을 들 수 있다.
한편, 상기 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물에서는 제조되는 슬러리의 특성이나 전극의 특성에 따라서 상술한 구성 성분의 함량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물은 탄소 화합물의 분말 1 내지 90중량%; 바인더 수지 1 내지 90중량%; 소수성 유기 용매 1 내지 90중량%; 및 분산제 0.1 내지 30중량%;를 포함할 수 있다.
한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물을 기재 상에 코팅하는 단계를 포함하는 레독스 흐름 전지의 전극의 제조 방법이 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 특정 조성을 갖는 슬러리 조성물을 소정의 기재 상에 도포함으로서 레독스 흐름 전지의 전극을 제조할 수 있는데, 이러한 전극은 전 영역에서 고른 두께 및 물성을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 대량 양산 공정에 적용하는 경우에도 각각의 최종 제품이 균등한 성능을 가질 수 있고, 특정 조성의 슬러리 조성물을 사용하여 제조되어 장기 구동시에도 전극층에서 탄소 화합물 등이 박리되는 현상을 최소화하여 전지의 수명을 늘릴 수 있다.
상기 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물은 기재 상에 5 내지 200㎛의 두께로 도포될 수 있다.
상기 기재는 도포되는 슬러리 조성물의 지지체이며, 추후 건조 등의 과정으로 통하여 고체 상태의 전극이 형성되면 제거될 수 있다. 이러한 기재의 구체적인 예가 한정되는 것은 아니며, 각종 전도성 플라스틱 시트, 유기 기판(고분자 기판 등), 무기 기판(금속 기판 등), 유리 기판, 섬유나 목재 등의 유기물 기판 등도 사용 가능하다.
상기 슬러리 조성물의 코팅은 통상적으로 알려진 다양한 코팅 또는 도포 방법을 사용할 수 있으며, 예들 들어 슬롯다이 코터, 콤마 코터, 블레이드 코터, 그라비아 코터, 바 코터, 또는 립 코터를 사용할 수 있다.
한편, 상기 레독스 흐름 전지의 전극의 제조 방법은 상기 코팅된 슬러리 조성물을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 건조 단계에서 사용될 수 있는 방법, 장치 또는 온도 조건 또한 크게 제한되는 것은 아니며, 소정의 열원으로 가열하는 방법, 통풍을 시키는 방법, 상온 또는 저온에서 건조하는 방법 등이 다양하게 사용될 수 있다.
그리고, 보다 균일한 도포 및 슬러리 조성물의 균일성을 확보하기 위하여, 상기 레독스 흐름 전지의 전극의 제조 방법은 상기 슬러리 조성물을 탈포하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물을 이용하여 제조된 탄소계 전극을 포함한 레독스 흐름 전지가 제공될 수 있다.
또한, 발명의 또 다른 하나의 구현예에 따르면, 상기 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물의 건조물을 포함하는 탄소계 전극을 포함한 레독스 흐름 전지가 제공될 수 있다.
상기 레독스 흐름 전지는 산화상태가 각각 다른 활물질이 저장된 탱크; 충/방전시 활물질을 순환시키는 펌프; 및 전극, 전해질 및 분리막으로 분획되는 단위셀을 포함할 수 있으며, 상기 단위셀은 상기 탄소계 전극, 전해질 및 다공성 분리막을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 장기 구동 시에도 전지의 성능 저하를 방지하여 전지의 수명을 늘릴 수 있고 균일한 두께 및 물성을 갖는 전극을 제공할 수 있는 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물과, 상기 슬러리 조성물을 이용하는 레독스 흐름 전지의 전극의 제조 방법과, 상기 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물의 건조물을 포함하는 탄소계 전극 및 이를 포함한 레독스 흐름 전지가 제공될 수 있다.
도1은 레독스 흐름전지의 구조를 나타낸 개략도이다.
도2는 실시예2에서 얻어진 전극 및 상용 전극의 두께 편차를 비교한 도면이다.
도3는 실시예2에서 얻어진 전극 및 상용 전극의 로딩값(mg/㎠) 편차를 비교한 도면이다.
도4는 실시예2에서 얻어진 탄소 전극과 상용 전극[ZBB 社, Electrode]에 대하여 성능 유지 능력을 측정한 결과이다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예1 : 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물의 제조]
활성탄(OC, 삼천리카보텍, 최대 직경 값: 74㎛) 10g 및 바인더 용액(폴리프로필렌, 747MH, 20중량%, 젠켐) 10.38g을 분산매질(톨루엔, Aldrich) 28g에 투입한 다음, 초음파 혼합기(Branson사)에서 30분간 혼합하고, 분산제(DISPERBYK®-162) 0.5g를 첨가하여 30분간 혼합하여 슬러리 조성물[점도는 2,500cps]을 제조하였다.
상기 슬러리를 그라인드 게이지(grind gauge)에 채우고 측정한 입자의 평균 입도가 최소 20㎛ 에서 최대 200㎛의 범위로 분포한다는 점이 확인되었다.
[ 실시예2 : 레독스 흐름 전지의 전극 제조]
실시예1의 슬러리 조성물을 바코터(Bar-coater, 동양ENG)를 사용하여 전도성 플라스틱 시트(Electrode, ZBB)위에 100㎛의 두께로 코팅하였다. 코팅된 카본 슬러리는 80℃에서 30분의 건조과정을 거쳐 바인더 수지가 결정성을 가질 수 있게 한 뒤 상온으로 식혀 탄소 전극을 제조하였다.
[ 실험예 : 전극의 물성 평가]
실험예1 : 전극의 두께 및 로딩 편차 측정
상기 실시예2에서 얻어진 탄소 전극과 상용 전극(ZBB 社, Electrode]의 10개 지점에서 코팅층의 두께 및 로딩 값(mg/㎠)을 측정하여 그 편차를 비교하였다.
실시예2의 탄소 전극과 상용 전극의 두께 및 로딩을 측정한 결과는 하기 표1과 같다.
두께 및 로딩의 측정 결과
측정 위치 두께 측정 결과(㎛) 로딩 측정 결과(mg/㎠)
실시예2 사용전극 실시예2 사용전극
1 1022 1050 2.4 1.2
2 1016 993 2 2.8
3 1015 1016 1.9 2.2
4 1009 1011 2.2 1.3
5 1029 992 2.1 1.9
6 1008 996 2.2 2.1
7 1015 1034 1.8 2
8 1014 1011 2 2.6
9 1027 999 2.1 2.1
10 1012 997 2.1 2.3
평균값 1016.7 1009.9 2.08 2.05
표준편차 7.12 19.19 0.17 0.50
상기 표1과 도2및 도3에 나타난 바와 같이, 실시예2에서 얻어진 탄소 전극은 상용 전극에 비하여 보다 균일한 두께와 로딩값을 갖는다는 점을 확인할 수 있었다.
실험예2 : 장기 구동시 성능 유지 능력 측정
상기 실시예2에서 얻어진 탄소 전극과 상용 전극[ZBB 社, Electrode]을 이용하여 아연-브롬 레독스 흐름 전지를 제조하였고, 50회 이상 구동하고 에너지 효율을 측정하였다.
도4에서 확인되는 바와 같이, 실시예2에서 얻어진 탄소 전극은 상용 전극에 비하여 장기 구동시 에너지 효율의 저하가 크지 않아서 성능 유지 능력이 보다 크다는 점을 확인할 수 있었다.

Claims (15)

  1. 5㎛ 내지 100㎛의 최대 직경을 갖는 탄소 화합물의 분말;
    바인더 수지;
    소수성 유기 용매; 및
    비이온성 계면활성제, 실리콘 소포제, 변성 우레아 배합물, 및 실리콘계 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 분산제를 포함하며,
    상기 분산제 또는 분산제의 작용기에 의하여 상기 탄소 화합물의 분말에 바인더 수지가 결합되어 형성된 10 내지 200㎛의 평균 입도를 갖는 입자가 존재하고,
    500 내지 10,000cps의 점도를 갖는 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 화합물은 그라파이트, 펜계 탄소 섬유, 피치계 탄소 섬유, 활성탄 및 비정형 카본으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 퍼플루오르계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리에테르-에테르케톤계 고분자, 및 폴리테릴퀴녹살린계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 소수성 유기 용매는 톨루엔, 톨루엔, 자일렌,N-메틸 피롤리돈, 디메틸 설폭사이드, 및 디메틸 아세테이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    탄소 화합물의 분말 1 내지 90중량%;
    바인더 수지 1 내지 90중량%;
    소수성 유기 용매 1 내지 90중량%; 및
    분산제 0.1 내지 30중량%;를 포함하는 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물.
  10. 제1항의 슬러리 조성물을 기재 상에 코팅하는 단계를 포함하는 레독스 흐름 전지의 전극의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 조성물의 코팅 두께가 5 내지 200㎛인 레독스 흐름 전지의 전극의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 슬러리 조성물의 코팅은 슬롯다이 코터, 콤마 코터, 블레이드 코터, 그라비아 코터, 바 코터, 또는 립 코터를 사용하는, 레독스 흐름 전지의 전극의 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 코팅된 슬러리 조성물을 건조하는 단계를 더 포함하는, 레독스 흐름 전지의 전극의 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 슬러리 조성물을 탈포하는 단계를 더 포함하는, 레독스 흐름 전지의 전극의 제조 방법.
  15. 제1항의 슬러리 조성물을 이용하여 제조된 탄소계 전극을 포함한 레독스 흐름 전지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107109669B (zh) * 2014-12-19 2019-05-10 德诺拉工业有限公司 用于电化学电池的电极及其组合物
KR101707570B1 (ko) * 2015-09-23 2017-02-16 롯데케미칼 주식회사 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지의 전극
KR101762900B1 (ko) * 2015-09-25 2017-07-28 롯데케미칼 주식회사 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지의 전극
KR101817771B1 (ko) * 2016-09-09 2018-02-21 롯데케미칼 주식회사 레독스 흐름 전지의 전극 제조용 슬러리 조성물 및 레독스 흐름 전지의 전극의 제조 방법
KR102302464B1 (ko) * 2018-12-14 2021-09-15 한국전자기술연구원 아연입자 코팅층을 구비하는 음극 및 그를 포함하는 아연-브롬 흐름전지
WO2021009929A1 (ja) * 2019-07-18 2021-01-21 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池セル、セルスタック、及びレドックスフロー電池システム
CN110556544B (zh) * 2019-09-03 2021-06-01 中国地质大学（北京） 一种Li2S-Si半固态液流全电池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100798429B1 (ko) 2007-08-09 2008-01-28 공주대학교 산학협력단 고비표면적의 다공성 전극의 제조 방법
JP2008227481A (ja) 2007-02-15 2008-09-25 Unitika Ltd 導電性スラリー、電極スラリー、それらを用いた電気二重層キャパシタ用電極
KR20100046887A (ko) * 2008-10-28 2010-05-07 주식회사 동진쎄미켐 연료전지용 전극 제조방법, 이에 의해 제조된 전극, 및 연료전지
KR101067867B1 (ko) * 2010-04-14 2011-09-27 전자부품연구원 레독스 흐름 전지용 일체화된 흑연/ｄｓａ 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008227481A (ja) 2007-02-15 2008-09-25 Unitika Ltd 導電性スラリー、電極スラリー、それらを用いた電気二重層キャパシタ用電極
KR100798429B1 (ko) 2007-08-09 2008-01-28 공주대학교 산학협력단 고비표면적의 다공성 전극의 제조 방법
KR20100046887A (ko) * 2008-10-28 2010-05-07 주식회사 동진쎄미켐 연료전지용 전극 제조방법, 이에 의해 제조된 전극, 및 연료전지
KR101067867B1 (ko) * 2010-04-14 2011-09-27 전자부품연구원 레독스 흐름 전지용 일체화된 흑연/ｄｓａ 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지

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