KR20180091283A - Flowframe integrated bipolar plate assembly for redox flow battery and method of manufacturing the same and stack for redox flow battery including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 및 그 제조 방법과, 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기전도성 등의 성능 저하 없이 플로우프레임과 분리판 간의 접합 특성을 향상시킬 수 있는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 및 그 제조 방법과, 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택에 관한 것이다.The present invention relates to a flow frame integrated type separator assembly for a redox flow battery, a manufacturing method thereof, and a stack for a redox flow battery having the same, and more particularly, And a stack for a redox flow battery having the flow plate integrated plate assembly.
레독스 흐름전지는 전해액에 전기에너지를 저장하는 원리를 이용한 이차 전지로, 다른 이차전지에 비하여 대용량화가 용이하고, 가격이 저렴하며 안전한 시스템이기 때문에 에너지 저장 시스템(Energy Storage System : ESS)에 적용되고 있다. 이러한 레독스 흐름전지는 주요 부품으로 분리판, 플로우프레임, 전극 및 이온전도성 멤브레인을 포함한다.The redox flow battery is a secondary battery using the principle of storing electric energy in the electrolyte. It is applied to an energy storage system (ESS) because it is easy to increase capacity compared to other secondary batteries and is a cheap and safe system have. Such a redox flow cell is a main component including a separator plate, a flow frame, an electrode, and an ion conductive membrane.
이때, 분리판은 전극, 즉 양극과 음극에 전자를 전달해 주는 역할과 함께 양극 전해액(V4+, V5+)과 음극 전해액(V2+, V3+)이 섞이지 않도록 분리시키는 역할을 한다. 이를 위해, 분리판은 플로우프레임에 부착하여 사용하고 있으며, 분리판과 플로우프레임 사이에 빈틈이 없어야 전해액이 외부로 누출되지 않는다.At this time, the separator plays a role of transferring electrons to the electrodes, that is, the positive electrode and the negative electrode, and separating the positive electrode electrolyte (V 4+ , V 5+ ) and the negative electrode electrolyte (V 2+ , V 3+ ) . For this purpose, the separator is attached to the flow frame, and there is no gap between the separator and the flow frame so that the electrolyte does not leak to the outside.
이러한 분리판은 전도성을 부여하기 위해, 흑연 분말과 베이스 수지를 혼합하여 제작하고, 플로우프레임은 내산성이 우수한 베이스 수지 단일재료로 제작하였다. 이때, 분리판의 베이스 수지와 플로우프레임의 베이스 수지의 종류가 다를 경우에는 분리판과 플로우프레임 두 부품 간의 접착력이 좋지 않아 틈새가 발생하는 문제가 있었다. 이 경우, 분리판과 플로우프레임 간의 틈새를 통해 전해액이 누출될 경우 안전 문제와 함께 전지 성능이 저하되는 문제가 있었다.In order to impart conductivity, the separator plate was made by mixing graphite powder and a base resin, and the flow frame was made of a single base resin material having excellent acid resistance. At this time, when the base resin of the separator plate and the base resin of the flow frame are different from each other, there is a problem that the gap between the separator plate and the flow frame is poor. In this case, when the electrolyte leaks through the gap between the separator and the flow frame, there is a problem in that the performance of the battery deteriorates with the safety problem.
최근에는, 이러한 문제를 해결하기 위해 분리판의 베이스 수지와 플로우프레임의 베이스 수지 상호 간을 동일한 수지를 적용하여 제작한 후, 분리판과 플로우프레임 두 부품을 핫 프레스로 가열 압착하여 수지를 용융시켜 일체화시킴으로써 전해액이 누출되는 문제를 개선하였다.In recent years, in order to solve such a problem, the base resin of the separator plate and the base resin of the flow frame are manufactured by applying the same resin, and then the separator plate and the flow frame are heated and pressed by a hot press to melt the resin Thereby solving the problem of leakage of the electrolytic solution.
그러나, 이러한 방법을 통해 분리판과 플로우프레임을 접착할 경우에는 분리판과 플로우프레임 간의 접합력 확보로 전해액이 누출되는 문제를 개선할 수는 있으나, 분리판의 베이스 수지와 플로우프레임의 베이스 수지가 녹는 온도, 대략 140℃ 이상의 고온에서 가열해야 하기 때문에 분리판과 플로우프레임의 형태가 일정하게 유지되지 못하였다. 여기서, 플로우프레임은 전해액이 유동하는 미세 유로가 형성되므로 형태가 동일하게 유지되어야 하나, 140℃ 이상의 고온 가열로 인하여 형태가 변형되는 문제로 실질적인 활용이 불가능하였다.However, when the separation plate and the flow frame are bonded to each other through such a method, the problem of leakage of the electrolyte due to securing the bonding force between the separation plate and the flow frame can be improved. However, The shape of the separator plate and the flow frame can not be kept constant since the plate must be heated at a temperature of about 140 ° C or higher. Here, since the flow frame has a micro-flow path through which the electrolyte flows, the shape of the flow frame must remain the same, but the shape of the flow frame is deformed due to heating at a temperature of 140 ° C or higher.
또한, 분리판은 우수한 전도성 확보를 위해 흑연 분말을 배열시키는데, 고온 가열시 흑연 분말의 배열이 흐트러지는 문제로 전도성이 저하되는 문제가 있었다.In addition, the separator plate arranges the graphite powder for ensuring excellent conductivity. However, there is a problem that the conductivity is deteriorated due to the disorder of the arrangement of the graphite powder when heated at high temperature.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2015-0009135호(2015.01.26. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 분리판 결합체 및 분리판 탭을 포함하는 레독스 흐름전지용 스택이 기재되어 있다.A related prior art is Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2015-0009135 (published on Jan. 26, 2015), which discloses a redox flow battery stack including a separator plate assembly and a separator plate tab.
본 발명의 목적은 전기전도성 등의 성능 저하 없이 플로우프레임과 분리판 간의 접합 특성을 향상시킬 수 있는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 및 그 제조 방법과, 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a flow frame integrated type separator plate assembly for a redox flow battery capable of improving a junction characteristic between a flow frame and a separator plate without deteriorating electrical conductivity and the like, a method for manufacturing the same, and a stack for a redox flow battery having the same .
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체는 플로우프레임; 상기 플로우프레임에 안착되는 분리판; 및 상기 플로우프레임과 분리판 사이에 배치되어, 상기 분리판을 플로우프레임에 접합시키기 위한 접합 부재;를 포함하며, 상기 플로우프레임은 제1 베이스 수지 및 무기 충전제를 포함하고, 상기 분리판은 제2 베이스 수지 및 전도성 분말을 포함하고, 상기 접합 부재는 제3 베이스 수지 및 가소제를 포함하며, 상기 제1, 제2 및 제3 베이스 수지는 모두 동일한 수지인 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a flow frame integrated type separator assembly for a redox flow battery, including: a flow frame; A separation plate that is seated on the flow frame; And a joining member disposed between the flow frame and the separating plate for joining the separating plate to the flow frame, wherein the flow frame includes a first base resin and an inorganic filler, A base resin and a conductive powder, wherein the bonding member includes a third base resin and a plasticizer, and the first, second, and third base resins are all the same resin.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 스택은 적어도 둘 이상이 적층된 플로우프레임 일체형 분리판 조립체와, 상기 플로우프레임의 내부에 삽입된 복수의 전극과, 상기 복수의 전극이 삽입된 플로우프레임 사이에 개재된 이온전도성 멤브레인을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a stack for a redox flow battery comprising: a flow frame integrated type separator assembly having at least two stacked layers; a plurality of electrodes inserted into the flow frame; And an ion conductive membrane interposed between the inserted flow frames.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법은 (a) 플로우프레임, 분리판 및 접합 부재를 마련하는 단계; (b) 상기 플로우프레임 상에 접합 부재 및 분리판을 차례로 적층하는 단계; 및 (c) 상기 플로우프레임, 접합 부재 및 분리판을 핫 프레스로 가열 압착하여 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 플로우프레임은 제1 베이스 수지 및 무기 충전제를 포함하고, 상기 분리판은 제2 베이스 수지 및 전도성 분말을 포함하고, 상기 접합 부재는 제3 베이스 수지 및 가소제를 포함하며, 상기 제1, 제2 및 제3 베이스 수지는 모두 동일한 수지인 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a flow frame integrated type plate assembly for a redox flow battery, comprising the steps of: (a) providing a flow frame, a separation plate and a bonding member; (b) sequentially laminating a joining member and a separating plate on the flow frame; And (c) heating and pressing the flow frame, the joining member and the separating plate by a hot press to form the flow frame integrated separator plate assembly, wherein the flow frame includes a first base resin and an inorganic filler, Wherein the separating plate comprises a second base resin and a conductive powder, and the bonding member includes a third base resin and a plasticizer, and the first, second and third base resins are all the same resin.
본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 및 그 제조 방법과, 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택은 플로우프레임, 분리판 및 접합 부재의 제1, 제2 및 제3 베이스 수지를 모두 동일한 것을 이용하는 것에 의해, 핫 프레스로 가열 압착시 플로우프레임과 분리판 간의 접착력을 향상시킬 수 있게 된다.The flow-frame-integrated separator plate assembly for a redox flow battery according to the present invention, a method of manufacturing the same, and a stack for a redox flow battery having the same have the same first, second and third base resins of a flow frame, The adhesive force between the flow frame and the separator plate can be improved by hot press bonding.
또한, 본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 및 그 제조 방법과, 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택은 접합 부재로 제3 베이스 수지에 가소제를 다량 첨가한 것을 이용하는 것에 의해, 접합 부재의 녹는점을 낮추어 저온에서 접합 부재를 매개로 플로우프레임과 분리판을 접합시키는 것이 가능해질 수 있다.In addition, the flow frame-integrated separator plate assembly for a redox flow cell, the method of manufacturing the same, and the stack for a redox flow battery having the redox flow sheet assembly according to the present invention can be manufactured by joining a large amount of plasticizer to the third base resin, It is possible to lower the melting point of the flow frame and to bond the flow frame and the separating plate to each other through the joining member at a low temperature.
이 결과, 본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 및 그 제조 방법과, 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택은 접합 부재를 매개로 플로우프레임에 분리판을 핫 프레스로 접합시키는 접착 공정시 가소제의 다량 첨가로 녹는점을 낮춘 접합 부재만이 용융되어 플로우프레임과 분리판 사이를 접합 부재로 접합시킬 수 있으므로 플로우프레임과 분리판의 형태 및 전기적 성능을 유지하는 것이 가능해질 수 있게 된다.As a result, according to the present invention, a flow frame integrated type separator plate assembly for redox flow battery, a manufacturing method thereof, and a stack for a redox flow battery having the same are provided with a flow frame through a bonding member, It is possible to maintain the shape and electrical performance of the flow frame and the separator plate because only the joint member having a lower melting point can be melted by joining the flow frame and the separator plate with the joint member by adding a large amount of the plasticizer.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 스택을 나타낸 결합 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 스택의 단위 셀을 나타낸 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 나타낸 분해 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법을 나타낸 공정 단면도.
도 8은 실시예 1에 따라 제조된 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체에 대한 접착력 평가 결과를 나타낸 그래프.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an assembled cross-sectional view illustrating a stack for redox flow cells according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is an exploded perspective view showing a unit cell of a stack for a redox flow battery according to an embodiment of the present invention.
3 is an exploded cross-sectional view of a flow frame integral type separator plate assembly for a redox flow battery according to an embodiment of the present invention.
4 is a process flow diagram illustrating a method of manufacturing a flow frame integral type separator plate assembly for a redox flow battery according to an embodiment of the present invention.
5 to 7 are sectional views of a process for manufacturing a flow frame integrated type separator plate assembly for a redox flow battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing the adhesion evaluation results of a flow frame integral type separator plate assembly for a redox flow cell manufactured according to Example 1. FIG.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 및 그 제조 방법과, 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a flow frame integrated type separator plate assembly for a redox flow battery according to a preferred embodiment of the present invention, a manufacturing method thereof, and a redox flow battery stack having the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 스택을 나타낸 결합 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 스택의 단위 셀을 나타낸 분해 사시도이다.FIG. 1 is an exploded cross-sectional view illustrating a stack for a redox flow battery according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a unit cell of a redox flow battery stack according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 스택(100)은 적어도 둘 이상이 적층된 플로우프레임 일체형 분리판 조립체(120)를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 스택(100)은 전극(140) 및 이온전도성 멤브레인(160)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, a
플로우프레임 일체형 분리판 조립체(120)는 플로우프레임(122), 분리판(124) 및 접합 부재(126)를 포함한다.The flow frame integral
플로우프레임(122)은 내부 중앙을 관통하는 개구(도 3의122c)에 의해 사각 프레임 구조를 가지며, 단턱(도 3의 122b)에는 분리판(124)이 안착되게 된다.The
이때, 복수의 플로우프레임(122)은 이웃한 플로우프레임(122)들 상호 간이 대칭 구조로 설계될 수 있다. 도면으로 상세히 나타내지는 않았지만, 플로우프레임(122)은 전해액이 유동하기 위한 유로를 구비할 수 있다.At this time, the plurality of
분리판(124)은 전극(140), 즉 양극(142)과 음극(144)에 전자를 전달해 주는 역할과 함께 양극 전해액(V4+, V5+)과 음극 전해액(V2+, V3+)이 섞이지 않도록 분리시키는 역할을 한다. 이러한 분리판(124)은 플로우프레임(122)의 단턱에 안착된다.The
접합 부재(126)는 플로우프레임(122)과 분리판(124) 사이에 배치되어, 분리판(124)을 플로우프레임(122)에 접합시키는 역할을 한다.The joining
전극(140)은 복수개가 플로우프레임(122)의 내부에 삽입된다. 이때, 복수의 전극(140)은 양극(142)과 음극(144)을 포함할 수 있다. 이러한 전극(140)은 탄소 섬유(carbon fiber), 탄소 펠트(carbon felt), 흑연 섬유(graphite fiber), 흑연 펠트(graphite felt) 등의 카본계 물질로 구성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.A plurality of
이온전도성 멤브레인(160)은 복수의 전극(140)이 삽입된 플로우프레임(122) 사이에 개재된다. 이러한 이온전도성 멤브레인(160)은 전해액이 누수되는 것을 방지하기 위해 플로우프레임(122) 사이에 부착된다.The ion
한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 나타낸 분해 단면도로, 도 1과 연계하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.3 is an exploded cross-sectional view of a flow frame integrated type separator plate assembly for a redox flow battery according to an embodiment of the present invention, and will be described in more detail with reference to FIG.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체(120)는 플로우프레임(122), 분리판(124) 및 접합 부재(126)를 포함한다.1 and 3, a flow frame integrated
플로우프레임(122)은 내부 중앙을 관통하는 개구(122c)를 갖는 프레임 본체(122a)와, 프레임 본체(122a)의 개구(122c) 가장자리에 배치되어, 분리판(124)을 안착시키기 위한 단턱(122b)을 갖는다. 이러한 플로우프레임(122)은 내부 중앙을 관통하는 개구(122c)에 의해 사각 프레임 구조를 가지며, 단턱(122b)에는 분리판(124)이 안착되게 된다.The
여기서, 플로우프레임(122)은 제1 베이스 수지 및 무기 충전제를 포함하고, 분리판(124)은 제2 베이스 수지 및 전도성 분말을 포함하며, 접합 부재(126)는 제3 베이스 수지 및 가소제를 포함한다. 특히, 제1, 제2 및 제3 베이스 수지는 모두 동일한 수지가 이용된다.Here, the
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체(120)는 플로우프레임(122), 분리판(124) 및 접합 부재(126)의 제1, 제2 및 제3 베이스 수지를 모두 동일한 것을 이용하는 것에 의해, 핫 프레스로 가열 압착시 플로우프레임(122)과 분리판(124) 간의 접착력을 향상시킬 수 있게 된다.As described above, the flow-frame-integrated
또한, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체(120)는 접합 부재(126)로 제3 베이스 수지에 가소제를 다량 첨가한 것을 이용하는 것에 의해, 접합 부재(126)의 녹는점을 낮추어 저온에서 접합 부재(126)를 매개로 플로우프레임(122)과 분리판(124)을 접합시키는 것이 가능해질 수 있다.In addition, the flow-frame-integrated
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체(120)는 접합 부재(126)를 매개로 플로우프레임(122)에 분리판(124)을 핫 프레스로 접합시키는 접착 공정시 가소제의 다량 첨가로 녹는점을 낮춘 접합 부재(126)만이 용융되어 플로우프레임(122)과 분리판(124) 사이를 접합 부재(126)로 접합시킬 수 있으므로 플로우프레임(122)과 분리판(124)의 형태 및 전기적 성능을 유지하는 것이 가능해질 수 있게 된다.As a result, the flow-frame-integrated
플로우프레임(122)은 95 ~ 99.5wt%의 제1 베이스 수지 및 0.5 ~ 5.0wt%의 무기 충전제를 포함한다. 여기서, 제1 베이스 수지로는 내산성이 우수한 열가소성 수지가 이용될 수 있다. 구체적으로, 제1 베이스 수지로는 폴리프로필렌(polypropylene : PP), 폴리에틸렌(polyethylene : PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene : PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride : PVDF), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride : PVC) 및 폴리스티렌(polystyrene : PS) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.The
무기 충전제는 플로우프레임(122)의 성형성을 향상시키기 위해 첨가된다. 이러한 무기 충전제로는 탄산칼슘, 황산바륨, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 알루미늄실리케이트, 탈크, 규조토, 마그네슘실리케이트 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다. 무기 충전제의 첨가량이 플로우프레임(122) 전체 중량의 0.5wt% 미만일 경우에는 무기 충전제 첨가 효과를 제대로 발휘하기 어렵다. 반대로, 무기 충전제의 첨가량이 플로우프레임(122) 전체 중량의 5.0wt%를 초과할 경우에는 상대적으로 제2 베이스 수지의 첨가량이 감소하여 내산성이 저하되는 문제를 야기할 수 있다.The inorganic filler is added to improve the moldability of the
분리판(124)은 10 ~ 60wt%의 제2 베이스 수지 및 40 ~ 90wt%의 전도성 필러를 포함한다. 전도성 필러의 첨가량이 분리판(124) 전체 중량의 40wt% 미만일 경우에는 전기 전도성 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 전도성 필러의 첨가량이 분리판(124) 전체 중량의 90wt%를 초과할 경우에는 성형성이 저하되는 문제가 있다.The
여기서, 제2 베이스 수지로는, 제1 베이스 수지와 마찬가지로, 폴리프로필렌(polypropylene : PP), 폴리에틸렌(polyethylene : PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene : PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride : PVDF), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride : PVC) 및 폴리스티렌(polystyrene : PS) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.Here, the second base resin may be a polyolefin such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), and polystyrene (PS).
전도성 필러는 전기 전도성을 향상시키기 위해 첨가된다. 이를 위해, 전도성 필러로는 흑연분말(graphite powder), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 그라핀(graphene), 카본블랙(carbon black) 및 카본분말(carbon powder) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.Conductive fillers are added to improve electrical conductivity. The conductive filler may be at least one selected from the group consisting of graphite powder, carbon nanotube, graphene, carbon black and carbon powder. have.
접합 부재(126)는 50 ~ 80wt%의 제3 베이스 수지 및 20 ~ 50wt%의 가소제를 포함한다.The
제3 베이스 수지는, 제1 및 제2 베이스 수지와 마찬가지로, 폴리프로필렌(polypropylene : PP), 폴리에틸렌(polyethylene : PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene : PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride : PVDF), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride : PVC) 및 폴리스티렌(polystyrene : PS) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.The third base resin, like the first and second base resins, may be formed of a material such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), and polystyrene (PS).
가소제는 접합 부재(126)에 다량 첨가되어 녹는점을 낮추는 역할을 한다. 이때, 본 발명에서는 가소제를 접합 부재(126) 전체 중량의 20 ~ 50wt%로 첨가하는 것에 의해 접합 부재(126)의 녹는점을 70 ~ 120℃로 낮추었다.The plasticizer is added to the joining
이러한 가소제로는 수지의 녹는점을 낮출 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 이때, 가소제로는 프탈산 에스테르(Phthalic acid ester)류, 지방족 이염기산 에스테르(Aliphatic dibasic acid ester)류, 트리멜리에이트 에스테르(Trimelliate ester)류, 지방족 인산 에스테르(Aliphatic phosphoric acid ester)류, 방향족 인산 에스테르(Aromatic phosphoric acid ester)류, 에폭시(Epoxy)류 및 글라이콜(Glycol)류 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.Such a plasticizer is not particularly limited as long as it can lower the melting point of the resin. Examples of the plasticizer include phthalic acid esters, aliphatic dibasic acid esters, trimellate esters, aliphatic phosphoric acid esters, aromatic phosphoric acid esters, (Aromatic phosphoric acid ester), epoxy (epoxy), and glycol (glycol).
가소제의 첨가량이 접합 부재(126) 전체 중량의 20wt% 미만일 경우에는 그 첨가량이 미미하여 상기의 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 가소제의 첨가량이 접합 부재(126) 전체 중량의 50wt%를 초과할 경우에는 상대적으로 제3 베이스 수지의 첨가량이 감소하여 내산성을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 바람직하지 못하다.If the amount of the plasticizer to be added is less than 20 wt% of the total weight of the
전술한 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체는 플로우프레임, 분리판 및 접합 부재의 제1, 제2 및 제3 베이스 수지를 모두 동일한 것을 이용하는 것에 의해, 핫 프레스로 가열 압착시 플로우프레임과 분리판 간의 접착력을 향상시킬 수 있게 된다.The flow frame integrated type separator assembly for a redox flow battery according to an embodiment of the present invention uses the same first, second, and third base resins of the flow frame, separator plate, and junction member, The adhesive strength between the flow frame and the separator plate can be improved during hot pressing.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체는 접합 부재로 제3 베이스 수지에 가소제를 다량 첨가한 것을 이용하는 것에 의해, 접합 부재의 녹는점을 낮추어 저온에서 접합 부재를 매개로 플로우프레임과 분리판을 접합시키는 것이 가능해질 수 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, the flow frame-integrated separator plate assembly for a redox flow-type battery has a structure in which a large amount of plasticizer is added to the third base resin as a joining member to lower the melting point of the joining member, It becomes possible to connect the flow frame and the separator plate through the intermediary.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체는 접합 부재를 매개로 플로우프레임에 분리판을 핫 프레스로 접합시키는 접착 공정시 가소제의 다량 첨가로 녹는점을 낮춘 접합 부재만이 용융되어 플로우프레임과 분리판 사이를 접합 부재로 접합시킬 수 있으므로 플로우프레임과 분리판의 형태 및 전기적 성능을 유지하는 것이 가능해질 수 있게 된다.As a result, according to the embodiment of the present invention, the flow frame integrated type separator plate assembly for a redox flow battery is characterized in that, in a bonding step of bonding a separator plate to a flow frame via a bonding member, Only the member can be melted and bonded between the flow frame and the separating plate with the joining member, so that it becomes possible to maintain the shape and electrical performance of the flow frame and the separating plate.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for manufacturing a flow frame integral type separator plate assembly for a redox flow battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a flow frame integrated type separator plate assembly for a redox flow battery according to an exemplary embodiment of the present invention. FIGS. 5 to 7 are cross- Sectional view showing a manufacturing method of an assembly.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법은 부품 마련 단계(S210), 적층 단계(S220) 및 핫 프레스 단계(S230)를 포함한다.4, a method for manufacturing a flow frame integrated type plate assembly for a redox flow battery according to an embodiment of the present invention includes a component preparing step S210, a lamination step S220, and a hot pressing step S230 .
부품 마련Arrange parts
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 부품 마련 단계(S210)에서는 플로우프레임(122), 분리판(124) 및 접합 부재(126)를 마련한다.4 and 5, in the component preparing step S210, the
이때, 플로우프레임(122)은 95 ~ 99.5wt%의 제1 베이스 수지 및 0.5 ~ 5.0wt%의 무기 충전제를 혼합한 후, 150 ~ 220℃에서 압축성형 방식 또는 사출성형 방식으로 성형하여 제조될 수 있다. 여기서, 플로우프레임(122)은 압축성형 방식 또는 사출성형 방식으로 제작되는 과정 시, 플로우프레임(122)에는 유로(미도시)가 함께 성형된다.In this case, the
여기서, 제1 베이스 수지로는 내산성이 우수한 열가소성 수지가 이용될 수 있다. 구체적으로, 제1 베이스 수지로는 폴리프로필렌(polypropylene : PP), 폴리에틸렌(polyethylene : PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene : PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride : PVDF), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride : PVC) 및 폴리스티렌(polystyrene : PS) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.Here, as the first base resin, a thermoplastic resin having excellent acid resistance can be used. More specifically, the first base resin may include polypropylene (PP), polyethylene (PE), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF) polyvinyl chloride (PVC) and polystyrene (PS) may be used.
무기 충전제는 플로우프레임(122)의 성형성을 향상시키기 위해 첨가된다. 이러한 무기 충전제로는 탄산칼슘, 황산바륨, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 알루미늄실리케이트, 탈크, 규조토, 마그네슘실리케이트 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.The inorganic filler is added to improve the moldability of the
또한, 분리판(124)은 10 ~ 60wt%의 제2 베이스 수지 및 40 ~ 90wt%의 전도성 분말을 혼합한 후, 핫 프레스로 가열 압착하는 것에 의해 제조될 수 있다. 이때, 가열 압착은 150 ~ 220℃ 및 10 ~ 30MPa의 조건에서 10 ~ 30분 동안 실시하는 것이 바람직하다.The
또한, 제2 베이스 수지로는, 제1 베이스 수지와 마찬가지로, 폴리프로필렌(polypropylene : PP), 폴리에틸렌(polyethylene : PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene : PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride : PVDF), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride : PVC) 및 폴리스티렌(polystyrene : PS) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.The second base resin may be a polyolefin such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), and polystyrene (PS).
전도성 필러는 전기 전도성을 향상시키기 위해 첨가된다. 이를 위해, 전도성 필러로는 흑연분말(graphite powder), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 그라핀(graphene), 카본블랙(carbon black) 및 카본분말(carbon powder) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다. 전도성 필러의 첨가량이 분리판(124) 전체 중량의 40wt% 미만일 경우에는 전기 전도성 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 전도성 필러의 첨가량이 분리판(124) 전체 중량의 90wt%를 초과할 경우에는 성형성이 저하되는 문제가 있다.Conductive fillers are added to improve electrical conductivity. The conductive filler may be at least one selected from the group consisting of graphite powder, carbon nanotube, graphene, carbon black and carbon powder. have. If the addition amount of the conductive filler is less than 40 wt% of the total weight of the
접합 부재(126)는 50 ~ 80wt%의 제3 베이스 수지 및 20 ~ 50wt%의 가소제를 포함한다. 제3 베이스 수지는 제1 및 제2 베이스 수지와 동일한 것이 이용될 수 있다.The
이때, 가소제는 접합 부재(126)에 다량 첨가되어 녹는점을 낮추는 역할을 한다. 이때, 본 발명에서는 가소제를 접합 부재(126) 전체 중량의 20 ~ 50wt%로 첨가하는 것에 의해 접합 부재(126)의 녹는점을 70 ~ 120℃로 낮추었다.At this time, the plasticizer is added to the
이러한 가소제로는 수지의 녹는점을 낮출 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 이때, 가소제로는 프탈산 에스테르(Phthalic acid ester)류, 지방족 이염기산 에스테르(Aliphatic dibasic acid ester)류, 트리멜리에이트 에스테르(Trimelliate ester)류, 지방족 인산 에스테르(Aliphatic phosphoric acid ester)류, 방향족 인산 에스테르(Aromatic phosphoric acid ester)류, 에폭시(Epoxy)류 및 글라이콜(Glycol)류 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.Such a plasticizer is not particularly limited as long as it can lower the melting point of the resin. Examples of the plasticizer include phthalic acid esters, aliphatic dibasic acid esters, trimellate esters, aliphatic phosphoric acid esters, aromatic phosphoric acid esters, (Aromatic phosphoric acid ester), epoxy (epoxy), and glycol (glycol).
가소제의 첨가량이 접합 부재(126) 전체 중량의 20wt% 미만일 경우에는 그 첨가량이 미미하여 상기의 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 가소제의 첨가량이 접합 부재(126) 전체 중량의 50wt%를 초과할 경우에는 상대적으로 제3 베이스 수지의 첨가량이 감소하여 내산성을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 바람직하지 못하다.If the amount of the plasticizer to be added is less than 20 wt% of the total weight of the
적층Lamination
도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 적층 단계(S220)에서는 플로우프레임(122) 상에 접합 부재(126) 및 분리판(124)을 차례로 적층한다.4 and 6, in the laminating step S220, the joining
여기서, 플로우프레임(122)은 내부 중앙을 관통하는 개구부(122c)를 갖는 프레임 본체(122a)와, 프레임 본체(122a)의 개구부(122c) 가장자리에 배치되어, 분리판(124)을 안착시키기 위한 단턱(122b)을 갖는다. 이러한 플로우프레임(122)은 내부 중앙을 관통하는 개구부(122c)에 의해 사각 프레임 구조를 가지며, 단턱(122b)에는 분리판(124)이 안착되게 된다.The
핫 프레스Hot press
도 4, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 핫 프레스 단계(S230)에서는 플로우프레임(122), 접합 부재(126) 및 분리판(124)을 핫 프레스로 가열 압착하여 플로우프레임 일체형 분리판 조립체(120)를 형성한다.4, 6 and 7, in the hot pressing step S230, the
이때, 핫 프레스는 70 ~ 120℃ 및 0.1 ~ 2MPa의 조건으로 5 ~ 20분 동안 실시하는 것이 바람직하다. 여기서, 본 발명에서는 핫 프레스 공정 조건이 70 ~ 120℃ 및 0.1 ~ 2MPa로 상당히 낮은 온도 및 압력에서 실시되는데, 이는 제3 베이스 수지에 가소제를 다량 첨가한 접합 부재(126)를 이용하는 것에 의해 접합 부재(126)의 녹는점을 낮추었기 때문이다.At this time, the hot press is preferably carried out for 5 to 20 minutes under the conditions of 70 to 120 DEG C and 0.1 to 2 MPa. In the present invention, the hot press process is performed at a temperature and a pressure which are considerably low, that is, 70 to 120 ° C. and 0.1 to 2 MPa. This is because, by using the
본 단계에서, 핫 프레스 온도가 70℃ 미만이거나, 핫 프레스 시간이 5분 미만일 경우에는 접합 부재(126)가 충분히 용융되지 못할 우려가 있다. 반대로, 핫 프레스 온도가 120℃를 초과하거나, 핫 프레스 시간이 20분을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.In this step, when the hot press temperature is less than 70 占 폚 or the hot press time is less than 5 minutes, there is a fear that the joining
또한, 핫 프레스 압력이 0.1MPa 미만일 경우에는 플로우프레임(122)과 분리판(124) 사이의 접합 부재(126)에 충분한 압력이 인가되지 못하여 부착력이 저하될 수 있다. 반대로, 핫 프레스 압력이 2MPa을 초과할 경우에는 과도한 압력으로 인해 플로우프레임(122) 및 분리판(124)의 형태에 변형을 초래할 수 있다.When the hot press pressure is less than 0.1 MPa, sufficient pressure is not applied to the
상기의 과정(S210 ~ S230)에 의해 제조되는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체는 플로우프레임, 분리판 및 접합 부재의 제1, 제2 및 제3 베이스 수지를 모두 동일한 것을 이용하는 것에 의해, 핫 프레스로 가열 압착시 플로우프레임과 분리판 간의 접착력을 향상시킬 수 있게 된다.The flow-frame-integrated separator plate assembly for redox flow battery manufactured by the above-described processes (S210 to S230) uses the same first, second, and third base resins of the flow frame, separator plate, It is possible to improve the adhesive force between the flow frame and the separator plate by hot press bonding.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체는 접합 부재로 제3 베이스 수지에 가소제를 다량 첨가한 것을 이용하는 것에 의해, 접합 부재의 녹는점을 낮추어 저온에서 접합 부재를 매개로 플로우프레임과 분리판을 접합시키는 것이 가능해질 수 있다.In addition, the flow frame integrated type separator assembly for a redox flow battery manufactured by the method according to an embodiment of the present invention uses a joint member having a large amount of a plasticizer added to the third base resin, thereby lowering the melting point of the junction member, It becomes possible to join the flow frame and the separating plate to each other via the joining member.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체는 접합 부재를 매개로 플로우프레임에 분리판을 핫 프레스로 접합시키는 접착 공정시 가소제의 다량 첨가로 녹는점을 낮춘 접합 부재만이 용융되어 플로우프레임과 분리판 사이를 접합 부재로 접합시킬 수 있으므로 플로우프레임과 분리판의 형태 및 전기적 성능을 유지하는 것이 가능해질 수 있게 된다.As a result, the flow frame integrated type separator assembly for a redox flow battery manufactured by the method according to an embodiment of the present invention can be manufactured by a method in which a flow plate is bonded to a flow frame via a bonding member, Only the joint member having a reduced point can be melted and bonded between the flow frame and the separator by the joint member, so that it becomes possible to maintain the shape and electrical performance of the flow frame and the separator.
실시예Example
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.
1. One. 플로우프레임Flow frame 일체형 분리판 조립체 제조 Manufacture of integral separator plate assembly
실시예Example 1 One
플로우프레임, 분리판 및 접합 부재를 마련하였다. 이때, 플로우프레임으로는 99wt%의 PVC(polyvinyl chloride) 및 1wt%의 탄산칼슘을 혼합한 후, 170℃에서 사출성형으로 유로를 갖는 것을 준비하였다. 그리고, 분리판으로는 84wt%의 흑연 분말 및 16wt%의 PVC(polyvinyl chloride)를 혼합한 후, 160℃ 및 20MPa의 조건으로 20분 동안 핫 프레스로 압착하여 판상으로 제조된 것을 준비하였다. 또한, 접합 부재로는 70wt%의 PVC(polyvinyl chloride) 및 30w%의 프탈산 에스테르류 가소제를 혼합시킨 50㎛ 두께의 필름을 준비하였다.A flow frame, a separation plate, and a joining member. At this time, 99wt% of polyvinyl chloride (PVC) and 1wt% of calcium carbonate were mixed as a flow frame, and a flow path was prepared by injection molding at 170 ° C. 84% by weight of graphite powder and 16% by weight of polyvinyl chloride (PVC) were mixed as a separator, followed by compression at 160 DEG C and 20 MPa for 20 minutes by hot pressing to prepare a plate. A film having a thickness of 50 탆 in which 70 wt% of polyvinyl chloride (PVC) and 30 wt% of a phthalate ester plasticizer were mixed was prepared as a bonding member.
다음으로, 플로우프레임 상에 접합 부재 및 분리판을 차례로 적층한 후, 플로우프레임, 접합 부재 및 분리판을 90℃ 및 1MPa의 조건으로 10분 동안 핫 프레스로 가열 압착함으로써, 접합 부재를 용융시켜 플로우프레임과 분리판을 일체화시켜 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 제조하였다.Next, the bonding members and the separation plates were laminated in order on the flow frame, and then the flow frames, the bonding members and the separation plates were hot-pressed by hot press for 10 minutes under the conditions of 90 DEG C and 1 MPa to melt the bonding members, The frame and the separator plate were integrated to manufacture a flow frame integral separator plate assembly.
실시예Example 2 2
80℃ 및 1.5MPa의 조건으로 15분 동안 핫 프레스로 가열 압착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 제조하였다.A flow frame integral type separator plate assembly was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the pressure-bonded thermocompression was performed by hot pressing at 80 DEG C and 1.5 MPa for 15 minutes.
실시예Example 3 3
100℃ 및 0.5MPa의 조건으로 8분 동안 핫 프레스로 가열 압착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 제조하였다.A flow frame integral type separator plate assembly was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the pressure-bonded thermocompression product was hot-pressed for 8 minutes under the conditions of 100 占 폚 and 0.5 MPa.
실시예Example 4 4
접합 부재로 60wt%의 PVC(polyvinyl chloride) 및 40w%의 프탈산 에스테르류 가소제를 혼합시킨 70㎛ 두께의 필름을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 제조하였다.A flow frame integral type separator assembly was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a film having a thickness of 70 탆 in which 60 wt% of polyvinyl chloride (PVC) and 40 wt% of phthalate ester plasticizer were mixed as a bonding member was used.
비교예Comparative Example 1 One
플로우프레임 및 분리판을 마련하였다. 이때, 플로우프레임으로는 99wt%의 PVC(polyvinyl chloride) 및 1wt%의 탄산칼슘을 혼합한 후, 170℃에서 사출성형으로 유로를 갖는 것을 준비하였다. 그리고, 분리판으로는 84wt%의 흑연 분말 및 16wt%의 PVC(polyvinyl chloride)를 혼합한 후, 160℃ 및 20MPa의 조건으로 20분 동안 핫 프레스로 압착하여 판상으로 제조된 것을 준비하였다.A flow frame and a separator were provided. At this time, 99wt% of polyvinyl chloride (PVC) and 1wt% of calcium carbonate were mixed as a flow frame, and a flow path was prepared by injection molding at 170 ° C. 84% by weight of graphite powder and 16% by weight of polyvinyl chloride (PVC) were mixed as a separator, followed by compression at 160 DEG C and 20 MPa for 20 minutes by hot pressing to prepare a plate.
다음으로, 플로우프레임 상에 분리판을 적층한 후, 플로우프레임 및 분리판을 160℃ 및 20MPa의 조건으로 20분 동안 핫 프레스로 가열 압착하여 플로우프레임과 분리판을 일체화시켜 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 제조하였다.Next, after the separation plate was laminated on the flow frame, the flow frame and the separation plate were hot pressed for 20 minutes under the conditions of 160 DEG C and 20 MPa to integrate the flow frame and the separation plate to form a flow frame integral plate assembly .
비교예Comparative Example 2 2
170℃ 및 15MPa의 조건으로 30분 동안 핫 프레스로 가열 압착한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 제조하였다.A flow frame integral type separator plate assembly was produced in the same manner as in Comparative Example 1, except that the pressure-bonded thermocompression was performed by hot pressing for 30 minutes at 170 占 폚 and 15 MPa.
2. 물성 평가2. Property evaluation
표 1은 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 플로우프레임 일체형 분리판 조립체에 대한 물성 평가 결과를 나타낸 것이고, 도 8은 실시예 1에 따라 제조된 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체에 대한 접착력 평가 결과를 나타낸 그래프이다.Table 1 shows the physical property evaluation results of the flow frame integrated type separator plate manufactured according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, and FIG. 8 is a graph showing the physical property evaluation results of the integrated flow frame for a redox flow battery FIG. 5 is a graph showing the evaluation results of adhesion to a separator plate assembly. FIG.
1) 표면 전기전도도1) Surface electrical conductivity
분리판의 표면 전기전도도는 4-탐침법(4-point probe method)에 의거하여 측정하였다.The surface electrical conductivity of the separator was measured by the 4-point probe method.
2) 굴곡강도2) Flexural strength
분리판의 굴곡강도는 ASTM D 790에 의거하여 측정하였다.The bending strength of the separator was measured according to ASTM D 790.
3) 접합력3)
플로우프레임 일체형 분리판 조립체에 대한 접합력을 측정하기 위해, 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 뒤집은 후, UTM 장비를 사용하여 분리판의 중앙 부분에서 아래 방향으로 하중을 가하여 플로우프레임으로부터 분리판이 떨어지는 시점의 최대 하중을 측정하였다. 이때, 플로우프레임과 분리판의 접합 면적은 7cm2로 고정하였다.In order to measure the bonding force to the flow frame integral separator assembly, the flow frame integral separator assembly is turned upside down, and a load is applied downward from the central portion of the separator plate using UTM equipment, The load was measured. At this time, the bonding area between the flow frame and the separator plate was fixed at 7 cm 2 .
[표 1][Table 1]
표 1 및 도 8에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 4에 따라 제조된 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체의 경우, 분리판의 표면 전기전도도가 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체의 분리판에 비하여 우수한 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.As shown in Table 1 and FIG. 8, in the case of the flow-frame-integrated separator plate assembly for redox flow battery manufactured according to Examples 1 to 4, the surface electrical conductivity of the separator plate Which is superior to the separator plate of the flow frame integrated type separator plate assembly for the doff-flow battery.
또한, 실시예 1 ~ 4에 따라 제조된 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체의 경우, 최대 하중 800N 이상에서 플로우프레임으로부터 분리판이 떨어져 우수한 접착 특성을 나타내는 것을 확인하였다.In addition, it was confirmed that the separable plate assembly with integrated flow-frame for redox flow battery manufactured according to Examples 1 to 4 exhibited excellent adhesion characteristics when the separator plate was separated from the flow frame at a maximum load of 800N or more.
반면, 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체의 경우, 최대 하중이 117N 및 121N에 불과하여, 실시예 1 ~ 4에 비하여 접합력이 현저히 낮은 것을 알 수 있다.On the other hand, in the case of the flow-frame integrated type separator plate for redox flow battery manufactured according to Comparative Examples 1 and 2, the maximum load was only 117 N and 121 N, which indicates that the bonding force is significantly lower than those of Examples 1 to 4.
위의 실험 결과를 토대로, 실시예 1 ~ 4에 따라 제조된 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체와 같이, 가소제를 다량 첨가한 접합 부재를 적용하여 저온에서 핫 프레스로 가열 압착할 경우, 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 레독스 흐름전지용 플로우프레임 분리판 조립체에 비하여 분리판의 전기전도도 성능이 우수하며, 플로우프레임 내의 유로 형태로 잘 유지되는 것을 육안으로 확인하였다.On the basis of the above-mentioned experimental results, it was confirmed that, when a bonding member in which a large amount of plasticizer was added and heated and pressed by a hot press at low temperature like in the case of a flow frame integral plate assembly for redox flow battery manufactured according to Examples 1 to 4, Compared with the flow frame separator plate assembly for redox flow battery manufactured according to Examples 1 and 2, the separator plate had excellent electrical conductivity and was visually confirmed to be maintained in a flow path shape in the flow frame.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. These changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the following claims.
100 : 레독스 흐름전지용 스택
120 : 플로우프레임 일체형 분리판 조립체
122 : 플로우프레임
124 : 분리판
126 : 접합 부재
140 : 전극
160 : 이온전도성 멤브레인
S210 : 부품 마련 단계
S220 : 적층 단계
S230 : 핫 프레스 단계100: redox flow battery stack
120: Flow frame integral type separator assembly
122: Flow frame
124: separation plate
126:
140: electrode
160: ion conductive membrane
S210: Component preparation step
S220:
S230: Hot press step
Claims (20)
상기 플로우프레임에 안착되는 분리판; 및
상기 플로우프레임과 분리판 사이에 배치되어, 상기 분리판을 플로우프레임에 접합시키기 위한 접합 부재;를 포함하며,
상기 플로우프레임은 제1 베이스 수지 및 무기 충전제를 포함하고,
상기 분리판은 제2 베이스 수지 및 전도성 분말을 포함하고,
상기 접합 부재는 제3 베이스 수지 및 가소제를 포함하며,
상기 제1, 제2 및 제3 베이스 수지는 모두 동일한 수지인 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체.
Flow frame;
A separation plate that is seated on the flow frame; And
And a joining member disposed between the flow frame and the separating plate for joining the separating plate to the flow frame,
Wherein the flow frame comprises a first base resin and an inorganic filler,
Wherein the separator comprises a second base resin and a conductive powder,
Wherein the joining member comprises a third base resin and a plasticizer,
Wherein the first, second, and third base resins are all the same resin.
상기 제1, 제2 및 제3 베이스 수지 각각은
폴리프로필렌(polypropylene : PP), 폴리에틸렌(polyethylene : PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene : PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride : PVDF), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride : PVC) 및 폴리스티렌(polystyrene : PS) 중 선택된 1종 이상을 포함하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체.
The method according to claim 1,
Each of the first, second, and third base resins
(PP), polyethylene (PE), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC) and polystyrene polystyrene: PS). < RTI ID = 0.0 > A < / RTI >
상기 플로우프레임은
내부 중앙을 관통하는 개구부를 갖는 프레임 본체와,
상기 프레임 본체의 개구부 가장자리에 배치되어, 상기 분리판을 안착시키기 위한 단턱을 갖는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체.
The method according to claim 1,
The flow frame
A frame body having an opening passing through the center of the frame,
And a stepped portion disposed at the edge of the opening of the frame body for seating the separating plate.
상기 플로우프레임은
95 ~ 99.5wt%의 제1 베이스 수지 및 0.5 ~ 5.0wt%의 무기 충전제를 포함하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체.
The method according to claim 1,
The flow frame
95 to 99.5 wt% of the first base resin and 0.5 to 5.0 wt% of the inorganic filler.
상기 무기 충전제는
탄산칼슘, 황산바륨, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 알루미늄실리케이트, 탈크, 규조토 및 마그네슘실리케이트 중 선택된 1종 이상을 포함하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체.
5. The method of claim 4,
The inorganic filler
A flow frame integral plate assembly for a redox flow cell comprising at least one selected from calcium carbonate, barium sulfate, magnesium hydroxide, aluminum hydroxide, aluminum silicate, talc, diatomaceous earth and magnesium silicate.
상기 분리판은
10 ~ 60wt%의 제2 베이스 수지 및 40 ~ 90wt%의 전도성 분말을 포함하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체.
The method according to claim 1,
The separation plate
10 to 60 wt% of the second base resin and 40 to 90 wt% of the conductive powder.
상기 전도성 필러는
흑연분말(graphite powder), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 그라핀(graphene), 카본블랙(carbon black) 및 카본분말(carbon powder) 중 선택된 1종 이상을 포함하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체.
The method according to claim 6,
The conductive filler
Flow frame integral separation for redox flow cells comprising at least one selected from graphite powder, carbon nanotube, graphene, carbon black and carbon powder. Plate assembly.
상기 접합 부재는
50 ~ 80wt%의 제3 베이스 수지 및 20 ~ 50wt%의 가소제를 포함하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체.
The method according to claim 1,
The joining member
50 to 80 wt% of a third base resin and 20 to 50 wt% of a plasticizer.
상기 가소제는
프탈산 에스테르(Phthalic acid ester)류, 지방족 이염기산 에스테르(Aliphatic dibasic acid ester)류, 트리멜리에이트 에스테르(Trimelliate ester)류, 지방족 인산 에스테르(Aliphatic phosphoric acid ester)류, 방향족 인산 에스테르(Aromatic phosphoric acid ester)류, 에폭시(Epoxy)류 및 글라이콜(Glycol)류 중 선택된 1종 이상을 포함하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체.
9. The method of claim 8,
The plasticizer
Examples thereof include phthalic acid esters, aliphatic dibasic acid esters, trimellate esters, aliphatic phosphoric acid esters, aromatic phosphoric acid esters, ), An epoxy (Epoxy), and a glycol (Glycol).
A stack for a redox-flow battery in which at least two flow-frame-integrated separator plates according to any one of claims 1 to 9 are laminated.
상기 레독스 흐름전지용 스택은
상기 플로우프레임의 내부에 삽입된 복수의 전극과,
상기 복수의 전극이 삽입된 플로우프레임 사이에 개재된 이온전도성 멤브레인을 더 포함하는 레독스 흐름전지용 스택.
11. The method of claim 10,
The redox flow battery stack
A plurality of electrodes inserted in the flow frame,
Further comprising an ion conductive membrane interposed between the flow frames into which the plurality of electrodes are inserted.
(b) 상기 플로우프레임 상에 접합 부재 및 분리판을 차례로 적층하는 단계; 및
(c) 상기 플로우프레임, 접합 부재 및 분리판을 핫 프레스로 가열 압착하여 플로우프레임 일체형 분리판 조립체를 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 플로우프레임은 제1 베이스 수지 및 무기 충전제를 포함하고,
상기 분리판은 제2 베이스 수지 및 전도성 분말을 포함하고,
상기 접합 부재는 제3 베이스 수지 및 가소제를 포함하며,
상기 제1, 제2 및 제3 베이스 수지는 모두 동일한 수지인 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법.
(a) providing a flow frame, a separation plate, and a joining member;
(b) sequentially laminating a joining member and a separating plate on the flow frame; And
(c) heating and pressing the flow frame, the joining member and the separating plate by hot press to form the flow frame integral separating plate assembly,
Wherein the flow frame comprises a first base resin and an inorganic filler,
Wherein the separator comprises a second base resin and a conductive powder,
Wherein the joining member comprises a third base resin and a plasticizer,
Wherein the first, second, and third base resins are all the same resin.
상기 (a) 단계에서,
상기 플로우프레임은
95 ~ 99.5wt%의 제1 베이스 수지 및 0.5 ~ 5.0wt%의 무기 충전제를 혼합한 후, 150 ~ 220℃에서 압축성형 방식 또는 사출성형 방식으로 성형하여 제조된 것인 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법.
13. The method of claim 12,
In the step (a)
The flow frame
A first base resin in an amount of 95 to 99.5 wt% and an inorganic filler in an amount of 0.5 to 5.0 wt%, and then molded by compression molding or injection molding at 150 to 220 캜. A method of manufacturing a separator plate assembly.
상기 (a) 단계에서,
상기 분리판은
10 ~ 60wt%의 제2 베이스 수지 및 40 ~ 90wt%의 전도성 필러를 혼합한 후, 핫 프레스로 가열 압착하여 제조된 것인 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법.
13. The method of claim 12,
In the step (a)
The separation plate
A second base resin in an amount of 10 to 60 wt% and a conductive filler in an amount of 40 to 90 wt%, followed by hot pressing with a hot press.
상기 가열 압착은
150 ~ 220℃ 및 10 ~ 30MPa의 조건에서 10 ~ 30분 동안 실시하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법.
15. The method of claim 14,
The hot-
Wherein the process is performed at a temperature of 150 to 220 DEG C and 10 to 30 MPa for 10 to 30 minutes.
상기 접합 부재는
50 ~ 80wt%의 제3 베이스 수지 및 20 ~ 50wt%의 가소제를 혼합하여 제조된 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법.
13. The method of claim 12,
The joining member
A third base resin in an amount of 50 to 80 wt% and a plasticizer in an amount of 20 to 50 wt%.
상기 접합 부재는
10 ~ 100㎛의 두께를 갖는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법.
17. The method of claim 16,
The joining member
And having a thickness of 10 to 100 탆.
상기 (c) 단계에서,
상기 핫 프레스는
70 ~ 120℃ 및 0.1 ~ 2MPa의 조건으로 5 ~ 20분 동안 실시하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법.
13. The method of claim 12,
In the step (c)
The hot press
Wherein the heat treatment is carried out at 70 to 120 ° C and 0.1 to 2 MPa for 5 to 20 minutes.
상기 제1, 제2 및 제3 베이스 수지 각각은
폴리프로필렌(polypropylene : PP), 폴리에틸렌(polyethylene : PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene : PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride : PVDF), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride : PVC) 및 폴리스티렌(polystyrene : PS) 중 선택된 1종 이상을 포함하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Each of the first, second, and third base resins
(PP), polyethylene (PE), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC) and polystyrene polystyrene (PS)). < Desc / Clms Page number 19 >
상기 가소제는
프탈산 에스테르(Phthalic acid ester)류, 지방족 이염기산 에스테르(Aliphatic dibasic acid ester)류, 트리멜리에이트 에스테르(Trimelliate ester)류, 지방족 인산 에스테르(Aliphatic phosphoric acid ester)류, 방향족 인산 에스테르(Aromatic phosphoric acid ester)류, 에폭시(Epoxy)류 및 글라이콜(Glycol)류 중 선택된 1종 이상을 포함하는 레독스 흐름전지용 플로우프레임 일체형 분리판 조립체 제조 방법.13. The method of claim 12,
The plasticizer
Examples thereof include phthalic acid esters, aliphatic dibasic acid esters, trimellate esters, aliphatic phosphoric acid esters, aromatic phosphoric acid esters, ), Epoxy (Epoxy), and glycol (Glycol). The method for manufacturing a flow frame integrated type separator plate assembly for a redox flow battery includes:
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