KR101568358B1 - Separator for redox flow battery and redox flow battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레독스 흐름 전지 분리막 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 일정한 두께 및 함수율을 갖는 레독스 흐름 전지 분리막 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지에 관한 것이다. 본 발명의 레독스 흐름 전지 분리막은 특정한 두께를 구비하고, 특정한 평균 직경을 갖는 미세 기공을 포함하여, 전기전도도가 우수하면서도, 양극 활물질 및 음극 활물질의 직접적인 이동을 차단할 수 있어, 효율적인 레독스 흐름 전지 제조에 사용될 수 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a redox flow cell separator and a redox flow cell including the redox flow cell separator, and more particularly, to a redox flow cell separator having a constant thickness and a water content and a redox flow cell including the same. The redox flow cell separator of the present invention has a specific thickness and includes micropores having a specific average diameter and is capable of preventing direct movement of the positive electrode active material and the negative electrode active material while having excellent electric conductivity, Can be used for manufacturing.

Description

레독스 흐름 전지 분리막 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지{SEPARATOR FOR REDOX FLOW BATTERY AND REDOX FLOW BATTERY COMPRISING THE SAME}Technical Field [0001] The present invention relates to a redox flow cell separator and a redox flow cell including the redox flow cell separator.

본 발명은 레독스 흐름 전지 분리막 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 일정한 두께 및 기공을 갖는 레독스 흐름 전지 분리막 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a redox flow cell separator and a redox flow cell including the redox flow cell separator, and more particularly, to a redox flow cell separator having a constant thickness and pore and a redox flow cell including the same.

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. Existing power generation systems, such as thermal power generation using nuclear fossil fuels and large-scale greenhouse gas and environmental pollution problems, and nuclear power generation, which have the problems of stability of the facility itself or waste disposal problems, have various limitations and are more environmentally friendly and highly efficient Research on the development of energy and the development of power supply system using it has been greatly increased.

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. Particularly, the power storage technology makes it possible to utilize renewable energy which is greatly influenced by external conditions in a wider and wider range, and the efficiency of power utilization can be further increased. And research and development have been increasing.

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. The redox flow cell is an oxidation / reduction cell that can convert the chemical energy of the active material directly into electrical energy. It stores renewable energy with high output fluctuation depending on the external environment such as sunlight and wind power and converts it into high quality power Energy storage system. Specifically, in the redox flow cell, the electrolyte containing the active material causing the oxidation / reduction reaction circulates between the opposite electrode and the storage tank, and charging / discharging proceeds.

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, 집전체 및 분리막을 포함한다.Such a redox flow cell basically includes a tank storing different active materials in oxidation states, a pump circulating the active material during charging / discharging, and a unit cell divided by a separator. The unit cell includes an electrode, an electrolyte, And a separator.

상기 분리막은 전해액을 포함하는 다공성 막으로, 레독스 흐름 전지 내부에서 각 전극 간의 직접적인 접촉을 막아 양극 활물질 및 음극 활물질이 상대 전극 쪽으로 이동하는 것을 차단하고, 이온을 투과시켜 전류의 흐름을 원활히 하는 역할을 한다. 그러나 이러한 레독스 흐름 전지에서는 충전 시, 양극에서 금속 등의 석출이 일어나면서, 음극 전해질 내 음극 활물질 등이 상기 분리막을 통해 이동, 석출된 양극 활물질과의 반응을 통해 스스로 방전됨으로써 효율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.The separation membrane is a porous membrane containing an electrolytic solution to prevent direct contact between the electrodes in the redox flow cell to block the movement of the cathode active material and the anode active material toward the counter electrode, . However, in such a redox-flow battery, when the metal is precipitated in the anode during charging, the anode active material in the cathode electrolyte moves through the separator and the self-discharge is caused by the reaction with the deposited cathode active material, Can occur.

이에 따라, 전기전도도가 높고, 이온에 대한 선택적 투과성이 우수하여 전해질 내 특정 물질의 이동을 효과적으로 차단할 수 있으며, 전기화학적, 기계적 안정성이 높은 분리막의 개발이 요구되고 있다. Accordingly, it is required to develop a separator having high electrical conductivity and excellent selective permeability to ions, which can effectively block the movement of a specific substance in the electrolyte, and which has high electrochemical and mechanical stability.

본 발명은 화학물질에 대한 내화학성이 높고, 전기전도도는 높으면서도 전해질 내 특정 물질의 이동을 효과적으로 차단할 수 있는 레독스 흐름 전지 분리막을 제공하고자 한다. The present invention provides a redox flow cell separator which has high chemical resistance to chemical substances and can effectively block the movement of a specific substance in the electrolyte even when the electrical conductivity is high.

또한, 본 발명은 상기 분리막을 포함하는 레독스 흐름 전지를 제공하고자 한다.
The present invention also provides a redox flow cell comprising the separation membrane.

본 발명은 폴리올레핀 수지 및 무기 입자를 포함하는 폴리올레핀 미세다공막을 포함하고; 두께가 약 150 내지 약 650㎛이며, 기공의 평균 직경이 약 20 내지 약 120nm인 레독스 흐름 전지 분리막을 제공한다.The present invention comprises a polyolefin microporous membrane comprising a polyolefin resin and inorganic particles; A thickness of about 150 to about 650 mu m, and an average diameter of pores of about 20 to about 120 nm.

또한, 본 발명은 상기 레독스 흐름 전지 분리막을 포함하는 레독스 흐름 전지를 제공한다.
The present invention also provides a redox flow cell comprising the redox flow cell separator.

본 발명의 레독스 흐름 전지 분리막은 특정한 두께를 구비하고, 특정한 평균 직경을 갖는 미세기공을 포함하여, 전기전도도가 우수하면서도, 양극 활물질 및 음극 활물질의 직접적인 이동을 차단할 수 있어, 효율적인 레독스 흐름 전지 제조에 사용될 수 있다.
The redox flow cell separator of the present invention has a specific thickness and includes micropores having a specific average diameter and is capable of preventing direct movement of the positive electrode active material and the negative electrode active material while having excellent electric conductivity, Can be used for manufacturing.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지를 개략적으로 도시한 것이다. 1 schematically illustrates a redox flow cell according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 레독스 흐름 전지막은, 폴리올레핀 수지 및 무기 입자를 포함하는 폴리올레핀 미세다공막을 포함하고; 두께가 약 150 내지 약 650㎛이며, 기공의 평균 직경이 약 20 내지 약 120nm이다. The redox flow cell membrane of the present invention comprises a polyolefin microporous membrane comprising a polyolefin resin and inorganic particles; The thickness is from about 150 to about 650 micrometers, and the average diameter of the pores is from about 20 to about 120 nm.

또한, 본 발명의 레독스 흐름 전지는 상기 레독스 흐름 전지막을 포함한다. In addition, the redox flow cell of the present invention includes the redox flow battery film.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing exemplary embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprising," "comprising," or "having ", and the like are intended to specify the presence of stated features, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, components, or combinations thereof.

또한 본 발명에 있어서, 각 층 또는 요소가 각 층들 또는 요소들의 "상에" 또는 "위에" 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층 또는 요소가 직접 각 층들 또는 요소들의 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 층 또는 요소가 각 층 사이, 대상체, 기재 상에 추가적으로 형성될 수 있음을 의미한다. Also in the present invention, when referring to each layer or element being "on" or "on" each layer or element, it is meant that each layer or element is formed directly on each layer or element, Layer or element may be additionally formed between each layer, the object, and the substrate.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 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.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 측면에 따른 레독스 흐름 전지 분리막은, 폴리올레핀 수지 및 무기 입자를 포함하는 폴리올레핀 미세다공막을 포함하고; 두께가 약 150 내지 약 650㎛이며, 기공의 평균 직경이 약 20 내지 약 120nm이다According to an aspect of the present invention, there is provided a redox flow cell separator comprising a polyolefin microporous membrane comprising a polyolefin resin and inorganic particles; The thickness is from about 150 to about 650 micrometers, and the average diameter of the pores is from about 20 to about 120 nm

일반적으로 레독스 흐름 전지는 수용액 중에 서로 다른 산화수를 갖는 2종류의 화학종 레독스 쌍(redox couple)을 각각 양극 및 음극에서 반응시켜, 이를 통해 전기에너지를 발생시키는 장치이다. 레독스 흐름 전지에서는 레독스 쌍의 조성이 충전 혹은 방전에 따라 가역적으로 변화하는 것과는 대조적으로, 전극에서는 단순히 전자의 교환만 이루어지기 때문에, 전극 자체의 변화가 거의 없고, 전극과 활물질이 서로 분리되어 있어, 복잡한 전극 반응이 일어나지 않으며, 전지의 수명이 길고, 스케일-업이 비교적 용이하다는 장점이 있으나, 분리막을 통한 물질의 이동 등에 의해 효율이 저하되는 문제점이 있다. Generally, a redox flow cell is a device for generating electrical energy by reacting two kinds of chemical redox couple having different oxidation numbers in an aqueous solution, respectively, at the anode and the cathode. In the redox flow cell, in contrast to the reversible change of the composition of the redox pair due to charging or discharging, only the exchange of electrons is carried out at the electrode, so there is almost no change of the electrode itself and the electrode and the active material are separated from each other However, there is a problem in that the efficiency is lowered due to the movement of the material through the separation membrane, etc. However, there is a problem in that complicated electrode reaction does not occur, the battery has a long life and the scale-up is comparatively easy.

예를 들어, 아연-할로겐 레독스 흐름 전지의 일종인 아연-브롬 레독스 흐름 전지의 경우, 충전, 방전 시에 하기 화학식과 같은 반응이 일어나게 되는데, 충전하는 동안 양극에서 아연의 석출이 일어나고, 음극 쪽의 브롬(Br2)이 분리막을 투과해 이동하여 석출된 아연과 반응하여 ZnBr2로 자기방전 함으로써, 효율이 저하될 수 있다. For example, in the case of a zinc-bromodeoxane flow cell, which is a kind of zinc-halogen redox flow cell, the following reaction takes place during charging and discharging: zinc is precipitated in the anode during charging, The bromine (Br 2 ) permeates through the separator to react with the precipitated zinc and self-discharge with ZnBr 2 , which may reduce the efficiency.

Figure 112013108525661-pat00001
Figure 112013108525661-pat00001

본 발명의 일 구현예에 따른 레독스 흐름 전지 분리막은 아연 이온(Zn2 +)이나 브롬 이온(Br-) 등 일정 크기 이하의 화학종은 선택적으로 투과할 수 있으며, 브롬(Br2) 등 일정 크기를 초과하는 화학종의 이동은 효과적으로 차단하여, 자기방전에 의한 효율 저하를 방지할 수 있다. 그러나, 본 발명의 레독스 흐름 전지 분리막이 상기 화학종이 사용되는 전지에만 국한되는 것은 아니다. Redox flow battery separator according to one embodiment of the present invention are zinc ions (Zn 2 +) or bromide ion (Br -), such as species below a certain size can be selectively transmits, bromine (Br 2), such as certain The movement of the chemical species exceeding the size is effectively blocked, and the efficiency deterioration due to the self-discharge can be prevented. However, the redox flow cell separator of the present invention is not limited to the battery using the chemical species.

상기 레독스 흐름 전지 분리막의 두께는 약 150 내지 약 650㎛이며, 바람직하게는 약 200 내지 약 600㎛일 수 있다. 상기 레독스 흐름 전지 분리막의 두께가 약 150㎛ 미만인 경우, 기계적 강도가 약해, 전지의 충전 시, 석출되는 아연 등 금속 물질에 의해 핀 분리막의 일부가 천공되는 핀 홀 현상이 발생하여 전지의 성능이 저하될 수 있으며, 두께가 약 650㎛를 초과하는 경우, 막을 통한 이온의 투과가 효율적이지 못해, 전지의 내부 저항이 커지게 되어, 전지의 성능이 저하되는 부작용이 발생할 수 있다. The redox flow cell membrane may have a thickness of about 150 to about 650 mu m, preferably about 200 to about 600 mu m. When the thickness of the redox flow cell separator is less than about 150 탆, pinhole phenomenon occurs in which mechanical strength is weak and a part of the fin separator is punctured by a metal material such as zinc precipitated when the battery is charged, If the thickness exceeds about 650 mu m, the permeation of ions through the membrane may not be efficient, and the internal resistance of the battery may become large, thereby deteriorating the performance of the battery.

또한, 상기 레독스 흐름 전지 분리막에 존재하는 기공의 평균 직경은 약 20 내지 약 120nm일 수 있고, 바람직하게는 약 20 내지 약 110nm일 수 있다. 기공의 평균 직경이 약 20nm 미만인 경우, 막을 통한 이온의 투과가 힘들어져, 전지의 내부 저항이 커지게 되어, 전지의 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 약 120nm를 초과하는 경우, 선택적 투과성이 사라지게 되어, 상술한 자기방전 현상에 의해 전지의 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. In addition, the average diameter of the pores present in the redox flow cell membrane may be about 20 to about 120 nm, and preferably about 20 to about 110 nm. When the average diameter of the pores is less than about 20 nm, it is difficult to transmit ions through the membrane to increase the internal resistance of the battery, thereby deteriorating the performance of the battery. When the average diameter exceeds about 120 nm, And the performance of the battery may deteriorate due to the self-discharge phenomenon described above.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른 레독스 흐름 전지 분리막은 폴리올레핀 미세다공막을 포함하며, 상기 폴리올레핀 미세다공막은 폴리올레핀 수지 및 무기 입자를 포함한다. Meanwhile, the redox flow cell separator according to an aspect of the present invention includes a polyolefin microporous membrane, wherein the polyolefin microporous membrane includes a polyolefin resin and inorganic particles.

레독스 흐름 전지 분리막에 사용되는 수지 등은 전지에 사용되는 양극 활물질, 음극 활물질, 및 전해질의 종류에 따라 선택할 수 있으며, 폴리올레핀 수지의 경우, 가격이 저렴하고, 미세다공막 등으로의 가공이 용이하면서도, 양극 활물질, 음극 활물질, 및 전해질 등의 화학 물질에 대한 내구성 및 기계적 강도 등이 높아 레독스 흐름 전지의 분리막으로 사용하기에 적합하다. 상기 폴리올레핀 수지는, 통상의 압출, 사출, 인플레이션, 및 블로우 성형 등에 의해 사용되는 일반적인 폴리올레핀 수지를 말하며, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 에틸렌-프로필렌 공중합체 등을 에틸렌-알파올레핀 공중합체를 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 에틸렌-알파올레핀 공중합체에 사용되는 공단량체는 예를 들어, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1,3-부타디엔, 1,4-펜타디엔, 1,5-헥사디엔 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 또는 에틸렌-프로필렌 수지를 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Resins used in the redox flow battery separator can be selected according to the type of the cathode active material, the anode active material, and the electrolyte used in the battery. In the case of the polyolefin resin, the cost is low and the processing to the microporous membrane is easy But also has high durability and mechanical strength against chemicals such as cathode active material, anode active material, and electrolyte, and is suitable for use as a separator of redox flow cell. The polyolefin resin is a general polyolefin resin used by ordinary extrusion, injection, inflation, blow molding and the like, and may be produced by using an ethylene-alpha olefin copolymer with polyethylene, polypropylene, or ethylene- . Examples of the comonomer used in the ethylene-alpha olefin copolymer include propylene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 1-octene, 1,3-butadiene, Hexadiene, and the like. Preferably, a polyethylene resin, a polypropylene resin, or an ethylene-propylene resin can be used, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리올레핀 수지는 상기 레독스 흐름 전지 분리막에 대해 약 30 내지 약 70 중량%로 포함될 수 있고, 바람직하게는 약 40 내지 약 60 중량%로 포함될 수 있다. 상기 함량 외에 잔량으로 무기 입자 및 산화방지제 등의 첨가제가 포함될 수 있다. 폴리올레핀 수지의 함량이 상기 범위에 있는 경우, 레독스 흐름 전지 분리막에 요구되는 기계적 강도, 내열성, 및 내화학성 등의 물성이 충분히 구비될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the polyolefin resin may be included in an amount of about 30 to about 70 wt%, preferably about 40 to about 60 wt%, based on the redox flow battery membrane. In addition to the above-mentioned contents, additives such as inorganic particles and antioxidants may be contained in the balance. When the content of the polyolefin resin is within the above range, physical properties such as mechanical strength, heat resistance, and chemical resistance required for the redox flow cell separator can be sufficiently provided.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 폴리올레핀 수지는 중량 평균 분자량이 약 300,000 내지 약 1,500,000g/mol일 수 있고, 바람직하게는 약 300,0000 내지 약 1,000,000g/mol의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)일 수 있다. 상기 범위의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리올레핀 수지의 경우, Br-, Br2 등 레독스 흐름 전지에 사용될 수 있는 화학종에 대한 내화학성이 강해 레독스 흐름 전지 분리막에 유용하게 사용될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the polyolefin resin may have a weight average molecular weight of about 300,000 to about 1,500,000 g / mol, and preferably about 300,000 to about 1,000,000 g / mol of high-density polyethylene ( HDPE). In the case of the polyolefin resin having a weight average molecular weight in the above range, the resistance to chemical species that can be used in redox flow cells such as Br - and Br 2 is strong, and thus it can be usefully used in redox flow cell separators.

한편, 상기 폴리올레핀 미세다공막은 무기 입자를 포함한다. 상기 무기 입자는 폴리올레핀 수지와 혼합되어 미세한 기공을 만들어주는 역할을 할 수 있으며, 또한, 상기 폴리올레핀 수지가 에틸렌-프로필렌 수지일 경우, 핵제로 기능하여, 에틸렌과 프로필렌의 상용성을 높여줄 수 있다.On the other hand, the polyolefin microporous membrane includes inorganic particles. The inorganic particles may be mixed with the polyolefin resin to form fine pores. When the polyolefin resin is an ethylene-propylene resin, the inorganic particles may function as a nucleating agent and improve the compatibility of ethylene and propylene.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 무기 입자는 레독스 흐름 전지 분리막에 대하여 약 30 내지 약 70 중량%로 포함될 수 있고, 바람직하게는 약 40 내지 약 60 중량%로 포함될 수 있다. 상기 무기 입자가 약 30 중량% 미만으로 포함되는 경우, 제조되는 레독스 흐름 전지 분리막의 내열성이 저하될 수 있으며, 충분한 기공이 확보되지 못함으로 인해, 막을 통한 이온의 투과가 힘들어져, 전지의 내부 저항이 커지게 되고, 전지의 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 상기 무기 입자가 약 70 중량%를 초과하여 포함되는 경우, 내구성, 내화학성 등이 저하되어, 이로부터 제조되는 레독스 흐름 전지 분리막의 수명이 짧아질 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the inorganic particles may be contained in an amount of about 30 to about 70 wt%, and preferably about 40 to about 60 wt%, based on the redox flow battery membrane. When the inorganic particles are contained in an amount of less than about 30% by weight, the heat resistance of the redox flow cell separator to be produced may be deteriorated, and sufficient pores can not be secured. As a result, The resistance becomes large, and the performance of the battery may deteriorate. In addition, when the inorganic particles are contained in an amount of more than about 70% by weight, durability and chemical resistance are lowered, and the lifetime of the redox flow cell separator produced from the redox flow cell separator may be shortened.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 무기 입자는, 예를 들어 실리카 입자, 알루미나 입자, 지르코니아 입자, 또는 티타니아 입자를 사용할 수 있고, 이 중 실리카를 사용하는 것이 바람직할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. According to another embodiment of the present invention, the inorganic particles may be, for example, silica particles, alumina particles, zirconia particles, or titania particles. Among them, silica may be preferably used. But is not limited thereto.

또한, 상기 무기 입자는 수 평균 입경이 약 10 내지 약 300nm일 수 있고, 바람직하게는 약 10 내지 약 150nm일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 약 40 내지 약 120nm일 수 있다. 무기 입자의 수 평균 입경이 약 10nm 미만인 경우, 제조되는 미세다공막의 기공 직경이 작아져서, 막을 통한 이온의 투과가 힘들어져, 전지의 내부 저항이 커지게 되어, 전지의 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 약 300nm를 초과하는 경우, 미세다공막의 기공 직경이 너무 커져서, 선택적 투과성이 사라지게 되어, 상술한 자기방전 현상에 의해 전지의 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.Further, the inorganic particles may have a number average particle diameter of about 10 to about 300 nm, preferably about 10 to about 150 nm, and more preferably about 40 to about 120 nm. When the number average particle diameter of the inorganic particles is less than about 10 nm, the pore diameter of the prepared microporous membrane becomes small, so that the permeation of ions through the membrane becomes difficult to increase the internal resistance of the battery, If it exceeds about 300 nm, the pore diameter of the microporous membrane becomes too large, and the selective permeability disappears. As a result, the performance of the battery may deteriorate due to the self-discharge phenomenon described above.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 무기 입자의 BET 표면적은 약 100 내지 약 450m2/g인 것이 바람직할 수 있다. BET 표면적이 약 100m2/g 미만인 경우, 폴리올레핀 수지, 무기 입자, 및 가소제를 용융 혼련, 압출하여 시트를 형성하는 폴리올레핀 미세다공막의 제조 공정에서 무기 입자 등이 응집되어 제조되는 막의 품질이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, BET 표면적이 약 450m2/g를 초과하는 경우, 혼련 공정에서 실리카 입자의 밀도가 너무 낮아, 무게 계량 시 오차가 발생할 가능성이 높아지며, 실리카 입자의 가격이 비싸, 경제성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다. Further, according to another embodiment of the present invention, it is preferable that the BET surface area of the inorganic particles is about 100 to about 450 m 2 / g. When the BET surface area is less than about 100 m < 2 > / g, the quality of a film produced by aggregation of inorganic particles or the like in a process for producing a polyolefin microporous membrane for forming a sheet by melt kneading and extruding a polyolefin resin, Problems may arise. In addition, when the BET surface area exceeds about 450 m 2 / g, the density of the silica particles in the kneading process is too low, the possibility of error in weighing is increased, the cost of the silica particles is high, have.

본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지 분리막은 브롬(Br2)의 투과도가 1.3 내지 2.2(*10-5cm2/min)일 수 있다. 본 발명의 레독스 흐름 전지 분리 막이, 브롬(Br2) 또는 브롬 이온(Br-)을 포함하는 화학 흐름 전지에 사용되는 경우, 브롬(Br2)의 투과도가 상기 범위에 있을 때, 우수한 선택적 투과성으로 인해, 전기전도도를 높일 수 있으면서도, 자기방전 현상에 의한 전지의 성능이 저하되는 문제점을 방지할 수 있다. The redox flow cell separator according to an embodiment of the present invention may have a permeability of bromine (Br 2 ) of 1.3 to 2.2 (* 10 -5 cm 2 / min). When the redox flow cell separation membrane of the present invention is used in a chemical flow cell comprising bromine (Br 2 ) or bromine ion (Br - ), when the permeability of bromine (Br 2 ) , It is possible to increase the electric conductivity and to prevent the problem of deterioration of the performance of the battery due to the self-discharge phenomenon.

또한, 상기 레독스 흐름 전지 분리막은 하기 식 1로 표시되는 함수율이 약 50 내지 약 150%일 수 있으며, 바람직하게는 약 70 내지 140%일 수 있다. The redox flow cell membrane may have a water content of about 50 to about 150%, and preferably about 70 to 140%, expressed by the following formula (1).

[식 1][Formula 1]

Figure 112013108525661-pat00002
Figure 112013108525661-pat00002

상기 식 1에서,In Equation (1)

Wdry는 상기 레독스 흐름 전지 분리막의 건조무게로, 구체적으로는 상기 레독스 흐름 전지 분리막을 60℃ 오븐에서 24시간 건조한 후 측정한 무게이며, Wwet은 상기 레독스 흐름 전지 분리막을 이온제거수에 24시간동안 함침한 후 측정한 무게이다. 상기 함수율이 약 50% 미만인 경우, 분리막의 친수화도가 너무 낮아 전지의 저항이 증가하여 효율이 감소하는 문제점이 있을 수 있으며, 함수율이 약 150%를 초과하는 경우, 선택적 투과성이 저하되어, 자기방전이 일어나 전지의 효율이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.W dry is the dry weight of the redox flow battery separators, specifically, is a weight measured after drying for 24 hours The redox flow battery separators at 60 ℃ oven, W wet can remove ions to the redox flow battery separators For 24 hours. ≪ tb >< TABLE > If the water content is less than about 50%, the separating film may have too low hydrophilicity to increase the resistance of the battery, resulting in a decrease in efficiency. When the water content exceeds about 150%, the selective permeability decreases, The efficiency of the battery may be lowered.

한편, 본 발명의 레독스 흐름 전지 분리막은 하기 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 레독스 흐름 전지 분리막은 폴리올레핀 수지, 무기 입자, 및 가소제를 용융 혼련하는 단계, 용융물을 이송하고, 시트 형상으로 성형한 후, 냉각 고화하는 단계, 및 냉각 고화된 시트에서 가소제를 추출하는 단계를 거쳐 제조될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Meanwhile, the redox flow cell separator of the present invention can be produced by the following method. For example, the redox flow cell separator may include a step of melt-kneading a polyolefin resin, inorganic particles, and a plasticizer, transferring the melt, forming the sheet into a sheet, cooling and solidifying the sheet, Extraction, and the like, but the present invention is not limited thereto.

상기 가소제로서는, 폴리올레핀 수지와 혼합했을 때에 폴리올레핀 수지의 융점 이상에서 균일 용액을 형성할 수 있는 불휘발성 용매를 사용할 수 있으며, 예를 들면, 유동 파라핀 및 파라핀 왁스 등을 포함하는 탄화수소류 가소제, 프탈산디옥틸 및 프탈산디부틸 등을 포함하는 에스테르류 가소제, 올레일알코올 및 스테아릴알코올 등을 포함하는 알코올류 가소제 등을 들 수 있다. 특히 폴리올레핀 수지가 폴리에틸렌인 경우, 극성 작용기를 갖지 않는 유동 파라핀을 사용하는 것이, 폴리에틸렌과 상용성 측면에서 바람직할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 가소제 외에 사용할 수 있는 폴리올레핀 수지, 무기 입자 등은 상기 레독스 흐름 전지 분리막에서 상술한 바와 같다. As the plasticizer, a nonvolatile solvent capable of forming a homogeneous solution at a temperature equal to or higher than the melting point of the polyolefin resin when mixed with the polyolefin resin can be used. For example, a hydrocarbon plasticizer including liquid paraffin and paraffin wax, Octyl and dibutyl phthalate; alcohol plasticizers including oleyl alcohol and stearyl alcohol; and the like. Particularly when the polyolefin resin is polyethylene, it is preferable to use liquid paraffin having no polar functional group in view of compatibility with polyethylene, but the present invention is not limited thereto. The polyolefin resin, inorganic particles, etc. usable in addition to the above plasticizer are as described above in the redox flow cell separator.

사용하는 폴리올레핀 수지, 무기 입자, 및 가소제의 비율은 특별히 제한되지 않으며, 균일한 용융 혼련이 가능하고, 막의 형태로 성형할 수 있으며, 생산성에 문제가 없는 범위로, 예를 들어, 폴리올레핀 수지, 무기 입자, 및 가소제를 포함하는 조성물 100 중량부에 대해, 약 30 내지 약 80 중량부의 가소제를 포함할 수 있고, 약 40 내지 약 70 중량부의 가소제를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 가소제의 함량이 상기 범위에 있을 때, 용융 성형 시 성형성이 우수하고, 연신성이 우수해져서, 박막 형성에 바람직할 수 있다. The ratio of the polyolefin resin, the inorganic particles and the plasticizer to be used is not particularly limited and may be appropriately selected within a range that uniform melting and kneading can be performed, molding can be performed in the form of a film, Particles, and plasticizer, it may be preferable to include about 30 to about 80 parts by weight of plasticizer, and about 40 to about 70 parts by weight of plasticizer, based on 100 parts by weight of the composition. When the content of the plasticizer is in the above range, moldability during melt-molding is excellent and stretchability is excellent, which may be preferable for thin film formation.

폴리올레핀 수지, 무기 입자, 및 가소제를 용융 혼련하는 방법은 폴리올레핀 수지와 무기 입자를 압출기, 혼련기 등의 수지 혼련 장치에 투입하고, 수지를 가열, 용융시키면서 추가로 가소제를 투입하여, 수지와 무기 입자와 가소제를 포함하는 조성물을 혼련함으로써 균일 용액을 얻는 방법이 바람직하다. 이때, 폴리올레핀 수지와 무기 입자와 가소제를 헨셀 믹서 등을 이용하여 사전 혼련하는 공정을 거침으로써, 무기 입자의 분산성을 높일 수도 있다. A method for melt kneading a polyolefin resin, an inorganic particle, and a plasticizer is a method in which a polyolefin resin and inorganic particles are put into a resin kneading apparatus such as an extruder or a kneader, and a plasticizer is further added thereto while heating and melting the resin, And a plasticizer is preferably kneaded to obtain a homogeneous solution. At this time, by dispersing the polyolefin resin, the inorganic particles, and the plasticizer in a pre-kneading step using a Henschel mixer or the like, the dispersibility of the inorganic particles can be increased.

위에서 준비된 용융물을 이송하고, 시트 형상으로 성형한 후, 냉각 고화시켜 미세다공막 전구체를 제조할 수 있다. 용융물을 이송한 후 시트 형상으로 성형할 때의 온도는, 용융 혼련 단계에서보다 고온에서 진행하는 것이 바람직하다. 용융 성형 시의 온도가 용융 혼련 시의 온도보다 낮은 경우, 용융 혼련 공정에서 미세하게 분산되었던 무기 입자가 재응집 하게되어, 추후 제조되는 막의 두께가 일정하지 않을 수 있고, 내구성, 내열성 등의 기계적 물성이 저하될 수 있다. The melt prepared above is transferred, formed into a sheet shape, and then cooled and solidified to prepare a microporous film precursor. It is preferable that the temperature at the time of molding the sheet after the transfer of the melt proceeds at a higher temperature than in the melt-kneading step. When the temperature at the time of melt-molding is lower than the temperature at the time of melt-kneading, the inorganic particles which have been finely dispersed in the melt-kneading step may be re-aggregated and the thickness of the film to be produced later may not be constant, and mechanical properties such as durability and heat resistance Can be lowered.

이후, 미세다공막 전구체의 냉각 고화에 이용되는 열전도체로서는, 금속, 물, 공기, 또는 가소제 등을 사용할 수 있는데, 특히 금속제 롤에 접촉시켜 냉각하는 방법이 가장 열전도의 효율이 높고 바람직하다.As the thermal conductor used for cooling and solidifying the microporous membrane precursor, metal, water, air, plasticizer, or the like can be used. In particular, a method of cooling by contacting with a metal roll is preferable because heat conduction efficiency is highest.

상기 냉각 고화된 미세다공막 전구체에서 가소제를 추출하는 방법은 배치식, 연속식의 어느 것이어도 되지만, 추출 용제에 미세다공막을 침지하여 가소제를 추출하고, 충분히 건조시키는 방법을 통해 가소제를 미세다공막으로부터 제거하는 것이 바람직하다. 이때, 미세다공막의 수축을 억제하기 위해, 침지, 건조의 일련의 과정 중에 미세다공막의 단부를 구속하는 것은 바람직하다. 또한, 추출 후의 미세다공막 내의 가소제 잔존량은 1중량% 미만으로 하는 것이 바람직하다. 상기 추출 용제는 폴리올레핀 수지 융점보다 낮은 것이 바람직하다. 예를 들면, n-헥산 및 시클로헥산 등을 포함하는 탄화수소류 용제, 염화메틸렌 및 1,1,1-트리클로로에탄 등을 포함하는 할로겐화탄화수소류 용제, 하이드로플루오로에테르 및 하이드로플루오로카본 등을 포함하는 비염소계 할로겐화 용제, 에탄올 및 이소프로판올 등을 포함하는 알코올류 용제, 디에틸에테르 및 테트라하이드로퓨란 등을 포함하는 에테르류, 또는 아세톤 및 메틸에틸케톤 등을 포함하는 케톤류 용제 등을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. The method of extracting the plasticizer from the cooled and solidified microporous membrane precursor may be either a batch method or a continuous method. However, the method of immersing the microporous membrane in the extraction solvent to extract the plasticizer, . At this time, in order to suppress the contraction of the microporous membrane, it is preferable to confine the end of the microporous membrane during a series of processes of immersion and drying. Further, it is preferable that the residual amount of the plasticizer in the microporous film after the extraction is less than 1% by weight. The extraction solvent is preferably lower than the melting point of the polyolefin resin. Examples thereof include hydrocarbon solvents including n-hexane and cyclohexane, halogenated hydrocarbon solvents such as methylene chloride and 1,1,1-trichloroethane, hydrofluoroethers and hydrofluorocarbons, and the like. An alcohol solvent including ethanol and isopropanol, an ether including diethyl ether and tetrahydrofuran, a ketone solvent containing acetone and methyl ethyl ketone, and the like may be appropriately selected and used .

한편, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 레독스 흐름 전지 분리막을 포함하는 레독스 흐름 전지가 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a redox flow cell including the redox flow cell separator.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 레독스 흐름 전지는 레독스 흐름 전지 분리막; 상기 분리막의 양면에 서로 대향하도록 결합된 한 쌍의 플로우 프레임; 상기 플로우 프레임의 외부 면에 결합되고, 상기 분리막을 중심으로 대향하는 한 쌍의 전극; 및 외형판을 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the redox flow cell comprises a redox flow battery separator; A pair of flow frames coupled to opposite sides of the separation membrane so as to face each other; A pair of electrodes coupled to an outer surface of the flow frame and facing the separation membrane; And an outer plate.

도 1은 본 발명의 일 실시예 에 따른 레독스 흐름 전지를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 이러한 레독스 흐름 전지는, 예를 들어, 레독스 흐름 전지 분리막(140); 상기 분리막의 양면에 서로 대향하도록 결합된 한 쌍의 플로우 프레임(130); 상기 플로우 프레임의 외부 면에 결합되고, 상기 분리막을 중심으로 대향하는 한 쌍의 전극(120); 및 외형판(110)을 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 1 schematically illustrates a redox flow cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, this redox-flow battery includes, for example, a redox flow cell separator 140; A pair of flow frames (130) coupled to opposite sides of the separation membrane so as to face each other; A pair of electrodes (120) coupled to an outer surface of the flow frame and facing the separation membrane; And the outer shape plate 110, but the present invention is not limited thereto.

상기 전지에 포함되는 레독스 흐름 전지 분리막(140)의 역할 및 특징은 상술한 바와 같다. The role and characteristics of the redox flow cell separator 140 included in the battery are as described above.

상기 플로우 프레임(130)(Flow frame)은 전해질의 이동 통로 역할을 할 뿐만 아니라, 실제 전지의 전기 화학 반응이 일어나는 장소가 될 수 있다. 구체적으로, 상기 플로우 프레임(130)은 전극(120)과 분리막(140) 사이에 전해액의 이동 통로 역할을 하며, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 폴리염화비닐 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 플로우 프레임(130)은 0.1 mm 내지 10.0 mm, 또는 0.3 mm 내지 1.5 mm의 두께를 가지는 것이 효율적인 전해액의 이동 및 전기 화학 반응을 위해 바람직할 수 있다. The flow frame 130 may serve as a passage through which the electrochemical reaction of the actual cell occurs, as well as the passage of the electrolyte. Specifically, the flow frame 130 serves as a passage for the electrolyte between the electrode 120 and the separator 140, and may be made of polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, or the like. Such a flow frame 130 may have a thickness of 0.1 mm to 10.0 mm, or 0.3 mm to 1.5 mm, which may be desirable for efficient electrolyte migration and electrochemical reactions.

상기 전극(120)은 레독스 흐름 전지 구동 시, 활물질 및 전해액의 전기 화학 반응에서 발생하는 전자를 받거나 주는 역할을 한다. 이러한 전극(120)은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 전극 또는 전극 집전체를 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 그라파이트 전극, 그라파이트 복합 전극, 탄소-플라스틱 복합 전극 등을 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. The electrode 120 serves to receive electrons generated in the electrochemical reaction of the active material and the electrolyte when the redox flow cell is driven. The electrode 120 may be formed of a graphite electrode, a graphite composite electrode, a carbon-plastic composite electrode, or the like. However, the present invention is not limited thereto.

상기 레독스 흐름 전지 분리막(140), 플로우 프레임(130), 및 전극(120)은 단위 셀을 이룰 수 있고, 상기 레독스 흐름 전지는 상기 단위 셀을 1이상 포함할 수 있으며, 상기 단위 셀 바깥 쪽에 전지의 외형을 유지시키기 위한 외형판(110)을 포함할 수 있다. The redox flow cell separator 140, the flow frame 130, and the electrode 120 may form a unit cell, and the redox flow cell may include at least one unit cell, The outer plate 110 for holding the outer shape of the battery can be included.

또한, 상기 레독스 흐름 전지는 이러한 단위 셀 이외에 산화상태가 각각 다른 활물질이 저장된 탱크 및 충/방전 시 활물질을 단위 셀 내부로 순환시키는 순환 펌프를 더 포함할 수 있다.In addition, the redox flow cell may further include a tank in which different active materials in different oxidation states are stored, and a circulation pump that circulates the active material during charging / discharging into the unit cells, in addition to the unit cells.

이러한 레독스 흐름 전지를 제조하는 방법은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 외형판(110), 전극(120), 플로우 프레임(130), 레독스 흐름 전지 분리막(140), 플로우 프레임(130), 전극(120), 외형판(110)을 차례로 적층하여 제조될 수 있으며, 상기 전극(120)에 충방전기기(200)을 연결하여 충전시켜 사용할 수 있다. For example, the outer plate 110, the electrode 120, the flow frame 130, and the outer frame 120 may be manufactured by a conventional method, for example, The redox flow cell separator 140, the flow frame 130, the electrode 120 and the outer plate 110 may be stacked in this order. The charge / discharge device 200 may be connected to the electrode 120, .

상기 레독스 흐름 전지 분리막을 포함하는 레독스 흐름 전지는 아연-할로겐 레독스 흐름 전지인 것이 바람직할 수 있고, 분리막의 물리적, 화학적 특성 상, 아연-브롬 레독스 흐름 전지인 것이 더욱 바람직할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. The redox flow cell including the redox flow cell separator may be a zinc-halogen redox flow cell, and may be a zinc-bromodeoxane flow cell because of physical and chemical characteristics of the separation membrane , But the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 레독스 흐름 전지 분리막을 포함하는 레독스 흐름 전지는 25 ℃에서 측정한 전기 저항이 약 2 내지 약 6 Ω·cm일 수 있으며, 상기와 같은 낮은 전기 저항값을 가짐으로써, 전지 성능이 향상된 레독스 흐름 전지를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the redox flow cell including the redox flow cell separator may have an electrical resistance of about 2 to about 6 Ω · cm as measured at 25 ° C., It is possible to provide a redox-flow battery having improved battery performance.

이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.Best Mode for Carrying Out the Invention Hereinafter, the function and effect of the present invention will be described in more detail through specific examples of the present invention. It is to be understood, however, that these embodiments are merely illustrative of the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

<< 실시예Example >>

레독스Redox 흐름 전지 분리막의 제조 Preparation of flow cell membrane

[실시예 1][Example 1]

중량 평균 분자량(Mw)이 400,000g/mol인 고밀도 폴리에틸렌(제조사: 롯데케미칼) 20중량%;20% by weight of high-density polyethylene having a weight average molecular weight (Mw) of 400,000 g / mol (manufactured by Lotte Chemical Co., Ltd.);

수 평균 입경이 50 nm인 실리카 입자 (상표: 에보닉) 20중량%;20% by weight of silica particles having a number average particle diameter of 50 nm (trade name: Ebonic);

가소제로서 유동 파라핀 (제조사: 미창석유공업)을 59.7중량%;59.7% by weight of liquid paraffin (manufacturer: Mitsuno Kogyo Co., Ltd.) as a plasticizer;

산화 방지제로서 펜타에리트리틸-테트라키스-[3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트] (제조사: Chemtura) 0.3중량%;0.3% by weight of pentaerythrityl-tetrakis- [3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] (manufactured by Chemtura) as an antioxidant;

를 수퍼믹서로 혼합하였다. 얻어진 혼합물을 2축 동방향 스크류식 압출기 피드로에 공급하였다. 압출기 내에서 용융 혼련 시, 온도는 210℃, 스크류 회전수 160 rpm에서 진행하였다. 준비된 용융 혼합물에 대해, 각각 230 ℃의 T 다이를 거치게한 후, 표면 온도가 80 ℃인 롤 사이에서 압출하여, 두께가 600㎛인 시트를 얻었다. 막의 두께는 Digital Micrometer (Mitutoyo사)를 이용하여 측정하였다. Were mixed in a super mixer. The resulting mixture was fed to a twin-screw extruder extruder feed furnace. During melt-kneading in an extruder, the temperature was 210 DEG C and the screw rotation number was 160 rpm. For the prepared molten mixture, 230 Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 80 C &lt; / RTI &gt; Lt; 0 &gt; C to obtain a sheet having a thickness of 600 mu m. The thickness of the film was measured using a Digital Micrometer (Mitutoyo).

이 시트를 고정틀에 고정하고, 실온에서 10분간 염화메틸렌에 함침한 후, 가소제를 추출하여, 레독스 흐름 전지 분리막을 얻었다.
This sheet was fixed to a fixed mold, impregnated with methylene chloride at room temperature for 10 minutes, and then the plasticizer was extracted to obtain a redox flow cell membrane.

[실시예 2][Example 2]

실리카 입자 20중량%를 사용하는 대신 15중량%를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 레독스 흐름 전지 분리막을 얻었다.
A redox flow cell membrane was obtained in the same manner as in Example 1, except that 15 wt% of silica particles were used instead of 20 wt% of silica particles.

[실시예 3][Example 3]

실리카 입자 20중량%를 사용하는 대신 25중량%를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 레독스 흐름 전지 분리막을 얻었다.
A redox flow cell membrane was obtained in the same manner as in Example 1, except that 20% by weight of silica particles were used instead of 25% by weight of silica particles.

[실시예 4][Example 4]

중량 평균 분자량(Mw)이 400,000g/mol인 고밀도 폴리에틸렌 대신, 중량 평균 분자량이 800,000g/mol인 고밀도 폴리에틸렌을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 레독스 흐름 전지 분리막을 얻었다.
Except that high density polyethylene having a weight average molecular weight of 800,000 g / mol was used instead of high density polyethylene having a weight average molecular weight (Mw) of 400,000 g / mol, to obtain a redox flow battery separator.

[실시예 5][Example 5]

중량 평균 분자량(Mw)이 400,000g/mol인 고밀도 폴리에틸렌 대신, 중량 평균 분자량이 1,200,000g/mol인 고밀도 폴리에틸렌을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 레독스 흐름 전지 분리막을 얻었다.
A redox flow cell membrane was obtained in the same manner as in Example 1 except that high density polyethylene having a weight average molecular weight of 1,200,000 g / mol was used instead of high density polyethylene having a weight average molecular weight (Mw) of 400,000 g / mol.

[실시예 6][Example 6]

수 평균 입경이 50 nm인 실리카 입자 대신, 수 평균 입경이 80 nm인 실리카 입자를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 레독스 흐름 전지 분리막을 얻었다.
A redox flow cell membrane was obtained in the same manner as in Example 1 except that silica particles having a number average particle diameter of 80 nm were used instead of the silica particles having a number average particle diameter of 50 nm.

[실시예 7][Example 7]

수 평균 입경이 50 nm인 실리카 입자 대신, 수 평균 입경이 120 nm인 실리카 입자를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 레독스 흐름 전지 분리막을 얻었다.
A redox flow cell membrane was obtained in the same manner as in Example 1, except that silica particles having a number average particle diameter of 120 nm were used instead of the silica particles having a number average particle diameter of 50 nm.

[실시예 8][Example 8]

압출 조건을 조절하여 두께가 400㎛인 시트를 얻은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 레독스 흐름 전지 분리막을 얻었다.
A redox flow cell membrane was obtained in the same manner as in Example 1 except that a sheet having a thickness of 400 탆 was obtained by controlling extrusion conditions.

[실시예 9][Example 9]

압출 조건을 조절하여 두께가 200㎛인 시트를 얻은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 레독스 흐름 전지 분리막을 얻었다.
A redox flow cell membrane was obtained in the same manner as in Example 1, except that a sheet having a thickness of 200 탆 was obtained by adjusting extrusion conditions.

[비교예 1][Comparative Example 1]

압출 조건을 조절하여 두께가 800㎛인 시트를 얻은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 레독스 흐름 전지 분리막을 얻었다.
A redox flow cell membrane was obtained in the same manner as in Example 1, except that a sheet having a thickness of 800 탆 was obtained by controlling extrusion conditions.

[비교예 2][Comparative Example 2]

수 평균 입경이 50 nm인 실리카 입자 대신, 수 평균 입경이 1㎛인 실리카 입자를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 레독스 흐름 전지 분리막을 얻었다.
A redox flow cell membrane was obtained in the same manner as in Example 1, except that silica particles having a number average particle diameter of 1 占 퐉 were used instead of the silica particles having a number average particle diameter of 50 nm.

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 레독스 흐름 전지 분리막의 제조 조건을 하기 표 1에 정리하였다.
The manufacturing conditions of the redox flow cell membrane prepared in the above Examples and Comparative Examples are summarized in Table 1 below.

폴리에틸렌
중량평균분자량
(*105g/mol)
Polyethylene
Weight average molecular weight
(* 10 5 g / mol)
실리카입자
함량
(중량%)
Silica particles
content
(weight%)
실리카입자
수평균입경
(nm)
Silica particles
Number average particle diameter
(nm)
막 두께
(㎛)
Film thickness
(탆)
실시예 1Example 1 44 49.649.6 5050 600600 실시예 2Example 2 44 42.542.5 5050 600600 실시예 3Example 3 44 54.954.9 5050 600600 실시예 4Example 4 88 49.649.6 5050 600600 실시예 5Example 5 1212 49.649.6 5050 600600 실시예 6Example 6 44 49.649.6 8080 600600 실시예 7Example 7 44 49.649.6 120120 600600 실시예 8Example 8 44 49.649.6 5050 400400 실시예 9Example 9 44 49.649.6 5050 200 200 비교예 1Comparative Example 1 44 49.649.6 5050 800800 비교예 2Comparative Example 2 44 49.649.6 10001000 600600

레독스Redox 흐름 전지 제조 Flow cell manufacturing

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 레독스 흐름 전지 분리막을 이용하여, 외형판(110), 전극(120), 플로우 프레임(130), 분리막(140), 플로우 프레임(130), 전극(120), 외형판(110)을 차례로 적층하여 테스트용 레독스 흐름 전지를 제조하였다. 제조된 레독스 흐름 전지는 아연-브롬 화학 흐름 전지이며, 상기 전극(120)에 충방전기기(200)(WBCS3000, 제조사: 원아텍)을 연결하여 실험을 진행하였다.
As shown in FIG. 1, the redox flow cell separator fabricated in the above-described embodiment and the comparative example is used to separate the outer plate 110, the electrode 120, the flow frame 130, the separation membrane 140, The electrode 120, and the outer plate 110 were laminated in this order to fabricate a redox flow cell for testing. The manufactured redox flow cell is a zinc-bromine chemical flow battery. The electrode 120 was connected to a charge / discharge device 200 (WBCS3000, manufactured by WonAtec) to conduct experiments.

<< 실험예Experimental Example >>

함수율 측정Water content measurement

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 레독스 흐름 전지 분리막의 친수성을 확인하기 위하여 막의 함수율을 측정하였다. The moisture content of the membrane was measured to confirm the hydrophilicity of the redox flow cell membrane prepared in the above Examples and Comparative Examples.

5X5 m2의 레독스 흐름 전지 분리막 샘플에 대해 60℃ 오븐에서 24시간 건조 후 막의 무게를 측정하고, 이온제거수(Di water)에 함침 후 무게를 측정한 후, 식 1을 이용하여 함수율을 계산하였다. .The membrane of the redox flow cell membrane of 5 × 5 m 2 was dried for 24 hours in an oven at 60 ° C., and the weight of the membrane was measured. After the impregnation was carried out in the deionized water, the water content was calculated using Equation 1 Respectively. .

[식 1][Formula 1]

Figure 112013108525661-pat00003
Figure 112013108525661-pat00003

상기 식 1에서,In Equation (1)

Wdry는 상기 레독스 흐름 전지 분리막의 건조무게이며, W dry is the dry weight of the redox flow cell membrane,

Wwet은 상기 레독스 흐름 전지 분리막을 이온제거수에 24시간동안 함침한 후 측정한 무게이다.
W wet is the weight measured after impregnating the redox flow cell membrane with deionized water for 24 hours.

기공 평균 Pore average 직경diameter 측정 Measure

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 레독스 흐름 전지 분리막에 대해 Porosimeter(Micromeritics, Autopore IV 9500)를 이용하여 평균 기공 직경을 측정하였다. 측정 시, 압력 범위는 0.5 내지 60,000 psi이며, 150℃에서 두 시간 동안 전처리 후 측정을 실시하였다.
The redox flow cell membranes prepared in the above Examples and Comparative Examples were measured for porosimeter (Micromeritics, Autopore IV 9500). In the measurement, the pressure range was 0.5 to 60,000 psi, and the measurement was performed after pretreatment at 150 ° C for two hours.

브롬(bromine( BrBr 22 ) 투과도 측정) Measurement of permeability

상기 실시예 및 비교예의 레독스 흐름 전지 분리막을 이용하여 제조한 아연-브롬 화학 흐름 전지에 대하여, 브롬 투과도를 측정하였다. The bromine permeability of the zinc-bromine chemically-flowable cell fabricated using the redox flow cell separator of Examples and Comparative Examples was measured.

제조된 단전지는 분리막(140)을 기준으로 전해액이 이동할 수 있도록 유로를 형성해주는 플로우 프레임(130), 전자를 이동시켜주는 전극(120), 단전지의 형상을 유지하게 해주는 외형막(110)으로 구성되어 있다. The manufactured single cell comprises a flow frame 130 for forming a flow path for moving the electrolyte based on the separation membrane 140, an electrode 120 for moving electrons, and an outer membrane 110 for maintaining the shape of the single cell Consists of.

전해액 용기의 전해액은 펌프를 통하여 단전지로 공급된다. 충전 및 방전 전류는 700 mA이며, 충전 용량은 2.17 Ah이다.The electrolyte solution in the electrolyte container is supplied to the unit cell through a pump. The charging and discharging current is 700 mA and the charging capacity is 2.17 Ah.

진행 시간에 따라 음극 전해액을 샘플링하고 자동적정기를 이용하여 브롬(Br2)의 농도를 측정한 후, 하기 식 2과 같은 방법으로 브롬(Br2)의 투과도를 계산하였다. The permeability of the sample the cathode electrolytic solution and then automatically using the regular measuring the concentration of bromine (Br 2), bromine according to the following equation 2, and the same method (Br 2) was calculated according to the elapsed time.

[식 2][Formula 2]

Figure 112013108525661-pat00004
Figure 112013108525661-pat00004

상기 식 2에서 P는 브롬(Br2)의 투과도, S는 분리막의 유효면적(cm2), L은 분리막의 두께(cm), V는 전해액의 부피(ml), t는 시간(minute), co는 브롬(Br2)의 초기 농도(M), ct는 측정 시간에서 브롬(Br2)의 농도(M)이다.
The expression in the 2 P is permeability of bromine (Br 2), S is the effective area of membrane (cm 2), L is the thickness (cm), V is the volume (ml) of the electrolyte of the separator, t is time (minute), c o is the initial concentration (M) of bromine (Br 2 ), and c t is the concentration (M) of bromine (Br 2 ) at the measurement time.

전기 저항 측정Electrical resistance measurement

상기 실시예 및 비교예의 레독스 흐름 전지 분리막을 이용하여 제조한 아연-브롬 화학 흐름 전지에 대하여, 전기 저항을 측정하였다. The electrical resistance of the zinc-bromine chemically-flowable cell fabricated using the redox flow cell separator of the Examples and Comparative Examples was measured.

HIOKI 사의 BT3563을 사용하여 25 ℃에서 저항을 측정하였다.The resistance was measured at 25 캜 using BT3563 manufactured by HIOKI.

측정 시, 펌프의 유속은 100ml/min 이었으며, 분리막 면적은 35 cm2 이었다.
During the measurement, the flow rate of the pump was 100 ml / min, and the membrane area was 35 cm 2 .

상기 함수율, 기공 평균 직경, 브롬 투과도, 및 전기 저항 측정 결과를 하기 표 2에 정리하였다. The water content, pore average diameter, bromine permeability, and electrical resistance measurement results are summarized in Table 2 below.

함수율
(%)
Moisture content
(%)
기공 평균 직경
(nm)
Average diameter of pores
(nm)
브롬 투과도
(*10-5cm2/min)
Bromine permeability
(* 10 -5 cm 2 / min)
전기 저항
(Ω·cm)
Electrical resistance
(Ω · cm)
실시예 1Example 1 9090 3838 1.71.7 4.14.1 실시예 2Example 2 8282 4848 1.51.5 5.25.2 실시예 3Example 3 113113 2525 1.91.9 3.23.2 실시예 4Example 4 8888 3636 1.71.7 4.34.3 실시예 5Example 5 8989 3737 1.61.6 4.24.2 실시예 6Example 6 118118 4141 1.91.9 3.83.8 실시예 7Example 7 133133 5656 2.12.1 3.53.5 실시예 8Example 8 7575 7878 1.91.9 2.82.8 실시예 9Example 9 6666 110110 1.91.9 2.32.3 비교예 1Comparative Example 1 128128 4141 1.51.5 8.68.6 비교예 2Comparative Example 2 150150 130130 2.42.4 4.24.2

상기 표 2를 참조하면, 실시예의 경우, 함수율, 브롬 투과도, 및 전기 저항 등의 전지 효율과 관련된 물성에서 비교예 보다 우수한 것을 확인할 수 있다. Referring to Table 2, it can be seen that the examples are superior to the comparative examples in physical properties related to battery efficiency such as water content, bromine permeability, and electrical resistance.

즉, 분리막의 두께가 150 내지 650㎛이며, 기공의 평균 직경이 20 내지 120nm인 범위에 있는 본 발명의 실시예는 낮은 브롬 투과도를 나타내어 아연 이온(Zn2 +)이나 브롬 이온(Br-) 등 일정 크기 이하의 작은 화학종은 선택적으로 투과할 수 있으며, 브롬(Br2) 등 일정 크기를 초과하는 화학종의 이동을 효과적으로 차단하는 선택적 투과성을 나타냄으로써, 자기 방전에 의한 효율 저하를 방지할 수 있는 것으로 기대할 수 있다.
That is, the thickness of the membrane 150 to 650㎛, embodiments of the present invention in which the average diameter of the pores 20 to 120nm range is shown a low bromine permeability Zinc ions (Zn + 2) or bromide ion (Br -), etc. Small chemical species of a certain size or less can selectively permeate and exhibit selective permeability that effectively blocks migration of chemical species exceeding a certain size such as bromine (Br 2 ), thereby preventing efficiency deterioration due to self-discharge Can be expected.

또한, 함수율에 있어서, 실시예의 경우 약 70 내지 135% 범위의 함수율을 구비하고 있어, 적절한 친수성을 나타내면서도, 브롬(Br2)의 막 투과를 막을 수 있는 것에 비해, 기공의 평균 직경이 본 발명의 범위를 벗어난 비교예 2의 경우는 큰 함수율 및 브롬 투과도를 나타내어, 선택적 투과성이 저하되는 것으로 보이며, 이에 따라 자기방전에 의해 전지의 효율이 저하될 것으로 예상할 수 있다. Further, in the case of the water content, the water content in the range of about 70 to 135% in the case of the present invention has adequate hydrophilicity and can prevent the permeation of bromine (Br 2 ). On the other hand, In the case of Comparative Example 2, which is out of the range, it shows a large water content and a bromine permeability, and the selective permeability seems to be lowered, and it is expected that the efficiency of the battery will be lowered by self discharge.

전기 저항은 실시예의 경우 약 2.3 내지 약 5.2 Ω·cm 으로 측정되어, 대체적으로 양호한 저항값을 갖는 것으로 나타났다. 그러나, 분리막의 두께가 본 발명의 범위를 벗어난 비교예 1의 경우, 비교적 낮은 브롬 투과도 값을 갖고 있으나, 전기 저항 값이 큰 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 내부 저항이 커지게 되어, 전지의 성능이 저하되는 부작용이 발생할 수 있어 레독스 흐름 전지 분리막으로 적합하지 못함을 알 수 있다.
The electrical resistance was measured to be about 2.3 to about 5.2 Ω · cm in the examples, and was found to have a generally good resistance value. However, in Comparative Example 1 in which the thickness of the separator was out of the range of the present invention, it was confirmed that although it had a relatively low bromine transmittance, the electric resistance was large. As a result, the internal resistance is increased and the performance of the battery may be deteriorated. As a result, it is not suitable as a redox flow battery separator.

110: 외형판
120: 전극
130: 플로우 프레임
140: 레독스 흐름 전지 분리막
200: 충방전기기
110: outer plate
120: Electrode
130: flow frame
140: redox flow cell membrane
200: charge / discharge device

Claims (13)

폴리올레핀 수지 및 무기 입자를 포함하는 폴리올레핀 미세다공막을 포함하고;
두께가 150 내지 650㎛이며, 기공의 평균 직경이 20 내지 120nm이며;
상기 폴리올레핀 수지는 중량 평균 분자량이 300,000 내지 1,500,000g/mol이고;
상기 무기 입자는 수 평균 입경이 10 내지 300nm이고, BET 표면적이 100 내지 450 m2/g이며;
하기 식 1로 정의되는 함수율이 50 내지 150%인, 레독스 흐름 전지 분리막:
[식 1]
Figure 112015052726945-pat00007

상기 식 1에서,
Wdry는 상기 레독스 흐름 전지 분리막의 건조무게이며,
Wwet은 상기 레독스 흐름 전지 분리막을 이온제거수에 24시간동안 함침한 후 측정한 무게이다.
A polyolefin microporous membrane comprising a polyolefin resin and an inorganic particle;
A thickness of 150 to 650 mu m and an average diameter of pores of 20 to 120 nm;
The polyolefin resin has a weight average molecular weight of 300,000 to 1,500,000 g / mol;
The inorganic particles have a number average particle diameter of 10 to 300 nm and a BET surface area of 100 to 450 m 2 / g;
A redox flow cell separator having a water content of 50 to 150% defined by the following formula 1:
[Formula 1]
Figure 112015052726945-pat00007

In Equation (1)
W dry is the dry weight of the redox flow cell membrane,
W wet is the weight measured after impregnating the redox flow cell membrane with deionized water for 24 hours.
제1항에 있어서,
상기 폴리올레핀 수지를 30 내지 70 중량%로 포함하는 레독스 흐름 전지 분리막.
The method according to claim 1,
And the polyolefin resin is contained in an amount of 30 to 70% by weight.
제1항에 있어서,
상기 폴리올레핀 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 에틸렌-프로필렌 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 레독스 흐름 전지 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the polyolefin resin comprises at least one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, and ethylene-propylene copolymer.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 무기 입자는 30 내지 70중량%로 포함되는 레독스 흐름 전지 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the inorganic particles are contained in an amount of 30 to 70% by weight.
제1항에 있어서,
상기 무기 입자는 실리카, 알루미나, 지르코니아, 및 티타니아로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 레독스 흐름 전지 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the inorganic particles comprise at least one selected from the group consisting of silica, alumina, zirconia, and titania.
삭제delete 제1항에 있어서,
브롬(Br2)의 투과도가 1.3 내지 2.2(*10-5cm2/min)인 레독스 흐름 전지 분리막.
The method according to claim 1,
And the permeability of bromine (Br 2 ) is 1.3 to 2.2 (* 10 -5 cm 2 / min).
삭제delete 제1항 내지 제3항, 제5항, 제6항, 및 제8항 중 어느 한 항에 따른 레독스 흐름 전지 분리막을 포함하는 레독스 흐름 전지.
A redox flow cell comprising a redox flow cell separator according to any one of claims 1 to 3, 5, 6 and 8.
제10항에 있어서,
아연-할로겐 레독스 흐름 전지.
11. The method of claim 10,
Zinc-halogen redox flow cell.
제10항에 있어서,
레독스 흐름 전지 분리막; 상기 분리막의 양면에 서로 대향하도록 결합된 한 쌍의 플로우 프레임; 상기 플로우 프레임의 외부 면에 결합되고, 상기 분리막을 중심으로 대향하는 한 쌍의 전극; 및 외형판을 포함하는 레독스 흐름 전지.
11. The method of claim 10,
Redox flow cell separator; A pair of flow frames coupled to opposite sides of the separation membrane so as to face each other; A pair of electrodes coupled to an outer surface of the flow frame and facing the separation membrane; And an outer plate.
제10항에 있어서,
25 ℃에서 측정한 전기 저항이 2 내지 6 Ω·cm인 레독스 흐름 전지

11. The method of claim 10,
A redox flow cell having an electrical resistance of 2 to 6 &lt; RTI ID = 0.0 &gt; OMEGA. &Lt; / RTI &

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