KR20170097416A - 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지 - Google Patents

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KR20170097416A
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이정배
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 분리판에 유로가 관통되게 형성되어 전극 전해질이 분리판의 전면 및 후면을 통해 유동할 수 있다. 또한, 분리판이 절연 물질로 이루어짐으로 전지의 두께 자체를 얇게 형성할 수 있는 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 분리판의 전면 및 후면에 전도성 물질이 코팅/접합되어 전극부 역할을 하고, 이러한 분리판이 직렬 연결되도록 구성됨으로써, 총 전압이 증가되고 출력이 보다 증가할 수 있는 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.

Description

모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지{Redox Flow Battery for Monopolar type}
본 발명은 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 분리판에 유로가 관통되게 형성되어 전극 전해질이 분리판의 전면 및 후면을 통해 유동할 수 있다. 또한, 분리판이 절연 물질로 이루어짐으로 전지의 두께 자체를 얇게 형성할 수 있는 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 분리판의 전면 및 후면에 전도성 물질이 코팅/접합되어 전극부 역할을 하고, 이러한 분리판이 직렬 연결되도록 구성됨으로써, 총 전압이 증가되고 출력이 보다 증가할 수 있는 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.
최근 파리기후협정이 체결되면서, 세계적으로 환경오염에 대한 관심이 집중됨에 따라, 태양광, 풍력, 연료전지 등 신재생에너지가 각광을 받고 있다. 재생에너지는 입지환경이나 자연조건에 크게 영향을 받으므로 출력 변동이 심하여 연속적 공급이 불가능한 단점이 있어, 잉여전력이나 야간 부하시 에너지를 저장할 수 있는 대용량 에너지저장 기술이 중요하게 부각되고 있다.
이러한 대용량 에너지 저장 기술에는 신속한 대응이 가능한 이차전지가 효율적이며, 이차전지 중 리사이클이 가능하며 출력과 용량의 독립적인 설계가 가능한 레독스 흐름 전지의 연구와 개발이 활발하게 진행되고 있다.
레독스 흐름 전지는 기본적으로 멤브레인, 전극, 바이폴라 플레이트, 집전체 및 전극에 제공되는 전해액이 저장되어 있는 탱크를 포함한다. 그리고, 레독스 흐름 전지는 바이폴라 구조로서 바이폴라 플레이트를 기준으로 전면 및 후면에 서로 다른 전극이 위치하게 된다. 또한, 바이폴라 플레이트의 경우, 요철 구조를 갖는 유로가 형성되어 있고, 요철의 오목부는 바이폴라 플레이트 두께 대비 30 내지 70%의 깊이를 가지고 있다.
한편, 모노폴라 구조를 갖는 레독스 흐름 전지의 경우, 멤브레인, 전극, 플레이트, 집전체 및 탱크로 구성되나, 플레이트에 유로가 형성되어있지 않는 점에서 바이폴라 구조의 레독스 흐름 전지와 차이점을 가지고있다.
그러나, 모노폴라 구조의 레독스 흐름 전지에 구성되는 플레이트의 경우, 전면 및 후면에 유로가 형성되어 있지 않아 고성능을 확보하는데 문제점을 가지고 있다. 또한, 모노폴라 구조의 연료 전지는 병렬연결만 가능하여, 각 전지에 걸리는 전압이 일정함으로 출력을 극대화할 수 없는 문제점을 가지고 있다.
한편, 바이폴라 플레이트의 경우, 전면 및 후면에 일정한 깊이를 가지는 유로가 형성되기 때문에, 두 개의 유로를 형성할 수 있을 정도의 최소한의 두께가 형성되어야 하고, 전도성을 가지는 물질로 이루어짐으로 인해, 바이폴라 플레이트의 두께를 최소화하는데 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-0737987호 미국공개특허 제10-2015-0325874호
본 발명의 목적은 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 분리판에 유로가 관통되게 형성되어 전극 전해질이 분리판의 전면 및 후면을 통해 유동할 수 있다. 또한, 분리판이 절연 물질로 이루어짐으로 전지의 두께 자체를 얇게 형성할 수 있는 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 분리판의 전면 및 후면에 전도성 물질이 코팅/접합되어 전극부 역할을 하고, 이러한 분리판이 직렬 연결되도록 구성됨으로써, 총 전압이 증가되고 출력이 보다 증가할 수 있는 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지는 관통된 유로가 형성되고, 절연된 분리판(Bipolar plate); 및 상기 분리판 전면 및 후면에 위치하는 카본 펠트부;를 포함하고, 상기 분리판의 관통된 유로에 의하여, 상기 분리판으로 유입되는 전극 전해질이 상기 분리판 전면 및 후면으로 유동될 수 있다.
바람직하게는, 상기 분리판은, 비전도성 구조부; 및 상기 비전도성 구조부의 전면 및 후면에 각각 코팅 혹은 접합되는 전도성 물질;을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 분리판의 상기 관통된 유로는, 사형(Serpentine type), 평형(Parallel type), 및 맞물림형(Interdigited type) 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 분리판은 상기 전극 전해질이 유입되는 전해질 유입 통로; 및 상기 전극 전해질이 배출되는 전해질 배출 통로;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 전해질 유입 통로 및 상기 전해질 배출 통로의 적어도 일부분은 굴곡부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 전도성 물질은, 용액 코팅, 스퍼터링, 진공열증착, ALD(Atomic Layer Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition), 페이스팅(Pasting), 닥터-블레이딩(Doctor-blading), 웨브(Web) 코팅, 롤링, 스크린 인쇄, 용액 캐스팅, 분무 침착 및 딥핑 공정 중 어느 하나 이상을 이용하여 상기 분리판의 전면 및 후면에 코팅될 수 있다.
바람직하게는, 상기 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지는, 상기 카본 펠트부 주위를 감싸는 가스켓부;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지는, 관통된 유로가 형성된 2개 이상의 분리판을 포함하고, 그리고 상기 2개 이상의 분리판은 직렬 연결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지는, 2N번째(N은 자연수) 분리판의 전면 전극과 2N+1번째 분리판의 전면 전극을 연결하고, 2N번째 분리판 후면 전극과 2N+1번째 분리판 후면 전극을 연결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지는, 첫번째 분리판의 전극과 2N+2번째(N은 자연수) 분리판의 전극이 연결될 수 있다.
본 발명에 따르면, 분리판에 사형, 평형 및 맞물림형 중 어느 하나의 형상으로 관통된 유로가 형성됨으로써, 분리판 전면 및 후면에 유로가 형성되고, 같은 전극 전해질의 유동을 원활하게 하는 효과가 발생한다. 그리고, 유로가 관통되어 깊이가 형성되지 않고, 분리판이 비전도성 물질을 포함하여 형성되기 때문에 분리판의 두께를 최소화할 수 있는 효과가 발생한다.
또한, 비전도성 물질의 전면 및 후면에 각각 전도성 물질이 코팅 혹은 접합되어 분리판이 형성되고, 분리판에 포함된 전도성 물질이 전극역할을 함으로써, 2개 이상의 분리판을 포함하는 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지는 직렬 연결되도록 구성될 수 있는 효과가 발생한다. 그리고, 전압 및 전극의 면적을 증가시켜 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지의 용량을 증대하고, 고전압을 발생시켜 출력이 극대화되는 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)의 구성 요소를 도시한 분해 사시도이다.
도 2의 (a)는 사형 유로가 형성된 분리판(100) 평면도이고, 도 2의 (b)는 평형 유로가 형성된 분리판(100) 평면도이고, 그리고 도 2의 (c)는 맞물림형 유로가 형성된 분리판(100) 평면도이다. 또한 도 2의 (d)는 도 2의 (a) A-A 단면을 설명하는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 4개의 분리판(100)을 포함하는 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)를 나타내는 개략도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다, 이 과정에서 도면에 도시된 선의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.
도 1 내지 도 3는 본 발명에 따른 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)에 관한 개략도 및 사시도이다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)의 구성 요소를 도시한 분해 사시도이고, 도 2의 (a) 내지 (d)는 본 발명에 따른 분리판(100)을 설명하는 평면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 4개의 분리판(100)을 포함하는 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)를 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)는 분리판(100), 제1 및 제2 카본 펠트부(210, 220), 가스켓부(230) 및 멤브레인(300)을 포함할 수 있다.
분리판(100)은 일반적으로 이차 전지에 사용되는 바이폴라 플레이트(Bipolar plate)로서, 전면 및 후면을 관통하는 유로(P)에 의하여, 분리판(100)으로 유입되는 전극 전해질이 분리판(100)의 전면 및 후면으로 유동될 수 있게 된다.
여기서, 관통된 유로(P)는 도 2에 도시된 바와 같이, 사형(Serpentine type), 평형(Parallel type) 및 맞물림형(Interdigited type) 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다.
여기서, “사형 유로”는 분리판(100)의 일부(즉 사형 형태 부분)가 관통되지 않고, 그 일부를 제외한 부분이 관통된 상태의 유로를 의미하며(도 2 (a) 참고), “평형 유로”는 분리판(100)의 일부(즉 서로 평형하게 존재하는 복수의 일자 형태의 부분)가 관통되지 않고, 그 일부를 제외한 부분이 관통된 상태의 유로를 의미하며(도 2 (b) 참고), 그리고 “맞물림형 유로”는 분리판(100)의 일부(즉 ㄷ자 형상이 서로 이격되어 맞물려 위치하는 부분)가 관통되지 않고, 그 일부를 제외한 부분이 관통된 상태의 유로를 의미함을 유의한다(도 2 (c) 참고).
이때, 도 2의 (d)를 참조하면, 분리판(100)의 사형 형태 부분 사이에 형성된 관통된 공간을 통해 분리판(100)으로 유입되는 전극 전해질이 분리판(100) 전면 및 후면으로 유동됨을 알 수 있다. 참고로, 분리판(100)의 사형 형태 부분의 전면 및 후면은 전도성 물질(120)이 코팅 또는 접합되며, 그 외측에 카본 펠트부(200)가 위치할 수 있으며, 이에 대한 설명은 후술하기로 한다.
이러한 분리판(100)에 형성된 하나의 관통된 유로는 분리판(100) 전후 양면에서 전극 전해질을 이동시키는 유로 역할을 수행함으로, 전극 전해질이 관통된 유로를 따라 이동되면서 전극 전해질의 반응시간을 증대시킬 수 있다. 그리고, 종래 바이폴라 플레이트의 경우 전면 및 후면 모두에 일정 깊이를 가지는 유로가 형성됨으로써, 바이폴라 플레이트 두께는 두 개의 유로 깊이를 포함하고, 기계적으로 안정된 두께를 모두 만족해야 하는 반면, 본 발명에 따른 분리판(100) 두께는 유로의 깊이와 무관하게 기계적으로 안정된 최소한의 두께로 형성됨으로 분리판(100)의 전체적인 두께가 보다 감소할 수 있다는 효과가 발생하게 된다.
추가적으로, 분리판(100)은 전극 전해질이 유입되는 전해질 유입 통로(130) 및 전극 전해질이 배출되는 전해질 배출 통로(140)를 포함할 수 있다. 전해질 유입 통로(130)와 전해질 배출 통로(140)가 대각선 방향으로 편향되거나, 동일한 방향으로 편향될 수 있다. 또한, 2개 이상의 분리판(100)이 배열될 경우, 각 분리판(100)에 형성된 전해질 유입 통로(130) 및 전해질 배출 통로(140)는 상이한 위치에 형성될 수 있다.
예컨대, 도 1을 참조하면, 첫번째 분리판(100)의 전해질 유입 통로(130)가 분리판(100) 상단 오른쪽에 형성되었다면, 두번째 분리판(100)의 전해질 유입 통로(130)는 분리판 상단 왼쪽에 형성될 수 있다. 이때, 첫번째 분리판(100)의 전해질 배출 통로(140)는 분리판 하단 왼쪽에 형성될 수 있고, 두번째 분리판(100)의 전해질 배출 통로(140)는 분리판 하단 오른쪽에 형성될 수 있다.
또한, 전해질 유입 통로(130)는 전기화학반응 전인 전극 전해질을 후술되는 전도성 물질(120)에 공급하여 주고, 전해질 배출 통로(140)는 전기화학반응이 이루어진 전극 전해질을 탱크(도시 암됨)로 배출시켜 주는 역할을 할 수 있다.
여기서, 전해질 유입 통로(130) 및 전해질 배출 통로(140)의 적어도 일부분은 굴곡부를 포함할 수 있다. 이러한 굴곡부는 도 2를 참고하면, 구불구불한 형태의 통로로 형성될 수 있음을 유의한다.
이러한 이유는 전해질 유입 통로(130) 및 전해질 배출 통로(140)로 유입 및 배출되는 전해질이 보다 넓은 반응 표면적을 제공하기 위함이다. 따라서 이러한 역할을 수행할 수 있는 한 전해질 유입 통로(130) 및 전해질 배출 통로(140)의 형태는 특별하게 제한되지 않음을 유의한다.
한편, 이러한 분리판(100)은 비전도성 구조부(110) 및 비전도성 구조부(110)의 전면 및 후면에 각각 코팅 혹은 접합되는 전도성 물질(120)을 포함할 수 있다.
여기서, 비전도성 구조부(110)는 바이폴라 플레이트의 기본 형태를 구성하는 역할을 수행하며, 전도성 물질(120)은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)의 전극 역할을 수행하게 된다. 따라서, 분리판(100)은 전면 및 후면에 위치하는 전극 사이 전기가 통하지 않게 절연 역할을 할 수 있다.
좀 더 상세하게는 비전도성 구조부(110)의 전면 및 후면에 코팅 혹은 접합된 전도성 물질(120) 사이에 전기가 통하지 않게 비전도성 구조부(110)가 절연 물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 비전도성 구조부(110)는 전도성이 없고 내산성이 우수하며 유로가 형성되기 쉽고, 분리판(100)의 두께를 최소화할 수 있다.
한편, 전도성 물질(120)은 후술되는 바와 같이 서로 직렬 연결되도록 구성됨으로써, 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)의 총 전압을 증가시킬 수 있게 된다.
이러한 분리판(100) 형성 방법은 금형을 이용할 수 있다. 예를 들어 유로가 형성된 금형에 전도성 물질(120), 비전도성 구조부(110) 및 전도성 물질(120) 순서로 적층하고, 이러한 금형을 고온 가압함으로써 비전도성 구조부(110)의 전면 및 후면에 전도성 물질(120)이 접합된 분리판(100)이 제조될 수 있게 된다. 이때, 적층되는 비전도성 구조부(110) 및 전도성 물질(120)은 파우더, 레진 또는 판 형태로 적층될 수 있음을 유의한다. 또한 비전도성 구조부(110)는 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리스틸렌(PS) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나, 당 분야에서 사용하고 있는 비전도성 물질을 포함하는 한 그 조성은 제한되지 않음을 유의한다.
더욱이, 전도성 물질(120)은 용액 코팅, 스퍼터링, 진공열증착, ALD(Atomic Layer Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition), 페이스팅(Pasting), 닥터-블레이딩(Doctor-blading), 웨브(Web) 코팅, 롤링, 스크린 인쇄, 용액 캐스팅, 분무 침착 및 딥핑 공정 중 어느 하나 이상을 이용하여 비전도성 구조부(110)의 전몇 및 후면에 코팅될 수 있으나, 당 분야에서 사용하고 있는 코팅 또는 접합방법을 포함하는 한 제한되지 않음을 유의한다.
나아가, 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10) 첫번째 분리판과 마지막 분리판(100)은 일 측면에 전도성 물질(120)이 코팅 혹은 접합되고, 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)의 집전체 역할을 하거나, 분리판(100) 일 측면에 집전체가 따로 구성될 수 있다. 집전체가 따로 구성될 경우, 전해질 유입 통로(130) 및 전해질 배출 통로(140)는 집전체에 형성된 전해질 주입구 및 전해질 배출구와 연결되게 형성될 수 있다.
이때, 집전체는 활물질의 전기화학반응에 의해 생성된 전자를 모으거나 전기화학반응에 필요한 전자를 공급하는 역할을 할 수 있다. 나아가, 전기화학반응이 일어난 전극 전해질을 탱크로 유입하거나, 탱크에 저장된 전극 전해질을 전극부로 유입시키는 통로 역할을 할 수 있다.
카본 펠트부(200)는 일반적으로 이차 전지에 사용되는 전극부로서, 분리판(100)의 전면 및 후면에 위치할 수 있다(전면 및 후면 여부에 따라 제1 및 제2 카본 펠트부(210, 220)로 지칭). 도 1을 참조하면, 멤브레인(300) 한 쪽 측면에는 제1 카본 펠트부(210)가 위치하고, 다른 한 쪽 측면에는 제2 카본 펠트부(220)가 위치할 수 있다. 따라서, 분리판(100) 양 측면에는 제1 카본 펠트부(210) 또는 제2 카본 펠트부(220) 중 같은 특성을 가지는 카본 펠트가 위치할 수 있다.
또한, 이러한 카본 펠트부(200)는 레독스 반응이 발생할 수 있는 위치와 발생하는 전자의 통로를 제공하는 역할을 하며, 특히, 분리판(100)에 전극역할을 하는 전도성 물질(120)이 포함되고, 그 측면에 카본 펠트부(210, 220)가 위치함으로써, 이중구조의 전극이 구성되는 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)를 제공할 수 있게 된다.
나아가, 카본 펠트부(200)는 카본 펠트 이외에 카본 페이퍼(Carbon paper) 및 카본 크로스(Carbon cloth) 중 어느 하나 이상의 형태로 형성될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)는 제1 및 제2 카본 펠트부(210, 220) 주위를 감싸는 가스켓부(230)가 더 포함될 수 있다. 가스켓부(230)는 일반적으로 이온 교환막과 전극 사이에 구성되는 것으로, 본 발명에서는 분리판(100) 일 측면에 제1 또는 제2 카본 펠트부(210, 220) 적층 시, 분리판(100)과 제1 또는 제2 카본 펠트부(210, 220)의 간격이 유지하면서 전해액의 누설(Leak)을 방지할 수 있음을 유의한다.
멤브레인(300)은 일반적으로 이차 전지에 사용되는 이온교환막으로서, 선택적으로 이온을 투과하는 분리막 역할을 수행한다. 이러한 멤브레인(300)을 통해 금속 이온이 교환됨으로써, 양극 및 음극의 전극 상호간 산화 환원 반응이 이루어질 수 있다.
추가적으로, 도시되어 있지는 않았으나 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)는 전기화학반응이 일어나지 않은 전지 전해질을 저장하는 탱크, 탱크와 분리판(100)을 연결하고, 전극 전해질이 이동하는 파이프 및 파이프에 형성되고, 전극 전해질을 유입 및 배출시키는 펌프가 포함될 수 있다. 상세하게는 펌프의 구동에 의해 전극 전해질이 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)에서 탱크로 유입 및 배출되므로, 탱크에 저장된 전극 전해질이 탱크와 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)를 순환하게 될 수 있다. 이 때, 펌프는 분리판(100)과 탱크 사이 전극 전해질이 이동하는 파이프에 위치하게 될 수 있다.
도 3를 참조하면, 분리판(100)이 4개 배열되어 직렬 연결된 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)를 볼 수 있다.
이를 위해, 좌측 기준으로 두번째 분리판(100) 전면 및 후면에는 제1 카본 펠트부(210)가 위치하고, 세번째 분리판(100) 전면 및 후면에는 제2 카본 펠트부(220)가 위치하게 될 수 있다. 이에 따라, 멤브레인(300) 전면 및 후면에는 다른 성질의 카본 펠트부(200)가 위치하게 될 수 있다.
여기서, 두번째 분리판(100)의 전면 전도성 물질(120)과 세번째 분리판의 전면 전도성 물질(120)을 연결하고, 두번째 분리판의 후면 전도성 물질(120)과 세번째 분리판의 후면 전도성 물질(120)을 연결하고, 나아가, 첫번째 분리판의 전도성 물질(120)과 네번째 분리판의 전도성 물질(120)를 연결함으로써, 연결된 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)의 직렬연결이 완성될 수 있게 된다.
이러한 이유는, 예를 들어, 두번째 분리판(100)의 전면 및 후면에 애노드 전극 전해질이 유입되는 경우, 세번째 분리판(100)의 전면 및 후면에는 캐소드 전극 전해질이 유입되고, 이러한 구성이 반복됨으로써 직렬 연결이 완성되게 된다.
이와 같이, 전지를 직렬 연결함으로써, 전압 및 전극의 면적이 증가되고 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지의 용량이 증대되며 고전압이 발생되어 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지의 출력이 극대화되는 효과가 발생할 수 있다.
나아가, 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)가 더 많은 분리판(100)을 포함하는 경우, 2N번째(N은 자연수) 분리판(100)의 전면 전도성 물질(120)과 2N+1번째 분리판(100)의 전면 전도성 물질(120)을 연결하고, 2N번째 분리판(100)의 후면 전도성 물질(120)과 2N+1번째 분리판(100)의 후면 전도성 물질(120)을 연결하고, 첫번째 분리판(100)의 전도성 물질(120)과 2N+2번째 전도성 물질(120)을 연결함으로써, 전지의 직렬 연결을 수행할 수 있게 된다.
또한, 2개 이상의 분리판(100)을 포함하는 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)는 첫번째 분리판(100)과 마지막 분리판(100) 사이 증가되는 분리판(100)의 개수가 2의 배수로 증가됨으로, 한 쌍의 분리판(100)이 전기적으로 연결되고, 첫번째와 마지막 분리판(100) 측면에 상이한 성질을 가지는 전도성 물질(120)이 위치하여 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)가 직렬연결될 수 있다.
한편, 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지(10)는 2개 이상의 분리판(100)이 적층될 때, 제1 및 제2 카본 펠트부(210, 220) 상·하부에 전해액 누설을 방지하고, 분리판(100)과 제1 및 제2 카본 펠트부(210, 220) 사이 간격을 유지시켜주는 가스켓부(230)가 더 포함될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지
100 : 분리판
110 : 비전도성 구조부
120 : 전도성 물질
130 : 전해질 유입 통로
140 : 전해질 배출 통로
200 : 카본 펠트부
210 : 제1 카본 펠트부
220 : 제2 카본 펠트부
230 : 가스켓부
300 : 멤브레인

Claims (10)

  1. 관통된 유로가 형성되고, 절연된 분리판(Bipolar plate); 및
    상기 분리판 전면 및 후면에 위치하는 카본 펠트부;를 포함하고,
    상기 분리판의 관통된 유로에 의하여, 상기 분리판으로 유입되는 전극 전해질이 상기 분리판 전면 및 후면으로 유동되는 것을 특징으로 하는,
    모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리판은,
    비전도성 구조부; 및
    상기 비전도성 구조부의 전면 및 후면에 각각 코팅 혹은 접합되는 전도성 물질;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 분리판의 상기 관통된 유로는,
    사형(Serpentine type), 평형(Parallel type) 및 맞물림형(Interdigited type) 중 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 하는,
    모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 분리판(Bipolar plate)은,
    상기 전극 전해질이 유입되는 전해질 유입 통로; 및
    상기 전극 전해질이 배출되는 전해질 배출 통로;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전해질 유입 통로 및 상기 전해질 배출 통로의 적어도 일부분은 굴곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 전도성 물질은,
    용액 코팅, 스퍼터링, 진공열증착, ALD(Atomic Layer Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition), 페이스팅(Pasting), 닥터-블레이딩(Doctor-blading), 웨브(Web) 코팅, 롤링, 스크린 인쇄, 용액 캐스팅, 분무 침착 및 딥핑 공정 중 어느 하나 이상을 이용하여 상기 분리판의 전몇 및 후면에 코팅되는 것을 특징으로 하는,
    모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지는,
    상기 카본 펠트부를 주위를 감싸는 가스켓부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지는,
    관통된 유로가 형성된 2개 이상의 분리판을 포함하고, 그리고
    상기 2개 이상의 분리판은 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는,
    모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지는,
    2N번째(N은 자연수) 분리판의 전면 전극과 2N+1번째 분리판의 전면 전극을 연결하고, 2N번째 분리판의 후면 전극과 2N+1번째 분리판의 후면 전극을 연결하는 것을 특징으로 하는,
    레독스 흐름 전지 구조.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지는,
    첫번째 분리판의 전극과 2N+2번째(N은 자연수) 분리판의 전극을 연결하는 것을 특징으로 하는,
    모노 폴라 타입의 레독스 흐름 전지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023150416A1 (en) * 2022-02-04 2023-08-10 Ess Tech, Inc. Method for bipolar plate fabrication

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