KR101480871B1 - 전해질 균등 공급을 통한 효율 향상이 가능한 프레임 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지 스택 - Google Patents

전해질 균등 공급을 통한 효율 향상이 가능한 프레임 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지 스택 Download PDF

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박재동
양일신
이병하
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Abstract

레독스 흐름 전지용 프레임이 개시된다. 레독스 흐름 전지용 프레임은 프레임 바디, 제1 매니폴더, 유입 유로, 유입 채널, 제1 매니폴더 및 배출 유로를 구비한다. 프레임 바디는 가운데 부분에 챔버용 개구부를 형성하고, 제1 매니폴더는 프레임 바디를 관통하도록 형성되며, 유입 유로는 제1 매니폴더와 연결되고 제1 방향으로 연장된다. 유입 채널은 유입 유로와 챔버용 개구부를 연결하고, 챔버용 개구부의 상부변을 따라 일열로 배열된 복수의 채널 격벽들에 의해 형성되며, 유입 유로와 만나는 채널 격벽들의 모서리부는 곡면으로 형성되고, 이러한 모서리부의 곡률 반경은 제1 매니폴더로부터의 거리가 증가함에 따라 증가한다. 제2 매니폴더는 챔버용 개구부를 사이에 두고 제1 매니폴더와 이격된 위치에 형성되고, 배출 유로는 제2 매니폴더와 상기 챔버용 개구부를 연결한다.

Description

전해질 균등 공급을 통한 효율 향상이 가능한 프레임 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지 스택{FRAME FOR UNIFORMLY SUPPLYING ELECTROLYTE TO IMPROVE CELL-EFFICIENCY AND REDOX FLOW BATTERY HAVING THE FRAME}
본 발명은 전해질 균등 공급을 통한 효율 향상이 가능한 프레임 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지 스택에 관한 것으로서, 에너지 저장장치로 사용될 수 있는 레독스 흐름 전지에 적용될 수 있는 프레임 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지 스택을 제공한다.
국제 유가의 상승으로 인한 에너지 위기와 유한한 화석에너지의 고갈에 따른 우려를 계기로 각국의 에너지 정책에 대한 인식이 전환되고 있다. 이와 함께 선진국의 온실가스 감축에 대한 의무적인 이행을 내용으로 하는 교토의정서 채택 이후 에너지 효율 향상을 위한 법률 제정 및 규제 강화 등 전반적인 에너지 절감 정책이 확산되고 있다. 각국 정부에서는 저탄소 사회 구축을 목표로 태양광 및 풍력과 같은 신재생에너지의 보급 확대 정책을 입안하고 있으며, 이는 미래의 성장동력 발굴과 현재 경기부양의 핵심으로 떠오르면서 국가적인 관심이 집중되고 있다.
신재생에너지의 실용화에는 대용량의 전력 저장장치 개발이 필수적이며, 이에 대한 각국 정부 및 산업계의 연구개발 투자가 급증하고 있다. 대용량의 전력 저장을 위한 방법으로 2차 전지, 양수발전, 울트라 커패시터, 플라이휠, 압축공기 저장, 초전도 코일 등이 활발히 연구되고 있다. 하지만, 양수발전은 막대한 투자 비용과 입지선정이 어렵고, 울트라 커패시터, 플라이휠, 압축공기 저장 및 초전도 코일은 현재까지 실증사업을 통한 기술 개발 단계로서 실용화에 다소 시간이 필요한 상태이다. 그리고 2차 전지는 낮은 효율, 환경오염 문제 및 짧은 수명 등이 문제이다.
따라서 대용량의 전력 저장장치로서 최근 상온 작동이 가능하고 유지보수가 용이하며 환경 친화적인 레독스 흐름 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 레독스 흐름 전지는 산화수가 변하는 전이금속을 강산 수용액에 용해하여 전해질을 제공하고 펌프를 이용하여 이를 셀에 공급하는 전지로서, 전해질은 셀 외부의 탱크에 액체 상태로 저장되어 있고, 충방전이 필요한 경우에만 펌프를 통해 셀 내부에 공급되므로 신속한 기동정지가 가능하고 장시간 정지해도 전력손실이 적으며, 비활성 전극을 사용하여 수명이 긴 장점이 있다.
하지만, 이러한 레독스 흐름 전지의 경우, 셀의 효율을 향상시키기 위해서는 액체 전해질을 셀 내부에 균일하게 공급하여야 한다.
본 발명의 일 목적은 셀 내부에 전해질을 균등하게 제공하여 셀 효율을 향상시킬 수 있는 유로가 형성된 프레임을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 프레임을 포함하는 레독스 흐름 전지 스택을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 프레임은 프레임 바디, 제1 매니폴더, 유입 유로, 유입 채널, 제2 매니폴더 및 배출 유로를 포함한다. 상기 프레임 바디는 가운데 부분에 챔버용 개구부를 형성한다. 상기 제1 매니폴더는 상기 프레임 바디를 관통하도록 형성된다. 상기 유입 유로는 상기 프레임 바디의 내부에 형성되고, 상기 제1 매니폴더와 연결되며, 제1 방향으로 연장된다. 상기 유입 채널은 상기 프레임 바디의 내부에 형성되어 상기 유입 유로와 상기 챔버용 개구부를 연결하고, 상기 챔버용 개구부의 상부변을 따라 일열로 배열된 복수의 채널 격벽들에 의해 형성된다. 상기 채널 격벽들 중 적어도 일부는 상기 유입 유로와 만나는 상부 모서리부가 곡면으로 형성되고, 상기 모서리부의 곡률 반경은 상기 제1 매니폴더로부터의 거리가 증가함에 따라 증가한다. 상기 제2 매니폴더는 상기 챔버용 개구부를 사이에 두고 상기 제1 매니폴더와 이격되고, 상기 프레임 바디를 관통하도록 형성된다. 상기 배출 유로는 상기 프레임 바디의 내부에 형성되고, 상기 제2 매니폴더와 상기 챔버용 개구부를 연결한다.
일 실시예에 있어서, 상기 채널 격벽들 중 인접한 채널 격벽들 사이의 이격 간격은 상기 제1 매니폴더로부터의 거리가 증가함에 따라 증가할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로의 채널 격벽들의 길이는 상기 제1 매니폴더로부터의 거리가 증가함에 따라 감소할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름 전지 스택은 복수의 단전지 유닛 및 복수의 쌍극판이 교대로 적층된 구조를 갖는다. 상기 단전지 유닛은 멤브레인, 상기 멤브레인을 사이에 두고 서로 대향하게 배치된 제1 전극과 제2 전극 및 상기 멤브레인의 양쪽 가장자리 부분을 각각 지지하는 제1 및 제2 프레임을 포함한다. 상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임 중 하나 이상은 가운데 부분에 챔버용 개구부를 형성하는 프레임 바디; 상기 프레임 바디를 관통하도록 형성된 제1 매니폴더; 상기 프레임 바디의 내부에 형성되고, 상기 제1 매니폴더와 연결되며, 제1 방향으로 연장된 유입 유로; 상기 프레임 바디의 내부에 형성되어 상기 유입 유로와 상기 챔버용 개구부를 연결하고, 상기 챔버용 개구부의 상부변을 따라 일열로 배열된 복수의 채널 격벽들에 의해 형성된 유입 채널; 상기 챔버용 개구부를 사이에 두고 상기 제1 매니폴더와 이격되고, 상기 프레임 바디를 관통하도록 형성된 제2 매니폴더; 및 상기 프레임 바디의 내부에 형성되고, 상기 제2 매니폴더와 상기 챔버용 개구부를 연결하는 배출 유로를 포함한다. 이 경우, 상기 채널 격벽들 중 적어도 일부는 상기 유입 유로와 만나는 상부 모서리부가 곡면으로 형성되고, 상기 모서리부의 곡률 반경은 상기 제1 매니폴더로부터의 거리가 증가한다.
상술한 본 발명에 따르면, 채널 격벽의 이격 간격, 채널 격벽 상부 모서리부의 곡률 반경, 채널 격벽의 길이 등을 위치에 따라 조절함으로써 전해질이 유입 채널들 전체를 통해 균일하게 챔버용 개구부로 공급되도록 할 수 있고, 그 결과, 레독스 흐름 전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 프레임을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 채널 격벽들을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름 전지 스택을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들에 대해서만 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
<레독스 흐름 전지용 프레임>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 프레임을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 채널 격벽들을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프레임(100)은 프레임 바디(110), 제1 매니폴더(120), 유입 유로(140), 복수의 유입 채널(140), 제2 매니폴더(150) 및 배출 유로(160)를 포함한다.
상기 프레임 바디(110)는 가운데 부분에 전해액 챔버용 개구부(115)를 형성한다. 상기 전해액 챔버용 개구부(115)는 실질적으로 사각형 형상을 가질 수 있고, 이 경우 상기 프레임 바디(110)는 사각형 틀 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기 프레임 바디(110)는 제1 방향(X)으로 연장되고 상기 챔버용 개구부(115)의 상부변 및 하부변을 각각 정의하는 제1 바디부(111)와 제2 바디부(112), 상기 제1 방향(X)과 수직한 제2 방향(Y)으로 연장되고 상기 챔버용 개구부(115)의 좌측변 및 우측변을 각각 정의하는 제3 바디부(113)와 제4 바디부(114)로 구성될 수 있다. 상기 프레임의 바디의 제1 내지 제4 바디부(111, 112, 113, 114)는 일체로 형성될 수도 있고, 서로 체결되도록 구성될 수도 있다. 상기 프레임 바디(110)는 다양한 재질로 형성될 수 있고, 예를 들면, 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
상기 제1 매니폴더(120)는 외부 전해액 탱크(미도시)로부터 전해액이 공급되는 부분으로서, 상기 프레임 바디(110)의 일측에 상기 프레임 바디(110)를 관통하도록 형성된다. 일 예로, 상기 프레임 바디(110)가 사각 틀 구조를 갖는 경우, 상기 제1 매니폴더(120)는 상기 프레임 바디(110) 중 제1 바디부(111)의 일 단부에 인접한 위치에 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 매니폴더(120)는 상기 제1 바디부(111)를 관통하는 원형 개구 형태로 형성될 수 있다.
상기 유입 유로(130)는 상기 프레임 바디(110)의 내부에 형성되고 상기 제1 매니폴더(120)와 연결된다. 상기 유입 유로(130)는 상기 프레임 바디(110)의 제1 바디부(111)를 따라 제1 방향(X)으로 연장되도록 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 유입 유로(130)는 상기 제1 매니폴더(120)로부터 상기 프레임 바디(110)의 제1 바디부(111)를 따라 상기 제1 방향(X)으로 연장된 제1 직선 유로부만을 포함하도록 형성될 수 있다. 다른 예로, 상기 유입 유로(130)는 도면에 도시되진 않았지만 실질적으로 'U'자 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 유입 유로(130)는 상기 제1 직선 유로부 외에 상기 제1 직선 유로부와 상기 챔버용 개구부(115) 사이에서 상기 제1 방향(X)으로 연장된 제2 직선 유로부 및 상기 제1 매니폴더(120)와 대향하는 상기 제1 직선 유로부의 단부와 이에 인접한 상기 제2 직선 유로부의 단부를 연결하는 제1 곡선 유로부를 더 포함하도록 형성될 수 있다. 또 다른 예로, 상기 유입 유로(130)는 도면에 도시되진 않았지만 실질적으로 'S'자 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 유입 유로(130)는 상기 제1 직선 유로부와 상기 제2 직선 유로부 외에 상기 제2 직선 유로부와 상기 챔버용 개구부(115) 사이에서 상기 제1 방향(X)으로 연장된 제3 직선 유로부를 더 포함할 뿐만 아니라 상기 제1 곡선 유로부 외에 상기 제1 매니폴더(120)에 인접한 상기 제2 직선 유로부의 단부와 이에 인접한 상기 제3 직선 유로부의 단부를 연결하는 제2 곡선 유로부를 더 포함하도록 형성될 수 있다.
상기 복수의 유입 채널(140)은 상기 프레임 바디(110)의 내부에 형성되고, 상기 유입 유로(130)와 상기 챔버용 개구부(115)를 연결한다. 즉, 외부 전해액 탱크로부터 상기 제1 매니폴더(120)에 공급된 전해액은 상기 유입 유로(130) 및 상기 유입 채널(140)을 경유하여 상기 챔버용 개구부(115)로 공급된다. 상기 유입 채널들(140)은 복수의 채널 격벽들(141)에 의해 형성될 수 있다. 상기 유입 채널들(140)을 형성하는 채널 격벽들(141)은 상기 챔버용 개구부(115)의 상부변을 따라 1열로 배열될 수 있고, 상기 제1 방향(X)에 수직한 제2 방향(Y)으로 연장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 채널 격벽들(141) 사이의 상기 제1 방향(X)으로의 이격 간격은 상기 제1 매니폴더(120)로 유입된 전해질의 이동 경로가 길어짐에 따라 증가할 수 있다. 즉, 유로 채널(140)의 폭이 상기 제1 매니폴더(120)로 유입된 전해질의 이동 경로가 길어짐에 따라 증가할 수 있다. 일 예로, 상기 유입 유로(130)가 상기 제1 매니폴더(120)로부터 상기 제1 방향(X)으로 연장된 제1 직선 유로부만을 포함하고, 상기 채널 격벽들(141)이 상기 제1 매니폴더(120)에 인접한 상기 챔버용 개구부(115)의 상부변의 일 단부에서 이에 대향하는 타단부 방향으로 순차적으로 배열된 다수의 채널 격벽들을 포함하는 경우, M번째 배열된 채널 격벽과 이에 인접한 위치에 배열된 채널 격벽 사이의 이격 간격은 M보다 큰 N번째 배열된 채널 격벽과 이에 인접한 채널 격벽 사이의 이격 간격보다 작도록 상기 채널 격벽들(141)이 배열될 수 있다.
또한, 상기 채널 격벽들(141) 중의 적어도 일부는 상부 모서리부가 곡면으로 형성될 수 있고, 상기 채널 격벽들(141)의 상부 모서리부의 곡률 반경은 상기 제1 매니폴더(120)로 유입된 전해질의 이동 경로가 길어짐에 따라 증가할 수 있다. 즉, 유입 채널(140)의 입구 면적이 상기 제1 매니폴더(120)로 유입된 전해질의 이동 경로가 길어짐에 따라 증가할 수 있다.
한편, 도면에 도시되진 않았지만, 채널 격벽들(141)의 상기 제2 방향(Y)으로의 길이는 상기 제1 매니폴더(120)로 유입된 전해질의 이동 경로가 길어짐에 따라 감소할 수 있다. 예를 들면, 상기 유입 유로(130)가 상기 제1 매니폴더(120)로부터 상기 제1 방향(X)으로 연장된 제1 직선 유로부만을 포함하는 경우, 상기 유입 유로(130)의 상기 제2 방향(Y)으로의 폭은 상기 제1 매니폴더(120)로부터 멀어질수록 증가할 수 있다. 즉, 상기 유입 채널들(141)의 상기 제2 방향(Y)으로 길이는 상기 제1 매니폴더(120)로부터 멀어질수록 감소할 수 있다.
전해액이 챔버용 개구부(115)에 균일하게 공급되기 위해서는, 전해액이 상기 복수의 유입 채널들(140) 전체를 통해 균일하게 상기 챔버용 개구부(115)에 공급되어야 하는데, 이를 위해서는 전해액에 의한 유입 유로(130) 내부의 압력이 위치에 따라 적절히 조절되어야 한다. 본 발명에서는 상기와 같이 채널 격벽(141)의 이격 간격, 채널 격벽(141) 상부 모서리부의 곡률 반경, 채널 격벽(141)의 길이 등을 위치에 따라 조절함으로써 유입 유로(130) 내부의 압력이 위치에 따라 조절할 수 있고, 그 결과, 전해질이 유입 채널들(140) 전체를 통해 균일하게 챔버용 개구부(115)로 공급되도록 할 수 있다.
상기 제2 매니폴더(150)는 상기 챔버용 개구부(115)로부터 배출된 전해액을 외부 전해액 탱크로 전달하는 부분으로서, 상기 챔버용 개구부(115)를 사이에 두고 상기 제1 매니폴더(120)와 대향하는 상기 프레임 바디(110)의 타측에 상기 프레임 바디(110)를 관통하도록 형성된다. 일 예로, 상기 프레임 바디(110)가 사각 틀 구조를 갖는 경우, 상기 제2 매니폴더(150)는 상기 제1 매니폴더(120)가 형성된 상기 프레임 바디(110)의 제1 바디부(111)와 대향하는 상기 프레임 바디(110)의 제2 바디부(112)에 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 매니폴더(120)가 상기 프레임 바디(110)의 제1 바디부(111) 중 상기 챔버용 개구부(115)의 좌측변에 인접한 위치에 형성된 경우, 상기 제2 매니폴더(150)는 상기 프레임 바디(110)의 제2 바디부(112) 중 상기 챔버용 개구부(115)의 우측변에 인접한 위치에 형성될 수 있다.
상기 배출 유로(160, 170)는 상기 프레임 바디(110)의 내부에 형성되고 상기 제2 매니폴더(150)와 상기 챔버용 개구부(115)를 연결한다. 일 예로, 상기 배출 유로(160, 170)는 제1 배출 유로(160)와 제2 배출 유로(170)를 포함할 수 있다. 상기 제1 배출 유로(160)는 상기 제2 매니폴더(150)에 연결되고, 상기 제2 배출 유로(170)는 상기 제1 배출 유로(160)와 상기 챔버용 개구부(115)를 연결할 수 있다. 상기 제1 배출 유로(160)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 제2 매니폴더(150)로부터 상기 프레임 바디(110)의 제2 바디부(112)를 따라 상기 제1 방향(X)으로 연장된 제4 직선 유로부만을 포함하도록 형성될 수 있다. 다른 예로, 상기 제1 배출 유로(160)는 도면에 도시되진 않았지만 실질적으로 'U'자 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 배출 유로(160)는 상기 제4 직선 유로부 외에 상기 제4 직선 유로부와 상기 챔버용 개구부(115) 사이에서 상기 제1 방향(X)으로 연장된 제5 직선 유로부 및 상기 제2 매니폴더(150)와 대향하는 상기 제4 직선 유로부의 단부와 이에 인접한 상기 제5 직선 유로부의 단부를 연결하는 제3 곡선 유로부를 더 포함하도록 형성될 수 있다. 또 다른 예로, 상기 제1 배출 유로(160)는 도면에 도시되진 않았지만 실질적으로 'S'자 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 배출 유로(160)는 상기 제4 직선 유로부와 상기 제5 직선 유로부 외에 상기 제5 직선 유로부와 상기 챔버용 개구부(115) 사이에서 상기 제1 방향(X)으로 연장된 제6 직선 유로부를 더 포함할 뿐만 아니라 상기 제3 곡선 유로부 외에 상기 제2 매니폴더(150)에 인접한 상기 제5 직선 유로부의 단부와 이에 인접한 상기 제6 직선 유로부의 단부를 연결하는 제4 곡선 유로부를 더 포함하도록 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 배출 유로(160)는 상기 유입 유로(130)와 비대칭 구조로 형성될 수도 있다. 예를 들면, 상기 유입 유로(130)가 제1 직선 유로부만으로 이루어진 경우, 상기 제1 배출 유로(160)는 상기 'U'자 구조 또는 상기 'S'자 구조로 형성될 수 있고, 상기 유입 유로(130)가 상기 'U'자 구조를 갖는 경우, 상기 제1 배출 유로(160)는 상기 제4 직선 유로부만을 포함하도록 형성되거나 상기 'S'자 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 유입 유로(130)가 상기 'S'자 구조를 갖는 경우, 상기 제1 배출 유로(160)는 상기 제4 직선 유로부만을 포함하도록 형성되거나 상기 'U'자 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 제1 배출 유로(160)는 상기 유입 유로(130)와 대칭 구조로 형성될 수 있다.
상기 복수의 제2 배출 유로(170)는 상기 챔버용 개구부(115)와 상기 제1 배출 유로(160) 사이에 형성되고, 상기 챔버용 개구부(115)와 상기 제1 배출 유로(160)를 공간적으로 연결할 수 있다. 즉, 상기 챔버용 개구부(115)로부터 배출된 전해액은 상기 제2 배출 유로(170)를 통하여 상기 제1 배출 유로(160)로 이동하고, 상기 제1 배출 유로(160)로 이동한 전해액은 상기 제2 매니폴더(150)를 통하여 외부 전해액 탱크로 이동한다.
<레독스 흐름 전지 스택>
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름 전지 스택을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름 전지 스택(1000)은 제1 엔드 플레이트(1100a), 제2 엔드 플레이트(1100b), 복수의 단전지 유닛(1200), 복수의 쌍극판(1300), 제1 단자판(1400a) 및 제2 단자판(1400b)을 포함한다.
상기 제1 및 제2 엔드 플레이트(1100a, 1100b)는 서로 이격되게 배치된다. 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트(1100a, 1100b) 중 하나에는 외부 전해액 탱크로부터 상기 단전지 유닛(1200)으로 전해액을 공급하기 위한 전해액 공급 튜브가 연결될 수 있고, 다른 하나에는 상기 단전지 유닛(1200)으로부터 배출된 전해액을 상기 외부 전해액 탱크로 이동시키기 위한 전해액 배출 튜브가 연결될 수 있다.
상기 복수의 단전지 유닛(1200)은 상기 제1 엔드 플레이트(1100a)와 상기 제2 엔드 플레이트(1100b) 사이에 배치된다. 각각의 단전지 유닛(1200)은 멤브레인(1210), 제1 전극(1220a), 제2 전극(1220b), 제1 프레임(1230a) 및 제2 프레임(1230b)을 포함한다.
상기 제1 및 제2 전극(1220a, 1220b)은 상기 멤브레인(1210)을 사이에 두고 마주보도록 배치된다. 상기 멤브레인(1210)은 선택적 이온 투과성 재질로 형성되고, 상기 제1 및 제2 전극(1220a, 1220b)은 안정한 탄소계 재질, 예를 들면, 카본 펠트 재질로 형성된다. 상기 제1 프레임(1230a)과 제2 프레임(1230b)으로는 도 1에 도시된 레독스 흐름 전지용 프레임(100)이 사용될 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 프레임(1230a, 1230b)의 구조에 대한 상세한 설명은 생략한다. 상기 제1 프레임(1230a)은 상기 멤브레인(1210)과 상기 제1 엔드 플레이트(1100a) 사이에 배치되고, 상기 멤브레인(1210)의 가장자리를 지지한다. 상기 제2 프레임(1230b)은 상기 멤브레인(1210)과 상기 제2 엔드 플레이트(1100b) 사이에 배치되고, 상기 제1 프레임(1230a)과 함께 상기 멤브레인(1210)의 가장자리를 지지한다. 상기 제1 전극(1220a)은 상기 제1 프레임(1230a)의 챔버용 개구부 내에 배치되고, 상기 제1 프레임(1230a)의 챔버용 개구부로 공급되는 양극 전해액과 접촉할 수 있다. 상기 제2 전극(1220b)은 상기 제2 프레임(1230b)의 챔버용 개구부 내에 배치되고, 상기 제2 프레임(1230b)의 챔버용 개구부로 공급되는 음극 전해액과 접촉할 수 있다.
상기 복수의 쌍극판(1300)은 전기 전도성 재질, 예를 들면, 그라파이트 재질로 형성된다. 상기 복수의 쌍극판(1300)은 제1 엔드 플레이트(1100a)와 이에 인접한 단전지 유닛(1200) 사이에 배치되는 제1 쌍극판(1310), 제2 엔드 플레이트(1100b)와 이에 인접한 단전지 유닛(1200) 사이에 배치되는 제2 쌍극판(1320) 및 서로 인접하게 배치된 단전지 유닛들(1200) 사이에 배치되는 하나 이상의 제3 쌍극판(1330)을 포함할 수 있다. 상기 제1 쌍극판(1310)은 제1 엔드 플레이트(1100a)에 인접하게 배치된 단전지 유닛(1200)의 제1 프레임(1230a)에 가장자리 부분이 지지되어 상기 단전지 유닛(1200)의 제1 전극(1220a)과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 쌍극판(1320)은 제2 엔드 플레이트(1100b)에 인접하게 배치된 단전지 유닛(1200)의 제2 프레임(1230b)에 가장자리 부분이 지지되어 상기 단전지 유닛(1200)의 제2 전극(1220b)과 전기적으로 연결된다. 상기 제3 쌍극판(1330)은 좌측 단전지 유닛(1200)의 제2 프레임(1230b) 및 우측 단전지 유닛(1200)의 제1 프레임(1230a)에 의해 가장자리 부분이 지지되고, 상기 좌측 단전지 유닛(1200)의 제2 전극(1220b) 및 상기 우측 단전지 유닛(1200)의 제1 전극(1220a)과 전기적으로 연결된다.
상기 제1 단자판(1400a)과 상기 제2 단자판(1400b)은 금속 재질, 예를 들면, 구리(Cu) 재질로 형성될 수 있고, 외부 회로와 전기적으로 연결될 수 있는 접속 단자를 포함한다. 상기 제1 단자판(1400a)은 상기 제1 엔드 플레이트(1100a)와 상기 제1 쌍극판(1310) 사이에 배치되고 상기 제1 쌍극판(1310)에 전기적으로 연결된다. 상기 제2 단자판(1400b)은 상기 제2 엔드 플레이트(1100b)와 상기 제2 쌍극판(1320) 사이에 배치되고 상기 제2 쌍극판(1320)에 전기적으로 연결된다.
상술한 본 발명에 따르면, 채널 격벽의 이격 간격, 채널 격벽 상부 모서리부의 곡률 반경, 채널 격벽의 길이 등을 위치에 따라 조절함으로써 전해질이 유입 채널들 전체를 통해 균일하게 챔버용 개구부로 공급되도록 할 수 있고, 그 결과, 레독스 흐름 전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 레독스 흐름 전지용 프레임
110: 프레임 바디 120: 제1 매니폴더
130: 유입 유로 140: 유입 채널
150: 제2 매니폴더 160: 배출 유로
170, 270: 제2 배출 유로 1000: 레독스 흐름 전지 스택
1100a, 110b: 엔드 플레이트 1200: 단전지 유닛
1300: 쌍극판 1400a, 1400b: 단자판

Claims (4)

  1. 가운데 부분에 챔버용 개구부를 형성하는 프레임 바디;
    상기 프레임 바디를 관통하도록 형성된 제1 매니폴더;
    상기 프레임 바디의 내부에 형성되고, 상기 제1 매니폴더와 연결되며, 제1 방향으로 연장된 유입 유로;
    상기 프레임 바디의 내부에 형성되어 상기 유입 유로와 상기 챔버용 개구부를 연결하고, 상기 챔버용 개구부의 상부변을 따라 일열로 배열된 복수의 채널 격벽들에 의해 형성된 유입 채널;
    상기 챔버용 개구부를 사이에 두고 상기 제1 매니폴더와 이격되고, 상기 프레임 바디를 관통하도록 형성된 제2 매니폴더; 및
    상기 프레임 바디의 내부에 형성되고, 상기 제2 매니폴더와 상기 챔버용 개구부를 연결하는 배출 유로를 포함하고,
    상기 채널 격벽들 중 적어도 일부는 상기 유입 유로와 만나는 상부 모서리부가 곡면으로 형성되고, 상기 모서리부의 곡률 반경은 상기 제1 매니폴더로부터의 거리가 증가함에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 프레임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 채널 격벽들 중 인접한 채널 격벽들 사이의 이격 간격은 상기 제1 매니폴더로부터의 거리가 증가함에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 프레임.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로의 채널 격벽들의 길이는 상기 제1 매니폴더로부터의 거리가 증가함에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 프레임.
  4. 복수의 단전지 유닛 및 복수의 쌍극판이 교대로 적층된 레독스 흐름 전지 스택에 있어서,
    상기 단전지 유닛은 멤브레인, 상기 멤브레인을 사이에 두고 서로 대향하게 배치된 제1 전극과 제2 전극 및 상기 멤브레인의 양쪽 가장자리 부분을 각각 지지하는 제1 및 제2 프레임을 포함하고,
    상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임 중 하나 이상은,
    가운데 부분에 챔버용 개구부를 형성하는 프레임 바디;
    상기 프레임 바디를 관통하도록 형성된 제1 매니폴더;
    상기 프레임 바디의 내부에 형성되고, 상기 제1 매니폴더와 연결되며, 제1 방향으로 연장된 유입 유로;
    상기 프레임 바디의 내부에 형성되어 상기 유입 유로와 상기 챔버용 개구부를 연결하고, 상기 챔버용 개구부의 상부변을 따라 일열로 배열된 복수의 채널 격벽들에 의해 형성된 유입 채널;
    상기 챔버용 개구부를 사이에 두고 상기 제1 매니폴더와 이격되고, 상기 프레임 바디를 관통하도록 형성된 제2 매니폴더; 및
    상기 프레임 바디의 내부에 형성되고, 상기 제2 매니폴더와 상기 챔버용 개구부를 연결하는 배출 유로를 포함하고,
    상기 채널 격벽들 중 적어도 일부는 상기 유입 유로와 만나는 상부 모서리부가 곡면으로 형성되고, 상기 모서리부의 곡률 반경은 상기 제1 매니폴더로부터의 거리가 증가함에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 스택.
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