KR20160007719A - 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트 - Google Patents

레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트 Download PDF

Info

Publication number
KR20160007719A
KR20160007719A KR1020140078215A KR20140078215A KR20160007719A KR 20160007719 A KR20160007719 A KR 20160007719A KR 1020140078215 A KR1020140078215 A KR 1020140078215A KR 20140078215 A KR20140078215 A KR 20140078215A KR 20160007719 A KR20160007719 A KR 20160007719A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bipolar plate
weight
redox flow
conductive member
plate
Prior art date
Application number
KR1020140078215A
Other languages
English (en)
Inventor
나경록
Original Assignee
주식회사 누리플랜
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 누리플랜 filed Critical 주식회사 누리플랜
Priority to KR1020140078215A priority Critical patent/KR20160007719A/ko
Publication of KR20160007719A publication Critical patent/KR20160007719A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/20—Indirect fuel cells, e.g. fuel cells with redox couple being irreversible
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 스테인레스강에 내약품성 및 도전성이 우수한 재료를 피복하여 바이폴라 플레이트를 형성함으로써, 자체적인 강성이 향상되고, 단락 및 작동 불량이 방지되며, 내약품성이 향상되어 부식이 방지되고, 전도성이 향상되며, 콤팩트한 전지를 이룰 수 있는 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트를 제공한다.
본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트는 0.5mm 내지 3mm의 두께의 스테인레스강 몸체(310); 및 상기 몸체(310)의 표면에, 40 ~ 60 중량%의 열가소성 수지, 30 ~ 55 중량%의 탄소재료 및 5 ~ 10 중량%의 카본 블랙으로 이루어진 도전성 재료와, 상기 도전성 재료 100 중량부를 기준으로 20 내지 30 중량부의 불소수지가 혼합되어 도포되는 전도성 부재(320)로 구성된다.

Description

레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트{Bipolar plate for redox flow battery}
본 발명은 일명 2차 전지라 칭하는 레독스 흐름전지에 사용되는 바이폴라 플레이트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강성, 전도성, 내부식성이 향상된 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트에 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 중요시되고 있으며, 이와 같은 대표적인 대용량 저장장치로는 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 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 흐름전지는 유지 보수비용이 적고 상온에서 작동가능하며 용량과 출력을 각기 독립적으로 설계할 수 있는 특징이 있기 때문에 최근 대용량 저장장치로의 많은 연구가 진행되고 있다.
한편, 레독스 흐름전지의 경우 바이폴라 플레이트와 전극판, 멤브레인을 반복적으로 적층 함으로써 대용량화가 가능함으로 대형화에 유리하고 용량 증설이 용이하며 상온에서 작동하고 초기비용이 저렴하다는 장점이 있으나, 바이폴라 플레이트가 다수 적층된 레독스 흐름전지에서 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 흐름전지의 효율의 저하를 초래하게 되는 문제점이 있었다.
이와 같은 레독스 흐름전지에서의 단락의 문제점을 해결하기 위한 하나의 예가 한국 특허공개 제10-2011-116624호에 개시되어 있다. 상기 특허공개 제10-2011-116624호의 레독스 흐름전지 구조에 의하면, 바이폴라 플레이트와, 양전극판과 음전극판으로 구분되는 전극판과, 멤브레인으로 구성된 전지셀이 다수 직렬적층하고, 적층된 다수의 바이폴라 플레이트에는 음극전해액과 양극전해액을 순차적으로 교차 공급시키는 레독스 흐름전지 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.
그러나 상기 특허공개 제10-2011-116624호는 상기와 같은 기술적 특징 및 작용효과에도 불구하고 다소의 문제점을 초래하는 것으로 나타났다. 먼저, 바이폴라 플레이트가 카본 플레이트 또는 그라파이트(graphite) 플레이트로 형성됨으로 인해 자체적인 강성이 저하되어 균열 및 파손으로 인한 전해액이 누출될 수 있음은 물론 이로 인한 단락 및 작동 불량이 초래되며, 강성 유지를 위해 두께를 증가시키는 경우 설치 용적이 확대되어 콤팩트한 전지를 형성할 수 없는 문제점이 있다.
그리고, 전해액에 대한 바이폴라 플레이트의 내약품성이 약함은 물론 그 바이폴라 플레이트의 주성분인 탄소와 전해액간의 화학적 반응에 의해 부식이 초래되는 문제점이 있다.
또한, 위와 같은 문제점으로 인해 바이폴라 플레이트의 전도성이 저하되어 수율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 스테인레스강에 내약품성 및 도전성이 우수한 재료를 피복하여 바이폴라 플레이트를 형성함으로써, 자체적인 강성이 향상되고, 단락 및 작동 불량이 방지되며, 내약품성이 향상되어 부식이 방지되고, 전도성이 향상되며, 콤팩트한 전지를 제조할 수 있는 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트를 제공하는데 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 이루어진 것으로서, 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트에 있어서, 0.5mm 내지 3mm의 두께의 스테인레스강 몸체; 및 상기 몸체의 표면에, 40 ~ 60 중량%의 열가소성 수지, 30 ~ 55 중량%의 탄소재료 및 5 ~ 10 중량%의 카본 블랙으로 이루어진 도전성 재료와, 상기 도전성 재료 100 중량부를 기준으로 20 내지 30 중량부의 불소수지가 혼합되어 도포되는 전도성 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나의 특징에 따르면, 몸체는 Cr 12~18%, Ni 7~10%, C 0.2%를 함유하고 있는 크롬강 또는 Cr 18%, Ni 8%이 함유된 니켈 크롬강을 주성분으로 하는 스테인레스강이다.
본 발명의 다른 하나의 특징에 따르면, 전도성 부재의 열가소성 수지는 클로리네이티드 폴리에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리카보네이트 중 하나 또는 2 이상을 포함하고, 상기 탄소재료는 팽창화 흑연, 박편화 흑연 및 구상화 흑연 중 하나 또는 2 이상을 포함하며, 상기 카본 블랙은 아세틸렌 블랙 및 케트젠 블랙 중 하나 또는 2개 모두를 포함한다.
본 발명의 또 다른 하나의 특징에 따르면, 전도성 부재의 불소수지는 ETFE(ethylene-tetrafluoroethylene), PTFE, PFA, FEP, ECTFE 또는 PVDF를 주성분으로 하는 테프론이다.
본 발명의 또 다른 하나의 특징에 따르면, 전도성 부재가 상기 몸체에 레이던트(raydent)피막 방식으로 코팅된다.
상기 목적들은 또한 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트에 있어서, 1.75mm의 스테인레스강으로 형성된 몸체및; 상기 몸체의 표면에, 50 중량%의 열가소성 수지, 42.5 중량%의 탄소재료 및 7.5 중량%의 카본 블랙으로 이루어진 도전성 재료와 상기 도전성 재료 100 중량부를 기준으로 25 중량부의 불소수지가 혼합되어 레이던트 피막 방식으로 코팅된 전도성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트에 의해 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트에 의하면, 바이폴라 플레이트 본체가 스테인레스와 같은 강 또는 합금으로 형성되고, 전도성 물질을 테프론과 혼합하여 레이던트 피막 방식으로 본체의 양면에 코팅함으로써, 강성, 전도성, 내부식성이 현저히 향상되고, 전체적인 두께를 얇게 할 수 있어 전지를 콤팩트하게 제조할 수 있으므로 안정성 및 제품성이 현저히 향상되는 효과가 있는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 바이폴라 플레이트가 적용된 레독스 흐름전지의 구조를 개략적으로 보여주는 분해 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 바이폴라 플레이트의 사시도.
도 3은 도 2의 선Ⅲ-Ⅲ에 따른 확대 단면도.
이하, 본 발명 따른 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 바이폴라 플레이트가 적용되는 레독스 흐름전지의 기본적인 구조를 살펴보면, 양측에는 전지의 외관을 형성하며 그 사이에 배치되는 구성요소들을 보호하기 위한 2개의 보호 플레이트, 즉 제1보호 플레이트(11) 및 제2보호 플레이트(12)가 설치되고, 제1보호 플레이트(11)의 내측에는 제1집전 플레이트(21)가 접촉설치되며, 제2보호 플레이트(12)의 내측에는 제2집전 플레이트(22)가 접촉 설치된다.
그리고 상기 제1집전 플레이트(21)와 제2집전 플레이트(22) 사이에는 그 제1집전 플레이트(21)로부터 제2집전 플레이트(22)를 향해, 제1바이폴라 플레이트(31), 제1전극판(41), 제1멤브레인(51), 제2전극판(42), 제2바이폴라 플레이트(32), 제3전극판(43), 제2멤브레인(52), 제4전극판(44), 제3바이폴라 플레이트(33), 제5전극판(45), 제3멤브레인(53), 제6전극판(46), 제4바이폴라 플레이트(34)가 상호 접촉 상태를 유지하며 스택 구조로 이루어져 있다. 물론 이와 같은 구조는 기본적인 것으로서, 각각의 구성요소들의 개수는 필요 용량 또는 사양에 따라 적절하게 선택될 수 있으며, 또한 각각의 상기 전극판(41 ~ 46)은 공급되는 극성 전해액 및 각각의 상기 바이폴라 플레이트(31 ~ 34)의 배치에 따라 양극 또는 음극의 극성을 가질 수 있다.
이와 같은 구성에 따라, 예컨대 제1보호 플레이트(11)의 하부에 형성된 각각의 통공을 통해 공급되는 양극 전해액 및 음극 전해액은 제1집전 플레이트(21)의 통공을 지나 제1바이폴라 플레이트(31), 제1전극판(41), 제1멤브레인(51), 제2전극판(42), 제2바이폴라 플레이트(32), 제3전극판(43), 제2멤브레인(52), 제4전극판(44), 제3바이폴라 플레이트(33), 제5전극판(45), 제3멤브레인(53), 제6전극판(46), 제4바이폴라 플레이트(34)를 거쳐 제2집전 플레이트(22)의 통공을 지나 제2보호 플레이트(11)를 통해 배출되면서, 상기 양극 전해액과 각각의 상기 바이폴라 플레이트(31 ~ 34)의 양극 전해액 유로와의 산화 환원 반응에 의해 양전기가 발생되고, 동시에 상기 음극 전해액과 각각의 상기 바이폴라 플레이트(31 ~ 34)의 음극 전해액 유로와의 산화 환원 반응에 의해 음전기가 발생되어 소정의 전기를 발생하게 되는 것이다.
여기서, 양극 전해액은 각각의 상기 바이폴라 플레이트(31 ~ 34)의 일측면에 다양하게 형성될 수 있는 양극 전해액 유로만을 지나야 하며, 역으로 음극 전해액은 각각의 상기 바이폴라 플레이트(31 ~ 34)의 타측면에 다양하게 형성될 수 있는 음극 전해액 유로만을 지나야 한다.
특히 상기와 같이 구성되는 레독스 흐름전지에 적용되는 각각의 상기 바이폴라 플레이트(31 ~ 34)(이하 바이폴라 플레이트(300)라 칭함)는 다음과 같은 특징을 구비한다.
먼저, 본 발명에 따른 각각의 바이폴라 플레이트(300)는 자체적인 강성뿐 아니라 전체의 강성을 유지할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.
더 상세히 설명하면, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 바이폴라 플레이트(300)는 금속 또는 합금으로 형성되는 몸체(310)를 포함한다. 그 몸체(310)는 두께에 비해 충분한 휨 강도 및 자체적인 강성이 우수한 일명 서스(SUS)라 칭하는 스테인레스강으로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 스테인레스강은, 강에 크롬을 부가하여 내식성이 증가되며 Cr 12~18%, Ni 7~10%, C 0.2%를 함유하고 있는 크롬강과, 역시 내식성이 증가되며 Cr 18%, Ni 8%이 함유된 니켈 크롬강이 대표작이다. 본 발명에서는 사용되는 전해액에 따라 또는 다른 분위기 및 상황에 따라 선택적으로 사용할 수 있다. 물론, 그 몸체(310)는 전체적인 전지의 형상에 대응하도록 장방형 또는 정방형으로 형성된다.
특히 본 발명에 따른 바이폴라 플레이트(300)의 몸체(310)의 두께는 강성, 콤팩트성 및 작업성을 고려하여 0.5mm 내지 3mm로 설정되는 것이 바람직하다. 물론, 이와 같은 두께는 전지의 사이즈에 따라 달리 설정될 수 있다. 여기서, 몸체(310)의 두께가 0.5mm 미만이면 강성이 저하될 수 있는 반면, 3mm을 초과하면 강성은 우수하나 연성이 저하되어 작업성 및 콤팩트성이 저하될 수 있다. 따라서, 바이폴라 플레이트(300)의 몸체(310)의 두께는 1.75mm가 가장 바람직하다.
또한, 본 발명의 하나의 특징에 따르면, 본 발명에 따른 바이폴라 플레이트(300)는 상기 몸체(310)에 도포되는 전도성 부재(320)를 포함한다. 그 전도성 부재는 기본적으로 우수한 전도성을 구비함은 물론 상기 몸체(310)로부터 박리, 분리 또는 부식되지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.
더 상세히 설명하면, 상기 전도성 부재(320)는 기본적으로 우수한 도전성은 물론 변형성, 액밀성 및 강성을 유지할 수 있도록 열가소성 수지, 탄소재료 및 탄소 나노 튜브를 포함할 수 있는 도전성 재료를 포함한다.
여기서, 열가소성 수지는 예컨대, 클로리네이티드 폴리에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리카보네이트 등으로부터 선택하여 사용될 수 있고, 도전성 물질에 40 ~ 60 중량%가 포함되는 것이 바람직하다. 여기서, 여기서, 열가소성 수지가 40 중량% 미만이면 결합성이 저하될 수 있고 60 중량% 초과이면 전도성이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 열가소성 수지는 50 중량%가 포함되는 것이 가장 바람직하다.
그리고 탄소재료는 다양한 종류의 흑연 예컨대, 팽창화 흑연, 박편화 흑연, 구상화 흑연 등으로부터 선택하여 사용될 수 있으며, 도전성 재료에 30 ~ 55 중량%가 포함되는 것이 바람직하다. 여기서, 탄소재료가 30 중량% 미만이면 전도성이 저하될 수 있고 55 중량% 초과이면 강성이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 흑연 재료는 42.5 중량% 포함되는 것이 가장 바람직하다.
또한, 카본 블랙은 아세틸렌 블랙, 케트젠 블랙 등으로부터 으로부터 선택하여 사용될 수 있으며, 도전성 물질에 5 ~ 10 중량%가 포함되는 것이 바람직하다. 여기서, 카본 블랙이 5 중량% 미만이면 도전성이 저하될 수 있고 10 중량% 초과이면 강성이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 열가소성 수지는 7.5 중량% 포함되는 것이 가장 바람직하다.
따라서, 본 발명에 따른 바이폴라 플레이트를 구성하는 전도성 부재(320)를 형성하는 도전성 재료는 40 ~ 60 중량%의 열가소성 수지와, 30 ~ 55 중량%의 탄소재료와, 1 ~ 10 중량%의 카본 블랙으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 그 도전성 재료는 50 중량%의 열가소성 수지와, 42.5 중량%의 탄소재료와, 7.5 중량%의 카본 블랙으로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.
특히 본 발명에 따른 전도성 부재(320)는 상기 몸체(310)에 대한 도포성 또는 코팅성을 향상시키고, 내산화반응성, 내약품성, 안정성을 위해 일명 테프론이라 칭하는 불소수지를 더 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 불소수지는 절연성, 내약품성, 내열성, 비유성, 비점착성 및 전기적 특성이 우수하며, 낮은 마찰계수를 갖는 테프론으로 형성되는 것이 바람직하며, 이와 같은 테프론은 ETFE(ethylene-tetrafluoroethylene), PTFE, PFA, FEP, ECTFE, PVDF 등을 주성분으로 하는 불소 수지를 이용한다.
본 발명에 따른 바이폴라 플레이트(300)를 형성하는 전도성 부재(320)에 혼합되는 불소수지는 상기 도전성 재료 100 중량부를 기준으로 20 내지 30 중량부가 혼합되는 것이 바람직하다. 여기서, 도전성 재료가 20 중량부 미만이거나 30 중량부를 초과하면 전술된 절연성, 내약품성, 내열성, 비유성, 비점착성 및 전기적 특성의 저하를 초래할 수 있다. 따라서, 불소수지는 도전성 재료 100 중량부를 기준으로 25 중량부가 혼합되는 것이 가장 바람직하다.
결과적으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트는 0.5 ~ 3mm의 스테인레스강으로 형성된 몸체(310)및; 그 몸체(310)의 표면에, 40 ~ 60 중량%의 열가소성 수지, 30 ~ 55 중량%의 탄소재료 및 5 ~ 10 중량%의 카본 블랙으로 이루어진 도전성 재료와 그 도전성 재료 100 중량부를 기준으로 20 내지 30 중량부의 불소수지가 혼합되어 이루어진 전도성 부재(320)가 도포되어 형성된다. 또한, 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트는 1.75mm의 스테인레스강으로 형성된 몸체(310)및; 그 몸체(310)의 표면에, 50 중량%의 열가소성 수지, 42.5 중량%의 탄소재료 및 7.5 중량%의 카본 블랙으로 이루어진 도전성 재료와 그 도전성 재료 100 중량부를 기준으로 25 중량부의 불소수지가 혼합되어 이루어진 전도성 부재(320)가 도포되어 형성된다.
물론, 상기와 같이 형성된 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트(1)의 전도성 부재(320)에는 개략적으로 도시된 유로(322, 324)가 형성될 수 있으며, 그 유로(322, 324)의 깊이는 그 전도성 부재(320)의 두께를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 즉, 각각의 유로(322, 324)의 깊이가 상기 전도성 부재(320)의 두께를 초과하지 않아 그 유로(322, 324)를 통과하는 전해액이 상기 스테인레스강 몸체(310)에 접촉하지 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 물론, 도면에서는 명확성 및 이해성을 위해 각각의 유로(322, 324)를 확대하여 도시하였으나, 실제적으로는 전지의 용량 및 바이폴라 플레이트의 사이즈에 따라 그 깊이 및 폭을 적절하게 설정할 수 있음은 자명하다 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법 및 그 작용효과에 대해 상세히 설명한다.
먼저 작업자는 0.5 ~ 3mm 두께의 스테인레스강을 준비하여 소정의 사이즈 및형상으로 절단하여 몸체(310)를 준비한다.
동시에 또는 순차적으로, 40 ~ 60 중량%의 열가소성 수지와, 30 ~ 55 중량%의 탄소재료와, 5 ~ 10 중량%의 카본 블랙을 혼합 및 교반하여 도전성 재료를 형성하고, 그 도전성 재료에 그 도전성 재료 100 중량부를 기준으로 20 내지 30 중량부의 불소수지를 혼합하여 전도성 부재(320)를 형성한다. 그리고, 상기 몸체(310)의 표면에 상기 전도성 부재(320)를 도포하여 바이폴라 플레이트를 제조한다. 특히 본 발명에 따른 바이폴라 플레이트(300)에서는 상기 몸체(310)에 대해 상기 전도성 부재(320)를 레이던트(raydent)코팅 방식으로 도포하는 것이 금속 몸체와 전도성 부재의 고도의 밀착성을 구현할 수 있어 바람직하다.
이후, 상기 바이폴라 플레이트를 상온 또는 소정의 온도에서 건조하고 도포 상태를 검사하여 최종 바이폴라 플레이트(300)를 제조한다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트에 의하면, 스테인레스강 몸체에 테프론 또는 불소수지가 포함된 전도성 부재가 레이던트 피막 방식으로 코팅되어 일체화된 전도층을 형성함으로써, 기본적으로 몸체의 안전성이 보장되고, 표면 개질성 및 수명의 연장성이 보장되며, 바이폴라 플레이트의 전체적인 두께를 최소화할 수 있어 콤팩트한 전지의 실현이 보장될 수 있는 것이다.
또한, 이와 같은 바이폴라 플레이트로 전지를 형성하면, 기본적으로 우수한 기계적강도, 전도성, 내부식성 등이 제공되며, 테프론 또는 불소수지의 특성에 의해 내약품성이 향상되어 양극면에서의 산화반응의 발생이 방지되어 안전성 및 제품성이 현저히 향상되는 것이다.
이상에서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였으나, 본 기술분야의 당업자라면 특허청구의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있으나, 이는 본 발명의 범위내에 속함이 자명하다 할 것이다.
11, 12 : 보호 플레이트 21, 22 : 집전 플레이트
31 ~ 34, 300 : 바이폴라 플레이트 41 ~ 46 : 전극판
51 ~ 53 : 멤브레인 310 : 몸체
320 : 전도성 부재

Claims (6)

  1. 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트에 있어서,
    0.5mm 내지 3mm의 두께의 스테인레스강 몸체(310); 및
    상기 몸체(310)의 표면에, 40 ~ 60 중량%의 열가소성 수지, 30 ~ 55 중량%의 탄소재료 및 5 ~ 10 중량%의 카본 블랙으로 이루어진 도전성 재료와, 상기 도전성 재료 100 중량부를 기준으로 20 내지 30 중량부의 불소수지가 혼합되어 도포되는 전도성 부재(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 몸체(310)는 Cr 12~18%, Ni 7~10%, C 0.2%를 함유하고 있는 크롬강 또는 Cr 18%, Ni 8%이 함유된 니켈 크롬강을 주성분으로 하는 스테인레스 강인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전도성 부재(320)의 열가소성 수지는 클로리네이티드 폴리에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리카보네이트 중 하나 또는 2 이상을 포함하고, 상기 탄소재료는 팽창화 흑연, 박편화 흑연 및 구상화 흑연 중 하나 또는 2 이상을 포함하며, 상기 카본 블랙은 아세틸렌 블랙 및 케트젠 블랙 중 하나 또는 2개 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전도성 부재(320)의 불소수지는 ETFE(ethylene-tetrafluoroethylene), PTFE, PFA, FEP, ECTFE 또는 PVDF를 주성분으로 하는 테프론인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트.
  5. 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 부재(320)는 상기 몸체(310)에 레이던트(raydent)피막 방식으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트.
  6. 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트에 있어서,
    1.75mm의 스테인레스강으로 형성된 몸체(310)및;
    상기 몸체(310)의 표면에, 50 중량%의 열가소성 수지, 42.5 중량%의 탄소재료 및 7.5 중량%의 카본 블랙으로 이루어진 도전성 재료와 상기 도전성 재료 100 중량부를 기준으로 25 중량부의 불소수지가 혼합되어 레이던트 피막 방식으로 코팅된 전도성 부재(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트.
KR1020140078215A 2014-06-25 2014-06-25 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트 KR20160007719A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140078215A KR20160007719A (ko) 2014-06-25 2014-06-25 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140078215A KR20160007719A (ko) 2014-06-25 2014-06-25 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160007719A true KR20160007719A (ko) 2016-01-21

Family

ID=55308298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140078215A KR20160007719A (ko) 2014-06-25 2014-06-25 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20160007719A (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108365224A (zh) * 2018-02-13 2018-08-03 青海百能汇通新能源科技有限公司 极板及极板的制备方法
KR20180094666A (ko) * 2017-02-16 2018-08-24 (주)엘지하우시스 레독스 흐름전지용 분리판 및 그 제조 방법
CN109524682A (zh) * 2018-11-12 2019-03-26 临沂市产品质量监督检验所 一种全钒液流电池用金属复合双极板及其制备方法
KR20200001156A (ko) * 2018-06-27 2020-01-06 한국생산기술연구원 셀 스택 레독스 흐름 전지 및 그를 포함하는 레독스 흐름 전지 시스템

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180094666A (ko) * 2017-02-16 2018-08-24 (주)엘지하우시스 레독스 흐름전지용 분리판 및 그 제조 방법
CN108365224A (zh) * 2018-02-13 2018-08-03 青海百能汇通新能源科技有限公司 极板及极板的制备方法
CN108365224B (zh) * 2018-02-13 2021-03-19 青海百能汇通新能源科技有限公司 极板及极板的制备方法
KR20200001156A (ko) * 2018-06-27 2020-01-06 한국생산기술연구원 셀 스택 레독스 흐름 전지 및 그를 포함하는 레독스 흐름 전지 시스템
CN109524682A (zh) * 2018-11-12 2019-03-26 临沂市产品质量监督检验所 一种全钒液流电池用金属复合双极板及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105531862B (zh) 电池单元堆和氧化还原液流电池
Uchino et al. Relationship between the redox reactions on a bipolar plate and reverse current after alkaline water electrolysis
RU2016139354A (ru) Устройство батареи топливных элементов
KR101370851B1 (ko) 레독스 흐름전지용 다층구조 전극 및 이를 포함한 레독스 흐름전지
US9985311B2 (en) Electrolyte for redox flow battery and redox flow battery system
KR20160007719A (ko) 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트
US10707509B2 (en) Redox flow battery
US20200168938A1 (en) Redox Flow Battery
JP2007087859A5 (ko)
JP6270694B2 (ja) 燃料電池スタック
JP5891379B2 (ja) 燃料電池及びそれを備える燃料電池スタック
CN104282922B (zh) 氧化还原液流电池以及电芯框架
US20190237776A1 (en) Battery and sealing member
KR101176575B1 (ko) 레독스 흐름전지용 전해액 유동장치
KR20140046774A (ko) 레독스 흐름전지용 분리판 및 상기 분리판을 포함한 레독스 흐름전지
KR101149351B1 (ko) 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트 제조방법
JP2009099480A (ja) 燃料電池
EP2605321B1 (en) Polymer electrolyte fuel cell
EP2917951B1 (en) Electrochemical device and method for controlling corrosion
KR101327432B1 (ko) 분리판, 이를 포함하는 연료전지 스택 및 수전해 스택
KR102375635B1 (ko) 연료 전지 스택 조립체
KR20140046772A (ko) 레독스 흐름전지용 분리판 및 상기 분리판을 포함한 레독스 흐름전지
KR101367625B1 (ko) 레독스 흐름전지
KR20120121568A (ko) 카본-흑연-금속 복합계 바이폴라 플레이트 및 그를 갖는 레독스 플로우 이차전지
KR20170097416A (ko) 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application