KR101990516B1 - Method for rebalancing electrolyte of flow battery - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 플로우 배터리의 전해액 재생방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for regenerating an electrolyte of a flow battery.

Description

플로우 배터리의 전해액 재생방법{METHOD FOR REBALANCING ELECTROLYTE OF FLOW BATTERY}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of regenerating an electrolyte,

본 명세서는 플로우 배터리의 전해액 재생방법에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for regenerating an electrolyte of a flow battery.

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.Power storage technology is an important technology for efficient use of energy, such as efficient use of power, improvement of power supply system's ability and reliability, expansion of new and renewable energy with a large fluctuation over time, energy recovery of mobile body, There is a growing demand for possibilities and social contributions.

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.The supply and demand balances of semi-autonomous regional electricity supply systems such as micro grid and the uneven output of renewable energy such as wind power and solar power are appropriately distributed and voltage and frequency fluctuations Researches on secondary batteries have been actively conducted to control the influence of secondary batteries, and expectations for utilization of secondary batteries are increasing in these fields.

대용량 전력 저장용으로 사용될 이차 전지에 요구되는 특성을 살펴보면 에너지 저장 밀도가 높아야 하며 이러한 특성에 가장 적합한 고용량 및 고효율의 2차 전지로서 흐름 전지가 가장 각광받고 있다.The characteristics required for secondary batteries to be used for large-capacity power storage must be high in energy storage density, and a secondary battery with high capacity and high efficiency most suitable for such characteristics is the most popular.

흐름 전지는 분리막을 중심으로 양측에 캐소드 및 애노드의 전극이 위치하도록 구성된다. The flow cell is configured such that the electrodes of the cathode and the anode are positioned on both sides of the separation membrane.

전극의 외부에 각각 전기 전도를 위한 바이폴라 플레이트가 구비되며, 전해질을 담아놓는 캐소드 탱크와 애노드 탱크 그리고 전해질이 들어가는 유입구와 전해질이 다시 나오는 배출구를 포함하여 구성된다.A bipolar plate for electric conduction is provided on the outside of the electrode, and a cathode tank and an anode tank for holding the electrolyte, and an inlet through which the electrolyte enters and an outlet through which the electrolyte again flows.

대한민국특허공개 제 10-2009-0046087 호Korean Patent Publication No. 10-2009-0046087

본 명세서는 플로우 배터리의 전해액 재생방법을 제공하고자 한다. The present specification is intended to provide a method for regenerating an electrolyte of a flow battery.

본 명세서는 애노드, 캐소드, 상기 애노드 및 캐소드 사이에 구비된 분리막, 상기 애노드로 애노드 전해액을 공급하고 상기 애노드로부터 배출되는 애노드 전해액을 보관하는 애노드 전해액 저장부 및 상기 캐소드로 캐소드 전해액을 공급하고 상기 캐소드로부터 배출되는 캐소드 전해액을 보관하는 캐소드 전해액 저장부를 포함하는 플로우 배터리를 충전과 방전을 반복하여 작동시킨 후 상기 플로우 배터리의 작동을 정지시키는 단계; 상기 애노드 전해액 저장부에 보관된 애노드 전해액의 양과 캐소드 전해액 저장부에 보관된 캐소드 전해액의 양을 비교하여, 캐소드 전해액의 양이 애노드 전해액의 양보다 많을 때 상기 캐소드 전해액 저장부에 환원제를 투입하고, 애노드 전해액의 양이 캐소드 전해액의 양보다 많을 때 상기 애노드 전해액 저장부의 애노드 전해액을 산소에 노출시키는 제1 처리단계; 상기 제1 처리단계 후에, 전해액의 양이 많은 측으로부터 전해액의 양이 적은 측으로, 상기 애노드 전해액 저장부에 보관된 애노드 전해액의 양과 캐소드 전해액 저장부에 보관된 캐소드 전해액의 양의 차이의 2/5 내지 3/5의 전해액을 옮기는 단계; 상기 전해액이 추가로 첨가된 측이 캐소드 전해액 저장부일 때 상기 캐소드 전해액 저장부에 환원제를 투입하고, 상기 전해액이 추가로 첨가된 측이 애노드 전해액 저장부일 때 상기 애노드 전해액 저장부의 애노드 전해액을 산소에 노출시키는 제2 처리단계; 및 상기 제2 처리단계 후에, 상기 캐소드 전해액 및 애노드 전해액을 서로 혼합한 후 혼합된 전해액을 상기 캐소드 전해액 저장부 및 애노드 전해액 저장부에 각각 나누어 담는 혼합 및 분기단계를 포함하는 플로우 배터리의 전해액 재생방법을 제공한다. The anode includes a cathode, a separator provided between the anode and the cathode, an anode electrolytic solution reservoir for supplying an anode electrolytic solution to the anode and storing an anode electrolytic solution discharged from the anode, and a cathode electrolytic solution supplied to the cathode, And a cathode electrolytic solution storage unit for storing the cathode electrolytic solution discharged from the cathode electrolytic solution storage unit; and stopping the operation of the flow battery after repeating the operation of charging and discharging the flow battery including the cathode electrolytic solution storage unit. Comparing the amount of the anode electrolyte stored in the anode electrolyte storage part with the amount of the cathode electrolyte stored in the cathode electrolyte storage part and injecting the reducing agent into the cathode electrolyte storage part when the amount of the cathode electrolyte is larger than the amount of the anode electrolyte, A first processing step of exposing the anode electrolyte of the anode electrolyte reservoir to oxygen when the amount of the anode electrolyte is greater than the amount of the cathode electrolyte; After the first treatment step, the difference between the amount of the anode electrolyte stored in the anode electrolyte reservoir and the amount of the cathode electrolyte stored in the cathode electrolyte reservoir is 2/5 of the difference between the amount of the anode electrolyte stored in the anode electrolyte reservoir and the amount of electrolyte, To 3/5 of the electrolytic solution; A reducing agent is added to the cathode electrolyte storage part when the electrolyte solution storage part is additionally added to the cathode electrolyte solution storage part, and when the electrolyte solution is further added to the anode electrolyte solution storage part, the anode electrolyte solution in the anode electrolyte solution storage part is exposed to oxygen ; And a mixing and branching step of mixing the cathode electrolytic solution and the anode electrolytic solution after mixing the cathode electrolytic solution and the anode electrolytic solution into the cathode electrolytic solution storage part and the anode electrolytic solution storage part, respectively, .

본 명세서는 막투과 현상으로 인하여 저하된 전해액을 재생하여 전지용량을 회복할 수 있는 장점이 있다. The present invention has the advantage of recovering the capacity of the battery by regenerating the electrolyte which is deteriorated due to the membrane permeation phenomenon.

본 명세서는 전해액의 이온불균형의 정도가 크더라고 전지용량을 회복할 수 있는 장점이 있다.The present specification has an advantage in that the degree of ion imbalance of the electrolytic solution is large and the battery capacity can be restored.

본 명세서의 전해액 재생방법은 재생과정에서 버려지는 전해액이 없는 장점이 있다. The electrolytic solution regeneration method of the present invention is advantageous in that there is no discharged electrolyte in the regeneration process.

도 1은 실험예 1의 UV-Vis. Spectroscopy로 산화수를 분석한 결과이다.
도 2는 실험예 2의 전지 성능을 평가한 결과이다.
Fig. 1 shows the UV-Vis. It is the result of analysis of oxidation number by spectroscopy.
Fig. 2 shows the results of evaluating the cell performance of Experimental Example 2. Fig.

이하에서 본 명세서에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 명세서는 애노드; 캐소드; 상기 애노드 및 캐소드 사이에 구비된 분리막; 상기 애노드로 애노드 전해액을 공급하고 상기 애노드로부터 배출되는 애노드 전해액을 보관하는 애노드 전해액 저장부; 및 상기 캐소드로 캐소드 전해액을 공급하고 상기 캐소드로부터 배출되는 캐소드 전해액을 보관하는 캐소드 전해액 저장부를 포함하는 플로우 배터리에 관한 것이다. The present disclosure relates to an anode; Cathode; A separator provided between the anode and the cathode; An anode electrolytic solution storage unit for supplying the anode electrolytic solution to the anode and storing the anode electrolytic solution discharged from the anode; And a cathode electrolytic solution storage part for supplying the cathode electrolytic solution to the cathode and storing the cathode electrolytic solution discharged from the cathode.

상기 분리막의 재료는 이온을 전달할 수 있다면 특별히 한정하지 않고 당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것을 선택할 수 있다.The material of the separation membrane is not particularly limited as long as it is capable of transferring ions, and can be selected generally used in the art.

상기 분리막은 이온 전도성을 가지는 고분자를 포함할 수 있다. 상기 분리막은 이온 전도성을 가지는 고분자로 이루어지거나, 다공성 몸체의 기공에 이온 전도성을 가지는 고분자가 구비된 것일 수 있다.The separation membrane may include a polymer having ion conductivity. The separation membrane may be formed of a polymer having ion conductivity, or may be provided with a polymer having ion conductivity in pores of the porous body.

상기 이온 전도성을 가지는 고분자는 이온 교환을 할 수 있는 물질이라면 특별히 한정하지 않으며, 당 기술분야에서 일반적으로 사용하는 것을 이용할 수 있다.The polymer having ion conductivity is not particularly limited as long as it is a substance capable of ion exchange, and those generally used in the art can be used.

상기 이온 전도성을 가지는 고분자는 탄화수소계 고분자, 부분불소계 고분자 또는 불소계 고분자일 수 있다.The ion-conducting polymer may be a hydrocarbon-based polymer, a partially fluorinated polymer, or a fluorinated polymer.

상기 탄화수소계 고분자는 플루오린기가 없는 탄화수소계 술폰화 고분자일 수 있으며, 반대로 불소계 고분자는 플루오린기로 포화된 술폰화 고분자일 수 있고, 상기 부분불소계 고분자는 플루오린기로 포화되지 않은 술폰화 고분자일 수 있다. The hydrocarbon-based polymer may be a hydrocarbon-based sulfonated polymer having no fluorine group. Alternatively, the fluorinated polymer may be a sulfonated polymer saturated with a fluorine group, and the partially fluorinated polymer may be a sulfonated polymer that is not saturated with a fluorine group have.

상기 이온 전도성을 가지는 고분자는 퍼플루오르술폰산계 고분자, 탄화수소계 고분자, 방향족 술폰계 고분자, 방향족 케톤계 고분자, 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리스티렌계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리페닐렌옥사이드계 고분자, 폴리포스파젠계 고분자, 폴리에틸렌나프탈레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 도핑된 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리페닐퀴녹살린계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 폴리피롤계 고분자 및 폴리아닐린계 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또 는 둘 이상의 고분자일 수 있다. 상기 고분자는 단일 공중합체, 교대 공중합체, 랜덤 공중합체, 블록 공중합체, 멀티블록 공중합체 또는 그라프트 공중합체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The polymer having ionic conductivity may be at least one selected from the group consisting of perfluorosulfonic acid polymer, hydrocarbon polymer, aromatic sulfon polymer, aromatic ketone polymer, polybenzimidazole polymer, polystyrene polymer, polyester polymer, polyimide polymer, polyvinyl Based polymers, polyether sulfone-based polymers, polyphenylene sulfide-based polymers, polyphenylene oxide-based polymers, polyphosphazene-based polymers, polyethylene naphthalate-based polymers, polyester-based polymers, doped polybenzimidazole-based polymers And may be one or two or more polymers selected from the group consisting of polymers, polyether ketone polymers, polyphenylquinoxaline polymers, polysulfone polymers, polypyrrole polymers and polyaniline polymers. The polymer may be a single copolymer, an alternating copolymer, a random copolymer, a block copolymer, a multi-block copolymer or a graft copolymer, but is not limited thereto.

상기 이온전도체는 양이온 전도성을 가지는 고분자일 수 있으며, 예를 들면, 나피온(Nafion), 술폰화 폴리에테르에테르케톤 (sPEEK, Polyetheretherketone) 술폰화 폴리에테르케톤 (sPEK, sulfonated (polyetherketone)), 폴리비닐리덴 플로라이드-그라프트-폴리스티렌 술폰산 (poly (vinylidene fluoride)-graft-poly(styrene sulfonic acid), PVDF-g-PSSA) 및 술폴화 폴리플루로레닐 에테르케톤 (Sulfonated poly (fluorenyl ether ketone)) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The ionic conductor may be a polymer having cationic conductivity, for example, Nafion, sulfonated polyetheretherketone (sPEEK) sulfonated polyetherketone (sPEK), polyvinyl (Vinylidene fluoride) -graft-poly (styrene sulfonic acid), PVDF-g-PSSA) and sulphated poly (fluorenyl ether ketone) And may include at least one.

상기 다공성 몸체는 다수의 기공을 포함하고 있다면 몸체의 구조 및 재질은 특별히 한정되지 않으며, 당 기술분야에서 일반적으로 사용하는 것을 이용할 수 있다.If the porous body includes a plurality of pores, the structure and material of the body are not particularly limited, and those generally used in the art can be used.

예를 들면, 상기 다공성 몸체는 폴리 이미드(Polyimide:PI), 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephtalate:PET), 폴리테트라플루오로 에틸렌(polytetrafluoro ethylene:PTFE), 폴리에틸렌(Polyethylene:PE), 폴리프로필렌(polypropylene:PP), 폴리아릴렌에테르 술폰(Poly(arylene ether sulfone):PAES) 및 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone:PEEK) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the porous body may be formed of a material selected from the group consisting of polyimide (PI), nylon, polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene (PE) polypropylene (PP), poly (arylene ether sulfone) (PAES), and polyetheretherketone (PEEK).

상기 분리막의 두께는 20㎛ 이상 200㎛ 이하일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.The thickness of the separation membrane may be 20 탆 or more and 200 탆 or less, but is not limited thereto.

상기 플로우 배터리는 분리막으로 분리된 캐소드와 애노드를 포함한다. The flow battery includes a cathode and an anode separated by a separator.

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. The cathode is an electrode that receives electrons when it is discharged and is reduced. On the other hand, when the battery is charged, the cathode active material may oxidize and serve as an anode (an oxidizing electrode) for emitting electrons.

상기 애노드는 방전될 때 산화되어 전자를 내보내는 전극을 의미하며, 반대로, 전지의 충전 시에는 전자를 받아 환원되는 캐소드(환원전극)의 역할을 수행할 수 있다.The anode refers to an electrode that is oxidized to discharge electrons when it is discharged. On the other hand, when the battery is charged, the anode can function as a cathode (reduction electrode) that is reduced by receiving electrons.

상기 플로우 배터리는 애노드 전해액 또는 캐소드 전해액을 각각 저장하는 애노드 저장부 및 캐소드 저장부; 상기 애노드 저장부 및 캐소드 저장부와 연결되어 상기 전해액을 애노드 또는 캐소드로 공급하는 펌프; 상기 펌프로부터 애노드 전해액 또는 캐소드 전해액이 각각 유입되는 애노드 유입구 및 캐소드 유입구; 및 애노드 또는 캐소드로부터 전해액이 각각 애노드 저장부 및 캐소드 저장부로 배출되는 애노드 배출구 및 애노드 배출구를 더 포함할 수 있다.The flow battery includes an anode storage unit and a cathode storage unit, respectively, for storing the anode electrolyte or the cathode electrolyte; A pump connected to the anode reservoir and the cathode reservoir to supply the electrolyte solution to the anode or the cathode; An anode inlet and a cathode inlet through which the anode electrolytic solution or the cathode electrolytic solution flows respectively from the pump; And an anode outlet and an anode outlet through which the electrolyte solution is discharged from the anode or the cathode to the anode reservoir and the cathode reservoir, respectively.

상기 캐소드 및 애노드는 각각 집전체; 및 상기 집전체와 분리막 사이에 구비된 카본펠트 등의 다공성 카본을 포함하며, 상기 캐소드는 캐소드 전해액이 캐소드 저장부로부터 주입 및 배출되고, 상기 애노드는 애노드 전해액이 애노드 저장부로부터 주입 및 배출되면서 화학적으로 반응하여 전기 에너지를 충전하고 방전할 수 있는 영역을 의미한다.The cathode and the anode each include a current collector; And a porous carbon such as carbon felt provided between the current collector and the separator, wherein the cathode electrolyte is injected and discharged from the cathode storage part, and the anode is chemically and chemically oxidized while being injected and discharged from the anode storage part To discharge the electric energy.

상기 캐소드 전해액 및 애노드 전해액은 각각 용매 및 양이온성 금속염을 포함할 수 있다. The cathode electrolytic solution and the anode electrolytic solution may each contain a solvent and a cationic metal salt.

상기 캐소드 전해액 및 애노드 전해액은 각각 양이온성 금속염을 더 포함할 수 있다. 상기 양이온성 금속염은 용매에 녹으면서 금속 양이온으로 해리되는 염을 의미한다. 이때, 상기 금속 양이온은 전극 활물질로서 역할을 수행한다. The cathode electrolytic solution and the anode electrolytic solution may each further include a cationic metal salt. The cationic metal salt means a salt dissociated into a metal cation while being dissolved in a solvent. At this time, the metal cation acts as an electrode active material.

상기 양이온성 금속염은 양이온성 금속의 질산염, 양이온성 금속의 염화염, 양이온성 금속의 황화염, 양이온성 금속의 황산염 및 양이온성 금속의 탄산염 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The cationic metal salt may include at least one of a nitrate of a cationic metal, a chloride salt of a cationic metal, a sulfate of a cationic metal, a sulfate of a cationic metal, and a carbonate of a cationic metal.

상기 양이온성 금속염은 바나듐, 티타늄, 크롬, 망간, 철, 니오븀, 몰리브덴, 은, 탄탈럼 또는 텅스텐의 질산염; 바나듐, 티타늄, 크롬, 망간, 철, 니오븀, 몰리브덴, 은, 탄탈럼 또는 텅스텐의 염화염; 바나듐, 티타늄, 크롬, 망간, 철, 니오븀, 몰리브덴, 은, 탄탈럼 또는 텅스텐의 황화염; 바나듐, 티타늄, 크롬, 망간, 철, 니오븀, 몰리브덴, 은, 탄탈럼 또는 텅스텐의 황산염; 및 바나듐, 티타늄, 크롬, 망간, 철, 니오븀, 몰리브덴, 은, 탄탈럼 또는 텅스텐의 탄산염 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Wherein the cationic metal salt is selected from the group consisting of nitrates of vanadium, titanium, chromium, manganese, iron, niobium, molybdenum, silver, tantalum or tungsten; Salts of vanadium, titanium, chromium, manganese, iron, niobium, molybdenum, silver, tantalum or tungsten; A sulfur flame of vanadium, titanium, chromium, manganese, iron, niobium, molybdenum, silver, tantalum or tungsten; Sulphates of vanadium, titanium, chromium, manganese, iron, niobium, molybdenum, silver, tantalum or tungsten; And at least one of vanadium, titanium, chromium, manganese, iron, niobium, molybdenum, silver, tantalum or tungsten carbonate.

상기 애노드 전해액이 양이온성 금속염을 포함하는 경우, 상기 애노드 전해액 중 양이온성 금속염의 몰농도는 0.001M 이상 0.1M 이하일 수 있다. 다시 말하면, 애노드 전해액 1 리터에 녹아있는 양이온성 금속염의 몰수는 0.001mol 이상 0.1mol 이하일 수 있다.When the anode electrolyte contains a cationic metal salt, the molarity of the cationic metal salt in the anode electrolyte may be 0.001 M or more and 0.1 M or less. In other words, the number of moles of the cationic metal salt dissolved in one liter of the anode electrolyte can be 0.001 mol or more and 0.1 mol or less.

상기 캐소드 전해액이 양이온성 금속염을 포함하는 경우, 상기 캐소드 전해액 중 양이온성 금속염의 몰농도는 0.001M 이상 0.1M 이하일 수 있다. 다시 말하면, 캐소드 전해액 1 리터에 녹아있는 양이온성 금속염의 몰수는 0.001mol 이상 0.1mol 이하일 수 있다.When the cathode electrolyte contains a cationic metal salt, the molar concentration of the cationic metal salt in the cathode electrolyte may be 0.001 M or more and 0.1 M or less. In other words, the number of moles of the cationic metal salt dissolved in 1 liter of the cathode electrolyte may be 0.001 mol or more and 0.1 mol or less.

상기 캐소드 전해액 및 애노드 전해액은 전극 활물질로서 각각 캐소드 활물질 및 애노드 활물질을 포함할 수 있다. 상기 캐소드 활물질은 방전 시 전자를 받아 환원되고 충전 시 산화되어 전자를 내보내는 물질을 의미하며, 상기 애노드 활물질은 방전 시 산화되어 전자를 내보내고 충전 시 전자를 받아 환원되는 물질을 의미한다. 상기 캐소드 전해액 및 애노드 전해액은 전극 활물질은 각각 양이온성 금속염으로부터 해리된 금속이온일 수 있다. The cathode electrolytic solution and the anode electrolytic solution may include a cathode active material and an anode active material, respectively, as an electrode active material. The cathode active material refers to a material which is reduced by receiving electrons upon discharge and oxidized to form electrons when it is charged. The anode active material refers to a material that is oxidized at the time of discharge to reduce electrons by discharging electrons. The cathode active material and the anode active material may be metal ions dissociated from the cationic metal salt, respectively.

상기 플로우 배터리의 전극 활물질은 동일한 금속이 산화수가 다른 3 이상의 타입을 갖는 금속이온일 수 있다. 구체적으로, 상기 플로우 배터리의 전극 활물질은 바나듐 이온, 티타늄 이온, 크롬 이온, 망간 이온, 철 이온, 니오븀 이온, 몰리브덴 이온, 은 이온, 탄탈럼 이온 및 텅스텐 이온 중 어느 하나일 수 있다. The electrode active material of the flow battery may be a metal ion having three or more types in which the same metal is different in oxidation number. Specifically, the electrode active material of the flow battery may be any one of a vanadium ion, a titanium ion, a chromium ion, a manganese ion, an iron ion, a niobium ion, a molybdenum ion, a silver ion, a tantalum ion and a tungsten ion.

상기 플로우 배터리의 전극 활물질이 바나듐 이온인 경우, 상기 캐소드 전해액은 V5 + 및 V4 + 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 애노드 전해액은 V2 + 및 V3 + 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이론적으로, 상기 바나듐 플로우 배터리는 평균산화수 3.5가의 이온균형을 이루며, 구체적으로, 상기 플로우 배터리의 완전 충전상태(SOC 100)에서, 상기 캐소드 전해액은 V5 +를 포함하고, 상기 애노드 전해액은 V2 +를 포함하며, 상기 플로우 배터리의 완전 방전상태(SOC 0)에서, 상기 캐소드 전해액은 V4 +를 포함하고, 상기 애노드 전해액은 V3 +를 포함할 수 있다.When the electrode active material of the flow battery is vanadium ion, the cathode electrolyte may include at least one of V 5 + and V 4 + , and the anode electrolyte may include at least one of V 2 + and V 3 + . In theory, the vanadium flow battery has an ion balance of an average oxidation number of 3.5. Specifically, in the fully charged state (SOC 100) of the flow battery, the cathode electrolyte contains V 5 + , and the anode electrolyte is V 2 + , And in the fully discharged state (SOC 0) of the flow battery, the cathode electrolyte contains V 4 + , and the anode electrolyte may include V 3 + .

상기 용매는 전극 활물질을 녹일 수 있다면 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면, 황산 수용액, 염산 수용액, 질산 수용액 및 이들의 혼합용액을 포함할 수 있다.The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the electrode active material. For example, the solvent may include an aqueous sulfuric acid solution, an aqueous hydrochloric acid solution, an aqueous nitric acid solution, and a mixed solution thereof.

상기 황산 수용액, 염산 수용액, 질산 수용액 또는 이들의 혼합용액 중 산의 몰농도는 1M 이상 6M 이하일 수 있으며, 다시 말하면, 1 리터의 전해액 중 산의 몰수는 1mol 이상 6mol 이하일 수 있다. 이때, 산은 황산, 염산, 질산 또는 이들의 혼합을 의미하며, 황산 수용액, 염산 수용액, 질산 수용액 또는 이들의 혼합용액은 각각 증류수에 황산, 염산, 질산, 또는 이들의 혼합을 첨가한 것을 말한다.The molar concentration of the acid in the sulfuric acid aqueous solution, hydrochloric acid aqueous solution, nitric acid aqueous solution, or mixed solution thereof may be 1 M or more and 6 M or less. In other words, the mole number of the acid in one liter of the electrolytic solution may be 1 mol or more and 6 mol or less. In this case, the acid means sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid or a mixture thereof. The sulfuric acid aqueous solution, the hydrochloric acid aqueous solution, the nitric acid aqueous solution, or the mixed solution thereof means sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid or a mixture thereof added to distilled water.

상기 플로우 배터리는 전극 활물질로 사용되는 금속이온의 종류에 따라 구분될 수 있으며, 상기 플로우 배터리는 전극 활물질로서 동일한 금속이 산화수가 다른 3 이상의 타입을 갖는 금속이온을 사용한다면, 특별히 한정하지 않는다. The flow battery may be classified according to the type of the metal ion used as the electrode active material, and the flow battery is not particularly limited as long as the flow battery uses metal ions having three or more types of the same metal as the electrode active material.

상기 플로우 배터리는 바나듐 플로우 배터리일 수 있다. 구체적으로, 상기 플로우 배터리는 캐소드 전해액이 V5 + 및 V4 + 중 적어도 하나를 포함하고, 애노드 전해액이 V2 + 및 V3 + 중 적어도 하나를 포함하는 바나듐 플로우 배터리일 수 있다.The flow battery may be a vanadium flow battery. Specifically, the flow battery may be a vanadium flow battery in which the cathode electrolytic solution contains at least one of V 5 + and V 4 + , and the anode electrolytic solution includes at least one of V 2 + and V 3 + .

상기 플로우 배터리의 형태는 제한되지 않으며, 예를 들어, 코인형, 평판형, 원통형, 뿔형, 버튼형, 시트형 또는 적층형일 수 있다.The shape of the flow battery is not limited, and may be, for example, a coin, a flat plate, a cylinder, a horn, a button, a sheet or a laminate.

본 명세서는 상기 플로우 배터리를 단위 전지로 포함하는 전지 모듈을 제공한다.The present specification provides a battery module including the flow battery as a unit cell.

상기 전지 모듈은 본 명세서의 플로우 배터리 사이에 바이폴라(bipolar) 플레이트를 삽입하여 스택킹(stacking)하여 형성될 수 있다.The battery module may be formed by stacking a bipolar plate between the flow batteries of the present specification.

상기 전지 모듈은 구체적으로 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장장치의 전원으로 사용될 수 있다.The battery module may be specifically used as a power source for an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a power storage device.

플로우 배터리가 충전과 방전을 반복하여 작동되는 동안, 어느 하나의 전극에서 전해액에 포함된 전극 활물질 및 용매 등이 분리막을 투과하여 반대전극으로 막투과되는 크로스오버 현상이 발생할 수 있다. 이 경우, 양 전극간의 산화환원 이온종의 이온농도 및 균형이 붕괴되기 때문에 전지용량과 효율이 저하된다.While the flow battery is repeatedly operated to charge and discharge, a crossover phenomenon may occur in which electrode active materials and solvents contained in the electrolyte permeate through the separator and permeate through the separator to the opposite electrode at any one of the electrodes. In this case, the ion concentration and balance of the redox ion species between both electrodes are collapsed, so that the battery capacity and efficiency are lowered.

예를 들면, 바나듐 플로우 배터리의 경우, 애노드 전해액의 V2 + 및 V3 +이 캐소드 전해액의 V5 + 및 V4 +보다 분리막을 투과하는 속도가 빠르기 때문에 충방전 사이클이 진행될수록, 캐소드 전해액의 바나듐 이온의 농도와 캐소드 전해액의 부피가 증가할 수 있다. 이러한 경향은 양이온 분리막을 사용하는 경우 주도적으로 일어나며, 전지 운전 조건, 환경 및 음이온 분리막 사용여부에 따라 반대로 애노드 전해액의 바나듐 이온의 농도와 캐소드 전해액의 부피가 증가할 수 있다.For example, in the case of a vanadium flow battery, since the rate at which V 2 + and V 3 + of the anode electrolytic solution permeate the separating membrane is higher than V 5 + and V 4 + of the cathode electrolytic solution, The concentration of vanadium ions and the volume of the cathode electrolyte may increase. This tendency is dominant in the case of using a cation separator, and conversely, the concentration of the vanadium ion in the anode electrolyte and the volume of the cathode electrolyte may increase depending on the operating conditions of the battery, the environment, and the use of the anion separator.

본 명세서는 크로스오버로 인한 양 전극간의 산화환원 이온종의 이온 불균형을 재생시키는 플로우 배터리의 전해액 재생방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for regenerating an electrolyte solution in a flow battery that regenerates ion imbalance of redox ion species between both electrodes due to crossover.

본 명세서는 애노드, 캐소드, 상기 애노드 및 캐소드 사이에 구비된 분리막, 상기 애노드로 애노드 전해액을 공급하고 상기 애노드로부터 배출되는 애노드 전해액을 보관하는 애노드 전해액 저장부 및 상기 캐소드로 캐소드 전해액을 공급하고 상기 캐소드로부터 배출되는 캐소드 전해액을 보관하는 캐소드 전해액 저장부를 포함하는 플로우 배터리를 충전과 방전을 반복하여 작동시킨 후 상기 플로우 배터리의 작동을 정지시키는 단계; The anode includes a cathode, a separator provided between the anode and the cathode, an anode electrolytic solution reservoir for supplying an anode electrolytic solution to the anode and storing an anode electrolytic solution discharged from the anode, and a cathode electrolytic solution supplied to the cathode, And a cathode electrolytic solution storage unit for storing the cathode electrolytic solution discharged from the cathode electrolytic solution storage unit; and stopping the operation of the flow battery after repeating the operation of charging and discharging the flow battery including the cathode electrolytic solution storage unit.

상기 애노드 전해액 저장부에 보관된 애노드 전해액의 양과 캐소드 전해액 저장부에 보관된 캐소드 전해액의 양을 비교하여, 캐소드 전해액의 양이 애노드 전해액의 양보다 많을 때 상기 캐소드 전해액 저장부에 환원제를 투입하고, 애노드 전해액의 양이 캐소드 전해액의 양보다 많을 때 상기 애노드 전해액 저장부의 애노드 전해액을 산소에 노출시키는 제1 처리단계; Comparing the amount of the anode electrolyte stored in the anode electrolyte storage part with the amount of the cathode electrolyte stored in the cathode electrolyte storage part and injecting the reducing agent into the cathode electrolyte storage part when the amount of the cathode electrolyte is larger than the amount of the anode electrolyte, A first processing step of exposing the anode electrolyte of the anode electrolyte reservoir to oxygen when the amount of the anode electrolyte is greater than the amount of the cathode electrolyte;

상기 제1 처리단계 후에, 전해액의 양이 많은 측으로부터 전해액의 양이 적은 측으로, 상기 애노드 전해액 저장부에 보관된 애노드 전해액의 양과 캐소드 전해액 저장부에 보관된 캐소드 전해액의 양의 차이의 2/5 내지 3/5의 전해액을 옮기는 단계; After the first treatment step, the difference between the amount of the anode electrolyte stored in the anode electrolyte reservoir and the amount of the cathode electrolyte stored in the cathode electrolyte reservoir is 2/5 of the difference between the amount of the anode electrolyte stored in the anode electrolyte reservoir and the amount of electrolyte, To 3/5 of the electrolytic solution;

상기 전해액이 추가로 첨가된 측이 캐소드 전해액 저장부일 때 상기 캐소드 전해액 저장부에 환원제를 투입하고, 상기 전해액이 추가로 첨가된 측이 애노드 전해액 저장부일 때 상기 애노드 전해액 저장부의 애노드 전해액을 산소에 노출시키는 제2 처리단계; 및 A reducing agent is added to the cathode electrolyte storage part when the electrolyte solution storage part is additionally added to the cathode electrolyte solution storage part, and when the electrolyte solution is further added to the anode electrolyte solution storage part, the anode electrolyte solution in the anode electrolyte solution storage part is exposed to oxygen ; And

상기 제2 처리단계 후에, 상기 캐소드 전해액 및 애노드 전해액을 서로 혼합한 후 혼합된 전해액을 상기 캐소드 전해액 저장부 및 애노드 전해액 저장부에 각각 나누어 담는 혼합 및 분기단계를 포함하는 플로우 배터리의 전해액 재생방법을 제공한다.And a mixing and branching step of mixing the cathode electrolytic solution and the anode electrolytic solution after mixing the cathode electrolytic solution and the anode electrolytic solution into the cathode electrolytic solution storage part and the anode electrolytic solution storage part, respectively, after the second processing step, to provide.

상기 플로우 배터리의 전해액 재생방법은 충전과 방전을 반복하여 작동되던 플로우 배터리의 작동을 정지시키는 단계를 포함할 수 있다. The method for regenerating the electrolyte of the flow battery may include stopping the operation of the flow battery that has been operated by repeated charging and discharging.

상기 플로우 배터리의 작동정지단계는 충전과 방전을 수회 반복하여 작동되던 플로우 배터리의 작동을 정지시키는 단계이며, 구체적으로, 초기 방전용량(mAh) 대비 30% 이상 용량이 저하될 때 작동되던 플로우 배터리의 작동을 정지시키는 단계일 수 있다. 즉, 상기 플로우 배터리의 작동정지단계는 충전과 방전을 수회 반복하여 크로스오버로 인한 전해액 간 이온 불균형이 발생된 플로우 배터리의 작동을 정지시키는 단계일 수 있다. The step of stopping the flow battery is a step of stopping the operation of the flow battery which is operated by repeating charging and discharging several times. Specifically, when the capacity of the flow battery is decreased by 30% or more of the initial discharge capacity (mAh) Stopping the operation. That is, the step of stopping the flow battery may be a step of repeating charging and discharging several times to stop the operation of the flow battery in which the ion unbalance between the electrolytic solutions due to the crossover occurs.

상기 플로우 배터리의 작동정지단계에서, 충전과 방전을 수회 반복하여 작동되던 플로우 배터리의 작동을 멈출 때, 캐소드 전해액이 애노드 전해액보다 양이 많다면, 상기 애노드 전해액 저장부에 보관된 애노드 전해액의 양과 캐소드 전해액 저장부에 보관된 캐소드 전해액의 양의 차이의 절반이 애노드 전해액의 2가 바나듐의 양보다 적거나 같아야 한다. If the amount of the anode electrolyte stored in the anode electrolyte storage portion is larger than the amount of the anode electrolyte stored in the anode electrolyte storage portion when the flow battery is stopped by operating the flow battery repeatedly by repeatedly charging and discharging in the step of stopping the flow battery, Half of the difference in the amount of the cathode electrolyte stored in the electrolyte reservoir should be less than or equal to the amount of the divalent vanadium in the anode electrolyte.

상기 플로우 배터리의 작동정지단계에서, 충전과 방전을 수회 반복하여 작동되던 플로우 배터리의 작동을 멈출 때, 애노드 전해액이 캐소드 전해액보다 양이 많다면, 상기 애노드 전해액 저장부에 보관된 애노드 전해액의 양과 캐소드 전해액 저장부에 보관된 캐소드 전해액의 양의 차이의 절반이 캐소드 전해액의 5가 바나듐의 양보다 적거나 같아야 한다.If the amount of the anode electrolyte stored in the anode electrolyte storage portion is larger than the amount of the anode electrolyte stored in the anode electrolyte storage portion when the operation of the flow battery which is operated by repeating charging and discharging several times in the step of stopping the flow battery is stopped, Half of the difference in the amount of the cathode electrolyte stored in the electrolyte reservoir should be less than or equal to the amount of pentavalent vanadium in the cathode electrolyte.

상기 플로우 배터리의 작동정지단계는 충전과 방전을 수회 반복하여 작동되던 플로우 배터리의 작동을 완전 충전 상태(SOC 100)로 정지시킬 수 있다. The step of stopping the flow battery may stop the operation of the flow battery, which was operated by repeating charging and discharging several times, in a fully charged state (SOC 100).

예를 들면, 바나듐 플로우 배터리의 완전 충전 상태(SOC 100)는 이론적으로, 상기 캐소드 전해액은 V5 +를 포함하고, 상기 애노드 전해액은 V2 +를 포함하는 상태이다. 캐소드 전해액이 상대적으로 양이 많은 이온 불균형 상태라면, 완전 충전 상태에서, 애노드 전해액은 V2+만을 포함하는 상태이나, 캐소드 전해액은 애노드 전해액의 바나듐 이온이 분리막을 투과하여 캐소드 전해액의 V5+에 전자를 제공하여 일부 V5+가 V4+으로 산화되어 V5+과 함께 V4+이 존재할 수 있다. 반대로, 애노드 전해액이 상대적으로 양이 많은 이온 불균형 상태라면, 완전 충전 상태에서, 캐소드 전해액은 V5+만을 포함하는 상태이나, 애노드 전해액은 캐소드 전해액의 바나듐 이온이 분리막을 투과하여 애노드 전해액의 V2+의 전자를 빼앗아 일부 V2+가 V3+로 환원되어 V2+와 함께 V3 +가 존재할 수 있다.For example, the fully charged state (SOC 100) of the vanadium flow battery is, theoretically, the cathode electrolyte contains V 5 + , and the anode electrolyte contains V 2 + . When the cathode electrolytic solution is in an unbalanced state with a relatively large amount, in the fully charged state, the anode electrolytic solution contains only V 2+. However , in the cathode electrolytic solution, vanadium ions of the anode electrolytic solution pass through the separator to V 5+ of the cathode electrolytic solution to provide an electronic part V 5+ is oxidized to V 4+ may be present in the V 4+ and V 5+ together. On the other hand, if the anode electrolyte is in a relatively unstable ion-unbalanced state, the cathode electrolytic solution contains only V 5 + in a fully charged state, but the anode electrolyte is a solution in which vanadium ions in the cathode electrolytic solution permeate V 2 whereby the electronic part of the + V 2+ is reduced to V 3+ may be present in the V + 3 V with a 2+.

상기 플로우 배터리의 전해액 재생방법은 상기 애노드 전해액 저장부에 보관된 애노드 전해액의 양과 캐소드 전해액 저장부에 보관된 캐소드 전해액의 양을 비교하여, 캐소드 전해액의 양이 애노드 전해액의 양보다 많을 때 상기 캐소드 전해액 저장부에 환원제를 투입하고, 애노드 전해액의 양이 캐소드 전해액의 양보다 많을 때 상기 애노드 전해액 저장부의 애노드 전해액을 산소에 노출시키는 제1 처리단계를 포함할 수 있다.The method for regenerating the electrolyte of the flow battery includes comparing the amount of the anode electrolyte stored in the anode electrolyte storage part with the amount of the cathode electrolyte stored in the cathode electrolyte storage part and when the amount of the cathode electrolyte is greater than the amount of the anode electrolyte, And a first processing step of supplying a reducing agent to the storage part and exposing the anode electrolyte of the anode electrolyte storage part to oxygen when the amount of the anode electrolyte is larger than the amount of the cathode electrolyte.

상기 제1 처리단계의 환원제는 히드라진 모노하이드레이트(N2H4-H2O)를 포함할 수 있다. 상기 1mol의 히드라진 모노하이드레이트는 환원반응 중간 및 최종 생성물로 N2, H2O 및 H2SO4를 생성하고, 4개의 전자(4e-)를 5가 바나듐에 제공하므로, 1mol의 히드라진 모노하이드레이트로 4몰 상당의 VO2 +를 VO2 +로 환원이 가능하다. 즉, 히드라진 모노하이드레이트는 전해액에 이미 존재하는 물질을 생성하거나 제거가 용이한 기체를 생성하므로 환원 후 전해액 내 불순물이 적거나 없고, 히드라진 모노하이드레이트 1몰이 4몰의 바나듐을 환원시키므로 효율이 높다.The reducing agent in the first treatment step may comprise hydrazine monohydrate (N 2 H 4 -H 2 O). The 1 mol of the hydrazine monohydrate produces N 2 , H 2 O and H 2 SO 4 as the intermediate and final products of the reduction reaction and provides four electrons (4e - ) to the pentavalent vanadium so that 1 mol of hydrazine monohydrate VO 2 + equivalent to 4 moles can be reduced to VO 2 + . That is, since hydrazine monohydrate produces a gas that easily generates a substance already present in the electrolytic solution or can easily be removed, there is little or no impurity in the electrolyte after reduction, and the efficiency is high because one mole of hydrazine monohydrate reduces 4 moles of vanadium.

상기 플로우 배터리가 바나듐 플로우 배터리인 경우, 상기 캐소드 전해액 내에 포함된 5가의 바나듐 1몰을 기준으로, 상기 제1 처리단계의 환원제로서 히드라진 모노하이드레이트의 투입량은 0.25몰이나, 반응열 및 반응속도를 감안하여 0.2몰 내지 0.3몰 범위에서 조정할 수도 있다.When the flow battery is a vanadium flow battery, the input amount of hydrazine monohydrate as a reducing agent in the first treatment step is 0.25 mol based on 1 mol of the pentavalent vanadium contained in the cathode electrolyte, but considering the reaction heat and the reaction rate And may be adjusted in the range of 0.2 mole to 0.3 mole.

상기 제1 처리단계에서, 상기 애노드 전해액 저장부의 애노드 전해액을 산소에 노출시키는 경우, 애노드 전해액 저장부에 고순도의 산소, 산소를 포함하는 기체 또는 산소를 포함하는 대기 중의 공기에 노출시킬 수 있다. In the first processing step, when the anode electrolyte of the anode electrolyte storage portion is exposed to oxygen, the anode electrolyte storage portion can be exposed to air in the atmosphere containing oxygen or oxygen or oxygen containing high purity.

상기 제1 처리단계에서, 상기 애노드 전해액 저장부의 애노드 전해액을 산소에 노출시키는 시간은 전해액 교반 유무, 산소를 포함하는 노출 기체의 산소 농도, 전해액 용량, 전해액 저장용기 형태에 따라 변경할 수 있다.In the first processing step, the time for exposing the anode electrolyte of the anode electrolyte storage part to oxygen may be changed depending on whether the electrolyte solution is stirred, the oxygen concentration of the exposed gas containing oxygen, the electrolyte capacity, and the shape of the electrolyte storage container.

애노드 전해액 내의 금속 이온의 산화는 UV-VIS 분광광도계 또는 개방회로전압(OCV, open circuit voltage)의 측정을 통해 산화가 완료되었음을 할 수 있다. 예를 들면, 초기 방전 상태의 OCV와 유사한 수준으로 OCV값이 도달하면 산화가 완료되었다고 간주할 수 있다.Oxidation of the metal ions in the anode electrolyte can be accomplished through the measurement of a UV-VIS spectrophotometer or open circuit voltage (OCV). For example, if the OCV value reaches a level similar to the OCV in the initial discharge state, it can be considered that the oxidation is completed.

상기 플로우 배터리의 전해액 재생방법은 상기 제1 처리단계 후에, 전해액의 양이 많은 측으로부터 전해액의 양이 적은 측으로, 상기 애노드 전해액 저장부에 보관된 애노드 전해액의 양과 캐소드 전해액 저장부에 보관된 캐소드 전해액의 양의 차이의 2/5 내지 3/5의 전해액을 옮기는 단계를 포함할 수 있다.The method for regenerating an electrolyte solution for a flow battery according to claim 1, wherein, after the first treatment step, the amount of the anode electrolyte stored in the anode electrolyte storage part and the amount of the cathode electrolyte stored in the cathode electrolyte storage part To 3/5 of the difference in the amount of the electrolytic solution.

상기 플로우 배터리의 전해액 재생방법은 상기 제1 처리단계 후에, 캐소드 전해액이 양이 많다면, 캐소드 전해액 저장부로부터 애노드 전해액 저장부로 제1 처리단계를 거친 캐소드 전해액을 옮길 수 있다. 이때, 캐소드 전해액 저장부로부터 애노드 전해액 저장부로 옮기는 캐소드 전해액의 양은, 캐소드 전해액의 양과 애노드 전해액의 양이 동일 또는 비슷하도록, 상기 애노드 전해액 저장부에 보관된 애노드 전해액의 양과 캐소드 전해액 저장부에 보관된 캐소드 전해액의 양의 차이의 2/5 내지 3/5의 캐소드 전해액을 옮길 수 있다. In the method for regenerating the electrolyte of the flow battery, after the first processing step, if the amount of the cathode electrolyte is large, the cathode electrolyte through the first processing step may be transferred from the cathode electrolyte storage to the anode electrolyte storage. At this time, the amount of the cathode electrolytic solution transferred from the cathode electrolytic solution storage portion to the anode electrolytic solution storage portion is adjusted so that the amount of the anode electrolytic solution stored in the anode electrolytic solution storage portion and the amount of the anode electrolytic solution stored in the cathode electrolytic solution storage portion The cathode electrolytic solution of 2/5 to 3/5 of the difference in the amount of the cathode electrolytic solution can be transferred.

상기 플로우 배터리의 전해액 재생방법은 상기 제1 처리단계 후에, 캐소드 전해액이 양이 많다면, 캐소드 전해액 저장부로부터 애노드 전해액 저장부로 제1 처리단계를 거친 캐소드 전해액을 옮길 수 있다. 이때, 캐소드 전해액 저장부로부터 애노드 전해액 저장부로 옮기는 캐소드 전해액의 양은, 캐소드 전해액의 양과 애노드 전해액의 양이 동일 또는 비슷하도록, 상기 애노드 전해액 저장부에 보관된 애노드 전해액의 양과 캐소드 전해액 저장부에 보관된 캐소드 전해액의 양의 차이의 절반의 캐소드 전해액을 옮길 수 있다.In the method for regenerating the electrolyte of the flow battery, after the first processing step, if the amount of the cathode electrolyte is large, the cathode electrolyte through the first processing step may be transferred from the cathode electrolyte storage to the anode electrolyte storage. At this time, the amount of the cathode electrolytic solution transferred from the cathode electrolytic solution storage portion to the anode electrolytic solution storage portion is adjusted so that the amount of the anode electrolytic solution stored in the anode electrolytic solution storage portion and the amount of the anode electrolytic solution stored in the cathode electrolytic solution storage portion The cathode electrolytic solution of half the difference in the amount of the cathode electrolytic solution can be transferred.

상기 플로우 배터리의 전해액 재생방법은 상기 제1 처리단계 후에, 애노드 전해액이 양이 많다면, 애노드 전해액 저장부로부터 캐소드 전해액 저장부로 제1 처리단계를 거친 애노드 전해액을 옮길 수 있다. 이때, 애노드 전해액 저장부로부터 캐소드 전해액 저장부로 옮기는 애노드 전해액의 양은, 캐소드 전해액의 양과 애노드 전해액의 양이 동일 또는 비슷하도록, 상기 애노드 전해액 저장부에 보관된 애노드 전해액의 양과 캐소드 전해액 저장부에 보관된 캐소드 전해액의 양의 차이의 2/5 내지 3/5의 애노드 전해액을 옮길 수 있다.In the method for regenerating the electrolyte of the flow battery, after the first processing step, if the amount of the anode electrolyte is large, the anode electrolyte can be transferred from the anode electrolyte reservoir to the cathode electrolyte reservoir through the first processing step. At this time, the amount of the anode electrolytic solution transferred from the anode electrolytic solution storage portion to the cathode electrolytic solution storage portion is adjusted so that the amount of the anode electrolytic solution stored in the anode electrolytic solution storage portion and the amount of the anode electrolytic solution stored in the cathode electrolytic solution storage portion The anode electrolyte of 2/5 to 3/5 of the difference in the amount of the cathode electrolyte can be transferred.

상기 플로우 배터리의 전해액 재생방법은 상기 제1 처리단계 후에, 애노드 전해액이 양이 많다면, 애노드 전해액 저장부로부터 캐소드 전해액 저장부로 제1 처리단계를 거친 애노드 전해액을 옮길 수 있다. 이때, 애노드 전해액 저장부로부터 캐소드 전해액 저장부로 옮기는 애노드 전해액의 양은, 캐소드 전해액의 양과 애노드 전해액의 양이 동일 또는 비슷하도록, 상기 애노드 전해액 저장부에 보관된 애노드 전해액의 양과 캐소드 전해액 저장부에 보관된 캐소드 전해액의 양의 차이의 절반의 애노드 전해액을 옮길 수 있다.In the method for regenerating the electrolyte of the flow battery, after the first processing step, if the amount of the anode electrolyte is large, the anode electrolyte can be transferred from the anode electrolyte reservoir to the cathode electrolyte reservoir through the first processing step. At this time, the amount of the anode electrolytic solution transferred from the anode electrolytic solution storage portion to the cathode electrolytic solution storage portion is adjusted so that the amount of the anode electrolytic solution stored in the anode electrolytic solution storage portion and the amount of the anode electrolytic solution stored in the cathode electrolytic solution storage portion It is possible to transfer the anode electrolyte half of the difference in the amount of the cathode electrolyte.

상기 플로우 배터리의 전해액 재생방법은 상기 전해액이 추가로 첨가된 측이 캐소드 전해액 저장부일 때 상기 캐소드 전해액 저장부에 환원제를 투입하고, 상기 전해액이 추가로 첨가된 측이 애노드 전해액 저장부일 때 상기 애노드 전해액 저장부의 애노드 전해액을 산소에 노출시키는 제2 처리단계를 포함할 수 있다.The method for regenerating the electrolyte of the flow battery may further include the step of injecting a reducing agent into the cathode electrolyte reservoir when the electrolytic solution is additionally added to the cathode electrolyte reservoir and when the electrolyte is further added to the anode electrolyte reservoir, And a second processing step of exposing the anode electrolyte of the storage portion to oxygen.

상기 제2 처리단계의 환원제는 히드라진 모노하이드레이트(N2H4-H2O)를 포함할 수 있다. 상기 1mol의 히드라진 모노하이드레이트는 환원반응 중간 및 최종 생성물로 N2, H2O 및 H2SO4를 생성하고, 4개의 전자(4e-)를 5가 바나듐에 제공하므로, 1mol의 히드라진 모노하이드레이트로 4몰 상당의 VO2 +를 VO2 +로 환원이 가능하다. 즉, 히드라진 모노하이드레이트는 전해액에 이미 존재하는 물질을 생성하거나 제거가 용이한 기체를 생성하므로 환원 후 전해액 내 불순물이 적거나 없고, 히드라진 모노하이드레이트 1몰이 4몰의 바나듐을 환원시키므로 효율이 높다.The reducing agent in the second treatment step may comprise hydrazine monohydrate (N 2 H 4 -H 2 O). The 1 mol of the hydrazine monohydrate produces N 2 , H 2 O and H 2 SO 4 as the intermediate and final products of the reduction reaction and provides four electrons (4e - ) to the pentavalent vanadium so that 1 mol of hydrazine monohydrate VO 2 + equivalent to 4 moles can be reduced to VO 2 + . That is, since hydrazine monohydrate produces a gas that easily generates a substance already present in the electrolytic solution or can easily be removed, there is little or no impurity in the electrolyte after reduction, and the efficiency is high because one mole of hydrazine monohydrate reduces 4 moles of vanadium.

상기 플로우 배터리가 바나듐 플로우 배터리인 경우, 환원제의 투입량은 캐소드 전해액 저장부에 포함된 5가의 바나듐의 양에 따라 결정하며, 5가의 바나듐의 양은 개방회로전압(OCV, open circuit voltage)의 측정을 통해 유추할 수 있다. When the flow battery is a vanadium flow battery, the amount of reducing agent is determined according to the amount of vanadium pentavalent contained in the cathode electrolytic solution storing portion, and the amount of vanadium pentavalent is measured by measuring an open circuit voltage (OCV) Can be inferred.

상기 플로우 배터리가 바나듐 플로우 배터리인 경우, 상기 캐소드 전해액 내에 포함된 5가의 바나듐 1몰을 기준으로, 상기 제2 처리단계의 환원제로서 히드라진 모노하이드레이트의 투입량은 0.25몰이나, 반응열 및 반응속도를 감안하여 0.2몰 내지 0.3몰 범위에서 조정할 수도 있다.When the flow battery is a vanadium flow battery, the amount of hydrazine monohydrate as a reducing agent in the second treatment step is 0.25 mol based on 1 mol of the pentavalent vanadium contained in the cathode electrolyte, but considering the reaction heat and the reaction rate And may be adjusted in the range of 0.2 mole to 0.3 mole.

상기 제2 처리단계에서, 상기 애노드 전해액 저장부의 애노드 전해액을 산소에 노출시키는 경우, 애노드 전해액 저장부에 고순도의 산소, 산소를 포함하는 기체 또는 산소를 포함하는 대기 중의 공기에 노출시킬 수 있다. In the second processing step, when the anode electrolyte of the anode electrolyte storage portion is exposed to oxygen, the anode electrolyte storage portion can be exposed to air in the atmosphere containing oxygen or oxygen or oxygen containing high purity.

상기 제2 처리단계에서, 상기 애노드 전해액 저장부의 애노드 전해액을 산소에 노출시키는 시간은 전해액 교반 유무, 산소를 포함하는 노출 기체의 산소 농도, 전해액 용량, 전해액 저장용기 형태에 따라 변경할 수 있다.In the second processing step, the time for exposing the anode electrolyte of the anode electrolyte storage part to oxygen may be changed depending on whether the electrolyte solution is stirred, the oxygen concentration of the exposed gas containing oxygen, the electrolyte capacity, and the shape of the electrolyte storage container.

애노드 전해액 내의 금속 이온의 산화는 UV-VIS 분광광도계 또는 개방회로전압(OCV, open circuit voltage)의 측정을 통해 산화가 완료되었음을 할 수 있다. 예를 들면, 초기 방전 상태의 OCV와 유사한 수준으로 OCV값이 도달하면 산화가 완료되었다고 간주할 수 있다.Oxidation of the metal ions in the anode electrolyte can be accomplished through the measurement of a UV-VIS spectrophotometer or open circuit voltage (OCV). For example, if the OCV value reaches a level similar to the OCV in the initial discharge state, it can be considered that the oxidation is completed.

상기 플로우 배터리의 전해액 재생방법은 각 단계 중에 또는 각 단계 후 다음 단계를 수행하기 전에 캐소드 전해액 저장부의 캐소드 전해액 및 애노드 전해액 저장부의 애노드 전해액을 개별적으로 교반해 주는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 각 단계의 반응 중에 전해액의 반응이 균일하고 빠르게 진행될 수 있으며, 각 단계 후 다음 단계를 수행하기 전에 전해액이 균일한 상태를 유지할 수 있다.The method for regenerating the electrolyte solution of the flow battery may further include separately stirring the cathode electrolyte in the cathode electrolyte storage and the anode electrolyte in the anode electrolyte reservoir before or after each step. In this case, the reaction of the electrolytic solution can proceed uniformly and rapidly during the reaction of each step, and the electrolytic solution can be kept in a uniform state before performing the next step after each step.

상기 플로우 배터리의 전해액 재생방법은 상기 제2 처리단계 후에, 상기 캐소드 전해액 및 애노드 전해액을 서로 혼합한 후 혼합된 전해액을 상기 캐소드 전해액 저장부 및 애노드 전해액 저장부에 각각 나누어 담는 혼합 및 분기단계를 포함할 수 있다. The method for regenerating the electrolyte of the flow battery includes a mixing and branching step of mixing the cathode electrolytic solution and the anode electrolytic solution after the second processing step and then mixing the mixed electrolyte into the cathode electrolytic solution storage part and the anode electrolytic solution storage part can do.

상기 제2 처리단계 후에, 애노드 전해액은 V3 +만을 포함하고 캐소드 전해액은 V4 +만을 포함하며, 이러한 애노드 전해액과 캐소드 전해액을 혼합하는 경우 V3 +과 V4+를 유지하는 상태로 애노드 전해액과 캐소드 전해액에 고르게 분포될 수 있다. 이는 전해액 내 존재하는 V3 +과 V4 +는 서로 전자를 주거나 받을 수 없는 상태이므로, 서로 전자 이동이 없이 V3 +과 V4 +를 유지할 수 있다. After the second treatment step, the anode electrolyte 3 comprises only V + and the cathode, and the electrolyte contains only V + 4, the case of mixing of these anode electrolyte and cathode electrolyte anode in a state of maintaining the V 3 + and V 4+ electrolyte And the cathode electrolyte. This is because V 3 + and V 4 + present in the electrolyte are in a state in which electrons can not be given or received with respect to each other, so that V 3 + and V 4 + can be maintained without electron migration.

상기 제1 처리단계 또는 제2 처리단계에서 투입된 환원제에 의해 수소 이온이 소모되고, 물이 생성되므로, 상기 혼합 및 분기단계를 통해 애노드 전해액과 캐소드 전해액의 수소 이온의 농도와 물의 양을 맞춰줄 수 있다. Since the hydrogen ions are consumed by the reducing agent introduced in the first treatment step or the second treatment step and water is generated, the concentration of hydrogen ions in the anode electrolytic solution and the cathode electrolytic solution and the amount of water can be adjusted through the mixing and branching steps have.

상기 플로우 배터리의 전해액 재생방법은 상기 혼합 및 분기단계 전에 캐소드 전해액 저장부 및 애노드 전해액 저장부 중 적어도 하나에 산을 첨가하는 단계; 상기 혼합 및 분기단계에서 상기 캐소드 전해액 및 애노드 전해액을 서로 혼합한 후 상기 캐소드 전해액 저장부 및 애노드 전해액 저장부에 각각 나누어 담기 전에 상기 캐소드 전해액 및 애노드 전해액이 혼합된 용액에 산을 첨가하는 단계; 또는 상기 혼합 및 분기단계 후에 캐소드 전해액 저장부 및 애노드 전해액 저장부에 산을 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method for regenerating an electrolyte of a flow battery includes the steps of adding an acid to at least one of a cathode electrolyte storage and an anode electrolyte storage before the mixing and branching steps; Adding the acid to the mixed solution of the cathode electrolyte and the anode electrolyte before the cathode electrolyte and the anode electrolyte are mixed with each other in the mixing and branching steps and then divided into the cathode electrolyte storage part and the anode electrolyte storage part; Or adding the acid to the cathode electrolyte storage and the anode electrolyte storage after the mixing and the branching step.

상기 제1 처리단계 또는 제2 처리단계에서 투입된 환원제에 의해 수소 이온이 소모되었으므로, 상기 산의 첨가단계를 통해 소모된 수소 이온의 양을 회복시킬 수 있다.Since the hydrogen ion is consumed by the reducing agent injected in the first treatment step or the second treatment step, the amount of consumed hydrogen ions can be recovered through the addition of the acid.

상기 산의 첨가단계에서, 산의 첨가량은 상기 제1 처리단계 또는 제2 처리단계에서 투입된 환원제의 양에 의해 결정할 수 있다. 상기 제1 처리단계 또는 제2 처리단계에서 투입된 환원제로서 히드라진 모노하이드레이트를 사용한 경우, 투입된 환원제의 양의 4배의 산을 첨가할 수 있다. 구체적으로, 투입된 히드라진 모노하이드레이트의 1몰 당 4몰의 산을 첨가할 수 있다. In the addition step of the acid, the addition amount of the acid can be determined by the amount of the reducing agent introduced in the first treatment step or the second treatment step. When hydrazine monohydrate is used as the reducing agent introduced in the first treatment step or the second treatment step, an acid four times as much as the amount of the added reducing agent can be added. Specifically, 4 moles of acid may be added per mole of the charged hydrazine monohydrate.

상기 산은 황산, 염산, 질산 또는 이들의 혼합일 수 있으며, 재생 전 전해액에 포함되어 있던 산의 종류와 동일한 산을 첨가하는 것이 바람직하다. The acid may be sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, or a mixture thereof, and it is preferable to add the same acid as the kind of acid contained in the electrolytic solution before regeneration.

상기 플로우 배터리의 전해액 재생방법은 상기 혼합 및 분기단계 후에, 상기 캐소드 전해액 저장부 및 애노드 전해액 저장부의 내부에 음압을 가하거나, 상기 캐소드 전해액 저장부 및 애노드 전해액 저장부의 내부에 음압을 가한 후 전극 전해액을 제외한 공간에 불활성 기체로 채우는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for regenerating the electrolyte of the flow battery may include the steps of applying negative pressure to the cathode electrolyte storage and the anode electrolyte reservoir after the mixing and branching steps or applying negative pressure to the inside of the cathode electrolyte reservoir and the anode electrolyte reservoir, And filling the space except the space with an inert gas.

상기 플로우 배터리의 전해액 재생방법은 상기 혼합 및 분기단계 후에, 상기 플로우 배터리를 재작동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합 및 분기단계 후 전해액에 포함된 금속이온은 완전 방전 상태의 금속이온이 서로 혼합되어 있는 상태이므로, 상기 플로우 배터리를 재작동시키는 단계는 상기 플로우 배터리를 먼저 충전시킨 후 방전과 충전을 반복하여 작동시키는 단계일 수 있다. The method for regenerating the electrolyte of the flow battery may further include the step of reactivating the flow battery after the mixing and the branching step. Specifically, the metal ions included in the electrolytic solution after the mixing and the branching step are in a state where metal ions in a completely discharged state are mixed with each other. Therefore, the step of reactivating the flow battery may include charging the flow battery first, May be repeatedly operated.

상기 플로우 배터리가 바나듐 배터리인 경우, 상기 혼합 및 분기단계 후 전해액에 포함된 금속이온은 완전 방전 상태의 V4 +와 V3 +가 서로 혼합되어 있는 상태이므로, 상기 플로우 배터리를 재작동시키는 단계는 상기 플로우 배터리를 먼저 충전시킨 후 방전과 충전을 반복하여 작동시키는 단계일 수 있다.When the flow battery is a vanadium battery, since the metal ions included in the electrolyte after the mixing and the branching are in a state where V 4 + and V 3 + in a fully discharged state are mixed with each other, The flow battery may be charged first and then discharged and charged repeatedly.

본 명세서의 일 실시상태는 애노드, 캐소드, 상기 애노드 및 캐소드 사이에 구비된 분리막, 상기 애노드로 애노드 전해액을 공급하고 상기 애노드로부터 배출되는 애노드 전해액을 보관하는 애노드 전해액 저장부 및 상기 캐소드로 캐소드 전해액을 공급하고 상기 캐소드로부터 배출되는 캐소드 전해액을 보관하는 캐소드 전해액 저장부를 포함하는 플로우 배터리를 충전과 방전을 반복하여 작동시킨 후 상기 플로우 배터리의 작동을 정지시키는 단계; One embodiment of the present invention relates to a fuel cell including an anode, a cathode, a separator provided between the anode and the cathode, an anode electrolyte storage portion for storing the anode electrolyte discharged from the anode by supplying the anode electrolyte with the anode, And a cathode electrolytic solution storage unit for storing the cathode electrolytic solution discharged from the cathode, and stopping the operation of the flow battery after repeating the operation of charging and discharging the flow battery.

상기 캐소드 전해액 저장부에 환원제를 투입하는 제1 처리단계; A first treatment step of injecting a reducing agent into the cathode electrolyte storage part;

상기 제1 처리단계 후에, 상기 캐소드 전해액으로부터 애노드 전해액으로, 상기 애노드 전해액 저장부에 보관된 애노드 전해액의 양과 캐소드 전해액 저장부에 보관된 캐소드 전해액의 양의 차이의 절반의 전해액을 옮기는 단계; Transferring an electrolyte solution from the cathode electrolytic solution to an anode electrolytic solution in an amount equal to the difference between the amount of the anode electrolytic solution stored in the anode electrolytic solution storage part and the amount of the cathode electrolytic solution stored in the cathode electrolytic solution storage part after the first processing step;

상기 전해액이 추가로 첨가된 애노드 전해액 저장부의 애노드 전해액을 산소에 노출시키는 제2 처리단계; 및 A second treatment step of exposing the anode electrolyte of the anode electrolyte storage part to which oxygen is additionally added, to oxygen; And

상기 제2 처리단계 후에, 상기 캐소드 전해액 및 애노드 전해액을 서로 혼합한 후 혼합된 전해액을 상기 캐소드 전해액 저장부 및 애노드 전해액 저장부에 각각 나누어 담는 혼합 및 분기단계를 포함하는 플로우 배터리의 전해액 재생방법을 제공한다.And a mixing and branching step of mixing the cathode electrolytic solution and the anode electrolytic solution after mixing the cathode electrolytic solution and the anode electrolytic solution into the cathode electrolytic solution storage part and the anode electrolytic solution storage part, respectively, after the second processing step, to provide.

본 명세서의 다른 실시상태는 애노드, 캐소드, 상기 애노드 및 캐소드 사이에 구비된 분리막, 상기 애노드로 애노드 전해액을 공급하고 상기 애노드로부터 배출되는 애노드 전해액을 보관하는 애노드 전해액 저장부 및 상기 캐소드로 캐소드 전해액을 공급하고 상기 캐소드로부터 배출되는 캐소드 전해액을 보관하는 캐소드 전해액 저장부를 포함하는 플로우 배터리를 충전과 방전을 반복하여 작동시킨 후 상기 플로우 배터리의 작동을 정지시키는 단계; Another embodiment of the present invention relates to a fuel cell including an anode, a cathode, a separator provided between the anode and the cathode, an anode electrolyte reservoir for storing the anode electrolyte discharged from the anode by supplying the anode electrolyte with the anode, And a cathode electrolytic solution storage unit for storing the cathode electrolytic solution discharged from the cathode, and stopping the operation of the flow battery after repeating the operation of charging and discharging the flow battery.

상기 애노드 전해액 저장부의 애노드 전해액을 산소에 노출시키는 제1 처리단계; A first processing step of exposing the anode electrolyte of the anode electrolyte storage part to oxygen;

상기 제1 처리단계 후에, 상기 애노드 전해액으로부터 캐소드 전해액으로, 상기 애노드 전해액 저장부에 보관된 애노드 전해액의 양과 캐소드 전해액 저장부에 보관된 캐소드 전해액의 양의 차이의 절반의 전해액을 옮기는 단계; After the first treatment step, transferring half of the electrolyte solution from the anode electrolytic solution to the cathode electrolytic solution, the difference between the amount of the anode electrolytic solution stored in the anode electrolytic solution storage part and the amount of the cathode electrolytic solution stored in the cathode electrolytic solution storage part;

상기 전해액이 추가로 첨가된 캐소드 전해액 저장부에 환원제를 투입하는 제2 처리단계; 및 A second treatment step of injecting a reducing agent into the cathode electrolyte storage part to which the electrolyte is further added; And

상기 제2 처리단계 후에, 상기 캐소드 전해액 및 애노드 전해액을 서로 혼합한 후 혼합된 전해액을 상기 캐소드 전해액 저장부 및 애노드 전해액 저장부에 각각 나누어 담는 혼합 및 분기단계를 포함하는 플로우 배터리의 전해액 재생방법을 제공한다.And a mixing and branching step of mixing the cathode electrolytic solution and the anode electrolytic solution after mixing the cathode electrolytic solution and the anode electrolytic solution into the cathode electrolytic solution storage part and the anode electrolytic solution storage part, respectively, after the second processing step, to provide.

이하에서, 실시예를 통하여 본 명세서를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것일 뿐, 본 명세서를 한정하기 위한 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the following embodiments are intended to illustrate the present disclosure and are not intended to limit the present disclosure.

[실시예][Example]

[실시예 1][Example 1]

3M 황산 수용액에 1M VOSO4가 용해된 전해액을 각 전극에 50ml씩 사용하였다. 전해액 중 바나듐의 산화수는 애노드의 경우 V2 +였으며, 캐소드의 경우 V5 +였으며, V2+ 전해액은 N2 분위기에서 취급하였다. An electrolyte solution in which 1 M VOSO 4 was dissolved in an aqueous solution of 3M sulfuric acid was used in an amount of 50 ml per each electrode. If the vanadium oxidation state is the anode of the electrolytic solution was V + 2, when the cathode was the V 5 +, V 2+ electrolytic solution was treated in a N 2 atmosphere.

[실시예 2][Example 2]

애노드 전해액의 물과 바나듐 이온이 분리막을 투과했다고 가정하여 캐소드전해액을 강제로 오염시키기 위해, 실시예 1의 캐소드전해액에 V3 +전해액 20ml를 투입하여 이론적으로 V4 + 40ml과 V5 + 30ml로 구성된 바나듐 혼합이온 전해액 70ml를 제조하였다.In order to forcibly pollute the cathode electrolytic solution with the assumption that the water of the anode electrolytic solution and the vanadium ion permeate the separator membrane, 20 ml of V 3 + electrolytic solution is added to the cathode electrolytic solution of Example 1, theoretically, V 4 +40 ml and V 5 + 30 ml 70 ml of a vanadium mixed ionic electrolytic solution was prepared.

바나듐 혼합이온 전해액에 히드라진 모노하이드레이트(N2H4-H2O) 0.45g을 마그네틱바로 교반하면서 일시에 투입하고 5분간 교반하여 V4 +로 환원된 캐소드전해액을 제조하였다.0.45 g of hydrazine monohydrate (N 2 H 4 -H 2 O) was added to the mixed electrolytic solution of vanadium at a time while stirring with magnetic bar and stirred for 5 minutes to prepare a cathode electrolytic solution reduced to V 4 + .

실시예 1의 V2 + 애노드 전해액 30ml을 준비하였으며, V4 +로 환원된 캐소드전해액 20ml를 취하여 V2+ 애노드 전해액 30ml와 혼합을 하고, 공기 중에서 교반을 30분간 진행하였다.30 ml of the V 2 + anode electrolytic solution of Example 1 was prepared, 20 ml of the cathode electrolytic solution reduced to V 4 + was taken, mixed with 30 ml of the V 2 + anode electrolytic solution, and stirred in the air for 30 minutes.

이후, 최종 준비된 애노드 전해액 50ml과 캐소드 전해액 50ml을 완전히 혼합하여 평균 산화수 3.5가 바나듐 전해액 100ml 상태로 만들었고, 이를 다시 1:1의 비율로 분기하여 각 전해액 저장부에 옮겨 담았다.Thereafter, 50 ml of the finally prepared anode electrolytic solution and 50 ml of the cathode electrolytic solution were thoroughly mixed to obtain a vanadium electrolytic solution having an average oxidation number of 3.5 of 100 ml. The mixture was further divided into 1: 1 portions and transferred to the respective electrolyte storage portions.

[실시예 3][Example 3]

애노드 전해액의 물과 바나듐 이온이 분리막을 투과했다고 가정하여 캐소드전해액을 강제로 오염시키기 위해, 실시예 1의 캐소드전해액에 V3 +전해액 25ml를 투입하여 이론적으로 V4 + 50ml과 V5 + 25ml로 구성된 바나듐 혼합이온 전해액 75ml를 제조하였다.25 ml of V 3 + electrolytic solution was theoretically added to the cathode electrolyte of Example 1 in order to forcibly pollute the cathode electrolytic solution, assuming that the water of the anode electrolytic solution and the vanadium ion permeated the separator membrane. Theoretically, V 4 +50 ml and V 5 + 25 ml 75 ml of a vanadium mixed ionic electrolytic solution was prepared.

바나듐 혼합이온 전해액에 히드라진 모노하이드레이트(N2H4-H2O) 0.39g을 마그네틱바로 교반하면서 일시에 투입하고 5분간 교반하여 V4 +로 환원된 캐소드전해액을 제조하였다.0.39 g of hydrazine monohydrate (N 2 H 4 -H 2 O) was added to the mixed electrolytic solution of vanadium at the same time with magnetic bar stirring and stirred for 5 minutes to prepare a cathode electrolytic solution reduced to V 4 + .

실시예 1의 V2 + 애노드 전해액 25ml을 준비하였으며, V4 +로 환원된 캐소드전해액 25ml를 취하여 V2+ 애노드 전해액 25ml와 혼합을 하고, 공기 중에서 교반을 30분간 진행하였다.25 ml of the V 2 + anode electrolytic solution of Example 1 was prepared, 25 ml of the cathode electrolyte reduced to V 4 + was taken, mixed with 25 ml of the V 2 + anode electrolyte, and stirred in the air for 30 minutes.

이후, 최종 준비된 애노드 전해액 50ml과 캐소드 전해액 50ml을 완전히 혼합하여 평균 산화수 3.5가 바나듐 전해액 100ml 상태로 만들었고, 이를 다시 1:1의 비율로 분기하여 각 전해액 저장부에 옮겨 담았다.Thereafter, 50 ml of the finally prepared anode electrolytic solution and 50 ml of the cathode electrolytic solution were thoroughly mixed to obtain a vanadium electrolytic solution having an average oxidation number of 3.5 of 100 ml. The mixture was further divided into 1: 1 portions and transferred to the respective electrolyte storage portions.

[실험예 1][Experimental Example 1]

바나듐 vanadium 산화수Oxidation number 분석 analysis

순수 V4+캐소드 전해액을 기준으로, 실시예 2 및 3에서 재생된 V4+ 캐소드 전해액을 1ml를 취하여 UV-Vis 분광광도계를 이용한 바나듐 산화수 분석을 진행하였다. Based on the pure V 4+ cathode electrolyte, 1 ml of the V 4+ cathode electrolyte recovered in Examples 2 and 3 was taken and subjected to vanadium oxidation analysis using a UV-Vis spectrophotometer.

그 결과, 도 1과 같이 790nm 부근에서 V4+ 이온에 의한 흡광피크가 발생함을 알 수 있으며, 실시예 2 및 3에서 재생된 V4+ 캐소드 전해액의 피크가 순수한 V4+로 구성된 기준전해액(Ref. V4+)의 피크와 일치함을 알 수 있다.As a result, it can be seen that an absorption peak due to V 4+ ion occurs at around 790 nm as shown in FIG. 1, and the reference electrolyte having a peak of V 4 + cathode electrolyte regenerated in Examples 2 and 3 is composed of pure V 4+ (Ref. V 4+ ).

[실험예 2][Experimental Example 2]

전해액을 각 전극에 25ml/min의 유속으로 50ml씩 공급/순환시키고, 전극은 5Ⅹ5cm 크기의 탄소펠트이며, 50mA/cm2의 전류속도, 작동전압을 0.8V 내지 1.7V의 범위로 제어하는 전지평가 조건에서 전지 성능 평가를 진행하였고 그 결과를 도 2(방전용량) 및 도 3(효율)에 도시했다. The electrolyte was supplied / circulated to each electrode at a flow rate of 25 ml / min in a volume of 50 ml. The electrode was a carbon felt having a size of 5 x 5 cm. The battery was rated at a current rate of 50 mA / cm 2 and an operating voltage of 0.8 V to 1.7 V And the results are shown in Fig. 2 (discharge capacity) and Fig. 3 (efficiency).

실시예 1은 환원제의 투입없는 전해액이므로, 기준 전해액을 이용한 평가에 해당하고, 도 2 및 도 3을 통해 실시예 2 및 3의 재생된 전해액은 실시예 1의 초기 Fresh 상태의 전해액보다 저조한 성능을 보임을 알 수 있다. 2 and 3, the regenerated electrolytic solution of Examples 2 and 3 exhibited a lower performance than the initial fresh electrolytic solution of Example 1, which is equivalent to the evaluation using the reference electrolytic solution because Example 1 is an electrolytic solution without the addition of a reducing agent. Can be seen.

실시예 2 및 3의 재생된 전해액이 실시예 1의 프레시한 전해액보다 충방전 용량이 저조하나, 성능격차는 크지 않아 적정 수준으로 실시예 2 및 3의 전해액이 재생이 되었음을 알 수 있다.It can be understood that the regenerated electrolytic solution of Examples 2 and 3 is lower in charge / discharge capacity than the fresh electrolytic solution of Example 1, and the performance gap is not so large that the electrolytic solution of Examples 2 and 3 is regenerated at an appropriate level.

Claims (10)

애노드, 캐소드, 상기 애노드 및 캐소드 사이에 구비된 분리막, 상기 애노드로 애노드 전해액을 공급하고 상기 애노드로부터 배출되는 애노드 전해액을 보관하는 애노드 전해액 저장부 및 상기 캐소드로 캐소드 전해액을 공급하고 상기 캐소드로부터 배출되는 캐소드 전해액을 보관하는 캐소드 전해액 저장부를 포함하는 플로우 배터리를 충전과 방전을 반복하여 작동시킨 후 상기 플로우 배터리의 작동을 정지시키는 단계;
상기 애노드 전해액 저장부에 보관된 애노드 전해액의 양과 캐소드 전해액 저장부에 보관된 캐소드 전해액의 양을 비교하여, 캐소드 전해액의 양이 애노드 전해액의 양보다 많을 때 상기 캐소드 전해액 저장부에 환원제를 투입하고, 애노드 전해액의 양이 캐소드 전해액의 양보다 많을 때 상기 애노드 전해액 저장부의 애노드 전해액을 산소에 노출시키는 제1 처리단계;
상기 제1 처리단계 후에, 전해액의 양이 많은 측으로부터 전해액의 양이 적은 측으로, 상기 애노드 전해액 저장부에 보관된 애노드 전해액의 양과 캐소드 전해액 저장부에 보관된 캐소드 전해액의 양의 차이의 2/5 내지 3/5의 전해액을 옮기는 단계;
상기 전해액이 추가로 첨가된 측이 캐소드 전해액 저장부일 때 상기 캐소드 전해액 저장부에 환원제를 투입하고, 상기 전해액이 추가로 첨가된 측이 애노드 전해액 저장부일 때 상기 애노드 전해액 저장부의 애노드 전해액을 산소에 노출시키는 제2 처리단계; 및
상기 제2 처리단계 후에, 상기 캐소드 전해액 및 애노드 전해액을 서로 혼합한 후 혼합된 전해액을 상기 캐소드 전해액 저장부 및 애노드 전해액 저장부에 각각 나누어 담는 혼합 및 분기단계를 포함하는 플로우 배터리의 전해액 재생방법.
A cathode, an anode, a cathode, a separator provided between the anode and the cathode, an anode electrolyte reservoir for supplying the anode electrolyte with the anode and storing the anode electrolyte discharged from the anode, and a cathode electrolyte supplied to the cathode, Stopping the operation of the flow battery after repeating the operation of charging and discharging the flow battery including the cathode electrolytic solution storing portion for storing the cathode electrolytic solution;
Comparing the amount of the anode electrolyte stored in the anode electrolyte storage part with the amount of the cathode electrolyte stored in the cathode electrolyte storage part and injecting the reducing agent into the cathode electrolyte storage part when the amount of the cathode electrolyte is larger than the amount of the anode electrolyte, A first processing step of exposing the anode electrolyte of the anode electrolyte reservoir to oxygen when the amount of the anode electrolyte is greater than the amount of the cathode electrolyte;
After the first treatment step, the difference between the amount of the anode electrolyte stored in the anode electrolyte reservoir and the amount of the cathode electrolyte stored in the cathode electrolyte reservoir is 2/5 of the difference between the amount of the anode electrolyte stored in the anode electrolyte reservoir and the amount of electrolyte, To 3/5 of the electrolytic solution;
A reducing agent is added to the cathode electrolyte storage part when the electrolyte solution storage part is additionally added to the cathode electrolyte solution storage part, and when the electrolyte solution is further added to the anode electrolyte solution storage part, the anode electrolyte solution in the anode electrolyte solution storage part is exposed to oxygen ; And
And a mixing and branching step of mixing the cathode electrolytic solution and the anode electrolytic solution after the second treatment step and mixing the electrolytic solution into the cathode electrolytic solution storage part and the anode electrolytic solution storage part, respectively.
청구항 1에 있어서, 상기 전해액을 옮기는 단계는 전해액의 양이 많은 측으로부터 전해액의 양이 적은 측으로, 상기 애노드 전해액 저장부에 보관된 애노드 전해액의 양과 캐소드 전해액 저장부에 보관된 캐소드 전해액의 양의 차이의 절반의 전해액을 옮기는 단계인 것인 플로우 배터리의 전해액 재생방법.The method of claim 1, wherein the step of transferring the electrolytic solution comprises: a step of transferring the electrolytic solution to the anode electrolytic solution storage unit, Of the electrolytic solution is transferred. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 처리단계 및 제2 처리단계의 환원제는 히드라진 모노하이드레이트(N2H4-H2O)를 포함하는 것인 플로우 배터리의 전해액 재생방법.The method according to claim 1, wherein the reducing agent in the first treating step and the second treating step comprises hydrazine monohydrate (N 2 H 4 -H 2 O). 청구항 1에 있어서, 상기 플로우 배터리의 전극 활물질은 동일한 금속이 산화수가 다른 3 이상의 타입을 갖는 금속이온인 플로우 배터리의 전해액 재생방법.2. The method according to claim 1, wherein the electrode active material of the flow battery is a metal ion having three or more types in which the same metal is different in oxidation number. 청구항 4에 있어서, 상기 플로우 배터리의 전극 활물질은 바나듐 이온, 티타늄 이온, 크롬 이온, 망간 이온, 철 이온, 니오븀 이온, 몰리브덴 이온, 은 이온, 탄탈럼 이온 및 텅스텐 이온 중 어느 하나인 것인 플로우 배터리의 전해액 재생방법.The flow battery according to claim 4, wherein the electrode active material of the flow battery is any one of vanadium ion, titanium ion, chromium ion, manganese ion, iron ion, niobium ion, molybdenum ion, silver ion, tantalum ion and tungsten ion. . 청구항 1에 있어서, 상기 캐소드 전해액은 V5 + 및 V4 + 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 애노드 전해액은 V2 + 및 V3 + 중 적어도 하나를 포함하는 것인 플로우 배터리의 전해액 재생방법.The method of claim 1, wherein the cathode electrolyte comprises at least one of V 5 + and V 4 + , and the anode electrolyte comprises at least one of V 2 + and V 3 + . 청구항 6에 있어서, 상기 캐소드 전해액 내에 포함된 V5 +의 몰을 기준으로, 상기 제1 처리단계 및 제2 처리단계의 환원제의 투입량은 1: 0.2 ~ 0.3인 것인 플로우 배터리의 전해액 재생방법.7. The electrolytic solution regeneration method according to claim 6, wherein the amount of the reducing agent introduced in the first treatment step and the second treatment step is 1: 0.2 to 0.3 based on moles of V 5 + contained in the cathode electrolytic solution. 청구항 1에 있어서, 상기 혼합 및 분기단계 후에, 상기 캐소드 전해액 저장부 및 애노드 전해액 저장부의 내부에 음압을 가하거나, 상기 캐소드 전해액 저장부 및 애노드 전해액 저장부의 내부에 음압을 가한 후 전극 전해액을 제외한 공간에 불활성 기체로 채우는 단계를 더 포함하는 것인 플로우 배터리의 전해액 재생방법.The method as claimed in claim 1, wherein after the mixing and the branching step, a negative pressure is applied to the inside of the cathode electrolyte storage part and the anode electrolyte storage part, a negative pressure is applied to the inside of the cathode electrolyte storage part and the anode electrolyte storage part, And filling the cell with an inert gas. 청구항 1에 있어서, 상기 혼합 및 분기단계 후에, 상기 플로우 배터리를 재작동시키는 단계를 더 포함하는 것인 플로우 배터리의 전해액 재생방법.The method according to claim 1, further comprising the step of reactivating the flow battery after the mixing and branching step. 청구항 1에 있어서, 상기 혼합 및 분기단계 전에, 캐소드 전해액 저장부 및 애노드 전해액 저장부 중 적어도 하나에 산을 첨가하는 단계; 상기 혼합 및 분기단계에서 상기 캐소드 전해액 및 애노드 전해액을 서로 혼합한 후 상기 캐소드 전해액 저장부 및 애노드 전해액 저장부에 각각 나누어 담기 전에, 상기 캐소드 전해액 및 애노드 전해액이 혼합된 용액에 산을 첨가하는 단계; 또는 상기 혼합 및 분기단계 후에, 캐소드 전해액 저장부 및 애노드 전해액 저장부에 산을 첨가하는 단계를 더 포함하는 것인 플로우 배터리의 전해액 재생방법.The method of claim 1, further comprising: before the mixing and branching step, adding an acid to at least one of the cathode electrolyte storage and the anode electrolyte storage; Adding the acid to the mixed solution of the cathode electrolyte and the anode electrolyte before mixing the cathode electrolyte solution and the anode electrolyte into the cathode electrolyte solution reservoir and the anode electrolyte reservoir in the mixing and branching step; Or adding the acid to the cathode electrolyte storage part and the anode electrolyte storage part after the mixing and the branching step.
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