KR20150143185A - Flow battery and battery module comprising thereof - Google Patents

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KR20150143185A
KR20150143185A KR1020140072375A KR20140072375A KR20150143185A KR 20150143185 A KR20150143185 A KR 20150143185A KR 1020140072375 A KR1020140072375 A KR 1020140072375A KR 20140072375 A KR20140072375 A KR 20140072375A KR 20150143185 A KR20150143185 A KR 20150143185A
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이정배
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Abstract

The present specification relates to a flow battery and a battery module comprising the same. The flow battery comprises: a negative electrode and a positive electrode; a negative electrode tank and a positive electrode tank; a negative electrode inflow path; a negative electrode discharge path; a positive electrode inflow path; a positive electrode discharge path; and an opening and closing unit. According to an embodiment of the present specification, a flow battery is capable of reducing effects of a shunt current when manufacturing a unit cell and a stack.

Description

플로우 배터리 및 이를 포함하는 전지 모듈{FLOW BATTERY AND BATTERY MODULE COMPRISING THEREOF}FLOW BATTERY AND BATTERY MODULE COMPRISING THEREOF FIELD OF THE INVENTION [0001]

본 명세서는 플로우 배터리 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다. The present disclosure relates to a flow battery and a battery module including the same.

전력 저장 기술은 전력 이용의 효율화, 전력 공급 시스템의 능력이나 신뢰성 향상, 시간에 따라 변동 폭이 큰 신재생 에너지의 도입 확대, 이동체의 에너지 회생 등 에너지 전체에 걸쳐 효율적 이용을 위해 중요한 기술이며 그 발전 가능성 및 사회적 기여에 대한 요구가 점점 증대되고 있다.Power storage technology is an important technology for efficient use of energy, such as efficient use of power, improvement of power supply system's ability and reliability, expansion of new and renewable energy with a large fluctuation over time, energy recovery of mobile body, There is a growing demand for possibilities and social contributions.

마이크로 그리드와 같은 반 자율적인 지역 전력 공급 시스템의 수급 균형의 조정 및 풍력이나 태양광 발전과 같은 신재생 에너지 발전의 불균일한 출력을 적절히 분배하고 기존 전력 계통과의 차이에서 발생하는 전압 및 주파수 변동 등의 영향을 제어하기 위해서 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 이러한 분야에서 이차 전지의 활용도에 대한 기대치가 높아지고 있다.The supply and demand balances of semi-autonomous regional electricity supply systems such as micro grid and the uneven output of renewable energy such as wind power and solar power are appropriately distributed and voltage and frequency fluctuations Researches on secondary batteries have been actively conducted to control the influence of secondary batteries, and expectations for utilization of secondary batteries are increasing in these fields.

대용량 전력 저장용으로 사용될 이차 전지에 요구되는 특성을 살펴보면 에너지 저장 밀도가 높아야 하며 이러한 특성에 가장 적합한 고용량 및 고효율의 이차 전지로서 플로우 배터리가 가장 각광받고 있다.The characteristics required for a secondary battery to be used for large-capacity power storage must be high energy storage density, and a flow battery is most popular as a high capacity and high efficiency secondary battery most suitable for such characteristics.

플로우 배터리는 분리막을 중심으로 양측에 양극 및 음극의 전극이 위치하도록 구성된다. 전극의 외부에 각각 전기 전도를 위한 바이폴라 플레이트가 구비되며, 전해질을 담아놓는 양극 탱크와 음극 탱크 그리고 전극으로 전해질이 들어가는 유입구와 전해질이 다시 나오는 배출구를 포함하여 구성된다.The flow battery is configured such that the positive and negative electrodes are positioned on both sides of the separation membrane. A bipolar plate for electric conduction is provided on the outside of the electrode, an anode tank and an anode tank for holding the electrolyte, and an inlet through which the electrolyte enters the electrode and an outlet through which the electrolyte again flows.

대한민국특허공개 제 2009-0046087 호Korean Patent Publication No. 2009-0046087

본 명세서는 플로우 배터리 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하고자 한다. The present specification intends to provide a flow battery and a battery module including the flow battery.

본 명세서는 음극 및 양극; 음극 전해액 또는 양극 전해액을 각각 저장하는 음극 탱크 및 양극 탱크; 상기 음극 전해액이 상기 음극 탱크로부터 상기 음극으로 유입될 수 있도록 구비된 음극 유입로; 상기 음극 전해액이 상기 음극으로부터 상기 음극 탱크로 배출될 수 있도록 구비된 음극 배출로; 상기 양극 전해액이 상기 양극 탱크로부터 상기 양극으로 유입될 수 있도록 구비된 양극 유입로; 상기 양극 전해액이 상기 양극으로부터 상기 양극 탱크로 배출될 수 있도록 구비된 양극 배출로; 및 상기 음극 유입로, 음극 배출로, 양극 유입로 및 양극 배출로 중 적어도 하나의 내부에 구비된 개폐부를 포함하는 것인 플로우 배터리를 제공한다. The present invention relates to a negative electrode and a positive electrode; A negative electrode tank and a positive electrode tank for respectively storing the negative electrode electrolyte solution and the positive electrode electrolyte solution; A negative electrode inflow path for allowing the negative electrode electrolyte to flow from the negative electrode tank to the negative electrode; A negative electrode discharge passage for discharging the negative electrode electrolyte from the negative electrode to the negative electrode tank; A positive electrode inflow path through which the positive electrode electrolyte can flow from the positive electrode tank to the positive electrode; A positive electrode discharge passage provided so that the positive electrode electrolyte can be discharged from the positive electrode to the positive electrode tank; And an opening and closing part provided in at least one of the cathode inlet path, the cathode outlet path, the anode inlet path, and the anode outlet path.

또한, 본 명세서는 상기 플로우 배터리를 단위 전지로 포함하는 전지 모듈을 제공한다. The present invention also provides a battery module including the flow battery as a unit cell.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 플로우 배터리는 단위셀 및 스택 제작 시에 션트전류(shunt current)의 영향을 줄일 수 있다. The flow battery according to one embodiment of the present disclosure can reduce the influence of shunt current at the time of unit cell and stack fabrication.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 플로우 배터리는 전해질의 역류를 방지할 수 있다. The flow battery according to one embodiment of the present specification can prevent the backflow of the electrolyte.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 플로우 배터리는 비운전 중에 전극셀 및 스택 내부의 전해질이 변질되는 것을 방지할 수 있다. The flow battery according to one embodiment of the present disclosure can prevent deterioration of the electrolyte in the electrode cell and the stack during non-operation.

도 1은 플로우 배터리의 일반적인 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 'a' 영역의 확대도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 판막형 개폐부가 구비된 상태 및 전해액의 흐름에 따른 판막형 개폐부의 변화를 나타낸다.
도 4는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 물레방아형 개폐부가 구비된 상태 및 전해액의 흐름에 따른 물레방아형 개폐부의 변화를 나타낸다.
1 is a cross-sectional view showing a general structure of a flow battery.
2 is an enlarged view of the area 'a' of FIG.
FIG. 3 shows a state in which a valve-shaped opening and closing part according to one embodiment of the present invention is provided and a change in a valve-shaped opening and closing part according to the flow of the electrolyte.
FIG. 4 shows a state where the spinning mill type opening and closing part is provided according to one embodiment of the present invention, and a change of the spinning mill type opening and closing part according to the flow of the electrolyte.

이하에서 본 명세서에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 명세서는 음극 및 양극; 음극 전해액 또는 양극 전해액을 각각 저장하는 음극 탱크 및 양극 탱크; 상기 음극 전해액이 상기 음극 탱크로부터 상기 음극으로 유입될 수 있도록 구비된 음극 유입로; 상기 음극 전해액이 상기 음극으로부터 상기 음극 탱크로 배출될 수 있도록 구비된 음극 배출로; 상기 양극 전해액이 상기 양극 탱크로부터 상기 양극으로 유입될 수 있도록 구비된 양극 유입로; 상기 양극 전해액이 상기 양극으로부터 상기 양극 탱크로 배출될 수 있도록 구비된 양극 배출로; 및 상기 음극 유입로, 음극 배출로, 양극 유입로 및 양극 배출로 중 적어도 하나의 내부에 구비된 개폐부를 포함하는 것인 플로우 배터리를 제공한다.The present invention relates to a negative electrode and a positive electrode; A negative electrode tank and a positive electrode tank for respectively storing the negative electrode electrolyte solution and the positive electrode electrolyte solution; A negative electrode inflow path for allowing the negative electrode electrolyte to flow from the negative electrode tank into the negative electrode; A negative electrode discharge passage for discharging the negative electrode electrolyte from the negative electrode to the negative electrode tank; A positive electrode inflow path through which the positive electrode electrolyte can flow from the positive electrode tank to the positive electrode; A positive electrode discharge passage provided so that the positive electrode electrolyte can be discharged from the positive electrode to the positive electrode tank; And an opening and closing part provided in at least one of the cathode inlet path, the cathode outlet path, the anode inlet path, and the anode outlet path.

도 1은 플로우 배터리의 일반적인 구조를 나타낸 단면도이며, 도 2는 도 1의 'a' 영역의 확대도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 플로우 배터리는 음극(21) 및 양극(22); 음극(21) 또는 양극(22)으로 각각 유입되는 음극 유입로(41) 및 양극 유입로 (42); 음극(21) 또는 양극(22)으로부터 전해액이 배출되는 음극 배출로(31) 및 양극 배출로(32)를 포함한다. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a general structure of a flow battery, and FIG. 2 is an enlarged view of a region 'a' of FIG. The flow battery shown in Figs. 1 and 2 includes a cathode 21 and an anode 22; A cathode inlet path 41 and an anode inlet path 42 which respectively flow into the cathode 21 or the anode 22; And a cathode discharge path 31 and a cathode discharge path 32 through which the electrolyte is discharged from the cathode 21 or the anode 22.

본 명세서에 따른 플로우 배터리는 도 1 및 도 2에 도시된 플로우 배터리의 단면도에서 음극 유입로(41), 음극 배출로(31), 양극 유입로(42) 및 양극 배출로(32) 중 적어도 하나의 내부에 구비된 개폐부를 포함한다. The flow battery according to the present invention has at least one of a cathode inlet path 41, a cathode outlet path 31, a cathode inlet path 42, and a cathode outlet path 32 in the sectional view of the flow battery shown in Figs. 1 and 2 And an opening / closing part provided inside the housing.

상기 개폐부는 플로우 배터리의 음극 유입로, 음극 배출로, 양극 유입로 및 양극 배출로 중 적어도 하나의 내부에 구비될 수 있다. 이 경우 전극 내에서 션트전류(shunt current)를 줄일 수 있다.The opening and closing part may be provided in at least one of a cathode inlet path, a cathode outlet path, a cathode inlet path and a cathode outlet path of the flow battery. In this case, the shunt current in the electrode can be reduced.

본 명세서에서, 상기 션트전류는 미세 전류가 저항이 낮은 물질을 타고 흐르는 경우를 의미한다. In the present specification, the shunt current means that the microcurrent flows through the low-resistance material.

기본적으로 전극 내에서 발생된 전류는 전극 및 집전체를 통해서 외부로 흘러야 하는데, 외부로 흐르지 않고 전해질을 통해서 흐르는 경우가 션트전류가 발생된 것이며, 션트전류가 증가할수록 전류의 손실이 높아지고 전지의 효율이 낮아진다. Basically, the current generated in the electrode must flow to the outside through the electrode and the current collector. The shunt current is generated when the electrolyte does not flow to the outside, and the current loss increases as the shunt current increases. .

구체적으로, 전극에 전해질을 공급하고 배출되는 통로가 있는 플로우 배터리에서, 전극 내에서 발생된 전류가 전극 및 집전체로 흐르는 것이 아니라 전극과 멀리 떨어진 부분 즉, 전극 내부로 유입되지 않은 전해질이 있는 전해질 유입로 및 전극 내부에서 떨어져 배출되는 전해질이 있는 전해질 배출로에서 흐르는 미세전류를 션류전류라 한다. Specifically, in a flow battery having a passage through which an electrolyte is supplied to an electrode, a current generated in the electrode does not flow to the electrode and the current collector but to a portion far from the electrode, that is, The microcurrent flowing in the electrolyte discharge path with the electrolyte discharged from the inlet path and the inside of the electrode is referred to as a "

도 1 및 도 2에 도시된 플로우 배터리 단면도에서, 전극에 전해질을 공급하고 배출되는 통로인 음극 유입로(41), 음극 배출로(31), 양극 유입로(42) 및 양극 배출로(32)에서 전극에서 떨어진 전해질을 따라 미세전류가 흐를 수 있다. 1 and 2, the cathode inlet passage 41, the cathode outlet passage 31, the anode inlet passage 42, and the anode outlet passage 32, which are the passages through which the electrolyte is supplied to and discharged from the electrode, A minute current can flow along the electrolyte away from the electrode.

본 명세서에서, 플로우 배터리의 음극 유입로, 음극 배출로, 양극 유입로 및 양극 배출로 중 적어도 하나의 내부에 개폐부를 구비하는 경우, 전극 내에서 션트전류가 발생되는 것을 줄일 수 있으며, 그 결과 전류의 손실을 막고 전지의 효율을 높일 수 있다. In the present specification, when the opening and closing part is provided in at least one of the cathode inlet path, the cathode outlet path, the anode inlet path and the anode outlet path of the flow battery, generation of shunt current in the electrode can be reduced, And the efficiency of the battery can be increased.

본 명세서에서, 플로우 배터리의 음극 유입로, 음극 배출로, 양극 유입로 및 양극 배출로 중 적어도 음극 유입로 및 양극 유입로의 내부에 개폐부가 구비될 수 있다. 이 경우 전극 내에서 션트전류를 최소화하고, 전극으로부터 음극 유입로 및 양극 유입로로 전해질이 역류되는 것을 방지할 수 있다. In this specification, at least a cathode inlet path and an anode inlet path of the anode inlet path, the anode outlet path, the anode inlet path, and the anode outlet path of the flow battery may be provided with open / close portions. In this case, the shunt current can be minimized in the electrode, and the electrolyte can be prevented from flowing backward from the electrode to the cathode inlet path and the anode inlet path.

상기 개폐부는 플로우 배터리의 음극 유입로, 음극 배출로, 양극 유입로 및 양극 배출로의 내부에 구비될 수 있다. 이 경우 전극 내에서 션트전류를 최소화하고, 전극으로부터 음극 유입로, 음극 배출로, 양극 유입로 및 양극 배출로로 전해질이 역류되는 것을 방지할 수 있으며, 비운전 중에 전극 내부의 전해질이 변질되는 것을 방지할 수 있다. The opening and closing part may be provided inside the anode inlet path, the cathode outlet path, the anode inlet path and the anode outlet path of the flow battery. In this case, it is possible to minimize the shunt current in the electrode, prevent the electrolyte from flowing backward from the electrode to the cathode inlet path, the cathode outlet path, the anode inlet path and the anode outlet path, and deteriorate the electrolyte inside the electrode .

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 개폐부가 음극 유입로, 음극 배출로, 양극 유입로 및 양극 배출로 중 적어도 하나의 내부에 구비되는 경우, 개폐부가 구비되는 유입로 또는 배출로의 내부 중 전극과 연결되는 단부에 개폐부가 위치하는 것이 바람직하다. According to an embodiment of the present invention, when the opening / closing part is provided in at least one of the cathode inlet path, the cathode outlet path, the anode inlet path, and the anode outlet path, It is preferable that the opening /

예를 들면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 음극 유입로(41)의 내부 중 전극과 연결되는 단부에 개폐부(100, 200)가 구비될 수 있다. For example, as shown in FIGS. 3 and 4, the opening and closing portions 100 and 200 may be provided at the ends connected to the inner electrodes of the cathode inlet 41.

구체적으로, 상기 개폐부는 상기 음극 유입로의 내부 중 상기 음극과 연결되는 단부; 상기 음극 배출로의 내부 중 상기 음극과 연결되는 단부; 상기 양극 유입로의 내부 중 상기 양극과 연결되는 단부; 및 상기 양극 배출로의 내부 중 상기 양극과 연결되는 단부 중 적어도 하나에 구비될 수 있다. Specifically, the opening / closing portion includes an end connected to the cathode among the inside of the cathode inlet path; An end connected to the cathode among the inside of the cathode discharge path; An end connected to the anode among the inside of the anode inlet path; And at least one of the ends of the anode discharge path connected to the anode.

본 명세서에서, 상기 개폐부는 조건에 따라 설치된 입구를 열고 닫는 것을 반복할 수 있는 부재를 말한다. 상기 개폐부는 전해액이 흐를 때 열리고 전해액이 흐르지 않을 때 닫히는 것일 수 있다.In the present specification, the opening / closing part refers to a member that can repeat opening and closing of an installed inlet according to conditions. The opening / closing part may be opened when the electrolytic solution flows and closed when the electrolytic solution does not flow.

구체적으로, 펌프에 의해서 전해액이 흐르게 되고, 이때 전해액이 흐르는 속도로 발생된 힘에 의해 전해액이 개폐부를 밀어내면서 통과할 수 있다. 전해액이 흐르는 속도가 감소할수록 전해액이 개폐부를 밀어내는 힘이 감소하고 이로 인해 개폐부를 통과하는 전해액의 양이 점점 줄어든다. 전해액이 흐르지 않으면 전해액이 개폐부를 밀어내는 힘이 없거나 개폐부를 밀어내는 힘이 개폐부를 움직일 수 없기 때문에 전해액이 개폐부를 통과할 수 없다.Specifically, the electrolytic solution flows through the pump, and at this time, the electrolytic solution can push through the opening and closing part by the force generated at the flow rate of the electrolytic solution. As the flow rate of the electrolytic solution decreases, the force of the electrolytic solution pushing the opening / closing part decreases, and the amount of the electrolytic solution passing through the opening / closing part gradually decreases. If the electrolytic solution does not flow, the electrolytic solution can not pass through the opening / closing part because there is no force for pushing the electrolytic solution through the opening / closing part or because the force pushing the opening / closing part can not move the opening / closing part.

상기 개폐부의 재질은 강산 및 전해액 내부의 용매와 전해질에 내화학성이 큰 물질일 수 있다. 상기 개폐부의 재질은 강산 및 전해액 내부의 용매와 전해질에 내화학성이 있다면 특별히 한정하지 않는다. The material of the opening and closing part may be a strong acid, a solvent inside the electrolyte, and a substance having a high chemical resistance to the electrolyte. The material of the opening and closing part is not particularly limited as long as it is resistant to strong acids and solvents and electrolytes in the electrolytic solution.

예를 들면, 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene Terephthalate), 폴리에틸렌에테르프탈레이트(polyethylene ether phthalate), 폴리에틸렌프탈레이트(polyethylene phthalate), 폴리부틸렌프탈레이트(polybuthylene phthalate), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN; Polyethylene Naphthalate), 폴리카보네이트(PC; polycarbonate), 폴리스티렌(PS, polystyrene), 폴리에테르이미드(polyether imide), 폴리에테르술폰(polyether sulfone), 폴리디메틸실록산(PDMS; polydimethyl siloxane), 폴리에테르에테르케톤(PEEK; Polyetheretherketone), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF, polyvinylidene fluoride), 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene) 폴리우레탄, 실리콘계 수지 및 폴리케톤 중 적어도 하나의 단일고분자, 둘 이상의 혼합물 또는 둘 이상의 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 1종의 재질을 포함할 수 있다. For example, it is possible to use polyacrylate, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene ether phthalate, polyethylene phthalate ), Polybuthylene phthalate, polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), polyether imide, polyether sulfone ), Polydimethylsiloxane (PDMS), polyetheretherketone (PEEK), polyimide (PI), polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE) Polytetrafluoroethylene) polyurethane, a silicone resin and a polyketone, From the group consisting of a mixture or two or more copolymer may include one kind of material selected.

상기 개폐부의 형태는 조건에 따라 설치된 통로를 열고 닫는 것을 반복할 수 있다면 한정하지 않으나, 예를 들면, 판막형 및 물레방아형 중 적어도 하나일 수 있다. The shape of the opening / closing part is not limited as long as the opening and closing of the installed passage can be repeated according to the condition, but it may be at least one of a valve-type and a wheelbarrow type.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 개폐부의 형태는 판막형 및 물레방아형 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 개폐부가 설치되는 위치에 따라 상기 개폐부의 형태는 상이하거나 동일할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the shape of the opening and closing part may be at least one of a valve-type and a wheelbarrow type. The shape of the opening / closing part may be different or the same depending on the position where the opening / closing part is installed.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 개폐부의 형태는 판막형일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the shape of the opening and closing part may be a plate-like shape.

상기 판막형 개폐부는 음극 유입로, 음극 배출로, 양극 유입로 및 양극 배출로 중 적어도 하나의 내부에 구비되며, 구비될 때 상기 개폐부의 일 단부가 통로의 내측에 고정된다. 구체적으로, 상기 판막형 개폐부의 모서리 또는 옆면 중 일부가 통로의 내측에 고정된다. The valve opening / closing part is provided in at least one of a cathode inlet path, a cathode outlet path, an anode inlet path, and an anode outlet path, and one end of the opening / closing part is fixed to the inside of the passage when it is provided. Specifically, a part of the edge or the side surface of the valve-shaped opening and closing part is fixed to the inside of the passage.

예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 판막형 개폐부(100)가 유입로 또는 배출구의 내부에 구비될 때, 상기 판막형 개폐부(100)의 일 단부가 통로의 내측에 고정된다. For example, as shown in FIG. 3, when the valve-opening / closing unit 100 is provided inside the inflow passage or the discharge opening, one end of the valve-closing unit 100 is fixed to the inside of the passage.

전해액이 흐르지 않을 때, 상기 판막형 개폐부가 설치된 통로에서 판막형 개폐부의 단부 중 통로에 고정되지 않은 부분이 통로의 내벽에 끼워져 있기 때문에 전해액이 판막형 개폐부를 통과할 수 없다.When the electrolytic solution does not flow, the electrolyte solution can not pass through the valve-opening / closing part because the portion of the valve-like opening / closing part that is not fixed to the passage in the end part of the valve-

전해액이 흐를 때, 통로의 내측에 고정된 판막형 개폐부의 일 단부는 움직이지 않고 통로의 내측에 고정되지 않는 부분이 흐르는 전해액에 의해 미는 힘을 받아 통로의 내벽으로부터 분리되어 판막형 개폐부가 휘어지면서 전해액이 개폐부를 통과할 수 있다. 이때, 전해액이 흐르는 속도가 빠를수록 판막형 개폐부가 더 휘어지고 결과적으로 판막형 개폐부를 통과하는 전해액의 양이 많아질 수 있다. When the electrolytic solution flows, one end of the valve-shaped opening / closing part fixed to the inside of the passage does not move and receives a pushing force due to the electrolytic solution flowing in the part that is not fixed to the inside of the passage and is separated from the inner wall of the passage, The electrolytic solution can pass through the opening and closing part. At this time, the faster the rate at which the electrolytic solution flows, the more the valve-shaped opening and closing part is bent, and consequently the amount of the electrolyte passing through the valve-shaped opening and closing part can be increased.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 전해액의 흐름(A)이 발생하면 통로를 닫고 있던 판막형 개폐부(100)의 단부 중 통로에 고정되지 않은 부분이 전해액의 흐름(A)에 의해 미는 힘을 받아 통로의 내벽으로부터 분리되어 판막형 개폐부가 C와 같이 휘어지면서 전해액이 개폐부를 통과할 수 있다.3, when the flow A of the electrolytic solution is generated, a portion of the end portion of the valve-closing portion 100 that has closed the passage is not fixed to the passage, And the valve-like opening / closing portion is bent like C, so that the electrolyte can pass through the opening and closing portion.

한편, 전해액의 흐름(A)의 속도가 점점 줄어들면 전해액의 흐름(A)에 의해 미는 힘이 줄어들어 통로의 내벽으로부터 분리된 판막형 개폐부가 D와 같이 휘어짐이 감소하고, 그 결과 개폐부를 통과하는 전해액의 양이 점점 줄어든다. 전해액의 흐름(A)이 점점 줄어들다가 전해액의 흐름(A)에 의한 미는 힘이 개폐부의 휘어짐을 유지할 수 없거나 전해액의 흐름(A)이 멈추면, 판막형 개폐부(100)의 단부 중 통로에 고정되지 않은 부분이 통로의 내벽에 밀착되어 전해액이 개폐부를 통과할 수 없다.On the other hand, if the flow rate of the electrolytic solution (A) is gradually decreased, the pushing force of the electrolytic solution (A) is reduced by the flow of the electrolytic solution, so that the valve-shaped opening / closing part separated from the inner wall of the passage decreases in deflection as in D, The amount of electrolytic solution gradually decreases. When the flow A of the electrolytic solution gradually decreases and the pushing force of the electrolytic solution A can not keep the bending of the opening and closing part or the flow A of the electrolytic solution stops, The electrolytic solution can not pass through the opening and closing part.

상기 판막형 개폐부는 전해액의 흐름에 따라 설치된 입구를 열고 닫는 것을 반복할 수 있도록 탄성력이 있는 것이 바람직하다. It is preferable that the valve-shaped opening / closing part has an elastic force so as to repeat the opening and closing of the inlet provided according to the flow of the electrolytic solution.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 판막형 개폐부의 탄성력은 0.1 MPa 이상 10 MPa 이하일 수 있다. 구체적으로 상기 판막형 개폐부의 탄성력은 0.5 MPa 이상 5 MPa 이하일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the elastic force of the valve-opening / closing part may be 0.1 MPa or more and 10 MPa or less. Specifically, the elastic force of the valve-shaped opening / closing part may be 0.5 MPa or more and 5 MPa or less.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 개폐부의 형태는 물레방아형일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the shape of the opening and closing part may be a spiral shape.

상기 물레방아형 개폐부는 지지대; 및 상기 지지대의 외주면에 구비된 날개를 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 물레방아형 개폐부(200)는 지지대(210); 및 상기 지지대(210)의 외주면에 구비된 날개(220)를 포함할 수 있다.The spinning mill type opening and closing part includes: a support; And a blade provided on an outer circumferential surface of the supporter. Specifically, as shown in FIG. 4, the spinning mill type opening / closing part 200 includes a support 210; And a wing 220 provided on an outer circumferential surface of the supporter 210.

상기 물레방아형 개폐부는 음극 유입로, 음극 배출로, 양극 유입로 및 양극 배출로 중 적어도 하나의 내부에 구비되며, 구비될 때 상기 물레방아형 개폐부의 지지대의 양 단부가 통로의 내측에 고정된다. The spinning mill type opening / closing unit is provided inside at least one of a cathode inlet path, a cathode outlet path, an anode inlet path and a cathode outlet path, and both ends of the support of the spinning mill opening / closing part are fixed to the inside of the path .

전해액이 흐르지 않을 때, 상기 물레방아형 개폐부의 날개의 표면이 통로의 내측에 밀착되어 전해액이 물레방아형 개폐부를 통과할 수 없다.When the electrolytic solution does not flow, the surface of the wing of the spinning mill opening / closing part comes into close contact with the inside of the passage, and the electrolytic solution can not pass through the spinning mill opening / closing part.

전해액이 흐를 때, 물레방아형 개폐부의 날개가 흐르는 전해액에 의해 미는 힘을 받아 상기 물레방아형 개폐부가 지지대를 중심으로 회전하면서 전해액이 개폐부를 통과할 수 있다.When the electrolytic solution flows, the electrolytic solution can pass through the opening and closing part while the water-milled type opening / closing part rotates about the support base by receiving the pushing force by the electrolytic solution in which the wings of the water-

구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 전해액의 흐름(A)이 발생하면 통로를 닫고 있던 물레방아형 개폐부(200)의 날개(220)가 전해액의 흐름(A)에 의해 미는 힘을 받아 통로의 내벽으로부터 분리되어 지지대(210)를 중심으로 C와 같이 회전하면서 전해액이 개폐부를 통과할 수 있다.4, when the flow A of the electrolytic solution is generated, the wing 220 of the spinning mill opening / closing part 200, which has closed the passage, receives a pushing force by the flow A of the electrolytic solution, And the electrolytic solution can pass through the opening and closing part while rotating around the support table 210 as indicated by C in FIG.

한편, 전해액의 흐름(A)의 속도가 점점 줄어들면 전해액의 흐름(A)에 의해 미는 힘이 줄어들어 날개(220)의 회전속도가 감소하고, 그 결과 개폐부를 통과하는 전해액의 양이 점점 줄어든다. 전해액의 흐름(A)이 점점 줄어들다가 전해액의 흐름(A)에 의한 미는 힘이 날개(220)를 회전시킬 수 없거나 전해액의 흐름(A)이 멈추면, 상기 물레방아형 개폐부(200)의 날개(220)의 표면이 통로의 내측에 밀착되어 전해액이 물레방아형 개폐부(200)를 통과할 수 없다.On the other hand, if the flow rate of the electrolytic solution A is gradually decreased, the pushing force of the electrolytic solution A is reduced by the flow of the electrolytic solution, and the rotational speed of the vane 220 is decreased. As a result, the amount of the electrolytic solution passing through the opening / When the flow A of the electrolytic solution gradually decreases and the pushing force of the electrolytic solution A can not rotate the wing 220 or the flow A of the electrolytic solution stops, The surface of the electrolytic solution 220 is brought into close contact with the inside of the passage, so that the electrolytic solution can not pass through the water shutoff unit 200.

상기 물레방아형 개폐부는 전해액의 흐름에 따라 물레방아형 개폐부의 날개가 통로의 내벽과 접촉할 때 휘어지면서 밀착될 수 있도록 탄성력이 있는 것이 바람직하다. It is preferable that the spinneret-like opening and closing part has an elastic force so that the wing of the spinneret-shaped opening and closing part can be bent and adhered when the inner wall of the spinneret contacts the inner wall of the spinneret according to the flow of the electrolyte solution.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 날개의 탄성력은 0.1 MPa 이상 10 MPa 이하일 수 있다. 구체적으로 상기 날개의 탄성력은 0.5 MPa 이상 5 MPa 이하일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the elastic force of the blade may be 0.1 MPa or more and 10 MPa or less. Specifically, the elastic force of the vanes may be 0.5 MPa or more and 5 MPa or less.

본 명세서의 플로우 배터리는 음극; 양극; 및 상기 음극과 상기 양극 사이에 배치된 분리막을 포함하는 전극셀을 포함한다. The flow battery in this specification includes a negative electrode; anode; And an electrode cell including a separator disposed between the cathode and the anode.

상기 음극, 양극 및 분리막의 재질은 특별히 한정하지 않으며, 당 기술분야에서 일반적으로 사용하는 것을 채용할 수 있다.The materials of the negative electrode, the positive electrode, and the separator are not particularly limited, and those generally used in the art can be employed.

상기 분리막은 다공성 지지체 및 상기 다공성 지지체의 기공에 구비된 이온전도체를 포함할 수 있다.The separation membrane may include a porous support and an ion conductor provided in the pores of the porous support.

상기 다공성 지지체는 다수의 기공을 포함하고 있다면 지지체의 구조 및 재질은 특별히 한정되지 않으며, 당 기술분야에서 일반적으로 사용하는 것을 이용할 수 있다. The structure and material of the support are not particularly limited as long as the porous support includes a plurality of pores, and those generally used in the art can be used.

예를 들면, 상기 다공성 지지체는 폴리 이미드(Polyimide:PI), 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephtalate:PET), 폴리테트라플루오로 에틸렌(polytetrafluoro ethylene:PTFE), 폴리에틸렌(Polyethylene:PE), 폴리프로필렌(polypropylene:PP), 폴리아릴렌에테르 술폰(Poly(arylene ether sulfone):PAES), 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone:PEEK) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the porous support may be formed of at least one selected from the group consisting of polyimide (PI), nylon, polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene (PE) polypropylene (PP), poly (arylene ether sulfone) (PAES), and polyetheretherketone (PEEK).

상기 이온전도체는 상기 다공성 지지체의 기공에 충진될 수 있고 이온 교환을 할 수 있는 물질이라면 특별히 한정하지 않으며, 당 기술분야에서 일반적으로 사용하는 것을 이용할 수 있다.The ion conductor is not particularly limited as long as it can be filled in the pores of the porous support and can perform ion exchange, and those generally used in the art can be used.

예를 들면, 상기 이온전도체는 나피온(Nafion), 술폰화 폴리에테르에테르케톤 (sPEEK, sulfonated polyetheretherketone) 술폰화 폴리에테르케톤 (sPEK, sulfonated (polyetherketone)), 폴리비닐리덴 플로라이드-그라프트-폴리스티렌 술폰산 (poly (vinylidene fluoride)-graft-poly(styrene sulfonic acid), PVDF-g-PSSA) 및 술폴화 폴리플루로레닐 에테르케톤 (Sulfonated poly (fluorenyl ether ketone)) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the ionic conductor may be selected from the group consisting of Nafion, sulfonated polyetheretherketone (sPEEK) sulfonated polyetherketone (sPEK), polyvinylidene fluoride-graft-polystyrene (Polyvinylidene fluoride) -graft-poly (styrene sulfonic acid), PVDF-g-PSSA) and sulfonated poly (fluorenyl ether ketone).

본 명세서의 플로우 배터리는 상기 음극 측으로 주입 및 배출되는 음극 전해액 및 상기 양극 측으로 주입 및 배출되는 양극 전해액을 더 포함할 수 있다.The flow battery of the present invention may further include a negative electrode electrolyte injected into and discharged from the negative electrode, and a positive electrode electrolyte injected into and discharged from the positive electrode.

상기 음극 전해액 및 양극 전해액은 각각 전해질과 용매를 포함할 수 있다.The negative electrode electrolytic solution and the positive electrode electrolytic solution may include an electrolyte and a solvent, respectively.

상기 전해질 및 용매는 특별히 한정하지 않으나, 당 기술분야에서 일반적으로 사용하는 것을 채용할 수 있다. The electrolyte and the solvent are not particularly limited, but those generally used in the art can be employed.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 플로우 배터리는 양극 전해질로 V(IV)/V(V) 레독스 커플을 사용하고, 음극 전해질로 V(II)/V(III) 레독스 커플을 사용할 수 있다. In one embodiment of the present disclosure, the flow battery uses a V (IV) / V (V) redox couple as the positive electrode electrolyte and a V (II) / V have.

본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 플로우 배터리는 양극 전해질로 할로겐 레독스 커플을 사용하고, 음극 전해질로 V(II)/V(III) 레독스 커플을 사용할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the flow battery may use a halogen redox couple as a positive electrode electrolyte and a V (II) / V (III) redox couple as a negative electrode electrolyte.

본 명세서의 또 다른 실시상태에 있어서, 상기 플로우 배터리는 양극 전해질로 할로겐을 레독스 커플을 사용하고, 음극 전해질로 설퍼이드 레독스 커플을 사용할 수 있다.In another embodiment of the present disclosure, the flow battery may use a redox couple as a cathode electrolyte and a sulfurized redox couples as a cathode electrolyte.

본 명세서의 또 다른 실시상태에 있어서, 상기 플로우 배터리는 양극 전해질로 할로겐 레독스 커플을 사용하고, 음극전해질로 아연(Zn) 레독스 커플을 사용할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the flow battery may use a halogen redox couple as a positive electrode electrolyte and a zinc redox couple as a negative electrode electrolyte.

본 명세서의 플로우 배터리는 음극 전해액 또는 양극 전해액을 각각 저장하는 음극 탱크 및 양극 탱크와 연결되어 상기 전해액을 음극 또는 양극으로 공급하는 펌프를 더 포함할 수 있다. The flow battery of the present invention may further include a negative electrode tank storing a negative electrode electrolyte solution or a positive electrode electrolyte solution, and a pump connected to the positive electrode tank to supply the electrolyte solution to the negative electrode or the positive electrode.

상기 플로우 배터리는 레독스 플로우 배터리일 수 있다. The flow battery may be a redox flow battery.

상기 레독스 플로우 배터리의 종류는 한정하지 않으나, 바나듐계 레독스 플로우 배터리, 납계 레독스 플로우 배터리, 폴리설퍼이드브로민(PSB) 레독스 플로우 배터리, 아연-브로민(Zn-Br) 레독스 플로우 배터리 등일 수 있다. The redox flow battery includes, but is not limited to, a vanadium redox flow battery, a lead redox flow battery, a polysulfide bromine (PSB) redox flow battery, a zinc-bromine (Zn-Br) redox flow Battery or the like.

상기 플로우 배터리의 형태는 제한되지 않으며, 예를 들어, 코인형, 평판형, 원통형, 뿔형, 버튼형, 시트형 또는 적층형일 수 있다.The shape of the flow battery is not limited, and may be, for example, a coin, a flat plate, a cylinder, a horn, a button, a sheet or a laminate.

본 명세서는 상기 플로우 배터리를 단위 전지로 포함하는 전지 모듈을 제공한다.The present specification provides a battery module including the flow battery as a unit cell.

상기 전지 모듈은 본 출원의 하나의 실시 상태에 따른 플로우 배터리 사이에 바이폴라(bipolar) 플레이트를 삽입하여 스택킹(stacking)하여 형성될 수 있다.The battery module may be formed by stacking a bipolar plate between flow batteries according to one embodiment of the present application.

상기 전지 모듈은 구체적으로 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장장치의 전원으로 사용될 수 있다.The battery module may be specifically used as a power source for an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a power storage device.

1: 하우징
10: 분리막
21: 음극 22: 양극
25: 음극의 집전체
31: 음극 배출로 32: 양극 배출로
41: 음극 유입로 42: 양극 유입로
45: 음극 유입로의 통로
100: 판막형 개폐부
200: 물레방아형 개폐부
210: 지지대 220: 날개
A: 음극 유입로에서 전해액의 흐름
B: 음극 내에서 전해액의 흐름
1: Housing
10: Membrane
21: cathode 22: anode
25: cathode collector
31: cathode exhaust passage 32: anode exhaust passage
41: cathode inlet line 42: anode inlet line
45: passage of cathode inlet path
100: valve-
200: Spindle type opening / closing part
210: support 220: wing
A: Flow of electrolyte in negative electrode inlet
B: Flow of electrolyte in the cathode

Claims (11)

음극 및 양극;
음극 전해액 또는 양극 전해액을 각각 저장하는 음극 탱크 및 양극 탱크;
상기 음극 전해액이 상기 음극 탱크로부터 상기 음극으로 유입될 수 있도록 구비된 음극 유입로;
상기 음극 전해액이 상기 음극으로부터 상기 음극 탱크로 배출될 수 있도록 구비된 음극 배출로;
상기 양극 전해액이 상기 양극 탱크로부터 상기 양극으로 유입될 수 있도록 구비된 양극 유입로;
상기 양극 전해액이 상기 양극으로부터 상기 양극 탱크로 배출될 수 있도록 구비된 양극 배출로; 및
상기 음극 유입로, 음극 배출로, 양극 유입로 및 양극 배출로 중 적어도 하나의 내부에 구비된 개폐부를 포함하는 것인 플로우 배터리.
Cathode and anode;
A negative electrode tank and a positive electrode tank for respectively storing the negative electrode electrolyte solution and the positive electrode electrolyte solution;
A negative electrode inflow path for allowing the negative electrode electrolyte to flow from the negative electrode tank into the negative electrode;
A negative electrode discharge passage for discharging the negative electrode electrolyte from the negative electrode to the negative electrode tank;
A positive electrode inflow path through which the positive electrode electrolyte can flow from the positive electrode tank to the positive electrode;
A positive electrode discharge passage provided so that the positive electrode electrolyte can be discharged from the positive electrode to the positive electrode tank; And
And an opening / closing portion provided in at least one of the cathode inlet path, the cathode outlet path, the anode inlet path, and the anode outlet path.
청구항 1에 있어서, 상기 개폐부는 상기 음극 유입로의 내부 중 상기 음극과 연결되는 단부; 상기 음극 배출로의 내부 중 상기 음극과 연결되는 단부; 상기 양극 유입로의 내부 중 상기 양극과 연결되는 단부; 및 상기 양극 배출로의 내부 중 상기 양극과 연결되는 단부 중 적어도 하나에 구비되는 것인 플로우 배터리.[3] The apparatus of claim 1, wherein the opening / closing part includes: an end connected to the cathode of the inside of the negative electrode inflow path; An end connected to the cathode among the inside of the cathode discharge path; An end connected to the anode among the inside of the anode inlet path; And at least one of the ends of the inside of the anode discharge path connected to the anode. 청구항 1에 있어서, 상기 개폐부는 상기 음극 유입로, 음극 배출로, 양극 유입로 및 양극 배출로의 내부에 각각 구비되는 것인 플로우 배터리.The flow battery according to claim 1, wherein the opening / closing portion is provided in each of the cathode inlet passage, the cathode outlet passage, the anode inlet passage, and the anode outlet passage. 청구항 3에 있어서, 상기 개폐부는 상기 음극 유입로의 내부 중 상기 음극과 연결되는 단부; 상기 음극 배출로의 내부 중 상기 음극과 연결되는 단부; 상기 양극 유입로의 내부 중 상기 양극과 연결되는 단부; 및 상기 양극 배출로의 내부 중 상기 양극과 연결되는 단부에 각각 구비되는 것인 플로우 배터리.[4] The apparatus according to claim 3, wherein the opening / closing part includes: an end connected to the cathode among the inside of the cathode inlet path; An end connected to the cathode among the inside of the cathode discharge path; An end connected to the anode among the inside of the anode inlet path; And an end portion connected to the anode of the inside of the anode discharge path. 청구항 1에 있어서, 상기 개폐부는 판막형 및 물레방아형 중 적어도 하나인 것인 플로우 배터리.The flow battery according to claim 1, wherein the opening and closing part is at least one of a valve-type and a spinning-wheel type. 청구항 5에 있어서, 상기 판막형 개폐부의 탄성력은 0.1 MPa 이상 10 MPa 이하인 것인 플로우 배터리.The flow battery according to claim 5, wherein the elasticity of the valve-shaped opening and closing part is 0.1 MPa or more and 10 MPa or less. 청구항 5에 있어서, 상기 물레방아형 개폐부는 지지대; 및 상기 지지대의 외주면에 구비된 날개를 포함하는 것인 플로우 배터리.[6] The apparatus of claim 5, wherein the spinning mill opening / closing part comprises: And a wing provided on an outer circumferential surface of the support. 청구항 7에 있어서, 상기 날개의 탄성력은 0.1 MPa 이상 10 MPa 이하인 것인 플로우 배터리.The flow battery according to claim 7, wherein the elastic force of the blade is 0.1 MPa or more and 10 MPa or less. 청구항 1에 있어서, 상기 개폐부는 전해액이 흐를 때 열리고 전해액이 흐르지 않을 때 닫히는 것인 플로우 배터리.The flow battery according to claim 1, wherein the opening / closing part is opened when the electrolytic solution flows and closes when the electrolytic solution does not flow. 청구항 1에 있어서, 상기 개폐부의 재질은 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene Terephthalate), 폴리에틸렌에테르프탈레이트(polyethylene ether phthalate), 폴리에틸렌프탈레이트(polyethylene phthalate), 폴리부틸렌프탈레이트(polybuthylene phthalate), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN; Polyethylene Naphthalate), 폴리카보네이트(PC; polycarbonate), 폴리스티렌(PS, polystyrene), 폴리에테르이미드(polyether imide), 폴리에테르술폰(polyether sulfone), 폴리디메틸실록산(PDMS; polydimethyl siloxane), 폴리에테르에테르케톤(PEEK; Polyetheretherketone), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF, polyvinylidene fluoride), 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene), 폴리우레탄, 실리콘계 수지 및 폴리케톤 중 적어도 하나의 단일고분자, 둘 이상의 혼합물 또는 둘 이상의 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 1종의 재질을 포함하는 것인 플로우 배터리.[3] The apparatus of claim 1, wherein the opening and closing part is made of polyacrylate, polyethylene, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyethylene ether phthalate, Polyethylene phthalate, polybuthylene phthalate, polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), polyetherimide, polyetherimide, Polyether sulfone, polyether sulfone, polydimethyl siloxane (PDMS), polyetheretherketone (PEEK), polyimide (PI), polyvinylidene fluoride (PVDF) Polytetrafluoroethylene (PTFE), polyurethane, silicone resin, and polyketone. Wherein the flow cell comprises one material selected from the group consisting of a single polymer, a mixture of two or more, or two or more copolymers. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항의 플로우 배터리를 단위 전지로 포함하는 전지 모듈.A battery module comprising the flow battery of any one of claims 1 to 10 as a unit cell.
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