KR20180031881A - Method for manufacturing redox flow battery electrode - Google Patents

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Abstract

A method for manufacturing a redox flow battery electrode according to the present invention comprises the following steps: a first step for preparing a carbon fiber felt for a redox flow cell electrode; a second step for performing needle punching to form a flow path in the direction in which an electrolyte flows in the carbon fiber felt; and a third step for forming a plurality of other channels in parallel with the flow path in the carbon fiber felt by needle punching, wherein the depth of the flow path is adjusted by the recovery of the needle punching and the depth of the needle punching. According to the present invention, a plurality of flow paths are formed in the direction in which the electrolyte flows in the carbon fiber felt by needle punching, so that the electrolyte flows smoothly along the flow path. As a result, the efficiency of the redox flow battery can be maintained constantly.

Description

레독스 흐름전지 전극 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING REDOX FLOW BATTERY ELECTRODE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a redox flow cell electrode,

본 발명은 레독스 흐름전지 전극 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a redox flow cell electrode.

레독스 흐름전지는 전해질의 전기화학반응에 따라 충·방전을 거듭하는 이차전지다. 레독스 흐름전지에 사용되는 전해액으로는 바나듐, Zn-Br 등이 있다.The redox flow battery is a secondary battery that is repeatedly charged and discharged according to the electrochemical reaction of the electrolyte. Electrolytes used in redox flow cells include vanadium and Zn-Br.

레독스 흐름전지는, 전해액을 순환시키면서 충전과 방전을 한다. 충전과 방전은 산화와 환원의 전기화학적 반응이 일어나는 스택에서 일어나고, 전기는 전해액에 저장된다.The redox flow cell is charged and discharged while circulating the electrolyte. Charging and discharging take place in the stack where electrochemical reactions of oxidation and reduction take place, and electricity is stored in the electrolyte.

레독스 흐름전지는 스택 개수 및 크기에 따라 출력이 결정이 되고, 전기용량은 탱크에 저장되는 전해액의 양에 의하여 결정된다.The redox flow cell is determined by the number and size of the stack, and the capacitance is determined by the amount of electrolyte stored in the tank.

레독스 흐름전지는 전기를 저장하는 전해액을 반영구적으로 사용할 수 있어 친환경적이며, 폭발의 위험성이 없다.Redox flow cells are environmentally friendly because they can be used semi-permanently to store the electricity and there is no danger of explosion.

이러한 레독스 흐름전지는, 레독스 흐름전지의 효율이 지속적으로 유지될 수 있도록, 전해액이 전기화학적 반응을 충분히 일으키기도 전에 전극을 빠져나가지 않으면서도, 전극내에서 정체되지 않는 흐름을 갖는 것이 중요하다.In order to maintain the efficiency of the redox-flow battery, it is important that the redox-flow battery has a flow that does not stagnate in the electrode without leaving the electrode before the electrolyte sufficiently generates the electrochemical reaction .

한국등록특허(10-1176126)Korea registered patent (10-1176126)

본 발명은, 전해액이 전기화학적 반응을 충분히 일으키기도 전에 전극을 빠져나가지 않으면서도, 전극내에서 정체되지 않는 흐름을 갖는 레독스 흐름전지 전극 제조방법을 제공하는 데 있다.The present invention is to provide a method of manufacturing a redox flow cell electrode having a flow that does not stagnate in the electrode without leaving the electrode before the electrolyte sufficiently generates an electrochemical reaction.

상기 목적을 달성하기 위한 레독스 흐름전지 전극 제조방법은,A method of manufacturing a redox flow cell electrode for achieving the above object,

레독스 흐름전지 전극용 탄소섬유 펠트를 준비하는 제1단계;A first step of preparing a carbon fiber felt for a redox flow battery electrode;

니들펀칭으로, 상기 탄소섬유 펠트에 전해액이 흐르는 방향으로 유로를 형성하는 제2단계; 및A second step of needle punching to form a flow path in a direction in which the electrolyte flows to the carbon fiber felt; And

니들펀칭으로, 상기 유로와 평행한 다른 유로를 상기 탄소섬유 펠트에 복수개 더 형성하는 제3단계;를 포함하며,And a third step of forming a plurality of other channels in the carbon fiber felt by needle punching in parallel with the flow path,

상기 유로의 깊이는 상기 니들펀칭의 회수와 상기 니들펀칭의 깊이로 조절되는 것을 특징으로 한다.And the depth of the flow path is adjusted by the number of times of the needle punching and the depth of the needle punching.

또한, 상기 목적은,Further, the above-

레독스 흐름전지 전극용 탄소섬유 펠트와 메쉬를 준비하는 제1단계;A first step of preparing a carbon fiber felt and mesh for a redox flow cell electrode;

상기 메쉬 위에 상기 탄소섬유 펠트를 올려놓는 제2단계;A second step of placing the carbon fiber felt on the mesh;

니들펀칭으로, 상기 탄소섬유 펠트에 전해액이 흐르는 방향으로 유로를 형성하면서, 상기 탄소섬유 펠트와 상기 메쉬를 결합시키는 제3단계; 및A third step of bonding the carbon fiber felt and the mesh while forming a flow path in a direction in which the electrolytic solution flows in the carbon fiber felt by needle punching; And

니들펀칭으로, 상기 유로와 평행한 다른 유로를 상기 탄소섬유 펠트에 복수개 더 형성하면서, 상기 탄소섬유 펠트와 상기 메쉬를 결합시키는 제4단계;를 포함하며,And a fourth step of bonding the carbon fiber felt and the mesh while forming a plurality of other channels in the carbon fiber felt in parallel with the flow path by needle punching,

상기 유로의 깊이는 상기 니들펀칭의 회수와 상기 니들펀칭의 깊이로 조절되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지 전극을 제조하는 방법에 의해 달성된다.Wherein the depth of the flow path is controlled by the number of needle punching and the depth of the needle punching.

본 발명은 니들펀칭으로, 탄소섬유 펠트에 전해액이 흐르는 방향으로 복수개의 유로를 설정된 깊이와 폭으로 형성한다. 따라서, 전해액이 전기화학적 반응을 충분히 일으키기도 전에 전극을 빠져나가지 않으면서도, 전극내에서 정체되지 않는 흐름을 갖을 수 있어, 레독스 흐름전지의 효율이 지속적으로 유지될 수 있다.According to the present invention, a plurality of channels are formed with depth and width in a direction in which an electrolyte flows in a carbon fiber felt by needle punching. Therefore, even if the electrolyte does not escape from the electrode before the electrochemical reaction sufficiently occurs, it can have a flow that is not stagnated in the electrode, and the efficiency of the redox-flow battery can be maintained constantly.

본 발명은, 니들펀칭으로 유로를 형성한다. 따라서, 두께가 얇은(0.1~1mm) 박형 탄소섬유 펠트에 유로를 쉽게 형성할 수 있다.The present invention forms a passage by needle punching. Therefore, the flow path can be easily formed in the thin carbon fiber felt having a small thickness (0.1 to 1 mm).

본 발명은, 유로의 깊이가 너무 깊으면 방전시 전기화학적 반응이 충분히 일어나기도 전에 전해액이 유로를 따라 급속하게 빠져나가고, 유로의 깊이가 너무 얇으면 전해액이 잘 빠져나가지 못한다는 점을 감안하여, 유로의 깊이를 탄소섬유 펠트 두께의 1/2~1/3로 조절했다. 이러한 유로의 깊이는 니들펀칭의 회수와 니들펀칭의 깊이를 조절하여, 쉽게 조절할 수 있다.In view of the fact that if the depth of the flow path is too deep, the electrolyte rapidly escapes along the flow path before the electrochemical reaction sufficiently occurs, and if the flow path is too thin, the electrolyte can not escape well. The depth of the flow path was adjusted to 1/2 to 1/3 of the carbon fiber felt thickness. The depth of this flow path can be easily adjusted by adjusting the number of times of needle punching and the depth of needle punching.

본 발명은, 메쉬 위에 탄소섬유 펠트를 올려놓고, 니들펀칭하여 유로를 형성하면서 메쉬와 탄소섬유 펠트를 결합시킨다. 메쉬는 유로가 그 형상을 그대로 유지할 수 있도록 유로를 지지하는 역할을 한다. 따라서, 레독스 흐름전지 운전 도중에 유로가 무너지는 것이 방지되어, 레독스 흐름전지의 효율이 지속적으로 유지될 수 있다.In the present invention, a carbon fiber felt is placed on a mesh, and the mesh and the carbon fiber felt are bonded while forming a flow path by needle punching. The mesh serves to support the flow path so that the flow path can maintain its shape. Therefore, the flow path is prevented from being broken during the operation of the redox flow cell, and the efficiency of the redox flow battery can be continuously maintained.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 레독스 흐름전지 전극 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 방법으로 제조된 레독스 흐름전지 전극의 사진이다.
도 3은 도 2에 도시된 단면 Ⅲ-Ⅲ을 나타낸 도면이다.
도 4는 니들펀칭으로, 도 3에 도시된 유로를 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면으로, 도 4(a)는 니들이 탄소섬유 펠트의 상측에 대기한 상태, 도 4(b)는 니들이 하강하여 탄소섬유 펠트를 뚫으면서 압착하는 상태, 도 4(c)는 니들이 탄소섬유 펠트를 뚫은 후 상승하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 레독스 흐름전지 전극이 설치된 단위셀의 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 레독스 흐름전지 전극 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 도 6에 도시된 방법으로 제조된 레독스 흐름전지 전극의 사진이다.
도 8은 도 6에 도시된 메쉬의 사진이다.
도 9는 도 7에 도시된 단면 Ⅸ-Ⅸ이다.
도 10은 니들펀칭으로, 도 9에 도시된 유로를 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면으로, 도 10(a)는 니들이 탄소섬유 펠트의 상측에 대기한 상태, 도 10(b)는 니들이 하강하여 탄소섬유 펠트를 뚫으면서 압착하고, 탄소섬유 펠트의 탄소섬유는 끌려 내려와 탄소섬유와 메쉬를 결합시키는 상태, 도 10(c)는 니들이 탄소섬유 펠트를 뚫은 후 상승하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 7에 도시된 레독스 흐름전지 전극이 설치된 단위셀의 분해사시도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a redox flow cell electrode according to a first embodiment of the present invention.
2 is a photograph of a redox flow cell electrode manufactured by the method shown in FIG.
3 is a cross-sectional view III-III shown in Fig.
Fig. 4 is a view for explaining a method of forming the channel shown in Fig. 3 by needle punching. Fig. 4 (a) shows a state in which the needles stand on the upper side of the carbon fiber felt, Fig. 4 (b) Fig. 4 (c) is a view showing a state in which the needle rises after piercing the carbon fiber felt. Fig.
5 is an exploded perspective view of a unit cell having the redox flow cell electrode shown in FIG.
6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a redox flow cell electrode according to a second embodiment of the present invention.
7 is a photograph of a redox flow cell electrode manufactured by the method shown in FIG.
8 is a photograph of the mesh shown in Fig.
9 is cross-sectional view IX-IX shown in Fig.
Fig. 10 is a view for explaining a method of forming a channel shown in Fig. 9 by needle punching. Fig. 10 (a) shows a state in which the needles stand on the upper side of the carbon fiber felt, Fig. 10 (b) Fig. 10 (c) is a view showing a state in which the carbon fiber felts are pulled down and bonded together after the carbon fibers are punched;
11 is an exploded perspective view of a unit cell having the redox flow cell electrode shown in FIG.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 레독스 흐름전지 전극 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a redox flow cell electrode according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5. FIG.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 레독스 흐름전지 전극 제조방법은,As shown in FIG. 1, the method of manufacturing a redox flow cell electrode according to the first embodiment of the present invention includes:

레독스 흐름전지 전극용 탄소섬유 펠트를 준비하는 제1단계(S11);A first step (S11) of preparing a carbon fiber felt for a redox flow battery electrode;

니들펀칭으로, 상기 탄소섬유 펠트에 전해액이 흐르는 방향으로 유로를 형성하는 제2단계(S12); 및A second step (S12) of needle punching to form a flow path in a direction in which the electrolyte flows to the carbon fiber felt; And

니들펀칭으로, 상기 유로와 평행한 다른 유로를 상기 탄소섬유 펠트에 복수개 더 형성하는 제3단계(S13);로 구성된다.And a third step (S13) of forming a plurality of other channels in the carbon fiber felt by needle punching in parallel with the flow path.

제1단계(S11)를 설명한다.The first step S11 will be described.

레독스 흐름전지 전극용 탄소섬유 펠트(F)를 준비한다. 펠트(F)는 탄소섬유(CF)가 뭉쳐져 만들어진다. 탄소섬유 펠트(F)는 0.1~1mm의 두께를 가진 박형이다.Prepare carbon fiber felt (F) for redox flow battery electrode. Felt (F) is formed by the coalescence of carbon fibers (CF). The carbon fiber felt (F) is thin with a thickness of 0.1 to 1 mm.

탄소섬유 펠트(F)의 면밀도는 10g/㎡~300g/㎡인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 탄소섬유 펠트(F)의 면밀도는 50g/㎡~200g/㎡인 것이 좋다.The area density of the carbon fiber felt (F) is preferably from 10 g / m 2 to 300 g / m 2. More preferably, the area density of the carbon fiber felt (F) is 50 g / m2 to 200 g / m2.

그 이유는, 탄소섬유 펠트(F)의 면밀도가 10g/㎡ 미만이면 탄소섬유 펠트(F)가 전해액을 그대로 흡수해 버려 유로(P)가 역할을 못하게 되고 탄소섬유 펠트(P)의 내구성이 크게 떨어지고, 반대로, 탄소섬유 펠트(F)의 면밀도가 300g/㎡를 초과하면 박형의 탄소섬유 펠트(F)의 제작이 어렵게 되고 재료비가 상승하기 때문이다.The reason is that if the area density of the carbon fiber felt (F) is less than 10 g / m 2, the carbon fiber felt (F) absorbs the electrolytic solution as it is, On the contrary, when the area density of the carbon fiber felt (F) exceeds 300 g / m 2, it is difficult to produce the thin carbon fiber felt (F) and the material cost rises.

제2단계(S12)를 설명한다.The second step S12 will be described.

니들펀칭으로, 탄소섬유 펠트(F)에 전해액이 흐르는 방향(도 5에 도시된 직선화살표 방향)으로 유로(P)를 형성한다.By the needle punching, the flow path P is formed in the direction in which the electrolyte flows in the carbon fiber felt F (the direction of a straight arrow shown in Fig. 5).

보다 구체적으로, 도 4(b), 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 니들(N)이 탄소섬유 펠트(F)를 반복적으로 뚫고 지나가면, 그 부분이 점점 압착된다. 압착된 부분에 유로(P)가 형성된다. 이렇게 형성된 유로(P)로 인해서, 전해액이 유로를 따라 원활하게 흐를 수 있다.More specifically, as shown in Fig. 4 (b) and Fig. 4 (c), when the needle N repeatedly passes through the carbon fiber felt F, the portion is gradually pressed. And a flow path P is formed in the pressed portion. Due to the flow path P thus formed, the electrolyte can flow smoothly along the flow path.

니들펀칭의 회수와 니들펀칭의 깊이를 조절하면 탄소섬유 펠트(F)의 압착정도를 조절할 수 있고, 탄소섬유 펠트(F)의 압착정도에 따라 유로(P)의 깊이(t)를 조절할 수 있다. 이렇게 유로(P)이 깊이를 단계별로 조절하기 위해서, 니들펀칭의 회수는 10타/㎠~300타/㎠인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 니들펀칭의 회수는 30타/㎠~150타/㎠인 것이 좋다.The degree of compression of the carbon fiber felt F can be adjusted and the depth t of the flow path P can be adjusted according to the degree of compression of the carbon fiber felt F by adjusting the number of times of needle punching and the depth of the needle punching . In order to adjust the depth of the flow path P in this order, it is preferable that the number of needle punching is 10 rpm / cm2 to 300 rpm / cm2. More preferably, the number of times of needle punching is 30 rpm / cm 2 to 150 rpm / cm 2.

여기서, 유로(P)의 깊이가 너무 깊으면 방전시 전기화학적 반응이 충분히 일어나기도 전에 전해액이 유로를 따라 급속하게 빠져나가고, 유로(P)의 깊이가 너무 얇으면 전해액이 잘 빠져나가지 못하게 된다. 이러한 점을 고려하여, 유로(P)의 깊이는 탄소섬유 펠트(F) 두께의 1/2~1/3이 바람직하다. Here, if the depth of the flow path P is too deep, the electrolyte rapidly escapes along the flow path before the electrochemical reaction sufficiently occurs during discharge, and if the depth of the flow path P is too small, the electrolyte can not escape well. In consideration of this point, the depth of the flow path P is preferably ½ to ⅓ of the thickness of the carbon fiber felt (F).

이렇게 유로(P)의 깊이를 탄소섬유 펠트(F) 두께의 1/2~1/3로 정한 것은, 레독스 흐름전지의 성능을 유지시키기 위해 매우 중요하다.It is very important to set the depth of the flow path P to 1/2 to 1/3 of the thickness of the carbon fiber felt (F) in order to maintain the performance of the redox flow cell.

한편, 유로(P)를 탄소섬유 펠트(F)를 컷팅해서 형성하는 것이 아닌, 니들펀칭으로 탄소섬유 탄소섬유유로(P)를 압착해서 형성함으로써, 1mm이하의 얇은 두께를 가진 박형 탄소섬유 펠트(F)에도 유로(P)를 쉽게 형성할 수 있다. 이렇게 컷팅이 아닌 니들펀칭으로 유로(P)를 형성하고, 니들펀칭의 회수와 깊이를 조절하여 유로(P)의 깊이를 조절하는 것은 본 발명만이 가장 중요한 특징이 된다.On the other hand, instead of forming the channel P by cutting the carbon fiber felt F, by forming the carbon fiber carbon fiber channel P by squeezing by needle punching, a thin carbon fiber felt having a thin thickness of 1 mm or less The flow path P can be easily formed. It is the most important feature of the present invention that the flow path P is formed by the needle punching, not the cutting, and the depth of the flow path P is adjusted by adjusting the number and depth of the needle punching.

한편, 유로(P)의 폭(w)은 니들펀칭으로 최소 1mm 부터 가능하며, 최대 폭은 임의 설정이 가능하다. 다만, 유로(P)의 폭이 너무 넓으면 방전시 전기화학적 반응이 충분히 일어나기도 전에 전해액이 유로를 따라 급속하게 빠져나가고, 유로(P)의 폭이 너무 좁으면 전해액이 잘 빠져나가지 못하게 된다. 이러한 점을 고려하여, 유로(P)의 최대 폭을 정하는 것이 바람직하다.On the other hand, the width w of the flow path P can be at least 1 mm by needle punching, and the maximum width can be arbitrarily set. However, if the width of the flow path P is too wide, the electrolyte rapidly escapes along the flow path before the electrochemical reaction sufficiently occurs during discharge, and if the width of the flow path P is too narrow, the electrolyte can not escape well. In consideration of this point, it is preferable that the maximum width of the flow path P is determined.

제3단계(S13)를 설명한다.The third step S13 will be described.

도 3에 도시된 바와 같이, 니들펀칭으로, 유로(P)와 평행한 다른 유로(P)를 탄소섬유 펠트(F)에 복수개 더 형성한다. 유로(P) 사이 간격은 일정하거나 다른 간격이 될 수 있다. 본 실시예에서 유로(P)의 간격은 일정하다. 유로(P)의 개수와 간격은 임의로 설정될 수 있다. 도 3에서, 도면부호 T는 탄소섬유 펠트(F)의 전체 두께를 나타내고, 도면부호 t는 유로(P)의 깊이를 나타낸다.A plurality of other flow paths P parallel to the flow path P are formed in the carbon fiber felt F by needle punching as shown in Fig. The intervals between the flow paths P may be constant or may be different. In this embodiment, the intervals of the flow paths P are constant. The number and spacing of the flow paths P can be arbitrarily set. In Fig. 3, reference symbol T denotes the total thickness of the carbon fiber felt (F), and reference symbol t denotes the depth of the flow path (P).

제1단계(S11) 내지 제3단계(S13)를 거쳐, 도 2에 도시된 복수개의 유로(P)가 형성된 레독스 흐름전지 전극(20)이 완성된다.The redox flow cell electrode 20 in which the plurality of flow paths P shown in Fig. 2 are formed is completed through the first step (S11) to the third step (S13).

레독스 흐름전지 전극(20)을 설정된 크기로 잘라 단위셀(1)에 설치한다.The redox flow cell electrode 20 is cut to a predetermined size and installed in the unit cell 1.

도 5에 도시된 바와 같이, 단위셀(1)은 이온교환막(11), 스페이서(12), 바이폴라 플레이트(13), 전극(20)으로 구성된다. 도 5에 도시된 직선화살표는 전해액이 흘러가는 방향을 나타낸다.5, the unit cell 1 is composed of an ion exchange membrane 11, a spacer 12, a bipolar plate 13, and an electrode 20. The straight arrows shown in Fig. 5 indicate the direction in which the electrolytic solution flows.

단위셀(1)을 여러 개 배치하고 연결하여 레독스 흐름전지 스택을 만들고, 스택을 전해액 탱크와 연결하여 레독스 흐름전지를 만든다.A plurality of unit cells (1) are arranged and connected to form a redox flow cell stack, and the stack is connected to an electrolyte tank to form a redox flow cell.

이하, 도 6 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 레독스 흐름전지 전극 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a redox flow cell electrode according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 6 to 11. FIG.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 레독스 흐름전지 전극 제조방법은,As shown in FIG. 6, in the method of manufacturing a redox flow cell electrode according to the second embodiment of the present invention,

레독스 흐름전지 전극용 탄소섬유 펠트와 메쉬를 준비하는 제1단계(S21);A first step (S21) of preparing a carbon fiber felt and a mesh for a redox flow battery electrode;

상기 메쉬 위에 상기 탄소섬유 펠트를 올려놓는 제2단계(S22);A second step (S22) of placing the carbon fiber felt on the mesh;

니들펀칭으로, 상기 탄소섬유 펠트에 전해액이 흐르는 방향으로 유로를 형성하면서, 상기 탄소섬유 펠트와 상기 메쉬를 결합시키는 제3단계(S23); 및A third step (S23) of bonding the carbon fiber felt and the mesh while forming a flow path in a direction in which the electrolytic solution flows in the carbon fiber felt by needle punching; And

니들펀칭으로, 상기 유로와 평행한 다른 유로를 상기 탄소섬유 펠트에 복수개 더 형성하면서, 상기 탄소섬유 펠트와 상기 메쉬를 결합시키는 제4단계(S24);로 구성된다.And a fourth step (S24) of bonding the carbon fiber felt and the mesh while forming a plurality of other channels in the carbon fiber felt by needle punching in parallel with the flow path.

제1단계(S21)를 설명한다.The first step S21 will be described.

레독스 흐름전지 전극용 탄소섬유 펠트(F)를 준비한다. 펠트(F)는 탄소섬유(CF)가 뭉쳐져 만들어진다. 탄소섬유 펠트(F)는 0.1~1mm의 두께를 가진 박형이다. 탄소섬유 펠트(F)의 면밀도는 10g/㎡~300g/㎡이다. 보다 바람직하게는 탄소섬유 펠트(F)의 면밀도는 50g/㎡~200g/㎡인 것이 좋다. 그 이유는 전술하였으므로, 다시 언급하지 않는다.Prepare carbon fiber felt (F) for redox flow battery electrode. Felt (F) is formed by the coalescence of carbon fibers (CF). The carbon fiber felt (F) is thin with a thickness of 0.1 to 1 mm. The area density of the carbon fiber felt (F) is 10 g / m2 to 300 g / m2. More preferably, the area density of the carbon fiber felt (F) is 50 g / m2 to 200 g / m2. The reason is mentioned above, so it is not mentioned again.

도 8에 도시된 바와 같은 메쉬(M)를 준비한다.A mesh M as shown in Fig. 8 is prepared.

메쉬(M)는 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 폴리아미르(PA) 등의 열가소성 수지로 제작되는 것이 바람직하다.The mesh M is preferably made of a thermoplastic resin such as polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), polyethylene (PE), polyamide (PA)

그 이유는, 열가소성 수지가 열경화성 수지 보다 가공이 용이하며, 열가소성 수지가 열경화성 수지 보다 내산성이 더 좋아 산성계열인 전해액에서 더 적합하기 때문이다.This is because the thermoplastic resin is easier to process than the thermosetting resin and the thermoplastic resin is more resistant to acid corrosion than the thermosetting resin.

한편, 메쉬(M)의 두께는, 메쉬(M)로 인해 전극의 두께가 너무 두꺼워지지 않고, 충분한 강도로 탄소섬유 펠트(F)를 지지할 수 있도록, 0.1mm~2.0mm인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.2mm~1.0mm인 것이 좋다.On the other hand, the thickness of the mesh M is preferably 0.1 mm to 2.0 mm so that the thickness of the electrode does not become too thick due to the mesh M and the carbon fiber felt F can be supported with sufficient strength. More preferably 0.2 mm to 1.0 mm.

제2단계(S22)를 설명한다.The second step S22 will be described.

도 9에 도시된 바와 같이, 메쉬(M) 위에 탄소섬유 펠트(F)를 올려놓는다.As shown in Fig. 9, the carbon fiber felt F is placed on the mesh M. Fig.

제3단계(S23)를 설명한다.The third step S23 will be described.

니들펀칭으로, 탄소섬유 펠트(F)에 전해액이 흐르는 방향(도 11에 도시된 직선화살표 방향)으로 유로(P)를 형성한다. 이때, 탄소섬유 펠트(F)를 구성하는 탄소섬유(CF)가 끌려 내려와 탄소섬유 펠트(F)와 메쉬(M)를 결합시킨다.The needle P is formed by needle punching in the direction in which the electrolyte flows in the carbon fiber felt F (the direction of a straight arrow shown in Fig. 11). At this time, the carbon fibers (CF) constituting the carbon fiber felt (F) are pulled down to bond the carbon fiber felt (F) and the mesh (M).

보다 구체적으로, 도 10(b), 도 10(c)에 도시된 바와 같이, 니들(N)이 탄소섬유 펠트(F)가 반복적으로 뚫고 지나가면, 그 부분이 점점 압착된다. 압착된 부분에 유로(P)가 형성된다. 메쉬(M)는 유로(P)가 그 형상을 그대로 유지할 수 있도록 유로(P)를 지지하는 역할을 한다. 이로 인해, 제2실시예는 제1실시예 보다 유로(P)의 형상이 견고하게 유지될 수 있다. 이렇게 유로(P)의 형상을 견고하게 유지하기 위해, 메쉬(M)를 사용하였다는 점이 제1실시예와 차별되는 제2실시예만의 특징이 된다.More specifically, as shown in Figs. 10 (b) and 10 (c), when the needle N repeatedly passes through the carbon fiber felt F, the portion is gradually pressed. And a flow path P is formed in the pressed portion. The mesh M serves to support the flow path P so that the flow path P can maintain its shape. As a result, the shape of the flow path P can be firmly maintained in the second embodiment than in the first embodiment. The mesh (M) is used in order to firmly maintain the shape of the flow path P in this way, which is characteristic of only the second embodiment, which is different from the first embodiment.

이렇게 형성된 유로(P)로 인해서, 전해액이 유로를 따라 원활하게 흐를 수 있다.Due to the flow path P thus formed, the electrolyte can flow smoothly along the flow path.

니들펀칭의 회수와 니들펀칭의 깊이를 조절하면 탄소섬유 펠트(F)의 압착정도를 조절할 수 있고, 탄소섬유 펠트(F)의 압착정도에 따라 유로(P)의 깊이(t)를 조절할 수 있다.The degree of compression of the carbon fiber felt F can be adjusted and the depth t of the flow path P can be adjusted according to the degree of compression of the carbon fiber felt F by adjusting the number of times of needle punching and the depth of the needle punching .

이렇게 유로(P)이 깊이를 단계별로 조절하고 메쉬(M)의 손상을 줄이기 위해서, 니들펀칭의 회수는 10타/㎠~300타/㎠인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 니들펀칭의 회수는 30타/㎠~150타/㎠인 것이 좋다. In order to control the depth of the flow path P in steps and reduce the damage of the mesh M, it is preferable that the number of needle punching is 10 rpm / cm 2 to 300 rpm / cm 2. More preferably, the number of times of needle punching is 30 rpm / cm 2 to 150 rpm / cm 2.

유로(P)의 깊이는 탄소섬유 펠트(F) 두께의 1/2~1/3이 바람직하다. 그 이유는 전술하였으므로, 다시 언급하지 않는다.The depth of the flow path P is preferably ½ to ⅓ of the thickness of the carbon fiber felt (F). The reason is mentioned above, so it is not mentioned again.

한편, 유로(P)의 폭(w)은 니들펀칭으로 최소 1mm 부터 가능하며, 최대 폭은 임의 설정이 가능하다. 다만, 유로(P)의 폭이 너무 넓으면 방전시 전기화학적 반응이 충분히 일어나기도 전에 전해액이 유로를 따라 급속하게 빠져나가고, 유로(P)의 폭이 너무 좁으면 전해액이 잘 빠져나가지 못하게 된다. 이러한 점을 고려하여, 유로(P)의 최대 폭을 정하는 것이 바람직하다.On the other hand, the width w of the flow path P can be at least 1 mm by needle punching, and the maximum width can be arbitrarily set. However, if the width of the flow path P is too wide, the electrolyte rapidly escapes along the flow path before the electrochemical reaction sufficiently occurs during discharge, and if the width of the flow path P is too narrow, the electrolyte can not escape well. In consideration of this point, it is preferable that the maximum width of the flow path P is determined.

제4단계(S24)를 설명한다.The fourth step S24 will be described.

도 9에 도시된 바와 같이, 니들펀칭으로, 유로(P)와 평행한 다른 유로(P)를 탄소섬유 펠트(F)에 복수개 더 형성한다. 이때, 탄소섬유 펠트(F)를 구성하는 탄소섬유(CF)는 끌려 내려와 탄소섬유 펠트(F)와 메쉬(M)를 결합시킨다. 도 9에서, 도면부호 T는 탄소섬유 펠트(F)의 전체 두께를 나타내고, 도면부호 t는 유로(P)의 깊이를 나타낸다.A plurality of other flow paths P parallel to the flow path P are further formed on the carbon fiber felt F by needle punching as shown in Fig. At this time, the carbon fibers (CF) constituting the carbon fiber felt (F) are pulled down to bond the carbon fiber felt (F) and the mesh (M). In Fig. 9, reference numeral T denotes the total thickness of the carbon fiber felt (F), and reference symbol t denotes the depth of the flow path (P).

유로(P) 사이 간격은 일정하거나 다른 간격이 될 수 있다. 본 실시예에서 유로(P)의 간격은 일정하다. 유로(P)의 개수와 간격은 임의로 설정될 수 있다.The intervals between the flow paths P may be constant or may be different. In this embodiment, the intervals of the flow paths P are constant. The number and spacing of the flow paths P can be arbitrarily set.

제1단계(S21) 내지 제4단계(S24)를 거쳐, 도 7에 도시된 복수개의 유로(P)가 형성된 레독스 흐름전지 전극(30)이 완성된다.The redox flow cell electrode 30 having the plurality of flow paths P shown in Fig. 7 is completed through the first step S21 to the fourth step S24.

레독스 흐름전지 전극(30)을 설정된 크기로 잘라, 단위셀(2)에 설치한다.The redox flow cell electrode 30 is cut to a predetermined size and installed in the unit cell 2.

도 11에 도시된 바와 같이, 단위셀(2)은 이온교환막(11), 스페이서(12), 바이폴라 플레이트(13), 전극(30)으로 구성된다. 도 11에 도시된 직선화살표는 전해액이 흘러가는 방향을 나타낸다.11, the unit cell 2 is composed of an ion exchange membrane 11, a spacer 12, a bipolar plate 13, and an electrode 30. As shown in Fig. The straight arrows shown in Fig. 11 indicate the direction in which the electrolytic solution flows.

단위셀(2)을 여러 개 배치하고 연결하여 레독스 흐름전지 스택을 만들고, 스택을 전해액 탱크와 연결하여 레독스 흐름전지를 만든다.A plurality of unit cells (2) are arranged and connected to form a redox flow cell stack, and the stack is connected to an electrolyte tank to form a redox flow cell.

1,2: 단위셀 11: 이온교환막
12: 스페이서 13: 바이폴라 플레이트
20,30: 전극 F: 탄소섬유 펠트 CF: 탄소섬유 M: 메쉬1, 2: unit cell 11: ion exchange membrane
12: spacer 13: bipolar plate
20, 30: Electrode F: Carbon fiber felt CF: Carbon fiber M: Mesh

Claims (7)

레독스 흐름전지 전극용 탄소섬유 펠트를 준비하는 제1단계;
니들펀칭으로, 상기 탄소섬유 펠트에 전해액이 흐르는 방향으로 유로를 형성하는 제2단계; 및
니들펀칭으로, 상기 유로와 평행한 다른 유로를 상기 탄소섬유 펠트에 복수개 더 형성하는 제3단계;를 포함하며,
상기 유로의 깊이는 상기 니들펀칭의 회수와 상기 니들펀칭의 깊이로 조절되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지 전극을 제조하는 방법.A first step of preparing a carbon fiber felt for a redox flow battery electrode;
A second step of needle punching to form a flow path in a direction in which the electrolyte flows to the carbon fiber felt; And
And a third step of forming a plurality of other channels in the carbon fiber felt by needle punching in parallel with the flow path,
Wherein the depth of the flow path is controlled by the number of times of the needle punching and the depth of the needle punching. 레독스 흐름전지 전극용 탄소섬유 펠트와 메쉬를 준비하는 제1단계;
상기 메쉬 위에 상기 탄소섬유 펠트를 올려놓는 제2단계;
니들펀칭으로, 상기 탄소섬유 펠트에 전해액이 흐르는 방향으로 유로를 형성하면서, 상기 탄소섬유 펠트와 상기 메쉬를 결합시키는 제3단계; 및
니들펀칭으로, 상기 유로와 평행한 다른 유로를 상기 탄소섬유 펠트에 복수개 더 형성하면서, 상기 탄소섬유 펠트와 상기 메쉬를 결합시키는 제4단계;를 포함하며,
상기 유로의 깊이는 상기 니들펀칭의 회수와 상기 니들펀칭의 깊이로 조절되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지 전극을 제조하는 방법.A first step of preparing a carbon fiber felt and mesh for a redox flow cell electrode;
A second step of placing the carbon fiber felt on the mesh;
A third step of bonding the carbon fiber felt with the mesh while forming a flow path in a direction in which the electrolytic solution flows in the carbon fiber felt by needle punching; And
And a fourth step of bonding the carbon fiber felt and the mesh while forming a plurality of other channels in the carbon fiber felt in parallel with the flow path by needle punching,
Wherein the depth of the flow path is controlled by the number of times of the needle punching and the depth of the needle punching. 제2항에 있어서, 상기 메쉬는 열가소성 수지로 제작되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지 전극을 제조하는 방법.The method of claim 2, wherein the mesh is made of a thermoplastic resin. 제2항에 있어서, 상기 메쉬의 두께는 0.1mm~2.0mm인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지 전극을 제조하는 방법.The method of claim 2, wherein the thickness of the mesh is 0.1 mm to 2.0 mm. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄소섬유 펠트의 면밀도는 10g/㎡~300g/㎡인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지 전극을 제조하는 방법.The method of claim 1 or 2, wherein the carbon fiber felt has a surface density of 10 g / m 2 to 300 g / m 2. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄소섬유 펠트의 두께는 0.1~1mm이고, 상기 유로의 깊이는 상기 탄소섬유 펠트 두께의 1/2~1/3인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지 전극을 제조하는 방법.The redox flow cell electrode according to claim 1 or 2, wherein the thickness of the carbon fiber felt is 0.1 to 1 mm, and the depth of the flow channel is 1/2 to 1/3 of the thickness of the carbon fiber felt. ≪ / RTI > 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 니들펀칭의 회수는 10타/㎠~300타/㎠인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지 전극을 제조하는 방법.The method of claim 1 or 2, wherein the number of times of needle punching is 10 rpm / cm2 to 300 rpm / cm2.
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