KR101586455B1 - 레독스 흐름 전지용 전극 집전체, 레독스 흐름 전지용 전극 집전체의 제조 방법 및 레독스 흐름 전지 - Google Patents

레독스 흐름 전지용 전극 집전체, 레독스 흐름 전지용 전극 집전체의 제조 방법 및 레독스 흐름 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내부 저항을 낮추어 레독스 흐름 전지의 전압 효율이 향상시킬 수 있으며, 전지의 정확한 출력값을 확인할 수 있는 레독스 흐름 전지용 전극 집전체, 상기 레독스 흐름 전지용 전극 집전체의 제조 방법 및 상기 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.

Description

레독스 흐름 전지용 전극 집전체, 레독스 흐름 전지용 전극 집전체의 제조 방법 및 레독스 흐름 전지{ELECTRODE CURRENT COLLECTOR FOR REDOX FLOW BATTERY, PREPARATION METHOD FOR THE SAME, AND REDOX FLOW BATTERY}
본 발명은 레독스 흐름 전지용 전극 집전체, 레독스 흐름 전지용 전극 집전체의 제조 방법 및 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.
화석 연료를 사용하여 대량의 온실 가스 및 환경 오염 문제를 야기하는 화력 발전이나 시설 자체의 안정성이나 폐기물 처리의 문제점을 갖는 원자력 발전 등의 기존 발전 시스템들이 다양한 한계점을 들어내면서 보다 친환경적이고 높은 효율을 갖는 에너지의 개발과 이를 이용한 전력 공급 시스템의 개발에 대한 연구가 크게 증가하고 있다.
특히, 전력 저장 기술은 외부 조건에 큰 영향을 받는 재생 에너지를 보다 다양하고 넓게 이용할 수 있도록 하며 전력 이용의 효율을 보다 높일 수 있어서, 이러한 기술 분야에 대한 개발이 집중되고 있으며, 이들 중 2차 전지에 대한 관심 및 연구 개발이 크게 증가하고 있는 실정이다.
레독스 흐름 전지는 활성 물질의 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 전환할 수 있는 산화/환원 전지를 의미하며, 태양광, 풍력등 외부 환경에 따라 출력변동성이 심한 신재생에너지를 저장하여 고품질 전력으로 변환할 수 있는 에너지 저장시스템이다. 구체적으로, 레독스 흐름 전지에서는 산화/환원 반응을 일으키는 활물질을 포함한 전해액이 반대 전극과 저장 탱크 사이를 순환하며 충방전이 진행된다.
이러한 레독스 흐름 전지는 기본적으로 산화상태가 각각 다른 활물질이 저장된 탱크와 충/방전시 활물질을 순환시키는 펌프, 그리고 분리막으로 분획되는 단위셀을 포함하며, 상기 단위셀은 전극, 전해질, 집전체 및 분리막을 포함한다.
통상 화학흐름전지의 전극은 그라파이트 전극을 사용하고 있으며, 흐름전지 종류에 따라 다양한 그라파이트 복합 전극이 개발되고 있다. 이러한 그라파이트 복합 전극의 경우 집전시 전극에 금속 호일을 접촉 또는 압착하는 방법을 사용한다. 그러나 이전에 알려진 그라파이트 복합 전극에서 고분자 수지의 함량이 높아지면, 상기 접촉 방법으로 집전할 경우 플라스틱과 금속의 계면저항 때문에 충방전 전압 효율이 떨어지며 정확한 출력값을 확인할 수 없는 한계가 있었다.
이에 따라서, 전극과 집전체 사이에 전도성을 띄는 접착 성분을 도포하여 결합하는 등의 방법이 사용되었으나, 이러한 방법에 의하여도 고분자와 금속 간의 계면 저항을 충분히 낮추기 어려웠을 뿐만 아니라, 레독스 흐름 전지의 장기 사용시 전극과 집전체가 분리되는 현상이 나타나기도 하였다.
본 발명은 내부 저항을 낮추어 레독스 흐름 전지의 전압 효율이 향상시킬 수 있으며, 전지의 정확한 출력값을 확인할 수 있는 레독스 흐름 전지용 전극 집전체를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 레독스 흐름 전지용 전극 집전체의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.
본 발명은, 금속 매쉬 플레이트; 상기 금속 매쉬 플레이트의 양면에 결합되어 대향하는 한 쌍의 탄소-플라스틱 복합 전극; 및 상기 금속 매쉬 플레이트와 상기 한 쌍의 탄소-플라스틱 복합 전극 중 어느 하나 사이에 위치하고, 외부로 일부분이 돌출된 금속 바(bar);를 포함하는, 화학 흐름 전지용 전극 집전체를 제공한다.
또한, 본 발명은 금속 매쉬 플레이트의 일 면에 금속 바(bar)의 일 부분을 접하도록 위치시키고, 상기 금속 매쉬 플레이트의 양면에 한 쌍의 탄소-플라스틱 복합 전극을 접하도록 위치시켜 복합체를 형성하는 단계; 및 상기 복합체의 210 ℃ 내지 280℃의 온도에서 가열 압착 시키는 단계;를 포함하는, 화학 흐름 전지용 전극 집전체의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 분리막; 상기 분리막의 양면에 서로 대향하도록 결합된 한 쌍의 플로우 프레임; 및 상기 플로우 프레임의 외부 면에 결합되고, 분리막을 중심으로 대향하는 한 쌍의 제1항에 따른 전극 집전체;를 포함하는 레독스 흐름 전지를 제공한다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 레독스 흐름 전지용 전극 집전체, 레독스 흐름 전지용 전극 집전체의 제조 방법 및 레독스 흐름 전지에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 금속 매쉬 플레이트; 상기 금속 매쉬 플레이트의 양면에 결합되어 대향하는 한 쌍의 탄소-플라스틱 복합 전극; 및 상기 금속 매쉬 플레이트와 상기 한 쌍의 탄소-플라스틱 복합 전극 중 어느 하나 사이에 위치하고, 외부로 일부분이 돌출된 금속 바(bar);를 포함하는, 화학 흐름 전지용 전극 집전체가 제공될 수 있다.
본 발명자들은, 후술하는 제조 방법에 나타난 바와 같이, 매쉬 타입의 금속 플레이트를 탄소 플라스틱 복합 전극 및 금속 바와 고온 압착하여 상술한 화학 흐름 전지용 전극 집전체를 제조하였으며, 이와 같이 제조된 전극 집전체에서 상기 금속 매쉬 플레이트와 탄소-플라스틱 복합 전극이 견고하게 결합되면서도 계면 저항이 크게 낮아져서 전압 효율이 향상될 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.
또한, 상기 일 구현예의 화학 흐름 전지용 전극 집전체에는 상기 금속 바가 상기 금속 매쉬 플레이트와 하나의 탄소-플라스틱 복합 전극 사이의 소정의 위치에 설치되어, 전압 효율이 향상시킬 수 있으면서도 전지의 정확한 출력값을 확인할 수 있다.
이전에 알려진 탄소-플라스틱 복합 전극은 고분자 수지(예를 들어 폴리올레핀 수지 등)을 높은 함량으로 포함하는 경우, 전극과 금속 집전체의 계면 저항이 증가하게 되어 전압 효율이 저하되는게 일반적이였다.
이에 반하여, 상기 일 구현예의 화학 전지용 전극 집전체는 매쉬 타입의 금속 플레이트를 탄소 플라스틱 복합 전극 및 금속 바와 고온 압착하여 제조되며, 이에 따라 상기 탄소-플라스틱 복합 전극에서 고분자 수지의 함량이 높아져도 높은 전압 효율을 확보할 수 있으며, 상기 전극 집전체을 이용한 전지의 정확한 출력값을 확인할 수 있다.
구체적으로, 상기 탄소-플라스틱 복합 전극은 30중량%이상의 고분자 수지, 또는 30 중량% 내지 80중량% 를 포함할 수 있다.
탄소-플라스틱 복합 전극에 포함되는 플라스틱(고분자)으로 인하여 저항이 높아지는 경향이 있으나, 상기 일 구현예의 화학 흐름 전지용 전극 집전체에서는 상기 금속 매쉬 플레이트의 구조적인 특징으로 인하여 상기 탄소-플라스틱 복합 전극의 저항이 상대적으로 낮아질 수 있으며, 전압 효율이 향상될 수 있다.
구체적으로, 상기 금속 매쉬 플레이트는 0.1mm 내지 10 mm 또는 0.1 mm 내지 1.0 mm의 두께를 가질 수 있으며, 상기 금속 매쉬 플레이트는 15 내지 60 의 mesh값, 바람직하게는 20 내지 50의 mesh값을 갖는 구조일 수 있다. 이러한 매쉬 구조의 금속 플레이트에 상기 탄소-플라스틱 복합 전극이 접하게 됨에 따라서, 이에 따라서 상기 탄소-플라스틱 복합 전극의 저항을 낮출 수 있다.
상기 금속 매쉬 플레이트로 사용될 수 있는 금속이 크게 제한 되는 것은 아니나, 전극 집전체의 저항을 낮추고 보다 높은 전압 효율을 확보하기 위하여 상기 금속 매쉬 플레이트는 알루미늄, 니켈, 구리 및 이들의 2이상의 함금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 상기 일 구현예의 화학 흐름 전지용 전극 집전체의 제조 과정에 관한 개략적인 내용은 도1또는 도3에 나타난 바와 같다. 금속 바(30)가 금속 매쉬 플레이트(20)의 일면의 일부분과 접하도록 위치하고, 상기 금속 매쉬 플레이트(20)을 기준으로 대향하도록 위치시킨 한 쌍의 탄소-플라스틱 복합 전극(10)을 제조 주형(40)에서 가열 압착 시킴으로서, 상기 화학 흐름 전지용 전극 집전체가 제조될 수 있다.
완성된 화학 흐름 전지용 전극 집전체의 외형의 일 예는 도2에 나타낸 바와 같다. 상술할 바와 같이, 상기 금속 매쉬 플레이트의 양면에는 한 쌍의 탄소-플라스틱 복합 전극이 결합되며, 상기 금속 매쉬 플레이트와 하나의 탄소-플라스틱 복합 전극 사이에 금속바(bar)가 일부분이 외부로 돌출되도록 위치할 수 있다.
상기 일 구현예의 화학 흐름 전지용 전극 집전체는 상기 금속 매쉬 플레이트의 양면에 결합되어 대향하는 한 쌍의 탄소-플라스틱 복합 전극을 포함할 수 있다. 상기 한 쌍의 탄소-플라스틱 복합 전극은 레독스 흐름 전지 구동시 전해액에서 전자를 받거나 주는 역할을 한다.
상기 탄소-플라스틱 복합 전극은 탄소 화합물과 고분자 수지를 주 성분으로 포함한 전극을 의미하여, 구체적으로 상기 탄소-플라스틱 복합 전극은 폴리올레핀계 수지 30 내지 80중량%; 및 탄소 화합물 20 내지 70중량%를 포함할 수 있다.
상기 탄소 화합물로는 전도성을 갖는 탄소 화합물을 포함할 수 있으며, 예를 들어 카본 펠트, 천연 흑연(graphite), 인조 흑연(graphite), 팽창 흑연(graphite), 탄소 섬유, 난흑연화성 탄소, 카본 블랙, 탄소 나노 튜브, 플러렌, 활성탄을 포함할 수 있다.
상기 폴리올레핀계 수지는 상기 복합 전극의 바인더의 역할을 할 수 있으며, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-알파올레핀 공중합체 및 이들의 혼합물이나 공중합체를 포함할 수 있다.
상기 탄소-플라스틱 복합 전극은 0.1 mm 내지 10.0mm 또는 1.0 mm 내지 3.0mm의 두께를 가질 수 있다. 상기 복합 전극의 두께가 너무 얇으면, 전지 제조 시 Crack이 발생할 수 있으며, 전지 구동 중 외부 변화 및 충격에 약하여 구동이 어려워질 수 있다. 상기 복합 전극의 두께가 너무 두꺼우면 전지의 저항값이 높아지며, 전지 성능이 저하될 수 있다.
한편, 상기 일 구현예의 화학 흐름 전지용 전극 집전체는, 상기 금속 매쉬 플레이트와 상기 한 쌍의 탄소-플라스틱 복합 전극 중 어느 하나 사이에 위치하며 외부로 일부분이 돌출된 금속 바(bar);를 포함할 수 있다.
상기 금속바는 상기 전극 집전체에 집전된 전자의 양이나 전지의 정확한 출력값을 확인할 수 있도록 집전된 전자에 관한 데이터를 충방전 기기로 내보내는 역할을 할 수 있다.
도3 또는 도4에 나타난 바와 같이, 상기 금속바는 일부분이 상기 금속 매쉬 플레이트와 하나의 탄소-플라스틱 복합 전극 사이에 접하고 있을 수 있으며, 나머지 일부분은 외부로 돌출되어 있을 수 있다.
상기 금속 바(bar)의 크기나 형태가 크게 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 상기 금속 바(bar) 일면의 표면적은 상기 탄소-플라스틱 복합 전극 표면의 5% 내지 50%일 수 있다.
그리고, 상기 금속 바(bar) 일면의 5 내지 80%가 외부로 돌출되어 있을 수 있다. 상기 전극 집전체에 집전된 전자의 양이나 전지의 정확한 출력값을 보다 명확하고 효율적으로 확인하기 위해서, 상기 금속 바(bar) 일면의 5% 내지 80%가 외부로 돌출되어 있을 수 있다.
상기 금속 바는 0.1 mm 내지 10.0 mm 또는 0.5 mm 내지 3 mm의 두께를 가질 수 있다. 상기 금속 바의 두께가 너무 얇으면, 외부 충격 및 내구성이 취약해져 집전체로써의 역할을 하지 못할 수 있다. 상기 금속 바의 두께가 너무 두꺼우면 전극 접합체 제조 시 접합이 원할하지 않으며 저항값이 높아질 수 있다.
상기 금속 바로 사용될 수 있는 금속이 크게 제한 되는 것은 아니나, 바람직하게는 상기 금속 바가 알루미늄, 니켈, 구리 및 이들의 2이상의 함금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 금속 매쉬 플레이트의 일 면에 금속 바(bar)의 일 부분을 접하도록 위치시키고, 상기 금속 매쉬 플레이트의 양면에 한 쌍의 탄소-플라스틱 복합 전극을 접하도록 위치시켜 복합체를 형성하는 단계; 및 상기 복합체의 210 ℃ 내지 280℃의 온도에서 가열 압착 시키는 단계;를 포함하는, 화학 흐름 전지용 전극 집전체의 제조 방법이 제공될 수 있다.
이전에 알려진 방법에 따르면 높은 압력을 가하여 전극과 금속 플레이트를 결합시켰으나, 결합이 용이하지 않았을 뿐만 아니라 계면 저항이 높게 나타나서 전지의 효율을 저하시켰다. 또한, 전도성을 띄는 접착 성분을 사용하는 방법도 알려져 있으나, 충분한 접착력 또는 결합력을 확보하기 어려웠으며, 추가적인 성분의 사용에 따라서 계면 저항을 낮추는데 일정한 한계가 있었다.
그러나, 상기 일 구현예의 제조 방법에서는, 매쉬 타입의 금속 플레이트를 사용하고 특정 온도 범위에서 탄소-플라스틱 복합 전극와 접착시킴에 따라서, 상기 금속 매쉬 플레이트 및 탄소-플라스틱 복합 전극을 견고하게 결합시키면서도 계면 저항을 크게 낮출 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 금속 매쉬 플레이트 및 탄소-플라스틱 복합 전극 사이에 금속 바를 삽입하여 전지의 정확한 출력값을 확인할 수 있다.
상기 제조 방법에 따르면, 상술한 일 구현예의 화학 흐름 전지용 전극 집전체가 제공될 수 있다. 금속 매쉬 플레이트, 탄소-플라스틱 복합 전극 및 금속 바(bar)에 관한 구체적인 내용은 상기에서 상술한 내용을 포함한다.
구체적으로, 상기 탄소-플라스틱 복합 전극은 30중량%이상의 고분자 수지, 또는 30 중량% 내지 80중량% 를 포함할 수 있다.
도1에 나타난 바와 같다. 금속 바(30)가 금속 매쉬 플레이트(20)의 일면의 일부분과 접하도록 위치하고, 상기 금속 매쉬 플레이트(20)을 기준으로 대향하도록 위치시킨 한 쌍의 탄소-플라스틱 복합 전극(10)을 제조 주형(40)에서 가열 압착 시킴으로서, 상기 화학 흐름 전지용 전극 집전체가 제조될 수 있다.
또한, 도3에 나타난 바와 같이, 금속 바(30)가 금속 매쉬 플레이트(20)의 일면의 일부분과 접하도록 위치하면서도, 최종 제조된 전극 집전체에서 금속 바의 2부분이 외부로 돌출될 수 있다.
상기 금속 매쉬 플레이트의 일 면에 금속 바(bar)의 일 부분을 접하도록 위치시키고, 상기 금속 매쉬 플레이트의 양면에 한 쌍의 탄소-플라스틱 복합 전극을 접하도록 위치시켜 복합체를 형성하는 단계에서는, 금속 매쉬 플레이트, 탄소-플라스틱 복합 전극 및 금속 바(bar)가 상술한 위치에 오도록 배치하여 복합체를 형성할 수 있다.
이러한 복합체를 형성하는 과정에서는 사용할 수 있는 장치나 방법이 크게 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 일정한 주형(mold) 상에 금속 매쉬 플레이트, 탄소-플라스틱 복합 전극 및 금속 바(bar)를 배치함으로서 상기 복합체를 형성할 수 있다.
상기 주형(mold)은 도 1 또는 도2와 같이 전극의 테두리를 감싸야 하며, 접합 시 금속 bar를 살리기 위해 상판과 하판으로 나뉜 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 복합체를 210 ℃ 내지 280℃의 온도로 가열하여 압착함으로서 상기 금속 매쉬 플레이트, 탄소-플라스틱 복합 전극 및 금속 바(bar)가 견고하게 결합될 수 있다. 상기 가열 온도가 210 ℃보다 낮을 경우 전극 집전체(100)의 접합이 원활하지 않을 수 있으며, 상기 가열 온도가 280 ℃ 보다 높을 경우 제조된 전극 접합체의 모형이 변형될 수 있다.
상기 복합체에 열을 가하는 방법이나 장치는 크게 제한되는 것은 아니며, HOT PRESS를 이용할 수 있다.
또한, 상기 복합체에 열을 가하여 압착하는 단계에서는 높은 압력을 가할 필요는 없으며, 예를 들어 5 ton/㎡ 내지 45 ton/㎡의 압력을 가하여 상기 복합체에 포함된 금속 매쉬 플레이트, 탄소-플라스틱 복합 전극 및 금속 바를 결합시킬 수 있다.
한편, 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 분리막; 상기 분리막의 양면에 서로 대향하도록 결합된 한 쌍의 플로우 프레임; 및 상기 플로우 프레임의 외부 면에 결합되고, 상기 분리막을 중심으로 대향하는 한 쌍의 제1항에 따른 전극 집전체;를 포함하는 레독스 흐름 전지가 제공될 수 있다.
상기 플로우 프레임은 전해질의 이동 통로 역할을 할 뿐만 아니라, 전극이 실제적으로 전기 화학 반응을 하는 장소가 될 수 있다. 구체적으로, 상기 플로우 프레임은 전극과 분리막 사이에 전해액의 이동 통로 역할을 하며, Polypropylene, Polyethylene, 또는 Polyvinylchlode 등을 포함할 수 있다.
상기 플로우 프레임은 0.1 mm 내지 10.0 mm, 또는 0.3 mm 내지 1.5 mm의 두께를 가질 수 있다.
상기 분리막은 레독스 흐름 전지용으로 사용될 수 있는 것으로 알려진 것이면 큰 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들어, Asahi사의 SF-600막, Du pont사의 Nafion막, Asahi사의 CMV막과 같은 사용 제품을 사용할 수도 있다.
상기 전극 집전체에 관한 내용은 상술한 바와 같다.
상기 분리막, 플로우 프레임 및 전극 집전체는 단위 셀을 이룰 수 있다. 상기 레독스 흐름 전지는 상기 단위 셀을 1이상 포함할 수 있다.
상기 레독스 흐름 전지는 이러한 단위 셀 이외에 산화상태가 각각 다른 활물질이 저장된 탱크 및 충/방전시 활물질을 단위셀 내부로 순환시키는 펌프를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 내부 저항을 낮추어 레독스 흐름 전지의 전압 효율이 향상시킬 수 있으며, 전지의 정확한 출력값을 확인할 수 있는 레독스 흐름 전지용 전극 집전체와, 상기 레독스 흐름 전지용 전극 집전체의 제조 방법 및 상기 레독스 흐름 전지용 전극 집전체를 포함하는 레독스 흐름 전지가 제공될 수 있다.
도1은 본 발명의 화학 흐름 전지용 전극 집전체의 제조 과정의 일 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도2은 본 발명의 화학 흐름 전지용 전극 집전체의 제조 과정의 또 다른 일 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도3는 본 발명의 일 예의 화학 흐름 전지용 전극 집전체를 개략적으로 나타낸 것이다.
도4는 본 발명의 또 다른 일 예의 화학 흐름 전지용 전극 집전체를 개략적으로 나타낸 것이다.
도5은 실험예에서 제조한 레독스 흐름 전지를 개략적으로 도시한 것이다.
도6는 실험예의 전력 효율 측정 결과를 나타낸 것이다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 1내지 8 및 비교예1 : 화학 흐름 전지용 전극 집전체의 제조]
도 1과 같이 주형(Mold) 안에 탄소-플라스틱 복합 전극(10), 금속 매쉬 플레이트(20), 금속 바(30), 탄소-플라스틱 복합 전극(10) 순으로 쌓은 뒤에, 상기 주형을 Hot press를 이용하여 열로 접합 시켜 전극 집전체를 제조하였다.
가열 온도 및 사용한 금속 매쉬 플레이트의 mesh값은 하기 표1에 나타난 바와 같다.
상기 탄소-플라스틱 복합 전극은 300 ㎠의 크기(가로: 15㎝ * 세로:20㎝) 및 2 mm의 두께를 가졌으며, 폴리프로필렌 65중량% 및 그라파이트 20 중량%를 포함하였다.
상기 금속 매쉬 플레이트는 252 ㎠ 의 크기(가로: 14㎝ * 세로: 18 ㎝) 및 0.8 mm 두께를 가졌으며, 구리 재질이였다.
상기 금속 바는 18 cm2 의 크기(가로: 3㎝ * 세로: 6 ㎝) 및 0.8 mm 두께를 가졌으며, 구리 재질이였다.
상기 제조한 전극 집전체에 대하여 HIOKI BT3563 내부저항기로 전극 저항값을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.
Molding 온도 [℃] 금속 mesh [mesh] 전극 저항 [Ω·cm]
비교예1 200 24 -
실시예1 220 24 26
실시예2 240 24 15
실시예3 260 24 15
실시예4 280 24 15
실시예5 240 15 19
실시예6 240 24 15
실시예7 240 40 21
실시예8 240 60 76
상기 표1에 나타난 바와 같이, 상기 탄소-플라스틱 복합 전극, 금속 매쉬 플레이트 및 금속 바를 210 ℃ 내지 280 ℃에서 가열하면(실시예 1 내지 8), 상기 구성 요소들이 견고하게 결합될 수 있을 뿐만 아니라, 내부 저항도 그리 크지 않다는 점이 확인되었다.
이에 반하여, 비교예1과 같이 상기 탄소-플라스틱 복합 전극, 금속 매쉬 플레이트 및 금속 바를 200 ℃로 가열하여 접합하는 경우, 충분히 강도로 결합되지 않아서 전극 저항이 측정되지 않는다는 점이 확인되었다.
[ 비교예 2 내지 5: 화학 흐름 전지용 전극 집전체의 제조]
주형(Mold) 안에 탄소-플라스틱 복합 전극(10), 금속 매쉬 플레이트(20), 금속 바(30), 탄소-플라스틱 복합 전극(10) 순으로 쌓은 뒤에, 압력을 가하여 전극 집전체를 제조하였다. 상기 제조한 전극 집전체에 대하여 HIOKI BT3563 내부저항기로 전극 저항값을 측정하였다.
실제로 가해진 압력 조건 및 측정된 전극 저항 값은 하기 표2에 나타낸 바와 같다.
비교예 압력 [kg/cm2] 전극 저항 [Ω·cm]
비교예2 20 .
비교예3 40 126
비교예4 60 116
비교예5 80 116
상기 표2에 나타난 바와 같이, 상기 탄소-플라스틱 복합 전극, 금속 매쉬 플레이트 및 금속 바를 낮은 압력으로 접합하는 경우, 충분히 강도로 결합되지 않아서 전극 저항이 측정되지 않는다는 점이 확인되었다.
또한, 상기 탄소-플라스틱 복합 전극, 금속 매쉬 플레이트 및 금속 바에 40 kg/cm2 이상의 압력을 가하면, 상기 구성 성분들이 결합은 되었지만 100 Ω·cm 이상의 저항값을 갖는다는 점이 확인되었다.
< 실험예 : 전극 집전체의 전압 효율 측정>
도5에 나타난 바와 같이, 상기 실시예2 및 비교예4에서 얻어진 각각의 전극 집전체, flow flame(110), 분리막(120), flow flame(110), 전극 집전체(100) 순으로 적층하여 테스트용 레독스 흐름 전지를 제조하였다.
그리고, 이러한 테스트용 레독스 흐름 전지에 충방전기기(원아텍 WBCS3000)를 연결하여 충·방전 단위면적 당 전류량20mA/cm2, 충전량 8Ah로 충·방전 실험을 진행하였다.
이때 플로우 프레임은 Polypropyleme성분을 포함하며 300 ㎠ 의 크기(가로: 15㎝ * 세로: 20 ㎝) 및 1.5 mm_두께를 가졌다. 상기 분리막은 Asahi 사의 SH600을 사용하였다.
전지 성능 테스트
Voltage 효율 [%]
실시예2 75.1
비교예4 62.6
싱기 표3에 나타난 바와 같이, 실시예2의 전극 집전체를 이용한 레독스 흐름 전지가 비교예4의 전극 집전체를 이용한 레독스 흐름 전지에 비하여 높은 전압 효율을 갖는다는 점이 확인되었다.
또한, 도6에 나타난 바와 같이, 실시예2의 전극 집전체를 이용한 레독스 흐름 전지는 정확한 전압 값을 확인할 수 있는데 반하여, 비교예4의 전극 집전체를 이용한 레독스 흐름 전지에서는 전압 값이 정확히 측정되지 않는다는 점이 확인되었다. 이러한 결과는 비교예4의 전극 집전체에서 금속 매쉬 플레이트와 탄소-플라스틱 복합 전극이 견고하게 결합되지 않음에 따른 것으로 보인다.
10 탄소-플라스틱 복합 전극
20 금속 매쉬 플레이트
30 금속 바
40 주형
100 전극 집전체
110 플로우 프레임
120 분리막
200 충방전기기

Claims (13)

  1. 금속 매쉬 플레이트;
    상기 금속 매쉬 플레이트의 양면에 결합되어 대향하는 한 쌍의 탄소-플라스틱 복합 전극; 및
    상기 금속 매쉬 플레이트와 상기 한 쌍의 탄소-플라스틱 복합 전극 중 어느 하나 사이에 위치하고, 외부로 일부분이 돌출된 금속 바(bar);를 포함하고,
    상기 금속 매쉬 플레이트의 일 면과 상기 금속 바(bar)의 일면이 수평하게 접하며,
    상기 금속 바(bar)는 상기 탄소-플라스틱 복합 전극 표면의 5% 내지 50%의 표면적을 기지며,
    상기 금속 바(bar) 일면의 5 내지 80%가 외부로 돌출되며,
    상기 금속 바는 0.1 mm 내지 10.0 mm의 두께를 갖는,
    화학 흐름 전지용 전극 집전체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄소-플라스틱 복합 전극은 30중량%이상의 고분자 수지를 포함하는, 화학 흐름 전지용 전극 집전체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 매쉬 플레이트는 알루미늄, 니켈, 구리 및 이들의 2이상의 함금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 화학 흐름 전지용 전극 집전체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 매쉬 플레이트는 0.1mm 내지 10 mm 의 두께를 갖는, 화학 흐름 전지용 전극 집전체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 매쉬 플레이트는 15 내지 60 의 mesh값을 갖는, 화학 흐름 전지용 전극 집전체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄소-플라스틱 복합 전극은 폴리올레핀계 수지 30 내지 80중량%; 및 탄소 화합물 20 내지 70중량%를 포함하는, 화학 흐름 전지용 전극 집전체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄소-플라스틱 복합 전극은 0.1 mm 내지 10.0mm의 두께를 갖는, 화학 흐름 전지용 전극 집전체.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 금속 매쉬 플레이트의 일 면에 금속 바(bar)의 일 면을 수평하게 접하도록 위치시키고, 상기 금속 매쉬 플레이트의 양면에 한 쌍의 탄소-플라스틱 복합 전극을 접하도록 위치시켜 복합체를 형성하는 단계; 및
    상기 복합체의 210 ℃ 내지 280℃의 온도에서 가열 압착 시키는 단계;를 포함하고,
    상기 금속 바(bar)는 상기 탄소-플라스틱 복합 전극 표면의 5% 내지 50%의 표면적을 기지며,
    상기 금속 바(bar) 일면의 5 내지 80%가 상기 복합체의 외부로 돌출되며,
    상기 금속 바는 0.1 mm 내지 10.0 mm의 두께를 갖는,
    화학 흐름 전지용 전극 집전체의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 탄소-플라스틱 복합 전극은 30중량%이상의 고분자 수지를 포함하는, 화학 흐름 전지용 전극 집전체의 제조 방법.
  13. 분리막;
    상기 분리막의 양면에 서로 대향하도록 결합된 한 쌍의 플로우 프레임; 및
    상기 플로우 프레임의 외부 면에 결합되고, 상기 분리막을 중심으로 대향하는 한 쌍의 제1항에 따른 전극 집전체;를 포함하는 레독스 흐름 전지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101796305B1 (ko) * 2015-09-23 2017-11-10 롯데케미칼 주식회사 레독스 플로우 배터리용 전극 집전체의 제조 방법
KR101871484B1 (ko) * 2016-09-26 2018-06-26 롯데케미칼 주식회사 레독스 흐름 전지용 음극 집전체, 및 그 제조 방법
CN111564643B (zh) * 2020-05-09 2022-02-22 承德新新钒钛储能科技有限公司 一种液流电池端板结构

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012119288A (ja) 2010-12-03 2012-06-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 電池の集電構造、電池用セルスタック、およびレドックスフロー電池
KR101205062B1 (ko) * 2012-09-24 2012-11-26 주식회사 에이치투 전류 접속 단자를 매립하기 위한 블록을 포함하는 연료 전지 또는 레독스 흐름 전지 스택

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07335226A (ja) * 1994-06-14 1995-12-22 Meidensha Corp 亜鉛−臭素電池の端板電極の製造方法
KR20120130953A (ko) * 2011-05-24 2012-12-04 삼성에스디아이 주식회사 레독스 플로우 전지

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012119288A (ja) 2010-12-03 2012-06-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 電池の集電構造、電池用セルスタック、およびレドックスフロー電池
KR101205062B1 (ko) * 2012-09-24 2012-11-26 주식회사 에이치투 전류 접속 단자를 매립하기 위한 블록을 포함하는 연료 전지 또는 레독스 흐름 전지 스택

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101812740B1 (ko) 2016-09-29 2017-12-27 롯데케미칼 주식회사 레독스 흐름 전지용 스페이서 및 레독스 흐름 전지

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