KR20130054548A - Redox flow battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 직렬 및 병렬 구조를 동시에 갖는 레독스 흐름전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a redox flow battery having a series and a parallel structure at the same time.
최근 신재생에너지의 비중이 확대되면서 전력 생산의 변동성과 수급 시점의 불일치 문제를 극복할 수 있는 새로운 대안으로 전력 저장장치가 주목을 받고 있어, 전력 저장장치의 활발한 연구가 진행되고 있다. 전력 저장장치는 발전량이 많을 때는 전기를 충전하고, 소비량이 많을 때는 전기를 방전함으로써 수요와 공급의 격차를 효율적으로 줄일 수 있으며 짧은 시간내 신재생에너지의 발전량 변동에 대응할 수 있는 가장 안전한 방법이다. 또한, 신재생에너지 비중이 급격히 증가할 경우, 전 세계적으로 전력 생산의 변동성이 적지 않은 규모에 이를 것으로 예상되기 때문에 최근 IEA는 미래 신재생에너지 보급을 위해 전력 저장장치에 주목하고 있는데 장기적인 관점에서 전력 저장장치의 보급은 신재생에너지 확대를 위한 필수 불가결한 요소가 될 수밖에 없는 상황이다.With the recent increase in the share of renewable energy, power storage devices have attracted attention as a new alternative to overcome the problem of volatility and supply-demand inconsistency in power generation, and active research on power storage devices is being conducted. Electric power storage devices can effectively fill the gap between demand and supply by charging electricity when power generation is high and discharging electricity when power consumption is high, and are the safest way to cope with fluctuations in generation of renewable energy in a short time. In addition, if the share of renewable energy increases sharply, it is expected that the volatility of electric power generation will be small. The IEA is focusing on power storage devices to supply renewable energy in the future. The spread of storage devices is indispensable for expanding renewable energy.
대용량의 전력저장을 위한 이차전지로는 납축전지, NaS 전지 그리고 레독스 흐름전지 (RFB, redox flow battery) 등이 있다. 납축전지는 다른 전지에 비해 상업적으로 널리 사용되고 있으나 낮은 효율 및 주기적인 교체로 인한 유지 보수의 비용과 전지 교체시 발생하는 산업폐기물의 처리문제 등의 단점이 있다. NaS 전지의 경우 에너지 효율이 높은 것이 장점이나 300℃이상의 고온에서 작동하는 단점이 있다. 이에 비해, 레독스 흐름전지는 유지 보수 비용이 적고 상온에서 작동가능하며 용량과 출력을 각기 독립적으로 설계할 수 있는 특징이 있기 때문에 최근 대용량 2차전지로 많은 연구가 진행되고 있다.Secondary batteries for large-capacity power storage include lead acid batteries, NaS batteries, and redox flow batteries (RFBs). Although lead acid batteries are widely used commercially compared to other batteries, they have disadvantages such as maintenance costs due to low efficiency and periodic replacement and disposal of industrial wastes caused by battery replacement. The NaS battery has a disadvantage in that it operates at a high temperature of 300 ° C or higher, although it has an advantage of high energy efficiency. In comparison, the redox flow battery has a lot of research into a large capacity secondary battery since the maintenance cost is low, it can operate at room temperature, and the capacity and output can be designed independently.
일반적으로 레독스 흐름전지는 양극 및 양극전해액을 포함하는 양극셀, 음극 및 음극전해액을 포함하는 음극셀 및 상기 양극셀과 음극셀 사이에 위치하는 이온교환막을 포함하여 이루어진다. 또한 상기 레독스 흐름전지는 양극전해액이 보관되는 양극전해액탱크와 음극전해액이 보관되는 음극전해액탱크 및 상기 양극전해액과 음극전해액의 순환을 위해 형성된 펌프를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이때 전지의 기전력은 양극전해액과 음극전해액을 구성하고 있는 레독스 커플의 표준전극전위의 차이에 의해서 결정된다.In general, a redox flow battery includes a cathode cell including an anode and a cathode electrolyte, an anode cell including a cathode and an anode electrolyte, and an ion exchange membrane positioned between the anode cell and the cathode cell. The redox flow battery may further include a positive electrolyte tank in which the positive electrolyte is stored, a negative electrolyte tank in which the negative electrolyte is stored, and a pump formed to circulate the positive electrolyte and the negative electrolyte. The electromotive force of the battery is determined by the difference between the standard electrode potentials of the redox couple constituting the positive and negative electrolytes.
이러한 구성의 레독스 흐름전지는 양극전해액과 음극전해액의 흐름에 따라 충방전이 일어나게 된다. 즉, 상기 양극전해액 및 음극전해액은 충방전시 각 전극의 셀의 전해액 통로를 따라 흐르면서 순환되게 되는데, 이 과정에서 레독스 커플의 산화환원반응이 일어나면서 충전 또는 방전되는데, 일반적으로 외부 회로에 전류를 흐르게 함으로서 방전되며, 반대로 외부에서 전류를 유입되게 함으로서 충전이 진행된다. 그에 따라 레독스 흐름전지는 외부에서 생산된 전류를 저장하는데 매우 유용하게 사용된다.In the redox flow battery having such a configuration, charge and discharge occur according to the flow of the positive electrolyte solution and the negative electrolyte solution. That is, the positive electrolyte and the negative electrolyte are circulated while flowing along the electrolyte passage of the cell of each electrode during charging and discharging. In this process, redox couples are charged or discharged as a redox reaction occurs. Discharge is caused by flowing, and charging is progressed by allowing a current to flow from the outside. Accordingly, the redox flow battery is very useful for storing an externally generated current.
상기한 구조의 레독스 흐름전지의 단위셀의 경우 출력이 작다는 단점이 있으며, 그에 따라 근래에는 전지의 출력을 증가시키기 위하여 다수의 단위셀을 적층하여 사용하는 기술이 개시되어 있다. 이와 관련하여 본 출원인은 국내특허출원번호 제2010-36151호에서 도 1에 도시된 바와 같은 적층구조의 레독스 흐름전지에 관한 기술을 개시한 바 있다. 도 1에 도시된 레독스 흐름전지는 집전체 사이에 바이폴라 플레이트, 전극판 및 분리막이 순차적으로 적층된 단위체가 직렬로 반복 적층된 스택으로 구성된다.In the case of the unit cell of the redox flow battery having the above-described structure has a disadvantage that the output is small, accordingly, a technique for stacking a plurality of unit cells in order to increase the output of the battery is disclosed in recent years. In this regard, the present applicant has disclosed a technology of a redox flow battery having a stacked structure as shown in FIG. 1 in Korean Patent Application No. 2010-36151. The redox flow battery illustrated in FIG. 1 includes a stack in which bipolar plates, electrode plates, and separators are sequentially stacked between current collectors in series.
그러나, 상기 구조는 레독스 흐름전지의 출력을 증가시킬 경우 적층되는 단위체의 수를 증가시켜야 하므로 레독스 흐름전지의 부피가 급격하게 증가하는 단점이 있다. 또한, 츨력을 증가시키기 위한 다른 방법으로 분리막 등의 크기를 증가시켜야 하나 분리막의 크기를 증가시키는 것이 용이하지 않은 단점이 있다.However, the structure has a disadvantage in that the volume of the redox flow battery increases rapidly because the number of units to be stacked must be increased when the output of the redox flow battery is increased. In addition, although the size of the separator must be increased by another method for increasing the output, there is a disadvantage in that it is not easy to increase the size of the separator.
그에 따라 본 발명자들은 상기한 종래 레독스 흐름전지가 갖는 문제점을 해소하기 위하여 연구를 진행하였으며, 레독스 흐름전지의 부피를 급격하게 증가시키기 않으면서 용이하게 스택을 형성하여 전지의 출력을 향상시킬 수 있는 방법을 연구한 끝에 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the present inventors have conducted research to solve the problems of the conventional redox flow battery, and can easily form a stack without rapidly increasing the volume of the redox flow battery to improve the output of the battery. After studying the method, the present invention was completed.
따라서, 본 발명은 부피를 급격하게 증가시키지 않으면서 용이한 방법으로 전지의 출력을 향상시킬 수 있는 레독스 흐름전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a redox flow battery capable of improving the output of the battery in an easy manner without rapidly increasing the volume.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하나의 플레이트에 서로 다른 극을 갖는 반응부가 형성된 매니폴드를 포함하는 단위셀을 2층 이상 적층하여 형성된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a redox flow battery having a structure formed by stacking two or more units of a unit cell including a manifold having a reaction part having different poles in one plate. .
상기 레독스 흐름전지는 전해액 주입구를 갖는 제1엔드플레이트와, 전해액 배출구를 갖는 제2엔드플레이트와, 상기 제1엔드플레이트 후면에 위치하는 것으로서 서로 다른 극을 갖는 두 개의 집전체와, 상기 집전체의 후측으로 적층되는 상기의 단위셀, 및 상기 제2엔드플레이트의 전면에 형성된 직병렬연결부재를 포함하여 이루어진 것일 수 있다.The redox flow battery includes a first end plate having an electrolyte injection hole, a second end plate having an electrolyte discharge hole, two current collectors having different poles as located on a rear surface of the first end plate, and the current collector. It may be made of a unit cell, which is laminated to the rear side of the and the parallel connection member formed on the front surface of the second end plate.
상기 단위셀은 양극전극과 음극전극이 일측면에 부착되고 타측면에는 상기 양극전극과 음극전극에 대응되는 극성의 양극반응부와 음극반응부를 갖는 제1매니폴드와; 상기 양극반응부와 음극반응부에 대응되는 위치에 형성된 분리막을 포함하는 가스킷; 및 일측면에는 상기 분리막에 대응되는 위치에 상기 제1매니폴드의 양극반응부와 음극반응부 반대되는 극성의 음극반응부 및 양극반응부가 구비되고, 타측면에는 상기 음극반응부 및 양극반응부에 대응되는 음극전극 및 양극전극이 구비된 제2매니폴드를 포함하여 이루어지며,The unit cell may include a first manifold having an anode electrode and a cathode electrode attached to one side thereof and having an anode reaction unit and a cathode reaction unit having polarities corresponding to the anode electrode and the cathode electrode on the other side thereof; A gasket including a separator formed at a position corresponding to the anode reaction part and the cathode reaction part; And a cathode reaction part and an anode reaction part having polarities opposite to the anode reaction part and the cathode reaction part of the first manifold at a position corresponding to the separator, and at one side of the cathode reaction part and the anode reaction part. It comprises a second manifold provided with a corresponding cathode electrode and anode electrode,
상기 제2매니폴드 후면에는 다른 단위셀의 제1매니폴드의 전면이 위치하는 것일 수 있다.The front surface of the first manifold of the other unit cell may be located at the rear of the second manifold.
상기 제2매니폴드의 후면에 형성되는 양극전극 또는 음극전극은 다른 단위셀의 제1매니폴드의 전면에 형성되는 음극전극 또는 양극전극과 하나의 플레이로 일체화된 바이폴라플레이트로 이루어진 것일 수 있다.The positive electrode or the negative electrode formed on the rear surface of the second manifold may be made of a bipolar plate integrated with a single electrode and the negative electrode or the positive electrode formed on the front surface of the first manifold of another unit cell.
상기 양극전극 또는 음극전극은 도전성 그라파이트 플레이트일 수 있다.The positive electrode or the negative electrode may be a conductive graphite plate.
상기 양극반응부는 양극전해액의 유로를 포함하며, 상기 음극반응부는 음극전해액의 유로를 포함하는 것일 수 있다.The anode reaction part may include a flow path of the positive electrolyte, and the cathode reaction part may include a flow path of the negative electrolyte.
상기 가스킷의 분리막의 양면에는 펠트전극이 형성될 수 있다.Felt electrodes may be formed on both surfaces of the separator of the gasket.
상기 양극전극 및 음극전극이 부착되는 매니폴드에는 양극전극 및 음극전극의 일부분이 삽입되는 홈이 형성될 수 있다.In the manifold to which the positive electrode and the negative electrode are attached, a groove into which a part of the positive electrode and the negative electrode is inserted may be formed.
상기 직병렬연결부재는 전도성플레이트로 이루어지고, 상기 전도성플레이트 전면에는 적층되는 최후 단위셀의 제2매니폴드 후면에 부착되는 양극전극 및 음극전극이 접촉되는 것일 수 있다.The series-parallel connection member may be made of a conductive plate, and the positive electrode and the negative electrode attached to the rear surface of the second manifold of the last unit cell stacked on the conductive plate may be in contact with each other.
상기 직병렬연결부재는 중앙에 전도성플레이트가 삽입된 것이고, 상기 직병렬연결부재의 전도성플레이트 전면에는 적층되는 최후 단위셀의 제2매니폴드 후면에 부착되는 양극전극 및 음극전극이 접촉되는 것일 수 있다.The parallel-connecting member may have a conductive plate inserted in the center thereof, and the positive electrode and the negative electrode attached to the rear surface of the second manifold of the last unit cell stacked on the conductive plate may be in contact with the conductive plate. .
상기 양극전해액 또는 음극전해액은 수계 전해액, 비수계 전해액, 이온성 액체 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것일 수 있다.The positive electrolyte or negative electrolyte may be an aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte, an ionic liquid, or a mixture thereof.
상기 레독스 흐름전지는 양극전해액을 저장하는 양극전해액탱크, 음극전해액을 저장하는 음극전해액탱크 및 상기 양극전해액과 음극전해액을 순환시키기 위한 펌프를 더 포함할 수 있다.
The redox flow battery may further include a positive electrolyte tank for storing the positive electrolyte, a negative electrolyte tank for storing the negative electrolyte, and a pump for circulating the positive electrolyte and the negative electrolyte.
상기한 바와 같이 본 발명의 레독스 흐름전지는 하나의 플레이트에 서로 다른 극을 갖는 반응부가 형성된 매니폴드를 포함하는 단위셀을 직렬로 연결함으로서 직렬과 병렬의 구조를 동시에 형성하여 종래와 동일한 수의 스택이 형성되는 경우에 비해 높은 전압을 형성하므로 전지의 출력을 극대화시킬 뿐만 아니라 출력의 증가함에도 불구하고 전지 부피의 감소시킬 수 있는 유용한 효과가 있다.
As described above, the redox flow battery of the present invention forms a series and a parallel structure simultaneously by connecting unit cells including a manifold in which a reaction part having different poles is formed on one plate in series, so that the same number as in the prior art can be obtained. Since a higher voltage is formed than when a stack is formed, there is a useful effect of not only maximizing the output of the battery but also reducing the battery volume despite the increase in the output.
도 1은 종래 레독스 흐름전지의 적층 구조를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름전지의 적층 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 레독스 흐름전지의 모식도이고,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드의 전후면의 개략도이고,
도 5는 본 발명에 따른 직병렬연결부재를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view showing a laminated structure of a conventional redox flow battery,
2 is a view schematically showing a laminated structure of a redox flow battery according to an embodiment of the present invention,
3 is a schematic diagram of a redox flow battery according to the present invention,
4A and 4B are schematic views of the front and rear surfaces of a manifold according to one embodiment of the present invention,
5 is a view schematically showing a series-parallel connection member according to the present invention.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름전지의 적층 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 레독스 흐름전지의 모식도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드의 전후면의 개략도이고, 도 5는 본 발명에 따른 직병렬연결부재를 개략적으로 나타낸 도면이다.2 is a view schematically showing a laminated structure of a redox flow battery according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a schematic diagram of a redox flow battery according to the present invention, Figures 4a and 4b is one of the present invention 5 is a schematic view of a front and rear surface of a manifold according to an embodiment, and FIG. 5 is a view schematically showing a parallel-parallel connection member according to the present invention.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레독스 흐름전지는 하나의 플레이트에 서로 다른 극을 갖는 반응부(43,43‘ 또는 73,73')가 형성된 매니폴드(40,40‘,70,70’)를 포함하는 단위셀(100)을 2층 이상적층하여 형성된 구조를 갖는다.As shown in Figures 2 to 5, the redox flow battery according to the present invention is a manifold (40, 40) formed with a
즉, 종래의 단위셀은 하나의 플레이트에 하나의 반응부가 형성된 구조를 가지나, 본원발명의 단위셀(100)은 하나의 플레이트에 서로 다른 극을 갖는 적어도 두 개의 반응부(43,43' 또는 73,73')가 형성된 매니폴드(40,40',70,70')를 포함하는 적층된 구조를 가진다.That is, the conventional unit cell has a structure in which one reaction unit is formed in one plate, but the
좀 더 구체적으로 살펴보면, 본원발명의 일실시예에 따른 레독스 흐름전지는 양극 전해액 및 음극 전해액 주입구(11,11')를 갖는 제1엔드플레이트(10)와, 양극 전해액 및 음극 전해액 배출구(21, 21')를 갖는 제2엔드플레이트(20)와, 상기 제1엔드플레이트(10) 후면에 위치하는 것으로서 서로 다른 극을 갖는 두 개의 집전체(30,30')와, 상기 집전체(30,30')의 후측으로 적층되는 단위셀(100), 및 상기 제2엔드플레이트(20)의 전면에 형성된 직병렬연결부재(80)를 포함하여 이루어진다.More specifically, the redox flow battery according to the exemplary embodiment of the present invention may include a
이때, 상기 단위셀(100)은 양극전극 및 음극전극(41,41')이 일측면에 부착되고 타측면에는 상기 양극전극 및 음극전극(41,41')에 대응되는 극성의 양극반응부 및 음극반응부(43,43')를 갖는 제1매니폴드(40)와, 상기 양극반응부 및 음극반응부(43,43')에 대응되는 위치에 형성된 분리막(65)을 포함하는 가스킷(60), 및 일측면에는 상기 분리막(65)에 대응되는 위치에 상기 제1매니폴드(40)의 양극반응부 및 음극반응부(43,43') 반대되는 극성의 음극반응부 및 양극반응부(73,73')가 구비되고, 타측면에는 상기 음극반응부 및 양극반응부(73,73')에 대응되는 음극전극 및 양극전극(71,71')이 구비된 제2매니폴드(70)를 포함하여 이루어진 것일 수 있다.At this time, the
상기의 단위셀(100)을 적층하는 경우 상기 제2매니폴드(70) 후면에는 다른 단위셀의 제1매니폴드(40')의 전면이 위치하게 된다. 이때, 도 2에서는 단위셀(100)이 2개인 것을 예시하였으나, 도 3에서 도시된 바와 같이 다수의 다른 단위셀(100)이 적층될 수 있으며, 이는 도 2에 예시된 실시예를 바탕으로 당업자가 용이하게 구현해낼 수 있는 것이다.When stacking the
상기 레독스 흐름전지는 도면에 도시하지는 않았으나, 양극전해액을 저장하는 양극전해액탱크, 음극전해액을 저장하는 음극전해액탱크 및 상기 양극전해액과 음극전해액을 순환시키기 위한 펌프를 더 포함하여 이루어진다. 이는 당업자라면 용이하게 구현할 수 있는 것으로서 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Although not shown in the drawing, the redox flow battery further includes a positive electrolyte tank for storing the positive electrolyte, a negative electrolyte tank for storing the negative electrolyte, and a pump for circulating the positive electrolyte and the negative electrolyte. This can be easily implemented by those skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 레독스 흐름전지는 직렬과 병렬의 구조를 동시에 채택함으로서 종래 직렬 구조만을 갖는 레독스 흐름전지에 비하여 높은 전압을 형성할 수 있으며, 따라서 레독스 흐름전지의 출력을 극대화시킬 뿐만 아니라 출력의 증가함에도 불구하고 레독스 흐름전지의 부피를 감소시킬 수 있다.
As described above, the redox flow battery according to the present invention adopts a series and parallel structure at the same time to form a higher voltage than the redox flow battery having a conventional series structure, thus maximizing the output of the redox flow battery In addition to increasing the power, the volume of the redox flow cell can be reduced.
각각의 구성요소에 대하여 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.Each component will be described in more detail as follows.
상기 제1엔드플레이트(10)는 양극 전해액 및 음극전해액 주입구(11,11')를 갖는 것이고, 제2엔드플레이트(20)는 양극 전해액 및 음극전해액 배출구(21,21')를 갖는 것으로서, 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 통상의 플레이트에 전해액이 주입되고나 배출될 수 있는 통로를 형성한 것이다.The
상기 전해액 주입구(11,11')와 전해액 배출구(21,21')는 서로 대각선상으로 배치되거나 동일한 방향으로 편향되어 위치할 수 있으며, 본 발명이 이를 한정하는 것은 아니다.The electrolyte injection holes 11 and 11 'and the electrolyte discharge holes 21 and 21' may be disposed diagonally to each other or deflected in the same direction, but the present invention is not limited thereto.
상기 전해액 주입구(11,11')과 전해액 배출구(21,21')는 양극전해액탱크 및 음극전해액탱크와 연결되어 있으며, 별도로 구비된 펌프의 구동에 의해 양극전해액과 음극전해액이 순환하게 된다.The
상기에서 제1엔드플레이트(10)와 제2엔트플레이트는 레독스 흐름전지의 단위셀(100)이 적층될 때 최외각에 위치하는 것으로서 적층 시 압력을 가할 때 자리를 잡아주는 역할을 수행하며, 아울러 전해액의 주입 및 전해액의 배출을 도와준다.In the above, the
상기 제1엔드플레이트(10)와 제2엔드플레이트(20)는 절연체를 사용하여 형성될 수 있다. 구체적으로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스틸렌(PS) 및 염화비닐(PVC)등의 고분자를 사용하여 형성된 것일 수 있으며, 가격 및 구입의 용이성 등을 고려하면 염화비닐(PVC)를 사용하는 것이 바람직하다.
The
상기 제1엔드플레이트(10) 후면에는 서로 다른 극을 갖는 두 개의 집전체(30,30')가 형성된다. 상기 집전체(30,30')는 외부의 전자가 움직이는 통로로, 충전 시 외부로부터 전자를 받아들이거나 방전 시 외부로 전자를 내어주는 역할을 한다.Two
이러한 집전체(30,30')는 당 분야에서 일반적으로 사용하는 것으로 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들면 구리 또는 황동을 사용할 수 있다.
The
본 발명에 따르면 상기 집전체(30,30')의 후측으로 단위셀(100)이 적층되는데, 상기 단위셀(100)은 제1매니폴드(40)와, 분리막(65)을 포함하는 가스킷(60) 및 제2매니폴드(70)를 포함하여 이루어진다.According to the present invention, the
상기 제1매니폴드(40)는 일측면에 양극전극 및 음극전극(41,41')이 부착되고, 타측면에는 상기 양극전극 및 음극전극(41,41')에 대응되는 극성의 양극반응부 및 음극반응부(43,43')를 갖는다. 제2매니폴드(70)의 경우 제1매니폴드(40)와 동일한 구성을 포함하고 있으며, 다만 양극전극 및 음극전극(71,71')과 양극반응부 및 음극반응부(73,73')의 위치가 서로 바뀌어 형성되어 있다. 따라서 이하의 매니폴드에 대한 구조의 설명에서는 도 4a 및 도 4b에 도시된 제1매니폴드(40)를 기준으로 그 형상에 대하여 설명하기로 한다.The
매니폴드(40)에 형성된 양극전극 및 음극전극(41,41')은 당해분야에서 일반적으로 사용되는 도전성 플레이트를 사용할 수 있다.The anode and
바람직하게 상기 양극전극 및 음극전극(41,41')은 도전성 그라파이트 플레이트를 사용할 수 있다. 상기 도전성 그라파이트 플레이트는 집전체의 부식을 방지하는 역할을 한다. 구체적으로 레독스의 전해액은 활물질을 강산에 용해시켜 형성하므로 도전성 그라파이트 플레이트가 없는 경우에는 집전체가 강산에 의해 부식이 되어 저항이 커지게 된다.Preferably, the anode and
바람직하게 상기 양극전극 및 음극전극(41,41')은 페놀 수지에 함침된 그라파이트 플레이트가 사용될 수 있다. 그라파이트 플레이트를 단독으로 사용하는 경우에는 전해액에 사용된 강산이 그라파이트를 투과할 수 있는 바, 강산의 투과를 막기 위하여 페놀 수지에 함침된 그라파이트 플레이트를 사용하는 것이 바람직하다.Preferably, the anode and
상기 매니폴드(40)에는 음극전극 및 양극전극(41,41')의 일부분이 삽입될 수 있는 홈(42)이 형성될 수도 있다.The manifold 40 may be formed with a
상기 매니폴드(40)의 타측면에 형성된 양극반응부 및 음극반응부(43,43')는 각각 양극 전해액이 이동하기 위한 통로 또는 음극전해액이 이동하기 위한 통로인 유로(44,44')를 포함하고 있다.The positive and
상기 매니폴드에 형성된 유로(44,44')들은 제1엔드플레이트(10)의 전해액 주입구(11,11')를 통해 전해액이 유입된 후 제2엔드플레이트(20)의 전해액 배출구(21,21')를 통해 전해액이 배출될 때까지 반응을 위한 소정의 흐름 통로를 제공한다. 양극전해액의 유로(43 or 43')와 음극전해액의 유로(43’ or 43)는 서로 겹치지 않는 범위내에서 하나의 플레이트에 적절하게 형성할 수 있다. 본 발명이 그 유로(43,43')의 형상을 한정하는 것은 아니다.The
상기 매니폴드(40)를 형성하는 플레이트는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스틸렌(PS) 및 염화비닐(PVC)등의 고분자를 사용하여 형성된 것일 수 있으며, 가격 및 구입의 용이성 등을 고려하면 염화비닐(PVC)를 사용하여 형성된 것이 바람직하다.The plate forming the manifold 40 may be formed using a polymer such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS) and vinyl chloride (PVC), price and ease of purchase In consideration, it is preferable that it is formed using vinyl chloride (PVC).
단위셀(100)의 적층시 제2매니폴드(70) 후면에는 다른 단위셀(100)의 제1매니폴드(40')의 전면이 위치하게 된다. 이때, 상기 제2매니폴드(70)의 후면에 형성되는 양극전극 또는 음극전극은 다른 단위셀(100)의 제1매니폴드(40')의 전면에 형성되는 음극전극 또는 양극전극과 하나의 플레이트로 일체화된 바이폴라플레이트를 사용할 수 있다.When the
상기 바이폴라플레이트는 당해분야에서 일반적으로 사용되는 것을 적용할 수 있다. 아울러 상기 바이폴라 플레이트의 전체 또는 일부는 전술한 바와 같이 그라파이트 플레이트를 적용할 수 있다.
The bipolar plate may be applied to those commonly used in the art. In addition, all or part of the bipolar plate may be applied to the graphite plate as described above.
제1매니폴드(40)와 제2매니폴드(70) 사이에는 분리막(65)을 포함하는 가스킷(60)이 형성된다.A
상기 분리막(65)은 충/방전 시 양극 전해액과 음극의 전해액을 분리시키고, 충/방전 시 선택적으로 이온만을 이동시키는 역할을 한다. 이러한 분리막(65)은 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않는다.The
또한, 가스킷(60)은 전해액의 누수를 방지하는 역할을 한다. 상기 가스킷(60)은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 연질 PVC, 고무, 바이톤 및 경질 PVC 등의 재질로 형성될 수 있다.
In addition, the
본 발명에 따르면, 상기 가스킷(60)의 분리막(65)의 양면 즉, 가스킷(60)과 제1매니폴드(40) 및 가스킷(60)과 제2매니폴드(70) 사이에의 분리막(65) 양면에는 펠트전극(50)가 구비될 수 있다. 상기 펠트전극(50)은 전해액의 산화환원을 할 수 있는 활성 사이트(active site)를 제공하는 것으로 구체적으로 부직포 및 탄소섬유 및 탄소 페이퍼 등이 사용될 수 있다.According to the present invention, both surfaces of the
상기의 단위셀(100)은 적층시 제2매니폴드(70) 후면에 다른 단위셀(100)의 제1매니폴드(40')의 전면이 위치하게 된다. 이때 적층 단위셀(100)의 수는 제한되지 않으며, 설계용량에 맞게 적절하게 변형시킬 수 있다.
When the
제2엔드플레이트(20)의 전면에는 직병렬연결부재(80)가 형성된다. 즉, 적층되는 최후의 단위셀(100)의 제2매니폴드(70') 후면에는 직병렬연결부재(80)가 형성된다.The serially
상기 직병렬연결부재(80)는 중앙에 전도성플레이트(81)가 삽입된 것이고, 상기 직병렬연결부재(80)의 전도성플레이트(81) 전면에는 적층되는 최후 단위셀(100)의 제2매니폴드(70') 후면에 부착되는 양극전극 및 음극전극(71,71')이 접촉되는 것일 수 있다.The second
또한 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 직병렬연결부재는 전도성플레이트로 이루어지고, 상기 전도성플레이트 전면에는 적층되는 최후 단위셀(100)의 제2매니폴드 후면에 부착되는 양극전극 및 음극전극이 접촉되는 것일 수 있다.
In addition, although not shown in the drawings, the serial-to-parallel connection member is made of a conductive plate, and the positive electrode and the negative electrode attached to the rear surface of the second manifold of the
상기 레독스 흐름전지는 도면에 도시하지는 않았으나, 양극전해액을 저장하는 양극전해액탱크, 음극전해액을 저장하는 음극전해액탱크 및 상기 양극전해액과 음극전해액을 순환시키기 위한 펌프를 더 포함하여 이루어진다. 이때, 양극전해액과 음극전해액은 당해분야에서 일반적으로 사용되는 것을 제한없이 사용할 수 있다. 특히 상기 레독스 흐름전지는 수계 전해액, 비수계 전해액, 이온성 액체 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한 상기 양극전해액 및 음극전해액에 사용되는 레독스 커플 역시 당해분야에서 일반적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다.
Although not shown in the drawing, the redox flow battery further includes a positive electrolyte tank for storing the positive electrolyte, a negative electrolyte tank for storing the negative electrolyte, and a pump for circulating the positive electrolyte and the negative electrolyte. In this case, the positive electrolyte and the negative electrolyte may be used without limitation. In particular, the redox flow battery may use an aqueous electrolyte solution, a non-aqueous electrolyte solution, an ionic liquid or a mixture thereof. In addition, the redox couple used in the positive electrolyte and the negative electrolyte may also be used without limitation to those generally used in the art.
10 : 제1엔드플레이트 11,11' : 전해액 주입구
20 : 제2엔드플레이트 21,21' : 전해액 배출구
30,30' : 양극 집전체, 음극 집전체 40, 40‘ : 제1매니폴드
41,41' : 양극전극, 음극전극 42 : 홈
43,43‘,73,73‘ : 양극반응부, 음극반응부
44,44‘,74,74‘ : 유로
50 : 펠트전극 60 : 가스킷
65 : 분리막 70, 70‘ : 제2매니폴드
80 : 직병렬연결부재 81 : 전도성플레이트
100 : 단위셀10:
20:
30,30 ': positive electrode current collector, negative electrode
41,41 ': positive electrode, negative electrode 42: groove
43,43 ', 73,73': anode reaction part, cathode reaction part
44,44 ', 74,74': Euro
50 felt
65:
80: serial and parallel connection member 81: conductive plate
100: unit cell
Claims (13)
Redox flow battery, characterized in that it has a structure formed by stacking two or more unit cells including a manifold having a reaction portion having a different pole on one plate.
상기 레독스 흐름전지는 전해액 주입구를 갖는 제1엔드플레이트와, 전해액 배출구를 갖는 제2엔드플레이트와, 상기 제1엔드플레이트 후면에 위치하는 것으로서 서로 다른 극을 갖는 두 개의 집전체와, 상기 집전체의 후측으로 적층되는 상기의 단위셀, 및 상기 제2엔드플레이트의 전면에 형성된 직병렬연결부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
The method according to claim 1,
The redox flow battery includes a first end plate having an electrolyte injection hole, a second end plate having an electrolyte discharge hole, two current collectors having different poles as located on a rear surface of the first end plate, and the current collector. Redox flow battery, characterized in that it comprises a parallel connection member formed on the front side of the unit cell, and the second end plate to be laminated to the rear side.
상기 단위셀은 양극전극과 음극전극이 일측면에 부착되고 타측면에는 상기 양극전극과 음극전극에 대응되는 극성의 양극반응부와 음극반응부를 갖는 제1매니폴드와; 상기 양극반응부와 음극반응부에 대응되는 위치에 형성된 분리막을 포함하는 가스켓; 및 일측면에는 상기 분리막에 대응되는 위치에 상기 제1매니폴드의 양극반응부와 음극반응부 반대되는 극성의 음극반응부 및 양극반응부가 구비되고, 타측면에는 상기 음극반응부 및 양극반응부에 대응되는 음극전극 및 양극전극이 구비된 제2매니폴드를 포함하여 이루어지며,
상기 제2매니폴드 후면에는 다른 단위셀의 제1매니폴드의 전면이 위치하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
The method according to claim 1,
The unit cell may include a first manifold having an anode electrode and a cathode electrode attached to one side thereof and having an anode reaction unit and a cathode reaction unit having polarities corresponding to the anode electrode and the cathode electrode on the other side thereof; A gasket including a separator formed at a position corresponding to the anode reaction part and the cathode reaction part; And a cathode reaction part and an anode reaction part having polarities opposite to the anode reaction part and the cathode reaction part of the first manifold at a position corresponding to the separator, and at one side of the cathode reaction part and the anode reaction part. It comprises a second manifold provided with a corresponding cathode electrode and anode electrode,
Redox flow battery, characterized in that the front surface of the first manifold of the other unit cell is located on the rear of the second manifold.
상기 제2매니폴드의 후면에 형성되는 양극전극 또는 음극전극은 다른 단위셀의 제1매니폴드의 전면에 형성되는 음극전극 또는 양극전극과 하나의 플레이로 일체화된 바이폴라플레이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
The method according to claim 1,
The positive electrode or the negative electrode formed on the rear surface of the second manifold is characterized in that consisting of a bipolar plate integrated in one play with the negative electrode or positive electrode formed on the front of the first manifold of the other unit cell Docs Flow Cell.
상기 양극전극 또는 음극전극은 도전성 그라파이트 플레이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
The method according to claim 3,
The positive electrode or the negative electrode is a redox flow battery, characterized in that made of a conductive graphite plate.
상기 양극전극 또는 음극전극은 페놀 수지에 함침된 그라파이트로 이루어진 도전성 그라파이트 플레이트인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
The method according to claim 3,
The positive electrode or the negative electrode is a redox flow battery, characterized in that the conductive graphite plate made of graphite impregnated with a phenol resin.
상기 양극반응부는 양극전해액의 유로를 포함하며, 상기 음극반응부는 음극전해액의 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
The method according to claim 3,
The positive electrode reaction portion comprises a flow path of the positive electrolyte, and the negative electrode reaction portion comprises a flow path of the negative electrolyte.
상기 가스킷의 분리막의 양면에는 펠트전극이 구비된 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
The method according to claim 3,
Redox flow battery, characterized in that the felt electrode is provided on both sides of the separator of the gasket.
상기 양극전극 및 음극전극이 부착되는 매니폴드에는 양극전극 및 음극전극의 일부분이 삽입되는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
The method according to claim 3,
Redox flow battery, characterized in that the manifold to which the positive electrode and the negative electrode is attached, a groove into which a portion of the positive electrode and the negative electrode is inserted.
상기 직병렬부재는 전도성플레이트로 이루어지고, 상기 전도성플레이트 전면에는 적층되는 최후 단위셀의 제2매니폴드 후면에 부착되는 양극전극 및 음극전극이 접촉되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
The method according to claim 2,
The serial-parallel member is made of a conductive plate, and the positive electrode and the negative electrode attached to the rear surface of the second manifold of the last unit cell stacked on the conductive plate front, characterized in that the redox flow battery.
상기 직병렬부재는 중앙에 전도성플레이트가 삽입된 것이고, 상기 직병렬부재의 전도성플레이트 전면에는 적층되는 최후 단위셀의 제2매니폴드후면에 부착되는 양극전극 및 음극전극이 접촉되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
The method according to claim 2,
The parallel-parallel member includes a conductive plate inserted in the center thereof, and a positive electrode and a negative electrode attached to a rear surface of the second manifold of the last unit cell stacked on the front surface of the conductive plate of the parallel-parallel member are in contact with each other. Docs Flow Cell.
상기 양극전해액 또는 음극전해액은 수계 전해액, 비수계 전해액, 이온성 액체 또는 이들의 혼합물 전해액으로 사용하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
The method according to claim 1,
The positive electrode electrolyte or the negative electrode electrolyte is a redox flow battery, characterized in that used as an aqueous electrolyte, non-aqueous electrolyte, ionic liquid or a mixture thereof.
상기 레독스 흐름전지는 양극전해액을 저장하는 양극전해액탱크, 음극전해액을 저장하는 음극전해액탱크 및 상기 양극전해액과 음극전해액을 순환시키기 위한 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.The method according to claim 1,
The redox flow battery comprises a positive electrolyte tank for storing a positive electrolyte, a negative electrolyte tank for storing a negative electrolyte and a pump for circulating the positive electrolyte and the negative electrolyte.
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