KR101809240B1 - Packed bed type flow battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은 충진타입 플로우 전지에 있어서, 내부에 양극활물질이 충진되어 있으며 전해액이 통과하는 양극체; 상기 양극체와 이격되어 있으며, 전해액이 통과하는 음극체; 상기 양극체와 상기 음극체를 폐루프 형태로 연결하며 전해액이 충진되어 있는 전해액 유로부; 전해액을 순환시키는 순환부를 포함하며, 상기 순환부의 작동에 의해 전해액이 상기 양극체, 상기 음극체 및 상기 전해액 유로부에서 순환하다.The present invention relates to a fill-type flow cell, which comprises a cathode body filled with a cathode active material and through which an electrolytic solution passes; A negative electrode spaced apart from the positive electrode and through which the electrolytic solution passes; An electrolytic solution flow path connecting the anode body and the anode body in a closed loop manner and filled with an electrolyte; And an circulation part for circulating the electrolytic solution, and an electrolytic solution circulates in the positive electrode, the negative electrode and the electrolyte flow path part by the operation of the circulation part.

Description

충진타입 플로우 전지{Packed bed type flow battery}[0001] The present invention relates to a packed bed type flow battery,

본 발명은 충진타입 플로우 전지에 관한 것으로 특히, 전해질 순환을 이용하여 분리막이 필요하지 않은 충진타입 플로우 전지에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a filling-type flow cell, and more particularly, to a filling-type flow cell in which a separation membrane is not required by using an electrolyte circulation.

리튬 이온 전지는 이차 전지의 일종으로서, 방전 과정에서 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하는 전지이다. 충전 시에는 리튬 이온이 양극에서 음극으로 다시 이동하여 제자리를 찾게 된다. 리튬 이온 전지는 충진 및 재사용이 불가능한 일차 전지인 리튬 전지와는 다르며, 전해질로서 고체 폴리머를 이용하는 리튬 이온 폴리머 전지와도 다르다.A lithium ion battery is a kind of secondary battery, in which lithium ions move from a cathode to an anode during a discharge process. At the time of charging, lithium ions move from the anode to the cathode again and find their place. A lithium ion battery is different from a lithium battery, which is a primary battery which can not be charged and reused, and is different from a lithium ion polymer battery using a solid polymer as an electrolyte.

리튬 이온 전지는 에너지 밀도가 높고 기억 효과가 없으며, 사용하지 않을 때에도 자연방전이 일어나는 정도가 작기 때문에 시중의 휴대용 전자 기기들에 많이 사용되고 있다. Lithium-ion batteries have a high energy density and no memory effect, and they are often used in portable electronic devices because they are less susceptible to spontaneous discharges when not in use.

리튬 이온 전지는 크게 양극, 음극, 전해질의 세 부분으로 나눌 수 있는데, 다양한 종류의 물질들이 이용될 수 있다.Lithium-ion batteries can be roughly divided into three parts: anodes, cathodes, and electrolytes. A wide variety of materials can be used.

종래 리튬 이온 전지에서는 양극과 음극이 같은 공간에 존재하기 때문에 양극과 음극이 직접 접촉되는 문제를 방지하기 위해 분리막이 필요하다.In the conventional lithium ion battery, since the anode and the cathode are present in the same space, a separation membrane is required to prevent the problem of direct contact between the anode and the cathode.

분리막은 물리적으로 손상될 가능성이 있어, 리튬 이온 전지의 안정성이 문제된다. 또한, 기존 리튬이온 전지에서는 충/방전 속도는 전해질에서의 리튬이온의 이동속도에 의해서 제한되어 충/방전 속도가 제한되는 문제가 있다. The separator may be physically damaged, and the stability of the lithium ion battery is a problem. In addition, in the conventional lithium ion battery, the charge / discharge rate is limited by the movement speed of lithium ions in the electrolyte, and the charge / discharge rate is limited.

한국공개특허 제2012-0056894호(2012년 6월 4일 공개)Korea Patent Publication No. 2012-0056894 (published on June 4, 2012)

본 발명의 목적은 분리막이 불필요한 충진타입 플로우 전지를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a fill-type flow cell in which a separator is not required.

상기 본 발명의 목적은 충진타입 플로우 전지에 있어서, 내부에 양극활물질이 충진되어 있으며 전해액이 통과하는 양극체; 상기 양극체와 이격되어 있으며, 전해액이 통과하는 음극체; 상기 양극체와 상기 음극체를 폐루프 형태로 연결하며 전해액이 충진되어 있는 전해액 유로부; 전해액을 순환시키는 순환부를 포함하며, 상기 순환부의 작동에 의해 전해액이 상기 양극체, 상기 음극체 및 상기 전해액 유로부에서 순환하는 것에 의해 달성된다.It is an object of the present invention to provide a filling type flow cell having a cathode body filled with a cathode active material and through which an electrolytic solution passes; A negative electrode spaced apart from the positive electrode and through which the electrolytic solution passes; An electrolytic solution flow path connecting the anode body and the anode body in a closed loop manner and filled with an electrolyte; And a circulation part for circulating the electrolytic solution, and an electrolytic solution is circulated in the anode body, the cathode body and the electrolyte flow path part by the operation of the circulation part.

상기 양극활물질은 펠렛형태일 수 있다.The cathode active material may be in the form of a pellet.

상기 양극체는 내부에 수용공간을 가지는 양전극을 포함하며, 양극활물질은 상기 수용공간에 충진되어 있을 수 있다.The anode includes a positive electrode having a receiving space therein, and the positive electrode active material may be filled in the receiving space.

상기 양전극은 튜브 형태일 수 있다.The positive electrode may be in the form of a tube.

상기 양전극은 알루미늄 재질일 수 있다.The positive electrode may be made of aluminum.

상기 음극체는 내부에 수용공간을 가지는 음전극을 포함할 수 있다.The negative electrode may include a negative electrode having a receiving space therein.

상기 음전극은 구리 재질일 수 있다.The negative electrode may be made of copper.

상기 음극체는 상기 수용공간 내에 충진되어 있는 음극활물질을 더 포함하며, 상기 음극활물질은 펠렛 형태일 수 있다.The negative electrode further includes a negative electrode active material filled in the accommodation space, and the negative electrode active material may be in the form of a pellet.

상기 음극체는 상기 음전극 내부에 충진되어 있는 구리 폼을 더 포함할 수 있다.The negative electrode may further include a copper foam filled in the negative electrode.

상기 본 발명의 목적은 충진타입 플로우 전지에 있어서, 제1수용공간을 가지는 양전극; 상기 제1수용공간에 수용되어 있는 양극활물질; 상기 양전극과 이격되어 있으며, 제2수용공간을 가지는 음전극; 상기 제2수용공간에 수용되어 있는 음극활물질; 상기 양전극과 상기 음전극을 연결하며 전해액이 충진되어 있는 전해액 유로부; 상기 전해액 유로부의 전해액을 순환시키는 순환부를 포함하며, 상기 순환부의 작동에 의해 전해액은 상기 양전극, 상기 전해액 유로부 및 상기 음전극을 폐루프 형태로 순환하면서 리튬이온을 전달하는 것에 의해 달성된다.The above object of the present invention is achieved by a filling type flow cell comprising: a positive electrode having a first accommodating space; A positive electrode active material accommodated in the first accommodating space; A negative electrode spaced from the positive electrode and having a second accommodation space; A negative electrode active material accommodated in the second accommodating space; An electrolyte flow path connecting the positive electrode and the negative electrode and filled with an electrolyte; And a circulation unit for circulating the electrolyte solution in the electrolyte solution flow path part. The electrolyte solution is circulated in the form of a closed loop through the positive electrode, the electrolyte solution flow path part, and the negative electrode to transfer lithium ions.

본 발명에 따르면, 분리막이 불필요한 충진타입 플로우 전지가 제공된다.According to the present invention, a fill-type flow cell is provided in which a separator is not required.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 충진타입 플로우 전지의 구조를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 충진타입 플로우 전지에서 양극체의 구조를 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 충진타입 플로우 전지에서 음극체의 구조를 나타낸 것이고,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 충진타입 플로우 전지에서 충전 및 방전을 나타낸 것이고,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 충진타입 플로우 전지에서 양극체의 구조를 나타낸 것이고,
도 6은 본 발명에 따른 충진타입 플로우 전지를 직렬로 연결하여 사용하는 예를 나타낸 것이다.FIG. 1 shows a structure of a filling-type flow cell according to a first embodiment of the present invention,
FIG. 2 shows the structure of an anode body in a filling-type flow cell according to the first embodiment of the present invention,
FIG. 3 illustrates a structure of a negative electrode in a filling type flow cell according to the first embodiment of the present invention,
4 shows charging and discharging in a filling type flow cell according to the first embodiment of the present invention,
5 illustrates a structure of an anode in a filling-type flow cell according to a second embodiment of the present invention,
FIG. 6 shows an example in which the filling type flow cells according to the present invention are connected in series.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 충진타입 플로우 전지에 대해 설명한다. A filling type flow cell according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 충진타입 플로우 전지의 구조를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 충진타입 플로우 전지에서 양극체의 구조를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 충진타입 플로우 전지에서 음극체의 구조를 나타낸 것이다.FIG. 1 shows a structure of a filling type flow cell according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a structure of an anode body in a filling type flow cell according to a first embodiment of the present invention, The structure of the negative electrode in the filling type flow cell according to the first embodiment of the present invention is shown.

충진타입 플로우 전지(1)는 양극체(10), 음극체(20), 전해액 유로부(30) 및 순환부(40)를 포함한다.The filling type flow cell 1 includes an anode body 10, a cathode body 20, an electrolyte flow path portion 30, and a circulation portion 40.

양극체(10)와 음극체(20)는 서로 이격되어 있으며, 전해액이 양극체(10), 음극체(20) 및 전해액 유로부(30)에 폐루프 형태로 채워져 있다. 전해액은 순환부(40)에 의해 이동하면서 양극체(10), 음극체(20) 및 전해액 유로부(30)를 순환한다. 순환부(40)는 펌프 등일 수 있다.The positive electrode 10 and the negative electrode 20 are spaced apart from each other and the electrolyte is filled in the form of a closed loop in the positive electrode 10, the negative electrode 20 and the electrolyte flow path portion 30. The electrolytic solution circulates through the anode body 10, the cathode body 20, and the electrolyte flow path portion 30 while being moved by the circulation portion 40. The circulation unit 40 may be a pump or the like.

양극체(10)는 양전극(11), 양극활물질(12) 및 필터(13)로 이루어져 있다. The anode body 10 is composed of a positive electrode 11, a positive electrode active material 12 and a filter 13.

양전극(11)은 튜브형태로 내부에 제1수용공간을 형성하며, 이에 한정되지 않으나, 알루미늄으로 이루어져 있다.The positive electrode 11 forms a first accommodation space in the form of a tube, but is not limited thereto and is made of aluminum.

양극활물질(12)은 양전극(11)의 제1수용공간에 충진되어 있다. 양극활물질(12)로는 LiCoO2, LiCoNiMnO2 또는 LiFePO4를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The positive electrode active material 12 is filled in the first accommodation space of the positive electrode 11. As the cathode active material 12, LiCoO 2 , LiCoNiMnO 2, or LiFePO 4 may be used, but the present invention is not limited thereto.

양극활물질(12)은 파우더 형태가 아닌 펠렛 형태로 충진되어 있다. 펠렛 형태이기 때문에 펠렛 사이에 빈 공간이 존재하여 전해액이 통과할 경우 압력 감소를 줄여 전해액 흐름이 원활히 이루어진다. 펠렛의 구체적인 형상, 크기, 크기분포 등은 양전극(11)의 사이즈/형태나 전해액 유속 등을 감안하여 선택될 수 있다. 펠렛의 크기는 수 mm 내지 수 cm일 수 있다.The positive electrode active material 12 is filled in a pellet form instead of a powder form. Because of the pellet shape, there is an empty space between the pellets, so that when the electrolyte passes, the pressure drop is reduced, and the electrolyte flows smoothly. The specific shape, size, size distribution, etc. of the pellet can be selected in consideration of the size / shape of the positive electrode 11, the flow rate of the electrolyte, and the like. The size of the pellets may be from a few millimeters to several centimeters.

또한 펠렛 자체가 포러스한 구조일 수 있다. 또한 펠렛은 도전성을 유지하기 위해 펠렛 간 접촉이 잘되도록 충진되어 있다.In addition, the pellet itself may be a porous structure. The pellets are also filled to ensure good contact between the pellets to maintain conductivity.

양극활물질(12)은 전기전도도를 높이기 위해 표면을 도전제로 코팅하여 사용할 수 있다. 도전제로는 카본나노튜브나 그래핀 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The positive electrode active material 12 may be coated with a conductive agent so as to increase electrical conductivity. As the conductive agent, carbon nanotubes or graphenes can be used, but the present invention is not limited thereto.

필터(13)는 양전극(11)의 양단에 위치하여 양극활물질(12)을 양전극(11) 내부에 고정시킨다. 필터(13)의 재질은 전해액과 반응하지 않는 물질이면 어떤 것도 사용될 수 있고 예로 polyethylene 이나 polypropylene 일 수 있으며, 필터(13)의 사이즈는 양극활물질(12)이 유출되지 않고 전해액 흐름에 영향을 주지 않도록 적절히 선택될 수 있다.The filter 13 is positioned at both ends of the positive electrode 11 to fix the positive electrode active material 12 inside the positive electrode 11. The filter 13 may be made of any material that does not react with the electrolyte solution. For example, the filter 13 may be made of polyethylene or polypropylene. The size of the filter 13 may be adjusted so that the cathode active material 12 does not flow out, Can be appropriately selected.

음극체(20)는 양극체(10)와 유사한 구조를 가지며, 음전극(21), 음극활물질(22) 및 필터(23)로 이루어져 있다. The anode body 20 has a structure similar to that of the anode body 10 and comprises a cathode electrode 21, a cathode active material 22 and a filter 23.

음전극(21)은 튜브형태이며 내부에 제2수용공간을 형성하며, 이에 한정되지 않으나, 구리로 이루어져 있다.The negative electrode 21 is in the form of a tube and forms a second accommodation space therein, but is not limited thereto and is made of copper.

음극활물질(22)은 음전극(21)의 제2수용공간 내에 충진되어 있다. 음극활물질(22)으로는 그래파이트, Li4Ti5O12, Sn, Si 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The negative electrode active material 22 is filled in the second accommodation space of the negative electrode 21. As the negative electrode active material 22, graphite, Li 4 Ti 5 O 12 , Sn, Si, or the like may be used, but the present invention is not limited thereto.

음극활물질(22)은 파우더 형태가 아닌 펠렛 형태로 충진된다. 펠렛 형태이기 때문에 펠렛 사이에 빈 공간이 존재하여 전해액이 통과할 경우 압력 감소를 줄여 전해액 흐름이 원활히 이루어진다. 펠렛의 구체적인 형상, 크기, 크기분포 등은 음전극(21)의 사이즈나 전해액 유속 등을 감안하여 선택될 수 있다. 펠렛의 크기는 수 mm 내지 수 cm일 수 있다. The negative electrode active material 22 is filled in a pellet form instead of a powder form. Because of the pellet shape, there is an empty space between the pellets to reduce the pressure drop when the electrolyte passes. The electrolyte flows smoothly. The specific shape, size, size distribution, etc. of the pellet can be selected in consideration of the size of the negative electrode 21, the flow rate of the electrolyte, and the like. The size of the pellets may be from a few millimeters to several centimeters.

펠렛 자체가 포러스한 구조일 수 있다. 또한 펠렛은 도전성을 유지하기 위해 펠렛 간 접촉이 잘되도록 충진되어 있다.The pellet itself may be a porous structure. The pellets are also filled to ensure good contact between the pellets to maintain conductivity.

음극활물질(22)은 전기전도도를 높이기 위해 표면을 도전제로 코팅하여 사용할 수 있다. 도전제로는 카본나노튜브나 그래핀 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The negative electrode active material 22 may be coated with a conductive agent so as to improve electrical conductivity. As the conductive agent, carbon nanotubes or graphenes can be used, but the present invention is not limited thereto.

필터(23)는 음전극(21)의 양단에 위치하여 음극활물질(22)을 음전극(21) 내부에 고정시킨다. 필터(23)의 재질은 전해액과 반응하지 않는 물질이면 어떤 것도 사용될 수 있고 예로 polyethylene 이나 polypropylene 일 수 있으며, 필터(23)의 사이즈는 음극활물질(22)이 유출되지 않고 전해액 흐름에 영향을 주지 않도록 적절히 선택될 수 있다.The filter 23 is located at both ends of the negative electrode 21 to fix the negative electrode active material 22 inside the negative electrode 21. The filter 23 may be made of any material that does not react with the electrolytic solution. For example, the filter 23 may be made of polyethylene or polypropylene. The size of the filter 23 is set such that the negative electrode active material 22 does not flow out, Can be appropriately selected.

다른 실시예에서는 음극체(20)에서 별도의 음극활물질(22)을 사용하지 않을 수 있다. 이 경우 충전 시 리튬 이온이 음극체(20)에서 리튬 메탈로 환원될 수 있는 넓은 면적을 제공해야 하는데, 이를 위해 구리 폼(Cu foam)을 음전극(21)에 충진할 수 있다.In another embodiment, a separate anode active material 22 may not be used in the cathode body 20. In this case, it is necessary to provide a large area where lithium ions can be reduced from the anode body 20 to lithium metal upon charging. For this purpose, Cu foam can be filled into the cathode electrode 21.

전해액으로는, 이에 한정되지는 않으나, LiPF6 또는 LiBF4를 사용할 수 있다.As the electrolytic solution, LiPF 6 or LiBF 4 can be used although not limited thereto.

이상 설명한 실시예에서 외부 전원과의 연결, 외부 부하로의 연결 및 전자 이동을 위한 구성은 도시하시 않았으며, 공지의 기술을 이용하여 적절히 사용할 수 있다.In the above-described embodiments, the connection to the external power source, the connection to the external load, and the configuration for the electron movement are not shown and can be suitably used by a known technique.

도 4를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 충진타입 플로우 전지에서의 충전 및 방전을 설명한다.The charging and discharging in the filling type flow cell according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 4의 (a)는 충전 과정을 나타낸 것으로 양극체과 음극체에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.4 (a) shows a charging process. In the anode and the cathode, the following reaction occurs.

양극체 : LiCoO2 --> Li1-xCoO2 + Li+ Anode: LiCoO 2 -> Li 1-x CoO 2 + Li +

음극체 : Li+ + e --> Li(metal)Negative electrode body: Li + + e -> Li (metal)

즉 양극체(10)에서 생성된 Li 양이온은 전해액에 의해 음극체(20)로 이동하여 리튬 메탈이 된다.That is, the Li cations generated in the anode body 10 move to the cathode body 20 by the electrolytic solution to become lithium metal.

한편 도 4의 (b)와 같이 방전에서는 양극체와 음극체에서 다음과 같은 반응이 일어난다.On the other hand, in the discharge as shown in FIG. 4 (b), the following reaction occurs in the anode and the cathode.

양극체 : Li1-xCoO2 + Li+ --> LiCoO2 Anode: Li 1-x CoO 2 + Li + - > LiCoO 2

음극체 : Li --> Li+ + e Negative electrode body: Li -> Li + + e

즉, 음극체(20)에서 생성된 Li 양이온은 전해액에 의해 양극체(10)로 이동한다.That is, the Li cations generated in the anode body 20 move to the anode body 10 by the electrolytic solution.

이상 설명한 본 발명의 제1실시예에 따른 충진타입 플로우 전지(1)는 분리막이 필요하지 않다.The above-described filling type flow cell 1 according to the first embodiment of the present invention does not require a separation membrane.

이는 양극체(10)와 음극체(20)가 물리적으로 서로 분리되어 있으며, 리튬 이온은 순환되는 전해액을 통해 이송되기 때문이다. 따라서 과충전이나 외부요인에 의하여 분리막에 문제가 생겼을 시 발생할 수 있는 안정성 문제가 발생하지 않는다. 또한 리튬이온은 순환하는 전해액을 통하여 이송되기 때문에 전해액에서 리튬이온 속도에 의해서 제한되는 저항을 획기적으로 줄여주어 충/방전 속도를 빠르게 할 수 있다. This is because the positive electrode 10 and the negative electrode 20 are physically separated from each other and lithium ions are transferred through the circulating electrolyte. Therefore, there is no stability problem that may occur when a problem occurs in the separation membrane due to overcharging or external factors. In addition, since lithium ions are transported through the circulating electrolyte, the resistance limited by the lithium ion velocity in the electrolyte can be drastically reduced to accelerate the charge / discharge rate.

한편, 전해액에서 이온전도도(σ)는 다음의 식으로 결정된다.On the other hand, the ionic conductivity () in the electrolyte is determined by the following equation.

σ=NAeΣμ｜zi｜Ciμi σ = N A eΣμ | zi | Ciμi

여기서, NA는 아보가드로 수, e는 전자의 전하량, zi는 이온의 전하수, Ci는 농도, μi는 이동도이다.Where N A is Avogadro's number, e is the charge quantity of the electron, zi is the charge number of the ion, Ci is the concentration, and μi is the mobility.

분리막으로 양극과 음극의 접촉을 방지하고 있는 기존 리튬이온 배터리에서 충/방전 속도는 전해질에서의 리튬이온 이동속도에 의해서 제한된다. 기존 리튬이온배터리에서 전해질은 정지되어 있는 상태로 있기 때문에 리튬이온의 이동속도는 전해질에서의 리튬이온의 전도도에 의해서 제한되게 된다. 그러나 본 발명에 따르면 전해액을 펌핑함으로써 리튬이온의 이동속도는 펌핑 속도에 의해서 결정되기 때문에 리튬이온의 전도도에 의해서 결정되어 있는 한계를 뛰어 넘어 충/방전 속도를 획기적으로 개선할 수 있다. In conventional lithium ion batteries, which prevent contact between the positive electrode and the negative electrode by the separator, the charge / discharge rate is limited by the lithium ion migration rate in the electrolyte. In conventional lithium ion batteries, since the electrolyte remains stationary, the movement speed of lithium ions is limited by the conductivity of lithium ions in the electrolyte. However, according to the present invention, since the moving speed of lithium ions is determined by the pumping speed by pumping the electrolyte solution, the charging / discharging speed can be remarkably improved beyond the limit determined by the conductivity of lithium ions.

이와 같이 본 발명에 따르면 전해액은 순환부(40)의 작동으로 이동속도를 결정할 수 있다. 따라서 전해액에서의 이온전도도를 순환 속도만큼 올려줄 수 있으며, 이에 의해 전해액에서의 저항이 획기적으로 감소할 수 있다.As described above, according to the present invention, the electrolytic solution can determine the moving speed by the operation of the circulation unit 40. Therefore, the ionic conductivity in the electrolytic solution can be increased by the circulation rate, whereby the resistance in the electrolytic solution can be drastically reduced.

또한 본 발명에 따르면 양극과 음극이 물리적으로 분리되어 있기 때문에 음극으로 리튬 메탈을 사용하는 경우에도 단락(양극과 음극이 접촉)없이 안정적으로 운전이 가능하다. 반면 기존 리튬이온 배터리에서 음극으로 리튬메탈을 사용하는 경우 충/방전을 반복하는 동안 dendrite 가 형성되어 양극과 음극이 단락된다.According to the present invention, since the anode and the cathode are physically separated from each other, stable operation is possible without a short circuit (contact between the anode and the cathode) even when lithium metal is used as the cathode. On the other hand, when lithium metal is used as a negative electrode in a conventional lithium ion battery, dendrite is formed during repetition of charging / discharging, shorting the positive electrode and the negative electrode.

본 발명에 따른 충진타입 플로우 전지는 다양하게 변경될 수 있다.The filling type flow cell according to the present invention can be variously modified.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 충진타입 플로우 전지에서 양극체의 구조를 나타낸 것이다.5 illustrates a structure of an anode in a filling-type flow cell according to a second embodiment of the present invention.

양극체(10)에서 양전극(11)은 속이 비어있으며 양단이 뚫려 있는 사각기둥 형태이다. 이에 따라 양극체(10)도 판상의 형태를 가지게 되며, 이 경우 복수의 양극체(10)를 적층할 경우 공간활용도가 높아진다.In the anode body 10, the anode 11 is in the form of a quadrangular pole with hollow inside and both ends open. Accordingly, the anode body 10 also has a plate-like shape. In this case, when the plurality of anode bodies 10 are stacked, the space utilization becomes high.

이외에도 양극체(10)의 형상은 다양하게 변화할 수 있으며, 음극체(20)의 형상 역시 다양하게 변화할 수 있다.In addition, the shape of the anode body 10 can be variously changed, and the shape of the anode body 20 can also be variously changed.

도 6은 본 발명에 따른 충진타입 플로우 전지를 직렬로 연결하여 사용하는 예를 나타낸 것이다.FIG. 6 shows an example in which the filling type flow cells according to the present invention are connected in series.

2개의 충진타입 플로우 전지(1′, 1″)가 직렬로 연결되어 외부 부하에 전원을 공급하게 된다.Two charge type flow cells 1 'and 1 " are connected in series to supply power to the external load.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (10)

충진타입 플로우 전지에 있어서,
내부에 양극활물질이 충진되어 있으며 전해액이 통과하는 양극체;
상기 양극체와 이격되어 있으며, 전해액이 통과하는 음극체;
상기 양극체와 상기 음극체를 폐루프 형태로 연결하며 전해액이 충진되어 있는 전해액 유로부;
전해액을 순환시키는 순환부를 포함하며,
상기 순환부의 작동에 의해 전해액이 상기 양극체, 상기 음극체 및 상기 전해액 유로부에서 순환하는 충진타입 플로우 전지.1. A filled type flow cell,
A positive electrode through which the positive electrode active material is filled and the electrolyte passes;
A negative electrode spaced apart from the positive electrode and through which the electrolytic solution passes;
An electrolytic solution flow path connecting the anode body and the anode body in a closed loop manner and filled with an electrolyte;
And a circulation part for circulating the electrolytic solution,
And an electrolyte is circulated in the anode body, the cathode body, and the electrolyte flow path portion by the operation of the circulation portion. 제1항에 있어서,
상기 양극활물질은 펠렛형태인 것을 특징으로 하는 충진타입 플로우 전지.The method according to claim 1,
Wherein the cathode active material is in the form of pellets. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 양극체는 내부에 수용공간을 가지는 양전극을 포함하며,
양극활물질은 상기 수용공간에 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 충진타입 플로우 전지.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the anode includes a positive electrode having a receiving space therein,
And the positive electrode active material is filled in the accommodation space. 제3항에 있어서,
상기 양전극은 튜브 형태인 것을 특징으로 하는 충진타입 플로우 전지. The method of claim 3,
Wherein the positive electrode is in the form of a tube. 제3항에 있어서,
상기 양전극은 알루미늄 재질인 것을 특징으로 하는 충진타입 플로우 전지.The method of claim 3,
Wherein the positive electrode is made of aluminum. 제3항에 있어서,
상기 음극체는 내부에 수용공간을 가지는 음전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 충진타입 플로우 전지.The method of claim 3,
Wherein the negative electrode includes a negative electrode having a receiving space therein. 제6항에 있어서,
상기 음전극은 구리 재질인 것을 특징으로 하는 충진타입 플로우 전지.The method according to claim 6,
Wherein the negative electrode is made of a copper material. 제6항에 있어서,
상기 음극체는 상기 수용공간 내에 충진되어 있는 음극활물질을 더 포함하며,
상기 음극활물질은 펠렛 형태인 것을 특징으로 하는 충진타입 플로우 전지.The method according to claim 6,
The negative electrode further includes a negative electrode active material filled in the accommodating space,
Wherein the negative electrode active material is in the form of a pellet. 제6항에 있어서,
상기 음극체는 상기 음전극 내부에 충진되어 있는 구리 폼을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충진타입 플로우 전지. The method according to claim 6,
Wherein the negative electrode further comprises a copper foam filled in the negative electrode. 충진타입 플로우 전지에 있어서,
제1수용공간을 가지는 양전극;
상기 제1수용공간에 수용되어 있는 양극활물질;
상기 양전극과 이격되어 있으며, 제2수용공간을 가지는 음전극;
상기 제2수용공간에 수용되어 있는 음극활물질;
상기 양전극과 상기 음전극을 연결하며 전해액이 충진되어 있는 전해액 유로부;
상기 전해액 유로부의 전해액을 순환시키는 순환부를 포함하며,
상기 순환부의 작동에 의해 전해액은 상기 양전극, 상기 전해액 유로부 및 상기 음전극을 폐루프 형태로 순환하면서 리튬이온을 전달하는 충진타입 플로우 전지.1. A filled type flow cell,
A positive electrode having a first accommodating space;
A positive electrode active material accommodated in the first accommodating space;
A negative electrode spaced from the positive electrode and having a second accommodation space;
A negative electrode active material accommodated in the second accommodating space;
An electrolyte flow path connecting the positive electrode and the negative electrode and filled with an electrolyte;
And a circulation unit for circulating an electrolyte solution in the electrolyte flow path portion,
Wherein the electrolyte circulates the positive electrode, the electrolyte flow path portion, and the negative electrode in a closed loop manner by the operation of the circulation portion to transfer lithium ions.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20150072192A1 (en) 2011-04-29 2015-03-12 Homeland Technologies Research, Llc Spiral-wound convection battery and methods of operation
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