KR101732817B1 - 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법 및 장치 - Google Patents

레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101732817B1
KR101732817B1 KR1020150167878A KR20150167878A KR101732817B1 KR 101732817 B1 KR101732817 B1 KR 101732817B1 KR 1020150167878 A KR1020150167878 A KR 1020150167878A KR 20150167878 A KR20150167878 A KR 20150167878A KR 101732817 B1 KR101732817 B1 KR 101732817B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrolyte
balance
oxidation number
redox flow
flow cell
Prior art date
Application number
KR1020150167878A
Other languages
English (en)
Inventor
김재민
엄명섭
김수환
예희창
Original Assignee
오씨아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 오씨아이 주식회사 filed Critical 오씨아이 주식회사
Priority to KR1020150167878A priority Critical patent/KR101732817B1/ko
Priority to EP16200413.9A priority patent/EP3174150A1/en
Priority to US15/361,168 priority patent/US20170155158A1/en
Priority to CN201611066160.1A priority patent/CN107014856B/zh
Application granted granted Critical
Publication of KR101732817B1 publication Critical patent/KR101732817B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/02—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering
    • G01N25/12—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering of critical point; of other phase change
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04305—Modeling, demonstration models of fuel cells, e.g. for training purposes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04791—Concentration; Density
    • H01M8/0482—Concentration; Density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/484—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring electrolyte level, electrolyte density or electrolyte conductivity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • H01M8/04194—Concentration measuring cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04328—Temperature; Ambient temperature of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04335—Temperature; Ambient temperature of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04365—Temperature; Ambient temperature of other components of a fuel cell or fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H01M8/04447—Concentration; Density of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H01M8/04455—Concentration; Density of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/20—Indirect fuel cells, e.g. fuel cells with redox couple being irreversible
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y02E60/528—

Abstract

본 발명은 레독스 흐름 전지에서 사용되는 전해액 내에 포함된 전해질의 균형도를 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 전해액에 포함된 전해질의 균형도를 측정하는 방법은, 스택에 전류를 인가하여 상기 레독스 흐름 전지를 충전하는 단계, 충전이 진행되는 동안 양극 전해액의 온도 및 음극 전해액의 온도를 측정하는 단계, 시간에 대한 상기 양극 전해액의 온도 변화 비율 및 시간에 대한 상기 음극 전해액의 온도 변화 비율을 계산하는 단계, 상기 시간에 대한 상기 양극 전해액의 온도 변화 비율의 변곡점에 대응되는 제1 변화 시간 및 상기 시간에 대한 상기 음극 전해액의 온도 변화 비율의 변곡점에 대응되는 제2 변화 시간을 결정하는 단계 및 상기 제1 변화 시간, 상기 제2 변화 시간, 상기 양극 전해질의 산화수 및 상기 음극 전해질의 산화수를 이용하여 상기 레독스 흐름 전지의 전해질 평균 산화수를 계산하는 단계를 포함한다.

Description

레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING BALANCE LEVEL OF ELECTROLYTE IN REDOX FLOW BATTERY}
본 발명은 레독스 흐름 전지에서 사용되는 전해액 내에 포함된 전해질의 균형도를 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
레독스 흐름 전지는 전해액에 포함된 이온의 산화/환원 반응을 통해 전기에너지를 충전 또는 방전하는 전기화학적 축전 장치이다. 레독스 흐름 전지의 스택 내에서 양극 전해액과 음극 전해액은 전해질 막에 의해 분리되어 있으며, 이를 중심으로 양 쪽에 존재하는 이온의 농도차에 의해 확산현상이 발생한다.
그런데 각각의 전해액에 포함된 전해질의 종류에 따라 확산속도가 다르기 때문에, 시간이 지남에 따라 전해질의 양이 양극 또는 음극 중 어느 한 쪽으로 쏠리는 현상이 발생하는데, 이는 전해질의 용량 불균형을 야기해 전해액 이용률의 저하를 일으켜 전지 용량을 저하시키는 원인으로 작용한다. 이러한 현상을 전해질의 크로스오버(cross-over)에 의한 용량 저하(capacity fade)라 한다.
전해질의 용량 불균형에 의해 발생하는 용량 저하를 해결하기 위하여, 양극 및 음극의 전해액 전체를 혼합한 뒤 이를 절반으로 분배함으로써 양극 및 음극 모두 동일한 산화수를 갖는 전해질을 갖게 하는 방법이 존재한다. 이러한 방법을 토탈 믹싱법(total mixing method)라 한다. 하지만, 이 경우 양극 및 음극 전해액 모두를 혼합하는데 필요한 펌프 에너지와 충전 상태에 있는 전지의 에너지를 모두 손실하게 되며, 토탈 믹싱이 완료되기까지 시간이 많이 걸린다는 단점이 존재한다.
이러한 에너지 및 시간의 낭비를 방지하고자 사용되는 기술은 전지 용량 저하량에 해당하는 전해질을 부분적으로 한쪽에서 다른 쪽 전해액 탱크로 넘겨주는 것이다. 이를 부분 트랜스퍼(partial transfer)라 하는데, 이 기술을 적용하기 위해서는 양극 전해액과 음극 전해액의 전지 용량 저하량에 대한 정보가 선행적으로 평가되어야 한다.
한편, 양극 전해액 및 음극 전해액의 전해질 용량 불균형에 의한 용량 저하 외에도 전해질의 산화수 불균형에 따른 용량 저하가 발생할 수 있다. 이론적으로는 양극 전해액과 음극 전해액이 산화-환원 쌍을 이루면서 전체 용액의 산화수 균형이 항상 일정하게 유지되어야 하나, 전지 사용 시 공기의 유입, 과전압 등의 부반응에 의해 한쪽 전해액에서만 독립적으로 산화-환원 반응이 일어날 수 있다. 그 결과, 전체 전해액의 산화수 균형이 깨지는 현상이 발생한다. 앞서 언급하였듯이, 크로스오버에 의해 발생하는 용량 저하의 경우 경우 토탈 믹싱 혹은 부분 트랜스퍼에 의해 이론상 100% 용량 회복이 가능하지만, 비가역적 반응에 의해 초래된 전해질 가수 불균형은 영구적인 전지 용량 저하를 초래한다.
따라서, 양극 전해액 및 음극 전해액에 각각 포함된 전해질의 산화수의 균형도를 정량적으로 측정하고 평가하기 위한 기술이 요구된다.
본 발명은 레독스 흐름 전지에서 사용되는 양극 전해액 및 음극 전해액에 각각 포함된 전해질의 산화수의 균형도를 정량적으로 측정하고 평가할 수 있는 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 레독스 흐름 전지의 전해액에 포함된 전해질의 균형도를 측정함에 있어서, 부가적인 장치를 통해 전해액을 따로 추출하여(ex-situ) 평가하는 것이 아닌 인-시추(in-situ)로 보다 용이하게 평가할 수 있는 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법 및 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 전해액의 추출이나 전해액과 공기와의 접촉에 의한 산화를 일으키지 않으므로 왜곡없이 정확하게 전해질의 산화수를 측정할 수 있는 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법 및 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 고가의 OCV 모니터링 장치나 적정 장비 없이 보다 낮은 비용으로 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도를 측정할 수 있는 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법 및 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 레독스 흐름 전지의 전해액에 포함된 전해질의 균형도를 측정하는 방법에 있어서, 스택에 전류를 인가하여 상기 레독스 흐름 전지를 충전하는 단계, 충전이 진행되는 동안 상기 양극 전해액의 온도 및 상기 음극 전해액의 온도를 측정하는 단계, 시간에 대한 양극 전해액의 온도 변화 비율 및 시간에 대한 음극 전해액의 온도 변화 비율을 계산하는 단계, 상기 시간에 대한 상기 양극 전해액의 온도 변화 비율의 변곡점에 대응되는 제1 변화 시간 및 상기 시간에 대한 상기 음극 전해액의 온도 변화 비율의 변곡점에 대응되는 제2 변화 시간을 결정하는 단계 및 상기 제1 변화 시간, 상기 제2 변화 시간, 상기 양극 전해질의 산화수 및 상기 음극 전해질의 산화수를 이용하여 상기 레독스 흐름 전지의 전해질 평균 산화수를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 전해액에 포함된 전해질의 균형도를 측정하는 방법은 양극 전해액에 포함된 양극 전해질과 음극 전해액에 포함된 음극 전해질의 산화수 균형을 조절하는 단계, 상기 스택의 개방 회로 전압을 측정하는 단계 및 상기 개방 회로 전압과 기준 전압을 비교하여 상기 스택에 전류를 인가할지 여부를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스택에 전류를 인가하여 상기 레독스 흐름 전지를 충전하는 단계는 시간에 따라 일정한 크기의 전류를 상기 스택에 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 레독스 흐름 전지의 전해질 평균 산화수는 하기 [수학식 1]에 의해 계산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112015116318112-pat00001
(단, P는 전해질 평균 산화수, A는 음극 전해질의 산화수, B는 양극 전해질의 산화수, t1은 제1 변화 시간, t2는 제2 변화 시간)
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 전해액에 포함된 전해질의 균형도를 측정하는 방법은 상기 전해질 평균 산화수와 기준 산화수를 비교하여 상기 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 차이 및 전해질 균형 방향을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 레독스 흐름 전지의 전해액에 포함된 전해질의 균형도를 측정하는 장치에 있어서, 스택에 전류를 인가하여 상기 레독스 흐름 전지를 충전하는 충전 제어부, 충전이 진행되는 동안 양극 전해액의 온도 및 음극 전해액의 온도를 측정하는 온도 측정부 및 시간에 대한 상기 양극 전해액의 온도 변화 비율 및 시간에 대한 상기 음극 전해액의 온도 변화 비율을 계산하고, 상기 시간에 대한 상기 양극 전해액의 온도 변화 비율의 변곡점에 대응되는 제1 변화 시간 및 상기 시간에 대한 상기 음극 전해액의 온도 변화 비율의 변곡점에 대응되는 제2 변화 시간을 결정하며, 상기 제1 변화 시간, 상기 제2 변화 시간, 상기 양극 전해질의 산화수 및 상기 음극 전해질의 산화수를 이용하여 상기 레독스 흐름 전지의 전해질 평균 산화수를 계산하는 균형도 평가부를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 레독스 흐름 전지에서 사용되는 양극 전해액 및 음극 전해액에 각각 포함된 전해질의 산화수의 균형도를 정량적으로 측정하고 평가할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면 레독스 흐름 전지의 전해액에 포함된 전해질의 균형도를 측정함에 있어서, 부가적인 장치를 통해 전해액을 따로 추출하여(ex-situ) 평가하는 것이 아닌 인-시추(in-situ)로 보다 용이하게 평가할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면 전해액의 추출이나 전해액과 공기와의 접촉에 의한 산화를 일으키지 않으므로 왜곡없이 정확하게 전해질의 산화수를 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면 고가의 OCV 모니터링 장치나 적정 장비 없이 보다 낮은 비용으로 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도를 측정할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법의 흐름도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법을 통해 측정된 시간에 따른 전해액의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지는 제1 전해액 탱크(102), 제2 전해액 탱크(104), 제1 펌프(108), 제2 펌프(110), 스택(106)을 포함한다.
제1 전해액 탱크(102)와 스택(106)은 제1 유로(112) 및 제2 유로(116)로 연결되고, 제2 전해액 탱크(104)와 스택(106)은 제3 유로(114) 및 제4 유로(118)로 연결된다. 각각의 유로(112, 114, 116, 118)에 표시된 화살표의 방향은 전해액이 흐르는 방향을 나타낸다.
제1 전해액 탱크(102) 및 제2 전해액 탱크(112)에는 각각 제1 전해액과 제2 전해액이 수용된다. 본 발명의 일 실시예에서 제1 전해액은 양극 전해질이 포함된 양극 전해액일 수 있고, 제2 전해액은 음극 전해질이 포함된 음극 전해액일 수 있다. 그러나 실시예에 따라서 제1 전해액이 음극 전해액, 제2 전해액이 양극 전해액일 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 제1 전해액을 양극 전해액으로, 제2 전해액을 음극 전해액으로 각각 지칭한다.
제1 펌프(108)는 제2 유로(116) 상에 배치되며, 제1 전해액 탱크(102)에 수용된 제1 전해액을 스택(106)으로 공급하기 위한 펌프 동작을 수행한다. 또한 제2 펌프(110)는 제4 유로(118) 상에 배치되며, 제2 전해액 탱크(112)에 수용된 제2 전해액을 스택(106)으로 공급하기 위한 펌프 동작을 수행한다.
스택(106)으로 공급되는 제1 전해액 및 제2 전해액의 유량은 제1 펌프(108)및 제2 펌프(110)의 회전 수 또는 동작 속도에 따라서 결정된다. 다시 말해서, 제1 펌프(108) 및 제2 펌프(110)의 단위 시간 당 회전 수 또는 동작 속도가 높아질 수록 스택(106)으로 공급되는 전해액의 유량이 증가한다.
스택(106)에서는 유입되는 전해액의 산화-환원 반응을 통해 전기에너지의 충전 또는 방전이 일어난다. 도시되지 않았으나, 스택(106)은 다수의 셀(cell)로 구성되며, 스택(106)을 구성하는 각각의 셀은 전해질, 즉 이온이 통과할 수 있는 격막을 포함한다. 이 격막을 통해 각 셀에 유입되는 제1 전해액과 제2 전해액에 포함된 이온이 서로 교환될 수 있다. 이러한 이온 교환에 의해 셀 내부에서는 전해액 간 산화-환원 반응이 일어난다. 이러한 산화-환원 반응으로 인해 스택(106) 내부에 전기 에너지가 충전되거나 스택(106) 내부에 충전된 전기 에너지가 외부로 방전될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 장치(10)는 충전 제어부(12), 온도 측정부(14), 균형도 평가부(16)를 포함한다.
레독스 흐름 전지의 전해질 균형도를 측정하기 위해, 충전 제어부(12)는 스택(106)에 전류를 인가하여 레독스 흐름 전지를 충전한다.
본 발명의 일 실시예에서 충전 제어부(12)는 양극 전해액에 포함된 양극 전해질과 음극 전해액에 포함된 음극 전해질의 산화수 균형을 조절하고, 스택(106)의 개방 회로 전압(OCV)을 측정한다. 본 발명에서 충전 제어부(12)는 양극 전해액에 포함된 양극 전해질과 음극 전해액에 포함된 음극 전해질의 산화수 균형을 조절하기 위하여 두 전해액의 양이 서로 동일하도록 조절할 수 있다. 그리고 나서, 충전 제어부(12)는 측정된 개방 회로 전압과 기준 전압을 비교하여 스택(106)에 전류를 인가할지 여부를 결정한다. 예컨대 측정된 개방 회로 전압이 기준 전압보다 낮은 경우 충전 제어부(12)는 스택(106)에 전류를 인가하여 레독스 흐름 전지의 충전 동작을 개시한다. 반대로 측정된 개방 회로 전압이 기준 전압보다 낮은 경우 충전 제어부(12)는 양극 전해질과 음극 전해질의 산화수 균형을 조절하는 동작을 다시 수행한다.
충전 제어부(12)에 의해 레독스 흐름 전지의 충전이 시작되면, 온도 측정부(14)는 충전이 진행되는 동안 양극 전해액의 온도 및 음극 전해액의 온도를 측정한다. 온도 측정부(14)는 레독스 흐름 전지에 설치되는 온도 센서(미도시)에 의해 측정된 온도 값을 수신함으로써 양극 전해액의 온도 및 음극 전해액의 온도를 측정할 수 있다. 온도 센서(미도시)는 전해액 탱크(102, 104)의 내부 또는 외부, 유로(112, 114, 116, 118), 또는 스택(106)의 내부 또는 외부 등에 배치될 수 있다.
균형도 평가부(16)는 시간에 대한 양극 전해액의 온도 변화 비율 및 시간에 대한 음극 전해액의 온도 변화 비율을 계산한다. 이를 위해 균형도 평가부(16)는 시간에 따른 양극 전해액의 온도 변화 및 시간에 따른 음극 전해액의 온도 변화를 나타내는 그래프를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 양극 전해액의 온도 변화 곡선의 기울기가 양극 전해액의 온도 변화 비율이 되고, 음극 전해액의 온도 변화 곡선의 기울기가 음극 전해액의 온도 변화 비율이 된다.
또한 균형도 평가부(16)는 시간에 대한 양극 전해액의 온도 변화 비율의 변곡점에 대응되는 제1 변화 시간 및 시간에 대한 음극 전해액의 온도 변화 비율의 변곡점에 대응되는 제2 변화 시간을 결정한다. 본 발명의 일 실시예에서, 균형도 평가부(16)는 시간에 대한 양극 전해액 및 음극 전해액의 온도 변화 비율의 변화량이 각각 최대인 지점의 시간을 제1 변화 시간 및 제2 변화 시간으로 각각 결정할 수 있다.
또한 균형도 평가부(16)는 제1 변화 시간, 제2 변화 시간, 양극 전해질의 산화수 및 음극 전해질의 산화수를 이용하여 레독스 흐름 전지의 전해질 평균 산화수를 계산한다. 균형도 평가부(16)는 이와 같이 계산된 전해질 평균 산화수와 기준 산화수를 비교하여 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 차이 및 전해질 균형 방향을 결정할 수 있다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 전해액에 포함된 전해질의 균형도를 측정하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법의 흐름도이다.
먼저 충전 제어부(12)는 스택(106)에 전류를 인가하여 레독스 흐름 전지를 충전한다(202). 스택(106)에 전류를 인가하게 되면 시간의 흐름에 따라서 양극 전해액과 음극 전해액의 온도가 높아지게 되는데, 본 발명에서는 이와 같은 시간의 흐름에 따른 전해액의 온도 변화를 이용하여 전해질의 균형도를 측정한다.
한편, 도 2에는 도시되지 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법은 스택(106)에 전류를 인가하여 레독스 흐름 전지를 충전하는 단계(202) 이전에, 충전 제어부(12)가 양극 전해액에 포함된 양극 전해질과 음극 전해액에 포함된 음극 전해질의 산화수 균형을 조절하는 단계, 충전 제어부(12)가 스택의 개방 회로 전압을 측정하는 단계 및 충전 제어부(12)가 개방 회로 전압과 기준 전압을 비교하여 스택에 전류를 인가할지 여부를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법을 수행하고자 할 경우, 도 2의 충전 단계(202) 이전에 미리 동일한 양의 전해질을 제1 전해액 탱크(102) 및 제2 전해액 탱크(104)에 주입할 수도 있다. 그러나 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정은 통상적으로 레독스 흐름 전지의 운전 중에 이루어지며, 레독스 흐름 전지의 운전 중에는 충전 또는 방전으로 인해 양극 및 음극의 전해질의 양이 서로 달라지게 된다.
따라서 본 발명의 일 실시예에서는 스택(106)에 전류를 인가하여 레독스 흐름 전지를 충전하는 단계(202) 이전에, 양극 전해액에 포함된 양극 전해질과 음극 전해액에 포함된 음극 전해질의 산화수 균형을 조절할 수 있다.
한편 양극 전해액에 포함된 양극 전해질과 음극 전해액에 포함된 음극 전해질의 산화수 균형이 실제로 조절되었는지 여부를 확인하기 위해 본 발명의 일 실시예에서는 스택의 개방 회로 전압을 측정하고, 측정된 개방 회로 전압과 기준 전압을 비교한다. 만약 양극 전해질의 양과 음극 전해질의 양이 동일한 경우 양극과 음극 간 전압 차이가 발생하지 않으므로 개방 회로 전압은 0에 가깝게 측정될 것이다. 따라서 본 발명의 일 실시예에서는 개방 회로 전압과 미리 정해진 기준 전압을 비교하여 스택에 전류를 인가할지 여부, 즉 레독스 흐름 전지를 충전할지 여부를 결정한다. 예컨대 기준 전압이 10mV로 설정되면, 충전 제어부(12)는 측정된 개방 회로 전압이 10mV 이하일 경우에만 스택(106)에 전류를 인가하여 충전을 수행하고, 그렇지 않은 경우에는 충전을 수행하지 않을 수 있다.
또한 도 2에는 도시되지 않았으나 스택(106)에 전류를 인가하여 레독스 흐름 전지를 충전하는 단계(202)는 시간에 따라 일정한 크기의 전류를 스택(106)에 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 온도 측정부(14)는 충전이 진행되는 동안 양극 전해액의 온도 및 음극 전해액의 온도를 측정한다(204). 온도 측정부(14)는 레독스 흐름 전지에 설치되는 온도 센서(미도시)에 의해 측정된 온도 값을 수신함으로써 양극 전해액의 온도 및 음극 전해액의 온도를 측정할 수 있다. 온도 센서(미도시)는 전해액 탱크(102, 104)의 내부 또는 외부, 유로(112, 114, 116, 118), 또는 스택(106)의 내부 또는 외부 등에 배치될 수 있다.
다음으로, 균형도 평가부(16)는 온도 측정부(14)에 의해 측정된 양극 전해액의 온도 및 음극 전해액의 온도를 이용하여 시간에 대한 양극 전해액의 온도 변화 비율 및 시간에 대한 음극 전해액의 온도 변화 비율을 각각 계산한다(206). 본 발명의 일 실시예에서, 균형도 평가부(16)는 온도 측정부(14)에 의해 측정된 양극 전해액의 온도 및 음극 전해액의 온도를 바탕으로 시간에 따른 양극 전해액의 온도 변화 및 시간에 따른 음극 전해액의 온도 변화를 나타내는 그래프(예컨대, 도 3 내지 도 5)를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 그래프에서, 양극 전해액의 온도 변화 곡선의 기울기가 양극 전해액의 온도 변화 비율이 되고, 음극 전해액의 온도 변화 곡선의 기울기가 음극 전해액의 온도 변화 비율이 된다. 이와 같은 방식으로 균형도 평가부(16)는 시간에 대한 양극 전해액의 온도 변화 비율 및 시간에 대한 음극 전해액의 온도 변화 비율을 각각 계산할 수 있다.
다음으로, 균형도 평가부(16)는 시간에 대한 양극 전해액의 온도 변화 비율의 변곡점에 대응되는 제1 변화 시간 및 시간에 대한 음극 전해액의 온도 변화 비율의 변곡점에 대응되는 제2 변화 시간을 결정한다.
예를 들어 도 3의 그래프에서 시간에 대한 양극 전해액의 온도 변화 비율, 즉 기울기는 시간이 흐름에 따라서 변화하는데, 시간 t1에서 이 그래프의 기울기가 급격하게 변화하는 것을 확인할 수 있다. 본 발명에서는 이와 같이 그래프의 기울기가 급격하게 변화하는 지점을 온도 변화 비율의 변곡점으로 정의한다. 이와 같이 기울기가 급격하게 변화하는 것은 기울기의 변화량이 일정량, 즉 미리 설정된 기준 변화량을 초과하는 것을 의미한다. 따라서 균형도 평가부(16)는 도 3과 같은 그래프에서 양극 전해액의 온도 곡선의 기울기의 변곡점에 대응되는 시간(t1)을 제1 변화 시간으로 결정한다. 마찬가지로 균형도 평가부(16)는 음극 전해액의 온도 곡선의 기울기의 변곡점에 대응되는 시간(t2)을 제2 변화 시간으로 결정한다.
다시 도 2를 참조하면, 균형도 평가부(16)는 단계(208)에서 결정된 제1 변화 시간 및 제2 변화 시간, 그리고 양극 전해질의 산화수 및 음극 전해질의 산화수를 이용하여 레독스 흐름 전지의 전해질 평균 산화수를 계산한다. 본 발명의 일 실시예에서 균형도 평가부(16)는 하기 [수학식 1]을 이용하여 레독스 흐름 전지의 전해질 평균 산화수를 계산할 수 있다.
Figure 112015116318112-pat00002
[수학식 1]에서, P는 전해질 평균 산화수, A는 음극 전해질의 산화수, B는 양극 전해질의 산화수, t1은 제1 변화 시간, t2는 제2 변화 시간을 각각 의미한다. 본 발명에서는 평가 대상인 전해질 중 산화수가 높은 쪽을 양극 전해질의 산화수, 산화수가 낮은 쪽을 음극 전해질의 산화수로 정의한다. 예컨대, 바나듐 이온을 사용하는 레독스 흐름 전지의 경우 전해질의 상태가 V3+와 V4+의 혼합상태이므로 양극 전해질 가수 = 4, 음극 전해질 가수 = 3 으로 결정된다.
한편, 도 2에는 도시되지 않았으나 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법은 전해질 평균 산화수와 기준 산화수를 비교하여 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 차이 및 전해질 균형 방향을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서 기준 산화수는 운영자에 의해 임의로 설정될 수 있는 값이다. 예를 들어 [수학식 1]을 통해 계산된 전해질 평균 산화수(P)가 15이고 기준 산화수가 5로 설정되어 평균 산화수(P)와 기준 산화수 간의 차이가 +10인 경우 균형도 평가부(16)는 전해질 균형도 차이는 10%이며 4가의 전해질이 더 많은 것으로 판단할 수 있다. 또한 [수학식 1]을 통해 계산된 전해질 평균 산화수(P)가 5이고 기준 산화수가 10으로 설정되어 평균 산화수(P)와 기준 산화수 간의 차이가 -5인 경우 균형도 평가부(16)는 전해질 균형도 차이는 5%이며 3가의 전해질이 더 많은 것으로 판단할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법을 통해 측정된 시간에 따른 전해액의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
먼저 도 3은 양극 전해질과 음극 전해질이 서로 균형을 이루고 있는 상태에서, 도 2의 충전 단계(202)가 수행된 이후 측정된 시간의 흐름에 따른 음극 전해액 의 온도 변화 곡선(302) 및 양극 전해액 의 온도 변화 곡선(304)을 각각 나타내는 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이 양극 전해질과 음극 전해질의 양이 서로 균형을 이루는 경우, 두 전해액의 시간에 대한 온도 변화 비율, 즉 두 곡선의 기울기는 매우 유사하게 변화한다. 따라서 각 곡선의 기울기의 변화량이 기준 변화량을 초과하는 시간, 즉 제1 변화 시간(t1) 및 제2 변화 시간(t2)은 서로 동일(t)하게 된다. 이 때 [수학식 1]에 따라 레독스 흐름 전지의 전해질 평균 산화수를 계산하면 다음과 같다.
Figure 112015116318112-pat00003
즉, 도 3과 같이 산화수 3의 전해질과 산화수 4의 전해질이 완전히 동일한 양으로 혼합되어 있을 경우 레독스 흐름 전지의 전해질 평균 산화수는 3.5가 된다. 따라서 이와 같이 계산된 평균 산화수인 3.5는 전해액의 균형도를 판단하기 위한 기준 산화수가 된다.
도 4는 양극 전해질과 음극 전해질이 서로 균형을 이루고 있지 않은 상태에서, 도 2의 충전 단계(202)가 수행된 이후 측정된 시간의 흐름에 따른 음극 전해액 의 온도 변화 곡선(402) 및 양극 전해액의 온도 변화 곡선(404)을 각각 나타내는 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이 양극 전해질과 음극 전해질의 양이 서로 균형을 이루지 않는 경우, 두 전해액의 시간에 대한 온도 변화 비율, 즉 두 곡선의 기울기는 서로 다르게 변화한다. 따라서 각 곡선의 기울기의 변화량이 기준 변화량을 초과하는 시간, 즉 변곡점에 대응하는 제1 변화 시간(t1) 및 제2 변화 시간(t2)은 서로 다르게 된다. 예컨대 도 4에서 제1 변화 시간(t1)은 1.570, 제2 변화 시간(t2)은 1.679초로 각각 측정된다. 이 때 [수학식 1]에 따라 레독스 흐름 전지의 전해질 평균 산화수를 계산하면 다음과 같다.
Figure 112015116318112-pat00004
도 4와 같은 상태에서 레독스 흐름 전지의 전해질 평균 산화수는 3.517이 된다. 이를 기준 산화수인 3.5와 비교해 보면 +0.017의 차이가 발생한다. 이는 전해질의 균형도 차이가 1.7%임을 나타내며, 부호 +는 산화수 4의 양극 전해질 양이 산화수 3의 음극 전해질의 양보다 많음을 의미한다.
도 5는 또 다른 실시예로서, 양극 전해질과 음극 전해질이 서로 균형을 이루고 있지 않은 상태에서, 도 2의 충전 단계(202)가 수행된 이후 측정된 시간의 흐름에 따른 음극 전해액 의 온도 변화 곡선(502) 및 양극 전해액의 온도 변화 곡선(504)을 각각 나타내는 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이 양극 전해질과 음극 전해질의 양이 서로 균형을 이루지 않는 경우, 두 전해액의 시간에 대한 온도 변화 비율, 즉 두 곡선의 기울기는 서로 다르게 변화한다. 따라서 각 곡선의 기울기의 변화량이 기준 변화량을 초과하는 시간, 즉 변곡점에 대응하는 제1 변화 시간(t1) 및 제2 변화 시간(t2)은 서로 다르게 된다. 예컨대 도 5에서 제1 변화 시간(t1)은 1.576, 제2 변화 시간(t2)은 1.706초로 각각 측정된다. 이 때 [수학식 1]에 따라 레독스 흐름 전지의 전해질 평균 산화수를 계산하면 다음과 같다.
Figure 112015116318112-pat00005
도 5와 같은 상태에서 레독스 흐름 전지의 전해질 평균 산화수는 3.520이 된다. 이를 기준 산화수인 3.5와 비교해 보면 +0.020의 차이가 발생한다. 이는 전해질의 균형도 차이가 2%임을 나타내며, 부호 +는 산화수 4의 양극 전해질 양이 산화수 3의 음극 전해질의 양보다 많음을 의미한다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법을 통해 측정된 시간에 따른 전해액의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
먼저 도 6을 참조하여 본 발명에서 정의되는 변곡점의 의미를 설명하면 다음과 같다. 본 발명에서는 시간에 대한 전해액의 온도 변화 비율의 변화가 일정 크기, 즉 기준 변화량을 초과하는 지점을 변곡점으로 정의한다. 여기서 기준 변화량은 운영자에 의해 임의로 설정될 수 있는 값이다.
예를 들어 기준 변화량이 0.5로 설정된 경우를 가정하여 도 6의 지점(602)를 참조하면, 시간(a1)에서의 기울기(예컨대, 1.1)와 시간(a2)에서의 기울기(예컨대, 1.2)의 차이는 0.1이 된다. 이와 같은 기울기의 차이는 기준 변화량을 초과하지 않는다. 따라서 지점(602)는 변곡점이 아니다.
마찬가지로 기준 변화량이 0.5일 때 지점(602)를 참조하면, 시간(a3)에서의 기울기(0.8)와 시간(a4)에서의 기울기(-0.8)의 차이는 1.6이 된다. 이와 같은 기울기의 차이는 기준 변화량을 초과하므로, 지점(604)는 변곡점이 된다.
본 발명의 전해액 곡선의 변곡점은 결국 레독스 흐름 전지 내에서 일어나는 산화-환원 반응의 양상이 변화하는 지점을 의미한다. 예를 들어 도 6에서 변곡점(604)을 중심으로 왼쪽은 발열 반응을 의미하고, 오른쪽은 흡열 반응을 의미한다.
마찬가지로 도 7을 참조하면, 기준 변화량이 0.3으로 설정되었다고 가정할 때 지점(702)을 중심으로 시간(b1)에서의 기울기(1.0)와 시간(b2)에서의 기울기(1.1)의 차이는 0.1이다. 따라서 지점(702)은 변곡점이 아니다. 그러나 지점(704)을 중심으로 시간(b3)에서의 기울기(1.1)와 시간(b4)에서의 기울기(0.7)의 차이는 0.4이므로 지점(704)은 변곡점이 된다.
한편, 도 7에서 변곡점(704)을 중심으로 왼쪽은 발열되는 에너지가 상대적으로 큰 발열 반응을 의미하고, 오른쪽은 발열되는 에너지가 상대적으로 작은 발열 반응을 의미한다.
마찬가지로 도 8을 참조하면, 기준 변화량이 0.5로 설정되었다고 가정할 때 지점(802)을 중심으로 시간(c1)에서의 기울기(-1.1)와 시간(c2)에서의 기울기(-0.9)의 차이는 0.2이다. 따라서 지점(802)은 변곡점이 아니다. 그러나 지점(804)을 중심으로 시간(c3)에서의 기울기(-0.7)와 시간(c4)에서의 기울기(0.5)의 차이는 0.8이므로 지점(804)은 변곡점이 된다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 레독스 흐름 전지에서 사용되는 양극 전해액 및 음극 전해액에 각각 포함된 전해질의 산화수의 균형도를 정량적으로 측정하고 평가할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면 레독스 흐름 전지의 전해액에 포함된 전해질의 균형도를 측정함에 있어서, 부가적인 장치를 통해 전해액을 따로 추출하여(ex-situ) 평가하는 것이 아닌 인-시추(in-situ)로 보다 용이하게 평가할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면 전해액의 추출이나 전해액과 공기와의 접촉에 의한 산화를 일으키지 않으므로 왜곡없이 정확하게 전해질의 산화수를 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면 고가의 OCV 모니터링 장치나 적정 장비 없이 보다 낮은 비용으로 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도를 측정할 수 있는 장점이 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (10)

  1. 레독스 흐름 전지의 전해액에 포함된 전해질의 균형도를 측정하는 방법에 있어서,
    스택에 전류를 인가하여 상기 레독스 흐름 전지를 충전하는 단계;
    충전이 진행되는 동안 양극 전해액의 온도 및 음극 전해액의 온도를 측정하는 단계;
    시간에 대한 상기 양극 전해액의 온도 변화 비율 및 시간에 대한 상기 음극 전해액의 온도 변화 비율을 계산하는 단계;
    상기 시간에 대한 상기 양극 전해액의 온도 변화 비율의 변곡점에 대응되는 제1 변화 시간 및 상기 시간에 대한 상기 음극 전해액의 온도 변화 비율의 변곡점에 대응되는 제2 변화 시간을 결정하는 단계; 및
    상기 제1 변화 시간, 상기 제2 변화 시간, 상기 양극 전해질의 산화수 및 상기 음극 전해질의 산화수를 이용하여 상기 레독스 흐름 전지의 전해질 평균 산화수를 계산하는 단계를 포함하는
    레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    양극 전해액에 포함된 양극 전해질과 음극 전해액에 포함된 음극 전해질의 산화수 균형을 조절하는 단계;
    상기 스택의 개방 회로 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 개방 회로 전압과 기준 전압을 비교하여 상기 스택에 전류를 인가할지 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는
    레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스택에 전류를 인가하여 상기 레독스 흐름 전지를 충전하는 단계는
    시간에 따라 일정한 크기의 전류를 상기 스택에 인가하는 단계를 포함하는
    레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레독스 흐름 전지의 전해질 평균 산화수는 하기 [수학식 1]에 의해 계산되는
    레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법.

    [수학식 1]
    Figure 112015116318112-pat00006

    (단, P는 전해질 평균 산화수, A는 음극 전해질의 산화수, B는 양극 전해질의 산화수, t1은 제1 변화 시간, t2는 제2 변화 시간)
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전해질 평균 산화수와 기준 산화수를 비교하여 상기 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 차이 및 전해질 균형 방향을 결정하는 단계를 더 포함하는
    레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법.
  6. 레독스 흐름 전지의 전해액에 포함된 전해질의 균형도를 측정하는 장치에 있어서,
    스택에 전류를 인가하여 상기 레독스 흐름 전지를 충전하는 충전 제어부;
    충전이 진행되는 동안 양극 전해액의 온도 및 음극 전해액의 온도를 측정하는 온도 측정부; 및
    시간에 대한 상기 양극 전해액의 온도 변화 비율 및 시간에 대한 상기 음극 전해액의 온도 변화 비율을 계산하고, 상기 시간에 대한 상기 양극 전해액의 온도 변화 비율의 변곡점에 대응되는 제1 변화 시간 및 상기 시간에 대한 상기 음극 전해액의 온도 변화 비율의 변곡점에 대응되는 제2 변화 시간을 결정하며, 상기 제1 변화 시간, 상기 제2 변화 시간, 상기 양극 전해질의 산화수 및 상기 음극 전해질의 산화수를 이용하여 상기 레독스 흐름 전지의 전해질 평균 산화수를 계산하는 균형도 평가부를 포함하는
    레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 충전 제어부는
    양극 전해액에 포함된 양극 전해질과 음극 전해액에 포함된 음극 전해질의 산화수 균형을 조절하고, 상기 스택의 개방 회로 전압을 측정하며, 상기 개방 회로 전압과 기준 전압을 비교하여 상기 스택에 전류를 인가할지 여부를 결정하는
    레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 충전 제어부는
    시간에 따라 일정한 크기의 전류를 상기 스택에 인가하는
    레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 레독스 흐름 전지의 전해질 평균 산화수는 하기 [수학식 1]에 의해 계산되는
    레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 장치.

    [수학식 1]
    Figure 112015116318112-pat00007

    (단, P는 전해질 평균 산화수, A는 음극 전해질의 산화수, B는 양극 전해질의 산화수, t1은 제1 변화 시간, t2는 제2 변화 시간)
  10. 제6항에 있어서,
    상기 균형도 평가부는
    상기 전해질 평균 산화수와 기준 산화수를 비교하여 상기 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 차이 및 전해질 균형 방향을 결정하는
    레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 장치.
KR1020150167878A 2015-11-27 2015-11-27 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법 및 장치 KR101732817B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150167878A KR101732817B1 (ko) 2015-11-27 2015-11-27 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법 및 장치
EP16200413.9A EP3174150A1 (en) 2015-11-27 2016-11-24 Method and apparatus for measuring electrolyte balance of redox flow battery
US15/361,168 US20170155158A1 (en) 2015-11-27 2016-11-25 Method and apparatus for measuring electrolyte balance of redox flow battery
CN201611066160.1A CN107014856B (zh) 2015-11-27 2016-11-28 用于测量氧化还原液流电池的电解质平衡的方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150167878A KR101732817B1 (ko) 2015-11-27 2015-11-27 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법 및 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101732817B1 true KR101732817B1 (ko) 2017-05-08

Family

ID=57394449

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150167878A KR101732817B1 (ko) 2015-11-27 2015-11-27 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법 및 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20170155158A1 (ko)
EP (1) EP3174150A1 (ko)
KR (1) KR101732817B1 (ko)
CN (1) CN107014856B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11309554B2 (en) 2017-02-10 2022-04-19 Lg Chem, Ltd. Method and device for recycling electrolyte of flow battery

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108134122A (zh) * 2018-01-17 2018-06-08 大连博融新材料有限公司 可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置及方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011119283A (ja) 2011-03-17 2011-06-16 Kansai Electric Power Co Inc:The レドックスフロー電池およびその運転方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8587255B2 (en) * 2009-05-28 2013-11-19 Deeya Energy, Inc. Control system for a flow cell battery
US8980484B2 (en) * 2011-03-29 2015-03-17 Enervault Corporation Monitoring electrolyte concentrations in redox flow battery systems
JP6271742B2 (ja) * 2013-12-23 2018-01-31 ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションＵｎｉｔｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ フローバッテリにおける電解質の分配
KR101574410B1 (ko) * 2014-02-12 2015-12-11 오씨아이 주식회사 레독스 플로우 전지 평가 방법 및 장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011119283A (ja) 2011-03-17 2011-06-16 Kansai Electric Power Co Inc:The レドックスフロー電池およびその運転方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11309554B2 (en) 2017-02-10 2022-04-19 Lg Chem, Ltd. Method and device for recycling electrolyte of flow battery

Also Published As

Publication number Publication date
US20170155158A1 (en) 2017-06-01
CN107014856A (zh) 2017-08-04
CN107014856B (zh) 2019-08-13
EP3174150A1 (en) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5970094B2 (ja) レドックスフロー電池評価方法および装置
Song et al. Fast and safe charging method suppressing side reaction and lithium deposition reaction in lithium ion battery
CN106165177B (zh) 氧化还原液流电池系统、泵控制单元和用于操作氧化还原液流电池的方法
KR102253905B1 (ko) 입구/출구 전위를 사용하여 과도적 충전 상태를 측정하기 위한 방법 및 장치
US8980484B2 (en) Monitoring electrolyte concentrations in redox flow battery systems
Becker et al. Polarization curve measurements combined with potential probe sensing for determining current density distribution in vanadium redox-flow batteries
JP5772366B2 (ja) レドックスフロー電池
CN105637375A (zh) 不使用任何参比电极的工作氧化还原液流电池单元的正电解质溶液的荷电状态的估测
JP2006147374A (ja) バナジウムレドックスフロー電池システムの運転方法
CN109417184B (zh) 氧化还原液流电池、电量测量系统和电量测量方法
KR101732817B1 (ko) 레독스 흐름 전지의 전해질 균형도 측정 방법 및 장치
JP6378319B2 (ja) フロー電池の健全性維持方法
US10908219B2 (en) Battery management system with mixed electrode
KR20190007573A (ko) 레독스 흐름 전지 및 이의 충전도 측정 방법
JP2014127428A (ja) バナジウムレドックス電池
KR20160077530A (ko) 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법 및 장치
JP2003243017A (ja) 二次電池の電気的等価回路モデル作成方法、これを用いたシミュレーション方法およびプログラム
JP7248029B2 (ja) レドックスフロー電池システム
KR101542669B1 (ko) 레독스 플로우 전지의 운전 제어 방법 및 장치
DK180929B1 (en) System and method for balancing a vanadium redox flow battery
KR101558683B1 (ko) 레독스 플로우 전지의 전해질 분석 방법 및 장치
KR20210069135A (ko) 연료전지의 열화 진단시스템 및 진단방법
KR20180058258A (ko) 레독스 흐름 전지의 잔존 수명 추정 방법 및 장치
JP2009041998A (ja) 二次電池の蓄電容量検出方法、二次電池の蓄電容量検出装置、及び二次電池の充電器

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant