KR20150055154A - 레독스 흐름전지용 매니폴드 및 이를 포함하는 레독스 흐름전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레독스 흐름전지의 매니폴드 구조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 전해액 균등분배유로 구조를 갖는 매니폴드 및 이를 채용하는 레독스 흐름전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 매니폴드는 레독스 흐름전지에 적용 시 전극 전해액이 좌우 대칭되는 유로를 통해 균등하게 분배되어 주입됨으로써 전극과 전해액의 반응성이 향상되고 단위 셀 스택의 성능을 높일 수 있게 된다. 또한 전해액 균등 분배 유로를 따라 전해액의 이동 거리가 길어지게 됨에 따라 전도성을 가지는 수계 전해액의 저항이 증가하게 됨으로써 반응부의 션트 전류(shunt current) 발생을 억제하여 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

레독스 흐름전지용 매니폴드 및 이를 포함하는 레독스 흐름전지{Manifold and Redox Flow Battery Including the Same}
본 발명은 레독스 흐름전지의 매니폴드 구조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 전해액 균등분배유로 구조를 갖는 매니폴드 및 이를 채용하는 레독스 흐름전지에 관한 것이다.
환경오염 문제로 화석 연료의 사용이 제한됨에 따라 최근 신재생 에너지의 개발 비중이 확대되고 있다. 이에 따라 신재생 에너지 전력 생산의 변동성과 수급시점의 불일치 문제를 극복하기 위하여 전력 저장장치의 개발이 불가피한 상황이다.
대용량의 전력저장을 위한 이차전지로는 납축전지, NaS전지 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 교체 시 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 보수비용이 적고 상온에서 작동가능 하며, 용량과 출력을 각기 독립적으로 설계 할 수 있다는 장점 때문에 최근 많은 연구가 진행되고 있다.
일반적으로 레독스 흐름전지는 도 1에 도시된 바와 같이 양극 및 양극전해질을 포함하는 양극셀(210), 음극 및 음극전해질을 포함하는 음극셀(220) 및 상기 양극셀과 음극셀 사이에 위치하는 이온교환막(230), 펌프(281)의 구동에 의해 상기 양극셀(210)에 양극전해액을 공급하기 위한 양극전해액이 저장된 양극전해액탱크(280) 및 펌프(291)의 구동에 의해 상기 음극셀(220)에 음극전해액을 공급하기 위한 음극전해액이 저장된 음극전해액탱크(290)를 포함하여 이루어지며, 상기 양극셀과 음극셀의 분리막 등을 직렬 또는 병렬로 다수 적층하고 최외측의 양극 셀과 음극셀 측면에는 집전체와 엔드플레이트가 놓인 구조로 되어 있다. 외부 전해액 탱크로(280, 290)부터 펌프 구동에 의해 전해액이 이동하게 되며, 상기 양극셀에는 양극전해액이, 음극셀에는 음극전해액이 스택으로 이동하게 된다. 양극셀과 음극셀은 통상적으로 각각 다공성 탄소섬유, 바이폴라 플레이트 및 유로를 포함하는 매니폴드로 구성되어 있다.
레독스 흐름전지에서 전해액의 흐름은 굉장히 중요하다. 펌프를 통해 이동된 전해액은 유로를 가지는 매니폴드로 이동하게 되고, 이어서 산화환원 반응부인 전극으로 이동하게 된다. 이 때 전해액의 유량 특성이 균일하지 못할 경우 반응부에서의 속도 차이가 나게 되거나, 반응을 하지 못하는 부분에 의한 과전압이 발생하게 된다. 과전압이 발생하게 되면 스택내부의 온도가 상승하게 되고 석출이 발생하여 유로를 막게 되고, 고체 상태로 석출된 V2O5 (Vanadium oxide)에 의해 전해액의 이동통로인 탄소섬유의 기공을 막거나, 탄소섬유 표면에 코팅되어 전해액과의 반응사이트를 감소시켜 전지 효율을 저하시키게 된다. 뿐만 아니라 석출에 의한 막힘 현상은 내부 압력을 증가시켜 직렬로 연결된 스택의 가스켓 부분을 팽창시킴으로써 누수가 발생된다. 결국 위와 같은 문제로 오작동 및 셧다운 현상이 발생하여 전체적인 시스템에 문제를 일으킬 수 있다.
따라서 레독스 흐름전지는 전해액의 유량 특성에 의해 스택의 성능 및 수명이 좌우된다는 점을 알 수 있으며, 이러한 유량 특성을 개선하기 위해 연료전지의 스택 외부에 부가적인 장치를 이용하는 방법이 사용되었으나, 그에 따른 주변 기자재 및 부피 증가에 따라 설치가 용이하지 못한 단점이 있었다.
현재까지 레독스 흐름전지의 성능 향상을 위해서 전극, 전해액, 바이폴라 플레이트, 멤브레인 등과 같은 소재와 관련된 연구가 활발히 진행되고 있는 반면, 스택 구조에 따른 성능 연구는 주춤한 상태이다. 실재로 소재를 통한 성능 향상보다 스택 구조나 제어방식에 따라 쉽게 성능을 높일 수 있으며, 본 발명은 스택 구조에서 전해액 흐름을 담당하는 매니폴드의 유로 구조를 통해 그 방안을 도출하였다.
이에, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서 전해액의 유량을 균일하게 분배할 수 있도록 하여 유량 특성을 개선함으로써 레독스 흐름전지의 성능을 향상시킬 수 있는 매니폴드 구조를 제공하는 데 있다.
이를 위하여, 본 발명은 전해액 균등분배유로 구조를 갖는 레독스 흐름전지용 매니폴드를 제공한다.
구체적으로 본 발명은 플레이트의 일면 또는 양면에 형성된 것으로서, 전극전해액을 유입 및 배출시키기 위한 전해액 주입구 및 전해액 배출구, 플레이트 내측에 형성되어 펠트 전극과 접촉된 전해액 반응부, 상기 전해액 주입구로부터 주입된 전해액을 전해액 반응부에 공급하기 위한 공급유로 및 상기 전해액 반응부의 전해액을 상기 전해액 배출부로 이송시켜 배출하기 위한 배출유로를 포함하여 이루어지며, 상기 공급유로 또는 배출유로는 전해액 유량을 균등하게 분배하여 공급 또는 배출시킬 수 있도록 전해액 반응부와 연결되는 부분에서 유로가 복수 개 형성되는 균등분배유로 및 균등분배유로와 전해액 반응부를 연결하는 펠트접촉유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 매니폴드를 제공한다.
본 발명에 있어서 상기 균등분배유로는 일측단부가 공급유로 또는 배출유로와 연결되고, 상기 공급유로 또는 배출유로와 연결되는 부분에서 전해액 유로가 좌우로 균등하게 분리된 T자형 유로분리부가 복수 개 형성되며, 상기 T자형 유로분리부에서 분리된 복수 개 분배유로의 타측단부는 펠트접촉유로와 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 레독스 흐름전지용 매니폴드에서 상기 T자형 유로분리부는 2개 형성될 수 있다.
본 발명의 레독스 흐름전지용 매니폴드에서 상기 전해액 주입구 또는 전해액 배출구 부분의 단면적과 복수 개의 펠트접촉유로 단면적의 총합이 1 : 1 관계일 수 있다.
본 발명의 레독스 흐름전지용 매니폴드는 전해액 주입구와 전해액 배출구가 플레이트 반대 방향에 위치할 수 있다. 상기 전해액 주입구는 전해액 반응부의 좌측 하단부에 형성되며, 전해액 배출구는 전해액 반응부의 우측 상단부에 형성되는 것일 수 있으며, 반대로 상기 전해액 주입구는 전해액 반응부의 우측 하단부에 형성되며, 전해액 배출구는 전해액 반응부의 좌측 상단부에 형성되는 것일 수 있다.
또한 본 발명은 상기한 본 발명에 따른 매니폴드를 포함하여 이루어지는 셀 스택 구조를 제공한다.
또한 본 발명은 상기한 본 발명에 따른 매니폴드를 포함하여 이루어지는 레독스 흐름전지를 제공한다.
구체적으로 본 발명은 전해액 주입구 및 배출구를 갖는 한 쌍의 엔드플레이트, 상기 엔드플레이트 각각의 내측에 위치하는 집전체, 상기 집전체 각각의 내측에 위치하는 것으로서 상기 집전체와 대응되는 면에 바이폴라 플레이트가 안착되고 반대면에 전극이 삽입되는 엔드매니폴드, 상기 엔드매니폴드 사이에 위치하는 매니폴드, 펠트 전극 및 바이폴라 플레이트를 포함하는 셀 스택 구조 및 양극 셀 스택과 음극 셀 스택 사이에 위치하는 분리막을 포함하며, 상기 매니폴드는 전해액 유량을 균등하게 분배하여 공급 또는 배출시킬 수 있도록, 공급유로 또는 배출유로와 전해액 반응부가 연결되는 부분에서 전해액 유로가 복수 개 형성되는 균등분배유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지를 제공한다.
본 발명에 따른 매니폴드는 레독스 흐름전지에 적용 시 전극 전해액이 좌우 대칭되는 유로를 통해 균등하게 분배되어 주입됨으로써 전극과 전해액의 반응성이 향상되고 단위 셀 스택의 성능을 높일 수 있게 된다. 또한 전해액 균등 분배 유로를 따라 전해액의 이동 거리가 길어지게 됨에 따라 전도성을 가지는 수계 전해액의 저항이 증가하게 됨으로써 반응부의 션트 전류(shunt current) 발생을 억제하여 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 레독스 흐름전지를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름전지의 메니폴드 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름전지의 메니폴드의 균등분배유로 부분을 확대한 도면이다.
도 4는 초고속 카메라를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드의 유체 흐름을 촬영하여 비교한 사진이다.
도 5는 열화상 카메라를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드의 열 분포를 촬영하여 비교한 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드의 충방전 테스트 결과를 나타낸 그래프이다 (A-기존 매니폴드; B-유량분배 매니폴드; 전류밀도 70 mA/cm2).
도 7은 셀 분해 후 석출 발생 여부를 비교한 사진이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 레독스 흐름전지의 메니폴드 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 레독스 흐름전지의 매니폴드(100)는 플레이트(110)의 일면 또는 양면에 형성된 것으로서, 전해액 주입구(120), 전해액 배출구(121), 전해액 반응부(130), 공급유로(140), 배출유로(141), 균등분배유로(150) 및 펠트접촉유로(160)를 포함하여 이루어진다.
구체적으로 상기 매니폴드(100)는 전극전해액을 유입시키는 전해액 주입구(120) 및 전극전해액을 배출시키는 전해액 배출구(121), 플레이트 내측에 형성되어 펠트 전극과 접촉된 전해액 반응부(130), 상기 전해액 주입구로부터 주입된 전해액을 전해액 반응부에 공급하기 위한 공급유로(140) 및 상기 전해액 반응부의 전해액을 상기 전해액 배출부로 이송시켜 배출하기 위한 배출유로(141)를 포함하여 이루어지며, 상기 공급유로(140) 또는 배출유로(141)는 전해액 유량을 균등하게 분배하여 공급 또는 배출시킬 수 있도록 하기 위해서, 전해액 반응부(130)와 연결되는 부분에서 유로가 복수 개 형성되는 균등분배유로(150)를 포함하며, 균등분배유로(150)와 전해액 반응부(130)를 연결하는 복수 개의 미세유로로 된 펠트접촉유로(160)를 포함하여 이루어진다.
도 3은 본 발명에 따른 레독스 흐름전지의 메니폴드에 포함되는 균등분배유로(150)의 부분 확대도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 상기 균등분배유로(150)는 일측단부가 공급유로(140) 또는 배출유로(141)와 연결되고, 상기 공급유로(140) 또는 배출유로(141)와 연결되는 부분에서 전해액 유로가 좌우로 균등하게 분리된 T자형 유로분리부(51, 52)가 복수 개 형성되며, 상기 T자형 유로분리부(51, 52)에서 분리된 복수 개 분배유로의 타측단부는 펠트접촉유로(160)와 연결된다.
여기서 전해액은 양극전해액 또는 음극전해액일 수 있다. 달리 말하면, 본 발명에 따른 매니폴드(100)는 레독스 흐름전지에서 양극셀과 음극셀에 모두 적용될 수 있다.
상기 매니폴드(100)의 몸체를 구성하는 플레이트(110)는 당해 분야에서 일반적으로 사용하는 것을 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어 상기 플레이트(110)는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스틸렌(PS) 및 염화비닐(PVC)등의 수지를 사용하여 형성된 것일 수 있다. 가격 및 구입의 용이성 등을 고려하면 염화비닐(PVC)를 사용하여 형성된 것이 바람직하다.
상기 전해액 주입구(120), 전해액 배출구(121)는 전체 전지 구조의 엔드플레이트에 형성된 전해액 주입구 및 전해액 배출구와 연결되게 형성되며, 펌프의 구동에 의해 전해액이 유입 및 배출되게 된다. 이때, 상기 엔드플레이트에 형성된 전해액 주입구 및 전해액 배출구는 전해액탱크와 연결되어 있어 펌프의 구동에 의해 전해액탱크에 담겨진 전해액이 순환되며, 그 과정에서 상기 전해액 주입구(120)와 전해액 배출구(121)를 거쳐 순환하게 된다.
상기 플레이트(110)의 내측에는 전해액 반응부(130)가 형성되는데, 상기 전해액 반응부(130)에는 펠트전극, 즉 양극펠트전극 또는 음극펠트전극이 부착될 수 있다. 펠트전극의 부착이 용하도록 하기 위하여 상기 전해액 반응부(130)는 상기 플레이트(110)에 홈을 형성할 수 있으며, 상기 홈에는 상기 펠트전극이 삽입되어 고정될 수 있다. 상기 전해액 반응부(130)에서는 펠트전극에 전극 전해액이 흐르면서 산화환원반응이 일어나게 된다.
상기 전해액 반응부(130)는 상기 전해액 주입구(120)로부터 주입된 전해액을 공급받기 위한 공급유로(140), 상기 전해액 반응부(130)의 전해액을 상기 전해액 배출구(121)로 이송시켜 배출하기 위한 배출유로(141)와 각각 연결되어 있다.
본 발명에 따르면, 상기 공급유로(140)와 배출유로(141)가 상기 전해액 반응부(130)와 연결되는 부분에는 전해액 유량을 균등하게 분배하여 전해액 반응부(130)로 공급하거나, 전해액 반응부(130)로부터 배출시킬 수 있도록 하기 위하여, 전해액 유로가 복수 개 형성되는 균등분배유로(150)가 형성된다.
구체적으로 이와 같은 균등분배유로(150)는 일측단부가 공급유로(140) 또는 배출유로(141)와 연결되고, 상기 공급유로(140) 또는 배출유로(141)와 균등분배유로(150)가 연결되는 부분에서 좌우로 균등하게 분리된 T자형 유로분리부(51, 52)가 복수 개 형성되며, 상기 T자형 유로분리부(51, 52)에서 분리된 복수 개 분배유로의 타측단부는 펠트접촉유로(160)와 연결되도록 형성된다.
이와 같은 T자형 유로분리부(50, 51)가 형성된 균등분배유로(150)를 포함하여 이루어지는 경우 레독스 흐름전지의 펌프 가동으로 전해액이 공급유로(140)를 통해 전해액 반응부(130)로 유입될 때, 전해액 유량을 균일하게 분배함으로써 전해액 반응부(130)에서 반응 속도를 균일하게 제어할 수 있으며, 반응을 하지 못하는 부분에서 과전압이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 결과적으로 레독스 흐름전지의 전체적인 성능을 현저히 향상시킬 수 있다. 즉, 균등분배유로(150)를 통해 전해액 반응부(130)에 전해액이 균일하게 유입되고, 균일하게 배출될 수 있도록 함으로써 펠트 전극과 전해액의 반응이 균일하게 이루어질 수 있도록 함으로써, 종래 반응이 일어나지 않은 부분에서 과전압이 발생하여 산화바나듐(V2O5)과 같은 고체 석출이 발생하여 전지 효율을 저하시키는 문제를 해결할 수 있게 된다.
이 때 상기 균등분배유로(150)의 유로분리부(50, 51)는 전해액 유로가 좌우로 균등하게 분배될 수 있도록 하는 것으로서, 1개 이상 형성될 수 있으며, 바람직하게는 도 3에 도시된 바와 같이 제1유로분리부(50) 및 제2유로분리부(51)로 형성되어 전해액이 보다 고르게 분배될 수 있도록 하는 것이 좋다.
또한, 전해액 주입구(120)로부터 유입되는 전해액의 유량이 전해액 반응부(130)에 동일한 속도로 공급될 수 있도록 하기 위하여, 균등분배유로(150)와 전해액 반응부(130)가 연결되는 부분에 형성되는 복수 개의 펠트접촉유로(160)의 단면적의 총합과 전해액 주입구(120) 단면적을 1 : 1 관계로 하여 압력 차이를 없애는 것이 바람직하다. 이와 같이 전해액 반응부(130)로부터 배출되는 전해액의 유량이 전해액 배출구(121)에서 동일한 속도로 배출될 수 있도록 하기 위하여, 복수 개의 펠트접촉유로(161)의 단면적의 총합과 전해액 배출구(121) 단면적이 1 : 1 관계인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 전해액 주입구(120)와 전해액 배출구(121)는 플레이트(110) 반대 방향에 위치하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 전해액 주입구(120)는 전해액 반응부(130)의 좌측 하단부에 형성되며, 전해액 배출구(121)는 전해액 반응부(130)의 우측 상단부에 형성된 것일 수 있다. 또한, 상기 전해액 주입구(120)는 전해액 반응부(130)의 우측 하단부에 형성되며, 전해액 배출구(121)는 전해액 반응부(130)의 좌측 상단부에 형성된 것일 수 있다.
상기와 같은 구조의 균등분배유로(150)를 포함하여 이루어지는 매니폴으(100)는 레독스 흐름전지에 유용하게 사용될 수 있으며, 이와 같은 구조의 매니폴드(100)를 포함하는 레독스 흐름전지는 전해액 주입구(120)로 유입되거나 전해액 배출구(121)로부터 배출되는 전해액의 유량 특성을 제어함으로써, 산화환원 반응이 균일하게 이루어질 수 있도록 하여 전지의 효율을 증폭시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 전해액 반응부와 공급유로 및 배출유로는 상기 플레이트의 일면에 형성되고, 배면에는 바이폴라 플레이트가 부착될 수 있다. 예를 들어 상기 바이폴라 플레이트는 양극 매니폴드 또는 음극 매니폴드의 후면에 밀착되게 형성되거나, 상기 플레이트의 배면에 배면홈을 형성하고, 상기 배면홈에 바이폴라플 레이트를 삽입할 수도 있다. 이때 상기 바이폴라플레이트는 전해액이 넘어가는 현상을 방지하기 위하여 상기 전해액 반응부보다 더 큰 면적을 갖는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1.
레독스 흐름전지의 유량특성을 확인하기 위해 기존의 매니폴드와 본 발명에 따른 균등분배유로 구조가 형성된 매니폴드에서 전해액 흐름을 비교하였다. 투명 아크릴로 매니폴드를 제작하여 유로를 따라 흐르는 전해액을 육안으로 관찰할 수 있게 하였으며, 동일한 압력을 가지는 펌프를 이용하여 전해액의 흐름을 파악한 결과를 도 4에 나타내었다.
그 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이 기존의 유로를 가진 매니폴드의 경우 균등분배유로 구조를 지니고 있지 않아 부분적으로 전해액의 이동이 원활하지 못한 것을 알 수 있었으며, 그에 비해 균등분배유로 구조를 가지는 매니폴드의 경우 모든 곳에서 유체의 흐름이 균일하게 나타나는 것을 확인하였다.
실시예 2.
상기 실시예 1에서 비교한 매니폴드의 전해액 분포를 보다 명확히 확인하기 위하여, 열화상 카메라를 이용하여 유체 흐름에 따른 열 분포를 확인하였다.
그 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이 기존의 매니폴드의 경우 높은 온도의 유체가 지나갈 때 온도 변화가 부분적으로 다른 반면, 본 발명에 따른 매니폴드의 경우 전반적으로 균일한 열 분포를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 3.
상기 실시예 1 및 실시예 2를 통해 균등분배유로 구조를 갖는 매니폴드에서는 유체의 흐름과 분배가 균일하게 이루어지는 것을 확인할 수 있었으며, 이를 레독스 흐름전지에 적용하였을 때 성능 시험을 위해 1/20로 축소된 레독스 흐름전지를 이용하여 충방전 테스트를 진행하였다. 레독스 흐름전지의 충방전 특성을 확인하기 위해 기존의 매니폴드와 본 발명에 따른 균등분배 유로구조가 형성된 매니폴드를 이용하였다. 실험에 사용된 전해액은 바나듐을 사용하였으며, 양극 V4+ 음극 V3+를 전해탱크에 70 ml을 넣었으며, 맥동펌프를 이용하여 스택으로 이송할 수 있게 하였다. 실험을 진행하기 위한 유량은 1분 동안 모든 전해액이 흐를 수 있게 70 ml/min으로 하였다. 단셀에 사용된 집전체는 전기전도율이 좋은 구리판(두께 1 mm)을 사용하였으며, 전해액에 따른 집전체의 부식을 방지하기 위해 그라파이트 플레이트를 전해액이 흐르는 부분에 위치하였다. 스택내부에서 전해액이 흐를 수 있게 기존의 매니폴드와 균등분배 유로 구조가 형성된 매니폴드를 사용하였으며, 전극 면적은 5 x 6 (30 cm2)로 전극은 친수성을 지닌 다공성 탄소섬유를 사용하였다. 충전과 방전시 H+이 이동할 수 있게 분리막은 양이온 교환막을 사용하였으며, 이때 사용된 분리막의 두께는 약 120 ㎛를 이용하여 셀을 구성하였다. 구성된 셀의 충-방전 실험을 하기 위해 Maccor 4000 series를 사용하였다. 충방전 전압 범위는 충전 1.6 V 및 방전 0.8 V 로, 전류밀도는 전극 면적당 40 mA 로 충방전을 진행하였다.
그 결과, 도 6에 나타난 바와 같이 기존의 매니폴드를 이용한 레독스 흐름전지보다 본 발명의 매니폴드를 이용한 레독스 흐름전지에서 낮은 IR drop이 일어나는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 매니폴드의 모든 부분에서 반응이 제대로 이루어져 과전압이 발생이 감소했기 때문인 것으로 판단된다. 또한, 같은 양의 전해액을 사용하여 동일한 전류밀도로 충방전을 실시하였을 때, 본 발명의 매니폴드를 사용한 레독스 흐름전지에서 보다 높은 용량과 효율을 갖는 것을 확인하였다.
또한, 도 7에 나타난 바와 같이 충방전 테스트 후에, 기존의 매니폴드에서는 고체 석출에 의한 유로막힘 현상과 다공성 탄소전극의 기공 막힘 현상이 발견되어, 결과적으로 유체 흐름이 방해되고 전해액과 전극의 반응성이 저하되었으나, 본 발명에 따른 매니폴드에서는 과전압에 의한 석출이 전혀 발생하지 않았다. 따라서 본 발명은 장기적인 측면에서 효율을 상승시키고, 셀의 성능 저하를 줄이고, 수명을 길게 할 수 있다고 생각된다.
상기에서 본 발명은 첨부된 도면을 일예로 하여 설명하였으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로서, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 당업자라면 이로부터 다양한 형태의 변경 및 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명은 첨부된 청구 범위의 사상 및 범위 내에 속하는 그러한 모든 대안들, 수정들, 및 변형들, 및 변경들을 포괄적으로 포함한다.
100 : 매니폴드 110 : 플레이트
120 : 전해액 주입구 121 : 전해액 배출구
130 : 전해액 반응부 140 : 전해액 공급유로
141 : 전해액 배출유로 150, 151 : 균등분배유로
160, 161 : 펠트접촉유로
50 : 제1유로분리부 51 : 제2유로분리부
210 : 양극셀 220 : 음극셀
230 : 이온교환막 280 : 양극전해액탱크
281 : 양극전해액 펌프 290 : 음극전해액탱크
291 : 음극전해액 펌프

Claims (11)

  1. 플레이트의 일면 또는 양면에 형성된 것으로서,
    전극전해액을 유입 및 배출시키기 위한 전해액 주입구 및 전해액 배출구;
    플레이트 내측에 형성되어 펠트 전극과 접촉된 전해액 반응부;
    상기 전해액 주입구로부터 주입된 전해액을 전해액 반응부에 공급하기 위한 공급유로; 및
    상기 전해액 반응부의 전해액을 상기 전해액 배출부로 이송시켜 배출하기 위한 배출유로를 포함하여 이루어지며,
    상기 공급유로 또는 배출유로는 전해액 유량을 균등하게 분배하여 공급 또는 배출시킬 수 있도록 전해액 반응부와 연결되는 부분에서 유로가 복수 개 형성되는 균등분배유로 및 균등분배유로와 전해액 반응부를 연결하는 펠트접촉유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 매니폴드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 균등분배유로는 일측단부가 공급유로 또는 배출유로와 연결되고,
    상기 공급유로 또는 배출유로와 연결되는 부분에서 전해액 유로가 좌우로 균등하게 분리된 T자형 유로분리부가 복수 개 형성되며,
    상기 T자형 유로분리부에서 분리된 복수 개 분배유로의 타측단부는 펠트접촉유로와 연결되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 매니폴드.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 T자형 유로분리부가 2개 형성되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 매니폴드.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전해액 주입구 또는 전해액 배출구 부분의 단면적과 복수 개의 펠트접촉유로 단면적의 총합이 1 : 1 관계인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 매니폴드.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 매니폴드는 전해액 주입구와 전해액 배출구가 플레이트 반대 방향에 위치하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 매니폴드.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 전해액 주입구는 전해액 반응부의 좌측 하단부에 형성되며, 전해액 배출구는 전해액 반응부의 우측 상단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 매니폴드.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 전해액 주입구는 전해액 반응부의 우측 하단부에 형성되며, 전해액 배출구는 전해액 반응부의 좌측 상단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 매니폴드.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 레독스 흐름전지용 매니폴드, 펠트전극 및 바이폴라 플레이트를 포함하는 셀 스택 구조.
  9. 전해액 유량을 균등하게 분배하여 공급 또는 배출시킬 수 있도록, 공급유로 또는 배출유로와 전해액 반응부가 연결되는 부분에서 전해액 유로가 복수 개 형성되는 균등분배유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 매니폴드, 펠트전극 및 바이폴라 플레이트를 포함하는 셀 스택 구조.
  10. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 레독스 흐름전지용 매니폴드를 포함하는 레독스 흐름전지.
  11. 전해액 주입구 및 배출구를 갖는 한 쌍의 엔드플레이트,
    상기 엔드플레이트 각각의 내측에 위치하는 집전체,
    상기 집전체 각각의 내측에 위치하는 것으로서 상기 집전체와 대응되는 면에 바이폴라 플레이트가 안착되고 반대면에 전극이 삽입되는 엔드매니폴드,
    상기 엔드매니폴드 사이에 위치하는 매니폴드, 펠트 전극 및 바이폴라 플레이트를 포함하는 셀 스택 구조, 및
    양극 셀 스택과 음극 셀 스택 사이에 위치하는 분리막을 포함하며,
    상기 매니폴드는 전해액 유량을 균등하게 분배하여 공급 또는 배출시킬 수 있도록, 공급유로 또는 배출유로와 전해액 반응부가 연결되는 부분에서 전해액 유로가 복수 개 형성되는 균등분배유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
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