KR101498597B1 - 일체화된 전극-바이폴라 플레이트 및 이의 제조방법 - Google Patents

일체화된 전극-바이폴라 플레이트 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일체화된 전극-바이폴라 플레이트 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극과 바이폴라 플레이트가 열경화 접착시트에 의해 접합되어 일체화되며, 상기 열경화 접착시트는 특정의 열경화성 수지 및 전도성 충진제를 함유함으로써, 계면의 접촉저항으로 인한 문제가 개선되어 에너지 효율성을 향상시킬 수 있고 상기 접착시트가 내산성 등 보호코팅면의 역할을 수행하여 내구 안정성이 우수한 일체화된 전극-바이폴라 플레이트 및 작업 안정성 확보 및 공정의 연속성을 유지할 수 있는 일체화된 전극-바이폴라 플레이트의 제조방법에 관한 것이다.

Description

일체화된 전극-바이폴라 플레이트 및 이의 제조방법 {INTEGRATED ELECTRODES-BIPOLAR PLATE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 에너지 효율이 향상된 일체화된 전극-바이폴라 플레이트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
레독스 흐름전지(Redox flow battery)는 최근 전 세계적으로 가장 큰 관심을 불러일으키고 있는 에너지 혁명, 신재생에너지, 온실가스 감축, 2차전지, 스마트그리드와 긴밀하게 연관된 핵심 제품 중 하나로, 발생된 재생에너지를 저장하는 대용량의 에너지저장시스템(ESS, Energy Storage System)으로 주목 받고 있다.
이중, 전 바나듐계 레독스 흐름전지는 바나듐 자원이 풍부한 호주에서 New South Wales university의 Maria Kazacos(1995년)에 의해 연구개발이 시작되어 현재, 실증화 및 상업화 단계로 진행되고 있다.
전 바나듐계 레독스 흐름전지는 집전체인 전도성 금속판; 집전체를 강산으로부터 부식을 방지하고 고전도성 집전체의 역할을 동시에 하는 바이폴라플레이트; 전극으로 사용되는 탄소섬유인 카본펠트류; 전해액은 바나듐이온의 산화상태에 따라 V4 +(양극), V2 +(음극)이온 및 양이온 교환막으로 구성되는 기본 단위 셀이 적층되어 특정 용량에 해당하는 전력저장용 스택으로 제작되고 있다.
이러한 레독스 흐름전지 성능은 전압, 전류 및 에너지효율 특성으로 평가되며, 상기 특성은 전극인 탄소섬유와 바이폴라플레이트의 계면간 접촉저항, 전극인 탄소섬유의 다발간 접촉저항, 이온교환막의 이온교환능력 등이 주요 인자로 작용한다.
이에, 일본공개특허 제2001-196071호는 탄소섬유상의 전극과 바이폴라플레이트를 결합하되, 별도의 결합 바인더 없이 가압식으로 접촉하는 방법이 제시되어 있다. 그러나, 이 방법은 초기 셀 저항이 높고, 장기간 사용하는 경우 바이폴라 플레이트가 강산에 의해 부식 열화되어 바이폴라 플레이트와 전극의 지속적인 압접촉점 유지가 곤란하게 되는 문제가 있다. 즉, 장기간 사용 시 에너지 효율 특성이 저하되는 단점이 있다.
또한 상기 탄소섬유상의 전극은 탄소섬유의 다발 사이의 접촉점을 만들기 위해 레진을 혼합 후 열압 성형한 것으로, 바인더로 사용된 수지의 접착량이 불균하고 응집되는 경우가 많고, 이러한 부분이 초기 셀 저항으로 작용하여 에너지 효율을 저하시키는 단점이 있다.
이러한 단점을 개선하기 위하여 평균입경이 20㎛ 이하인 수지와 단섬유를 혼합, 결합, 열압성형 및 탄화하는 단계를 수행하는 경우, 종래 부직포 내에 수지를 분산하는 경우 보다 균일한 상을 가지며, 이에 의해 결합력이 향상된 전극접합체로 제조될 수 있다. 그러나, 이는 수지로 인해 응집부가 발생되거나 밀도의 증가로 인해 이온교환막의 손상을 야기할 수 있다.
이외에, 일본공개특허 제1999-162496호는 전극인 카본펠트를 적층하여 적층체를 형성하고, 상기 각 적층체의 양단면에 열경화형 수지를 충진하여 일체화한 극판를 사용하는 방법이 제시되어 있다. 상기 방법은 전극판, 기판, 전극판의 접촉저항을 제거하거나 면방향의 전지내부 저항을 줄일 수는 있으나, 열경화형 수지의 불균일한 충진 등으로 오히려 저항이 증가될 수 있는 단점이 있다.
본 발명은 전극과 바이폴라 플레이트의 접합으로 인한 접촉 저항을 감소시킬 수 있고, 접합 시 불균일상으로 인한 접촉 저항 등의 발생을 감소시켜 에너지 효율을 개선할 수 있는 일체화된 전극-바이폴라 플레이트를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 상기 일체화된 전극-바이폴라 플레이트를 작업 안정성 확보 및 공정의 연속성을 유지할 수 있는 이점이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전극과 바이폴라 플레이트가 열경화 접착시트에 의해 접합되어 일체화되며, 상기 열경화 접착시트는 열경화성 수지 및 전도성 충진제를 함유하는 것을 특징으로 하는 일체화된 전극-바이폴라 플레이트를 제공한다
상기 열경화 접착시트는 열경화성 수지 100중량부에 대하여 1 내지 50중량부 함유할 수 있다.
상기 열경화 접착시트는 그 두께가 1 내지 500㎛일 수 있다.
상기 열경화성 수지는 폴리에스테르 수지, 우레아 수지, 아미노 수지, 폴리우레탄 수지, 알키드 수지, 푸란 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지 및 페놀 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 전도성 충진제는 입자크기가 10nm 내지 900㎛이고, 천연흑연, 인조흑연, 탄소섬유 및 탄소나노섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한, 본 발명은 전극과 바이폴라 플레이트 사이에, 열경화성 수지 및 전도성 충진제가 함유된 열경화 접착시트를 삽입하여 적층체를 제조하는 단계 및 상기 적층체를 열압 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체화된 전극-바이폴라 플레이트의 제조방법를 제공한다.
상기 적층체는 전극의 일면에 열경화 접착시트를 저온가압 조건에서 접합한 후, 상기 열결화 접착시트 상에 바이폴라 플레이트를 접합하여 제조할 수 있다.
상기 저온가압은 상온 내지 60℃의 온도 및 0.1 내지 1㎫의 압력에서 수행될 수 있다.
상기 적층체는 바이폴라 플레이트의 일면에 열경화 접착시트 형성용 조성물을 도포 및 건조하여 바이폴라 플레이트가 접합된 열경화 접착시트를 제조한 후, 상기 열경화 접착시트 상에 전극을 접합하여 제조할 수 있다.
상기 열경화성 수지는 폴리에스테르 수지, 우레아 수지, 아미노 수지, 폴리우레탄 수지, 알키드 수지, 푸란 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지 및 페놀 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 전도성 충진제는 입자크기가 10nm 내지 900㎛이고, 천연흑연, 인조흑연, 탄소섬유 및 탄소나노섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 열압 경화는 60 내지 180℃의 온도 및 1 내지 10㎫의 압력에서 0.3 내지 5시간 동안 수행될 수 있다.
상기 열압 경화는 경화전의 전극 두께 1에 대하여 경화후의 전극 두께가 0.3 내지 0.5가 되도록 수행될 수 있다.
상기 전극은 500 내지 600℃에서 3 내지 12시간동안 열 산화된 것일 수 있다.
상기 열경화 접착시트는 열경화성 수지 100중량부에 대하여 1 내지 50중량부 함유할 수 있다.
상기 열경화 접착시트는 그 두께가 1 내지 500㎛일 수 있다.
본 발명에 따른 일체화된 전극-바이폴라 플레이트는 접착시트에 의해 전극과 바이폴라 플레이트가 접합되어, 종래 접합 계면의 접촉저항 등의 에너지 효율 저하 등의 문제를 개선할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 일체화된 전극-바이폴라 플레이트는 접착시트가 내산성 보호코팅면으로서의 역할을 수행하여, 전극 및 바이폴라 플레이트의 내구 안정성을 확보할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 일체화된 전극-바이폴라 플레이트는 접착시트 내에 전도성 충진제가 균일하게 분산되고, 시트 두께 조절이 용이하며, 접착시트 형성용 조성물을 저온 경화시켜 시트형으로 제조하므로 제조 시 작업 안정성 확보 및 공정의 연속성을 유지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일체화된 전극-바이폴라 플레이트의 단면도(a) 및 이를 이용한 기본 단위 셀의 단면도(b)를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 일체화된 전극-바이폴라 플레이트의 접합면의 SEM사진이고,
도 3은 실시예 1의 일체화된 전극-바이폴라 플레이트 및 비교예 1의 전극, 바이폴라 플레이트를 이용한 충방전 실험 결과를 나타낸 것이다.
본 발명은 에너지 효율이 향상된 일체화된 전극-바이폴라 플레이트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일체화된 전극-바이폴라 플레이트는 도 1의 (a)와 같이, 전극(1)과 바이폴라 플레이트(2)가 열경화 접착시트(4)에 의해 접합되어 일체화된다.
상기 열경화 접착시트는 열경화성 수지 및 전도성 충진제를 함유한 열경화 접착시트 제조용 조성물을 사용하여 형성된다.
열경화성 수지는 폴리에스테르 수지, 우레아 수지, 아미노 수지, 폴리우레탄 수지, 알키드 수지, 푸란 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지 및 페놀 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있으며, 접착 성능 및 저온 경화형을 고려하면 저 기포성 경화 수지, 저온 경화형 수지 또는 바이폴라 플레이트 표면과 상용성을 위해 소수성 분자 구조를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전도성 충진제는 인조흑연, 활성탄소, 천연흑연, 카본블랙, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 그래핀으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. 고전도성 접착시트 제조를 고려하면, 전기전도율이 높거나 수지 내 높은 분산성을 갖는 것이 바람직하다.
상기 전도성 충진제는 입자크기가 10nm 내지 900㎛, 열경화성 수지와의 혼화성 및 분산성을 고려하면 바람직하기로는 10nm 내지 300㎛, 보다 바람직하기로는 1 내지 100㎛인 것이 좋다. 입자크기가 10nm 미만이면 경우에는 낮은 밀도로 충진 부피가 증가하여 분산상 어려움이 하고 900㎛을 초과하는 경우에는 분산 후 응집 문제가 발생할 수 있다.
이러한 열경화 접착시트는 열경화성 수지 100중량부에 대하여 전도성 충진제가 1 내지 50중량부, 바람직하기로는 5 내지 50중량부를 함유하는 것이 좋다. 상기 함유량이 1중량부 미만이면 전도성 접착시트제조 후 수지량이 과량으로 존재하여 전기저항 특성 상승 및 에너지 효율이 저하될 수 있고, 50중량부를 초과하는 경우에는 수지량이 낮아 접착성능이 줄어들거나 바이폴라 플레이트와 전극의 계면 접합부의 공극 형성 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 열경화 접착시트 제조용 조성물은 경화성, 시트 제조상의 용이성 및 점도 조절 등을 고려하여, 유기용매, 경화제 등을 추가로 함유할 수 있다.
이외에 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 상기 열경화 접착시트는 귀금속 충진제, 경화제, 분산제 및 용제 등의 첨가제를 추가로 함유할 수 있다.
상기 유기용매, 경화제 및 첨가제 등은 본 발명이 목적으로 하는 접착시트의 역할 수행이 가능한 범위내에서 그 함량을 적절히 조절할 수 있다. 구체적으로, 상기 유기용매는 열경화성 수지 100중량부에 대하여 100 내지 200중량부를 함유하는 것이 바람직하고, 상기 귀금속 충진제, 경화제 및 첨가제 등은 열경화성 수지 100중량부에 대하여 5중량부 미만 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 일체화된 전극-바이폴라 플레이트는 전극과 바이폴라 플레이트 사이에, 열경화성 수지 및 전도성 충진제가 함유된 열경화 접착시트를 삽입하여 적층체를 제조하고 이를 열압 경화하여 제조한다.
이때, 상기 열경화성 수지 및 전도성 충진제는 상기에서 설명한 바와 동일하다.
본 발명의 적층체는 전극의 일면에 열경화 접착시트를 저온가압 조건에서 접합한 후, 상기 열경화 접착시트 상에 바이폴라 플레이트를 접합하여 제조할 수 있다.
열경화 접착시트의 제조는 마이크로미터 필름 어플리케이터 등과 같은 접착시트 제조용 장치를 이용하여 수행한다. 상기 장치를 이용하여 제조된 접착시트는 미세기포가 발생되므로 탈포 공정을 수행한다. 상기 탈포는 30 내지 60℃에서 10 내지 30분간 건조하는 저온 탈포 공정이 바람직하다.
제조된 열경화 접착시트는 그 두께가 1 내지 500㎛를 유지하는 것이 바람직하며, 두께가 1㎛ 미만이면 바이폴라 플레이트-전극 계면간 접합층을 유지하기 어려울 수 있고 500㎛를 초과하는 경우에는 바이폴라 플레이트-전극간 계면저항이 증가하여 에너지 효율의 저하 문제가 발생할 수 있다.
접합하는 전극 및 바이폴라 플레이트의 표면은 클리닝 작업을 수행하는 것이 바람직하며, 특히 전극은 표면 활성화 처리는 일반적으로 가장 안정한 공정인 열 산화를 수행하는 것이 바람직하며, 열 산화는 500 내지 600℃에서 3 내지 12시간동안 수행하는 것이 좋다.
상기 열 산화 온도가 500℃ 미만이면 전극 표면의 작용기 형성에 수일이 소요되거나 최적의 활성화가 어려울 수 있고 600℃를 초과하는 경우에는 전극소재의 열산화에 의해 애쉬(ash)화되어 소재의 기능을 상실할 수 있다.
이후에, 표면이 열 산화된 전극면에 상기 제조된 열경화 접착시트를 저온가압 조건에서 접합하여 전극이 접합된 열경화 접착시트를 제조한다. 상기 저온가압은 상온 내지 60℃의 온도 및 0.1 내지 1㎫의 압력 조건이 바람직하다. 본 발명의 열경화 접착시트는 이를 구성하는 열경화성 수지가 저온에서 경화가 가능하므로 일정량의 압력만 가하면 접합이 가능하다.
상기 전극이 접합된 열경화 접착시트 상에 바이폴라 플레이트를 접합하여 적층제를 제조한다.
또한, 본 발명의 적층체는 바이폴라 플레이트의 일면에 열경화 접착시트 형성용 조성물을 도포 및 건조하여 바이폴라 플레이트가 접합된 열경화 접착시트를 제조한 후, 상기 열경화 접착시트 상에 전극을 접합하여 제조할 수 있다.
상기 도포 및 건조는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지 않으며, 건조는 열경화 접착시트 형성용 조성물의 용매가 휘발되어 시트 형상이 이루어질 때까지 수행되는 것이 바람직하다. 건조 조건은 휘발되는 용매의 종류에 따라 적절히 선택할 수 있다.
이후에, 상기 적층체를 열압 경화하여 일체화된 전극-바이폴라 플레이트를 제조한다.
상기 열압 경화는 60 내지 180℃의 온도 및 1 내지 10㎫의 압력에서 0.3 내지 5시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 열압 경화 온도가 60℃ 미만이면 경화시간이 장시간 지연되고 미경화물이 남아 계면저항체로 작용할 수 있고 180℃를 초과하는 경우에는 가스발생 및 조직의 기공으로 인한 저항 문제가 발생할 수 있다.
이때, 열압 경화는 경화전 전극 두께 1에 대하여 경화후 전극 두께의 0.3 내지 0.5가 되도록 하중을 가하여 수행하는 것이 바람직하다. 상기 경화후 전극 두께가 0.3 미만이면 바이폴라 플레이트-전극 계면간 접합부의 결합력이 저하될 수 있고 0.5를 초과하는 경우에는 전극이 손상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 일체화된 전극-바이폴라 플레이트(도 1의 (a))를 포함하여 전 바나듐계 레독스 흐름전지를 제공할 수 있다. 상기 전 바나듐계 레독스 흐름전지는 일체화된 전극-바이폴라 플레이트가 포함된 기본 단위 셀(도 1의 (b))이 구비되며, 이외의 구성은 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다. 이러한 구성은 당 업자라면 용이하게 구현할 수 있는 것으로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1
1)열경화 접착제 조성물
폴리에스테르 수지(Liza Ad2300제품, Calix chem사) 90중량부에, 유기용제로 톨루엔(삼전화학) 20중량부를 혼합하고, 전도성 충진제로 인조흑연(입자크기 2㎛, synthetic-graphite, Asbury사)을 10중량부로 투입하여 1000rpm 및 6시간동안 교반하여 열경화 접착제 조성물을 제조하였다.
2)열경화 접착시트
마이크로미터 필름 어플리케이터를 이용하여, 상기 1)에서 제조된 열경화 접착제 조성물을 125㎛ 두께의 열경화 접착시트로 제조하였다. 상기 접착시트는 미세기포를 제거하기 위하여 30 내지 60℃에서 10 내지 30분간 건조하는 저온 탈포 공정을 수행하였다.
3)일체화된 전극-바이폴라 플레이트
바이폴라 플레이트(SK507제품, Morgan Korea사) 표면은 클리닝 작업을 수행하고, 전극인 카본펠트(WDF제품, Morgan AM&T사)는 550℃에서 5시간동안 열 산화하였다.
상기 2)에서 제조된 열경화 접착시트를 전극의 크기에 맞게 재단하여, 전극의 일면에 저온 접착하였다. 이때, 저온 접착은 60℃의 온도 및 0.5㎫의 압력에서 수행하였다.
이후에, 상기 전극이 접합된 열경화 접착시트 상에 바이폴라 플레이트를 접합한 후, 열압 경화하여 도 1의 일체화된 전극-바이폴라 플레이트를 제조하였다. 이때, 열압 경화는 155℃의 온도 및 7MPa의 압력에서 수행하였으며, 열압 경화전의 두께는 125㎛이고, 열압 경화후의 두께는 80㎛이었다.
도 2는 전극과 바이폴라 플레이트 접합 계면의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 폴리에스테르 수지(Liza Ad2300제품, Calix chem사) 70중량부에, 유기용제로 톨루엔(삼전화학) 20중량부를 혼합하고, 전도성 충진제로 인조흑연(입자크기 2㎛, synthetic-graphite, Asbury사)을 30중량부을 사용하여 일체화된 전극-바이폴라 플레이트를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 폴리에스테르 수지(Liza Ad2300제품, Calix chem사) 50중량부에, 유기용제로 톨루엔(삼전화학) 20중량부를 혼합하고, 전도성 충진제로 인조흑연(입자크기 2㎛, synthetic-graphite, Asbury사)을 50중량부을 사용하여 일체화된 전극-바이폴라 플레이트를 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 폴리에스테르 수지(Liza Ad2300제품, Calix chem사) 90중량부에, 유기용제로 톨루엔(삼전화학) 50중량부를 혼합하고, 전도성 충진제로 천연흑연(입자크기 25㎛, graphite, Brazil Graphite사)을 10중량부을 사용하여 일체화된 전극-바이폴라 플레이트를 제조하였다.
실시예 5
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 폴리에스테르 수지(Liza Ad2300제품, Calix chem사) 90중량부에, 유기용제로 톨루엔(삼전화학) 50중량부를 혼합하고, 전도성 충진제로 탄소나노튜브(지름150nm, 길이6㎛, carbon nano-tube, VGCF-H제품, Showa Denko사)을 5중량부을 사용하여 일체화된 전극-바이폴라 플레이트를 제조하였다.
실시예 6
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 에폭시 수지(YD127제품, 국도화학사) 90중량부에, 경화제(HN2200제품, 국도화학사) 60중량부를 혼합하고, 전도성 충진제로 인조흑연(입자크기 2㎛, synthetic-graphite, Asbury사)을 10중량부 및 촉진제(BDMA제품, 국도화학사)을 사용하여 일체화된 전극-바이폴라 플레이트를 제조하였다.
실시예 7
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 레졸계 페놀 수지(KC6301, 강남화성) 90중량부에, 유기용제로 메탄올(삼전화학) 50중량부를 혼합하고, 전도성 충진제로 인조흑연(입자크기 2㎛, synthetic-graphite, Asbury사)을 10중량부을 사용하여 일체화된 전극-바이폴라 플레이트를 제조하였다. 이때, 열경화 접착시트는 250㎛가 되도록 하였다.
비교예 1
상기 실시예 1의 전극 및 바이폴라 플레이트를 접합하지 않고, 각각을 이용하였다.
시험예
상기 실시예의 일체화된 전극-바이폴라 플레이트를 이용하여 단위셀을 제조하고 이를 이용하여 전기, 화학적 특성을 평가하였다.
구체적으로, 한 쌍의 엔드플레이트; 상기 엔드플레이트 내측에 형성된 한 쌍의 집전체(5); 상기 집전체 내측에 형성된 한 쌍의 일체화된 전극-바이폴라 플레이트 및 상기 일체화된 전극-바이폴라 플레이트 사이에 양이온 교환막(6)을 포함하는 단위셀을 제작하였다(도 1).
상기 단위셀과 2M 황산(덕산화학사)/바나듐(Aldrich, 97%)용액의 전해액에 이온교환막으로 Nafion117제품(Dupont사)을 사용하여 전기 화학적 특성(전류밀도, 저항, 전류효율, 전압효율 및 에너지 효율)을 평가하였다.
이때, 전류밀도는 40mA/㎠이고, 인가되는 전압범위는 0.6 내지 1.6V이다.
상기 저항은 1.6V 충전 차단전압 및 0.8V 방전 차단전압 하에서, 40mA/㎠의 정전류로 충방전하고, 개회로전압 1.6V에서 5초간 전류를 차단하여 전압의 전위차에 대한 저항을 측정하였다. 상기 전류효율(%)은 방전용량/충전용량100, 전압효율(%)은 방전전압/충전전압100, 에너지효율(%)은 전류효율전압효율/100을 이용하여 산출하였다.
비교예 1은 전극 및 바이폴라 플레이트를 각각 이용하여 단위셀을 제조하고, 이를 이용하여 전기, 화학적 특성을 평가하였다.
구분 전류밀도
(㎃/㎠)		 저항
(Ω)		 전류효율
(%)		 전압효율
(%)		 에너지효율
(%)
실시예 1 40 0.12 88.6 92.2 81.7
실시예 2 40 0.14 87.2 92.1 80.3
실시예 3 40 0.20 86.3 90.5 78.1
실시예 4 40 0.15 84.6 92.2 78.0
실시예 5 40 0.25 86.5 90.2 77.7
실시예 6 40 0.19 87.0 90.6 78.8
실시예 7 40 0.20 85.4 90.1 76.9
비교예 1 40 0.27 81.4 89.3 72.7
또한, 도 3은 실시예 1 및 2의 일체화된 전극-바이폴라 플레이트 및 비교예 1의 전극, 바이폴라 플레이트를 이용한 충방전 실험 결과를 나타낸 것이다. 그 결과, 비교예 1에 비해 실시예 1 및 2는 최대전압까지 걸리는 시간이 현저히 감소되었으며, 또한 단위전지 전체 저항이 낮아 전압 및 전류효율 상승에 따른 에너지 효율에 보다 안정하다는 것을 확인할 수 있었다.
1: 전극
2: 바이폴라 플레이트
3: 열경화 접착시트
4: 집전체
6: 이온교환막
6: 셀 고정용 지지판
7: 셀 고정용 핀

Claims (16)

  1. 바나듐계 레독스 흐름전지에 포함되는 전극-바이폴라 플레이트에 있어서,
    전극과 바이폴라 플레이트가 열경화 접착시트에 의해 접합되어 일체화되며,
    상기 열경화 접착시트는 열경화성 수지 및 전도성 충진제를 함유하고,
    상기 열경화 접착시트는 그 두께가 1 내지 500㎛이며,
    상기 열경화 접착시트는 열경화성 수지 100중량부에 대하여 전도성 충진제 1 내지 50중량부 함유하는 것을 특징으로 하는 일체화된 전극-바이폴라 플레이트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 열경화성 수지는 폴리에스테르 수지, 우레아 수지, 아미노 수지, 폴리우레탄 수지, 알키드 수지, 푸란 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지 및 페놀 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 일체화된 전극-바이폴라 플레이트.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 충진제는 입자크기가 10nm 내지 900㎛이고, 인조흑연, 활성탄소, 천연흑연, 카본블랙, 탄소섬유, 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 일체화된 전극-바이폴라 플레이트.
  6. 바나듐계 레독스 흐름전지에 포함되는 전극-바이폴라 플레이트의 제조방법에 있어서,
    전극과 바이폴라 플레이트 사이에, 열경화성 수지 및 전도성 충진제가 함유된 열경화 접착시트를 삽입하여 적층체를 제조하는 단계 및
    상기 적층체를 열압 경화하는 단계를 포함하고,
    상기 열경화 접착시트는 그 두께가 1 내지 500㎛이며,
    상기 열경화 접착시트는 열경화성 수지 100중량부에 대하여 전도성 충진제 1 내지 50중량부 함유하는 것을 특징으로 하는 일체화된 전극-바이폴라 플레이트의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 적층체는 전극의 일면에 열경화 접착시트를 저온가압 조건에서 접합한 후, 상기 열경화 접착시트 상에 바이폴라 플레이트를 접합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 일체화된 전극-바이폴라 플레이트의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 저온가압은 상온 내지 60℃의 온도 및 0.1 내지 1㎫의 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는 일체화된 전극-바이폴라 플레이트의 제조방법.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 적층체는 바이폴라 플레이트의 일면에 열경화 접착시트 형성용 조성물을 도포 및 건조하여 바이폴라 플레이트가 접합된 열경화 접착시트를 제조한 후, 상기 열경화 접착시트 상에 전극을 접합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 일체화된 전극-바이폴라 플레이트의 제조방법.
  10. 청구항 6에 있어서, 상기 열경화성 수지는 폴리에스테르 수지, 우레아 수지, 아미노 수지, 폴리우레탄 수지, 알키드 수지, 푸란 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지 및 페놀 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 일체화된 전극-바이폴라 플레이트의 제조방법.
  11. 청구항 6에 있어서, 상기 전도성 충진제는 입자크기가 10nm 내지 900㎛이고, 인조흑연, 활성탄소, 천연흑연, 카본블랙, 탄소섬유, 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 일체화된 전극-바이폴라 플레이트의 제조방법.
  12. 청구항 6에 있어서, 상기 열압 경화는 60 내지 180℃의 온도 및 1 내지 10㎫의 압력에서 0.3 내지 5시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 일체화된 전극-바이폴라 플레이트의 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 열압 경화는 경화전의 전극 두께 1에 대하여 경화후의 전극 두께가 0.3 내지 0.5가 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 일체화된 전극-바이폴라 플레이트의 제조방법.
  14. 청구항 6에 있어서, 상기 전극은 500 내지 600℃에서 3 내지 12시간동안 열 산화된 것을 특징으로 하는 일체화된 전극-바이폴라 플레이트의 제조방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
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