KR101877618B1 - 자가 기동이 가능한 바나듐 레독스 흐름 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자가기동이 가능한 바나듐 레독스 흐름 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정전 시 외부로부터 전력을 공급받지 않고도 자가 기동이 가능한 바나듐 레독스 흐름 전지에 관한 것이다. 본 발명의 바나듐 레독스 흐름 전지는 양극, 분리막 및 음극을 포함하는 셀과 바이폴라 플레이트가 반복 적층되어 형성된 스택; 상기 스택의 양극에 공급되는 양극 전해액이 저장된 양극 전해액 탱크; 상기 스택의 음극에 공급되는 음극 전해액이 저장된 음극 전해액 탱크; 무전원 시 상기 스택의 양극에 공급될 양극 보조 전해액이 저장되는 양극 전해액 보조 탱크; 및 무전원 시 상기 스택의 음극에 공급될 음극 보조 전해액이 저장되는 음극 전해액 보조 탱크를 포함하며, 상기 양극 전해액 보조 탱크 및 음극 전해액 보조 탱크는 스택보다 높은 위치에 배치될 수 있다.

Description

자가 기동이 가능한 바나듐 레독스 흐름 전지{Self-driving vanadium redox flow cell}
본 발명은 자가 기동이 가능한 바나듐 레독스 흐름 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부로부터 전력을 공급받지 않고도 자가 기동이 가능한 바나듐 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.
최근 신재생에너지의 비중이 확대되면서 전력 생산의 변동성과 수급 시점의 불일치 문제를 극복할 수 있는 새로운 대안으로 전력 저장 장치가 주목을 받고 있어, 전력 저장 장치의 활발한 연구가 진행되고 있다.
전력 저장 장치는 발전량이 많을 때는 전기를 충전하고, 소비량이 많을 때는 전기를 방전함으로써 수요와 공급의 격차를 효율적으로 줄일 수 있으며 짧은 시간 내 신재생에너지의 발전량 변동에 대응할 수 있는 가장 안전한 방법이다. 또한, 신재생에너지 비중이 급격히 증가할 경우, 전 세계적으로 전력 생산의 변동성이 적지 않은 규모에 이를 것으로 예상된다.
이에 최근 IEA(International Energy Agency)는 미래 신재생에너지 보급을 위해 전력 저장장치에 주목하고 있다. 따라서 장기적인 관점에서 전력 저장장치의 보급은 신재생에너지 확대를 위한 필수 불가결한 요소가 될 수밖에 없는 상황이다.
대용량의 전력 저장을 위한 이차전지로는 납축전지, NaS 전지 및 레독스 흐름 전지(redox flow battery, RFB) 등이 있다.
납축전지는 다른 전지에 비해 상업적으로 널리 사용되고 있으나 낮은 효율 및 주기적인 교체로 인한 유지 보수의 비용과 전지 교체 시 발생하는 산업폐기물의 처리문제 등의 단점이 있다. NaS 전지의 경우 에너지 효율이 높은 것이 장점이나 300℃이상의 고온에서 작동하는 단점이 있다. 이에 비해, 레독스 흐름 전지는 유지 보수비용이 적고 상온에서 작동 가능하며 용량과 출력을 각기 독립적으로 설계할 수 있는 특징이 있기 때문에 최근 대용량 2차전지로 많은 연구가 진행되고 있다.
현재는 양극 전해액 및 음극 전해액 모두 바나듐을 이용하는 올 바나듐(all vanadium) 레독스 흐름 전지가 주류를 이루고 있고, 최근에는 Zn/Br 전지에 대한 실증연구도 진행되고 있다.
한편, 상기한 바나듐 레독스 흐름 전지에 있어서, 미운전 시 스택 내부에 남아있는 전해액이 자가 방전하므로, 장기간 미운전 시에는 스택 출력 전압이 0에 가까워지고, 재운전 시 최초 스택에 전해액 순환을 위해 외부 전력이 반드시 필요한 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 급작스런 정전과 같은 상황에서도 역시 전해액의 순환이 어려우므로 종래에는 비상발전기를 구동함으로써 필요한 전력을 공급받아야 받아야 한다.
따라서, 최근에는 외부로부터 전력을 공급받지 못하는 상황에서 자가 기동이 가능한 바나듐 레독스 흐름 전지의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 일 목적은 장기간 미운전 후 재운전, 혹은 정전 등과 같이 외부로부터 전력을 공급받기 어려운 상황에서 자가 기동이 가능한 무정전 바나듐 레독스 흐름 전지를 제공하고자 한다.
그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면, 양극, 분리막 및 음극을 포함하는 셀과 바이폴라 플레이트가 반복 적층되어 형성된 스택;
상기 스택의 양극에 공급되는 양극 전해액이 저장된 양극 전해액 탱크;
상기 스택의 음극에 공급되는 음극 전해액이 저장된 음극 전해액 탱크;
무전원 시 상기 스택의 양극에 공급될 양극 보조 전해액이 저장되는 양극 전해액 보조 탱크; 및
무전원 시 상기 스택의 음극에 공급될 음극 보조 전해액이 저장되는 음극 전해액 보조 탱크를 포함하며,
상기 양극 전해액 보조 탱크 및 상기 음극 전해액 보조 탱크 각각은 스택보다 높은 위치에 배치되는, 자가 기동이 가능한 바나듐 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.
본 발명에서 상기 양극 전해액 보조 탱크의 수평 중심선이 스택의 수평 중심선 보다 높이 위치할 수 있다.
본 발명에서 상기 음극 전해액 보조 탱크의 수평 중심선이 스택의 수평 중심선 보다 높이 위치할 수 있다.
본 발명에서 상기 양극 전해액 보조 탱크의 최하면이 스택의 최상면 보다 높이 위치할 수 있다.
본 발명에서 상기 음극 전해액 보조 탱크의 최하면이 스택의 최상면 보다 높이 위치할 수 있다.
본 발명에서 상기 양극 전해액 보조 탱크에 저장된 양극 보조 전해액을 양극에 공급하는 양극 보조 라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 음극 전해액 보조 탱크에 저장된 음극 보조 전해액을 음극에 공급하는 음극 보조 라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 양극 보조 라인은 양극 보조 라인의 개폐를 조절하는 양극 보조 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 음극 보조 라인은 음극 보조 라인의 개폐를 조절하는 음극 보조 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 양극 전해액 탱크에 저장된 양극 전해액을 양극에 이송시키는 양극 입수 라인 및
상기 음극 전해액 탱크에 저장된 음극 전해액을 음극에 이송시키는 음극 입수 라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 양극 입수 라인에 연결되어 양극 전해액을 양극에 공급하는 양극 펌프; 및
상기 음극 입수 라인에 연결되어 음극 전해액을 음극에 공급하는 음극 펌프를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 양극으로부터 양극 전해액 탱크에 양극 전해액을 배출시키는 양극 출수 라인; 및
상기 음극으로부터 음극 전해액 탱크에 음극 전해액을 배출시키는 음극 출수 라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 양극 전해액 탱크에 저장된 양극 전해액의 일부를 양극 전해액 보조 탱크로 공급하는 양극 바이패스 라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 음극 전해액 탱크에 저장된 음극 전해액의 일부를 음극 전해액 보조 탱크로 공급하는 음극 바이패스 라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 양극 바이패스 라인은 상기 양극 전해액의 공급 방향을 기준으로 양극 입수 라인의 양극 펌프 후단과 양극 전해액 보조 탱크를 연결할 수 있다.
본 발명에서 상기 음극 바이패스 라인은 상기 음극 전해액의 공급 방향을 기준으로 음극 입수 라인의 음극 펌프 후단과 음극 전해액 보조 탱크를 연결할 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 본 발명에 따른 자가 기동이 가능한 바나듐 레독스 흐름 전지의 운전 방법으로서,
무전원 시 중력 위치 에너지에 의하여 양극 보조 탱크 및 음극 보조 탱크로부터 양극 및 음극에 양극 전해액과 음극 전해액 각각을 공급하는 단계를 포함하는, 자가 기동이 가능한 바나듐 레독스 흐름 전지의 운전 방법에 관한 것이다.
본 발명에서 제공하는 바나듐 레독스 흐름 전지는 장기간 미운전 후 재운전, 혹은 정전 등과 같이 외부로부터 전력을 공급받기 어려운 상황에서 단순히 밸브의 개폐 조작만으로 자가 기동이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 기동이 가능한 바나듐 레독스 흐름 전지의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 기동이 가능한 바나듐 레독스 흐름 전지의 운전 공정의 순서도를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
이하 본 발명에 따른 바나듐 레독스 흐름 전지 및 그 운전 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바나듐 레독스 흐름 전지의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 구현 예에 따른 바나륨 레독스 흐름 전지는 셀(1)과 바이폴라 플레이트(2)가 반복 적층되어 형성된 스택(10)을 포함하고, 상기 셀(1)은 양극(10a) 및 음극(10b)과 그 사이에 개재되는 분리막(10c)을 포함한다.
여기서, 상기 양극(10a)과 음극(10b)은 도면에 도시하지는 않았으나 통상적으로 전해액 유로가 형성되고 내측으로 펠트 전극이 삽입되어 전해액 반응부를 제공하는 매니폴드를 포함할 수 있다.
보다 상세하게는, 양극(10a)은 양극 전해액 유로가 형성된 양극 매니폴드의 내측으로 삽입된 양극 펠트 전극을 포함할 수 있고, 음극(10b)은 음극 전해액 유로가 형성된 음극 매니폴드의 내측으로 삽입된 음극 펠트 전극을 포함할 수 있다.
상기 양극 펠트 전극과 음극 펠트 전극은 전해액의 산화환원을 위한 활성 사이트(active site)를 제공하는 것으로서 당해분야에서 일반적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있지만, 예를 들어 상기 펠트 전극은 부직포 및 탄소섬유 및 탄소 페이퍼 등이 사용될 수 있다. 바람직하게 상기 펠트 전극은 폴리아크릴로나이트릴(PAN, polyacrylonitrile) 계열 또는 레이온(Rayon) 계열로 형성된 탄소섬유펠트전극일 수 있다.
또한 양극 매니폴드와 음극 매니폴드는 당해 분야에서 일반적으로 사용하는 것을 제한 없이 사용할 수 있으나, 예를 들어 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스틸렌(PS) 및 염화비닐(PVC) 등의 수지를 사용하여 형성된 것일 수 있다. 바람직하게는 염화비닐(PVC)이 가격이 저렴하고 구입하기에 용이하다.
또한, 상기 양극(10a)과 음극(10b) 사이에는 분리막(10c)이 개재될 수 있는데, 상기 분리막(10c)은 충전 또는 방전 시 양극 전해액과 음극 전해액을 분리시키고, 충전 또는 방전 시 선택적으로 이온만을 이동시킬 수 있다.
상기 분리막(10c)은 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 제한하지는 않으나, 예를 들어 상기 분리막(10c)은 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 계열의 다공성 필름을 사용할 수 있다. 또한 상기 분리막(10c)은 스티렌-디비닐벤젠 공중합체를 설폰화하여 얻어지는 양이온 교환막, 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로설포닐에톡시비닐에테르의 공중합체를 베이스로 하여 설폰산기를 도입한 양이온 교환막, 테트라플루오로에틸렌과 카르복시기를 측쇄에 가지는 퍼플루오로비닐에테르와의 공중합체로 이루어지는 양이온 교환막, 방향족 폴리설폰 공중합체를 베이스로 하여 술폰산기를 도입한 양이온 교환막, 스티렌-디비닐벤젠의 공중합체를 베이스로 하여 클로로메틸기를 도입하고 아미노화 한 음이온 교환막, 비닐피리딘-디비닐벤젠의 공중합체를 4급 피리듐화한 음이온 교환막, 방향족 폴리설폰 공중합체를 베이스로 하여 클로로메틸기를 도입하고 아미노화한 음이온 교환막 등을 이용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 셀(1)과 함께 적층되는 바이폴라 플레이트(2)로는 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 다양한 도전성 플레이트를 사용할 수 있으며, 특별히 제한하지 않으나, 예를 들면, 도전성 그라파이트 플레이트, 페놀 수지에 함침된 그라파이트 플레이트 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 바나륨 레독스 흐름 전지는 상기 스택(10)의 양극(10a)에 공급되는 양극 전해액이 저장된 양극 전해액 탱크(20a)와, 상기 스택(10)의 음극(10b)에 공급되는 음극 전해액이 저장된 음극 전해액 탱크(20b)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 양극 전해액 탱크(20a)에 저장된 양극 전해액은 양극 입수 라인(30a)을 통하여 양극(10a)으로 이송될 수 있고, 음극 전해액 탱크(20b)에 저장된 음극 전해액은 음극 입수 라인(30b)을 통하여 음극(10b)으로 이송될 수 있다.
또한, 상기 양극(10a)에 공급된 양극 전해액은 양극 출수 라인(40a)를 통하여 양극 전해액 탱크(20a)로 배출될 수 있고, 음극(10b)에 공급된 음극 전해액은 음극 출수 라인(40b)를 통하여 음극 전해액 탱크(20b)로 배출될 수 있다.
또한, 양극 입수 라인(30a) 및 음극 입수 라인(30b) 각각에는 펌프(50a, 50b)가 연결될 수 있다. 따라서, 상기 양극 입수 라인에 연결된 양극 펌프(50a)의 구동에 의하여 상기 양극 전해액 탱크(20a)에 저장된 양극 전해액은 양극 입수 라인(30a)을 통해 양극(10a)으로 공급된 뒤, 양극 출수 라인(40a)을 통해 배출되어 다시 양극 전해액 탱크(20a)로 재공급되면서 순환될 수 있다. 또한, 상기 음극 입수 라인에 연결된 음극 펌프(50b)의 구동에 의하여 상기 음극 전해액 탱크(20b)에 저장된 음극 전해액은 음극 입수 라인(30b)을 통하여 음극(10b)으로 공급된 뒤, 음극 출수 라인(40b)을 통해 배출되어 다시 음극 전해액 탱크(20b)로 재공급되며 순환될 수 있다.
상기 양극 전해액과 음극 전해액은 산화수가 각기 다른 레독스 커플로 이루어진 전해질로 제조된 것이라면 특별히 제한하지 않고 사용할 수 있으며, 상기 레독스 커플은 산화/환원의 차이에 의해 여러 가지 조합을 얻을 수 있는데, 예를 들어 V(3+/2+)/V(4+/5+) 레독스 커플을 전해액으로 사용할 수 있고, 바람직하게는 상기 레독스 커플은 양극 전해액은 V4+/V5+ 커플을 사용하고, 음극 전해액은 V2+/V3+ 커플을 사용할 수 있다.
상기 레독스 커플을 포함하는 양극 전해액과 음극 전해액을 포함하는 레독스 흐름 전지는 충전 시 양극(10a)에서는 산화 반응이 발생하고, 음극(10b)에서는 환원반응이 발생하며, 전지의 기전력은 양극 전해액과 음극 전해액에 포함된 활물질인 레독스 커플의 표준전극전위의 차이에 의해서 결정될 수 있다.
본 발명의 바나듐 레독스 흐름 전지는 무전원 시 상기 스택(10)의 양극(10a)에 공급될 양극 보조 전해액이 저장되는 양극 전해액 보조 탱크(100a) 및 무전원 시 상기 스택의 음극(10b)에 공급될 음극 보조 전해액에 저장되는 음극 전해액 보조 탱크(100b)를 포함할 수 있다.
단, 본 발명에서 상기 양극 전해액 보조 탱크(100a) 및 음극 전해액 보조 탱크(100b)는 스택(10)보다 높은 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 상기 양극 전해액 보조 탱크(100a)의 수평 중심선(100a')이 스택(10)의 수평 중심선(10') 보다 높이 위치할 수 있고, 상기 음극 전해액 보조 탱크(100b)의 수평 중심선(100b') 또한 스택(10)의 수평 중심선(10') 보다 높이 위치할 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 양극 전해액 보조 탱크(100a)의 최하면 (100a'')이 스택(10)의 최상면(10'') 보다 높이 위치할 수 있고, 상기 음극 전해액 보조 탱크(100b)의 최하면(100b'') 또한 스택(10)의 최상면(10'') 보다 높이 위치할 수 있다.
단, 본 발명에서 상기 '최하면'이라 함은 보조 탱크의 어느 일면 중 지면에 가장 가까이 위치하는 면을 의미하고, '최상면'이라 함은 스택의 어느 일면 중 지면으로부터 가장 멀리 위치하는 면을 의미한다.
상기 양극 전해액 보조 탱크(100a)에 저장된 양극 보조 전해액은 양극 보조 라인(200a)을 통하여 양극(10a)에 공급될 수 있고, 음극 전해액 보조 탱크(200b)에 저장된 음극 보조 전해액은 음극 보조 라인(200b)을 통하여 음극(10b)에 공급될 수 있다.
이때, 상기 양극 보조 라인(200a)에 구비된 양극 보조 밸브(300a)를 통하여 양극 보조 라인(200a)의 개폐 여부를 조절할 수 있고, 음극 보조 라인(200b)에 구비된 음극 보조 밸브(300b)를 통하여 음극 보조 라인(200b)의 개폐 여부를 조절할 수 있다.
보다 상세하게는, 레독스 흐름 전지의 운전 시, 혹은 외부로부터 전력을 공급받을 수 있을 때에는 상기 양극 보조 밸브(300a)와 음극 보조 밸브(300b)를 오프(off)로 설정하여 양극 보조 라인(200a)과 음극 보조라인(200b)을 차단해 둘 수 있다.
반면, 레독스 흐름 전지의 장기간 미운전 후 재운전하는 경우나, 혹은 외부로부터 전력을 공급받을 수 없는 때(예를 들면, 정전 등)와 같은 무전원 시에는 상기 양극 보조 밸브(300a)와 음극 보조 밸브(300b)를 온(on)으로 설정할 수 있다. 그 경우 상기한 바와 같이 양극 전해액 보조 탱크(100a) 및 음극 전해액 보조 탱크(100b)는 스택(10)보다 높은 위치에 위치하므로, 외부 전력 없이도 중력 위치 에너지에 의하여 양극 전해액 보조 탱크(100a)에 저장된 양극 보조 전해액이 양극(10a)으로 공급될 수 있고, 음극 전해액 보조 탱크(100b)에 저장된 음극 보조 전해액은 음극(10b)으로 공급될 수 있다.
상기 양극 전해액 보조 탱크(100a) 및 음극 전해액 보조 탱크(200b) 각각에 저장되는 전해액의 양은 특별히 제한하지는 않으나, 바람직하게는 스택(10)의 내부에 자가 방전된 전해액을 대체하고, 양극 펌프(50a) 및 음극 펌프(50b) 각각의 구동에 필요한 양일 수 있으며, 스택(10)의 크기에 따라 그 양을 적절히 조절할 수 있다. 바람직하게는, 스택(10)의 최대 출력으로 1 내지 5분, 또는 1 내지 3분, 또는 2분간 가동할 수 있는 양일 수 있다.
상기 바나듐 레독스 흐름 전지의 운전 시, 혹은 외부로부터 전력을 공급받을 수 있을 때에는 상기 양극 전해액 탱크(a)에 저장된 양극 전해액의 일부를 양극 바이패스 라인(60a)을 통하여 양극 보조 탱크(100a)에 충전할 수 있고, 상기 음극 전해액 탱크(b)에 저장된 음극 전해액의 일부를 음극 바이패스 라인(60b)을 통하여 음극 보조 탱크(100b)에 충전할 수 있다.
이때, 상기 양극 바이패스 라인(60a)은 양극 전해액의 공급 방향을 기준으로 양극 입수 라인(30a)의 양극 펌프(50a) 후단과 양극 전해액 보조 탱크(100a)를 연결할 수 있다. 또한, 상기 음극 바이패스 라인(60b)은 음극 전해액의 공급 방향을 기준으로 음극 입수 라인(30b)의 음극 펌프(50b) 후단과 음극 전해액 보조 탱크(100b)를 연결할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 바나듐 레독스 흐름 전지는 장기간 미운전 후 재운전하거나, 혹은 정전 등과 같이 외부로부터 전력을 공급받기 어려운 상황에서 단순히 밸브의 개폐 조작만으로 자가 기동이 가능한 장점이 있다.
단, 본 발명에서 '무전원(無電源)'이라 함은 정전 등과 같이 불가항력적으로 외부로부터 전력을 공급받지 못하는 상황이거나, 혹은 의도적으로 외부로부터 전력을 공급받지 않는 상황을 모두 포괄적하여 포함하는 의미이다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
[실시예 1]
도 2에 나타낸 운전 공정에 따라 장기간 미운전 중이던 바나듐 레독스 흐름 전지에 별도의 외부 전력을 공급함 없이 재운전시켰다. 구체적으로는, 장기간 미운전 동안에 상기 양극 보조 밸브(300a)와 음극 보조 밸브(300b)를 오프(off)로 설정하여 양극 보조 라인(200a)과 음극 보조라인(200b)을 차단해 둔 뒤, 양극 전해액 보조 탱크(100a)에는 V4+/V5+ 커플의 양극 보조 전해액을 충전해 두었고, 음극 전해액 보조 탱크(100b)에는 V2+/V3+ 커플의 음극 보조 전해액을 충전해 두었다. 단, 상기 보조 전해액의 충전량은 스택(10)의 최대 출력으로 2분 동안 가동할 수 있는 양으로 설정하였다. 이후, 상기 바나듐 레독스 흐름 전지를 재운전시키기 위하여 상기 양극 보조 밸브(300a)와 음극 보조 밸브(300b)를 온(on)으로 조절하자, 별도의 외부 전력을 공급하지 않아도 중력 위치 에너지에 의하여 스택(10)보다 상부에 위치한 양극 전해액 보조 탱크(100a)로부터 스택의 양극(10a)으로 양극 보조 전해액이 이동하였고, 음극 전해액 보조 탱크(100b)로부터 스택(10)의 음극(10b)으로 음극 보조 전해액이 이동하였다. 상기 양극(10a) 및 음극(10b) 각각에 공급된 전해액은 이들 내부에 자가 방전된 전해액을 대체하여, 양극(10a)에서는 산화 반응이 일어나고, 음극(10b)에서는 환원반응이 일어났다. 이와 같은 스택(10)의 출력으로 양극 펌프(50a) 및 음극 펌프(50b)가 구동되어 양극 전해액 탱크(100a) 및 음극 전해액 탱크(100b) 각각에 저장된 전해액을 스택(10)에 순환시키자 이후 지속적인 운전이 가능하였다.
이처럼, 본 발명에서는 장기간 미운전 후 재운전 시에 별도의 외부 전력을 공급하지 않고도 밸브(300a, 300b)의 온(on)/오프(off)의 조절만으로 구동이 가능하다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1: 셀 2: 바이폴라 플레이트
10: 스택 10a: 양극
10b: 음극 10c: 분리막
10': 스택의 수평 중심선 10'': 스택의 최상면
20a: 양극 전해액 탱크 20b: 음극 전해액 탱크
30a: 양극 입수 라인 30b: 음극 입수 라인
40a: 양극 출수 라인 40b: 음극 출수 라인
50a: 양극 펌프 50b: 음극 펌프
60a: 양극 바이패스 라인 60b: 음극 바이패스 라인
100a: 양극 전해액 보조 탱크 100b: 음극 전해액 보조 탱크
100a': 양극 전해액 보조 탱크의 수평 중심선
100a'': 양극 전해액 보조 탱크의 최하면
100b': 음극 전해액 보조 탱크의 수평 중심선
100b'': 음극 전해액 보조 탱크의 최하면
200a: 양극 보조 라인 200b: 음극 보조 라인
300a: 양극 보조 밸브 300b: 음극 보조 밸브

Claims (17)

  1. 양극, 분리막 및 음극을 포함하는 셀과 바이폴라 플레이트가 반복 적층되어 형성된 스택;
    상기 스택의 양극에 공급되는 양극 전해액이 저장된 양극 전해액 탱크;
    상기 스택의 음극에 공급되는 음극 전해액이 저장된 음극 전해액 탱크;
    상기 양극 전해액 탱크에 저장된 양극 전해액을 양극에 이송시키는 양극 입수 라인;
    상기 음극 전해액 탱크에 저장된 음극 전해액을 음극에 이송시키는 음극 입수 라인;
    상기 양극 입수 라인에 연결되어 양극 전해액을 양극에 공급하는 양극 펌프;
    상기 음극 입수 라인에 연결되어 음극 전해액을 음극에 공급하는 음극 펌프;
    무전원 시 상기 스택의 양극에 공급될 양극 보조 전해액이 저장되는 양극 전해액 보조 탱크;
    무전원 시 상기 스택의 음극에 공급될 음극 보조 전해액이 저장되는 음극 전해액 보조 탱크;
    상기 양극 전해액 보조 탱크에 저장된 양극 보조 전해액을 양극에 공급하는 양극 보조 라인;
    상기 음극 전해액 보조 탱크에 저장된 음극 보조 전해액을 음극에 공급하는 음극 보조 라인;
    상기 양극 보조 라인에 구비된, 상기 양극 보조 라인의 개폐를 조절하는 양극 보조 밸브; 및
    상기 음극 보조 라인에 구비된, 상기 음극 보조 라인의 개폐를 조절하는 음극 보조 밸브를 포함하며,
    상기 양극 전해액 보조 탱크 및 상기 음극 전해액 보조 탱크 각각은 스택보다 높은 위치에 배치되고,
    상기 양극 전해액 탱크에 저장된 양극 전해액의 일부를 양극 전해액 보조 탱크로 공급하는 양극 바이패스 라인; 및
    상기 음극 전해액 탱크에 저장된 음극 전해액의 일부를 음극 전해액 보조 탱크로 공급하는 음극 바이패스 라인을 더 포함하고,
    상기 양극 바이패스 라인은 상기 양극 전해액의 공급 방향을 기준으로 양극 입수 라인의 양극 펌프의 후단과 양극 전해액 보조 탱크를 연결하고, 상기 음극 바이패스 라인은 상기 음극 전해액의 공급 방향을 기준으로 음극 입수 라인의 음극 펌프의 후단과 음극 전해액 보조 탱크를 연결하는, 자가 기동이 가능한 바나듐 레독스 흐름 전지의 운전 방법으로서,
    무전원 시 상기 양극 보조 밸브와 상기 음극 보조 밸브를 온(on)으로 설정하여 중력 위치 에너지에 의하여 상기 양극 전해액 보조 탱크에 저장된 양극 보조 전해액을 상기 양극 보조 라인을 통해 상기 양극으로 공급하고, 상기 음극 전해액 보조 탱크에 저장된 상기 음극 보조 전해액을 상기 음극 보조 라인을 통해 상기 음극으로 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 바나듐 레독스 흐름 전지의 운전 시, 상기 양극 전해액 탱크에 저장된 양극 전해액의 일부를 상기 양극 바이패스 라인을 통하여 양극 보조 탱크에 충전하고, 상기 음극 전해액 탱크에 저장된 음극 전해액의 일부를 상기 음극 바이패스 라인을 통하여 음극 보조 탱크에 충전하는 단계를 포함하는, 자가 기동이 가능한 바나듐 레독스 흐름 전지의 운전 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양극 전해액 보조 탱크의 수평 중심선이 스택의 수평 중심선 보다 높이 위치하는, 바나듐 레독스 흐름 전지의 운전방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 음극 전해액 보조 탱크의 수평 중심선이 스택의 수평 중심선 보다 높이 위치하는, 바나듐 레독스 흐름 전지의 운전방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양극 전해액 보조 탱크의 최하면이 스택의 최상면 보다 높이 위치하는, 바나듐 레독스 흐름 전지의 운전방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 음극 전해액 보조 탱크의 최하면이 스택의 최상면 보다 높이 위치하는, 바나듐 레독스 흐름 전지의 운전방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 양극으로부터 양극 전해액 탱크에 양극 전해액을 배출시키는 양극 출수 라인; 및
    상기 음극으로부터 음극 전해액 탱크에 음극 전해액을 배출시키는 음극 출수 라인을 더 포함하는, 바나듐 레독스 흐름 전지의 운전방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2724817B2 (ja) * 1986-02-11 1998-03-09 ユニサーチ・リミテッド 全バナジウムのレドツクス電池
JP2006093016A (ja) * 2004-09-27 2006-04-06 Kansai Electric Power Co Inc:The レドックスフロー電池およびレドックスフロー電池システム
KR101394255B1 (ko) * 2012-12-18 2014-05-13 한국에너지기술연구원 레독스 흐름전지 및 그 운전 방법
US20150093606A1 (en) * 2012-05-10 2015-04-02 Beijing Hawaga Power Storage Technology Company Ltd. Pump-free lithium ion liquid flow battery, battery reactor and preparation method of electrode suspension solution
CN104538662A (zh) * 2014-12-11 2015-04-22 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种液流电池系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2724817B2 (ja) * 1986-02-11 1998-03-09 ユニサーチ・リミテッド 全バナジウムのレドツクス電池
JP2006093016A (ja) * 2004-09-27 2006-04-06 Kansai Electric Power Co Inc:The レドックスフロー電池およびレドックスフロー電池システム
US20150093606A1 (en) * 2012-05-10 2015-04-02 Beijing Hawaga Power Storage Technology Company Ltd. Pump-free lithium ion liquid flow battery, battery reactor and preparation method of electrode suspension solution
KR101394255B1 (ko) * 2012-12-18 2014-05-13 한국에너지기술연구원 레독스 흐름전지 및 그 운전 방법
CN104538662A (zh) * 2014-12-11 2015-04-22 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种液流电池系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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