KR20120051944A - 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법 - Google Patents

레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전해액의 농도 및 이온의 전자가를 효율적으로 제어할 수 있으며, 충전 효율이 우수하며 열적, 화학적으로 안정화되어 경제성 및 안전성이 우수한 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법은 양극 챔버, 원액 챔버, 처리액 챔버 및 음극 챔버가 형성되는 전해조; 및 양극 및 음극에 전원을 공급하는 전원부;를 포함하는 것이되, 상기 양극 챔버와 원액 챔버 사이에는 음이온 투과막과 양이온 투과막, 상기 원액 챔버와 처리액 챔버 사이에는 양이온 투과막, 상기 처리액 챔버와 음극 챔버에는 음이온 투과막과 양이온 투과막이 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법{Manufacturing Equipment of Electrolyte for Redox Flow Battery and Manufacturing Method Thereof}
본 발명은 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전해액의 농도 및 이온의 전자가를 효율적으로 제어할 수 있으며, 충전 효율이 우수하며 열적, 화학적으로 안정화되어 경제성 및 안전성이 우수한 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
풍력, 태양광, 수력 등을 이용한 발전시스템의 안정적인 전원 공급을 위해 배터리와 같은 전력 저장 장치의 설치가 필수적이다. 현재는 납축전지를 사용하고 있으나 단수명으로 인해 주기적으로 교체하여야 하고 유지 보수의 문제가 심각하다. 특히 배터리 교체시 발생하는 산업폐기물의 처리 문제도 뒤따르기 때문에 최근 레독스 흐름 전지(Redox Flow Battery) 에너지저장 시스템에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
레독스 흐름 전지는 전극, 전해질, 이온교환막 등으로 구성되는 것으로서, 다음과 같은 장점이 있다.
레독스 전지는 전해액에 전기를 비축하기 때문에 셀을 늘리는 것이 아닌 전해액을 늘리는 것에 의해 저장전력을 증가시키며, 셀과 전해액을 분리설치가 가능하기 때문에 충전이 완료된 전해액을 밀폐된 용기에 보존하는 것에 따라 장기에 걸쳐 낮은 비용으로 전력을 저장할 수 있다. 레독스 전지는 제작하기 위해 특별한 제조설비를 필요로 하지 않기 때문에 소형(수 와트)부터 대형(수만 킬로와트)까지 임의 사양으로 제작할 수 있다.
전해액은 양극도 음극도 바나듐 황산염을 사용하기 때문에 만에 하나 액체가 섞이더라도 열이 발생하거나 유해한 가스의 발생 등이 없고 안전하며, 과충전이나 과방전의 걱정 없이 발화나 폭발의 위험성은 일체 없다.
바나듐 황산염 용액은 급성 독성도 만성 독성도 없다. 의복이나 손에 닿아도 타거나 화상을 입는 일도 없다.
한편, 일반적인 전지는 포터블(가반성)이란 시점에서 전력밀도(단위 중량당 저장 전력량)이라는 척도에서 성능 논란이 있으나, 레독스 전지와 같은 고정설치로 사용하는 대전력 비축용 전지의 경우는 이러한 척도에서 성능을 논하는 것은 잘못된 것으로 전력을 얼마만큼 안전하게 안정적으로 저렴한 비용으로 비축 가능한가를 논할 필요가 있다. 그러한 의미에서는 큰 전력의 비축에 있어서는 레독스 전지 이외에 대체할 수 있는 것이 없다.
이러한 레독스 전지의 성능은 전극의 등가 저항, 전극 간 거리, 섬유상 활성탄의 비교표면적, 격막의 등가저항(이온이 투과할 때의 저항이 아닌 저항기에서 등가 하였을 때의 저항성분) 등 부품 고유의 특성에 관계되는 것과 전해액의 특성에 관계되는 것이 있으나, 여기서는 전해액의 특성에 관계하는 항목에 대하여 서술한다.
레독스 전지는 양극과 음극에서 동시에 산화환원이 이루어지는 형식의 전지이기 때문에 앞서 기술한 부품 고유의 성능은 조금 나빠도 움직이는 데에 문제가 없으나, 전해액의 기본적인 특성이 만족 되지 않는다면 전지로서 구성요소가 결여되어 전혀 움직이지 않는다는 문제점이 있다.
그렇다면 전해액으로서 필요한 요건은 양극액으로서는 5가 바나듐염용액이며, 음극액으로서는 2가 바나듐염용액이여야 할 필요가 있으며, 각각의 이온 농도가 거의 갔다면 전지로서 작동할 수 있으나 극단적으로 농도차가 있다면 제대로 작동하지 않는다는 문제가 있다.
따라서 전해질 용액은 농도와 양에 따라서 전기의 충전 용량을 결정하고, 화학반응의 가역성과 용액의 동역학적 상태의 영향을 끼치므로 최적화된 농도의 설정과 전해액을 제조하는 과정에서 원자가를 제어할 수 있는 기술이 부족하며, 전해액의 안정화를 위해 황산을 다량 사용하고 있다는 문제가 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 레독스 전지에 사용되는 전해액의 농도 및 이온의 전자가를 용이하게 조절할 수 있는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 충전 용량을 극대화하고 전해액의 안정화를 위해 황산 대신 콜로이드화 기술에 의한 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 사용에 의해 열화되거나 불순물이 포함된 전해액을 재생할 수 있는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법은 양극 챔버, 원액 챔버, 처리액 챔버 및 음극 챔버가 형성되는 전해조; 및 양극 및 음극에 전원을 공급하는 전원부;를 포함하는 것이되, 상기 양극 챔버와 원액 챔버 사이에는 음이온 투과막과 양이온 투과막, 상기 원액 챔버와 처리액 챔버 사이에는 양이온 투과막, 상기 처리액 챔버와 음극 챔버에는 음이온 투과막과 양이온 투과막이 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법은 열화되거나 불순물이 함유된 전해액을 정제하는 정제장치를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법은 상기 양극 및 음극은 티타늄과 백금 또는 티타늄과 루테늄을 포함하는 합금이며, 상기 전극액은 황산 나트륨용액인 것이며, 상기 원액은 산화 바나듐 황산용액이고, 상기 처리액은 황산용액인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법은 상기 양극 챔버 및 음극 챔버, 상기 원액 챔버, 상기 처리액 챔버의 각각에 전극액 수조, 원액 수조, 처리액 수조가 배관으로 각각 연결되어 있고, 상기 각각의 배관에는 순환 펌프가 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법은 상기 배관에는 상기 순환 펌프에서 각 챔버로 공급하는 유량을 제어하기 위한 제어수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법은 상기 제어수단은 압력계 및 제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법은 양극 챔버와 원액 챔버 사이에는 음이온 및 양이온 투과막, 상기 원액 챔버와 상기 처리액 챔버에는 양이온 투과막, 상기 처리액 챔버와 상기 음극 챔버 사이에는 음이온 투과막 및 양이온 투과막으로 구획한 후, 상기 양극 및 음극 챔버에는 황산 나트륨 용액을 채우고, 상기 원액 챔버에는 산화 바나듐 황산 용액을 채우며, 상기 처리액 챔버에는 황산 용액을 채우고, 양극 및 음극에 전원을 공급하여 이온들이 상기 음이온 및 양이온 투과막을 통해 이동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법은 3가 또는 4가의 바나듐 전해액이 생성되도록 각 챔버로 흐르는 전류량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법은 상기 전류량은 한계전류 값의 1.1~1.3 배의 정전류를 사용하는 것이되, 상기 한계전류 값이란 상기 각 챔버에 식염수를 넣고, 소정의 전압을 흘려 보내 각 챔버 내부에서 계측되는 전류 값인 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법에 의하면 전해액의 농도 및 이온의 전자가를 효율적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법에 의하면 밀도가 높아 충전 효율이 우수하며 열적, 화학적으로 안정화되어 경제성 및 안전성이 우수하다는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 목적은 사용에 의해 열화되거나 불순물이 포함된 전해액을 재생할 수 있는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법에 의하면 신품 재생액은 물론 사용에 의해 충전효율이 떨어지는 전해액을 재생할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치의 일실시예를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법의 일실시예를 도시하는 설명도이다.
도 3은 본 발명의 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치의 전압/전류 특성을 도시하는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법에 따른 또 다른 실시예를 도시하는 설명도이다.
도 5는 본 발명의 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법에서 정제장치의 전압/전류 특성을 도시하는 그래프이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 설명에서 동일 또는 유사한 구성요소는 동일 또는 유사한 도면번호를 부여하고, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치의 일실시예를 도시하는 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법의 일실시예를 도시하는 설명도로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치는 양극 챔버(11), 원액 챔버(13), 처리액 챔버(15) 및 음극 챔버(17)가 형성되는 전해조(10); 및 양극(31) 및 음극(33)에 전원을 공급하는 전원부(30);를 포함하는 것이되, 상기 양극 챔버(11)와 원액 챔버(13) 사이에는 음이온 투과막(21)과 양이온 투과막(23), 상기 원액 챔버(13)와 처리액 챔버(15) 사이에는 양이온 투과막(23), 상기 처리액 챔버(15)와 음극 챔버(17)에는 음이온 투과막(21)과 양이온 투과막(23)이 각각 형성되는 것이다.
상기 양극(31) 및 음극(33)은 티타늄과 백금 또는 티타늄과 루테늄을 포함하는 합금으로 이루어지며, 상기 전극액(110)은 황산 나트륨용액인 것이며, 상기 원액(130)은 산화 바나듐 황산용액이고, 상기 처리액(150)은 황산용액인 것이 바람직하다.
상기 양극 챔버(11) 및 음극 챔버(17), 상기 원액 챔버(13), 상기 처리액 챔버(15)의 각각에 전극액 수조(71), 원액 수조(73), 처리액 수조(75)가 배관(50)으로 각각 연결되어 있고, 상기 각각의 배관(50)에는 순환 펌프(51)가 연결되어 있는 것이 바람직하다. 각 챔버와 각 수조는 배관(호스, 파이프)으로 연결되어 있어 전극액, 원액, 처리액이 순환할 수 있는 구조를 가지게 된다.
상기 순환과정에서 발생하는 이온물질의 이온투과막에서의 물질이동은 양극 챔버(11)에서는 수소이온(H+)은 음이온 투과막(21) 및 양이온 투과막(23)을 투과하여 원액 챔버(13)로 이동한다.
즉 양극(31)에 양전압이 인가되고 음극(33)에 음전압이 인가되면 전기장이 형성되고 상기 전기장에 의하여 이온 물질들은 이온투과막(21, 23)을 통해 이동하게 된다.
양의 극성을 가지는 이온 물질(H+, V+ 등)은 음전압이 인가되는 음극(33)을 향하여 이동되고, 음의 극성을 가지는 이온 물질(OH-)은 양전압이 인가되는 양극(31)을 향하여 이동하게 된다.
순환 펌프(51)를 동작시켜 각 수조에서 전해조(10)로 유입되는 주입압력을 같도록 순환 펌프(51)의 출력을 조정할 수 있게 된다. 본 발명의 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치에 있어서 한계전류를 약간 넘는 영역에서 가동하는 것이 순환 펌프(51)이다.
상기 배관(50)에는 상기 순환 펌프(51)에서 각 챔버(11, 13, 15)로 공급하는 유량을 제어하기 위해 제어수단을 더욱 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제어수단은 압력계(41) 및 제어밸브(43)를 포함하는 것이며, 제어수단을 조절하거나 설정된 데이터에 맞춰 자동제어할 수 있는 제어부(60)를 두는 것도 가능하다.
양극 챔버(11)와 원액 챔버(13) 사이에는 음이온 투과막(21) 및 양이온 투과막(23), 상기 원액 챔버(13)와 상기 처리액 챔버(15)에는 양이온 투과막(23), 상기 처리액 챔버(15)와 상기 음극 챔버(17) 사이에는 음이온 투과막(21) 및 양이온 투과막(23)을 순차적으로 구획한 후, 상기 양극 챔버(11) 및 음극 챔버(17)에는 황산 나트륨 용액을 채우고, 상기 원액 챔버(13)에는 산화 바나듐 황산 용액(VOSO4)을 채우며, 상기 처리액 챔버(15)에는 황산 용액을 채우고, 양극(31) 및 음극(33)에 전원을 공급하여 이온들이 상기 음이온 투과막(21) 및 양이온 투과막(23)을 통해 이동시키는 것이 바람직하다.
3가 또는 4가의 바나듐 전해액이 생성되도록 각 챔버(11, 13, 15)로 흐르는 전류량을 조절하는 것이 바람직하다.
원액에서 산화 바나듐 황산염(VOSO4)을 사용했을 경우, 산소 이온(O-2)은 전극액에서 이동해 온 수소 이온(H+)과 화합하여 일부는 물(H2O)이 되고, 또 다른 일부는 산소(O2)가 된다. 이때 해리된 바나듐 이온(V+3 또는 V+4)이 처리액 챔버(15) 내에 확산 된다.
한편 황산 이온(SO4 -2)은 전극액에서 공급된 수소 이온과 화합하여 황산(H2SO4)이 된다.
상기 전류량은 한계전류 값의 1.1~1.3 배의 정전류를 사용하는 것이되, 상기 한계전류 값이란 상기 각 챔버(11, 13, 15)에 식염수를 넣고, 소정의 전압을 흘려 보내 각 챔버 내부에서 계측되는 전류 값인 것이 바람직하다.
말하자면 원액(130)을 전기분해하여 그 생성물이 이온투과막(21, 23)을 거쳐 정제분리하기 때문에 동작점을 그와 같은 설정으로 하는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 전해액의 제조장치 및 그 제조방법에 따른 또 다른 실시예를 도시하는 설명도로서, 도 1 또는 도4에 도시된 바와 같이 열화되거나 불순물이 포함되어 있어 순도가 좋지 않은 원료를 정제할 때에 사용하는 정제장치를 더욱 포함하는 것이다.
상기 정제장치는 전해액 제조장치와의 차이점을 비교하면 다음과 같다.
양극 챔버(11')와 원액 챔버(130') 사이에는 부생액 챔버(12)가 더욱 포함되어 있으며, 그에 대응하여 부생액 수조(72)가 배관(50')으로 연결되어 있다.
부생액(120)의 순환과정은 상기 배관(50')에 순환 펌프(51')가 구비되어 부생액 수조(72)에서 부생액 챔버(12)로 이동한 후 다시 부생액 수조(72)로 돌아오는 것이다.
부생액 챔버(12)와 원액 챔버(13) 사이에는 음이온 투과막(21')이 형성되어 있다.
또한, 정제장치에서는 원액이 열화된 전해액 또는 순도가 비교적 좋지 않은 원액인 것이 주로 사용된다.
예를 들어, 전극액에 황산나트륨 용액(Na2SO4), 원액에 메타바나진산 암모니움(NH4VO3) 용액, 처리액에 희황산(묽은 황산)을 사용한 경우 원액의 암모니움이온(NH4 +)은 부생액으로 이동하여 암모니아수가 되며, 바나듐이온은 처리액으로 이동하여 황산바나듐용액이 된다.
또한 원액에 산화바나듐 황산(VOSO4)용액을 처리액에 희황산을 사용한 경우 원액의 황산이온은 부생액으로 이동하여 황산이 되며, 바나듐이온은 처리액으로 이동하여 황산바나듐이 된다.
정제장치는 소금을 한번 산과 알칼리로 분해한 뒤에 재차 화합시키기 위해 정제도가 높고 유기산 등의 불순물이 혼입된 경우 등에도 알맞게 정제가 가능하다. 정제장치의 조정방법은 전해액 제조장치과 같이 한계전류를 계측하여 이것을 조금 넘는 전류(10~20%증가)에서 작동시킨다.
이하, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 제조방법을 바람직한 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.
< 실시예 1>
1. 식염수를 이용한 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치의 조정
레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치를 제작하고 한계전류의 계측을 실행한다.
각 수조(71, 73, 75)에 3%의 식염수를 넣어 전압을 흘려보내 장치에 흐르는 전류를 계측한다.
도 3은 본 발명의 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치의 전압/전류 특성을 도시하는 그래프로서, 도시된 바와 같이 전해액 제조장치의 전압-전류의 특성으로 세로축에는 전압을 전류에서 뺀 수치(E/I)를 그리고 가로축에는 전류의 역수(1/I)를 눈금을 그어 놓는다.
전원에는 정전압, 정전류 전원을 사용하여 최대출력30(V)에서 0.1V정도의 제어가 가능하며 출력전류는 최대 3A로도 충분히 사용 가능하다.
식염수에서는 전류축의 1.3의 부근에서 부성저항이 발생하고 있으나, 이것은 막에서 확산된 나트륨 이온량이 막에서 외부로 끌어내는 이온량에 도달하지 않고 공급된 전류에 의해 식염수가 전기분해되는 것을 나타내고 있다. 이 예에서는 부성저항이 발생하는 점은 1.3이기 때문에 한계전류는 그 역수(1/1.3)가 되며, 약 0.77(A)가 된다.
여기서, 부성저항이란 부하에 가하는 전압을 변화시켰을 때의 전압 전류특성의 경사가 마이너스로 되고 전류를 감소시키면 전압 강하가 증가하는 것을 말하며, 부저항 또는 부특성이라고도 한다.
2. 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치의 성능시험
다음으로 실제로 사용하는 경우의 한계전류를 계측한다.
각 수조의 식염수를 버리고 순수한 물을 이용하여 장치 내부를 충분히 세정한 후에 전극액 수조(71)에 황산나트륨 10%용액, 원액 수조(73)에 산화바나듐 황산10%용액 처리액 수조(75)에 황산 10%용액을 각각 주입한다.
순환 펌프(51)를 동작시켜 전해조에서 각각의 액(110, 130, 150)을 주입하게 되나 이 때 각 수조에서의 주입압력이 같도록 순환 펌프(51)의 출력을 조정한다. 또한 전해조에서 주입된 액체의 유량도 같도록 제어밸브(43)로 조절한다. 본 장치는 주입압력 0.02(MPa), 유량 2.5(L/min)으로 하였다.
도 3에 도시된 바와 같이 실사용시에서는 용액의 전지전도도가 높은 것과 액체를 순환시키는 것에 따른 한계전류는 낮아 1/I는 1.5에 약 0.67(A)가 된다.
또한 부성저항 영역에서 전류의 수치가 불규칙하게 나타나는 현상이 발생하고 있으나 이것은 액체의 순환량의 변동에 기인하고 있다.
전해조(10) 안에서 발생한 가스인 산소 및 수소가 수조 바깥으로 배출될 때에 유량이 변동하여 그 결과 막에서의 이온의 확산량과 변동하기 때문이나 전체적으로는 직성성도 좋고 전류 가변범위도 넓다.
통상의 전기투석에서는 한계전류 이하에서 사용하고 있으나, 본 발명에서는 전해투석에서는 한계전류를 조금 초과하는 수치(일반적으로 20~25% 증가)를 통전 전류로 한다. 본 장치에서는 4가 바나듐 이온을 생성시키는 경우는 20% 증가한 0.8(A)로 하고 3가 바나듐 이온을 생성시킨 경우에는 30% 증가한 0.87(A)로 공급하였다.
또한 한계전류 0.67(A)일 때의 공급전압은 14.74(V)로, 20%증가시킨 0.8(A)일 때의 공급전압은 19.2(V), 30% 증가시킨 0.87(A)일 때의 공급전압은 21.75(V)였다.
처리량은 원액농도나 순환량, 통전 전류등에 의해 달라지나, 농도 10%, 순환량 2.5L/min, 공급전압 19.2(V), 전해전류 0.8(A)일 때 대체적으로 2.5L/h의 처리성능을 보였다.
3. 결론
상기 실험과 같이 본 발명의 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치는 원료를 전기분해 하여 그 생성물을 분리정제하는 관점에서는 전기분해투석장치이지만, 막의 한계전류를 조금 초과하여 전류영역에서 전해하는 것에 의해 분리정제하는 물질(천이금속원소 등)의 원자가를 제어하는 것이 가능하기 때문에 배위전환장치로서 기능한다. 레독스 흐름배터리는 양극액에 4가 음극액에 3가의 바나듐용액을 사용하기 때문에 원자가를 제어할 수 있는 장치는 이러한 작업에서 유리하다.
< 실시예 2>
원액(130')에서는 사용이 끝난 전해액을 20㎛ 카트리지필터에서 이중투과시킨 것을 사용하며, 바나듐 함유량을 10%로 조정하였다. 부생액 수조(72)에는 순수한 물, 그리고 처리액 수조(75')에는 10%황산을 주입하고, 전해액(110')에는 10%의 황산나트륨 용액을 사용하였다.
도 5는 본 발명의 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 그 제조방법에서 정제장치의 전압/전류 특성을 도시하는 그래프이다.
이러한 조건에서의 한계전류는 0.72(A)였다. 실험은 4회 진행하여 초기통전전류를 한계전류의 5%증가(일점쇄선), 10%증가(파선), 15%증가(실선), 20%증가(점선)으로 각각 180분간 전해하여 10분마다 전압전류를 계측하였다. 또한 30분 마다 처리액의 바나듐함유량을 비색법을 통하여 계측하였다.
그 결과, 처리액의 바나듐 농도는 150분의 전해에서 8.8%, 180분에서 9.2%에 달하였다.
이것을 전압전류특성과 비교해 보면 전류의 변화가 하향정지 한 부근(150분)에서 바나듐 이온의 이동량도 큰 폭으로 감소하며, 180분에서 거의 평행상태가 되어 있는 것을 알 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 전해조
11 : 양극 챔버 12 : 부생액 챔버
13 : 원액 챔버 15 : 처리액 챔버
17 : 음극 챔버 21 : 음이온 투과막
23 : 양이온 투과막 30 : 전원부
31 : 양극 33 : 음극
41 : 압력계 43 : 제어밸브
50 : 배관 51 : 순환 펌프
60 : 제어부 71 : 전극액 수조
72 : 부생액 수조 73 : 원액 수조
75 : 처리액 수조 110 : 전극액
120 : 부생액 130 : 원액
150 : 처리액

Claims (9)

  1. 양극 챔버, 원액 챔버, 처리액 챔버 및 음극 챔버가 형성되는 전해조; 및
    양극 및 음극에 전원을 공급하는 전원부;를 포함하는 것이되,
    상기 양극 챔버와 원액 챔버 사이에는 음이온 투과막과 양이온 투과막, 상기 원액 챔버와 처리액 챔버 사이에는 양이온 투과막, 상기 처리액 챔버와 음극 챔버에는 음이온 투과막과 양이온 투과막이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    열화되거나 불순물이 함유된 전해액을 정제하는 정제장치를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양극 및 음극은 티타늄과 백금 또는 티타늄과 루테늄을 포함하는 합금이며, 상기 전극액은 황산 나트륨용액인 것이며, 상기 원액은 산화 바나듐 황산용액이고, 상기 처리액은 황산용액인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양극 챔버 및 음극 챔버, 상기 원액 챔버, 상기 처리액 챔버의 각각에 전극액 수조, 원액 수조, 처리액 수조가 배관으로 각각 연결되어 있고,
    상기 각각의 배관에는 순환 펌프가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배관에는 상기 순환 펌프에서 각 챔버로 공급하는 유량을 제어하기 위해 제어수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어수단은 압력계 및 제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치.
  7. 양극 챔버와 원액 챔버 사이에는 음이온 및 양이온 투과막, 상기 원액 챔버와 상기 처리액 챔버에는 양이온 투과막, 상기 처리액 챔버와 상기 음극 챔버 사이에는 음이온 투과막 및 양이온 투과막으로 구획한 후,
    상기 양극 및 음극 챔버에는 황산 나트륨 용액을 채우고, 상기 원액 챔버에는 산화 바나듐 황산 용액을 채우며, 상기 처리액 챔버에는 황산 용액을 채우고, 양극 및 음극에 전원을 공급하여 이온들이 상기 음이온 및 양이온 투과막을 통해 이동시키는 것을 특징으로 하는 전해액 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    3가 또는 4가의 바나듐 전해액이 생성되도록 각 챔버로 흐르는 전류량을 조절하는 것을 특징으로 하는 전해액 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전류량은 한계전류 값의 1.1~1.3 배의 전류를 사용하는 것이며, 상기 한계전류 값은 1/전류인 것을 특징으로 하는 전해액 제조방법.










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