KR20140010713A

KR20140010713A - 레독스 흐름 전지용 전극

Info

Publication number: KR20140010713A
Application number: KR1020120077348A
Authority: KR
Inventors: 이상우
Original assignee: 주식회사 누리플랜
Priority date: 2012-07-16
Filing date: 2012-07-16
Publication date: 2014-01-27

Abstract

본 발명은 공급되는 전해액을 동시적으로 균일하게 유입시켜 전체적으로 균일하게 확산시킬 수 있고, 이로 인해 안정적인 전기 발생 및 수율을 제공받을 수 있며, 전해액의 확산성을 증대시킬 수 있고, 전해액 침전물의 침착을 방지할 수 있는 레독스 흐름 전지용 전극을 제공한다.
그 레독스 흐름 전지용 전극은, 각각의 해당 전해액이 확산될 수 있도록 전체에 미세공이 형성된 카본 펠트로 형성되고, 상기 전해액과의 산화, 환원 반응을 일으켜 전기를 발생시키도록 형성된 본체(10); 상기 본체(10)의 일측 표면에 상기 전해액을 상기 본체(10) 전체로 유동시킬 수 있도록 일정간격으로 배치되며, 각각 상이한 폭(W1 ~ W19)을 갖는 복수의 유로(201 ~ 219)로 이루어진 제1전해액 유로(20); 및 상기 본체(10)에 형성된 상기 제1전해액 유로(20)의 각각의 유로(201 ~ 219)에 대해 횡으로 배열되며, 상호 상하로 이격되는 횡유로(31;32)로 이루어진 제2전해액 유로(30)로 구성된다.

Description

레독스 흐름 전지용 전극{Electrode for a Redox Flow Battery}

본 발명은 일명 2차 전지라 칭하는 레독스 흐름 전지에 사용되는 전극에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유입되어 통과되는 양극 또는 음극 전해액의 양을 전체적으로 균일하게 유동, 분포 및 확산시킬 수 있으며, 특히 전해액의 확산성을 향상시켜 궁극적으로 전기를 균일하고 안정적으로 발생시킬 수 있는 레독스 흐름 전지용 전극에 관한 것이다.

최근 지구 온난화의 주요 원인인 온실가스 배출을 억제하기 위한 방법으로 태양광에너지나 풍력에너지 같은 재생에너지가 각광을 받고 있으며 이들의 실용화 보급을 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 이와 같은 재생에너지는 입지환경이나 자연조건에 의해 크게 영향을 받는다. 더욱이, 재생에너지는 출력 변동이 심하기 때문에 에너지를 연속적으로 고르게 공급할 수 없다는 단점이 있었다.

따라서, 에너지의 출력을 고르게 하기 위해서 출력이 높을 때는 에너지를 저장하고 출력이 낮을 때는 저장된 에너지를 사용할 수 있는 저장장치의 개발이 중요시 되고 있으며, 이와 같은 대표적인 대용량 저장장치로는 납축전지, NaS 전지 그리고 레독스 흐름 전지 (RFB : Redox Flow Battery) 등이 있다.

납축전지는 다른 전지에 비해 상업적으로 널리 사용되고 있으나 낮은 효율 및 주기적인 교체로 인한 유지보수의 비용과 전지 교체시 발생하는 산업폐기물의 처리문제 등의 단점이 있으며, 또한 NaS 전지의 경우 에너지효율이 높은 것이 장점이나 300℃이상의 고온에서 작동하는 단점이 있다. 반면, 레독스 흐름 전지는 유지 보수비용이 적고 상온에서 작동가능하며 용량과 출력을 각기 독립적으로 설계할 수 있는 특징이 있기 때문에 최근 대용량 저장장치로의 많은 연구가 진행되고 있다.

한편, 레독스 흐름 전지의 경우 바이폴라 플레이트와 전극판, 멤브레인을 반복적으로 적층함으로써 대용량화가 가능함으로 대형화에 유리하고 용량 증설이 용이하며 상온에서 작동하고 초기비용이 저렴하다는 장점이 있으나, 바이폴라 플레이트가 다수 적층된 레독스 흐름 전지에서 전해액이 바이폴라 플레이트의 유로를 통과하여 최종적으로 배출되는 과정에서 서로 다른 극을 가진 바이폴라 플레이트의 유로도 통과하게 되며, 이때 전해액 통과시 단락(전기적 쇼트)이 발생되어 레독스 흐름 전지의 효율의 저하를 초래하게 되는 문제점이 있었다.

이와 같은 레독스 흐름 전지에서의 단락의 문제점을 해결하기 위한 하나의 예가 한국 특허공개 제10-2011-116624호에 개시되어 있다. 상기 특허공개 제10-2011-116624호의 레독스 흐름 전지 구조에 의하면, 바이폴라 플레이트와, 양전극판과 음전극판으로 구분되는 전극판과, 멤브레인으로 구성된 전지셀이 다수 직렬적층하고, 적층된 다수의 바이폴라 플레이트에는 음극전해액과 양극전해액을 순차적으로 교차 공급시키는 레독스 흐름 전지 구조로서, 상기 바이폴라 플레이트는 하부와 상부에 전해액 유입구와 전해액 배출구가 형성되고, 상기 전해액유입구와 전해액배출구 사이에는 전해액이 이동되도록 유로가 형성되고, 상기 전해액유입구와 전해액배출구의 수직선상으로 대칭되는 좌우 부분에는 다른 극을 갖는 전해액이 통과되는 유로통공이 형성되도록 하되, 상기 유로통공에는 절연재질의 쇼트방지관이 삽설되어 통과되는 전해액과 바이폴라 플레이트의 접촉을 차단하는 구성을 갖는다.

이와 같은 구성에 의해, 바이폴라 플레이트와 양전극판 멤브레인 음전극판이 하나의 셀로 구성되고 다수의 셀이 직렬적층된 구조에서 일측으로 주입된 전해액이 각 셀을 순차적으로 통과할 때 서로 다른 극을 갖는 바이폴라 플레이트의 유로통공에는 테프론 재질의 쇼트방지관을 내설하여 서로 다른 극을 갖는 전해액이 바이폴라 플레이트와 접촉되는 것을 차단하여 접촉에 의한 쇼트발생으로 전지 효율이 저감되는 것을 방지하였고, 또한 상기 유로통공에 내설되는 쇼트방지관을 둘 이상으로 분리하고, 분리된 객체를 일부 겹치게 해 압밀에 대한 완충이 이루어지도록 함으로써 쇼트방지관의 양단부가 바이폴라 플레이트의 양측에 적층되는 양전극판 및 음전극판에 밀착됨으로 전극판과의 갭을 통해 전해질이 바이폴라 플레이트로 혼입되는 것을 방지할 수 있는 효과를 제공하고 있다.

한편, 위와 같은 레독스 흐름 전지에는 실제적으로 전기를 발생시키기 위해 음극 또는 양극의 전해액을 유동시키기 위한 전극이 주요 구성요소로 구비되어 있는 바, 최근에는 각각의 전해액을 균일하고 안정적으로 유동 또는 확산시키기 위한 다양한 연구 및 개발이 진행되고 있으며, 이들 중 하나의 대표적인 종래예로서, 특허 공개 제10-2011-124283호가 공지되어 있다.

상기 특허 공개 제10-2011-124283호의 흐름 전지용 전극은, 그라파이트 펠트로 구성되고, 상기 그라파이트 펠트에는 전해액을 수송하는 여러 개의 유로 채널이 구비되어 있으며, 상기 그라파이트 펠트는 폴리아크릴로니트릴 그라파이트 펠트이고, 상기 유로 채널은 다이렉트 유로 채널이며, 상기 유로 채널은 등간격으로 분포되어 있고, 상기 그라파이트 펠트의 두께는 2~10밀리미터이며, 상기 유로 채널의 폭은 1~5밀리미터이고, 또한 유로 채널의 깊이는 1~5밀리미터이며, 유로 채널의 간격은 1~5밀리미터이고, 상기 유로 채널의 폭, 유로 채널의 깊이, 유로 채널의 간격은 각각 상기 그라파이트 펠트의 두께의 절반인 것을 그 기술적 특징으로 하고 있다.

이와 같은 흐름 전지용 전극의 구조에 의해, 구조가 간단하고, 가공이 용이하며, 조합도 간편하고, 흐름 전지의 두께 및 내부저항이 작으며, 전해액의 수송 확산 효과도 양호하고, 흐름 전지의 전력밀도가 크며, 또한 에너지 효율이 높고, 사용수명이 긴 장점이 있으며, 하이파워 흐름 전지 또는 슈퍼 하이파워 흐름 전지에 사용될 수 있는 효과를 제공하게 되는 것이다.

그러나 이와 같은 종래의 흐름 전지용 전극은 다소의 문제점을 초래하는 것으로 나타났다. 즉, 흐름 전지의 전해액 유동장치에 형성된 전해액 유입구로 유입된 전해액이 일정간격으로 형성된 공급유로를 통해 펠트로 유입되어 펠트에 형성된 복수의 유로 채널에 공급될 때, 상기 각각의 공급유로 뿐 아니라 펠트에 형성된 각각의 유로 채널이 일정 폭으로 형성되어 있으므로, 선단측의 유로채널에는 정상적으로 또는 신속하게 전해액에 공급되어 확산되는 반면, 상대적으로 후단부의 유로채널들에는 지연되어 공급됨으로써, 결과적으로 전해액 유입의 시간차에 의해 펠트 전체에 전해액이 균일하게 공급되어 확산되지 못하게 되는 문제점이 있으며, 이와 같은 전해액의 비균일성 공급 및 확산은 결국 전기발생 및 수율에 영향을 초래하는 문제점이 있었다.

특히, 각각의 유로채널은 모두 전해액이 수직 하방으로만 유동하도록 형성되어 있어 수직으로의 전해액의 유동성 및 확산성은 보장되나 수평 또는 횡으로의 유동성 및 확산성이 저하되며, 또한 전해액이 하방 또는 종방으로만 유동됨으로써 전해액의 장기간 사용시 침전물이 각각의 유로 채널에 침착되어 결국 전해액의 확산성 및 전기의 수율성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 공급되는 전해액을 동시적으로 균일하게 유입시켜 전체적으로 균일하게 확산시킬 수 있고, 전해액의 유동성 및 확산성을 현저히 향상시킬 수 있으며, 전해액의 장기간 사용으로 인해 발생될 수 있는 침전물의 침착을 방지하여, 궁극적으로 안정적인 전기 발생 및 증가된 수율을 제공받을 수 있는 레독스 흐름 전지용 전극을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전극은, 레독스 흐름 전지의 전해액 유동장치에 설치되어 양극 또는 음극의 전해액을 유동 및 확산시켜 전기를 발생시키기 위한 레독스 흐름 전지용 전극에 있어서, 전체적으로 상기 각각의 해당 전해액이 확산될 수 있도록 미세공이 형성된 카본 펠트로 형성되고, 상기 전해액과의 산화, 환원 반응을 일으켜 전기를 발생시키도록 형성된 본체; 및 상기 본체의 일 표면에 상기 전해액을 상기 본체 전체로 유동시킬 수 있도록 일정간격으로 배치되며, 각각 상이한 폭을 갖는 복수의 유로로 이루어진 제1전해액 유로; 및 상기 본체에 형성된 상기 제1전해액 유로의 각각의 유로에 대해 횡으로 배열되며, 상호 상하로 이격되는 횡유로로 이루어진 제2전해액 유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하나의 특징에 따르면, 상기 제1전해액 유로의 각각의 유로는 전해액이 유입되는 시간이 상대적으로 최선인 상기 본체의 최선단부에 형성된 유로로부터 상기 전해액이 유입되는 시간이 상대적으로 최후인 상기 본체의 최종단부에 형성된 유로를 향해 각각의 폭이 점진적으로 커지도록 형성되며; 상기 제2전해액 유로의 각각의 횡유로의 폭은 전해액의 유동의 원활성 및 상기 본체의 강성의 유지를 고려하여, 상기 제1전해액 유로의 중앙부의 유로의 폭과 동일하게 설정된다.

본 발명의 다른 하나의 특징에 따르면, 상기 본체의 최선단부에 형성된 유로의 폭에 대한 최종단부에 형성된 유로의 폭의 비는 1 : 1.8 ~ 2.2로 설정되며, 상기 최선단부에 형성된 유로 와 최종단부의 유로 사이의 유로들의 각각의 폭은 상기 최선단부의 유로의 폭 : 최종단부의 유로의 폭의 비의 범위 내에서 수렴적으로 증가하도록 설정된다.

본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전극에 의하면, 펠트 전체에 형성된 복수의 각각의 유로의 폭이 그 펠트의 선단부로부터 후단부를 향해 비례적이고 점진적으로 증가하도록 형성됨으로써, 레독스 흐름 전지의 전해액 유동장치에 형성된 전해액 유입구로 유입된 전해액이 각각의 유로채널에 순차적으로 폭에 비례하게 공급되어 확산됨에 따라, 각각의 전해액이 펠트 전체에 동시적으로 균일하게 확산될 수 있으며, 특히 전해액을 종방향 및 횡방향으로 유동 및 확산시킬 수 있어 전해액의 확산성이 향상되고 또한 전해액의 장기간 사용으로 인해 발생될 수 있는 침전물의 침착을 방지할 수 있으므로, 상시적으로 안정적인 전기 발생 및 수율을 제공받을 수 있으며, 또한 전해액이 펠트 전체에 균일하게 확산되는 시간이 단축되어 대기 또는 지연 없이 항상 안정적인 전기 발생을 달성할 수 있는 현저한 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전극의 정면 사시도.
도 2는 도 1의 확대 평면도.
도 3은 도 1의 선 Ⅲ-Ⅲ에 따른 확대 단면도.

이하, 본 발명 따른 레독스 흐름 전지용 전극의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 전극이 적용되는 레독스 흐름 전지의 전해액 유동장치에는 전해액을 유동시켜 확산시키기 위해 상하방향으로 형성되는 복수의 전해액 유로를 구비하고 있으며, 본 발명에 따른 전극은 상세히 후술되는 바와 같이 그 각각의 전해액 유로에 상응하게 형성되는 전해액 유로가 구비되는 것이다.

도 1 내지 도 3에 있어서, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전극은 본체(10)를 포함한다. 상기 본체(10)는 레독스 흐름 전지의 전해액 유동장치(미도시)의 전해액 유로에 상응하게 형성되는바, 장방형 또는 정방형으로 형성될 수 있다.

그리고 상기 본체(10)는 탄소 섬유를 고온에서 소성가공한 그라파이트 또는 카본으로 이루어진 펠트로 형성된다. 상기 본체(10) 전체를 구성하는 펠트에는 전해액이 흡수되어 확산될 수 있도록 미세공이 형성되어 있으며, 음극 또는 양극의 전해액이 미세공을 유동하면서 산화, 환원반응을 일으켜 전기를 발생시키게 되는 것이다.

본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전극은, 상기 본체(10)로 공급되는 전해액을 그 본체(10) 전체에 신속하고 안정적으로 공급할 수 있도록 상기 본체(10)에 홈 또는 채널 형태로 형성되는 제1전해액 유로(20)가 형성되어 있다.

상기 제1전해액 유로(20)는 일정 간격으로 이격되어 상하로 형성되는 복수의 유로(201 ~ 219)로 이루어진다. 상기 각각의 유로(201 ~ 219)는 각각 다른 폭(W1 ~ W19)을 지니는 것이 바람직하다.

특히, 본 발명에 따른 제1전해액 유로(20)를 이루는 각각의 유로(201 ~ 210)는 상기 본체(10)의 선단부, 즉 레독스 흐름 전지의 전해액 유동장치로부터 유입되는 전해액이 상대적으로 먼저 유입되는 부분, 도면에서 볼 때 최좌측의 유로(201)로부터, 상기 본체(10)의 종단부, 즉 레독스 흐름 전지의 전해액 유동장치로부터 유입되는 전해액이 상대적으로 지연되어 유입되는 부분, 도면에서 볼 때 최우측의 유로(219)를 향해 점진적으로 커지도록 설정되는 것이 바람직하다.

보다 상세히 설명하면, 전해액이 상대적으로 빠르게 유입되는 선단부의 유로(201)로부터 시작하여 중간의 유로(202 ~ 218)를 지나 종단부의 유로(219)를 향해 그 폭이 증가하도록 수렴형성되는 것이 바람직한바, 이는 상기 각각의 유로(201 ~ 219)를 통해 유입되는 전해액의 양을 그 유입속도 및 폭으로 조절하여 신속하고 동시적으로 상기 본체(10) 전체에 균일하게 공급 및 확산되도록 하기 위함이다.

즉, 선단부의 유로(201)로부터 종단부의 유로(219)의 유로를 향해 유동하는 전해액은 그 선단부의 유로(201)에서는 유입시간 및 속도가 최대로 되고 종단부의 유로(219)에서는 유입시간 및 속도가 최소로 되는 반면, 각각의 유로에서의 폭(W1 : W2)에 의해 그 유입량은 유로(201)에서는 최소로 되는 반면 유로(219)에서는 최대로 되는 한편, 중간의 유로(202 ~ 218)에서는 유로(202)로부터 유로(218)를 향해 유입시간 및 속도는 수렴적으로 지연되거나 감소되는 반면 유입량은 수렴적으로 증가하는 각각의 폭(W2 ~ W18)에 의해 증가된다.

결과적으로, 선단부의 유로로부터 종단부의 유로를 향해 전해액의 유입시간 및 속도는 점진적으로 감소되는 반면 유입되는 전해액의 양은 각각의 유로의 폭에 의해 점진적으로 증가하게 됨으로써 각각의 유로(201 ~ 219)를 통해 유동하는 전해액의 실제적인 유량은 최단시간내에 또는 순간적으로 동일하게 유지되고, 결국 각각의 유로(201 ~ 219)를 통해 유입되는 전해액은 본체(10) 전체로 동시적이고 균일하게 확산될 수 있는 것이다.

실제적으로, 상기와 같은 동일 유량의 전해액의 유입 및 확산을 위해서는 상기 본체(10)의 선단부에 형성된 제1의 유로(201)의 폭(W1)에 대한 종단부에 형성된 제19의 유로(219)의 폭(W19)의 비는 1 : 1.8 ~ 2.2로 설정되는 것이 바람직하다. 물론 중간의 각각의 유로(202 ~ 218)의 폭(W2 ~ W18)은 상기 제1의 유로(201)의 폭(W1) : 제19의 유로(219)의 폭(W19)의 비의 범위 내에서 수렴적으로 증가하도록 설정되어야 한다.

여기서, 상기 폭(W19)의 비가 1.8 미만인 경우에는 본체(10)의 강성은 유지될 수 있지만 그 폭(W 19)의 협소함으로 인해 전해액의 유입량이 적어 전해액의 본체(10) 전체로의 확산성이 저하될 수 있는 반면, 상기 폭(W19)의 비가 2.2 를 초과하는 경우에는 전해액의 과유입으로 인한 본체(10) 전체로의 균일한 확산성을 저해할 수 있고 또한 본체(10)의 강성이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 제1의 유로(201)의 폭(W1) : 제19의 유로(219)의 폭(W19)의 비는 1 : 2로 설정되는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 제1전해액 유로(20)가 19개 형성되어 있는 것으로 설정하여 설명하였으나, 상기 제1전해액 유로(20)의 개수는 본체(10)의 사이즈 또는 레독스 흐름 전지의 용량에 따라 임으로 설정할 수 있음은 당연하다 할 것이다.

특히, 본 발명의 하나의 주요 특징에 따르면, 상기 본체(10)에 하나의 측면, 즉 상기 제1전해액 유로(20)가 형성된 측면에는 그 제1전해액 유로(20)에 대해 횡으로 배열되는 제2전해액 유로(30)가 형성된다.

상기 제2전해액 유로(30)는 1개 이상으로 형성될 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 2개의 횡유로(31;32)로 이루어지며, 각각의 횡유로(31;32)는 상기 제1전해액 유로(20)의 각각의 유로(201 ~ 219)를 제위치에서 모두 관통되도록 형성되어 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제2전해액 유로(30)의 각각의 횡유로(31;32)의 개수를 2개로 설정하였으나, 상기 횡유로의 개수는 전극의 사이즈에 따른 강도 및 변형의 방지를 고려하여 설정되어야 한다. 즉, 대부분의 경우 각각의 횡유로는 상기 본체(10)에 대해 횡으로 배치되는바, 이때 상기 제1전해액 유로(20)는 수직방향으로 배치되어 상기 본체(10)의 강도 및 변형에 영향을 미치지 않지만, 상기 제2전해액 유로(30)는 상기 본체(10) 및 제1전해액 유로(20)에 대해 횡으로 배치되어 있어 상기 본체(10)의 강성 및 변형에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.

또한, 상기 제2전해액 유로(30)의 각각의 횡유로(31;32)의 폭(W)은 전해액의 원활한 유동 및 상기 본체(10)의 강성의 유지를 고려하여, 상기 제1전해액 유로(20)의 중앙부에 위치하는 유로(210)의 폭(W10)과 동일 또는 유사하게 설정되는 것이 바람직하다.

이하, 전술된 바와 같이 구성된 레독스 흐름 전지용 전극의 제조 및 그 전극의 작용모드에 대해 상세히 설명하다.

먼저 작업자는 탄소 섬유를 고온에서 소성가공하여 형성된 그라파이트 또는 카본으로 이루어진 펠트를 준비한 후, 제조할 레독스 흐름 전지의 용량에 상응한 사이즈로 절단하여 본체(10)를 형성된다. 물론, 상기 본체(10) 전체에는 전해액이 흡수되어 확산될 수 있도록 미세공이 형성되어 있다.

다음으로, 제조할 레독스 흐름 전지의 정격 용량에 의해 계산된 제1전해액 유로(20)를 본체(10)의 한쪽 표면에 형성한다. 이와 같은 상기 제1전해액 유로(20)의 형성은 절취 가공 등과 같은 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.

특히, 본 발명에 주요 특징에 따르면, 상기 본체(10)로 유입되거나 공급되는 전해액이 전체적으로 동시적이며 균일하게 확산될 수 있도록 상기 본체(10)의 선단부의 유로(201)로부터 시작하여 중간의 유로(202 ~ 218)를 지나 종단부의 유로(219)를 향해 각각의 폭(W1, W2 ~ W18, W19)이 증가하도록 수렴형성하도록 형성하여야 한다.

상기와 같이 본체(10)에 제1전해액 유로(20)를 형성한 후 제2전해액 유로(30)를 형성한다. 여기서, 상기 제2전해액 유로(30)는 상기 제1전해액 유로(20)의 각각의 유로(201 ~ 219)를 횡으로 관통하도록 또한 본체(10)의 강성을 유지하고 변형이 방지되도록, 2개의 횡유로(31;32)를 상호 일정 간격을 유지하면서 상하로 이격되도록 형성하는 것이 바람직하다.

위와 같이 형성된 전극은 상기 본체(10)에 형성된 제1전해액 유로(20)의 각각의 유로(201 ~ 219)에 상응하게 형성된 각각의 유로(미도시)를 구비한 전해액 유동장치(미도시)에 장착하여 레독스 흐름 전지에 대한 설치를 완료한다.

이와 같이 레독스 흐름 전지를 완성한 상태에서, 펌프를 이용하여 각각의 전해액을 공급하면, 전해액 유동장치에 도달한 전해액은 그 전해액 유동장치의 유로를 통해 전극의 본체(10)로의 유입을 시작한다.

이때, 전극에 유입되는 전해액은 본체(10)의 선단부의 유로(201)로부터 종단부의 유로(219)를 향해 유동하게 되는바, 그 본체(10)의 선단부의 유로(201)에서는 유입시간 및 속도가 최대로 되고 종단부의 유로(219)에서는 유입시간 및 속도가 최소로 되는 반면, 각각의 유로에서의 폭(W1 ; W19)에 의해 그 유입량은 유로(201)에서는 최소로 되는 반면 유로(219)에서는 최대로 되는 한편, 중간의 유로(202 ~ 218)에서는 유로(202)로부터 유로(218)를 향해 유입시간 및 속도는 수렴적으로 지연되거나 감소되는 반면 유입량은 수렴적으로 증가하는 각각의 폭(W2 ~ W18)에 의해 증가하게 된다.

이에 따라, 본체(10)의 선단부의 유로로부터 종단부의 유로를 향해 전해액의 유입시간 및 속도는 점진적으로 감소되는 반면 유입되는 전해액의 양은 각각의 유로의 폭에 의해 점진적으로 증가하게 됨으로써 각각의 유로(201 ~ 219)를 통해 유동하는 전해액의 실제적인 유량은 최단시간내에 또는 순간적으로 동일하게 유지되는 것이다.

특히, 상기 제1전해액 유로(20)의 각각의 유로(201 ~ 219)를 따라 유동하는 전해액은, 일정 거리를 유동한 후 각각의 유로(201 ~ 219)를 횡으로 관통하는 각각의 횡유로(31;32)를 따라 횡으로 이동하면서 상기 각각의 유로(201 ~ 219) 및 상기 본체(10)로 유동 및 확산됨으로써, 상기 본체(10) 전체로의 전해액의 확산성이 증대 및 향상되는 것이다.

이와 같은, 제1전해액 유로(20)의 각각의 유로(201 ~ 219) 및 제2전해액 유로(30)의 각각의 횡유로(31;32)를 통해 유동하는 전해액은 본체(10)에 형성된 미세기공을 통해 전체적으로 균일하게 확산되며, 이와 같은 확산 중 해당 전해액과 본체(10) 간의 산화, 환원 작용에 의해 전기가 발생되는 것이다.

결과적으로, 본 발명에 따른 전극을 이용하면, 전해액을 종방향 및 횡방향으로 유동 및 확산시킬 수 있어 전해액의 확산성이 향상되고 또한 전해액의 장기간 사용으로 인해 발생될 수 있는 침전물의 침착을 방지할 수 있으므로 항상 안정적이고 균일한 전기의 발생을 보장받을 수 있는 것이다.

10 : 본체 20 : 제1전해액 유로
30 : 제2전해액 유로 31, 32 : 횡유로
201 ~ 219 : 유로 W, W1 ~ W19 : 폭

Claims

레독스 흐름 전지의 전해액 유동장치에 설치되어 양극 또는 음극의 전해액을 유동 및 확산시켜 전기를 발생시키기 위한 레독스 흐름 전지용 전극에 있어서,
상기 각각의 해당 전해액이 확산될 수 있도록 전체에 미세공이 형성된 카본 펠트로 형성되고, 상기 전해액과의 산화, 환원 반응을 일으켜 전기를 발생시키도록 형성된 본체(10);
상기 본체(10)의 일측 표면에 상기 전해액을 상기 본체(10) 전체로 유동시킬 수 있도록 일정간격으로 배치되며, 각각 상이한 폭(W1 ~ W19)을 갖는 복수의 유로(201 ~ 219)로 이루어진 제1전해액 유로(20); 및
상기 본체(10)에 형성된 상기 제1전해액 유로(20)의 각각의 유로(201 ~ 219)에 대해 횡으로 배열되며, 상호 상하로 이격되는 횡유로(31;32)로 이루어진 제2전해액 유로(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전극.
제1항에 있어서, 상기 제1전해액 유로(20)의 각각의 유로(201 ~ 219)는 상기 전해액이 유입되는 시간이 상대적으로 최선인 상기 본체(10)의 최선단부에 형성된 유로(201)로부터 상기 전해액이 유입되는 시간이 상대적으로 최후인 상기 본체(10)의 최종단부에 형성된 유로(219)를 향해 각각의 폭(W1 ~ W19)이 점진적으로 커지도록 형성되며; 상기 제2전해액 유로(30)의 각각의 횡유로(31;32)의 폭(W)은 전해액의 유동의 원활성 및 상기 본체(10)의 강성의 유지를 고려하여, 상기 제1전해액 유로(20)의 중앙부의 유로(210)의 폭(W10)과 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전극.
제2항에 있어서, 상기 본체(10)의 선단부에 형성된 제1의 유로(201)의 폭(W1)에 대한 종단부에 형성된 제19의 유로(219)의 폭(W19)의 비는 1 : 1.8 ~ 2.2로 설정되며, 상기 유로(201)와 유로(219) 사이의 유로(202 ~ 218)의 폭(W1 ~ W18)은 상기 유로(201)의 폭(W1) : 상기 유로(219)의 폭(W19)의 비의 범위 내에서 점진적으로 증가하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 전극.