KR102187300B1 - 셀 스택 레독스 흐름 전지 및 그를 포함하는 레독스 흐름 전지 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 음극 엔드 플레이트; 상기 음극 엔드 플레이트 상에 위치하는 음극 집전체; 상기 음극 집전체 상에 위치하는 제1 바이폴라 플레이트; 상기 제1 바이폴라 플레이트 상에 위치하는 단수 또는 복수의 단위셀; 상기 단위셀 상에 위치하는 양극 집전체; 및 상기 양극 집전체 상에 위치하는 양극 엔드 플레이트;를 포함하고, 상기 단위셀이 상기 제1 바이폴라 플레이트 상에 위치하고, 음극 전해액이 공급 및 배출되도록 유로가 형성된 음극 플로우 프레임 및 음극을 포함하는 음극부; 상기 음극 상에 위치하는 멤브레인; 상기 멤브레인 상에 위치하고, 양극 전해액이 공급 및 배출되도록 유로가 형성된 양극 플로우 프레임 및 양극을 포함하는 양극부; 및 상기 양극 상에 위치하는 제2 바이폴라 플레이트;를 포함하는 것인, 셀 스택 레독스 흐름전지에 관한 것으로, 본 발명에 따른 셀 스택 레독스 흐름전지는 금속을 포함하는 바이폴라 플레이트를 포함함으로써, 염기성을 나타내는 전해액에 대하여 내부식성이 우수하고, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지 시스템은 상기 셀 스택 레독스 흐름전지를 포함함으로써 성능 및 수명특성이 우수하며, 비용을 낮추는 효과가 있다.

Description

셀 스택 레독스 흐름 전지 및 그를 포함하는 레독스 흐름 전지 시스템{THE CELL STACK REDOX FLOW BATTERY, AND REDOX FLOW BATTERY SYSTEM COMPRISING THE SAME}
본 발명은 셀 스택 레독스 흐름 전지 및 그를 포함하는 레독스 흐름 전지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염기성을 나타내는 전해액에 대하여 내부식성이 우수한 금속을 포함하는 바이폴라 플레이트를 포함하는 셀 스택 레독스 흐름 전지 및 그를 포함하는 레독스 흐름 전지 시스템에 관한 것이다.
레독스 흐름 전지는 환원(Reduction)과 산화(Oxidation) 및 흐름(Flow)의 특징을 가진 2차 전지의 일종으로 Fe, Cr, V, Cu, Ti 및 Sn 등의 산화수가 변하는 전이금속을 강산 수용액에 용해하여 전해질을 제조하고 펌프를 이용하여 셀에 공급하는 전지이다. 전해질은 전지 내의 용기에 저장되어 있지 않고 외부의 탱크에 액체 상태로 저장되어 있으며, 충방전이 필요한 경우에만 펌프를 통해 셀 내부로 공급된다. 이러한 특성으로 인해 전력계통에 연계했을 경우 필요에 의해 신속한 기동정지가 가능하고 장기간 정지해도 전력손실이 적은 특징을 가지며, 향후 ESS(Energy Storage System) 등에 활발히 적용될 것으로 예상된다.
레독스 흐름전지중 가장 대표적인 바나듐 레독스 흐름전지는 높은 에너지효율로 인해 전력저장시스템용 이차전지로 각광받고 있으나, 고가인 바나듐 활물질 및 이온교환막 가격의 단점이 상용화의 가장 큰 걸림돌로 알려져 있다. 또한 일반적인 레독스 흐름전지는 전해질로 강산을 사용하기 때문에 전극은 비활성의 카본펠트(carbon felt) 또는 카본 직물(carbon cloth) 등이 쓰이고, 바이폴라 플레이트는 카본, 그라파이트 등을 고온에서 열압착한 플레이트를 사용함으로써 레독스 흐름전지 시스템의 가격의 상승을 초래하고 있다. 이러한 레독스 흐름 전지의 에너지 효율 향상 및 저가격화를 위해서는 고가의 금속활물질을 대체한 유기활물질을 적용한 연구가 진행되고 있으며, 이러한 유기활물질은 생산량이 풍부하고, 가격이 저렴하며, 친환경적인 장점을 지니고 있다. 또한 레독스 흐름전지의 에너지효율 향상을 위하여 전극의 전기화학적 반응성 향상이 중요하며, 이를 위하여 전극의 열처리, 화학적 처리, 전기화학적 산화 또는 촉매금속 도핑 등에 의한 표면처리를 실시하여 카본표면에 친수성 증가, 기능성 카복실기 또는 하이드록실기 도입으로 C-O Group 농도 활성화에 따른 바나듐 화학종의 반응성을 촉진하는 연구 등이 다수 수행 중에 있다.
또한, 현재 레독스 흐름 전지의 바이폴라 플레이트는 카본, 그라파이트 등을 고온에서 열압착한 플레이트로 구성되어 있어 고가이므로 레독스 흐름전지 시스템의 가격을 높이는 단점과 함께 쉽게 깨지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 염기성을 나타내는 전해액에 대하여 내부식성이 우수한 금속을 포함하는 바이폴라 플레이트를 포함하는 셀 스택 레독스 흐름 전지를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 셀 스택 레독스 흐름 전지를 포함하고, 성능 및 수명특성이 우수하며, 저비용인 레독스 흐름 전지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 음극 엔드 플레이트; 상기 음극 엔드 플레이트 상에 위치하는 음극 집전체; 상기 음극 집전체 상에 위치하는 제1 바이폴라 플레이트; 상기 제1 바이폴라 플레이트 상에 위치하는 단수 또는 복수의 단위셀; 상기 단위셀 상에 위치하는 양극 집전체; 및 상기 양극 집전체 상에 위치하는 양극 엔드 플레이트;를 포함하고,
상기 단위셀이 상기 제1 바이폴라 플레이트 상에 위치하고, 음극 전해액이 공급 및 배출되도록 유로가 형성된 음극 플로우 프레임 및 음극을 포함하는 음극부; 상기 음극 상에 위치하는 멤브레인; 상기 멤브레인 상에 위치하고, 양극 전해액이 공급 및 배출되도록 유로가 형성된 양극 플로우 프레임 및 양극을 포함하는 양극부; 및 상기 양극 상에 위치하는 제2 바이폴라 플레이트;를 포함하는 것인, 셀 스택 레독스 흐름전지가 제공된다.
상기 제1 및 제2 바이폴라 플레이트가 각각 독립적으로 니켈, 스테인레스 스틸 및 니켈이 코팅된 금속 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 금속은 철(Fe), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 아연(Zn), 바나듐(V), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 음극 전해액 및 상기 양극 전해액이 각각 염기성을 나타낼 수 있다.
상기 염기성은 pH가 14 내지 10일 수 있다.
상기 음극 전해액이 구조식 1로 표시되는 알록사진 화합물을 포함하고, 상기 양극 전해액이 구조식 2로 표시되는 페로시아나이드 화합물 및 구조식 3으로 표시되는 페리시아나이드 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
[구조식 1]
Figure 112018062962761-pat00001
상기 구조식 1에서
R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소원자, C1 내지 C6 알킬기, 하이드록시기, 알콕시기 또는 카르복시기이다.
[구조식 2]
Figure 112018062962761-pat00002
상기 구조식 2에서
M은 알칼리 금속 이온이다.
[구조식 3]
Figure 112018062962761-pat00003
상기 구조식 3에서
M은 알칼리 금속 이온이다.
상기 M은 리튬, 나트륨, 칼륨 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 음극 전해액 및 상기 양극 전해액이 각각 수산화칼륨(KOH)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 알록사진 화합물은 알록사진 카보닐산, 하이드록시 알록사진, 디메톡시 알록사진 및 디메틸 알록사진 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 페로시아나이드 화합물은 페로시안화칼륨 (K4Fe(CN)6) 및 페로시안화나트륨 (Na4Fe(CN)6) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 페리시아나이드 화합물은 페리시안화칼륨 (K3Fe(CN)6) 및 페리시안화나트륨 (Na3Fe(CN)6) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 음극 전해액 및 상기 양극 전해액은 각각 0.1M 내지 3M 몰농도일 수 있다.
상기 음극 및 상기 양극이 각각 독립적으로 카본펠트, 카본나노섬유(CNF), 카본 페이퍼 및 카본나노물질 중에서 선택된 1종 이상을 포함을 포함할 수 있다.
상기 멤브레인이 나피온계, 다공성 유무기소재, 폴리올레핀, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르에테르케톤, 폴리술폰, 폴리이미드 및 폴리아미드이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 음극 엔드 플레이트와 상기 음극 집전체 사이 또는 상기 양극 엔드 플레이트와 상기 양극 집전체 사이에 고무판을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 셀 스택 레독스 흐름전지; 상기 셀 스택 레독스 흐름전지에 양극 전해액 또는 음극 전해액을 공급 및 배출하는 펌프; 및 상기 양극 전해액 또는 음극 전해액을 저장하는 탱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 시스템이 제공된다.
상기 음극 전해액 및 상기 양극 전해액이 각각 염기성을 나타낼 수 있다.
상기 염기성은 pH가 14 내지 10일 수 있다.
상기 펌프는 상기 음극 전해액을 음극부에 공급 및 배출하는 제1 펌프; 및 상기 양극 전해액을 양극부에 공급 및 배출하는 제2 펌프;를 포함할 수 있다.
상기 탱크는 상기 음극 전해액을 저장하는 제1 탱크; 및 상기 양극 전해액을 저장하는 제2 탱크;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 셀 스택 레독스 흐름 전지는 금속을 포함하는 바이폴라 플레이트를 포함함으로써, 염기성을 나타내는 전해액에 대하여 내부식성이 우수한 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지 시스템은 상기 셀 스택 레독스 흐름 전지를 포함함으로써 성능 및 수명특성이 우수하며, 비용을 낮추는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 셀 스택 레독스 흐름 전지를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 셀 스택 레독스 흐름 전지를 찍은 사진이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 셀 스택 레독스 흐름 전지의 구성을 찍은 사진이다.
도 4는 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 충방전 곡선이다.
도 5는 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 충방전 후, 쿨롱효율, 전압효율 및 에너지 효율을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
또한, 어떤 구성요소가 "다른 구성요소 상에", " 다른 구성요소 상에 형성되어" 또는 " 다른 구성요소 상에 적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "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.
도 1은 본 발명에 따른 셀 스택 레독스 흐름 전지를 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따라 제조된 셀 스택 레독스 흐름 전지를 찍은 사진이고, 도 3은 본 발명에 따라 제조된 셀 스택 레독스 흐름 전지의 구성을 찍은 사진이다.
이하, 도 1 내지 3을 참조하여 본 발명의 셀 스택 레독스 흐름 전지에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명은 음극 엔드 플레이트; 상기 음극 엔드 플레이트 상에 위치하는 음극 집전체; 상기 음극 집전체 상에 위치하는 제1 바이폴라 플레이트; 상기 제1 바이폴라 플레이트 상에 위치하는 단수 또는 복수의 단위셀; 상기 단위셀 상에 위치하는 양극 집전체; 및 상기 양극 집전체 상에 위치하는 양극 엔드 플레이트;를 포함하고,
상기 단위셀이 상기 제1 바이폴라 플레이트 상에 위치하고, 음극 전해액이 공급 및 배출되도록 유로가 형성된 음극 플로우 프레임 및 음극을 포함하는 음극부; 상기 음극 상에 위치하는 멤브레인; 상기 멤브레인 상에 위치하고, 양극 전해액이 공급 및 배출되도록 유로가 형성된 양극 플로우 프레임 및 양극을 포함하는 양극부; 및 상기 양극 상에 위치하는 제2 바이폴라 플레이트;를 포함하는 것인, 셀 스택 레독스 흐름전지를 제공한다.
상기 제1 및 제2 바이폴라 플레이트가 각각 독립적으로 니켈, 스테인레스 및 니켈이 코팅된 금속 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 금속은 철(Fe), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 아연(Zn), 바나듐(V), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그러나 금속이라면 어느 것이든 포함할 수 있으며, 본 발명의 범위를 여기에 한정하지 않는다.
상기 음극 전해액 및 상기 양극 전해액이 각각 염기성을 나타낼 수 있다.
상기 염기성은 pH가 14 내지 10일 수 있다.
상기 음극 전해액이 구조식 1로 표시되는 알록사진 화합물을 포함하고, 상기 구조식 2로 표시되는 페로시아나이드 화합물 및 구조식 3으로 표시되는 페리시아나이드 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
[구조식 1]
Figure 112018062962761-pat00004
상기 구조식 1에서
R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소원자, C1 내지 C6 알킬기, 하이드록시기, 알콕시기 또는 카르복시기이다.
[구조식 2]
Figure 112018062962761-pat00005
상기 구조식 2에서
M은 알칼리 금속 이온이다.
[구조식 3]
Figure 112018062962761-pat00006
상기 구조식 3에서
M은 알칼리 금속 이온이다.
상기 M은 리튬, 나트륨, 칼륨 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 음극 전해액 및 상기 양극 전해액이 각각 수산화칼륨(KOH)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 알록사진 화합물은 알록사진 카보닐산, 하이드록시 알록사진, 디메톡시 알록사진 및 디메틸 알록사진 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 페로시아나이드 화합물은 페로시안화칼륨 (K4Fe(CN)6) 및 페로시안화나트륨 (Na4Fe(CN)6) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 페리시아나이드 화합물은 페리시안화칼륨 (K3Fe(CN)6) 및 페리시안화나트륨 (Na3Fe(CN)6) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 음극 전해액 및 상기 양극 전해액은 각각 0.1M 내지 3M 몰농도일 수 있다.
상기 음극 및 상기 양극이 각각 독립적으로 카본펠트, 카본나노섬유(CNF), 카본 페이퍼 및 카본나노물질 중에서 선택된 1종 이상을 포함을 포함할 수 있다.
상기 멤브레인이 나피온계, 다공성 유무기소재, 폴리올레핀, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르에테르케톤, 폴리술폰, 폴리이미드 및 폴리아미드이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 음극 엔드 플레이트와 상기 음극 집전체 사이 또는 상기 양극 엔드 플레이트와 상기 양극 집전체 사이에 고무판을 추가로 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지 시스템에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 상기 셀 스택 레독스 흐름전지; 상기 셀 스택 레독스 흐름전지에 양극 전해액 또는 음극 전해액을 공급 및 배출하는 펌프; 및 상기 양극 전해액 또는 음극 전해액을 저장하는 탱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 시스템을 제공한다.
상기 음극 전해액 및 상기 양극 전해액이 각각 염기성을 나타낼 수 있다.
상기 염기성은 pH가 14 내지 10일 수 있다.
상기 펌프는 상기 음극 전해액을 음극부에 공급 및 배출하는 제1 펌프; 및 상기 양극 전해액을 양극부에 공급 및 배출하는 제2 펌프;를 포함할 수 있다.
상기 탱크는 상기 음극 전해액을 저장하는 제1 탱크; 및 상기 양극 전해액을 저장하는 제2 탱크;를 포함할 수 있다.
현재 레독스 흐름전지의 바이폴라 플레이트는 카본, 그라파이트 등을 고온에서 열압착한 플레이트로 구성되어 있어 고가이므로 레독스 흐름전지의 가격을 높이는 단점과 함께 쉽게 깨지는 문제가 있으나, 음극 전해액 및 양극전해액을 강염기로 구성하고, 금속을 포함하는 바이폴라 플레이트를 사용하여 레독스 흐름 전지의 가격을 낮출 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 스테인레스 스틸 바이폴라 플레이트를 포함하는 레독스 흐름 전지
나피온 117을 이온교환막(멤브레인)으로 사용하고, 폴리비닐클로라이드로 만들어진 플로우 프레임 안에 카본펠트 전극(양극 및 음극)을 삽입하였다. 바이폴라 플레이트로 스테인레스 스틸(316L)를 사용하고, 백금(Pt) 코팅되지 않은 구리판을 집전체로서 양쪽 끝에 두고 체결하였다. 이때 레독스 흐름 전지 셀의 유효면적은 25cm2 이였다. 또한 음극전해액은 0.1M 알록사진 7/8 카보닐산을 1M KOH에 녹여 187ml을 사용하고, 양극전해액은 0.2M K4Fe(CN)6와 0.02M K3Fe(CN)6을 1M KOH에 녹여 187mL을 사용하고, 음/양극 활물질을 준비하여 레독스 흐름전지를 제조하였다. 이때 셀용량은 1Ah급이 되게 설계되었다.
실시예 2: 니켈이 코팅된 금속 바이폴라 플레이트를 포함하는 레독스 흐름 전지
실시예 1에서 바이폴라 플레이트로 스테인레스 스틸(316L)를 사용하는 대신에 바이폴라 플레이트로 철(Fe)판을 니켈로 코팅하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 레독스 흐름 전지를 제조하였다.
비교예 1: 그라파이트를 고온 열압착하여 제조한 바이폴라 플레이트를 포함하는 레독스 흐름 전지
실시예 1에서 바이폴라 플레이트로 스테인레스 스틸(316L)를 사용하는 대신에 바이폴라 플레이트로 그라파이트를 고온 열압착하여 제조한 바이폴라 플레이트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 레독스 흐름 전지를 제조하였다.
[시험예]
시험예 1: 레독스 흐름전지 단위셀의 성능평가
도 4은 전류밀도 40mA/cm2, 충방전 전위 0.4V 내지 1.5V 에서의 실시예 1, 2 및 비교예 1의 충방전 곡선이고, 도 5는 전류밀도 40mA/cm2, 충방전 전위 0.4V 내지 1.5V 에서 충전과 방전 후 쿨롱효율, 전압효율, 에너지효율을 나타내었다.
도 4 및 5를 참조하면, 금속 바이폴라 플레이트를 사용한 전지(실시예 1 및 2)와 기존 그라파이트를 고온 열압착하여 제조한 바이폴라 플레이트를 사용한 전지 (비교예 1)의 방전용량 및 쿨롱효율, 전압효율, 에너지효율은 유사한 결과값을 나타냄을 확인할 수 있었다. 그러나 금속 바이폴라 플레이트의 비용은 기존 그라파이트를 고온 열압착하여 제조한 바이폴라 플레이트 비용의 1/10에 해당하며, 이는 전지의 성능은 유지하면서 가격을 낮춘 저비용의 레독스 흐름 전지를 제조할 수 있다는 사실을 의미한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (19)

  1. 음극 엔드 플레이트;
    상기 음극 엔드 플레이트 상에 위치하는 음극 집전체;
    상기 음극 집전체 상에 위치하는 제1 바이폴라 플레이트;
    상기 제1 바이폴라 플레이트 상에 위치하는 단수 또는 복수의 단위셀;
    상기 단위셀 상에 위치하는 양극 집전체; 및
    상기 양극 집전체 상에 위치하는 양극 엔드 플레이트;를 포함하고,
    상기 단위셀이
    상기 제1 바이폴라 플레이트 상에 위치하고, 음극 전해액이 공급 및 배출되도록 유로가 형성된 음극 플로우 프레임 및 음극을 포함하는 음극부;
    상기 음극 상에 위치하는 멤브레인;
    상기 멤브레인 상에 위치하고, 양극 전해액이 공급 및 배출되도록 유로가 형성된 양극 플로우 프레임 및 양극을 포함하는 양극부; 및
    상기 양극 상에 위치하는 제2 바이폴라 플레이트;를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 바이폴라 플레이트가 각각 독립적으로 니켈이 코팅된 철(Fe)을 포함하고,
    상기 음극 전해액이 구조식 1로 표시되는 알록사진 화합물을 포함하고, 상기 양극 전해액이 구조식 2로 표시되는 페로시아나이드 화합물 및 구조식 3으로 표시되는 페리시아나이드 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 멤브레인이 나피온을 포함하는 것인, 셀 스택 레독스 흐름전지.
    [구조식 1]
    Figure 112020079048565-pat00015

    상기 구조식 1에서
    R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소원자, C1 내지 C6 알킬기, 하이드록시기, 알콕시기 또는 카르복시기이다.
    [구조식 2]
    Figure 112020079048565-pat00016

    상기 구조식 2에서
    M은 알칼리 금속 이온이다.
    [구조식 3]
    Figure 112020079048565-pat00017

    상기 구조식 3에서
    M은 알칼리 금속 이온이다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 음극 전해액 및 상기 양극 전해액이 각각 염기성을 나타내는 것을 특징으로 하는 셀 스택 레독스 흐름전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 염기성은 pH가 14 내지 10인 것을 특징으로 하는 셀 스택 레독스 흐름전지.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    M은 리튬, 나트륨, 칼륨 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 셀 스택 레독스 흐름전지.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 음극 전해액 및 상기 양극 전해액이 각각 수산화칼륨(KOH)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 스택 레독스 흐름전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 알록사진 화합물은 알록사진 카보닐산, 하이드록시 알록사진, 디메톡시 알록사진 및 디메틸 알록사진 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 스택 레독스 흐름전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 페로시아나이드 화합물은 페로시안화칼륨 (K4Fe(CN)6) 및 페로시안화나트륨 (Na4Fe(CN)6) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 페리시아나이드 화합물은 페리시안화칼륨 (K3Fe(CN)6) 및 페리시안화나트륨 (Na3Fe(CN)6) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 스택 레독스 흐름전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 음극 전해액 및 상기 양극 전해액은 각각 0.1M 내지 3M 몰농도인 것을 특징으로 하는 셀 스택 레독스 흐름전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 음극 및 상기 양극이 각각 독립적으로 카본펠트, 카본나노섬유(CNF), 카본 페이퍼 및 카본나노물질 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 스택 레독스 흐름전지.
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 음극 엔드 플레이트와 상기 음극 집전체 사이 또는 상기 양극 엔드 플레이트와 상기 양극 집전체 사이에 고무판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 스택 레독스 흐름전지.
  15. 제 1항에 따른 셀 스택 레독스 흐름전지;
    상기 셀 스택 레독스 흐름전지에 양극 전해액 또는 음극 전해액을 공급 및 배출하는 펌프; 및
    상기 양극 전해액 또는 음극 전해액을 저장하는 탱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 음극 전해액 및 상기 양극 전해액이 각각 염기성을 나타내는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 염기성은 pH가 14 내지 10인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 펌프는
    상기 음극 전해액을 음극부에 공급 및 배출하는 제1 펌프; 및
    상기 양극 전해액을 양극부에 공급 및 배출하는 제2 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 시스템.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 탱크는
    상기 음극 전해액을 저장하는 제1 탱크; 및
    상기 양극 전해액을 저장하는 제2 탱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 시스템.
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