KR102126343B1 - 레독스 흐름전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레독스 흐름전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이온이 통과되는 분리막과, 상기 분리막의 양 면에 각각 적층되며, 양극 전해액과 음극 전해액이 각각 통과하는 유로가 형성된 유로 프레임을 포함하는 복수개의 셀 단위체와, 복수개의 상기 셀 단위체의 양 끝단과 서로 인접한 상기 셀 단위체 사이에 배치되는 3개 이상의 집전모듈을 포함하며, 셀 단위체는 같은 극이 상기 집전모듈을 통해 서로 접하도록 일렬로 배열되어, 레독스 흐름전지를 병렬로 구성 할 경우 전지의 부피를 최소화 가능한 레독스 흐름전지에 관한 것이다.

Description

레독스 흐름전지{Redox flow battery}

본 발명은 레독스 흐름전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레독스 흐름전지를 병렬방식으로 사용 가능할 경우 발생하는 구조적 문제를 해소 가능한, 레독스 흐름전지에 관한 것이다.

최근 에너지 저장 시스템(ESS : Energy storage system)의 개발이 활발히 진행되고 있는 가운데 충방전이 가능한 이차전지(Secondary battery)가 유력한 기술로 각광받고 있다.

에너지 저장 시스템은 화력, 수력, 원자력, 태양광, 풍력, 및 조력, 열병합발전 등에 의하여 생산된 전력을 저장한 뒤에 전력이 필요한 장치나 계통에 전원을 공급하는 시스템이다.

이를 위하여 에너지 저장 시스템은 LiB전지 NaS전지, 흐름전지(FB : Flow Battery), 수퍼캐패시터 등의 이차전지를 이용한 배터리를 활용한 저장방식과, 비 배터리 저장방식으로 구성된다.

이중, 흐름전지 내부에는 전기활성물질을 포함하고 있는 전해질이 있으며, 해당 전해질이 전기화학반응기를 통해 흐르면서 화학적 에너지가 전기 에너지로 변환된다.(여기서 '전기활성물질'이란 전해질에 포함되어 있어 전극반응에 참여하거나 전극에 흡수될 수 있는 물질을 말한다)

보다 상세하게 설명하면, 흐름전지는 멤브레인의 양측에 양극 전해질(Electrolyte)과 음극 전해질이 순환하면서 이온 교환이 이루어지고, 이 과정에서 전자의 이동이 발생하여 충방전이 이루어진다. 이와 같은 흐름전지는 기존 이차전지에 비해 수명이 길고 KW-MW급 중대형 시스템으로 제작할 수 있기 때문에 에너지 저장 시스템에 가장 적합한 것으로 알려져 있다.

이러한 에너지 저장 시스템(ESS : Energy storage system)으로 이차전지의 용량을 늘리기 위하여 반응 물질이 내부로 순환하는 레독스 흐름전지(Redox-Flow battery)가 각광받고 있다.

레독스 흐름전지란 reduction(환원), oxidation(산화), flow(흐름)의 단어를 합성한 것으로, 전해액을 탱크에 저장하고 그 전해액을 펌프로 셀이라고 불리는 부분에 송액 하여 충전/방전하는 전지를 의미한다.

이러한 레독스 흐름전지 중 하나로, 등록특허공보 제10-1176126호에는 바이폴라 플레이트와 양전극 멤브레인 음전극이 하나의 셀로 구성되고, 다수의 셀이 직렬적층된 구조에서 일측으로 주입된 전해액이 각 셀을 순차적으로 통과할 때 서로 다른 극을 갖는 바이폴라 플레이트의 유로통공에는 테프론 재지르이 쇼트방지관이 내설되어 서로 다른 극을 갖는 전해액과 바이폴라플레이트의 접촉을 차단해 쇼트에 의해 효율성이 저하되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지 구조가 도시되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 레독스 흐름전지는 전지를 구성하는 셀이 서로 직렬로 연결된 구조로, 서로 직렬 연결되는 셀 중 어느 하나의 셀에서 문제가 발생할 경우, 셀이 모여 이루어지는 레독스 흐름전지의 성능이 저하되는 문제점이 있다.

이러한 종래의 레독스 흐름전지가 가지는 문제점을 해결하고자, 레독스 흐름전지를 구성하는 셀과 충전부 또는 방전부를 병렬로 연결하기 위한 시도가 있었으나, 종래의 레독스 흐름전지는 각각의 셀을 직렬 연결하기 용이한 구조로, 각각의 셀과 충전부 또는 방전부를 병렬로 연결하기 위해서는 셀마다 두 개 이상의 집전판이 결합되어야 하기 때문에, 셀의 부피가 커지는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 구리 재질로 이루어진 집전판이 전해액과 직접 접하는 것을 방지하기 위하여 집전판에 형성된 전해액 이동통로에 오링을 위치시켜야 하기 때문에, 셀을 압착하더라도 분리막과 집전판이 오링에 의해 서로 이격되어 에너지의 충전과 방전 성능이 저하되는 문제점 또한 있었다.

따라서, 위와 같은 문제점을 해결할 수 있는 새로운 셀 구조를 가지는 레독스 흐름전지의 필요성이 대두되고 있다.

특허문헌 1) 국내공개특허 제2011-0116624호(명칭: 레독스 흐름전지 구조, 공개일: 2011.10.26)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 셀과 충전부 및 방전부를 병렬로 연결 가능한 레독스 흐름전지를 제공하는 것이다.

또한, 레독스 흐름전지를 구성하는 복수개의 셀과 충전부 및 방전부를 병렬로 연결 시 레독스 흐름전지의 부피가 커져 실효성이 떨어지는 문제점을 해결 가능한, 새로운 구조를 레독스 흐름전지를 제공하는 것이다.

그리고, 분리판 상에 집전판을 내장하는 방법을 제공하여, 레독스 흐름전지를 구성하는 구성요소의 개수를 최소화 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 레독스 흐름전지는, 전해액을 셀 단위체 내부로 순환시키는 레독스 흐름전지에 있어서, 이온이 통과되는 분리막(110)과, 상기 분리막(110)의 양 면에 각각 적층되되, 양극 전해액과 음극 전해액이 각각 통과하는 유로가 형성된 유로프레임(120)을 포함하며, 일렬로 배치되는 복수개의 셀 단위체(100); 및 일렬로 배치된 상기 셀 단위체(100)의 양 가장자리 끝단과, 서로 인접한 상기 셀 단위체(100) 사이에 배치되는 복수개의 집전모듈(200);을 포함하며, 상기 셀 단위체(100)는 같은 극의 유로프레임(120)이 상기 집전모듈(200)을 통해 서로 접하도록 일렬로 배열되며, 상기 집전모듈은, 접하는 두개의 유로 프레임(120)을 순환하는 전해액이 혼합되는 것을 방지하되 전하가 통과되는 분리판(210)과, 도전성 재질로 이루어지는 집전판(220)을 포함하고, 상기 집전판(220)은 상기 분리판(210) 상에 내장되어 전해액으로부터의 노출이 차단되는 극판과, 상기 극판의 일측에 바 형상으로 분리판 외부로 돌출되는 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 집전모듈(200)은 접하는 두개의 유로 프레임(120)을 순환하는 전해액이 혼합되는 것을 방지하되 전하가 통과되는 분리판(210)과, 도전성 재질로 이루어지는 집전판(220)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 집전모듈(200)은 일측에 위치되는 셀 단위체(100)와 타측에 위치되는 셀 단위체(100)가 서로 마주보는 내면에 각각 적층되는 두 개의 분리판(210)과, 일측과 타측에 배치된 분리판(210) 사이에 배치되는 집전판(200)으로 구성되며, 서로 동일한 극성으로 연결된 셀 단위체(100) 사이에 배치되는 복수개의 제1 집전모듈과, 복수개의 상기 셀 단위체(100)의 최외각 일측과 타측에 적층되는 분리판(210)과, 각각의 상기 분리판(210) 외측에 적층되는 집전판(200)으로 구성되는 한 쌍의 제2 집전모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 집전모듈(200)은 상기 집전판(220)이 상기 분리판(210) 상에 내장되되, 집전판(220)의 일측이 외부로 돌출되는 제3 집전모듈(200A)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 복수개의 상기 집전모듈(200) 중 양극인 집전모듈(200)을 병렬로 연결하며 충전부 또는 방전부와 전기적으로 연결되는 양극 회로부(310)와, 복수개의 상기 집전모듈(200) 중 음극인 집전모듈(200)을 병렬로 연결하며 충전부 또는 방전부와 전기적으로 연결되는 음극 회로부(320)로 구성되는 회로부(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 최외각에 위치된 상기 집전모듈(200)을 양측에서 압박하는 고정부(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 레독스 흐름전지를 구성하는 분리판(210)에 집전판(220)을 내장하는 방법에 있어서, 분리판(210)의 양측 단부를 위치 변위가 제한된 고정부재로 압박하는 압박단계(S100); 분리판(210)의 중앙영역을 가열하는 가열단계(S200); 가열된 분리판(210)의 중앙영역이 팽창하며 일측과 타측으로 벌어져 결합홈이 형성되는 결합홈 형성단계(S300); 상기 결합홈에 상기 집전판(220)을 끼워넣는 집전판 장착단계(S400); 및 상기 분리판(210)을 냉각하는 냉각단계(S500); 및 냉각된 상기 분리판(210)이 수축되며 일측과 타측으로 벌어진 분리판(210)의 중앙 영역이 결합홈에 위치된 집전판(220)을 압박 고정하는 결합단계(S600);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정부재는 상기 압박단계(S100)에서 상기 분리판(210)의 가장자리에 형성된 전해액 이동통로(L)를 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열단계(S200)에서 상기 분리판(210)은 700도 내지 1500도의 온도를 가지는 열원에 의해 가열되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열단계(S200)에서 상기 열원은 상기 분리판(210)을 1 내지 10초 가열하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명인 레독스 흐름전지는, 레독스 흐름전지를 구성하는 인접한 복수개의 셀 단위체가 양극과 양극이 마주보게 배치되고, 음극과 음극이 마주보게 배치되어, 셀과 방전부 및 충전부를 병렬 연결시킬 시 필요한 집전판의 개수를 최소화 가능한 장점이 있다.

즉, 셀의 배치 구조를 개선하여, 셀과 방전부 및 충전부를 병렬로 연결 시 각각의 셀마다 최소 2개의 집전판이 필요하기 때문에 레독스 흐름전지의 부피가 커졌던 문제점을 해소한 것이다.

또한, 분리판에 집전판을 내장하여, 서로 동일한 극성의 전해액이 흐르는 유로프레임 사이에 집전판이 내장된 분리판 하나만 배치하면 충분하므로, 레독스 흐름전지의 구성을 단순화 가능한 장점이 있다.

상세히 설명하면, 레독스 흐름전지를 구성하기 위한 구성요소의 개수를 최소화 하여 레독스 흐름전지의 생산 단가를 낮추고, 제한된 공간에 보다 많은 셀 단위체가 위치될 수 있게 하여, 레독스 흐름전지의 충전 용량을 극대화 가능한 것이다.

도 1은 본 발명인 레독스 흐름전지의 개념도.
도 2는 본 발명인 레독스 흐름전지의 분해 사시도.(분리판과 집전판이 개별 형성 시)
도 3은 본 발명인 레독스 흐름전지의 분해 사시도.(분리판에 집전판 내장 시)
도 4는 본 발명인 레독스 흐름전지를 구성하는 셀 단위체와 집전모듈이 모여 스택을 형성한 것을 나타낸 사시도.
도 5는 분리판에 집전판이 내장된 집전모듈의 A-A 단면도.
도 6은 본 발명인 레독스 흐름전지를 대상물체와 전기적으로 연결한 것을 나타낸 개념도.
도 7은 본 발명인 레독스 흐름전지를 구성하는 스택을 압박하는 고정부를 나타낸 개념도.
도 8은 분리판에 집전판을 내장하는 방법을 나타낸 순서도.
도 9 내지 도 13은 분리판에 집전판을 내장하는 방법을 나타낸 개념도.

본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 레독스 흐름전지에 관하여 설명하도록 한다.

도 1에서는 본 발명인 레독스 흐름전지(1000)의 구조를 설명하기 위한 개략 구조도를 도시하고 있다.

도 1을 참조하여 설명하면 본 발명인 레독스 흐름전지는 전지는 이온이 통과되는 분리막(110)과, 상기 분리막(110)의 양 면에 각각 적층되며, 양극 전해액과 음극 전해액이 각각 통과하는 유로가 형성된 유로프레임(120)을 포함하는 복수개의 셀 단위체(100)와, 복수개의 상기 셀 단위체(100)의 양 끝단과, 서로 인접한 상기 셀 단위체(100) 사이에 배치되는 3개 이상의 집전모듈(200)을 포함하며, 상기 셀 단위체(100)는 같은 극이 상기 집전모듈(200)을 통해 서로 접하도록 일렬로 배치된다.

상세히 설명하면, 복수개의 상기 셀 단위체(100)와 복수개의 상기 집전모듈(200)을 서로 교차 배치시키되, 서로 마주보는 동일 극성의 전해액이 흐르는 유로 프레임(120)을 상기 집전모듈(200)이 연결하여, 레독스 흐름전지(1000)를 구성하는 하나의 스택(1000A)을 형성하게 한 것이다.

더 상세하게 설명하면, 종래의 레독스 흐름전지는 충전부 및 방전부와 레독스 흐름전지를 구성하는 셀을 병렬로 연결하기 위해서는 셀의 양측에 각각 분리판과 집전판을 순차적으로 적층시켜야 했으며, 이러한 구조를 가지는 종래의 레독스 흐름전지는 복수개의 셀과 분리판 및 집전판이 모여 이루어지는 스택을 충전부 및 방전부와 직렬로 연결할 때와 비교하여 다수개의 집전판을 필요로 하기 때문에, 복수개의 셀과 분리판 및 집전판이 모여 이루어지는 스택의 부피가 커져, 한정된 공간에 위치될 수 있는 셀의 개수가 줄어들게 되므로, 결국 충방전 효율이 줄어드는 문제와 직결되었다.

따라서, 본 발명인 레독스 흐름전지(1000)는 도 1에 도시된 바와 같이 서로 인접한 유로 프레임(120)에 동일한 극성을 가지는 전해액이 순환시켜, 서로 인접한 유로 프레임(120) 사이에 유로 프레임(120)을 순환하는 전해액이 혼합되는 것을 방지하는 분리판과, 도전성 재질로 이루어지는 집전판이 모여 이루어지는 집전모듈(200)이 한 개만 배치될 수 있게 함으로써, 각각의 셀 단위체(100)를 구성하는 유로 프레임(120)의 가장자리마다 개별적으로 집전모듈(200)이 배치될 경우 발생하는 스택의 두께증가 문제를 해결 한 것이다.

이때, 서로 인접한 유로 프레임(120)에 동일한 극성을 가지는 전해액이 유입된다는 것은, 스택을 구성하는 복수개의 상기 유로 프레임(120) 중 최외각에 위치되는 유로 프레임(120)의 경우 인접한 유로 프레임(120)과 서로 다른 극성을 가지는 전해액이 순환되되, 최외각에 위치되지 않는 유로 프레임(120)의 경우 서로 인접한 유로 프레임(120)과 동일한 극성을 가지는 전해액이 유입된다는 것을 의미함은 물론이다.

즉, 복수개의 셀 단위체(100)와 집전모듈(200)이 서로 적층되어 하나의 스택을 형성 시, 양극 전해액이 저장된 양극 전해액 탱크(10)와 음극 전해액이 저장된 음극 전해액 탱크(20)가, 집전모듈(200)의 양면에 밀착 배치되는 서로 다른 셀 단위체(100)를 구성하는 유로 프레임(120)에 동일한 극성을 가지는 전해액을 순환시켜, 서로 인접한 셀 단위체(100)의 연결부가 동일한 극성을 가지게 한 것이다.

도 2에서는 본 발명인 레독스 흐름전지(1000)의 스택을 구성하는 하나의 셀(S)의 분해 사시도를 도시하고 있다.

도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에서 상기 셀(S)은 중앙에 위치되며 전해액은 통과하지 못하되 이온이 통과하는 성질을 가지는 멤브레인과 같은 분리막(110)과, 상기 분리막(110)의 양측면에 각각 적층되며 서로 다른 극을 띄는 전해액이 통과하는 유로가 형성된 유로 프레임(120)과, 각각의 상기 유로 프레임(120)의 양측면에 적층되어 유로 프레임(120)을 흐르는 전해액이 외부로 방출되는 것을 제한하는 분리판(210)과, 상기 분리판(210)의 양측면에 적층되는 집전판(220)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상세히 설명하면, 상기 집전판(220)과, 상기 분리판(210)과, 상기 유로 프레임(120)과, 상기 분리막(110)의 가장자리는 양극 성질의 전해액이 유입되는 양극 전해액 유입통로와, 양극 전해액이 방출되는 양극 전해액 방출통로와, 음극 성질의 전해액이 유입되는 음극 전해액 유입 통로와, 음극 전해액이 방출되는 음극 전해액 방출통로가 형성되며, 상기 양극 전해액 유입통로를 통해 유입된 전해액은 상기 분리막(110)의 일면에 적층된 유로 프레임(120)으로 유입되어 분리막(110)의 일면과 접한 후 상기 양극 전해액 방출 통로를 통하여 방출되고, 상기 음극 전해액 유입통로를 통해 유입된 전해액은 상기 분리막(110)의 타면에 적층된 유로 프레임(120)으로 유입되어 분리막(110)의 타면과 접한 후 상기 음극 전해액 방출 통로를 통하여 방출되며, 이때 전하의 이동이 가능한 분리막(110)의 일면과 타면에 서로 다른 극성을 가지는 전해액이 산화 및 환원반응 하여 충방전이 일어나게 되는 것이다.

그리고, 상기 셀(S)이 도 2에 도시된 바와 같은 구조로 이루어질 시 도 1에 도시된 상기 집전모듈(200)은 일측에 위치되는 유로 프레임(120)과 접하는 분리판과, 타측에 위치되는 유로 프레임(120)과 접하는 분리판(210)과, 일측과 타측에 배치된 분리판(210) 사이에 배치되는 집전판(220)으로 구성되며, 서로 동일한 극성으로 연결된 셀 단위체(100)를 연결하는 제1 집전모듈과, 복수개의 상기 셀 단위체(100)의 최외각 일측과 타측에 배치되는 분리판(210)과, 각각의 상기 분리판(210) 외측에 적층되는 집전판(200)으로 구성되는 한 쌍의 제2 집전모듈을 포함하여 이루어질 수 있다.

상세히 설명하면, 복수개의 셀 단위체(100)가 모여 레독스 흐름전지에 사용되는 하나의 스택(1000A)을 형성 시, 최외각에 위치되는 셀 단위체(100)에 상기 제2 집전모듈을 위치시키고, 서로 동일한 극이 마주보는 셀 단위체(100) 사이에 상기 제1 집전모듈을 배치하여, 레독스 흐름전지에 사용되는 스택의 부피를 최소화 한 것이다.

또한, 본 발명인 레독스 흐름전지(1000)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 집전판(220)이 상기 분리판(210) 상에 내장되어 제3 집전모듈(200A)을 형성할 수 있으며, 상기 제3 집전모듈(200A)을 이용하여 상기 셀(S)을 형성 시 셀(S)은 전해액은 통과하지 못하되 이온이 통과하는 성질을 가지는 분리막(110)과, 분리막(110)의 양측면에 각각 적층되며 서로 다른 극을 띄는 전해액이 통과하는 유로가 형성된 두 개의 유로 프레임(120)과, 각각의 유로 프레임(120)의 양 측면에 적층되는 제3 집전모듈(200A)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상세히 설명하면, 상기 집전판(220)을 상기 분리판(210) 내부에 내장하여 셀(S)을 구성하는 구성요소의 개수를 최소화 하고, 나아가 도 4에 도시된 바와 같이 셀(S)을 이용하여 레독스 흐름전지에 사용되는 스택(1000A)을 형성 시, 복수개 나열되는 셀 단위체(100)의 양측 단부와, 각각의 셀 단위체(100)가 서로 연결되는 연결부에 상기 제3 집전모듈(200A)만 위치되면 충분하므로, 레독스 흐름전지의 두께를 최소화 하고, 제한된 공간에 위치 가능한 셀 단위체(100)의 개수를 극대화 가능 한 것이다.

아울러, 본 발명인 레독스 흐름전지(1000)는 상기 도 5에 도시된 바와 같이 극판과 전극을 포함하는 상기 집전판(220)이 상기 분리판(210)에 내장되어, 전해액 이동통로를 통과하는 전해액과 집전판이 직접 접촉하는 것을 방지 가능할 뿐만 아니라, 레독스 흐름전지를 구성하는 스택의 두께를 줄이는 것이 가능하다.

상세히 설명하면, 상기 집전판(220)은 일반적으로 구리 재질로 이루어지기 때문에 전해액과 직접 접촉 시 집전판(220)이 산화되어 장치의 내구성이 떨어지는 문제가 발생하며, 종래에는 이러한 문제를 방지하기 위하여 집전판(220)에 형성된 전해액 이동통로 상에 오링을 설치하여, 전해액이 집전판(220)과 직접 접촉하는 것을 제한하였다.

따라서, 본 발명에서는 오링의 사용을 최소화하기 위해 도 5의 A-A 단면도에 도시된 바와 같이 상기 집전판이 상기 분리판(210) 상에 내장되어 전해액으로부터의 노출이 차단되는 극판과, 상기 극판의 일측에 바 형상으로 분리판 외부로 돌출되는 전극을 포함하도록 구성하고, 상기 분리판(210) 내부에 상기 집전판(220) 중 극판이 집전판(220)이 분리판(210)에 형성된 전해액이 통과하는 유로와 닿지 않게 내장함으로써 이러한 문제점을 해결 한 것이다.

또한, 도 6을 참조하여 설명하면 본 발명인 레독스 흐름전지(1000)는 복수개의 상기 집전모듈(200)중 양극인 집전모듈(200)을 병렬로 연결하며 충전부 또는 방전부와 전기적으로 연결되는 양극 회로부(310)와, 복수개의 상기 집전모듈(200) 중 음극인 집전모듈(200)을 병렬로 연결하며 충전부 또는 방전부와 전기적으로 연결되는 음극 회로부(320)를 포함할 수 있다.

상세히 설명하면, 양극 전해질이 순환하는 유로 프레임(120)과 접하는 복수개의 상기 집전모듈(200)을 상기 양극 회로부(310)가 연결하고, 음극 전해질이 순환하는 유로 프레임(120)과 접하는 복수개의 상기 집전모듈(200)을 상기 음극 회로부(320)가 연결한 후, 양극 회로부(310)와 음극 회로부(320)가 충전부 또는 방전부와 같은 대상물체(30)와 연결되어 충전 및 방전 가능하게 한 것이다.

결국, 종래의 레독스 흐름전지는 복수개의 셀이 모여 이루어지는 스택과 대상물체를 병렬로 연결할 시, 각각의 셀을 구성하며 양극 전해질이 순환하는 유로프레임과, 각각의 셀을 구성하며 음극 전해질이 순환하는 유로프레임이 음극, 양극, 음극, 양극 구조로 서로 교차 배치되어, 각 셀 의 양단에 개별적인 집전판이 배치되어야 하므로, 스택을 구성하는 셀과 대상물체를 병렬로 연결하기 위하여 스택을 구성하는 셀의 개수가 N개일 경우 필요로 하는 집전판의 개수가 2N개가 되어야 하는 반면, 본 발명인 레독스 흐름전지(1000)는 셀 단위체(100)를 구성하며 서로 동일한 극성을 가지는 유로 프레임(120)이 집전판(220) 극이 서로 접하는 구조(음극, 양극, 양극, 음극, 음극, 양극)로 배치되어, 집전판(220)을 셀 단위체(100)와 셀 단위체(100) 사이 및 셀 단위체(100)의 양측 가장자리 끝 단부에만 배치하면 되므로, 셀 단위체와 대상물체를 병렬로 연결하기 위하여 스택을 구성하는 셀 단위체의 개수가 (N)개일 경우 필요로 하는 집전판(220)의 개수가 N+1개면 충분 한 것이다.

그리고, 본 발명인 레독스 흐름전지(1000) 도 7에 도시된 바와 같이 최외각에 위치된 상기 집전모듈(200)을 양측에서 압박하는 고정부(400)를 더 포함할 수 있다.

상세히 설명하면, 셀 단위체(100)를 구성하는 각각의 구성요소와, 집전모듈(200)을 구성하는 각각의 구성요소들이 서로 더욱 밀착 배치 가능하게 하여, 각각의 구성요소들이 서로 접하는 면에서 발생하는 전해액 누출 사고를 방지 가능하게 한 것이다.

또한, 본 발명인 레독스 흐름전지(1000)는 도 8에 도시된 방법을 통하여 상기 분리판(210)에 집전판(220)이 내장될 수 있으며, 분리판(210)에 집전판(220)을 내장하는 방법은 분리판(210)의 양측 단부를 위치 변위가 제한된 고정부재로 압박하는 압박단계(S100)와, 분리판(210)의 중앙영역을 가열하는 가열단계(S200)와, 가열된 분리판(210)의 중앙영역이 팽창하며 일측과 타측으로 벌어져 결합홈(211)이 형성되는 결합홈 형성단계(S300)와, 상기 결합홈(211)에 상기 집전판(220)을 끼워넣는 집전판 장착단계(S400)와, 상기 분리판(210)을 냉각하는 냉각단계(S500)와, 냉각된 상기 분리판(210)이 수축되며 일측과 타측으로 벌어진 분리판(210)의 중앙 영역이 결합홈(211)에 위치된 집전판(220)을 압박 고정하는 결합단계(S600)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상세히 설명하면, 상기 압박단계(S100)에서 도 9에 도시된 바와 같이 분리판(210)의 폭방향 양측 단부를 고정부재(G)로 고정하여 분리판(210)의 폭방향 양측이 팽창되거나 움직이지 못하게 함과 동시에 상기 전해액 이동통로(L)를 폐쇄하고, 상기 가열단계(S200)에서 도 10에 도시된 바와 같이 분리판(210)을 500도 내지 1500도의 온도를 가지는 열원으로 1초 내지 10초 동안 가열하여, 상기 결합홈 형성단계(S300)에서 도 11에 도시된 바와 같이 분리판(210)의 중앙영역이 팽창하며 상측과 하측으로 벌어져 중심에 결합홈(211)이 형성되게 하고, 상기 집전판 장착단계(S400)에서 도 12에 도시된 바와 같이 결합홈 상에 집전판(220)을 끼워넣은 후, 냉각단계(S500)에서 가열된 분리판(210)을 냉각하여 결합단계(S600)에서 도 13에 도시된 바와 같이 결합홈(211)에 위치된 집전판(220)이 결합홈(211)을 형성하던 분리판(210)의 중앙영역에 의해 압박 고정되게 한 것이다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

100 : 셀 단위체
110 : 분리막
120 : 유로 프레임
130 : 분리판
200 : 집전모듈
210 : 분리판 211 : 결합홈
220 : 집전판
310 : 양극 회로부 320 : 음극 회로부
400 : 고정부

Claims (10)

1. 전해액을 셀 단위체 내부로 순환시키는 레독스 흐름전지에 있어서,
   이온이 통과되는 분리막(110)과, 상기 분리막(110)의 양 면에 각각 적층되되, 양극 전해액과 음극 전해액이 각각 통과하는 유로가 형성된 유로프레임(120)을 포함하며, 일렬로 배치되는 복수개의 셀 단위체(100); 및
   일렬로 배치된 상기 셀 단위체(100)의 양 가장자리 끝단과, 서로 인접한 상기 셀 단위체(100) 사이에 배치되는 복수개의 집전모듈(200);을 포함하며,
   상기 셀 단위체(100)는 같은 극의 유로프레임(120)이 상기 집전모듈(200)을 통해 서로 접하도록 일렬로 배열되며,
   상기 집전모듈은,
   접하는 두개의 유로 프레임(120)을 순환하는 전해액이 혼합되는 것을 방지하되 전하가 통과되는 분리판(210)과, 도전성 재질로 이루어지는 집전판(220)을 포함하고,
   상기 집전판(220)은 상기 분리판(210) 상에 내장되어 전해액으로부터의 노출이 차단되는 극판과, 상기 극판의 일측에 바 형상으로 분리판 외부로 돌출되는 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레독스 흐름전지.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 집전모듈(200)은 일측에 위치되는 셀 단위체(100)와 타측에 위치되는 셀 단위체(100)가 서로 마주보는 내면에 각각 적층되는 두 개의 분리판(210)과, 일측과 타측에 배치된 분리판(210) 사이에 배치되는 집전판(200)으로 구성되며, 서로 동일한 극성으로 연결된 셀 단위체(100) 사이에 배치되는 복수개의 제1 집전모듈과,
   복수개의 상기 셀 단위체(100)의 최외각 일측과 타측에 적층되는 분리판(210)과, 각각의 상기 분리판(210) 외측에 적층되는 집전판(200)으로 구성되는 한 쌍의 제2 집전모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레독스 흐름전지.
   
4. 삭제
5. 제 3항에 있어서,
   복수개의 상기 집전모듈(200) 중 양극인 집전모듈(200)을 병렬로 연결하며 충전부 또는 방전부와 전기적으로 연결되는 양극 회로부(310)와, 복수개의 상기 집전모듈(200) 중 음극인 집전모듈(200)을 병렬로 연결하며 충전부 또는 방전부와 전기적으로 연결되는 음극 회로부(320)로 구성되는 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레독스 흐름전지.
   
6. 제 5항에 있어서,
   최외각에 위치된 상기 집전모듈(200)을 양측에서 압박하는 고정부(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 레독스 흐름전지.
   
7. 제 1항의 레독스 흐름전지를 구성하는 분리판(210)에 집전판(220)을 내장하는 방법에 있어서,
   분리판(210)의 양측 단부를 위치 변위가 제한된 고정부재로 압박하는 압박단계(S100);
   분리판(210)의 중앙영역을 가열하는 가열단계(S200);
   가열된 분리판(210)의 중앙영역이 팽창하며 일측과 타측으로 벌어져 결합홈이 형성되는 결합홈 형성단계(S300);
   상기 결합홈에 상기 집전판(220)을 끼워넣는 집전판 장착단계(S400); 및
   상기 분리판(210)을 냉각하는 냉각단계(S500); 및
   냉각된 상기 분리판(210)이 수축되며 일측과 타측으로 벌어진 분리판(210)의 중앙 영역이 결합홈에 위치된 집전판(220)을 압박 고정하는 결합단계(S600);를 포함하는, 분리판에 집전판을 내장하는 방법.
   
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 고정부재는 상기 압박단계(S100)에서 상기 분리판(210)의 가장자리에 형성된 전해액 이동통로(L)을 폐쇄하는 것을 특징으로 하는, 분리판에 집전판을 내장하는 방법.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 가열단계(S200)에서 상기 분리판(210)은 700도 내지 1500도의 온도를 가지는 열원에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는, 분리판에 집전판을 내장하는 방법.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 가열단계(S200)에서 상기 열원은 상기 분리판(210)을 1 내지 10초 가열하는 것을 특징으로 하는, 분리판에 집전판을 내장하는 방법.
    

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