KR102129484B1 - 박형 레독스 흐름전지 전극 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 박형 레독스 흐름전지 전극 제조방법은,
탄소섬유 다발과, 탄소섬유 펠트를 준비하는 제1단계;
상기 탄소섬유 다발을 니들펀칭으로 확포하여, 탄소섬유들이 일방향으로 배열된 지지층을 만드는 제2단계;
상기 지지층 위에 상기 탄소섬유 펠트를 올려놓는 제3단계;
상기 탄소섬유 펠트를 니들펀칭하여, 상기 탄소섬유 펠트 속 탄소섬유가 끌려 내려와, 상기 지지층 속 탄소섬유들이 좌우로 흩어지지 않게 묶어주는 제4단계;
상기 탄소섬유 펠트 상면에 전해액이 흐르는 방향으로 유로를 형성하기 위해, 니들이 상기 탄소섬유 펠트를 반복적으로 뚫고 지나가면서, 상기 탄소섬유 펠트를 점점 압착하는 제5단계; 및
상기 제5단계를 반복하여, 상기 유로와 평행한 다른 유로를 상기 탄소섬유 펠트에 복수 개 더 형성하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

박형 레독스 흐름전지 전극 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING ELECTRODE FOR THIN REDOX FLOW BATTERY}
본 발명은 레독스 흐름전지 전극 제조방법에 관한 것이다.
레독스 흐름전지는 전해질의 전기화학반응에 따라 충·방전을 거듭하는 이차전지다. 레독스 흐름전지에 사용되는 전해액으로는 바나듐, Zn-Br 등이 있다.
레독스 흐름전지는, 전해액을 순환시키면서 충전과 방전을 한다. 충전과 방전은 산화와 환원의 전기화학적 반응이 일어나는 스택에서 일어나고, 전기는 전해액에 저장된다.
레독스 흐름전지는 스택 개수 및 크기에 따라 출력이 결정되고, 전기용량은 탱크에 저장되는 전해액의 양에 의하여 결정된다.
레독스 흐름전지는 전기를 저장하는 전해액을 반영구적으로 사용할 수 있어 친환경적이며, 폭발의 위험성이 없다.
이러한 레독스 흐름전지는, 레독스 흐름전지의 효율이 지속적으로 유지될 수 있도록, 전해액이 전기화학적 반응을 충분히 일으키기도 전에 전극을 빠져나가지 않으면서도, 전극내에서 정체되지 않는 흐름을 갖는 것이 중요하다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인의 등록특허(10-1865057)는, 니들펀칭으로, 탄소섬유 펠트에 전해액이 흐르는 방향으로 복수 개의 유로를 형성하여, 전해액이 유로를 따라 원활하게 흐르게 만드는 레독스 흐름전지 전극 제조방법을 제시하고 있다. 이러한 레독스 흐름전지 전극 제조방법에는, 0.1~2.0mm 두께의 열가소성 수지 메쉬 위에, 0.1~1mm 두께의 탄소섬유 팰트를 올려놓고 니들펀칭하여 유로를 형성하며, 메쉬는 유로가 그 형상을 그대로 유지할 수 있도록 유로를 지지하는 역할을 한다.
한편, 레독스 흐름전지 전극의 두께를 줄여, 같은 공간 내에 보다 많은 단위셀을 적층하면, 보다 많은 전기를 생산해 낼 수 있다.
그러나, 등록특허(10-1865057)에 사용된 메쉬는 열가소성 수지로 만들어져 실제로는 1mm 미만의 두께로 만들기가 대단히 어렵다. 이 때문에, 탄소섬유 펠트와 메쉬의 두께를 합친 전극의 두께를 1mm 미만으로 줄이기 어렵다.
한편, 등록특허(10-1865057)는 메쉬 위에 탄소섬유 펠트를 올려놓고 니들펀칭하여 탄소섬유 펠트의 상면에 유로를 형성하고, 탄소섬유 펠트와 메쉬를 결합시키므로, 니들이 딱딱한 메쉬에 부딪쳐 빈번히 부러지고, 부러진 니들은 탄소섬유 펠트 속에 숨어 레독스 흐름전지의 고장을 일으킨다.
한국등록특허(10-1865057)
본 발명은, 상술한 문제점을 모두 해결할 수 있는 새로운 개념의 박형 레독스 흐름전지 전극 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 박형 레독스 흐름전지 전극 제조방법은,
탄소섬유 다발과, 탄소섬유 펠트를 준비하는 제1단계;
상기 탄소섬유 다발을 니들펀칭으로 확포하여, 탄소섬유들이 일방향으로 배열된 지지층을 만드는 제2단계;
상기 지지층 위에 상기 탄소섬유 펠트를 올려놓는 제3단계;
상기 탄소섬유 펠트를 니들펀칭하여, 상기 탄소섬유 펠트 속 탄소섬유가 끌려 내려와, 상기 지지층 속 탄소섬유들이 좌우로 흩어지지 않게 묶어주는 제4단계;
상기 탄소섬유 펠트 상면에 전해액이 흐르는 방향으로 유로를 형성하기 위해, 니들이 상기 탄소섬유 펠트를 반복적으로 뚫고 지나가면서, 상기 탄소섬유 펠트를 점점 압착하는 제5단계; 및
상기 제5단계를 반복하여, 상기 유로와 평행한 다른 유로를 상기 탄소섬유 펠트에 복수 개 더 형성하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 수개에서 수십 가닥의 고강도 탄소섬유들이 적층된 단위그룹들이 일방향으로 배열되어 형성된 지지층 위에 탄소섬유 펠트를 올려놓고 니들펀칭하여 유로를 형성하므로, 기존 열가소성 메쉬 보다 얇은 두께(0.1~0.2mm)로 유로가 무너지지 않게 유로를 지지할 수 있다.
또한, 본 발명은 한 가닥의 고강도 탄소섬유들이 일방향으로 배열되어 형성된 지지층 위에 탄소섬유 펠트를 올려놓고 니들펀칭하여 유로를 형성하므로, 기존 열가소성 메쉬 보다 훨씬 얇은 두께로도 유로가 무너지지 않게 유로를 지지할 수 있다. 이로 인해, 탄소섬유 펠트의 두께와 지지층의 두께를 합친 레독스 흐름전지 전극의 두께를, 열가소성 메쉬를 사용한 종래 레독스 흐름전지 전극 두께의 1/5 까지 줄일 수 있어, 같은 공간 내에 보다 많은 단위셀을 적층하여, 보다 많은 전기를 생산해 낼 수 있다.
또한, 본 발명은, 격자형의 열가소성 메쉬가 아닌, 탄소섬유들이 전해액이 흐르는 방향으로 일렬로 배열된 지지층을 구비하고 있어, 지지층이 전해액이 흘러가는 방향을 안내하는 역할을 할 수 있다.
본 발명은, 딱딱한 열가소성 메쉬가 아닌, 유연한 탄소섬유들로 구성된 지지층을 구비하고 있어, 지지층 위에 탄소섬유 펠트를 올려놓고 니들펀칭하더라도, 니들이 부러지는 일이 없다. 따라서, 니들이 딱딱한 메쉬에 부딪쳐 부러진 다음, 탄소섬유 펠트 속에 숨어, 레독스 흐름전지의 고장을 일으키는 것을 차단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박형 레독스 흐름전지 전극 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 탄소섬유 다발을 니들펀칭으로 좌우로 확포하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 수개에서 수십 가닥의 탄소섬유가 적층된 단위그룹들이 일방향으로 배열되어 형성된 지지층위에, 탄소섬유 펠트가 놓여진 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 한 가닥의 탄소섬유가 일방향으로 배열되어 형성된 지지층위에, 탄소섬유 펠트가 놓여진 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 니들펀칭에 의해 끌려온 탄소섬유 펠트 속 탄소섬유에 의해, 도 3에 도시된 지지층 속 일방향 탄소섬유들이, 좌우로 흩어지지 않게 묶여진 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 니들펀칭에 의해 끌려온 탄소섬유 펠트 속 탄소섬유에 의해, 도 4에 도시된 지지층 속 일방향 탄소섬유들이, 좌우로 흩어지지 않게 묶여진 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 탄소섬유 펠트를 니들이 반복적으로 뚫으면서 압착하여, 탄소섬유 펠트 상면 특정부위에 유로를 형성하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 6에 도시된 탄소섬유 펠트를 니들이 반복적으로 뚫으면서 압착하여, 탄소섬유 펠트 상면 특정부위에 유로를 형성하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 5에 도시된 탄소섬유 펠트 상면에 일정간격으로 복수 개의 유로가 형성되어 만들어진 레독스 흐름전지 전극을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 6에 도시된 탄소섬유 펠트 상면에 일정간격으로 복수 개의 유로가 형성되어 만들어진 레독스 흐름전지 전극을 나타낸 도면이다.
도 11은 도 9에 도시된 레독스 흐름전지 전극이 설치된 단위셀의 분해사시도이다.
도 12는 도 10에 도시된 레독스 흐름전지 전극이 설치된 단위셀의 분해사시도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 박형 레독스 흐름전지 전극 제조방법을 자세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박형 레독스 흐름전지 전극 제조방법은,
탄소섬유 다발과, 탄소섬유 펠트를 준비하는 제1단계(S11);
상기 탄소섬유 다발을 니들펀칭으로 확포하여, 탄소섬유들이 일방향으로 배열된 지지층을 만드는 제2단계(S12);
상기 지지층 위에 상기 탄소섬유 펠트를 올려놓는 제3단계(S13);
상기 탄소섬유 펠트를 니들펀칭하여, 상기 탄소섬유 펠트 속 탄소섬유가 끌려 내려와, 상기 지지층 속 탄소섬유들이 좌우로 흩어지지 않게 묶어주는 제4단계(S14);
상기 탄소섬유 펠트 상면에 전해액이 흐르는 방향으로 유로를 형성하기 위해, 니들이 상기 탄소섬유 펠트를 반복적으로 뚫고 지나가면서, 상기 탄소섬유 펠트를 점점 압착하는 제5단계(S15);
상기 제5단계를 반복하여, 상기 유로와 평행한 다른 유로를 상기 탄소섬유 펠트에 복수 개 더 형성하는 제6단계(S16)로 구성된다.
제1단계(S11)를 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같은 탄소섬유 다발(T)을 준비한다. 탄소섬유 다발(T)은 긴 탄소섬유(CF1)들이 일방향으로 배열되어 합쳐진 토우(tow) 형태를 가진다. 탄소섬유(CF1)는, 수십에서 수백개의 탄소섬유필라멘트들로 구성되어, 0.1~0.2mm의 직경을 가진다. 도면이 복잡해지는 것을 피하기 위해, 도 2 내지 도 12에서 탄소섬유필라멘트의 도시는 생략되었다.
도 3에 도시된 바와 같은 탄소섬유 펠트(F)를 준비한다. 탄소섬유 펠트(F)는 짧은 탄소섬유(CF2)가 무작위로 뭉쳐져 만들어진다. 탄소섬유 펠트(F)는 0.1~1mm의 두께를 가진다.
탄소섬유 펠트(F)의 면밀도는 10g/㎡~300g/㎡인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 탄소섬유 펠트(F)의 면밀도는 50g/㎡~200g/㎡인 것이 좋다.
그 이유는, 탄소섬유 펠트(F)의 면밀도가 10g/㎡ 미만이면 탄소섬유 펠트(F)가 전해액을 그대로 흡수해 버려 유로가 제 역할을 못하게 되고 탄소섬유 펠트(F)의 내구성이 크게 떨어지고, 탄소섬유 펠트(F)의 면밀도가 300g/㎡를 초과하면 박형의 탄소섬유 펠트(F)의 제작이 어렵게 되고 재료비가 상승하기 때문이다.
제2단계(S12)를 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 니들(N)이 반복적으로 탄소섬유 다발(T)을 펀칭하면, 탄소섬유 다발(T)을 구성하는 탄소섬유(CF1)들 사이 간격이 점차 벌어지면서, 탄소섬유 다발(T)이 확포된다.
탄소섬유 다발(T)이 니들펀칭으로 확포되면서, 도 3 또는 도 4에 도시된 지지층(S1,S2)이 만들어진다. 여기서, 탄소섬유 다발(T)의 양 끝단이 구속되지 않은 상태에서 니들펀칭할 수도 있지만, 니들펀칭하는 동안 탄소섬유(CF1)들이 흩어지는 것을 방지하기 위해 탄소섬유 다발(T)의 양 끝단을 지그(jig)로 잡은 상태에서 탄소섬유 다발(T)의 중간부분을 니들펀칭 할 수도 있다.
니들펀칭의 회수에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 수개에서 수십 가닥의 탄소섬유(CF1)가 적층된 단위그룹들이 일방향으로 배열된 지지층(S1)이 형성될 수 있다. 이 경우, 지지층(S1)의 두께는 탄소섬유(CF1) 직경의 배수가 된다.
일 예로, 도 3에서 도시된 단위그룹은 수직으로 적층된 3가닥의 탄소섬유(CF1)들로 구성된다.
탄소섬유(CF1) 한 가닥의 직경이 0.1~0.2mm 이므로, 3가닥의 탄소섬유(CF1)가 수직으로 적층된 지지층(S1)의 두께는, 탄소섬유(CF1)의 직경(0.1~0.2mm)의 3배인 0.3~0.6mm가 된다.
다른 예로, 단위그룹이 수직으로 적층된 4가닥의 탄소섬유(CF1)들로 구성된다면, 지지층(S1)의 두께는 탄소섬유(CF1)의 직경(0.1~0.2mm)의 4배인 0.4~0.8mm가 된다.
이렇게 본 발명은, 수직으로 적층되는 탄소섬유(CF1)들의 개수를 조절하여, 지지층(S1)의 두께를 쉽게 조절할 수 있다.
한편, 니들펀칭의 회수가 증가할수록, 탄소섬유 다발(T)의 확포량은 점점 더 커져, 결국 도 4에 도시된 바와 같이, 한 가닥의 탄소섬유(CF2)들이 일방향으로 배열된 지지층(S2)까지 형성될 수 있다. 이 경우, 지지층(S2)의 두께는 탄소섬유(CF2)의 직경(0.1~0.2mm)과 동일한 0.1~0.2mm가 된다. 따라서, 지지층(S2)의 두께를 탄소섬유(CF2) 한 가닥의 직경까지 줄일 수 있다.
이하, 제3단계(S13) 내지 제6단계(S16)의 설명에서는,
도 3에 도시된 단위그룹들이 일방향으로 배열되어 형성된 지지층(S1)에 의해 지지되는 탄소섬유 펠트(F) 상면에 유로(P1)를 형성하는 방법과,
도 4에 도시된 한 가닥의 탄소섬유(CF2)들이 일방향으로 배열된 지지층(S2)에 의해 지지되는 탄소섬유 펠트(F) 상면에 유로(P2)를 형성하는 방법을 번갈아가며 설명한다.
제3단계(S13)를 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 지지층(S1) 위에 탄소섬유 펠트(F)를 올려놓는다. 지지층(S1)은 수개에서 수십 가닥의 고강도인 탄소섬유들이 적층된 단위그룹들이 일방향으로 배열되어 형성되므로, 기존 열가소성 메쉬 보다 얇은 두께로도, 유로(P1, 도 9 참조)가 무너지지 않게 유로(P1)를 지지할 수 있다. 또한, 지지층(S1)의 탄소섬유(CF1)들이 전해액이 흐르는 방향으로 일렬로 배열되어, 전해액이 흘러가는 방향을 안내할 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 지지층(S2) 위에 탄소섬유 펠트(F)를 올려놓는다. 지지층(S2)은 한 가닥의 고강도인 탄소섬유들이 일방향으로 배열되어 형성되므로, 기존 열가소성 메쉬 보다 훨씬 얇은 두께로도, 유로(P2, 도 10 참조)가 무너지지 않게 유로(P2)를 지지할 수 있다. 또한, 지지층(S2)의 탄소섬유(CF1)들이 전해액이 흐르는 방향으로 일렬로 배열되어, 전해액이 흘러가는 방향을 안내할 수 있다.
제4단계(S14)를 설명한다.
도 3에 도시된 탄소섬유 펠트(F)를 니들펀칭하여, 도 7에 도시된 유로(P1)를 형성하는 과정에서, 아무런 구속 없이 일방향으로 배열된 지지층(S1)의 탄소섬유(CF1)들이 좌우로 흩어지는 것을 막기 위해, 지지층(S1) 속 탄소섬유(CF1)들을 탄소섬유 펠트(F) 속 탄소섬유(CF2)들로 묶어준다. 이를 위해, 지지층(S1) 위에 탄소섬유 펠트(F)가 올려진 상태에서 탄소섬유 펠트(F)를 군데군데 니들펀칭을 한다.
그러면, 도 5에 도시된 바와 같이, 탄소섬유 펠트(F) 속 탄소섬유(CF2)가 끌려 내려와, 지지층(S1) 속 탄소섬유(CF1)들이 좌우로 흩어지지 않게 묶어준다.
한편, 도 4에 도시된 탄소섬유 펠트(F)를 니들펀칭하여, 도 8에 도시된 유로(P2)를 형성하는 과정에서, 아무런 구속 없이 일방향으로 배열된 지지층(S2)의 탄소섬유(CF1)들이 좌우로 흩어지는 것을 막기 위해, 지지층(S2) 속 탄소섬유(CF1)들을 탄소섬유 펠트(F) 속 탄소섬유(CF2)들로 묶어준다. 이를 위해, 지지층(S2) 위에 탄소섬유 펠트(F)가 올려진 상태에서 탄소섬유 펠트(F)를 군데군데 니들펀칭을 한다.
그러면, 도 6에 도시된 바와 같이, 탄소섬유 펠트(F) 속 탄소섬유(CF2)가 끌려 내려와, 지지층(S2) 속 탄소섬유(CF1)들이 좌우로 흩어지지 않게 묶어준다.
제5단계(S15)를 설명한다.
도 3에 도시된 탄소섬유 펠트(F)를 니들펀칭하여, 도 7에 도시된 바와 같이, 탄소섬유 펠트(F) 상면에 전해액이 흐르는 방향(도 11에 도시된 직선화살표 방향)으로 유로(P1)를 형성한다. 이를 위해, 도 7에 도시된 바와 같이, 니들(N)이 탄소섬유 펠트(F)를 반복적으로 뚫고 지나가면서, 유로(P1)를 형성할 부분을 점점 압착시킨다. 이렇게 압착된 부분에 유로(P1)가 형성된다. 이렇게 형성된 유로(P1)로 인해서, 전해액이 유로(P1)를 따라 원활하게 흐를 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 탄소섬유 펠트(F)를 니들펀칭하여, 도 8에 도시된 바와 같이, 탄소섬유 펠트(F) 상면에 전해액이 흐르는 방향(도 12에 도시된 직선화살표 방향)으로 유로(P2)를 형성한다. 이를 위해, 도 8에 도시된 바와 같이, 니들(N)이 탄소섬유 펠트(F)를 반복적으로 뚫고 지나가면서, 유로(P2)를 형성할 부분을 점점 압착시킨다. 이렇게 압착된 부분에 유로(P2)가 형성된다. 이렇게 형성된 유로(P2)로 인해서, 전해액이 유로(P2)를 따라 원활하게 흐를 수 있다.
한편, 니들펀칭의 회수와 니들펀칭의 깊이를 조절하면 탄소섬유 펠트(F)의 압착정도를 조절할 수 있고, 탄소섬유 펠트(F)의 압착정도에 따라 유로(P1,P2)의 깊이를 조절할 수 있다. 이렇게 유로(P1,P2)의 깊이를 단계별로 조절하기 위해서, 니들펀칭의 회수는 10타/㎠~300타/㎠인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 니들펀칭의 회수는 30타/㎠~150타/㎠인 것이 좋다.
한편, 유로(P1,P2)의 깊이가 너무 깊으면 전기화학적 반응이 충분히 일어나기도 전에 전해액이 유로(P1)를 따라 급속하게 빠져나가고, 유로(P1,P2))의 깊이가 너무 얇으면 전해액이 잘 빠져나가지 못하게 된다. 이러한 점을 고려하여, 유로(P1,P2)의 깊이는 탄소섬유 펠트(F) 두께의 1/2~1/3이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 유로(P1,P2)를 탄소섬유 펠트(F)를 컷팅해서 형성하는 것이 아닌, 니들펀칭으로 탄소섬유 탄소섬유유로(P)를 압착해서 형성함으로써, 1mm이하의 얇은 두께를 가진 박형 탄소섬유 펠트(F)에도 유로(P1)를 쉽게 형성할 수 있다.
한편, 유로(P1,P2)의 폭(w1,w2)은 니들펀칭으로 최소 1mm 부터 가능하며, 최대 폭은 임의 설정이 가능하다. 다만, 유로(P1,P2)의 폭(w1,w2)이 너무 넓으면 전기화학적 반응이 충분히 일어나기도 전에 전해액이 유로를 따라 급속하게 빠져나가고, 유로(P1,P2)의 폭(w1,w2)이 너무 좁으면 전해액이 잘 빠져나가지 못하게 된다. 이러한 점을 고려하여, 유로(P1,P2)의 폭(w1,w2)의 최대 폭을 정하는 것이 바람직하다.
제6단계(S16)를 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이 탄소섬유 펠트(F)를 니들펀칭하는 방식으로, 유로(P1)와 평행한 다른 유로(P1)를 탄소섬유 펠트(F)에 복수 개 더 형성하여, 도 9에 도시된 레독스 흐름전지 전극(10)을 최종적으로 만들어낸다. 유로(P1)들 사이 간격은 일정하거나 다른 간격이 될 수 있다. 본 실시예에서는 유로(P1)들 사이 간격이 일정하다.
도 9에 도시된 도면부호 T1은 레독스 흐름전지 전극(10)의 두께를 나타내고, 도면부호 t11은 탄소섬유 펠트(F)의 두께를 나타내고, 도면부호 t12은 지지층(S1)의 두께를 나타낸다. 따라서, T1=t11+t12이 되고, t11은 0.1~1mm 범위에 있고, t12는 0.3~0.6mm(탄소섬유 3가닥의 적층높이)부터 시작되므로, 레독스 흐름전지 전극(10)을 최소 0.4mm 두께를 가진 박형으로 만들 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 레독스 흐름전지 전극(10)은 설정된 크기로 잘려져 단위셀(1)에 설치된다.
단위셀(1)은 이온교환막(11), 스페이서(12), 바이폴라 플레이트(13), 레독스 흐름전지 전극(10)으로 구성된다. 도 11에 도시된 직선화살표는 전해액이 흘러가는 방향을 나타낸다. 단위셀(1)을 여러 개 배치하고 연결하여 레독스 흐름전지 스택을 만들고, 스택을 전해액 탱크와 연결하여 레독스 흐름전지를 만든다.
레독스 흐름전지 전극(10)이 박형이므로, 같은 공간 내에 보다 많은 단위셀을 적층하여, 보다 많은 전기를 생산해 낼 수 있다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이 탄소섬유 펠트(F)를 니들펀칭하는 방식으로, 유로(P2)와 평행한 다른 유로(P2)를 탄소섬유 펠트(F)에 복수 개 더 형성하여, 도 10에 도시된 레독스 흐름전지 전극(20)을 최종적으로 만들어낸다. 유로(P2)들 사이 간격은 일정하거나 다른 간격이 될 수 있다. 본 실시예에서는 유로(P2)들 사이 간격이 일정하다.
도 10에 도시된 도면부호 T1은 레독스 흐름전지 전극(20)의 두께를 나타내고, 도면부호 t11은 탄소섬유 펠트(F)의 두께를 나타내고, 도면부호 t12은 지지층(S2)의 두께를 나타낸다. 따라서, T1=t11+t12이 되고, t11은 0.1~1mm 범위에 있고, t12는 0.1~0.2mm(탄소섬유 한 가닥의 직경)부터 시작되므로, 레독스 흐름전지 전극(10)을 최소 0.2mm 두께를 가진 초박형으로 만들 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 레독스 흐름전지 전극(20)은 설정된 크기로 잘려져 단위셀(2)에 설치된다.
단위셀(2)은 이온교환막(11), 스페이서(12), 바이폴라 플레이트(13), 레독스 흐름전지 전극(20)으로 구성된다. 도 12에 도시된 직선화살표는 전해액이 흘러가는 방향을 나타낸다. 단위셀(2)을 여러 개 배치하고 연결하여 레독스 흐름전지 스택을 만들고, 스택을 전해액 탱크와 연결하여 레독스 흐름전지를 만든다.
레독스 흐름전지 전극(20)이 초박형이므로, 같은 공간 내에 보다 많은 단위셀을 적층하여, 보다 많은 전기를 생산해 낼 수 있다.
1,2: 단위셀 11: 이온교환막
12: 스페이서 13: 바이폴라 플레이트
10,20: 레독스 흐름전지 전극 F: 탄소섬유 펠트
S1,S2: 지지층 CF1,CF2: 탄소섬유

Claims (7)

  1. 탄소섬유 다발과, 탄소섬유 펠트를 준비하는 제1단계;
    상기 탄소섬유 다발을 니들펀칭으로 확포하여, 상기 탄소섬유 다발을 구성하는 탄소섬유들이 일방향으로 배열된 지지층을 만들되, 니들펀칭의 회수를 조절하여 상기 지지층의 폭을 조절하고, 니들펀칭의 회수를 조절하여 상기 지지층의 두께를 최하 탄소섬유 한가닥 직경으로 만드는 제2단계;
    상기 지지층 위에 상기 탄소섬유 펠트를 올려놓는 제3단계;
    상기 탄소섬유 펠트를 니들펀칭하여, 상기 탄소섬유 펠트 속 탄소섬유가 끌려 내려와, 상기 지지층을 구성하는 일방향으로 배열된 탄소섬유들이 좌우로 흩어지지 않게 묶어주는 제4단계;
    상기 탄소섬유 펠트 상면에 전해액이 흐르는 방향으로 유로를 형성하기 위해, 니들이 상기 탄소섬유 펠트를 반복적으로 뚫고 지나가면서, 상기 탄소섬유 펠트를 점점 압착하되, 니들펀칭의 회수와 니들펀칭의 깊이를 조절하여 상기 유로의 깊이를 단계별로 조절하는 제5단계; 및
    상기 제5단계를 반복하여, 상기 유로와 평행한 다른 유로를 상기 탄소섬유 펠트에 복수 개 더 형성하는 제6단계를 포함하며,
    상기 제2단계에서 탄소섬유 다발을 니들펀칭으로 확포하여 설정된 지지층의 폭 및 두께를 만드는 것과, 상기 제4단계에서 상기 지지층을 구성하는 일방향으로 배열된 탄소섬유들을 좌우로 흩어지지 않게 묶어주는 것과, 상기 제5단계에서 상기 탄소섬유 펠트 상면에 전해액이 흐르는 방향으로 설정된 깊이를 가진 유로를 형성하는 것과, 상기 제6단계에서 상기 유로와 평행한 다른 유로를 상기 탄소섬유 펠트에 복수 개 더 형성하는 것이, 상기 탄소섬유 다발 또는 상기 탄소섬유 펠트를 니들펀칭하는 것만으로 모두 이루어지는 것을 특징으로 하는 박형 레독스 흐름전지 전극을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄소섬유 펠트의 면밀도는 10g/㎡~300g/㎡인 것을 특징으로 하는 박형 레독스 흐름전지 전극을 제조하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 탄소섬유 펠트의 두께는 0.1~1mm 인 것을 특징으로 하는 박형 레독스 흐름전지 전극을 제조하는 방법.
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