KR102130874B1 - Electrode structure for battery and redox flow battery comprising said electrode - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극 구조체 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지에 관한 기술로, 보다 상세하게는, 관통된 유로가 형성되거나, 하나 이상의 관통홀 구조가 형성된 스페이서 및 스페이서 전/후에 위치되는 복수의 전극판을 포함하는 전극 구조체 및 이를 포함하는 레독스 흐름전지에 관한 것이다.
나아가, 스페이서에 의해 전극 사이 전해질의 유량 및 유속을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 전지의 출력이 증가될 수 있는 전극 구조체 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지에 관한 것이다. The present invention relates to an electrode structure and a redox flow battery comprising the same, and more specifically, a spacer having a through passage or one or more through hole structures, and a plurality of electrode plates positioned before and after the spacer. It relates to an electrode structure comprising and a redox flow battery comprising the same.
Furthermore, the present invention relates to an electrode structure capable of increasing the flow rate and flow rate of the electrolyte between electrodes by a spacer, and thus the output of the battery, and a redox flow battery including the same.
Description
본 발명은 전극 구조체 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지에 관한 기술로, 보다 상세하게는, 관통된 유로가 형성되거나, 하나 이상의 관통홀 구조가 형성된 스페이서 및 스페이서 전/후에 위치되는 복수의 전극판을 포함하는 전극 구조체 및 이를 포함하는 레독스 흐름전지에 관한 것이다. The present invention relates to an electrode structure and a redox flow battery comprising the same, and more specifically, a spacer having a through passage or one or more through hole structures, and a plurality of electrode plates positioned before and after the spacer. It relates to an electrode structure comprising and a redox flow battery comprising the same.
나아가, 스페이서에 의해 전극 사이 전해질의 유량 및 유속을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 전지의 출력이 증가될 수 있는 전극 구조체 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지에 관한 것이다. Furthermore, the present invention relates to an electrode structure capable of increasing the flow rate and flow rate of electrolyte between electrodes by a spacer, thereby increasing the output of the battery, and a redox flow battery including the same.
최근 파리기후협정이 체결되면서, 세계적으로 환경오염에 대한 관심이 집중됨에 따라, 태양광, 풍력, 연료전지 등 신재생에너지가 각광을 받고 있다. 재생에너지는 입지환경이나 자연조건에 크게 영향을 받으므로 출력 변동이 심하여 연속적 공급이 불가능한 단점이 있어, 잉여전력이나 야간 부하시 에너지를 저장할 수 있는 대용량 에너지저장 기술이 중요하게 부각되고 있다. With the recent signing of the Paris Climate Agreement, renewed energy such as solar power, wind power, and fuel cells has been spotlighted as interest in environmental pollution has increased worldwide. Since renewable energy is greatly affected by the location environment or natural conditions, there is a disadvantage that continuous supply is impossible due to severe output fluctuations, and a large-capacity energy storage technology capable of storing energy at night or under load is highlighted.
이러한 대용량 에너지 저장 기술에는 신속한 대응이 가능한 이차전지가 효율적이며, 이차전지로는 납축전지, NaS 전지 및 레독스 흐름 전지 등이 있다. 상기 납축전지는 다른 전지에 비해 상업적으로 널리 사용되고 있으나 낮은 효율 및 주기적인 교체로 인한 유지보수의 비용과 전지 교체시 발생하는 산업폐기물의 처리문제 등의 문제점이 있다. NaS 전지의 경우 에너지 효율이 높은 것이 장점이나, 300℃이상의 고온에서 작동해야 하는 문제점이 있다. 레독스 흐름 전지는 유지 보수 비용이 적고 상온에서 작동가능하며 용량과 출력을 각기 독립적으로 설계할 수 있는 특징이 있기 때문에 최근 대용량 이차 전지로 많은 연구가 진행되고 있다. The secondary battery that can respond quickly to such a large-capacity energy storage technology is efficient, and the secondary battery includes a lead acid battery, a NaS battery, and a redox flow battery. The lead acid battery is widely used commercially compared to other batteries, but there are problems such as low efficiency and maintenance costs due to periodic replacement and treatment of industrial waste generated during battery replacement. In the case of a NaS battery, it is advantageous in that energy efficiency is high, but there is a problem in that it must be operated at a high temperature of 300°C or higher. Since the redox flow battery has a low maintenance cost, can operate at room temperature, and has the characteristics of independently designing capacity and output, many studies have been conducted with large capacity secondary batteries.
레독스 흐름 전지는 멤브레인의 양측에 양극 전해질과 음극 전해질이 순환하면서 이온 교환이 이루어지고 이 과정에서 전자의 이동이 발생하여 충방전이 이루어진다. 이와 같은 레독스 흐름 전지는 기존 이차전지에 비해 수명이 길고 kW-MW급 중대형 시스템으로 제작할 수 있기 때문에 에너지 저장 시스템에 가장 적합한 것으로 알려져있다. The redox flow battery undergoes ion exchange while circulating the positive electrode and the negative electrode on both sides of the membrane, and in this process, electrons are generated and charged and discharged. Such a redox flow battery is known to be most suitable for an energy storage system because it has a longer life span and can be manufactured as a kW-MW medium and large-sized system compared to a conventional secondary battery.
아울러, 레독스 흐름 전지는 전해질에 전력을 비축해 높은 출력의 전력을 효과적으로 장시간에 걸쳐 반복하여 충/방전하는 구조로, 레독스 흐름 전지는 고출력 단위셀을 작동시키기 위해서 높은 전류 조건이 필요하다. 따라서, 전해질의 고유량 및 고유속이 요구된다. 그러나, 전해질의 유량 및 유속을 증가시킬 경우, 압력 강하(drop pressure)가 발생하고, 전극의 활성 면적의 활용에 문제점이 있다. In addition, the redox flow battery has a structure in which electricity is stored in the electrolyte to repeatedly charge/discharge high-output power over a long period of time, and the redox flow battery needs a high current condition to operate a high-output unit cell. Therefore, a high flow rate and a high flow rate of the electrolyte are required. However, when the flow rate and flow rate of the electrolyte are increased, a pressure drop occurs, and there is a problem in utilization of the active area of the electrode.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 분리판 혹은 전극에 일정 깊이를 가지는 유로를 형성하여 유량 및 유속을 증가시키는 기술을 개발해 왔다. In order to solve this problem, a technique has been developed to increase the flow rate and flow rate by forming a flow path having a certain depth in the separator or the electrode.
그러나, 분리판 혹은 전극에 유로를 형성할 경우, 전해질의 유량 및 유속이 증가하는 장점이 있으나, 전극과 분리막 사이 계면 저항이 증가하여 레독스 흐름 전지의 효율이 감소하는 문제점이 있다. However, when the flow path is formed in the separator or the electrode, there is an advantage of increasing the flow rate and flow rate of the electrolyte, but there is a problem that the efficiency of the redox flow battery decreases due to an increase in interface resistance between the electrode and the separator.
따라서 본 발명자들은 기존의 유로가 형성된 분리판 혹은 전극을 포함하는 레독스 흐름 전지를 개량하여 전극과 분리막 사이 계면 저항을 감소시키고, 전극의 전해질의 유량 및 유속을 증가시켜 전지의 출력을 증가시킨 전극 구조체 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지를 발명하기에 이르렀다. Therefore, the present inventors have improved the redox flow battery including a separation plate or an electrode formed with an existing flow path to reduce the interface resistance between the electrode and the separator, and to increase the output of the battery by increasing the flow rate and flow rate of the electrolyte of the electrode. It has led to the invention of a structure and a redox flow cell comprising the same.
본 발명의 목적은 레독스 흐름 전지의 유량과 유속을 증가시키기 위해 한 쌍의 전극판 사이 관통된 유로가 형성되거나 하나 이상의 관통홀 및 개폐부가 형성된 스페이서를 포함하는 전극 구조체 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to increase the flow rate and flow rate of a redox flow battery, an electrode structure comprising a spacer formed through a pair of electrode plates or a spacer having one or more through holes and openings and openings, and a redox flow comprising the same. It is to provide a battery.
또한, 본 발명의 목적은 한 쌍의 전극이 성질이 다른 이종으로 이루어져 전극에 전해질이 접하는 표면적을 증가시키고, 전극의 성능 및 효율을 증가시킨 전극 구조체 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지를 제공하는 것이다. In addition, an object of the present invention is to provide an electrode structure and a redox flow battery comprising the same, which increases the surface area where the electrolyte is in contact with the electrode, and improves the performance and efficiency of the electrode as the pair of electrodes is made of heterogeneous materials. .
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 전극 구조체는 관통된 유로가 형성되어 있는 스페이서; 상기 스페이서 전면에 위치하는 제1 전극판; 및 상기 스페이서 후면에 위치하는 제2 전극판;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In order to solve the above problems, the electrode structure according to the present invention is a spacer in which a passage is formed; A first electrode plate located in front of the spacer; And a second electrode plate positioned on the rear surface of the spacer.
또한, 상기 관통된 유로는, 사형(Serpentine type), 평형(Parallel type) 및 맞물림형(Interdigited type) 중 어느 하나의 형상일 수 있다. In addition, the pierced flow path may be any one of a serpentine type, a parallel type, and an interdigited type.
한편, 본 발명에 따른 전극 구조체는 개폐부; 및 상기 개폐부의 천이 상태에 따라 전해질이 유동되는 관통부;를 포함하는 스페이서; 상기 스페이서 전면에 위치하는 제1 전극판; 및 상기 스페이서 후면에 위치하는 제2 전극판;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. On the other hand, the electrode structure according to the present invention includes an opening and closing portion; And a through portion through which the electrolyte flows according to the transition state of the opening and closing portion. A first electrode plate located in front of the spacer; And a second electrode plate positioned on the rear surface of the spacer.
또한, 상기 개폐부 및 상기 관통부는, 상기 스페이서의 길이 및 너비 방향을 따라 일정 거리만큼 이격된 채로 하나 이상 반복 형성될 수 있다. In addition, the opening and closing portion and the through portion may be formed repeatedly one or more spaced apart by a predetermined distance along the length and width direction of the spacer.
또한, 상기 스페이서는, 전도성 물질로 이루어질 수 있다. In addition, the spacer may be made of a conductive material.
또한, 상기 전도성 물질은, 카본 및 그라파이트(graphite) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. In addition, the conductive material may be made of any one of carbon and graphite (graphite).
또한, 상기 스페이서는, 비전도성 구조부; 및 상기 비전도성 구조부의 전면, 후면, 우측, 좌측, 상측 및 하측 중 어느 하나 이상에 각각 코팅 혹은 접합되는 전도성 물질; 포함할 수 있다. In addition, the spacer includes a non-conductive structure; And a conductive material coated or bonded to any one or more of front, rear, right, left, upper and lower sides of the non-conductive structure. It can contain.
또한, 상기 제1 전극판 및 상기 제2 전극판은, 두께, 공극도분포, 공극율, 비표면적, 밀도 및 전도성이 상이한 이종으로 형성될 수 있다. In addition, the first electrode plate and the second electrode plate may be formed of different kinds of thickness, porosity distribution, porosity, specific surface area, density and conductivity.
또한, 상기 제1 전극판 및 상기 제2 전극판은, 카본 펠트, 카본 페이퍼, 카본 섬유(cloth), 그라파이트 시트 및 카본나노튜브 중 어느 하나로 형성될 수 있다. In addition, the first electrode plate and the second electrode plate may be formed of any one of carbon felt, carbon paper, carbon fiber, graphite sheet, and carbon nanotube.
한편, 본 발명에 따른 전극 구조체를 포함하는 레독스 흐름 전지는 제1 전극 및 제2전극으로 포함하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 멤브레인; 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 주위를 감싸는 가스켓부; 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 각각의 외측에 위치하는 분리판; 및 상기 분리판의 주위를 감싸는 플로우 프레임;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. On the other hand, a redox flow battery including an electrode structure according to the present invention includes a first electrode and a second electrode, a membrane positioned between the first electrode and the second electrode; A gasket part surrounding the first electrode and the second electrode; A separation plate located outside each of the first electrode and the second electrode; And a flow frame surrounding the periphery of the separation plate.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 제1 전극판과 제2 전극판 사이 관통된 유로가 형성되거나, 하나 이상의 관통홀 및 개폐부가 형성된 스페이서가 위치됨으로써, 전해질과 접촉하는 전극의 활성 면적을 증가시키고, 전극을 통과하는 전해질의 유량 및 유속이 증가하여 전지의 출력을 증가시켜주는 효과가 있다. According to the above-described problem solving means of the present invention, a flow passage formed between the first electrode plate and the second electrode plate is formed, or at least one through hole and a spacer formed with an opening and closing portion are positioned, thereby increasing the active area of the electrode contacting the electrolyte. There is an effect of increasing the output of the battery by increasing the flow rate and flow rate of the electrolyte passing through the electrode.
나아가, 스페이서 양 측면에 펠트, 페이퍼 혹은 섬유로 형성된 전극이 위치함으로써, 전극과 분리판 사이 계면 저항을 감소시켜 레독스 흐름 전지의 효율을 증가시키는 효과가 있다. Furthermore, by placing electrodes formed of felt, paper, or fibers on both sides of the spacer, there is an effect of reducing the interface resistance between the electrode and the separator to increase the efficiency of the redox flow battery.
또한, 제1 전극판과 제2 전극판이 서로 다른 성질을 가지는 이종의 조성물 및 구조로 형성됨으로써, 전극부에 전해질이 접하는 표면적을 증가시키고, 전극의 성능 및 효율을 증가시키는 효과가 있다. In addition, since the first electrode plate and the second electrode plate are formed of heterogeneous compositions and structures having different properties, there is an effect of increasing the surface area of the electrolyte contacting the electrode portion and increasing the performance and efficiency of the electrode.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 구조체를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 구조체를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 레독스 흐름 전지의 단위셀을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시에에 따른 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 단위셀을 다수 적층한 레독스 흐름 전지 구조를 나타낸 사시도이다. 1 is a perspective view showing an electrode structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing an electrode structure according to another embodiment of the present invention.
3 is a perspective view showing a unit cell of a redox flow battery including a first electrode and a second electrode according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing a structure of a redox flow battery in which a plurality of unit cells including a first electrode and a second electrode according to an embodiment of the present invention are stacked.
이하, 본 발명의 일 실시에에 따른 전극 구조체 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다. Hereinafter, a preferred embodiment of an electrode structure and a redox flow battery including the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to a user's or operator's intention or practice. Therefore, the definition of these terms should be described based on the contents throughout this specification.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 전극 구조체(10)에 관한 사시도이다. 도 1의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 구조체(10)를 설명하는 사시도이고, 도 2의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 구조체(10)를 설명하는 사시도이다. 1 and 2 are perspective views of the
또한, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지(100)의 구조에 관한 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 레독스 흐름 전지의 단위셀을 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 단위셀이 다수 적층된 레독스 흐름 전지를 도시한 분해 사시도이다. 3 and 4 are perspective views of the structure of the
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 전극 구조체(10)는 관통된 유로가 형성되어 있는 스페이서(11), 스페이서(11) 전면에 위치하는 제1 전극판(12) 및 스페이서(11) 후면에 위치하는 제2 전극판(13)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the
스페이서(11)의 관통된 유로는 전극 구조체(10) 주변에 흐르는 전해질을 유로를 통해 스페이서(11) 전면 및 후면으로 유동되게 함으로써, 전극 주변을 흐르는 전해질의 유속을 증가시켜주고, 그리고, 전극과 전해질이 접촉할 수 있는 활성면적을 증가시켜주는 효과가 있다. The through passage of the
아울러, 관통된 유로는 사형(Serpentine type), 평형(Parallel type) 및 맞물림형(Interdigited type) 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다. In addition, the pierced flow path may be formed in any one of a serpentine type, a parallel type, and an interdigited type.
여기서, “사형 유로”는 스페이서(11)의 일부(즉 사형 형태 부분)가 관통되지 않고, 그 일부를 제외한 부분이 관통된 상태의 유로를 의미하며(도 1 (a) 참고), “평형 유로”는 스페이서(11)의 일부(즉 서로 평형하게 존재하는 복수의 일자 형태의 부분)가 관통되지 않고, 그 일부를 제외한 부분이 관통된 상태의 유로를 의미하며(도 1 (b) 참고), 그리고 “맞물림형 유로”는 스페이서(11)의 일부(즉 ㄷ자 형상이 서로 이격되어 맞물려 위치하는 부분)가 관통되지 않고, 그 일부를 제외한 부분이 관통된 상태의 유로를 의미함을 유의한다(도 1 (c) 참고). Here, the “shape flow path” means a flow path in which a part of the spacer 11 (that is, a sand shape shape portion) is not penetrated, but a portion excluding the portion is penetrated (see FIG. 1(a)), and “flat flow path” ”Means a flow path in which a part of the spacer 11 (that is, a part of a plurality of straight-line forms that exist in equilibrium with each other) is not penetrated, but a part excluding the part is penetrated (see FIG. 1 (b)), In addition, it is noted that the “engagement type flow path” means a flow path in which a part of the spacer 11 (that is, a part in which the U-shape is spaced apart from each other) is not penetrated, but a part excluding the part is penetrated (FIG. 1 (c)).
한편, 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 전극 구조체(10’)는 개폐부(1) 및 개폐부(1)의 천이 상태에 따라 전해질이 유동되는 관통부(2)를 포함하는 스페이서(11’), 스페이서(11’) 전면에 위치하는 제1 전극판(12) 및 스페이서(11’) 후면에 위치하는 제2 전극판(13)을 포함할 수 있다. Meanwhile, referring to FIG. 2, the
이 때, 개폐부(1)는 관통부(2)의 일면과 연결되어 전해질의 유속 및 유량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 개폐부(1)과 관통부(2)의 상부와 연결될 경우, 개폐부(1)의 양 측부 및 하부가 관통부(2)와 분리됨으로써, 전해질이 스페이서(11’)의 전면 및 후면으로 유동될 수 있다. 나아가, 개폐부(1) 및 관통부(2)는 스페이서(11’)의 길이 및 너비 방향을 따라 일정 거리만큼 이격된 채로 하나 이상 반복 형성될 수 있음을 유의할 수 있다. At this time, the opening and closing portion 1 is connected to one surface of the
이 때, 개폐부(1)는 횡방향에 따라 분리되는 방향이 동일할 수 있는데, 예를 들어, 첫번째 줄의 개폐부(1)는 스페이서(11’)의 전면으로 돌출되어 유로가 개방되고, 두번째 줄은 스페이서(11)의 후면으로 돌출되어 유로가 개방될 수 있다. At this time, the opening/closing portion 1 may have the same separation direction along the lateral direction, for example, the opening/closing portion 1 of the first row protrudes to the front of the spacer 11', and the flow path is opened, and the second row is opened. The
그러나, 개폐부(1)의 돌출 방향은 이에 제한되지 않고, 모두 스페이서(11’) 전면 및 후면 중 어느 한 방향으로 돌출되어 유로가 개방되거나, 종(從)방향에 따라 개폐부(1)가 돌출되는 방향이 동일하게 형성될 수 있다. However, the protruding direction of the opening/closing part 1 is not limited to this, and both of the spacers 11' protrude in one of the front and rear surfaces to open the flow path, or the opening/closing part 1 protrudes according to the longitudinal direction. The directions can be formed the same.
아울러, 스페이서(11’)에 개폐부(1) 및 관통홀(2)을 형성하는 방법으로는, 관통홀(2)의 일부를 제외하고 가장자리를 펀칭 또는 날카로운 부재에 의해 절개되는 방법이 적용될 수 있으나 이러한 방법이 아닌 다양한 공지기술이 적용될 수 있음을 유의한다. In addition, as a method of forming the opening/closing part 1 and the through
스페이서(11, 11’)에 관통된 유로 혹은 관통홀(2)이 형성됨으로써, 제1 전극판(12) 또는 제2 전극판(13)으로 흡수된 전해질이 유로를 통해 전극 구조체(10)의 전면 및 후면으로 이송되면서 전극 구조체(10)의 활성 면적이 증가되고, 전해질의 유량 및 유속이 증가하여 압력 강하(pressure drop)를 억제하는 효과가 있다. By forming a passage or a through
이러한, 스페이서(11, 11’)는 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 전도성 물질은 전극 구조체에 사용되는 물질이라면 한정되지 않으나, 카본 및 그라파이트 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다. The
한편, 스페이서(11, 11’)는 비전도성 구조부(도시되지 않음) 및 비전도성 구조부의 전면, 후면, 우측, 좌측, 상측 및 하측 중 어느 하나 이상에 각각 코팅 혹은 접합되는 전도성 물질(도시되지 않음)을 포함할 수 있음을 유의한다. 즉, 스페이서(11, 11’)의 기본 형태를 구성하는 역할을 하는 비전도성 구조부에 관통된 유로를 형성되고, 사형 형태 부분, 서로 평형하게 존재하는 복수의 일자 형태의 부분, ㄷ자 형상이 서로 이격되어 맞물려 위치하는 부분, 개폐부(1) 및 이격된 관통홀(2) 사이 부분의 전면 및 후면에 전도성 물질을 코팅 혹은 접합함으로써, 스페이서(11, 11’)는 전도성을 가질 수 있다. Meanwhile, the
아울러, 비전도성 구조부는 부식성이 없고 내화학성 재질로 이루어짐으로써, 유로 및 관통홀(2)이 형성되기 쉽고, 강산성 물질을 전해질로 사용하는 시스템에 적용되기 적합하며, 기계적 물성이 증가하는 효과가 있다. In addition, since the non-conductive structure is made of a non-corrosive and chemical-resistant material, a flow path and a through
이러한 스페이서(11, 11’)의 관통된 유로 형성 방법은 금형을 이용할 수 있다. 예를 들어 유로가 형성된 금형에 전도성 물질, 비전도성 구조부 및 전도성 물질 순서로 적층하고, 이러한 금형을 고온 가압함으로써 비전도성 구조부의 전면, 후면, 우측, 좌측, 상측 및 하측 중 어느 하나 이상에 전도성 물질이 접합된 스페이서(11, 11’)가 제조될 수 있게 된다. 이 때, 적층되는 비전도성 구조부 및 전도성 물질은 파우더, 레진 또는 판 형태로 적층 될 수 있음을 유의한다. 또한 비전도성 구조부는 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리스틸렌(PS) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나, 당 분야에서 사용하고 있는 비전도성 물질을 포함하는 한 그 조성은 제한되지 않음을 유의한다. A mold may be used as a method of forming the through passages of the
더욱이, 전도성 물질은 용액 코팅, 스퍼터링, 진공열증착, ALD(Atomic Layer Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition), 페이스팅(Pasting), 닥터-블레이딩(Doctor-blading), 웨브(Web) 코팅, 롤링, 스크린 인쇄, 용액 캐스팅, 분무 침착 및 딥핑 공정 중 어느 하나 이상을 이용하여 비전도성 구조부(110)의 전면, 후면, 우측, 좌측, 상측 및 하측 중 어느 하나 이상에 코팅될 수 있으나, 당 분야에서 사용하고 있는 코팅 또는 접합방법을 포함하는 한 제한되지 않음을 유의한다. Moreover, conductive materials include solution coating, sputtering, vacuum thermal vapor deposition, atomic layer deposition (ALD), chemical vapor deposition (CVD), pasting, doctor-blading, web coating, It can be coated on any one or more of the front, rear, right, left, upper and lower sides of the non-conductive structure 110 using any one or more of rolling, screen printing, solution casting, spray deposition and dipping processes. Note that it is not limited as long as it includes the coating or bonding method used in the.
제1 전극판(12) 및 제2 전극판(13)은 스페이서(11, 11’) 전면 및 후면에 각각 위치됨으로써, 전극 구조체(10, 10’)는 두 개 이상의 층으로 이루어진 다층 구조로 이루어질 수 있다. The
이 때, 제1 전극판(12)과 제2 전극판(13)은 같은 극을 띌 수 있고, 그리고, 제1 전극판(12) 및 제2 전극판(13)은 두께, 공극도분포, 공극율, 비표면적, 밀도 및 전도성이 상이한 이종으로 형성될 수 있다. At this time, the
예를 들어, 제1 전극판(12)을 비표면적이 큰 고밀도의 조성물로 형성하고, 제2 전극판(13)은 비교적 비표면적이 작은 저밀도의 조성물로 형성함으로써, 화학반응이 집중되는 부분에는 충분한 반응자리를 제공하면서도, 화학반응이 집중되지 않는 부분에서는 전해질이 용이하게 흐르도록 하여 전해질의 흐름 저항을 낮출 수 있다. 이 때, 반응이 집중되는 멤브레인(40) 부근에 고효율의 전극판을 배치하고, 상대적으로 이온밀도가 낮은 분리판(60) 부근에는 저효율의 전극판을 배치하는 것을 유의한다. For example, the
또는, 제1 전극판(12)은 공극 크기 및 공극율을 향상시킴으로써, 전해질에 제1 전극판(12)을 통하여 전극 구조체(10, 10’) 내부로 침투되는 속도 및 유입량을 향상시켜, 전극 구조체(10, 10’) 내부에서 전기화학적 반응이 일어날 수 있는 유효 반응 표면적을 증가시키고, 제2 전극판(13)은 비표면적을 증가시킴으로써, 제2 전극판(13)의 전기 전도도를 증가시켜 전지의 성능 및 효율을 극대화할 수 있다. Alternatively, the
아울러, 제1 전극판(12) 및 제2 전극판(13)은 전지의 전극으로 사용될 수 있는 한 제한되지 않으나, 카본 펠트, 카본 페이퍼, 카본 섬유(cloth), 그라파이트 시트 및 카본나노튜브 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다. In addition, the
한편, 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 기술된 전극 구조체를 제1 전극(20) 및 제2 전극(30)으로 적용한 레독스 흐름 전지(100)의 구조가 도시되어 있다. 좀 더 상세하게는, 레독스 흐름 전지(100)는 제1 전극(20), 제2 전극(30), 제1 전극(20)과 제2 전극(30) 사이 위치하는 멤브레인(40), 제1 전극(20) 및 제2 전극(30)의 주위를 감싸는 가스켓부(50), 제1 전극(20) 및 제2 전극(30) 일 측면에 위치하는 분리판(60) 및 분리판(60)의 주위를 감싸는 플로우 프레임(70)을 포함할 수 있다. Meanwhile, referring to FIGS. 3 and 4, a structure of the
이 때, 제1 전극(20)이 양극일 경우, 제2 전극(30)은 음극으로 형성되거나, 제1 전극(20)이 음극일 경우, 제2 전극(30)은 양극으로 형성될 수 있다. 아울러, 제1 전극(20) 및 제2 전극(30)에 포함된 스페이서(11)에 의하여, 멤브레인(40) 및 분리판(60) 각각에 접촉되는 전해질의 유량 및 유속이 증가되고, 이에 따라, 레독스 흐름 전지(100)의 출력량 또한 증가될 수 있다. At this time, when the
아울러, 멤브레인(40)은 일반적으로 이차 전지에 사용되는 이온교환막으로서, 선택적으로 이온을 투과하는 분리막 역할을 수행한다. 이러한 멤브레인(40)을 통해 금속 이온이 교환됨으로써, 양극 및 음극의 전극 상호간 산화 환원 반응이 이루어질 수 있다. In addition, the
가스켓부(50)는 일반적으로 멤브레인(40)과 전극 사이에 구성되는 것으로, 본 발명에서는 레독스 흐름 전지의 단위셀 적층 시, 제1 전극(20) 혹은 제2 전극(30)과 분리판(60)의 간격을 유지하면서 전해질의 누설(Leak)을 방지할 수 있음을 유의한다. The
나아가, 분리판(60)은 일반적으로 양극 전해질과 음극 전해질을 단절시키는 역할을 할 수 있다. 분리판(60)은 바이폴라 플레이트 및 모노폴라 플레이트 중 하나로 형성될 수 있는데, 예를 들어, 도 4를 참고하면, 분리판(60)이 모노폴라 플레이트일 경우, 레독스 흐름 전지(100)의 적층 순서는 분리판(60), 양극, 멤브레인(40), 음극, 분리판(60), 음극, 멤브레인(40), 양극, 분리판(60)일 수 있다. 또한, 분리판(60)이 바이폴라 플레이트일 경우, 레독스 흐름 전지(100)의 적층 순서는 분리판(60), 양극, 멤브레인(40), 음극, 분리판(60), 양극, 멤브레인(40), 음극, 분리판(60)일 수 있다. Furthermore, the
아울러, 레독스 흐름 전지(100)에 포함되는 분리판(60)이 모노폴라 플레이트일 경우, 출력량을 증가시키기 위해 분리판(60)에 관통된 유로가 형성될 수 있다. In addition, when the
또한, 레독스 흐름 전지(100)의 첫번째 분리판과 마지막 분리판은 집전체의 역할을 할 수 있다. 즉, 분리판이 집전체 역할을 수행하는 경우, 집전체는 생략 가능 할 수 있다. 집전체는 활물질의 전기화학반응에 의해 생성된 전자를 모으거나 전기화학반응에 필요한 전자를 공급하는 역할을 할 수 있다. 나아가, 전기화학반응이 일어난 전극 전해질을 탱크로 유입하거나, 탱크에 저장된 전극 전해질을 전극부로 유입시키는 통로 역할을 할 수 있다. In addition, the first separation plate and the last separation plate of the
플로우 프레임(70)은 제1 전극(20)과 제1 전극(20) 사이 혹은, 제1 전극(20)과 제2 전극(30) 사이에 구성되는 것으로, 분리판(60)이 모노폴라 플레이트일 경우, 제1 전극(20)과 제1 전극(20) 사이 간격을 유지시키고, 분리판(60)이 바이폴라 플레이트일 경우, 제1 전극(20)과 제2 전극(30) 사이 간격을 유지시킴으로써, 전해질이 분리판(60)을 타고 넘어가는 현상을 감소시켜주는 효과가 있다. The
추가적으로, 도시되어 있지는 않았으나 레독스 흐름 전지(100)는 전기화학반응이 일어나지 않은 전지 전해질을 저장하는 탱크, 탱크와 분리판(60)을 연결하고, 전극 전해질이 이동하는 파이프 및 파이프에 형성되고, 전극 전해질을 유입 및 배출시키는 펌프가 포함될 수 있다. 상세하게는 펌프의 구동에 의해 전극 전해질이 레독스 흐름 전지(100)에서 탱크로 유입 및 배출되므로, 탱크에 저장된 전극 전해질이 탱크와 레독스 흐름 전지(100)를 순환하게 될 수 있다. 이 때, 펌프는 분리판(60)과 탱크 사이 전극 전해질이 이동하는 파이프에 위치하게 될 수 있다. Additionally, although not shown, the
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although described above with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art variously modify the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below and You will understand that you can change it.
1 : 개폐부
2 : 관통홀
10, 10’: 전극 구조체
11, 11’: 스페이서
12 : 제1 전극판
13 : 제2 전극판
20 : 제1 전극
30 : 제2 전극
40 : 멤브레인
50 : 가스켓부
60 : 분리판
70 : 플로우 프레임
100 : 레독스 흐름 전지 1: opening and closing part
2: Through hole
10, 10': electrode structure
11, 11': spacer
12: first electrode plate
13: second electrode plate
20: first electrode
30: second electrode
40: membrane
50: gasket part
60: separation plate
70: flow frame
100: redox flow battery
Claims (11)
상기 스페이서 전면에 위치하는 제1 전극판; 및
상기 스페이서 후면에 위치하는 제2 전극판;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
전극 구조체.
A spacer through which a passage is formed and made of a conductive material;
A first electrode plate located in front of the spacer; And
Characterized in that it comprises; a second electrode plate located on the back of the spacer;
Electrode structure.
상기 관통된 유로는,
사형(Serpentine type), 평형(Parallel type) 및 맞물림형(Interdigited type) 중 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 하는,
전극 구조체.
According to claim 1,
The through passage,
Characterized in that the shape of any one of a serpentine type, a parallel type, and an interdigited type,
Electrode structure.
상기 스페이서 전면에 위치하는 제1 전극판; 및
상기 스페이서 후면에 위치하는 제2 전극판;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
전극 구조체.
draw; And a through portion through which the electrolyte flows according to a transition state of the opening and closing portion.
A first electrode plate located in front of the spacer; And
Characterized in that it comprises; a second electrode plate located on the back of the spacer;
Electrode structure.
상기 개폐부 및 상기 관통부는,
상기 스페이서의 길이 및 너비 방향을 따라 일정 거리만큼 이격된 채로 하나 이상 반복 형성되는 것을 특징으로 하는,
전극 구조체.
According to claim 3,
The opening and closing portion, the through portion,
Characterized in that one or more repeatedly formed while being spaced a predetermined distance along the length and width direction of the spacer,
Electrode structure.
상기 스페이서는,
전도성 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
전극 구조체.
According to claim 3,
The spacer,
Characterized in that it is made of a conductive material,
Electrode structure.
상기 전도성 물질은,
카본 및 그라파이트(graphite) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
전극 구조체.
According to any one of claims 1 and 5,
The conductive material,
Characterized in that it is made of any one of carbon and graphite (graphite),
Electrode structure.
상기 스페이서는,
비전도성 구조부; 및
상기 비전도성 구조부의 전면, 후면, 우측, 좌측, 상측 및 하측 중 어느 하나 이상에 각각 코팅 혹은 접합되는 전도성 물질;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
전극 구조체.
According to claim 3,
The spacer,
Non-conductive structure; And
Characterized in that it comprises; conductive material that is coated or bonded to any one or more of the front, rear, right, left, upper and lower sides of the non-conductive structure;
Electrode structure.
상기 스페이서 전면에 위치하는 제1 전극판; 및
상기 스페이서 후면에 위치하는 제2 전극판;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
전극 구조체.
A spacer comprising a non-conductive structure and a conductive material coated or bonded to any one or more of the front, rear, right, left, upper, and lower sides of the non-conductive structure and the non-conductive structure;
A first electrode plate located in front of the spacer; And
Characterized in that it comprises; a second electrode plate located on the back of the spacer;
Electrode structure.
상기 제1 전극판 및 상기 제2 전극판은,
두께, 공극도분포, 공극율, 비표면적, 밀도 및 전도성이 상이한 이종으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
전극 구조체.
The method of any one of claims 1, 3 and 8,
The first electrode plate and the second electrode plate,
Characterized in that the thickness, porosity distribution, porosity, specific surface area, density and conductivity are formed of different types,
Electrode structure.
상기 제1 전극판 및 상기 제2 전극판은,
카본 펠트, 카본 페이퍼, 카본 섬유(cloth), 그라파이트 시트 및 카본나노튜브 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는,
전극 구조체.
The method of any one of claims 1, 3 and 8,
The first electrode plate and the second electrode plate,
Characterized in that it is formed of any one of carbon felt, carbon paper, carbon fiber (cloth), graphite sheet and carbon nanotubes,
Electrode structure.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 멤브레인;
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 주위를 감싸는 가스켓부;
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 각각의 외측에 위치하는 분리판; 및
상기 분리판의 주위를 감싸는 플로우 프레임;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
레독스 흐름 전지.
The electrode structure according to any one of claims 1, 3, and 8 is included as a first electrode and a second electrode, respectively.
A membrane positioned between the first electrode and the second electrode;
A gasket part surrounding the first electrode and the second electrode;
A separation plate located outside each of the first electrode and the second electrode; And
Characterized in that it comprises a; flow frame surrounding the separation plate;
Redox flow battery.
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