KR20170006099A - Flow Battery - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a flow battery. According to the present invention, a flow battery reduces shunt current by blocking an electrochemical parallel connection caused by an electrolyte, and enables high voltage and large output by increasing the number of serial connections. Also, the flow battery lowers overvoltage by having a separate electrolyte tank for recovery, splitting an electrode into multiple electrodes, and connecting the electrodes in parallel. In addition, the flow battery has a lower internal resistance by removing a bipolar plate and a connection part of the electrode, thereby increasing efficiency and simplifying the structure. Moreover, the flow battery uses a separate preservation solution in a stand by status, thereby having a long lifespan.

Description

플로우 전지{Flow Battery}Flow Battery {Flow Battery}

본 발명은 플로우 전지에 관한 것으로, 상세하게는 대출력, 저렴한 가격, 고성능, 고효율 및 고신뢰성을 갖는 플로우 전지에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow cell, and more particularly to a flow cell having a large output, an inexpensive price, a high performance, a high efficiency and a high reliability.

최근 지구 온난화의 원인으로 지목되고 있는 이산화탄소의 발생을 억제시키기 위한 일환으로 이산화탄소를 발생시키지 않는 태양력, 풍력, 조력 등과 같은 다양한 신재생 에너지(Renewal Energy)가 각광받고 있다. Renewal energy, such as solar power, wind power, and tidal power, which do not generate carbon dioxide, is attracting attention as a part of suppressing the generation of carbon dioxide, which is a cause of global warming in recent years.

이러한 신재생 에너지는 전기에너지가 필요한 때에 맞춰 전기에너지를 생산하기 어렵다는 단점을 지닌다. 따라서 신재생 에너지는 전기에너지 저장장치에 전기에너지를 저장해야 필요로 할 때 효과적으로 사용할 수 있다.Such renewable energy has a disadvantage in that it is difficult to produce electric energy in accordance with the necessity of electric energy. Therefore, renewable energy can be effectively used when electric energy needs to be stored in an electric energy storage device.

대규모의 전기에너지를 저장하기 위하여 납축전지나 리튬 이온 전지 같은 이차전지나 레독스 플로우 전지(Redox Flow Battery) 같은 전기에너지 저장장치가 사용된다. Electric energy storage devices such as lead storage batteries, secondary batteries such as lithium ion batteries, and redox flow batteries are used to store large amounts of electric energy.

납축전지 또는 리튬 이온 전지 같은 이차전지는 부하경감용으로 사용하기에는 적합하지만 대규모의 전기 에너지 저장용으로 사용하기에는 가격이 비싸다.Rechargeable batteries, such as lead acid batteries or lithium ion batteries, are suitable for load relief, but are expensive to use for large-scale electrical energy storage.

한편 최근 주목받고 있는 레독스 플로우 전지에서는 전기에너지가 전지 내부에 저장되는 것이 아니라 전해액 같은 물질을 통해 외부에 저장되며, 레독스 플로우 전지는 전기 에너지를 화학적 에너지로 전환시키는 컨버터 역할을 한다. On the other hand, in the redox flow battery, which has recently been attracting attention, electric energy is not stored inside the battery but stored outside through the electrolyte, and the redox flow battery serves as a converter for converting electrical energy into chemical energy.

그러므로 전해액 같은 전기에너지 저장 매체의 양을 증가시키면 저장할 수 있는 전기에너지 양이 증가한다. 따라서 레독스 플로우 전지는 대규모의 전기에너지를 값싸게 저장할 수 있는 장점으로 인하여 신재생 에너지와 함께 각광을 받고 있다.Therefore, increasing the amount of electrical energy storage medium, such as electrolyte, increases the amount of electrical energy that can be stored. Therefore, the redox flow battery is attracting attention with renewable energy because it can store large amount of electric energy cheaply.

도 1은 종래의 단위셀 기반의 레독스 플로우 전지의 구성도이다.1 is a block diagram of a conventional unit cell-based redox flow battery.

도 1을 참조하면, 레독스 플로우 전지는 이온 교환막(90)에 의해 나뉘어지는 양극 셀(10)과 음극 셀(20)을 포함한다. 양극 셀(10)은 양극 전극(12)과 양극 집전체(14)로 구성되고, 음극 셀(20)은 음극 전극(22)과 음극 집전체(24)로 구성된다. 양극 셀(10)은 파이프(50)를 통해 양극용 전해액(32)을 수용한 양극용 전해액 탱크(30)에 연결된다. 마찬가지로 음극 셀(20)은 파이프(60)를 통해 음극용 전해액(42)을 수용한 음극용 전해액 탱크(40)에 연결된다. 양극용 전해액(32)은 양극용 전해액 펌프(70)를 통해 양극용 전해액 탱크(30)와 양극 셀(10) 사이를 순환한다. 마찬가지로 음극용 전해액(42)은 음극용 전해액 펌프(80)를 통해 음극용 전해액 탱크(40)와 음극 셀(20) 사이를 순환한다.Referring to FIG. 1, a redox flow cell includes a positive electrode cell 10 and a negative electrode cell 20 which are divided by an ion exchange membrane 90. The anode cell 10 is composed of the anode electrode 12 and the cathode current collector 14 and the cathode cell 20 is composed of the cathode electrode 22 and the cathode current collector 24. The positive electrode cell 10 is connected to a positive electrode electrolyte tank 30 containing a positive electrode electrolyte solution 32 via a pipe 50. Likewise, the cathode cell 20 is connected to the electrolyte tank 40 for the negative electrode which receives the electrolyte solution 42 for the negative electrode through the pipe 60. The electrolyte 32 for the positive electrode is circulated between the positive electrode cell 30 and the positive electrode cell 10 through the positive electrode electrolyte pump 70. Likewise, the electrolyte 42 for a cathode is circulated between the cathode-use electrolyte tank 40 and the cathode cell 20 through the electrolyte pump 80 for a cathode.

양극용 전해액(32)과 음극용 전해액(42)은 바나듐 계열이 주로 사용되며, 양극용 전해액(32)으로는 황산 수용액을 기반으로 V(IV)/V(V){바나듐 4가/바나듐 5가}가 주로 사용되며, 음극용 전해액(42)으로는 황산 수용액을 기반으로 V(II)/V(III){바나듐 2가/바나듐 3가}가 주로 사용된다. 바나듐 계열의 레독스 플로우 전지는 충전 및 방전 과정에서, 양극용 전해액(32)은 바나듐 5가에서 바나듐 4가 또는 바나듐 4가에서 바나듐 5가로 변환되어 양극용 전해액 펌프(70)를 통해 양극 전극(12)과 양극용 전해액 탱크(30) 사이를 순환하고, 음극용 전해액(42)은 바나듐 3가에서 바나듐 2가 또는 바나듐 2가에서 바나듐 3가로 변환되어 음극용 전해액 펌프(80)를 통해 음극 전극(22)과 음극용 전해액 탱크(40) 사이를 순환한다. V (IV) / V (V) {vanadium tetravalent / vanadium 5 (V)) based on an aqueous solution of sulfuric acid is used as the electrolytic solution 32 for the positive electrode, and the electrolytic solution 32 for the positive electrode and the electrolytic solution 42 for the negative electrode are mainly used. V (II) / V (III) {vanadium divalent / vanadium 3 divalent} is mainly used as the electrolyte 42 for the negative electrode, based on the aqueous sulfuric acid solution. In the redox flow cell of the vanadium series, the electrolytic solution 32 for the positive electrode is transversely transformed from vanadium pentavalent to vanadium tetravalent or from vanadium tetravalent to vanadium 5 in the course of charging and discharging, 12 and the electrolyte solution tank 30 for the positive electrode and the electrolytic solution 42 for the negative electrode is transversely transformed from vanadium trivalent to vanadium dihydrate or from vanadium dihydrate to vanadium 3, (22) and the electrolyte tank (40) for the negative electrode.

양극 전극(12)과 음극 전극(22)으로는 카본펠트(Carbon Felt)나 카본폼(Carbon Foam)과 같은 다공성 물질이 주로 사용된다.As the anode electrode 12 and the cathode electrode 22, a porous material such as carbon felt or carbon foam is mainly used.

양극 집전체(14)와 음극 집전체(24)로는 흑연 플레이트가 주로 사용되며 바이폴라 구조에서는 바이폴라 플레이트라고도 한다. Graphite plates are mainly used for the positive electrode collector 14 and the negative electrode collector 24, and also referred to as bipolar plates in the bipolar structure.

이온 교환막(90)으로는 나피온(Nafion) 등이 주로 사용된다.As the ion exchange membrane 90, Nafion and the like are mainly used.

레독스 플로우 전지는 전기에너지를 저장하기 위하여 다양한 물질들이 사용될 수 있다. 아연 브롬(Zinc Bromine) 전지와 같은 하이브리드 방식은 한쪽 전극에 전기에너지를 저장하기도 하며, 액체 전해액에 리튬 이온과 같은 입자상의 물질을 포함하는 전해액을 순환시키며 입자상의 물질에 전기에너지를 저장하는 경우도 있다. 또한 전해액에 용해된 납을 사용하는 레독스 플로우 전지는 한가지 전해액을 사용한다.Various materials can be used in redox flow batteries to store electrical energy. Hybrid systems such as Zinc Bromine batteries store electrical energy in one electrode, circulate an electrolyte containing particulate matter such as lithium ions in a liquid electrolyte, and store electrical energy in particulate matter. have. In addition, a redox flow cell using lead dissolved in an electrolyte uses one electrolyte solution.

도 2는 종래의 직렬로 연결된 레독스 플로우 전지의 구성을 개략적으로 나타내는 개략도이다.2 is a schematic view schematically showing a configuration of a conventional redox flow cell connected in series.

도 2를 참조하면, 종래의 대부분의 직렬로 연결된 레독스 플로우 전지는 바이폴라 구조를 갖는다. 바이폴라 구조에서는 집전체(바이폴라 플레이트) 자체가 인접한 단위셀과 단위셀을 직렬로 연결하는 도체 역할을 한다. Referring to FIG. 2, most conventional series-connected redox flow cells have a bipolar structure. In the bipolar structure, the current collector (bipolar plate) itself serves as a conductor connecting the adjacent unit cells and the unit cells in series.

직렬로 연결된 레독스 플로우 전지는, 양극용 전해액과 음극용 전해액은 각각의 전해액 탱크에서 각각의 펌프에 의해 각 단위셀의 양극 전극과 음극 전극에 공급되어 변환과정을 거친 후 다시 각각의 전해액 탱크로 순환된다. 따라서 전위(Electric Potential)가 다른 동일 극성의 전극이 전해액 유로에 있는 전해액을 통해 전기화학적으로 병렬로 연결되는 구조이다. In the redox flow cell connected in series, the electrolytic solution for the positive electrode and the electrolytic solution for the negative electrode are supplied to the positive electrode and the negative electrode of each unit cell by the respective pumps in the respective electrolyte tanks, and after the conversion process, they are returned to the respective electrolyte tanks Lt; / RTI > Therefore, electrodes of the same polarity having different electric potentials are connected in an electrochemically parallel manner through an electrolytic solution in the electrolytic solution flow path.

이처럼 단위셀은 전기적으로는 직렬로 연결되고, 단위셀들 내의 동일 극성의 전극은 전기화학적으로 병렬로 연결되는 구조를 갖는다. 이러한 연결 구조는 전기화학반응 및 그에 따른 션트 전류(Shunt Current)의 원인이 된다. 이러한 현상은 바이폴라 구조를 갖지 않더라도 직렬 연결된 레독스 플로우 전지에서 동일 극성의 전극이 전해액을 통해 전기화학적으로 병렬로 연결되는 구조하에서는 불가피하다.The unit cells are electrically connected in series and the electrodes of the same polarity in the unit cells are electrochemically connected in parallel. Such a connection structure causes an electrochemical reaction and thus a shunt current. This phenomenon is inevitable in a redox flow cell connected in series, even if it does not have a bipolar structure, in which electrodes of the same polarity are electrochemically connected in parallel through an electrolytic solution.

션트 전류는 레독스 플로우 전지의 효율을 감소시키는 원인 중의 하나이다. 이렇듯 서로 다른 전위를 갖는 동일 극성 전극들의 전기화학적인 병렬 연결은 바이폴라 플레이트(집전체)와 전극 물질에 과도한 전위가 인가되어 부식의 원인이 된다. The shunt current is one of the causes for reducing the efficiency of the redox flow battery. Such electrochemical parallel connection of the same polarity electrodes having different potentials causes excessive potential to be applied to the bipolar plate (collector) and the electrode material, causing corrosion.

종래의 레독스 플로우 전지에서는 션트 전류를 감소시키기 위하여, 전해액 유로의 길이를 증가시킴으로써 전해액 저항을 증가시키는 방법이 사용되기도 한다. 이러한 전해액에 의한 전기화학적인 병렬연결에 의한 전기화학반응 및 그에 따른 션트 전류는 직렬 수가 증가할수록 증가하므로, 전해액에 의한 전기화학적인 병렬연결에 의한 전기화학반응 및 그에 따른 션트 전류는 레독스 플로우 전지의 직렬 수를 제한하는 원인 중의 하나이다.In the conventional redox flow battery, in order to reduce the shunt current, a method of increasing the electrolyte resistance by increasing the length of the electrolyte flow path is also used. Since the electrochemical reaction by the electrochemical parallel connection by the electrolytic solution and the resulting shunt current increase as the number of series increases, the electrochemical reaction by the electrochemical parallel connection by the electrolytic solution, and the shunt current by the electrolytic solution, Is one of the causes limiting the number of series.

레독스 플로우 전지용 전극 물질로는 반응면적을 증가시키기 위해 다공성의 펠트나 폼 형태가 주로 사용된다. 특히 앞서 언급했듯이, 바나듐 계열의 레독스 플로우 전지에서는 황산계 전해액과의 화학적 및 전기화학적 안정성을 고려하여 전극 물질로 카본펠트나 카본폼을 주로 사용한다. As the electrode material for the redox flow cell, a porous felt or foam form is mainly used to increase the reaction area. Especially, as mentioned above, in the redox flow cell of vanadium series, carbon felt or carbon foam is mainly used as an electrode material in consideration of chemical and electrochemical stability with sulfuric acid electrolyte.

황산계 전해액을 사용하는 바나듐 계열의 레독스 플로우 전지에서 사용되는 집전체(또는 바이폴라 플레이트)를 제작하기 위해, 화학적, 전기화학적 안정성을 고려하여 흑연이 이용되고 있으며, 기계적인 특성을 향상시키기 위하여 페놀 수지 같은 레진이 함유된 흑연 복합소재가 더 많이 이용되고 있다. 그러나 흑연 복합소재는 향상된 기계적인 특성을 갖지만 전기적인 특성 특히 도체로서는 매우 큰 전기저항을 갖는다.In order to produce a current collector (or bipolar plate) used in a vanadium-based redox flow cell using a sulfuric acid-based electrolyte, graphite is used in consideration of chemical and electrochemical stability. In order to improve mechanical properties, phenol Graphite composites containing resin-like resins are becoming more popular. However, graphite composites have improved mechanical properties, but have very high electrical resistivity, especially for conductors.

바이폴라 구조를 갖는 레독스 플로우 전지에서 전극 물질로 많이 사용되는 카본 펠트나 카본 폼 같은 다공성 전극을 바이폴라 플레이트(집전체)에 전기적으로 접속시키는 방법으로는, 흑연 분말과 같은 도전성 분말과 페놀수지와 같은 바인더를 혼합한 도전성 접착제를 사용하여 다공성 전극과 바이폴라 플레이트를 접착시키거나 다공성 전극에 압축력을 인가하여 다공성 전극과 바이폴라 플레이트를 물리적으로 접속시키는 방법 등이 사용된다. 어떤 방법이 사용되더라도 전극 물질과 바이폴라 플레이트의 접촉 전기 저항을 감소시키기는 어렵다. Examples of a method for electrically connecting porous electrodes such as carbon felt or carbon foam, which are widely used as electrode materials in a redox flow cell having a bipolar structure, to a bipolar plate (current collector) include a method in which a conductive powder such as graphite powder, A method of bonding a porous electrode and a bipolar plate using a conductive adhesive mixed with a binder or a method of physically connecting a porous electrode and a bipolar plate by applying a compressive force to the porous electrode is used. Whichever method is used, it is difficult to reduce the contact resistance of the electrode material and the bipolar plate.

종래의 바이폴라 구조를 갖는 레독스 플로우 전지에서, 바이폴라 플레이트의 자체 전기 저항과 바이폴라 플레이트와 전극 물질 사이의 접촉 전기 저항은 전체 전기 저항에서 상당부분을 차지한다. 이러한 전기 저항은 바이폴라 레독스 플로우 전지의 충전/방전 효율 특히 대 전류에서 효율을 감소시키는 주요한 요인이다.In a redox flow cell having a conventional bipolar structure, the self electrical resistance of the bipolar plate and the contact electrical resistance between the bipolar plate and the electrode material occupy a large portion of the total electrical resistance. This electrical resistance is a major factor in reducing the charge / discharge efficiency, especially in the large current, of the bipolar redox flow battery.

도 3은 종래의 레독스 플로우 전지의 충전 동작에서 전압 및 전류분포를 나타내는 도면이다.3 is a view showing a voltage and a current distribution in a charging operation of a conventional redox flow battery.

도 3을 참조하면, 레독스 플로우 전지에서 전해액은 카본펠트나 카본폼과 같은 다공성 전극에 주입된 후 이온은 전극의 포어(pore)를 거치면서 전기화학적인 변환과정을 거친 후 다시 전해액 탱크로 순환된다. Referring to FIG. 3, in the redox flow cell, the electrolyte is injected into a porous electrode such as carbon felt or carbon foam, ions are electrochemically converted through the pores of the electrode, and then circulated to the electrolyte tank do.

레독스 플로우 전지에서는 전기에너지가 전해액에 저장되므로 전해액이 전극물질을 통과함에 따라 변환된 이온의 양이 증가하므로 충전 과정에서는 전해액의 개방전압(OCV; Open Circuit Voltage)이 증가한다. In the redox flow battery, the electric energy is stored in the electrolyte. As the amount of the converted ions increases as the electrolyte passes through the electrode material, the open circuit voltage (OCV) of the electrolyte increases during the charging process.

한편 전기적으로 도체로 형성된 전극에서는 등전위가 유지되어야 하므로, 전극에서 전해액이 주입되는 부분은 전해액이 배출되는 부분보다 충전 전압이 낮으므로 더 높은 전류가 인가된다. 즉 전해액이 전극을 통과함에 따라 변환효율이 감소하고 또한 전류 분포가 불균일하게 된다. 이러한 전류 불균일은 하이브리드 레독스 플로우 전지의 경우 전기적인 쇼트를 유발시키는 덴드라이트(Dendrite)의 원인이 되기도 한다.On the other hand, in the electrode formed of an electrically conductive body, the equipotential must be maintained. Therefore, the portion where the electrolyte is injected from the electrode is charged at a higher voltage than the portion where the electrolyte is discharged, so that a higher current is applied. That is, as the electrolyte passes through the electrode, the conversion efficiency decreases and the current distribution becomes non-uniform. Such a current unevenness may cause a dendrite which causes an electric short in the hybrid redox flow battery.

연료전지는 레독스 플로우 전지와 매우 유사한 구조를 가진다. 특히 고분자 전해질 연료전지(PEMFC; Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)는 구조 및 사용되는 재료가 레독스 플로우 전지와 거의 같다. 주요한 차이점은 유로를 통해 전극에 공급, 배출되는 전해액 대신 산소와 수소 같은 기체가 사용될 뿐이다. 물론 연료전지의 경우에도 생성된 물이 배출된다.Fuel cells have very similar structures to redox flow batteries. In particular, PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) has almost the same structure and materials as the redox flow cell. The main difference is that only gases such as oxygen and hydrogen are used instead of the electrolyte supplied and discharged through the flow path. Of course, even in the case of a fuel cell, generated water is discharged.

따라서 레독스 플로우 전지에서 발생되는 구조적인 문제는 연료전지에서도 발생될 수 있다. 특히 바이폴라 플레이트와 관련된 문제의 경우 공통적인 문제이다.
Therefore, structural problems arising from redox flow batteries can also be generated in fuel cells. This is a common problem especially for problems related to bipolar plates.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 션트 전류를 감소시키고, 과전압을 감소시켜 효율을 증가시키며 내부 저항이 작으면서 값이 저렴하고 간단하며 내구성이 우수한 플로우 전지를 제공하는 데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems, and to provide a flow cell having reduced internal resistance, low cost, simple, and excellent durability, while reducing shunt current, reducing overvoltage, and increasing efficiency.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 플로우 전지는, According to an aspect of the present invention, there is provided a flow cell comprising:

전극, 전해액, 전해액 유로를 포함하고, 상기 전해액 유로(Channel)에 전해액 단절부를 생성시키는 전해액 단절부 생성 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.And an electrolyte cut-off portion generating unit including an electrode, an electrolytic solution, and an electrolyte flow path to generate an electrolyte cut-off portion in the electrolyte flow channel.

또한 본 발명의 다른 일면에 따른 플로우 전지는,According to another aspect of the present invention, there is provided a flow cell,

전극, 전해액, 변환된 상기 전해액을 보관하는 별도의 전해액 탱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.An electrode, an electrolytic solution, and a separate electrolyte tank for storing the converted electrolytic solution.

또한 본 발명의 다른 일면에 따른 전기에너지 저장장치는,According to another aspect of the present invention,

다공성 전극을 포함하고 상기 다공성 전극의 일부에 반응물질의 침투를 차단하는 반응물질 차단시트가 형성된 것을 특징으로 한다.And a reaction material blocking sheet for blocking penetration of the reactive material is formed on a part of the porous electrode.

또한 본 발명의 다른 일면에 따른 플로우 전지는,According to another aspect of the present invention, there is provided a flow cell,

전극, 전해액, 전해액 유로를 포함하고, 상기 전극은 복수개로 구성되며 복수개의 상기 전극에 공급되어 배출되는 상기 전해액이 각 전극에 병렬로 연결되도록 상기 전해액 유로가 형성된 것을 특징으로 한다.An electrode, an electrolytic solution, and an electrolyte flow path, and the electrolyte flow path is formed so that the electrode is composed of a plurality of electrodes, and the electrolyte solution supplied to and discharged from the plurality of electrodes is connected in parallel to each electrode.

또한 본 발명의 다른 일면에 따른 플로우 전지는,According to another aspect of the present invention, there is provided a flow cell,

전극, 전해액, 전해액 유로를 포함하고, 상기 플로우 전지가 대기상태일 때 상기 전해액 대신 내부에 주입되는 보존액을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
An electrode, an electrolytic solution, and an electrolytic solution flow path, and a storage liquid to be injected into the flow cell in place of the electrolyte solution when the flow cell is in a standby state.

본 발명에 따른 플로우 전지는, 플로우 전지 내부의 단위셀과 단위셀이 전해액에 의해 폐회로가 구성되는 것을 차단하여 션트 전류를 감소시키고, 원하지 않는 전기화학반응을 차단하여 안정성과 신뢰성을 증진시키며 수명을 연장하고 직렬 수를 증가시켜 대출력을 가능하게 함으로써 가격절감에 기여할 수 있다.The flow cell according to the present invention is a flow cell in which a unit cell and a unit cell inside a flow cell are blocked from constituting a closed circuit by an electrolytic solution to reduce a shunt current and prevent unwanted electrochemical reaction to improve stability and reliability, By extending and increasing the number of series, it is possible to contribute to cost reduction by enabling large output.

또한 본 발명에 따른 플로우 전지는, 변환된 전해액을 보관하는 별도의 전해액 탱크를 구비함으로써, 과전압을 감소시켜 충전/방전 효율을 증가시킬 수 있다.Also, the flow cell according to the present invention includes a separate electrolyte tank for storing the converted electrolyte, thereby reducing the overvoltage and increasing the charging / discharging efficiency.

또한 본 발명에 따른 전기에너지 저장장치는, 전극의 일부에 반응물질 차단시트를 형성시킴으로써, 전극과 집전체에서 발생되는 전기저항을 감소시켜 효율을 향상시키고 단순한 구조를 통해 신뢰성을 향상시키며 가격 절감에 기여할 수 있다.Further, the electric energy storage device according to the present invention can improve the efficiency by reducing the electric resistance generated in the electrode and the current collector by forming the reaction material blocking sheet on a part of the electrode, improving the reliability through a simple structure, You can contribute.

또한 본 발명에 따른 플로우 전지는, 변환된 전해액을 보관하는 별도의 전해액 탱크를 구비함으로써, 과전압을 감소시켜 충전/방전 효율을 증가시키며 더 균일한 전류 분포를 갖도록 함으로써 효율을 증가시키고 안정성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Further, the flow cell according to the present invention includes a separate electrolyte tank for storing the converted electrolyte, thereby increasing overcharging, increasing charging / discharging efficiency, and providing a more uniform current distribution, thereby increasing efficiency and improving stability and reliability Can be improved.

또한 본 발명에 따른 플로우 전지는, 대기상태에서 내부에 별도의 보존액을 주입함으로써 자가방전을 감소시키고 수명을 연장시킬 수 있다.
In addition, the flow cell according to the present invention can reduce self-discharge and prolong the life span by injecting a separate storage liquid into the inside of the flow cell in a standby state.

도 1은 종래의 단위셀 기반의 레독스 플로우 전지의 구성도이다.
도 2는 종래의 직렬로 연결된 레독스 플로우 전지의 구성을 개략적으로 나타내는 개략도이다.
도 3은 종래의 레독스 플로우 전지의 충전동작에서 나타나는 전압 및 전류분포를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플로우 전지에서 전해액 유로에 전해액 단절부를 생성시키는 다양한 전해액 단절부 생성 유닛 또는 장치에 대한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전해액 공급 매니폴드의 전해액 조절장치를 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극의 부식 방지를 위한 플로우 전지의 일부를 나타내는 구성도이다.
도 7은 종래의 바나듐 계열의 플로우 전지의 정전류 충전 전압 및 방전 전압의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 회수용 전해액 탱크를 별도로 구비한 플로우 전지의 구성도이다.
도 9는 도 8에 도시된 플로우 전지에서의 충전 전압 및 방전 전압의 변화를 타내는 그래프이다.
도 10은 종래의 바이폴라 전극과 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이폴라 카본폼 전극의 모식도이다.
도 11은 도 10의 (b)에 도시된 바이폴라 카본폼 전극의 제작방법을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 바이폴라 카본폼 전극의 모식도이다.
도 13은 도 12에 도시된 바이폴라 카본폼 전극의 제작방법을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 바이폴라 플로우 전지의 양쪽 끝에 사용되는 모노폴라 카본폼 전극의 모식도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 바이폴라 플로우 전지에 사용되는 바이폴라 카본폼 전극의 모식도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 바이폴라 전극의 모식도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 일체형 바이폴라 전극의 모식도 이다.
도 18 의 (a) 및 도 18의 (b)는 도 17에 도시된 절단선 I-I'따라 절단한 단면도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬로 연결된 전극군으로 구성된 전극의 모식도와 전류분포이다.
도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보존액을 사용하는 플로우 전지를 나타내는 구성도이다.1 is a block diagram of a conventional unit cell-based redox flow battery.
2 is a schematic view schematically showing a configuration of a conventional redox flow cell connected in series.
3 is a view showing a voltage and a current distribution in a charging operation of a conventional redox flow battery.
FIG. 4 is a schematic view of various electrolyte cut-off units or devices for generating an electrolyte cut-off portion in an electrolyte flow path in a flow cell according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic view showing an apparatus for controlling the electrolyte of an electrolyte supply manifold according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing a part of a flow cell for preventing corrosion of an electrode according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing changes in the constant current charging voltage and the discharge voltage of a conventional vanadium-based flow cell.
FIG. 8 is a configuration diagram of a flow cell having a separate recovery electrolyte tank according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing a change in charge voltage and discharge voltage in the flow cell shown in FIG. 8; FIG.
10 is a schematic view of a conventional bipolar electrode and a bipolar carbon foam electrode according to an embodiment of the present invention.
11 is a view showing a manufacturing method of the bipolar carbon foam electrode shown in Fig. 10 (b).
12 is a schematic view of a bipolar carbon foam electrode according to another embodiment of the present invention.
13 is a view showing a manufacturing method of the bipolar carbon foam electrode shown in Fig.
14 is a schematic view of a monopolar carbon foam electrode used at both ends of a bipolar flow cell according to another embodiment of the present invention.
15 is a schematic view of a bipolar carbon foam electrode used in a bipolar flow cell according to another embodiment of the present invention.
16 is a schematic diagram of a bipolar electrode according to another embodiment of the present invention.
17 is a schematic view of an integrated bipolar electrode according to an embodiment of the present invention.
18 (a) and 18 (b) are cross-sectional views taken along the line I-I 'shown in Fig.
FIG. 19 is a schematic diagram and current distribution of electrodes composed of electrode groups connected in parallel according to an embodiment of the present invention. FIG.
20 is a configuration diagram showing a flow cell using a preservation liquid according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

전술한 바와 같이 레독스 플로우 전지와 연료전지는 매우 유사한 구조를 가지며 동작방법 또한 매우 유사하다.As described above, the redox flow cell and the fuel cell have a very similar structure and the operation method is also very similar.

따라서 본 발명에서 플로우 전지는 유로를 통해 전극에 액체 전해질이 공급되는 레독스 플로우 전지와 유로를 통해 전극에 산소와 수소가 공급되는 물이 배출되는 연료전지를 포함한다. Accordingly, the flow cell of the present invention includes a redox flow cell in which a liquid electrolyte is supplied to an electrode through a flow path, and a fuel cell through which water supplied with oxygen and hydrogen is discharged through the flow path.

전술한 바와 같이 도 2와 같은 종래의 플로우 전지는 단위셀들이 전기적으로 직렬로 연결되며, 전기적으로 직렬로 연결된 단위셀들의 동일 극성 전극들은 단위셀들에 전해액이 공급, 회수되는 전해액 유로 내에 있는 전해액을 통해 전기화학적으로 병렬로 연결되는 구조이다. As described above, in the conventional flow cell as shown in FIG. 2, the unit cells are electrically connected in series, and the same polarity electrodes of unit cells connected in series are connected to the electrolyte solution in the electrolyte flow path, And is electrochemically connected in parallel through the through holes.

이러한 구조에 의해 전극에 과도한 전위가 인가되어 부식 등 원하지 않는 전기화학반응을 발생시키고 효율을 감소시키는 션트 전류를 발생시키며 결국은 수명을 단축시키는 원인이 된다. 또한 이러한 원하지 않는 전기화학반응 및 그에 따른 션트 전류는 플로우 전지에서 직렬 수를 제한하는 요인이 된다.Due to this structure, an excessive potential is applied to the electrode, which generates an undesired electrochemical reaction such as corrosion and generates a shunt current which reduces the efficiency, thereby shortening the life time. This undesirable electrochemical reaction and thus the shunt current is a factor limiting the number of series in the flow cell.

본 발명에 따른 플로우 전지는, 전해액 유로를 통해 단위셀에 전해액이 공급, 회수되는 플로우 전지에서, 단위셀들에 전해액이 공급되고 회수되는 전해액 유로에 다른 단위셀의 전극으로 전해액의 이온이 이동하는 것을 차단시키는 전해액이 존재하지 않는 전해액 단절부(불연속부, discontinuity)를 생성시킴으로써 단위셀들의 동일 극성 전극들이 전해액 유로에 존재하는 전해액에 의해 전기화학적으로 병렬로 연결되는 것을 차단하여 부식 등 원하지 않는 전기화학반응 발생을 감소시켜, 션트 전류를 감소시키고 수명을 연장시키며 직렬 수를 증가시켜 고전압 대출력 플로우 전지를 가능케 하고 가격을 절감시킬 수 있다.The flow cell according to the present invention is a flow cell in which a flow cell in which an electrolyte solution is supplied to and retrieved from a unit cell through an electrolyte flow path is supplied with an electrolyte solution to the unit cells and ions of the electrolyte solution are moved to the electrode of another unit cell in the recovered electrolyte flow pathway (Discontinuity) in which electrolytic solution which does not have an electrolytic solution to block the electrolytic solution is generated, thereby preventing the same polarity electrodes of the unit cells from being electrochemically connected in parallel by the electrolytic solution existing in the electrolytic solution flow path, Reduce the occurrence of chemical reactions, reduce shunt currents, extend lifetime and increase the number of series, enabling high voltage vs. output flow cells and reducing cost.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플로우 전지에서 전해액 유로에 전해액 단절부를 생성시키는 다양한 전해액 단절부 생성 유닛에 대한 모식도이다. FIG. 4 is a schematic view of various electrolyte cut-off units for generating an electrolyte cut-off portion in an electrolyte flow path in a flow cell according to an embodiment of the present invention.

도 4의 (a)에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플로우 전지에서 전해액 유로에 전해액 단절부(100)를 생성하는 방법으로 전해액 방울을 형성시키는 전해액 단절부 생성 유닛이 도시된다.4 (a) shows an electrolyte cut-off unit for forming electrolyte droplets by a method of producing an electrolyte cut-off portion 100 in an electrolyte flow path in a flow cell according to an embodiment of the present invention.

도 4의 (a)를 참조하면, 전해액 유로 상에 설치된 노즐(101)을 사용하여 전해액 방울을 분사하여 전해액 방울을 형성시키거나 전해액 유로 상에 설치된 노즐(101)을 사용하여 전해액을 분사하여 중력과 표면장력에 의해 형성된 전해액 방울이 낙하하거나 전해액 유로 벽을 타고 흘러내리도록 함으로써 전해액 방울(103)과 전해액 방울(104) 사이에 전해액이 단절되는 전해액 단절부(100)를 생성시킬 수 있다. 유량이 많을 경우 노즐을 여러 개 사용할 수 있다.Referring to FIG. 4A, a droplet of electrolyte is sprayed using a nozzle 101 provided on an electrolyte flow path to form electrolyte droplets, or an electrolyte is sprayed using a nozzle 101 provided on an electrolyte flow path, And the electrolyte solution formed by the surface tension can fall or flow down along the electrolyte flow path wall, thereby making it possible to generate the electrolyte solution disconnecting part 100 in which the electrolyte solution is disconnected between the electrolyte solution drop 103 and the electrolyte solution drop 104. Multiple nozzles can be used if the flow rate is high.

도 4의(a)의 다른 실시 예로서, 전해액 펌프의 전해액 펌핑을 단속적으로 동작시켜 전해액 유로 내에 전해액 토막을 형성함으로써 전해액 토막과 토막 사이에 전해액 단절부(100)를 형성할 수도 있다.In another embodiment shown in FIG. 4 (a), the electrolytic solution disconnecting part 100 may be formed between the electrolytic solution foil and the foil by intermittently operating the electrolyte solution pump to form an electrolyte foil in the electrolytic solution flow path.

결과적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전해액 유로에 전해액 단절부(100)를 생성시키는 방법을 사용하면, 전해액의 공급 및 배출을 유지하면서, 플로우 전지 내의 동일 극성 전극끼리의 전해액에 의한 전기화학적인 병렬 연결을 완전히 제거할 수 있다.As a result, by using the method of generating the electrolyte cut-off portion 100 in the electrolyte flow path according to the embodiment of the present invention, it is possible to prevent the electrochemical Parallel connections can be completely eliminated.

도 4의 (b)에서는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 플로우 전지에서 전해액 유로에 전해액 단절부(100)를 생성하는 방법으로 전해액 유로(105) 내에 버블(107)을 생성시키는 전해액 단절부 생성 유닛이 도시된다.4 (b) is a cross-sectional view of a flow cell according to another embodiment of the present invention in which an electrolyte cut-off portion 100 is formed in an electrolyte flow path, .

도4의 (b)를 참조하면, 전해액(105)이 공급되는 튜브나 파이프 같은 전해액 유로(105)의 일부를 가열하거나 또는 경우에 따라서 셀 내부에서 발생된 가스를 이용하거나 또는 플로우 전지에 무해한 공기나 가스를 주입하는 장치(도시하지 않음) 등을 이용하여 전해액 유로(105) 내에서 공기 또는 가스에 의해 생성된 버블(107)에 의해 전해액 단절부(100)가 생성되도록 할 수 있다. 전해액 유로 내에 생성된 버블(107)이 전해액 단절부 역할을 하게 된다. Referring to FIG. 4 (b), a portion of the electrolyte flow path 105, such as a tube or pipe to which the electrolyte solution 105 is supplied, is heated, or a gas generated in the cell is used as occasion demands, (Not shown) for injecting gas into the electrolyte flow path 105 to generate the electrolyte solution disconnecting part 100 by the bubble 107 generated by air or gas in the electrolyte flow path 105. The bubble 107 generated in the electrolyte flow path serves as an electrolyte solution disconnecting portion.

결과적으로, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전해액 유로에 전해액 단절부(100)를 생성시키는 방법을 사용하면, 전해액의 공급 및 배출을 유지하면서, 플로우 전지 내의 동일 극성 전극끼리 전해액에 의해 전기화학적으로 병렬 연결되는 것을 차단할 수 있다.As a result, by using the method of generating the electrolyte cut-off portion 100 in the electrolyte flow path according to another embodiment of the present invention, the same polarity electrodes in the flow cell can be electrochemically It is possible to block the parallel connection.

도 4의 (c)에서는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 플로우 전지에서 전해액 유로에 전해액 단절부(또는 전해액 비연속부)(100)를 생성하는 방법으로 전해액 유로에 기어 펌프, 다이아프램 펌프(diaphragm pump), 피스톤 펌프 같은 펌프(108)를 사용한 전해액 단절부 생성 유닛이 도시된다.4 (c), in the flow cell according to another embodiment of the present invention, a method of generating an electrolyte cut-off portion (or an electrolyte non-continuous portion) 100 in an electrolyte flow path, a diaphragm pump, and a pump 108 such as a piston pump.

도 4의 (c)를 참조하면, 전해액 유로 상에 기어펌프, 다이아프램 펌프, 피스톤 펌프 같은 펌프(108)를 설치하여, 펌프(108)에 의해 전해액 단절부(100)가 생성되도록 할 수 있다. 이 방법 또한 전해액의 공급 및 배출을 유지하면서, 플로우 전지 내의 동일 극성 전극끼리 전해액에 의해 전기화학적으로 병렬로 연결되는 것을 차단할 수 있는 유효한 방법이다.Referring to FIG. 4C, a pump 108 such as a gear pump, a diaphragm pump, or a piston pump may be provided on the electrolyte flow path to generate the electrolyte isolation portion 100 by the pump 108 . This method is also an effective method to block the connection of the same polarity electrodes in the flow cell electrochemically in parallel by the electrolytic solution while maintaining the supply and discharge of the electrolytic solution.

도 4의 (d)에서는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 플로우 전지에서 전해액 유로에 전해액 단절부(100)를 생성하는 방법으로 전해액 유로에 설치된 밸브(109)를 온-오프시켜 전해액 단절부(100)를 생성시키는 전해액 단절부 생성 유닛이 도시된다. 4 (d), in the flow cell according to another embodiment of the present invention, the electrolyte cut-off portion 100 is formed in the electrolyte flow path to turn on and off the valve 109 provided in the electrolyte flow path, 100) is shown.

도 4의 (d)를 참조하면, 전해액 유로 상에 밸브(109)를 설치하고 밸브(109)를 주기적 또는 비주기적으로 온-오프시켜 전해액 단절부(100)가 생성되도록 할 수 있다. 이 방법 또한 전해액의 공급 및 배출을 유지하면서, 플로우 전지 내의 동일 극성 전극끼리 전해액에 의해 전기화학적으로 병렬로 연결되는 것을 차단할 수 있다. 또한 전해액 단절부(100)를 생성시키기 위해 전해액 펌프의 전해액 펌핑을 단속적으로 동작시켜 구현할 수도 있으며 이는 밸브(109)를 온-오프시켜 전해액 단절부(100)를 생성시키는 방법과 동일하다. 따라서 본 발명에서 밸브(109)를 온-오프시키는 방법은 전해액 펌프의 전해액 펌핑을 단속적으로 동작시키는 방법을 포함한다.Referring to FIG. 4 (d), a valve 109 may be provided on the electrolyte flow path, and the valve 109 may be periodically or non-periodically turned on and off to generate the electrolyte isolation portion 100. This method can also prevent the electrodes of the same polarity in the flow cell from being electrochemically connected in parallel by the electrolytic solution while maintaining supply and discharge of the electrolytic solution. Also, the electrolyte pumping of the electrolyte pump may be intermittently operated in order to generate the electrolyte solution disconnecting unit 100. This is the same as the method of generating the electrolyte solution disconnecting unit 100 by turning on and off the valve 109. Therefore, in the present invention, the method of turning on and off the valve 109 includes a method of intermittently operating the electrolyte pump pumping of the electrolyte solution.

도 4의 (a), (b), (c), (d)에 도시된 바와 같이, 전해액 유로 상에서 전해액 단절부(100)를 생성시키는 방법을 이용하여 단위셀에 전해액을 공급하고 단위셀로부터 전해액을 배출시킴으로써 전위가 다른 단위셀들의 동일 극성 전극들이 전해액을 통해 전기화학적으로 병렬로 연결되는 것을 차단시킬 수 있다.As shown in FIGS. 4A, 4B, 4C and 4D, the electrolyte solution is supplied to the unit cells using the method of generating the electrolyte solution cut-off portion 100 on the electrolyte flow paths, By discharging the electrolyte, it is possible to prevent the same polarity electrodes of unit cells having different potentials from being electrochemically connected in parallel through the electrolytic solution.

도 4 의 (a), (b), (c), (d)에 도시된 방식을 기반으로, 전해액 단절부(100)를 보다 효과적으로 생성시키기 위해서는, 전해액 펌프가 단위셀의 전해액을 흡입하는 방향으로 동작하는 것이 유리하다. 만약 전해액 펌프가 전해액을 단위셀 내부로 밀어 넣는 방향으로 동작할 경우, 특히 도 4의 (a)와 같이 전해액 방울을 형성시키는 방법을 사용하는 경우, 전해액 매니폴드와 단위셀 사이의 전해액 공급 유로가 전해액으로 채워져 전해액 방울이 형성되지 않을 가능성이 있다.In order to more effectively generate the electrolyte cutoff unit 100 based on the schemes shown in FIGS. 4 (a), 4 (b), 4 (c) and 4 (d), in order for the electrolyte pump to suck the electrolyte in the unit cell Lt; / RTI > If the electrolyte pump operates in the direction of pushing the electrolyte into the unit cells, particularly when a method of forming electrolyte droplets as shown in Fig. 4 (a) is used, the electrolyte solution supply flow path between the electrolyte manifold and the unit cells There is a possibility that the electrolyte solution is filled with the electrolyte solution and no electrolyte solution is formed.

한편 전해액 펌프가 단위셀의 전해액을 흡입하는 방향으로 동작할 때 전해액 공급 매니폴드에 충분한 전해액이 채워지지 않을 경우 단위셀의 위치에 따라 전해액 유입량이 다를 수 있다.Meanwhile, when the electrolyte pump operates in the direction of sucking the electrolyte of the unit cell, if the electrolyte solution supply manifold is not filled with enough electrolyte, the amount of the electrolyte solution may vary depending on the position of the unit cell.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전해액 공급용 매니폴드의 전해액양 조절장치를 나타낸 모식도이다.5 is a schematic view illustrating an apparatus for controlling the amount of electrolyte in a manifold for supplying an electrolyte according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전해액 공급용 매니폴드(110)의 전해액양 조절장치는 전해액 공급용 매니폴드(110) 내의 전해액 액위 측정센서(210)와 전해액 레벨 조절 펌프(220)를 포함한다. 5, an apparatus for controlling the amount of electrolyte in the electrolyte supply manifold 110 according to an embodiment of the present invention includes an electrolyte level measurement sensor 210 in the electrolyte supply manifold 110 and an electrolyte level control pump 220).

전해액 액위 측정센서(210)는 전해액 공급용 매니폴드(110) 내의 전해액의 액위를 측정하고, 그 측정치를 전해액 레벨 조절 펌프(220)로 제공한다.The electrolyte liquid level measuring sensor 210 measures the liquid level of the electrolyte in the electrolyte supplying manifold 110 and provides the measured value to the electrolyte level regulating pump 220.

전해액 레벨 조절 펌프(220)는 상기 측정치에 따라 전해액 공급용 매니폴드(110) 내에 충분한 양의 전해액을 일정하게 유지하도록 전해액을 공급하는 펌핑동작을 수행한다.The electrolyte level regulating pump 220 performs a pumping operation to supply the electrolyte solution to maintain a sufficient amount of the electrolyte solution in the electrolyte supplying manifold 110 according to the measured value.

도 5에 도시된 바와 같, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전해액 공급용 매니폴드(110)의 전해액양 조절장치는 전해액 공급용 매니폴드(110)에 충분한 양의 전해액을 계속 유지시키므로, 전해액 펌프에 의해 단위셀의 전해액이 흡입되는 방향으로 동작하더라도 단위셀의 위치에 따른 전해액 유입량의 편차를 축소할 수 있다. As shown in FIG. 5, the electrolyte amount adjusting device of the electrolyte supply manifold 110 according to an embodiment of the present invention maintains a sufficient amount of electrolyte in the electrolyte supply manifold 110, It is possible to reduce the variation in the amount of the electrolytic solution inflow depending on the position of the unit cell even if the unit cell operates in the direction in which the electrolytic solution of the unit cell is sucked.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전해액 단절부 생성 유닛을 포함하는 플로우 전지에서는, 전해액 펌프로 정량 펌프를 사용하는 것이 전해액 이동속도를 일정하게 유지할 수 있어 보다 유리하다. 또한 전해액 유로에서 특히 전해액 단절부가 생성되는 부분에는 PTFE(Polytetra Fluoro Ethylene) 같은 발수성(hydrophobic) 재질을 사용하는 것이 더욱 효과적이다.As shown in FIG. 4, in the flow cell including the electrolyte cut-off portion generating unit according to an embodiment of the present invention, the use of the metering pump as the electrolyte pump is advantageous because the flow rate of the electrolyte can be kept constant. In addition, it is more effective to use a hydrophobic material such as PTFE (Polytetra Fluoro Ethylene) for the portion where the electrolytic fluid cut-off portion is generated in the electrolyte flow path.

또한 전해액 펌프가 동작을 멈춘 상태에서 전해액의 높이 차이 등에 의해 단위셀에 전해액을 공급하는 전해액 유로로 전해액이 흘러 들어가는 것을 방지하기 위해 전해액 유로의 일부가 전해액 액면보다 높은 곳에 위치하도록 하는 것과 같은 구조도 필요하다. A structure in which a part of the electrolyte flow path is located higher than the electrolyte solution surface in order to prevent the electrolyte solution from flowing into the electrolyte flow path for supplying the electrolyte solution to the unit cell due to the height difference of the electrolyte solution in the state where the electrolyte solution pump stops operating need.

한편 도 4에 도시된 바와 같은 방법을 사용하여 플로우 전지 내의 단위셀의 동일 극성 전극들이 전해액에 의해 전기화학적으로 병렬 연결되는 것을 차단하더라도 전해액 증기에 의해 단위셀들이 병렬 연결되는 현상은 여전히 존재할 수 있다. On the other hand, even if the same polarity electrodes of the unit cells in the flow cell are prevented from being electrochemically connected in parallel by the electrolytic solution using the method shown in FIG. 4, the phenomenon that the unit cells are connected in parallel by the electrolyte vapor may still exist .

전해액 증기에 의한 전기화학적인 병렬 연결은 전해액 액체에 의한 전기화학적인 병렬 연결에 비해 반응이 매우 느리므로, 유의할 만한 션트 전류 등을 유발시키지는 않지만 특히 전극에 니켈폼, 납폼, 알루미늄 폼과 같은 금속을 사용하는 경우, 장시간에 걸쳐 부식을 발생시킬 수 있다.Electrochemical parallel connection by electrolyte vapor is very slow compared to electrochemical parallel connection by electrolytic liquid, so it does not cause significant shunt current, but it is especially important to use metal such as nickel foam, When used, corrosion can be caused for a long time.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극의 부식 방지를 위한 플로우 전지의 일부를 나타내는 구성도이다.6 is a view showing a part of a flow cell for preventing corrosion of an electrode according to an embodiment of the present invention.

도 6를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극의 부식 방지를 위한 플로우 전지(300)는 전해액 유로 상에 설치된 다공성 보조 전극을 포함한다. 상기 다공성 보조 전극은 부식에 강한 카본과 같은 재료로 만들어진 카본폼일 수 있다.Referring to FIG. 6, a flow cell 300 for preventing corrosion of an electrode according to an embodiment of the present invention includes a porous auxiliary electrode provided on an electrolyte flow path. The porous auxiliary electrode may be a carbon foam made of a material such as corrosion resistant carbon.

상기 다공성 보조 전극은 제1 다공성 보조 전극(303)과 제2 다공성 보조 전극(307)을 포함한다.The porous auxiliary electrode includes a first porous auxiliary electrode (303) and a second porous auxiliary electrode (307).

제1 다공성 보조 전극(303)은 양극용 전해액 유로(301) 상에 설치되어, 양극 전극(309)과 전기적으로 접속된다. 양극용 전해액은 상기 제1 다공성 보조 전극(303)의 포어(pore)를 통해 상기 양극 전극(309)에 공급되고, 상기 양극 전극으로부터 배출된다. The first porous auxiliary electrode 303 is provided on the electrolyte flow path 301 for the anode and is electrically connected to the anode electrode 309. An electrolyte for a positive electrode is supplied to the positive electrode 309 through a pore of the first porous auxiliary electrode 303, and is discharged from the positive electrode.

제2 다공성 보조 전극(307)은 음극용 전해액 유로(305) 상에 설치되어, 음극 전극(311)과 전기적으로 접속된다. 음극용 전해액은 상기 제2 다공성 보조 전극(307)의 포어(pore)를 통해 상기 음극 전극(311)에 공급되고, 상기 음극 전극(311)으로부터 배출된다.The second porous auxiliary electrode 307 is provided on the electrolyte flow path 305 for the cathode and is electrically connected to the cathode electrode 311. An electrolyte for a cathode is supplied to the cathode electrode 311 through a pore of the second porous auxiliary electrode 307 and is discharged from the cathode electrode 311.

이와 같이, 전해액이 다공성 보조 전극의 포어(pore)를 통해 공급, 배출되도록 함으로써, 설령 부식과 같은 반응이 발생하더라도 다공성 보조 전극에서 발생하도록 함으로써 내부에 위치한 단위 셀 내부의 양극 또는 음극 전극(309, 311)을 보호할 수 있다. 한편, 참조 번호 313은 이온 교환막을 지시하고, 참조 번호 315는 양극 집전체를 지시하고, 참조 번호 317은 음극 집전체를 지시한다. By causing the electrolyte to be supplied and discharged through the pores of the porous auxiliary electrode, even if a reaction such as corrosion occurs, the anode or the cathode electrode 309, 311). Reference numeral 313 denotes an ion exchange membrane, reference numeral 315 denotes a positive electrode collector, and reference numeral 317 denotes a negative electrode collector.

종래의 플로우 전지는 도 1과 같이 전해액 탱크로부터 전해액 유로를 통해 단위셀에 공급된 전해액은 전극에서 전기화학적인 변환과정을 거쳐 다시 전해액 유로를 통해 전해액 탱크로 유입된다.In the conventional flow cell, as shown in FIG. 1, the electrolyte solution supplied from the electrolyte tank to the unit cell through the electrolyte solution channel is subjected to an electrochemical conversion process at the electrode, and then flows into the electrolyte tank through the electrolyte solution channel.

플로우 전지 중에서 가장 대표적인 바나듐 계열의 플로우 전지는 충전, 방전 과정에서 양극 전극과 음극 전극 각각에서 다음과 같은 반응이 일어난다. The most typical vanadium-based flow cell among the flow cells has the following reactions at the anode and cathode electrodes during charging and discharging.

V(IV)(바나듐 4가) ↔ V(V)(바나듐 5가) + e-, 양극 전극V (IV) (vanadium tetravalent) ↔ V (V) (vanadium pentavalent) + e - , an anode electrode

V(III)(바나듐 3가) + e- ↔ V(II)(바나듐 2가), 음극 전극V (III) (vanadium trivalent) + e - ↔ V (II) (vanadium divalent), the cathode electrode

도 7은 종래의 바나듐 계열의 플로우 전지의 정전류 충전 전압 및 방전 전압의 변화를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing changes in the constant current charging voltage and the discharge voltage of a conventional vanadium-based flow cell.

도 1과 같은 종래의 바나듐 플로우 전지의 충전 및 방전 과정에서, 전극에서 변환된 전해액은 전해액 탱크(30, 40)에 존재하는 각각의 전해액(32, 42)과 섞이게 되어 전해액의 충전상태(SOC; State of Charge)가 계속 변하므로, 도 7의 (a)와 같이, 충전 과정에서의 충전 전압은 증가하고, 도 7의 (b)와 같이, 방전 과정에서 방전 전압은 감소한다.In the charging and discharging process of the conventional vanadium flow cell as shown in FIG. 1, the electrolytic solution converted from the electrodes is mixed with the electrolytic solution 32, 42 existing in the electrolytic solution tanks 30, 40, The charge voltage in the charging process increases as shown in FIG. 7 (a), and the discharge voltage decreases in the discharging process as shown in FIG. 7 (b).

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 회수용 전해액 탱크를 별도로 구비한 플로우 전지의 구성도이고, 도 9는 도 8에 도시된 플로우 전지에서의 충전 전압 및 방전 전압의 변화를 나타내는 그래프이다.FIG. 8 is a block diagram of a flow cell having a separate recovery electrolyte tank according to another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a graph showing changes in charge voltage and discharge voltage in the flow cell shown in FIG.

먼저, 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 플로우 전지(400)는 이온 교환막(410), 음극 전극(422) 및 음극 집전체(424)을 포함하는 음극 셀(420), 음극용 전해액 펌프(430), 제 1 음극용 전해액 탱크(440), 제 2 음극용 전해액 탱크(450), 양극 전극(462) 및 양극 집전체(464)를 포함하는 양극 셀(460), 양극용 전해액 펌프(470), 제1 양극용 전해액 탱크(480) 및 제2 양극용 전해액 탱크(490)를 포함한다.8, a flow cell 400 according to another embodiment of the present invention includes a cathode cell 420 including an ion exchange membrane 410, a cathode electrode 422 and an anode current collector 424, A positive electrode cell 460 including an electrolyte pump 430 for a first negative electrode, an electrolyte tank 440 for a first negative electrode, an electrolyte tank 450 for a second negative electrode, a positive electrode 462 and a positive electrode collector 464, An electrolyte pump 470, a first anode electrolyte tank 480, and a second anode electrolyte tank 490.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 플로우 전지(400)는 극성 별로 1개의 전해액 탱크가 구비되는 종래와는 달리 극성 별로 2개의 전해액 탱크가 구비된 점에서 차이가 있다, 여기서, 극성 별로 각각 구비된 2개의 전해액 탱크 중에서 1개의 전해액 탱크는 회수용 전해액 탱크로 사용된다.The flow cell 400 according to another embodiment of the present invention differs from the conventional one in which one electrolyte tank is provided for each polarity in that two electrolyte tanks are provided for each polarity. One of the electrolyte tanks is used as a recovering electrolyte tanks.

충전, 방전 과정에서 전극에서 변환되어 회수되는 전해액이 전해액 탱크 내에 이미 존재하는 기존의 전해액과 섞이지 않도록 별도의 회수용 전해액 탱크를 사용하여 전해액을 분리 회수하면 충전, 방전 과정에서 셀에 공급되는 전해액의 충전상태와 플로우 전지로부터 배출되는 전해액의 충전상태가 일정하게 된다.When the electrolytic solution is separated and recovered by using a separate recovering electrolyte tank so that the recovered electrolyte is not mixed with the existing electrolyte existing in the electrolyte tank during charging and discharging, The charged state and the charged state of the electrolyte discharged from the flow cell become constant.

따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 충전 전압 및 방전 전압이 일정한 전압레벨을 유지하는 구간이 나타나게 된다. 즉 전해액 혼합에 의한 과전압 발생을 완화시킬 수 있다. Therefore, as shown in FIG. 9, a period in which the charge voltage and the discharge voltage maintain a constant voltage level appears. That is, it is possible to alleviate the occurrence of the overvoltage due to the electrolyte solution mixing.

만약 단위셀로부터 배출되어 회수되는 전해액을 별도로 보관하지 않고 기존의 방법처럼 전해액 탱크에 있는 전해액과 섞이게 하면, 단위 셀에 공급되는 전해액 내에 이미 변환된 이온의 양이 시간이 경과함에 따라 점점 증가하므로, 도 9의 그래프에 도시한 종래의 방법에 의한 그래프와 같이 전압이 상승하거나 하강한다. 전압이 상승한 만큼 충전을 위해 에너지가 더 필요하고 전압이 하강한 만큼 방전과정에서 더 많은 에너지 손실이 발생된다. If the electrolytic solution discharged from the unit cell is not stored separately but mixed with the electrolytic solution in the electrolytic solution tank as in the conventional method, the amount of ions already converted into the electrolytic solution supplied to the unit cell gradually increases with time, The voltage rises or falls as shown in the graph of the conventional method shown in the graph of Fig. As the voltage rises, more energy is needed for charging, and as the voltage drops, more energy is lost in the discharge process.

도 9의 그래프로부터 알 수 있듯이, 기존의 방법과 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방법을 비교하면, 충전 동작에서는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방법을 사용할 경우 더 낮은 전압을 유지하며 방전 동작에서는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방법이 더 높은 전압을 유지하게 된다. As can be seen from the graph of FIG. 9, when comparing the conventional method and the method according to another embodiment of the present invention, the charging operation maintains a lower voltage when the method according to another embodiment of the present invention is used, The method according to another embodiment of the present invention maintains a higher voltage.

따라서 본 발명에 따라 극성 별로 2개의 전해액 탱크를 구비하고, 2개의 전해액 탱크 중에서 1개의 전해액 탱크를 회수용 전해액 탱크로 사용하는 방법은 더 높은 충방전 효율을 갖게 된다.Therefore, according to the present invention, two electrolytic solution tanks are provided for each polarity, and one of the two electrolytic solution tanks is used as a recovering electrolytic solution tank, resulting in higher charging / discharging efficiency.

만약 추가적인 충전이나 방전이 필요한 경우에는 전해액 유로 및 밸브를 설치하거나 펌프를 반대로 동작시켜 회수된 전해액을 다시 셀에 공급한다. If additional charging or discharging is required, the electrolyte flowpath and valve are installed or the pump is operated in reverse to supply the recovered electrolyte back to the cell.

추가적인 회수용 전해액 탱크를 사용함에 따른 부피증가를 방지하기 위해 여러 개의 전해액 탱크를 설치하고 이를 순차적으로 사용하면, 대폭적인 부피증가를 방지하며 전해액 탱크로 회수되는 전해액이 섞이게 되는 것을 방지할 수 있다.In order to prevent an increase in volume due to the use of the additional recovering electrolyte tank, a plurality of electrolyte tanks are installed and sequentially used, thereby preventing a significant increase in volume and preventing the electrolyte recovered in the electrolyte tank from being mixed.

또한 도 8과 같은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방법과 종래의 방법을 함께 사용할 수도 있다. 이를 테면 완전 충전이나 완전 방전에 이르는 시점에서는 종래의 방법과 같이 셀에서 변환된 전해액이 전해액 탱크에서 혼합되도록 하는 방법이 사용될 수도 있다. 또한 완전 충전 단계에 다다르면 정전압 충전 방법이 사용될 수도 있다. Also, the method according to another embodiment of the present invention as shown in FIG. 8 may be used together with the conventional method. For example, at the time of reaching a full charge or a complete discharge, a method may be employed in which the electrolytic solution converted in the cell is mixed in the electrolyte tank as in the conventional method. When the full charge stage is reached, the constant voltage charging method may also be used.

전술한 바와 같이 종래의 대부분의 플로우 전지에는 바이폴라 구조가 사용되며 도 2와 같은 구조를 갖는다. 종래의 바이폴라 플로우 전지에서 바이폴라 플레이트로는 흑연과 레진을 사용한 흑연 복합체가 많이 사용된다.As described above, most conventional flow cells use a bipolar structure and have a structure as shown in Fig. In conventional bipolar flow cells, graphite composites using graphite and resin are widely used as bipolar plates.

도 10은 종래의 바이폴라 전극과 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이폴라 카본폼 전극의 모식도로서, (a)는 종래의 바이폴라 전극의 모식도이고, (b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이폴라 카본폼 전극(500)의 모식도이다.FIG. 10 is a schematic view of a conventional bipolar electrode and a bipolar carbon foam electrode according to an embodiment of the present invention, wherein (a) is a schematic view of a conventional bipolar electrode, (b) And is a schematic diagram of the foam electrode 500.

도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래의 바이폴라 전극은 2개의 카본폼과 바이폴라 플레이트로 구성되며 바이폴라 플레이트를 기준으로 한쪽은 양극 전극 다른 한쪽은 음극 전극으로 사용된다. As shown in FIG. 10 (a), a conventional bipolar electrode is composed of two carbon foams and a bipolar plate. On the basis of a bipolar plate, one electrode is used as an anode electrode and the other electrode is used as a cathode electrode.

이러한 종래의 바이폴라 전극에서 바이폴라 플레이트는 2가지 역할을 한다.In such a conventional bipolar electrode, the bipolar plate plays two roles.

첫 번째 역할은 인접셀 사이의 전해액 같은 반응물질이 침투하는 것을 차단하는 것이며, 두 번째 역할은 인접셀 사이의 전기적인 직렬 연결이다.The first role is to block penetration of reactants, such as electrolytes between adjacent cells, and the second role is an electrical series connection between adjacent cells.

그러나 종래의 바이폴라 플로우 전지에서, 바이폴라 플레이트의 자체 전기 저항과 다공성 전극과 바이폴라 플레이트 사이의 전기적인 접속저항이 전체 전기 저항의 상당 부분을 차지하며 무겁고 가격적으로도 상당부분을 차지하고 있다.However, in the conventional bipolar flow cell, the self electrical resistance of the bipolar plate and the electrical connection resistance between the porous electrode and the bipolar plate account for a large portion of the total electrical resistance, and are heavy and costly.

도 10의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이폴라 카본폼 전극(500)은 1개의 카본폼(510)과 반응물질 차단시트(520)를 포함한다.Referring to FIG. 10 (b), the bipolar carbon foam electrode 500 according to an embodiment of the present invention includes one carbon foam 510 and a reactant blocking sheet 520.

본 발명의 일 실시 예에 따른 바이폴라 카본폼 전극(500)에는 바이폴라 플레이트(집전체)가 사용되지 않으며 양극용 카본폼과 음극용 카본폼으로 사용되는 2개의 카본폼 대신 1개의 카본폼이 사용되며 카본폼 가운데 부분에 인접셀로 전해액이나 산소나 수소, 산성수 같은 반응물질이 침투하는 것을 차단시키는 반응물질 차단시트가 설치되도록 구성된다. A bipolar plate (collector) is not used in the bipolar carbon foam electrode 500 according to an embodiment of the present invention, and one carbon foam is used in place of the two carbon foam used as the anode carbon foam and the anode carbon foam And a reaction material blocking sheet for blocking penetration of electrolyte, oxygen, hydrogen, acidic water, or the like into the adjacent cell is installed in the center of the carbon foam.

본 발명의 일 실시 예에 따라 1개의 카본폼으로 형성된 바이폴라 카본폼 전극(500)은 반응물질 차단시트(520)를 기준으로 한쪽은 양극용 전극, 다른 한쪽은 음극용 전극으로 사용된다. 이렇게 함으로써 종래의 바이폴라 플로우 전지에서 집전체로 사용되며 저항 증가의 원인이었던 값이 비싸고 저항이 큰 바이폴라 플레이트를 제거하였다.The bipolar carbon foam electrode 500 formed of one carbon foam according to an embodiment of the present invention is used as a positive electrode electrode on the one hand and a negative electrode electrode on the other hand on the basis of the reaction material blocking sheet 520. By doing so, the bipolar plate, which is used as a current collector in a conventional bipolar flow cell and has a high resistance and a high resistance value, is removed.

또한 1개의 카본폼을 사용하여 연결부를 제거함으로써 바이폴라 플레이트와 카본폼 사이의 접속 저항도 제거하였다.Also, the connection between the bipolar plate and the carbon foam was removed by removing the connection portion using one carbon foam.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이폴라 전극(500)은 바이폴라 플레이트(집전체)를 사용하지 않으며 따라서 플로우 전지의 전기 저항을 대폭 감소시킬 수 있으며 집전체인 바이폴라 플레이트를 제거함으로써 무게를 감소시키고 가격도 대폭 절감시킬 수 있다. Accordingly, the bipolar electrode 500 according to an embodiment of the present invention does not use a bipolar plate (current collector), thereby greatly reducing the electrical resistance of the flow cell and reducing the weight by removing the collector bipolar plate The price can also be drastically reduced.

도 11은 도 10의 (b)에 도시된 바이폴라 카본폼 전극의 제작방법을 나타내는 도면이다.11 is a view showing a manufacturing method of the bipolar carbon foam electrode shown in Fig. 10 (b).

도 11을 참조하면, 먼저 1개의 카본폼을 준비한다(①).Referring to FIG. 11, first, one carbon foam is prepared (1).

이어, 양쪽 또는 한쪽 부분에 반응물질 차단시트를 생성하기 위한 액체 상태의 충진제(Filler)(512)를 충진시킨 후 경화시킨다(②). 이때, 충진제로 충진된 부분은 나중에 전극으로 사용된다. 충진제로는 우레탄, 파라핀, 접착제, 레진 등이 사용될 수 있다. Next, either or both of the portions are filled with a liquid filler 512 for producing a reaction material blocking sheet, and then cured (2). At this time, the portion filled with the filler is used later as an electrode. As the filler, urethane, paraffin, adhesive, resin and the like can be used.

그리고 주형에 충진제(512)가 충진된 카본폼을 넣은 후, 솔벤트에 PVC, PP, PE와 같은 레진이 용해된 솔루션이나 페놀수지, 에폭시, 접착제같은 일액성 또는 이액성 수지(514)를 주입하여, 상온 경화 또는 열경화를 통해 반응물질 차단시트를 성형하거나 금형에 용융된 PTFE 같은 플루오로 수지(Fluoropolymer), PVC, PP, PE, PEEK, PPS 같은 수지를 주입하여 반응물질 차단시트(520)를 형성시킬 수 있다(③). Then, a carbon foam filled with a filler (512) is injected into the mold, and a solution in which a resin such as PVC, PP, or PE is dissolved in the solvent, or a solution in which one or two or more liquid resin 514 such as a phenol resin, A reaction material blocking sheet 520 is formed by injecting a resin such as fluoropolymer, PVC, PP, PE, PEEK or PPS such as PTFE, which is melted, into the mold by molding the reaction material blocking sheet through room temperature curing or thermosetting Can be formed (③).

이 후 솔벤트를 사용하여 카본폼에 충진된 충진제를 제거한다(④). 이렇게 함으로써, 반응물질 차단시트(520)가 형성된 바이폴라 카본폼 전극을 제작할 수 있다. 충진제가 제거된 부분이 전극으로 사용된다.After that, filler is removed from the carbon foam by using solvent (④). By doing so, a bipolar carbon foam electrode in which the reaction material blocking sheet 520 is formed can be produced. The part from which the filler is removed is used as the electrode.

또한 실리콘 오일이나 에틸렌 카보네이트 같은 솔벤트 등과 같이 액체상태의 물질을 충진제로 사용하는 것도 가능하다. 액체상태의 충진제를 사용할 경우 주형에 충진제를 넣고 카본폼을 넣어 충진제를 주입한 후 반응물질 차단시트를 형성시킬 수 있다.It is also possible to use a liquid material such as a silicone oil or a solvent such as ethylene carbonate as a filler. When a filler in a liquid state is used, a filler may be put in a mold and a filler may be injected into a carbon foam to form a reaction material barrier sheet.

또한 반응물질 차단시트에 와이어 같은 도체가 삽입된 형태도 사용될 수 있다. 반응물질 차단시트에 삽입된 도체는 전압 모니터링용, 전압균등화용 또는 단자 등으로 사용될 수 있다. It is also possible to use a form in which a conductor such as a wire is inserted into the reaction material blocking sheet. Conductors inserted into the reactant blocking sheet may be used for voltage monitoring, voltage equalization or terminals.

또한 바이폴라 카본폼 전극에 형성된 반응물질 차단시트가 도전성 갖도록 하는 것도 저항 측면에서 도움이 되며 또한 전압 모니터링용으로 사용될 수 있다.In addition, the reactant blocking sheet formed on the bipolar carbon foam electrode is made conductive so as to be useful in terms of resistance and also for voltage monitoring.

도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 바이폴라 카본폼 전극의 모식도이다.12 is a schematic view of a bipolar carbon foam electrode according to another embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 바이폴라 카본폼 전극(600)은 도전성 시트(또는 메쉬)(610), 2개의 카본폼(622, 624), 반응물질 차단시트(630)를 포함한다. 12, a bipolar carbon foam electrode 600 according to another embodiment of the present invention includes a conductive sheet (or mesh) 610, two carbon foams 622 and 624, a reactant blocking sheet 630 .

도전성 시트(610)로는 구리, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 니켈과 같은 금속이나 다른 도체가 사용될 수 있다.As the conductive sheet 610, metals such as copper, aluminum, stainless steel, nickel, or other conductors may be used.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 바이폴라 카본폼 전극(600)은 카본폼과 니켈폼처럼 양극과 음극에 사용되는 다공성 전극 물질의 종류나 형태가 다른 경우에 사용될 수 있다. The bipolar carbon foam electrode 600 according to another embodiment of the present invention can be used when the types and shapes of the porous electrode materials used for the positive electrode and the negative electrode are different, such as carbon foam and nickel foam.

반응물질 차단시트(630)는 도전성 시트 및 전극 물질과 도전성 시트를 전기적으로 접속시키는 솔더 같은 접속물질이 전해액이나 수소나 산소, 산성수 같은 반응물질에 노출되는 것을 차단하는 역할도 수행한다.The reactant blocking sheet 630 also serves to prevent the conductive sheet and the solder-like connecting material, which electrically connects the electrode material and the conductive sheet, from being exposed to an electrolytic solution or reactive materials such as hydrogen, oxygen, and acidic water.

도 13은 도 12에 도시된 바이폴라 카본폼 전극의 제작방법을 나타내는 도면이다. 13 is a view showing a manufacturing method of the bipolar carbon foam electrode shown in Fig.

도 13을 참조하면, 2개의 카본폼(622, 624)은 도전성 시트(610)에 솔더링, 브레이징, 용접, 도전성 접착제, 도전성 테이프 중에서 적어도 한가지를 사용하여 전기적으로 접속된다. 13, the two carbon foams 622 and 624 are electrically connected to the conductive sheet 610 using at least one of soldering, brazing, welding, conductive adhesive, and conductive tape.

그 후 도전성 시트(610)의 윗면 및 아랫면에 순차적 또는 동시에 솔벤트에 PVC, PP, PE와 같은 레진을 용해시킨 솔루션이나 페놀수지, 에폭시, 접착제같은 일액성 또는 이액성 수지를 사용하여 상온 경화 또는 열경화를 통해 도전성 시트(610) 위에 반응물질 차단시트(630)를 형성시킨다. Thereafter, a solution in which resins such as PVC, PP, and PE are sequentially or simultaneously dissolved in the solvent on the upper and lower surfaces of the conductive sheet 610, a solution prepared by dissolving resins such as phenol resin, epoxy, The reaction material blocking sheet 630 is formed on the conductive sheet 610 through curing.

도전성 시트(610) 위에 형성된 반응물질 차단시트(630)는 도전성 시트(610)가 반응물질에 노출되는 것을 방지하는 역할도 수행한다. The reaction material blocking sheet 630 formed on the conductive sheet 610 also serves to prevent the conductive sheet 610 from being exposed to the reactive material.

도전성 시트(610)에 솔더링이나 브레이징(brazing)을 통해 카본폼을 접속시킬 경우, 윗면, 아랫면의 원활한 공정을 위해 솔더링이나 브레이징 온도가 다른 재료를 사용할 수 있다.When a carbon foam is connected to the conductive sheet 610 through soldering or brazing, materials having different soldering or brazing temperatures may be used for smooth processing of the top and bottom surfaces.

도 12의 바이폴라 전극을 사용하면 종래의 흑연으로 만들어진 바이폴라 플레이트를 사용하는 경우에 비해 금속을 사용할 수 있으므로 그에 따라 전기 저항을 감소시키고 중량 또한 감소시킬 수 있다. When the bipolar electrode of FIG. 12 is used, the metal can be used as compared with the conventional bipolar plate made of graphite, so that the electrical resistance can be reduced and the weight can be reduced.

또한 도 12와 같은 전극은 바이폴라용 뿐만 아니라 모노폴라용 전극으로도 사용될 수 있다. The electrode shown in FIG. 12 can be used not only for the bipolar but also for the monopole electrode.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 바이폴라 플로우 전지의 양쪽 끝에 사용되는 모노폴라 카본폼 전극의 모식도이다.14 is a schematic view of a monopolar carbon foam electrode used at both ends of a bipolar flow cell according to another embodiment of the present invention.

도 14를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 모노폴라 카본폼 전극(700)은 1개의 카본폼(710), 도전성 플레이트(720), 반응물질 차단시트(730)을 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 모노폴라 카본폼 전극(700)은 도 12에 도시된 바이폴라 카본폼 전극(600)과는 달리 1개의 카본폼을 사용한 점에서 차이가 있다. 14, a mono polar carbon foam electrode 700 according to another embodiment of the present invention includes one carbon foam 710, a conductive plate 720, and a reaction material blocking sheet 730. The mono polar carbon foam electrode 700 according to another embodiment of the present invention differs from the bipolar carbon foam electrode 600 shown in FIG. 12 in that one carbon foam is used.

도전성 플레이트(720)는 단자로 사용되거나 단자와 연결되는 도체로 구리, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 니켈과 같은 금속 또는 다른 도체도 사용될 수 있다. The conductive plate 720 may be used as a terminal or a conductor connected to a terminal, and may be a metal or other conductor such as copper, aluminum, stainless steel, nickel, or the like.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 바이폴라 플로우 전지에 사용되는 바이폴라 카본폼 전극의 모식도이다.15 is a schematic view of a bipolar carbon foam electrode used in a bipolar flow cell according to another embodiment of the present invention.

도 15를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 바이폴라 카본폼 전극(800)은 2개의 카본폼(812, 814), 2개의 도전성 시트(822, 824), 반응물질 차단시트(830)를 포함한다.15, a bipolar carbon foam electrode 800 according to another embodiment of the present invention includes two carbon foams 812 and 814, two conductive sheets 822 and 824, a reaction material blocking sheet 830, .

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 바이폴라 카본폼 전극(800)은 도 14의 모노폴라 카본폼 전극 2개의 도전성 시트(822, 824)를 전기적으로 접속시킨 후 반응물질 차단시트를 형성시킨 것이다.The bipolar carbon foam electrode 800 according to another embodiment of the present invention is formed by electrically connecting the two conductive sheets 822 and 824 of the mono polar carbon foam electrode shown in FIG.

도 12 및 도 15의 바이폴라 전극은 모노폴라 전극으로도 사용할 수 있으며 반응물질 차단시트 내부의 도전성 시트는 전압 모니터링용으로 사용될 수 있다.The bipolar electrode of FIGS. 12 and 15 may also be used as a mono polar electrode, and the conductive sheet within the reactant blocking sheet may be used for voltage monitoring.

본 발명에 따른 바이폴라 전극과 모노폴라 전극은 다음과 같은 형태로 제작되면 반응물질 차단시트 형성이 보다 쉬워진다.When the bipolar electrode and the mono polar electrode according to the present invention are manufactured in the following form, the formation of the reactant blocking sheet becomes easier.

도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 바이폴라 전극의 모식도이다.16 is a schematic diagram of a bipolar electrode according to another embodiment of the present invention.

도 16의 (a)를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 바이폴라 전극(910)은 다수 개로 분할된 카본폼(912: 912-1, 912-2, 912-3, 912-4)과 반응물질 차단시트(914)를 포함하도록 구성된다. 또는 1개의 카본폼에 반응물질 차단시트용 레진이 주입될 수 있는 입구가 만들어진 도 16의 (a)와 같은 형상을 갖는 1개의 카본폼이 사용될 수도 있다.Referring to FIG. 16A, a bipolar electrode 910 according to another embodiment of the present invention includes a plurality of carbon foam layers 912: 912-1, 912-2, 912-3, and 912-4, And a reactant blocking sheet 914. Alternatively, one carbon foam having a shape as shown in Fig. 16 (a) in which an inlet through which a resin for reactant blocking sheet can be injected into one carbon foam may be used.

도 16의 (b)를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 바이폴라 전극(920)은 내부에 다수의 구멍(922A)이 형성된 카본폼(922)과 반응물질 차단시트(924)로 포함하도록 구성된다. 여기서, 상기 구멍(922A)은 상기 반응물질 차단시트(924)의 평면방향으로 형성된다. Referring to FIG. 16B, the bipolar electrode 920 according to another embodiment of the present invention includes a carbon foam 922 in which a plurality of holes 922A are formed, and a reaction material blocking sheet 924 . Here, the hole 922A is formed in the plane direction of the reaction material blocking sheet 924. [

도 16의 바이폴라 전극을 사용하면 카본폼의 면적이 넓을 경우 반응물질 차단시트를 성형할 때 레진 같은 반응물질 차단시트 재료를 카본폼 내부로 주입하는 것이 용이해진다.When the bipolar electrode of FIG. 16 is used, it is easy to inject the reaction material blocking sheet material such as resin into the carbon foam when the reactive material blocking sheet is formed when the carbon foam has a large area.

한편 도 16과 같은 본 발명에 따른 바이폴라 전극은 연료전지에서 바이폴라 플레이트처럼 집전체로 사용될 수도 있다.On the other hand, the bipolar electrode according to the present invention as shown in FIG. 16 may be used as a current collector in a fuel cell, such as a bipolar plate.

도 16의 (a)의 카본폼과 카본폼 사이의 공간과 도 16의 (b)의 카본폼(922) 내부의 공간은 산소나 수소 같은 가스가 공급, 배출되고 산성수가 배출되는 유로로 사용될 수 있다.The space between the carbon foam and the carbon foam in FIG. 16 (a) and the space inside the carbon foam 922 in FIG. 16 (b) can be used as a flow path for supplying and discharging gas such as oxygen and hydrogen and discharging the acidic water have.

또한 도 16과 같은 본 발명에 따른 바이폴라 전극은 종래의 연료전지 전극의 바이폴라 플레이트와 가스 확산층(Gas Diffusion Layer)을 통합하여 바이폴라 플레이트가 필요 없는 가스 확산층으로 사용될 수도 있다.The bipolar electrode according to the present invention as shown in FIG. 16 may be used as a gas diffusion layer which does not require a bipolar plate by integrating a bipolar plate and a gas diffusion layer of a conventional fuel cell electrode.

도 16의 (c)를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 바이폴라 전극(930)은 다수 개로 분할된 카본폼(932: 932-1, 932-2, 932-3, 932-4), 반응물질 차단시트(934) 및 카본폼 사이의 공간에 설치되는 유로 보강제(936)를 포함하도록 구성된다.Referring to FIG. 16C, the bipolar electrode 930 according to another embodiment of the present invention includes a plurality of carbon foam pieces 932: 932-1, 932-2, 932-3, and 932-4, A reaction material blocking sheet 934, and a flow enhancer 936 installed in a space between the carbon foam.

도 16의 (d)를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 바이폴라 전극(940)은 내부에 다수의 구멍(942A)이 형성된 카본폼(942), 반응물질 차단시트(944) 및 상기 각 구멍(942A)의 내측에 설치되는 유로 보강제(946)를 포함하도록 구성된다.Referring to FIG. 16D, the bipolar electrode 940 according to another embodiment of the present invention includes a carbon foam 942 having a plurality of holes 942A formed therein, a reaction material blocking sheet 944, And a flow enhancer 946 provided inside each hole 942A.

(c) 및 (d)의 실시 예는 바이폴라 전극을 연료전지에 사용할 때 압축력에 의해 유로의 형상 변형을 방지하기 위한 유로 보강제(936, 946)를 사용한 것이다. (c) and (d) use the flow enhancers 936 and 946 for preventing the shape of the flow path from being deformed by the compressive force when the bipolar electrode is used for the fuel cell.

이렇게 유로 보강제(936, 946)를 사용함으로써 유로의 형상을 유지할 수 있다. 유로 보강제의 재질로는 생성된 물의 배출을 원할하게 하기 위하여 PTFE 같은 발수성 재질이 효과적이다. 또한 도 11의 본 발명에 따른 실시 예에서 사용된 충진제를 유로의 형상 유지를 위해 사용할 수도 있다.By using the flow enhancers 936 and 946, the shape of the flow path can be maintained. As a material of the Euro reinforcement, a water repellent material such as PTFE is effective in order to facilitate the discharge of the generated water. Also, the filler used in the embodiment of the present invention shown in Fig. 11 may be used for maintaining the shape of the flow path.

이상, 바이폴라 전극 및 모노폴라 전극에서, 전극재료로 카본폼을 사용하는 것을 예시하였지만 니켈이나 납, 알루미늄 같은 다른 다공성 전극재료를 사용할 수도 있으며, 다른 형태 또는 다른 재질의 2개의 전극재료가 사용될 수도 있다.In the above description, the use of carbon foam as the electrode material in the bipolar electrode and the mono polar electrode is exemplified, but other porous electrode materials such as nickel, lead and aluminum may be used, or two electrode materials of different shapes or different materials may be used .

본 발명에 따른 도 10 ~ 도 16에서, 본 발명이 전극 또는 전극을 구성하는 요소인 집전체, 가스확산층과 같은 전극의 일부 요소로도 사용될 수 있음을 설명하였다. 따라서 본 발명에서 전극이라 함은 전기에너지가 저장되거나 전기화학반응이 발생되는 부분과 집전체, 가스확산층과 같이 부가적으로 필요한 부분을 모두 포함한다.10 to 16 according to the present invention, it has been described that the present invention can also be used as a part of an electrode such as a current collector or a gas diffusion layer, which is an element constituting an electrode or an electrode. Therefore, in the present invention, the electrode includes both a portion where electric energy is stored or an electrochemical reaction occurs, and a portion required additionally such as a current collector and a gas diffusion layer.

도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 일체형 바이폴라 전극의 모식도이고, 도 18a 및 도 18b는 도 17에 도시된 절단선 I-I'에 따라 절단한 단면도이다.FIG. 17 is a schematic view of an integrated bipolar electrode according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 18A and 18B are cross-sectional views taken along the line I-I 'shown in FIG.

도 17을 참조하면, 일체형 바이폴라 전극은 도 10 내지 16의 바이폴라 전극의 반응물질 차단시트에 전해액 유로 등을 형성시킨 것이다.Referring to FIG. 17, the integrated bipolar electrode is formed by forming an electrolyte flow path or the like on the reaction material blocking sheet of the bipolar electrode of FIGS. 10 to 16.

도 18의(a) 및 도 18의 (b)는 도 17에 도시된 절단선 I-I' 따라 절단한 단면도이다.18 (a) and 18 (b) are cross-sectional views taken along the line I-I 'shown in Fig.

도 18의 (a)는 반응물질 차단시트에 전해액 유로 등을 형성시킨 일체형 바이폴라 전극이며, 도 18의 (b)는 반응물질 차단시트에 전해액 유로 등이 형성된 전해액 유로 플레이트를 접착시킨 일체형 바이폴라 전극이다.18 (a) is an integral bipolar electrode in which an electrolyte flow path or the like is formed on a reaction material barrier sheet, and FIG. 18 (b) is an integral bipolar electrode in which an electrolyte flow path plate, .

또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 일체형 바이폴라 전극은 반응물질 차단시트에 전해액 유로 등이 형성된 전해액 유로 플레이트를 접착 또는 부착시켜 만들어질 수도 있다.The integrated bipolar electrode according to an embodiment of the present invention may be formed by adhering or attaching an electrolyte flow path plate having an electrolyte flow path to a reaction material blocking sheet.

본 발명의 일 실시 예에 따른 일체형 바이폴라 전극에 이온 교환막을 부착시키면 구조가 더욱 단순해지며 조립공정이 보다 원활해진다.If the ion exchange membrane is attached to the integrated bipolar electrode according to an embodiment of the present invention, the structure becomes simpler and the assembling process becomes more smooth.

본 발명의 일 실시 예에 따른 바이폴라 전극 및 모노폴라 전극의 상세한 설명을 위해 플로우 전지에 사용되는 경우를 예시하였지만, 다른 바이폴라 구조를 갖는 이차전지나 캐패시터 같은 전기화학셀 및 내화학성 등의 요구조건 때문에 집전체 선택이 어려운 전기화학셀 이를테면 전해액으로 황산을 사용하는 전기이중층 캐패시터 같은 전기화학셀에서 매우 유용하게 사용될 수 있다. 본 발명에서 전기에너지 저장장치는 플로우 전지 및 전기화학셀을 포함한다. The bipolar electrode and the mono polar electrode according to an embodiment of the present invention are used for a flow cell. However, due to requirements such as an electrochemical cell such as a secondary battery or a capacitor having a different bipolar structure and chemical resistance, Electrochemical cells, such as electric double layer capacitors using sulfuric acid as electrolyte, can be very useful because they are difficult to select entirely. In the present invention, an electric energy storage device includes a flow cell and an electrochemical cell.

도 3에서 언급한 바와 같이 플로우 전지에서는 충전 또는 방전 과정에서, 전극 내에서 전해액이 이동함에 따라 변환된 이온의 양이 증가한다. 따라서 충전 과정에서는, 전극 내에서 전해액이 이동함에 따라 개방전압이 점점 증가하고 방전 과정에서는 전극 내에서 전해액이 이동함에 따라 개방전압이 점점 감소한다. 따라서 전극 내에서 위치별로 개방전압이 달라진다. 도체에서는 항상 등전위가 유지되어야 하므로 전류분포 또한 달라진다. 전극에서 전해액이 유입되는 부분에서 상대적으로 전류밀도가 크고 전해액이 이동하는 방향으로 갈수록 점점 전류밀도가 감소한다. 따라서 전극 내에서 전해액이 이동함에 따라 변환효율이 감소하게 된다.As shown in FIG. 3, in the flow cell, the amount of converted ions increases as the electrolyte moves in the electrode during charging or discharging. Accordingly, in the charging process, as the electrolyte moves in the electrode, the open-circuit voltage gradually increases. In the discharging process, the open-circuit voltage decreases gradually as the electrolyte moves in the electrode. Therefore, the open-circuit voltage varies depending on the position in the electrode. Since the equipotential should always be maintained in the conductor, the current distribution also changes. The current density is relatively large at the portion where the electrolyte flows from the electrode, and the current density is gradually decreased as the electrolyte moves. Therefore, the conversion efficiency decreases as the electrolyte moves in the electrode.

도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬로 연결된 전극군으로 구성된 전극의 모식도와 전류분포이다.FIG. 19 is a schematic diagram and current distribution of electrodes composed of electrode groups connected in parallel according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 19를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬로 연결된 전극군으로 구성된 전극은 병렬로 연결되는 분할된 복수개의 카본폼(1010), 병렬 연결을 위한 병렬 연결 전해액 공급 유로(1020)와 병렬 연결 전해액 회수 유로(1030)를 포함하도록 구성된다. Referring to FIG. 19, an electrode composed of electrode groups connected in parallel according to an embodiment of the present invention includes a plurality of divided carbon foam 1010 connected in parallel, a parallel connected electrolyte supply channel 1020 for parallel connection, And a parallel-connected electrolyte recovery flow path 1030.

카본폼의 형상은 전해액이 유입되는 입구는 넓고 길이는 짧은 형태가 바람직하다. 전극을 복수개로 분할하고 병렬로 연결함으로써 도 19와 같이 전류분포 불균일을 감소시키고 전해액이 전극 내에서 이동하는 거리를 단축시킴으로써, 유체저항을 감소시킬 수 있다. 이러한 병렬 연결을 통하여 과전압을 감소시켜 효율을 증가시키고 더 균일한 전류분포를 갖도록 함으로써 하이브리드 플로우 전지와 같이 전극에 전기에너지를 저장하는 경우 덴드라이트 발생을 감소시킬 수 있다.It is preferable that the shape of the carbon foam is wide and the length of the inlet is short. By dividing the electrodes into a plurality of electrodes and connecting them in parallel, it is possible to reduce the fluid resistance by reducing the current distribution irregularities and shortening the distance that the electrolytic solution moves within the electrodes, as shown in Fig. This parallel connection reduces the overvoltage to increase the efficiency and the more uniform current distribution so that the dendrite generation can be reduced when the electric energy is stored in the electrode like the hybrid flow cell.

도 19와 같이, 병렬로 연결된 전극군이 도 10 내지 16과 같은 바이폴라 전극 또는 모노폴라 전극과 같은 방법으로 만들어지면 저항 감소, 가격 절감은 물론 전술한 바와 같이 반응물질 차단시트 성형 공정이 매우 용이해진다. As shown in FIG. 19, when the electrodes connected in parallel are made by the same method as the bipolar electrode or the mono polar electrode as shown in FIGS. 10 to 16, the resistance reduction, cost reduction, .

도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보존액을 사용하는 플로우 전지를 나타낸 구성도이다.20 is a configuration diagram showing a flow cell using a preserving liquid according to an embodiment of the present invention.

도 20을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 보존액을 사용하는 플로우 전지는 도 1과 같은 종래의 플로우 전지에서 보존액과 보존액을 보관하는 보존액 탱크를 더 포함하도록 구성됨을 특징으로 한다. 보존액 탱크는 양극용 전해액 펌프(70)를 통해 양극용 보존액 탱크(1120) 및 음극용 전해액 펌프(80)를 통해 음극용 보존액 탱크(1130)를 포함한다. 한편, 양극용 보존액 탱크(1120) 및 음극용 보존액 탱크(1130)를 제외한 나머지 구성들은 도 1에서 설명한 내용과 중복되는 바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.Referring to FIG. 20, a flow cell using a preserving liquid according to an embodiment of the present invention is further comprised of a preserving liquid tank for storing a preserving liquid and a preserving liquid in the conventional flow cell as shown in FIG. The reservoir tank includes a reservoir tank 1130 for a negative electrode through a reservoir tank 1120 for a positive electrode and an electrolyte pump 80 for a negative electrode through an electrolytic solution pump 70 for a positive electrode. The remaining components except for the positive electrode reservoir tank 1120 and the negative electrode reservoir tank 1130 overlap with those described in FIG. 1, and a detailed description thereof will be omitted.

전술한 바와 같이 플로우 전지는 태양 전지나 풍력 발전을 통해 생산된 전기에너지를 저장하는 용도로 적합하다. 이러한 용도로 플로우 전지를 사용할 때에는 플로우 전지가 상당한 시간 동안 대기상태에 머물기도 한다. 이러한 대기상태에서는 앞서 언급한 바와 같이 자가방전에 의해 저장된 전기에너지가 손실되고 플로우 전지도 계속된 전기화학적인 스트레스를 받게 되어 수명이 단축된다.As described above, the flow cell is suitable for the purpose of storing electric energy produced by solar cells or wind power generation. When a flow cell is used for this purpose, the flow cell may remain in a standby state for a considerable period of time. In such a standby state, as described above, electric energy stored by the self-discharge is lost, and the flow cell is subjected to continuous electrochemical stress, thus shortening the life span.

본 발명에서는 이를 완화시키기 위해 플로우 전지가 대기상태에 이르면 전해액 대신 보존액을 플로우 전지에 주입하여 대기상태를 유지하도록 함으로써 자가방전에 의한 전기에너지 손실을 방지하고 전기화학반응을 차단함으로써 플로우 전지가 대기상태에서 받는 스트레스를 경감시켜 플로우 전지의 수명을 연장시킬 수 있다. 보존액은 전해액에 사용되는 솔벤트를 포함하는 것이 바람직하다. In order to alleviate this, in the present invention, when the flow cell reaches the standby state, the storage liquid is injected into the flow cell instead of the electrolyte to maintain the standby state, thereby preventing the loss of electrical energy due to self-discharge and blocking the electrochemical reaction, The lifetime of the flow cell can be prolonged. The preservative liquid preferably contains a solvent used in the electrolytic solution.

본 발명의 일 실시 예에 따른 플로우 전지를 설명하기 위해 바나듐 계열의 플로우 전지를 많이 언급하였지만 다른 플로우 전지에도 본 발명을 적용할 수 있으며 또한 본 발명의 상세한 설명을 위해 전극으로 카본폼을 예시하였지만 다른 예로 카본 펠트, 니켈폼, 알루미늄폼, 납폼 등 다공성 전극에 본 발명을 적용할 수 있다.Although a flow cell according to an embodiment of the present invention has been described in detail, the present invention can be applied to other flow cells, and a carbon foam is exemplified as an electrode for detailed explanation of the present invention. However, For example, the present invention can be applied to porous electrodes such as carbon felt, nickel foam, aluminum foam, and lead.

또한 본 발명에서 플로우 전지는 연료전지를 포함하는 개념이다. 연료전지는 플로우 전지와 구조적으로 매우 유사하며 유로를 통해 흐르는 물질이 액체 대신 기체인 것이 차이점이다. The flow cell in the present invention is a concept including a fuel cell. Fuel cells are structurally very similar to flow cells, with the difference that the material flowing through the flow path is a gas instead of a liquid.

또한 본 발명에 따른 바이폴라 카본폼과 모노폴라 카본폼과 같은 바이폴라 전극, 모노폴라 전극은 적용 대상이 플로우 전지에 한정되지 않는다. 일차전지, 이차전지, 슈퍼캐패시터 같은 전기화학셀에서도 사용될 수 있다.The bipolar electrode and the mono polar electrode such as the bipolar carbon foam and the monopolar carbon foam according to the present invention are not limited to the flow cell. And may also be used in an electrochemical cell such as a primary cell, a secondary cell, and a super capacitor.

본 발명의 설명에서 다양한 실시 예로 본 발명의 구조 및 동작 그리고 제조방법을 개시하였지만 해당분야에 종사하거나 해당분야에 대한 지식을 가진 사람이면 본 발명의 범주 내에서 다양한 형태로 변형시킬 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention.

Claims (23)

플로우 전지에 있어서,
전극;
상기 전극에 공급 및 배출되는 전해액;
상기 전해액이 이동되는 전해액 유로; 및
상기 전해액 유로에 전해액 단절부를 생성시키는 전해액 단절부 생성 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우 전지.
In a flow cell,
electrode;
An electrolytic solution supplied to and discharged from the electrode;
An electrolyte flow path through which the electrolyte flows; And
And an electrolyte cut-off portion generating unit for generating an electrolyte cut-off portion in the electrolyte flow path.
제 1 항에 있어서,
상기 전해액 단절부 생성 유닛은 상기 전해액을 방울 또는 토막 형태로 생성시키는 것을 특징으로 하는 플로우 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte cut-off portion generating unit generates the electrolyte solution in the form of a droplet or a slice.
제 1 항에 있어서,
상기 전해액 단절부 생성 유닛은 상기 전해액 유로 내에 버블을 생성시켜 상기 버블에 의해 전해액 단절부가 생성되는 것을 특징으로 하는 플로우 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte cut-off portion generating unit generates a bubble in the electrolyte flow path, and an electrolyte cut-off portion is generated by the bubble.
제 1 항에 있어서,
상기 전해액 단절부 생성 유닛은 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte cut-off portion generating unit includes a pump.
제 1 항에 있어서,
상기 전해액 단절부 생성 유닛은 온-오프 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte cut-off portion generating unit includes an on-off valve.
제 1 항에 있어서,
상기 전해액은 셀로부터 전해액 펌프에 의해 흡입되어 이동하는 것을 특징으로 하는 플로우 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolytic solution is sucked and moved from the cell by an electrolyte pump.
제 1 항에 있어서,
상기 전해액 유로에 다공성 보조 전극이 설치되고, 상기 다공성 보조 전극은 상기 전극에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 플로우 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the porous auxiliary electrode is provided on the electrolyte flow path, and the porous auxiliary electrode is electrically connected to the electrode.
제 7 항에 있어서,
상기 다공성 보조 전극의 재질은 카본 계열인 것을 특징으로 하는 플로우 전지.
8. The method of claim 7,
Wherein the porous auxiliary electrode is made of carbon.
제 1 항에 있어서,
상기 전해액 유로에서 셀에 전해액을 공급하는 전해액 공급 유로는 전해액 공급 매니폴드로부터 분기되며 상기 전해액 공급 매니폴드에는 전해액 양을 조절하는 전해액양 조절장치를 갖춘 것을 특징으로 하는 플로우 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte solution supply passage for supplying the electrolyte solution to the cells in the electrolyte solution flow path is branched from the electrolyte solution supply manifold and the electrolyte solution supply manifold is provided with an electrolyte solution amount adjusting device for adjusting the amount of the electrolyte solution.
제 1 항에 있어서,
상기 플로우 전지의 전해액 펌프가 정지 상태일 때 상기 전해액 유로로 상기 전해액이 흘러들어가는 것을 방지하기 위해 상기 전해액 유로의 일부가 상기 전해액의 액면보다 높은 곳에 위치하는 것을 특징으로 하는 플로우 전지.
The method according to claim 1,
Wherein a portion of the electrolyte flow path is located at a higher level than a level of the electrolyte solution to prevent the electrolyte solution from flowing into the electrolyte flow path when the electrolyte pump of the flow cell is in a stopped state.
플로우 전지에 있어서,
전극;
상기 전극에 공급, 배출되는 전해액;
상기 전해액이 이동되는 전해액 유로; 및
셀로부터 배출된 상기 전해액을 보관하는 별도의 전해액 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우 전지.
In a flow cell,
electrode;
An electrolytic solution supplied to and discharged from the electrode;
An electrolyte flow path through which the electrolyte flows; And
And a separate electrolyte tank for storing the electrolyte discharged from the cell.
전기에너지 저장장치에 있어서,
다공성 전극; 및
상기 다공성 전극의 일부에 형성된 반응물질 차단시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치.
In an electrical energy storage device,
A porous electrode; And
And a reaction material blocking sheet formed on a part of the porous electrode.
제 12 항에 있어서,
상기 반응물질 차단시트를 중심으로 상기 다공성 전극의 한쪽은 양극전극 다른 한쪽은 음극 전극으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치.
13. The method of claim 12,
Wherein one of the porous electrodes is used as an anode electrode and the other one of the porous electrodes is used as a cathode electrode around the reaction material blocking sheet.
제 12 항에 있어서,
상기 반응물질 차단시트의 재질은 플루오로 수지, PVC, PP, PE, PEEK, PPS, 페놀, 에폭시 중에서 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치.
13. The method of claim 12,
Wherein the material of the reaction material barrier sheet is at least one of a fluororesin, PVC, PP, PE, PEEK, PPS, phenol, and epoxy.
제 12 항에 있어서,
상기 다공성 전극은 전도성 시트나 메쉬에 솔더링, 브레이징, 용접, 도전성 접착제, 도전성 테이프 중에서 적어도 하나를 사용하여 전기적으로 접속된 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치.
13. The method of claim 12,
Wherein the porous electrode is electrically connected to the conductive sheet or the mesh using at least one of soldering, brazing, welding, conductive adhesive, and conductive tape.
제 15 항에 있어서,
상기 전도성 시트나 메쉬의 재질은 카본, 흑연이나 금속인 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치.
16. The method of claim 15,
Wherein the material of the conductive sheet or the mesh is carbon, graphite or metal.
제 12 항에 있어서,
상기 반응물질 차단시트에 도체가 삽입돠고 상기 도체는 상기 다공성 전극에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치.
13. The method of claim 12,
Wherein a conductor is inserted into the reactant blocking sheet and the conductor is electrically connected to the porous electrode.
제 12 항에 있어서,
상기 다공성 전극이 복수개로 분할된 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치.
13. The method of claim 12,
Wherein the porous electrode is divided into a plurality of electric energy storage devices.
제 12 항에 있어서,
상기 다공성 전극의 내부에 상기 반응물질 차단시트의 평면방향으로 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치.
13. The method of claim 12,
And a hole is formed in the porous electrode in a planar direction of the reaction material blocking sheet.
플로우 전지에 있어서,
복수개의 전극으로 구성된 전극군;
상기 전극군에 공급, 배출되는 전해액; 및
상기 전해액이 이동되는 전해액 유로; 를 포함하고,
상기 전해액 유로는,
상기 전해액이 상기 전극군을 구성하는 상기 전극에 병렬로 연결되도록 형성됨을 특징으로 하는 플로우 전지.
In a flow cell,
An electrode group composed of a plurality of electrodes;
An electrolytic solution supplied to and discharged from the electrode group; And
An electrolyte flow path through which the electrolyte flows; Lt; / RTI >
The electrolytic solution flow path,
And the electrolyte is formed to be connected in parallel to the electrodes constituting the electrode group.
제 20 항에 있어서,
상기 전극의 형상은 상기 전해액 입구가 상기 전해액이 통과하는 길이보다 넓은 것을 특징으로 하는 플로우 전지.
21. The method of claim 20,
Wherein the shape of the electrode is such that the inlet of the electrolyte solution is longer than a length through which the electrolyte solution passes.
플로우 전지에 있어서,
전극;
상기 전극에 공급, 배출되는 전해액;
상기 전해액이 이동되는 전해액 유로; 및
대기상태에서 셀에 주입되는 보존액을 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우 전지.
In a flow cell,
electrode;
An electrolytic solution supplied to and discharged from the electrode;
An electrolyte flow path through which the electrolyte flows; And
And a storage liquid which is injected into the cell in a standby state.
제 22 항에 있어서,
상기 보존액은 상기 전해액에 사용되는 솔벤트를 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우 전지.23. The method of claim 22,
Wherein the preserving liquid comprises a solvent used in the electrolyte solution.
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