KR101809332B1 - 플로우 배터리의 전해액 재생 모듈 및 이를 이용한 플로우 배터리의 전해액 재생 방법 - Google Patents

플로우 배터리의 전해액 재생 모듈 및 이를 이용한 플로우 배터리의 전해액 재생 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플로우 배터리에 적용 가능한 전해액 재생 모듈 및 이를 이용한 플로우 배터리의 전해액 재생 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 각각 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 상대 전해액 저장부로 유입시키고, 전해액 유입 방향과는 반대로 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 순환시켜, 애노드 및 캐소드 전해액이 균일하게 혼합되게 함으로써, 플로우 배터리를 장기간 운전하는 경우 애노드 및 캐소드 전해액간의 막 투과 현상으로 인해 저하되는 배터리의 용량을 회복할 수 있는 전해액 재생 모듈 및 이를 이용한 플로우 배터리의 전해액 재생 방법에 관한 것이다.

Description

플로우 배터리의 전해액 재생 모듈 및 이를 이용한 플로우 배터리의 전해액 재생 방법{Regenerating module for electrolyte of flow battery and regenerating method for electrolyte of flow battery using the same}
본 발명은 2014년 12월 18일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2014-0183548 호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 플로우 배터리에 적용 가능한 전해액 재생 모듈 및 이를 이용한 플로우 배터리의 전해액 재생 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 각각 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 상대 전해액 저장부로 유입시키고, 전해액 유입 방향과는 반대로 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 순환시켜, 애노드 및 캐소드 전해액이 균일하게 혼합되게 함으로써, 플로우 배터리를 장기간 운전하는 경우 애노드 및 캐소드 전해액간의 막 투과 현상으로 인해 저하되는 배터리의 용량을 회복할 수 있는 전해액 재생 모듈 및 이를 이용한 플로우 배터리의 전해액 재생 방법에 관한 것이다.
전력 저장 기술은 전력 이용의 효율화, 전력 공급 시스템의 능력이나 신뢰성 향상, 시간에 따라 변동 폭이 큰 신재생 에너지의 도입 확대, 이동체의 에너지 회생 등 에너지 전체에 걸쳐 효율적 이용을 위해 중요한 기술이며 그 발전 가능성 및 사회적 기여에 대한 요구가 점점 증대되고 있다.
마이크로 그리드와 같은 반 자율적인 지역 전력 공급 시스템의 수급 균형의 조정 및 풍력이나 태양광 발전과 같은 신재생 에너지 발전의 불균일한 출력을 적절히 분배하고 기존 전력 계통과의 차이에서 발생하는 전압 및 주파수 변동 등의 영향을 제어하기 위해서 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 이러한 분야에서 이차 전지의 활용도에 대한 기대치가 높아지고 있다.
특히 대용량 전력 저장용으로 사용될 이차 전지에 요구되는 특성을 살펴보면, 에너지 저장 밀도가 높아야 하며 이러한 특성에 적합한 고용량 및 고효율의 이차 전지로서 레독스 플로우 배터리(RFB, redox flow battery)가 최근들어 각광받고 있는 실정이다.
레독스 플로우 배터리도 일반적인 이차 전지와 동일하게 충전 과정을 통하여 입력된 전기 에너지를 화학 에너지로 변환시켜 저장하고, 방전 과정을 통하여 기저장된 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 출력하게 된다. 그러나, 이러한 레독스 플로우 배터리는 에너지를 보유하고 있는 전극 활물질이 고체 상태가 아닌 액체 상태로 존재하기 때문에 전극 활물질을 저장하는 탱크 혹은 보관 용기가 필요하다는 점에서 일반적인 이차 전지와는 상이하다.
이와 같이, 레독스 플로우 배터리는 대용량화가 가능하며, 유지 보수 비용이 적고, 상온에서 작동 가능하며, 그리고 용량과 출력을 각기 독립적으로 설계할 수 있는 특징이 있기 때문에 최근 대용량 이차 전지로 많은 연구가 진행되고 있는 실정이다.
이 중에서도, 바나듐 이온을 이용하는 바나듐 레독스 플로우 배터리가 차세대 에너지 저장 장치로서 각광을 받고 있으나, 바나듐 이온의 분리막(혹은 이온교환막) 크로스오버(Cross-over) 현상, 애노드에서의 수소 발생, 그리고 공기 노출시 바나듐 이온의 산화 반응 등으로 레독스 플로우 배터리의 용량 저하가 발생하는 문제점 있어 이를 개선하려는 연구가 지속적으로 진행되고 있는 실정이다.
이 중에서도 바나듐 이온의 분리막 크로스오버 현상은 애노드 전해액과 캐소드 전해액이 서로 다른 산화수를 가짐으로써 애노드 전해액과 캐소드 전해액간의 이온 불균형을 야기시켜, 바나듐 이온의 분리막 크로스오버 현상이 발생되는데, 이로 인해 전지 용량의 퇴화를 유발하는 문제점이 있다.
구체적으로 설명하면, 애노드 전해액의 V2+와 V3+ 이온이 상대적으로 캐소드 전해액의 V5+와 V4+ 이온에 비해 막을 투과하는 속도가 빠르기 때문에 싸이클이 진행될수록 캐소드 전해액의 바나듐 이온 농도가 급속하게 상승하게 된다. 이에 따라 애노드 전해액의 바나듐 이온 농도는 감소하게 되며, 결국 애노드 및 캐소드 전해액의 이온 균형이 깨져서 전지를 수행시 싸이클이 퇴화되는 문제가 발생하게 된다.
한국공개특허 제2003-0034146호
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 플로우 배터리를 장기간 운전시 애노드 및 캐소드 전해액의 이온 불균형으로 싸이클이 진행될수록 저하되는 용량을 회복시키는 플로우 배터리에 적용 가능한 전해액 재생 모듈 및 이를 이용한 플로우 배터리의 전해액 재생 방법을 제공하고자 하는 것이다.
구체적으로 본 발명의 목적은, 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 각각 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 상대 전해액 저장부로 유입시키고, 전해액 유입 방향과는 반대로 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 순환시켜, 애노드 및 캐소드 전해액이 균일하게 혼합됨으로써 플로우 배터리를 장기간 운전시 애노드 및 캐소드 전해액간의 막 투과 현상으로 인한 플로우 배터리의 저하된 용량을 회복하고, 장기간 싸이클 안정성을 유지할 수 있는 플로우 배터리에 적용 가능한 전해액 재생 모듈 및 이를 이용한 플로우 배터리의 전해액 재생 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 플로우 배터리의 전해액 재생 모듈에 있어서, 애노드 및 캐소드 전해액이 각각 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액 저장부; 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 각각 보관되는 상기 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 상대 전해액 저장부로 유입시키는 펌프; 및 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부의 측면에 연결되어, 상기 펌프에 따른 전해액 유입 방향과는 반대로 상기 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 순환시키는 삼방향 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전해액 재생 모듈은 제어부;를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 펌프의 작동 개시 여부 및 상기 삼방향 밸브의 개폐 여부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 삼방향 밸브는, 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액의 총량의 반을 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 각각 보관할 때, 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 각각 보관된 애노드 및 캐소드 전해액의 높이보다 높은 측면에 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 삼방향 밸브는, 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액의 총량의 반을 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 각각 보관할 때, 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 각각 보관된 애노드 및 캐소드 전해액의 높이보다 높은 측면에 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 삼방향 밸브는 상기 펌프에 따른 전해액 유입 방향과는 반대로 상기 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 순환시키고, 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부의 기체압력을 조절하며, 상기 애노드 및 캐소드 전해액의 부반응으로 인해 발생된 가스를 상기 삼방향 밸브를 개방하여 외부로 배출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부는 저장된 애노드 및 캐소드 전해액의 부피를 측정할 수 있도록 각각 눈금 형태의 계측부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전해액 재생 모듈은 일측이 애노드 전해액 저장부에 연결되고 타측이 애노드 전해액 유입구와 연결되며, 일측이 캐소드 전해액 저장부에 연결되고 타측이 캐소드 전해액 유입구와 연결되는 펌프를 각각 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전해액 재생 모듈은, 상기 애노드 전해액 저장부로부터 애노드 전해액이 유입되고 상기 애노드 전해액 저장부로 애노드 전해액을 배출하는 애노드; 상기 캐소드 전해액 저장부로부터 캐소드 전해액이 유입되고 상기 캐소드 전해액 저장부로 캐소드 전해액을 배출하는 캐소드; 및 애노드와 캐소드 사이에 분리막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전해액 재생 모듈은, 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 저장된 상기 애노드 및 캐소드 전해액을 각각 교반하는 교반 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 교반 장치는 임펠라(impeller), 아지테이터(agitator) 및 마그네틱 스티러(magnetic stirrer) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 플로우 배터리는 바나듐 레독스 플로우 배터리인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 플로우 배터리의 전해액 재생 방법에 있어서, (a) 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 각각 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나가 상대 전해액 저장부로 유입되어 상대 전해액 저장부에서 애노드 및 캐소드 전해액이 펌프에 의해 혼합되는 단계; (b) 상기 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액이 저장되어 있는 상기 상대 전해액 저장부의 부피가 증가하면, 애노드 및 캐소드 전해액 저장부의 측면에 연결된 삼방향 밸브에 의해 상기 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액이 전해액 유입 방향과는 반대로 전해액이 순환되는 단계; 및 (c) 상기 (a), (b) 단계를 1회 이상 수행한 후, 상기 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액이 저장되어 있는 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부가 동등한 부피를 가지도록 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 (b)단계는 상기 삼방향 밸브로 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부의 기체압력을 조절하는 단계; 및 상기 애노드 및 캐소드 전해액의 부반응으로 인해 발생된 가스를 상기 삼방향 밸브를 개방하여 외부로 배출하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, (d) 상기 애노드 전해액 저장부에 저장되어 있는 상기 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액은 애노드로 유입되고, 상기 캐소드 전해액 저장부에 저장되어 있는 상기 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액은 캐소드로 유입되는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 (a) 단계는 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 각각 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나가 상대 전해액 저장부로 유입되어 상대 전해액 저장부에서 애노드 및 캐소드 전해액이 혼합되는 단계; 및 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 저장된 상기 애노드 및 캐소드 전해액을 각각 교반하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 플로우 배터리는 바나듐 레독스 플로우 배터리인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 플로우 배터리에 적용 가능한 전해액 재생 모듈 및 이를 이용한 플로우 배터리의 전해액 재생 방법에 따르면, 애노드 및 캐소드 전해액의 이온 평균 산화수가 V3.5+인 전해액으로 균일하게 혼합되게 함으로써 플로우 배터리를 장기간 운전시 애노드 및 캐소드 전해액간의 막 투과 현상으로 인한 플로우 배터리의 저하된 용량을 회복하고, 장기간 싸이클 안정성을 유지할 수 있는 효과가 발생한다.
본 발명에 따르면, 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 각각 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 상대 전해액 저장부로 유입시키고, 전해액 유입 방향과는 반대로 상기 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 순환시킴으써 간단한 기계 조작 만으로도 플로우 배터리의 용량이 회복되어 공정 효율이 향상되는 효과가 발생한다.
또한 본 발명에 따르면, 초기에 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 각각 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액을 재생할 수 있어 비용이 절감되고, 이로 인해 전해액을 폐기할 필요가 없으므로, 전해액 폐기시 사람의 인체에 전해액이 노출되지 않아 인체 안정성이 확보되는 효과가 발생한다.
도 1은 레독스 플로우 배터리의 일반적인 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 재생 모듈(100)이 플로우 배터리에 적용되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우 배터리의 전해액 재생 방법을 설명한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우 배터리의 전해액 재생 방법에 따라 일정 사이클 수행하고, 전해액 재생 모듈을 사용한 후에 동일한 사이클을 수행한 경우에 대한 배터리 성능 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본 명에서에서 기재된 “상대 전해액 저장부”란 설명의 편의상 사용되는 용어로서, 애노드 전해액 저장부에 저장되어 있는 애노드 전해액을 기준으로 하는 경우 캐소드 전해액 저장부를 상대 전해액 저장부라 하며, 캐소드 전해액 저장부에 저장되어 있는 캐소드 전해액을 기준으로 하는 경우 애노드 전해액 저장부를 상대 전해액 저장부라고 함을 유의한다.
상기 캐소드는 방전될 때 전자를 받아 환원되는 전극을 의미하며, 반대로, 전지의 충전 시에는 캐소드 활물질이 산화되어 전자를 내보내는 애노드(산화전극)의 역할을 수행할 수 있다.
상기 애노드는 방전될 때 산화되어 전자를 내보내는 전극을 의미하며, 반대로, 전지의 충전 시에는 전자를 받아 환원되는 캐소드(환원전극)의 역할을 수행할 수 있다.
<전해액 재생 모듈>
도 1은 레독스 플로우 배터리의 일반적인 구조를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 재생 모듈(100)이 플로우 배터리에 적용되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 레독스 플로우 배터리는 분리막(31)과 이러한 분리막(31)의 양쪽에 각각 위치하는 애노드(32) 및 캐소드(33)을 포함하는 전극 어셈블리를 포함하고, 상기 애노드(32)에 공급되는 애노드 전해액을 수용 및 보관하는 애노드 전해액 저장부(10) 및 상기 캐소드(33)에 공급되는 캐소드 전해액을 수용 및 보관하는 캐소드 전해액 저장부(20)를 포함한다.
이때, 애노드 전해액 저장부(10)에 저장되는 애노드 전해액은 펌프(11)에 의해 애노드 전해액 유입구(41)를 통하여 애노드(32)에 전달된 후 레독스 반응이 완료되면, 애노드 전해액 유출구(51)를 통하여 다시 애노드 전해액 저장부(10)로 이동하게 된다. 유사하게, 캐소드 전해액 저장부(20)에 저장되는 캐소드 전해액은 펌프(21)에 의해 캐소드 전해액 유입구(42)를 통하여 캐소드(33)에 전달된 후 레독스 반응이 완료되면, 캐소드 전해액 유출구(52)를 통하여 다시 캐소드 전해액 저장부(20)로 이동하게 된다.
즉 레독스 플로우 배터리가 바나듐 레독스 플로우 배터리의 경우에는, 충전 반응시 캐소드(33)에서는 4가의 바나듐 이온이 산화되어 5가의 바나듐 이온으로 변환되고, 전자가 소모되며 수소 이온은 분리막(31)을 통하여 캐소드(33)에서 애노드(32)으로 이동하는 산화 반응이 일어나게 되고, 애노드(32)에서는 3가의 바나듐 이온이 전자를 받아들여 2가의 바나듐 이온으로 변환하는 환원반응이 일어나게 된다. 반면에 방전 반응시에는 상술된 반응과 반대로 바나듐 이온의 산화수가 변화되는 산화/환원 반응(즉 레독스 반응)이 일어남으로써 충전 및 방전을 효과적으로 수행된다.
여기서, 분리막(31)은 수소 이온은 전달시키고, 애노드 및 캐소드 전해액의 양이온이 상대극으로 이동하는 것은 차단시켜주는 역할을 수행하며, 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20)는 상술된 바와 같이 각각 애노드 및 캐소드 전해액을 저장하는 역할을 수행하며, 각 저장부의 내부 압력을 균등하게 분배하거나 작동 중에 발생할 수 있는 가스를 배출하도록 설계가 된다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 재생 모듈은 애노드 전해액 저장부(10), 캐소드 전해액 저장부(20), 펌프(110), 삼방향 밸브(120) 및 제어부(130)을 포함할 수 있다. 또한 추가적으로 계측부(140, 141)을 더 포함할 수 있다.
애노드 전해액 저장부(10)는 애노드(32)에 공급되는 애노드 전해액을 수용 및 보관하는 역할을 수행하며, 캐소드 전해액 저장부(20)는 캐소드(33)에 공급되는 캐소드 전해액을 수용 및 보관하는 역할을 수행한다.
이때, 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20)의 소재는 특별히 한정하지 않으나, 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20)에 수용 및 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액과 반응하지 않는 소재를 사용하는 것이 바람직하다.
애노드 전해액 저장부(10)는 일측은 애노드 전해액 유입구(41)와 연결 가능하고, 타측은 애노드 전해액 유출구(51)와 연결 가능하며, 캐소드 전해액 저장부(20)는 일측은 캐소드 전해액 유입구(42)와 연결 가능하고, 타측은 캐소드 전해액 유출구(52)와 연결 가능하다.
또한 일측이 애노드 전해액 저장부(10)에 연결 가능하고 타측이 애노드 전해액 유입구(41)와 연결 가능하며, 일측이 캐소드 전해액 저장부(20)에 연결 가능하고 타측이 캐소드 전해액 유입구(42)와 연결 가능한 펌프(11,21)가 각각 더 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 애노드 전해액 저장부(10)에 저장되는 애노드 전해액은 펌프(11)에 의해 애노드 전해액 유입구(41)를 통하여 애노드(32)에 전달된 후 레독스 반응이 완료되면, 애노드 전해액 유출구(51)를 통하여 다시 애노드 전해액 저장부(10)로 이동하게 된다. 유사하게, 캐소드 전해액 저장부(20)에 저장되는 캐소드 전해액은 펌프(21)에 의해 캐소드 전해액 유입구(42)를 통하여 캐소드(33)에 전달된 후 레독스 반응이 완료되면, 캐소드 전해액 유출구(52)를 통하여 다시 캐소드 전해액 저장부(20)로 이동하게 된다.
이때, 애노드(32)과 캐소드(33) 사이에 분리막(31)이 더 제공될 수 있다.
여기서, 분리막(31)은 수소 이온은 전달시키고, 애노드 및 캐소드 전해액의 양이온이 상대극으로 이동하는 것은 차단시켜주는 역할을 수행한다.
상기의 역할을 수행하는 분리막(31)은 이온 전도성 분리막을 사용하는 것이 바람직하다.
펌프(110)는 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20)에 각각 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 상대 전해액 저장부로 유입시키는 역할을 수행한다.
펌프(110)는 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20) 사이에 위치하며, 일측이 애노드 전해액 저장부(10)와 연결되고, 타측이 캐소드 전해액 저장부(20)와 연결될 수 있다.
여기서, 상대 전해액 저장부란 애노드 전해액 저장부(10)에 저장되어 있는 애노드 전해액을 기준으로 캐소드 전해액 저장부(20)를 상대 전해액 저장부라 하며, 캐소드 전해액 저장부(20)에 저장되어 있는 캐소드 전해액을 기준으로 애노드 전해액 저장부(10)를 상대 전해액 저장부라 한다.
본 발명의 일 실시예로, 상대 전해액 저장부는, 애노드 전해액 저장부(10)에 저장되어 있는 애노드 전해액이 캐소드 전해액 저장부(20)로 유입될 때, 캐소드 전해액 저장부(20)가 상대 전해액 저장부로 될 수 있고, 캐소드 전해액 저장부(20)에 저장되어 있는 캐소드 전해액이 애노드 전해액 저장부(10)로 유입될 때, 애노드 전해액 저장부(10)가 상대 전해액 저장부로 될 수 있음을 유의한다.
이때, 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20)에는 눈금 형태의 계측부(140, 141)가 각각 제공되게 된다. 이러한 계측부(140, 141)를 통하여 사용자는 시각을 이용하여 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20)에 수용된 애노드 및 캐소드 전해액의 부피를 정확하게 측정할 수 있게 된다.
여기서, 펌프(110)는 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 상대 전해액 저장부로 유입시킬 때 유속을 조절할 수 있음을 유의한다.
삼방향 밸브(120)는 펌프(110)에 따른 전해액 유입 방향과는 반대로 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 순환시키고, 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20)의 압력을 조절하는 역할을 수행한다.
삼방향 밸브(120)는 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20) 사이에 위치하며, 일측이 애노드 전해액 저장부(10)와 연결되고, 타측이 캐소드 전해액 저장부(20)와 연결될 수 있다.
상기 삼방향 밸브는, 상기 음극 및 양극 전해액 저장부에 보관되는 음극 및 양극 전해액의 총량의 반을 음극 및 양극 전해액 저장부에 각각 보관할 때, 상기 음극 및 양극 전해액 저장부에 각각 보관된 음극 및 양극 전해액의 높이보다 높은 측면에 연결될 수 있다. 이를 통해, 상기 삼방향 밸브는 상기 펌프에 따른 전해액 유입 방향과는 반대로 상기 음극 및 양극 전해액 중 어느 하나를 순환시키고, 상기 음극 및 양극 전해액 저장부의 기체압력을 조절하며, 상기 음극 및 양극 전해액의 부반응으로 인해 발생된 가스를 상기 삼방향 밸브를 개방하여 외부로 배출할 수 있다.
펌프에 의해서, 음극 및 양극 전해액 저장부에 각각 보관되는 상기 음극 및 양극 전해액 중 어느 하나를 상대 전해액 저장부로 전부 옮겨 음극 및 양극 전해액을 혼합하고 다시 음극 및 양극 전해액 저장부에 각각 나누는 경우에는, 음극 및 양극 전해액 저장부 중 적어도 하나는 음극 및 양극 전해액의 총량을 수용할 수 있는 부피를 가져야 한다. 이 경우, 음극 및 양극 전해액 저장부의 크기가 커져서 전체 전지의 크기도 커질 수 밖에 없으므로, 전지 설치에 있어서 공간적인 제약을 받는다. 또한, 음극 및 양극 전해액 저장부에 각각 보관되는 상기 음극 및 양극 전해액 중 어느 하나를 상대 전해액 저장부로 전부 옮기는 데에 필요한 시간이 필요하다.
한편, 본 발명은 음극 및 양극 전해액 저장부에 각각 보관되는 상기 음극 및 양극 전해액 중 어느 하나를 상대 전해액 저장부로 일부를 유입시켜 혼합하고 순환하는 사이클을 반복함으로써, 음극 및 양극 전해액 저장부의 크기가 유입되는 일부 전해액을 수용할 정도이면 충분하고, 유입과 순환을 연속적 또는 간헐연속적으로 진행하므로 재생시간이 단축되는 장점이 있다.
펌프에 의해서 상대 전해액 저장부로 유입된 전해액을 순환시키기 위한 제1 밸브; 전해액 재생시 음극 및 양극 전해액 저장부의 기체압력을 맞추기 위한 제2 밸브; 및 음극 및 양극 전해액의 부반응으로 인해 발생된 가스를 외부로 배출시키는 배출부를 포함할 수 있으나, 삼방향 밸브 하나로 각 기능을 수행할 수 있는 본 발명보다 제1 및 제2 밸브와 배출부가 구비되는 공간, 설치비용 및 재료비용이 많이 필요하다.
한편, 본 발명의 삼방향 밸브를 구비함으로써, 펌프에 따른 전해액 유입 방향과는 반대로 상기 음극 및 양극 전해액 중 어느 하나를 순환시키고, 상기 음극 및 양극 전해액 저장부의 기체압력을 조절하며, 상기 음극 및 양극 전해액의 부반응으로 인해 발생된 가스를 상기 삼방향 밸브를 개방하여 외부로 배출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 펌프(110)가 작동되면, 애노드 전해액 저장부(10)에 보관되는 애노드 전해액이 캐소드 전해액 저장부(20)로 유입되고, 이때, 캐소드 전해액 저장부(20)의 부피가 증가하게 되어, 이로 인해 애노드 전해액 저장부(10)와 캐소드 전해액 저장부(20)의 내부 압력 차이가 발생하게 되는데, 애노드 전해액 저장부(10)와 캐소드 전해액 저장부(20)의 내부 압력이 동일하도록 삼방향 밸브(120)를 통해 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액이 애노드 전해액 저장부(10)로 유입되게 된다.
이때, 추가적으로 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20)에 저장된 애노드 및 캐소드 전해액을 각각 교반할 수 있는 교반 장치를 더 포함하는 것이 바람직하며, 이러한 교반 장치는 임펠라(impeller), 아지테이터(agitator) 및 마그네틱 스티러(magnetic stirrer) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예로, 전지가 수행 중 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20)에 저장되어 있는 애노드 및 캐소드 전해액의 부반응으로 인해 가스가 발생하는데, 이때 발생된 가스로 인해 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20)의 내부 압력이 증가될 수 있다. 이때 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20)와 연결된 삼방향 밸브(120)를 조절하여 가스 배출 유로(121)를 통하여 가스가 외부로 배출될 수 있음을 유의한다.
따라서, 전지가 수행 중에도 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20)에 각각 저장되어 있는 애노드 및 캐소드 전해액이 유입될 수 있도록 삼방향 밸브(120)가 개방 상태인 것이 바람직하다.
한편 삼방향 밸브(120)의 재질은 기존 스테인리스스틸 재질 또는 금속 볼이 그대로 적용된 밸브는 내산성을 고려하였을 때 바람직하지 않으며, 내산성 고분자를 코팅하거나, PTFE(Polytetrafluoroethylene), PP(Polypropylene), PVC(Polyvinyl chloride), PE(Polyethylene), PVDF(Polyvinylidene fluoride) 등의 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
제어부(130)는 펌프(110)의 작동 개시 여부 및 삼방향 밸브(120)의 개폐 여부를 제어하는 역할을 수행한다.
본 발명의 일 실시예로 제어부(130)가 펌프(110)의 작동 개시를 내리면, 펌프(110)가 작동이 되어, 펌프(110)를 통해 애노드 전해액 저장부(10)에 저장되어 있는 애노드 전해액이 캐소드 전해액 저장부(20)로 유입되게 된다. 이때, 캐소드 전해액 저장부(20)에 저장되어 있는 캐소드 전해액이 애노드 전해액과 혼합되며, 캐소드 전해액 저장부(20)의 전해액 부피가 증가하게 된다.
이때, 제어부(130)는 삼방향 밸브(120)를 개방하여, 애노드 및 캐소드 전해액 저장부(10,20)의 압력이 동일하게 유지되도록 또는 애노드 및 캐소드 전해액 저장부(10,20)의 부피가 동일하게 유지되도록 캐소드 전해액 저장부(20)에 저장되어 있는 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액을 애노드 전해액 저장부(10)로 순환시키게 된다.
여기서, 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20)에는 눈금 형태의 계측부(140, 141)가 각각 제공되어, 이러한 계측부(140, 141)를 통하여 사용자는 시각을 이용하여 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20)에 수용된 애노드 및 캐소드 전해액의 부피를 정확하게 측정할 수 있게 되며, 펌프(110)를 이용하여 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 상대 전해액 저장부로 유입시킬 때 유속을 조절할 수 있어, 애노드 및 캐소드 전해액 저장부(10,20)의 부피를 동일하게 조절하게 된다,
상기의 과정을 일정 시간 동안 반복적으로 수행하게 되면, 애노드 및 캐소드 전해액 저장부(10,20)에는 균일하게 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액이 저장되게 된다.
이때, 추가적으로 애노드 및 캐소드 전해액 저장부(10,20)에 저장된 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액을 균일하게 혼합하기 위해 각각 교반할 수 있는 교반 장치를 더 포함할 수 있다.
애노드 및 캐소드 전해액 저장부(10,20)에 저장된 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액 상태를 구체적으로 설명하면, 애노드 및 캐소드 전해액 저장부(10,20)에는 완전 충전 상태에서는 V2+와 V5+ 이온이 혼합되고, 완전 방전 상태에서는 V3+와 V4+ 이온이 혼합된다. 이때, V2+와 V5+ 이온은 산화 및 환원이 쉬운 상태의 바나듐 이온이기 때문에 애노드 및 캐소드 전해액이 혼합될 때 V2+와 V5+ 이온은 각각 V3+와 V4+ 이온으로 산화 및 환원이 된다. 그러나 완전 충전 상태 또는 완전 방전 상태가 아니어도, 동량의 레독스 커플이 존재할 수 있으므로, 따라서 애노드 및 캐소드 전해액이 혼합될 경우, 바나듐 이온의 평균 산화수는 V3.5+ 가 된다.
애노드 및 캐소드 전해액 저장부(10,20)에는 각각 바나듐 이온의 평균 산화수가 V3.5+ 인 애노드 및 캐소드 전해액이 저장되어 있으며, 이때 플로우 배터리 단전지의 개방회로전압(OCV, open circuit voltage)은 OV가 된다. 이후 전지를 수행하기 위해 일측이 애노드 전해액 저장부(10)에 연결 가능하고 타측이 애노드 전해액 유입구(41)와 연결 가능하며, 일측이 캐소드 전해액 저장부(20)에 연결 가능하고 타측이 캐소드 전해액 유입구(42)와 연결 가능한 펌프(11,21)가 작동된다. 펌프(11,21)가 작동되면, 애노드 전해액 저장부(10)에 저장되는 애노드 전해액은 펌프(11)에 의해 애노드 전해액 유입구(41)를 통하여 애노드(32)에 전달된 후 레독스 반응이 완료되면, 애노드 전해액 유출구(51)를 통하여 다시 애노드 전해액 저장부(10)로 이동하게 된다. 유사하게, 캐소드 전해액 저장부(20)에 저장되는 캐소드 전해액은 펌프(21)에 의해 캐소드 전해액 유입구(42)를 통하여 캐소드(33)에 전달된 후 레독스 반응이 완료되면, 캐소드 전해액 유출구(52)를 통하여 다시 캐소드 전해액 저장부(20)로 이동하게 된다.
즉, 전지가 정상적인 충전 반응을 수행하게 되면, 캐소드에서는 V3.5+-> V4+-> V5+ 로 산화가 진행되며, 애노드에서는 V3.5+-> V3+-> V2+ 로 환원이 진행된다.
여기서, 전지가 수행 중 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20)에 저장되어 있는 애노드 및 캐소드 전해액의 부반응으로 인해 가스가 발생하는데, 이때 발생된 가스로 인해 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20)의 내부 압력이 증가될 수 있다. 이때 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20)와 연결된 삼방향 밸브(120)를 통해 가스가 배출되게 된다.
따라서, 전지가 수행 중일 경우 삼방향 밸브(120)는 개방 상태인 것이 바람직하며, 펌프(110)는 작동하고 있지 않은 상태인 것이 바람직하다. 즉, 전지가 수행 중일 경우에는 애노드 및 캐소드 전해액 저장부(10,20)에 수용되어 있는 애노드 및 캐소드 전해액이 펌프(110)를 통해 섞이지 않도록 유의해야 한다.
또한 애노드 및 캐소드 전해액이 펌프(110)를 통해 섞이지 않도록 펌프(110)의 전단 또는 후단에 2방향 밸브를 더 제공할 수 있다.
이러한 구성으로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따르면 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 각각 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 상대 전해액 저장부로 유입시키고, 애노드 및 캐소드 전해액 저장부의 압력을 조절하며, 전해액 유입 방향과는 반대로 상기 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 순환시킴으써 애노드 및 캐소드 전해액이 균일하게 혼합되어 플로우 배터리의 싸이클 안정성을 유지할 수 있는 효과가 발생한다.
<플로우 배터리의 전해액 재생 방법>
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우 배터리의 전해액 재생 방법을 설명한 순서도이다.
플로우 배터리의 전해액 재생 방법은 (a) 음극 및 양극 전해액 저장부에 각각 보관되는 음극 및 양극 전해액 중 어느 하나가 상대 전해액 저장부로 유입되어 상대 전해액 저장부에서 음극 및 양극 전해액이 펌프에 의해 혼합되는 단계; (b) 상기 혼합된 음극 및 양극 전해액이 저장되어 있는 상기 상대 전해액 저장부의 부피가 증가하면, 음극 및 양극 전해액 저장부의 측면에 연결된 삼방향 밸브에 의해 상기 혼합된 음극 및 양극 전해액이 전해액 유입 방향과는 반대로 전해액이 순환되는 단계; 및 (c) 상기 (a), (b) 단계를 1회 이상 수행한 후, 상기 혼합된 음극 및 양극 전해액이 저장되어 있는 상기 음극 및 양극 전해액 저장부가 동등한 부피를 가지도록 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
추가적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우 배터리의 전해액 재생 방법은 (d) 상기 애노드 전해액 저장부에 저장되어 있는 상기 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액은 애노드 전극으로 유입되고, 상기 캐소드 전해액 저장부에 저장되어 있는 상기 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액은 캐소드 전극으로 유입되는 단계;를 더 포함할 수 있다.
(a) 단계는, 애노드 및 캐소드 전해액 저장부(10,20)에 각각 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나가 상대 전해액 저장부로 유입되어 상대 전해액 저장부에서 애노드 및 캐소드 전해액이 혼합되는 단계이다.
제어부(130)가 펌프(110)의 작동 개시를 내리면, 펌프(110)가 작동이 되어, 펌프(110)를 통해 애노드 및 캐소드 전해액 저장부(10,20)에 각각 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 상대 전해액 저장부로 유입되게 되며, 이때 상대 전해액 저장부에서는 애노드 및 캐소드 전해액이 혼합되게 된다.
여기서, 상대 전해액 저장부는, 애노드 전해액 저장부(10)에 저장되어 있는 애노드 전해액이 캐소드 전해액 저장부(20)로 유입될 때, 캐소드 전해액 저장부(20)가 상대 전해액 저장부로 될 수 있고, 캐소드 전해액 저장부(20)에 저장되어 있는 캐소드 전해액이 애노드 전해액 저장부(10)로 유입될 때, 애노드 전해액 저장부(10)가 상대 전해액 저장부로 될 수 있음을 유의한다.
이때, (a) 단계는 애노드 및 캐소드 전해액 저장부(10,20)에 저장된 애노드 및 캐소드 전해액을 각각 교반하는 단계가 더 포함될 수 있다.
이는 애노드 및 캐소드 전해액 저장부(10,20)에 각각 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나가 상대 전해액 저장부로 유입되어 상대 전해액 저장부에서 애노드 및 캐소드 전해액이 완전히 혼합될 수 있도록 유의한다.
(b) 단계는, 상기 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액이 저장되어 있는 상기 상대 전해액 저장부의 부피가 증가하면, 음극 및 양극 전해액 저장부의 측면에 연결된 삼방향 밸브에 의해 상기 혼합된 음극 및 양극 전해액이 전해액 유입 방향과는 반대로 전해액이 순환되는 단계이다.
펌프(110)가 작동이 되어, 상대 전해액 저장부에서 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액의 부피가 증가하면, 삼방향 밸브(120)가 개방되어, 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액이 기존의 전해액 저장부로 유입되게 된다.
이때, 애노드 및 캐소드 전해액이 저장되어 있는 상대 전해액 저장부의 부피 증가 여부는 애노드 전해액 저장부(10) 및 캐소드 전해액 저장부(20)에 제공되어 있는 눈금 형태의 계측부(140, 141)를 통해 확인할 수 있다.
(c) 단계는, 상기 (a), (b) 단계를 재차 수행한 후, 상기 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액이 저장되어 있는 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부를 동등한 부피를 가지도록 조정하는 단계이다.
(a), (b) 단계를 재차 수행하게 되면, 애노드 및 캐소드 전해액 저장부(10,20)에는 각각 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액이 저장되게 된다. 이때, 애노드 및 캐소드 전해액 저장부(10,20)에 각각 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액을 동등한 부피를 제공하기 위해 펌프(110)의 유속 및/또는 작동 여부를 조절할 수 있다.
(d) 단계는, 상기 애노드 전해액 저장부에 저장되어 있는 상기 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액은 애노드로 유입되고, 상기 캐소드 전해액 저장부에 저장되어 있는 상기 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액은 캐소드로 유입되는 단계이다.
애노드 전해액 저장부(10)에 저장되는 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액은 펌프(11)에 의해 애노드 전해액 유입구(41)를 통하여 애노드(32)에 전달된 후 레독스 반응이 완료되면, 애노드 전해액 유출구(51)를 통하여 다시 애노드 전해액 저장부(10)로 이동하게 된다. 유사하게, 캐소드 전해액 저장부(20)에 저장되는 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액은 펌프(21)에 의해 캐소드 전해액 유입구(42)를 통하여 캐소드(33)에 전달된 후 레독스 반응이 완료되면, 캐소드 전해액 유출구(52)를 통하여 다시 캐소드 전해액 저장부(20)로 이동하게 된다.
이러한 단계를 통하여, 배터리 용량 저하의 속도가 최초 사이클 수행시와 거의 유사하게 진행되는 것이 관찰될 수 있으며, 그로 인해 플로우 배터리의 저하된 용량을 회복할 수 있게 된다.
<실험예>
2몰 VOSO4가 용해된 3몰 황산 용액을 전기 화학적 산화 환원시키고, 이 용액을 각각 캐소드와 애노드에 동량 적용하여 단위 전지를 구성하였다. 평가에 사용된 단위 전지에는 5 Ⅹ 5cm 크기의 탄소펠트가 전극으로 사용되었다. 또한, 전해액의 공급 속도는 25cc/min이었으며, 각 전해액의 최초 부피는 50cc였다. 전지의 충방전은 50mA/cm2의 전류 속도로 진행하였으며, 작동 전압 범위는 0.8V~1.7V로 제어하였다.
최초 30 싸이클 동안 충방전 공정을 수행하고, 그 다음 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 재생 모듈에 의하여 각 전해액을 균일하게 혼합하여 바나듐 이온의 평균 산화수가 3.5가 되도록 조정하였다. 그 후 동일하게 충방전 공정을 수행하였다.
<결과 논의>
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우 배터리의 전해액 재생 방법에 따라 일정 사이클 수행하고, 전해액 재생 모듈을 사용한 후에 동일한 사이클을 수행한 경우에 대한 배터리 성능 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
상기 실험에 따른 결과를 검토하면, 30 싸이클 동안 충방전 싸이클이 거듭될수록 배터리 용량 저하가 발생하였으며, 약 30% 정도 용량이 감소되는 것이 관찰되었다(도 4의 초기 사이클 구간 참조). 이후, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 재생 모듈에 의하여 각 전해액을 균일하게 혼합하였다. 그 후 동일하게 충방전 싸이클을 수행하는 경우에도 배터리 용량 저하가 최초와 거의 유사하게 진행되는 것이 관찰되었다(도 4의 재생 후 사이클 구간 참조).
이러한 이유를 살펴보면 다음과 같다.
30 싸이클 동안 애노드 전해액의 V2+와 V3+ 이온이 상대적으로 캐소드 전해액의 V5+와 V4+ 이온에 비해 막을 투과하는 속도가 빠르기 때문에 싸이클이 진행될수록 캐소드 전해액의 바나듐 이온 농도가 급속하게 상승하게 되고, 이에 따라 애노드 전해액의 바나듐 이온 농도는 감소하게 되어, 결국 애노드 및 캐소드 전해액의 이온 균형이 깨져서 충방전 싸이클이 거듭될수록 배터리 용량이 저하되게 된다. 그러나 30 싸이클 후에 플로우 배터리의 전해액 재생 모듈을 수행함으로써, 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 저장되어 있는 애노드 및 캐소드 전해액을 균일하게 혼합하여 이온의 평균 산화수가 3.5가 되도록 조정하였기 때문에, 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액을 사용한 경우 초기 용량과 비슷한 전지 용량이 관찰된 것이라고 판단된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 애노드 전해액 저장부 11 : 펌프
20 : 애노드 전해액 저장부 21 : 펌프
31 : 분리막
32 : 애노드 33 : 캐소드
41 : 애노드 전해액 유입구 42 : 캐소드 전해액 유입구
51 : 애노드 전해액 유출구 52 : 캐소드 전해액 유출구
100 : 전해액 재생 모듈
110 : 펌프
120 : 삼방향 밸브 121 : 가스 배출 유로
130 : 제어부
140, 141 : 계측부

Claims (15)

  1. 플로우 배터리의 전해액 재생 모듈에 있어서,
    애노드 및 캐소드 전해액이 각각 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액 저장부;
    상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 각각 보관되는 상기 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 상대 전해액 저장부로 유입시키는 펌프; 및
    상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부의 측면에 연결되어, 상기 펌프에 따른 전해액 유입 방향과는 반대로 상기 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 순환시키는 삼방향 밸브를 포함하며,
    상기 삼방향 밸브는, 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액의 총량의 반을 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 각각 보관할 때, 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 각각 보관된 애노드 및 캐소드 전해액의 높이보다 높은 측면에 연결되고, 상기 펌프에 따른 전해액 유입 방향과는 반대로 상기 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나를 순환시키고, 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부의 기체압력을 조절하며, 상기 애노드 및 캐소드 전해액의 부반응으로 인해 발생된 가스를 상기 삼방향 밸브를 개방하여 외부로 배출하는 것인 플로우 배터리의 전해액 재생 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전해액 재생 모듈은 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 펌프의 작동 개시 여부 및 상기 삼방향 밸브의 개폐 여부를 제어하는 것인 플로우 배터리의 전해액 재생 모듈.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부는 저장된 애노드 및 캐소드 전해액의 부피를 측정할 수 있도록 각각 눈금 형태의 계측부가 구비되는 것인 플로우 배터리의 전해액 재생 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 전해액 재생 모듈은 일측이 애노드 전해액 저장부에 연결되고 타측이 애노드 전해액 유입구와 연결되며, 일측이 캐소드 전해액 저장부에 연결되고 타측이 캐소드 전해액 유입구와 연결되는 펌프를 각각 더 포함하는 것인 플로우 배터리의 전해액 재생 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 전해액 재생 모듈은,
    상기 애노드 전해액 저장부로부터 애노드 전해액이 유입되고 상기 애노드 전해액 저장부로 애노드 전해액을 배출하는 애노드;
    상기 캐소드 전해액 저장부로부터 캐소드 전해액이 유입되고 상기 캐소드 전해액 저장부로 캐소드 전해액을 배출하는 캐소드; 및
    애노드와 캐소드 사이에 분리막을 포함하는 것인 플로우 배터리의 전해액 재생 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 저장된 상기 애노드 및 캐소드 전해액을 각각 교반하는 교반 장치를 더 포함하는 플로우 배터리의 전해액 재생 모듈.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 교반 장치는 임펠라(impeller), 아지테이터(agitator) 및 마그네틱 스티러(magnetic stirrer) 중 어느 하나인 것인 플로우 배터리의 전해액 재생 모듈.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 플로우 배터리는 바나듐 레독스 플로우 배터리인 것인 플로우 배터리의 전해액 재생 모듈.
  11. 플로우 배터리의 전해액 재생 방법에 있어서,
    (a) 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 각각 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나가 상대 전해액 저장부로 유입되어 상대 전해액 저장부에서 애노드 및 캐소드 전해액이 펌프에 의해 혼합되는 단계;
    (b) 상기 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액이 저장되어 있는 상기 상대 전해액 저장부의 부피가 증가하면, 애노드 및 캐소드 전해액 저장부의 측면에 연결된 삼방향 밸브에 의해 상기 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액이 전해액 유입 방향과는 반대로 전해액이 순환되는 단계; 및
    (c) 상기 (a), (b) 단계를 1회 이상 수행한 후, 상기 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액이 저장되어 있는 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부가 동등한 부피를 가지도록 조정하는 단계를 포함하며,
    상기 (b)단계는 상기 삼방향 밸브로 상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부의 기체압력을 조절하는 단계; 및 상기 애노드 및 캐소드 전해액의 부반응으로 인해 발생된 가스를 상기 삼방향 밸브를 개방하여 외부로 배출하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하는 것인 플로우 배터리의 전해액 재생 방법.
  12. 삭제
  13. 청구항 11에 있어서, (d) 상기 애노드 전해액 저장부에 저장되어 있는 상기 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액은 애노드로 유입되고, 상기 캐소드 전해액 저장부에 저장되어 있는 상기 혼합된 애노드 및 캐소드 전해액은 캐소드로 유입되는 단계를 더 포함하는 플로우 배터리의 전해액 재생 방법.
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 (a) 단계는
    애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 각각 보관되는 애노드 및 캐소드 전해액 중 어느 하나가 상대 전해액 저장부로 유입되어 상대 전해액 저장부에서 애노드 및 캐소드 전해액이 혼합되는 단계; 및
    상기 애노드 및 캐소드 전해액 저장부에 저장된 상기 애노드 및 캐소드 전해액을 각각 교반하는 단계를 포함하는 것인 플로우 배터리의 전해액 재생 방법.
  15. 청구항 11에 있어서, 상기 플로우 배터리는 바나듐 레독스 플로우 배터리인 것인 플로우 배터리의 전해액 재생 방법.
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