KR20190054713A - 카본펠트 및 이를 적용한 하이브리드 흐름전지 - Google Patents

카본펠트 및 이를 적용한 하이브리드 흐름전지 Download PDF

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KR20190054713A
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Abstract

본 발명은 적어도 일면이 밭두둑 부분과 홈 부분으로 구성되는 요철 형상을 포함하고, 표면 및 내부에는 탄소계 물질이 분산된 카본펠트 및 이를 적용한 아연/할라이드 레독스쌍 하이브리드 흐름전지에 관한 것이다.

Description

카본펠트 및 이를 적용한 하이브리드 흐름전지{CARBON FELT AND HYBRIDE FLOW BATTERY ADOPTING THE SAME}
본 발명은 카본펠트 및 이를 적용한 하이브리드 흐름전지에 관한 것이다.
화석 연료를 사용하여 대량의 온실 가스 및 환경 오염 문제를 야기하는 화력 발전이나 시설 자체의 안정성이나 폐기물 처리의 문제점을 갖는 원자력 발전 등의 기존 발전 시스템들이 다양한 한계점을 드러내면서, 보다 친환경적이고 높은 효율을 갖는 에너지의 개발과 이를 이용한 전력 공급 시스템의 개발에 대한 연구가 크게 증가하고 있다. 특히, 전력 저장 기술은 외부 조건에 큰 영향을 받는 재생 에너지를 보다 다양하고 넓게 이용할 수 있도록 하며 전력 이용의 효율을 보다 높일 수 있어서, 이러한 기술 분야에 대한 개발이 집중되고 있으며 이들 중 이차전지에 대한 관심 및 연구 개발이 크게 증가하고 있는 실정이다.
구체적으로, 화학 흐름전지는 활성 물질의 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 전환할 수 있는 산화/환원 전지를 의미하며, 태양광, 풍력 등 외부 환경에 따라 출력변동성이 심한 신재생 에너지를 저장하여 고품질 전력으로 변환할 수 있는 에너지 저장시스템이다. 구체적으로, 화학 흐름전지에서는 산화/환원 반응을 일으키는 활물질을 포함한 전해액이 전극과 저장 탱크 사이를 순환하며 충방전이 진행된다.
이러한 화학 흐름전지는 기본적으로 산화상태가 각각 다른 활물질이 저장된 탱크와 충/방전 시 활물질을 순환시키는 펌프, 그리고 분리막으로 분획되는 단위셀을 포함하며, 상기 단위셀은 전극, 전해액, 집전체 및 분리막을 포함한다. 화학 흐름전지의 구체적인 예로서 아연/브롬(Zn/Br)을 레독스쌍(Redox-Couple) 으로 혹은 아연/요오드(Zn/I)를 레독스쌍으로 사용하는 레독스 흐름전지가 있으며, 이들을 하이브리드 흐름전지라고도 한다.
한편, 이러한 하이브리드 흐름전지의 양극 및 음극에는 직경이 수마이크론에서 수십마이크론 정도의 탄소섬유로 제조된 매트로서 기공율이 90%정도 되는 카본펠트가 사용되는데, 종래 사용되던 일반적인 카본펠트의 경우 표면적이 작고 전해질과의 친화성이 매우 떨어지며, 전지 구동 시 전해액 흐름을 막아 전해액 흐름이 원활하지 않게되는 문제점이 있었다. 한편, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 카본펠트에 표면처리를 수행하거나, 형태 및 구조를 개선하여 전지 성능을 향상시키고자 하는 노력이 계속되어 오고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 적어도 일면이 밭두둑 부분과 홈 부분으로 구성되는 요철 형상을 포함하는 카본펠트로서, 상기 카본펠트 표면 및 내부에 탄소계 물질이 분산된 카본펠트를 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에서, 적어도 일면이 밭두둑 부분과 홈 부분으로 구성되는 요철 형상을 포함하고, 표면 및 내부에는 탄소계 물질이 분산된 카본펠트를 제공한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 카본펠트 및 이를 적용한 하이브리드 흐름전지에 대해서 설명한다.
카본펠트
본 발명의 일실시예에 따른 카본펠트는 적어도 일면이 밭두둑 부분과 홈 부분으로 구성되는 요철 형상을 포함하고, 표면 및 내부에는 탄소계 물질이 분산된다.
상기 카본펠트는 탄소섬유를 포함하여 구성될 수 있고, 상기 탄소섬유는 유기섬유를 비활성 기체 속에서 가열, 탄화하여 제조한 섬유로서, 본 발명의 일실시예에 따른 탄소섬유는 약 10㎛ 내외의 굵기를 가지는 것일 수 있다. 한편, 상기 탄소섬유는 전기를 통하게 하는 도체 역할을 수행한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 카본펠트 표면 및 내부에는 탄소계 물질이 분산된다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 탄소계 물질은 상기 카본펠트를 적용한 하이브리드 흐름전지에 높은 반응 면적과 전기전도도 특성을 부여할 수 있게 하기 위한 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따른 탄소계 물질은 활성탄소(Activated Carbon) 및 전도성 카본 중 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 더욱 상세하게는 활성탄소와 전도성 카본을 동시에 포함할 수 있다.
구체적으로, 활성탄소(Activated Carbon)는 탄소를 주성분으로 한 다공성 재료로서, 표면적이 넓어 높은 흡착성과 반응성을 나타내는 물질이다. 본 발명의 일실시예에 따른 활성탄소(Activated Carbon)는 다공성 입자 형태로서, 상기 입자의 평균 입경은 20 내지 150㎛ 인 것일 수 있다.
한편, 전도성 카본은 탄소를 주성분으로 하며, 전기전도성을 향상시키는 역할을 수행하는 재료이다. 구체적으로, 전도성 카본은 슈퍼피(Super-P), 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 및 덴카 블랙과 같은 카본 블랙일 수 있고, 탄소나노튜브 또는 탄소나노와이어일 수 있다. 한편, 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 카본은 평균 입경이 3 내지 20㎛인 것일 수 있다.
구체적인 일례로, 본 발명의 카본펠트 표면 및 내부에 분산되는 탄소계 물질은 활성탄소(Activated Carbon)와 슈퍼피(Super-P)일 수 있다.
한편, 상기 탄소계 물질로서, 활성탄소와 전도성 카본을 동시에 포함하되, 활성탄소가 다공성 입자 형태이고, 활성탄소와 전도성 카본이 상기 범위의 평균 입경을 가지는 경우, 효과적인 분산이 가능하여 카본펠트 전 부분에 대한 균일한 전기전도도 확보 및 반응성 향상 효과를 기대할 수 있다.
추가적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 탄소계 물질 입자는 산처리 또는 열처리 한 것일 수 있다. 구체적으로 산처리 한 경우에는 탄소계 물질 내 애쉬(Ash) 함량 감소에 따른 내구성 향상 및 표면의 극성기 증가로 인한 성능 향상 효과가 있고, 열처리 한 경우는 표면의 극성기 증가 인한 성능 향상 효과가 있다.
본 발명의 일실시예에 따라 카본펠트의 표면 및 내부에 상기 탄소계 물질, 구체적으로 활성탄소 및 전도성 카본이 균일하게 분산되면, 상기 카본펠트를 적용한 하이브리드 흐름전지에, 높은 반응 면적과 전기전도도 특성을 부여할 수 있게 된다. 구체적으로 상기 탄소계 물질은 카본펠트를 형성하는 탄소섬유층 표면 및 내부 전체에 균일하게 분산된 형태를 가질 수 있다.
본 발명과 달리, 종래 기술에 따라 활성탄소 또는 전도성 카본이 카본펠트 일면에만 분포하거나, 카본펠트 표면 및 내부에 불균일하게 분산되거나, 혹은 농도 구배를 가지고 분산된 경우에는 흐름전지 구동 시 활성탄소 혹은 전도성 카본이 분산된 부분과 그렇지 않은 부분 간에는 반응성 및 전기전도도 특성 면에서 상대적인 차이가 나타나게 되고, 농도 구배가 있는 경우 역시 마찬가지이다. 따라서 흐름전지 구동 시 일정한 성능을 담보하기 어렵다. 이에 따라 장수명화 역시 기대하기 어렵다.
본 발명과 같이, 탄소계 물질로서 활성탄소 및 전도성 카본이 카본펠트 표면 및 내부에 균일하게 분산되면 반응면적이 증가하고 전기전도도 특성이 균일하게 증가하므로, 카본펠트를 적용한 흐름전지의 일정한 성능을 담보할 수 있고, 장수명화 역시 달성할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 카본펠트의 두께는 0.8 내지 2.0㎜이다. 상기 카본펠트의 두께가 2.0㎜를 초과하는 경우 흐름전지 적용 시, 전지스택(Stack) 내 전해액의 원활한 흐름을 방해하여 펌프(pump) 시 에너지 손실이 증가될 우려가 있고, 상기 카본펠트의 두께가 0.8㎜ 미만인 경우 카본펠트와 전극 간 접촉을 균일하게 하기 곤란하여, 카본펠트와 전극 간 이격이 발생할 우려가 있으며, 이에 따라 전극 위치에 따른 성능편차가 발생할 수 있어 문제된다. 또한, 0.8㎜ 미만인 경우 흐름전지 구동 시 카본펠트의 접힘 문제 또한 발생할 수 있다. 이에 카본펠트가 상기 두께 범위를 가질 때 하이브리드 흐름전지의 전극과 분리막 사이에 위치하는 부재로서 사용하기 적합하며, 특히 양극(Cathode)용 부재로 적합하게 사용될 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 카본펠트는 적어도 일면이 밭두둑 부분과 홈 부분으로 구성되는 요철 형상을 포함할 수 있다. 보다 상세하게는 카본펠트 일면에만 요철 형상이 구비(도 3 (A) 참조) 되거나, 또는 양면 모두에 요철 형상이 구비(도 3 (B) 참조) 될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 카본펠트가 요철 형상을 구비하는 경우 아연/할라이드 하이브리드 흐름전지에 적용 시 흐름전지 내에 원활한 전해액 유입을 가능하게 하므로, 펌프(pump) 시 에너지 손실을 감소시킬 수 있게 된다. 또한, 반응 면적을 증가시킬 수 있게 되어 결과적으로 흐름전지의 성능을 향상시킨다.
보다 상세히 설명하면, 상기 밭두둑 부분은 표면으로부터 볼록하게 돌출된 부분을 의미하며, 상기 홈 부분은 표면으로부터 오목하게 함몰된 부분을 의미한다. 본 발명의 일실시예에 따른 요철 형상은 하나 이상의 밭두둑과 홈이 번갈아가며 형성된 구조일 수 있다. 한편, 상기 요철 및 홈의 형태는 필요에 따라 임의선택될 수 있으며 특별히 제한되는 것은 아니다. 홈의 경우 예를 들어 V자 또는 U자 형태를 가질 수 있다. 한편, 요철 형상에서 밭두둑과 홈 각각의 개수 및 배열 형태 역시 필요에 따라 임의선택될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 카본펠트는 적어도 일면이 밭두둑 부분과 홈 부분으로 구성된 요철 형상을 포함하되, 상기 요철 형상의 밭두둑 부분의 카본펠트 두께(a)는 0.8 내지 2.0㎜이고, 상기 밭두둑 너비(c)는 5 내지 20㎜이다. 한편, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 카본펠트는 적어도 일면이 밭두둑 부분과 홈 부분으로 구성된 요철 형상을 포함하되, 상기 요철 형상의 홈 부분의 카본펠트 두께(b)는 0.4 내지 1.0㎜이고, 상기 홈 너비(d)는 3 내지 10㎜이다. 요철 형상의 밭두둑 및 홈이 상기 카본펠트 두께 및 너비 범위에 해당하는 경우, 반응면적을 증가시키고, 전해액의 원활한 유입을 도와, 흐름전지 적용 시 전지 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
이에 따라 상기 카본펠트는 아연/할라이드(Zn/halide)를 레독스쌍(Redox-Couple)으로 하는 하이브리드 흐름전지의 양극(Cathode)용 부재로서 활용하기 적합할 수 있다.
이상으로 설명한 바와 같이, 적어도 일면이 밭두둑 부분과 홈 부분으로 구성되는 요철 형상을 포함하고, 표면 및 내부에는 탄소계 물질이 분산된 카본펠트는 구체적으로 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다(도 4 참조).
먼저, 카본펠트에 요철을 형성한다(단계 a).
상기 카본펠트의 재질이 되는 탄소섬유는 앞서 설명한 바와 같으며, 상기 카본펠트는 압축 또는 제직 펠트일 수 있다. 한편, 상기 카본펠트는 압축 또는 제직 시 요철 형상을 추가할 수 있으며, 당해 기술 분야에 있어서 통상적인 방법을 통해 수행될 수 있다.
다음으로, 탄소계 물질, 구체적으로는 활성탄소 및 전도성 카본이 분산된 코팅 용액을 준비하고, 이를 카본펠트에 적용함으로써 카본펠트 표면 및 내부에 탄소계 물질을 균일하게 분산시킨다(단계 b).
상기 탄소계 물질, 즉 활성탄소 및 전도성 카본은 앞서 설명한 바와 같다. 한편, 상기 코팅 용액에서 탄소계 물질로서 활성탄소 및 1 종 이상의 전도성 카본을 포함할 수 있고, 예를 들어 활성탄소와 2종의 전도성 카본을 포함할 수도 있다. 일례로 전도성 카본은 슈퍼피(Super-P)와 카본블랙 및 아세틸렌블랙의 조합일 수 있고, 또 다른 일례로 카본블랙, 케첸블랙 및 아세틸렌블랙을 조합한 것일 수도 있다.
한편, 상기 코팅 용액에는 바인더 및 용매가 더 포함될 수 있는데, 상기 바인더는 소수성 바인더로서, 예를 들어 PP-g-MAH 등이 사용될 수 있고, 상기 용매는 비극성 무기용매로서, 예를 들어 톨루엔 또는 사이클로헥산(cyclohexane) 등이 사용될 수 있다.
한편, 상기 코팅 용액을 적용하는 방법은 특별히 제한되지 아니하며 예를 들어 도포 과정을 통해 수행될 수 있다. 구체적으로 상기 도포 과정은 당해 기술 분야에 있어서 통상적인 방법을 통해 수행될 수 있으며, 예를 들어 롤러(roller)법, 스프레이법(spray)법 등의 방법을 통해 수행될 수 있다.
하이브리드 흐름전지
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 카본펠트는 아연/할라이드(Zn/halide)를 레독스쌍(Redox-Couple)으로 하는 하이브리드 흐름전지의 전극, 특히 양극(Cathode)용 부재일 수 있으며, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 카본펠트를 포함하는 아연/할라이드(Zn/halide) 레독스쌍(Redox-Couple) 하이브리드 흐름전지를 제공한다.
구체적으로, 아연/할라이드를 레독스쌍으로 하는 하이브리드 흐름전지는 화학 흐름전지의 일종으로서, 아연과 할로겐족 원소를 레독스쌍(Zn/halide)으로 하는 레독스 흐름전지(Redox flow battery)를 의미한다. 상기 하이브리드 흐름전지는 아연과 브롬을 레독스쌍으로 하는 아연/브롬(Zn/Br) 하이브리드 흐름전지 및 아연과 요오드를 레독스쌍으로 하는 아연/요오드(Zn/I) 하이브리드 흐름전지일 수도 있다.
상세하게 설명하면, 일반적으로 하이브리드 흐름전지는 애노드(anode) 전극, 캐소드(cathode) 전극, 상기 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 개재된 분리막 및 전해액을 포함하는 단위셀; 상기 단위셀에 애노드 전극액을 공급하는 애노드 전해액 탱크; 및 상기 단위셀에 캐소드 전해액을 공급하는 캐소드 전해액 탱크; 를 포함하여 구성되는 것일 수 있다.
한편, 상기 카본펠트는 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극 그 자체로 사용될 수도 있고, 또는 천연 흑연, 인조 흑연, 코크스류, 카본 블랙, 탄소 나노튜브, 그래핀 등의 탄소 재료로 구성된 층, 또는 흑연 포일과 같은 재질로 형성된 전극에 추가적인 성능을 부여하기 위한 부재로서 사용될 수도 있다. 상기 카본펠트가 부재로서 사용되는 경우 전극과 분리막 사이에 위치하되, 전극과 결합된 형태로 사용될 수 있다.
더욱 상세하게 설명하면, 본 발명의 카본펠트는 아연/할라이드(Zn/halide)를 레독스쌍(Redox-Couple)으로 하는 하이브리드 흐름전지에 있어서, 전극 또는 전극용 부재로서 사용될 수 있고, 특히 양극(Cathode)용 부재로서 사용될 수 있는데, 만일 카본펠트가 음극(Anode)용 부재로 사용되어 음극과 분리막 사이에 위치하는 경우 흐름전지 충전 중 카본펠트가 아연(Zn) 증착을 방해하여 전지 성능을 감소시킬 우려가 있어, 양극용 부재로 사용되는 것이 더욱 바람직할 수 있다.
전해액은 일반적인 레독스 흐름전지 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 것일 수 있으며 특별히 제한되지 않는다. 한편, 본 발명의 일실시예에 따른 아연/할라이드 흐름전지가 아연/브롬 흐름전지인 경우, 전해액은 아연 이온(Zn2 +), 브롬 이온(Br-), 염소 이온(Cl-) 및 물을 포함할 수 있고, 아연/요오드(Zn/I) 흐름전지인 경우, 상기 전해액은 요오드화아연(ZnI2) 및 물을 포함할 수 있다. 한편, 전지 성능 유지 및 향상을 위하여 필요에 따라 추가적인 첨가제를 더 포함할 수 있다.
분리막은 단위셀 내에 서로 대향한 형태로 구비되는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 개재된다. 상기 분리막은 일반적인 레독스 흐름전지 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 이온교환막일 수 있고, 예를 들어 폴리올레핀, 예를 들어, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 함유하는 필름이거나 셀룰로오스, 폴리에스테르, 또는 폴리프로필렌을 함유하는 섬유부직포 재질일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 카본펠트는 적어도 일면이 밭두둑 부분과 홈 부분으로 구성되는 요철 형상을 포함함으로써, 흐름전지 내에 원활한 전해액 유입을 가능하게 하므로, 흐름전지에 적용하면 펌프(pump) 시 에너지 손실을 감소시키며 반응 면적을 증가시켜, 상기 카본펠트가 적용된 흐름전지의 성능을 향상시킨다.
또한, 본 발명에 따른 카본펠트는 표면 및 내부에 탄소계 물질로서 활성탄소 및 전도성 카본이 균일하게 분산된 구성을 가짐으로써, 반응성과 전기전도도를 향상시켜 상기 카본펠트가 적용된 흐름전지의 성능을 향상시킨다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 카본펠트를 포함한 흐름전지 스택의 개략적인 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 카본펠트가 고정된 플로우 프레임(Flow Frame)의 개략적인 측면 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 카본펠트가 일면에 요철 형상을 포함하는 경우(A) 및 양면에 요철 형상을 포함하는 경우(B) 개략적인 구조를 나타낸 것이다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
실시예 1
밭두둑 부분과 홈 부분이 번갈아 형성된 요철 형상을 일면에 포함하며, 요철 형상의 밭두둑 부분의 카본펠트 두께는 2.0 ㎜, 밭두둑 너비는 20 ㎜, 홈 부분의 카본펠트 두께는 0.8㎜, 홈 너비는 3㎜인 카본펠트(제조사: 씨엔에프) 를 준비하였다.
다음으로, 입경 40㎛인 활성탄소(Calgon 社: Tog-LF) 15.5kg 및 전도성 카본(Timcal 社의 슈퍼피(Super-P)) 1.3kg, 소수성 바인더 GM5070E 를 1.1kg(롯데케미칼 社: GM5070E)을 용매인 톨루엔(Toluene) 28kg 에 넣고, 믹서를 이용하여 4시간 동안 교반하여 탄소 코팅액을 제조하였다.
상기 제조된 탄소계 물질을 포함한 코팅 용액을 카본펠트 양면에 각각 스프레이 방식으로 3 회 분무 도포하고, 2 시간 동안 건조하여 카본펠트 표면 및 내부에 활성탄소와 전도성 카본이 충분히 분산되도록 함으로써 카본펠트를 제조하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일하게 카본펠트를 제조하되, 요철 형상의 밭두둑 부분의 카본펠트 두께는 0.8 ㎜, 밭두둑 너비는 20 ㎜, 홈 부분의 카본펠트 두께는 0.4㎜, 홈 너비는 3㎜인 카본펠트를 사용한 것만 달리하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일하게 카본펠트를 제조하되, 요철 형상의 밭두둑 부분의 카본펠트 두께는 2.0 ㎜, 밭두둑 너비는 5 ㎜, 홈 부분의 카본펠트 두께는0.8 ㎜, 홈 너비는 10 ㎜인 카본펠트를 사용한 것만 달리하였다.
실시예 4
실시예 1과 동일하게 카본펠트를 제조하되, 밭두둑 부분과 홈 부분이 번갈아 형성된 요철 형상을 양면에 포함하며, 요철 형상의 밭두둑 부분의 카본펠트 두께는 2.0 ㎜, 밭두둑 너비는 10 ㎜, 홈 부분의 카본펠트 두께는 1.0㎜, 홈 너비는 5 ㎜가 되도록 하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일하게 카본펠트를 제조하되, 탄소계 물질을 포함하는 코팅 용액을 도포하지 않음으로써, 카본펠트 표면 및 내부에 활성탄소 및 전도성 카본을 분산하지 않은 것만 달리하였다.
비교예 2
실시예 1과 동일하게 카본펠트를 제조하되, 탄소계 물질 중 활성탄소를 제외하고, 전도성 카본으로서 Timcal 社의 슈퍼피(Super-P) 1.3 kg 과 카본블랙 9 kg 및 아세틸렌블랙 6.5 kg을 조합하여 사용한 것만 달리하였다.
비교예 3
카본펠트를 적용하지 않음.
[제조예: 아연/브롬 흐름전지 제조]
전지 테스트용 Cell은 전극(30)을 포함하고 있는 전극 플로우프레임과 분리막(아시히사)을 포함하고 있는 분리막 플로우프레임이 순차적으로 교차되며 캐소드(Cathode) 부분에만 제조한 카본펠트가 포함된다. 양끝은 집전체 역할을 하는 양극 집전체와 음극 집전체가 존재한다. 상기 Cell은 진동융착으로 제조되며, 전극 플로우프레임은 7 EA가 들어갔다.
실험 1: 전지 성능 평가(5 cycle 평균 에너지 효율 측정)
구체적으로 충방전 전류밀도는 20mA/cm2, 충전용량은 80Ah로 실시예 1 내지 4 및 비교예 1의 카본펠트를 적용한 흐름전지의 성능 측정을 위해 Maccor사 충방전기를 사용하여 스택 충방전을 평가한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 구성 5cycle 평균 에너지 효율[ % ]
실시예 1 일면 요철 펠트
밭두둑 부분 카본펠트 두께: 2.0 ㎜
밭두둑 너비: 20 ㎜		 79.0
실시예 2 일면 요철 펠트
밭두둑 부분 카본펠트 두께: 0.8㎜
밭두둑 너비: 20㎜		 76.7
실시예 3 일면 요철 펠트
밭두둑 부분 카본펠트 두께: 2.0㎜
밭두둑 너비: 5 ㎜		 78.7
실시예 4 양면 요철 펠트
밭두둑 부분 카본펠트 두께: 2.0 ㎜
밭두둑 너비: 10 ㎜		 78.2
비교예 1 코팅액 적용하지 않은 펠트
두께 2.0㎜		 74.1
비교예 2 양면 요철 펠트 두께 2.0㎜
전도성 카본: 슈퍼피, 카본블랙, 아세틸렌블랙		 74.4
비교예 3 카본펠트 적용 없음 73.0
위 표 1의 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 카본펠트를 적용한 흐름전지에 있어서 5cycle 평균 에너지 효율이, 비교예 1 내지 3에 따른 카본펠트를 적용한 흐름전지 대비 뛰어난 것을 확인할 수 있었다.
10: 카본펠트
20: 분리막 21: 분리막 플로우 프레임(FlowFrame)
30: 전극 31: 전극 플로우 프레임(FlowFrame)

Claims (7)

  1. 적어도 일면이 밭두둑 부분과 홈 부분으로 구성되는 요철 형상을 포함하고, 표면 및 내부에는 탄소계 물질이 분산된 카본펠트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소계 물질은 활성탄소(Activated Carbon) 및 전도성 카본 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 포함하는 카본펠트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 활성탄소(Activated Carbon)는 다공성 입자 형태로서, 상기 입자의 평균 입경은 20 내지 150㎛ 인 카본펠트.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 전도성 카본은 평균 입경이 3 내지 20㎛인 카본펠트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 카본펠트의 두께는 0.8 내지 2㎜인 카본펠트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 요철 형상의 밭두둑 부분의 카본펠트 두께는 0.8 내지 2.0㎜이고, 밭두둑 너비는 5 내지 20㎜인 카본펠트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 요철 형상의 홈 부분의 카본펠트 두께는 0.4 내지 1.0㎜이고, 홈 너비는 3 내지 10㎜인 카본펠트.
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KR102591528B1 (ko) * 2022-07-04 2023-10-19 주식회사 코스모스랩 아연-브롬 전지용 전극 및 이를 포함하는 아연-브롬 전지
WO2024085652A1 (ko) * 2022-10-18 2024-04-25 주식회사 코스모스랩 막전극접합체 및 이를 포함하는 아연-브롬 슈퍼커패터리

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