KR102605810B1 - 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 및 그 제조 방법과, 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택 - Google Patents
레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 및 그 제조 방법과, 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택 Download PDFInfo
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Abstract
전기전도성 등의 성능 저하 없이 플로우프레임과 분리판 간의 접합 특성을 향상시킬 수 있는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 및 그 제조 방법과, 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체는 플로우프레임; 상기 플로우프레임에 안착되는 분리판; 및 상기 플로우프레임과 분리판 사이에 배치되어, 상기 분리판을 플로우프레임에 접합시키기 위한 접합 부재;를 포함하며, 상기 플로우프레임은 제1 베이스 수지 및 무기 충전제를 포함하고, 상기 분리판은 제2 베이스 수지 및 전도성 분말을 포함하고, 상기 접합 부재는 제3 베이스 수지 및 가소제를 포함하며, 상기 제1, 제2 및 제3 베이스 수지는 모두 동일한 수지인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체는 플로우프레임; 상기 플로우프레임에 안착되는 분리판; 및 상기 플로우프레임과 분리판 사이에 배치되어, 상기 분리판을 플로우프레임에 접합시키기 위한 접합 부재;를 포함하며, 상기 플로우프레임은 제1 베이스 수지 및 무기 충전제를 포함하고, 상기 분리판은 제2 베이스 수지 및 전도성 분말을 포함하고, 상기 접합 부재는 제3 베이스 수지 및 가소제를 포함하며, 상기 제1, 제2 및 제3 베이스 수지는 모두 동일한 수지인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 및 그 제조 방법과, 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기전도성 등의 성능 저하 없이 플로우프레임과 분리판 간의 접합 특성을 향상시킬 수 있는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 및 그 제조 방법과, 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택에 관한 것이다.
레독스 흐름전지는 전해액에 전기에너지를 저장하는 원리를 이용한 이차 전지로, 다른 이차전지에 비하여 대용량화가 용이하고, 가격이 저렴하며 안전한 시스템이기 때문에 에너지 저장 시스템(Energy Storage System : ESS)에 적용되고 있다. 이러한 레독스 흐름전지는 주요 부품으로 분리판, 플로우프레임, 전극 및 이온전도성 멤브레인을 포함한다.
이때, 분리판은 전극, 즉 양극과 음극에 전자를 전달해 주는 역할과 함께 양극 전해액(V4+, V5+)과 음극 전해액(V2+, V3+)이 섞이지 않도록 분리시키는 역할을 한다. 이를 위해, 분리판은 플로우프레임에 부착하여 사용하고 있으며, 분리판과 플로우프레임 사이에 빈틈이 없어야 전해액이 외부로 누출되지 않는다.
이러한 분리판은 전도성을 부여하기 위해, 흑연 분말과 베이스 수지를 혼합하여 제작하고, 플로우프레임은 내산성이 우수한 베이스 수지 단일재료로 제작하였다. 이때, 분리판의 베이스 수지와 플로우프레임의 베이스 수지의 종류가 다를 경우에는 분리판과 플로우프레임 두 부품 간의 접착력이 좋지 않아 틈새가 발생하는 문제가 있었다. 이 경우, 분리판과 플로우프레임 간의 틈새를 통해 전해액이 누출될 경우 안전 문제와 함께 전지 성능이 저하되는 문제가 있었다.
최근에는, 이러한 문제를 해결하기 위해 분리판의 베이스 수지와 플로우프레임의 베이스 수지 상호 간을 동일한 수지를 적용하여 제작한 후, 분리판과 플로우프레임 두 부품을 핫 프레스로 가열 압착하여 수지를 용융시켜 일체화시킴으로써 전해액이 누출되는 문제를 개선하였다.
그러나, 이러한 방법을 통해 분리판과 플로우프레임을 접착할 경우에는 분리판과 플로우프레임 간의 접합력 확보로 전해액이 누출되는 문제를 개선할 수는 있으나, 분리판의 베이스 수지와 플로우프레임의 베이스 수지가 녹는 온도, 대략 140℃ 이상의 고온에서 가열해야 하기 때문에 분리판과 플로우프레임의 형태가 일정하게 유지되지 못하였다. 여기서, 플로우프레임은 전해액이 유동하는 미세 유로가 형성되므로 형태가 동일하게 유지되어야 하나, 140℃ 이상의 고온 가열로 인하여 형태가 변형되는 문제로 실질적인 활용이 불가능하였다.
또한, 분리판은 우수한 전도성 확보를 위해 흑연 분말을 배열시키는데, 고온 가열시 흑연 분말의 배열이 흐트러지는 문제로 전도성이 저하되는 문제가 있었다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2015-0009135호(2015.01.26. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 분리판 결합체 및 분리판 탭을 포함하는 레독스 흐름전지용 스택이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 전기전도성 등의 성능 저하 없이 플로우프레임과 분리판 간의 접합 특성을 향상시킬 수 있는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 및 그 제조 방법과, 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체는 플로우프레임; 상기 플로우프레임에 안착되는 분리판; 및 상기 플로우프레임과 분리판 사이에 배치되어, 상기 분리판을 플로우프레임에 접합시키기 위한 접합 부재;를 포함하며, 상기 플로우프레임은 제1 베이스 수지 및 무기 충전제를 포함하고, 상기 분리판은 제2 베이스 수지 및 전도성 분말을 포함하고, 상기 접합 부재는 제3 베이스 수지 및 가소제를 포함하며, 상기 제1, 제2 및 제3 베이스 수지는 모두 동일한 수지인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 스택은 적어도 둘 이상이 적층된 플로우프레임 일체형 분리판 조립체와, 상기 플로우프레임의 내부에 삽입된 복수의 전극과, 상기 복수의 전극이 삽입된 플로우프레임 사이에 개재된 이온전도성 멤브레인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법은 (a) 플로우프레임, 분리판 및 접합 부재를 마련하는 단계; (b) 상기 플로우프레임 상에 접합 부재 및 분리판을 차례로 적층하는 단계; 및 (c) 상기 플로우프레임, 접합 부재 및 분리판을 핫 프레스로 가열 압착하여 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 플로우프레임은 제1 베이스 수지 및 무기 충전제를 포함하고, 상기 분리판은 제2 베이스 수지 및 전도성 분말을 포함하고, 상기 접합 부재는 제3 베이스 수지 및 가소제를 포함하며, 상기 제1, 제2 및 제3 베이스 수지는 모두 동일한 수지인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 및 그 제조 방법과, 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택은 플로우프레임, 분리판 및 접합 부재의 제1, 제2 및 제3 베이스 수지를 모두 동일한 것을 이용하는 것에 의해, 핫 프레스로 가열 압착시 플로우프레임과 분리판 간의 접착력을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 및 그 제조 방법과, 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택은 접합 부재로 제3 베이스 수지에 가소제를 다량 첨가한 것을 이용하는 것에 의해, 접합 부재의 녹는점을 낮추어 저온에서 접합 부재를 매개로 플로우프레임과 분리판을 접합시키는 것이 가능해질 수 있다.
이 결과, 본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 및 그 제조 방법과, 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택은 접합 부재를 매개로 플로우프레임에 분리판을 핫 프레스로 접합시키는 접착 공정시 가소제의 다량 첨가로 녹는점을 낮춘 접합 부재만이 용융되어 플로우프레임과 분리판 사이를 접합 부재로 접합시킬 수 있으므로 플로우프레임과 분리판의 형태 및 전기적 성능을 유지하는 것이 가능해질 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 스택을 나타낸 결합 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 스택의 단위 셀을 나타낸 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 나타낸 분해 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법을 나타낸 공정 단면도.
도 8은 실시예 1에 따라 제조된 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체에 대한 접착력 평가 결과를 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 스택의 단위 셀을 나타낸 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 나타낸 분해 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법을 나타낸 공정 단면도.
도 8은 실시예 1에 따라 제조된 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체에 대한 접착력 평가 결과를 나타낸 그래프.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 및 그 제조 방법과, 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 스택을 나타낸 결합 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 스택의 단위 셀을 나타낸 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 스택(100)은 적어도 둘 이상이 적층된 플로우프레임 일체형 분리판 조립체(120)를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 스택(100)은 전극(140) 및 이온전도성 멤브레인(160)을 더 포함할 수 있다.
플로우프레임 일체형 분리판 조립체(120)는 플로우프레임(122), 분리판(124) 및 접합 부재(126)를 포함한다.
플로우프레임(122)은 내부 중앙을 관통하는 개구(도 3의122c)에 의해 사각 프레임 구조를 가지며, 단턱(도 3의 122b)에는 분리판(124)이 안착되게 된다.
이때, 복수의 플로우프레임(122)은 이웃한 플로우프레임(122)들 상호 간이 대칭 구조로 설계될 수 있다. 도면으로 상세히 나타내지는 않았지만, 플로우프레임(122)은 전해액이 유동하기 위한 유로를 구비할 수 있다.
분리판(124)은 전극(140), 즉 양극(142)과 음극(144)에 전자를 전달해 주는 역할과 함께 양극 전해액(V4+, V5+)과 음극 전해액(V2+, V3+)이 섞이지 않도록 분리시키는 역할을 한다. 이러한 분리판(124)은 플로우프레임(122)의 단턱에 안착된다.
접합 부재(126)는 플로우프레임(122)과 분리판(124) 사이에 배치되어, 분리판(124)을 플로우프레임(122)에 접합시키는 역할을 한다.
전극(140)은 복수개가 플로우프레임(122)의 내부에 삽입된다. 이때, 복수의 전극(140)은 양극(142)과 음극(144)을 포함할 수 있다. 이러한 전극(140)은 탄소 섬유(carbon fiber), 탄소 펠트(carbon felt), 흑연 섬유(graphite fiber), 흑연 펠트(graphite felt) 등의 카본계 물질로 구성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이온전도성 멤브레인(160)은 복수의 전극(140)이 삽입된 플로우프레임(122) 사이에 개재된다. 이러한 이온전도성 멤브레인(160)은 전해액이 누수되는 것을 방지하기 위해 플로우프레임(122) 사이에 부착된다.
한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 나타낸 분해 단면도로, 도 1과 연계하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체(120)는 플로우프레임(122), 분리판(124) 및 접합 부재(126)를 포함한다.
플로우프레임(122)은 내부 중앙을 관통하는 개구(122c)를 갖는 프레임 본체(122a)와, 프레임 본체(122a)의 개구(122c) 가장자리에 배치되어, 분리판(124)을 안착시키기 위한 단턱(122b)을 갖는다. 이러한 플로우프레임(122)은 내부 중앙을 관통하는 개구(122c)에 의해 사각 프레임 구조를 가지며, 단턱(122b)에는 분리판(124)이 안착되게 된다.
여기서, 플로우프레임(122)은 제1 베이스 수지 및 무기 충전제를 포함하고, 분리판(124)은 제2 베이스 수지 및 전도성 분말을 포함하며, 접합 부재(126)는 제3 베이스 수지 및 가소제를 포함한다. 특히, 제1, 제2 및 제3 베이스 수지는 모두 동일한 수지가 이용된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체(120)는 플로우프레임(122), 분리판(124) 및 접합 부재(126)의 제1, 제2 및 제3 베이스 수지를 모두 동일한 것을 이용하는 것에 의해, 핫 프레스로 가열 압착시 플로우프레임(122)과 분리판(124) 간의 접착력을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체(120)는 접합 부재(126)로 제3 베이스 수지에 가소제를 다량 첨가한 것을 이용하는 것에 의해, 접합 부재(126)의 녹는점을 낮추어 저온에서 접합 부재(126)를 매개로 플로우프레임(122)과 분리판(124)을 접합시키는 것이 가능해질 수 있다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체(120)는 접합 부재(126)를 매개로 플로우프레임(122)에 분리판(124)을 핫 프레스로 접합시키는 접착 공정시 가소제의 다량 첨가로 녹는점을 낮춘 접합 부재(126)만이 용융되어 플로우프레임(122)과 분리판(124) 사이를 접합 부재(126)로 접합시킬 수 있으므로 플로우프레임(122)과 분리판(124)의 형태 및 전기적 성능을 유지하는 것이 가능해질 수 있게 된다.
플로우프레임(122)은 95 ~ 99.5wt%의 제1 베이스 수지 및 0.5 ~ 5.0wt%의 무기 충전제를 포함한다. 여기서, 제1 베이스 수지로는 내산성이 우수한 열가소성 수지가 이용될 수 있다. 구체적으로, 제1 베이스 수지로는 폴리프로필렌(polypropylene : PP), 폴리에틸렌(polyethylene : PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene : PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride : PVDF), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride : PVC) 및 폴리스티렌(polystyrene : PS) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
무기 충전제는 플로우프레임(122)의 성형성을 향상시키기 위해 첨가된다. 이러한 무기 충전제로는 탄산칼슘, 황산바륨, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 알루미늄실리케이트, 탈크, 규조토, 마그네슘실리케이트 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다. 무기 충전제의 첨가량이 플로우프레임(122) 전체 중량의 0.5wt% 미만일 경우에는 무기 충전제 첨가 효과를 제대로 발휘하기 어렵다. 반대로, 무기 충전제의 첨가량이 플로우프레임(122) 전체 중량의 5.0wt%를 초과할 경우에는 상대적으로 제2 베이스 수지의 첨가량이 감소하여 내산성이 저하되는 문제를 야기할 수 있다.
분리판(124)은 10 ~ 60wt%의 제2 베이스 수지 및 40 ~ 90wt%의 전도성 필러를 포함한다. 전도성 필러의 첨가량이 분리판(124) 전체 중량의 40wt% 미만일 경우에는 전기 전도성 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 전도성 필러의 첨가량이 분리판(124) 전체 중량의 90wt%를 초과할 경우에는 성형성이 저하되는 문제가 있다.
여기서, 제2 베이스 수지로는, 제1 베이스 수지와 마찬가지로, 폴리프로필렌(polypropylene : PP), 폴리에틸렌(polyethylene : PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene : PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride : PVDF), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride : PVC) 및 폴리스티렌(polystyrene : PS) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
전도성 필러는 전기 전도성을 향상시키기 위해 첨가된다. 이를 위해, 전도성 필러로는 흑연분말(graphite powder), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 그라핀(graphene), 카본블랙(carbon black) 및 카본분말(carbon powder) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
접합 부재(126)는 50 ~ 80wt%의 제3 베이스 수지 및 20 ~ 50wt%의 가소제를 포함한다.
제3 베이스 수지는, 제1 및 제2 베이스 수지와 마찬가지로, 폴리프로필렌(polypropylene : PP), 폴리에틸렌(polyethylene : PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene : PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride : PVDF), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride : PVC) 및 폴리스티렌(polystyrene : PS) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
가소제는 접합 부재(126)에 다량 첨가되어 녹는점을 낮추는 역할을 한다. 이때, 본 발명에서는 가소제를 접합 부재(126) 전체 중량의 20 ~ 50wt%로 첨가하는 것에 의해 접합 부재(126)의 녹는점을 70 ~ 120℃로 낮추었다.
이러한 가소제로는 수지의 녹는점을 낮출 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 이때, 가소제로는 프탈산 에스테르(Phthalic acid ester)류, 지방족 이염기산 에스테르(Aliphatic dibasic acid ester)류, 트리멜리에이트 에스테르(Trimelliate ester)류, 지방족 인산 에스테르(Aliphatic phosphoric acid ester)류, 방향족 인산 에스테르(Aromatic phosphoric acid ester)류, 에폭시(Epoxy)류 및 글라이콜(Glycol)류 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
가소제의 첨가량이 접합 부재(126) 전체 중량의 20wt% 미만일 경우에는 그 첨가량이 미미하여 상기의 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 가소제의 첨가량이 접합 부재(126) 전체 중량의 50wt%를 초과할 경우에는 상대적으로 제3 베이스 수지의 첨가량이 감소하여 내산성을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 바람직하지 못하다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체는 플로우프레임, 분리판 및 접합 부재의 제1, 제2 및 제3 베이스 수지를 모두 동일한 것을 이용하는 것에 의해, 핫 프레스로 가열 압착시 플로우프레임과 분리판 간의 접착력을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체는 접합 부재로 제3 베이스 수지에 가소제를 다량 첨가한 것을 이용하는 것에 의해, 접합 부재의 녹는점을 낮추어 저온에서 접합 부재를 매개로 플로우프레임과 분리판을 접합시키는 것이 가능해질 수 있다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체는 접합 부재를 매개로 플로우프레임에 분리판을 핫 프레스로 접합시키는 접착 공정시 가소제의 다량 첨가로 녹는점을 낮춘 접합 부재만이 용융되어 플로우프레임과 분리판 사이를 접합 부재로 접합시킬 수 있으므로 플로우프레임과 분리판의 형태 및 전기적 성능을 유지하는 것이 가능해질 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법은 부품 마련 단계(S210), 적층 단계(S220) 및 핫 프레스 단계(S230)를 포함한다.
부품 마련
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 부품 마련 단계(S210)에서는 플로우프레임(122), 분리판(124) 및 접합 부재(126)를 마련한다.
이때, 플로우프레임(122)은 95 ~ 99.5wt%의 제1 베이스 수지 및 0.5 ~ 5.0wt%의 무기 충전제를 혼합한 후, 150 ~ 220℃에서 압축성형 방식 또는 사출성형 방식으로 성형하여 제조될 수 있다. 여기서, 플로우프레임(122)은 압축성형 방식 또는 사출성형 방식으로 제작되는 과정 시, 플로우프레임(122)에는 유로(미도시)가 함께 성형된다.
여기서, 제1 베이스 수지로는 내산성이 우수한 열가소성 수지가 이용될 수 있다. 구체적으로, 제1 베이스 수지로는 폴리프로필렌(polypropylene : PP), 폴리에틸렌(polyethylene : PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene : PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride : PVDF), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride : PVC) 및 폴리스티렌(polystyrene : PS) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
무기 충전제는 플로우프레임(122)의 성형성을 향상시키기 위해 첨가된다. 이러한 무기 충전제로는 탄산칼슘, 황산바륨, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 알루미늄실리케이트, 탈크, 규조토, 마그네슘실리케이트 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
또한, 분리판(124)은 10 ~ 60wt%의 제2 베이스 수지 및 40 ~ 90wt%의 전도성 분말을 혼합한 후, 핫 프레스로 가열 압착하는 것에 의해 제조될 수 있다. 이때, 가열 압착은 150 ~ 220℃ 및 10 ~ 30MPa의 조건에서 10 ~ 30분 동안 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 제2 베이스 수지로는, 제1 베이스 수지와 마찬가지로, 폴리프로필렌(polypropylene : PP), 폴리에틸렌(polyethylene : PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene : PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride : PVDF), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride : PVC) 및 폴리스티렌(polystyrene : PS) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
전도성 필러는 전기 전도성을 향상시키기 위해 첨가된다. 이를 위해, 전도성 필러로는 흑연분말(graphite powder), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 그라핀(graphene), 카본블랙(carbon black) 및 카본분말(carbon powder) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다. 전도성 필러의 첨가량이 분리판(124) 전체 중량의 40wt% 미만일 경우에는 전기 전도성 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 전도성 필러의 첨가량이 분리판(124) 전체 중량의 90wt%를 초과할 경우에는 성형성이 저하되는 문제가 있다.
접합 부재(126)는 50 ~ 80wt%의 제3 베이스 수지 및 20 ~ 50wt%의 가소제를 포함한다. 제3 베이스 수지는 제1 및 제2 베이스 수지와 동일한 것이 이용될 수 있다.
이때, 가소제는 접합 부재(126)에 다량 첨가되어 녹는점을 낮추는 역할을 한다. 이때, 본 발명에서는 가소제를 접합 부재(126) 전체 중량의 20 ~ 50wt%로 첨가하는 것에 의해 접합 부재(126)의 녹는점을 70 ~ 120℃로 낮추었다.
이러한 가소제로는 수지의 녹는점을 낮출 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 이때, 가소제로는 프탈산 에스테르(Phthalic acid ester)류, 지방족 이염기산 에스테르(Aliphatic dibasic acid ester)류, 트리멜리에이트 에스테르(Trimelliate ester)류, 지방족 인산 에스테르(Aliphatic phosphoric acid ester)류, 방향족 인산 에스테르(Aromatic phosphoric acid ester)류, 에폭시(Epoxy)류 및 글라이콜(Glycol)류 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
가소제의 첨가량이 접합 부재(126) 전체 중량의 20wt% 미만일 경우에는 그 첨가량이 미미하여 상기의 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 가소제의 첨가량이 접합 부재(126) 전체 중량의 50wt%를 초과할 경우에는 상대적으로 제3 베이스 수지의 첨가량이 감소하여 내산성을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 바람직하지 못하다.
적층
도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 적층 단계(S220)에서는 플로우프레임(122) 상에 접합 부재(126) 및 분리판(124)을 차례로 적층한다.
여기서, 플로우프레임(122)은 내부 중앙을 관통하는 개구부(122c)를 갖는 프레임 본체(122a)와, 프레임 본체(122a)의 개구부(122c) 가장자리에 배치되어, 분리판(124)을 안착시키기 위한 단턱(122b)을 갖는다. 이러한 플로우프레임(122)은 내부 중앙을 관통하는 개구부(122c)에 의해 사각 프레임 구조를 가지며, 단턱(122b)에는 분리판(124)이 안착되게 된다.
핫 프레스
도 4, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 핫 프레스 단계(S230)에서는 플로우프레임(122), 접합 부재(126) 및 분리판(124)을 핫 프레스로 가열 압착하여 플로우프레임 일체형 분리판 조립체(120)를 형성한다.
이때, 핫 프레스는 70 ~ 120℃ 및 0.1 ~ 2MPa의 조건으로 5 ~ 20분 동안 실시하는 것이 바람직하다. 여기서, 본 발명에서는 핫 프레스 공정 조건이 70 ~ 120℃ 및 0.1 ~ 2MPa로 상당히 낮은 온도 및 압력에서 실시되는데, 이는 제3 베이스 수지에 가소제를 다량 첨가한 접합 부재(126)를 이용하는 것에 의해 접합 부재(126)의 녹는점을 낮추었기 때문이다.
본 단계에서, 핫 프레스 온도가 70℃ 미만이거나, 핫 프레스 시간이 5분 미만일 경우에는 접합 부재(126)가 충분히 용융되지 못할 우려가 있다. 반대로, 핫 프레스 온도가 120℃를 초과하거나, 핫 프레스 시간이 20분을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.
또한, 핫 프레스 압력이 0.1MPa 미만일 경우에는 플로우프레임(122)과 분리판(124) 사이의 접합 부재(126)에 충분한 압력이 인가되지 못하여 부착력이 저하될 수 있다. 반대로, 핫 프레스 압력이 2MPa을 초과할 경우에는 과도한 압력으로 인해 플로우프레임(122) 및 분리판(124)의 형태에 변형을 초래할 수 있다.
상기의 과정(S210 ~ S230)에 의해 제조되는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체는 플로우프레임, 분리판 및 접합 부재의 제1, 제2 및 제3 베이스 수지를 모두 동일한 것을 이용하는 것에 의해, 핫 프레스로 가열 압착시 플로우프레임과 분리판 간의 접착력을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체는 접합 부재로 제3 베이스 수지에 가소제를 다량 첨가한 것을 이용하는 것에 의해, 접합 부재의 녹는점을 낮추어 저온에서 접합 부재를 매개로 플로우프레임과 분리판을 접합시키는 것이 가능해질 수 있다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체는 접합 부재를 매개로 플로우프레임에 분리판을 핫 프레스로 접합시키는 접착 공정시 가소제의 다량 첨가로 녹는점을 낮춘 접합 부재만이 용융되어 플로우프레임과 분리판 사이를 접합 부재로 접합시킬 수 있으므로 플로우프레임과 분리판의 형태 및 전기적 성능을 유지하는 것이 가능해질 수 있게 된다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1.
플로우프레임
일체형 분리판 조립체 제조
실시예
1
플로우프레임, 분리판 및 접합 부재를 마련하였다. 이때, 플로우프레임으로는 99wt%의 PVC(polyvinyl chloride) 및 1wt%의 탄산칼슘을 혼합한 후, 170℃에서 사출성형으로 유로를 갖는 것을 준비하였다. 그리고, 분리판으로는 84wt%의 흑연 분말 및 16wt%의 PVC(polyvinyl chloride)를 혼합한 후, 160℃ 및 20MPa의 조건으로 20분 동안 핫 프레스로 압착하여 판상으로 제조된 것을 준비하였다. 또한, 접합 부재로는 70wt%의 PVC(polyvinyl chloride) 및 30w%의 프탈산 에스테르류 가소제를 혼합시킨 50㎛ 두께의 필름을 준비하였다.
다음으로, 플로우프레임 상에 접합 부재 및 분리판을 차례로 적층한 후, 플로우프레임, 접합 부재 및 분리판을 90℃ 및 1MPa의 조건으로 10분 동안 핫 프레스로 가열 압착함으로써, 접합 부재를 용융시켜 플로우프레임과 분리판을 일체화시켜 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 제조하였다.
실시예
2
80℃ 및 1.5MPa의 조건으로 15분 동안 핫 프레스로 가열 압착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 제조하였다.
실시예
3
100℃ 및 0.5MPa의 조건으로 8분 동안 핫 프레스로 가열 압착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 제조하였다.
실시예
4
접합 부재로 60wt%의 PVC(polyvinyl chloride) 및 40w%의 프탈산 에스테르류 가소제를 혼합시킨 70㎛ 두께의 필름을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 제조하였다.
비교예
1
플로우프레임 및 분리판을 마련하였다. 이때, 플로우프레임으로는 99wt%의 PVC(polyvinyl chloride) 및 1wt%의 탄산칼슘을 혼합한 후, 170℃에서 사출성형으로 유로를 갖는 것을 준비하였다. 그리고, 분리판으로는 84wt%의 흑연 분말 및 16wt%의 PVC(polyvinyl chloride)를 혼합한 후, 160℃ 및 20MPa의 조건으로 20분 동안 핫 프레스로 압착하여 판상으로 제조된 것을 준비하였다.
다음으로, 플로우프레임 상에 분리판을 적층한 후, 플로우프레임 및 분리판을 160℃ 및 20MPa의 조건으로 20분 동안 핫 프레스로 가열 압착하여 플로우프레임과 분리판을 일체화시켜 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 제조하였다.
비교예
2
170℃ 및 15MPa의 조건으로 30분 동안 핫 프레스로 가열 압착한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 제조하였다.
2. 물성 평가
표 1은 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 플로우프레임 일체형 분리판 조립체에 대한 물성 평가 결과를 나타낸 것이고, 도 8은 실시예 1에 따라 제조된 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체에 대한 접착력 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
1) 표면 전기전도도
분리판의 표면 전기전도도는 4-탐침법(4-point probe method)에 의거하여 측정하였다.
2) 굴곡강도
분리판의 굴곡강도는 ASTM D 790에 의거하여 측정하였다.
3) 접합력
플로우프레임 일체형 분리판 조립체에 대한 접합력을 측정하기 위해, 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 뒤집은 후, UTM 장비를 사용하여 분리판의 중앙 부분에서 아래 방향으로 하중을 가하여 플로우프레임으로부터 분리판이 떨어지는 시점의 최대 하중을 측정하였다. 이때, 플로우프레임과 분리판의 접합 면적은 7cm2로 고정하였다.
[표 1]
표 1 및 도 8에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 4에 따라 제조된 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체의 경우, 분리판의 표면 전기전도도가 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체의 분리판에 비하여 우수한 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1 ~ 4에 따라 제조된 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체의 경우, 최대 하중 800N 이상에서 플로우프레임으로부터 분리판이 떨어져 우수한 접착 특성을 나타내는 것을 확인하였다.
반면, 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체의 경우, 최대 하중이 117N 및 121N에 불과하여, 실시예 1 ~ 4에 비하여 접합력이 현저히 낮은 것을 알 수 있다.
위의 실험 결과를 토대로, 실시예 1 ~ 4에 따라 제조된 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체와 같이, 가소제를 다량 첨가한 접합 부재를 적용하여 저온에서 핫 프레스로 가열 압착할 경우, 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 레독스 흐름전지용 플로우프레임 분리판 조립체에 비하여 분리판의 전기전도도 성능이 우수하며, 플로우프레임 내의 유로 형태로 잘 유지되는 것을 육안으로 확인하였다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 레독스 흐름전지용 스택
120 : 플로우프레임 일체형 분리판 조립체
122 : 플로우프레임
124 : 분리판
126 : 접합 부재
140 : 전극
160 : 이온전도성 멤브레인
S210 : 부품 마련 단계
S220 : 적층 단계
S230 : 핫 프레스 단계
120 : 플로우프레임 일체형 분리판 조립체
122 : 플로우프레임
124 : 분리판
126 : 접합 부재
140 : 전극
160 : 이온전도성 멤브레인
S210 : 부품 마련 단계
S220 : 적층 단계
S230 : 핫 프레스 단계
Claims (20)
- 플로우프레임;
상기 플로우프레임에 안착되는 분리판; 및
상기 플로우프레임과 분리판 사이에 배치되어, 상기 분리판을 플로우프레임에 접합시키기 위한 접합 부재;를 포함하며,
상기 플로우프레임은 제1 베이스 수지 및 무기 충전제를 포함하고,
상기 분리판은 제2 베이스 수지 및 전도성 분말을 포함하고,
상기 접합 부재는 제3 베이스 수지 및 가소제를 포함하며,
상기 제1, 제2 및 제3 베이스 수지는 모두 동일한 수지인 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체.
- 제1항에 있어서,
상기 제1, 제2 및 제3 베이스 수지 모두는 동일한 수지이고, 상기 동일한 수지는 폴리프로필렌(polypropylene : PP), 폴리에틸렌(polyethylene : PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene : PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride : PVDF), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride : PVC) 및 폴리스티렌(polystyrene : PS) 중 선택된 1종 이상을 포함하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체.
- 제1항에 있어서,
상기 플로우프레임은
내부 중앙을 관통하는 개구부를 갖는 프레임 본체와,
상기 프레임 본체의 개구부 가장자리에 배치되어, 상기 분리판을 안착시키기 위한 단턱을 갖는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체.
- 제1항에 있어서,
상기 플로우프레임은
95 ~ 99.5wt%의 제1 베이스 수지 및 0.5 ~ 5.0wt%의 무기 충전제를 포함하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체.
- 제4항에 있어서,
상기 무기 충전제는
탄산칼슘, 황산바륨, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 알루미늄실리케이트, 탈크, 규조토 및 마그네슘실리케이트 중 선택된 1종 이상을 포함하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체.
- 제1항에 있어서,
상기 분리판은
10 ~ 60wt%의 제2 베이스 수지 및 40 ~ 90wt%의 전도성 분말을 포함하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체.
- 제6항에 있어서,
상기 전도성 분말은
흑연분말(graphite powder), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 그라핀(graphene), 카본블랙(carbon black) 및 카본분말(carbon powder) 중 선택된 1종 이상을 포함하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체.
- 제1항에 있어서,
상기 접합 부재는
50 ~ 80wt%의 제3 베이스 수지 및 20 ~ 50wt%의 가소제를 포함하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체.
- 제8항에 있어서,
상기 가소제는
프탈산 에스테르(Phthalic acid ester)류, 지방족 이염기산 에스테르(Aliphatic dibasic acid ester)류, 트리멜리에이트 에스테르(Trimelliate ester)류, 지방족 인산 에스테르(Aliphatic phosphoric acid ester)류, 방향족 인산 에스테르(Aromatic phosphoric acid ester)류, 에폭시(Epoxy)류 및 글라이콜(Glycol)류 중 선택된 1종 이상을 포함하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 플로우프레임 일체형 분리판 조립체가 적어도 둘 이상 적층된 레독스 흐름전지용 스택.
- 제10항에 있어서,
상기 레독스 흐름전지용 스택은
상기 플로우프레임의 내부에 삽입된 복수의 전극과,
상기 복수의 전극이 삽입된 플로우프레임 사이에 개재된 이온전도성 멤브레인을 더 포함하는 레독스 흐름전지용 스택.
- (a) 플로우프레임, 분리판 및 접합 부재를 마련하는 단계;
(b) 상기 플로우프레임 상에 접합 부재 및 분리판을 차례로 적층하는 단계; 및
(c) 상기 플로우프레임, 접합 부재 및 분리판을 핫 프레스로 가열 압착하여 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 플로우프레임은 제1 베이스 수지 및 무기 충전제를 포함하고,
상기 분리판은 제2 베이스 수지 및 전도성 분말을 포함하고,
상기 접합 부재는 제3 베이스 수지 및 가소제를 포함하며,
상기 제1, 제2 및 제3 베이스 수지는 모두 동일한 수지인 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 플로우프레임은
95 ~ 99.5wt%의 제1 베이스 수지 및 0.5 ~ 5.0wt%의 무기 충전제를 혼합한 후, 150 ~ 220℃에서 압축성형 방식 또는 사출성형 방식으로 성형하여 제조된 것인 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 분리판은
10 ~ 60wt%의 제2 베이스 수지 및 40 ~ 90wt%의 전도성 필러를 혼합한 후, 핫 프레스로 가열 압착하여 제조된 것인 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 가열 압착은
150 ~ 220℃ 및 10 ~ 30MPa의 조건에서 10 ~ 30분 동안 실시하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 접합 부재는
50 ~ 80wt%의 제3 베이스 수지 및 20 ~ 50wt%의 가소제를 혼합하여 제조된 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법.
- 제16항에 있어서,
상기 접합 부재는
10 ~ 100㎛의 두께를 갖는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 핫 프레스는
70 ~ 120℃ 및 0.1 ~ 2MPa의 조건으로 5 ~ 20분 동안 실시하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 제1, 제2 및 제3 베이스 수지 모두는 동일한 수지이고, 상기 동일한 수지는 폴리프로필렌(polypropylene : PP), 폴리에틸렌(polyethylene : PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene : PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride : PVDF), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride : PVC) 및 폴리스티렌(polystyrene : PS) 중 선택된 1종 이상을 포함하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 가소제는
프탈산 에스테르(Phthalic acid ester)류, 지방족 이염기산 에스테르(Aliphatic dibasic acid ester)류, 트리멜리에이트 에스테르(Trimelliate ester)류, 지방족 인산 에스테르(Aliphatic phosphoric acid ester)류, 방향족 인산 에스테르(Aromatic phosphoric acid ester)류, 에폭시(Epoxy)류 및 글라이콜(Glycol)류 중 선택된 1종 이상을 포함하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법.
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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