KR20140148147A - Secondary Battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 산화환원 유동 에너지 저장 장치(redox flow energy storage device)에 관한 것이다. The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a redox flow energy storage device.
일반적으로 전력 공급 시스템은 화력 발전이 주를 이루고 있으나, 화력 발전은 화석 연료의 연소로 발생하는 많은 양의 이산화 탄소로 인해서 환경 오염 문제를 야기하고 있으며, 이와 같은 환경 오염 문제를 해결하기 위해서 친환경 에너지에 대한 관심이 증가하고 있다. Generally, the power supply system is mainly composed of thermal power generation. However, thermal power generation is causing environmental pollution problem due to a large amount of carbon dioxide generated by combustion of fossil fuel. In order to solve such environmental pollution problem, There is an increasing interest in.
산화환원 유동 에너지 저장 장치(redox flow energy storage device)는 친환경 에너지의 활용과 밀접한 관련이 있는 것으로서, 산화환원 유동 에너지 저장 장치는 탱크 용량 및 전지 스택수를 가변하여 출력 및 에너지 밀도를 용이하게 변경할 수 있고 반영구적으로 사용할 수 있는 등의 장점이 있어 대용량 전력 저장용으로 각광받고 있다. The redox flow energy storage device is closely related to the utilization of environmentally friendly energy, and the redox flow energy storage device can easily change the output and energy density by varying the tank capacity and the cell stack number And it can be used semi-permanently. Therefore, it is attracting attention for large-capacity power storage.
이와 같은 산화환원 유동 에너지 저장 장치는 가수가 변하는 금속 이온의 산화 환원 반응을 이용하여 충전 및 방전하는 전지로서, 이하 도면을 참조로 종래의 산화환원 유동 에너지 저장 장치에 대해서 설명하기로 한다. Such a redox flow energy storage device is a battery that charges and discharges by using a redox reaction of a metal ion of which the valence is changed. Hereinafter, a conventional redox flow energy storage device will be described with reference to the drawings.
도 1은 종래의 산화환원 유동 에너지 저장 장치의 개략적 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view of a conventional redox flow energy storage device.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 산화환원 유동 에너지 저장 장치는 이온 교환막(10), 및 상기 이온 교환막(10)을 사이에 두고 형성된 양극(20)과 음극(30)을 포함하여 이루어진다. 1, the conventional redox flow storage device includes an
금속 이온의 산화 환원 반응은 상기 이온교환막(10)을 통해서 상기 양극(20) 및 음극(30) 사이에서 일어나며, 이와 같은 산화 환원 반응에 의해서 전기가 생성되게 된다.The redox reaction of metal ions occurs between the
상기 양극(20)은 상기 이온교환막(10)의 일측에 배치되어 있고, 상기 음극(30)은 상기 이온교환막(10)의 타측에 배치되어 있다. 특히, 상기 양극(20)과 상기 음극(30)은 각각 상기 이온교환막(10)의 일측 및 타측에 배치되어 있을 뿐 상기 이온교환막(10)과 접합(bonding)되어 있지 않다. The
이와 같이 종래의 산화환원 유동 에너지 저장 장치의 경우, 상기 양극(20)과 상기 음극(30)이 상기 이온교환막(10)과 접합되어 있지 않기 때문에 다음과 같은 단점이 있다. Thus, in the conventional redox flow storage device, the
상기 이온교환막(10)을 통해서 상기 양극(20)과 음극(30) 사이에서 이온이 이동하게 되는데, 이차전지를 장기간 사용하게 되면 상기 이온이 이동하는 통로가 확장되어 상기 이온교환막(10)에 부품(Swelling) 현상이 발생한다. Ions are moved between the
이와 같이 상기 이온교환막(10)에 부품 현상이 발생하면, 상기 양극(20) 및 음극(30) 사이에서 전해질이 이동하는 크로스 오버(cross over) 현상이 생겨 전지의 전압이 떨어지는 문제가 발생한다. When a phenomenon of component development occurs in the
또한, 상기 이온교환막(10)에 부품 현상이 발생하면, 상기 이온교환막(10)과 상기 양극(20) 사이 또는 상기 이온교환막(10)과 상기 음극(30) 사이의 접촉 저항이 증가되어 전지 효율이 저하되는 문제가 발생한다. When the phenomenon of component development occurs in the
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 이온교환막에서 발생하는 부품(Swelling) 현상을 방지할 수 있는 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been devised to overcome the above-described problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a secondary battery capable of preventing a swelling phenomenon occurring in an ion exchange membrane.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 이온교환막; 및 상기 이온교환막에 접합(bonding)되어 있는 전극을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 이차전지를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides an ion exchange membrane comprising: an ion exchange membrane; And an electrode bonded to the ion exchange membrane.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다. According to the present invention as described above, the following effects can be obtained.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이온교환막에 전극이 접합되어 있기 때문에, 전극이 이온교환막의 형태유지를 위한 지지체로서 기능하게 되어, 이온교환막의 부품(swelling) 현상이 방지될 수 있다. 따라서, 이온교환막의 부품 현상으로 인해 발생하는 양극 및 음극 사이의 크로스 오버(cross over) 현상이 방지되고, 이온교환막과 전극 사이의 접촉 저항이 줄어들어, 결과적으로 전지 효율이 향상될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, since the electrode is bonded to the ion exchange membrane, the electrode functions as a support for maintaining the shape of the ion exchange membrane, and swelling of the ion exchange membrane can be prevented. Therefore, the cross-over phenomenon between the anode and the cathode caused by the component development of the ion exchange membrane is prevented, and the contact resistance between the ion exchange membrane and the electrode is reduced, and as a result, the cell efficiency can be improved.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이온교환막에 전극이 접합된 상태로 단위셀을 구성하기 때문에, 이차전지 제작을 위한 조립공정이 보다 용이한 장점이 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, since the unit cells are formed with the electrodes bonded to the ion exchange membrane, the assembling process for manufacturing the secondary battery is advantageous.
도 1은 종래의 산화환원 유동 에너지 저장 장치의 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화환원 유동 에너지 저장 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화환원 유동 에너지 저장 장치를 구성하는 단위셀의 개략적인 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view of a conventional redox flow energy storage device.
2 is a schematic cross-sectional view of a redox flow energy storage device according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic cross-sectional view of a unit cell constituting a redox flow energy storage device according to an embodiment of the present invention.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화환원 유동 에너지 저장 장치의 개략적인 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화환원 유동 에너지 저장 장치를 구성하는 단위셀의 개략적인 단면도이다. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a redox flow energy storage device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a unit cell forming a redox flow energy storage device according to an embodiment of the present invention .
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화환원 유동 에너지 저장 장치는, 이온교환막(100), 전극(200a, 200b), 바이폴라 플레이트(300a, 300b), 집전체(400a, 400b), 탱크(500a, 500b), 및 배관(610a, 610b, 620a, 620b)을 포함하여 이루어진다. 2, the redox flow storage device according to one embodiment of the present invention includes an
상기 이온교환막(100)은 이차 전지의 충전 및 방전시 상기 전극(200a, 200b) 사이에서 이온이 이동하는 통로역할을 한다. 이와 같은 이온교환막(100)은 높은 이온 선택 투과성, 높은 전도도, 높은 내화학성 및 내구성 특성을 구비하고 있는 것이 바람직하다. 상기 이온교환막(100)으로는 양이온 교환막 또는 음이온 교환막을 이용할 수 있고, 구체적으로 나피온(Nafion)을 이용할 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. The
상기 전극(200a, 200b)은 상기 이온교환막(100)의 일측에 위치하는 양극(200a), 및 상기 이온교환막(100)의 타측에 위치하는 음극(200b)으로 이루어진다. The
이와 같은 이온교환막(100), 양극(200a) 및 음극(200b)의 조합에 의해서 단위셀이 구성되고, 상기 단위셀에서 산화환원 반응이 일어난다. 즉, 금속 이온의 산화 환원 반응은 상기 이온교환막(100)을 통해서 상기 양극(200a) 및 음극(200b) 사이에서 일어나며, 이와 같은 산화 환원 반응에 의해서 전기가 생성된다. 또한, 생성된 전기는 상기 바이폴라 플레이트(300a, 300b) 및 집전체(400a, 400b)를 경유하여 인출된다. The combination of the
특히, 본 발명의 일 실시예는 바나듐 이온을 이용하는 바나듐 산화환원 유동 에너지 저장 장치로 이루어질 수 있다. 바나듐 산화환원 유동 에너지 저장 장치는 대용량 전력 저장과 함께 전력 평준화에 기여할 수 있는 이차 전지이다. 다만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은 바나듐 이외의 다양한 전해질을 이용한 산화환원 유동 에너지 저장 장치에 적용될 수 있다. In particular, an embodiment of the present invention can be made of a vanadium redox flow energy storage device using vanadium ions. The vanadium redox flow energy storage device is a secondary battery that can contribute to power leveling with large capacity power storage. However, the present invention is not necessarily limited thereto, and the present invention can be applied to a redox flow energy storage device using various electrolytes other than vanadium.
상기 양극(200a) 및 음극(200b)은 탄소 펠트(carbon felt)를 포함하여 이루어진다. 상기 탄소 펠트는 탄화의 정도에 따라 탄소, 흑연, 또는 탄소와 흑연의 혼합 상태로 이루어질 수 있다. 상기 탄소 펠트는 그 표면에 대해 표면처리가 이루어질 수 있다. 즉, 상기 탄소 펠트에 대한 수계 전해질에서의 젖음성을 향상시키기 위해서, 상기 탄소 펠트에 대해서 산처리 또는 전기화학적 처리와 같은 표면처리가 수행될 수 있다. The
상기 양극(200a) 및 음극(200b) 중 적어도 하나는 상기 이온교환막(100)에 접합(bonding)되어 있다. 즉, 상기 양극(200a)만이 상기 이온교환막(100)의 일측에서 상기 이온교환막(100)에 접합될 수 있고, 상기 음극(200b)만이 상기 이온교환막(100)의 타측에서 상기 이온교환막(100)에 접합될 수 있고, 상기 양극(200a) 및 음극(200b) 모두 상기 이온교환막(100)에 접합(bonding)될 수 있다.At least one of the
이와 같이, 본 발명에 따르면, 상기 양극(200a) 및 음극(200b) 중 적어도 하나가 상기 이온교환막(100)에 접합(bonding)되어 있기 때문에, 다시 말하면, 상기 양극(200a) 및 음극(200b) 중 적어도 하나가 상기 이온교환막(100)과 분리되지 않고 상기 이온교환막(100)에 고정되어 있기 때문에, 상기 이온교환막(100)을 통해서 이온이 이동할 때 상기 이온교환막(100)에서 부품(Swelling) 현상의 발생이 방지될 수 있다. As described above, according to the present invention, since at least one of the
즉, 상기 이온교환막(100)에 상기 양극(200a) 및/또는 상기 음극(200b)이 접합되어 있기 때문에, 상기 양극(200a) 및/또는 음극(200b)이 상기 이온교환막(100)의 형태유지를 위한 지지체로서 기능하게 되어, 상기 이온교환막(100)이 부풀어오르지 않게 된다. 따라서, 종래의 이온교환막(10) 부품 현상으로 인한 크로스 오버(cross over) 문제 및 접촉저항 증가 문제가 해소될 수 있다. That is, since the
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극(200a) 및 상기 음극(200b)을 상기 이온교환막(100)에 접합(bonding)함에 있어서, 상기 양극(200a) 및 상기 음극(200b)을 구성하는 탄소 펠트(carbon felt)가 상기 이온교환막(100)의 표면을 뚫고 그 내부까지 침투하도록 구성될 수 있다. 3, in the bonding of the
이와 같이, 탄소 펠트가 상기 이온교환막(100)의 표면을 뚫고 그 내부까지 침투하도록 구성될 경우, 상기 양극(200a)과 상기 이온교환막(100) 사이의 접합력 및 상기 음극(200b)과 상기 이온교환막(100) 사이의 접합력이 증진될 수 있다. 또한, 상기 탄소 펠트가 상기 이온교환막(100)의 표면을 뚫고 그 내부까지 침투하도록 구성될 경우, 상기 이온교환막(100)을 통해서 상기 양극(200a)과 음극(200b) 사이에서의 이온의 이동이 보다 원활이 이루어질 수 있다. When the carbon felt penetrates the surface of the
도 3에는 상기 양극(200a) 및 상기 음극(200b)을 구성하는 탄소 펠트(carbon felt) 모두가 상기 이온교환막(100)의 표면을 뚫고 그 내부까지 침투하도록 구성된 모습을 도시하였지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 상기 양극(200a) 및 상기 음극(200b)을 구성하는 탄소 펠트(carbon felt) 중 어느 하나만이 상기 이온교환막(100)의 표면을 뚫고 그 내부까지 침투하도록 구성될 수 있다. In FIG. 3, all of the carbon felt constituting the
이상과 같은 양극(200a) 및/또는 음극(200b)이 이온교환막(100)에 접합된 상태의 단위셀은, 상기 이온교환막(100)을 유리전이온도 이상으로 가열한 후, 상기 이온교환막(100)의 일측 및/또는 타측에 탄소 펠트를 가압하는 공정을 통해 얻을 수 있다. The unit cell in which the
다시 도 2를 참조하면, 상기 바이폴라 플레이트(300a, 300b)는 전하를 전달하는 전도체 역할을 한다. 상기 바이폴라 플레이트(300a, 300b)는 도 2에 도시된 바와 같이 집전체(400a, 400b)와 연결되어 있어 상기 전극(200a, 200b)에서 발생된 전하를 상기 집전체(400a, 400b)를 통해 인출할 수 있도록 한다. 또한, 도시되지는 않았지만, 복수 개의 단위셀이 적층되는 경우 하나의 단위셀의 양극(200a)과 다른 하나의 단위셀의 음극(200b) 사이에 바이폴라 플레이트(300a, 300b)가 위치할 수 있고 그 경우의 바이폴라 플레이트(300a 300b)는 상기 하나의 단위셀의 양극(200a)과 다른 하나의 단위셀의 음극(200b) 중 어느 하나의 전극을 통해 발생된 전하를 다른 하나의 전극으로 전달하는 역할을 한다. Referring again to FIG. 2, the
상기 바이폴라 플레이트(300a, 300b)는 흑연, 흑연 또는 탄소가 포함된 플라스틱 복합체, 금/백금 코팅된 금속 중 선택된 소재로 이루어질 수 있다. The
상기 집전체(400a, 400b)는 상기 바이폴라 플레이트(300a, 300b), 특히, 복수 개의 단위셀이 적층된 경우에는 최외곽의 바이폴라 플레이트(300a, 300b)에 각각 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다. 다만, 복수 개의 단위셀이 적층된 경우, 최외곽이 아닌 하나의 단위셀의 양극과 다른 하나의 단위셀의 음극 사이에 위치하는 바이폴라 플레이트에 집전체를 추가로 연결할 수도 있다. The
상기 집전체(400a, 400b)로는 전도성이 좋은 물질을 모두 사용할 수 있으나, 바람직하게는 구리를 사용할 수 있다. As the
상기 탱크(500a, 500b)는 상기 양극(200a)과 연결된 양극 전해질 탱크(500a) 및 상기 음극(200b)과 연결된 음극 전해질 탱크(500b)로 이루어진다. The
상기 양극 전해질 탱크(500a)에는 양극 전해질이 저장되어 있어, 상기 양극 전해질 탱크(500a)와 상기 양극(200a) 사이에서 상기 양극 전해질이 유동하게 된다. 또한, 상기 음극 전해질 탱크(500b)에는 음극 전해질이 저장되어 있어, 상기 음극 전해질 탱크(500b)와 상기 음극(200b) 사이에서 상기 음극 전해질이 유동하게 된다.The positive
상기 양극 전해질은 바나듐 4가 이온 또는 바나듐 5가 이온을 포함할 수 있고, 상기 음극 전해질은 바나듐 2가 이온 또는 바나듐 3가 이온을 포함할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예는 바나듐 이온을 이용하는 바나듐 산화환원 유동 에너지 저장 장치로 이루어질 수 있다. 다만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은 바나듐 이외의 다양한 전해질을 이용한 산화환원 유동 에너지 저장 장치에 적용될 수 있다.The positive electrode electrolyte may include a vanadium tetravalent ion or a vanadium pentacene ion, and the negative electrode electrolyte may include a vanadium divalent ion or a vanadium trivalent ion. Thus, one embodiment of the present invention can be made of a vanadium redox flow energy storage device using vanadium ions. However, the present invention is not necessarily limited thereto, and the present invention can be applied to a redox flow energy storage device using various electrolytes other than vanadium.
상기 배관(610a, 610b, 620a, 620b)은 양극 전해질 유입 배관(610a), 음극 전해질 유입 배관(610b), 양극 전해질 유출 배관(620a), 및 음극 전해질 유출 배관(620b)으로 이루어진다. The
상기 양극 전해질 유입 배관(610a)은 상기 양극 전해질 탱크(500a)와 양극(200a) 사이를 연결하여 상기 양극 전해질 탱크(500a)에 저장된 양극 전해질을 상기 양극(200a)으로 전달한다. 상기 음극 전해질 유입 배관(610b)은 상기 음극 전해질 탱크(500b)와 음극(200b) 사이를 연결하여 상기 음극 전해질 탱크(500b)에 저장된 음극 전해질을 상기 음극(200b)으로 전달한다. The positive electrode
상기 양극 전해질 유출 배관(620a)은 상기 양극 전해질 탱크(500a)와 양극 (200a) 사이를 연결하여 상기 양극(200a)에서 상기 양극 전해질 탱크(500a)로 양극 전해질을 전달한다. 상기 음극 전해질 유출 배관(620b)은 상기 음극 전해질 탱크(500b)와 음극(200b) 사이를 연결하여 상기 음극(200b)에서 상기 음극 전해질 탱크(500b)로 음극 전해질을 전달한다. The positive electrode
이상 설명한 산화환원 유동 에너지 저장 장치의 구성은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로서, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은 전술한 양극(200a) 및/또는 음극(200b)이 이온교환막(100)에 접합된 단위셀을 구비하는 당업계에 공지된 다양한 이차전지를 포함한다. The present invention is not limited to the structure of the redox flow energy storage device described above. The present invention is not limited to the structure of the redox flow energy storage device described above. The present invention can be applied to the case where the
100: 이온교환막
200a: 양극 200b: 음극
300a, 300b: 바이폴라 플레이트 400a, 400b: 집전체
500a, 500b: 탱크 610a, 610b, 620a, 620b: 배관100: ion exchange membrane
200a:
300a, 300b:
500a, 500b:
Claims (6)
상기 이온교환막에 접합(bonding)되어 있는 전극을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 이차전지. Ion exchange membranes; And
And an electrode bonded to the ion exchange membrane.
상기 전극은 상기 이온교환막의 일측에 위치하는 양극 또는 상기 이온교환막의 타측에 위치하는 음극인 것을 특징으로 하는 이차전지. The method according to claim 1,
Wherein the electrode is a cathode located on one side of the ion exchange membrane or a cathode located on the other side of the ion exchange membrane.
상기 전극은 상기 이온교환막의 표면을 뚫고 그 내부까지 침투하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지. The method according to claim 1,
Wherein the electrode penetrates the surface of the ion exchange membrane and penetrates into the interior thereof.
상기 전극은 탄소 펠트를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지. The method according to claim 1,
Wherein the electrode comprises carbon felt.
상기 전극으로 공급되는 바나듐 이온을 포함하는 전해질을 추가로 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지. The method according to claim 1,
And an electrolyte including vanadium ions supplied to the electrode.
상기 이차전지는 산화환원 유동 에너지 저장 장치인 것을 특징으로 하는 이차전지. The method according to claim 1,
Wherein the secondary battery is a redox flow energy storage device.
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KR20130071687A KR20140148147A (en) | 2013-06-21 | 2013-06-21 | Secondary Battery |
Country Status (1)
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KR (1) | KR20140148147A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180016092A (en) * | 2016-08-05 | 2018-02-14 | 두산중공업 주식회사 | Water treating apparatus for saving energy and water treating method using the same |
US11377375B2 (en) | 2016-08-05 | 2022-07-05 | Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd | Capacitive deionization electrode module and water treatment apparatus and method capable of saving energy using the same |
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2013
- 2013-06-21 KR KR20130071687A patent/KR20140148147A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180016092A (en) * | 2016-08-05 | 2018-02-14 | 두산중공업 주식회사 | Water treating apparatus for saving energy and water treating method using the same |
US11377375B2 (en) | 2016-08-05 | 2022-07-05 | Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd | Capacitive deionization electrode module and water treatment apparatus and method capable of saving energy using the same |
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