KR20180000406A - 레독스 플로우 전지용 셀 프레임 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지 - Google Patents

레독스 플로우 전지용 셀 프레임 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레독스 플로우 전지용 셀 프레임 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지에 관한 것이다.
본 발명의 레독스 플로우 전지용 셀 프레임은 완충부에 다공성 매질을 배치함으로써 유로로부터 고압으로 방출되는 전해액의 불균일 유동을 방지하고, 전해액이 전극의 전면에 고르게 유입되도록 하여 전지의 성능 및 효율을 개선시킬 수 있다.

Description

레독스 플로우 전지용 셀 프레임 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지{CELL FRAME FOR REDOX FLOW BATTERY AND REDOX FLOW BATTERY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 레독스 플로우 전지용 셀 프레임 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지에 관한 것이다.
2차 전지 중 레독스 플로우 전지는 전해액 중의 활물질이 산화/환원되어 충방전을 일으키는 시스템으로, 전해액의 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 저장시키는 전기화학적 축전장치이다. 레독스 플로우 배터리는 대용량화가 가능하며, 유지 보수 비용이 적고, 상온에서 작동 가능하며, 용량과 출력을 각기 독립적으로 설계할 수 있는 특징이 있기 때문에 최근 대용량 이차 전지로 개발하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다.
레독스 플로우 전지는 일반적으로 양극 전해액을 포함하는 양극 전해액 탱크, 음극 전해액을 포함하는 음극 전해액 탱크, 및 스택으로 이루어지며, 양극 및 음극 전해액이 스택을 순환하면서 스택 내에 위치한 전극에서 산화/환원 반응을 일으키게 된다.
레독스 플로우 전지의 용량을 증가시키기 위해서는 전극의 면적을 증가시킬 필요가 있다. 또한, 전극 면적을 전부 활용하여 산화/환원 반응이 원활이 진행될 수 있도록 전극 전면에 전해액을 균등하게 공급하는 것이 중요하다. 전극에 전해액 공급이 균등하지 않게 되면 반응을 하지 못하는 부분에서 과전압이 발생하게 되며, 결과적으로 전지의 성능을 저하시키게 된다.
레독스 플로우 전지 스택에서 셀 프레임은 전극에 전해액을 공급 및 배출하는 기능을 수행한다. 이러한 셀 프레임은 일반적으로 션트 전류의 최소화를 위하여 유로를 길고 좁게 설계하는데, 전지의 출력을 높이기 위하여 전해액 유속을 높여 공급할 경우 상기의 좁은 유로를 통과한 전해액이 전극으로 공급될 때 불균일 유동 현상을 일으키게 되어 전지 성능 및 효율이 저하되는 문제가 발생한다. 따라서, 셀 프레임의 유로와 전극 영역 사이에 전해액의 흐름을 완충 및 분배시킬 수 있는 구조가 필요하다.
대한민국 등록특허공보 제1459927호는 상기 문제점을 해결하기 위하여 유로와 전극 사이에 단면이 원형 또는 다각형인 블록을 배치한 셀 프레임 구조를 제시한다. 그러나 이 경우 블록 사이의 공간 역시 좁은 유로가 되므로 불균일 유동 현상을 극복할 수 없고, 유속 분포가 고르지 못한 단점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제1459927호, 전해액 분배 효율성을 향상시킨 셀 프레임 및 이를 구비하는 레독스 흐름 전지
본 발명자들은 상기 문제를 해결하기 위하여 셀 프레임의 완충부에 다공성 매질을 배치하였고, 이러한 셀 프레임이 전극 전면에 고르게 전해액을 유입시켜 전지 성능을 개선시킬 수 있는 점을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 전해액을 전극에 균일하게 분배시킬 수 있는 레독스 플로우 전지용 셀 프레임을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 셀 프레임을 포함하는 레독스 플로우 전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전해액의 유입과 배출을 위해 양 말단에 배치된 유입구 및 배출구,
상기 유입구와 배출구 사이에 위치하고, 산화 환원 반응을 수행하기 위한 전극을 수용하는 전극 수용부,
상기 유입구를 통해 전극 수용부에 전해액을 공급하기 위한 공급유로,
상기 공급유로와 연결되어 복수 개로 분기되는 분배유로,
상기 분배유로로부터 공급된 전해액의 유속을 균일하게 조절시키기 위하여 상기 분배유로와 연결부를 통하여 연결되며, 상기 분배유로와 전극 사이에 배치되는 완충부, 및
상기 전극 수용부로부터 배출된 전해액을 상기 배출구를 통해 배출하기 위한 배출유로를 구비한 레독스 플로우 전지용 셀 프레임에 있어서,
상기 완충부는 다공성 매질을 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 셀 프레임을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 셀 프레임을 포함하는 레독스 플로우 전지를 제공한다.
본 발명의 레독스 플로우 전지용 셀 프레임은 완충부에 다공성 매질을 배치함으로써 유로로부터 고압으로 방출되는 전해액의 불균일 유동을 방지하고, 전해액이 전극의 전면에 고르게 유입되도록 하여 전지의 성능 및 효율을 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 플로우 전지용 셀 프레임의 단면도이다.
도 2는 (a)사각형 블록, (b)평평한 다공성 매질, (c)돌출부를 가지는 다공성 매질을 배치한 셀 프레임의 완충부 일부분의 단면도이다.
도 3은 전산유체역학 기반 시뮬레이션에 의하여 (a)사각형 블록, (b)평평한 다공성 매질, (c)돌출부를 가지는 다공성 매질을 셀 프레임의 완충부에 배치하였을 때 전해액의 흐름 분포를 도시한 것이다.
도 4는 (a)사각형 블록, (b)평평한 다공성 매질을 셀 프레임의 완충부에 배치하였을 때, 전해액이 완충부를 통과한 후 속도 분포를 나타낸 그래프이다(전산유체역학 기반 시뮬레이션).
도 5는 (b)평평한 다공성 매질, (c)돌출부를 가지는 다공성 매질을 셀 프레임의 완충부에 배치하였을 때, 전해액이 완충부를 통과한 후 속도 분포를 나타낸 그래프이다(전산유체역학 기반 시뮬레이션).
도 6은 (a)사각형 블록, (b)평평한 다공성 매질, (c)돌출부를 가지는 다공성 매질을 셀 프레임의 완충부에 배치하였을 때, 전해액이 완충부를 통과한 후 속도 분포의 표준편차를 나타낸 그래프이다(전산유체역학 기반 시뮬레이션).
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다. 이러한 도면은 본 발명을 설명하기 위한 일 구현예로서 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에 한정되지 않는다. 이때 도면에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분을 생략하였고, 명세서 전체를 통해 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 사용하였다. 또한 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 실제 축척과는 무관하며, 설명의 명료성을 위해 축소되거나 과장된 것일 수 있다.
셀 프레임
본 발명은 전극에 공급되는 전해액의 흐름을 균일하게 완충 및 분배시킬 수 있도록 완충부에 다공성 매질을 배치한 레독스 전지용 셀 프레임을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 레독스 플로우 전지용 셀 프레임(100)의 단면도이다.
본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 셀 프레임은 전해액의 유입과 배출을 위해 양 말단에 배치된 유입구(10) 및 배출구(20), 상기 유입구(10)와 배출구(20) 사이에 위치하고, 산화 환원 반응을 수행하기 위한 전극을 수용하는 전극 수용부(40)를 포함하며, 유입구(10)와 전극 수용부(40) 및 배출구(20)와 전극 수용부(40) 사이에는 전해액이 공급 또는 배출되는 유로가 다단계로 분기하여 배치된다. 이러한 셀 프레임은 전극 수용부(40)를 기준으로 대칭되는 유로 구조를 가질 수 있다.
상기 셀 프레임의 소재로는 본 발명의 기술분야에서 통상적으로 사용하는 것이라면 어느 것이든 사용될 수 있으며, 구체적으로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 또는 염화비닐(PVC) 등의 수지일 수 있다.
도 1을 참조하면, 전해액은 셀 프레임(100) 하단의 전해액 유입구(10)를 통하여 셀 프레임에 유입되며, 공급유로(11), 분배유로(12), 연결부(13), 및 완충부(30)를 거쳐 전극이 장착되는 전극 수용부(40)로 공급된다. 전극을 지나며 산화/환원 반응을 수행한 전해액은 다시 배출구(20)측 연결부(23), 분배유로(22), 배출유로(21)를 순차적으로 거쳐 배출구(20)를 통하여 배출된다. 도 1에서는 전해액의 흐름이 아래쪽에서 유입되어 위쪽으로 배출되는 것으로 도시되었으나, 반대로 위쪽에서 유입되고 아래쪽으로 배출될 수도 있다.
상기 분배유로(12,22)는 전해액을 전극에 고르게 공급시키기 위하여 전해액의 흐름 방향으로 복수 개로 나뉘며, 복수의 구간으로 구분될 수 있다. 이때 상기 분배유로(12,22)의 분기 정도는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 필요에 따라 적절히 조절될 수 있다.
상기 분배유로(12,22)의 너비는 공급유로(11) 및 배출유로(21)의 너비보다 좁은 것이 전해액의 균등 분배 측면에서 바람직하다.
상기 연결부(13)는 분배유로(12)와 완충부(30)를 연결하며, 그 구조는 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. 바람직하기로, 분배유로(12)에서 공급되는 전해액의 유속을 감소시키기 위하여 분배유로(12)측에서 완충부(30)측으로 갈수록 너비가 넓어지는 구조일 수 있다.
상기 완충부(30)는 연결부(13)의 하단부터 전극 수용부(40)까지의 공간을 의미하며, 다단계의 유로로부터 공급된 전해액을 전극으로 균등하게 분배시키는 역할을 한다. 상기 완충부(30)에는 다공성 매질(31)이 배치된다.
상기 다공성 매질(31)은 전해액의 유속 분포를 균일하게 하는 역할을 수행한다.
레독스 플로우 전지에서 전해액은 전지의 출력을 높이기 위하여 높은 유속으로 공급되는데, 좁은 유로를 통과한 전해액이 곧바로 전극 영역으로 공급될 경우 와류, 고압분사 등 불균일한 유동 현상을 나타낼 수 있다. 또한, 유로로부터 떨어져 있는 거리에 따라서 전해액 공급량 및 공급 속도는 서로 다르게 된다. 따라서 전해액이 전극에 고르게 공급되지 못하므로 전극 영역 전체에서 반응 속도가 균일하지 않게 되고, 결국 전지의 성능 및 효율을 저하시키는 원인이 된다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 완충부(30)에 단면이 원형 또는 다각형인 블록을 설치한 셀 프레임 구조가 제안된 바 있다. 전산유체역학 기반 시뮬레이션에 의하여 완충부(30)에서의 전해액의 흐름 분포를 도시한 도 3의 (a)를 참조하면, 블록을 설치한 경우 블록에 의하여 전해액의 흐름이 여러 방향으로 나뉘면서 유로로부터의 거리에 따른 속도 편차가 다소 줄어들지만, 블록에 의해 막힌 부분과 그렇지 않은 부분의 편차가 여전히 존재하는 것을 알 수 있다. 또한, 이러한 방법으로는 전해액 공급 속도가 빨라질 경우 발생하는 불균일 유동 현상을 해결하지 못하는 단점이 있다.
본 발명에서는 완충부(30)에 다공성 매질(31)을 배치함으로써 상기 문제점을 해결하였다. 즉, 고압 분사되는 전해액이 다공성 매질(31)을 통과하면서 저항에 의하여 압력 강하가 일어나며 매질(31) 내에서 전해액의 분산이 일어나므로, 다공성 매질(31)을 통과한 전해액은 불균일 유동을 일으키지 않고, 위치에 상관 없이 고른 유속 분포를 가지게 된다. 따라서 전극의 전면에 전해액이 고르게 공급될 수 있으며, 전지의 성능 및 효율이 향상될 수 있다.
상기 다공성 매질(31)은 전해액에 일정한 저항을 부여하면서도 전해액을 통과시킬 수 있고, 전해액에서 안정한 물질이라면 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면 카본 또는 합성 섬유로 이루어진 펠트(felt), 페이퍼(paper), 클로스(cloth) 및 메쉬(mesh) 중 하나 이상일 수 있다. 이때 합성 섬유는 전해액에 대하여 안정한 것으로서, 예를 들어 폴리 에스테르계 합성 섬유, 폴리 에틸렌, 또는 폴리 프로필렌일 수 있다.
이러한 다공성 매질(31)의 투과도(permeability)는 스택의 크기 및 전해액의 공급 속도 등에 따라 조절될 수 있으나, 20 내지 200 다시(darcy)인 것이 바람직하다. 만일 투과도가 상기 범위 미만일 경우 전해액의 압력 손실이 커져 전해액의 원활한 공급에 문제가 발생하고, 상기 범위를 초과할 경우 유속 및 유량이 증가하면 상기한 효과를 확보할 수 없으므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.
상기 투과도의 측정법은 다음과 같다. 투과도를 측정하고자 하는 매질을 프레스로 누르면서 유체를 주입하고, 매질 투과 전(a 지점), 후(b 지점)의 차압(Pb-Pa)을 측정한다. 유체가 통과한 매질의 길이(L)와 단면적(A), 유체의 성질(μ) 및 유량(Q)를 하기 수학식 1(Darcy의 법칙)에 대입하여, 투과도 κ를 얻는다.
Figure pat00001
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 다공성 매질(31)은 전극으로 유입되는 전해액이 모두 다공성 매질을 통과하여 유입될 수 있도록 전해액의 진행방향(y 방향)에 대하여 수직(x 방향)으로, 전극의 너비만큼 배치될 수 있다. 이때 배치되는 다공성 매질(31)의 두께는 스택의 크기, 유로 구조, 전해액 유속, 유량 등에 따라 조절될 수 있다.
도 2의 (b) 및 (c)는 본 발명의 일 구현예에 따른 셀 프레임의 분배유로(12) 말단에서 완충부(30)까지의 확대 단면도이다.
상기 다공성 매질(31)은 도 2의 (b)와 같이 평평하게 배치될 수 있으나, 연결부(13)의 내부 형상에 대응되도록 돌출부를 가지는 형태로도 배치될 수 있다. 또한, 상기 돌출부를 가짐으로써 다공성 매질(31)의 두께가 유로 측으로 갈수록 두꺼워지는 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 도 2의 (c)와 같이 다공성 매질(31)의 유로 측 중앙부는 "V자형"으로 돌출되어 유로와 일직선상에 위치하는 부분의 두께가 가장 두꺼운 형태일 수 있다. 이와 같이 다공성 매질(31)이 배치될 경우, 분배유로(12)에서 고속으로 방출되는 전해액이 진행방향(y 방향)에 대하여 수직 방향(x 방향)으로 더 잘 분산되므로, 유로로부터의 거리(x 방향)에 따른 속도 분포를 더욱 균일하게 할 수 있다.
이때, 다공성 매질(31)의 돌출부의 모양 및 돌출 정도는 유량 및 유로 구조에 따라서 다양할 수 있으며 본 발명에서 특별히 제한되지 않는다. 바람직하기로, 연결부(13)의 길이를 H, 완충부(30)측 너비를 W라고 할 때, 상기 다공성 매질(31)의 돌출부의 길이 및 너비는 상기 H 및 W 각각에 대해 1/3 이하일 수 있다.
본 발명의 레독스 플로우 전지용 셀 프레임은 상기 설명한 바와 같이 완충부(30) 내에 다공성 매질(31)을 적절한 형태로 배치하여 높은 속도로 공급되는 전해액을 전극의 전면으로 고르게 유입시킬 수 있으며, 이로써 전지의 성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.
레독스 플로우 전지
본 발명에서는, 상술한 본 발명의 레독스 플로우 전지용 셀 프레임을 포함하는 레독스 플로우 전지를 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 레독스 플로우 전지는 전해액 용기, 전해액을 이송시키기 위한 펌프 및 레독스 플로우 전지 스택을 포함한다.
상기 스택은 양극 및 음극 집전체 사이에 단일 셀이 복수 적층된 형태를 갖는다. 본 발명에서 레독스 플로우 전지의 단일 셀은 셀 프레임-양극-분리막-음극-셀 프레임 순으로 적층된 것으로서, 상기 셀 프레임으로는 본 발명의 레독스 플로우 전지용 셀 프레임을 사용한다.
상기 레독스 플로우 전지의 양극, 음극, 분리막 및 전해액의 구성은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 이 분야에서 공지된 바를 따른다.
상기 양극 및 음극 집전체는 알루미늄, 티탄, 탄탈, 니켈, 스테리인레스, 전도성 탄소계 및 전도성 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 전도성 탄소계는 인조흑연, 탄소섬유, 카본블랙, 탄소나노튜브, 활성탄소 및 그래핀으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 전도성 고분자는 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리페닐설파이드 및 폴리파라페닐렌으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 금속은 금속 호일 또는 금속 폼(foam)의 형태일 수 있다.
상기 전도성 탄소계는 플레이트(예, 그라파이트), 종이, 필름, 폼(foam) 등의 형태일 수 있다.
상기 전도성 고분자는 플레이트, 종이, 필름, 폼(foam) 등의 형태일 수 있다.
상기 양극 및 음극은 전자의 통로 역할을 하며 산화/환원 반응이 발생할 수 있는 장소가 되므로, 저항이 낮고 산화/환원반응 효율이 좋은 것을 사용한다. 양극 및 음극은 이 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 사용할 수 있으나, 바람직하기로 카본펠트, 카본 크로스 등 탄소 전극이다.
상기 분리막은 양극 및 음극 전해액을 분리시키고, 이온 전도성을 갖는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 본 발명의 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 분리막은 이온 전도성을 가지는 고분자로 이루어지거나, 다공성 몸체의 기공에 이온 전도성을 가지는 고분자가 구비된 것일 수 있으며, 바람직하기로 이온 전도성을 가지는 고분자로 이루어진 것을 사용한다.
상기 이온 전도성을 가지는 고분자는 탄화수소계 고분자, 부분불소계 고분자, 또는 불소계 고분자일 수 있다. 양이온 전도성 고분자의 예로는 나피온(Nafion), 술폰화 폴리에테르에테르케톤 (sPEEK, sulfonated Polyetheretherketone) 술폰화 폴리에테르케톤 (sPEK, sulfonated(polyetherketone)), 폴리비닐리덴 플로라이드-그라프트-폴리스티렌 술폰산 (poly (vinylidene fluoride)-graft-poly(styrene sulfonic acid), PVDF-g-PSSA) 및 술폰화 폴리플루로레닐 에테르케톤 (Sulfonated poly (fluorenyl ether ketone))을 들 수 있으며, 음이온 전도성 고분자의 예로는 스티렌 (styrene), 비닐벤질클로라이드(VBC, vinylbenzyl chloride), 디비닐벤젠(DVB, divinylbenzene), 트리메틸아민(TMA, trimethylamine) 및 아민 작용기를 가지고 있는 음이온 교환 고분자를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 다공성 몸체는 다수의 기공을 포함하는 것으로서 구조 및 재질은 본 발명에서 특별히 한정되지 않으며, 당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 다공성 몸체는 폴리 이미드(Polyimide:PI), 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephtalate:PET), 폴리테트라플루오로 에틸렌(polytetrafluoro ethylene:PTFE), 폴리에틸렌(Polyethylene:PE), 폴리프로필렌(polypropylene:PP), 폴리아릴렌에테르 술폰(Poly(arylene ether sulfone):PAES), 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone:PEEK) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 스택형 플로우 에너지 저장 장치는 스택의 각 셀을 분리하기 위하여 바이폴라플레이트를 포함할 수 있으며, 필요에 따라 바이폴라플레이트와 셀 프레임 사이에 가스켓을 더 포함할 수 있다.
상기 바이폴라플레이트의 재질은 당 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 도전성 그라파이트 플레이트일 수 있다.
상기 가스켓은 PP(폴리프로필렌) 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 재질은 모두 사용될 수 있다
실험예 1: 전산유체역학 기반 시뮬레이션
전산유체역학 기반 시뮬레이션에 의하여 셀 프레임의 완충부에 (a)사각형 블록, (b)두께가 일정한 다공성 매질, (c)돌출부를 가지는 다공성 매질을 배치한 경우에 전해액의 흐름을 예측하였다.
도 3은 분배유로로부터 연결부, 완충부를 통과하는 유체의 흐름 분포를 보여주는 단면도이다. 도 3을 참조하면, (c)와 같이 연결부의 내부 형상에 대응하여 돌출부를 가지며 두께가 변화하는 다공성 매질을 배치한 경우에 전해액의 분산이 더 잘 이루어지는 것을 알 수 있다.
도 4 및 5는 전해액의 흐름 방향을 y로 하고, 그 수직 방향을 x로 하였을 때, x방향 위치에 따른 y방향으로의 전해액 유속 분포를 그래프로 나타낸 것이다. 도 4는 (a), (b)의 결과를 비교한 그래프이고, 도 5는 (b), (c)를 비교한 그래프이다.
도 4를 보면, 상기 설명한 바와 같이 본 발명의 다공성 매질(b)을 배치하였을 때 사각형 블록(a)에 비하여 유속 분포가 고르게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 5로부터 연결부의 내부 형상에 대응하여 돌출부를 가지며 두께가 변화하는 다공성 매질을 배치한 경우(c)에는 더욱 고른 유속 분포를 갖게 되는 것을 알 수 있다.
도 6은 상기 도 4 및 5에 나타난 유속의 표준 편차를 나타낸 그래프이다. 도 6으로부터 본 발명의 다공성 매질을 포함하는 셀 프레임(b)은 사각형 블록을 구비한 셀 프레임(a)에 비하여 전해액의 속도 편차가 약 97 % 감소하여 위치에 관계없이 균등한 속도로 전극에 전해액이 공급될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 연결부 내부 형상에 대응하여 다공성 매질을 배치한 경우(c)에는 그렇지 않은 경우(b)보다 약 90% 정도 더 속도 편차가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
10: 전해액 유입구
11: 공급유로
12: 분배유로
13: 연결부
20: 전해액 배출구
21: 배출유로
22: 분배유로
23: 연결부
30: 완충부
31: 다공성 매질
40: 전극 수용부
100: 셀 프레임

Claims (9)

  1. 전해액의 유입과 배출을 위해 양 말단에 배치된 유입구 및 배출구,
    상기 유입구와 배출구 사이에 위치하고, 산화 환원 반응을 수행하기 위한 전극을 수용하는 전극 수용부,
    상기 유입구를 통해 전극 수용부에 전해액을 공급하기 위한 공급유로,
    상기 공급유로와 연결되어 복수 개로 분기되는 분배유로,
    상기 분배유로로부터 공급된 전해액의 유속을 균일하게 조절시키기 위하여 상기 분배유로와 연결부를 통하여 연결되며, 상기 분배유로와 전극 사이에 배치되는 완충부, 및
    상기 전극 수용부로부터 배출된 전해액을 상기 배출구를 통해 배출하기 위한 배출유로를 구비한 레독스 플로우 전지용 셀 프레임에 있어서,
    상기 완충부는 다공성 매질을 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 셀 프레임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분배 유로는 전해액의 흐름 방향으로 복수 개로 나뉘며, 복수의 구간으로 구분되는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 셀 프레임.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는 완충부측의 너비가 분배유로측 너비보다 넓은 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 셀 프레임.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 매질은 카본 또는 합성 섬유로 이루어진 펠트(felt), 페이퍼(paper), 클로스(cloth) 및 메쉬(mesh) 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 셀 프레임.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 매질의 투과도는 20 내지 200 다시(darcy)인 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 셀 프레임.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 매질은 전해액의 진행방향에 대하여 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 셀 프레임.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 매질은 연결부의 내부 형상에 대응되도록 돌출부를 가지는 형태로 완충부에 포함되는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 셀 프레임.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연결부의 길이를 H, 완충부측 단위 너비를 W라고 할 때,
    상기 다공성 매질의 돌출된 부분의 길이 및 너비는 상기 H 및 W 각각에 대해 1/3 이하인 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 셀 프레임.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 레독스 플로우 전지용 셀 프레임을 포함하는 레독스 플로우 전지.
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