KR20180094665A - Bipolar plate 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 분리판 및 그 제조 방법과 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내화학성 특성이 우수하면서 플로우프레임과의 접착력을 향상시킬 수 있는 레독스 흐름전지용 분리판 및 그 제조 방법과 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택에 관한 것이다.The present invention relates to a separator plate for a redox flow battery, a method for manufacturing the redox flow battery cell, and a stack for a redox flow battery having the same, and more particularly to a separator for a redox flow battery, Plate, a method of manufacturing the same, and a stack for a redox flow battery having the same.
최근, 지구 온난화 및 화석 연료의 고갈로 인하여 재생 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 태양광, 풍력, 연료전지와 같은 재생 에너지는 입지 환경에 크게 영향을 받아 출력의 변동이 심하여 연속적으로 에너지를 공급하기 어려운 실정이므로, 이를 해결하기 위해 에너지 저장기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, global warming and depletion of fossil fuels have raised interest in renewable energy. Renewable energy such as solar power, wind power, and fuel cell is heavily influenced by the location environment, and it is difficult to supply energy continuously because the output fluctuates greatly. Therefore, energy storage technology is actively researched to solve this problem.
최근, 에너지 저장기술에서 성장 가능성이 가장 클 것으로 기대되고 있는 레독스 흐름전지는 기존의 2차 전지와는 다르게 전해액내 활물질의 산화환원 반응을 통해 전기에너지를 화학에너지로 충방전하는 시스템이다. 특히, 바나듐 이온을 이용한 바나듐 레독스 흐름전지는 반응이 가장 안정적이고, 수명이 길다는 장점이 있어 가장 범용적으로 사용되고 있다.In recent years, redox flow cells, which are expected to have the greatest potential for growth in energy storage technologies, are systems that charge and discharge electric energy with chemical energy through redox reactions of active materials in the electrolyte, unlike conventional secondary batteries. In particular, vanadium redox flow cells using vanadium ions are most commonly used because they have the most stable reaction and long life.
이러한 레독스 흐름전지는 스택 및 전해질과, 전해질을 순환시키는 펌프로 구성되고 있고, 스택은 분리판, 전극, 멤브레인으로 구성된다. 이때, 분리판은 전극으로부터 생성된 전자를 전달받아 이동시켜주는 역할을 하는 주요 부품으로 높은 전기전도성을 필요로 한다. 또한, 바나듐 레독스 흐름전지의 경우, 바나듐을 이온화하기 위하여 강한 황산의 전해질을 사용하는데, 이러한 환경에서 대략 20년의 긴 수명을 가져야 하므로 내화학성이 매우 주요한 요소가 되고 있다.The redox flow cell consists of a stack, an electrolyte, and a pump to circulate the electrolyte, and the stack consists of a separator, an electrode, and a membrane. At this time, the separator plate is a main component that transfers electrons generated from the electrodes and transfers the electrons, which requires high electrical conductivity. In addition, in the case of the vanadium redox flow cell, a strong sulfuric acid electrolyte is used to ionize vanadium. In such an environment, the chemical life is very important because it has a long lifetime of about 20 years.
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 내화학성 특성이 우수하면서 플로우프레임과의 접착력을 향상시킬 수 있는 레독스 흐름전지용 분리판 및 그 제조 방법과 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a separator for a redox flow cell which is excellent in chemical resistance and can improve adhesion to a flow frame, a method for manufacturing the redox flow battery cell, and a stack for a redox flow battery having the separator.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 분리판은 PVC 수지; 상기 PVC 수지 내에 함침된 전도성 필러; 및 상기 PVC 수지 내에 함침된 가소제;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a separator for a redox flow battery, comprising: a PVC resin; A conductive filler impregnated in the PVC resin; And a plasticizer impregnated in the PVC resin.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 스택은 복수의 분리판; 상기 복수의 분리판이 안착되며, 중앙을 관통하는 개구를 갖는 복수의 플로우프레임; 상기 복수의 플로우프레임의 개구에 삽입된 복수의 전극; 및 상기 복수의 전극이 삽입된 플로우프레임 사이에 배치된 이온전도성 멤브레인;을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a stack for a redox flow battery comprising: a plurality of separation plates; A plurality of flow frames on which the plurality of separation plates are seated and having openings passing through the center; A plurality of electrodes inserted into the openings of the plurality of flow frames; And an ion conductive membrane disposed between the flow frames into which the plurality of electrodes are inserted.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 분리판 제조 방법은 (a) 용매에 PVC 수지 및 가소제를 용해하는 단계; (b) 상기 PVC 수지 및 가소제가 용해된 용액을 전도성 필러와 혼합하여 전도성 수지 조성물을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 전도성 수지 조성물을 건조하여 용매를 제거한 전도성 수지를 금형에 주입한 후, 압축 성형하여 분리판을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a separator for a redox flow cell, comprising the steps of: (a) dissolving a PVC resin and a plasticizer in a solvent; (b) mixing the solution containing the PVC resin and the plasticizer with a conductive filler to form a conductive resin composition; And (c) forming a separator by injecting a conductive resin obtained by removing the solvent by drying the conductive resin composition into a mold, followed by compression molding.
본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 분리판 및 그 제조 방법과 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택은 우수한 내구성 및 내화학성을 갖는 PVC 수지를 적용하는 것에 의해, 강한 산성 분위기에서도 수지가 용해되는 것 없이 장기간 동안 사용하는 것이 가능할 뿐만 아니라, PVC 수지 재질의 플로우프레임과 동종 수지인 PVC 수지를 분리판의 베이스 수지로 사용하는 것에 의해, 분리판과 플로우프레임 간의 계면 접착력을 향상시킬 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY By applying the PVC resin having excellent durability and chemical resistance, the separator for redox flow battery according to the present invention, the method for producing the redox flow battery cell, and the stack for redox flow battery having the same, It is possible to improve the interfacial adhesion force between the separator plate and the flow frame by using the PVC resin resin as the base resin of the separator.
또한, 본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 분리판 및 그 제조 방법과 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택은 PVC 수지로 500 ~ 3,000의 낮은 중합도를 갖는 것을 이용함과 더불어, 용매에 PVC 수지 및 가소제를 용해시킨 용액을 스프레이 분사법으로 전도성 필러에 분사하는 것에 의해, PVC 수지와 전도성 필러 간의 균일한 혼합이 가능하도록 하였다.The separator for the redox flow battery according to the present invention, the process for producing the redox flow battery, and the redox flow battery stack having the redox flow cell according to the present invention are characterized by using a resin having a low polymerization degree of 500 to 3,000 as a PVC resin and dissolving a PVC resin and a plasticizer By spraying the solution onto the conductive filler by spray spraying, uniform mixing between the PVC resin and the conductive filler was made possible.
이에 더불어, 본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 분리판 및 그 제조 방법과 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택은 가소제의 첨가량 조절을 통하여 내화학성을 저하시키는 것 없이 내구성 및 성형성을 향상시킬 수 있으므로 플렉서블한 특성을 구현할 수 있다.In addition, since the separator for the redox flow battery according to the present invention, the method for producing the redox flow battery cell, and the redox flow battery stack having the separator for the redox flow battery according to the present invention can improve durability and moldability without decreasing the chemical resistance through the control of the amount of the plasticizer added, Properties can be implemented.
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 분리판을 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 분리판 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 분리판에 대한 내화학성 평가 결과를 나타낸 그래프.
도 6은 실시예 2 및 비교에 2에 따라 제조된 분리판에 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 a cross-sectional view of a separator plate for redox flow cells according to an embodiment of the present invention.
4 is a process flow diagram illustrating a method of manufacturing a separator plate for a redox flow cell according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the chemical resistance evaluation results of the separator prepared according to Example 1 and Comparative Example 1. Fig.
Fig. 6 is a graph showing the results of adhesion evaluation for the separator prepared in Example 2 and Comparative Example 2; 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 분리판 및 그 제조 방법과 이를 갖는 레독스 흐름전지용 스택에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a separator for a redox flow battery according to a preferred embodiment of the present invention 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 분리판(110), 플로우프레임(120), 전극(130) 및 이온전도성 멤브레인(140)을 포함한다.1 and 2, a redox
분리판(110)은 전극(130), 즉 양극(132)과 음극(134)에 전자를 전달해 주는 역할과 함께 양극 전해액(V4+, V5+)과 음극 전해액(V2+, V3+)이 섞이지 않도록 분리시키는 역할을 한다. 이를 위해, 분리판(110)은 전극(130)과 동일한 수로 장착될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The
플로우프레임(120)은 복수의 분리판(110)이 안착되며, 중앙 부분을 관통하는 개구(126)를 갖는다. 즉, 복수의 플로우프레임(120) 각각은 내부 중앙 부분을 관통하는 개구(126)를 갖는 프레임 본체(122)와, 프레임 본체(122)의 개구(126) 가장자리에 배치되어, 분리판(110)을 안착시키기 위한 단턱(124)을 갖는다. 이때, 플로우프레임(120)은 내부 중앙을 관통하는 개구(126)에 의해 사각 프레임 구조를 가지며, 단턱(124)에는 분리판(110)이 안착되게 된다.The
이러한 플로우프레임(122)은 주로 내화학성이 우수한 PVC 수지 재질로 형성되고 있다. 또한, 플로우프레임은 PVC 수지에 소량 첨가되는 무기 충전제를 더 포함할 수도 있다. 이때, 무기 충전제는 플로우프레임의 성형성을 향상시키기 위해 첨가되는 것으로, 탄산칼슘, 황산바륨, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 알루미늄실리케이트, 탈크, 규조토, 마그네슘실리케이트 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.The
이러한 무기 충전제는 PVC 수지 100 중량부에 대하여, 0.1 ~ 5 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 무기 충전제의 첨가량이 0.1 중량부 미만일 경우에는 무기 충전제 첨가 효과를 제대로 발휘하기 어렵다. 반대로, 무기 충전제의 첨가량이 5 중량부를 초과할 경우에는 상대적으로 PVC 수지의 첨가량이 감소하여 내화학성이 저하되는 문제를 야기할 수 있다.The inorganic filler is preferably added in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the PVC resin. When the addition amount of the inorganic filler is less than 0.1 part by weight, it is difficult to exert the effect of adding the inorganic filler properly. On the other hand, if the addition amount of the inorganic filler is more than 5 parts by weight, the addition amount of the PVC resin is relatively decreased, and the chemical resistance is lowered.
전극(130)은 복수개가 플로우프레임(120)의 내부에 삽입된다. 이때, 복수의 전극(130)은 양극(132)과 음극(134)을 포함할 수 있다. 이러한 전극(130)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(140)은 복수의 전극(130)이 삽입된 플로우프레임(120) 사이에 개재된다. 이러한 이온전도성 멤브레인(140)은 전해액이 누수되는 것을 방지하기 위해 플로우프레임(120) 사이에 부착된다.The ion
한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 분리판을 나타낸 단면도로, 이를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.3 is a cross-sectional view of a separator 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 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 분리판(110)은 PVC 수지(112), 전도성 필러(114) 및 가소제(116)를 포함한다.3, the
PVC(polyvinyl chloride) 수지(112)는 분리판(110)의 몸체를 이룬다. 이러한 PVC 수지(112)는 우수한 내구성 및 내화학성을 가지므로, 강한 산성 분위기에서도 수지가 용해되는 것 없이 장기간 동안 사용하는 것이 가능하다.The PVC (polyvinyl chloride) resin 112 forms the body of the
이러한 PVC 수지(112)는 분리판(110) 전체 중량의 10 ~ 50wt%로 첨가되는 것이 바람직하다. PVC 수지(112)의 첨가량이 10wt% 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, PVC 수지(112)의 첨가량이 50wt%를 초과할 경우에는 분리판(110)의 내구성 및 내화학성은 향상되나, 상대적으로 전도성 필러(114)의 함량이 감소하여 전기전도성이 저하되는 문제가 있다.It is preferable that the PVC resin 112 is added in an amount of 10 to 50 wt% of the total weight of the
또한, PVC 수지(112)는 분리판(110)과 플로우프레임(도 1의 120) 간의 계면 접합력을 향상시키는 역할을 한다.Further, the PVC resin 112 serves to improve the interface bonding force between the
일반적으로, 레독스 흐름전지용 분리판은 베이스 수지로 PVDF, PP, PE, 에폭시 수지, 페놀 수지 등을 적용한 사례가 많이 있었으나, 강한 산성 분위기에서 수지가 일부 용해되어 분리판의 내구성이 약화되고, 전체 성능이 저하되는 문제가 있다.In general, there have been many cases where PVDF, PP, PE, epoxy resin, phenol resin, or the like is applied as a base resin to a redox flow cell separator plate, but the resin is partially dissolved in a strong acidic atmosphere and the durability of the separator plate is weakened, There is a problem that performance is deteriorated.
이 중, PVDF 수지를 분리판의 베이스 수지로 적용할 경우, 내화학성은 우수한 특성을 가지나, PVC 재질의 플로우프레임과의 접착이 견고하지 못하여 분리판과 플로우프레임 간의 계면에서 전해액 손실에 따른 용량 저하가 발생하는 문제가 있다.Among them, when the PVDF resin is used as the base resin of the separator, the chemical resistance is excellent, but since the adhesion to the PVC frame is not robust, the capacity decrease due to the electrolyte loss at the interface between the separator and the flow frame There is a problem in that a problem occurs.
반면, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 분리판(110)은 PVC 수지 재질의 플로우프레임과 동종 수지인 PVC 수지(112)를 분리판(110)의 베이스 수지로 사용하는 것에 의해, 분리판(110)과 플로우프레임 간의 계면 접착력을 향상시킬 수 있게 된다.Meanwhile, the redox flow
여기서, PVC 수지(112)는 전도성 필러(114)와의 균일한 혼합을 위해, 낮은 중합도를 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이를 위해, PVC 수지(112)는 500 ~ 3,000의 중합도, 보다 바람직하게는 600 ~ 1,000의 중합도를 갖는 것이 좋다. PVC 수지(112)의 중합도가 500 미만일 경우에는 내구성 및 내화학성이 저하될 수 있다. 반대로, PVC 수지(112)의 중합도가 3,000을 초과할 경우에는 유동성이 저하되어 가공이 어려워질 수 있다.Here, it is preferable to use the PVC resin 112 having a low degree of polymerization for uniform mixing with the conductive filler 114. For this purpose, the PVC resin 112 preferably has a polymerization degree of 500 to 3,000, more preferably 600 to 1,000. When the degree of polymerization of the PVC resin (112) is less than 500, durability and chemical resistance may be lowered. On the contrary, when the degree of polymerization of the PVC resin 112 exceeds 3,000, the fluidity may be lowered and processing may become difficult.
또한, 본 발명에서는 PVC 수지(112)로 500 ~ 3,000의 낮은 중합도를 갖는 것을 이용함과 더불어, 용매에 PVC 수지(112) 및 가소제(116)를 용해시킨 용액을 스프레이 분사법으로 전도성 필러(114)에 분사하는 것에 의해, PVC 수지(112)와 전도성 필러(114) 간의 균일한 혼합이 가능하도록 하였다.In the present invention, the PVC resin 112 having a low polymerization degree of 500 to 3,000 is used, and a solution in which the PVC resin 112 and the plasticizer 116 are dissolved in a solvent is sprayed onto the conductive filler 114 by a spraying method, So that the PVC resin 112 and the conductive filler 114 can be uniformly mixed.
전도성 필러(114)는 PVC 수지(112)의 내부에 균일하게 함침된다. 이때, 전도성 필러(114)는 분리판(110)의 전기 전도성을 향상시키기 위해 첨가된다. 이를 위해, 전도성 필러(114)로는 흑연분말(graphite powder), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 그라핀(graphene), 카본블랙(carbon black) 및 카본분말(carbon powder) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.The conductive filler 114 is uniformly impregnated inside the PVC resin 112. At this time, the conductive filler 114 is added to improve the electrical conductivity of the
이러한 전도성 필러(114)는 분리판(110) 전체 중량의 50 ~ 80wt%로 첨가될 수 있다. 전도성 필러(114)의 첨가량이 분리판(110) 전체 중량의 50wt% 미만일 경우에는 전기 전도성 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 전도성 필러(114)의 첨가량이 분리판(110) 전체 중량의 80wt%를 초과할 경우에는 성형성이 저하되는 문제가 있다.The conductive filler 114 may be added in an amount of 50 to 80 wt% of the total weight of the
가소제(116)는 전도성 필러(114)와 함께 PVC 수지(112)의 내부에 균일하게 함침된다. 이때, 가소제(116)는 PVC 수지(112)의 성형성 및 가공성을 향상시키기 위해 첨가된다. 이때, PVC 수지(112)는 긴 끈 같은 분자가 모여서 된 것으로, 분자 사이에 서로 끌어당기는 힘이 강할수록 경질 특성을 나타낸다. 이때, PVC 수지(112)에 가소제(116)를 첨가하게 되면, PVC 수지(112)의 분자 사이의 직접 끌어당기는 힘이 약해져 잘 휘게 되어 성형성이 향상될 수 있게 된다.The plasticizer 116 is uniformly impregnated with the conductive filler 114 inside the PVC resin 112. At this time, the plasticizer 116 is added to improve the moldability and processability of the PVC resin 112. At this time, the PVC resin 112 is formed by gathering molecules such as a long string, and exhibits a harder property as the stronger the attraction between the molecules is. At this time, if the plasticizer 116 is added to the PVC resin 112, the direct pulling force between the molecules of the PVC resin 112 is weakened, so that the plastic resin 112 bends well and the formability can be improved.
이러한 가소제(116)로는 PVC 수지(112)의 성형성 및 가공성을 향상시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 바람직하게, 가소제(116)로는 프탈레이트계(Phthalates), 지방산계(Aliphates), 트리멜리테이트계(Trimellitates), 폴리에스터계(Polyester), 에폭시계(Epoxy), 포스페이트계(Phosphates), 글라이콜계(Glycol) 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있으며, 최근에 친환경 가소제로 사용되는 비프탈레이트(Non-Phthalate)계인 DOTP 가소제를 적용할 수도 있다.The plasticizer (116) is not particularly limited as long as it can improve the moldability and processability of the PVC resin (112). Preferably, the plasticizer 116 is selected from the group consisting of phthalates, aliphates, trimellitates, polyester, epoxy, phosphates, glycols, (Glycol), and the like, and a non-phthalate-based DOTP plasticizer that is recently used as an environmentally friendly plasticizer may be used.
이러한 가소제(116)는 PVC 수지(112) 100 중량부에 대하여, 0.5 ~ 60 중량부, 보다 바람직하게는 20 ~ 40 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 가소제(116)의 첨가량이 PVC 수지(112) 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘하는 것이 어려워 경질 PVC의 특성을 가지며, 압축 성형시 성형 온도에서 흐름성이 좋지 못하여 분리판(110) 내부에 기공을 형성시키는 문제를 유발한다. 반대로, 가소제(116)의 첨가량이 PVC 수지(112) 100 중량부에 대하여 60 중량부를 초과할 경우에는 압축 성형시 성형 온도에서 흐름성은 향상되나, 내화학성이 좋지 못한 가소제(116)의 첨가량 증가로 인하여 분리판(110) 전체의 내화학성을 감소시키는 문제를 야기할 수 있다.The plasticizer 116 is preferably added in an amount of 0.5 to 60 parts by weight, more preferably 20 to 40 parts by weight, based on 100 parts by weight of the PVC resin 112. When the addition amount of the plasticizer 116 is less than 0.5 part by weight with respect to 100 parts by weight of the PVC resin 112, it is difficult to exhibit the above-mentioned effect properly. Therefore, it has hard PVC characteristics, Thereby causing a problem of forming pores in the
이와 같이, 본 발명에서는 가소제(116)의 첨가량 조절을 통하여 내화학성을 저하시키는 것 없이 내구성 및 성형성을 향상시켜 플렉서블한 특성을 구현하는 것이 가능해질 수 있다.As described above, in the present invention, it is possible to improve the durability and moldability without decreasing the chemical resistance through controlling the addition amount of the plasticizer 116, and to realize the flexible characteristic.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 분리판은 열안정제를 더 포함할 수 있다. 이러한 열안정제는 압축 성형시 열안정성을 확보하기 위해 첨가된다. 이때, 열안정제로는 납계 안정제, 금속석검계 안정제, 주석계 안정제, 유기 안정제 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다. 이러한 열안정제는 분리판 전체 중량의 1 ~ 3 중량%의 함량비로 첨가될 수 있다.In addition, the separator for a redox flow battery according to an embodiment of the present invention may further include a heat stabilizer. These heat stabilizers are added to ensure thermal stability during compression molding. At this time, as the thermal stabilizer, at least one selected from a lead stabilizer, a metal stover stabilizer, a tin stabilizer, and an organic stabilizer may be used. Such a heat stabilizer may be added at a content ratio of 1 to 3% by weight of the total weight of the separator.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 분리판은 내구성 및 내화학성을 갖는 PVC 수지를 적용하는 것에 의해, 강한 산성 분위기에서도 수지가 용해되는 것 없이 장기간 동안 사용하는 것이 가능할 뿐만 아니라, PVC 수지 재질의 플로우프레임과 동종 수지인 PVC 수지를 분리판의 베이스 수지로 사용하는 것에 의해, 분리판과 플로우프레임 간의 계면 접착력을 향상시킬 수 있다.By applying the PVC resin having durability and chemical resistance, the separator for the redox flow battery according to the embodiment of the present invention can be used for a long period of time without dissolving the resin even in a strong acidic atmosphere, The interface adhesion between the separation plate and the flow frame can be improved by using a flow resin made of a resin and a PVC resin of the same kind as a base resin of the separation plate.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 분리판은 PVC 수지로 500 ~ 3,000의 낮은 중합도를 갖는 것을 이용함과 더불어, 용매에 PVC 수지 및 가소제를 용해시킨 용액을 스프레이 분사법으로 전도성 필러에 분사하는 것에 의해, PVC 수지와 전도성 필러 간의 균일한 혼합이 가능하도록 하였다.In addition, the separator for redox flow battery according to the embodiment of the present invention uses a PVC resin having a low polymerization degree of 500 to 3,000, and a solution in which a PVC resin and a plasticizer are dissolved in a solvent is sprayed onto a conductive filler By spraying, uniform mixing between the PVC resin and the conductive filler was made possible.
이에 더불어, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 분리판은 가소제의 첨가량 조절을 통하여 내화학성을 저하시키는 것 없이 내구성 및 성형성을 향상시킬 수 있으므로 플렉서블한 특성을 구현할 수 있다.In addition, the separator for the redox flow battery according to the embodiment of the present invention can improve the durability and moldability without decreasing the chemical resistance through the control of the addition amount of the plasticizer, so that the flexible property can be realized.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 분리판 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for manufacturing a separator 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 분리판 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a separator for redox flow cells according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 분리판 제조 방법은 용해 단계(S210), 혼합 단계(S220) 및 압축 성형 단계(S230)를 포함한다.As shown in FIG. 4, a method of manufacturing a separator for a redox flow battery according to an embodiment of the present invention includes a dissolution step S210, a mixing step S220, and a compression molding step S230.
용해Dissolution
용해 단계(S210)에서는 용매에 PVC 수지 및 가소제를 용해한다.In the dissolving step (S210), the PVC resin and the plasticizer are dissolved in the solvent.
이때, 용매로는 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), N,N-디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide), N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide), 디메틸설폭시드(dimethylsulphoxide), 헥사메틸포스폴아미드(hexamethylphosphoramide), 트리에틸 포스페이트(triethyl phosphate), 트리메틸 포스페이트(trimethyl phosphate), 트라메틸우레아(tramethylurea), 메틸에틸케톤(Methyl ethyl ketone), N-메틸-2-피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidone), 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene) 및 아세톤(acetone) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있으며, 이 중 PVC 수지가 잘 녹는 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran)이 가장 바람직하다.The solvent may be selected from the group consisting of tetrahydrofuran, dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethylsulphoxide, hexamethylphospholamide, hexamethylphosphoramide, triethyl phosphate, trimethyl phosphate, tramethylurea, methyl ethyl ketone, N-methyl-2-pyrrolidone toluylene, xylene, and acetone. Of these, tetrahydrofuran in which a PVC resin is well soluble is most preferred.
PVC 수지는 우수한 내구성 및 내화학성을 갖는다. 이러한 PVC 수지는 분리판 전체 중량의 10 ~ 50wt%가 되도록 첨가되는 것이 바람직하다. PVC 수지의 첨가량이 10wt% 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, PVC 수지의 첨가량이 50wt%를 초과할 경우에는 내구성 및 내화학성은 향상되나, 상대적으로 전도성 필러의 함량이 감소하여 전기전도성이 저하되는 문제가 있다.PVC resin has excellent durability and chemical resistance. It is preferable that such PVC resin is added so as to be 10 to 50 wt% of the total weight of the separator plate. When the addition amount of the PVC resin is less than 10 wt%, it may be difficult to exhibit the above effect properly. On the other hand, when the addition amount of the PVC resin exceeds 50 wt%, the durability and the chemical resistance are improved, but the content of the conductive filler is relatively decreased, and the electric conductivity is lowered.
여기서, PVC 수지는 전도성 분말과의 균일한 혼합을 위해, 낮은 평균 중량분자량을 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이를 위해, PVC 수지는 500 ~ 3,000의 중합도, 보다 바람직하게는 600 ~ 1,000의 중합도를 갖는 것이 좋다. PVC 수지의 중합도가 500 미만일 경우에는 내구성 및 내화학성이 저하될 수 있다. 반대로, PVC 수지의 중합도가 3,000을 초과할 경우에는 유동성이 저하되어 가공이 어려워질 수 있다.Here, it is preferable to use a PVC resin having a low average molecular weight for uniform mixing with the conductive powder. For this purpose, the PVC resin preferably has a polymerization degree of 500 to 3,000, more preferably 600 to 1,000. When the degree of polymerization of the PVC resin is less than 500, durability and chemical resistance may be lowered. Conversely, if the degree of polymerization of the PVC resin exceeds 3,000, the fluidity may be lowered and the processing may become difficult.
가소제는 PVC 수지의 성형성 및 가공성을 향상시키기 위해 첨가된다. 이때, 가소제로는 PVC 수지의 성형성 및 가공성을 향상시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 바람직하게, 가소제로는 프탈레이트계(Phthalates), 지방산계(Aliphates), 트리멜리테이트계(Trimellitates), 폴리에스터계(Polyester), 에폭시계(Epoxy), 포스페이트계(Phosphates), 글라이콜계(Glycol) 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있으며, 최근에 친환경 가소제로 사용되는 비프탈레이트(Non-Phthalate)계인 DOTP 가소제를 적용할 수도 있다.Plasticizers are added to improve moldability and processability of PVC resin. Here, the plasticizer is not particularly limited as long as it can improve the moldability and processability of the PVC resin. Preferably, the plasticizer is selected from the group consisting of phthalates, aliphates, trimellitates, polyester, epoxy, phosphates, glycols, ) And the like, and a non-phthalate-based DOTP plasticizer that is recently used as an environmentally friendly plasticizer may be used.
이러한 가소제는 PVC 수지 100 중량부에 대하여, 0.5 ~ 60 중량부, 보다 바람직하게는 20 ~ 40 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 가소제의 첨가량이 PVC 수지 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘하는 것이 어려워 경질 PVC의 특성을 가지며, 압축 성형시 성형 온도에서 흐름성이 좋지 못하여 분리판 내부에 기공을 형성시키는 문제를 유발한다. 반대로, 가소제의 첨가량이 PVC 수지 100 중량부에 대하여 60 중량부를 초과할 경우에는 압축 성형시 성형 온도에서 흐름성은 향상되나, 내화학성이 좋지 못한 가소제의 첨가량 증가로 인하여 분리판 전체의 내화학성을 감소시키는 문제를 야기할 수 있다.Such a plasticizer is preferably added in an amount of 0.5 to 60 parts by weight, more preferably 20 to 40 parts by weight, based on 100 parts by weight of the PVC resin. When the addition amount of the plasticizer is less than 0.5 part by weight with respect to 100 parts by weight of the PVC resin, it is difficult to exhibit the above-mentioned effect properly. Therefore, it has hard PVC characteristics and the flowability at the molding temperature is not good during compression molding. Thereby causing a problem of formation. On the contrary, when the addition amount of the plasticizer is more than 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the PVC resin, the flowability at the molding temperature during compression molding is improved, but the chemical resistance of the entire separator plate is decreased due to an increase in the amount of the plasticizer having poor chemical resistance Can cause problems.
이와 같이, 본 발명에서는 가소제의 첨가량 조절을 통하여 내화학성을 저하시키는 것 없이 내구성 및 성형성을 향상시켜 플렉서블한 특성을 구현하는 것이 가능해질 수 있다.As described above, in the present invention, by controlling the addition amount of the plasticizer, the durability and the moldability can be improved without lowering the chemical resistance, and it becomes possible to realize the flexible property.
혼합mix
혼합 단계(S220)에서는 PVC 수지 및 가소제가 용해된 용액을 전도성 필러와 혼합하여 전도성 수지 조성물을 형성한다.In the mixing step (S220), a solution in which a PVC resin and a plasticizer are dissolved is mixed with a conductive filler to form a conductive resin composition.
여기서, 전도성 필러는 분리판의 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.Here, the conductive filler is added to improve the electrical conductivity of the separator plate. 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.
이러한 전도성 필러는 전도성 수지 조성물 전체 중량의 50 ~ 80wt%로 첨가될 수 있다. 전도성 필러의 첨가량이 50wt% 미만일 경우에는 전기 전도성 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 전도성 필러의 첨가량이 80wt%를 초과할 경우에는 성형성이 저하되는 문제가 있다.Such a conductive filler may be added in an amount of 50 to 80 wt% of the total weight of the conductive resin composition. If the addition amount of the conductive filler is less than 50 wt%, it may be difficult to secure the electric conductivity. On the contrary, when the addition amount of the conductive filler exceeds 80 wt%, there is a problem that the formability is lowered.
또한, 본 단계에서, 전도성 필러와 함께 열안정제를 더 첨가할 수 있다. 이때, 열안정제로는 납계 안정제, 금속석검계 안정제, 주석계 안정제, 유기 안정제 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다. 이러한 열안정제는 전도성 수지 조성물 전체 중량의 1 ~ 3 중량%의 함량비로 첨가될 수 있다.Further, in this step, a heat stabilizer may be further added together with the conductive filler. At this time, as the thermal stabilizer, at least one selected from a lead stabilizer, a metal stover stabilizer, a tin stabilizer, and an organic stabilizer may be used. Such a heat stabilizer may be added at a content ratio of 1 to 3% by weight based on the total weight of the conductive resin composition.
이때, 혼합은 스프레이 분사법을 이용하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to use a spraying method for mixing.
분리판의 베이스 수지로 PVC 수지를 언급한 예는 많이 있으나, 실제 PVC 분리판을 제조하여 보고한 사례는 전무한 상황이다. 그 이유는 PVC 수지가 전도성 필러와의 균일한 혼합이 어렵고, 가공이 용이하지 않기 때문이다.There are many examples that mention PVC resin as the base resin of the separator, but there is no case of manufacturing and reporting actual PVC separator. This is because the PVC resin is difficult to uniformly mix with the conductive filler and is not easily processed.
이러한 문제를 개선하기 위해, 본 발명에서는 PVC 수지로 500 ~ 3,000의 낮은 중합도를 갖는 것을 이용함과 더불어, 용매에 PVC 수지 및 가소제를 용해시킨 용액을 스프레이 분사법으로 전도성 필러에 분사하는 것에 의해, PVC 수지와 전도성 필러 간의 균일한 혼합이 가능하도록 하였다.In order to solve this problem, in the present invention, a PVC resin having a low polymerization degree of 500 to 3,000 is used, and a solution in which a PVC resin and a plasticizer are dissolved in a solvent is sprayed onto a conductive filler by a spraying method, Uniform mixing between the resin and the conductive filler was made possible.
압축 성형Compression molding
압축 성형 단계(S230)에서는 전도성 수지 조성물을 건조하여 용매를 제거한 전도성 수지를 금형에 주입한 후, 압축 성형하여 분리판을 형성한다.In the compression molding step S230, the conductive resin composition is dried to remove the solvent, and the conductive resin is injected into the mold, followed by compression molding to form the separator.
이와 같이, 제조되는 분리판은 PVC 수지 재질의 플로우프레임과 동종 수지인 PVC 수지를 분리판의 베이스 수지로 사용하는 것에 의해, 분리판과 플로우프레임 간의 계면 접착력을 향상시킬 수 있게 된다.As described above, by using the flow frame made of PVC resin and the PVC resin being the same resin as the base resin of the separator, the interfacial adhesion between the separator and the flow frame can be improved.
여기서, 건조는 용매를 휘발시켜 제거하기 위해 실시되는 것으로, 50 ~ 150℃에서 10 ~ 30시간 동안 실시될 수 있다.Here, drying is carried out to volatilize and remove the solvent, and may be carried out at 50 to 150 ° C for 10 to 30 hours.
본 단계에서, 압축 성형은 140 ~ 220℃ 및 15 ~ 30ton의 조건으로 10 ~ 30분 동안 실시하는 것이 바람직하다.In this step, the compression molding is preferably performed for 10 to 30 minutes under the conditions of 140 to 220 DEG C and 15 to 30 tons.
본 단계에서, 압축 성형 온도가 140℃ 미만이거나, 압축 성형 시간이 10분 미만일 경우에는 PVC 수지가 충분히 용융되지 못하여 성형성이 저하될 우려가 있다. 반대로, 압축 성형 온도가 220℃를 초과하거나, 압축 성형 시간이 30분을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.In this step, if the compression molding temperature is less than 140 占 폚 or the compression molding time is less than 10 minutes, the PVC resin may not sufficiently melt and the moldability may be deteriorated. On the contrary, when the compression molding temperature exceeds 220 DEG C or the compression molding time exceeds 30 minutes, it may be a factor that raises only the manufacturing cost without increasing the effect, which is not economical.
또한, 압축 성형 압력이 15ton 미만일 경우에는 충분한 압력이 인가되지 못하여 내구성이 저하될 수 있다. 반대로, 압축 성형 압력이 30ton을 초과할 경우에는 과도한 압력으로 인해 원료의 용출이 우려될 수 있다.If the compression molding pressure is less than 15 ton, sufficient pressure may not be applied and durability may be lowered. Conversely, if the compression molding pressure exceeds 30 tons, the elution of the raw material may be caused by excessive pressure.
상기의 과정(S210 ~ S230)에 의해 제조되는 레독스 흐름전지용 분리판은 내구성 및 내화학성을 갖는 PVC 수지를 적용하는 것에 의해, 강한 산성 분위기에서도 수지가 용해되는 것 없이 장기간 동안 사용하는 것이 가능할 뿐만 아니라, PVC 수지 재질의 플로우프레임과 동종 수지인 PVC 수지를 분리판의 베이스 수지로 사용하는 것에 의해, 분리판과 플로우프레임 간의 계면 접착력을 향상시킬 수 있다.By using the PVC resin having durability and chemical resistance, the separator for a redox flow battery manufactured by the above-described processes (S210 to S230) can be used for a long period of time without dissolving the resin even in a strong acidic atmosphere However, by using PVC resin, which is a PVC resin flow frame and the same resin, as the base resin of the separator, it is possible to improve the interfacial adhesion between the separator and the flow frame.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 레독스 흐름전지용 분리판은 PVC 수지로 500 ~ 3,000의 낮은 중합도를 갖는 것을 이용함과 더불어, 용매에 PVC 수지 및 가소제를 용해시킨 용액을 스프레이 분사법으로 전도성 필러에 분사하는 것에 의해, PVC 수지와 전도성 필러 간의 균일한 혼합이 가능하도록 하였다.In addition, the separator for the redox flow cell manufactured by the method according to the embodiment of the present invention uses a PVC resin having a low polymerization degree of 500 to 3,000, and a solution in which a PVC resin and a plasticizer are dissolved in a solvent is spray- So that uniform mixing between the PVC resin and the conductive filler is made possible.
이에 더불어, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 레독스 흐름전지용 분리판은 가소제의 첨가량 조절을 통하여 내화학성을 저하시키는 것 없이 내구성 및 성형성을 향상시킬 수 있으므로 플렉서블한 특성을 구현할 수 있다.In addition, the separator for the redox flow battery manufactured by the method according to the embodiment of the present invention can improve the durability and moldability without decreasing the chemical resistance through the control of the addition amount of the plasticizer, so that the flexible property can be realized .
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. 분리판 제조1. Separator manufacturing
실시예Example 1 One
테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran) 100ml에 중합도 700을 갖는 PVC 수지 15g 및 비프탈레이트(Non-Phthalate) 가소제인 DOTP 가소제 3g을 용해시킨 용액을 스프레이 분사법으로 분사하여 흑연 분말 82g 및 납계 안정제 1g과 혼합시켜 전도성 수지 조성물을 제조하였다.15 g of a PVC resin having a degree of polymerization of 700 and 3 g of a DOTP plasticizer as a non-phthalate plasticizer were sprayed by spray spraying into 100 ml of tetrahydrofuran, and mixed with 82 g of graphite powder and 1 g of a lead stabilizer to prepare a conductive To prepare a resin composition.
다음으로, 전도성 수지 조성물을 60℃로 유지되는 오븐에서 24시간 동안 건조하여 테트라하이드로퓨란을 제거한 전도성 수지를 금형에 주입한 후, 160℃ 및 25ton의 조건에서 20분 동안 압축 성형하여 분리판을 제조하였다.Next, the conductive resin composition was dried in an oven maintained at 60 DEG C for 24 hours to remove the tetrahydrofuran, and the conductive resin was injected into the mold. Then, the conductive resin composition was compression molded at 160 DEG C and 25 tons for 20 minutes to prepare a separator Respectively.
실시예Example 2 2
180℃ 및 20ton의 조건에서 15분 동안 압축 성형한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 분리판을 제조하였다.A separator was prepared in the same manner as in Example 1, except that compression molding was performed at 180 占 폚 and 20 tons for 15 minutes.
실시예Example 3 3
중합도 1,000을 갖는 PVC 수지를 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 분리판을 제조하였다.A separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that a PVC resin having a degree of polymerization of 1,000 was used.
비교예Comparative Example 1 One
테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran) 100ml에 PVDF 수지 15g을 용해시킨 용액을 스프레이 분사법으로 분사하여 흑연 분말 85g과 혼합시켜 전도성 수지 조성물을 제조하였다.A solution prepared by dissolving 15 g of PVDF resin in 100 ml of tetrahydrofuran was sprayed by a spraying method and mixed with 85 g of graphite powder to prepare a conductive resin composition.
다음으로, 전도성 수지 조성물을 60℃로 유지되는 오븐에서 24시간 동안 건조하여 테트라하이드로퓨란을 제거한 전도성 수지를 금형에 주입한 후, 220℃ 및 25ton의 조건에서 20분 동안 압축 성형하여 분리판을 제조하였다.Next, the conductive resin composition was dried in an oven maintained at 60 占 폚 for 24 hours to remove the tetrahydrofuran, and the conductive resin was injected into the mold, followed by compression molding at 220 占 폚 and 25 ton for 20 minutes to prepare a separator Respectively.
비교예Comparative Example 2 2
210℃ 및 30ton의 조건에서 30분 동안 압축 성형한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 분리판을 제조하였다.The separator was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that compression molding was performed at 210 캜 and 30 ton for 30 minutes.
2. 물성 평가2. Property evaluation
표 1은 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 분리판에 대한 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.Table 1 shows the results of physical property evaluation for the separator prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2.
1) 내화학성1) Chemical resistance
내화학성 평가를 위하여, 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 분리판들을 바나듐 레독스 흐름전지의 셀에 각각 적용하여 특성 평가를 실시하였다.For the chemical resistance evaluation, the separators prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were applied to the cells of the vanadium redox flow cell, respectively, and the characteristics were evaluated.
이때, 내화학성 성능 평가 조건은 1M VOSO4 + 3M H2SO4의 전해질, 1.5V 및 50mA/㎠의 조건에서 100 사이클 동안 테스트를 실시하였다.At this time, the chemical resistance performance evaluation conditions were 100 C cycles under the conditions of 1 M VOSO 4 + 3M H 2 SO 4 electrolyte, 1.5 V and 50 mA / cm 2.
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)
분리판과 플로우프레임 간의 접합력을 평가하기 위해, 가로 10cm 및 세로 10cm를 갖는 PVC 재질의 플로우프레임을 준비하였다. 이때, 플로우프레임은 중앙부에 가로 3cm 및 세로 3cm의 개구가 뚫려 있으며, 이 개구의 사방으로 1cm의 단턱이 설계된 것을 이용하였다.In order to evaluate the bonding force between the separator and the flow frame, a flow frame made of PVC having a width of 10 cm and a length of 10 cm was prepared. At this time, the flow frame is provided with an opening of 3 cm in width and 3 cm in width at the center, and a step of 1 cm was designed in all directions of the opening.
다음으로, 플로우프레임의 단턱 상에 PVC 접착제를 도포하여 분리판을 접착시킨 후, 분리판과의 접착이 완료된 플로우프레임을 뒤집은 후, UTM 장비를 사용하여 중앙 부분에서 아래 방향으로 하중을 가하여 하중 변화에 따라 중앙 분에서 연신되는 길이를 측정하는 방식으로 접착력 테스트를 실시하였다.Next, a PVC adhesive is applied on the edge of the flow frame to adhere the separation plate. After the flow frame having been bonded to the separation plate is turned upside down, a load is applied downward from the center portion by using UTM equipment, The adhesive strength test was carried out in such a manner that the elongation length at the center portion was measured.
[표 1][Table 1]
표 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 2에 따라 제조된 분리판의 경우, 100cycle에서 측정된 에너지 효율 면에서 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 분리판에 비해 개선된 것을 확인할 수 있다. 다만, 실시예 3에 따라 제조된 분리판의 경우에는 100cycle에서 측정된 에너지 효율 면에서 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 분리판과 큰 차이가 없었다.As shown in Table 1, the separator prepared according to Examples 1 and 2 is improved in energy efficiency measured in 100 cycles, as compared with the separator prepared according to Comparative Examples 1 and 2. However, in the case of the separator prepared in Example 3, there was no significant difference from the separator prepared in Comparative Examples 1 and 2 in terms of energy efficiency measured in 100 cycles.
그리고, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 분리판은 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 분리판과 굴곡강도 면에서 유사한 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.It can be confirmed that the separator prepared according to Examples 1 to 3 has similar characteristics to the separator prepared according to Comparative Examples 1 to 2 in terms of flexural strength.
특히, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 분리판의 경우에는 최대 하중이 550N 이상으로 측정되었는데 반해, 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 분리판의 경우에는 최대 하중이 350N 이하로 측정된 것을 확인할 수 있다.Particularly, in the case of the separator prepared according to Examples 1 to 3, the maximum load was measured to be 550 N or more, whereas in the case of the separator prepared according to Comparative Examples 1 to 2, the maximum load was measured to be 350 N or less .
이 결과, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 분리판의 경우 450N 이상의 상당히 높은 하중을 가해야 균열(fracture)이 발생하는 것을 확인하였으며, 이로부터 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 분리판에 비하여, 플로우프레임과의 접착력이 상당히 우수하다는 것을 확인하였다.As a result, in the case of the separator prepared according to Examples 1 to 3, it was confirmed that fracture occurred when a load of 450 N or more was exerted at a considerably high level. Compared with the separator prepared according to Comparative Examples 1 and 2, , It was confirmed that the adhesive strength to the flow frame was remarkably excellent.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 분리판에 대한 내화학성 평가 결과를 나타낸 그래프로, 100cycle 동안 측정된 결과를 나타낸 것이다.5 is a graph showing the results of evaluation of chemical resistance of the separator prepared according to Example 1 and Comparative Example 1, and shows the results measured for 100 cycles.
도 5에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조된 분리판의 경우, 100cycle 동안 측정된 에너지 효율이 비교예 1에 따라 제조된 분리판에 비하여 높은 값으로 측정되어 우수한 내화학성을 갖는 것을 확인하였다.As shown in FIG. 5, in the case of the separator prepared according to Example 1, the energy efficiency measured for 100 cycles was higher than that of the separator prepared according to Comparative Example 1, and it was confirmed that the separator had excellent chemical resistance Respectively.
또한, 도 6은 실시예 2 및 비교에 2에 따라 제조된 분리판에 대한 접착력 평가 결과를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the results of the evaluation of the adhesive strength of the separator prepared in Example 2 and Comparative Example 2.
도 6에 도시된 바와 같이, 실시예 2에 따라 제조된 분리판의 경우, 인가되는 하중에 비례하여 연신되는 길이가 선형적으로 증가하다가 800N의 하중에서 플로우프레임으로부터 분리판이 분리되었다.As shown in FIG. 6, in the case of the separator prepared according to Example 2, the stretched length linearly increased in proportion to the applied load, and the separator was separated from the flow frame at a load of 800N.
반면, 비교예 2에 따라 제조된 분리판의 경우에는 300N의 하중에서 플로우프레임으로부터 분리판이 분리되었다.On the other hand, in the case of the separator manufactured according to Comparative Example 2, the separator was separated from the flow frame under a load of 300 N.
위의 실험 결과로부터, 실시예 2에 따라 제조된 분리판이 비교예 2에 따라 제조된 분리판에 비하여 우수한 접합력을 갖는다는 것을 확인하였다.From the above experimental results, it was confirmed that the separator prepared according to Example 2 had a superior bonding force as compared with the separator prepared according to Comparative Example 2.
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
110 : 분리판
112 : PVC 수지
114 : 전도성 필러
116 : 가소제
120 : 플로우프레임
130 : 전극
140 : 이온전도성 멤브레인
S210 : 용해 단계
S220 : 혼합 단계
S230 : 압축 성형 단계100: redox flow battery stack
110: separator plate
112: PVC resin
114: Conductive filler
116: Plasticizer
120: Flow frame
130: Electrode
140: ion conductive membrane
S210: Dissolution step
S220: Mixing step
S230: compression molding step
Claims (15)
상기 PVC 수지 내에 함침된 전도성 필러; 및
상기 PVC 수지 내에 함침된 가소제;
를 포함하는 레독스 흐름전지용 분리판.
PVC resin;
A conductive filler impregnated in the PVC resin; And
A plasticizer impregnated in the PVC resin;
And a separator plate for the redox flow battery.
상기 PVC 수지는
분리판 전체 중량의 10 ~ 50wt%로 첨가된 레독스 흐름전지용 분리판.
The method according to claim 1,
The PVC resin
Separate plate for redox flow cell added at 10 - 50 wt% of the total weight of separator plate.
상기 PVC 수지는
500 ~ 3,000의 중합도를 갖는 레독스 흐름전지용 분리판.
The method according to claim 1,
The PVC resin
A separator for a redox flow cell having a degree of polymerization of 500 to 3,000.
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 분리판.
The method according to claim 1,
The conductive filler
A separator for a redox flow cell comprising at least one selected from the group consisting of graphite powder, carbon nanotube, graphene, carbon black and carbon powder.
상기 가소제는
상기 PVC 수지 100 중량부에 대하여, 0.5 ~ 60 중량부로 첨가된 레독스 흐름전지용 분리판.
The method according to claim 1,
The plasticizer
Wherein the PVC resin is added in an amount of 0.5 to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the PVC resin.
상기 가소제는
프탈레이트계(Phthalates), 지방산계(Aliphates), 트리멜리테이트계(Trimellitates), 폴리에스터계(Polyester), 에폭시계(Epoxy), 포스페이트계(Phosphates), 글라이콜계(Glycol) 및 비프탈레이트(Non-Phthalate)계 가소제 중 선택된 1종 이상을 포함하는 레독스 흐름전지용 분리판.
6. The method of claim 5,
The plasticizer
It can be used in the form of phthalates, aliphates, trimellitates, polyesters, epoxies, phosphates, glycols and non-phthalates -Phthalate) -based plasticizer. ≪ RTI ID = 0.0 > A < / RTI >
상기 복수의 분리판이 안착되며, 중앙 부분을 관통하는 개구를 갖는 복수의 플로우프레임;
상기 복수의 플로우프레임의 개구에 삽입된 복수의 전극; 및
상기 복수의 전극이 삽입된 플로우프레임 사이에 배치된 이온전도성 멤브레인;
을 포함하는 레독 흐름전지용 스택.
A plurality of separation plates according to any one of claims 1 to 6;
A plurality of flow frames on which the plurality of separation plates are mounted, the plurality of flow frames having an opening penetrating the central portion;
A plurality of electrodes inserted into the openings of the plurality of flow frames; And
An ion conductive membrane disposed between the flow frames into which the plurality of electrodes are inserted;
≪ / RTI >
상기 복수의 플로우프레임 각각은
PVC 수지 재질로 형성된 레독스 흐름전지용 스택.
8. The method of claim 7,
Each of the plurality of flow frames
Stack for redox flow cell formed of PVC resin.
(b) 상기 PVC 수지 및 가소제가 용해된 용액을 전도성 필러와 혼합하여 전도성 수지 조성물을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 전도성 수지 조성물을 건조하여 용매를 제거한 전도성 수지를 금형에 주입한 후, 압축 성형하여 분리판을 형성하는 단계;
를 포함하는 레독스 흐름전지용 분리판 제조 방법.
(a) dissolving a PVC resin and a plasticizer in a solvent;
(b) mixing the solution containing the PVC resin and the plasticizer with a conductive filler to form a conductive resin composition; And
(c) forming a separator by injecting a conductive resin obtained by removing the solvent by drying the conductive resin composition into a mold, followed by compression molding;
Wherein the separating plate for the redox-flow battery comprises:
상기 용매는
테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), N,N-디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide), N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide), 디메틸설폭시드(dimethylsulphoxide), 헥사메틸포스폴아미드(hexamethylphosphoramide), 트리에틸 포스페이트(triethyl phosphate), 트리메틸 포스페이트(trimethyl phosphate), 트라메틸우레아(tramethylurea), 메틸에틸케톤(Methyl ethyl ketone), N-메틸-2-피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidone), 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene) 및 아세톤(acetone) 중 선택된 1종 이상을 포함하는 레독스 흐름전지용 분리판 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The solvent
N, N-dimethylformamide, dimethylsulphoxide, hexamethylphosphoramide, triethanolamine, triethylenetetramine, tetraethylenetriamine, triethylenetetramine, tetrahydrofuran, dimethylacetamide, But are not limited to, triethyl phosphate, trimethyl phosphate, tramethylurea, methyl ethyl ketone, N-methyl-2-pyrrolidone, and at least one selected from the group consisting of toluene, xylene, and acetone.
상기 PVC 수지는
500 ~ 3,000의 중합도를 갖는 레독스 흐름전지용 분리판 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The PVC resin
A method for producing a separator for a redox flow cell having a degree of polymerization of 500 to 3,000.
상기 가소제는
상기 PVC 수지 100 중량부에 대하여, 0.5 ~ 60 중량부로 첨가하는 레독스 흐름전지용 분리판 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The plasticizer
Is added in an amount of 0.5 to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the PVC resin.
상기 가소제는
프탈레이트계(Phthalates), 지방산계(Aliphates), 트리멜리테이트계(Trimellitates), 폴리에스터계(Polyester), 에폭시계(Epoxy), 포스페이트계(Phosphates), 글라이콜계(Glycol) 및 비프탈레이트(Non-Phthalate)계 가소제 중 선택된 1종 이상을 포함하는 레독스 흐름전지용 분리판 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The plasticizer
It can be used in the form of phthalates, aliphates, trimellitates, polyesters, epoxies, phosphates, glycols and non-phthalates -Phthalate) -based plasticizer. The method for producing a separator for a redox-flow battery includes the steps of:
상기 (b) 단계시,
상기 혼합은
스프레이 분사법을 이용하는 레독스 흐름전지용 분리판 제조 방법.
10. The method of claim 9,
In the step (b)
The mixing
A method for manufacturing a separator for a redox flow cell using spray spraying.
상기 (c) 단계에서,
상기 압축 성형은
140 ~ 220℃ 및 15 ~ 30ton의 조건으로 10 ~ 30분 동안 실시하는 레독스 흐름전지용 분리판 제조 방법.10. The method of claim 9,
In the step (c)
The compression molding
Wherein the separating plate for redox flow cell is carried out at 140 to 220 ° C and 15 to 30 tons for 10 to 30 minutes.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170021102A KR102605811B1 (en) | 2017-02-16 | 2017-02-16 | Bipolar plate for redox flow battery and method of manufacturing the same and stack for redox flow battery including the same |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180094665A true KR20180094665A (en) | 2018-08-24 |
| KR102605811B1 KR102605811B1 (en) | 2023-11-23 |
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| KR1020170021102A KR102605811B1 (en) | 2017-02-16 | 2017-02-16 | Bipolar plate for redox flow battery and method of manufacturing the same and stack for redox flow battery including the same |
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| KR (1) | KR102605811B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020075900A1 (en) * | 2018-10-11 | 2020-04-16 | 스탠다드에너지 주식회사 | Method for manufacturing conductive board for redox flow battery, and conductive board for redox flow battery |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012221775A (en) * | 2011-04-11 | 2012-11-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Bipolar plate for redox flow battery and manufacturing method therefor |
-
2017
- 2017-02-16 KR KR1020170021102A patent/KR102605811B1/en active IP Right Grant
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| WO2020075900A1 (en) * | 2018-10-11 | 2020-04-16 | 스탠다드에너지 주식회사 | Method for manufacturing conductive board for redox flow battery, and conductive board for redox flow battery |
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| KR102605811B1 (en) | 2023-11-23 |
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