KR102147946B1 - 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법 및 레독스 흐름전지용 전도성 판재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법 및 레독스 흐름전지용 전도성 판재에 관한 것으로, 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법은, 다공성 구조를 갖는 전도성 판재의 기공에 액체 상태의 함침 재료를 함침시키는 함침 단계; 상기 함침 재료를 경화 또는 고체화시켜 상기 기공을 메우는 메움 단계; 및 상기 전도성 판재의 표면에 함침 재료가 잔류하지 않도록 상기 전도성 판재의 표면을 처리하는 표면 처리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이며, 레독스 흐름전지용 전도성 판재는 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법을 통해 제조된 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법 및 레독스 흐름전지용 전도성 판재 {Manufacturing method conductive sheet for redox flow battery and Conductive sheet for redox flow battery}

본 발명은 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법 및 레독스 흐름전지용 전도성 판재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다공성 구조를 갖는 전도성 판재의 기공에 함침 재료를 함침시키고, 전도성 판재에 잔류하는 함침 재료를 제거함에 따라 밀폐성 및 내구성을 향상시키면서 전기 전도성을 저하 시키지 않을 수 있는 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법 및 레독스 흐름전지용 전도성 판재에 관한 것이다.

최근 환경오염 및 지구 온난화로 인하여 전 세계적으로 온실 가스를 줄이고자 하는 노력이 진행되고 있으며, 에너지의 도입 확대, 친환경 자동차 개발, 전력 수급 시스템의 개선을 위한 전력 저장 시스템 개발이 진행되고 있다. 전력 공급 시스템은 화력 발전이 주로 사용되고 있으나, 화력 발전은 화석 연료의 사용으로 인하여 엄청난 양의 이산화탄소(CO₂) 가스가 배출되며 이로 인한 환경오염 문제가 매우 심각하다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 친환경 에너지(풍력, 태양 에너지, 조력 등)를 이용한 전력 공급 시스템 개발이 급속히 증가하고 있다. 친환경 에너지는 자연에서 발생하는 에너지를 사용하기 때문에 환경오염과 관련된 배기가스의 배출이 없는 장점이 있다. 그러나 친환경 에너지는 자연환경 조건에 영향을 많이 받기 때문에 자연환경 조건에 따라 전력 공급 변동폭이 큰 문제점이 있다.

전력 저장 기술은 이와 같은 자연환경 조건에 따라 전력 공급 변동폭이 큰 친환경 에너지를 사용하기 위한 중요한 기술이며, 이에 전력 저장 기술에 대한 수요가 증가하고 있다. 특히, 전력 저장 기술 중 이차 전지에 대한 기대치가 높아지고 있는 실정이다.

이차 전지 중 하나인 레독스 흐름전지(Redox flow battery)는 가변적으로 탱크 용량 및 전지 스택(Stack) 수를 변화시켜 출력 및 에너지 밀도를 손쉽게 바꿀 수 있고 반영구적으로 사용할 수 있는 장점이 있어, 고용량 및 고효율 이차 전지가 적용되어야 하는 대용량 전력 저장용으로 가장 각광받고 있다.

레독스 흐름전지는 가수가 변하는 금속 이온의 산화 환원 반응을 이용하여 충전 및 방전하는 전지를 말하는 것으로, 레독스 흐름전지를 전력 저장용 이차 전지로 사용하기 위해서는 출력 및 에너지 효율을 증가시켜야 하며, 장시간 운용시에도 레독스 흐름전지의 성능이 유지되어야 한다.

그러나 레독스 흐름전지는 다음과 같은 문제점이 있다. 레독스 흐름전지의 전해액은 황산과 같은 강한 산성 용액을 바탕으로 하기 때문에 전지를 구성하는 부품에 손상을 줄 수 있다. 특히, 레독스 흐름전지 분리판의 재료로 널리 사용되고 있는 흑연은 레독스 흐름전지 내의 전기 화학적 산화 반응에 취약한 문제점이 있고, 흑연 분리판의 기공에 전해질이 스며들면서 분리판이 손상되는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 흑연 분리판의 기공을 수지로 메우면서 분리판을 제작하고 있다. 종래에는 흑연 분리판의 기공을 고온에서 녹은 아크릴계 수지로 메우고 있는데, 이와 같은 방법은 처리 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어질 뿐 아니라 내부까지 수지가 함침 되기 어려운 문제점이 있다. 또한, 흑연 분리판의 기공이 아닌 흑연 분리판의 표면에 수지가 잔류하게 되면, 분리판의 전기 전도성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 다공성 구조를 갖는 전도성 판재의 기공에 함침 재료를 함침시키고, 전도성 판재에 잔류하는 함침 재료를 제거함에 따라 밀폐성 및 내구성을 향상시키면서 전기 전도성을 저하 시키지 않을 수 있는 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법 및 레독스 흐름전지용 전도성 판재에 관한 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법은, 다공성 구조를 갖는 전도성 판재의 기공에 액체 상태의 함침 재료를 함침시키는 함침 단계; 상기 함침 재료를 경화 또는 고체화시켜 상기 기공을 메우는 메움 단계; 및 상기 전도성 판재의 표면에 함침 재료가 잔류하지 않도록 상기 전도성 판재의 표면을 처리하는 표면 처리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법의 상기 전도성 판재는, 플레이크 타입(flake type), 스페리컬 타입(spherical type) 및 플래너 타입(planar type)으로 이루어진 군에서, 선택되는 1종의 타입을 포함하는 팽창 흑연 또는 합성 흑연일 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법의 상기 함침 재료는, 전도성 입자를 포함하며, 상기 함침 재료에서 상기 전도성 입자는 3 중량 % 이하일 수 있으며, 상기 전도성 입자는, 카본 블랙, 카본나노튜브, 카본나노섬유, 그래핀으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법의 상기 표면 처리 단계는, 상기 전도성 판재 표면에 상기 함침 재료의 녹는점 이상의 열을 가하면서, 상기 전도성 판재 표면에 흡수층을 접촉시켜 상기 전도성 판재 표면에 잔류하는 상기 함침 재료를 제거할 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법의 상기 표면 처리 단계는, 상기 전도성 판재 표면에 상기 함침 재료의 녹는점 이상의 열을 가하면서, 상기 전도성 판재 일단에서 타단을 향하는 방향으로 압력을 가하여 상기 전도성 판재 표면에 잔류하는 상기 함침 재료를 제거할 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법의 상기 함침 단계 이전에, 상기 전도성 판재 표면에 점착제 또는 접착제를 도포하는 도포 단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 표면 처리 단계는, 상기 점착제 또는 상기 접착제를 제거하면서 상기 전도성 판재의 표면에 잔류하는 상기 함침 재료를 제거할 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법의 상기 함침 단계는, 상기 점착제 또는 접착제 위에 다공성 층을 형성하고, 상기 함침 재료를 상기 다공성 층에 통과시키면서 상기 함침 재료를 상기 전도성 판재에 함침시키며, 상기 표면 처리 단계는, 상기 다공성 층을 제거하면서 상기 전도성 판재의 표면에 잔류하는 상기 함침 재료를 제거할 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법의 상기 표면 처리 단계는, 기계 연마 표면 처리, 코로나 표면 처리, 오존 표면 처리, 화염 표면 처리 중 어느 하나로 상기 전도성 판재의 표면에 잔류하는 상기 함침 재료를 제거할 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법의 상기 표면 처리 단계 이후, 상기 전도성 판재의 표면을 가압하여, 상기 전도성 판재 표면의 기공을 닫는 가압 단계를 더 포함할 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법의 상기 함침 단계에서, 액체 상태의 상기 함침 재료와 상기 전도성 판재의 접촉각도는 90도 보다 작게 형성될 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법의 상기 표면 처리 단계에서는, 상기 전도성 판재의 표면에 잔류하는 상기 함침 재료를 제거하면서, 상기 전도성 판재 표면에 요철을 형성할 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법의 상기 표면 처리 단계에서는, 층을 형성하면서 상기 전도성 판재의 표면을 깎을 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법의 상기 전도성 판재는 2개 이상이 적층되며, 상기 전도성 판재가 적층될 때, 상기 전도성 판재 사이에는 전도성 라이너가 삽입될 수 있으며, 상기 전도성 라이너는, 금속 또는 탄속 섬유로 이루어질 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지용 전도성 판재는 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법에 의해 제조될 수 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지용 전도성 판재는 다공성 구조를 갖으면서 내부에 기공이 형성되어 있는 전도성 판재; 상기 전도성 판재의 상기 기공에 함침 되는 함침 재료;를 포함하며, 상기 전도성 판재의 표면은, 표면 처리되어 상기 전도성 판재 표면에 잔류하는 함침 재료가 제거되며, 상기 전도성 판재 표면에 점착제 또는 접착제를 도포된 이후에, 상기 점착제 또는 상기 접착제가 제거되면서 상기 전도성 판재의 표면에 잔류하는 상기 함침 재료가 제거되는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법 및 레독스 흐름전지용 전도성 판재에 관한 것으로, 다공성 구조를 갖는 전도성 판재의 기공에 함침 재료를 함침시킴에 따라 전도성 판재의 밀폐성 및 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있으며, 전도성 판재의 표면에 잔류하는 함침 재료를 제거함에 따라 전도성 판재의 전기 전도성을 저하 시키지 않을 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 밀폐성 및 내구성과 전기 전도성이 우수한 전도성 판재를 통해 레독스 흐름전지의 분리판을 제작함에 따라, 안정적이고 고출력으로 레독스 흐름전지를 사용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법의 공정도 이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전도성 판재를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전도성 판재에 함침 재료가 함침된 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 흡수층과 열원을 통해 전도성 판재 표면에 잔류하는 함침 재료를 제거하는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 점착제 또는 접착제가 도포된 전도성 판재를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 점착제 또는 접착제와 다공성 층을 통해 전도성 판재 표면에 잔류하는 함침 재료를 제거하는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 전도성 판재 표면을 깎아서 전도성 판재 표면에 잔류하는 함침 재료를 제거하는 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 롤러를 통해 전도성 판재 표면을 가압하는 것을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따라 전도성 판재 사이에 전도성 라이너를 삽입한 것을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나 이는 본 발명의 다양한 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 다양한 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.

본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.

본 발명의 다양한 실시 예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 다양한 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 다양한 실시 예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명은 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법 및 레독스 흐름전지용 전도성 판재에 관한 것으로, 다공성 구조를 갖는 전도성 판재의 기공에 함침 재료를 함침시키고, 전도성 판재에 잔류하는 함침 재료를 제거함에 따라 밀폐성 및 내구성을 향상시키면서 전기 전도성을 저하 시키지 않을 수 있는 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법 및 레독스 흐름전지용 전도성 판재에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전도성 판재(110)는 레독스 흐름전지의 분리판으로 사용할 수 있는 것이다. 레독스 흐름전지는 전지셀(10), 전해액 탱크(21,22), 유체 제어부(30), 전해액 유로(40)를 구비하는 전지 모듈을 포함할 수 있는 것이다.

상기 전지셀(10)은 양극 전극(11), 음극 전극(12), 분리막(13), 분리판(전도성 판재(110))를 포함하는 것으로, 상기 전해액 탱크(21,22)로부터 공급받은 전해액의 이동, 충전, 방전하면서 전기 화학적인 반응이 일어날 수 있는 곳이다.

상기 전해액 탱크(21,22)는 전해액이 저장될 수 있는 곳이며, 상기 전해액 유로(40)는 전해액이 이동될 수 있는 통로이다. 상기 전해액 탱크(21,22)에서부터 전해액 유로(40)를 통해 상기 전지셀(10)에 공급된 전해액은, 상기 전지셀(10) 내부에서 반응한 이후에, 전해액 유로(40)를 통해 다시 상기 전해액 탱크(21,22)로 들어가 순환하게 된다. 상기 유체 제어부(30)는 기존의 펌프를 대체하고 전해액의 순환을 위해 사용되는 것으로, 상기 유체 제어부(30)는 외부에서 생성된 압력을 상기 전해액 유로(40)에 전달할 수 있는 것이다.

레독스 흐름전지의 전지 모듈은 하나 또는 둘 이상이 구비되되, 상기 전지 모듈은 독립적으로 전해액을 순환시켜 충방전하거나, 복수 개의 상기 전지 모듈에서 전해액을 순환시켜 충방전할 수 있는 것이다. 상기 전지 모듈은 상기 전지 모듈 간의 간섭이나 교환 없이 하나의 상기 전지 모듈에서 독립적으로 전해액을 순환시켜 충전 및 방전할 수도 있으며, 복수 개의 상기 전지 모듈이 일정한 개수로 연결되어 전해액을 순환시키면서 충전 및 방전할 수도 있는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 전도성 판재(110)는 상술한 구성을 갖는 레독스 흐름전지의 분리판으로 사용될 수 있는 것이다. 다만, 본 발명의 실시 예에 따른 전도성 판재(110)는 상술한 구성을 갖는 레독스 흐름 전지의 분리판으로 한정되어 사용되는 것은 아니며, 분리판을 사용하는 레독스 흐름 전지에 다양하게 사용될 수 있다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법을 상세하게 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전도성 판재 제조방법은 함침 단계(S110), 메움 단계(S120), 표면 처리 단계(S130)를 포함한다.

상기 함침 단계(S110)는 다공성 구조를 갖는 전도성 판재(110)의 기공에 액체 상태의 함침 재료(120)를 함침시키는 단계이다. 도 3을 참조하면, 상기 전도성 판재(110)는 레독스 흐름전지의 분리판으로 사용될 수 있는 것으로, 다공성 구조를 갖으면서 기공(111)이 형성되어 있는 것이다.

상기 전도성 판재(110)는 플레이크 타입(flake type), 스페리컬 타입(spherical type) 및 플래너 타입(planar type)으로 이루어진 군에서, 선택되는 1종의 타입을 포함하는 팽창 흑연 또는 합성 흑연인 것이 바람직하다.

상기 전도성 판재(110)를 통해 분리판을 제작할 때, 대면적 분리판을 제작하는 경우 공극률이 매우 낮은 흑연은 취성이 강해 취급 및 내구성에 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 전도성 판재(110)는 내구성이 강한 팽창 흑연 또는 합성 흑연인 것이 바람직하며, 특히, 상기 전도성 판재(110)는 플레이크 타입(flake type), 스페리컬 타입(spherical type), 플래너 타입(planar type) 중 어느 하나의 타입을 포함하는 팽창 흑연 또는 합성 흑연인 것이 바람직하다.

레독스 흐름전지의 반응 중에 기공(111)이 형성되어 있는 상기 전도성 판재(110)의 상기 기공(111)에 전해질이 스며들게 되면, 분리판이 손상될 위험이 있다. 특히, 장기간 운용되는 레독스 흐름전지에서 분리판의 손상은 전해질 크로스오버, 전기 전도성 저하, 쇼트, 흑연 분말로 인한 탄소 전극 및 매니폴드에서의 전해질의 흐름성 저하 등의 문제가 발생할 수 있다.

따라서, 도 4와 같이 레독스 흐름전지 반응 중에 상기 기공(111)에 전해질이 스며들지 않도록, 상기 기공(111)을 함침 재료(120)로 메우는 것이 바람직하다. 상기 함침 단계(S110)는 상기 기공(111)을 상기 함침 재료(120)로 메우기 위해, 상기 함침 재료(120)를 상기 기공(111)에 함침 시키는 단계이다.

상기 함침 재료(120)를 상기 전도성 판재(110)에 함침시키는 방법은, 액체 상태의 상기 함침 재료(120)에 상기 전도성 판재(110)를 담그거나, 상기 전도성 판재(110)의 한 면 이상에서 상기 함침 재료(120)를 상기 전도성 판재(110)에 접촉시킴으로써, 상기 함침 재료(120)를 상기 전도성 판재(110)에 함침 시킬 수 있다.

상기 전도성 판재(110)에 액체 상태의 상기 함침 재료(120)를 함침시킬 때는, 상기 전도성 판재(110)의 내부 기공(111)까지 효과적으로 상기 함침 재료(120)를 함침 시키는 것이 좋다. 이를 위해 액체 상태의 상기 함침 재료(120)와 상기 전도성 판재(110)의 접촉각도는 90도 보다 작은 것이 바람직하다.

상기 전도성 판재(110)와 상기 함침 재료(120)의 접촉 각도가 90도 이상인 경우에는, 판재의 두께, 진공 및 가압 조건에 따라 불균일한 함침이 이루어질 수 있으며, 함침 소요시간이 지나치게 길어지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 함침 재료(120)가 상기 전도성 판재(110) 위에서 이루는 접촉 각도(Contact angle)는 90도 보다 작게 형성되는 것이 상기 함침 재료(120)를 상기 전도성 판재(110)의 내부 기공(111)까지 효과적으로 함침시킬 수 있다. (여기서, 접촉 각도는 두 재료간의 친화력을 나누는 기준이 되는 것으로, 접촉 각도가 90도 보다 크면 두 재료 간의 친화력이 낮게 되며, 접촉 각도가 90도 보다 작으면 두 재료 간의 친화력이 높다.)

또한, 상기 함침 단계(S110)는 진공 환경 또는 진공 및 가압 환경에서 진행되는 것이 바람직하다. 진공 환경 또는 진공 및 가압 환경에서 상기 함침 재료(120)를 상기 전도성 판재(110)에 함침 시키면, 함침 속도 및 함침의 균일도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

상기 함침 재료(120)는 상기 전도성 판재(110)의 기공(111)을 메울 수 있다면 다양한 재료가 사용될 수 있다. 상기 함침 재료(120)는 경화 반응을 통해 고체로 상이 변화하는 에폭시(Epoxy), 페놀(Phenol), 폴리에스테르(Polyester), 퓨란(Furan), 폴리이미드(Polyimide, PI) 등의 열경화성 수지에서 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 함침 재료(120)는 부틸 고무, 불소 고무 등의 탄성 중합체(Elastomer)에서 어느 하나일 수도 있다.

여기서, 상기 함침 재료(120)를 열경화성 수지로 사용하는 경우, 열경화성 수지의 유리전이온도는 레독스 흐름전지의 운행 온도보다 높은 것이 바람직하다. 열경화성 수지의 유리전이온도가 레독스 흐름전지의 운행 온도보다 낮으면, 레독스 흐름전지의 운행 중에 기공(111)에 함침된 상기 함침 재료(120)가 기공(111)을 빠져나갈 위험이 있다. 따라서, 상기 함침 재료(120)를 열경화성 수지로 사용하는 경우, 열경화성 수지의 유리전이온도는 레독스 흐름전지의 운행 온도보다 높은 것이 바람직하다.

상기 함침 재료(120)는 녹는점 이하의 온도에서 고체로 상이 변화하는 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride, PVC), 폴리이미드(Polyimide, PI), ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 아크릴(Methyl Methacrylate, PMMA), PTFE(Polytetrafluoroethylene]), FEP(fluorinated ethylene propylene), PVDF(polyvinylidene fluoride), PEEK(Polyetheretherketone) 등의 열가소성 수지에서 어느 하나 일 수 있다. 또한, 상기 함침 재료(120)는 녹는점 이하의 온도에서 고체로 상이 변화하는 올레핀(Olefin)계 PE(Polyethylene), PP (Polypropylene), 염소화 PE(Polyethylene), 알케인 (Alkane)계 고체 왁스, 나프탈렌 등의 탄화수소 (Hydrocarbon), 비튜멘 (Bitumen) 중 어느 하나일 수 있다.

여기서, 녹는점 이하의 온도에서 고체로 상이 변화하는 재료를 상기 함침 료(120)로 사용하면, 상기 녹는점은 레독스 흐름전지의 운행 온도보다 높은 것이 바람직하다. 녹는점 이하의 온도에서 고체로 상이 변화하는 재료를 상기 함침 료(120)로 사용할 때, 상기 녹는점이 레독스 흐름전지의 운행 온도보다 낮으면, 레독스 흐름전지의 운행 중에 기공(111)에 함침된 상기 함침 재료(120)가 기공(111)을 빠져나갈 위험이 있다. 따라서, 상기 녹는점은 레독스 흐름전지의 운행 온도보다 높은 것이 바람직하다. 또한, 전류 밀도나 전압 등 레독스 흐름전지의 운행 조건이 가혹한 경우에는 상기 함침 재료(120)는 불소계일 수도 있다.

상기 함침 단계(S110)에서는, 상기 함침 재료(120)를 상기 전도성 판재(110)에 용이하게 함침 시키기 위해, 상기 함침 재료(120)를 용매에 용해한 후에 상기 전도성 판재(110)에 함침 시킬 수도 있다. 이때, 상기 함침 재료(120)를 상기 전도성 판재(110)에 용이하게 함침 시키기 위해 사용된 상기 용매는 자연증발 또는 고온 환경 또는 진공 환경을 통해 제거될 수 있다.

상기 전도성 판재(110)의 전기 전도성을 더욱 향상시키기 위해, 상기 함침 재료(120)는 전도성 입자를 포함할 수도 있다. 상기 전도성 입자는 카본 블랙, 카본나노튜브, 카본나노섬유, 그래핀으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 전도성 입자를 상기 함침 재료(120)에 혼합한 이후에, 상기 함침 재료(120)를 상기 전도성 판재(110)에 함침 시킴에 따라, 상기 전도성 판재(110)의 전기 전도성을 향상시킬 수 있게 된다.

여기서, 상기 함침 재료(120)에 포함되는 상기 전도성 입자는 3 중량 % 이하인 것이 바람직하다. 상기 함침 재료(120)에 상기 전도성 입자가 너무 많이 포함되면(3 중량 % 보다 많으면), 상기 함침 재료(120)의 점도가 지나치게 높아지게 되면서 함침이 어려워지고 불균일하게 분산되는 문제점이 있다. 따라서, 상기 함침 재료(120)에 포함되는 상기 전도성 입자는 3 중량 % 이하인 것이 바람직하다.

고체 상태의 상기 함침 재료(120)를 액체 상태로 액화시킬 때 필요한 열, 경화에 필요한 열, 용매의 제거에 필요한 열은 외부에서 상기 함침 재료(120)에 공급될 수 있으며, 상기 전도성 판재(110)에 직접 전류를 흘려 발생한 열에 의해 공급될 수도 있다.

상기 메움 단계(S120)는 상기 함침 재료(120)를 경화 또는 고체화시켜 상기 기공(111)을 메우는 단계이다. 상기 메움 단계(S120)를 통해 상기 함침 재료(120)는 상기 전도성 판재(110)에 함침되고, 상기 기공(111)을 메울 수 있게 된다. 그러나 도 4와 같이 상기 전도성 판재(110)에 상기 함침 재료(120)를 함침시키면, 상기 전도성 판재(110)의 표면에 함침 재료(121)가 잔류하게 된다.

상기 전도성 판재(110)의 표면에 잔류하는 함침 재료(121)는 절연성을 갖고 있기 때문에, 상기 전도성 판재(110)의 표면에 함침 재료가 잔류하게 되면, 상기 전도성 판재(110)의 전기 전도성이 저하되는 문제가 있다. 따라서 상기 전도성 판재(110)의 전기 전도성이 저하 시키지 않으면서 상기 전도성 판재(110)를 레독스 흐름전지의 분리판으로 사용하기 위해서는, 상기 전도성 판재(110)의 표면에 잔류하는 함침 재료(121)를 제거해야 한다.

상기 표면 처리 단계(S130)는 상기 전도성 판재(110)의 표면에 함침 재료가 잔류하지 않도록 상기 전도성 판재(110)의 표면을 처리하는 단계이다. 상기 전도성 판재(110)의 표면을 처리하는 방법은 다양한 방법이 사용될 수 있다.

먼저, 상기 표면 처리 단계(S130)에서는, 기계 연마 표면 처리, 코로나 표면 처리, 오존 표면 처리, 화염 표면 처리 중 어느 하나의 방법으로 상기 전도성 판재(110)의 표면에 잔류하는 함침 재료(121)를 제거할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 가열을 통해 상이 액체로 변하는 상기 함침 재료(120)를 사용하였을 경우, 흡수층(130)을 통해 상기 전도성 판재(110)의 표면에 잔류하는 함침 재료(121)를 제거할 수 있다. 상기 표면 처리 단계(S130)에서는 상기 전도성 판재(110) 표면에 상기 함침 재료(120)의 녹는점 이상의 열을 가하면서, 상기 전도성 판재(110) 표면에 상기 흡수층(130)을 접촉시켜 상기 전도성 판재(110) 표면에 잔류하는 함침 재료(121)를 제거할 수 있다.

구체적으로, 도 5를 참조하면, 상기 전도성 판재(110)의 표면에 상기 흡수층(130)을 접촉시킨 이후, 열원(131)을 통해 상기 전도성 판재(110)에 상기 함침 재료(120)의 녹는 점이 이상의 열을 가한다. 여기서, 도 5의 상기 열원(131)은 히팅 패드일 수도 있으며, 다른 열처리 방법으로 인해 공급되는 열일 수도 있다. 또한, 상기 열원(131)은 상기 흡수층(130) 상부에서 공급되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 상기 전도성 판재(110)에 전류를 흘리면서, 상기 전도성 판재(110) 표면에 열을 발생시킬 수도 있다. 상기 열원(131)은 상기 전도성 판재(110)에 열을 가할 수 있다면 다양한 방법 및 장치가 사용될 수 있다.

상기 열원(131)을 통해 상기 전도성 판재(110)에 상기 함침 재료(120)의 녹는점 이상의 열을 가하면, 상기 전도성 판재(110)의 표면에 잔류하는 함침 재료(121)가 녹게 되고, 상기 흡수층(130)은 이를 흡수함으로써 상기 전도성 판재(110)의 표면에 잔류하는 함침 재료(121)를 제거할 수 있게 된다.

상기 흡수층(130)은 상기 함침 재료(120)와 친화력이 우수한 흡수제로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 흡수층(130)은 woven fabric, knitted fabric, crocheted fabric, paper, scrim, nonwoven, felt 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 가열을 통해 상이 액체로 변하는 상기 함침 재료(120)를 사용하였을 경우, 상기 전도성 판재(110) 표면에 압력을 가하여 상기 전도성 판재(110) 표면에 잔류하는 함침 재료(121)를 제거할 수도 있다.

상기 표면 처리 단계(S130)에서는, 상기 전도성 판재(110) 표면에 상기 함침 재료(120)의 녹는점 이상의 열을 가하면서, 상기 전도성 판재(110) 일단에서 타단을 향하는 방향으로 압력을 가하여 상기 전도성 판재(110) 표면에 잔류하는 상기 함침 재료(120)를 제거할 수 있다.

구체적으로, 상기 전도성 판재(110)의 표면에 고온의 열을 가하고 상기 전도성 판재(110) 표면에 압력을 가하여, 상기 전도성 판재(110) 표면에 잔류하는 함침 재료(121)를 짜내면서 상기 전도성 판재(110) 표면에 잔류하는 함침 재료(121)를 제거할 수 있게 된다.

이때, 상기 전도성 판재(110)의 표면에 가해지는 고온의 열은 외부로부터 공급될 수도 있으며, 상기 전도성 판재(110)에 전류를 흘려 발생한 열이 공급될 수도 있다. 또한, 상기 전도성 판재(110) 표면에 잔류하는 함침 재료(121)를 짜내면서 상기 전도성 판재(110) 표면에 잔류하는 함침 재료(121)를 제거할 때, 상기 전도성 판재(110) 일단에서 타단을 향하는 방향으로 압력을 형성하기 위해, 강성이 낮은 탄성중합체를 사용할 수도 있다.

상기 전도성 판재(110) 표면에 잔류하는 함침 재료(121)를 제거하기 위해 점착제 또는 접착제(140)를 이용할 수도 있다. 상기 점착제 또는 접착제(140)를 이용하여 상기 전도성 판재(110) 표면에 잔류하는 함침 재료(121)를 제거하기 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법은, 도포 단계(S111)를 더 포함할 수 있다.

도 1 및 도 6을 참조하면, 상기 도포 단계(S111)는 상기 함침 단계(S110) 이전에, 상기 전도성 판재 표면에 상기 점착제 또는 접착제(140)를 도포하는 단계이다. 상기 도포 단계(S111)에서는, 상기 점착제 또는 접착제(140)를 상기 전도성 판재(110)의 표면에 도포하면서, 상기 전도성 판재(110)의 표면을 상기 점착제 또는 접착제(140)로 코팅한다.

이후, 상기 함침 단계(S110), 상기 메움 단계(S120)를 통해 상기 함침 재료(120)를 상기 전도성 판재(110)에 함침 시킨다. 상기 도포 단계(S111)에서 상기 전도성 판재(110)가 상기 점착제 또는 접착제(140)로 코팅되었기 때문에, 상기 함침 단계(S110)를 진행하여도, 상기 전도성 판재(110) 표면에는 상기 함침 재료(120)가 잔류하지 않고, 상기 점착제 또는 접착제(140)가 남아있게 된다. (즉, 상기 전도성 판재(110) 표면 - 상기 점착제 또는 접착제(140) - 상기 함침 재료(120)의 순서로 배치된다.)

따라서, 상기 점착제 또는 접착제(140)를 제거하게 되면, 상기 점착제 또는 접착제(140) 상부에 배치되는 상기 함침 재료(120)도 함께 제거할 수 있게 된다. 상기 표면 처리 단계(S130)에서는 상기 점착제 또는 접착제(140)를 제거함으로써 상기 점착제 또는 접착제(140) 상부에 배치되는 상기 함침 재료(120)를 제거할 수 있게 된다. 이를 통해 상기 전도성 판재(110)의 표면에 잔류하는 함침 재료(121)를 제거할 수 있게 된다.

상기 점착제 또는 접착제(140)는 함침 재료(120)에 영향을 주지 않는 물질에 녹을 수 있는 점착제 또는 접착제가 사용될 수 있는 것으로, 상기 표면 처리 단계(S130)에서는 함침 재료(120)에 영향을 주지 않는 물질로 상기 점착제 또는 접착제(140)를 제거함으로써, 상기 점착제 또는 접착제(140) 상부에 배치되는 상기 함침 재료(120)를 제거할 수 있게 된다. (가령, 상기 점착제 또는 접착제(140)는 함침 재료에 영향을 주지 않는 물에 녹을 수 있는 점착제 또는 접착제가 사용될 수 있다.)

상기 전도성 판재(110) 표면에 잔류하는 함침 재료(121)를 제거하기 위해 점착제 또는 접착제(140)와 함께, 다공성 층(150)을 사용할 수도 있다. 도 7을 참조하면, 상기 도포 단계(S111)에서 상기 점착제 또는 접착제(140)를 상기 전도성 판재(110)의 표면에 도포하면서, 상기 전도성 판재(110)의 표면을 상기 점착제 또는 접착제(140)로 코팅한다. (상술한 바와 같이 상기 도포 단계(S111)를 통해 상기 전도성 판재(110)의 표면을 상기 점착제 또는 접착제(150)로 코팅하면, 상기 함침 단계(S110)를 진행하여도, 상기 전도성 판재(110) 표면에는 상기 함침 재료(120)가 잔류하게 되지 않고, 상기 점착제 또는 접착제(140)가 남아있게 된다.)

이후, 상기 함침 단계(S110)에서는, 상기 점착제 또는 접착제(140) 위에 상기 다공성 층(150)을 형성하고, 상기 함침 재료(120)를 상기 다공성 층에 통과시키면서 상기 함침 재료(120)를 상기 전도성 판재(110)에 함침 시킨다. 상기 다공성 층(150)은 다공성 필름 또는 다공성 직물과 같은 다공성 재료로 이루어질 수 있는 것으로, 상기 함침 재료(120)가 통과할 수 있는 구멍이 형성되어 있는 것이다.

상기 함침 재료(120)는 상기 다공성 층(150)을 통과할 수 있기 때문에, 상기 다공성 층(150)의 상부에서 상기 함침 재료(120)를 주입하면, 상기 전도성 판재(110)에 상기 함침 재료(120)를 함침시킬 수 있게 된다.

상기 함침 단계(S120) 이후, 상기 표면 처리 단계(S130)에서는 상기 다공성 층(150)을 제거하면서, 상기 전도성 판재(110)의 표면에 잔류하는 함침 재료를 제거할 수 있게 된다. 상기 다공성 층(150)은 상기 점착제 또는 접착제(140)와 부착되어 있기 때문에, 상기 다공성 층(150)을 제거하면 상기 점착제 또는 접착제(140)도 함께 제거될 수 있게 된다. (여기서, 상기 점착제 또는 접착제(140)는, 상기 전도성 판재(110) 표면과 상기 점착제 또는 접착제(140) 사이에서 발생하는 접착력보다, 상기 다공성 층(150)과 상기 점착제 또는 접착제(140) 사이에서 발생하는 접착력이 강한 재료가 사용되는 것이 바람직하다.)

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 전도성 판재(110) 표면과 상기 함침 재료 사이에 임시 중간층(상기 점착제 또는 접착제(140), 다공성 층(150))을 형성함에 따라, 상기 전도성 판재(110) 표면에 잔류하는 함침 재료를 쉽게 제거할 수 있게 된다.

도 8을 참조하면, 상기 표면 처리 단계(S130)에서는, 상기 다공성 층(150)을 제거하는 대신, 층을 형성하면서 상기 전도성 판재(110)의 표면을 깎아 상기 전도성 판재(110) 표면의 함침 재료를 제거할 수도 있다.

도 9를 참조하면, 상기 전도성 판재(110) 내부에 형성되어 있는 기공(111)은 외부와 연통되어 있지 않으면서 닫혀있지만, 상기 전도성 판재(110) 표면에 형성된 기공(111a)은 외부와 연통 되어 있을 수 있다. 상기 다공성 층(150)을 통해 상기 전도성 판재(110) 표면의 함침 재료를 제거하게 되면, 상기 전도성 판재(110) 표면에서 외부와 연통되어 있는 기공(111a)에 함침 되어 있는 함침 재료(120)가 상기 다공성 층(150)과 함께 제거될 위험이 있다.

상기 전도성 판재(110) 표면에서 외부와 연통되어 형성된 기공(111a)에 함침된 함침 재료(120)가 상기 다공성 층(150)과 함께 제거되면, 상기 전도성 판재(110) 표면에서 외부와 연통되어 있는 기공(111a)에 의해 상기 전도성 판재(110)의 전기 전도성이 저하되는 문제가 발생할 수 있게 된다. 또한, 상기 전도성 판재(110) 표면에서 외부와 연통되어 있는 기공(111a)에 의해 상기 전도성 판재(110)의 표면 내구성이 저하되는 문제가 발생할 수 있게 된다.

또한, 레독스 흐름전지의 운용에 따라 분리판(상기 전도성 판재(110)) 표면에 함침 재료(120)의 노출이 최소화되어야 하는 경우도 있다. 높은 온도에서의 레독스 흐름전지의 운용, 고체 상태를 유지하는 부동충전 등 가혹한 운용조건에서는 레독스 흐름전지를 운용하는 경우, 레독스 흐름전지의 분리판(상기 전도성 판재(110)) 표면에 존재하는 함침 재료(120)에 영향을 크게 받을 수 있기 때문에 이를 최소화하는 것이 필요하다.

이를 위해, 상기 표면 처리 단계(S130)에서는, 상기 다공성 층(150)을 제거하는 대신, 층을 형성하면서 상기 전도성 판재(110)의 표면을 깎아 상기 전도성 판재(110) 표면의 함침 재료를 제거할 수도 있다. 즉, 층을 형성하면서 상기 전도성 판재(110)의 표면을 깎게 되면, 깎이게 된 상기 전도성 판재(110)의 표면 상부에 있는 상기 점착제 또는 접착제(140), 상기 다공성 층(150)도 함께 제거할 수 있게 된다.

이와 같이 층을 형성하면서 상기 전도성 판재(110)의 표면을 깎으면, 상기 전도성 판재(110) 표면에서 외부와 연통되어 형성된 기공(111)에 함침된 함침 재료(120)가 상기 다공성 층(150)과 함께 제거되는 것을 방지할 수 있게 되고, 이를 통해 상기 전도성 판재(110)의 전기 전도성 및 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 표면 처리 단계(S130)에서 층을 형성하면서 상기 전도성 판재(110)의 표면을 깎아 상기 전도성 판재(110) 표면의 함침 재료를 제거하는 방법은, 상기 다공성 층(150)을 사용했을 때에 한정되는 것은 아니다. 상기 흡수층(130)을 사용하여 상기 전도성 판재(110)의 표면의 함침 재료를 제거하는 경우와, 상기 점착제 또는 접착제(140) 만을 사용하여 상기 전도성 판재(110)의 표면의 함침 재료를 제거하는 경우에도, 상기 흡수층(130) 및 상기 점착제 또는 접착제(140)를 제거하는 대신, 층을 형성하면서 상기 전도성 판재(110)의 표면을 깎으면서 상기 전도성 판재(110) 표면의 함침 재료를 제거할 수도 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 표면 처리 단계(S130)에서는, 상기 전도성 판재(110)의 표면에 잔류하는 함침 재료를 제거하면서, 상기 전도성 판재(110) 표면에 요철을 형성할 수도 있다.

상기 전도성 판재(110)의 표면에 요철을 형성시키면, 탄소 전극과의 접촉 면적을 증가시킬 수 있으며, 이를 통해 레독스 흐름전지의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 전도성 판재(110)의 표면에 요철을 형성시키면, 상기 요철을 통해 탄소 전극을 상기 전도성 판재(110)에 견고하게 고정시켜 내구성을 향상시킬 수 있다.

상기 전도성 판재(110)의 표면에 요철을 형성시키기 위해, 일정한 패턴을 가진 금형 또는 직물의 직조 구조 등을 이용할 수 있다. 구체적으로, 상기 전도성 판재(110)의 표면을 일정한 패턴을 가진 금형이나 직조 구조를 갖는 직물로 가압하면서, 상기 전도성 판재(110) 표면에 요철을 형성할 수 있다.

이때, 상기 흡수층(130)을 이용하거나, 상기 다공성 층(150)을 이용하여 상기 전도성 판재(110) 표면의 함침 재료를 제거하는 경우, 상기 흡수층(130)과 상기 다공성 층(150)을 직조 구조를 갖는 직물로 형성시킬 수 있다. 이를 통해 상기 전도성 판재(110) 표면의 함침 재료를 제거하면서 상기 전도성 판재(110)의 표면에 요철을 형성할 수도 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지는, 상기 전도성 판재(110) 표면에서 외부와 연통 되어 있는 기공(111a)에서 함침 재료가 빠져나감에 따라 상기 전도성 판재(110)의 전기 전도성이 저하되는 것을 방지하기 위해, 가압 단계(S131)를 더 포함할 수도 있다.

도 9를 참조하면, 상기 가압 단계(S131)는 상기 전도성 판재(110)의 표면을 가압하여, 상기 전도성 판재(110) 표면의 기공(111a)을 닫는 단계이다. 상기 가압 단계(S131)는, 상기 표면 처리 단계(S130)에서 층을 형성하면서 상기 전도성 판재(110)의 표면을 깎는 대신, 상술한 상기 흡수층(130), 상기 점착제 또는 접착제(140), 상기 다공성 층(150)을 이용하여 상기 전도성 판재(110) 표면의 함침 재료를 제거한 이후에 진행될 수 있다.

구체적으로, 상기 표면 처리 단계(S130)에서 층을 형성하면서 상기 전도성 판재(110)의 표면을 깎는 대신, 상술한 상기 흡수층(130), 상기 점착제 또는 접착제(140), 상기 다공성 층(150)을 이용하여 상기 전도성 판재(110) 표면의 함침 재료를 제거하면, 상기 전도성 판재(110) 표면의 기공(111a)에 함침된 함침 재료는 도 9와 같이 제거될 수 있게 된다.

상기 가압 단계(S131)는 상기 전도성 판재(110) 표면의 기공(111a)에 함침된 함침 재료가 제거됨에 따라 발생한 기공(111a)을 없애기 위해, 롤러(160), 프레스 등으로 상기 전도성 판재(110)의 표면을 가압하는 단계이다. 도 9와 같이 상기 롤러(160)를 통해 상기 전도성 판재(110)의 표면을 가압하면, 상기 전도성 판재(110) 표면의 기공(111a)이 주변에 의해 닫히게 되고, 이를 통해 닫힌 기공(112)을 형성할 수 있게 된다.

상기 가압 단계(S131)에서 상기 전도성 판재(110) 표면을 가압하는 장치는, 롤러(160), 프레스 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 전도성 판재(110) 표면을 가압하여 기공을 닫을 수 있다면 다양한 장치가 사용될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법을 통해, 상기 전도성 판재(110)의 기공(111)을 막아 상기 전도성 판재(110)의 밀폐성 및 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 전도성 판재(110) 표면에 잔류하는 함침 재료(120)를 제거함으로써 전기 전도성을 높일 수 있으며, 상기 전도성 판재(110) 표면의 소수성이 유지되어 전해질의 흐름 성능도 우수한 레독스 흐름전지용 분리판을 제작할 수 있게 된다.

전해질은 물을 기반으로 한 액체이며, 전해질은 상대적으로 전도성 판재(110)(흑연) 보다 함침 재료(120)와의 친화력이 높다. 따라서, 전도성 판재(110)의 표면에 함침 재료가 남아 있다면 전해질이 전도성 판재(110) 표면에 달라 붙는 전해질의 양이 많아지면서 전해질의 흐름 성능이 저하될 수 있다. 그러나 전도성 판재(110)(흑연)의 표면에 잔류하는 함침 재료(120)를 제거하면, 전도성 판재(110) 표면에 달라 붙는 전해질의 양을 줄일 수 있게 되고, 이를 통해 전해질의 흐름 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지용 전도성 판재는 상술한 본 발명의 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법에 의해 제조되는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지용 전도성 판재는, 다공성 구조를 갖으면서 내부에 기공이 형성되어 있는 전도성 판재(110)와 상기 전도성 판재(110)의 상기 기공(111)에 함침 되는 함침 재료(120)를 포함한다.

상기 전도성 판재(110)의 표면은, 표면 처리되어 상기 전도성 판재(110) 표면에 잔류하는 함침 재료(120)가 제거된 것으로, 이를 통해 레독스 흐름전지 성능을 향상시킬 수 있는 것이다. 상기 전도성 판재(110)의 표면을 표면 처리하는 방법은 상술한 본 발명의 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법이 사용될 수 있는 것이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지용 전도성 판재는 본 발명의 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법의 특징을 모두 포함하고 있는 것이므로, 상세한 설명은 생략한다.

상술한 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법 및 레독스 흐름전지용 전도성 판재는 다음과 같이 변형되어 사용될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법 및 레독스 흐름전지용 전도성 판재의 전도성 판재(110)는 2개 이상이 적층되어 사용될 수 있으며, 상기 전도성 판재(110)가 적층될 때 상기 전도성 판재(110) 사이에는 전도성 라이너(170)가 삽입될 수 있다.

도 10을 참조하면, 상기 전도성 라이너(170)는 상기 전도성 판재(110)의 기계적 강도를 향상시키기 위한 것으로, 상기 전도성 라이너(170)가 두 개의 상기 전도성 판재(110) 사이에 삽입되면서 상기 전도성 판재(110)의 기계적 강도를 향상시키게 된다.

상기 전도성 라이너(170)는 금속 또는 탄속 섬유로 이루어질 수 있다. 상기 전도성 라이너(170)는 상기 전도성 판재(110)의 기공(111)이 메워지기 때문에 금속을 사용할 수 있지만, 생산 비용 및 무게 등을 고려하면 탄소 섬유와 같은 전도성 섬유 기반의 복합재료가 사용되는 것이 바람직하다.

상기 전도성 라이너(170)를 상기 전도성 판재(110)에 고정시키기 위해서는, 상기 전도성 판재(110) 사이에 상기 전도성 라이너(170)를 삽입하고, 상기 전도성 판재(110)를 압착하면서 상기 전도성 라이너(170)를 상기 전도성 판재(110)에 고정시킬 수 있다. 상기 전도성 라이너(170)는 상기 전도성 판재(110)에 상기 함침 재료(120)가 함침된 이후에, 상기 전도성 판재(110)에 삽입되면서 압착될 수 있으며, 상기 전도성 판재(110)에 상기 함침 재료(120)가 함침 되기 전에 삽입될 수도 있다.

상기 전도성 라이너(170)가 금속인 경우, 상기 전도성 라이너(170)는 상기 전도성 판재(110)에 상기 함침 재료(120)가 함침된 이후에, 상기 전도성 판재(110) 사이에 삽입될 수 있다.

상기 전도성 라이너(170)가 탄소 섬유로 이루어진 경우, 도 10과 같이 상기 함침 재료(120)를 상기 전도성 판재(110)에 함침시키기 전에, 상기 전도성 라이너(170)를 상기 전도성 판재(110) 사이에 배치한다. 이후, 상기 전도성 판재(110)를 압착하면서, 상기 전도성 판재(110)에 상기 함침 재료(120)를 함침시키고 상기 함침 재료(120)를 경화 또는 고체화시키면, 상기 전도성 라이너(170)가 삽입된 상기 전도성 판재(110)를 제작할 수 있게 된다. (이때, 상기 전도성 판재(110)의 표면에 잔류하는 함침 재료는 상술한 방법을 통해 제거될 수 있다.)

상술한 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법 및 레독스 흐름전지용 전도성 판재는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법 및 레독스 흐름전지용 전도성 판재는 다공성 구조를 갖는 전도성 판재(110)의 기공(111)에 함침 재료(120)를 함침시킴에 따라 전도성 판재(110)의 밀폐성 및 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법 및 레독스 흐름전지용 전도성 판재는 전도성 판재(110)의 표면에 잔류하는 함침 재료(121)를 제거함에 따라, 함침 재료에 의해 전도성 판재(110)의 전기 전도성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

이와 함께, 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법 및 레독스 흐름전지용 전도성 판재는 밀폐성 및 내구성과 전기 전도성이 우수한 전도성 판재(110)를 통해 레독스 흐름전지의 분리판을 제작함에 따라, 안정적이고 고출력으로 레독스 흐름전지를 사용할 수 있는 장점이 있다.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

S110...함침 단계 S111...도포 단계
S120...메움 단계 S130...표면 처리 단계
S131...가압 단계
110...전도성 판재 111...기공
120...함침 재료
121...전도성 판재 표면에 잔류하는 함침 재료
130...흡수층 131...열원
140...점착제 또는 접착제 150...다공성 층
160...롤러 170...전도성 라이너

Claims (17)

1. 레독스 흐름전지에 사용되는 전도성 판재 제조방법에 있어서,
   다공성 구조를 갖는 전도성 판재의 기공에 액체 상태의 함침 재료를 함침시키는 함침 단계;
   상기 함침 재료를 경화 또는 고체화시켜 상기 기공을 메우는 메움 단계; 및
   상기 전도성 판재의 표면에 함침 재료가 잔류하지 않도록 상기 전도성 판재의 표면을 처리하는 표면 처리 단계;를 포함하며,
   상기 함침 단계 이전에, 상기 전도성 판재 표면에 점착제 또는 접착제를 도포하는 도포 단계;를 더 포함하며,
   상기 표면 처리 단계는, 상기 점착제 또는 상기 접착제를 제거하면서 상기 전도성 판재의 표면에 잔류하는 상기 함침 재료를 제거하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전도성 판재는,
   플레이크 타입(flake type), 스페리컬 타입(spherical type) 및 플래너 타입(planar type)으로 이루어진 군에서, 선택되는 1종의 타입을 포함하는 팽창 흑연 또는 합성 흑연인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 함침 재료는, 전도성 입자를 포함하며,
   상기 함침 재료에서 상기 전도성 입자는 3 중량 % 이하인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 전도성 입자는,
   카본 블랙, 카본나노튜브, 카본나노섬유, 그래핀으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 함침 단계는, 상기 점착제 또는 접착제 위에 다공성 층을 형성하고, 상기 함침 재료를 상기 다공성 층에 통과시키면서 상기 함침 재료를 상기 전도성 판재에 함침시키며,
   상기 표면 처리 단계는, 상기 다공성 층을 제거하면서 상기 전도성 판재의 표면에 잔류하는 상기 함침 재료를 제거하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법.
10. 삭제
11. 제1항에 있어서,
    상기 표면 처리 단계 이후,
    상기 전도성 판재의 표면을 가압하여, 상기 전도성 판재 표면의 기공을 닫는 가압 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법.
12. 제1항에 있어서,
    상기 함침 단계에서,
    액체 상태의 상기 함침 재료와 상기 전도성 판재의 접촉각도는 90도 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법.
13. 제1항에 있어서,
    상기 표면 처리 단계에서는,
    상기 전도성 판재의 표면에 잔류하는 상기 함침 재료를 제거하면서, 상기 전도성 판재 표면에 요철을 형성하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법.
14. 삭제
15. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 판재는 2개 이상이 적층되며,
    상기 전도성 판재가 적층될 때, 상기 전도성 판재 사이에는 전도성 라이너가 삽입되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법.
16. 제15항에 있어서,
    상기 전도성 라이너는, 금속 또는 탄속 섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 전도성 판재 제조방법.
17. 삭제

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