KR20170120283A - 레독스 흐름전지 스택 - Google Patents

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KR20170120283A
KR20170120283A KR1020160048533A KR20160048533A KR20170120283A KR 20170120283 A KR20170120283 A KR 20170120283A KR 1020160048533 A KR1020160048533 A KR 1020160048533A KR 20160048533 A KR20160048533 A KR 20160048533A KR 20170120283 A KR20170120283 A KR 20170120283A
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exchange membrane
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redox flow
membrane
electrolyte
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노희숙
김대환
이지원
전현종
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(주)에너지와공조
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Abstract

레독스 흐름전지 스택이 개시된다. 레독스 흐름전지 스택은 양의 전극, 음의 전극 및 이들 사이에 배치된 멤브레인을 각각 구비하는 복수의 단전지 유닛들 및 단전지 유닛들 사이에 배치된 복수의 쌍극판을 구비한다. 그리고 단전지 유닛들은 멤브레인으로 제1 이온교환막을 구비하는 제1 단전지 유닛들 및 상기 멤브레인으로 제2 이온교환막을 구비하는 제2 단전지 유닛들을 포함한다.

Description

레독스 흐름전지 스택{REDOX FLOW BATTERY STACK HAVING A STRUCTURE FOR PROTECTING METAL CURRENT COLLECTORS}
본 발명은 외부 전력발생장치에서 생성된 전력을 저장할 수 있는 레독스 흐름전지 스택에 관한 것이다.
국제 유가의 상승으로 인한 에너지 위기와 유한한 화석에너지의 고갈에 따른 우려를 계기로 각국의 에너지 정책에 대한 인식이 전환되고 있다. 이와 함께 선진국의 온실가스 감축에 대한 의무적인 이행을 내용으로 하는 교토의정서 채택 이후 에너지 효율 향상을 위한 법률 제정 및 규제 강화 등 전반적인 에너지 절감 정책이 확산되고 있다. 각국 정부에서는 저탄소 사회 구축을 목표로 태양광 및 풍력과 같은 신재생에너지의 보급 확대 정책을 입안하고 있으며, 이는 미래의 성장 동력 발굴과 현재 경기부양의 핵심으로 떠오르면서 국가적인 관심이 집중되고 있다.
신재생에너지의 실용화에는 대용량의 전력 저장장치 개발이 필수적이며, 이에 대한 각국 정부 및 산업계의 연구개발 투자가 급증하고 있다. 대용량의 전력 저장을 위한 방법으로 2차 전지, 양수발전, 울트라 커패시터, 플라이휠, 압축공기 저장, 초전도 코일 등이 활발히 연구되고 있다. 하지만, 양수발전은 막대한 투자 비용과 입지선정이 어렵고, 울트라 커패시터, 플라이휠, 압축공기 저장 및 초전도 코일은 현재까지 실증사업을 통한 기술 개발 단계로서 실용화에 다소 시간이 필요한 상태이다. 그리고 2차 전지는 낮은 효율, 환경오염 문제 및 짧은 수명 등이 문제이다.
따라서 대용량의 전력 저장장치로서 최근 상온 작동이 가능하고 유지보수가 용이하며 환경 친화적인 레독스 흐름 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 레독스 흐름 전지는 산화수가 변하는 활물질을 강산 수용액에 용해하여 전해질을 제공하고, 펌프를 이용하여 이를 셀에 공급하는 전지로서, 전해질은 셀 외부의 탱크에 액체 상태로 저장되어 있고, 충방전이 필요한 경우에만 펌프를 통해 셀 내부에 공급되므로 신속한 기동정지가 가능하고 장시간 정지해도 전력손실이 적으며, 비활성 전극을 사용하여 수명이 긴 장점이 있다.
하지만, 종래의 레독스 흐름전지 시스템에 있어서, 음이온 교환막을 이용하는 경우, 충전시에는 황산 이온 등의 음이온과 함께 용매인 물이 음극실로 이동하나, 방전시에는 부 반응 등의 영향으로 음극실로 이동한 전해액의 일부가 돌아오지 않고 잔류하여 음극실의 전해액 양이 증가하는 문제점이 발생하고, 양이온 교환막을 이용하는 경우에는 상기 음이온 교환막을 사용하는 경우와 완전히 반대의 메커니즘에 의하여 정극실의 액량이 증가하는 문제점이 발생한다. 레독스 흐름전지의 경우 전해질 내의 활물질의 양이 전기용량에 비례하기 때문에, 양극 전해질 및 음극 전해질 중 하나의 양이 감소하게 되면 전지의 용량이 감소하고, 따라서, 양극 전해질 및 음극 전해질 중 하나가 일정 한도까지 감소하는 경우 전지의 운전을 정지하고 전해액의 보충하는 작업이 필요하게 되는 문제점이 발생한다.
본 발명의 목적은 멤브레인을 통해 크로스오버로 인하여 발생하는 양극 전해액과 음극 전해액의 불균형을 해소할 수 있는 레독스 흐름전시 스택을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지 스택은 양의 전극, 음의 전극 및 이들 사이에 배치된 멤브레인을 각각 구비하는 복수의 단전지 유닛들; 및 상기 단전지 유닛들 사이에 배치된 복수의 쌍극판을 포함하고, 상기 단전지 유닛들은 상기 멤브레인으로 제1 이온교환막을 구비하는 제1 단전지 유닛들 및 상기 멤브레인으로 상기 제1 이온교환막과 다른 제2 이온교환막을 구비하는 제2 단전지 유닛들을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 단전지 유닛들의 수와 상기 제2 단전지 유닛들의 수의 비는 약 10: 1 내지 10: 4일 수 있다. 일 예로, 상기 제1 이온교환막은 양이온 교환막이고, 상기 제2 이온교환막은 음이온 교환막일 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 이온교환막은 음이온 교환막이고, 상기 제2 이온교환막은 양이온 교환막일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단전지 유닛들 각각은 가운데 부분에 상기 양극 전극이 수용되는 양극 전해액 챔버용 개구부가 형성되고, 상기 멤브레인의 가장자리를 지지하는 제1 프레임; 및 가운데 부분에 상기 음극 전극이 수용되는 음극 전해액 챔버용 개구부가 형성되고, 상기 제1 프레임과 함께 상기 멤브레인의 가장자리를 지지하는 제2 프레임을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 양극 전해액 챔버용 개구부에서는 양극 전해액이 제1 방향으로 이동하며, 상기 음극 전해액 챔버용 개구부에서는 음극 전해액이 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 이동할 수 있다.
본 발명에 따르면, 양이온 교환막을 구비하는 단전지 유닛들과 음이온 교환막을 구비하는 단전지 유닛들을 함께 이용하여 레독스 흐름전지 스택을 형성함으로써, 멤브레인에 대한 전해액의 크로스오버로 인하여 발생하는 양극 전해액과 음극 전해액의 불균형 문제를 해결 또는 완화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름전지 스택을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 실시예 및 비교예 1에 대해 측정된 전압효율(V.E), 전류효율(C.E) 및 에너지효율(E.E)의 변화를 나타내는 그래프들이다.
도 3은 실시예, 비교예 1 및 비교예 2의 레독스 흐름전지 스택들에 대해 충방전 사이클에 따른 방전용량의 변화를 측정한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에서 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되고 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름전지 스택을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름전지 스택(1000)은 복수의 단전지 유닛(1100a, 1100b, 1100c), 내부 쌍극판(1200A, 1200B), 제1 외부 쌍극판(1300A), 제2 외부 쌍극판(1300B), 제1 집전체(1400A), 제2 집전체(1400B), 제1 엔드 플레이트(1500A) 및 제2 엔드 플레이트(1500B)를 포함한다.
상기 복수의 단전지 유닛(1100a, 1100b, 1100c) 각각은 양의 전극(1110a, 1110b, 1110c), 음의 전극(1120a, 1120b, 1120c), 멤브레인(1130a, 1130b, 1130c), 제1 프레임(1140a, 1140b, 1140c) 및 제2 프레임(1150a, 1150b, 1150c)을 포함할 수 있다.
상기 양의 전극(1110a, 1110b, 1110c) 및 음의 전극(1120a, 1120b, 1120c)은 상기 멤브레인(1130a, 1130b, 1130c)을 사이에 두고 마주보도록 배치될 수 있다. 상기 양의 전극(1110a, 1110b, 1110c) 및 음의 전극(1120a, 1120b, 1120c)은 안정한 탄소계 재질, 예를 들면, 카본 펠트 재질로 형성될 수 있고, 상기 멤브레인(1130a, 1130b, 1130c)은 선택적 이온 투과성 재질로 형성될 수 있다.
상기 제1 프레임(1140a, 1140b, 1140c)은 가운데 부분에 양극 전해액 챔버용 개구부가 형성된 사각형 틀 구조를 가질 수 있고, 상기 멤브레인(1130a, 1130b, 1130c)의 일측 가장자리 부분을 지지할 수 있다. 상기 제2 프레임(1150a, 1150b, 1150c)은 가운데 부분에 음극 전해액 챔버용 개구부가 형성된 사각형 틀 구조를 가질 수 있고, 상기 제1 프레임(1140a, 1140b, 1140c)과 함께 상기 멤브레인(1130a, 1130b, 1130c)의 타측 가장자리 부분을 지지할 수 있다. 상기 제1 프레임(1140a, 1140b, 1140c)과 상기 제2 프레임(1150a, 1150b, 1150c)은 다양한 재질로 형성될 수 있고, 예를 들면, 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 양의 전극(1110a, 1110b, 1110c)은 상기 제1 프레임(1140a, 1140b, 1140c)의 개구부 내부에 배치되어 양극 전해질과 접촉될 수 있고, 상기 음의 전극(1120a, 1120b, 1120c)은 상기 제2 프레임(1150a, 1150b, 1150c)의 개구부 내부에 배치되어 음극 전해질과 접촉될 수 있다.
상기 내부 쌍극판(1200A, 1200B)은 인접한 단전지 유닛들(1100a, 1100b, 1100c) 사이에 배치되어 단전지 유닛들(1100a, 1100b, 1100c)을 서로 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 내부 쌍극판(1200A, 1200B)은 상기 제1 프레임(1140a, 1140b, 1140c) 및 제2 프레임(1150a, 1150b, 1150c)의 챔버용 개구부들보다 큰 크기를 갖는 사각 플레이트 구조를 가질 수 있고, 전기 전도성 재질, 예를 들면, 그라파이트 재질로 형성될 수 있다. 일 실시예로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 내부 쌍극판(1200A, 1200B)은 인접한 단전지 유닛들(1100a, 1100b, 1100c) 중 좌측에 위치한 단전지 유닛의 음의 전극 및 우측에 위치한 단전지 유닛의 양의 전극과 접촉하여 이들을 전기적으로 연결할 수 있다. 이 경우, 상기 내부 쌍극판(1200A, 1200B)은 상기 좌측에 위치한 단전지 유닛의 제2 프레임과 상기 우측에 위치한 단전지 유닛의 제1 프레임에 의해 양측 가장자리 부분이 지지될 수 있다.
상기 제1 외부 쌍극판(1300A)은 상기 복수의 단전지 유닛들(1100a, 1100b, 1100c) 중 좌측 최외곽에 위치한 단전지 유닛(도 1 참조, 이하'좌측 최외곽 단전지'라 함)(1100a)과 상기 제1 집전체(1400A) 사이에 배치되어 상기 좌측 최외곽 단전지 유닛(1100a)의 양의 전극(1110a)과 상기 제1 집전체(1400A)를 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 제2 외부 쌍극판(1300B)은 상기 복수의 단전지 유닛들(1100a, 1100b, 1100c) 중 우측 최외곽에 위치한 단전지 유닛(도 1 참조, 이하'우측 최외곽 단전지 유닛'라 함)(1100c)과 제2 집전체(1400B) 사이에 배치되어 상기 우측 최외곽 단전지 유닛(1100c)의 음의 전극(1120c)과 상기 제2 집전체(1400B)를 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 제1 외부 쌍극판(1300A) 및 제2 외부 쌍극판(1300B)은 전기 전도성 재질, 예를 들면, 그라파이트 재질로 형성될 수 있고, 서로 동일한 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 집전체(1400A) 및 상기 제2 집전체(1400B)는 상기 단전지 유닛들(1100a, 1100b, 1100c)을 외부 회로(미도시)에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 상기 외부 회로는 상기 단전지 유닛들(1100a, 1100b, 1100c)에 전력을 저장시키는 외부 전력발생장치, 상기 단전지 유닛들(1100a, 1100b, 1100c)에 저장된 전력을 제공받는 외부 로드(Load) 등을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 집전체(1400A, 1400B)는 각각 전기 전도성 금속 재질, 예를 들면, 구리(Cu)로 형성될 수 있다.
상기 제1 엔드 플레이트(1500A)는 상기 제1 집전체(1400A)를 사이에 두고 상기 제1 외부 쌍극판(1300A)과 마주보도록 배치되고, 상기 제2 엔드 플레이트(1500B)는 상기 제2 집전체(1400B)를 사이에 두고 상기 제2 외부 쌍극판(1300B)과 마주보도록 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트(1500A, 1500B)는 상기 복수의 단전지 유닛들(1100a, 1100b, 1100c)을 양쪽에서 가압하고, 이들 중 하나에는 외부 전해액 탱크(미도시)로부터 상기 단전지 유닛(1100a, 1100b, 1100c)으로 전해액을 공급하기 위한 전해액 공급 튜브(미도시)가 연결될 수 있으며, 다른 하나에는 상기 단전지 유닛(1100a, 1100b, 1100c)으로부터 배출된 전해액을 상기 외부 전해액 탱크로 이동시키기 위한 전해액 배출 튜브(미도시)가 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트(1500A, 1500B)의 재질은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트(1500A, 1500B)는 고분자 재료, 금속 재료 등으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 단전지 유닛들(1100a, 1100b, 1100c) 중 일부는 상기 멤브레인으로 제1 이온교환막을 포함할 수 있고, 상기 복수의 단전지 유닛들(1100a, 1100b, 1100c) 중 나머지는 상기 제1 이온교환막과 다른 제2 이온교환막을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 이온교환막이 양이온 교환막인 경우, 상기 제2 이온교환막은 음이온 교환막일 수 있고, 상기 제1 이온교환막이 음이온 교환막인 경우, 상기 제2 이온교환막은 양이온 교환막일 수 있다.
일반적으로 레독스 흐름전지 시스템에 있어서, 음이온 교환막을 이용하는 경우, 충전시에는 황산 이온 등의 음이온과 함께 용매인 물이 음극실로 이동하나, 방전시에는 부 반응 등의 영향으로 음극실로 이동한 전해액의 일부가 돌아오지 않고 잔류하여 음극실의 전해액 양이 증가하는 문제점이 발생하고, 양이온 교환막을 이용하는 경우에는 상기 음이온 교환막을 사용하는 경우와 완전히 반대의 메커니즘에 의하여 정극실의 액량이 증가하는 문제점이 발생한다. 레독스 흐름전지의 경우 전해질 내의 활물질의 양이 전기용량에 비례하기 때문에, 양극 전해질 및 음극 전해질 중 하나의 양이 감소하게 되면 전지의 용량이 감소하고, 따라서, 양극 전해질 및 음극 전해질 중 하나가 일정 한도까지 감소하는 경우 전지의 운전을 정지하고 전해액의 보충하는 작업이 필요하게 되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 하나의 레독스 흐름전지 스택 내에 양이온 교환막과 음이온 교환막을 함께 사용함으로써, 상기 전해액의 불균형을 해소 또는 완화시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 레독스 흐름전지 스택에 있어서, 상기 제1 이온교환막을 포함하는 단전지 유닛들과 상기 제2 이온교환막을 포함하는 단전지 유닛들 수의 비는 약 10: 1 내지 약 10: 4일 수 있다. 상기 제1 이온교환막을 포함하는 단전지 유닛들과 상기 제2 이온교환막을 포함하는 단전지 유닛들 수의 비가 10: 1 미만인 경우에는 상기와 같은 전해액 불균형을 해소하는 효과가 미미한 문제점이 발생할 수 있고, 10: 4를 초과하는 경우에는 레독스 흐름전지 스택의 효율이 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기와 같은 전해액의 불균형을 해소 또는 완화하기 위하여, 상기 단전지 유닛들(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 있어서, 상기 양극 전해액과 상기 음극 전해액이 서로 교차하는 방향, 예를 들면, 서로 직교하는 방향으로 이동하도록 할 수 있다. 구체적으로, 상기 단전지 유닛들(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 있어서, 양극 전해액 챔버를 형성하는 상기 제1 프레임(1140a, 1140b, 1140c)에는 상부 모서리 및 하부 모서리에 전해액 유입구 및 전해액 배출구를 각각 형성하고, 음극 전해액 챔버를 형성하는 상기 제2 프레임(1150a, 1150b, 1150c)에는 상기 상부 및 하부 모서리를 연결하는 좌측 모서리 및 우측 모서리에 전해액 유입구 및 전해액 배출구를 각각 형성할 수 있다. 이와 같이, 양극 전해액과 음극 전해액의 흐름을 제어하는 경우, 상기 멤브레인(1130a, 1130b, 1130c)을 통한 전해액의 크로스오버(crossover)를 발생시키는 압력을 감소시킬 수 있고 삼투압 대류에 의한 영향을 최소화할 수 있어서, 상기와 같은 전해액 불균형을 보다 완화시킬 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 이에 대한 비교예들에 대해 상술한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 일 실시 태양에 불과한 것으로 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
[실시예]
양이온 교환막을 구비하는 단전지 유닛들 6개 및 음이온 교환막을 구비하는 단전지 유닛들 2개를 적층하여 레독스 흐름전지 스택을 제조하였고, 양극 전해액 및 음극 전해액으로 1M VOSO4 및 3M H2SO4를 함유하는 전해액을 각각 7L씩 사용하여 80mA/cm2의 전류밀도로 100회의 충방전 실험을 진행하였다. 한편, 상기 레독스 흐름전지 스택에 있어서, 상기 음이온 교환막을 구비하는 단전지 유닛들은 스택의 중앙에 배치되었다.
[비교예 1]
양이온 교환막을 구비하는 단전지 유닛들 8개를 적층하여 레독스 흐름전지 스택을 제조하였고, 양극 전해액 및 음극 전해액으로 1M VOSO4 및 3M H2SO4를 함유하는 전해액을 각각 7L씩 사용하여 80mA/cm2의 전류밀도로 100회의 충방전 실험을 진행하였다.
[비교예 2]
음이온 교환막을 구비하는 단전지 유닛들 8개를 적층하여 레독스 흐름전지 스택을 제조하였고, 양극 전해액 및 음극 전해액으로 1M VOSO4 및 3M H2SO4를 함유하는 전해액을 각각 7L씩 사용하여 80mA/cm2의 전류밀도로 100회의 충방전 실험을 진행하였다.
[실험예]
실시예, 비교예 1 및 비교예 2의 레독스 흐름전지 스택에 대해 100 사이클 충방전 실험 후 최총 양극 전해액 및 음극 전해액 양을 측정하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

초기 전해액 양(L) 최종 전해액 양(L)
양극 전해액 음극 전해액 양극 전해액 음극 전해액
실시예 7 7 8.6 5.4
비교예 1 7 7 9.5 4.5
비교예 2 7 7 4.7 9.3
표 1을 참조하면, 비교예 1 및 2에 비해 실시예에서 양극 전해액과 음극 전해액의 불균형이 현저하게 감소하였음을 확인할 수 있다.
도 2a는 실시예에 대해 측정된 전압효율(V.E), 전류효율(C.E) 및 에너지효율(E.E)의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 2b는 비교예 1에 대해 측정된 전압효율(V.E), 전류효율(C.E) 및 에너지효율(E.E)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 실시예의 레독스 흐름전지 스택 및 비교예 1의 레독스 흐름전지 스택에서는 충방전 사이클이 증가함에 따라 전류효율(C.E)은 상대적으로 일정하게 유지되는 것으로 나타났다. 하지만, 비교예 1의 레독스 흐름전지 스택의 경우 충방전 사이클이 증가함에 따라 전압효율(V.E)이 상대적으로 급격하게 감소하는 것으로 나타났고, 그 결과 에너지효율(E.E) 역시 급격하게 감소하는 것으로 나타났다. 이와 비교하여, 실시예의 레독스 흐름전지 스택의 경우에는 전압효율(V.E)이 상대적으로 적게 감소하는 것으로 나타났고, 그 결과 에너지효율(E.E) 역시 초기와 비교하여 크게 감소하지 않는 것으로 나타났다.
도 3은 실시예(혼합), 비교예 1(양이온) 및 비교예 2(음이온)의 레독스 흐름전지 스택들에 대해 충방전 사이클에 따른 방전용량의 변화를 측정한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 비교예 1(양이온) 및 비교예 2(음이온)의 레독스 흐름전지 스택들과 비교하여 실시예(혼합)의 레독스 흐름전지 스택에서의 방전용량이 상대적으로 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면, 양이온 교환막을 구비하는 단전지 유닛들과 음이온 교환막을 구비하는 단전지 유닛들을 함께 이용하여 레독스 흐름전지 스택을 형성함으로써, 멤브레인에 대한 전해액의 크로스오버로 인하여 발생하는 양극 전해액과 음극 전해액의 불균형 문제를 해결 또는 완화할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1000: 레독스 흐름전지 스택 1100: 단전지 유닛
1200: 내부 쌍극판 1300: 외부 쌍극판
1400: 집전체 1500: 엔드 플레이트

Claims (5)

  1. 양의 전극, 음의 전극 및 이들 사이에 배치된 멤브레인을 각각 구비하는 복수의 단전지 유닛들; 및 상기 단전지 유닛들 사이에 배치된 복수의 쌍극판을 포함하는 레독스 흐름전지 스택에 있어서,
    상기 단전지 유닛들은 상기 멤브레인으로 제1 이온교환막을 구비하는 제1 단전지 유닛들 및 상기 멤브레인으로 상기 제1 이온교환막과 다른 제2 이온교환막을 구비하는 제2 단전지 유닛들을 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지 스택.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단전지 유닛들의 수와 상기 제2 단전지 유닛들의 수는 10: 1 내지 10: 4의 비율인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지 스택.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 이온교환막은 양이온 교환막이고, 상기 제2 이온교환막은 음이온 교환막인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지 스택.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 이온교환막은 음이온 교환막이고, 상기 제2 이온교환막은 양이온 교환막인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지 스택.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단전지 유닛들 각각은,
    가운데 부분에 상기 양극 전극이 수용되는 양극 전해액 챔버용 개구부가 형성되고, 상기 멤브레인의 가장자리를 지지하는 제1 프레임; 및
    가운데 부분에 상기 음극 전극이 수용되는 음극 전해액 챔버용 개구부가 형성되고, 상기 제1 프레임과 함께 상기 멤브레인의 가장자리를 지지하는 제2 프레임을 더 포함하고,
    상기 양극 전해액 챔버용 개구부에서는 양극 전해액이 제1 방향으로 이동하며, 상기 음극 전해액 챔버용 개구부에서는 음극 전해액이 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지 스택.
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