KR20160062528A - Method for operating zinc-bromine chemical flow battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 아연-브롬 화학흐름전지의 운전시 발생할 수 있는 아연 덴드라이트 발생 현상을 방지하고, 활물질의 부반응을 억제하여 보다 짧은 시간 내에 높은 에너지 효율, 전하량 효율 및 전압 효율을 구현할 수 있는 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of operating a zinc-bromine chemical flow cell. More particularly, the present invention relates to a zinc-bromine chemical-flow cell capable of preventing occurrence of zinc dendrite that may occur during operation of a zinc-bromine chemical flow cell and suppressing a side reaction of the active material, thereby achieving high energy efficiency, - a method of operating a bromine chemical flow cell.
화석 연료를 사용하여 대량의 온실 가스 및 환경 오염 문제를 야기하는 화력 발전이나 시설 자체의 안정성이나 폐기물 처리의 문제점을 갖는 원자력 발전 등의 기존 발전 시스템들이 다양한 한계점을 들어내면서 보다 친환경적이고 높은 효율을 갖는 에너지의 개발과 이를 이용한 전력 공급 시스템의 개발에 대한 연구가 크게 증가하고 있다. Existing power generation systems, such as thermal power generation using nuclear fossil fuels and large-scale greenhouse gas and environmental pollution problems, and nuclear power generation, which have the problems of stability of the facility itself or waste disposal problems, have various limitations and are more environmentally friendly and highly efficient Research on the development of energy and the development of power supply system using it has been greatly increased.
특히, 전력 저장 기술은 외부 조건에 큰 영향을 받는 재생 에너지를 보다 다양하고 넓게 이용할 수 있도록 하며 전력 이용의 효율을 보다 높일 수 있어서, 이러한 기술 분야에 대한 개발이 집중되고 있으며, 이들 중 2차 전지에 대한 관심 및 연구 개발이 크게 증가하고 있는 실정이다. Particularly, the power storage technology makes it possible to utilize renewable energy which is greatly influenced by external conditions in a wider and wider range, and the efficiency of power utilization can be further increased. And research and development have been increasing.
화학흐름전지는 활성 물질의 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 전환할 수 있는 산화/환원 전지를 의미하며, 태양광, 풍력 등 외부 환경에 따라 출력변동성이 심한 신재생 에너지를 저장하여 고품질 전력으로 변환할 수 있는 에너지 저장시스템이다. A chemical flow cell is an oxidation / reduction cell that can convert the chemical energy of an active material directly into electric energy. It stores renewable energy with high output fluctuation depending on the external environment such as sunlight and wind power and converts it into high quality power Energy storage systems.
구체적으로, 화학흐름전지에서는 산화/환원 반응을 일으키는 활물질을 포함한 전해질이 반대 전극과 저장 탱크 사이를 순환하며 충방전이 진행된다. 이러한 화학흐름전지는 기본적으로 산화상태가 각각 다른 활물질이 저장된 탱크와 충/방전 시 활물질을 순환시키는 펌프, 그리고 분리막으로 분획되는 단위셀을 포함하며, 상기 단위셀은 전극, 전해질, 집전체 및 분리막을 포함한다. Specifically, in the chemical flow cell, the electrolyte including the active material causing the oxidation / reduction reaction circulates between the opposite electrode and the storage tank, and charging / discharging proceeds. Such a chemical flow battery basically includes a tank storing different active materials having different oxidation states, a pump circulating the active material during charging / discharging, and a unit cell divided by a separator. The unit cell includes an electrode, an electrolyte, .
상기 전해질은 활물질을 포함하고 있어 활물질이 산화-환원되어 충방전이 가능하도록 하며, 전지의 용량을 결정짓는 중요한 요소이다. 그러나, 전지의 충방전을 반복하는 과정에서 전해질에 포함된 활물질이 손실되면서, 전지의 효율이 감소하거나 전지의 수명이 단축되는 한계가 있다.The electrolyte includes an active material, which enables oxidation and reduction of the active material to enable charging and discharging, and is an important factor determining the capacity of the battery. However, the active material contained in the electrolyte is lost during repeated charging and discharging of the battery, which results in a reduction in the efficiency of the battery and a shortening of the life of the battery.
예를 들어, 아연/브롬(Zn/Br) 등을 레독스쌍(Redox-Couple)으로 사용하는 아연-브롬 화학흐름전지의 경우, 충방전이 진행되는 동안 전해질에 포함된 아연이온의 경우에는 수산화이온과 부반응을 진행하여 활물질로 작용하지 못할 수 있고, 브롬이온의 경우 브롬의 기화 또는 흡착으로 인해 양이 감소할 수 있다. For example, in the case of a zinc-bromine chemical flow cell using zinc / bromine (Zn / Br) as a Redox-Couple, in the case of zinc ions contained in the electrolyte during charging / discharging, Ions and side reactions may not act as an active material, and in the case of bromine ions, the amount may be reduced due to the vaporization or adsorption of bromine.
또한, 아연-브롬 화학흐름전지의 충방전이 진행되는 동안 전해질에 포함된 아연이 전극에 증착되어 저장되는 과정에서 아연 덴드라이트(Zn dendrite)가 과량 발생할 수 있다.Also, during the charging and discharging of the zinc-bromine chemical flow battery, zinc dendrite may be excessively generated in the process of depositing and storing zinc contained in the electrolyte on the electrode.
이에, 아연-브롬 화학흐름전지에서 아연이온의 부반응을 방지하고, 브롬이온의 손실을 막으면서, 아연 덴드라이트의 형성을 저해할 수 있는 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법에 대한 개발이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need to develop a method of operating a zinc-bromine chemical flow cell capable of preventing side reactions of zinc ions in a zinc-bromine chemical flow cell and inhibiting the loss of bromide ions and inhibiting zinc dendrite formation. to be.
본 발명은 아연-브롬 화학흐름전지의 운전시 발생할 수 있는 아연 덴드라이트 발생 현상을 방지하고, 활물질의 부반응을 억제하여 보다 짧은 시간 내에 높은 에너지 효율, 전하량 효율 및 전압 효율을 구현할 수 있는 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention relates to a zinc-bromine chemical-flow cell capable of preventing the occurrence of zinc dendrite that may occur during operation of a zinc-bromine chemical-flow cell and suppressing side reactions of the active material, thereby achieving high energy efficiency, And to provide a method of operating a chemical flow cell.
본 명세서에서는, 아연-브롬 화학흐름전지의 양극 전해질 또는 음극 전해질의 pH가 3 이상인 시점에, 브롬산 및 이종의 산성물질 1종 이상을 포함한 혼합산을 상기 양극 전해질 또는 음극 전해질에 첨가하는 pH 조정단계를 포함하고, 상기 브롬산 및 1종 이상의 이종의 산성 물질 간 중량 비율이 1.5:1 내지 10:1인 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법이 제공된다. In the present specification, a pH adjustment for adding a mixed acid containing at least one acidic substance of bromic acid and a different kind of acid to the cathode electrolyte or the cathode electrolyte at the time when the pH of the cathode electrolyte or cathode electrolyte of the zinc-bromine chemical- Wherein the weight ratio between the bromic acid and the at least one dissimilar acidic material is from 1.5: 1 to 10: 1.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, a method of operating a zinc-bromine chemical flow cell according to a specific embodiment of the present invention will be described in detail.
본 명세서에서, 'pH '는 수소이온농도지수를 의미한다. 구체적으로 용액에 포함된 수소이온(H+) 몰농도의 역수의 로그값을 의미하며, 하기 수학식1을 통해 계산할 수 있다.In the present specification, 'pH' means a hydrogen ion concentration index. Specifically, it means a logarithm of the reciprocal of the molar concentration of the hydrogen ion (H + ) contained in the solution, and can be calculated by the following equation (1).
[수학식1][Equation 1]
pH = log(1/[H+])
pH = log (1 / [H + ])
발명의 일 구현예에 따르면, 아연-브롬 화학흐름전지의 양극 전해질 또는 음극 전해질의 pH가 3 이상인 시점에, 브롬산 및 이종의 산성물질 1종 이상을 포함한 혼합산을 상기 양극 전해질 또는 음극 전해질에 첨가하는 pH 조정단계를 포함하고, 상기 브롬산 및 1종 이상의 이종의 산성 물질 간 중량 비율이 1.5:1 내지 10:1인 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법이 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, at the time when the pH of the positive electrode electrolyte or the negative electrode electrolyte of the zinc-bromine chemical flow cell is at least 3, a mixed acid containing at least one acidic substance of bromic acid and a different acid is added to the positive electrode electrolyte or negative electrode electrolyte A method of operating a zinc-bromine chemical flow cell, wherein the weight ratio between the bromic acid and the at least one dissimilar acidic substance is in the range of 1.5: 1 to 10: 1 can be provided.
본 발명자들은 상술한 특정의 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법을 이용하면, 브롬산 및 이종의 산성물질 1종 이상을 포함한 혼합산을 특정 비율로 전해질에 첨가함에 따라, 적은 양으로도 충분한 수소이온의 공급을 통해, 충방전과정에서 형성되는 아연 덴드라이트를 분해하고, 활물질인 아연이온이 응집되는 것을 방지할 수 있으며, 전해질 내 브롬이온의 양을 높게 유지하여 높은 에너지 효율 및 전압 효율을 구현하여 전지의 성능과 수명을 극대화할 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다. The present inventors have found that by using a specific method of operating the zinc-bromine chemical flow battery described above, by adding a mixed acid containing bromic acid and at least one kind of acidic substance to the electrolyte at a specific ratio, Through the supply of ions, it is possible to decompose the zinc dendrite formed in the charging and discharging process, to prevent the zinc ions from aggregating, and to maintain the high amount of bromine ions in the electrolyte, thereby realizing high energy efficiency and voltage efficiency And the performance and life of the battery can be maximized.
특히, 상기 혼합산을 양극 전해질 또는 음극 전해질에 첨가하는 간단한 방법으로 상술한 효과를 구현할 수 있다. 상기 아연-브롬 화학흐름전지에서 양극 전해질은 양극측에서 산화환원 반응하여 전류를 생성하여 양극 전해질 탱크에 저장되는 물질, 음극 전해질은 음극측에서 산화환원 반응하여 전류를 생성하여 음극 전해질 탱크에 저장되는 물질을 각각 의미한다. In particular, the above effect can be realized by a simple method of adding the mixed acid to the cathode electrolyte or the cathode electrolyte. In the zinc-bromine chemical flow cell, the anode electrolyte redox reactions at the anode side to generate a current to be stored in the anode electrolyte tank, and the cathode electrolyte redox reaction at the cathode side to generate a current and stored in the anode electrolyte tank Respectively.
상기 브롬산(HBr)은 산성물질로서, 양극 전해질 또는 음극 전해질에 첨가되어 전해질의 pH를 낮추는 역할과 함께, 이온화를 통해 브롬이온(Br-)의 함량을 증가시켜, 상기 아연-브롬 화학흐름전지의 충방전 효율을 향상시킬 수 있다.The bromic acid (HBr) is an acidic substance and is added to the positive electrode electrolyte or the negative electrode electrolyte to lower the pH of the electrolyte and to increase the content of bromine ion (Br - ) through ionization, The charging and discharging efficiency of the battery can be improved.
상기 산성물질이란 수용액에서 수소이온농도지수(pH)가 7보다 작은 물질을 의미한다. 상기 이종의 산성물질이란 브롬산(HBr)을 제외한 산성물질로서, 구체적인 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, pH 2.0이하, 또는 -1.0 내지 2.0의 강산, 구체적으로, 염산, 질산, 황산, 아이오딘화 수소산 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있고, 바람직하게는 염산(HCl)을 사용할 수 있다. 상기 이종의 산성물질은 상대적으로 산성도가 높아, 적은양으로도 상기 전해질의 pH를 낮게 유지시킬 수 있다.The acidic substance means a substance having a hydrogen ion concentration index (pH) of less than 7 in an aqueous solution. The acidic substance of the different kind is an acidic substance other than bromic acid (HBr), and specific examples thereof are not limited. For example, a strong acid of pH 2.0 or less, or -1.0 to 2.0, specifically hydrochloric acid, nitric acid, Hydroiodic acid, or a mixture of two or more thereof, preferably hydrochloric acid (HCl). The dissimilar acidic substance has a relatively high acidity, so that the pH of the electrolyte can be kept low even in a small amount.
상기 혼합산의 농도는 8M 내지 12M, 또는 9M 내지 11M 일 수 있다. 또한, 상기 혼합산은 상기 양극 전해질 또는 음극 전해질 1 L당 0.1㎖ 내지 10㎖, 또는 1㎖ 내지 5㎖, 또는 2㎖ 내지 3㎖로 첨가될 수 있다. 이에 따라, 상기 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법에서는, 적은양의 혼합산을 첨가하더라도 전해질의 pH를 원하는 수준까지 조절할 수 있다. The concentration of the mixed acid may be 8M to 12M, or 9M to 11M. The mixed acid may be added in an amount of 0.1 ml to 10 ml, or 1 ml to 5 ml, or 2 ml to 3 ml per 1 L of the positive electrode electrolyte or the negative electrode electrolyte. Accordingly, in the operation method of the zinc-bromine chemical flow cell, the pH of the electrolyte can be adjusted to a desired level even when a small amount of mixed acid is added.
상기 브롬산 및 1종 이상의 이종의 산성물질간 중량비율은 1.5:1 내지 10:1, 또는 2:1 내지 5:1, 또는 2:1 내지 3:1일 수 있다. 상기 브롬산 및 1종 이상의 이종의 산성물질간 중량비율이 1.5:1 미만이면, 상기 이종의 산성물질의 함량이 상대적으로 증가하여, 이종의 산성물질의 강한 산성도로 인해 상기 아연-브롬 화학흐름전지 내부 부품이 부식될 수 있고, 브롬화이온(Br-)의 함량이 충분치 못할 수 있다.The weight ratio between the bromic acid and the at least one dissimilar acidic material may be from 1.5: 1 to 10: 1, or from 2: 1 to 5: 1, or from 2: 1 to 3: 1. If the weight ratio between the bromic acid and the at least one dissimilar acidic substance is less than 1.5: 1, the content of the dissimilar acidic substance is relatively increased, and the strong acidity of the dissimilar acidic substance causes the zinc- Internal parts may be corroded, and the content of bromide ions (Br - ) may not be sufficient.
반면, 상기 브롬산 및 1종 이상의 이종의 산성물질간 중량비율이 10:1 초과이면, 상기 브롬산의 함량이 지나치게 증가함에 따라, 오히려 상기 아연-브롬 화학흐름전지 내부에서 저항으로 작용하여 상기 아연-브롬 화학흐름전지의 충방전 효율이 감소할 수 있다.On the other hand, if the weight ratio between the bromic acid and the at least one dissimilar acidic substance is more than 10: 1, as the content of the bromic acid increases excessively, the resistance of the zinc- - The charging and discharging efficiency of the bromine chemical flow cell can be reduced.
보다 구체적으로, 상기 구현예의 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법의 pH 조정단계에서는 브롬산 및 염산을 포함한 8M 내지 12M의 혼합산을 양극전해질탱크 또는 음극전해질탱크에 첨가할 수 있다. More specifically, in the pH adjustment step of the operation method of the zinc-bromine chemical flow cell of the embodiment, mixed acid of 8M to 12M including bromic acid and hydrochloric acid may be added to the anode electrolyte tank or the cathode electrolyte tank.
상술한 브롬산에 더하여 염산을 사용하면 전해질 내에 브롬이온(Br-)에 비해 전자와의 친화력이 높은 염화이온(Cl-)의 양이 증가함에 따라, 전자에 대한 반응성이 활발해져 전해질의 비저항값이 감소하고, 이온 전도도가 상승할 수 있다. 이러한 효과는 상기 브롬산과 염산을 혼합 사용함에 따른 것이다. When hydrochloric acid is used in addition to the above-mentioned bromic acid, the amount of chloride ion (Cl - ) having a higher affinity to electrons than the bromine ion (Br - ) in the electrolyte increases, so that the reactivity to electrons becomes active, And the ionic conductivity can be increased. This effect is due to the mixture of bromic acid and hydrochloric acid.
이러한 혼합산에는 브롬산 및 염산에 추가하여 기타의 무기산을 더 포함할 수 있다. These mixed acids may further contain other inorganic acids in addition to the bromic acid and hydrochloric acid.
상기 아연-브롬 화학흐름전지의 양극 전해질 또는 음극 전해질 중 아연-브롬 레독스 커플의 농도가 0.1 M 내지 10 M 일 수 있다. 활물질인 아연-브롬 레독스 커플의 농도가 상술한 범위로 높게 유지됨에 따라, 상기 아연-브롬 화학흐름전지는 높은 에너지 효율 및 전압 효율을 구현하여 전지의 성능과 수명을 극대화할 수 있다The concentration of the zinc-bromoredox couple in the positive electrode electrolyte or the negative electrode electrolyte of the zinc-bromine chemical flow cell may be 0.1 M to 10 M. As the concentration of the zinc-bromideox couple as an active material is kept high in the above-mentioned range, the zinc-bromine chemical flow battery can realize high energy efficiency and voltage efficiency, thereby maximizing battery performance and life
상기 브롬산 및 1종 이상의 이종의 산성물질을 포함한 혼합산은 상기 아연-브롬 화학흐름전지의 양극 전해질 또는 음극 전해질의 pH가 3이상인 시점에 첨가될 수 있다. 구체적으로, 상기 아연-브롬 화학흐름전지의 양극 전해질 또는 음극 전해질의 pH가 3.0 내지 3.5인 시점에 상기 혼합산을 첨가할 수 있다.The mixed acid containing bromic acid and at least one kind of acidic substance may be added at a time when the pH of the positive electrode electrolyte or negative electrode electrolyte of the zinc-bromine chemical flow cell is 3 or more. Specifically, the mixed acid may be added to the positive electrode electrolyte or the negative electrode electrolyte of the zinc-bromine chemical flow cell at a pH of 3.0 to 3.5.
상기 혼합산을 첨가하는 구체적인 방법의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 방전이 완료되는 시점에서 양극전해질 또는 음극전해질의 pH를 판단하여 투입하는 방법을 사용할 수 있다.Examples of the method of adding the mixed acid are not limited to a specific method. For example, a method of determining the pH of a cathode electrolyte or a cathode electrolyte at the time when discharge is completed can be used.
상기 pH 조정 단계에서는 상기 양극 전해질 또는 음극 전해질의 pH를 0 내지 2, 또는 0.5 내지 1.5로 낮출 수 있다. 이에 따라, 상기 전해질에 포함된 수산화이온 농도를 감소시켜, 활물질인 아연이온과의 부반응을 통한 응집현상을 방지할 수 있다.In the pH adjusting step, the pH of the cathode electrolyte or the cathode electrolyte may be lowered to 0 to 2, or 0.5 to 1.5. Accordingly, the concentration of hydroxide ions contained in the electrolyte can be reduced, and coagulation phenomenon through side reaction with the zinc ion as the active material can be prevented.
한편, 상기 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법은 상기 아연-브롬 화학흐름전지의 양극 전해질 또는 음극 전해질의 pH를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method of operating the zinc-bromine chemical flow cell may further include monitoring a pH of the anode electrolyte or the cathode electrolyte of the zinc-bromine chemical flow cell.
상기 아연-브롬 화학흐름전지의 양극 전해질 또는 음극 전해질의 pH를 모니터링하는 단계에서, 상기 pH 모니터링방법의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 상기 아연-브롬 화학흐름전지가 소정의 사이클(cycle)의 충/방전과정을 진행하는 동안, 방전 완료시점에서 양극전해질 탱크에 포함된 양극 전해질 또는 음극전해질 탱크에 포함된 음극 전해질에 대하여 pH미터 등의 장치를 이용하여 pH를 측정하는 방법을 사용할 수 있다.In the step of monitoring the pH of the positive electrode electrolyte or the negative electrode electrolyte of the zinc-bromine chemical flow cell, the pH monitoring method is not limited to an example. For example, when the zinc- A method of measuring the pH of the negative electrode electrolyte included in the positive electrode electrolyte tank or the negative electrode electrolyte included in the negative electrode electrolyte tank by using a device such as a pH meter can be used during the charge / have.
상기 아연-브롬 화학흐름전지는 통상적으로 알려진 구성 요소 및 구조를 가질 수 있으며, 구체적으로 상기 아연-브롬 화학흐름전지는 산화상태가 각각 다른 활물질(전해질)이 저장된 탱크; 충전 및 방전시 활물질(전해질)을 순환시키는 펌프; 및 전극, 분리막 및 전해질을 포함한 단위셀;을 포함할 수 있다.The zinc-bromine chemical-flow battery may have a known component and structure, and specifically, the zinc-bromine chemical-flow battery may include a tank storing different active materials (electrolytes) having different oxidation states; A pump for circulating an active material (electrolyte) upon charging and discharging; And a unit cell including an electrode, a separator, and an electrolyte.
본 발명에 따르면, 아연-브롬 화학흐름전지의 운전시 발생할 수 있는 아연 덴드라이트 발생 현상을 방지하고, 활물질의 부반응을 억제하여, 보다 짧은 시간 내에 높은 에너지 효율, 전하량 효율 및 전압 효율을 갖는 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법이 제공될 수 있다.According to the present invention, it is possible to prevent zinc dendrite generation which may occur during operation of a zinc-bromine chemical flow cell, to suppress side reactions of active materials, and to provide a zinc- A method of operating a bromine chemical flow cell can be provided.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
The invention will be described in more detail in the following examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.
<< 제조예Manufacturing example : 아연-브롬 : Zinc - bromine 화학흐름전지의Of a chemical flow cell 제조> Manufacturing>
하기 표1의 구성 성분을 사용하여 양극, 플로우 프레임, 분리막, 플로우 프레임, 음극 순서로 조립을 하여 아연-브롬 화학흐름전지를 제조하였다. A zinc-bromine chemical flow cell was fabricated by assembling the anode, the flow frame, the separator, the flow frame, and the cathode in this order using the components shown in Table 1 below.
(Electrode)electrode
(Electrode)
Graphite plateActivated carbon coated
Graphite plate
(Charge)charge
(Charge)
<< 실시예Example : 아연-브롬 : Zinc - bromine 화학흐름전지의Of a chemical flow cell 운전 방법> How to operate>
상기 제조예의 아연-브롬 화학흐름전지에 대하여 충방전 사이클을 진행하고, 방전이 완료되는 시점에서 pH미터를 이용하여 양극 전해질 탱크에 포함된 양극 전해질 또는 음극 전해질 탱크에 포함된 음극 전해질에 대하여 pH를 측정하였다.The zinc-bromine chemically-flowable battery of the above-mentioned production example was subjected to a charge-discharge cycle, and a pH meter was used to measure the pH of the negative electrode electrolyte contained in the positive electrode electrolyte tank or the negative electrode electrolyte contained in the negative electrode electrolyte tank Respectively.
상기 측정된 전해질의 pH값이 3보다 클 경우, 브롬산(HBr) 및 염산(HCl)을 7:3의 중량비율로 혼합한 10M 농도의 혼합산을 전해질 1 L당 2.5㎖의 함량으로 양극 전해질 탱크와 음극 전해질 탱크에 첨가하고, 다시 충방전 사이클을 진행하였다.
When the measured electrolyte had a pH value of more than 3, mixed acid of 10M concentration of bromic acid (HBr) and hydrochloric acid (HCl) in a weight ratio of 7: 3 was added in an amount of 2.5 ml per 1 L of the electrolyte, Was added to the tank and the negative electrode electrolyte tank, and the charge / discharge cycle was performed again.
<< 비교예Comparative Example : 아연-브롬 : Zinc - bromine 화학흐름전지의Of a chemical flow cell 운전 방법> How to operate>
상기 혼합산 첨가하지 않은 것을 제외하고, 실시예와 동일하게 충방전 사이클을 진행하였다.
A charge-discharge cycle was carried out in the same manner as in Example except that the mixed acid was not added.
<< 실험예Experimental Example : : 실시예Example 및 And 비교예의Comparative example 아연-브롬 Zinc - bromine 화학흐름전지의Of a chemical flow cell 효율 측정> Efficiency measurement>
상기 실시예 및 비교예의 아연-브롬 화학흐름전지의 충방전 사이클을 5회 진행하여 에너지 효율, 전압 효율 및 전하 효율을 다음과 같은 방법으로 측정하고, 그 결과를 각각 하기 표2 및 표3에 기재하였다. The charge and discharge cycles of the zinc-bromine chemical flow cell of the above-mentioned Examples and Comparative Examples were conducted five times, and the energy efficiency, the voltage efficiency and the charge efficiency were measured by the following methods. The results are shown in Tables 2 and 3 Respectively.
(1) 에너지 효율 (Energy Efficiency, EE) = 방전에너지(Wh)/충전에너지(Wh)x 100(1) Energy Efficiency (EE) = discharge energy (Wh) / charge energy (Wh) x 100
(2) 전압 효율 (Voltage Efficiency, VE) = 에너지효율(Wh)/전하량효율(Wh)x 100(2) Voltage Efficiency (VE) = Energy Efficiency (Wh) / Electric Charge Efficiency (Wh) x 100
(3) 전하량 효율 (Coulombic Efficiency, CE) = 방전용량(Ah)/충전용량(Ah)x 100
(3) Coulombic Efficiency (CE) = Discharge Capacity (Ah) / Charging Capacity (Ah) x 100
상기 표2 및 표3에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 및 비교예의 아연-브롬 화학흐름전지에서 전하량 효율은 동등 수준으로 나타났다. 이는, 상기 산성물질(브롬산(HBr) 및 염산(HCl))의 투입으로 아연 덴드라이트가 분해되어 잔류손실(Residual loss)이 줄어들었으나, 충전을 위해 저장된 아연 또한 줄어들기 때문에 큰 영향을 미치지 못한 것으로 판단된다.As shown in Tables 2 and 3, the charge efficiency of the zinc-bromine chemically-flowable cells of the Examples and Comparative Examples was found to be equivalent. This is because the zinc dendrites were decomposed by the addition of the acidic substances (bromic acid (HBr) and hydrochloric acid (HCl)) to reduce the residual loss, but since the stored zinc for charging was also reduced, .
한편, 전압 효율의 경우, 산성물질(브롬산(HBr) 및 염산(HCl))을 첨가한 실시예의 경우, 비교예에 비해 10% 이상 향상되었고, 에너지 효율 또한, 실시예의 경우 비교예에 비해 5% 내지 10% 가까이 상승함을 확인할 수 있었다.On the other hand, in the case of the voltage efficiency, in the case of the embodiment in which acidic substances (bromic acid (HBr) and hydrochloric acid (HCl)) were added, the energy efficiency was improved by 10% or more as compared with the comparative example. % To 10%.
이에 따라, 상기 산성물질(브롬산(HBr) 및 염산(HCl))을 첨가한 실시예의 경우, 산성물질 첨가에 따라 전해질의 pH가 충분히 낮아져 활물질인 아연이온이 부반응을 진행하지 않아, Zn(OH)2과 같은 부유물 또는 침전물이 생성이 감소하여 부반응 및 저항이 낮아짐을 확인할 수 있다. Thus, in the case of the example in which the acidic substance (bromic acid (HBr) and hydrochloric acid (HCl)) is added, the pH of the electrolyte is sufficiently lowered by the addition of the acidic substance, ) 2, and thus the side reaction and the resistance are lowered.
또한, 브롬산 및 염산의 첨가로 전해질 속에 브롬이온(Br-) 및 염화이온(Cl-)의 양이 증가함에 따라, 전기전도도가 높아지고 전압효율 및 에너지 효율이 상승하게 됨을 확인할 수 있다.In addition, it can be confirmed that as the amount of bromine ion (Br - ) and chloride ion (Cl - ) increases in the electrolyte due to the addition of bromic acid and hydrochloric acid, the electrical conductivity increases and the voltage efficiency and energy efficiency increase.
Claims (10)
상기 브롬산 및 1종 이상의 이종의 산성 물질 간 중량 비율이 1.5:1 내지 10:1인, 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법.
And a pH adjusting step of adding a mixed acid containing at least one acidic substance of bromic acid and a different kind of acid to the cathode electrolyte or cathode electrolyte at the time when the pH of the cathode electrolyte or the cathode electrolyte of the zinc-bromine chemical- ,
Wherein the weight ratio between the bromic acid and the at least one dissimilar acidic material is from 1.5: 1 to 10: 1.
상기 pH 조정 단계에서는 상기 양극 전해질 또는 음극 전해질의 pH를 0 내지 2로 조절하는, 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법.
The method according to claim 1,
And adjusting the pH of the cathode electrolyte or the cathode electrolyte to 0 to 2 in the pH adjusting step.
상기 pH 조정 단계는 아연-브롬 화학흐름전지의 양극 전해질 또는 음극 전해질의 pH가 3.0 내지 3.5인 시점에 상기 혼합산을 첨가하는, 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the pH adjusting step comprises adding the mixed acid at a pH of the positive electrode electrolyte or the negative electrode electrolyte of the zinc-bromine chemical flow cell at 3.0 to 3.5.
상기 브롬산 및 1종 이상의 이종의 산성물질간 중량비율이 2:1 내지 5:1인, 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the weight ratio between the bromic acid and the at least one dissimilar acidic material is from 2: 1 to 5: 1.
상기 혼합산은 브롬산 및 염산을 포함하는, 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the mixed acid comprises bromic acid and hydrochloric acid.
상기 혼합산의 농도가 8 M 내지 12 M인, 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the concentration of the mixed acid is from 8M to 12M.
상기 pH 조정단계는 아연-브롬 화학흐름전지의 양극 전해질 또는 음극 전해질의 pH가 3 이상인 시점에 브롬산 및 염산을 포함한 8 M 내지 12 M의 혼합산을 양극 또는 음극 전해질에 첨가하는 단계를 포함하는, 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the pH adjustment step comprises adding a mixed acid of 8 M to 12 M, including bromic acid and hydrochloric acid, to the anode or the cathode electrolyte at a time when the pH of the cathode electrolyte or the cathode electrolyte of the zinc-bromine chemical flow cell is 3 or more , A method of operating a zinc-bromine chemical flow cell.
상기 양극 전해질 또는 음극 전해질 1 L당 상기 혼합산 0.1 ㎖ 내지 10 ㎖가 첨가되는, 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법.
The method according to claim 1,
Wherein 0.1 to 10 ml of the mixed acid is added per liter of the positive electrode electrolyte or negative electrode electrolyte.
상기 아연-브롬 화학흐름전지의 양극 전해질 또는 음극 전해질 중 아연-브롬 레독스 커플의 농도가 0.1 M 내지 10 M 인, 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법.
The method according to claim 1,
A method of operating a zinc-bromine chemical flow cell, wherein the concentration of zinc-bromodex couple in the cathode electrolyte or anode electrolyte of the zinc-bromine chemical flow cell is 0.1 M to 10 M.
상기 아연-브롬 화학흐름전지의 양극 전해질 또는 음극 전해질의 pH를 모니터링하는 단계를 더 포함하는, 아연-브롬 화학흐름전지의 운전 방법.The method according to claim 1,
Further comprising monitoring the pH of the anode electrolyte or cathode electrolyte of the zinc-bromine chemical flow cell.
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| KR1020140165399A KR20160062528A (en) | 2014-11-25 | 2014-11-25 | Method for operating zinc-bromine chemical flow battery |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200059622A (en) * | 2018-11-21 | 2020-05-29 | 롯데케미칼 주식회사 | Recovery method for electrolyte of zinc-bromine redox flow battery |
-
2014
- 2014-11-25 KR KR1020140165399A patent/KR20160062528A/en not_active Application Discontinuation
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