KR101511228B1 - 레독스 흐름 전지 - Google Patents

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최원석
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롯데케미칼 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 측면은 2상 전해액 탱크에서 캐소드 전해액 탱크로 오버 플로우 되는 중혼합 브로민을 최소화시켜, 효율을 높이는 레독스 흐름 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지는, 전류를 생성하는 스택, 및 상기 스택에 전해액을 공급하고 상기 스택에서 유출되는 전해액을 저장하는 전해액 탱크를 포함하며, 상기 전해액 탱크는, 상기 스택의 멤브레인과 애노드 전극 사이에 공급하는 애노드 전해액을 수용하는 애노드 전해액 탱크, 상기 스택의 상기 멤브레인과 캐소드 전극 사이에 공급하는 캐소드 전해액을 수용하며, 상기 애노드 전해액 탱크에 제1오버 플로우 관으로 연결되는 캐소드 전해액 탱크, 및 상기 멤브레인과 상기 캐소드 전극 사이에서 유출되는 상기 캐소드 전해액의 2상(phase)을 수용하며, 상기 캐소드 전해액 탱크에 제2오버 플로우 관으로 연결되는 2상 전해액 탱크를 포함하고, 상기 2상 전해액 탱크는, 상기 캐소드 전해액의 유입 측과 유출 측을 구획하고, 하부에서 양측을 연통하는 연통구를 형성하도록 내부에 설치되는 격벽을 더 포함한다.

Description

레독스 흐름 전지 {REDOX FLOW BATTERY}
본 발명은 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.
알려진 바에 따르면, 레독스 흐름 전지는 바이폴라 전극판(bipolar electrode)과 멤브레인(membrane)을 반복적으로 적층하고, 적층된 최외곽의 양측에 집전판과 앤드 캡을 차례로 적층하여 형성되는 스택, 및 스택에 전해액을 공급하고 스택에서 내부 반응 후, 유출되는 전해액을 저장하는 전해액 탱크를 포함한다.
예를 들면, 레독스 흐름 전지에서, 전해액 탱크는 아연을 포함하는 애노드 전해액(anolyte)을 수용하는 애노드 전해액 탱크, 브로민을 포함하는 캐소드 전해액(catholyte)을 수용하는 캐소드 전해액 탱크, 및 캐소드 전해액의 2상(phase)을 수용하는 2상 전해액 탱크를 포함한다.
애노드 전해액 탱크와 캐소드 전해액 탱크는 제1오버 플로우 관으로 연결되어 부족한 전해액을 서로 공급한다. 캐소드 전해액 탱크와 2상 전해액 탱크는 제2오버 플로우 관으로 연결되어 캐소드 전해액의 2상을 수용한다.
2상 전해액 탱크는 스택으로부터 유출되는 캐소드 전해액을 비중 차에 따라 분리하여, 상부에 수성 브로민(aqueous Br)과 하부에 중혼합 브로민(heavy complexing Br, QBr)을 수용한다.
충전시 2상 전해액 탱크에는 중혼합 브로민의 양이 증가하고, 방전시 중혼합 브로민의 양이 감소된다. 저장된 중혼합 브로민은 방전시에만 사용된다.
그러나 2상 전해액 탱크의 용적이 캐소드 전해액 탱크의 용적에 비하여 적을 때, 중혼합 브로민은 수성 브로민과 혼합된 상태로 2상 전해액 탱크에서 캐소드 전해액 탱크로 오버 플로우 될 수 있다.
또한, 제2오버 플로우 관의 위치 및 2상 전해액 탱크에 유입되는 캐소드 전해액의 유속에 따라서, 중혼합 브로민은 수성 브로민과 혼합된 상태로 2상 전해액 탱크에서 캐소드 전해액 탱크로 오버 플로우 될 수 있다.
이와 같이, 충전시, 중혼합 브로민이 2상 전해액 탱크로부터 캐소드 전해액 탱크로 오버 플로우 됨에 따라 레독스 흐름 전지의 효율이 저하된다.
본 발명의 일 측면은 2상 전해액 탱크에서 캐소드 전해액 탱크로 오버 플로우 되는 중혼합 브로민(QBr)을 최소화시켜, 효율을 높이는 레독스 흐름 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지는, 전류를 생성하는 스택, 및 상기 스택에 전해액을 공급하고 상기 스택에서 유출되는 전해액을 저장하는 전해액 탱크를 포함하며, 상기 전해액 탱크는, 상기 스택의 멤브레인과 애노드 전극 사이에 공급하는 애노드 전해액을 수용하는 애노드 전해액 탱크, 상기 스택의 상기 멤브레인과 캐소드 전극 사이에 공급하는 캐소드 전해액을 수용하며, 상기 애노드 전해액 탱크에 제1오버 플로우 관으로 연결되는 캐소드 전해액 탱크, 및 상기 멤브레인과 상기 캐소드 전극 사이에서 유출되는 상기 캐소드 전해액의 2상(phase)을 수용하며, 상기 캐소드 전해액 탱크에 제2오버 플로우 관으로 연결되는 2상 전해액 탱크를 포함하고, 상기 2상 전해액 탱크는, 상기 캐소드 전해액의 유입 측과 유출 측을 구획하고, 하부에서 양측을 연통하는 연통구를 형성하도록 내부에 설치되는 격벽을 더 포함한다.
상기 연통구는, 상기 격벽의 하단과 상기 2상 전해액 탱크의 바닥 사이에서 상기 2상 전해액 탱크의 너비 전체 범위에 걸쳐 설정될 수 있다.
상기 연통구의 높이는, 상기 2상 전해액 탱크 높이의 5~85%로 설정될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 2상 전해액 탱크에 격벽을 설치하여 캐소드 전해액의 유입 측과 유출 측을 구획하므로, 중혼합 브로민(QBr)이 2상 전해액 탱크에서 차단되어 캐소드 전해액 탱크로 오버 플로우 되지 않거나 오버 플로우 되는 양이 최소화 될 수 있다. 따라서 레독스 흐름 전지는 높은 효율을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 구성도이다.
도 2는 도 1에 적용되는 스택의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면도이다.
도 5는 도 1에 적용되는 전해액 탱크의 사시도이다.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 선에 따른 단면도이다.
도 7은 종래기술과 본 발명의 일 실시예의 에너지 효율을 비교한 그래프이다.
도 8은 종래기술과 본 발명의 일 실시예의 전압 효율을 비교한 그래프이다.
도 9는 종래기술과 본 발명의 일 실시예의 전류 효율을 비교한 그래프이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예의 레독스 흐름 전지는 전해액의 순환으로 전류를 발생시키는 스택(100), 및 스택(100)에 전해액을 공급하고 스택(100)에서 유출되는 전해액을 저장하는 전해액 탱크(예를 들면, 애노드 전해액 탱크(200), 캐소드 전해액 탱크(300), 및 2상 전해액 탱크(400))를 포함한다.
도 2는 도 1에 적용되는 스택의 분해 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 애노드 전해액 탱크(200)는 스택(100)의 멤브레인(10)과 애노드 전극(32) 사이에 공급하고, 멤브레인(10)과 애노드 전극(32) 사이를 경유하여 유출되는 애노드 전해액을 수용한다.
캐소드 전해액 탱크(300)는 스택(100)의 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이에 공급하는 캐소드 전해액을 수용하며, 애노드 전해액 탱크(200)에 제1오버 플로우 관(201)으로 연결된다.
2상 전해액 탱크(400)는 스택(100)의 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이를 경유하여 유출되는 캐소드 전해액(수성 브로민과 중혼합 브로민의 2상(phase)을 포함하는 전해액)을 수용하며, 캐소드 전해액 탱크(300)에 제2오버 플로우 관(202)으로 연결된다.
2상 전해액 탱크(400)는 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이에서 유출되는 캐소드 전해액을 비중에 따라 2상으로 분리하여, 즉 하측에 중혼합 브로민을 수용하고, 상측에 수성 브로민을 수용한다. 수성 브로민은 제2오버 플로우 관(202)을 통하여 캐소드 전해액 탱크(300)로 공급된다.
이를 위하여, 전해액 유입 라인(L21, L31)은 제1, 제2펌프(P1, P2)를 개재하여, 스택(100)의 전해액 유입구(H21, H31)를 애노드 전해액 탱크(200)와 캐소드 전해액 탱크(300)에 각각 연결한다. 전해액 유출 라인(L22, L32)은 스택(100)의 전해액 유출구(H22, H32)에 애노드 전해액 탱크(200)와 2상 전해액 탱크(400)를 각각 연결한다.
애노드 전해액 탱크(200)는 아연을 포함하는 애노드 전해액(anolyte)을 내장하며, 제1펌프(P1)의 구동으로 스택(100)의 멤브레인(10)과 애노드 전극(32) 사이에 애노드 전해액을 순환시킨다.
캐소드 전해액 탱크(300)는 브로민을 포함하는 캐소드 전해액(catholyte)을 내장하며, 제2펌프(P2)의 구동으로 스택(100)의 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이에 캐소드 전해액을 순환시킨다.
2상 전해액 탱크(400)는 제2펌프(P2)의 구동으로 스택(100)의 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이에서 유출되는 캐소드 전해액을 공급 받아서 비중 차에 따라 하측에 중혼합 브로민을 수용하고, 상측에 수성 브로민을 수용한다.
또한, 스택(100)은 버스바(B1, B2)를 통하여 외부의 부하에 연결되어 스택(100)의 내부에서 생성된 전류를 방전하거나, 외부의 전원에 연결되어 애노드 전해액 탱크(200)와 2상 전해액 탱크(400)에 전류를 충전할 수 있다.
예를 들면, 스택(100)은 단위 셀들(C1, C2)을 복수로 적층하여 형성될 수 있다. 편의상, 본 실시예는 2개의 단위 셀들(C1, C2)을 적층하여 형성된 스택(100)을 예시한다.
좌측 단위 셀(C1)에 전해액 유입구(H21, H31)가 구비되고, 전해액 유입구(H21, H31)는 제1, 제2펌프(P1, P2)를 개재하여 전해액 유입 라인(L21, L31)으로 애노드 전해액 탱크(200)와 캐소드 전해액 탱크(300)에 각각 연결된다.
또한, 우측 단위 셀(C2)에 전해액 유출구(H22, H32)가 구비되고, 전해액 유출구(H22, H32)는 전해액 유출 라인(L22, L32)으로 애노드 전해액 탱크(200)와 2상 전해액 탱크(400)에 각각 연결된다.
전해액 유입구(H21, H31)는 애노드 전해액 탱크(200)와 캐소드 전해액 탱크(300)의 전해액을 좌측 단위 셀(C1)로 각각 유입한다. 전해액 유출구(H22, H32)는 스택(100)을 경유하여, 우측 단위 셀(C2)로부터 유출되는 전해액을 애노드 전해액 탱크(200)와 2상 전해액 탱크(400)로 각각 유출한다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선에 따른 단면도이고, 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 스택(100)은 멤브레인(10), 스페이서(20), 전극판(30), 흐름 프레임(예를 들면, 멤브레인 흐름 프레임(40), 전극 흐름 프레임(50)), 제1, 제2집전판(61, 62)(도 4 및 도 5 참조) 및 제1, 제2앤드 캡(71, 72)을 포함한다.
일례로써, 스택(100)은 2개의 단위 셀(C1, C2)을 구비하므로 1개의 전극 흐름 프레임(50)을 중앙에 구비하고, 전극 흐름 프레임(50)의 양측에 좌우 대칭 구조로 배치되는 2개의 멤브레인 흐름 프레임(40), 및 멤브레인 흐름 프레임(40)의 외곽에 각각 배치되는 2개의 제1, 제2앤드 캡(71, 72)을 포함한다.
멤브레인(10)은 이온을 통과시키도록 구성되고, 멤브레인 흐름 프레임(40)에 멤브레인 흐름 프레임(40)의 두께 방향 중심에 결합된다. 전극판(30)은 전극 흐름 프레임(50)에 전극 흐름 프레임(50)의 두께 방향 중심에 결합된다.
제1앤드 캡(71), 멤브레인 흐름 프레임(40), 전극 흐름 프레임(50), 멤브레인 흐름 프레임(40) 및 제2앤드 캡(72)을 배치하고, 멤브레인(10)과 전극판(30) 사이에 각각 스페이서(20)를 개재하여 멤브레인 흐름 프레임(40), 전극 흐름 프레임(50) 및 제1, 제2앤드 캡(71, 72)을 서로 접합함으로써, 2개의 단위 셀(C1, C2)을 구비한 스택(100)이 형성된다.
전극판(30)은 2개의 단위 셀(C1, C2)이 연결되는 부분에서는 일측으로 애노드 전극(32)을 형성하고 다른 측으로 캐소드 전극(31)을 형성하여, 2개의 단위 셀(C1, C2)을 직렬로 연결하는 바이폴라 전극을 형성한다. 캐소드 전극(31)에는 카본 코팅층이 형성될 수 있다.
멤브레인 흐름 프레임(40), 전극 흐름 프레임(50) 및 제1, 제2앤드 캡(71, 72)은 서로 접착되어 멤브레인(10)과 전극판(30) 사이에 내부 용적(IV)을 설정하며, 내부 용적(IV)에 전해액을 공급하는 제1, 제2유로 채널(CH1(도 3 참조), CH2(도 4 참조))을 구비한다. 제1, 제2유로 채널(CH1, CH2)은 멤브레인(10)의 양면에서 각각 균일한 압력과 양으로 전해액을 공급하도록 구성된다.
멤브레인 흐름 프레임(40), 전극 흐름 프레임(50) 및 제1, 제2앤드 캡(71, 72)은 합성수지 성분을 포함하는 전기 절연재로 형성되어, 열융착 또는 진동 융착으로 접착될 수 있다.
제1유로 채널(CH1)은 전해액 유입구(H21), 내부 용적(IV) 및 전해액 유출구(H22)를 연결하여, 제1펌프(P1)의 구동에 의하여, 멤브레인(10)과 애노드 전극(32) 사이에 설정되는 내부 용적(IV)으로 애노드 전해액을 유입하여 반응 후, 유출 가능하게 한다(도 3 참조).
제2유로 채널(CH2)은 전해액 유입구(H31), 내부 용적(IV) 및 전해액 유출구(H32)를 연결하여, 제2펌프(P2)의 구동에 의하여, 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이에 설정되는 내부 용적(IV)으로 캐소드 전해액을 유입하여 반응 후, 유출 가능하게 한다(도 4 참조).
애노드 전해액은 내부 용적(IV)의 애노드 전극(32) 측에서 산화환원 반응하여 전류를 생성하여 애노드 전해액 탱크(200)에 저장된다. 캐소드 전해액은 내부 용적(IV)의 캐소드 전극(31) 측에서 산화환원 반응하여 전류를 생성하여 2상 전해액 탱크(400)에 저장된다.
충전시, 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이에서,
2Br- → 2Br＋2e- (식 1)
와 같은 화학 반응이 일어나서, 캐소드 전해액에 포함된 브로민이 생산되어 2상 전해액 탱크(400)에 저장된다. 이때, 브로민은 캐소드 전해액과 같이 스택(100)으로부터 즉시 제거되는 고밀도 제2상을 형성하도록 캐소드 전해액 안에서 사암모늄 이온에 의하여 즉시 혼합된다. 2상 전해액 탱크(400)에서 분리된 수성 브로민은 제2오버 플로우 관(202)을 통하여, 캐소드 전해액 탱크(300)로 오버 플로우 된다.
충전시, 멤브레인(10)과 애노드 전극(32) 사이에서,
Zn2＋＋2e- → Zn (식 2)
와 같은 화학 반응이 일어나서, 애노드 전해액에 포함된 아연이 애노드 전극(32)에 증착되어 저장된다. 이때, 애노드 전해액 탱크(200)와 캐소드 전해액 탱크(300) 사이에서 애노드 전해액 또는 캐소드 전해액은 제1오버 플로우 관(201)을 통하여, 상호 오버 플로우 될 수 있다.
방전시, 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이에서, 식 1의 역 반응이 일어나고, 멤브레인(10)과 애노드 전극(32) 사이에서 식 2의 역 반응이 일어난다.
제1, 제2집전판(61, 62)은 캐소드 전극(31)과 애노드 전극(32)에서 생성된 전류를 모으거나, 외부에서 캐소드 전극(31)과 애노드 전극(32)에 전류를 공급하도록 최외곽 전극판(30, 30)에 접착되어 전기적으로 연결된다.
버스바(B1, B2)는 제1, 제2집전판(61, 62)에 전기적으로 각각 연결되어 스택(100)의 외부로 전류를 인출하거나 외부의 전류를 스택(100)으로 공급할 수 있게 한다.
이를 위하여, 제1앤드 캡(71)은 버스바(B1)가 연결된 제1집전판(61)과, 제1집전판(61)에 연결되는 전극판(30)을 수용하여 일체로 형성되어, 스택(100)의 일측 외곽을 형성한다. 제1앤드 캡(71)은 버스바(B1), 제1집전판(61), 및 전극판(30)을 삽입하여 인서트 사출로 성형될 수 있다.
제2앤드 캡(72)은 버스바(B2)가 연결된 제2집전판(62)과, 제2집전판(62)에 연결되는 전극판(30)을 수용하여 일체로 형성되어 스택(100)의 다른 일측 외곽을 형성한다. 제2앤드 캡(72)은 버스바(B2), 제2집전판(62), 및 전극판(30)을 삽입하여 인서트 사출로 성형될 수 있다.
제1앤드 캡(71)은 일측에 전해액 유입구(H21, H31)를 구비하여 제1, 제2유로 채널(CH1, CH2)에 연결되어, 캐소드 전해액과 애노드 전해액을 각각 유입한다. 제2앤드 캡(72)은 일측에 전해액 유출구(H22, H32)를 구비하여 제1, 제2유로 채널(CH1, CH2)에 연결되어 캐소드 전해액과 애노드 전해액을 각각 유출한다.
도 5는 도 1에 적용되는 전해액 탱크의 사시도이고, 도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 선에 따른 단면도이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 2상 전해액 탱크(400)는 내부에 설치되는 격벽(401)을 포함한다.
격벽(401)은 2상 전해액 탱크(400)에 설치되어 캐소드 전해액의 유입 측(전해액 유출 라인(L32) 측)과 유출 측(제2오버 플로우 관(202) 측)을 구획하고, 2상의 전해액 탱크(400)의 하부에서 양측을 연통하는 연통구(402)를 형성한다.
2상 전해액 탱크(400)로 유입되는 캐소드 전해액은 비중이 가벼운 수성 브로민과 비중이 무거운 중혼합 브로민으로 분리된다. 2상 전해액 탱크(400)에서 하부에 중혼합 브로민이 모이고, 상부에 수성 브로민이 모인다.
즉 전해액 유출 라인(L32)을 통하여 2상 전해액 탱크(400)로 유입된 캐소드 전해액은 격벽(401)의 하단에 설정된 연통구(402)를 경유하지 않고 제2오버 플로우 관(202)으로 오버 플로우 되지 않는다.
따라서 2상 전해액 탱크(400)로 유입된 캐소드 전해액에 포합된 중혼합 브로민은 연통구(402)를 경유하여 제2오버 플로우 관(202) 측으로 이동된다. 즉 제2오버 플로우 관(202) 측의 2상 전해액 탱크(400)에서 중혼합 브로민은 항상 하측에 위치하게 된다.
그러므로 2상 전해액 탱크(400)에서 제2오버 플로우 관(202)으로 오버 플로우 되는 것은 상측에 위치하는 수성 부로민이며, 하측에 위치하는 중혼합 브로민은 오버 플로우 되지 않는다.
한편, 연통구(402)는 격벽(401)의 하단과 2상 전해액 탱크(400)의 바닥 사이에서 2상 전해액 탱크(400)의 너비(D) 전체 범위에 걸쳐 설정된다. 즉 2상 전해액 탱크(400)는 캐소드 전해액을 수용하도록 폭(W2), 너비(D) 및 높이(H)로 설정되는 용적을 가진다. 연통구(402)가 높이(ΔH)를 가질 때, 연통구(402)의 면적은 너비(D)와 높이(ΔH)으로 곱으로 설정된다.
예를 들면, 연통구(402)의 높이(ΔH)는 2상 전해액 탱크(400) 높이(H)의 5~85%로 설정될 수 있다. 연통구(402)의 높이(ΔH)가 5%미만이면 수성 브로민의 이동이 제한된다. 연통구(402)의 높이(ΔH)가 85% 초과이면, 전해액 유출 측과 제2오버 플로우 관(202) 측 사이의 차단이 미미하여, 격벽(401)에 의하여 이동 제한되는 중혼합 브로민의 양이 너무 미미하게 된다.
캐소드 전해액 탱크(300)와 2상 전해액 탱크(400)는 하측으로 전해액 유입 라인(L31)에 연결된다. 충전시에는 캐소드 전해액 탱크(300)에서 전해액 유입 라인(L31)으로 캐소드 전해액을 공급한다. 이때, 2상 전해액 탱크(400)는 캐소드 전해액을 수용하고 있다.
방전시에는 캐소드 전해액 탱크(300)와 2상 전해액 탱크(400)에서 전해액 유입 라인(L31)으로 캐소드 전해액을 공급한다. 이를 위하여, 2상 전해액 탱크(400)의 하측에 밸브(V)를 구비하며, 방전시 밸브(V)가 개방되어 중혼합 브로민이 포함된 캐소드 전해액을 전해액 유입 라인(L31)으로 공급한다.
격벽(401)이 구비된 캐소드 전해액 탱크(300)에 스택(100)을 연결하고, 격벽을 구비하지 않는 종래기술에 따른 캐소드 전해액 탱크에 스택 1 및 스택 2를 연결하여, 레독스 흐름 전지의 성능을 평가하였다.
20A, 4.5hour의 충전 및 20A, 60V 컷오프(cut off) 방전 조건으로 종래기술에 따른 2개의 스택 1, 2와 일 실시예의 스택(100)으로 충전 및 방전 테스트를 실시하였다. 격벽(401) 이외의 온도, 전해액 종류, 스택 및 스트립핑(stripping) 조건은 동일하다.
표 1 및 표 2는 격벽을 사용하지 않는 2상 전해액 탱크와 스택 1 및 스택 2를 사용한 레독스 흐름 전지의 평과 결과이다.
에너지 효율(%) 전류 효율(%) 전압 효율(%)
1cycle 68.2 83.3 81.9
2cycle 64.6 78.9 81.9
3cycle 61.6 75.6 81.5
에너지 효율(%) 전류 효율(%) 전압 효율(%)
1cycle 68.8 83.3 82.6
2cycle 67.8 82.2 82.4
3cycle 66.5 80.0 83.2
표 3은 일 실시예에 따른 격벽(401)을 사용한 2상 전해액 탱크(400)와 스택(100)을 사용한 레독스 흐름 전지의 평과 결과이다.
에너지 효율(%) 전류 효율(%) 전압 효율(%)
1cycle 70.8 87.2 81.2
2cycle 70.6 86.7 81.5
3cycle 70.7 86.7 81.6
도 7은 종래기술과 본 발명의 일 실시예의 에너지 효율을 비교한 그래프이다. 표 1 내지 표 3을 도시한 도 7을 참조하면, 격벽(401)을 사용한 2상 전해액 탱크(400)의 레독스 흐름 전지는 격벽을 사용하지 않는 2상 전해액 탱크(종래기술 1, 2)의 레독스 흐름 전지보다 2~9% 높은 에너지 효율을 나타낸다.
도 8은 종래기술과 본 발명의 일 실시예의 전압 효율을 비교한 그래프이다. 표 1 내지 표 3을 도시한 도 8을 참조하면, 격벽(401)을 사용한 2상 전해액 탱크(400)의 레독스 흐름 전지는 격벽을 사용하지 않는 2상 전해액 탱크(종래기술 1, 2)의 레독스 흐름 전지보다 0~2% 낮은 전압 효율을 나타낸다.
도 9는 종래기술과 본 발명의 일 실시예의 전류 효율을 비교한 그래프이다. 표 1 내지 표 3을 도시한 도 9를 참조하면, 격벽(401)을 사용한 2상 전해액 탱크(400)의 레독스 흐름 전지는 격벽을 사용하지 않는 2상 전해액 탱크(종래기술 1, 2)의 레독스 흐름 전지보다 중혼합 브로민(QBr)의 오버 플로우 양을 감소시키므로 부반응을 억제하여 4~12% 높은 전류 효율을 나타낸다.
따라서 격벽(401)을 사용한 2상 전해액 탱크(400)의 레독스 흐름 전지는 격벽을 사용하지 않는 2상 전해액 탱크(종래기술 1, 2)의 레독스 흐름 전지보다 전체적으로 높은 에너지 효율을 나타낸다(도 7 참조).
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.
10: 멤브레인 20: 스페이서
30: 전극판 31: 캐소드 전극
32: 애노드 전극 40: 멤브레인 흐름 프레임
50: 전극 흐름 프레임 61, 62: 제1, 제2집전판
71, 72: 제1, 제2앤드 캡 100: 스택
200: 애노드 전해액 탱크 201, 202: 제1, 제2오버 플로우 관
300: 캐소드 전해액 탱크 400: 2상 전해액 탱크
401: 격벽 402: 연통구
B1, B2: 버스바 C1, C2: 단위 셀
CH1, CH1: 제1, 제2유로 채널 D: 너비
H, ΔH: 높이 H21, H31: 전해액 유입구
H22, H32: 전해액 유출구 IV: 내부 용적
L21, L31: 전해액 유입 라인 L22, L32: 전해액 유출 라인
P1, P2: 제1, 제2펌프 V: 밸브
W2: 폭

Claims (3)

  1. 전류를 생성하는 스택; 및
    상기 스택에 전해액을 공급하고 상기 스택에서 유출되는 전해액을 저장하는 전해액 탱크를 포함하며,
    상기 전해액 탱크는,
    상기 스택의 멤브레인과 애노드 전극 사이에 공급하는 애노드 전해액을 수용하는 애노드 전해액 탱크,
    상기 스택의 상기 멤브레인과 캐소드 전극 사이에 공급하는 캐소드 전해액을 수용하며, 상기 애노드 전해액 탱크에 제1오버 플로우 관으로 연결되는 캐소드 전해액 탱크, 및
    상기 멤브레인과 상기 캐소드 전극 사이에서 유출되는 상기 캐소드 전해액의 2상(phase)을 수용하며, 상기 캐소드 전해액 탱크에 제2오버 플로우 관으로 연결되는 2상 전해액 탱크를 포함하고,
    상기 2상 전해액 탱크는,
    상기 캐소드 전해액의 유입 측과 유출 측을 구획하고, 하부에서 양측을 연통하는 연통구를 형성하도록 내부에 설치되는 격벽을 더 포함하는 레독스 흐름 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연통구는,
    상기 격벽의 하단과 상기 2상 전해액 탱크의 바닥 사이에서 상기 2상 전해액 탱크의 너비 전체 범위에 걸쳐 설정되는 레독스 흐름 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연통구의 높이는,
    상기 2상 전해액 탱크 높이의 5~85%로 설정되는 레독스 흐름 전지.
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