KR20160098590A - 산화환원 유동 에너지 저장장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이온교환막, 상기 이온교환막의 일측에 위치한 제1전극, 및 상기 이온교환막의 타측에 위치한 제2전극을 갖는 전지셀을 포함하되, 상기 전지셀이 전해액 탱크에 연결되는 제1유로프레임, 및 상기 제1유로프레임과 상기 제1전극을 결합시키기 위한 제1결합부재를 포함하는 산화환원 유동 에너지 저장장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 구체적으로 산화환원 유동 에너지 저장장치에 관한 것이다.
일반적으로 전력 공급 시스템은 화력 발전이 주를 이루고 있으나, 화력 발전은 화석 연료의 연소로 발생하는 많은 양의 이산화탄소로 인해서 환경 오염 문제를 야기하고 있다. 이에, 환경 오염 문제를 해결하기 위해서 친환경 에너지에 대한 관심이 증가하고 있다.
산화환원 유동 에너지 저장장치(Redox Flow Energy Storage Device)는 친환경 에너지의 활용과 밀접한 관련이 있는 것으로, 탱크 용량 및 전지 스택 수를 가변하여 출력 및 에너지 밀도를 용이하게 변경할 수 있고 반영구적으로 사용할 수 있는 등의 장점이 있어서 대용량 전력 저장용으로 각광받고 있다. 이와 같은 산화환원 유동 에너지 저장장치는 가수가 변하는 금속 이온의 산화 환원 반응을 이용하여 충전 및 방전하는 이차전지이다.
도 1은 종래 기술에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치에 있어서 전지셀에 대한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참고하면, 종래 기술에 따른 전지셀(100)은 이온교환막(110), 제1전극(120), 제2전극(130), 제1유로프레임(140), 및 제2유로프레임(150)을 포함한다.
상기 이온교환막(110)은 상기 제1전극(120) 및 상기 제2전극(130) 사이에 위치한다. 상기 이온교환막(110)은 충전 및 방전 시에 상기 제1전극(120) 및 상기 제2전극(130) 사이에서 이온이 이동하는 통로역할을 한다.
상기 제1전극(120) 및 상기 제2전극(130)은 각각 상기 제1유로프레임(140) 및 제2유로프레임(150)을 통해 전해액 탱크(미도시)에 연결된다. 상기 제1전극(120) 및 상기 제2전극(130)은 각각 상기 제1유로프레임(140) 및 상기 제2유로프레임(150) 각각의 내측에 형성된 관통공에 위치한다.
여기서, 종래 기술에 따른 전지셀(100)은 제2전극(130) 상에 상기 이온교환막(110)을 적층한 후에, 상기 이온교환막(110) 상에 상기 제1전극(120)을 적층하는 과정을 거쳐 조립되는데, 상기 이온교환막(110) 상에 적층되는 제1전극(120)을 정확한 위치에 고정하기 어려워서 상기 유로프레임(140)에 형성된 관통공에 비해 작은 크기로 제조된 제1전극(120)을 이용하였다.
이에 따라, 종래 기술에 따른 전지셀(100)은 상기 제1전극(130) 및 상기 유로프레임(140) 사이에 이격공간(160)이 형성되게 된다. 이러한 이격공간(160)은 상기 제1전극(120) 및 전해액 탱크 간에 전해액이 순환 이동하는 과정에서 압력 차이를 발생시킴으로써, 리져뷰어 작용으로 전해액이 상기 제1전극(120) 및 전해액 탱크 간에 순환 이동하는 것을 방해하게 되고, 전해액에 대한 유동 불균일을 야기하게 된다. 따라서, 종래 기술에 따른 전지셀(100)은 상기 이격공간(160)으로 인해 안정성 및 성능이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 전극과 유로프레임 사이에 형성되는 이격공간을 감소시킬 수 있는 산화환원 유동 에너지 저장장치를 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 다음과 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치는 이온교환막, 상기 이온교환막의 일측에 위치한 제1전극, 및 상기 이온교환막의 타측에 위치한 제2전극을 포함하는 전지셀; 전해액을 저장하는 전해액 탱크; 및 상기 전지셀 및 상기 전해액 탱크 간에 전해액이 순환 이동하도록 상기 전지셀 및 상기 전해액 탱크를 연결하는 순환배관을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치에 있어서, 상기 전지셀은 내측에 상기 제1전극이 위치하기 위한 제1관통공이 형성된 제1유로프레임, 및 상기 제1유로프레임과 상기 제1전극을 결합시키기 위한 제1결합부재를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치에 있어서, 상기 제1전극은 상기 제1결합부재가 삽입되기 위한 제1삽입공을 포함하고, 상기 제1유로프레임은 상기 제1결합부재가 삽입되기 위한 제1결합홈을 포함하며, 상기 제1결합부재는 상기 제1전극으로부터 돌출되도록 상기 제1삽입공에 삽입되어서 상기 제1결합홈에 삽입될 수 있다.
본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치는 이온교환막, 상기 이온교환막의 일측에 위치한 제1전극, 및 상기 이온교환막의 타측에 위치한 제2전극을 포함하는 전지셀; 전해액을 저장하는 전해액 탱크; 및 상기 전지셀 및 상기 전해액 탱크 간에 전해액이 순환 이동하도록 상기 전지셀 및 상기 전해액 탱크를 연결하는 순환배관을 포함하되, 상기 전지셀은 상기 전해액 탱크에 연결되는 제1유로프레임, 상기 제1유로프레임과 상기 제1전극을 결합시키기 위한 제1결합부재, 상기 전해액 탱크에 연결되는 제2유로프레임, 및 상기 제2유로프레임과 상기 제2전극을 결합시키기 위한 제2결합부재를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
본 발명은 제1전해액을 원활하게 순환 이동시킬 수 있을 뿐만 아니라 제1전해액에 대한 유동 균일성을 향상시킴으로써, 전지셀에 대한 안정성 및 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 전지셀에 대한 조립 공정의 용이성을 향상시킬 수 있고, 전지셀을 조립하는데 걸리는 시간을 단축시킬 수 있도록 구현됨으로써, 전지셀에 대한 생산성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치에 있어서 전지셀에 대한 개략적인 단면도
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치의 개략적인 구성도
도 4는 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치에 있어서 제1전극, 제1유로프레임, 및 제1결합부재를 설명하기 위한 개략적인 평면도
도 5는 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치에 있어서 제1전극, 제1유로프레임, 및 제1결합부재를 도 4의 I-I 선을 기준으로 나타낸 분해 단면도
도 6은 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치에 있어서 제1결합부재를 도 4의 Ⅱ-Ⅱ 선을 기준으로 나타낸 단면도
도 7은 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치에 있어서 제2전극, 제2유로프레임, 및 제2결합부재를 설명하기 위한 개략적인 평면도
도 8은 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치에 있어서 제2전극, 제2유로프레임, 및 제2결합부재를 도 7의 Ⅲ-Ⅲ 선을 기준으로 나타낸 분해 단면도
도 9는 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치에 있어서 제2결합부재를 도 7의 Ⅳ-Ⅳ 선을 기준으로 나타낸 단면도
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치의 개략적인 구성도
도 4는 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치에 있어서 제1전극, 제1유로프레임, 및 제1결합부재를 설명하기 위한 개략적인 평면도
도 5는 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치에 있어서 제1전극, 제1유로프레임, 및 제1결합부재를 도 4의 I-I 선을 기준으로 나타낸 분해 단면도
도 6은 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치에 있어서 제1결합부재를 도 4의 Ⅱ-Ⅱ 선을 기준으로 나타낸 단면도
도 7은 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치에 있어서 제2전극, 제2유로프레임, 및 제2결합부재를 설명하기 위한 개략적인 평면도
도 8은 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치에 있어서 제2전극, 제2유로프레임, 및 제2결합부재를 도 7의 Ⅲ-Ⅲ 선을 기준으로 나타낸 분해 단면도
도 9는 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치에 있어서 제2결합부재를 도 7의 Ⅳ-Ⅳ 선을 기준으로 나타낸 단면도
이하에서는 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 어떤 구조물이 다른 구조물 "상에" 또는 "아래에" 형성된다고 기재된 경우, 이러한 기재는 이 구조물들이 서로 접촉되어 있는 경우는 물론이고, 이들 구조물 사이에 제3의 구조물이 개재되어 있는 경우까지 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 산화 환원 반응을 통해 전기를 생산하는 전지셀(2), 전해액을 저장하는 전해액 탱크(3), 및 전지셀(2) 및 전해액 탱크(3)를 연결하는 순환배관(4)을 포함한다.
상기 전지셀(2)은 상기 순환배관(4)을 통해 상기 전해액 탱크(3)에 연결된다. 상기 전지셀(2)은 상기 순환배관(4)으로부터 공급되는 전해액을 이용하여 산화 환원 반응을 통해 전기를 생산한다. 상기 전지셀(2)은 이온교환막(21), 제1전극(22), 및 제2전극(23)을 포함한다.
상기 이온교환막(21)은 상기 제1전극(22) 및 상기 제2전극(23) 사이에 위치한다. 상기 이온교환막(21)은 충전 및 방전 시에 상기 제1전극(22) 및 상기 제2전극(23) 사이에서 이온이 이동하는 통로역할을 한다. 상기 이온교환막(21)은 높은 이온 선택 투과성, 높은 전도도, 높은 내화학성 및 내구성 특성을 구비하고 있는 것이 바람직하다. 상기 이온교환막(21)으로는 양이온 교환막 또는 음이온 교환막을 이용할 수 있다. 예컨대, 상기 이온교환막(21)은 나피온(Nafion)을 이용하여 제조될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1전극(22)은 상기 이온교환막(21)의 일측에 위치한다. 상기 제2전극(23)은 상기 이온교환막(21)의 타측에 위치한다. 상기 제1전극(22) 및 상기 제2전극(23)은 탄소 펠트(Carbon Felt)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 전지셀(2)에서 상기 제1전극(22)이 양극으로 기능하고, 상기 제2전극(23)이 음극으로 기능할 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 전지셀(2)은 상기 이온교환막(21), 상기 제1전극(22), 및 상기 제2전극(23)을 하나의 전지모듈을 구성하고, 상기 전지모듈이 복수개 적층되어 조립됨으로써 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 전지셀(2)은 상기 전지모듈들 사이에 위치하는 바이폴라 플레이트를 포함할 수 있다. 상기 바이폴라 플레이트는 상기 전지모듈들을 서로 분리시킨다. 상기 전지셀(2)은 집전체를 추가로 포함할 수 있다. 상기 전지셀(2)에서 생산된 전기는 상기 바이폴라 플레이트 및 집전체를 경유하여 인출될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 상기 전해액 탱크(3)는 전해액을 저장한다. 상기 전해액 탱크(3)는 상기 순환배관(4)을 통해 상기 전지셀(2)에 연결된다. 전해액은 상기 순환배관(4)을 따라 상기 전지셀(2) 및 상기 전해액 탱크(3) 간에 순환 이동한다. 이와 같이 전해액이 순환 이동하는 과정에서, 상기 전지셀(2)은 전해액을 이용하여 산화 환원 반응을 통해 전기를 생산한다.
상기 전해액 탱크(3)는 제1전해액 탱크(31) 및 제2전해액 탱크(32)를 포함할 수 있다.
상기 제1전해액 탱크(31)는 제1전해액을 저장한다. 제1전해액은 양극 전해액일 수 있다. 제1전해액은 상기 제1전해액 탱크(31)에서 상기 순환배관(4)을 통해 상기 전지셀(2)의 제1전극(22)을 통과한 후에 상기 제1전해액 탱크(31)로 복귀하면서 순환 이동한다. 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)가 바나듐 이온을 이용하는 경우, 제1전해액은 바나듐 이온을 포함한다. 예컨대, 제1전해액은 충전 및 방전이 이루어짐에 따라 바나듐 4가 이온 및 바나듐 5가 이온 간에 전환될 수 있다.
상기 제2전해액 탱크(32)는 제2전해액을 저장한다. 제2전해액은 음극 전해액일 수 있다. 제2전해액은 상기 제2전해액 탱크(32)에서 상기 순환배관(4)을 통해 상기 전지셀(2)의 제2전극(23)을 통과한 후에 상기 제2전해액 탱크(32)로 복귀하면서 순환 이동한다. 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)가 바나듐 이온을 이용하는 경우, 제2전해액은 바나듐 이온을 포함한다. 예컨대, 제2전해액은 충전 및 방전이 이루어짐에 따라 바나듐 2가 이온 및 바나듐 3가 이온 간에 전환될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 상기 순환배관(4)은 상기 전지셀(2) 및 상기 전해액 탱크(3)를 연결한다. 이에 따라, 전해액은 상기 순환배관(4)을 따라 상기 전지셀(2) 및 상기 전해액 탱크(3) 간에 순환 이동할 수 있다. 상기 순환배관(4)은 제1전해액 순환배관(41) 및 제2전해액 순환배관(42)을 포함할 수 있다.
상기 제1전해액 순환배관(41)은 상기 제1전해액 탱크(31) 및 상기 전지셀(2)을 연결한다. 제1전해액은 상기 제1전해액 순환배관(41)을 따라 유동하면서 상기 제1전해액 탱크(31) 및 상기 전지셀(2) 간에 순환 이동한다. 상기 제1전해액 순환배관(41)은 상기 제1전해액 탱크(31)의 출구와 상기 전지셀(2)의 입구를 연결하는 제1전해액 입구배관(41a), 및 상기 전지셀(2)의 출구 및 상기 제1전해액 탱크(31)의 입구를 연결하는 제1전해액 출구배관(41b)을 포함할 수 있다.
상기 제1전해액 순환배관(41)에는 제1전해액을 순환 이동시키기 위한 제1전해액 펌프(미도시)가 설치될 수 있다. 상기 제1전해액 펌프는 상기 제1전해액 입구배관(41a)에 설치될 수 있다.
상기 제2전해액 순환배관(42)은 상기 제2전해액 탱크(32) 및 상기 전지셀(2)을 연결한다. 제2전해액은 상기 제2전해액 순환배관(42)을 따라 유동하면서 상기 제2전해액 탱크(32) 및 상기 전지셀(2) 간에 순환 이동한다. 상기 제2전해액 순환배관(42)은 상기 제2전해액 탱크(32)의 출구와 상기 전지셀(2)의 입구를 연결하는 제2전해액 입구배관(42a), 및 상기 전지셀(2)의 출구 및 상기 제2전해액 탱크(32)의 입구를 연결하는 제2전해액 출구배관(42b)을 포함할 수 있다.
상기 제2전해액 순환배관(42)에는 제2전해액을 순환 이동시키기 위한 제2전해액 펌프(미도시)가 설치될 수 있다. 상기 제2전해액 펌프는 상기 제2전해액 입구배관(42a)에 설치될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 상기 전지셀(2)은 제1유로프레임(24) 및 제1결합부재(25)를 포함할 수 있다.
상기 제1유로프레임(24)은 내측에 상기 제1전극(22)이 위치하기 위한 제1관통공(241, 도 5에 도시됨)을 포함한다. 상기 제1유로프레임(24)은 상기 제1전해액 순환배관(41)을 통해 상기 제1전해액 탱크(31)에 연결된다. 이에 따라, 제1전해액은 상기 제1전해액 탱크(31), 상기 제1유로프레임(24), 및 상기 제1전극(22) 간에 순환 이동할 수 있다. 상기 제1유로프레임(24)은 전체적으로 중공의 액자 형태로 형성될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 제1유로프레임(24)에는 제1전해액이 유동하기 위한 유로가 형성될 수 있다.
상기 제1유로프레임(24)은 상기 제1결합부재(25)가 삽입되기 위한 제1결합홈(242, 도 5에 도시됨)을 포함한다. 상기 제1결합홈(242)은 상기 제1유로프레임(24)에서 상기 제1관통공(241)이 형성된 내측면에 형성될 수 있다. 상기 제1유로프레임(24)은 상기 제1결합부재(25)의 일단 및 타단이 삽입될 수 있도록 서로 마주보게 형성된 복수개의 제1결합홈(242)을 포함할 수 있다. 상기 제1결합홈(242)은 상기 제1유로프레임(24)을 관통하여 형성될 수도 있다.
상기 제1결합부재(25)는 상기 제1유로프레임(24) 및 상기 제1전극(22)을 결합시킨다. 이 경우, 상기 제1전극(22)은 상기 제1결합부재(25)가 삽입되기 위한 제1삽입공(221, 도 5에 도시됨)을 포함한다. 상기 제1삽입공(221)은 상기 제1전극(22)을 관통하여 형성된다. 상기 제1결합부재(25)는 상기 제1전극(22)으로부터 돌출되도록 상기 제1삽입공(221)에 삽입되고, 상기 제1전극(22)으로부터 돌출된 양단이 상기 제1결합홈(242)들에 삽입됨으로써, 상기 제1유로프레임(24) 및 상기 제1전극(22)을 결합시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 조립 과정에서 상기 제1전극(22)이 상기 제1결합부재(25)에 의해 상기 제1유로프레임(24)에 결합된 상태로 상기 이온교환막(21) 상에 적층되도록 구현된다. 이에 따라, 상기 제1전극(22)은 상기 제1결합부재(25)에 가이드되어 상기 이온교환막(21) 상에서 정확한 위치에 위치될 수 있고, 상기 제1결합부재(25)에 의해 상기 제1유로프레임(24)에 결합됨으로써 견고하게 고정된 상태로 조립될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 제1전극(22) 및 상기 제1관통공(241) 간의 크기 차이를 감소시킬 수 있으므로, 종래 기술과 대비할 때 이격공간(160, 도 1에 도시됨)의 크기를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 이격공간(160, 도 1에 도시됨)으로 인한 리져뷰어 작용을 저감시킴으로써, 제1전해액을 원활하게 순환 이동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제1전해액에 대한 유동 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 전지셀(2)에 대한 안정성 및 성능을 향상시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 제1전극(22)이 상기 제1결합부재(25)에 의해 상기 제1유로프레임(24)에 결합된 상태에서 상기 전지셀(2)로 조립됨으로써, 상기 제1전극(22) 및 상기 제1유로프레임(24)이 일체화된 것과 같은 상태에서 상기 전지셀(2)로 조립될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 전지셀(2)에 대한 조립 공정의 용이성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 전지셀(2)을 조립하는데 걸리는 시간을 단축시킬 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 상기 제1결합부재(25)는 상기 제1전극(22)의 두께방향(TD, 도 5에 도시됨)에 직교하는 길이방향(LD, 도 5에 도시됨)으로 상기 제1전극(22)에 비해 더 긴 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1결합부재(25)는 양단이 상기 길이방향(LD)으로 상기 제1전극(22)으로부터 돌출되도록 상기 제1삽입공(221)에 삽입될 수 있다. 상기 제1결합부재(25)는 내산성이 강하면서 탄성이 높은 재질로 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1결합부재(25)는 상기 제1삽입공(221)에 삽입된 상태에서 탄성적으로 압축됨으로써, 양단이 상기 제1결합홈(242)들에 용이하게 삽입될 수 있다. 또한, 상기 제1결합부재(25)는 상기 제1결합홈(242)들에 삽입된 후에, 복원력에 의해 상기 제1전극(22) 및 상기 제1유로프레임(25)을 견고하게 결합시킬 수 있다. 상기 제1결합부재(25)는 테프론(Teflon)으로 제조될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 상기 전지셀(2)은 상기 제1결합부재(25)를 복수개 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1전극(22)에는 상기 제1삽입공(221)이 복수개 형성된다. 상기 제1삽입공(221)들은 서로 이격되게 형성된다. 이에 따라, 상기 제1결합부재(25)들은 상기 제1삽입공(221)들 각각에 삽입됨으로써, 상기 제1전극(22)을 복수개의 제1구획영역(22a, 22b, 22c, 22d)(도 4에 도시됨)으로 구획할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 제1전극(22)에 상기 제1구획영역들(22a, 22b, 22c, 22d)을 따라 복수개의 유로가 형성되는 효과를 구현함으로써, 상기 제1전극(22) 전체적으로 제1전해액이 균일하게 분포되어 유동하도록 유도할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 제1전극(22)을 따라 유동하는 제1전해액에 대한 유동 균일성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 제1전극(22)에서 제1전해액이 유동하지 못하는 데드존(Dead Zone)을 감소시킴으로써, 상기 전지셀(2)에 대한 안정성 및 성능을 더 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 제1전극(22)이 대형화되더라도 제1전해액에 대한 유동 균일성 확보 및 데드존 감소를 구현할 수 있으므로, 대용량화를 실현할 수 있다.
도 4에는 상기 전지셀(2)이 3개의 제1결합부재(25)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 전지셀(2)은 1개, 2개 또는 4개 이상의 제1결합부재(25)를 포함할 수도 있다. 상기 제1삽입공(221)은 상기 제1전극(22)의 두께방향(TD)에 직교하는 폭방향(WD, 도 4에 도시됨)으로 서로 이격되게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1결합부재(25)들은 상기 폭방향(WD)으로 서로 이격되게 상기 제1전극(22)에 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 제1구획영역들(22a, 22b, 22c, 22d)은 상기 폭방향(WD)으로 배치될 수 있다.
도 4를 참고하면, 상기 제1삽입공(221)들은 서로 동일한 거리로 이격되게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1결합부재(25)들은 서로 동일한 거리로 이격될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 제1구획영역들(22a, 22b, 22c, 22d)이 서로 동일한 면적을 갖도록 구현됨으로써, 상기 제1전극(22)을 따라 유동하는 제1전해액에 대한 유동 균일성을 더 향상시킬 수 있다.
도 6을 참고하면, 상기 제1결합부재(25)는 상기 두께방향(TD)을 기준으로 하는 단면이 상기 폭방향(WD)에 비해 상기 두께방향(TD)으로 더 긴 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1결합부재(25)는 상기 두께방향(TD)의 길이(25T)가 상기 폭방향(WD)의 길이(25W)에 비해 더 길게 형성된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 제1결합부재(25)가 상기 제1전극(22)을 구획하는 기능을 강화시킬 수 있음과 동시에 상기 제1결합부재(25)로 인해 상기 제1전극(22)에서 제1전해액이 유동하기 위한 면적 감소를 줄일 수 있다. 예컨대, 상기 제1결합부재(25)는 상기 두께방향(TD)을 기준으로 하는 단면이 타원 형태를 이루도록 제조될 수 있다.
도 3, 도 7 및 도 8을 참고하면, 상기 전지셀(2)은 제2유로프레임(26) 및 제2결합부재(27)를 포함할 수 있다.
상기 제2유로프레임(26)은 내측에 상기 제2전극(23)이 위치하기 위한 제2관통공(261, 도 8에 도시됨)을 포함한다. 상기 제2유로프레임(26)은 상기 제2전해액 순환배관(42)을 통해 상기 제2전해액 탱크(32)에 연결된다. 이에 따라, 제2전해액은 상기 제2전해액 탱크(32), 상기 제2유로프레임(26), 및 상기 제2전극(23) 간에 순환 이동할 수 있다. 상기 제2유로프레임(26)은 전체적으로 중공의 액자 형태로 형성될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 제2유로프레임(26)에는 제2전해액이 유동하기 위한 유로가 형성될 수 있다.
상기 제2유로프레임(26)은 상기 제2결합부재(27)가 삽입되기 위한 제2결합홈(262, 도 8에 도시됨)을 포함한다. 상기 제2결합홈(262)은 상기 제2유로프레임(26)에서 상기 제2관통공(261)이 형성된 내측면에 형성될 수 있다. 상기 제2유로프레임(26)은 상기 제2결합부재(27)의 일단 및 타단이 삽입될 수 있도록 서로 마주보게 형성된 복수개의 제2결합홈(262)을 포함할 수 있다. 상기 제2결합홈(262)은 상기 제2유로프레임(26)을 관통하여 형성될 수도 있다.
상기 제2결합부재(27)는 상기 제2유로프레임(26) 및 상기 제2전극(23)을 결합시킨다. 이 경우, 상기 제2전극(23)은 상기 제2결합부재(27)가 삽입되기 위한 제2삽입공(231, 도 8에 도시됨)을 포함한다. 상기 제2삽입공(231)은 상기 제2전극(23)을 관통하여 형성된다. 상기 제2결합부재(27)는 상기 제2전극(23)으로부터 돌출되도록 상기 제2삽입공(231)에 삽입되고, 상기 제2전극(23)으로부터 돌출된 양단이 상기 제2결합홈(262)들에 삽입됨으로써, 상기 제2유로프레임(26) 및 상기 제2전극(23)을 결합시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 제2전극(23)이 상기 제2결합부재(27)에 의해 상기 제2유로프레임(26)에 결합된 상태에서 상기 전지셀(2)로 조립되도록 구현된다. 이에 따라, 상기 제2전극(23)은 상기 제2결합부재(27)에 가이드되어 정확한 위치에서 조립될 수 있고, 상기 제2결합부재(27)에 의해 상기 제2유로프레임(26)에 결합됨으로써 견고하게 고정된 상태로 조립될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 제2전극(23) 및 상기 제2관통공(261) 간의 크기 차이를 감소시킬 수 있으므로, 상기 제2전극(23) 및 상기 제2관통공(261) 사이에 형성되는 이격공간의 크기를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 이격공간으로 인한 리져뷰어 작용을 저감시킴으로써, 제2전해액을 원활하게 순환 이동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제2전해액에 대한 유동 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 전지셀(2)에 대한 안정성 및 성능을 향상시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 제2전극(23)이 상기 제2결합부재(27)에 의해 상기 제2유로프레임(26)에 결합된 상태에서 상기 전지셀(2)로 조립됨으로써, 상기 제2전극(23) 및 상기 제2유로프레임(26)이 일체화된 것과 같은 상태에서 상기 전지셀(2)로 조립될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 전지셀(2)에 대한 조립 공정의 용이성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 전지셀(2)을 조립하는데 걸리는 시간을 단축시킬 수 있다.
도 3, 도 7 및 도 8을 참고하면, 상기 제2결합부재(27)는 상기 제2전극(23)의 두께방향(TD, 도 8에 도시됨)에 직교하는 길이방향(LD, 도 8에 도시됨)으로 상기 제2전극(23)에 비해 더 긴 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2결합부재(27)는 양단이 상기 길이방향(LD)으로 상기 제2전극(23)으로부터 돌출되도록 상기 제2삽입공(231)에 삽입될 수 있다. 상기 제2결합부재(27)는 내산성이 강하면서 탄성이 높은 재질로 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2결합부재(27)는 상기 제2삽입공(231)에 삽입된 상태에서 탄성적으로 압축됨으로써, 양단이 상기 제2결합홈(262)들에 용이하게 삽입될 수 있다. 또한, 상기 제2결합부재(27)는 상기 제2결합홈(262)들에 삽입된 후에, 복원력에 의해 상기 제2전극(23) 및 상기 제1유로프레임(25)을 견고하게 결합시킬 수 있다. 상기 제2결합부재(27)는 테프론으로 제조될 수 있다.
도 3, 도 7 및 도 8을 참고하면, 상기 전지셀(2)은 상기 제2결합부재(27)를 복수개 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제2전극(23)에는 상기 제2삽입공(231)이 복수개 형성된다. 상기 제2삽입공(231)들은 서로 이격되게 형성된다. 이에 따라, 상기 제2결합부재(27)들은 상기 제2삽입공(231)들 각각에 삽입됨으로써, 상기 제2전극(23)을 복수개의 제2구획영역(23a, 23b, 23c, 23d)(도 7에 도시됨)으로 구획할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 제2전극(23)에 상기 제2구획영역들(23a, 23b, 23c, 23d)을 따라 복수개의 유로가 형성되는 효과를 구현함으로써, 상기 제2전극(23) 전체적으로 제2전해액이 균일하게 분포되어 유동하도록 유도할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 제2전극(23)을 따라 유동하는 제2전해액에 대한 유동 균일성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 제2전극(23)에서 제2전해액이 유동하지 못하는 데드존을 감소시킴으로써, 상기 전지셀(2)에 대한 안정성 및 성능을 더 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 제2전극(23)이 대형화되더라도 제2전해액에 대한 유동 균일성 확보 및 데드존 감소를 구현할 수 있으므로, 대용량화를 실현할 수 있다.
도 7에는 상기 전지셀(2)이 3개의 제2결합부재(27)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 전지셀(2)은 1개, 2개 또는 4개 이상의 제2결합부재(27)를 포함할 수도 있다. 상기 제2삽입공(231)은 상기 제2전극(23)의 두께방향(TD)에 직교하는 폭방향(WD, 도 7에 도시됨)으로 서로 이격되게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2결합부재(27)들은 상기 폭방향(WD)으로 서로 이격되게 상기 제2전극(23)에 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 제2구획영역들(23a, 23b, 23c, 23d)은 상기 폭방향(WD)으로 배치될 수 있다.
도 7를 참고하면, 상기 제2삽입공(231)들은 서로 동일한 거리로 이격되게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2결합부재(27)들은 서로 동일한 거리로 이격될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 제2구획영역들(23a, 23b, 23c, 23d)이 서로 동일한 면적을 갖도록 구현됨으로써, 상기 제2전극(23)을 따라 유동하는 제2전해액에 대한 유동 균일성을 더 향상시킬 수 있다.
도 9을 참고하면, 상기 제2결합부재(27)는 상기 두께방향(TD)을 기준으로 하는 단면이 상기 폭방향(WD)에 비해 상기 두께방향(TD)으로 더 긴 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2결합부재(27)는 상기 두께방향(TD)의 길이(27T)가 상기 폭방향(WD)의 길이(27W)에 비해 더 길게 형성된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 산화환원 유동 에너지 저장장치(1)는 상기 제2결합부재(27)가 상기 제2전극(23)을 구획하는 기능을 강화시킬 수 있음과 동시에 상기 제2결합부재(27)로 인해 상기 제2전극(23)에서 제2전해액이 유동하기 위한 면적 감소를 줄일 수 있다. 예컨대, 상기 제2결합부재(27)는 상기 두께방향(TD)을 기준으로 하는 단면이 타원 형태를 이루도록 제조될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
1 : 산화환원 유동 에너지 저장장치
2 : 전지셀
3 : 전해액 탱크 4 : 순환배관
21 : 이온교환막 22 : 제1전극
23 : 제2전극 24 : 제1유로프레임
25 : 제1결합부재 26 : 제2유로프레임
27 : 제2결합부재
3 : 전해액 탱크 4 : 순환배관
21 : 이온교환막 22 : 제1전극
23 : 제2전극 24 : 제1유로프레임
25 : 제1결합부재 26 : 제2유로프레임
27 : 제2결합부재
Claims (7)
- 이온교환막, 상기 이온교환막의 일측에 위치한 제1전극, 및 상기 이온교환막의 타측에 위치한 제2전극을 포함하는 전지셀;
전해액을 저장하는 전해액 탱크; 및
상기 전지셀 및 상기 전해액 탱크 간에 전해액이 순환 이동하도록 상기 전지셀 및 상기 전해액 탱크를 연결하는 순환배관을 포함하고,
상기 전지셀은 내측에 상기 제1전극이 위치하기 위한 제1관통공이 형성된 제1유로프레임, 및 상기 제1유로프레임과 상기 제1전극을 결합시키기 위한 제1결합부재를 포함하며;
상기 제1전극은 상기 제1결합부재가 삽입되기 위한 제1삽입공을 포함하고;
상기 제1유로프레임은 상기 제1결합부재가 삽입되기 위한 제1결합홈을 포함하며,
상기 제1결합부재는 상기 제1전극으로부터 돌출되도록 상기 제1삽입공에 삽입되어서 상기 제1결합홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 산화환원 유동 에너지 저장장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1전극에는 상기 제1결합부재가 복수개 삽입되도록 상기 제1삽입공이 서로 이격되어 복수개가 형성되고;
상기 제1결합부재들은 상기 제1삽입공들 각각에 삽입되어 상기 제1전극을 복수개의 제1구획영역으로 구획하는 것을 특징으로 하는 산화환원 유동 에너지 저장장치. - 제2항에 있어서,
상기 제1삽입공들은 상기 제1결합부재들이 서로 동일한 거리로 이격되도록 서로 동일한 거리로 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 산화환원 유동 에너지 저장장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1삽입공은 상기 제1전극의 두께방향에 직교하는 폭방향으로 서로 이격되게 상기 제1전극에 복수개가 형성되고,
상기 제1결합부재는 상기 두께방향을 기준으로 하는 단면이 상기 폭방향에 비해 상기 두께방향으로 더 긴 길이를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 산화환원 유동 에너지 저장장치. - 제1항에 있어서,
상기 전지셀은 상기 전해액 탱크에 연결되는 제2유로프레임, 및 상기 제2유로프레임과 상기 제2전극을 결합시키기 위한 제2결합부재를 포함하고;
상기 제2전극에는 상기 제2결합부재가 복수개 삽입되도록 제2삽입공이 서로 동일한 거리로 이격되어 복수개가 형성되고;
상기 제2결합부재들은 상기 제2삽입공들 각각에 서로 동일한 거리로 이격되도록 삽입되어 상기 제2전극을 복수개의 제2구획영역으로 구획하는 것을 특징으로 하는 산화환원 유동 에너지 저장장치. - 제1항에 있어서,
상기 전지셀은 상기 전해액 탱크에 연결되는 제2유로프레임, 및 상기 제2유로프레임과 상기 제2전극을 결합시키기 위한 제2결합부재를 포함하고;
상기 제2전극에는 상기 제2결합부재가 삽입되기 위한 제2삽입공이 형성되며;
상기 제2삽입공은 상기 제2전극의 두께방향에 직교하는 폭방향으로 서로 이격되게 상기 제2전극에 복수개가 형성되고;
상기 제2결합부재는 상기 두께방향을 기준으로 하는 단면이 상기 폭방향에 비해 상기 두께방향으로 더 긴 길이를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 산화환원 유동 에너지 저장장치. - 이온교환막, 상기 이온교환막의 일측에 위치한 제1전극, 및 상기 이온교환막의 타측에 위치한 제2전극을 포함하는 전지셀;
전해액을 저장하는 전해액 탱크; 및
상기 전지셀 및 상기 전해액 탱크 간에 전해액이 순환 이동하도록 상기 전지셀 및 상기 전해액 탱크를 연결하는 순환배관을 포함하고,
상기 전지셀은 상기 전해액 탱크에 연결되는 제1유로프레임, 상기 제1유로프레임과 상기 제1전극을 결합시키기 위한 제1결합부재, 상기 전해액 탱크에 연결되는 제2유로프레임, 및 상기 제2유로프레임과 상기 제2전극을 결합시키기 위한 제2결합부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화환원 유동 에너지 저장장치.
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