KR102586856B1 - Bipolar Plate for Redox Flow Battery, stack and Redox Flow Battery using The Same - Google Patents

Bipolar Plate for Redox Flow Battery, stack and Redox Flow Battery using The Same Download PDF

Info

Publication number
KR102586856B1
KR102586856B1 KR1020210074552A KR20210074552A KR102586856B1 KR 102586856 B1 KR102586856 B1 KR 102586856B1 KR 1020210074552 A KR1020210074552 A KR 1020210074552A KR 20210074552 A KR20210074552 A KR 20210074552A KR 102586856 B1 KR102586856 B1 KR 102586856B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flow
electrolyte
distribution
flow channels
channels
Prior art date
Application number
KR1020210074552A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220165921A (en
Inventor
최정일
최윤영
하진호
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020210074552A priority Critical patent/KR102586856B1/en
Priority to PCT/KR2022/008158 priority patent/WO2022260456A1/en
Publication of KR20220165921A publication Critical patent/KR20220165921A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102586856B1 publication Critical patent/KR102586856B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0263Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2455Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with liquid, solid or electrolyte-charged reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2459Comprising electrode layers with interposed electrolyte compartment with possible electrolyte supply or circulation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 스택 내의 전극 방향 일면측의 유로층에서 각각 일면 방향이 개방된 기지정된 패턴을 갖고 형성되어 전해질이 흐르는 경로를 형성하는 다수의 유로 채널, 유로층과 기지정된 간격만큼 이격된 분배층에서 다수의 유로 채널의 배치 위치에 따른 패턴을 갖고 형성되어 다수의 유로 채널로 유입되거나 다수의 유로 채널에서 배출되는 전해질을 외부에서 공급받거나 외부로 배출하는 2개의 분배로 및 분배층에 형성된 2개의 분배로 각각과 유로층에 형성된 다수의 유로 채널의 입력단과 출력단을 각각 연결하는 다수의 층간 유로를 포함하여, 전극 내 전해질 분포와 압력 균일성을 개선함으로써 출력, 에너지 밀도 및 에너지 효율성을 향상시킬 수 있는 레독스 흐름 전지용 바이폴라 플레이트, 스택 및 이를 이용하는 레독스 흐름 전지를 제공한다.The present invention relates to a plurality of flow channels formed in a flow path on one side of an electrode in a stack, each having a predetermined pattern with one side open, forming a path through which electrolyte flows, and a distribution layer spaced apart from the flow path layer by a predetermined distance. Two distribution channels formed in a distribution layer and two distribution channels that are formed in a pattern according to the arrangement positions of the multiple flow channels and externally supply or discharge the electrolyte flowing into or discharged from the plurality of flow channels. It includes a plurality of interlayer flow paths that connect the input and output ends of the plurality of flow channels formed in each furnace and flow layer, respectively, and can improve output, energy density, and energy efficiency by improving electrolyte distribution and pressure uniformity within the electrode. Provided are bipolar plates and stacks for redox flow batteries, and redox flow batteries using the same.

Description

레독스 흐름 전지용 바이폴라 플레이트, 스택 및 이를 이용하는 레독스 흐름 전지{Bipolar Plate for Redox Flow Battery, stack and Redox Flow Battery using The Same}Bipolar plate for redox flow battery, stack, and redox flow battery using the same {Bipolar Plate for Redox Flow Battery, stack and Redox Flow Battery using The Same}

본 발명은 레독스 흐름 전지용 바이폴라 플레이트, 스택 및 이를 이용하는 레독스 흐름 전지에 관한 것으로, 3차원 유로구조를 갖는 레독스 흐름 전지용 바이폴라 플레이트, 스택 및 이를 이용하는 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a bipolar plate and stack for a redox flow battery, and a redox flow battery using the same. It relates to a bipolar plate and stack for a redox flow battery having a three-dimensional flow path structure, and a redox flow battery using the same.

신재생 에너지의 수요 증가에 따라 이를 효율적으로 저장 및 관리할 수 있는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System: 이하 ESS)에 대한 관심도 높아지고 있다. 기존의 ESS는 리튬이온 전지가 주로 이용되었으나, 인체 유해성이나 화재 위험성 등의 문제로 최근에는 레독스 흐름 전지(Redox Flow Battery: RFB)나 연료 전지와 같은 흐름 전지로 대체하고자 하는 연구가 활발하게 수행되고 있다.As demand for renewable energy increases, interest in energy storage systems (ESS) that can efficiently store and manage it is also increasing. Existing ESS mainly used lithium-ion batteries, but due to issues such as human hazard and fire risk, research has recently been actively conducted to replace them with flow batteries such as redox flow batteries (RFB) or fuel cells. It is becoming.

리튬이온 전지와 달리, 레독스 흐름 전지나 연료 전지와 같은 흐름 전지는 전해질 저장소(Electrolyte reservoir)로 기능하는 탱크와 전극을 포함하는 스택으로 구분된 구조를 갖고, 탱크에 저장된 유체 또는 기체의 전해질(또는 활물질(Active material)이라 함)이 스택을 구성하는 적어도 하나의 전지 셀을 통해 순환하면서, 전지 셀 내부의 다공성 전극의 계면에서 화학 반응을 일으키는 방식으로 전력을 발생하게 된다.Unlike lithium-ion batteries, flow batteries such as redox flow batteries or fuel cells have a structure divided into a tank that functions as an electrolyte reservoir and a stack containing electrodes, and the electrolyte (or electrolyte) of the fluid or gas stored in the tank. As the active material (referred to as an active material) circulates through at least one battery cell constituting the stack, power is generated by causing a chemical reaction at the interface of the porous electrode inside the battery cell.

이와 같은 레독스 흐름 전지는 단위 셀을 적층하여 스택으로 만들어 출력을 증가시키거나, 탱크 크기를 확대하여 용량을 증가시킬 수 있어 확장이 용이하다는 장점이 있으나, 에너지 밀도와 에너지 효율이 낮다는 문제가 있다. 그리고 산업계에서는 고출력 대용량 레독스 흐름 전지가 이용되어야 하므로, 스택에 적층된 단위 셀의 개수가 증가될 뿐만 아니라 단위 셀 자체의 면적이 크게 증가하고 있다. 다만 단위 셀 자체의 먼적이 증가되는 경우, 다공성 적극에 공급되는 전해질의 영역별 농도 불균일, 압력 차이 및 누설 전류 등에 의한 에너지 효율성이 더욱 감소되는 문제가 있다. 따라서 대면적 셀에서 에너지 효율성을 개선하기 위한 방법이 요구되고 있다.This type of redox flow battery has the advantage of being easy to expand as unit cells can be stacked to form a stack to increase output or the capacity can be increased by enlarging the tank size, but it has the problem of low energy density and energy efficiency. there is. And since high-output, large-capacity redox flow batteries must be used in the industry, not only is the number of unit cells stacked in a stack increasing, but the area of the unit cells themselves is also greatly increasing. However, when the distant enemy of the unit cell itself increases, there is a problem that energy efficiency is further reduced due to uneven concentration of the electrolyte supplied to the porous electrode in each region, pressure difference, and leakage current. Therefore, a method to improve energy efficiency in large-area cells is required.

한국 등록 특허 제10-1975972호 (2019.04.30 등록)Korea Registered Patent No. 10-1975972 (registered on April 30, 2019)

본 발명의 목적은 레독스 흐름 전지의 전극 내 전해질 분포와 압력 균일성을 개선할 수 있는 레독스 흐름 전지용 바이폴라 플레이트, 스택 및 이를 이용하는 레독스 흐름 전지를 제공하는데 있다.The purpose of the present invention is to provide a bipolar plate and stack for a redox flow battery that can improve the electrolyte distribution and pressure uniformity within the electrode of the redox flow battery, and a redox flow battery using the same.

본 발명의 다른 목적은 산업용으로 이용 가능하도록 대면적 셀을 갖는 레독스 흐름 전지의 출력, 에너지 밀도 및 에너지 효율성을 향상시킬 수 있는 레독스 흐름 전지용 바이폴라 플레이트, 스택 및 이를 이용하는 레독스 흐름 전지를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a bipolar plate and stack for redox flow batteries that can improve the output, energy density and energy efficiency of redox flow batteries with large-area cells so that they can be used for industrial purposes, and a redox flow battery using the same. I'm doing it.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 바이폴라 플레이트는 스택 내의 전극 방향 일면측의 유로층에서 각각 일면 방향이 개방된 기지정된 패턴을 갖고 형성되어 전해질이 흐르는 경로를 형성하는 다수의 유로 채널; 상기 유로층과 기지정된 간격만큼 이격된 분배층에서 상기 다수의 유로 채널의 배치 위치에 따른 패턴을 갖고 형성되어 상기 다수의 유로 채널로 유입되거나 상기 다수의 유로 채널에서 배출되는 전해질을 외부에서 공급받거나 외부로 배출하는 2개의 분배로; 및 상기 분배층에 형성된 2개의 분배로 각각과 상기 유로층에 형성된 다수의 유로 채널의 입력단과 출력단을 각각 연결하는 다수의 층간 유로를 포함한다.In order to achieve the above object, a bipolar plate for a redox flow battery according to an embodiment of the present invention is formed with a predetermined pattern in which one side is open in the flow path layer on one side of the electrode in the stack to form a path through which the electrolyte flows. multiple Euro channels; The distribution layer, which is spaced apart from the flow path layer by a predetermined distance, is formed with a pattern according to the arrangement positions of the plurality of flow channels and receives the electrolyte flowing into the plurality of flow channels or discharged from the plurality of flow channels from the outside. Two distribution channels for discharge to the outside; and a plurality of inter-layer flow paths connecting the two distribution channels formed in the distribution layer and the input and output ends of the plurality of flow channels formed in the flow path layer, respectively.

상기 2개의 분배로는 일단이 상기 바이폴라 플레이트의 측면 방향으로 개방되어 주입구가 형성되고, 상기 다수의 유로 채널의 입력단에 대응하는 위치를 지나는 패턴으로 형성되는 제1 분배로; 및 일단이 상기 바이폴라 플레이트의 측면 방향으로 개방되어 배출구가 형성되고, 상기 다수의 유로 채널의 출력단에 대응하는 위치를 지나도록 형성되는 제2 분배로를 포함할 수 있다.The two distribution passages include: a first distribution passage having one end open toward the side of the bipolar plate to form an injection port and formed in a pattern passing through positions corresponding to input ends of the plurality of flow channels; And it may include a second distribution passage, one end of which is open toward the side of the bipolar plate to form an outlet, and which is formed to pass through a position corresponding to the output end of the plurality of flow channels.

상기 다수의 층간 유로는 상기 제1 분배로와 상기 다수의 유로 채널 각각의 입력단을 연결하도록 형성되어, 상기 제1 분배로로 유입된 전해질을 상기 다수의 유로 채널 각각으로 공급하는 다수의 제1 층간 유로; 및 상기 제2 분배로와 상기 다수의 유로 채널 각각의 출력단을 연결하도록 형성되어, 상기 다수의 유로 채널 각각에서 회수되는 전해질을 상기 제2 분배로로 전달하는 다수의 제2 층간 유로를 포함할 수 있다.The plurality of inter-layer flow paths are formed to connect the input terminals of each of the first distribution passage and the plurality of flow channels, and supply the electrolyte flowing into the first distribution passage to each of the plurality of flow channels. Euro; and a plurality of second interlayer flow paths formed to connect the second distribution path and output terminals of each of the plurality of flow channels, and transferring the electrolyte recovered from each of the plurality of flow channels to the second distribution path. there is.

상기 다수의 유로 채널은 기지정된 동일한 패턴으로 형성되어 상기 바이폴라 플레이트의 일면 상에 균등하게 분산 배치될 수 있다.The plurality of flow channels may be formed in the same predetermined pattern and evenly distributed on one surface of the bipolar plate.

상기 다수의 유로 채널 각각은 일단의 입력단이 상기 제1 층간 유로에 연결되고, 타단의 출력단이 상기 제2 층간 유로에 연결되어, 상기 제1 분배로로 통해 공급된 전해질을 인가받고, 전해질을 제2 분배로로 배출하는 단일 채널이 반복적으로 벤딩된 지그재그 패턴을 갖는 사형 유로 채널로 형성될 수 있다.Each of the plurality of flow channels has one input end connected to the first interlayer flow path and an output end of the other end connected to the second interlayer flow path to receive the electrolyte supplied through the first distribution path and to dispense the electrolyte. 2 A single channel discharging into the distribution channel can be formed as a sand flow channel with a repeatedly bent zigzag pattern.

상기 다수의 유로 채널 각각은 일단이 상기 제1 층간 유로에 연결되어, 상기 제1 분배로로 통해 공급된 전해질을 인가받는 다수의 제1 유로 채널과 일단이 상기 제2 층간 유로에 연결되어, 상기 전극을 통해 유입된 전해질을 상기 제2 분배로로 배출하는 제2 유로 채널이 서로 이격되어 교대로 배치된 패턴을 갖는 깍지형 유로 채널로 형성될 수 있다.Each of the plurality of flow channels has one end connected to the first interlayer flow path, a plurality of first flow channels that receive the electrolyte supplied through the first distribution passage, and one end connected to the second interlayer flow path, The second flow channel, which discharges the electrolyte introduced through the electrode into the second distribution passage, may be formed as an interdigitated flow channel having an alternating pattern spaced apart from each other.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 스택은 이온 교환막; 상기 이온 교환막의 양측에 배치되어 전해질이 공급되면, 공급된 전해질의 화학 반응을 발생시키는 2개의 전극; 및 상기 2개의 전극 각각의 일면에 배치되어 전해질 순환 경로에서 전송된 전해질을 대응하는 전극으로 공급하고, 대응하는 전극에서 회수되는 전해질을 순환 경로로 배출하는 2개의 바이폴라 플레이트를 각각 포함하는 적어도 하나의 단위셀이 적층되어 구현되고, 상기 2개의 바이폴라 프레레이트 각각은 전극 방향 일면측의 유로층에서 각각 일면 방향이 개방된 기지정된 패턴을 갖고 형성되어 전해질이 흐르는 경로를 형성하는 다수의 유로 채널; 상기 유로층과 기지정된 간격만큼 이격된 분배층에서 상기 다수의 유로 채널의 배치 위치에 따른 패턴을 갖고 형성되어 상기 다수의 유로 채널로 유입되거나 상기 다수의 유로 채널에서 배출되는 전해질을 외부에서 공급받거나 외부로 배출하는 2개의 분배로; 및 상기 분배층에 형성된 2개의 분배로 각각과 상기 유로층에 형성된 다수의 유로 채널의 입력단과 출력단을 각각 연결하는 다수의 층간 유로를 포함한다.A stack for a redox flow battery according to another embodiment of the present invention to achieve the above object includes an ion exchange membrane; two electrodes disposed on both sides of the ion exchange membrane to generate a chemical reaction of the supplied electrolyte when electrolyte is supplied; And at least one bipolar plate disposed on one side of each of the two electrodes to supply the electrolyte transferred from the electrolyte circulation path to the corresponding electrode and discharge the electrolyte recovered from the corresponding electrode to the circulation path. Unit cells are implemented by stacking, and each of the two bipolar plates is formed with a predetermined pattern in which one side is open in the flow path layer on one side toward the electrode, and a plurality of flow channels are formed to form a path through which electrolyte flows; The distribution layer, which is spaced apart from the flow path layer by a predetermined distance, is formed with a pattern according to the arrangement positions of the plurality of flow channels and receives the electrolyte flowing into the plurality of flow channels or discharged from the plurality of flow channels from the outside. Two distribution channels for discharge to the outside; and a plurality of inter-layer flow paths connecting the two distribution channels formed in the distribution layer and the input and output ends of the plurality of flow channels formed in the flow path layer, respectively.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 실시예에 따른 레독스 흐름 전지는 양극액의 전해질과 음극액의 전해질을 각각 저장하는 2개의 탱크; 이온 교환막과 상기 이온 교환막의 양측에 배치되어 상기 2개의 탱크로부터 전해질이 공급되면, 공급된 전해질의 화학 반응을 발생시키는 2개의 전극 및 상기 2개의 전극 각각의 일면에 배치되어 전해질 순환 경로에서 전송된 전해질을 대응하는 전극으로 공급하고, 대응하는 전극에서 회수되는 전해질을 순환 경로로 배출하는 2개의 바이폴라 플레이트를 각각 포함하는 적어도 하나의 단위 셀이 적층된 스택; 및 상기 2개의 탱크와 상기 스택 사이의 순환 경로를 따라 전해질을 순환시키는 다수의 펌프를 포함하고, 상기 2개의 바이폴라 프레레이트 각각은 전극 방향 일면측의 유로층에서 각각 일면 방향이 개방된 기지정된 패턴을 갖고 형성되어 전해질이 흐르는 경로를 형성하는 다수의 유로 채널; 상기 유로층과 기지정된 간격만큼 이격된 분배층에서 상기 다수의 유로 채널의 배치 위치에 따른 패턴을 갖고 형성되어 상기 다수의 유로 채널로 유입되거나 상기 다수의 유로 채널에서 배출되는 전해질을 외부에서 공급받거나 외부로 배출하는 2개의 분배로; 및 상기 분배층에 형성된 2개의 분배로 각각과 상기 유로층에 형성된 다수의 유로 채널의 입력단과 출력단을 각각 연결하는 다수의 층간 유로를 포함한다.A redox flow battery according to another embodiment of the present invention for achieving the above object includes two tanks each storing the electrolyte of the anolyte and the electrolyte of the catholyte; An ion exchange membrane and two electrodes disposed on both sides of the ion exchange membrane to generate a chemical reaction of the supplied electrolyte when electrolyte is supplied from the two tanks, and disposed on one side of each of the two electrodes and transmitted in the electrolyte circulation path A stack of at least one unit cell each including two bipolar plates that supply electrolyte to a corresponding electrode and discharge electrolyte recovered from the corresponding electrode into a circulation path; and a plurality of pumps that circulate the electrolyte along a circulation path between the two tanks and the stack, wherein each of the two bipolar plates has a predetermined pattern with one side open in the flow path layer on one side in the electrode direction. A plurality of flow channels are formed to form a path through which electrolyte flows; The distribution layer, which is spaced apart from the flow path layer by a predetermined distance, is formed with a pattern according to the arrangement positions of the plurality of flow channels and receives the electrolyte flowing into the plurality of flow channels or discharged from the plurality of flow channels from the outside. Two distribution channels for discharge to the outside; and a plurality of inter-layer flow paths connecting the two distribution channels formed in the distribution layer and the input and output ends of the plurality of flow channels formed in the flow path layer, respectively.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 바이폴라 플레이트, 스택 및 이를 이용하는 레독스 흐름 전지는 바이폴라 플레이트에 형성되는 유로 구조를 3차원으로 구성하여, 다수의 유로에 균일하고 원활하게 전해질을 공급할 수 있어 대면적 셀을 갖는 산업용 레독스 흐름 전지에서도 전극 내 전해질 분포와 압력 균일성을 개선함으로써, 출력, 에너지 밀도 및 에너지 효율성을 향상시킬 수 있다.Therefore, the bipolar plate and stack for redox flow batteries according to an embodiment of the present invention, and the redox flow battery using the same, have a three-dimensional flow path structure formed on the bipolar plate to uniformly and smoothly supply electrolyte to a plurality of flow paths. In industrial redox flow batteries with large-area cells, power, energy density, and energy efficiency can be improved by improving electrolyte distribution and pressure uniformity within the electrode.

도 1은 레독스 흐름 전지 구성의 일 예를 나타낸다.
도 2는 바이폴라 플레이트에 형성되는 유로 구조와 유로 구조에 따른 전해질 흐름 경로를 나타낸다.
도 3은 유로 채널 패턴의 다른 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유로 채널이 형성된 바이폴라 플레이트의 일 예를 나타낸다.
도 5는 도 4의 바이폴라 플레이트에서 분배층과 유로층을 설명하기 위한 단면도를 나타낸다.
도 6은 다수의 단위 셀이 적층된 스택에서 분배층과 유로층의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유로 채널이 형성된 바이폴라 플레이트의 다른 예를 나타낸다.
도 8은 도 7의 바이폴라 플레이트에 형성된 유로 채널의 유로 패턴을 설명하기 위한 유로층의 단면도를 나타낸다.
Figure 1 shows an example of a redox flow battery configuration.
Figure 2 shows the flow path structure formed in the bipolar plate and the electrolyte flow path according to the flow path structure.
Figure 3 shows another example of a flow channel pattern.
Figure 4 shows an example of a bipolar plate on which a flow channel is formed according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows a cross-sectional view to explain the distribution layer and flow path layer in the bipolar plate of Figure 4.
Figure 6 is a diagram for explaining the arrangement structure of the distribution layer and flow path layer in a stack in which multiple unit cells are stacked.
Figure 7 shows another example of a bipolar plate with flow channels formed according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 shows a cross-sectional view of the flow path layer for explaining the flow path pattern of the flow channel formed in the bipolar plate of FIG. 7.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, its operational advantages, and the objectives achieved by practicing the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the described embodiments. In order to clearly explain the present invention, parts that are not relevant to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings indicate the same members.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, this does not mean excluding other elements, unless specifically stated to the contrary, but rather means that it may further include other elements. In addition, terms such as "... unit", "... unit", "module", and "block" used in the specification refer to a unit that processes at least one function or operation, which is hardware, software, or hardware. and software.

도 1은 레독스 흐름 전지 구성의 일 예를 나타낸다.Figure 1 shows an example of a redox flow battery configuration.

도 1은 흐름 전지의 일 예로 바나듐 레독스 흐름 전지의 개략적 구조를 도시하였다. 도 1을 참조하면, 흐름 전지는 액체 상태의 양극 전해질인 양극액(Analyte)(13)과 음극 전해질인 음극액(Catholyte)(14)이 각각 저장되는 2개의 탱크(11, 12)와 2개의 탱크로부터 전해질 순환 경로인 파이프를 통해 유입되는 양극액(13)과 음극액(14)이 산화/환원 등의 화학 반응을 일으켜 발생되는 전력을 획득하거나, 획득된 전력을 기반으로 화학 반응을 발생시키는 스택(20), 충전 또는 방전 시에 2개의 탱크(11, 12) 중 대응하는 탱크에 저장된 양극액(13)과 음극액(14)이 순환 경로인 파이프를 통해 스택(20)을 거쳐 순환되도록 하는 2개의 펌프(15, 16) 및 방전 시에 스택(20)에서 발생된 전력을 사용하는 부하(17) 또는 충전 시에 스택(20)으로 전력을 공급하여 충전시키는 전원(미도시)을 포함할 수 있다.Figure 1 shows the schematic structure of a vanadium redox flow battery as an example of a flow battery. Referring to Figure 1, the flow battery consists of two tanks (11, 12) and two tanks (11, 12) in which the liquid positive electrode electrolyte (Analyte) (13) and the negative electrode electrolyte (Catholyte (14)) are stored, respectively. The anolyte 13 and catholyte 14 flowing from the tank through the pipe, which is the electrolyte circulation path, undergo chemical reactions such as oxidation/reduction to obtain power or generate a chemical reaction based on the obtained power. When charging or discharging the stack 20, the anolyte 13 and catholyte 14 stored in the corresponding one of the two tanks 11 and 12 are circulated through the stack 20 through a pipe that is a circulation path. It includes two pumps (15, 16) and a load (17) that uses the power generated by the stack (20) when discharging or a power source (not shown) that supplies power to the stack (20) when charging. can do.

도 1에서 (b)는 스택(20)의 상세 구성을 별도로 나타낸 도면으로, 일반적으로 스택(20)은 다수의 셀이 적층되어 구성되지만, 여기서는 설명의 편의를 위하여, 스택(20)에 하나의 셀이 포함된 것으로 가정하여 도시하였다.In FIG. 1, (b) is a separate drawing showing the detailed configuration of the stack 20. Generally, the stack 20 is composed of a plurality of cells stacked, but here, for convenience of explanation, the stack 20 includes one cell. It is shown assuming that cells are included.

(b)에 나타난 바와 같이, 스택(20)의 각 셀은 선택적 투과성을 갖는 이온 교환막(Ion Exchange membrane 또는 이온 선택막(ion selective membrane))(21)을 사이에 두고 양측에 양극부와 음극부가 구성된다. 이온 교환막(21)은 양극액(13)과 음극액(14)이 양극부와 음극부에 분리된 상태로 유지되도록 하고, 충전 또는 방전 시에 이온이 선택적으로 양극부와 음극부 사이에서 이동되도록 하여 양극부와 음극부에서 각각 화학 반응이 발생하도록 한다.As shown in (b), each cell of the stack 20 has an anode and a cathode on both sides with an ion exchange membrane (ion exchange membrane or ion selective membrane) 21 having selective permeability in between. It is composed. The ion exchange membrane 21 maintains the anolyte 13 and the cathode 14 separated from the anode and cathode and allows ions to selectively move between the anode and cathode during charging or discharging. This causes a chemical reaction to occur at the anode and cathode respectively.

양극부와 음극부는 각각 전극(23), 바이폴라 플레이트(24) 및 집전체(26)를 포함하고, 이온 교환막(21)을 기준으로 서로 대칭되는 구성을 갖는다.The anode portion and the cathode portion each include an electrode 23, a bipolar plate 24, and a current collector 26, and have a configuration that is symmetrical to each other with respect to the ion exchange membrane 21.

이온 교환막(21)의 양측에 위치하는 전극(23)은 양극액(13) 및 음극액(14)과 이온 사이의 산화/환원 반응을 일으키는 반응 전극으로, 전극의 계면에서 산화/환원 반응이 발생되므로, 반응 면적을 높이기 위해 다공성 전극(Porous Electrode)으로 구현된다. 이때 전극(23)은 전극 내로 유입된 양극액(13) 및 음극액(14)의 누수를 방지하기 위해 프레임(22) 내에 배치될 수 있다.The electrodes 23 located on both sides of the ion exchange membrane 21 are reaction electrodes that cause an oxidation/reduction reaction between the anolyte 13 and the catholyte 14 and ions, and the oxidation/reduction reaction occurs at the interface of the electrodes. Therefore, it is implemented as a porous electrode to increase the reaction area. At this time, the electrode 23 may be placed within the frame 22 to prevent leakage of the anolyte 13 and catholyte 14 flowing into the electrode.

그리고 바이폴라 플레이트(24)는 기지정된 패턴에 따라 미리 형성된 유로 채널(25)의 구조에 따라 펌프(15, 16)에 의해 2개의 탱크(11, 12)에서 공급되는 양극액(13) 및 음극액(14)을 각각 대응하는 전극(23)으로 공급하는 한편, 대응하는 전극(23)으로부터 재유입되는 양극액(13) 및 음극액(14)이 다시 2개의 탱크(11, 12)로 회수되도록 한다. 여기서 유로 채널(25)은 양극액(13) 및 음극액(14)이 낮은 압력에서도 원활하게 순환되면서 다공성 전극(23)의 일면에 전체적으로 고르게 유입되도록 하기 위해 형성된다. 이에 양극액 및 음극액은 펌프(15, 16)에 의해 스택(20)과 2개의 탱크(11, 12)를 사이를 순환하면서 다공성 전극(23)과 반응하게 된다. 여기서 유로 채널(25)은 통상적으로 바이폴라 플레이트(24)에서 전극(23)과 맞닿는 일면에 기지정된 패턴에 따른 홈의 형태로 형성된다.And the bipolar plate 24 is configured to store the anolyte 13 and catholyte supplied from the two tanks 11 and 12 by the pumps 15 and 16 according to the structure of the flow channel 25 formed in advance according to a predetermined pattern. (14) is supplied to each corresponding electrode (23), while the anolyte (13) and catholyte (14) re-introduced from the corresponding electrode (23) are recovered back to the two tanks (11, 12). do. Here, the flow channel 25 is formed to allow the anolyte 13 and catholyte 14 to circulate smoothly even at low pressure and flow evenly throughout one surface of the porous electrode 23. Accordingly, the anolyte and catholyte react with the porous electrode 23 while circulating between the stack 20 and the two tanks 11 and 12 by the pumps 15 and 16. Here, the flow channel 25 is generally formed in the form of a groove according to a predetermined pattern on one surface of the bipolar plate 24 that contacts the electrode 23.

집전체(26)는 전하의 이동 통로로서 방전 시 전극(23)에서 수집되는 전하를 부하(17)로 전달하고, 충전 시 전원(미도시)에서 인가되는 전하를 전극(23)으로 공급한다.The current collector 26 is a charge movement path that transfers charges collected from the electrode 23 during discharge to the load 17, and supplies charges applied from a power source (not shown) to the electrode 23 during charging.

그리고 스택의 양단에는 포함된 적어도 하나의 단위 셀을 고정하고 보호하기 위한 종단 플레이트(endplate)(27)가 배치될 수 있다.Additionally, endplates 27 may be disposed at both ends of the stack to secure and protect at least one unit cell included.

도 2는 바이폴라 플레이트에 형성되는 유로 채널의 구조와 유로 채널 구조에 따른 전해질의 흐름 경로를 나타낸다.Figure 2 shows the structure of the flow channel formed in the bipolar plate and the flow path of the electrolyte according to the flow channel structure.

도 2에서 (a)는 바이폴라 플레이트(24)에 사형 유로 채널(Serpentine flow channel)(25)이 형성된 경우를 나타내고, (b)는 깍지형 유로 채널(Interdigitated flow channel)(25-2, 25-3)이 형성된 경우를 나타낸다. 그리고 (c)는 사형 유로 채널(25-1)의 주입구(inlet)로 유입된 양극액(13) 또는 음극액(14)의 전해질이 배출구(outlet)로 배출되는 동안 다공성 전극(23)을 통해 흐르는 경로를 나타내고, (d)는 제1 유로 채널(25-2)의 주입구(inlet)로 인가된 전해질(13, 14)이 제2 유로 채널(25-3)의 배출구(outlet)로 배출되는 동안 다공성 전극(23)을 통해 흐르는 경로를 나타낸다.In Figure 2, (a) shows a case where a serpentine flow channel 25 is formed in the bipolar plate 24, and (b) shows an interdigitated flow channel 25-2, 25- 3) indicates the case in which it is formed. And (c) is through the porous electrode 23 while the electrolyte of the anolyte 13 or catholyte 14 flowing into the inlet of the sand flow channel 25-1 is discharged to the outlet. Shows the flow path, and (d) shows that the electrolytes 13 and 14 applied to the inlet of the first flow channel 25-2 are discharged to the outlet of the second flow channel 25-3. It shows the path flowing through the porous electrode 23.

여기서는 설명의 편의를 위하여 바이폴라 플레이트(24)의 형상을 생략하였으며, 이온 교환막(21)의 일 측에 위치하는 전극(23)과 바이폴라 플레이트(24)에 형성된 유로 채널(25-1, 25-2, 25-3)만을 도시하였으나, 타 측에 위치하는 전극(23)의 일면 상에도 동일하게 유로 채널(25-1, 25-2, 25-3)이 결합될 수 있다.Here, for convenience of explanation, the shape of the bipolar plate 24 is omitted, and the electrode 23 located on one side of the ion exchange membrane 21 and the flow channels 25-1 and 25-2 formed in the bipolar plate 24 , 25-3) is shown, but the flow channels 25-1, 25-2, and 25-3 may also be combined on one surface of the electrode 23 located on the other side.

도 1에 도시된 바와 같이, 스택(20) 내에서 바이폴라 플레이트(24)와 전극(23)이 인접하게 결합 배치되므로, 유로 채널(25-1, 25-2, 25-3)은 도 3의 (a) 내지 (d)에 도시된 바와 같이, 전극(23)의 일면 상에 배치되게 된다.As shown in FIG. 1, since the bipolar plate 24 and the electrode 23 are disposed adjacently in the stack 20, the flow channels 25-1, 25-2, and 25-3 are as shown in FIG. 3. As shown in (a) to (d), it is placed on one side of the electrode 23.

도 2의 (a) 및 (c)에 도시된 바와 같이 사형 유로 채널(25)은 바이폴라 플레이트(24)의 일면측에 단일 채널이 반복적으로 벤딩된 지그재그 패턴의 홈으로 형성되어 채널에서 일정 영역들이 서로 평행하게 위치한다. 그리고 다공성 전극(23)의 일면상에 형성되는 사형 유로 채널(25-1)의 주입구(inlet)로 인가된 전해질이 형성된 채널 패턴을 따라 배출구(outlet)까지 흘러 배출되게 된다. 이때, (c)에 도시된 바와 같이, 사형 유로 채널(25-1)로 유입된 전해질은 채널 패턴을 따라 흐를 뿐만 아니라, 사형 유로 채널(25-1)의 개방된 측면을 통해 전극(23)으로 유입된다. 따라서 전해질은 서로 인접하여 위치하는 채널 영역 사이의 립(Rib) 구간에서 전극(23)을 통해 흐르게 되어 유로 채널(25-1) 상의 다른 영역으로도 전달될 수 있다.As shown in (a) and (c) of Figure 2, the sand flow channel 25 is formed as a groove in a zigzag pattern in which a single channel is repeatedly bent on one side of the bipolar plate 24, so that certain areas in the channel are formed. are located parallel to each other. Then, the electrolyte applied to the inlet of the serpentine channel 25-1 formed on one surface of the porous electrode 23 flows and is discharged along the formed channel pattern to the outlet. At this time, as shown in (c), the electrolyte flowing into the sand-shaped flow channel 25-1 not only flows along the channel pattern, but also flows through the open side of the sand-shaped flow channel 25-1 to the electrode 23. flows into. Accordingly, the electrolyte flows through the electrode 23 in the rib section between channel regions located adjacent to each other and can be transferred to other regions on the flow channel 25-1.

그리고 도 2의 (b) 및 (d)에 도시된 바와 같이, 깍지형 유로 채널은 빗(comb) 형상의 패턴을 갖는 2개의 유로 채널(25-2, 25-3)이 서로 맞물리는 패턴으로 형성되어, 2개의 유로 채널(25-2, 25-3)의 빗 형상에서 빗살이 서로 교대하여 위치하는 패턴으로 구성된다. 여기서 입력 유로 채널(25-2)에는 주입구(inlet)가 형성되어 전해질이 유입되고, 출력 유로 채널(25-3)에는 배출구(outlet)가 형성된다. 따라서 (d)에 도시된 바와 같이, 입력 유로 채널(25-2)로 공급된 전해질은 전극(23)을 통해 출력 유로 채널(25-3)로 공급되어 다시 배출된다.And as shown in Figures 2 (b) and (d), the pod-shaped flow channel is a pattern in which two flow channels (25-2, 25-3) having a comb-shaped pattern are engaged with each other. It is formed in a pattern in which the comb teeth of the two flow channels 25-2 and 25-3 are positioned alternately. Here, an inlet is formed in the input flow channel 25-2 through which electrolyte flows, and an outlet is formed in the output flow channel 25-3. Therefore, as shown in (d), the electrolyte supplied to the input flow channel 25-2 is supplied to the output flow channel 25-3 through the electrode 23 and discharged again.

따라서 사형 유로 채널(25-1)에서는 전해질이 유로 채널(25-1)의 주입구로부터 배출구로 채널을 따라 흐르는 동안 전극(23)으로 유입되므로 일부 전해질이 전극(23)으로 유입되는 반면, 깍지형 유로 채널(25-2, 25-3)에서는 주입구가 형성된 입력 유로 채널(25-2)과 배출구가 형성된 출력 유로 채널(25-3)이 분리된 구조를 가지고 있으므로, 전해질은 다공성 전극(23)을 통해서 입력 유로 채널(25-2)로부터 출력 유로 채널(25-3)로 전달되는 구조를 갖는다.Accordingly, in the sand-shaped flow channel 25-1, the electrolyte flows into the electrode 23 while flowing along the channel from the inlet to the outlet of the flow channel 25-1, so some electrolyte flows into the electrode 23, whereas in the pod-shaped channel 25-1, some electrolyte flows into the electrode 23. In the flow channels 25-2 and 25-3, the input flow channel 25-2 with an inlet and the output flow channel 25-3 with an outlet have a separate structure, so the electrolyte is formed in the porous electrode 23. It has a structure in which it is transmitted from the input flow channel 25-2 to the output flow channel 25-3.

도 3은 유로 채널 패턴의 다른 예를 나타낸다.Figure 3 shows another example of a flow channel pattern.

상기한 바와 같이, 최근에는 고출력 대용량 레독스 흐름 전지가 요구됨에 따라 단위 셀 자체의 면적이 크게 증가하며, 이로 인해 전해질을 도 2의 (a) 및 (b)와 같이 유로 채널을 형성하더라도 전극(23)의 일면 전체에 전해질이 균등하게 공급되지 않으며, 전해질의 안정적인 공급을 위해 압력이 증가되어야 하는 문제가 있다. 이러한 문제를 해소하기 위해 도 3의 (a) 내지 (c)에서는 분기(branch) 패턴을 도입하였다. 도 3에서 (a)는 도 2의 (a)와 같이 사형 유로 채널이 형성된 경우로서, 여기서는 3개의 사형 유로 채널(A, B, C)이 형성되었으며, 3개의 사형 유로 채널(A, B, C)은 주입구와 배출구를 공유한다. 이때 사형 유로 채널(A, B, C)의 입구는 주입구에서 곧바로 분기되었으나, 출구는 2개의 사형 유로 채널(A, B)의 출구가 먼저 결합된 이후, 나머지 사형 유로 채널(C)의 출구와 결합되는 구조를 갖는다.As mentioned above, in recent years, as high-output and large-capacity redox flow batteries have been required, the area of the unit cell itself has increased significantly. As a result, even if the electrolyte forms a flow channel as shown in (a) and (b) of Figure 2, the electrode ( There is a problem that the electrolyte is not supplied equally to the entire surface of 23), and the pressure must be increased to ensure a stable supply of the electrolyte. To solve this problem, a branch pattern was introduced in Figures 3 (a) to (c). In Figure 3 (a) is a case in which a sand-shaped flow channel is formed as in Figure 2 (a). Here, three sand-shaped flow channels (A, B, C) are formed, and three sand-shaped flow channels (A, B, C) shares the inlet and outlet. At this time, the inlets of the sandy conduit channels (A, B, C) branched directly from the inlet, but the outlets were connected first to the outlets of the two sandy conduit channels (A, B), and then connected to the outlets of the remaining sandy conduit channels (C). It has a combined structure.

도 3에서 (b)와 (c)는 모두 도 2의 (b)와 같은 깍지형 유로 채널이 형성된 경우를 나타낸다. (b)에서는 양측단에 위치하는 2개의 메인 입력 채널을 통해 전해질이 유입되고, (c)에서는 상단에 위치하는 메인 입력 채널을 통해 전해질이 유입되어 1차 입력 분기 채널로 전달된다. 그리고 1차 입력 분기 채널로 유입된 전해질은 다시 2차 입력 분기 채널로 전달된다. 2차 입력 분기 채널로 유입된 전해질은 전극(23)을 통해 2차 출력 분기 채널로 전달되고, 2차 출력 분기 채널로 전달된 전해질은 1차 출력 분기 채널을 통해 메인 출력 채널로 인가되어 배출구로 배출된다. 이때 1차 입력 및 출력 채널은 2차 입력 및 출력 분기 채널보다 큰 단면적을 가지며, 메인 입력 및 출력 채널은 1차 입력 및 출력 분기 채널보다 큰 단면적을 갖도록 형성되어 전해질이 유로 채널의 모든 경로에서 가급적 균일하게 흐를 수 있도록 한다.In FIG. 3 , (b) and (c) both show cases where pod-shaped flow channels such as (b) in FIG. 2 are formed. In (b), electrolyte flows in through the two main input channels located at both ends, and in (c), electrolyte flows in through the main input channel located at the top and is delivered to the first input branch channel. And the electrolyte flowing into the first input branch channel is again transferred to the second input branch channel. The electrolyte flowing into the secondary input branch channel is delivered to the secondary output branch channel through the electrode 23, and the electrolyte delivered to the secondary output branch channel is applied to the main output channel through the primary output branch channel and is discharged to the outlet. is discharged. At this time, the primary input and output channels have a larger cross-sectional area than the secondary input and output branch channels, and the main input and output channels are formed to have a larger cross-sectional area than the primary input and output branch channels so that the electrolyte flows through all paths of the flow channel as much as possible. Make sure it flows evenly.

도 3과 같은 바이폴라 플레이트(24)에 형성되는 유로 채널의 분기 패턴은 낮은 압력에서도 전극(23)의 전체 영역에 전해질이 고르게 유입되도록 하여 흐름 전지의 에너지 효율이 향상되도록 한다. 그러나 스택(20)의 단위 셀 면적이 크게 증가하게 되면, 분기 패턴을 이용하더라도 분기된 유로 채널 각각의 크기가 증가하여 위치별로 전해질의 압력차와 농도차가 발생하여 에너지 효율이 낮아질 수 있다. 또한 전해질의 분배 및 취합을 위한 분기 채널의 패턴 설계가 복잡해지게 되어 전해질을 전극으로 균일하게 분배하기 어렵게 된다. 이는 유로 채널이 도 2 및 도 3과 같이 바이폴라 플레이트(24)의 단일면 상에만 형성됨에 따라 분기 경로가 서로 중첩되지 않도록 설계되어야 하기 때문이다.The branching pattern of the flow channel formed in the bipolar plate 24 as shown in FIG. 3 allows electrolyte to flow evenly into the entire area of the electrode 23 even at low pressure, thereby improving the energy efficiency of the flow battery. However, if the unit cell area of the stack 20 increases significantly, even if a branching pattern is used, the size of each branched flow channel increases, causing pressure and concentration differences in the electrolyte at each location, which may lower energy efficiency. Additionally, the pattern design of the branch channels for distributing and collecting the electrolyte becomes complicated, making it difficult to uniformly distribute the electrolyte to the electrodes. This is because the flow channel is formed only on a single surface of the bipolar plate 24 as shown in FIGS. 2 and 3, so the branch paths must be designed so that they do not overlap each other.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유로 채널이 형성된 바이폴라 플레이트의 일 예를 나타내고, 도 5는 도 4의 바이폴라 플레이트에서 분배층과 유로층을 설명하기 위한 단면도를 나타낸다.Figure 4 shows an example of a bipolar plate with a flow channel formed therein according to an embodiment of the present invention, and Figure 5 shows a cross-sectional view for explaining the distribution layer and the flow path layer in the bipolar plate of Figure 4.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 바이폴라 플레이트(24) 또한 전극(23)에 결합된다. 그러나 본 실시예의 바이폴라 플레이트(24)는 일면측에 유로 채널(311)이 형성되는 유로층(310)과 바이폴라 플레이트(24)의 일면과 타면 사이에서 유로층(310)과 기지정된 간격으로 이격되어 분배 채널(311)이 형성되는 분배층(320)으로 구분될 수 있다.Referring to Figures 4 and 5, the bipolar plate 24 according to this embodiment is also coupled to the electrode 23. However, the bipolar plate 24 of the present embodiment is spaced apart from the flow path layer 310 on which the flow channel 311 is formed on one side and the flow path layer 310 at a predetermined interval between one side and the other side of the bipolar plate 24. It may be divided into a distribution layer 320 in which a distribution channel 311 is formed.

유로층(310)에 형성되는 유로 채널(311)은 기존과 마찬가지로 바이폴라 플레이트(24)의 일면에서 전극 방향으로 개방된 홈의 형태로 형성된다. 이때 유로 채널(251)은 서로 구분되고 분산되어 다수개로 형성된다. 즉 본 실시예에서 서로 구분된 다수의 유로 채널(311)이 바이폴라 플레이트(24)의 일면에 분산되어 형성된다. 도 4에서는 일 예로 3개의 사형 유로 채널(311)이 형성된 경우를 도시하였으나, 유로 채널(311)의 개수와 패턴 형상을 제한되지 않으므로 깍지형 유로 채널이나 다른 패턴의 유로 채널로도 형성될 수도 있다. 다만 다수의 유로 채널(311)이 서로 상이한 패턴 형상으로 형성되는 경우, 전극(23)의 각 영역에 전해질을 균일하게 공급하기 어려우므로, 도 4와 같이 다수의 유로 채널(311)이 동일 패턴 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.The flow channel 311 formed in the flow path layer 310 is formed in the form of a groove open in the electrode direction on one side of the bipolar plate 24, as before. At this time, the flow channels 251 are separated from each other and dispersed to form a plurality. That is, in this embodiment, a plurality of distinct flow channels 311 are distributed and formed on one surface of the bipolar plate 24. Figure 4 shows an example in which three shaped flow channels 311 are formed, but since the number and pattern shape of the flow channels 311 are not limited, they may also be formed as pod-shaped flow channels or other patterned flow channels. . However, when the plurality of flow channels 311 are formed in different pattern shapes, it is difficult to uniformly supply electrolyte to each area of the electrode 23, so as shown in FIG. 4, the plurality of flow channels 311 are formed in the same pattern shape. It is preferable to be formed as

그리고 다수의 유로 채널(311) 각각에서 일단은 전해질을 공급받는 입력단이고 타단은 전해질을 배출하는 출력단이며, 본 실시예에서 다수의 유로 채널(311)의 입력단과 출력단은 유로층(310)에서 바이폴라 플레이트(24)의 측면으로 연결되지 않는다. 즉 유로층(310)에서 다수의 유로 채널(311) 각각은 서로 완전히 분리되고 폐쇄된 독립 구조를 가지는 대신 유로층(310)과 분배층(320) 사이에 형성되는 제1 및 제2 층간 유로(331, 332)의 일단에 연결된다.And in each of the plurality of flow channels 311, one end is an input end that receives electrolyte and the other end is an output end that discharges electrolyte. In this embodiment, the input end and output end of the plurality of flow channels 311 are bipolar in the flow path layer 310. It is not connected to the side of the plate (24). That is, in the flow path layer 310, each of the plurality of flow channels 311 is completely separated from each other and has a closed, independent structure, but instead has first and second interlayer flow paths formed between the flow path layer 310 and the distribution layer 320 ( 331, 332).

한편, 분배층(320)에는 일단에 형성된 주입구로 유입된 전해질을 다수의 유로 채널(311) 각각으로 분배하기 위한 제1 분배로(321)와 다수의 유로 채널(311)에서 유출되는 전해질을 취합하여 일단에 형성된 배출구로 배출하기 위한 제2 분배로(322)가 형성된다. 제1 분배로(321)는 분배층(320)내에서 다수의 유로 채널(311) 각각의 입력단의 위치에 대응하는 위치를 지나는 패턴으로 형성되고, 제2 분배로(322)는 다수의 유로 채널(311) 각각의 출력단의 위치에 대응하는 위치를 지나는 패턴으로 형성된다.Meanwhile, the distribution layer 320 has a first distribution passage 321 for distributing the electrolyte flowing into the injection port formed at one end to each of the plurality of flow channels 311 and collects the electrolyte flowing out from the plurality of flow channels 311. Thus, a second distribution passage 322 is formed for discharging to an outlet formed at one end. The first distribution path 321 is formed in a pattern passing through positions corresponding to the positions of the input terminals of each of the plurality of flow channels 311 within the distribution layer 320, and the second distribution path 322 is formed of a plurality of flow channels 311. (311) It is formed in a pattern that passes through positions corresponding to the positions of each output terminal.

한편 다수의 제1 층간 유로(331) 각각은 유로층(310)과 분배층(320)을 관통하여 다수의 유로 채널(311) 중 대응하는 유로 채널의 입력단과 제1 분배로(321)를 연결하도록 형성된다. 그리고 다수의 제2 층간 유로(332) 각각 또한 유로층(310)과 분배층(320)을 관통하여 다수의 유로 채널(311) 중 대응하는 유로 채널의 출력단과 제2 분배로(322)를 연결하도록 형성된다. 이때 다수의 층간 유로(331, 332)는 도 4에 도시된 바와 같이 유로층(310)과 분배층(320)을 수직 방향으로 관통하도록 형성될 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일 예로 다수의 층간 유로(331, 332)는 유로 채널(311)과 분배로(311, 322) 사이에서 전해질이 더 용이하게 흐를 수 있도록, 다수의 층간 유로(331, 332)가 유로층(310)과 분배층(320) 사이에 일정한 기울기를 갖고 형성될 수도 있다.Meanwhile, each of the plurality of first interlayer flow paths 331 penetrates the flow path layer 310 and the distribution layer 320 to connect the input terminal of the corresponding flow channel among the plurality of flow channels 311 and the first distribution path 321. formed to do so. And each of the plurality of second interlayer flow paths 332 also penetrates the flow path layer 310 and the distribution layer 320 to connect the output end of the corresponding flow channel among the plurality of flow channels 311 and the second distribution path 322. formed to do so. At this time, the plurality of interlayer flow paths 331 and 332 may be formed to vertically pass through the flow path layer 310 and the distribution layer 320 as shown in FIG. 4, but is not limited thereto. As an example, a plurality of interlayer flow paths (331, 332) are connected to the flow path (310) so that the electrolyte can flow more easily between the flow channel (311) and the distribution path (311, 322). ) and the distribution layer 320 may be formed with a constant slope.

본 실시예에서 바이폴라 플레이트(24)는 전극(23)으로 전해질을 공급 및 회수하는 다수의 유로 채널(311)과 다수의 유로 채널(311)로 주입구로 유입된 전해질을 공급하고, 다수의 유로 채널(311)에서 회수된 전해질을 배출구로 배출하는 분배로(321, 322)가 각각 유로층(310)과 분배층(320)의 서로 다른 층에 형성되는 3차원 구조를 갖는다. 따라서 분배로(321, 322)가 유로 채널(311)의 패턴에 구해받지 않는 분배층(320)에 형성되므로, 다수의 유로 채널(311) 또한 전해질의 분배 및 회수 경로를 고려하지 않고 패턴 및 배치 위치가 자유롭게 조절될 수 있다. 그러므로 전극(23)으로 전해질을 균일하게 공급할 수 있는 다양한 패턴으로 유로 채널(311)을 형성할 수 있다.In this embodiment, the bipolar plate 24 supplies the electrolyte flowing into the inlet to a plurality of flow channels 311 for supplying and recovering electrolyte to the electrode 23 and a plurality of flow channels 311. The distribution channels 321 and 322 that discharge the electrolyte recovered from 311 to the outlet have a three-dimensional structure formed in different layers of the flow path layer 310 and the distribution layer 320, respectively. Therefore, since the distribution channels 321 and 322 are formed in the distribution layer 320 that is not determined by the pattern of the flow channel 311, the plurality of flow channels 311 are also patterned and arranged without considering the distribution and recovery path of the electrolyte. The position can be freely adjusted. Therefore, the flow channel 311 can be formed in various patterns that can uniformly supply electrolyte to the electrode 23.

그리고 유로 채널(311)이 도 3의 (b) 또는 (c)와 같이 분기 패턴을 갖는 깍지형 유로 채널로 형성되는 경우, 분배층(320)에는 메인 입력 채널과 메인 출력 채널이 형성되고, 유로층(310)에는 종단 분기 채널인 2차 입력 및 출력 분기 채널이 형성될 수 있다. 그리고 1차 입력 및 출력 분기 채널과 같이 중간 분기 채널은 유로층(310)이나 분배층(320) 중 하나에 형성될 수 있다. 즉 중간 분기 채널의 위치는 설계의 편의를 고려하여 유로층(310) 또는 분배층(320)에 형성될 수 있다.In addition, when the flow channel 311 is formed as a pod-shaped flow channel with a branching pattern as shown in (b) or (c) of FIG. 3, a main input channel and a main output channel are formed in the distribution layer 320, and the flow channel Secondary input and output branch channels, which are terminal branch channels, may be formed in the layer 310. And, like the primary input and output branch channels, the intermediate branch channels may be formed in either the flow path layer 310 or the distribution layer 320. That is, the location of the intermediate branch channel may be formed in the flow path layer 310 or the distribution layer 320 in consideration of design convenience.

도 6은 다수의 단위 셀이 적층된 스택에서 분배층과 유로층의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.Figure 6 is a diagram for explaining the arrangement structure of the distribution layer and flow path layer in a stack in which multiple unit cells are stacked.

도 6에서는 스택(200)에 2개의 단위 셀(C1, C2)이 적층된 경우를 도시하였다. 도 6에 나타난 바와 같이, 2개의 단위 셀(C1, C2) 각각은 이온 교환막(21)을 가운데 두고 양쪽에 전극(23)과 바이폴라 플레이트(24)가 배치된다. 그리고 각 바이폴라 플레이트(24)에서 전극 방향 일면의 유로층(310)에는 다수의 유로 채널(311)이 형성되고, 바이폴라 플레이트(24) 내에서 유로층(310)과 이격된 분배층(320)에는 각각 일단에 바이폴라 플레이트(24)의 측방향으로 개방된 주입구 또는 배출구가 형성된 제1 및 제2 분배로(321, 322)가 형성된다. 제1 및 제2 분배로(321, 322)는 각각 층간 유로(331, 332)를 통해 다수의 유로 채널(311)의 입력단 또는 출력단에 연결된다.FIG. 6 shows a case where two unit cells C1 and C2 are stacked in the stack 200. As shown in FIG. 6, each of the two unit cells C1 and C2 has an ion exchange membrane 21 in the center, and electrodes 23 and bipolar plates 24 are disposed on both sides. In addition, in each bipolar plate 24, a plurality of flow channels 311 are formed in the flow path layer 310 on one side toward the electrode, and in the distribution layer 320 spaced apart from the flow path layer 310 within the bipolar plate 24. First and second distribution passages 321 and 322 are formed at one end of each of which has an inlet or outlet that is open laterally of the bipolar plate 24. The first and second distribution channels 321 and 322 are connected to the input or output terminals of the plurality of flow channels 311 through interlayer flow paths 331 and 332, respectively.

다수의 유로 채널(311)은 전극 방향으로 개방되어 있으므로, 유입된 전해질을 전극(23) 방향으로 용이하게 공급할 수 있다. 그러나 제1 및 제2 분배로(321, 322)는 바이폴라 플레이트(24)의 내부에 형성되므로, 유입된 전해질이 인접한 단위 셀(C1, C2)로 유입되지는 않는다. 따라서 도 6에 도시된 바와 같이, 스택(20)에 다수의 단위 셀(C1, C2)이 적층되더라도, 다수의 단위 셀(C1, C2)은 각각 개별적으로 전해질이 공급 및 회수되어 순환되는 독립 전력 발생 소자로 동작할 수 있따.Since the plurality of flow channels 311 are open in the direction of the electrode, the introduced electrolyte can be easily supplied in the direction of the electrode 23. However, since the first and second distribution channels 321 and 322 are formed inside the bipolar plate 24, the introduced electrolyte does not flow into the adjacent unit cells C1 and C2. Therefore, as shown in FIG. 6, even if a plurality of unit cells C1 and C2 are stacked in the stack 20, the plurality of unit cells C1 and C2 are independent power sources in which electrolyte is individually supplied and recovered and circulated. It can operate as a generating element.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유로 채널이 형성된 바이폴라 플레이트의 다른 예를 나타낸다. 도 8은 도 7의 바이폴라 플레이트에 형성된 유로 채널의 유로 패턴을 설명하기 위한 유로층의 단면도를 나타낸다.Figure 7 shows another example of a bipolar plate with flow channels formed according to an embodiment of the present invention. FIG. 8 shows a cross-sectional view of the flow path layer for explaining the flow path pattern of the flow channel formed in the bipolar plate of FIG. 7.

도 4 및 도 5에서는 바이폴라 플레이트(24)에 3개의 유로 채널(311)이 형성된데 반해, 도 7 및 도 8에서는 바이폴라 플레이트(24)에 상대적으로 더 작은 크기를 갖는 6개의 유로 채널(411)이 형성되었다. 이와 같이 작은 크기의 유로 채널(411)을 다수로 배치하는 경우, 큰 크기의 유로 채널(311)에 비해 상대적으로 낮은 압력으로도 전해질을 용이하게 공급할 수 있어, 위치간 압력 불균형이 저감되어 전해질을 전극(23)으로 더욱 균등하게 공급할 수 있다.In FIGS. 4 and 5, three flow channels 311 are formed in the bipolar plate 24, whereas in FIGS. 7 and 8, six flow channels 411 with relatively smaller sizes are formed in the bipolar plate 24. was formed. When a large number of small-sized flow channels 411 are arranged in this way, the electrolyte can be easily supplied even at a relatively low pressure compared to the large-sized flow channel 311, and the pressure imbalance between locations is reduced, thereby reducing the electrolyte. It can be supplied more evenly to the electrode 23.

도 2 및 도 3의 유로 채널의 경우, 대면적의 전극(23)으로 전해질을 공급하기 위해서는 분배 경로 설계의 한계로 인해, 다수의 유로 채널에 전해질을 균등하게 공급하기 어려우므로 유로 채널의 크기가 증가되어야 한다. 그러나 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 바이폴라 플레이트(24)에서는 분배로(421, 422)가 유로 채널이 형성되는 유로층(310)과 상이한 분배층(320)에 별도로 다양한 패턴으로 형성될 수 있으므로, 유로 채널(411)의 개수와 배치 위치 또한 자유롭게 조절될 수 있다. 이에 낮은 압력에서도 전해질이 용이하게 유로 채널(411)을 통해 전극으로 공급될 수 있도록 다수의 유로 채널(411) 각각의 크기를 소형화하는 대신 유로 채널의 개수를 증가시킬 수 있다. 또한 분배 경로에 따라 다수의 유로 채널(411)의 입력단과 출력단의 위치를 조절할 필요가 없어, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 다수의 유로 채널(411)을 모두 동일한 패턴으로 설계할 수 있으므로 패턴 설계의 용이성이 향상된다.In the case of the flow channels of FIGS. 2 and 3, in order to supply electrolyte to the large-area electrode 23, it is difficult to evenly supply electrolyte to multiple flow channels due to limitations in the distribution path design, so the size of the flow channels must be adjusted accordingly. must be increased. However, as shown in FIG. 7, in the bipolar plate 24 of this embodiment, the distribution paths 421 and 422 may be formed in various patterns separately in the distribution layer 320, which is different from the flow path layer 310 in which the flow channel is formed. Therefore, the number and arrangement position of the flow channels 411 can also be freely adjusted. Accordingly, instead of reducing the size of each of the plurality of flow channels 411, the number of flow channels can be increased so that the electrolyte can be easily supplied to the electrode through the flow channels 411 even at low pressure. In addition, there is no need to adjust the positions of the input and output terminals of the multiple flow channels 411 according to the distribution path, so as shown in FIGS. 7 and 8, the multiple flow channels 411 can all be designed in the same pattern. Therefore, the ease of pattern design is improved.

다만 동일하게 분배층(320)에 형성되는 제1 분배로(421)와 제2 분배로(422)는 교차되지 않도록 설계되어야 하며, 이에 도 7에서는 일 예로 제1 분배로(421)와 제2 분배로(422)가 각각 "ㄷ" 자형 패턴으로 형성되는 것으로 도시하였다. 여기서도 제1 분배로(421)와 제2 분배로(422) 각각의 일단에는 바이폴라 플레이트(24)의 측면 방향으로 개방되는 주입구 또는 배출구가 형성된다.However, the first distribution passage 421 and the second distribution passage 422 equally formed in the distribution layer 320 must be designed so as not to intersect. Accordingly, in FIG. 7, as an example, the first distribution passage 421 and the second distribution passage 422 are formed. The distribution channels 422 are shown as being formed in a “L” shaped pattern. Here too, an inlet or outlet opening that opens toward the side of the bipolar plate 24 is formed at one end of each of the first and second distribution passages 421 and 422.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached claims.

11, 12: 탱크 13: 양극액
14: 음극액 15, 16: 펌프
17: 부하 20: 스택
21: 이온 교환막 22: 프레임
23: 전극 24: 바이폴라 플레이트
25: 유로 채널 26: 집전체
27: 종단 플레이트 310: 유로층
320: 분배층 311, 411: 유로 채널
321, 421: 제1 분배로 322, 422: 제2 분배로
331, 431: 제1 층간 유로 332, 432: 제2 층간 유로
11, 12: Tank 13: Anolyte
14: catholyte 15, 16: pump
17: load 20: stack
21: ion exchange membrane 22: frame
23: electrode 24: bipolar plate
25: Euro Channel 26: All House
27: end plate 310: flow layer
320: Distribution layer 311, 411: Euro channel
321, 421: first distribution path 322, 422: second distribution path
331, 431: first inter-layer flow path 332, 432: second inter-layer flow path

Claims (19)

흐름 전지용 스택에 포함되는 바이폴라 플레이트에 있어서,
스택 내의 전극 방향 일면측의 유로층에서 각각 일면 방향이 개방된 패턴을 가짐으로써 전해질이 흐르는 경로를 형성하는 다수의 유로 채널;
상기 유로층과 기지정된 간격만큼 이격된 분배층에서 상기 다수의 유로 채널의 배치 위치에 따른 위치에 형성되어 상기 다수의 유로 채널로 유입되거나 상기 다수의 유로 채널에서 배출되는 전해질을 외부에서 공급받거나 외부로 배출하는 2개의 분배로; 및
상기 분배층에 형성된 2개의 분배로 각각과 상기 유로층에 형성된 다수의 유로 채널의 입력단과 출력단을 각각 연결하는 다수의 층간 유로를 포함하는 바이폴라 플레이트.
In the bipolar plate included in the flow battery stack,
A plurality of flow channels forming a path through which electrolyte flows by having a pattern in which one side is open in the flow path layer on one side of the electrode in the stack;
It is formed at a position according to the arrangement position of the plurality of flow channels in the distribution layer spaced apart from the flow path layer by a predetermined distance, and receives the electrolyte flowing into or discharged from the plurality of flow channels from the outside. Two distribution channels discharge into; and
A bipolar plate including two distribution channels formed in the distribution layer and a plurality of interlayer flow paths connecting input and output ends of a plurality of flow channels formed in the flow path layer.
제1항에 있어서, 상기 2개의 분배로는
일단이 상기 바이폴라 플레이트의 측면 방향으로 개방되어 주입구가 형성되고, 상기 다수의 유로 채널의 입력단에 대응하는 위치를 지나는 패턴으로 형성되는 제1 분배로; 및
일단이 상기 바이폴라 플레이트의 측면 방향으로 개방되어 배출구가 형성되고, 상기 다수의 유로 채널의 출력단에 대응하는 위치를 지나도록 형성되는 제2 분배로를 포함하는 바이폴라 플레이트.
The method of claim 1, wherein the two distributions are
a first distribution path having one end open toward the side of the bipolar plate to form an injection port and formed in a pattern passing through positions corresponding to input ends of the plurality of flow channels; and
A bipolar plate, one end of which is open toward the side of the bipolar plate to form an outlet, and a second distribution passage formed to pass through a position corresponding to an output end of the plurality of flow channels.
제2항에 있어서, 상기 다수의 층간 유로는
상기 제1 분배로와 상기 다수의 유로 채널 각각의 입력단을 연결하도록 형성되어, 상기 제1 분배로로 유입된 전해질을 상기 다수의 유로 채널 각각으로 공급하는 다수의 제1 층간 유로; 및
상기 제2 분배로와 상기 다수의 유로 채널 각각의 출력단을 연결하도록 형성되어, 상기 다수의 유로 채널 각각에서 회수되는 전해질을 상기 제2 분배로로 전달하는 다수의 제2 층간 유로를 포함하는 바이폴라 플레이트.
The method of claim 2, wherein the plurality of interlayer flow paths are
a plurality of first interlayer flow paths formed to connect input terminals of the first distribution path and each of the plurality of flow channels to supply electrolyte flowing into the first distribution path to each of the plurality of flow channels; and
A bipolar plate including a plurality of second interlayer flow paths formed to connect the second distribution path and output terminals of each of the plurality of flow channels and transferring the electrolyte recovered from each of the plurality of flow channels to the second distribution path. .
제3항에 있어서, 상기 다수의 유로 채널은
기지정된 동일한 패턴으로 형성되어 상기 바이폴라 플레이트의 일면 상에 균등하게 분산 배치되는 바이폴라 플레이트.
The method of claim 3, wherein the plurality of flow channels are
A bipolar plate formed in the same predetermined pattern and evenly distributed on one surface of the bipolar plate.
제3항에 있어서, 상기 다수의 유로 채널 각각은
일단의 입력단이 상기 제1 층간 유로에 연결되고, 타단의 출력단이 상기 제2 층간 유로에 연결되어, 상기 제1 분배로를 통해 공급된 전해질을 인가받고, 전해질을 제2 분배로로 배출하는 단일 채널이 반복적으로 벤딩된 지그재그 패턴을 갖는 사형 유로 채널(Serpentine flow channel)로 형성되는 바이폴라 플레이트.
The method of claim 3, wherein each of the plurality of flow channels is
One input end is connected to the first interlayer flow path, and the other end is connected to the second interlayer flow path, so as to receive the electrolyte supplied through the first distribution passage and discharge the electrolyte into the second distribution passage. A bipolar plate formed by serpentine flow channels in which the channels have a zigzag pattern of repeated bends.
제2항에 있어서, 상기 다수의 유로 채널 각각은
상기 제1 분배로를 통해 공급된 전해질을 인가받는 다수의 제1 유로 채널과 상기 전극을 통해 유입된 전해질을 상기 제2 분배로로 배출하는 제2 유로 채널이 서로 이격되어 교대로 배치된 패턴을 갖는 깍지형 유로 채널(Interdigitated flow channel)로 형성되는 바이폴라 플레이트.
The method of claim 2, wherein each of the plurality of flow channels is
A plurality of first flow channels that receive the electrolyte supplied through the first distribution passage and second flow channels that discharge the electrolyte introduced through the electrode into the second distribution passage are spaced apart from each other and are arranged in an alternating pattern. A bipolar plate formed with interdigitated flow channels.
제3항에 있어서, 상기 다수의 층간 유로 각각은
상기 분배층과 상기 유로층 사이에서 기지정된 기울기를 갖고 형성되는 바이폴라 플레이트.
The method of claim 3, wherein each of the plurality of interlayer flow paths is
A bipolar plate formed with a predetermined slope between the distribution layer and the flow path layer.
흐름 전지용 스택에 있어서,
이온 교환막;
상기 이온 교환막의 양측에 배치되어 전해질이 공급되면, 공급된 전해질의 화학 반응을 발생시키는 2개의 전극; 및
상기 2개의 전극 각각의 일면에 배치되어 전해질 순환 경로에서 전송된 전해질을 대응하는 전극으로 공급하고, 대응하는 전극에서 회수되는 전해질을 순환 경로로 배출하는 2개의 바이폴라 플레이트를 각각 포함하는 적어도 하나의 단위셀이 적층되어 구현되고,
상기 2개의 바이폴라 플레이트 각각은
전극 방향 일면측의 유로층에서 각각 일면 방향이 개방된 패턴을 가짐으로써 전해질이 흐르는 경로를 형성하는 다수의 유로 채널;
상기 유로층과 기지정된 간격만큼 이격된 분배층에서 상기 다수의 유로 채널의 배치 위치에 따른 위치에 형성되어 상기 다수의 유로 채널로 유입되거나 상기 다수의 유로 채널에서 배출되는 전해질을 외부에서 공급받거나 외부로 배출하는 2개의 분배로; 및
상기 분배층에 형성된 2개의 분배로 각각과 상기 유로층에 형성된 다수의 유로 채널의 입력단과 출력단을 각각 연결하는 다수의 층간 유로를 포함하는 흐름 전지용 스택.
In the stack for flow batteries,
Ion exchange membrane;
two electrodes disposed on both sides of the ion exchange membrane to generate a chemical reaction of the supplied electrolyte when electrolyte is supplied; and
At least one unit each including two bipolar plates disposed on one side of each of the two electrodes to supply electrolyte transferred from the electrolyte circulation path to the corresponding electrode and discharge electrolyte recovered from the corresponding electrode to the circulation path. The cells are stacked and implemented,
Each of the two bipolar plates is
A plurality of flow channels forming a path through which electrolyte flows by having a pattern in which one side is open in the flow path layer on one side in the direction of the electrode;
It is formed at a position according to the arrangement position of the plurality of flow channels in the distribution layer spaced apart from the flow path layer by a predetermined distance, and receives the electrolyte flowing into or discharged from the plurality of flow channels from the outside. Two distribution channels discharge into; and
A stack for a flow battery comprising a plurality of interlayer flow paths connecting each of the two distribution channels formed in the distribution layer and the input and output ends of a plurality of flow channels formed in the flow path layer.
제8항에 있어서, 상기 2개의 분배로는
일단이 상기 바이폴라 플레이트의 측면 방향으로 개방되어 주입구가 형성되고, 상기 다수의 유로 채널의 입력단에 대응하는 위치를 지나는 패턴으로 형성되는 제1 분배로; 및
일단이 상기 바이폴라 플레이트의 측면 방향으로 개방되어 배출구가 형성되고, 상기 다수의 유로 채널의 출력단에 대응하는 위치를 지나도록 형성되는 제2 분배로를 포함하는 흐름 전지용 스택.
The method of claim 8, wherein the two distributions are
a first distribution path having one end open toward the side of the bipolar plate to form an injection port and formed in a pattern passing through positions corresponding to input ends of the plurality of flow channels; and
A stack for a flow battery including a second distribution path, one end of which is open toward the side of the bipolar plate to form an outlet, and which is formed to pass through a position corresponding to an output end of the plurality of flow channels.
제9항에 있어서, 상기 다수의 층간 유로는
상기 제1 분배로와 상기 다수의 유로 채널 각각의 입력단을 연결하도록 형성되어, 상기 제1 분배로로 유입된 전해질을 상기 다수의 유로 채널 각각으로 공급하는 다수의 제1 층간 유로; 및
상기 제2 분배로와 상기 다수의 유로 채널 각각의 출력단을 연결하도록 형성되어, 상기 다수의 유로 채널 각각에서 회수되는 전해질을 상기 제2 분배로로 전달하는 다수의 제2 층간 유로를 포함하는 흐름 전지용 스택.
The method of claim 9, wherein the plurality of interlayer flow paths are
a plurality of first interlayer flow paths formed to connect input terminals of the first distribution path and each of the plurality of flow channels to supply electrolyte flowing into the first distribution path to each of the plurality of flow channels; and
For a flow battery comprising a plurality of second interlayer flow paths formed to connect the second distribution path and an output terminal of each of the plurality of flow channels and transferring the electrolyte recovered from each of the plurality of flow channels to the second distribution path. stack.
제10항에 있어서, 상기 다수의 유로 채널은
기지정된 동일한 패턴으로 형성되어 상기 바이폴라 플레이트의 일면 상에 균등하게 분산 배치되는 흐름 전지용 스택.
The method of claim 10, wherein the plurality of flow channels are
A stack for flow batteries formed in the same predefined pattern and evenly distributed on one surface of the bipolar plate.
제10항에 있어서, 상기 다수의 유로 채널 각각은
일단의 입력단이 상기 제1 층간 유로에 연결되고, 타단의 출력단이 상기 제2 층간 유로에 연결되어, 상기 제1 분배로를 통해 공급된 전해질을 인가받고, 전해질을 제2 분배로로 배출하는 단일 채널이 반복적으로 벤딩된 지그재그 패턴을 갖는 사형 유로 채널로 형성되는 흐름 전지용 스택.
The method of claim 10, wherein each of the plurality of flow channels is
One input end is connected to the first interlayer flow path, and the other end is connected to the second interlayer flow path, so as to receive the electrolyte supplied through the first distribution passage and discharge the electrolyte into the second distribution passage. A stack for a flow cell formed of sand flow channels with a zigzag pattern in which the channels are repeatedly bent.
제9항에 있어서, 상기 다수의 유로 채널 각각은
상기 제1 분배로를 통해 공급된 전해질을 인가받는 다수의 제1 유로 채널과 상기 전극을 통해 유입된 전해질을 상기 제2 분배로로 배출하는 제2 유로 채널이 서로 이격되어 교대로 배치된 패턴을 갖는 깍지형 유로 채널로 형성되는 흐름 전지용 스택.
The method of claim 9, wherein each of the plurality of flow channels is
A plurality of first flow channels that receive the electrolyte supplied through the first distribution passage and second flow channels that discharge the electrolyte introduced through the electrode into the second distribution passage are spaced apart from each other and are arranged in an alternating pattern. A stack for a flow battery formed with interdigitated flow channels.
양극액의 전해질과 음극액의 전해질을 각각 저장하는 2개의 탱크;
이온 교환막과 상기 이온 교환막의 양측에 배치되어 상기 2개의 탱크로부터 전해질이 공급되면, 공급된 전해질의 화학 반응을 발생시키는 2개의 전극 및 상기 2개의 전극 각각의 일면에 배치되어 전해질 순환 경로에서 전송된 전해질을 대응하는 전극으로 공급하고, 대응하는 전극에서 회수되는 전해질을 순환 경로로 배출하는 2개의 바이폴라 플레이트를 각각 포함하는 적어도 하나의 단위 셀이 적층된 스택; 및
상기 2개의 탱크와 상기 스택 사이의 순환 경로를 따라 전해질을 순환시키는 다수의 펌프를 포함하고,
상기 2개의 바이폴라 플레이트 각각은
전극 방향 일면측의 유로층에서 각각 일면 방향이 개방된 패턴을 가짐으로써 전해질이 흐르는 경로를 형성하는 다수의 유로 채널;
상기 유로층과 기지정된 간격만큼 이격된 분배층에서 상기 다수의 유로 채널의 배치 위치에 따른 위치에 형성되어 상기 다수의 유로 채널로 유입되거나 상기 다수의 유로 채널에서 배출되는 전해질을 외부에서 공급받거나 외부로 배출하는 2개의 분배로; 및
상기 분배층에 형성된 2개의 분배로 각각과 상기 유로층에 형성된 다수의 유로 채널의 입력단과 출력단을 각각 연결하는 다수의 층간 유로를 포함하는 흐름 전지.
Two tanks each storing the electrolyte of the anolyte and the electrolyte of the catholyte;
An ion exchange membrane and two electrodes disposed on both sides of the ion exchange membrane to generate a chemical reaction of the supplied electrolyte when electrolyte is supplied from the two tanks, and disposed on one side of each of the two electrodes and transmitted in the electrolyte circulation path A stack of at least one unit cell each including two bipolar plates that supply electrolyte to a corresponding electrode and discharge electrolyte recovered from the corresponding electrode into a circulation path; and
comprising a plurality of pumps that circulate the electrolyte along a circulation path between the two tanks and the stack,
Each of the two bipolar plates is
A plurality of flow channels forming a path through which electrolyte flows by having a pattern in which one side is open in the flow path layer on one side of the electrode direction;
It is formed at a position according to the arrangement position of the plurality of flow channels in the distribution layer spaced apart from the flow layer by a predetermined distance, and receives the electrolyte flowing into or discharged from the plurality of flow channels from the outside. Two distribution channels discharge into; and
A flow battery comprising two distribution channels formed in the distribution layer and a plurality of interlayer flow paths respectively connecting the input and output ends of the plurality of flow channels formed in the flow path layer.
제14항에 있어서, 상기 2개의 분배로는
일단이 상기 바이폴라 플레이트의 측면 방향으로 개방되어 주입구가 형성되고, 상기 다수의 유로 채널의 입력단에 대응하는 위치를 지나는 패턴으로 형성되는 제1 분배로; 및
일단이 상기 바이폴라 플레이트의 측면 방향으로 개방되어 배출구가 형성되고, 상기 다수의 유로 채널의 출력단에 대응하는 위치를 지나도록 형성되는 제2 분배로를 포함하는 흐름 전지.
The method of claim 14, wherein the two distributions are
a first distribution path having one end open toward the side of the bipolar plate to form an injection port and formed in a pattern passing through positions corresponding to input ends of the plurality of flow channels; and
A flow battery including a second distribution path, one end of which is open toward the side of the bipolar plate to form an outlet, and which is formed to pass through a position corresponding to an output end of the plurality of flow channels.
제15항에 있어서, 상기 다수의 층간 유로는
상기 제1 분배로와 상기 다수의 유로 채널 각각의 입력단을 연결하도록 형성되어, 상기 제1 분배로로 유입된 전해질을 상기 다수의 유로 채널 각각으로 공급하는 다수의 제1 층간 유로; 및
상기 제2 분배로와 상기 다수의 유로 채널 각각의 출력단을 연결하도록 형성되어, 상기 다수의 유로 채널 각각에서 회수되는 전해질을 상기 제2 분배로로 전달하는 다수의 제2 층간 유로를 포함하는 흐름 전지.
The method of claim 15, wherein the plurality of interlayer flow paths are
a plurality of first interlayer flow paths formed to connect input terminals of the first distribution path and each of the plurality of flow channels to supply electrolyte flowing into the first distribution path to each of the plurality of flow channels; and
A flow battery comprising a plurality of second interlayer flow paths formed to connect the second distribution path and an output terminal of each of the plurality of flow channels and transferring the electrolyte recovered from each of the plurality of flow channels to the second distribution path. .
제16항에 있어서, 상기 다수의 유로 채널은
기지정된 동일한 패턴으로 형성되어 상기 바이폴라 플레이트의 일면 상에 균등하게 분산 배치되는 흐름 전지.
The method of claim 16, wherein the plurality of flow channels are
A flow battery formed in the same predetermined pattern and evenly distributed and disposed on one surface of the bipolar plate.
제16항에 있어서, 상기 다수의 유로 채널 각각은
일단의 입력단이 상기 제1 층간 유로에 연결되고, 타단의 출력단이 상기 제2 층간 유로에 연결되어, 상기 제1 분배로를 통해 공급된 전해질을 인가받고, 전해질을 제2 분배로로 배출하는 단일 채널이 반복적으로 벤딩된 지그재그 패턴을 갖는 사형 유로 채널로 형성되는 흐름 전지.
The method of claim 16, wherein each of the plurality of flow channels
One input end is connected to the first interlayer flow path, and the other end is connected to the second interlayer flow path, so as to receive the electrolyte supplied through the first distribution passage and discharge the electrolyte into the second distribution passage. A flow cell formed by serpentine flow channels with a zigzag pattern in which the channels are repeatedly bent.
제15항에 있어서, 상기 다수의 유로 채널 각각은
상기 제1 분배로를 통해 공급된 전해질을 인가받는 다수의 제1 유로 채널과 상기 전극을 통해 유입된 전해질을 상기 제2 분배로로 배출하는 제2 유로 채널이 서로 이격되어 교대로 배치된 패턴을 갖는 깍지형 유로 채널로 형성되는 흐름 전지.
The method of claim 15, wherein each of the plurality of flow channels is
A plurality of first flow channels that receive the electrolyte supplied through the first distribution passage and second flow channels that discharge the electrolyte introduced through the electrode into the second distribution passage are spaced apart from each other and are arranged in an alternating pattern. A flow cell formed by interdigitated flow channels.
KR1020210074552A 2021-06-09 2021-06-09 Bipolar Plate for Redox Flow Battery, stack and Redox Flow Battery using The Same KR102586856B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210074552A KR102586856B1 (en) 2021-06-09 2021-06-09 Bipolar Plate for Redox Flow Battery, stack and Redox Flow Battery using The Same
PCT/KR2022/008158 WO2022260456A1 (en) 2021-06-09 2022-06-09 Bipolar plate for redox flow battery, stack, and redox flow battery using same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210074552A KR102586856B1 (en) 2021-06-09 2021-06-09 Bipolar Plate for Redox Flow Battery, stack and Redox Flow Battery using The Same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220165921A KR20220165921A (en) 2022-12-16
KR102586856B1 true KR102586856B1 (en) 2023-10-06

Family

ID=84426229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210074552A KR102586856B1 (en) 2021-06-09 2021-06-09 Bipolar Plate for Redox Flow Battery, stack and Redox Flow Battery using The Same

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102586856B1 (en)
WO (1) WO2022260456A1 (en)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08287928A (en) * 1995-04-17 1996-11-01 Sanyo Electric Co Ltd Flat fuel cell and its manufacture
KR101176575B1 (en) * 2012-06-13 2012-08-23 주식회사 누리플랜 Device for flowing electrolyte in redox flow battery
KR20140010713A (en) * 2012-07-16 2014-01-27 주식회사 누리플랜 Electrode for a redox flow battery
KR200463822Y1 (en) * 2012-09-13 2012-11-27 주식회사 누리플랜 Bipolar plate for redox flow battery
KR101761461B1 (en) * 2014-12-24 2017-07-26 오씨아이 주식회사 Flow distributor having cooling function and cascade type redox flow battery having the same
KR101884381B1 (en) * 2016-09-26 2018-08-01 베너게이트 주식회사 Flow plate for redox flow battery and redox flow battery comprising the same
CA3093056A1 (en) * 2017-03-27 2018-10-04 Storen Technologies Inc. Multipoint electrolyte flow field embodiment for vanadium redox flow battery
KR101975972B1 (en) 2017-04-28 2019-09-11 전자부품연구원 Bipolar plate containing a flow module and redox flow battery comprising thereof
KR20190017498A (en) * 2017-08-11 2019-02-20 롯데케미칼 주식회사 Redox flow battery

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220165921A (en) 2022-12-16
WO2022260456A1 (en) 2022-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7713649B2 (en) Fuel cell stack with internal fuel manifold configuration
CN101803084B (en) Electrochemical battery incorporating internal manifolds
JP3626096B2 (en) Redox flow battery system and cell connection structure
KR101667123B1 (en) Flow battery with mixed flow
WO2015162954A1 (en) Bipolar plate, redox flow cell, and method for producing bipolar plate
US20100119937A1 (en) Cell stack for a flowing electrolyte battery
US6524735B1 (en) Fuel cell stack with a curved flow guide section
US20240088408A1 (en) Corralled air inflow manifold
EP3425715A1 (en) Electrode and electrolytic solution circulation type battery
GB2169438A (en) Metal-halogen battery
CN207441862U (en) A kind of bipolar plates and fuel cell
CN102037594A (en) Fuel cell and bipolar plate having manifold sump
US20150364767A1 (en) Porous electrode assembly, liquid-flow half-cell, and liquid-flow cell stack
KR102586856B1 (en) Bipolar Plate for Redox Flow Battery, stack and Redox Flow Battery using The Same
KR20200068432A (en) Cell frame reinforced flow path channel and redox flow battery using thereof
KR20200037128A (en) Multi-point electrolyte flow field embodiments for vanadium redox flow batteries
CN103117402B (en) Porous electrode assembly, liquid-flow half-cell and liquid-flow cell stack
CN106887624B (en) Fuel cell
KR101406518B1 (en) Separator and fuel cell having the same
JP2002329523A (en) Cell frame for redox flow battery
US20190348692A1 (en) Cell frame, cell stack, and redox flow battery
KR20230034327A (en) Cell frames, electrochemical cells, cell stacks and how they work
KR102058504B1 (en) redoxflow battery
CN103137983A (en) Porous electrode group, liquid flow half-cell and liquid flow cell stack
KR102091449B1 (en) Redox flow cell system with cross electrolyte tanks.

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant