KR102510553B1 - Asymmetric water electrolysis system with low overpotential using vanadium redox flow system - Google Patents

Asymmetric water electrolysis system with low overpotential using vanadium redox flow system Download PDF

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Abstract

본 발명은 산성 전해액을 내부에 수용하는 제1전해액탱크와, 염기성 전해액을 내부에 수용하는 제2전해액탱크와, 바나듐 전해액을 내부에 수용하는 제3전해액탱크와, 상기 제1전해액탱크와 일측편이 연결되어, 내부에 형성된 유로를 따라 산성 전해액을 순환시키고, 상기 제3전해액탱크와 타측편이 연결되어, 내부에 형성된 유로를 따라 바나듐 전해액을 순환시키면서, 수소 환원반응과 바나듐 산화반응을 일으키는 제1셀모듈, 및 상기 제2전해액탱크와 일측편이 연결되어, 내부에 형성된 유로를 따라 염기성 전해액을 순환시키고, 상기 제3전해액탱크와 타측편이 연결되어, 내부에 형성된 유로를 따라 바나듐 전해액을 순환시키면서, 물 산화반응과 바나듐 환원반응을 일으키는 제2셀모듈을 포함하여, 수전해 반응에 필요한 전압을 낮출 수 있어, 종래보다 상대적으로 낮은 전압으로 수전해를 실시할 수 있는 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템을 제공한다.The present invention has a first electrolyte tank for accommodating an acidic electrolyte therein, a second electrolyte tank for accommodating a basic electrolyte therein, a third electrolyte tank for accommodating a vanadium electrolyte therein, and one side of the first electrolyte tank Connected to circulate the acidic electrolyte solution along the flow path formed therein, and the third electrolyte tank and the other side are connected to circulate the vanadium electrolyte solution along the flow path formed therein, causing hydrogen reduction reaction and vanadium oxidation reaction. One side is connected to the cell module and the second electrolyte tank to circulate the basic electrolyte along the flow path formed therein, and the third electrolyte tank and the other side are connected to circulate the vanadium electrolyte along the flow path formed therein. , Overvoltage using a vanadium continuous flow system capable of carrying out water electrolysis at a relatively lower voltage than the prior art by lowering the voltage required for the water electrolysis reaction, including the second cell module that causes the water oxidation reaction and the vanadium reduction reaction. This low asymmetric water electrolysis system is provided.

Description

바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템{Asymmetric water electrolysis system with low overpotential using vanadium redox flow system}Asymmetric water electrolysis system with low overpotential using vanadium redox flow system}

본 발명은 수전해 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수소 발생반응과, 물 산화반응이 일어나는 수전해 반응에 바나듐 산화환원 반응을 더하여, 종래보다 상대적으로 낮은 전압으로 수전해를 실시할 수 있는 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a water electrolysis system, and more particularly, to a water electrolysis reaction in which a hydrogen generation reaction and a water oxidation reaction are added to a vanadium redox reaction to perform water electrolysis at a relatively lower voltage than before. It relates to an asymmetric water electrolysis system with low overvoltage using a continuous flow system.

물의 전기 분해를 통하여 얻는 수소 에너지는 효율이 높고, 연료로서 이용되는 물을 쉽게 얻을 수 있으며 화석연료의 사용 시에 발생하는 질소산화물이나 황산화물 같은 공해 물질의 배출이 없다는 장점이 있다.Hydrogen energy obtained through electrolysis of water has the advantage of high efficiency, easy access to water used as fuel, and no emission of pollutants such as nitrogen oxides or sulfur oxides generated when fossil fuels are used.

수소는 순수(pure water)를 전기분해하거나 알칼리 수용액을 전기분해하는 방식으로 생산될 수 있는데, 이 중에서 알칼리 수용액을 전기 분해하여 수소를 얻는 알카리 수전해에는 음이온 교환막(Anion Exchange Membrane, AEM)을 사용하는 방식이 있다.Hydrogen can be produced by electrolysis of pure water or electrolysis of aqueous alkali solution. Among them, anion exchange membrane (AEM) is used for alkaline water electrolysis to obtain hydrogen by electrolysis of aqueous alkali solution. There is a way to do it.

AEM 수전해 방식에서 수전해 스택을 이루는 단위 셀에는 음이온 교환막이 배치되고, 음이온 교환막의 양측에는 각각 애노드 전극과 캐소드 전극이 배치된다. 이러한 단위 셀을 적층하여 수전해 스택을 구성한다.In the AEM water electrolysis method, an anion exchange membrane is disposed in a unit cell constituting a water electrolysis stack, and an anode electrode and a cathode electrode are disposed on both sides of the anion exchange membrane, respectively. A water electrolysis stack is formed by stacking such unit cells.

수전해 스택은 전해액 탱크로부터 알칼리 수용액(KOH 또는 NaOH)을 공급받고 애노드 전극과 캐소드 전극에 직류전원이 인가된다. 알칼리 수용액에서 분해된 수산화이온은 애노드 전극에서 촉매 반응하여 산소, 물, 전자를 발생시키고, 전자는 외부 도선을 따라 캐소드 전극으로 이동한다. 캐소드 전극에서는 전자와 물이 촉매 반응하여 수소와 수산화이온을 발생시킨다. 이렇게 발생된 수소는 외부로 유출되고 포집되어 그 이용처로 공급된다.The water electrolysis stack is supplied with an alkaline aqueous solution (KOH or NaOH) from an electrolyte tank and DC power is applied to an anode electrode and a cathode electrode. Hydroxide ions decomposed in aqueous alkali solution react catalytically at the anode electrode to generate oxygen, water, and electrons, and the electrons move to the cathode electrode along the external wire. At the cathode electrode, electrons and water react catalytically to generate hydrogen and hydroxide ions. The hydrogen generated in this way is discharged to the outside, collected, and supplied to the place of use.

이러한 AEM 수전해 방식은 양이온교환막(Proton Exchange Membrane, PEM) 수전해 방식에 비해 설비의 소형화가 가능하다는 장점이 있지만, 수소의 순도가 99.5 ~ 99.98%로 상대적으로 낮으며, 설비와 작동의 안정성이 떨어진다는 단점이 있다.This AEM water electrolysis method has the advantage of being able to make the facility smaller than the Proton Exchange Membrane (PEM) water electrolysis method, but the purity of hydrogen is relatively low at 99.5 ~ 99.98%, and the stability of the facility and operation is low. There is a downside to falling.

또한, 전원 상대적으로 높은 전압을 요하기 때문에 수전해 효율이 낮은 문제점이 있었다.In addition, since a relatively high voltage is required as a power supply, there is a problem in that water electrolysis efficiency is low.

종래 기술로는 공개특허 제10-2020-0060146호(2020.05.29)를 참조할 수 있다.As the prior art, reference may be made to Patent Publication No. 10-2020-0060146 (May 29, 2020).

본 발명은 수소 발생반응과 물 산화반응이 일어나는 수전해 반응에 바나듐 산화/환원 반응을 더하면서, 수소 발생반응과 바나듐 산화반응의 단계, 물 산화반응과 바나듐 환원반응의 단계, 총 두 단계로 분리된 수전해 반응을 일으킬 수 있으며, 각각의 단계에서 반응에 유리한 전해질을 사용하여 수전해 반응에 필요한 전압을 낮출 수 있어, 종래보다 상대적으로 낮은 전압으로 수전해를 실시할 수 있는 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention adds vanadium oxidation/reduction reaction to the water electrolysis reaction in which hydrogen generation reaction and water oxidation reaction occur, and separates the hydrogen generation reaction and vanadium oxidation reaction step, the water oxidation reaction step and the vanadium reduction reaction step, in total into two steps. A vanadium continuous flow system capable of conducting water electrolysis at a relatively lower voltage than the prior art by lowering the voltage required for the water electrolysis reaction by using an electrolyte advantageous for the reaction at each step. It is an object of the present invention to provide an asymmetric water electrolysis system having a low overvoltage.

본 발명에 따른 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템은 산성 전해액을 내부에 수용하는 제1전해액탱크와, 염기성 전해액을 내부에 수용하는 제2전해액탱크와, 바나듐 전해액을 내부에 수용하는 제3전해액탱크와, 상기 제1전해액탱크와 일측편이 연결되어, 내부에 형성된 유로를 따라 산성 전해액을 순환시키고, 상기 제3전해액탱크와 타측편이 연결되어, 내부에 형성된 유로를 따라 바나듐 전해액을 순환시키면서, 수소 발생반응과 바나듐 산화반응을 일으키는 제1셀모듈, 및 상기 제2전해액탱크와 일측편이 연결되어, 내부에 형성된 유로를 따라 염기성 전해액을 순환시키고, 상기 제3전해액탱크와 타측편이 연결되어, 내부에 형성된 유로를 따라 바나듐 전해액을 순환시키면서, 물 산화반응과 바나듐 환원반응을 일으키는 제2셀모듈을 포함한다.An asymmetric water electrolyte system with low overvoltage using a vanadium continuous flow system according to the present invention includes a first electrolyte tank accommodating an acidic electrolyte therein, a second electrolyte tank accommodating a basic electrolyte therein, and a vanadium electrolyte therein A third electrolyte tank, one side of which is connected to the first electrolyte tank, circulates the acidic electrolyte along a flow path formed therein, and the third electrolyte tank and the other side are connected and vanadium electrolyte along the flow path formed therein While circulating, the first cell module, which causes the hydrogen generation reaction and the vanadium oxidation reaction, and the second electrolyte tank and one side are connected to circulate the basic electrolyte along the flow path formed therein, and the third electrolyte tank and the other side and a second cell module that is connected thereto and causes a water oxidation reaction and a vanadium reduction reaction while circulating the vanadium electrolyte along a flow path formed therein.

이때 본 발명에 따른 상기 제1셀모듈은 상기 제1전해액탱크와 산성 전해액이 유동하는 튜브로 연결되고, 선택적으로 산성 전해액을 순환시키면서 수소 발생반응을 일으키는 수소발생반응부와, 상기 제3전해액탱크와 바나듐 전해액이 유동하는 튜브로 연결되고, 선택적으로 바나듐 전해액을 순환시키면서 바나듐 산화반응을 일으키는 바나듐산화반응부를 포함하고, 상기 수소발생반응부와 바나듐산화반응부는 음이온만을 통과시키는 제1음이온교환막을 중심에 두고 서로 인접하는 것이 바람직하다.At this time, the first cell module according to the present invention is connected to the first electrolyte tank and a tube through which the acidic electrolyte solution flows, and a hydrogen generation reaction unit that causes a hydrogen generation reaction while selectively circulating the acidic electrolyte solution, and the third electrolyte tank and a vanadium oxidation reaction unit that is connected to a tube through which the vanadium electrolyte flows and selectively circulates the vanadium electrolyte while causing a vanadium oxidation reaction, wherein the hydrogen generation reaction unit and the vanadium oxidation reaction unit center a first anion exchange membrane through which only negative ions pass. It is preferable to place them adjacent to each other.

여기서 본 발명에 따른 상기 수소발생반응부는 산성 전해액이 유입되는 제1유입구와, 전해액이 유출되는 제1유출구를 일정 거리로 이격 형성한 제1커버부재와, 상기 제1커버부재에 면접하고, 내부에는 상기 제1유입구를 통해 유입된 산성 전해액이 유동하는 제1유로 및 유입된 산성 전해액이 체류하는 제1챔버를 형성한 제1프레임부재와, 상기 제1프레임부재의 제1챔버에 수용되는 제1전극판과, 상기 제1전극판과 면접하면서 상기 제1챔버에 수용되는 제1니켈폼과, 상기 제1프레임부재와 면접하여 상기 제1프레임부재의 제1유로 및 제1챔버를 밀폐하는 제1가스켓부재를 포함한다.Here, the hydrogen generating reaction unit according to the present invention interviews the first inlet into which the acidic electrolyte flows and the first outlet through which the electrolyte flows out, separated by a predetermined distance from the first cover member, and the first cover member, A first frame member having a first passage through which the acidic electrolyte introduced through the first inlet flows and a first chamber in which the introduced acidic electrolyte stays, and a first frame member accommodated in the first chamber of the first frame member. A first electrode plate, a first nickel form accommodated in the first chamber while interviewing the first electrode plate, and an interview with the first frame member to seal the first flow path and the first chamber of the first frame member It includes a first gasket member.

그리고 본 발명에 따른 상기 바나듐산화반응부는 바나듐 전해액이 유입되는 제2유입구와, 바나듐 전해액이 유출되는 제2유출구를 일정 거리로 이격 형성한 제2커버부재와, 상기 제2커버부재에 면접하고, 내부에는 상기 제2유입구를 통해 유입된 바나듐 전해액이 유동하는 제2유로 및 유입된 바나듐 전해액이 체류하는 제2챔버를 형성한 제2프레임부재와, 상기 제2프레임부재의 제2챔버에 수용되는 제2전극판과, 상기 제2전극판과 면접하면서 상기 제2챔버에 수용되는 제1카본펠트와, 상기 제2프레임부재와 면접하여 상기 제2프레임부재의 제2유로 및 제2챔버를 밀폐하는 제2가스켓을 포함한다.In addition, the vanadium oxidation reaction unit according to the present invention interviews a second cover member in which a second inlet through which the vanadium electrolyte flows and a second outlet through which the vanadium electrolyte flows out are separated by a predetermined distance, and the second cover member, Inside, a second frame member formed with a second flow path through which the vanadium electrolyte introduced through the second inlet flows and a second chamber in which the introduced vanadium electrolyte stays, and accommodated in the second chamber of the second frame member The second electrode plate, the first carbon felt accommodated in the second chamber while being interviewed with the second electrode plate, and the second frame member are interviewed to seal the second flow path and the second chamber of the second frame member. It includes a second gasket that

더불어 본 발명에 따른 상기 제2셀모듈은 상기 제2전해액탱크와 전해액이 유동하는 튜브로 연결되고, 선택적으로 염기성 전해액을 순환시키면서 물 산화반응을 일으키는 물산화반응부와, 상기 제3전해액탱크와 전해액이 유동하는 튜브로 연결되고, 선택적으로 바나듐 전해액을 순환시키면서 바나듐 환원반응을 일으키는 바나듐환원반응부를 포함하고, 상기 물산화반응부와 바나듐환원반응부는 음이온만을 통과시키는 제2음이온교환막을 중심에 두고 서로 인접하는 것이 바람직하다.In addition, the second cell module according to the present invention is connected to the second electrolyte tank and a tube through which the electrolyte solution flows, and a water oxidation reaction unit that causes a water oxidation reaction while selectively circulating a basic electrolyte solution, and the third electrolyte tank A vanadium reduction reaction unit connected to a tube through which the electrolyte solution flows and selectively circulating the vanadium electrolyte solution while causing a vanadium reduction reaction, wherein the water oxidation reaction unit and the vanadium reduction reaction unit have a second anion exchange membrane through which only negative ions pass, at the center It is desirable that they are adjacent to each other.

이때 본 발명에 따른 상기 물산화반응부는 염기성 전해액이 유입되는 제3유입구와, 전해액이 유출되는 제3유출구를 일정 거리로 이격 형성한 제3커버부재와, 상기 제3커버부재에 면접하고, 내부에는 상기 제3유입구를 통해 유입된 염기성 전해액이 유동하는 제3유로 및 유입된 염기성 전해액이 체류하는 제3챔버를 형성한 제3프레임부재와, 상기 제3프레임부재의 제3챔버에 수용되는 제3전극판과, 상기 제3전극판과 면접하면서 상기 제3챔버에 수용되는 제2니켈폼과, 상기 제3프레임부재와 면접하여 상기 제3프레임부재의 제3유로 및 제3챔버를 밀폐하는 제3가스켓부재를 포함한다.At this time, the water oxidation reaction unit according to the present invention interviews the third cover member in which the third inlet through which the basic electrolyte flows and the third outlet through which the electrolyte flows out are spaced apart at a certain distance, and the third cover member, A third frame member having a third flow path through which the basic electrolyte solution introduced through the third inlet flows and a third chamber in which the introduced basic electrolyte solution stays, and a third frame member accommodated in the third chamber of the third frame member. A third electrode plate, a second nickel form accommodated in the third chamber while interviewing the third electrode plate, and an interview with the third frame member to seal the third flow path and the third chamber of the third frame member A third gasket member is included.

그리고 본 발명에 따른 상기 바나듐환원반응부는 바나듐 전해액이 유입되는 제4유입구와, 바나듐 전해액이 유출되는 제4유출구를 일정 거리로 이격 형성한 제4커버부재와, 상기 제4커버부재에 면접하고, 내부에는 상기 제4유입구를 통해 유입된 바나듐 전해액이 유동하는 제4유로 및 유입된 바나듐 전해액이 체류하는 제4챔버를 형성한 제4프레임부재와, 상기 제4프레임부재의 제4챔버에 수용되는 제4전극판과, 상기 제4전극판과 면접하면서 상기 제4챔버에 수용되는 제2카본펠트와, 상기 제4프레임부재와 면접하여 상기 제4프레임부재의 제4유로 및 제4챔버를 밀폐하는 제4가스켓을 포함한다.And the vanadium reduction reaction unit according to the present invention interviews a fourth cover member in which a fourth inlet through which the vanadium electrolyte flows and a fourth outlet through which the vanadium electrolyte flows out are separated by a predetermined distance, and the fourth cover member, Inside, a fourth frame member formed with a fourth passage through which the vanadium electrolyte introduced through the fourth inlet flows and a fourth chamber in which the introduced vanadium electrolyte stays, and a fourth frame member accommodated in the fourth chamber of the fourth frame member. The fourth electrode plate, the second carbon felt accommodated in the fourth chamber while being interviewed with the fourth electrode plate, and the fourth frame member are interviewed to seal the fourth passage and the fourth chamber of the fourth frame member. It includes a fourth gasket that

본 발명에 따른 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템에 의해 나타나는 효과는 다음과 같다.The effects of the asymmetric water electrolysis system with low overvoltage using the vanadium continuous flow system according to the present invention are as follows.

수소 발생반응과 물 산화반응이 일어나는 수전해 반응에 바나듐 산화/환원 반응을 더하면서, 수소 발생반응과 바나듐 산화반응의 단계, 물 산화반응과 바나듐 환원반응의 단계, 총 두 단계로 분리된 수전해 반응을 일으킬 수 있으며, 각각의 단계에서 반응에 유리한 전해질을 사용하여 수전해 반응에 필요한 전압을 낮출 수 있어, 종래보다 상대적으로 낮은 전압으로 수전해를 실시할 수 있는 효과를 가진다.By adding vanadium oxidation/reduction reaction to the water electrolysis reaction in which hydrogen generation reaction and water oxidation reaction occur, water electrolysis separated into two steps: hydrogen generation reaction and vanadium oxidation reaction, water oxidation reaction and vanadium reduction reaction A reaction can occur, and the voltage required for the water electrolysis reaction can be lowered by using an electrolyte advantageous to the reaction in each step, so that water electrolysis can be performed at a relatively lower voltage than in the prior art.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템을 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템의 제1셀모듈 및 제2셀모듈의 구성을 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템의 제1셀모듈 및 제2셀모듈 100시간 동안의 Vt를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템의 제1셀모듈 및 제2셀모듈의 과전압 변화 추이를 보인 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템의 과전압 변화 추이를 보인 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템의 반응 전, 후의 니켈폼을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템의 반응 전, 후의 카본펠트를 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 사진이다.1 is an exemplary view showing an asymmetric water electrolysis system with low overvoltage using a vanadium continuous flow system according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary view showing the configuration of a first cell module and a second cell module of an asymmetric water electrolysis system with low overvoltage using a vanadium continuous flow system according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing Vt for 100 hours of a first cell module and a second cell module of an asymmetric water electrolysis system with low overvoltage using a vanadium continuous flow system according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing changes in overvoltage of a first cell module and a second cell module of an asymmetric water electrolysis system having a low overvoltage using a vanadium continuous flow system according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a change in overvoltage of an asymmetric water electrolysis system having a low overvoltage using a vanadium continuous flow system according to an embodiment of the present invention.
6 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of nickel foam before and after the reaction of an asymmetric water electrolysis system with low overvoltage using a vanadium continuous flow system according to an embodiment of the present invention.
7 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a carbon felt before and after reaction in an asymmetric water electrolysis system with low overvoltage using a vanadium continuous flow system according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to the usual or dictionary meaning, and the inventor appropriately uses the concept of the term in order to explain his/her invention in the best way. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical spirit of the present invention.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical ideas of the present invention, so at the time of the present application, they are equivalent alternatives that can be replaced. It should be understood that variations may exist.

본 발명은 수소 발생반응과, 물 산화반응이 일어나는 수전해 반응에 바나듐 산화/환원 반응을 더하여, 종래보다 상대적으로 낮은 전압으로 수전해를 실시할 수 있는 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템에 관한 것으로, 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.The present invention adds a vanadium oxidation/reduction reaction to a water electrolysis reaction in which a hydrogen generation reaction and a water oxidation reaction occur, so that water electrolysis can be performed at a relatively lower voltage than before. Regarding the solution system, referring to the drawing, it will be described as follows.

도 1 및 도 2를 참조한 본 발명의 일 실시 예에 따른 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템은 제1전해액탱크(10), 제2전해액탱크(20), 제3전해액탱크(30), 제1셀모듈(100) 및 제2셀모듈(200)을 포함하는데, 먼저 상기 제1전해액탱크(10)는 내부에 해당 일정량의 산성 전해액을 수용한 것으로, 이때 상기 제1전해액탱크(10)에 수용되는 산성 전해액은 3몰의 황산(H₂SO₄)용액인 것이 바람직하다.An asymmetric water electrolyte system with low overvoltage using a vanadium continuous flow system according to an embodiment of the present invention with reference to FIGS. 1 and 2 includes a first electrolyte tank 10, a second electrolyte tank 20, and a third electrolyte tank ( 30), it includes the first cell module 100 and the second cell module 200. First, the first electrolyte tank 10 contains a certain amount of acidic electrolyte therein. At this time, the first electrolyte tank The acidic electrolyte solution contained in (10) is preferably a 3 mole sulfuric acid (H₂SO₄) solution.

그리고 상기 제2전해액탱크(20)는 해당 일정량의 염기성 전해액을 수용한 것으로, 이때 상기 제2전해액탱크(20)에 수용되는 염기성 전해액은 1몰의 수산화칼륨(KOH)용액인 것이 바람직하다.In addition, the second electrolyte tank 20 accommodates a certain amount of the basic electrolyte, and at this time, the basic electrolyte contained in the second electrolyte tank 20 is 1 mole of potassium hydroxide (KOH). It is preferable that the solution.

또한, 상기 제3전해액탱크(30)는 해당 일정량의 바나듐 전해액을 수용한 것으로, 이때 상기 제3전해액탱크(30)에 수용되는 바나듐 전해액은 0.1몰의 바나듐(Vanadium (II) ion)을 포함하는 3몰의 황산(H₂SO₄)용액인 것이 바람직하다.In addition, the third electrolyte tank 30 accommodates a certain amount of vanadium electrolyte. At this time, the vanadium electrolyte contained in the third electrolyte tank 30 contains 0.1 mole of vanadium (Vanadium (II) ion) It is preferably a solution of 3 moles of sulfuric acid (H₂SO₄).

그리고 상기 제1셀모듈(100)은 상기 제1전해액탱크(10)와 일측편이 연결되어, 내부에 형성된 유로를 따라 산성 전해액이 순환되고, 상기 제3전해액탱크(30)와 타측편이 연결되어, 내부에 형성된 유로를 따라 바나듐 전해액이 순환되는데, 여기서 상기 제1셀모듈(100)은 상기 제1전해액탱크(10) 및 제3전해액탱크(30)와 각각 전해액이 유동하는 튜브로 연결되어, 상기 제1전해액탱크(10) 및 제3전해액탱크(30) 각각에 수용된 산성 전해액 및 바나듐 전해액을 유입한 후, 내부에 형성된 챔버를 거쳐 다시 각각의 상기 제1전해액탱크(10) 및 제3전해액탱크(30)로 유입되는 순환루트를 이룬다.In the first cell module 100, one side is connected to the first electrolyte tank 10, acidic electrolyte is circulated along a flow path formed therein, and the other side is connected to the third electrolyte tank 30. , The vanadium electrolyte is circulated along the flow path formed therein, where the first cell module 100 is connected to the first electrolyte tank 10 and the third electrolyte tank 30 through a tube through which the electrolyte flows, respectively. After introducing the acidic electrolyte and the vanadium electrolyte contained in the first electrolyte tank 10 and the third electrolyte tank 30, respectively, the first electrolyte tank 10 and the third electrolyte again through a chamber formed therein It forms a circulation route flowing into the tank 30.

이때 상기 제1셀모듈(100)은 산성 전해액과 바나듐 전해액으로 수소 발생반응과 바나듐 산화반응을 일으키도록, 수소발생반응부(110)와, 바나듐산화반응부(120)를 포함하는데, 상기 수소발생반응부(110)와, 바나듐산화반응부(120)를 다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.At this time, the first cell module 100 includes a hydrogen generation reaction unit 110 and a vanadium oxidation reaction unit 120 to cause a hydrogen generation reaction and a vanadium oxidation reaction with an acidic electrolyte and a vanadium electrolyte. The reaction unit 110 and the vanadium oxidation reaction unit 120 will be described in detail as follows.

본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 수소발생반응부(110)는 제1커버부재(111), 제1프레임부재(112), 제1전극판(115), 제1니켈폼(116), 및 제1가스켓부재(117)를 포함한다.The hydrogen generating reaction unit 110 according to an embodiment of the present invention includes a first cover member 111, a first frame member 112, a first electrode plate 115, a first nickel foam 116, and A first gasket member 117 is included.

먼저, 상기 제1커버부재(111)는 판상으로 면상에는 산성 전해액이 유입되는 제1유입구와, 산성 전해액이 유출되는 제1유출구를 일정 거리로 이격 형성한다.First, the first cover member 111 has a plate shape and has a first inlet through which the acidic electrolyte flows in and a first outlet through which the acidic electrolyte flows out, spaced apart from each other by a predetermined distance.

상기 제1커버부재(111)에는 제1프레임부재(112)를 면접하여 결합하는데, 상기 제1프레임부재(112) 역시, 상기 제1커버부재(111)와 대응하는 형상의 블록으로, 그 내부에는 상기 제1유입구를 통해 유입된 산성 전해액이 유동하는 제1유로(113) 및 유입된 산성 전해액이 체류하는 제1챔버(114)를 형성한다.The first cover member 111 is coupled by interviewing the first frame member 112, and the first frame member 112 is also a block having a shape corresponding to the first cover member 111, and the inside thereof A first passage 113 through which the acidic electrolyte introduced through the first inlet flows and a first chamber 114 in which the introduced acidic electrolyte remains are formed.

따라서 상기 제1커버부재(111) 및 제1프레임부재(112)는 서로 일체로 결합됨에 따라 상기 제1프레임부재(112)의 제1유로(113) 및 제1챔버(114)는 상기 제1커버부재(111)의 제1유입구 및 제1유출구와 연결되어, 상기 제1커버부재(111)의 제1유입구를 통해 유입된 산성 전해액은 제1유로(113)를 따라 제1챔버(114)를 통과한 후, 다시 제1유로(113)를 따라 상기 제1커버부재(111)의 제1유출구로 유출된다.Therefore, as the first cover member 111 and the first frame member 112 are integrally coupled to each other, the first passage 113 and the first chamber 114 of the first frame member 112 Connected to the first inlet and the first outlet of the cover member 111, the acidic electrolyte introduced through the first inlet of the first cover member 111 enters the first chamber 114 along the first flow path 113. After passing through, it flows out to the first outlet of the first cover member 111 along the first flow path 113 again.

그리고 상기 제1프레임부재(112)의 제1챔버(114)에는 제1전극판(115)을 수용하는데, 상기 제1전극판(115)은 상기 제1챔버(114)의 형상과 대응하는 형상으로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 제1전극판(115)의 일부분은 상기 제1프레임부재(112)의 외부로 돌출되도록 구비하여, 추후 제1전원부(140)와 전기적으로 연결되도록 한다.In addition, the first electrode plate 115 is accommodated in the first chamber 114 of the first frame member 112, and the first electrode plate 115 has a shape corresponding to that of the first chamber 114. Preferably, a portion of the first electrode plate 115 protrudes out of the first frame member 112 so as to be electrically connected to the first power supply unit 140 later.

또한, 상기 제1니켈폼(116)은 상기 제1전극판(115)과 면접하면서 일체를 이루고, 상기 제1챔버(114)에 상기 제1전극판(115)과 함께 수용되어, 상기 제1전극판(115)을 통해 제1전원부(140)에서 전원이 인가되면, 상기 제1챔버(114)에서 산성 전해액과 반응하여 수소 발생반응이 일어난다.In addition, the first nickel foam 116 is integrated with the first electrode plate 115 while being interviewed, and is accommodated together with the first electrode plate 115 in the first chamber 114. When power is applied from the first power supply unit 140 through the electrode plate 115, a hydrogen generation reaction occurs in the first chamber 114 by reacting with the acidic electrolyte.

그리고 상기 제1가스켓부재(117)은 상기 제1프레임부재(112)와 면접하여 상기 제1프레임부재(112)의 제1유로(113) 및 제1챔버(114)를 밀폐하여, 상기 제1유로(113) 및 제1챔버(114)를 통해 산성 전해액이 외부로 누설되지 않도록 한다.In addition, the first gasket member 117 seals the first passage 113 and the first chamber 114 of the first frame member 112 by interviewing the first frame member 112, The acidic electrolyte solution is prevented from leaking to the outside through the flow path 113 and the first chamber 114 .

이때 상기 제1가스켓부재(117) 중 중심부에는 제1관통공(118)을 형성하고, 그 제1관통공(118)에 제1음이온교환막(130)이 접합되어, 상기 제1셀모듈(100)에서 수소 발생반응과 바나듐 산화반응이 일어날 시 상기 제1음이온교환막(130)을 통해 음이온만의 이동이 이루어진다.At this time, a first through hole 118 is formed in the center of the first gasket member 117, and the first anion exchange membrane 130 is bonded to the first through hole 118, so that the first cell module 100 ), when a hydrogen generation reaction and a vanadium oxidation reaction occur, only anions are transferred through the first anion exchange membrane 130.

상기한 구성에 따른 상기 수소발생반응부(110)와 제1음이온교환막(130)을 중심에 두고 서로 인접하는 바나듐산화반응부(120)는 제2커버부재(121), 제2프레임부재(122), 제2전극판(125), 제1카본펠트(126), 및 제2가스켓부재(127)를 포함한다.The vanadium oxidation reaction unit 120 adjacent to each other with the hydrogen generation reaction unit 110 and the first anion exchange membrane 130 in the center according to the above configuration is a second cover member 121, a second frame member 122 ), a second electrode plate 125, a first carbon felt 126, and a second gasket member 127.

먼저, 상기 제2커버부재(121)는 판상으로 면상에는 바나듐 전해액이 유입되는 제2유입구와, 바나듐 전해액이 유출되는 제2유출구를 일정 거리로 이격 형성한다.First, the second cover member 121 has a plate shape and has a second inlet through which the vanadium electrolyte flows in and a second outlet through which the vanadium electrolyte flows out, spaced apart from each other by a predetermined distance.

상기 제2커버부재(121)에는 제2프레임부재(122)를 면접하여 결합하는데, 상기 제2프레임부재(122) 역시, 상기 제2커버부재(121)와 대응하는 형상의 블록으로, 그 내부에는 상기 제2유입구를 통해 유입된 바나듐 전해액이 유동하는 제2유로(123) 및 유입된 바나듐 전해액이 체류하는 제2챔버(124)를 형성한다.The second cover member 121 is coupled by interviewing the second frame member 122, and the second frame member 122 is also a block having a shape corresponding to the second cover member 121, and the inside thereof A second passage 123 through which the vanadium electrolyte introduced through the second inlet flows and a second chamber 124 where the introduced vanadium electrolyte stays are formed.

따라서 상기 제2커버부재(121) 및 제2프레임부재(122)는 서로 일체로 결합됨에 따라 상기 제2프레임부재(122)의 제2유로(123) 및 제2챔버(124)는 상기 제2커버부재(121)의 제2유입구 및 제2유출구와 연결되어, 상기 제2커버부재(121)의 제2유입구를 통해 유입된 바나듐 전해액은 제2유로(123)를 따라 제2챔버(124)를 통과한 후, 다시 제2유로(123)를 따라 상기 제2커버부재(121)의 제2유출구로 유출된다.Therefore, as the second cover member 121 and the second frame member 122 are integrally coupled to each other, the second passage 123 and the second chamber 124 of the second frame member 122 Connected to the second inlet and the second outlet of the cover member 121, the vanadium electrolyte introduced through the second inlet of the second cover member 121 enters the second chamber 124 along the second flow path 123. After passing through, the second flow path 123 is discharged to the second outlet of the second cover member 121 again.

그리고 상기 제2프레임부재(122)의 제2챔버(124)에는 제2전극판(125)을 수용하는데, 상기 제2전극판(125)은 상기 제2챔버(124)의 형상과 대응하는 형상으로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 제2전극판(125)의 일부분은 상기 제2프레임부재(122)의 외부로 돌출되도록 구비하여, 추후 제1전원부(140)와 전기적으로 연결되도록 한다.In addition, the second electrode plate 125 is accommodated in the second chamber 124 of the second frame member 122, and the second electrode plate 125 has a shape corresponding to that of the second chamber 124. Preferably, a portion of the second electrode plate 125 protrudes to the outside of the second frame member 122 to be electrically connected to the first power supply unit 140 later.

또한, 상기 제1카본펠트(126)는 상기 제2전극판(125)과 면접하면서 일체를 이루고, 상기 제2챔버(124)에 상기 제2전극판(125)과 함께 수용되어, 상기 제2전극판(125)을 통해 제1전원부(140)에서 전원이 인가되면, 상기 제2챔버(124)에서 바나듐 전해액과 반응하여 바나듐 산화반응이 일어난다.In addition, the first carbon felt 126 is integrated with the second electrode plate 125 while being interviewed, and is accommodated together with the second electrode plate 125 in the second chamber 124, so that the second electrode plate 125 When power is applied from the first power supply unit 140 through the electrode plate 125, a vanadium oxidation reaction occurs in the second chamber 124 by reacting with the vanadium electrolyte.

그리고 상기 제2가스켓부재(127)은 상기 제2프레임부재(122)와 면접하여 상기 제2프레임부재(122)의 제2유로(123) 및 제2챔버(124)를 밀폐하여, 상기 제2유로(123) 및 제2챔버(124)를 통해 바나듐 전해액이 외부로 누설되지 않도록 한다.In addition, the second gasket member 127 seals the second flow path 123 and the second chamber 124 of the second frame member 122 by interviewing the second frame member 122, so that the second The vanadium electrolyte is prevented from leaking through the flow path 123 and the second chamber 124 to the outside.

이때 상기 제2가스켓부재(127) 중 중심부에는 관통공(128)을 형성하고, 그 관통공에 제1음이온교환막(130)이 접합되어, 상기 제1셀모듈(100)에서 수소 발생반응과 바나듐 산화반응이 일어날 시 상기 제1음이온교환막(130)을 통해 음이온만의 이동이 이루어진다.At this time, a through hole 128 is formed in the center of the second gasket member 127, and the first anion exchange membrane 130 is bonded to the through hole, so that the hydrogen generation reaction and vanadium in the first cell module 100 When an oxidation reaction occurs, only anions are transferred through the first anion exchange membrane 130 .

따라서 상기 수소발생반응부(110)와 바나듐산화반응부(120)는 음이온만을 통과시키는 제1음이온교환막(130)을 중심에 두고 서로 대향지게 인접하여 결합되는 것이 바람직하고, 상기 수소발생반응부(110)와 바나듐산화반응부(120)는 제1전원부(140)에서 전원이 인가되면, 상기 수소발생반응부(110)에서는 제1챔버(114)를 체류하는 산성 전해액과 제1니켈폼(116)의 반응으로, 수소 발생반응이 일어나 수소가 발생하게 되고, 상기 바나듐산화반응부(120)에서는 제2챔버(124)를 체류하는 바나듐 전해액과 제1카본펠트(126)의 반응으로, V2+ → V3+ + e- 인 바나듐 산화반응이 일어난다.Therefore, it is preferable that the hydrogen generation reaction unit 110 and the vanadium oxidation reaction unit 120 are coupled adjacent to each other with the first anion exchange membrane 130 passing only negative ions in the center, facing each other, and the hydrogen generation reaction unit ( 110) and the vanadium oxidation reaction unit 120, when power is applied from the first power supply unit 140, the acidic electrolyte and the first nickel foam 116 remaining in the first chamber 114 in the hydrogen generation reaction unit 110 ), a hydrogen generation reaction occurs and hydrogen is generated, and in the vanadium oxidation reaction unit 120, the reaction between the vanadium electrolyte remaining in the second chamber 124 and the first carbon felt 126, V 2 + → V 3+ + e - Phosphorus vanadium oxidation reaction occurs.

그리고 상기 제2셀모듈(200)은 상기 제2전해액탱크(20)와 일측편이 연결되어, 내부에 형성된 유로를 따라 염기성 전해액이 순환되고, 상기 제3전해액탱크(30)와 타측편이 연결되어, 내부에 형성된 유로를 따라 바나듐 전해액이 순환되는데, 여기서 상기 제2셀모듈(200)은 상기 제2전해액탱크(20) 및 제3전해액탱크(30)와 각각 전해액이 유동하는 튜브로 연결되어, 상기 제2전해액탱크(20) 및 제3전해액탱크(30) 각각에 수용된 염기성 전해액 및 바나듐 전해액을 유입한 후, 내부에 형성된 챔버를 거쳐 다시 각각의 상기 제2전해액탱크(20) 및 제3전해액탱크(30)로 유입되는 순환루트를 이룬다.In addition, the second cell module 200 has one side connected to the second electrolyte tank 20, a basic electrolyte solution is circulated along a flow path formed therein, and the other side is connected to the third electrolyte tank 30. , The vanadium electrolyte is circulated along the flow path formed therein, where the second cell module 200 is connected to the second electrolyte tank 20 and the third electrolyte tank 30 through a tube through which the electrolyte flows, respectively. After introducing the basic electrolyte and the vanadium electrolyte contained in the second electrolyte tank 20 and the third electrolyte tank 30, respectively, through the chamber formed therein, the second electrolyte tank 20 and the third electrolyte respectively It forms a circulation route flowing into the tank 30.

이때 상기 제2셀모듈(200)은 염기성 전해액과 바나듐 전해액으로 물 산화반응과 바나듐 환원반응을 일으키도록, 물산화반응부(210)와, 바나듐환원반응부(220)를 포함하는데, 상기 물산화반응부(210)와, 바나듐환원반응부(220)를 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.At this time, the second cell module 200 includes a water oxidation reaction unit 210 and a vanadium reduction reaction unit 220 to cause a water oxidation reaction and a vanadium reduction reaction with a basic electrolyte and a vanadium electrolyte. The reaction unit 210 and the vanadium reduction reaction unit 220 will be described in more detail as follows.

본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 물산화반응부(210)는 제3커버부재(211), 제3프레임부재(212), 제3전극판(215), 제2니켈폼(216), 및 제3가스켓부재(217)를 포함한다.The water oxidation reaction unit 210 according to an embodiment of the present invention includes a third cover member 211, a third frame member 212, a third electrode plate 215, a second nickel foam 216, and A third gasket member 217 is included.

먼저, 상기 제3커버부재(211)는 판상으로 면상에는 염기성 전해액이 유입되는 제3유입구와, 염기성 전해액이 유출되는 제3유출구를 일정 거리로 이격 형성한다.First, the third cover member 211 has a plate shape and has a third inlet through which the basic electrolyte flows in and a third outlet through which the basic electrolyte flows out, spaced apart from each other by a predetermined distance.

상기 제3커버부재(211)에는 제3프레임부재(212)를 면접하여 결합하는데, 상기 제3프레임부재(212) 역시, 상기 제3커버부재(211)와 대응하는 형상의 블록으로, 그 내부에는 상기 제3유입구를 통해 유입된 염기성 전해액이 유동하는 제3유로(213) 및 유입된 염기성 전해액이 체류하는 제3챔버(214)를 형성한다.The third cover member 211 is coupled by interviewing the third frame member 212, and the third frame member 212 is also a block having a shape corresponding to the third cover member 211, and the inside thereof A third passage 213 through which the basic electrolyte solution introduced through the third inlet flows and a third chamber 214 where the introduced basic electrolyte solution stays are formed.

따라서 상기 제3커버부재(211) 및 제3프레임부재(212)는 서로 일체로 결합됨에 따라 상기 제3프레임부재(212)의 제3유로(213) 및 제3챔버(214)는 상기 제3커버부재(211)의 제3유입구 및 제3유출구와 연결되어, 상기 제3커버부재(211)의 제3유입구를 통해 유입된 염기성 전해액은 제3유로(213)를 따라 제3챔버(214)를 통과한 후, 다시 제3유로(213)를 따라 상기 제3커버부재(211)의 제3유출구로 유출된다.Therefore, as the third cover member 211 and the third frame member 212 are integrally coupled to each other, the third passage 213 and the third chamber 214 of the third frame member 212 form the third Connected to the third inlet and the third outlet of the cover member 211, the basic electrolyte solution introduced through the third inlet of the third cover member 211 enters the third chamber 214 along the third flow path 213. After passing through, it is discharged to the third outlet of the third cover member 211 along the third flow path 213 again.

그리고 상기 제3프레임부재(212)의 제3챔버(214)에는 제3전극판(215)을 수용하는데, 상기 제3전극판(215)은 상기 제3챔버(214)의 형상과 대응하는 형상으로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 제3전극판(215)의 일부분은 상기 제3프레임부재(212)의 외부로 돌출되도록 구비하여, 추후 제2전원부(240)와 전기적으로 연결되도록 한다.Also, a third electrode plate 215 is accommodated in the third chamber 214 of the third frame member 212, and the third electrode plate 215 has a shape corresponding to that of the third chamber 214. Preferably, a portion of the third electrode plate 215 protrudes out of the third frame member 212 so as to be electrically connected to the second power supply unit 240 later.

또한, 상기 제2니켈폼(216)은 상기 제3전극판(215)과 면접하면서 일체를 이루고, 상기 제3챔버(214)에 상기 제3전극판(215)과 함께 수용되어, 상기 제3전극판(215)을 통해 제2전원부(240)에서 전원이 인가되면, 상기 제3챔버(214)에서 염기성 전해액과 반응하여 물 산화반응이 일어난다.In addition, the second nickel foam 216 is integrated with the third electrode plate 215 while being interviewed, and is accommodated together with the third electrode plate 215 in the third chamber 214. When power is applied from the second power supply unit 240 through the electrode plate 215, a water oxidation reaction occurs in the third chamber 214 by reacting with the basic electrolyte.

그리고 상기 제3가스켓부재(217)은 상기 제3프레임부재(212)와 면접하여 상기 제3프레임부재(212)의 제3유로(213) 및 제3챔버(214)를 밀폐하여, 상기 제3유로(213) 및 제3챔버(214)를 통해 염기성 전해액이 외부로 누설되지 않도록 한다.Further, the third gasket member 217 seals the third flow path 213 and the third chamber 214 of the third frame member 212 by interviewing the third frame member 212, and the third frame member 212 is sealed. The basic electrolyte solution is prevented from leaking to the outside through the flow path 213 and the third chamber 214 .

이때 상기 제3가스켓부재(217) 중 중심부에는 제3관통공(218)을 형성하고, 그 제3관통공(218)에 제2음이온교환막(230)이 접합되어, 상기 제2셀모듈(200)에서 물 산화반응과 바나듐 환원반응이 일어날 시 상기 제2음이온교환막(230)을 통해 음이온만의 이동이 이루어진다.At this time, a third through hole 218 is formed in the center of the third gasket member 217, and the second anion exchange membrane 230 is bonded to the third through hole 218, so that the second cell module 200 ), when a water oxidation reaction and a vanadium reduction reaction occur, only anions are transferred through the second anion exchange membrane 230.

상기한 구성에 따른 상기 물 산화반응부(210)와 제2음이온교환막(230)을 중심에 두고 서로 인접하는 바나듐환원반응부(220)는 제4커버부재(221), 제4프레임부재(222), 제4전극판(225), 제2카본펠트(226), 및 제4가스켓부재(227)를 포함한다.The vanadium reduction reaction unit 220 adjacent to each other with the water oxidation reaction unit 210 and the second anion exchange membrane 230 at the center according to the above configuration has a fourth cover member 221 and a fourth frame member 222 ), a fourth electrode plate 225, a second carbon felt 226, and a fourth gasket member 227.

먼저, 상기 제4커버부재(221)는 판상으로 면상에는 바나듐 전해액이 유입되는 제4유입구와, 바나듐 전해액이 유출되는 제4유출구를 일정 거리로 이격 형성한다.First, the fourth cover member 221 has a plate shape and has a fourth inlet through which the vanadium electrolyte flows in and a fourth outlet through which the vanadium electrolyte flows out, spaced apart from each other by a predetermined distance.

상기 제4커버부재(221)에는 제4프레임부재(222)를 면접하여 결합하는데, 상기 제4프레임부재(222) 역시, 상기 제4커버부재(221)와 대응하는 형상의 블록으로, 그 내부에는 상기 제4유입구를 통해 유입된 바나듐 전해액이 유동하는 제4유로(223) 및 유입된 바나듐 전해액이 체류하는 제4챔버(224)를 형성한다.The fourth cover member 221 is coupled by interviewing the fourth frame member 222, and the fourth frame member 222 is also a block having a shape corresponding to the fourth cover member 221, and the inside thereof A fourth passage 223 through which the vanadium electrolyte introduced through the fourth inlet flows and a fourth chamber 224 where the introduced vanadium electrolyte stays are formed.

따라서 상기 제4커버부재(221) 및 제4프레임부재(222)는 서로 일체로 결합됨에 따라 상기 제4프레임부재(222)의 제4유로(223) 및 제4챔버(224)는 상기 제4커버부재(221)의 제4유입구 및 제4유출구와 연결되어, 상기 제4커버부재(221)의 제4유입구를 통해 유입된 바나듐 전해액은 제4유로(223)를 따라 제4챔버(224)를 통과한 후, 다시 제4유로(223)를 따라 상기 제4커버부재(221)의 제4유출구로 유출된다.Therefore, as the fourth cover member 221 and the fourth frame member 222 are integrally coupled to each other, the fourth passage 223 and the fourth chamber 224 of the fourth frame member 222 Connected to the fourth inlet and the fourth outlet of the cover member 221, the vanadium electrolyte introduced through the fourth inlet of the fourth cover member 221 enters the fourth chamber 224 along the fourth flow path 223. After passing through, it is discharged to the fourth outlet of the fourth cover member 221 along the fourth flow path 223 again.

그리고 상기 제4프레임부재(222)의 제4챔버(224)에는 제4전극판(225)을 수용하는데, 상기 제4전극판(225)은 상기 제4챔버(224)의 형상과 대응하는 형상으로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 제4전극판(225)의 일부분은 상기 제4프레임부재(222)의 외부로 돌출되도록 구비하여, 추후 제2전원부(240)와 전기적으로 연결되도록 한다.In addition, the fourth electrode plate 225 is accommodated in the fourth chamber 224 of the fourth frame member 222, and the fourth electrode plate 225 has a shape corresponding to that of the fourth chamber 224. Preferably, a portion of the fourth electrode plate 225 protrudes to the outside of the fourth frame member 222 to be electrically connected to the second power supply unit 240 later.

또한, 상기 제2카본펠트(226)는 상기 제4전극판(225)과 면접하면서 일체를 이루고, 상기 제4챔버(224)에 상기 제4전극판(225)과 함께 수용되어, 상기 제4전극판(225)을 통해 제2전원부(240)에서 전원이 인가되면, 상기 제4챔버(224)에서 바나듐 전해액과 반응하여 바나듐 환원반응이 일어난다.In addition, the second carbon felt 226 is integrated with the fourth electrode plate 225 while being interviewed, and is accommodated together with the fourth electrode plate 225 in the fourth chamber 224, When power is applied from the second power supply unit 240 through the electrode plate 225, a vanadium reduction reaction occurs in the fourth chamber 224 by reacting with the vanadium electrolyte.

그리고 상기 제4가스켓부재(227)은 상기 제4프레임부재(222)와 면접하여 상기 제4프레임부재(222)의 제4유로(223) 및 제4챔버(224)를 밀폐하여, 상기 제4유로(223) 및 제4챔버(224)를 통해 바나듐 전해액이 외부로 누설되지 않도록 한다.In addition, the fourth gasket member 227 seals the fourth passage 223 and the fourth chamber 224 of the fourth frame member 222 by interviewing the fourth frame member 222, so that the fourth The vanadium electrolyte solution is prevented from leaking to the outside through the flow path 223 and the fourth chamber 224 .

이때 상기 제4가스켓부재(227) 중 중심부에는 제4관통공(228)을 형성하고, 그 제4관통공(228)에 제2음이온교환막(230)이 접합되어, 상기 제2셀모듈(200)에서 물 산화반응과 바나듐 환원반응이 일어날 시 상기 제2음이온교환막(230)을 통해 음이온만의 이동이 이루어진다.At this time, a fourth through hole 228 is formed in the center of the fourth gasket member 227, and the second anion exchange membrane 230 is bonded to the fourth through hole 228, so that the second cell module 200 ), when a water oxidation reaction and a vanadium reduction reaction occur, only anions are transferred through the second anion exchange membrane 230.

따라서 상기 물산화반응부(210)와 바나듐환원반응부(220)는 음이온만을 통과시키는 제2음이온교환막(230)을 중심에 두고 서로 대향지게 인접하여 결합되는 것이 바람직하고, 상기 물산화반응부(210)와 바나듐환원반응부(220)는 제2전원부(240)에서 전원이 인가되면, 상기 물산화반응부(210)에서는 제3챔버(214)를 체류하는 염기성 전해액과 제2니켈폼(216)의 반응으로, 물 산화반응이 일어나 산소가 발생하게 되고, 상기 바나듐환원반응부(220)에서는 제4챔버(224)를 체류하는 바나듐 전해액과 제2카본펠트(226)의 반응으로, V3+ + e- → V2+인 바나듐 환원반응이 일어난다.Therefore, it is preferable that the water oxidation reaction unit 210 and the vanadium reduction reaction unit 220 are coupled adjacent to each other with the second anion exchange membrane 230 passing only anions in the center, facing each other, and the water oxidation reaction unit ( 210) and the vanadium reduction reaction unit 220, when power is applied from the second power supply unit 240, the basic electrolyte and the second nickel foam 216 remaining in the third chamber 214 in the water oxidation reaction unit 210 ), a water oxidation reaction occurs and oxygen is generated, and in the vanadium reduction reaction unit 220, a reaction between the vanadium electrolyte remaining in the fourth chamber 224 and the second carbon felt 226 results in V 3 + + e - → V 2+ vanadium reduction reaction occurs.

상기한 본 발명의 일 실시 예에 따른 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템의 실험 과정을 살펴보면 다음과 같다.The experimental procedure of the asymmetric water electrolysis system with low overvoltage using the vanadium continuous flow system according to an embodiment of the present invention described above is as follows.

먼저 [단계 1]로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템 중 제1셀모듈(100)의 제1니켈폼(116)은 환원전극으로 하고, 상기 제1카본펠트(126)는 산화전극으로 하여, 상기 제1전원부(140)에서 10mA/㎠ 전류의 전원을 상기 환원전극인 제1니켈폼(116)과, 상기 산화전극인 제1카본펠트(126)에 인가한다. First, in [step 1], in the asymmetric water electrolysis system with low overvoltage using the vanadium continuous flow system according to an embodiment of the present invention, the first nickel foam 116 of the first cell module 100 is used as a cathode, The first carbon felt 126 serves as an oxidizing electrode, and a power supply of 10 mA/cm 2 current is supplied from the first power supply unit 140 to the first nickel foam 116 as the reduction electrode and the first carbon felt as the oxidizing electrode. (126).

이때 제2셀모듈(200)에는 전원을 인가하지 않는 것이 바람직하고, 전원 인가로 상기 제1셀모듈(100)에서 반응이 진행되면, 산성 전해액을 수용한 제1전해액탱크(10)에서는 수소가 발생하게 되고, 바나듐 전해액을 수용한 제3전해액탱크(30)에서는 V2+ → V3+ + e- 반응이 일어난다. At this time, it is preferable not to apply power to the second cell module 200, and when the reaction proceeds in the first cell module 100 by applying power, hydrogen is generated in the first electrolyte tank 10 containing the acid electrolyte. occurs, and in the third electrolyte tank 30 containing the vanadium electrolyte, V 2+ → V 3+ + e - reaction occurs.

그리고 바나듐 전해액을 수용한 제3전해액탱크(30) 200 mL 기준으로, 약 75분간 반응을 지속한 뒤, 상기 제1셀모듈(100)에 대한 전원 인가를 중단한다.Then, after continuing the reaction for about 75 minutes based on 200 mL of the third electrolyte tank 30 containing the vanadium electrolyte, power supply to the first cell module 100 is stopped.

다음은 [단계 2]로, 상기 제1셀모듈(100)의 반응에 뒤이어 상기 제2셀모듈(200)에 대하여 상기 제2니켈폼(216)은 산화전극으로 하고, 상기 제2카본펠트(226)는 환원전극으로 하여 상기 제2전원부(240)에서 10mA/㎠ 전류의 전원을 인가한다. Next is [Step 2], following the reaction of the first cell module 100, the second nickel foam 216 is used as an oxide electrode for the second cell module 200, and the second carbon felt ( 226) applies power of 10 mA/cm 2 current from the second power supply unit 240 as a cathode.

이때 상기 제1셀모듈(100)에는 전원을 인가하지 않는 것이 바람직하고, 전원 인가로 상기 제2셀모듈(200)에서 반응이 진행되면, 염기성 전해액을 수용한 제2전해액탱크(20)에서는 산소가 발생하게 되고, 바나듐 전해액 수용한 제3전해액탱크(30)에서는 V3+ + e- → V2+ 반응이 일어난다.At this time, it is preferable not to apply power to the first cell module 100, and when the reaction proceeds in the second cell module 200 by applying power, oxygen in the second electrolyte tank 20 containing the basic electrolyte solution occurs, and in the third electrolyte tank 30 accommodating the vanadium electrolyte, a V 3+ + e - → V 2+ reaction occurs.

그리고 바나듐 전해액을 수용한 제3전해액탱크(30) 200 mL 기준, 약 50분간 반응을 지속한 뒤, 상기 제2셀모듈(200)에 대한 전원 인가를 중단한다.After continuing the reaction for about 50 minutes based on 200 mL of the third electrolyte tank 30 containing the vanadium electrolyte, power supply to the second cell module 200 is stopped.

다음은 [단계 3]으로, 상기 제2셀모듈(200)의 반응에 뒤이어 상기 제1셀모듈(100)에 [단계 1]과 같이 다시 10mA/㎠ 전류의 전원을 인가한다. 이때 제2셀모듈(200)에는 전원을 인가하지 않는 것이 바람직하고, 바나듐 전해액을 수용한 제3전해액탱크(30) 200 mL 기준으로, 약 50분간 반응을 지속한 후, 상기 제1셀모듈(100)에 대한 전원 인가를 중단한다.Next, in [Step 3], following the reaction of the second cell module 200, power of 10 mA/cm 2 current is applied again to the first cell module 100 as in [Step 1]. At this time, it is preferable not to apply power to the second cell module 200, and after continuing the reaction for about 50 minutes based on 200 mL of the third electrolyte tank 30 containing the vanadium electrolyte, the first cell module ( 100) stop supplying power.

이후 [단계 2]와 [단계 3]을 교번으로 실시하여 수전해 반응을 지속적으로 진행하는데, [Step 2] and [Step 3] are then carried out alternately to continuously proceed with the water electrolysis reaction.

상기 [단계 2]와 [단계 3]을 반복 진행함에 있어서, 산성 전해액을 수용한 제1전해액탱크(10) 400 mL, 염기성 전해액을 수용한 제2전해액탱크(20) 400 mL 기준으로, [단계 2] 반응시간과 [단계 3] 반응시간을 합한 총 반응시간이 20시간을 지날 때마다 산성 전해액 및 염기성 전해액을 새로이 교체한다.In repeating [Step 2] and [Step 3], based on 400 mL of the first electrolyte tank 10 containing the acid electrolyte and 400 mL of the second electrolyte tank 20 containing the basic electrolyte, [Step 2] Whenever the total reaction time, which is the sum of the reaction time and the [Step 3] reaction time, passes 20 hours, the acid electrolyte and the basic electrolyte are newly replaced.

산성 전해액 및 염기성 전해액 교체 시, 반응을 중단하지는 않으며, 상기 제1셀모듈(100)에 전원을 인가하는 중에 상기 제2전해액탱크(20)의 염기성 전해액을 교체하고, 뒤이어 상기 제2셀모듈(200)에 전원을 인가하는 중에 상기 제1전해액탱크(10)의 산성 전해액을 교체한다.When the acidic electrolyte and the basic electrolyte are replaced, the reaction is not stopped, and the basic electrolyte in the second electrolyte tank 20 is replaced while power is applied to the first cell module 100, and then the second cell module ( 200), the acidic electrolyte in the first electrolyte tank 10 is replaced while power is applied.

그리고 필요 시, 제3전해액탱크(30)의 바나듐 전해액은 언제든 보충할 수 있으나, 보충 시에는 상기 제1셀모듈(100) 및 제2셀모듈(200)로 공급되는 바나듐 전해액의 공급이 끊기지 않도록 주의한다.In addition, if necessary, the vanadium electrolyte in the third electrolyte tank 30 can be replenished at any time, but at the time of replenishment, the supply of the vanadium electrolyte supplied to the first cell module 100 and the second cell module 200 is not cut off. Be careful.

상기한 [단계 1], [단계 2], [단계 3]에 따른 실험은 총 100시간 동안 반복하였으며, 그 결과는 도 3의 Vt 그래프로 나타내었는데, 두 단계의 반응을 반복하는 과정 중에 약 0.2 V 내외에서 수소 발생반응과 바나듐 산화반응이, 약 1.3 V 내외에서 물 산화반응과 바나듐 환환원반응이 진행되는 것으로 확인되었다. The experiment according to [Step 1], [Step 2], and [Step 3] was repeated for a total of 100 hours, and the results are shown in the Vt graph of FIG. It was confirmed that the hydrogen generation reaction and the vanadium oxidation reaction proceeded at around V, and the water oxidation reaction and the vanadium reduction/reduction reaction proceeded at around 1.3 V.

도 4는 제1셀모듈(100)과 제2셀모듈(200)의 실험결과를 구분하여 나타낸 그래프로 100시간 반응 동안 제1셀모듈(100)에서는 124 mV의 과전압 상승이 나타났고 제2셀모듈(200)에서는 7 mV의 과전압 상승이 나타남을 알 수 있다.4 is a graph showing the experimental results of the first cell module 100 and the second cell module 200 by dividing them. During the 100-hour reaction, the first cell module 100 showed an overvoltage rise of 124 mV, and the second cell In the module 200, it can be seen that an overvoltage rise of 7 mV appears.

도 5는 제1셀모듈(100)과 제2셀모듈(200)의 cell voltage를 모두 고려한 시스템 전체의 cell voltage의 실험 결과로, 반응 초기 약 1.43 V에서 반응이 진행되었고, 100시간 반응 후에는 131 mV의 과전압이 발생하여 약 1.56 V에서 반응이 진행됨을 알 수 있다.5 is an experimental result of the cell voltage of the entire system considering both the cell voltages of the first cell module 100 and the second cell module 200. The reaction proceeded at about 1.43 V at the beginning of the reaction, and after 100 hours It can be seen that an overvoltage of 131 mV occurs and the reaction proceeds at about 1.56 V.

도 6은 반응 전, 니켈폼(116, 216)의 SEM(주사전자현미경) 사진과, 100시간 반응 후의 제1셀모듈(100)의 니켈폼(116), 및 100시간 반응 후의 제2셀모듈(200)의 니켈폼(216)의 SEM 사진으로, 여기서 제1셀모듈(100)의 니켈폼(116)은 산에 의한 표면 용해가 일어나 전극 표면에 손상이 일어났음을 보여주는데, 이러한 손상은 도 4에서 확인한 바와 같이, 상기 제1셀모듈(100)의 124 mV 과전압 증가와 관련이 있고, 100시간 반응 이후에도 제2셀모듈(200)의 니켈폼(216)은 별다른 손상이 없음을 알 수 있다.6 is a SEM (scanning electron microscope) photograph of the nickel foams 116 and 216 before reaction, the nickel foam 116 of the first cell module 100 after reaction for 100 hours, and the second cell module after reaction for 100 hours. An SEM photograph of the nickel foam 216 of 200, where the nickel foam 116 of the first cell module 100 shows surface dissolution by acid and damage to the surface of the electrode. As confirmed in 4, it is related to the 124 mV overvoltage increase of the first cell module 100, and even after 100 hours of reaction, the nickel foam 216 of the second cell module 200 is not damaged. .

100시간 반응 후, 제1셀모듈(100) 및 제2셀모듈(200)을 해체한 뒤 카본펠트(126, 226)를 주사전자현미경(SEM)으로 분석하였다.After reacting for 100 hours, the first cell module 100 and the second cell module 200 were disassembled, and then the carbon felts 126 and 226 were analyzed with a scanning electron microscope (SEM).

도 7은 반응 전의 카본펠트(126,226) SEM 사진과, 100시간 반응 후의 제1셀모듈(100)의 카본펠트(126), 및 100시간 반응 후의 제2셀모듈(200)의 카본펠트(226)의 SEM 사진으로, 여기서 상기한 카본펠트(126, 226)의 경우에는 100시간 반응 이후에도 양쪽 카본펠트(126, 226) 전극 모두 아무런 이상이 없었음을 SEM 사진을 통해 알 수 있다.7 shows SEM pictures of the carbon felts 126 and 226 before reaction, the carbon felt 126 of the first cell module 100 after reaction for 100 hours, and the carbon felt 226 of the second cell module 200 after reaction for 100 hours. In the case of the above-mentioned carbon felts 126 and 226, it can be seen through the SEM picture that there was no abnormality in both electrodes of the carbon felts 126 and 226 even after 100 hours of reaction.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

10: 제1전해액탱크 20: 제2전해액탱크
30: 제3전해액탱크 100: 제1셀모듈
110: 수소발생반응부 111, 211: 제1, 제3커버부재
112, 212: 제1, 제3프레임부재 113, 213: 제1, 제3유로
114, 214: 제1, 제3챔버 115, 215: 제1, 제3전극판
116, 216: 제1, 제2니켈폼 117, 217: 제1, 제3가스켓부재
120: 바나듐산화반응부 121, 221: 제2, 제4커버부재
122, 222: 제2, 제4프레임부재 123, 223: 제2, 제4유로
124, 224: 제2, 제4챔버 125, 225: 제2, 제4전극판
126, 226: 제1, 제2카본펠트 127, 227: 제2, 제4가스켓부재
130, 230: 제1, 제2음이온교환막 140, 240: 제1, 제2전원부
200: 제2셀모듈 210: 물산화반응부
220: 바나듐환원반응부10: first electrolyte tank 20: second electrolyte tank
30: third electrolyte tank 100: first cell module
110: hydrogen generating reaction unit 111, 211: first and third cover members
112, 212: first and third frame members 113, 213: first and third passages
114, 214: first and third chambers 115, 215: first and third electrode plates
116, 216: first and second nickel forms 117, 217: first and third gasket members
120: vanadium oxidation reaction unit 121, 221: second and fourth cover members
122, 222: second and fourth frame members 123, 223: second and fourth passages
124, 224: second and fourth chambers 125, 225: second and fourth electrode plates
126, 226: first and second carbon felts 127, 227: second and fourth gasket members
130, 230: first and second anion exchange membranes 140, 240: first and second power supplies
200: second cell module 210: water oxidation reaction unit
220: vanadium reduction reaction unit

Claims (7)

산성 전해액을 내부에 수용하는 제1전해액탱크;
염기성 전해액을 내부에 수용하는 제2전해액탱크;
바나듐 전해액을 내부에 수용하는 제3전해액탱크;
제1 전원부;
제2 전원부;
상기 제1전해액탱크와 일측편이 연결되어, 내부에 형성된 유로를 따라 산성 전해액을 순환시키고, 상기 제3전해액탱크와 타측편이 연결되어, 내부에 형성된 유로를 따라 바나듐 전해액을 순환시키면서, 상기 제1 전원부에서 인가되는 전원에 의해 수소 발생반응과 바나듐 산화반응을 일으키는 제1셀모듈; 및
상기 제2전해액탱크와 일측편이 연결되어, 내부에 형성된 유로를 따라 염기성 전해액을 순환시키고, 상기 제3전해액탱크와 타측편이 연결되어, 내부에 형성된 유로를 따라 바나듐 전해액을 순환시키면서, 상기 제2 전원부에서 인가되는 전원에 의해 물 산화반응과 바나듐 환원반응을 일으키는 제2셀모듈;을 포함하는 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템.
A first electrolyte tank for accommodating an acidic electrolyte therein;
a second electrolyte tank accommodating a basic electrolyte therein;
a third electrolyte tank accommodating a vanadium electrolyte therein;
a first power supply unit;
a second power supply unit;
The first electrolyte tank and one side are connected to circulate the acidic electrolyte along the flow path formed therein, and the third electrolyte tank and the other side are connected to circulate the vanadium electrolyte along the flow path formed therein, while the first A first cell module that causes a hydrogen generation reaction and a vanadium oxidation reaction by the power applied from the power supply unit; and
The second electrolyte tank and one side are connected to circulate the basic electrolyte along the flow path formed therein, and the third electrolyte tank and the other side are connected to circulate the vanadium electrolyte along the flow path formed therein, while the second An asymmetric water electrolysis system with low overvoltage using a vanadium continuous flow system including a second cell module that causes a water oxidation reaction and a vanadium reduction reaction by power applied from the power supply unit.
 청구항 1에 있어서,
상기 제1셀모듈은
상기 제1전해액탱크와 산성 전해액이 유동하는 튜브로 연결되고, 상기 제1 전원부와 전기적으로 연결되며, 선택적으로 산성 전해액을 순환시키면서 수소 발생반응을 일으키는 수소발생반응부와;
상기 제3전해액탱크와 바나듐 전해액이 유동하는 튜브로 연결되고, 상기 제1 전원부와 전기적으로 연결되며, 선택적으로 바나듐 전해액을 순환시키면서 바나듐 산화반응을 일으키는 바나듐산화반응부;를 포함하고,
상기 수소발생반응부와 바나듐산화반응부는 음이온만을 통과시키는 제1음이온교환막을 중심에 두고 서로 인접하는 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템.
The method of claim 1,
The first cell module
a hydrogen generation reaction unit connected to the first electrolyte tank through a tube through which the acidic electrolyte solution flows, electrically connected to the first power supply unit, and generating hydrogen generation reaction while selectively circulating the acidic electrolyte solution;
A vanadium oxidation reaction unit connected to the third electrolyte tank through a tube through which the vanadium electrolyte flows, electrically connected to the first power source unit, and selectively circulating the vanadium electrolyte solution to cause a vanadium oxidation reaction,
An asymmetric water electrolysis system with low overvoltage using a vanadium continuous flow system in which the hydrogen generating reaction unit and the vanadium oxidation reaction unit are adjacent to each other with the first anion exchange membrane passing only negative ions in the center.
 청구항 2에 있어서,
상기 수소발생반응부는
산성 전해액이 유입되는 제1유입구와, 전해액이 유출되는 제1유출구를 일정 거리로 이격 형성한 제1커버부재와;
상기 제1커버부재에 면접하고, 내부에는 상기 제1유입구를 통해 유입된 산성 전해액이 유동하는 제1유로 및 유입된 산성 전해액이 체류하는 제1챔버를 형성한 제1프레임부재와;
상기 제1프레임부재의 제1챔버에 수용되고, 상기 제1전원부로부터 전원이 인가되는 제1전극판과;
상기 제1전극판과 면접하면서 상기 제1챔버에 수용되는 제1니켈폼과;
상기 제1프레임부재와 면접하여 상기 제1프레임부재의 제1유로 및 제1챔버를 밀폐하는 제1가스켓부재;를 포함하는 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템.
The method of claim 2,
The hydrogen generating reaction unit
a first cover member having a first inlet through which the acidic electrolyte flows and a first outlet through which the electrolyte flows out at a predetermined distance;
a first frame member that faces the first cover member and has a first flow path through which the acidic electrolyte introduced through the first inlet flows and a first chamber in which the acidic electrolyte introduced through the first inlet flows;
a first electrode plate accommodated in the first chamber of the first frame member and receiving power from the first power source;
a first nickel form accommodated in the first chamber while interviewing the first electrode plate;
An asymmetric water electrolysis system with low overvoltage using a vanadium continuous flow system comprising: a first gasket member for sealing the first flow path and the first chamber of the first frame member by interview with the first frame member.
 청구항 2에 있어서,
상기 바나듐산화반응부는
바나듐 전해액이 유입되는 제2유입구와, 바나듐 전해액이 유출되는 제2유출구를 일정 거리로 이격 형성한 제2커버부재와;
상기 제2커버부재에 면접하고, 내부에는 상기 제2유입구를 통해 유입된 바나듐 전해액이 유동하는 제2유로 및 유입된 바나듐 전해액이 체류하는 제2챔버를 형성한 제2프레임부재와;
상기 제2프레임부재의 제2챔버에 수용되고, 상기 제1전원부로부터 전원이 인가되는 제2전극판과;
상기 제2전극판과 면접하면서 상기 제2챔버에 수용되는 제1카본펠트와;
상기 제2프레임부재와 면접하여 상기 제2프레임부재의 제2유로 및 제2챔버를 밀폐하는 제2가스켓;을 포함하는 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템.
The method of claim 2,
The vanadium oxidation reaction unit
a second cover member in which a second inlet through which the vanadium electrolyte is introduced and a second outlet through which the vanadium electrolyte is discharged are separated by a predetermined distance;
a second frame member that faces the second cover member and has a second passage through which the vanadium electrolyte introduced through the second inlet flows and a second chamber in which the introduced vanadium electrolyte stays;
a second electrode plate accommodated in the second chamber of the second frame member and receiving power from the first power source;
a first carbon felt accommodated in the second chamber while interviewing the second electrode plate;
An asymmetric water electrolysis system with low overvoltage using a vanadium continuous flow system comprising: a second gasket sealing the second flow path and the second chamber of the second frame member by interview with the second frame member.
 청구항 4에 있어서,
상기 제2셀모듈은
상기 제2전해액탱크와 전해액이 유동하는 튜브로 연결되고, 선택적으로 염기성 전해액을 순환시키면서 물 산화반응을 일으키는 물산화반응부;
상기 제3전해액탱크와 전해액이 유동하는 튜브로 연결되고, 선택적으로 바나듐 전해액을 순환시키면서 바나듐 환원반응을 일으키는 바나듐환원반응부;를 포함하고,
상기 물산화반응부와 바나듐환원반응부는 음이온만을 통과시키는 제2음이온교환막을 중심에 두고 서로 인접하는 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템.
The method of claim 4,
The second cell module
a water oxidation reaction unit that is connected to the second electrolyte tank through a tube through which the electrolyte solution flows, and causes a water oxidation reaction while selectively circulating a basic electrolyte solution;
A vanadium reduction reaction unit connected to the third electrolyte tank by a tube through which the electrolyte solution flows and selectively circulating the vanadium electrolyte solution to cause a vanadium reduction reaction;
An asymmetric water electrolysis system with low overvoltage using a vanadium continuous flow system in which the water oxidation reaction unit and the vanadium reduction reaction unit are adjacent to each other with the second anion exchange membrane passing only negative ions in the center.
 청구항 5에 있어서,
상기 물산화반응부는
염기성 전해액이 유입되는 제3유입구와, 전해액이 유출되는 제3유출구를 일정 거리로 이격 형성한 제3커버부재;
상기 제3커버부재에 면접하고, 내부에는 상기 제3유입구를 통해 유입된 염기성 전해액이 유동하는 제3유로 및 유입된 염기성 전해액이 체류하는 제3챔버를 형성한 제3프레임부재와;
상기 제3프레임부재의 제3챔버에 수용되고, 상기 제2전원부로부터 전원이 인가되는 제3전극판과;
상기 제3전극판과 면접하면서 상기 제3챔버에 수용되는 제2니켈폼과;
상기 제3프레임부재와 면접하여 상기 제3프레임부재의 제3유로 및 제3챔버를 밀폐하는 제3가스켓부재;를 포함하는 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템.
The method of claim 5,
The water oxidation reaction part
a third cover member in which a third inlet through which the basic electrolyte is introduced and a third outlet through which the electrolyte is discharged are separated by a predetermined distance;
a third frame member that faces the third cover member and has a third flow path through which the basic electrolyte solution introduced through the third inlet flows and a third chamber in which the introduced basic electrolyte solution stays;
a third electrode plate accommodated in the third chamber of the third frame member and receiving power from the second power source;
a second nickel form accommodated in the third chamber while interviewing the third electrode plate;
An asymmetric water electrolysis system with low overvoltage using a vanadium continuous flow system comprising: a third gasket member for sealing the third flow path and the third chamber of the third frame member by interview with the third frame member.
 청구항 5에 있어서
상기 바나듐환원반응부는
바나듐 전해액이 유입되는 제4유입구와, 바나듐 전해액이 유출되는 제4유출구를 일정 거리로 이격 형성한 제4커버부재와;
상기 제4커버부재에 면접하고, 내부에는 상기 제4유입구를 통해 유입된 바나듐 전해액이 유동하는 제4유로 및 유입된 바나듐 전해액이 체류하는 제4챔버를 형성한 제4프레임부재와;
상기 제4프레임부재의 제4챔버에 수용되고, 상기 제2전원부로부터 전원이 인가되는 제4전극판과;
상기 제4전극판과 면접하면서 상기 제4챔버에 수용되는 제2카본펠트와;
상기 제4프레임부재와 면접하여 상기 제4프레임부재의 제4유로 및 제4챔버를 밀폐하는 제4가스켓;을 포함하는 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템.in claim 5
The vanadium reduction reaction unit
a fourth cover member in which a fourth inlet through which the vanadium electrolyte is introduced and a fourth outlet through which the vanadium electrolyte is discharged are separated by a predetermined distance;
a fourth frame member that faces the fourth cover member and has a fourth passage through which the vanadium electrolyte introduced through the fourth inlet flows and a fourth chamber in which the introduced vanadium electrolyte stays;
a fourth electrode plate accommodated in the fourth chamber of the fourth frame member and receiving power from the second power source;
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