KR101719685B1 - Method for charge and discharge of redox flow battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 이차 전지의 충방전 제어 방법에 관한 것으로서, 양전극, 음전극 및 전해질을 포함한 단위 셀을 포함하는 이차 전지의 충방전 제어 방법으로서, 아연 금속 이온을 포함하는 상기 이차 전지를 충전하는 단계, 충전 상태가 기 정의된 조건을 충족하면, 고전류 방전을 실시하는 단계, 그리고 상기 고전류 방전에 따라 상기 양전극 및 상기 음전극 사이에 요철되어 있는 아연이 용해되면, 상기 이차 전지를 재충전하는 단계를 포함한다.A charge / discharge control method for a secondary battery including a unit cell including a positive electrode, a negative electrode and an electrolyte, the method comprising: charging the secondary battery including zinc metal ions; Performing a high-current discharge when the charged state meets a predefined condition, and recharging the secondary battery when the unevenness between the positive electrode and the negative electrode is dissolved by the high-current discharge.

Description

레독스 흐름 전지의 충방전 제어 방법{METHOD FOR CHARGE AND DISCHARGE OF REDOX FLOW BATTERY}METHOD FOR CHARGE AND DISCHARGE OF REDOX FLOW BATTERY [0002]

본 발명은 이차 전지의 충방전 제어 방법에 관한 것으로서, 특히, 아연을 포함하는 이차 전지 및 흐름 전지의 충방전 제어 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a charge / discharge control method for a secondary battery, and more particularly, to a charge / discharge control technique for a secondary battery including zinc and a flow cell.

가장 기본적인 배터리 운영 및 제어 방법은 산화·환원 흐름전지(Redox flow Battery, RFB)의 운영 방법 중에서 배터리(battery) 충방전으로 전압과 전류를 인가하여 한 번의 충전이 진행된 후, 방전을 진행하여 배터리의 성능(Performance) 및 효율(Efficiency)을 파악하는 것이다. The most basic battery operation and control method is a method of operating a redox flow battery (RFB) by charging and discharging the battery by charging and discharging, Performance and Efficiency.

하지만, 아연-브로민 흐름전지(Zinc-Bromine Redox Flow Battery)는 여타 배터리(리튬이온, 납축전지 등)와는 다른 충방전 특성을 가지고 있다. However, the Zinc-Bromine Redox Flow Battery has different charging and discharging characteristics from other batteries (lithium ion, lead battery, etc.).

일반적인 배터리 충방전 제어 방법을 사용할 경우, 충전시 발생하는 양극(Anode)에서의 아연(Zinc)이 전극(Electrode)에 석출되어 전극 표면에 불규칙적으로 증착(deposition)된다. 그리고 방전시에 양극 전극 표면에 증착된 아연이 전기화학 반응을 통해 용해(dissolution)되면서 브로민(Bromine) 이온과 만나 다시 ZnBr2 용액으로 가역적인 반응이 일어난다.When a general battery charge / discharge control method is used, zinc at the anode generated at the time of charging is deposited on the electrode and irregularly deposited on the electrode surface. During the discharge, zinc deposited on the surface of the anode electrode is dissociated through an electrochemical reaction, and is then reacted with bromine ions and then reversibly reacted with the ZnBr2 solution.

도 1은 종래에 아연-브로민 흐름전지 스택의 단위 셀을 나타낸다.Figure 1 shows a unit cell of a zinc-bromine flow cell stack in the prior art.

도 1을 참조하면, 아연-브로민 흐름전지의 스택의 단위 셀(10)은 크게 양전극(11), 음전극(13), 분리막(15), 전해액(17, 19), 그리고 양 끝에 집전판(21)으로 되어 있다.1, a unit cell 10 of a stack of a zinc-bromine flow cell includes a positive electrode 11, a negative electrode 13, a separator 15, electrolyte 17 and 19, 21).

일반적인 충전 방식일 때 아연(Zn)의 증착이 양전극(11)에 불균일하게 이루어진 것을 알 수 있다.It can be seen that the deposition of zinc (Zn) on the positive electrode 11 is made non-uniform when the general charging system is used.

KRKR 2014-00603152014-0060315 PP KRKR 15069511506951 PP

본 발명은 이차 전지의 충전 조건을 제어하여 최적의 충방전 조건으로 아연의 증착을 균일하게 하여 방전시 스택의 효율을 상승시키는 이차 전지의 충방전 제어 방법을 제공하기 위한 것이다. Disclosure of Invention Technical Problem [6] The present invention provides a method for controlling charging and discharging of a secondary battery that controls charging conditions of a secondary battery to uniformly deposit zinc under the optimum charge and discharge conditions to increase the efficiency of the stack upon discharging.

본 발명의 하나의 특징에 따르면, 이차 전지의 충방전 제어 방법은 양전극, 음전극 및 전해질을 포함한 단위 셀을 포함하는 이차 전지의 충방전 제어 방법으로서, 아연 금속 이온을 포함하는 상기 이차 전지를 충전하는 단계; 충전 상태가 기 정의된 조건을 충족하면, 고전류 방전을 실시하는 단계, 그리고 상기 고전류 방전에 따라 상기 양전극 및 상기 음전극 사이에 요철되어 있는 아연이 용해되면, 상기 이차 전지를 재충전하는 단계를 포함한다.According to one aspect of the present invention, a charge / discharge control method for a secondary battery includes a unit cell including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, the method comprising: step; Performing a high-current discharge when the charged state meets a predefined condition, and recharging the secondary battery when the unevenness between the positive electrode and the negative electrode is dissolved by the high-current discharge.

상기 실시하는 단계는,Wherein the performing comprises:

상기 이차 전지의 충전상태(SOC, state of charge)가 50% 또는 90%를 충족하면, 상기 고전류 방전을 실시할 수 있다.If the state of charge (SOC) of the secondary battery satisfies 50% or 90%, the high current discharge can be performed.

상기 실시하는 단계는,Wherein the performing comprises:

상기 이차 전지의 충전상태(SOC, state of charge)가 20% 내지 30%인 조건을 충족하면, 상기 고전류 방전을 실시할 수 있다.When the condition (SOC) of the secondary battery is 20% to 30%, the high-current discharge can be performed.

상기 실시하는 단계는,Wherein the performing comprises:

상기 이차 전지의 충전상태(SOC, state of charge)가 40% 내지 50%인 조건을 충족하면, 상기 고전류 방전을 실시할 수 있다.When the condition (SOC) of the secondary battery is 40% to 50%, the high current discharge can be performed.

상기 실시하는 단계는,Wherein the performing comprises:

상기 이차 전지의 충전상태(SOC, state of charge)가 70% 내지 80%인 조건을 충족하면, 상기 고전류 방전을 실시할 수 있다.When the condition (SOC) of the secondary battery is 70% to 80%, the high current discharge can be performed.

상기 실시하는 단계는,Wherein the performing comprises:

상기 이차 전지의 충전상태(SOC, state of charge)가 80% 내지 90%인 조건을 충족하면, 상기 고전류 방전을 실시할 수 있다.If the condition (SOC) of the secondary battery is 80% to 90%, the high current discharge can be performed.

상기 이차 전지는, The secondary battery includes:

아연-불소 흐름 전지를 포함할 수 있다.A zinc-fluorine-flow cell.

상기 이차 전지는, The secondary battery includes:

아연-염소 흐름 전지를 포함할 수 있다.A zinc-chlorine-flow battery.

상기 이차 전지는, The secondary battery includes:

아연-아이오딘 흐름 전지를 포함할 수 있다.Zinc-iodine < / RTI > flow cell.

상기 이차 전지는, The secondary battery includes:

아연-공기를 포함할 수 있다.Zinc-air.

본 발명에 따르면, 충전시 특정 충전상태의 제어를 통해 스택 및 모듈의 효율을 종래 대비 향상시킬 수 있다. 특히, 아연을 포함하는 이차 전지, 예를 들면 아연-브로민 흐름전지의 충전시 양전극에서 아연이 불균일하게 증착되는 경우를 특정 충전상태에서 고전류로 방전하여 균일하게 할 수 있고, 방전시 양전극쪽에서 균일한 아연의 용해를 가져와 스택의 방전량 증가, 스택 및 모듈의 에너지 효율 증대와 내구성의 향상이 이루어 질 수 있다.According to the present invention, the efficiency of the stack and the module can be improved compared to the conventional one by controlling the specific charging state at the time of charging. Particularly, when the secondary battery including zinc, for example, a zinc-bromine flow cell, is filled with zinc uniformly on the positive electrode, the battery can be uniformly discharged at a high current in a specific charging state, One zinc can be dissolved to increase the discharge of the stack, increase the energy efficiency of the stack and module, and improve the durability.

또한, 균일한 아연의 증착은 스택 내부의 덴드라이트(dendrite)에 의한 분리막(Membrane)의 손상 및 핀홀(pin-hole)을 방지할 수 있어 스택의 내구성을 증가 시켜 보다 경제적인 효과를 얻을 수 있다.In addition, uniform zinc deposition can prevent damage to the membrane due to dendrite inside the stack and pin-hole damage, thereby increasing the durability of the stack, resulting in a more economical effect .

또한, 충전중 특정 전지 충전상태에서 고전류 방전을 하게 되면 양전극의 아연이 용해되 균일한 층을 가지게 되며 방전시 방전특성이 우수해 아연을 포함한 흐름전지의 효율을 증대하는데 매우 효율적이다.In addition, when a high current discharge is performed in a state of being charged with a specific battery during charging, the zinc of the positive electrode is dissolved and has a uniform layer and is excellent in discharging characteristics during discharging, which is very efficient in increasing the efficiency of the flow cell including zinc.

도 1은 종래에 아연-브로민 흐름전지 스택의 단위 셀을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지의 제어 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지의 충전제어 운영에 따른 스택 내부 양극쪽 아연 증착 형태를 나타낸 것이다.
도 4는 종래에 아연-브로민 흐름전지의 충전제어 운영에 따른 스택 전압 곡선을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 아연-브로민 흐름전지의 충전제어 운영에 따른 스택 전압 곡선을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 아연-브로민 흐름전지의 충전제어 운영에 따른 스택 전압 곡선을 나타낸 것이다.
Figure 1 shows a unit cell of a zinc-bromine flow cell stack in the prior art.
2 is a view showing a configuration of a control system of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view illustrating a form of zinc deposition on the anode side of a stack according to charge control operation of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a stack voltage curve according to a charge control operation of a conventional zinc-bromine flow cell.
FIG. 5 shows a stack voltage curve according to charge control operation of a zinc-bromine flow cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows a stack voltage curve according to charge control operation of a zinc-bromine flow cell according to another embodiment of the present invention.

발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. The invention will be described in more detail in the following examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지의 제어 시스템의 구성을 나타내는 도면이다2 is a diagram showing a configuration of a control system of a secondary battery according to an embodiment of the present invention

도 2를 참조하면, 제어 시스템(100)은 이차 전지(101)를 제어하기 위한 장치이다. 특히, 아연을 포함하는 흐름 전지를 제어할 수 있다.Referring to FIG. 2, the control system 100 is an apparatus for controlling the secondary battery 101. In particular, it is possible to control a flow cell containing zinc.

제어 시스템(100)은전류계(107)에 의해 검출된 이차 전지(101)에 흐르는 충방전 전류 및 전압계(105)에 의해 검출된 이차 전지(101)의 단자 전압에 기초하여 이차 전지(101)의 충전 및 방전의 제어 및 이차 전지(101)의 충전 상태(SOC, State of Charge)의 산출을 행한다. 그리고 1차 충전후, 충전 상태(SOC)가 기 정의된 조건을 충족하면, 2차 충전을 수행한다. The control system 100 controls the charge and discharge currents of the secondary battery 101 based on the charging and discharging currents flowing through the secondary batteries 101 detected by the ammeter 107 and the terminal voltages of the secondary batteries 101 detected by the voltmeter 105. [ Control of charging and discharging, and calculation of the state of charge (SOC) of the secondary battery 101 are performed. After the first charge, if the charge state (SOC) satisfies the predefined condition, the secondary charge is performed.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지의 충전제어 운영에 따른 스택 내부 양극쪽 아연 증착 형태를 나타낸 것이다. 특히, 아연-브로민 흐름전지의 경우를 나타낸 것이다.FIG. 3 is a view illustrating a form of zinc deposition on the anode side of a stack according to charge control operation of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. In particular, a zinc-bromine flow cell is shown.

도 3을 참조하면, 아연-브로민 흐름전지의 스택의 단위 셀(109)은 크게 양전극(111), 음전극(113), 분리막(117), 전해액(119), 그리고 양 끝에 집전판(121)으로 되어 있다. 3, the unit cell 109 of the stack of the zinc-bromine flow cell includes a positive electrode 111, a negative electrode 113, a separator 117, an electrolyte 119, and a collecting plate 121 at both ends. Respectively.

이때, 충전제어 운영시 양전극(111)의 아연 증착이 불균일한 부분(117)을 해소해 아연의 증착을 균일하게 유지할 수 있음을 알 수 있다.At this time, it can be seen that zinc deposition on the positive electrode 111 during the charge control operation is relieved and the deposition of the zinc can be uniformly maintained.

아연-브로민 흐름전지의 충방전 진행시 양전극(111)과 음전극(113)에서 각각 아연의 증착과 브로민 이온의 발생이 이루어지면서 충전이 진행되며, 방전은 그의 역과정으로 가역적인 범위에서 발생된다. 충전시 양전극(111)에서 아연이 얼마만큼 균일하게 증착이 되는가는 스택 및 모듈을 포함한 흐름 에너지 저장장치의 내구성의 향상을 가져오는 일이다. 하지만 양전극(111)은 매우 불규칙한 활성범위를 포함하여 아연의 증착이 이루어져 요철을 만든다. During the charging and discharging of the zinc-bromine flow cell, zinc deposition and bromine ion generation occur in the positive electrode 111 and the negative electrode 113, respectively, and the charging progresses. The discharge proceeds in a reversible range due to its reverse process do. The uniform deposition of zinc on the positive electrode 111 during charging will improve the durability of the flow energy storage device including the stack and the module. However, the positive electrode 111 includes a very irregular active range, and deposition of zinc is made to form irregularities.

본 발명의 실시예에 따르면, 1차 충전 이후, 양전극(Anode electrode)(111)에 아연(Zn+)이 불규칙적으로 증착되는 부분을 충전 상태(State of Charge, SOC)가 50%일 때나 90%일 때 최대 전류로, 즉 고전류 방전을 실시한다. 이때, 아연-브로민 흐름전지가 방전시 스택 내부에서 안정적일 수 있는 최대 전류로 실시한다.According to the embodiment of the present invention, after a primary charge, a portion where zinc (Zn +) is irregularly deposited on an anode electrode 111 is divided into a state of charge (SOC) of 50% or a state of charge of 90% Current, that is, a high-current discharge is performed. At this time, the zinc-bromine flow cell is operated at the maximum current that can be stable inside the stack at the time of discharging.

특히, 특정 전지 충전상태(SOC)인 50%와 90%에서 고전류로 방전을 하게되면 양전극(101)의 아연의 증착이 많이 되어 있는 부분부터 전해액(109)과 만나 전기화학적 용해가 되며 그렇게 용해된 부분은 다른 아연 증착부분과 평탄화를 이루게 된다. 여기서, 운전온도는 상온이며 범위는 10도에서 40도까지 해당될 수 있다. Particularly, when a high current is discharged at 50% and 90% of the specific battery state (SOC), the positive electrode 101 is electrochemically dissolved from the part where the deposition of zinc on the positive electrode 101 is performed to the electrolyte 109, The portion is planarized with the other zinc deposition portions. Here, the operating temperature is room temperature, and ranges from 10 degrees to 40 degrees.

충전상태(SOC) 50%는 50 kWh 모듈의 6.25 kWh 급 스택 8개의 충전량을 계산하면 40 kWh부터 42 kWh 까지의 총 충전량을 이야기 하며, 충전상태(SOC) 90%는 71 kWh에서 73 kWh까지의 총 충전량을 이야기 한다. 그리고 방전은 스택(109)에 무리가 안가는 15 A에서 38A까지이며, 고전류는 30A 이상으로 한다.50% of the state of charge (SOC) refers to the total amount of charge from 40 kWh to 42 kWh when calculating 8 charges of 6.25 kWh class of 50 kWh module. 90% of the state of charge (SOC) is from 71 kWh to 73 kWh Tells the total charge. And the discharge is from 15 A to 38 A, which does not overload the stack 109, and the high current is 30 A or more.

그러면, 양전극(111)에 석출되어 불규칙적으로 증착된 아연(Zn+)을 요철 부분(117)부터 용해시킬 수 있다. 용해가 모두 이루어지면, 재충전하여 아연 증착 (deposition)을 균일하게 조절한다. Then, irregularly deposited zinc (Zn +) deposited on the positive electrode 111 can be dissolved from the uneven portion 117. Once all of the dissolution is achieved, the zinc is refilled to uniformly control the zinc deposition.

그러나, 충전 조건이 50%, 90%로 한정되는 것은 아니고, 충전조건에 해당하는 특정 충전상태(SOC)를 20%~30%, 40%~50%, 70%~80%. 80%~90%로 설정할 수 있다. However, the charging condition is not limited to 50% and 90%, but the specific charging state (SOC) corresponding to the charging condition is 20% to 30%, 40% to 50%, 70% to 80%. It can be set from 80% to 90%.

또한, 충전조건에 해당하는 특정 충전상태(SOC)를 30%~60%, 70%~90%로 설정할 수도 있다. In addition, the specific state of charge (SOC) corresponding to the charging condition can be set to 30% to 60% and 70% to 90%.

이처럼, 특정 충전상태(SOC)는 50%와 90%를 포함하는 범위로 다양하게 지정될 수 있다.As such, the specific state of charge (SOC) can be variously specified in a range including 50% and 90%.

전술한 바와 같이, 아연-브롬 흐름전지의 충전 조건을 제어하여 최적 운영(충방전) 조건으로 아연의 증착을 균일하게 하여 방전시 스택의 효율을 상승시키며 내구성을 동시에 같이 증가 시키는 것을 확인 할 수 있다. As described above, it is confirmed that the charging condition of the zinc-bromine flow cell is controlled to uniformize the deposition of zinc under the optimum operation (charge and discharge) conditions, thereby increasing the efficiency of the stack at the time of discharging and increasing the durability at the same time .

또한, 균일하게 양전극(101)에 증착된 아연(Zn+)은 방전시 아연-브로민의 산화/환원 반응이 일정하게 일어나는 것을 확인 할 수 있다.Also, zinc (Zn +) uniformly deposited on the positive electrode 101 can be confirmed to have a constant oxidation / reduction reaction of zinc-bromine upon discharge.

여기서, 아연-브로민 흐름전지로 설명하였지만, 본 발명의 실시예에 따른 최적 충전 제어 운영은 요철을 발생시키는 아연 금속 이온을 포함한 이차전지 모듈 시스템에 적용이 가능하다. 예를 들면, 아연-불소 흐름 전지, 아연-염소 흐름 전지, 아연-아이오딘 흐름전지 및 아연-공기 흐름 전지일 수 있다. 또한, 납, 아연, 세륨 등의 금속을 포함하는 흐름 전지 일 수도 있다.Here, although the zinc-bromine flow battery has been described, the optimum charge control operation according to the embodiment of the present invention can be applied to a secondary battery module system including zinc metal ions generating irregularities. For example, it can be a zinc-fluorine flow cell, a zinc-chlorine flow cell, a zinc-iodine flow cell, and a zinc-air flow cell. In addition, it may be a flow battery including a metal such as lead, zinc, and cerium.

도 4는 종래에 아연-브로민 흐름전지의 충전제어 운영에 따른 스택 전압 곡선을 나타내고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 아연-브로민 흐름전지의 충전제어 운영에 따른 스택 전압 곡선을 나타내며, 도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 아연-브로민 흐름전지의 충전제어 운영에 따른 스택 전압 곡선을 나타낸다.FIG. 4 shows a stack voltage curve according to charge control operation of a conventional zinc-bromine flow cell, and FIG. 5 shows a stack voltage curve according to charge control operation of a zinc-bromine flow cell according to an embodiment of the present invention. And FIG. 6 shows a stack voltage curve according to charge control operation of a zinc-bromine flow cell according to another embodiment of the present invention.

도 4, 5, 6을 참조하면, 아연-브로민 흐름전지의 충전제어에 따른 스택 내부 전압 곡선을 확인하면 도 4와 같은 종래 충전제어일때와 달리 도 5의 충전상태가 50%와 도 6의 충전 상태가 90%일 때 각각 고전류 방전을 통해 양전극에 심하게 요철되어 있는 부분의 아연을 용해시키고 다시 균일하게 증착하면서 충전하여 보다 효율 높은 베터리 방전을 진행한다.Referring to FIGS. 4, 5 and 6, when the stack internal voltage curve according to the charge control of the zinc-bromine flow cell is checked, the charge state of FIG. 5 is 50% When the charge state is 90%, zinc is dissolved in the portion of the electrode which is severely irregularly formed in the positive electrode through the high current discharge, and charging is performed while uniformly depositing the same again, thereby progressing the more efficient battery discharge.

충전제어 운영에 따라 스택 전압 곡선을 보면 도 4와 같이 종래 방식에 따른 충전을 할 때 고전류 방전을 통해 양전극의 아연이 순차적으로 증착되어 방전되는 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 4, according to the charge control operation, when the charging according to the conventional method is performed as shown in FIG. 4, the zinc of the positive electrode is sequentially deposited and discharged through the high current discharge.

반면, 도 5와 충전 상태(SOC) 50%인 경우의 제어#1 방식 또는 도 6과 같은 충전 상태(SOC) 90%인 경우의 제어#2 방식에서는 고전류 방전을 통해 양전극의 아연의 요철을 평탄하게 만들어 방전 시간 및 스택 효율이 향상되는 것을 전압 곡선의 방전 기울기를 통해 알 수 있다.On the other hand, in the control # 1 system in the case of the charging state (SOC) of 50% or in the control # 2 system of the state of charge (SOC) of 90% as shown in FIG. 6, the unevenness of the zinc of the positive electrode is flattened And the discharge time and stack efficiency are improved by the discharge slope of the voltage curve.

여기서, 도4의 제어#1은 충전상태 50%에서 고전류 방전을 1번 진행하여 아연 증착 분균일을 해소한 충방전 그래프이고, 도5의 제어#2는 고4의 제어#1를 포함하여 충전상태 50%에서 고전류 방전을 한번, 그리고 충전상태 90%에서 고전류 방전을 또 한번 진행하여 아연 증착 불균일을 해소한 충방전 그래프를 의미한다. 따라서 충전시 도4는 충전상태 50%에서 고전류 방전을 한번 진행하였고, 도5는 충전상태 50%와 90%에서 고전류 방전을 각각 진행하였다. 이후, SOC 95%가 되면 방전을 진행하였다.4, the control # 1 is a charge / discharge graph in which the high current discharge is performed once at the charge state of 50% to eliminate the uniform distribution of the zinc deposit. The control # 2 of FIG. 5 includes the high # 4 control # Discharging graph in which the high current discharge is once performed at 50% of the state and the high current discharge is once again performed at the charge state of 90% to eliminate zinc deposition unevenness. Accordingly, FIG. 4 shows a high current discharge once at 50% of the charged state and FIG. 5 shows a high current discharge at 50% and 90% of the charged state. Thereafter, when the SOC reached 95%, the discharge proceeded.

한편, 다음과 같은 실시예 및 비교예에서, 아연-브로민 흐름전지 50 kWh급 모듈을 이용하여 충전제어를 통한 운전 방법에 따른 성능을 비교 하였다.Meanwhile, in the following Examples and Comparative Examples, the performance of the zinc-bromine flow battery according to the operation method through charge control was compared using a 50 kWh module.

아연-브로민 흐름전지에서, 전해액은 아연브로민 (ZnBr2)(30~35 wt%), 착화제 (QBr)(10~15 wt%) 그리고 도전제(ZnCl2)(5 wt%)가 물에 녹아 있는 용액을 사용하였다. In the zinc-bromine flow cell, the electrolytic solution contained zinc bromine (ZnBr2) (30-35 wt%), complexing agent (QBr) (10-15 wt%) and conductive agent (ZnCl2) The dissolved solution was used.

또한, 충전 전압은 25 Kw를 인가하였으며, 방전시 각각 10~25 kW를 인가하여 방전하였다. In addition, the charging voltage was 25 Kw, and 10 ~ 25 kW was applied during discharging to discharge.

또한, 각각의 에너지 효율, 전하량 효율, 그리고 전압 효율을 계산하여 비교 하였다.Also, the energy efficiency, the charge efficiency, and the voltage efficiency were calculated and compared.

<실시예1>&Lt; Example 1 >

충전상태(SOC) 50%에서 고전류 방전을 하여 충전 제어했을 때의 실험 결과는 표 1과 같다. A, B, C, D, E는 각각 연속적인 싸이클의 데이터이다.Table 1 shows the results of the experiment when charge control was performed with a high current discharge at a charge state (SOC) of 50%. A, B, C, D, and E are data of successive cycles.

충전량(Wh)Charge amount (Wh) 방전량(Wh)Discharge amount (Wh) 에너지 효율(%)Energy efficiency (%) 전하량 효율(%)Charge efficiency (%) 전압 효율(%)Voltage efficiency (%) AA 78,39078,390 53,89053,890 68.768.7 86.786.7 79.279.2 BB 77,51077,510 53,40053,400 69.069.0 86.886.8 79.579.5 CC 77,71077,710 54,57054,570 70.370.3 88.688.6 79.479.4 DD 78,28078,280 53,49053,490 69.269.2 86.686.6 80.080.0 EE 78,22078,220 54,13054,130 69.369.3 87.487.4 79.379.3 평균Average 78,02278,022 53,89653,896 69.369.3 87.287.2 79.579.5

<실시예2>&Lt; Example 2 >

충전상태(SOC) 50%와 90%에서 고전류 방전을 하여 충전 제어했을 때의 실험 결과는 표 2과 같다. A, B, C, D, E는 각각 연속적인 싸이클의 데이터이다.Table 2 shows the experimental results when charging is controlled by high current discharge at 50% and 90% of the state of charge (SOC). A, B, C, D, and E are data of successive cycles.

충전량(Wh)Charge amount (Wh) 방전량(Wh)Discharge amount (Wh) 에너지 효율(%)Energy efficiency (%) 전하량 효율(%)Charge efficiency (%) 전압 효율(%)Voltage efficiency (%) AA 77,84077,840 53,73053,730 69.969.9 87.887.8 79.579.5 BB 77,91077,910 53,96053,960 69.869.8 88.088.0 79.479.4 CC 78,76078,760 54,11054,110 70.070.0 89.989.9 77.877.8 DD 78,16078,160 54,05054,050 69.569.5 87.487.4 79.679.6 EE 77,50077,500 54,03054,030 70.270.2 88.988.9 79.079.0 평균Average 78,03478,034 53,97653,976 69.869.8 88.488.4 79.179.1

<비교예><Comparative Example>

충전상태(SOC)에 관계 없이 충전 제어 없는 실험 결과는 표 3과 같다. A, B, C, D, E는 각각 연속적인 싸이클의 데이터이다.Table 3 shows the results of the experiment without charge control regardless of the state of charge (SOC). A, B, C, D, and E are data of successive cycles.

충전량(Wh)Charge amount (Wh) 방전량(Wh)Discharge amount (Wh) 에너지 효율(%)Energy efficiency (%) 전하량 효율(%)Charge efficiency (%) 전압 효율(%)Voltage efficiency (%) AA 76,62076,620 51,22051,220 66.966.9 84.684.6 79.079.0 BB 77,59077,590 52,02052,020 67.167.1 82.682.6 81.281.2 CC 75,99075,990 51,12051,120 67.367.3 87.087.0 77.477.4 DD 77,42077,420 53,26053,260 68.868.8 85.485.4 80.680.6 EE 78,17078,170 52,09052,090 66.666.6 82.582.5 80.880.8 평균Average 77,15877,158 51,94251,942 67.367.3 84.484.4 79.879.8

표1, 2, 3의 데이터는 본 발명의 실시예를 적용하여 산출된 최종적인 데이터이며 충전량과 방전량은 50 kWh급 모듈에서 나올 수 있는 충방전량이다. 그에 따른 각각의 에너지 효율, 전압 효율, 전류 효율은 충방전량에 기초하여 계산되어진 값이다. 에너지 효율은 가장 기본적으로 그 스택이나 셀의 성능을 평가할 수 있는 효율이며, 전압 효율과 전류 효율은 충방전량과 스택의 상태를 알아볼 수 있는 각각의 효율이다.The data in Tables 1, 2 and 3 are the final data calculated by applying the embodiment of the present invention, and the charged amount and the discharged amount are the charging amounts that can be obtained from the 50 kWh class module. Each of the energy efficiency, voltage efficiency, and current efficiency is calculated based on the charge amount. Energy efficiency is basically the efficiency that can evaluate the performance of the stack or cell, and the voltage efficiency and the current efficiency are the efficiencies that can detect the charge amount and the state of the stack.

따라서, 기본적으로 중요한 에너지 효율 기준으로 표1, 2, 3은 본 발명의 실시예와 관련하여 표1은 SOC 50%에서 고전류 방전을 한번 진행한 것이며, 표2는 SOC 50%와 90%에서 고전류 방전을 각각 두번 진행한 것이다. 표3은 일반 진행(SOC 0~95%까지 충전 후 방전)한 것이다. 에너지 효율은 표2가 가장 좋으며, 표1 그리고 표 3 순서로 낮아진다. 따라서, 특정 SOC 부분에서 짧은 시간내에 고전류 방전을 진행하는 것이 아연 증착을 균일하게 만들 수 있는 좋은 방법이며 두번 혹은 그 이상 진행하는 것이 더 효과적임을 알 수 있다.Therefore, Table 1, Table 2 and Table 3 are basically important energy efficiency standards. Table 1 shows high current discharge at SOC 50% once, Table 2 shows SOC at 50% and 90% The discharge was carried out twice each. Table 3 shows the general progress (discharging after charging to SOC 0 ~ 95%). Energy efficiency is best in Table 2 and is lowered in the order of Table 1 and Table 3. Thus, it can be seen that conducting a high current discharge in a short time in a specific SOC part is a good way to make the zinc deposition uniform, and it is more effective to proceed twice or more.

전술한 바와 같이, 실시예와 비교예에 따른 충전제어시 모듈의 방전량이 증가하는 결과를 나타내었으며, 이는 균일한 아연의 증착을 통한 전기화학적인 방전량 증대라고 판단된다. 전하량 효율이 충전 제어시 상승하였으나, 전압 효율은 감소하였고, 에너지 효율이 향상되는 결과를 얻었다.As described above, the discharging amount of the module in the charging control according to the embodiment and the comparative example is increased, and it is judged that the electrochemical discharging amount is increased by the uniform zinc deposition. Charge efficiency increased during charge control, but voltage efficiency decreased and energy efficiency improved.

Claims (10)

양전극, 음전극 및 전해질을 포함한 단위 셀을 포함하는 레독스 흐름 전지(Redox Flow Battery, RFB)의 충방전 제어 방법으로서,
아연 금속 이온을 포함하는 상기 레독스 흐름 전지의 1차 충전을 수행하는 단계;
상기 레독스 흐름 전지의 충전 상태(State Of Charge, SOC)가 기 정의된 특정값을 충족하면, 적어도 한 번의 고전류 방전을 실시하는 단계, 그리고
상기 적어도 한 번의 고전류 방전에 따라 상기 양전극 및 상기 음전극 사이에 요철되어 있는 아연이 용해되면, 상기 레독스 흐름 전지의 2차 충전을 수행하는 단계를 포함하고,
상기 1차 충전, 상기 적어도 한 번의 고전류 방전 및 상기 2차 충전은,
상기 레독스 흐름 전지의 한 번의 충전 과정에서 이루어지고,
상기 적어도 한 번의 고전류 방전을 실시하는 단계는,
상기 충전 상태(SOC)가 50%일 때, 고전류 방전을 1회 실시하는 단계 또는
상기 충전 상태(SOC)가 50%일 때 1차 고전류 방전을 실시한 후, 상기 충전 상태(SOC)가 90%일 때 2차 고전류 방전을 실시하는 단계를 포함하며,
상기 고전류 방전시 전류값은 적어도 30 암페어(A) 이상으로 설정되는, 레독스 흐름 전지의 충방전 제어 방법.
A charge / discharge control method for a redox flow battery (RFB) including a unit cell including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte,
Performing a first charge of the redox flow cell comprising zinc metal ions;
Performing at least one high current discharge if the state of charge (SOC) of the redox flow cell satisfies a predefined specific value, and
And performing secondary charging of the redox-flow battery when the unevenness between the positive electrode and the negative electrode is dissolved in accordance with the at least one high-current discharge,
The primary charge, the at least one high current discharge, and the secondary charge,
The redox flow cell is charged in one charging process,
The step of performing the at least one high-
Performing the high-current discharge once when the state of charge (SOC) is 50% or
Performing a second high current discharge when the state of charge (SOC) is 90% after performing a first high current discharge when the state of charge (SOC) is 50%
Wherein the current value at the time of the high current discharge is set to at least 30 amperes (A) or more.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 레독스 흐름 전지는,
아연-불소 흐름 전지를 포함하는 레독스 흐름 전지의 충방전 제어 방법.
The method according to claim 1,
The redox flow battery comprises:
A method for controlling charging / discharging of a redox flow cell comprising a zinc-fluorine-flow battery.
제1항에 있어서,
상기 레독스 흐름 전지는,
아연-염소 흐름 전지를 포함하는 레독스 흐름 전지의 충방전 제어 방법.
The method according to claim 1,
The redox flow battery comprises:
A charge / discharge control method for a redox flow cell comprising a zinc-chlorine-flow battery.
제1항에 있어서,
상기 레독스 흐름 전지는,
아연-아이오딘 흐름 전지를 포함하는 레독스 흐름 전지의 충방전 제어 방법.
The method according to claim 1,
The redox flow battery comprises:
A method for controlling charging / discharging of a redox flow cell comprising a zinc-iodine flow battery.
제1항에 있어서,
상기 레독스 흐름 전지는,
아연-공기를 포함하는 레독스 흐름 전지의 충방전 제어 방법.

The method according to claim 1,
The redox flow battery comprises:
Charge / discharge control method of a redox flow cell including zinc - air.

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