KR101637008B1 - Carbon felt with the differened in the active site and redox flow secondary battery comprises a the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 활성점에 차이가 있는 카본펠트 및 이를 포함하는 레독스 흐름 이차전지에 관한 것으로 복수의 층으로 구성된 카본펠트의 각 층 마다 표면적, 기공도, 표면처리공정, 촉매도입량을 상이하게 하여 활성도를 차이 있게 하는 것으로서, 전극 내 농도 불균일성에 따른 전류밀도 불균일 및 국부적 저항현상을 해결하고 전극의 부분열화 가속을 감소시킬 뿐만 아니라 전압효율, 에너지효율 및 쿨롱 효율을 상승시킬 수 있다.The present invention relates to a carbon felt having a difference in active points and a redox flow secondary cell comprising the carbon felt, wherein the carbon felt having a plurality of layers has different surface areas, porosity, surface treatment processes, And it is possible to solve the current density nonuniformity and the local resistance phenomenon according to the concentration nonuniformity in the electrode and to reduce the acceleration of the partial deterioration of the electrode as well as increase the voltage efficiency, the energy efficiency and the coulombic efficiency.
Description
본 발명은 레독스 흐름 이차전지에 관한 것으로, 특히 층마다 활성점에 차이가 있는 카본펠트 및 이를 포함하는 레독스 흐름 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to a redox flow secondary cell, particularly to a carbon felt having a difference in active points from one layer to another and a redox flow secondary battery comprising the same.
화석 연료를 사용하여 대량의 온실가스 및 환경오염문제를 야기하는 화력발전이나 시설자체의 안정성이나 폐기물처리의 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 이차전지에 대한 관심 및 연구 개발이 크게 증가하고 있는 실정이다.Particularly, the power storage technology can utilize the renewable energy which is greatly influenced by the external conditions and can be utilized more widely, and the efficiency of the power utilization can be further improved. The interest and R & D of the research has been increasing.
레독스 흐름 이차전지는 활성물질의 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 전환할 수 있는 산화/환원 전지를 의미하며, 태양광, 풍력 등 외부 환경에 따라 출력변동성이 심한 신재생에너지를 저장하여 고품질 전력으로 변환할 수 있는 에너지 저장시스템이다. 구체적으로, 레독스 흐름 이차전지에서는 산화/환원 반응을 일으키는 활물질을 포함한 전해액이 반대 전극과 저장 탱크 사이를 순환하며 충방전이 진행된다.The redox flow secondary cell is an oxidation / reduction cell that can convert the chemical energy of the active material directly into electric energy. It stores renewable energy with high output fluctuation depending on the external environment such as sunlight and wind power, It is an energy storage system that can be converted. Specifically, in the redox flow secondary battery, the electrolytic solution containing the active material causing the oxidation / reduction reaction is circulated between the opposite electrode and the storage tank, and charging / discharging proceeds.
이러한 레독스 흐름 이차전지는 일반적으로 활물질이 저장된 탱크와 충방전시 활물질을 순환시키는 펌프, 셀 프레임, 집전체 및 단위셀을 포함하며 단위셀은 전극으로 카본펠트를 포함한다.The redox flow secondary battery generally includes a tank in which an active material is stored, a pump for circulating the active material during charging and discharging, a cell frame, a current collector, and a unit cell, and the unit cell includes carbon felt as an electrode.
레독스 흐름 이차전지는 여러장의 전극을 적층할 수 있는 장점을 가지고 있지만, 반응면적이 커짐에 따라 단일 전극면에서 전해액의 입구부와 출구부 사이에서 필연적으로 농도구배가 발생하며 이에 따라 농도 과전압 증가, 전류밀도 불균일로 인한 전극 내 국부적 저항이 발생하는 문제점이 있다.Redox flow secondary batteries have the advantage of stacking multiple electrodes, but as the reaction area increases, a concentration gradient necessarily occurs between the inlet and outlet of the electrolyte on a single electrode surface, thereby increasing the concentration overvoltage , Local resistance in the electrode due to non-uniformity of the current density occurs.
이는 전극 면적이 대면적화 될수록 크게 나타나는 현상이며 특정 부위의 과전압에 의한 전극 열화현상으로 장기간 운전을 어렵게 하는 문제를 야기한다.This is a phenomenon in which the electrode area becomes larger as the surface area becomes larger, and it causes difficulties in long-term operation due to electrode deterioration due to overvoltage at a specific site.
더하여, 적층내부에서 반응물질의 농도 불균일에 의한 전압 및 전류 불균일은 고전류 인가 시 전극의 부분 열화가 가속 될 수 있으며 효율 감소의 원인이 된다.In addition, voltage and current non-uniformity due to unevenness of concentration of reactants in the laminate can accelerate the partial deterioration of the electrode upon application of a high current and cause decrease in efficiency.
따라서 본 발명의 목적은 전극 내 농도 불균일성에 따른 전류밀도 불균일 및 국부적 저항 현상을 해결하고 전극의 부분열화 가속을 감소시켜 레독스 흐름 이차전지의 효율성을 향상시키는 활성점에 차이가 있는 카본펠트 및 이를 포함하는 레독스 흐름 이차전지를 제공하는데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a carbon felt having a difference in active points for improving the efficiency of the redox flow secondary battery by solving the current density nonuniformity and the local resistance phenomenon according to the concentration non-uniformity in the electrode, And a secondary battery comprising the secondary battery.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 카본펠트(carbon felt)는 다공을 갖는 카본펠트로서 복수의 층으로 이루어져 있으며 각 층마다 활성점에 차이가 있다.In order to achieve the above-mentioned object, the carbon felt of the present invention is porous carbon felt having a plurality of layers, and the active points of the carbon felt are different from each other.
본 발명에 따른 활성점에 차이가 있는 카본펠트는 전해액 입구부에서 전해액 출구부에 위치한 층 일수록 활성점이 높아지는 것을 특징으로 할 수 있다.The carbon felt having a difference in active points according to the present invention may be characterized in that the active points of the layer located at the outlet of the electrolyte at the inlet of the electrolyte are increased.
본 발명에 따른 활성점에 차이가 있는 카본펠트는 층마다 표면적, 기공도, 표면처리 공정 또는 촉매도입량이 상이한 것을 특징으로 할 수 있다.The carbon felt having different active points according to the present invention may be characterized in that the surface area, the porosity, the surface treatment process, or the amount of introduced catalyst are different for each layer.
본 발명에 따른 활성점에 차이가 있는 카본펠트는 전해액 입구부에서 출구부에 위치한 층일수록 표면적은 증가하고 기공도는 낮아지는 것을 특징으로 할 수 있다.The carbon felt having a difference in active points according to the present invention may be characterized in that the surface area increases and the porosity decreases as the layer located at the outlet of the electrolyte solution inlet portion.
본 발명에 따른 활성점에 차이가 있는 카본펠트는 촉매가 백금, 이리듐, 납, 금, 비스푸트, 망간, 코발트, 니켈, 알루미늄 또는 아연 인 것을 특징으로 할 수 있다.The carbon felt having a difference in active sites according to the present invention may be characterized in that the catalyst is platinum, iridium, lead, gold, bisuptite, manganese, cobalt, nickel, aluminum or zinc.
본 발명에 따른 활성점에 차이가 있는 카본펠트는 촉매도입량이 전해액 입구부에서 출구부에 위치한 층 일수록 증가하는 것을 특징으로 할 수 있다.The carbon felt having a difference in active sites according to the present invention may be characterized in that the amount of catalyst introduced increases with the layer located at the outlet of the electrolyte inlet.
본 발명에 따른 레독스 흐름 이차전지는, 상호 마주하게 배치된 한 쌍의 셀 프레임; 한 쌍의 셀 프레임 내측면에 각각 배치되는 한 쌍의 집전체; 한 쌍의 집전체 사이에 배치된 단위 셀; 단위 셀은 복수의 층으로 이루어져 있으며 층마다 활성점에 차이가 있는 카본펠트를 포함한다.A redox flow secondary battery according to the present invention comprises: a pair of cell frames arranged to face each other; A pair of current collectors respectively disposed on the inner side surfaces of the pair of cell frames; A unit cell disposed between a pair of collectors; The unit cell is composed of a plurality of layers and includes a carbon felt having a difference in active points from one layer to another.
본 발명에 따른 레독스 흐름 이차전지는, 카본펠트가 층마다 기공도, 표면처리공정 또는 촉매도입량이 상이한 것을 특징으로 할 수 있다.The redox flow secondary battery according to the present invention may be characterized in that the carbon felt has different porosity, surface treatment process or catalyst introduction amount per layer.
본 발명에 따르면, 전극 내 층마다 활성점에 차이가 있기 때문에 전극 내 농도 불균일성에 따른 전류밀도 불균일 및 국부적 저항 현상을 해결하고 전극의 부분열화 가속을 감소시킬 수 있으며, 전압효율, 에너지 효율 및 쿨롱 효율이 향상된다.According to the present invention, there is a difference in active points between the electrodes in the electrode layer, so that current density nonuniformity and local resistance phenomenon due to concentration nonuniformity in the electrode can be solved, acceleration of partial deterioration of the electrode can be reduced, The efficiency is improved.
도 1 및 도 2는 본 발명의 활성점에 차이가 있는 카본펠트를 포함하는 레독스 흐름 이차전지를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 활성점에 차이가 있는 카본펠트를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 활성점에 차이가 있는 카본펠트를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 쿨롱효율성을 설명하기 위한 그래프이다.FIGS. 1 and 2 are views for explaining a redox flow secondary battery including a carbon felt having a difference in active points according to the present invention. FIG.
3 is a view for explaining a carbon felt having a difference in active points according to the present invention.
4 to 6 are views for explaining a method of manufacturing carbon felt having different active points according to the present invention.
7 is a graph illustrating the coulomb efficiency according to an embodiment of the present invention.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.In the following description, only parts necessary for understanding the embodiments of the present invention will be described, and the description of other parts will be omitted so as not to obscure the gist of the present invention.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and the inventor is not limited to the meaning of the terms in order to describe his invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention, so that various equivalents And variations are possible.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 레독스 흐름 이차전지(이하'이차전지'라 함)에 대해서 설명하기로 한다. 이차전지는 전극의 활물질이 기존의 전지처럼 고체가 아닌 용액 상태로 산화수가 다른 양극 전해질과 음극 전해질로 구성된 전지로서, 시스템 종류별로 나누어 본다면, 바나듐 레독스 전지(Vanadium Redox battery), 폴리설파이드 브로마이드 레독스 전지(Polysulfide bromide redox battery), 아연 브롬 레독스 전지(Zinc bromine redox battery)가 있으며 이에 한하지 않는다.A redox flow secondary battery (hereinafter, referred to as a 'secondary battery') according to the present invention will be described. The secondary battery is a battery in which the active material of the electrode is composed of a positive electrode electrolyte and a negative electrode electrolyte different in oxidation state and in a solution state in which the active material is not a solid. When the system is divided into different types, a vanadium redox battery, a polysulfide bromide Polysulfide bromide redox battery, Zinc bromine redox battery, and the like.
도 1 및 도 2는 본 발명의 활성점에 차이가 있는 카본펠트를 포함하는 레독스 흐름 이차전지의 사시도 및 단면도 이다. 1 and 2 are a perspective view and a cross-sectional view of a redox flow secondary cell comprising a carbon felt having different active points according to the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이차전지는 판형의 다층구조로 이루어진 단위 셀(100)과, 단위 셀(100)의 외곽 양면에 접합되며 판형으로 이루어진 한 쌍의 집전체(40)와, 각 집전체(40)의 바깥 면에 접합되며 판형으로 형성된 셀 플레임(50)을 포함한다.Referring to FIGS. 1 and 2, the secondary battery includes a
단위 셀(100)은 각각 판형인 이온교환막(10), 전극(20) 및 바이폴라 플레이트(이하, '플레이트'라 함)(30)를 포함한다. 단위 셀(100)은 이온교환막(10)을 중심으로, 이온교환막(10) 양면에 양극(cathode)과 음극(anode)이 한 쌍인 전극(20)이 마주보며 접합되며, 각 전극(20)의 바깥 면에 플레이트(30)가 접합되는 구조를 가진다. 즉, 각 양극 및 음극의 전극(20)은 각 플레이트(30)의 안쪽 면에 부착된다.The
본 발명에 따른 이차전지는 양극 탱크(60)와 음극 탱크(70), 펌프(Pump)(61, 71), 유입구(63,73) 및 유출구(65, 75)를 더 포함하여 구성된다.The secondary battery according to the present invention further comprises the
양극 탱크(60)와 음극 탱크(70)는 필요한 경우 인출할 수 있도록 전해질을 저장한다. 양극 탱크(60)는 양극의 전극(20)에 제공하기 위한 양극 전해질을 저장하며, 음극 탱크(70)는 음극의 전극(20)에 제공하기 위한 음극 전해질을 저장한다.The positive electrode tank (60) and the negative electrode tank (70) store the electrolyte so that it can be drawn out if necessary. The
양극 탱크(60) 및 음극 탱크(70)는 단위 셀(100)의 전극(20)에서 양극 및 음극에 대응하여 단위 셀(100)의 좌우에 배치된다. 또한, 양극 탱크(60) 및 음극 탱크(70)는 유입구(63, 73) 및 유출구(65, 75)를 통해 셀 프레임(60)과 연결된다. 유입구(63, 73)는 양극 탱크(60) 및 음극 탱크(70)의 전해질이 단위 셀(100)로 들어가는 통로이며, 유출구(65, 75)는 전해질이 다시 나오는 통로이다.The
또한, 펌프(Pump)(61, 71)는 양극 탱크(60) 및 음극 탱크(70)로부터 전해질을 인출하여 단위 셀(100)에 공급하기 위한 것이며, 각각의 양극 탱크(60) 및 음극 탱크(70)와 유입구(63, 73) 사이에 개재된다. 즉, 양극 탱크(60) 및 음극 탱크(70)로부터 인출된 전해질은 펌프(Pump)(61, 71), 유입구(63, 73), 각 셀 프레임(50), 및 각 집전체(40)를 통해 단위 셀(100)에 공급되며, 역순으로 다시 양극 탱크(60) 및 음극 탱크(70)에 저장된다.
본 발명에 따른 전극(20)은 망상형의 다공성 구조로 층마다 활성점에 차이가 있는 카본펠트이다. The
본 발명에 따르면 이러한 카본펠트는 전해액의 입구부에서 전해액 출구부에 위치한 층 일수록 활성점이 높아질 수 있다. According to the present invention, such a carbon felt may have a higher active point at the inlet of the electrolyte than at the outlet of the electrolyte.
본 발명에 따르면 이러한 카본펠트는 층마다 표면적, 기공도, 표면처리 방법 또는 촉매도입량이 상이하여 활성점에 차이가 있다. According to the present invention, there is a difference in the active points of the carbon felt due to differences in surface area, porosity, surface treatment method, or amount of introduced catalyst.
본 발명과 같이 전극 내 카본펠트에 활성점에 차이가 있는 경우, 전극면에서 전해액의 입구부와 출구부 사이에서 필연적으로 발생하는 농도구배에 따른 반응 불균일성, 전류밀도 불균일 및 국부적 저항증가를 해결하여 이차전지의 에너지 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.In the case where there is a difference in the active points in the carbon felt in the electrode as in the present invention, non-uniformity of reaction, non-uniformity in current density and increase in local resistance are inevitably caused by the concentration gradient between the inlet and outlet of the electrolyte solution on the electrode surface The energy efficiency of the secondary battery can be increased.
도 3은 본 발명에 따른 활성점에 차이가 있는 카본펠트(200)를 도시한 도면이다.3 is a view showing a carbon felt 200 having a difference in active points according to the present invention.
도 3을 참조하면, 카본펠트(200)는 제1 층(110), 제2 층(120), 제3 층(130)으로 이루어져 있다. 이는 일 실시예를 나타낸 것이며 이에 한정되지 아니하고 2층 이상으로 이루어져 있을 수 있다. Referring to FIG. 3, the carbon felt 200 includes a
전해액의 입구부에 가깝게 위치한 제1 층(110)은 활성점이 비교적 낮고, 전해액의 출구부에 가깝게 위치한 제2 층(120)에서 제3 층(130)으로 갈 수 록 활성점이 높아질 수 있다.The active layer may be raised from the
본 발명에 따른 활성점에 차이가 있는 카본펠트(200)는 층마다 표면처리공정을 상이하게 하여 활성점에 차이를 형성할 수 있다.The carbon felt 200 having a difference in active points according to the present invention can differentiate the active points by making the surface treatment process different for each layer.
표면처리공정은 표면이 처리되지 않은 카본펠트를 이차전지의 전극으로 사용할 경우 전해액과 친화성이 매우 떨어져 에너지 효율이 매우 낮아 전지의 에너지 효율을 상승시키기 위해 처리하는 공정을 말한다.The surface treatment process refers to a process in which a carbon felt having no surface treatment is used as an electrode of a secondary battery, and the energy efficiency is very low due to a very high affinity with an electrolyte solution to increase the energy efficiency of the battery.
본 발명에 따른 표면처리공정은, 열처리에 의한 표면처리, 금속 또는 산화물 계열의 촉매를 이용한 표면처리, 코로나방전을 이용한 표면처리, 산화제 담지 후 초음파를 이용한 표면처리 및 코로나방전 처리 후 산화제에 담지하여 초음파를 이용한 표면을 처리 하는 공정 등이 있으며 이에 한하지 않는다.The surface treatment process according to the present invention is characterized in that a surface treatment by heat treatment, a surface treatment using a metal or oxide-based catalyst, a surface treatment using a corona discharge, a surface treatment using an ultrasonic wave after carrying an oxidizing agent, And a process of treating the surface using ultrasonic waves.
본 발명에 따른 활성점에 차이가 있는 카본펠트(200)는 층마다 촉매도입량을 상이하게 하여 활성점에 차이를 형성할 수 있다.The carbon felt 200 having a difference in active sites according to the present invention can differentiate the active points by making the amount of introduced catalyst different for each layer.
본 발명에 따른 촉매도입은 음극에서 부반응을 억제하여 이차전지의 에너지효율을 상승시키기 위해 도입하는 것을 말한다.The introduction of the catalyst according to the present invention means introduction of the catalyst to suppress the side reaction in the cathode to increase the energy efficiency of the secondary battery.
본 발명에 따른 촉매로는 백금, 이리듐, 납, 금, 비스푸트, 망간, 코발트, 니켈, 알루미늄 또는 아연 인 것을 특징으로 할 수 있으며 이에 한하지 않는다.The catalyst according to the present invention may be, but is not limited to, platinum, iridium, lead, gold, bisulfite, manganese, cobalt, nickel, aluminum or zinc.
본 발명에 따른 촉매도입량은 전해액 입구부에서 전해액 출구부에 위치한 층 일수록 증가 할 수 있다.The amount of catalyst introduced according to the present invention may increase as the layer located at the outlet of the electrolyte at the inlet of the electrolyte.
따라서 촉매도입량이 비교적 높은 전해액 출구부에 위치한 층은 활성점이 촉매도입량이 비교적 낮은 전해액 입구부에 위치한 층보다 높아 활성점에 차이가 있다.Therefore, the layer located at the outlet of the electrolyte having a relatively high catalyst loading amount has a higher active point than the layer located at the inlet of the electrolyte having a relatively small catalyst loading amount.
본 발명에 따른 활성점에 차이가 있는 카본펠트(200)는 전해액 입구부에서 전해액 출구부에 위치한 층일수록 표면적은 증가하고 및 기공도는 낮아질 수 있다.In the carbon felt 200 having a difference in active points according to the present invention, the surface area increases and the porosity of the carbon felt 200 increases as the layer located at the outlet of the electrolyte in the electrolyte inlet portion.
도 4는 본 발명에 따른 카본펠트를 제조하는 방법 중 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다. 4 is a flow chart for explaining an example of a method of manufacturing carbon felt according to the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 활성점에 차이가 있는 카본펠트를 제조하는 방법은 다공성을 가지는 카본펠트인 제1 모재를 준비하는 단계(S10), 제2 모재를 준비하는 단계(S20), 제1 및 제2 모재를 부착하는 단계(S30)를 포함한다.Referring to FIG. 4, a method of manufacturing a carbon felt having different active points according to the present invention includes preparing a first base material, which is porous carbon felt (S10), preparing a second base material (S20) , And attaching the first and second base metals (S30).
여기서 제1 및 제2 모재는 카본펠트를 형성하는 각 층의 모재로서, 카본펠트 소재가 사용된다.Here, the first and second base materials are carbon felt materials as the base material of each layer forming the carbon felt.
제1 모재를 준비하는 단계는 제1 모재에 제1 압력을 가하여 압축하는 단계를 포함하거나, 포함하지 않을 수 있다.The step of preparing the first base material may or may not include the step of compressing the first base material by applying a first pressure.
제2 모재를 준비하는 단계는 제2 모재에 제1 압력보다 높은 제2 압력을 가하여 압축하는 단계를 포함 할 수 있다.Preparing the second base material may include compressing the second base material by applying a second pressure higher than the first pressure to the second base material.
준비된 제1 및 제2 모재를 부착하여 활성점에 차이가 있는 카본펠트(200)를 제조한다.The prepared first and second base metals are attached to produce a carbon felt 200 having a difference in active points.
도 5는 본 발명에 따른 카본펠트를 제조하는 방법 중 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다.5 is a flow chart for explaining another example of a method of manufacturing a carbon felt according to the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 활성점에 차이가 있는 카본펠트(200)를 제조하는 방법은 제1 및 제2 모재를 부착하는 단계(S40) 및 부착된 제1 및 제2 모재를 압축하는 단계(S50)를 포함한다.Referring to FIG. 5, a method of manufacturing a carbon felt 200 having a difference in active points according to the present invention includes a step (S40) of attaching first and second base materials, a step of compressing the attached first and second base materials (S50).
도 6은 본 발명에 따른 카본펠트를 제조하는 방법에 대한 설명을 위한 도면이다.6 is a view for explaining a method of manufacturing a carbon felt according to the present invention.
도 6을 참조하여 본 발명에 따른 활성점에 차이가 있는 카본펠트(240)를 제조하는 방법을 자세히 설명한다.Referring to FIG. 6, a method of manufacturing the carbon felt 240 having a difference in active points according to the present invention will be described in detail.
압축하기 전 카본펠트(230)는 제1 모재(111)와, 제1 모재(111)보다 비교적 높이가 높은 제2 모재(121)를 부착하여 준비한다. 제1 및 제2 모재(111,121)로는 동일하거나 유사한 기공도를 갖는 카본펠트 모재가 사용될 수 있다.Before the compression, the carbon felt 230 is prepared by attaching a
부착된 제1 모재(111) 및 제2 모재(121)는 양극 및 음극을 형성하는 카본펠트의 모재로 사용된다. 이온교환막을 중심으로 양쪽에 각각 부착된 제1 및 제2 모재(111,121)과 플레이트를 위치시킨 후, 압착하여 단위 셀을 제조한다.The attached
이때 단위 셀을 제조하는 과정에서 작용하는 압력에 의해 제1 및 제2 모재(111,121)는 압착되어 양극 및 음극을 형성하는 카본펠트(240)으로 제조된다.At this time, the first and
따라서, 압착 후 카본펠트(240)는 제1 층(110)과 제2 층(120)으로 이루어져 있으며, 제2 층(120)의 압축률이 제1 층(110)보다 높으므로 표면적은 높고 기공도는 낮다.The carbon felt 240 after the compression is composed of the
이와 같은 본 발명에 따른 활성점에 차이가 있는 카본펠트를 포함한 레독스 흐름 이차전지의 쿨롱효율성을 판단하기 위하여 아래 실시예 1과 비교예 1을 실시하였다.Example 1 and Comparative Example 1 were conducted to determine the coulomb efficiency of the redox flow secondary battery including the carbon felt having different active points according to the present invention.
[실시예1][Example 1]
사이즈가 3mm*50mm*50mm인 카본펠트로 제1 모재 및 6mm*50mm*50mm인 제2 모재를 준비하였다. 준비된 제1 모재 및 제2 모재의 일 측면을 부착하였다. 이를 반복하여 2개의 압축되기 전 카본펠트를 준비하였다. 준비된 압축되기 전 한 쌍이 마주 보도록 배치하고, 사이에 이온교환막을 배치하였다. 이온교환막이 배치 된 반대면에 한 쌍의 플레이트를 배치 하였다. 이를 압착하여 단위셀을 구성하였다. 제1 모재는 압축률 33%로 압축하여 제1 층을 형성하고, 제2 모재는 압축률 66%로 압축하여 제2 층을 형성하여, 제1 및 제2 층을 포함하는 카본펠트의 양극 및 음극으로 제조하였다.A first base material of carbon felt having a size of 3 mm * 50 mm * 50 mm and a second base material of 6 mm * 50 mm * 50 mm were prepared. One side of the prepared first base material and the second base material were attached. This was repeated to prepare two carbon felt before being compressed. A pair was prepared so as to face each other before compression, and an ion exchange membrane was disposed therebetween. A pair of plates was arranged on the opposite surface on which the ion exchange membrane was disposed. The unit cell was constituted by squeezing it. The first base material is compressed to a compression ratio of 33% to form a first layer, the second base material is compressed to a compression ratio of 66% to form a second layer, and the carbonaceous material including the first and second layers .
[비교예1}[Comparative Example 1]
사이즈가 3mm*50mm*100mm인 카본펠트의 모재로 한 쌍을 준비하였다. 한 쌍의 모재가 마주 보도록 배치하고, 사이에 이온교환막을 배치하였다. 이온교환막이 배치 된 반대면에 한 쌍의 플레이트를 배치 하였다. 이를 압착하여 단위셀을 구성하였다. 한 쌍의 모재는 압축률 33%로 압축하여 양극 및 음극으로 제조하였다.A pair of carbon felt having a size of 3 mm * 50 mm * 100 mm was prepared. A pair of base materials were disposed so as to face each other, and an ion exchange membrane was disposed therebetween. A pair of plates was arranged on the opposite surface on which the ion exchange membrane was disposed. The unit cell was constituted by squeezing it. A pair of base materials were compressed to a compression ratio of 33% and made into a positive electrode and a negative electrode.
도 7은 실시예 1 및 비교예 1에 따른 단위셀을 포함한 레독스 흐름 이차전지의 쿨롱효율을 도시한 그래프이다.7 is a graph showing the coulombic efficiency of the redox flow secondary battery including the unit cells according to Example 1 and Comparative Example 1. FIG.
도 7을 참조하면, 72.73mA cm-2 영역에서 1회에서 5회의 충방전 사이클을 실시하였을 때, 실시예 1의 단위셀을 포함한 이차전지가 비교예1의 단위셀을 포함한 이차전지에 비해서 1 내지 2% 높은 쿨롱효율을 나타냄을 확인할 수 있다. 이것은 실시예 1의 단위셀을 포함한 이차전지가 활성점에 차이가 있는 카본펠트를 포함하고 있기 때문인 것으로 판단된다.Referring to FIG. 7, when the charge / discharge cycle was performed once to five times in the region of 72.73 mA cm -2 , the secondary cell including the unit cell of Example 1 had a 1 ≪ / RTI > to 2% Coulomb efficiency. This is because the secondary battery including the unit cell of Example 1 contains carbon felt having different active points.
145.8mA cm-2 영역에서 6회에서 10회의 충방전 사이클을 실시하였을 때, 실시예 1의 단위셀을 포함한 이차전지가 비교예1의 단위셀을 포함한 이차전지에 비해서 3 내지 4% 높은 쿨롱효율을 나타냄을 확인할 수 있다. 이것은 실시예 1의 단위셀을 포함한 이차전지가 활성점에 차이가 있는 카본펠트를 포함하고 있기 때문인 것으로 판단된다.The secondary battery including the unit cell of Example 1 had a Coulomb efficiency of 3 to 4% higher than that of the secondary battery including the unit cell of Comparative Example 1 when the charging and discharging cycles of 6 to 10 were performed in the region of 145.8 mA cm -2 As shown in FIG. This is because the secondary battery including the unit cell of Example 1 contains carbon felt having different active points.
또한 본 발명에 따른 이차전지는 활성점에 차이가 있는 카본펠트를 포함하므로써, 농도가 낮은 영역에서 활성점 증가를 통해 전극 내 농도 불균일성에 따른 전류밀도 불균일 및 국부적 저항 현상을 해결하고 전극의 부분열화 가속을 감소시킬 수 있다.In addition, since the secondary battery according to the present invention includes carbon felt having a difference in active points, it is possible to solve the current density non-uniformity and the local resistance phenomenon according to the concentration non-uniformity in the electrode through the increase of active points in the low concentration region, Acceleration can be reduced.
또한 본 발명에 따른 이차전지는 층마다 활성점에 차이가 있는 카본펠트를 포함함으로써, 전압효율, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the secondary battery according to the present invention can improve the voltage efficiency and the energy efficiency by including the carbon felt having a difference in active points from layer to layer.
10. . . 이온교환막 60,70. . .펌프
20. . .전극 63,73. . .유입구
30. . . 바이폴라 플레이트 65,75. . .유출구
40. . .집전체 100. . .단위셀
50. . .셀 프레임 110. . . 제1 층
111. . .제1 모재 121. . .제2 모재
120. . .제2 층 130. . .제3 층
200. . .활성점에 차이가 있는 카본펠트 230. . .압축 전의 카본펠트
240. . .압축 후의 카본펠트10.. .
20..
30. .
40.. 100 whole house. Unit cell
50..
111..
120.. . The
200. Carbon felt 230 with difference in active points. Carbon felt before compression
240. Carbon felt after compression
Claims (8)
상기 복수의 층은 전해액 입구부에서 전해액 출구부에 위치한 층 일수록 촉매도입량이 증가하여 활성점이 높아지는 것을 특징으로 하는 활성점에 차이가 있는 레독스 흐름 이차전지용 카본펠트.The active point of the layer located at the outlet of the electrolyte at the electrolyte inlet is higher than that of the layer located at the outlet of the electrolyte,
Wherein the plurality of layers has an active point higher by increasing the amount of the catalyst introduced into the layer located at the electrolyte outlet in the electrolyte inlet.
상기 복수의 층은 전해액 입구부에서 전해액 출구부에 위치한 층 일수록 표면적이 증가하고, 기공도가 낮아지는 것을 특징으로 하는 활성점에 차이가 있는 레독스 흐름 이차전지용 카본펠트.The method according to claim 1,
Characterized in that the plurality of layers have increased surface area and lower porosity as the layer located at the outlet of the electrolyte in the electrolyte inlet portion has a different active point.
상기 촉매는 백금, 이리듐, 납, 금, 비스푸트, 망간, 코발트, 니켈, 알루미늄 또는 아연 인 것을 특징으로 하는 활성점에 차이가 있는 레독스 흐름 이차전지용 카본펠트.The method according to claim 1,
Characterized in that the catalyst is platinum, iridium, lead, gold, bispite, manganese, cobalt, nickel, aluminum or zinc.
상기 한 쌍의 셀 프레임의 내측면에 각각 배치되는 한 쌍의 집전체; 및
상기 한 쌍의 집전체 사이에 배치되고, 복수의 층으로 이루어져 전해액 입구부에서 전해액 출구부에 위치한 층 일수록 활성점이 높아지는 카본펠트를 포함하는 단위 셀; 을 포함하고,
상기 카본펠트의 복수의 층은 전해액 입구부에서 전해액 출구부에 위치한 층 일수록 촉매도입량이 증가하여 활성점이 높아지는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 이차전지.A pair of cell frames arranged to face each other;
A pair of current collectors respectively disposed on inner surfaces of the pair of cell frames; And
A unit cell including a carbon felt disposed between the pair of current collectors, the carbon felt having a plurality of layers and having active points higher at a layer positioned at an electrolyte outlet at an electrolyte inlet; / RTI >
Wherein the plurality of layers of the carbon felt have a higher active point due to an increase in the amount of the introduced catalyst in the layer located at the outlet of the electrolyte in the electrolyte inlet.
상기 활성점은 전해액 입구부에서 전해액 출구부에 위치한 층 일수록 활성점이 높아지는 것을 특징으로 하는 활성점에 차이가 있는 카본펠트를 포함하는 레독스 흐름 이차전지.8. The method of claim 7,
Wherein the active point has a higher active point at a layer located at an electrolyte outlet at an electrolyte inlet, the carbon point being different from the active point.
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