KR101751041B1 - 레독스 플로우 전지용 분리판, 이를 채용한 레독스 플로우 전지 및 상기 분리판의 제조 방법 - Google Patents

레독스 플로우 전지용 분리판, 이를 채용한 레독스 플로우 전지 및 상기 분리판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

레독스 플로우 전지용 분리판, 이를 채용한 레독스 플로우 전지 및 상기 분리판의 제조 방법이 개시된다. 상기 분리판은 중앙부에 위치한 고전도성 영역 및 상기 고전도성 영역의 외곽을 둘러싼 저전도성 또는 비전도성 영역을 포함하고, 상기 고전도성 영역과 상기 저전도성 또는 비전도성 영역간의 전기전도도 차이는 25 S/cm2 이상이고, 상기 고전도성 영역과 상기 저전도성 또는 비전도성 영역에는 동일한 합성 수지가 포함함으로써, 우수한 기밀성을 갖고 제조가 용이할 수 있다. 이에 따라, 상기 분리판을 채용한 레독스 플로우 전지의 성능이 향상될 수 있다.

Description

레독스 플로우 전지용 분리판, 이를 채용한 레독스 플로우 전지 및 상기 분리판의 제조 방법{Bipolar plate, redox flow battery including the bipolar plate, and method of manufacture thereof}
레독스 플로우 전지용 분리판, 이를 채용한 레독스 플로우 전지 및 상기 분리판의 제조 방법이 제공된다.
일반적인 이차전지는 충전과정을 통하여 전기에너지를 화학에너지로 변환시켜 저장하고, 방전과정을 통하여 화학에너지를 전기에너지로 바꾸어 사용한다.
레독스 플로우 전지(Redox Flow Battery, 이하 RFB) 도 마찬가지로 충ㆍ방전 과정을 통하여 화학에너지를 전기에너지로 바꾸거나 전기에너지를 화학에너지로 변환하여 사용한다. 그러나 일반적인 이차전지와 달리 특이한 점은 에너지를 보유하고 있는 전극 활물질이 고체 상태가 아닌 액체상태로 존재하기 때문에, 전극 활물질을 저장하는 탱크가 필요하게 되며 단위 셀이 적층된 스택(stack)을 통하여 전압을 높일 수 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면 양극 전해액(catholyte)과 음극 전해액(anolyte)은 전극 활물질의 역할을 하며, 가장 일반적인 것은 전이금속산화물이 용매에 녹아 있는 액체 상태로 존재하는 것이다. 즉, 양극 전해액과 음극 전해액은 환원 또는 산화 상태의 전해액이 혼합된 상태로 탱크에 저장된다.
한편, 전기에너지를 발생시키는 역할을 하는 스택은 수십 내지 수백 개의 단위 셀로 구성되고, 상기 단위 셀은 일반적으로 분리판-플로우 프레임-전극-이온교환막-전극-플로우 프레임-분리판을 포함한다. 따라서, 하나의 RFB를 제조하기 위해서는 많은 수의 부품 및 이를 접합시키기 위한 접합 공정이 요구되므로, 보다 적은 수의 부품을 가짐으로써 용이하게 제조 가능한 RFB에 대한 연구가 이루어지고 있다.
본 발명의 일 측면은 25 S/cm2 이상의 전기전도도 차이를 가지는 고전도성 영역 및 저전도성 또는 비전도성 영역을 갖는 기밀성이 우수한 레독스 플로우 전지용 분리판을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 상기 분리판을 채용한 레독스 플로우 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 제조가 용이한 상기 레독스 플로우 전지용 분리판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에서는,
레독스 플로우 전지용 분리판으로서,
제1 합성 수지 및 전도성 물질을 포함하는 고전도성 영역; 및
제2 합성 수지 및 무기 필러(filler)를 포함하는 저전도성 또는 비전도성 영역;을 포함하고,
상기 고전도성 영역과 상기 저전도성 또는 비전도성 영역간의 전기전도도 차이는 25 S/cm2 이상이며,
유로는 상기 저전도성 또는 비전도성 영역에 위치되는, 레독스 플로우 전지용 분리판이 제공된다.
다른 측면에서는, 상기 분리판을 포함하는 레독스 플로우 전지가 제공된다.
또 다른 측면에서는,
제1 합성 수지 및 전도성 물질을 포함하는 고전도성 재료, 및 제2 합성 수지 및 무기 필러를 포함하는 저전도성 또는 비전도성 재료를 준비하는 단계;
상기 저전도성 또는 비전도성 재료를 금형 중 유로가 형성될 부분을 포함하는 제2 영역에 충전하고, 상기 고전도성 재료를 상기 금형 중 제2 영역을 제외한 제1영역에 충전하는 단계; 및
상기 금형을 가열 프레스하여, 상기 제1영역에 충전된 고전도성 재료와 상기 제2영역에 충전된 저전도성 또는 비전도성 재료가 용융 결합된 분리판을 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 고전도성 재료와 상기 저전도성 또는 비전도성 재료간의 전기전도도 차이는 25 S/cm2 이상인,레독스 플로우 전지용 분리판의 제조 방법이 제공된다.
한 측면에 따르면 고전도성 영역과 저전도성 또는 비전도성 영역이 동시에 성형되어 기밀성이 우수하고 별도의 플로우 프레임을 요하지 않으며 제조가 용이한 레독스 플로우 전지용 분리판을 얻을 수 있다.
도 1은 레독스 플로우 전지의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 레독스 플로우 전지의 스택의 단위 셀의 내부 구조를 나타낸 사시도이다.
도 3은 종래 레독스 플로우 전지용 플로우 프레임 및 분리판의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 레독스 플로우 전지용 분리판의 단면도이다.
도 5a는 일 실시에 따른 레독스 플로우 전지용 분리판의 사시도이다.
도 5b는 다른 실시에 따른 레독스 플로우 전지용 분리판의 사시도이다.
도 5c는 또 다른 실시에 따른 레독스 플로우 전지용 분리판의 사시도이다.
도 5d는 또 다른 실시에 따른 레독스 플로우 전지용 분리판의 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따라 금형에 비전도성 가이드를 위치시킨 상태를 도시한 사시도이다.
이하에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 레독스 플로우 전지의 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 레독스 플로우 전지(200)는 양극 전해액(catholyte)을 공급 및 방출하기 위한 양극 탱크(110), 음극 전해액(anolyte)을 공급, 방출하기 위한 음극 탱크(120) 및 이들 사이에 위치하는 스택(100)으로 이루어진다. 상기 스택(100)은 집전체 사이에 수십 내지 수백 개의 단위 셀을 포함하고, 상기 단위 셀이 양극과 음극을 포함한다. 상기 양극과 음극에서의 이온의 원자가 변경 반응에 따라 충전 및 방전이 일어나고, 양극 전해액 및 음극 전해액이 펌프(pump)를 통해 스택 내의 양극과 음극으로 순환됨으로써, 상기 레독스 플로우 전지(200)는 이차 전지로서 역할을 하게 된다.
상기 스택(100)의 단위 셀은 도 2에 도시된 바와 같은 내부 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 단위 셀은 분리판(10), 플로우 프레임(20), 전극(30), 이온 교환막(40), 전극(30), 플로우 프레임(20) 및 분리판(10)으로 구성될 수 있다. 여기서, 전극(30)은 양극 또는 음극일 수 있고, 상기 이온 교환막(40)을 기준으로 상이한 극성의 전극이 마주보고 위치될 수 있다. 상기 분리판(10)은 전해액 흐름을 유도하고, 양극 전해액과 음극 전해액이 섞이는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 상기 플로우 프레임(20)은 상기 전극(30)을 지지하고, 더불어 분리판(10) 및 이온 교환막(40)을 고정시켜주는 역할을 한다. 따라서, 상기 분리판(10), 플로우 프레임(20), 전극(30) 및 이온 교환막(40) 사이에서 누액(leak)이 발생되지 않도록 가스켓, 접착제 등을 사용하여 각각을 결합시켜야 한다.
구체적으로, 종래의 레독스 플로우 전지에 사용되는 플로우 프레임 및 분리판의 구조를 도 3에 나타내었다.
도 3에 도시한 바와 같이, 종래에는 전해액의 유로(22)를 포함하는 플로우 프레임(20)을 제조하고, 상기 분리판(10)을 구성하는 분리판부(15) 및 커버 플레이트(cover plate, 17)를 각각 제조한 후, 각 구성요소에 접착제를 도포하고 가압하여 건조하거나, 또는 이중 사출 성형함으로써, 서로가 결합된 플로우 프레임 및 분리판을 제조하였다.
그러나, 상기 접착제 도포 공정에 의해 제조된 플로우 프레임 및 분리판의 경우, 접착제 성분으로 인해 단위 셀의 내화학성 확보가 어렵고, 접착제가 녹거나 접착되지 않은 부분에 의해 양극 전해액과 음극 전해액이 혼합되어, RFB의 안정성이 저하될 수 있다.
또한, 마찬가지로 상기 이중 사출 성형에 의해 제조된 플로우 프레임 및 분리판의 경우, 프레임 사출 성형 온도에 의한 먼저 제작된 분리판의 내구성이 악화되어 이에 따라 상기 분리판의 전도성 및 강도가 저하됨에 따라 분리판의 역할을 할 수 없게 되거나, 또는 이종 소재간 융착 또는 결합이 어려워 서로 결합되지 않은 부분에 의해 양극 전해액과 음극 전해액이 혼합되거나 또는 외부로 전해액이 누액되어 RFB의 안정성이 저하될 수 있다.
이에 본 발명자들은 상술한 문제점을 극복할 수 있도록, 기존의 분리판부, 커버 플레이트 및 플로우 프레임이 하나의 금형에서 동시에 성형된 분리판을 완성하였고, 이로써 상기 분리판은 별도의 플로우 프레임을 요하지 않으며, 상기 분리판을 채용한 RFB의 안정성 및 내구성을 향상시킬 수 있었다.
일 측면에 따른 분리판은, 고전도성 영역 및 저전도성 또는 비전도성 영역을 포함한다. 여기서, "고전도성" 및 "저전도성"은 하나의 분리판 내에서 상대적인 전기전도도의 비교에 의해 규정되고, "비전도성"은 전기전도도가 0임을 의미한다.
상기 고전도성 영역은 제1 합성 수지 및 전도성 물질을 포함할 수 있다. 상기 고전도성 영역은 분리판부의 역할을 하는 곳으로, 전도성 물질을 포함하여 전해액에 따른 전자 전달에 기여할 수 있다.
한편, 상기 저전도성 또는 비전도성 영역은 제2 합성 수지 및 무기 필러(filler)를 포함할 수 있다. 전해액의 유로는 상기 저전도성 또는 비전도성 영역에 위치될 수 있다.
예를 들어, 상기 고전도성 영역은 상기 분리판의 중앙부에 위치될 수 있고, 상기 저전도성 또는 비전도성 영역은 상기 고전도성 영역의 외곽에 위치될 수 있다. 구체적으로, 상기 고전도성 영역은 원형, 타원형, 사각형과 같은 여러가지 형상을 가질 수 있고, 상기 저전도성 또는 비전도성 영역은 상기 여러가지 형상을 갖는 고전도성 영역의 외곽을 둘러싸는 형태로 위치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 상기 고전도성 영역이 상기 분리판의 중앙부에서부터 분리판의 단부까지 위치하는 것 또한 가능하고, 이 경우 상기 저전도성 영역 또는 비전도성 영역은 상기 고전도성 영역을 제외한 외곽 부분에 위치할 수 있다.
다르게는, 상기 저전도성 또는 비전도성 영역은 상기 유로가 형성된 부분에만 위치될 수 있다. 이 경우, 상기 저전도성 또는 비전도성 영역 부분을 최소화함으로써 상기 분리판부의 역할을 할 수 있는 고전도성 영역을 확대할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 유로는 상기 고전도성 영역에 추가적으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 상기 유로는 상기 저전도성 또는 비전도성 영역 및 상기 고전도성 영역 모두에 위치될 수 있다.
상기 고전도성 영역과 상기 저전도성 또는 비전도성 영역간의 전기전도도 차이는 25 S/cm2 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 고전도성 영역과 상기 저전도성 또는 비전도성 영역간의 전기전도도 차이는 25 S/cm2 내지 500 S/cm2일 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 고전도성 영역과 상기 저전도성 또는 비전도성 영역간의 전기전도도 차이는 25 S/cm2 내지 100 S/cm2일 수 있다.
여기서, 전기 전도도는 표면 전도도를 의미하는 것으로, 상기 표면 전도도는 Four point probe 측정방식에 따라 일반적인 표면 전도도 측정 기기를 사용하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 제품명 FPP-RS-8(다솔이엔지 사 제조) 또는 제품명 6020A/2011(KEITHLEY 사 제조)을 사용하여 측정될 수 있다. 따라서, 상기 고전도성 영역 및 저전도성 또는 비전도성 영역의 전기 전도도는 상기 분리판의 해당 영역의 표면에 대해 상기 방법에 따라 측정될 수 있다.
예를 들어, 상기 상기 고전도성 영역의 전기전도도는 30 S/cm2 내지 500 S/cm2이고, 상기 저전도성 또는 비전도성 영역의 전기전도도는 0 내지 5 S/cm2, 예를 들어 0 S/cm2일 수 있다. 상기 범위에서, 전술한 전기전도도 차이를 가짐으로써 분리판부 및 커버플레이트의 역할을 효과적으로 수행할 수 있다.
상기 고전도성 영역에 포함된 제1 합성 수지와 상기 저전도성 또는 비전도성 영역에 포함된 제2 합성 수지는 서로 동일할 수 있다. 따라서, 이종 소재간 융착 또는 결합이 어려워 미결합된 부분이 발생하는 문제점이 방지될 수 있다.
또한, 상기 고전도성 영역과 상기 저전도성 또는 비전도성 영역은 동시에 성형된 것일 수 있다. 따라서, 각각을 별도로 제작한 후 용융 결합시키거나 또는 접착시킨 분리판에 비하여 기밀성 및 내구성이 우수할 수 있다.
상기 고전도성 영역은 상기 고전도성 영역의 표면적은 상기 분리판의 총 표면적 중 30% 내지 95%일 수 있다. 상기 범위에서, 상기 지속적인 충/방전을 위한 전자의 이동이 이루어질 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 분리판의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 분리판(10)은 중앙부에 위치한 고전도성 영역(11) 및 이를 둘러싸고 있는 저전도성 또는 비전도성 영역(13)을 포함할 수 있다. 상기 고전도성 영역(11)은 사각형의 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 분리판(10)이 직사각형의 형상을 갖는 경우, 상기 고전도성 영역(13) 또한 상기 분리판(10)의 중앙부에 위치하여 직사각형 형상을 가질 수 있다.
상기 저전도성 또는 비전도성 영역(13)은 종 방향(도 4에서의 y축 방향)의 제1폭(a) 및 횡 방향(도 4에서의 x축 방향)의 제2폭(b)을 가질 수 있다. 상기 제1폭(a)은 2 cm 내지 30 cm일 수 있고, 상기 제2폭(b)은 0 cm 내지 15 cm일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1폭(a)은 제2폭(b) 보다 클 수 있다. 상기 범위에서, 상기 저전도성 또는 비전도성 영역의 종 방향의 제1폭(a) 내에 전해액의 유로가 위치할 수 있다.
도면에 도시하지는 않았으나, 상기 분리판은 상기 고전도성 영역과 상기 저전도성 또는 비전도성 영역 사이의 경계 영역을 더 포함할 수 있다. 상기 경계 영역 또한 상기 고전도성 영역 및 상기 저전도성 또는 비전도성 영역과 동시에 성형된 것일 수 있다. 상기 경계 영역은 상기 분리판의 성형 시 사용된 가이드에 의한 것일 수 있다.
상기 경계 영역은 제3 합성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 경계 영역은 제3 합성 수지 외에 전도성 물질 및/또는 무기 필러를 더 포함할 수 있다. 상기 경계 영역에 사용되는 전도성 물질 및 무기 필러는 상기 고전도성 영역, 및 저전도성 또는 비전도성 영역과 동일한 것을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면, 상기 경계 영역은 비전도성일 수 있다. 예를 들어, 비전도성 경계 영역은 제3 합성 수지로만 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 비전도성 경계 영역의 전기전도도는 0일 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 경계 영역은 상기 고전도성 영역의 전기전도도와 상기 저전도성 또는 비전도성 영역 전기전도도 사이의 전기전도도를 가질 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 경계 영역은 상기 고전도성 영역의 전기전도도보다 더 높은 전도도를 가질 수 있다. 상기 전도도는 포함되는 전도성 물질의 함량에 따라 조절될 수 있다.
상기 제3 합성 수지는 상기 제1 합성 수지 및 제2 합성 수지와 동일한 것일 수 있다.
도 5a 내지 5d에 본 발명의 일 실시예들에 따른 레독스 플로우 전지용 분리판(10)을 도시하였으나, 당해 기술 분야에서 변형 가능한 다양한 구조를 갖는 분리판이 제조 가능하다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 상기 고전도성 영역(11)은 직사각형의 형상으로, 분리판(10)의 중앙부에 위치되고, 상기 저전도성 또는 비전도성 영역(13)은 상기 고전도성 영역(11)을 둘러싸는 형태로 위치될 수 있다. 이 때, 상기 고전도성 영역(11)과 상기 저전도성 또는 비전도성 영역(13)은 동일 평면상에 형성될 수 있다.
다르게는, 도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 고전도성 영역(11)은 상기 저전도성 또는 비전도성 영역(13)보다 음각으로 형성될 수 있다.
또 다르게는, 도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 고전도성 영역(11)은 상기 분리판(10)의 중앙부에서부터 단부까지 연장되어 위치되고, 상기 저전도성 또는 비전도성 영역(13)은 상기 고전도성 영역(11)을 제외한 외곽에 위치될 수 있다.
또 다르게는, 도 5d에 도시한 바와 같이, 상기 저전도성 또는 비전도성 영역(13)이 유로가 형성된 부분에만 위치될 수 있다.
상기 5c 및 5d의 구조를 갖는 분리판(10)의 경우, 상기 고전도성 영역(11)이 상기 분리판(10)의 단부까지 연장되므로, 레독스 플로우 전지의 반복되는 충/방전시 상기 고전도성 영역(11)에서 발생 가능한 열의 방출 효과가 우수할 수 있다. 따라서, 상기 구조를 갖는 분리판(10)을 채용한 레독스 플로우 전지의 내구성이 향상될 수 있다.
상기 분리판들(10)은 상기 저전도성 또는 비전도성 영역(13)에 유로(22)를 포함할 수 있다.
상기 음각으로 형성된 저전도성 또는 비전도성 영역(13) 및 유로(22)는 분리판(10) 제조 시 금형의 양각 부분에 의해 형성될 수 있다.
추가적으로, 상기 분리판은 상기 유로를 덮는 커버를 더 포함할 수 있다.
상기 제1, 제2 및 제3 합성 수지는 각각 독립적으로 열가소성 수지 또는 열경화성 수지일 수 있다. 예를 들어, 상기 열가소성 수지는 폴리비닐리덴클로라이드(PVC), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리벤지미다졸, 폴리이미드, 폴리비닐아세테이트, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아닐린, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리페닐렌설파이드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 열경화성 수지는 폴리우레탄 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 디알릴프탈레이트 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 고전도성 영역에 포함되는 전도성 물질은 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유(예. 기상성장 탄소섬유) 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머, 또는 이들의 혼합물 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전도성 물질은 흑연일 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 전도성 물질은 흑연 분말일 수 있다.
상기 저전도성 또는 비전도성 영역에 포함되는 무기 필러는 실리카, 마이카, 탄산칼슘, 황상바륨, 클레이, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 알루미늄 실리케이트, 탈크, 규조토 마그네슘 실리케이트 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 고전도성 영역에서 제1 합성 수지의 함량은 15 내지 70 중량% 일 수 있고, 전도성 물질의 함량은 30 내지 85 중량%일 수 있다. 또한, 상기 저전도성 또는 비전도성 영역에서 제2 합성 수지 함량은 10 내지 100 중량%일 수 있고, 무기 필러의 함량은 0 내지 90 중량%일 수 있다. 상기 범위에서 전술한 전기 전도도 차이가 구현될 수 있고, 상기 고전도성 영역 및 저전도성 또는 비전도성 영역을 동시 성형하기 위해 적절한 성형성을 가질 수 있다.
이하, 다른 측면에 따른 상기 레독스 플로우 전지용분리판의 제조 방법을 살펴보기로 한다.
상기 분리판의 제조 방법은,
제1 합성 수지 및 전도성 물질을 포함하는 고전도성 재료, 및 제2 합성 수지 및 무기 필러를 포함하는 저전도성 또는 비전도성 재료를 준비하는 단계;
상기 저전도성 재료를 금형 중 유로가 형성될 부분을 포함하는 제2 영역에 충전하고, 상기 고전도성 재료를 상기 금형 중 제2 영역을 제외한 제1영역에 충전하는 단계; 및
상기 금형을 가열 프레스하여, 상기 제1영역에 충전된 고전도성 재료와 상기 제2영역에 충전된 저전도성 또는 저전도성 재료가 용융 결합된 분리판을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 고전도성 재료 및 상기 저전도성 또는 비전도성 재료는 다음과 같이 준비될 수 있다.
상기 고전도성 재료는 15 내지 70 중량%의 제1 합성 수지 및 30 내지 85 중량%의 전도성 물질을 혼합 및 교반한 후 분말 형태로 제조될 수 있다. 여기서, 분말의 입자 형태는 제한되지 않을 수 있으나, 분말을 이루는 입자들 간의 간격을 최소화할 수 있는 볼(ball) 형태일 수 있다.
상기 저전도성 또는 비전도성 재료는 10 내지 100 중량%의 제2 합성 수지 및 0 내지 90 중량%의 무기 필러를 혼합 및 교반한 후 예를 들어 볼 형태로 제조될 수 있다.
다음으로, 상기 제조된 저전도성 또는 비전도성 재료를 유로가 형성될 부분을 포함하는 제2 영역에 충전한 후, 상기 제조된 고전도성 재료를 상기 금형 중 제2 영역을 제외한 나머지 제1 영역에 충전할 수 있다. 다르게는 상기 고전도성 재료를 먼저 충전할 수도 있고, 또는 상기 고전도성 재료와 상기 저전도성 또는 비전도성 재료를 동시에 충전할 수도 있다.
다르게는, 상기 고전도성 재료와 상기 저전도성 또는 비전도성 재료를 각각 제1영역과 제2영역의 크기와 형태로 가성형 또는 예비성형한 후, 금형에 투입할 수도 있다. 이 때, 가성형 또는 예비 성형은 롤러 성형기 또는 예비 금형을 이용하여 제작 될수 있다.
한편, 상기 고전도성 재료 및 저전도성 또는 비전도성 재료를 각각 금형의 제1영역 및 제2영역에 충전하기 전에, 상기 금형의 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이에 경계 영역 가이드를 위치시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 경계 영역 가이드는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계에 위치하여 각 영역을 규정짓기 위해 사용된다.
상기 경계영역 가이드는 제3 합성 수지를 포함하여 제조된 것일 수 있다. 상기 제3 합성 수지는 상기 제1 및 제2 합성 수지와 동일한 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 경계 영역 가이드는 비전도성일 수 있다. 구체적으로, 상기 경계 영역 가이드는 제3 합성 수지로만 제조된 것일 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 금형(300)의 아래판의 중앙부에 위치한 제1영역(310)과 상기 제1영역(310)을 둘러싸는 제2영역(330) 사이에 경계 영역 가이드(350)을 위치시킬 수 있다. 상기 경계 영역 가이드는 가운데 부분이 천공되어 상/하부가 개방되어 있는 사각형 테두리 형태일 수 있다. 상기 비전도성 가이드에 의해 고전도성 재료 및 저전도성 또는 비전도성 재료가 각각 제1영역과 제2영역에 정확하게 위치될 수 있다.
이 때, 사용되는 금형의 위판에는 양각으로 유로 형태가 형성되어 있을 수 있다. 여기서 유로 형태는 제한되지 않으며, 전해액을 분리판으로 공급할 수 있도록 다양한 형태로 제작될 수 있다.
이후, 상기 금형을 가열 프레스하여, 상기 고전도성 재료와 상기 저전도성 또는 비전도성 재료를 동시에 성형된 분리판을 제조할 수 있다. 이 때, 금형의 가열 온도는 상기 고전도성 재료와 저전도성 또는 비전도성 재료를 용융시킬 수 있는 온도 범위일 수 있다.
이후, 상기 분리판에 유로를 덮는 커버를 체결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 레독스 플로우 전지가 상술한 분리판을 포함할 수 있다.
이상에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10: 분리판
11: 고전도성 영역 13: 저전도성 또는 비전도성 영역
15: 분리판부 17: 커버 플레이트
20: 플로우 프레임 22: 유로
100: 스택 110: 양극 탱크
120: 음극 탱크 200: 레독스 플로우 전지
300: 금형 310: 제1영역
330: 제2영역 350: 경계 영역 가이드

Claims (18)

  1. 레독스 플로우 전지용 분리판으로서, 상기 분리판은,
    제1 합성 수지 및 전도성 물질을 포함하는 고전도성 영역; 및
    제2 합성 수지 및 무기 필러(filler)를 포함하는 저전도성 또는 비전도성 영역;을 포함하고,
    상기 고전도성 영역과 상기 저전도성 또는 비전도성 영역간의 전기전도도 차이는 25 S/cm2 이상이며,
    유로는 상기 저전도성 또는 비전도성 영역에 위치되고,
    상기 고전도성 영역과 상기 저전도성 또는 비전도성 영역은 동시에 성형된 것이고,
    상기 저전도성 또는 비전도성 영역이 상기 유로가 형성된 부분에만 위치되는, 레독스 플로우 전지용 분리판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고전도성 영역은 상기 분리판의 중앙부에 위치되고,
    상기 저전도성 또는 비전도성 영역은 상기 고전도성 영역의 외곽에 위치되는, 레독스 플로우 전지용 분리판.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 합성 수지와 상기 제2 합성 수지는 서로 동일한, 레독스 플로우 전지용 분리판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고전도성 영역의 전기전도도는 30 S/cm2 내지 500 S/cm2이고,
    상기 저전도성 또는 비전도성 영역의 전기전도도는 0 내지 5 S/cm2인, 레독스 플로우 전지용 분리판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고전도성 영역의 표면적이 상기 분리판의 총 표면적 중 30% 내지 95%인, 레독스 플로우 전지용 분리판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 저전도성 또는 비전도성 영역은 종 방향의 제1폭 및 횡 방향의 제2폭을 가지며,
    상기 제1폭이 2 cm 내지 30 cm이고,
    상기 제2폭이 0 cm 내지 15 cm인, 레독스 플로우 전지용 분리판.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고전도성 영역과 상기 저전도성 또는 비전도성 영역 사이의 비전도성 경계 영역을 더 포함하는, 레독스 플로우 전지용 분리판.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 경계 영역이 제3 합성수지를 포함하는, 레독스 플로우 전지용 분리판.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제3 합성 수지는 상기 제1 합성 수지 및 상기 제2 합성 수지와 동일한, 레독스 플로우 전지용 분리판.
  12. 삭제
  13. 제1항, 제2항 및 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 분리판을 포함하는 레독스 플로우 전지.
  14. 제1 합성 수지 및 전도성 물질을 포함하는 고전도성 재료, 및 제2 합성 수지 및 무기 필러를 포함하는 저전도성 또는 비전도성 재료를 준비하는 단계;
    상기 저전도성 또는 비전도성 재료를 금형 중 유로가 형성될 부분을 포함하는 제2 영역에 충전하고, 상기 고전도성 재료를 상기 금형 중 제2 영역을 제외한 제1 영역에 충전하는 단계; 및
    상기 금형을 가열 프레스하여, 상기 제1영역에 충전된 고전도성 재료와 상기 제2영역에 충전된 저전도성 또는 비전도성 재료가 용융 결합된 분리판을 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 고전도성 재료와 상기 저전도성 또는 비전도성 재료간의 전기전도도 차이는 25 S/cm2 이상이고,
    상기 제2 영역이 상기 유로가 형성될 부분에만 위치하는,레독스 플로우 전지용 분리판의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 영역은 상기 금형의 중앙부에 위치하고,
    상기 제2 영역은 상기 제1 영역의 외곽에 위치하는, 레독스 플로우 전지용 분리판의 제조 방법.
  16. 삭제
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제1 합성 수지와 상기 제2 합성 수지는 서로 동일한, 레독스 플로우 전지용 분리판의 제조 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 고전도성 재료 및 저전도성 재료를 각각 상기 금형의 제1 영역 및 제2 영역에 충전하는 단계 이전에,
    상기 금형의 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이에 경계 영역 가이드를 위치시키는 단계를 더 포함하는, 레독스 플로우 전지용 분리판의 제조 방법.
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