KR20180031998A - 레독스 흐름전지용 전해액 혼합 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레독스 흐름전지용 전해액 혼합 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유입관의 측벽에 복수의 관통홀을 구비하여 유입관을 통해 전해액이 유입됨과 동시에 전해액의 균일한 혼합을 유도하는 혼합 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 레독스 흐름전지는 산화환원 반응을 거친 전해액을 전해액 저장부 내부로 고르게 유입시켜 전해액 저장부 내에 잔존하고 있는 전해액과 균일혼합을 유도함으로써, 과전압으로 인하여 충전 용량 및 에너지 효율이 감소되는 것을 방지하여 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

레독스 흐름전지용 전해액 혼합 장치{Apparatus for mixing of electrolyte for redox flow battery}
본 발명은 레독스 흐름전지용 전해액 혼합 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유입관의 측벽에 복수의 관통홀을 구비하여 유입관을 통해 전해액이 유입됨과 동시에 전해액의 균일한 혼합을 유도하는 혼합 장치에 관한 것이다.
전력 저장 기술은 전력 이용의 효율화, 전력 공급 시스템의 능력이나 신뢰성 향상, 시간에 따라 변동 폭이 큰 신재생 에너지의 도입 확대, 이동체의 에너지 회생 등 에너지 전체에 걸쳐 효율적 이용을 위해 중요한 기술이며 그 발전 가능성 및 사회적 기여에 대한 요구가 점점 증대되고 있다.
마이크로 그리드와 같은 반 자율적인 지역 전력 공급 시스템의 수급 균형의 조정 및 풍력이나 태양광 발전과 같은 신재생 에너지 발전의 불균일한 출력을 적절히 분배하고 기존 전력 계통과의 차이에서 발생하는 전압 및 주파수 변동 등의 영향을 제어하기 위해서 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 이러한 분야에서 이차 전지의 활용도에 대한 기대치가 높아지고 있다.
특히 대용량 전력 저장용으로 사용될 이차 전지에 요구되는 특성을 살펴보면, 에너지 저장 밀도가 높아야 하며 이러한 특성에 적합한 고용량 및 고효율의 이차 전지로서 레독스 플로우 배터리(RFB, Redox flow battery)가 최근 들어 각광받고 있다.
레독스 플로우 배터리도 일반적인 이차 전지와 동일하게 충전 과정을 통하여 입력된 전기 에너지를 화학 에너지로 변환시켜 저장하고, 방전 과정을 통하여 기저장된 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 출력하게 된다. 그러나, 이러한 레독스 플로우 배터리는 에너지를 보유하고 있는 전극 활물질이 고체 상태가 아닌 액체 상태로 존재하기 때문에 전극 활물질을 저장하는 탱크 혹은 보관 용기가 필요하다는 점에서 일반적인 이차 전지와는 상이하다.
이와 같이, 레독스 플로우 배터리는 대용량화가 가능하며, 유지 보수 비용이 적고, 상온에서 작동 가능하며, 그리고 용량과 출력을 각기 독립적으로 설계할 수 있는 특징이 있기 때문에 최근 대용량 이차 전지로 많은 연구가 진행되고 있는 실정이다.
이 중에서도, 바나듐 이온을 이용하는 바나듐 레독스 플로우 배터리가 차세대 에너지 저장 장치로서 각광을 받고 있으나, 바나듐 이온의 분리막(혹은 이온교환막) 크로스오버(Cross-over) 현상, 음극에서의 수소 발생, 그리고 공기 노출시 바나듐 이온의 산화 반응 등으로 레독스 플로우 배터리의 용량 저하가 발생하는 문제점 있어 이를 개선하려는 연구가 지속적으로 진행되고 있는 실정이다.
이 중에서도 바나듐 이온의 분리막 크로스오버 현상은 음극 전해액과 양극 전해액이 서로 다른 산화수를 가짐으로써 음극 전해액과 양극 전해액 간의 이온 불균형을 야기시켜, 바나듐 이온의 분리막 크로스오버 현상이 발생되는데, 이로 인해 전지 용량의 퇴화를 유발하는 문제점이 있다.
구체적으로 설명하면, 음극 전해액의 V2+와 V3+ 이온이 상대적으로 양극 전해액의 V5+와 V4+이온에 비해 막을 투과하는 속도가 빠르기 때문에 사이클이 진행될수록 양극 전해액의 바나듐 이온 농도가 급속하게 상승하게 된다. 이에 따라 음극 전해액의 바나듐 이온 농도는 감소하게 되며, 결국 음극 및 양극 전해액의 이온 균형이 깨져서 전지를 수행시 사이클이 퇴화되는 문제가 발생하게 된다.
기존 바나듐 흐름전지의 경우, 장비의 규모가 커질 경우, 전해액의 부피 또한 그에 상응하여 증가하게 된다. 전해액은 계속적으로 전지에 공급되며, 배출되는 전해액은 기존 전해액과 재혼합되어 사용되게 되는데, 따라서, 전지 투입 전/후에 따라 전해액 중 바나듐의 상태가 다를 것으로 예상할 수 있으며, 서로 다른 상태의 전해액이 용기 내에서 만나게 되기 때문에 균일한 혼합이 중요하다.
신속하고 균일한 혼합을 위한, 전해액 용기 내부의 혼합장치는 설치 비용을 고려할 경우, 상용제품에서는 포함되지 않을 것으로 예상되며, 포함되더라도 혼합장치 운용을 위해서는 전력소모가 발생하므로, RFB 시스템의 효율을 감소시키는 단점이 야기된다.
대한민국 공개특허공보 제2016-0085113호 "플로우 배터리에 적용 가능한 전해액 혼합 모듈 및 이를 이용한 플로우 배터리의 전해액 혼합 방법"
본 발명의 목적은, 전지반응 참여 후 산화수가 다른 전해액이 전해액 저장부로 재투입될 때, 별도의 혼합장치 없이도 전해액이 균일하게 혼합되도록 하는 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 레독스 흐름전지의 전해액 저장부로 유입되는 유입관의 측벽에 복수의 관통홀을 구비하고, 상기 유입관의 말단이 폐쇄된 레독스 흐름전지용 전해액 혼합 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 레독스 흐름전지는 산화환원 반응을 거친 전해액을 전해액 저장부 내부로 고르게 유입시켜 전해액 저장부 내에 잔존하고 있는 전해액과 균일혼합을 유도함으로써, 과전압으로 인하여 충전 용량 및 에너지 효율이 감소되는 것을 방지하여 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 레독스 흐름전지의 개략적 구조도이다.
도 2는 본 발명에 따른 레독스 흐름전지의 전해액 저장부 구조의 개략적 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 레독스 흐름전지의 전지용량(Battery capacity, mAh) 데이터이다.
도 4는 본 발명에 따른 레독스 흐름전지의 전류효율(Coulombic efficiency, %) 데이터이다.
도 5는 본 발명에 따른 레독스 흐름전지의 전압효율(Voltage efficiency, %) 데이터이다.
도 6은 본 발명에 따른 레독스 흐름전지의 에너지효율(Energy efficiency, %) 데이터이다.
도 7(a)는 본 발명의 실시예 2에 따른 전해액 혼합장치를 포함하는 유입관의 모식도이고, 도 7(b)는 본 발명의 비교예 2에 따른 유입관의 모식도이다.
도 8(a)는 본 발명의 실시예 2에 따른 전해액 혼합장치를 포함하는 유입관의 컴퓨터 시뮬레이션 결과이고, 도 8(b)는 본 발명의 비교예 2에 따른 유입관의 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다.
본 발명은 레독스 흐름전지의 전해액 저장부로 유입되는 유입관의 측벽에 복수의 관통구를 구비하고, 상기 유입관의 말단이 폐쇄된 레독스 흐름전지용 전해액 혼합 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 레독스 흐름전지의 개략적 구조도이다. 본 발명에 따른 레독스 흐름전지는 스택(10), 양극 전해액 저장부(100) 및 음극 전해액 저장부(200)를 포함하여 이루어진다.
상기 스택(10)은 양극셀(11), 분리막(15) 및 음극셀(12)이 바이폴라플레이트를 기준으로 반복 적층하여 형성되고, 최외측의 양극셀과 최외측의 음극셀 각각의 외측에는 바이폴라플레이트, 집전체 및 엔드플레이트가 순차적으로 구비된다. 상기 양극셀과 음극셀은 전해액 유로가 형성되고 내측으로 펠트 전극이 삽입되어 전해액 반응부를 제공하는 매니폴드 및 바이폴라플레이트를 포함하여 이루어진다.
상기한 구성의 스택(10)은 당해분야에서 일반적으로 채용되는 구조를 적용할 수 있는 것으로서, 당업자라면 용이하게 형성할 수 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 양극 전해액 저장부(100)는 양극셀(11)에 공급하기 위한 양극 전해액이 저장되고, 상기 음극 전해액 저장부(200)는 음극셀(12)에 공급하기 위한 음극 전해액이 저장된다. 이때 본 발명에 따르면 상기 양극 및 음극 전해액 저장부(100, 200)에는 스택(10)으로부터 전해액을 이송받기 위한 전해액 유입관(110, 210)과 스택(10)으로부터 전해액을 이송시키기 위한 전해액 유출관(120, 220)이 구비된다.
양극 전해액 저장부(100) 및 음극 전해액 저장부(200)는 스택(10)의 양극셀(11) 및 음극셀(12)에 대응하여 스택(10)의 좌우에 배치된다. 또한, 양극 전해액 저장부(100) 및 음극 전해액 저장부(200)는 양극 전해액 유출관(120) 및 음극 전해액 유출관(220)을 통해 양극 펌프(50) 및 음극 펌프(40)와 연결된다.
또한 상기 양극 펌프(125)와 음극 펌프(225)는 양극 전해액 저장부(100) 및 음극 전해액 저장부(200)로부터 전해액을 인출하여 스택(10)에 공급하기 위한 것이며, 각각의 양극 전해액 저장부(100) 및 음극 전해액 저장부(200)와 스택(10) 사이에 개재되는 것이다. 또한, 양극 펌프(125)와 음극 펌프(225)는 각각 양극 전해액 유출관(120) 및 음극 전해액 유출관(220)을 통해 양극셀(11) 및 음극셀(12)에 연결된다.
양극 전해액은 양극 펌프(125)를 통해서 스택(10)과 양극 전해액 저장부(100)를 순환한다. 동일하게 음극 전해액은 음극 펌프(225)를 통하여 스택(10)과 음극 전해액 저장부(200)를 순환한다. 상기 음극 전해액과 양극 전해액은 일반적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에서는 스택(10)을 순환한 후 전해액 저장부(100, 200) 내부로 유입되는 전해액(유입방향: A, 유출방향: B)과 잔류되어 있던 전해액을 고르게 혼합시킬 수 있도록 한 것에 그 특징이 있으므로 이에 대하여 좀 더 상세하게 설명한다. 여기서, 양극 전해액 저장부(100) 및 음극 전해액 저장부(200)는 동일한 구조로 형성되므로 이하에서는 음극 전해액 저장부(200)를 예시하여 설명하기로 하나, 이는 양극 전해액 저장부(100)에도 동일하게 적용되는 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레독스 흐름전지의 전해액 저장부 구조를 개략적으로 나타낸 요부 발췌 도면이다. 본 발명에 따른 레독스 흐름전지는 전해액 저장부(200)로 유입되는 유입관(210)의 측벽에 복수의 관통구(210b)를 구비하고, 상기 유입관의 말단(210a)이 폐쇄된 레독스 흐름전지용 전해액 혼합 장치를 제공한다.
상기 유입관(210)의 측벽에 형성되는 관통구(210b)는 유입되는 전해액(유입방향: A)을 음극 전해액 저장부(200) 내부로 고르게 유입시키기 위해서 형성된다. 상기 관통구(210b)는 일정 간격으로 이격되어 다수 개 형성되는 것이 바람직하다. 이는 음극 전해액 유입관(210)으로부터 유입되는 전해액을 균일하게 혼합할 수 있도록 하기 위함이다.
상기 복수의 관통구(210b)는 유입관(210)의 측벽 중에서 전해액의 침수부(240a) 및/또는 비침수부(240b)에 설치될 수 있으나, 바람직하게는 침수부(240a)에 설치되도록 한다. 복수의 관통구(210b) 중 일부가 유입관(210)의 측벽 중에서 전해액의 침수부(240a)가 아닌 비침수부(240b)로 노출되게 되면, 전해액의 유압에 의해 유입되는 전해액이 상대적으로 저항이 적은 비침수부(240b)쪽 관통구로 대부분 유입되게 되므로, 본 발명이 목적하는 저장된 전해액의 고른 혼합의 측면에서 복수의 관통구(210b)는 유입관(210)의 측벽 중에서 전해액의 침수부(240a)에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 유입관(210)의 말단(210a)은 소정의 공정을 통해 폐쇄하거나, 또는 전해액 저장부(200)의 바닥부(230)에 접하도록 하여 폐쇄될 수 있다. 이때 유입관(210)의 말단(210a)으로 전해액의 유출이 발생하지 않도록 해야하며, 오직 유입관(210)의 측벽에 형성된 복수의 관통구(210b)로 전해액이 유입(유입방향: A)되도록 하는 것이 바람직하다.
한편 유출관(220)의 말단은 전해액 바닥부(230)와 소정의 거리만큼 이격되어 있어서, 유출관 말단(220a)을 통해 전해액이 흘러 들어가 유출(유출방향: B)된다. 상기 이격되는 소정의 거리는 전해액이 유출되는데 저항으로 작용하지 않을 만큼의 거리면 족하다.
상기 복수의 관통구(210b)는 유입관(210)의 측벽을 타공하여 형성되거나, 유입관(210) 제조 시 몰딩으로 성형되어 형성될 수 있고, 그 형상은 원형 또는 다각형의 형상일 수 있으며, 또한 상기 유입관(210)의 횡단면은 원형 또는 다각형의 형상으로 제조 가능하다. 전해액이 유입되는데 문제되지 않는다면 상기 복수의 관통구(210b) 또는 유입관(210)의 제조방법 및 형상의 제한은 없다.
전해액의 공급속도는 전지의 용량, 그에 따른 전해액 부피, 농도 및 운전 환경 등에 따라 달라지므로, 상기 복수의 관통구(210b)들의 총면적이 전해액 유출관 말단(220a)의 단면적보다 크다면 전해액 유입 속도는 느려지고, 반대로 복수의 관통구(210b)들의 총면적이 전해액 유출관 말단(220a)의 단면적 보다 작다면, 전해액 유입 속도는 빨라진다. 따라서 복수의 관통구(210b)들의 총면적은 전해액 유출관 말단(220a)의 단면적과 동일한 것이 바람직하다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 전해액의 유속이 0.1 ~ 0.5 m/s일 때를 기준으로, 상기 복수의 관통구(210b)는 그 형상이 원형인 경우 직경이 0.1 내지 2.0 mm, 다각형인 경우 다각형의 중심을 지나는 최대 거리가 0.1 내지 2.5 mm인 것일 수 있다. 또한 유입관(210)의 내경은 30 내지 200 mm인 것일 수 있다.
본 발명의 도 1 및 도 2에 따르면 상기 음극 전해액 유입관(210)은 전해액이 중력에 의하여 낙하하는 것을 이용한 것으로, 음극 전해액 저장부(200)의 윗면을 관통하여 형성되는 것이 바람직하나, 측면을 관통한 후, 수직 방향으로 방향을 전환하도록 형성할 수도 있다. 한편 본 발명의 도 1 및 도 2에 따른 음극 전해액 유출관(220) 또한 음극 전해액 저장부(200)의 윗면을 관통하여 형성되어 있으나, 이외에도 측면이나 바닥면을 관통하여 형성되는 것 또한 제한 없이 적용될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 레독스 흐름전지는 산화환원 반응을 거친 전해액을 전해액 저장부 내부로 고르게 분사하여 전해액 저장부 내에 잔존하고 있는 전해액과 용이하게 섞이도록 한 후 다시 스택으로 이송될 수 있도록 함으로써 과전압으로 인하여 충전 용량 및 에너지 효율이 감소되는 것을 방지하여 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
<실시예 1>
VOSO4 1M (in 3M H2SO4) 용액을 제조하여, 바나듐 4가 이온(V4+)을 전기화학적 방법으로 3가 이온(V3+)으로 환원시켰다. 이후, 성능평가를 위하여, 5 × 5 cm 활성면적을 갖는 단위전지를 준비하였으며, 전극 소재는 카본펠트, 분리막 소재는 나피온을 사용하였다.
전해액 저장부에 연결되는 전해액 유입관 및 전해액 유출관은 내경 2.79mm의 내화학성 튜브를 사용하였으며, 전해액 용기 내 별도의 혼합 장치는 적용하지 않았다. 또한 전해액 유입관 말단을 물리적인 방법으로 폐쇄(plugging)하였고, 그 대신 전해액 유입관 측면부에 직경 0.5mm인 원형의 타공을 32개 형성시켜 제조된 관통부로 전해액이 배출되도록 하였다.
전해액의 부피는 각 50㎖이었으며, 양극에는 바나듐 4가 상태의 전해액을, 음극에는 바나듐 3가 상태의 전해액을 100㎖/min 속도로 순환 공급하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1에서 전해액 유입관 측면부에 타공을 형성하지 않았으며, 말단을 개방하여 전해액 유입관과 전해액 유출관을 동일하게 설치한 후, 실시예 1과 동일한 조건으로 제작하였다.
<실험예 1>
충방전 전류밀도는 50mA/cm2이었으며, 전압범위는 0.8 ~ 1.7V였으며, 충전은 정전류-정전압(125mA-cut) 모드, 방전은 정전류 모드로 진행하였다.
도 3에 도시된 전지용량 결과에서 알 수 있듯이, 비교예 1은 충방전이 반복될수록 용량 저하가 비교적 극심하고, 용량 발현이 균일하지 못함을 보여주고 있다. 이는 균일하지 못한 전해액 혼합상태로 인한 것이며, 장기적인 측면에서는 음극과 양극 전해액의 이온균형 붕괴로 인하여 원치않는 크로스오버가 심화될 수 있다. 반면에 실시예 1은 용량저하 패턴이 일반적이다. 단, 도면에서 Ch는 충전용량(Charge capacity)이고, Dch는 방전용량(Dis-charge capacity)이다.
도 4 내지 도 6은 각각 본 발명에 따른 레독스 흐름전지의 전류효율(Coulombic efficiency, %), 전압효율(Voltage efficiency, %), 에너지효율(Energy efficiency, %) 데이터이다. 전류효율, 전압효율 및 에너지효율의 정의는 다음과 같다.
전류효율 = (방전 전류량)/(충전 전류량) × 100
전압효율 = (에너지효율)/(전류효율) × 100
에너지효율 = (방전전압 × 방전전류량)/(충전전압 × 충전전류량)
도 3 내지 6에서 확인가능 하듯이, 비교예 1은 충방전이 거듭될 때 용량(mAh) 및 효율의 결과가 매우 불안정하다. 그 원인으로는 셀 반응 후 유입된 전해액이 기존의 전해액과 균일하게 섞이지 않은 상태에서 다시 셀로 유출되기 때문이다. 음극과 양극에서의 반응은 산화/환원반응이므로 이온균형이 중요하며, 전해액이 잘 혼합되지 않는다면 이온균형이 맞지 않는 전해액이 유입되어 불안정한 결과를 야기한다.
<실시예 2>
전해액 유입관과 전해액 유출관의 형태를 원통형이 아닌 육면체형으로 모사하였으며, 가로 × 세로 × 높이는 3 × 3 × 10 mm로 제작하였다. 전해액 유입관 측면부에 크기가 0.53 × 0.53 mm인 정사각형 모양의 관통구를 32개 타공하여 형성하였으며, 전해액 유입관 말단을 폐쇄(plugging)하였다. 이외의 구성요소는 실시예 1과 동일하게 하여 제작하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 2에서 제작한 관통구를 형성하지 않고, 전해액 유입관 말단이 개방된 것을 사용하여, 이외의 구성요소는 실시예 1과 동일하게 하여 제작하였다.
<실험예 2>
전해액의 공급 속도가 100㎖/min 속도로 공급될 때, 평균유속은 0.18m/s로 예측되었으며, 타공이 형성된 전해액 유입관이 적용된 실시예 2에서의 평균유속은 0.22m/s였다.
도 7(a)는 본 발명의 실시예 2에 따른 전해액 혼합장치를 포함하는 유입관의 모식도이고, 도 7(b)는 본 발명의 비교예 2에 따른 유입관의 모식도이고, 도 8(a)는 본 발명의 실시예 2에 따른 전해액 혼합장치를 포함하는 유입관의 컴퓨터 시뮬레이션 결과이고, 도 8(b)는 본 발명의 비교예 2에 따른 유입관의 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다.
도 7(a)에 해당하는 실시예 2의 경우, 각 관통구에서 유체(전해액)의 속도를 전산해석(시뮬레이션)하여 예측한 것이 도 8(a)이며, 도 8(a)에서 첫번째 도면이 전체 형상(3D)이고, 세번째 도면이 2D이다. 그리고, 가운데 도면은 1번째 3번째 결과 도면을 보기 위한 범례(척도)이다. 숫자는 속도(m/s)를 의미하며, 속도가 0일 때는 파란색이며, 속도가 빨라질 경우, 하늘색 노란색을 거쳐 빨간색까지 변하게 된다. 결과에서 볼 수 있듯이 관통구쪽에서는 붉은색을 띄므로 0.25 ~ 0.3 m/s 수준의 속도를 가질 것으로 예측할 수 있으며, 말단은 폐쇄되었기 때문에 속도가 0에 가깝다는 것을 알 수 있다.
도 7(b)과 도 8(b)는 비교예 2의 결과로서, 내벽에 접한 유체(전해액)는 거의 0에 가까운 속도를 가질 것이며, 가장 속도가 빠른 부분은 관의 정중앙 부분인 것을 확인할 수 있다. 실시예 2와 비교예 2의 가장 큰 차이는 전해액 유입 속도의 차이이기도 하지만, 더불어, 해석 결과에서도 알 수 있듯이, 비교예 2의 전해액 흐름은 1 방향으로만 진행되지만, 실시예 2는 상/하 위치가 서로 다른 32개의 타공홀에서 4 방향으로 비교적 빠른 속도로 전해액이 배출되기 때문에 전해액 혼합에 유리할 것이 예측 가능하다.
10. 스택 11. 양극셀
12. 음극셀 13. 양극 집전체
14. 양극 집전체 15. 분리막
100. 양극 전해액 저장부 110. 양극 전해액 유입관
120. 양극 전해액 유출관 125. 양극 펌프
200. 음극 전해액 저장부 210. 음극 전해액 유입관
210a. 음극 전해액 유입관 말단 210b. 관통구
220. 음극 전해액 유출관 220a. 음극 전해액 유출관 말단
225. 음극 펌프 230. 바닥부
240a. 음극 전해액 침수부 240b. 음극 전해액 비침수부

Claims (7)

  1. 레독스 흐름전지의 전해액 저장부로 유입되는 유입관의 측벽에 복수의 관통구를 구비하고, 상기 유입관의 말단이 폐쇄된 레독스 흐름전지용 전해액 혼합 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 관통구는 유입관의 측벽 중에서 전해액의 침수부에 설치되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 전해액 혼합 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 관통구는 유입관의 측벽을 타공하여 형성된 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 전해액 혼합 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 관통구는 원형 또는 다각형의 형상인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 전해액 혼합 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유입관의 말단은 전해액 저장부의 바닥부에 접하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 전해액 혼합 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유입관의 횡단면은 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 전해액 혼합 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 전해액 혼합 장치를 양극 전해액 저장부 혹은 음극 전해액 저장부 중 적어도 어느 하나 이상에 적용한 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020075899A1 (ko) * 2018-10-11 2020-04-16 스탠다드에너지 주식회사 레독스 흐름전지
EP4246635A1 (de) * 2022-02-16 2023-09-20 Kermi GmbH Redox-flussbatterie mit vorrichtung zur verbesserten elektrolytdurchmischung in den tanks

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020075899A1 (ko) * 2018-10-11 2020-04-16 스탠다드에너지 주식회사 레독스 흐름전지
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