KR20190059618A

KR20190059618A - Redox flow battery

Info

Publication number: KR20190059618A
Application number: KR1020170157399A
Authority: KR
Inventors: 곽은식; 김대식; 최은미; 장현석; 심규철
Original assignee: 롯데케미칼 주식회사
Priority date: 2017-11-23
Filing date: 2017-11-23
Publication date: 2019-05-31

Abstract

One aspect of the present invention is to provide a redox flow battery in which the pH of a cathode electrolyte is suppressed from rising due to discharge of generated gas during charging/discharging. The redox flow battery according to an embodiment of the present invention comprises: an anode electrolyte tank; a cathode electrolyte tank; a gas collecting electrolyte tank containing a gas collecting electrolyte therein and connected to the cathode electrolyte tank to collect gas generated in the cathode electrolyte tank; and a pressure valve connected to the gas collecting electrolyte tank and opened and closed according to the pressure inside the gas collecting electrolyte tank.

Description

Redox Flow Battery {REDOX FLOW BATTERY}

본 발명은 레독스 흐름 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아연과 브롬을 커플로 사용하고 전해액과 전극 사이에서 일어나는 산화 환원 반응으로 전기를 생산하는 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a redox flow cell, and more particularly, to a redox flow cell that uses zinc and bromine as a couple and produces electricity by redox reaction occurring between an electrolyte and an electrode.

공지의 아연 브로민 레독스 흐름 전지는 스택(stack), 애노드 전해액 탱크(anolyte tank) 및 캐소드 전해액 탱크(catholyte tank)을 포함한다. A known zinc bromine redox flow cell includes a stack, an anode tank, and a cathode electrolyte tank.

스택은 바이폴라 전극판(bipolar electrode)과 멤브레인(membrane)이 반복적으로 적층되고, 최외곽 양측에는 집전판과 엔드 플레이트가 차례로 적층된 구조를 가진다. 애노드 전해액 탱크는 아연을 포함하는 애노드 전해액(anolyte, 음전해액)을 수용한다. 캐소드 전해액 탱크는 브로민을 포함하는 캐소드 전해액(catholyte, 양전해액)을 수용한다. 애노드 전해액 탱크와 캐소드 전해액 탱크는 부족한 전해액을 서로 공급하기 위해, 오버 플로우 관으로 서로 연결될 수 있다.The stack has a structure in which a bipolar electrode and a membrane are repeatedly stacked, and a current collecting plate and an end plate are sequentially stacked on both sides of the outermost layer. The anode electrolyte tank houses an anode electrolyte containing zinc (negative electrolyte). The cathode electrolyte tank houses a cathode electrolyte containing bromine. The anode electrolyte tank and the cathode electrolyte tank may be connected to each other by an overflow pipe to supply the deficient electrolyte solution to each other.

이러한 레독스 흐름 전지는 스택이 애노드 전해액 탱크와 캐소드 전해액 탱크에 연결되며, 스택으로 전해액이 공급되됨에 따라 전해액과 전극 사이에서 산화와 환원 반응이 발생되어 전기를 생산할 수 있다.In the redox flow cell, the stack is connected to the anode electrolyte tank and the cathode electrolyte tank, and as the electrolyte is supplied to the stack, an oxidation and reduction reaction occurs between the electrolyte and the electrode to generate electricity.

레독스 흐름전지는 충/방전 시 진행되는 산화 환원 반응으로 인하여 전해질의 전기화학적, 기계적 특성이 변화한다. 특히, 충/방전이 진행될수록 내부 부반응 현상으로 인해 온도가 상승하고, 캐소드 전해액에서는 브롬 가스와 수소 가스가 발생될 수 있다. 상기 부반응 현상에 발생되는 수소 가스 및 브롬 가스가 외부로 배출되면 전해액의 pH가 변화하여 양쪽 레독스 커플에 영향을 주게 되는데, 이때 pH가 기설정된 범위보다 높아지면 스택을 구성하는 전극판, 멤브레인, 집전판, 엔드 플레이트를 부식시켜 스택의 수명이 감소하는 문제점이 있다. The redox flow cell changes the electrochemical and mechanical properties of the electrolyte due to the redox reaction during charging / discharging. Particularly, as the charge / discharge progresses, the temperature rises due to the internal side reaction phenomenon, and in the cathode electrolyte, bromine gas and hydrogen gas may be generated. When the hydrogen gas and the bromine gas generated in the side reaction are discharged to the outside, the pH of the electrolyte is changed to affect the redox couple. At this time, if the pH is higher than the predetermined range, the electrode plate, There is a problem that the lifetime of the stack is reduced by corroding the current collector plate and the end plate.

본 발명의 일 측면은 충/방전 시, 발생되는 가스가 배출에 따른 캐소드 전해액의 pH의 상승을 억제하는 레독스 흐름 전지를 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide a redox-flow battery in which the pH of the cathode electrolyte is suppressed from rising due to discharge of generated gas during charging / discharging.

본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지는, 애노드 전해액 탱크, 캐소드 전해액 탱크, 내부에 가스포집 전해액이 수용되고 상기 캐소드 전해액 탱크에 연결되어 상기 캐소드 전해액 탱크의 내부에서 발생되는 가스를 포집하는 가스포집 전해액 탱크 및 상기 가스포집 전해액 탱크에 연결되어 상기 가스포집 전해액 탱크 내부 압력에 따라 개폐되는 압력 밸브를 포함한다.The redox flow cell according to an embodiment of the present invention includes an anode electrolyte tank, a cathode electrolytic solution tank, a gas collecting electrolytic solution accommodated in the anode electrolytic solution tank, and a cathode electrolytic solution tank connected to the cathode electrolytic solution tank to collect gas generated in the cathode electrolytic solution tank A gas collecting electrolyte tank, and a pressure valve connected to the gas collecting electrolyte tank and being opened or closed according to a pressure inside the gas collecting electrolyte tank.

상기 레독스 흐름 전지는, 기 압력 밸브의 개방시 가스 필터를 더 포함하며, 상기 압력 밸브는 상기 가스포집 전해액 탱크와 상기 가스 필터의 사이에 배치될 수 있다.The redox flow cell further includes a gas filter at the time of opening of the atmospheric pressure valve, and the pressure valve may be disposed between the gas collecting electrolyte tank and the gas filter.

상기 가스포집 전해액 탱크는 상기 캐소드 전해액 탱크보다 낮은 위치에 배치되며, 상기 레독스 흐름 전지는 상기 캐소드 전해액 탱크의 상부에 상기 가스포집 전해액 탱크를 연결하여 상기 가스를 상기 가스포집 전해액 탱크로 안내하는 가스 배출라인 및 상기 캐소드 전해액 탱크의 하부에 상기 가스포집 전해액 탱크를 연결하여 상기 캐소드 전해액과 상기 가스포집 전해액이 상호 교환가능하도록 하는 전해액 순환라인을 더 포함할 수 있다.Wherein the gas collecting electrolyte tank is disposed at a position lower than the cathode electrolyte tank and the redox flow cell is connected to the gas collecting electrolyte tank at an upper portion of the cathode electrolyte tank to guide the gas to the gas collecting electrolyte tank And an electrolyte circulation line for connecting the gas collecting electrolyte tank to a discharge line and a lower portion of the cathode electrolyte tank so that the cathode electrolyte and the gas collecting electrolyte can be interchanged.

상기 레독스 흐름 전지는 상기 전해액 순환라인의 관로에 설치되어 상기 전해액 순환라인에 의해 안내되는 사기 캐소드 전해액과 상기 가스포집 전해액을 단속하는 온오프 밸브를 더 포함할 수 있다.The redox flow cell may further include an on-off valve disposed on a channel of the electrolyte circulation line for interrupting the scavenging cathode electrolyte and the gas trapping electrolyte guided by the electrolyte circulation line.

상기 가스 배출라인은 상기 전해액 순환라인보다 낮은 위치에서 상기 가스포집 전해액 탱크에 연통될 수 있다.The gas discharge line may communicate with the gas collecting electrolyte tank at a position lower than the electrolyte circulation line.

이와 같이 본 발명의 일 실시예는, 흐름 전지의 충/방전 시, 발생되는 가스를 포집하여 캐소드 전해액의 pH 농도가 기설정된 범위보다 높게 상승하는 것을 억제할 수 있으므로, 스택의 수명을 연장할 수 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to prevent the rise of the pH concentration of the cathode electrolytic solution higher than a predetermined range by collecting the generated gas during charge / discharge of the flow cell, have.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 캐소드 전해액에서 발생되는 가스를 포집하는 상태도이다.
도 2는 도 1에 적용되는 스택을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면도이다.
도 5는 도 1에서 애노드, 캐소드 전해액 탱크에 애노드, 캐소드 전해액 오버 플로우 관을 설치한 상태의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지에서 캐소드 전해액이 이동하는 상태도이다.FIG. 1 is a state view showing trapping of gas generated in a cathode electrolyte of a redox flow cell according to an embodiment of the present invention. FIG.
2 is a perspective view showing a stack applied to FIG.
3 is a sectional view taken along the line III-III in Fig.
4 is a sectional view taken along the line IV-IV in Fig.
FIG. 5 is a perspective view of the anode, cathode, and electrolyte solution overflow tanks in FIG. 1; FIG.
6 is a view illustrating a state in which a cathode electrolyte is moved in a redox flow cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 캐소드 전해액에서 발생되는 가스의 이동을 차단하는 상태도이다. FIG. 1 is a state diagram for blocking the movement of gas generated in a cathode electrolyte of a redox flow cell according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 일 실시예의 레독스 흐름 전지는 산화 환원 반응으로 전류를 발생시키는 스택(120), 및 스택(120)에 애노드, 캐소드 전해액을 공급하고 반응 후 스택(120)에서 유출되는 애노드, 캐소드 전해액을 각각 저장하는 애노드, 캐소드 전해액 탱크(210, 220)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the redox flow cell of one embodiment includes a stack 120 for generating current in a redox reaction, and an anode, a cathode electrolyte, and an anode (not shown) An anode for respectively storing a cathode electrolyte, and cathode electrolyte tanks 210 and 220.

또한, 일 실시예의 레독스 흐름 전지는 애노드, 캐소드 전해액 펌프(Pa, Pc)를 개재하여 애노드, 캐소드 전해액 탱크(210, 220)와 스택(120)을 연결하는 애노드, 캐소드 전해액 유입라인(La1 Lc1)과 애노드, 캐소드 전해액 유출라인(La2, Lc2)을 포함한다.The redox flow cell of the embodiment includes an anode that connects the anode and the cathode electrolyte tanks 210 and 220 to the stack 120 via the anode and the cathode electrolyte pumps Pa and Pc and a cathode electrolyte inflow line La1 Lc1 ), An anode, and a cathode electrolyte discharge line (La2, Lc2).

애노드, 캐소드 전해액은 애노드, 캐소드 전해액 펌프(Pa, Pc)의 구동에 따라 애노드, 캐소드 전해액 유입라인(La1 Lc1)을 통하여 스택(120)으로 각각 유입되어 반응 후, 애노드, 캐소드 전해액 유출라인(La2, Lc2)을 통하여 유출되어 애노드, 캐소드 전해액 탱크(210, 220)에 저장된다.The anode and the cathode electrolytic solution flow into the stack 120 through the anode and the cathode electrolytic solution inflow line La1 Lc1 according to the driving of the anode and the cathode electrolytic solution pumps Pa and Pc, respectively. After the reaction, the anode and the cathode electrolytic solution outflow lines La2 And Lc2, and are stored in the anode and cathode electrolyte tanks 210 and 220, respectively.

애노드 전해액을 유출하는 애노드 전해액 유출라인(La2)에는 열교환기(207)가 구비된다. 열교환기(207)는 캐소드 전해액에 비하여 반응성이 낮은 애노드 전해액 측에 배치되어, 애노드 전해액과 직접 맞닿아서 애노드 전해액의 반응성을 높인다. 즉 전지의 효율이 향상된다.A heat exchanger (207) is provided in the anode electrolyte outflow line (La2) through which the anode electrolyte flows out. The heat exchanger 207 is disposed on the side of the anode electrolyte, which is less reactive than the cathode electrolyte, and directly contacts the anode electrolyte to increase the reactivity of the anode electrolyte. That is, the efficiency of the battery is improved.

충/방전 시, 전해액의 점도 및 비중 차이로 인하여 스택(120) 내부에서 전해액의 크로스오버가 발생된다. 이로 인하여, 애노드 전해액 탱크(210)와 캐소드 전해액 탱크(220)에서 전해액의 레벨(L1a, L1c) 차이가 발생될 수 있다. 열교환기(207)는 전해액의 레벨(L1a, L1c) 차이를 줄일 수 있다.During charge / discharge, electrolyte crossover occurs within the stack 120 due to viscosity and specific gravity difference of the electrolyte. This may cause a difference in the level of the electrolyte solution (L1a, L1c) in the anode electrolyte tank 210 and the cathode electrolyte tank 220. The heat exchanger 207 can reduce the difference in the level of the electrolytic solution (L1a, L1c).

애노드 전해액 탱크(210)는 아연을 포함하는 애노드 전해액(anolyte)을 수용하고, 캐소드 전해액 탱크(220)(편의상, 캐소드 전해액의 2상을 수용하는 2상 전해액 탱크를 도시 생략함)는 브로민을 포함하는 캐소드 전해액(catholyte)을 수용한다.The anode electrolyte tank 210 accommodates an anode electrolyte containing zinc and the cathode electrolyte tank 220 (for convenience, a two-phase electrolyte tank containing two phases of the cathode electrolyte is not shown) Containing catholyte.

캐소드 전해액 탱크(220)는 하부에 중 캐소드 전해액(heavy catholyte), 중간에 경 캐소드 전해액(light catholyte)를 수용하고, 상부에는 충/방전시 발생되는 가스를 수용하게 된다.The cathode electrolytic solution tank 220 receives a heavy cathode electrolyte in the lower part and a light catholyte in the middle, and receives the gas generated in charging / discharging in the upper part.

또한, 일 실시예의 레독스 흐름 전지는 애노드, 캐소드 전해액 탱크(210, 220)를 서로 연결하는 애노드, 캐소드 전해액 오버 플로우 관(La3, Lc3)을 더 포함한다. The redox flow cell of one embodiment further includes an anode and cathode electrolyte overflow pipes La3 and Lc3 for connecting the anode and the cathode electrolyte tanks 210 and 220 to each other.

애노드, 캐소드 전해액 오버 플로우 관(La3, Lc3)은 충/방전 시, 전해액의 점도 및 비중의 차이로 인하여, 스택(120)의 내부 압력이 변화되어 크로스 오버가 발생될 때, 애노드, 캐소드 전해액을 상호 이동시켜 애노드, 캐소드 전해액 탱크(210, 220)에서 애노드, 캐소드 전해액의 레벨(L1a, L1c)을 조절한다.The anode and the cathode electrolyte overflow pipes La3 and Lc3 are formed in such a manner that when the internal pressure of the stack 120 changes due to the difference in viscosity and specific gravity of the electrolyte during charging and discharging, And the levels (L1a, L1c) of the anode and the cathode electrolyte in the anode and cathode electrolyte tanks 210, 220 are adjusted.

예를 들면, 애노드 전해액 오버 플로우 관(La3)은 애노드 전해액 탱크(210)의 하부에 삽입되어 캐소드 전해액 탱크(220)의 상부에서 개방되는 구조로 연결된다. 캐소드 전해액 오버 플로우 관(Lc3)은 캐소드 전해액 탱크(220)의 하부에 삽입되어 애노드 전해액 탱크(210)의 상부에서 개방되는 구조로 연결된다.For example, the anode electrolyte overflow pipe La3 is connected to the lower portion of the anode electrolyte tank 210 and opened at the upper portion of the cathode electrolyte tank 220. [ The cathode electrolyte overflow pipe Lc3 is inserted into the lower portion of the cathode electrolyte tank 220 and connected to the upper portion of the anode electrolyte tank 210. [

따라서 애노드, 캐소드 전해액 오버 플로우 관(La3, Lc3)은 애노드, 캐소드 전해액을 캐소드, 애노드 전해액 탱크(220, 210)으로 이동시키며, 비중과 점도가 낮은 캐소드 전해액만을 애노드 전해액 탱크(210)로 이동시킬 때, 캐소드 전해액 탱크(220)의 상부에 수용되는 가스 및 폴리브로민이 애노드 전해액 탱크(210)로 이동하는 것을 차단한다.Therefore, the anode and the cathode electrolyte overflow pipes La3 and Lc3 move the anode and the cathode electrolyte to the cathode and the anode electrolyte tanks 220 and 210 and move only the cathode electrolyte having a low specific gravity and viscosity to the anode electrolyte tank 210 The gas contained in the upper portion of the cathode electrolyte tank 220 and the polybromine are prevented from moving to the anode electrolyte tank 210.

일례로써, 본 실시예에서 애노드, 캐소드 전해액 오버 플로우 관(La3, Lc3)은 3개로 구비되어 있다. 그러나 애노드, 캐소드 전해액 오버 플로우 관(La3, Lc3)은 각각 1개 이상으로 구비될 수 있고, 바람직하기로는 3~5개로 구비될 수 있다.For example, in the present embodiment, there are three anode and cathode electrolyte overflow pipes La3 and Lc3. However, the anode and the cathode electrolyte overflow pipes La3 and Lc3 may be provided in one or more, respectively, and preferably in a range of three to five.

도 2는 도 1에 적용되는 스택을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선에 따른 단면도이며, 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면도이다. FIG. 2 is a perspective view showing the stack applied to FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2, and FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 스택(120)은 반복적으로 적층되는 멤브레인(10)과 스페이서(20) 및 전극판(30)을 포함한다.2 through 4, the stack 120 includes a membrane 10, a spacer 20, and an electrode plate 30 that are repeatedly stacked.

또한, 스택(120)은 적층 방향의 양단에 차례로 더 적층되는 집전판(61, 62)과 엔드 플레이트(71, 72)를 더 포함하고, 전극판(30)에 애노드, 캐소드 전해액을 각각 공급하는 애노드 전해액 채널(CHa)(도 3 참조)과 캐소드 전해액 채널(CHc)(도 4 참조)을 포함한다.The stack 120 further includes collectors 61 and 62 and end plates 71 and 72 which are sequentially stacked at both ends in the stacking direction and supply an anode and a cathode electrolytic solution to the electrode plate 30 An anode electrolyte channel CHa (see FIG. 3) and a cathode electrolyte channel CHc (see FIG. 4).

전극판(30)은 일면의 애노드 전극(32)과 다른 일면의 캐소드 전극(31)을 포함한다. 애노드, 캐소드 전해액 채널(CHa, CHc)은 애노드, 캐소드 전해액을 애노드, 캐소드 전극(32, 31)으로 각각 공급한다.The electrode plate 30 includes one side of the anode electrode 32 and the other side of the cathode electrode 31. The anode and cathode electrolyte channels CHa and CHc supply the anode and the cathode electrolyte to the anode and cathode electrodes 32 and 31, respectively.

스택(120)에서, 엔드 플레이트(71)는 애노드, 캐소드 전해액 유입라인(La1, Lc1)에 연결되는 애노드, 캐소드 전해액 유입구(H21, H31)를 구비하고, 애노드, 캐소드 전해액 유입구(H21, H31)를 애노드, 캐소드 전해액 채널(CHa, CHc)에 연결한다. In the stack 120, the end plate 71 has an anode, an anode connected to the cathode electrolyte inflow lines La1 and Lc1, and cathode electrolyte inlets H21 and H31. The anode, the cathode electrolyte inlets H21 and H31, To the anode and cathode electrolyte channels (CHa, CHc).

스택(120)에서, 엔드 플레이트(72)는 애노드, 캐소드 전해액 유출라인(La2, Lc2)에 연결되는 애노드, 캐소드 전해액 유출구(H22, H32)를 구비하고, 애노드, 캐소드 전해액 유출구(H22, H32)를 애노드, 캐소드 전해액 채널(CHa, CHc)에 연결한다.In the stack 120, the end plate 72 has an anode, an anode connected to the cathode electrolyte outflow lines La2 and Lc2, a cathode electrolyte outflow ports H22 and H32, and an anode, a cathode electrolyte outlets H22 and H32, To the anode and cathode electrolyte channels (CHa, CHc).

따라서 애노드, 캐소드 전해액 채널(CHa, CHc)은 스택(120) 내부에서 일단으로 애노드, 캐소드 전해액 유입구(H21, H31)에 연결되고, 다른 일단으로 애노드, 캐소드 전해액 유출구(H22, H32)에 연결된다.Therefore, the anode and cathode electrolyte channels CHa and CHc are connected to the anode and cathode electrolyte inlets H21 and H31 at one end in the stack 120 and to the anode and cathode electrolyte outlets H22 and H32 at the other end .

또한, 스택(120)은 엔드 플레이트(71, 72) 내측에 배치되어 집전판(61, 62)에 연결되는 버스바(B1, B2)를 구비한다. 버스바(B1, B2)는 스택(120)의 내부에서 생성된 전류를 방전하거나, 외부의 전원(206)에 연결되어 애노드, 캐소드 전해액 탱크(210, 220)에 전류를 충전할 수 있다.The stack 120 also includes bus bars B1 and B2 which are disposed inside the end plates 71 and 72 and connected to the current collecting plates 61 and 62, respectively. The bus bars B1 and B2 may discharge the current generated in the stack 120 or may be connected to an external power source 206 to charge the anode and cathode electrolyte tanks 210 and 220 with current.

도 5는 도 1에서 애노드, 캐소드 전해액 탱크에 애노드, 캐소드 전해액 오버 플로우 관을 설치한 상태의 사시도이다. FIG. 5 is a perspective view of the anode, cathode, and electrolyte solution overflow tanks in FIG. 1; FIG.

도 5를 참조하면, 애노드 전해액 오버 플로우 관(La3)은 애노드 전해액 탱크(210)의 높이(H)의 1/3 이상에 제1하단(D1)을 구비한다. 캐소드 전해액 오버 플로우 관(Lc3)은 캐소드 전해액 탱크(220)의 높이(H)의 1/2 이상에 제2하단(D2)을 구비한다.Referring to FIG. 5, the anode electrolyte overflow pipe La3 has a first lower end D1 at least one third of the height H of the anode electrolyte tank 210. As shown in FIG. The cathode electrolyte overflow pipe (Lc3) has a second lower end (D2) at least half of the height (H) of the cathode electrolyte tank (220).

또한, 애노드 전해액 오버 플로우 관(La3)은 캐소드 전해액 탱크(220)에 노출되는 제1상단(U1)을 구비하고, 캐소드 전해액 오버 플로우 관(Lc3)은 애노드 전해액 탱크(210)에 노출되는 제2상단(U2)을 구비한다. 그리고 제2상단(U2)은 제1상단(U1) 높이 이상에 위치한다. 따라서 제1, 제2상단(U1, U2)으로 이동하는 애노드, 캐소드 전해액은 제2, 제1상단(U2, U1)에서 서로 간섭되지 않는다. 도시하지 않았으나 제2상단(U2)은 제1상단(U1) 높이 미만에 위치하거나 동일 높이에 위치할 수 있다.The anode electrolyte overflow pipe La3 has a first end U1 exposed to the cathode electrolyte tank 220 and the cathode electrolyte overflow pipe Lc3 has a first end U1 exposed to the cathode electrolyte tank 220, And an upper end U2. And the second top U2 is located above the first top U1 height. Therefore, the anode and cathode electrolyte moving to the first and second ends U1 and U2 do not interfere with each other at the second and first ends U2 and U1. Although not shown, the second top U2 may be located below the first top U1 or at the same height.

다시 도 1을 참조하면, 캐소드 전해액 탱크(220)는 상단에 제1가스 배출 라인(Lc4)를 더 구비한다. 제1가스 배출라인(Lc4)에는 가스포집 전해액 탱크(230)가 설치된다. 가스포집 전해액 탱크(230)에는 배출되는 캐소드 전해액 탱크(220)로부터 배출되는 가스를 포집하기 위한 가스포집 전해액이 수용된다. 가스포집 전해액 탱크(230)는 상단에 제2가스 배출라인(Lc5)을 구비한다. 제1가스 배출라인(Lc4)에는 압력 밸브(231)가 설치된다. 압력 밸브(231)는 가스포집 전해액 탱크(230)의 내부 압력에 따라 계패된다. 압력 밸브(231) 이후의 제2가스 배출라인(Lc5)에는 가스 필터(GF)가 배치된다. Referring again to FIG. 1, the cathode electrolyte tank 220 further includes a first gas discharge line Lc4 at an upper end thereof. A gas collecting electrolyte tank 230 is installed in the first gas discharge line Lc4. The gas collecting electrolyte tank 230 receives a gas collecting electrolyte for collecting the gas discharged from the cathode electrolyte tank 220 to be discharged. The gas collecting electrolyte tank 230 has a second gas discharge line Lc5 at the upper end thereof. A pressure valve 231 is provided in the first gas discharge line Lc4. The pressure valve 231 is tapped according to the internal pressure of the gas collecting electrolyte tank 230. A gas filter GF is disposed in the second gas discharge line Lc5 after the pressure valve 231. [

따라서 캐소드 전해액에서 발생되는 수소 가스 및 브롬 가스는 애노드 전해액 탱크(210)로 이동하지 않고, 제1가스 배출라인(Lc4)을 따라 가스포집 전해액 탱크(230)로 이동한다. 이때, 가스포집 전해액 탱크(230)의 내부 압력이 기 설정된값 이하이면, 압력 밸브(231)는 제2가스 배출라인(Lc5)을 폐쇄하며, 가스포집 전해액 탱크(230)의 내부 압력이 기 설정된값을 초과하면, 압력 밸브(231)는 제2가스 배출라인(Lc5)을 개방한다.Therefore, the hydrogen gas and the bromine gas generated in the cathode electrolytic solution do not move to the anode electrolyte tank 210 but move to the gas collecting electrolyte tank 230 along the first gas discharge line Lc4. At this time, if the internal pressure of the gas collecting electrolyte tank 230 is less than a preset value, the pressure valve 231 closes the second gas discharging line Lc5, and the internal pressure of the gas collecting electrolyte tank 230 is set If the value is exceeded, the pressure valve 231 opens the second gas discharge line Lc5.

충/방전시, 캐소드 전해액 탱크(220) 내에서 수소 가스 및 브롬 가스가 발생하더라도 애노드 전해액 탱크(210)로 직접 이동하지 않는다. 따라서 종래기술의 전해액 탱크를 사용하는 경우와 비교할 때, 본 실시예에서 전류효율이 증가하고, 이로 인하여, 전체 에너지 효율이 증가하게 된다. Even when hydrogen gas and bromine gas are generated in the cathode electrolyte tank 220 during charging / discharging, it does not directly move to the anode electrolyte tank 210. Therefore, as compared with the case of using the electrolyte tank of the prior art, the current efficiency increases in this embodiment, thereby increasing the total energy efficiency.

뿐만 아니라, 캐소드 전해액 탱크(220)로부터 배출되는 수소 가스 및 브롬 가스는 외부로 배출되지 않고 가스포집 전해액에 포집될 수 있다.In addition, the hydrogen gas and the bromine gas discharged from the cathode electrolyte tank 220 can be collected in the gas collecting electrolyte without being discharged to the outside.

한편, 가스포집 전해액 탱크(230)는 전해액 리턴라인(Lc6)을 더 포함할 수 있다. 전해액 리턴라인(Lc6)은 가스포집 전해액 탱크(230)의 하단부와 캐소드 전해액 탱크(220)에 연결될 수 있다. 전해액 리턴라인(Lc6)에는 온오프 밸브(232)가 설치될 수 있다. Meanwhile, the gas collecting electrolyte tank 230 may further include an electrolyte return line Lc6. The electrolyte return line Lc6 may be connected to the lower end of the gas collecting electrolyte tank 230 and the cathode electrolyte tank 220. An on-off valve 232 may be provided in the electrolyte return line Lc6.

여기서, 전해액 리턴라인(Lc6)은 제1가스 배출라인(Lc4)보다 낮은 위치에서 가스포집 전해액 탱크(230)에 연결되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 캐소드 전해액 펌프(Pc)의 가동 중에 온오프 밸브(232)를 개방하면, 캐소드 전해액의 수위가 낮아지고 가스포집 전해액 탱크(230) 내부의 가스포집 전해액이 캐소드 전해액 탱크(220)로 유입될 수 있다. 반대로 캐소드 전해액 펌프(Pc)의 가동 정지 시에 온오프 밸브(232)를 개방하면, 캐소트 전해액의 수위가 높아지고 캐소드 전해액 탱크(220) 내부의 캐소드 전해액이 가스포집 전해액 탱크(230)로 유입될 수 있다. 이와 같이 전해액 리턴라인(Lc6)은 제1가스 배출라인(Lc4)보다 낮은 위치에서 가스포집 전해액 탱크(230)에 연결함에 따라 캐소드 전해액 탱크(220)와 가스포집 전해액 탱크(230) 간의 전해액의 순환이 가능하다. Here, it is preferable that the electrolyte return line Lc6 is connected to the gas collecting electrolyte tank 230 at a position lower than the first gas discharge line Lc4. This is because when the on-off valve 232 is opened during operation of the cathode electrolyte pump Pc, the level of the cathode electrolytic solution is lowered and the gas collecting electrolyte inside the gas collecting electrolyte tank 230 flows into the cathode electrolyte tank 220 . On the contrary, when the on-off valve 232 is opened when the cathode electrolytic solution pump Pc is stopped, the water level of the cathode electrolytic solution is increased and the cathode electrolytic solution in the cathode electrolytic solution tank 220 flows into the gas capturing electrolytic solution tank 230 . The electrolyte return line Lc6 is connected to the gas collecting electrolyte tank 230 at a position lower than the first gas discharging line Lc4 so that the circulation of the electrolyte between the cathode electrolyte tank 220 and the gas collecting electrolyte tank 230 This is possible.

따라서 가스포집 전해액에 포집된 수소 가스와 브롬 가스는 다시 캐소드 전해액 탱크(220)로 이동할 수 있으므로, 캐소드 전해액으로부터 발생되는 수소 가스와 브롬 가스의 배출로 인해, 캐소드 전해액의 pH 가 기 설정된 범위를 벗어나 상승하는 것을 방지할 수 있다.Therefore, the hydrogen gas and the bromine gas captured in the gas trapping electrolyte can move back to the cathode electrolytic solution tank 220, so that the pH of the cathode electrolytic solution is out of the predetermined range due to the discharge of the hydrogen gas and the bromine gas generated from the cathode electrolytic solution Can be prevented from rising.

이에, 가스 필터를 통해 수소 가스와 브롬 가스가 외부로 배출되는 종래의 실시예와, 가스포집 전해액에 수소 가스와 브롬 가스를 포집하는 본 실시예를 실험 조건에서 pH 검출 실험을 진행했다. Thus, the conventional example in which the hydrogen gas and the bromine gas are discharged to the outside through the gas filter, and the example in which the hydrogen gas and the bromine gas are trapped in the gas collecting electrolyte are subjected to the pH detection experiment under the experimental conditions.

실험 조건은, 두 실시예 모두 동일한 전해액을 사용하여 실험을 진행하였으며, 250cycle 운영 후 전해액 pH를 비교하였다. 또한, 초기 전해액 pH는 1에서 진행하였고 15A, 4.67hour의 충전/ 15A, 50V cut off 방전조건으로 충-방전 테스트하여 결과를 비교하였다. Experimental conditions were the same for both of the examples, and the electrolytic solution pH was compared after 250 cycles of operation. The initial pH of the electrolyte was 1, and the charge / discharge test was performed under 15A, 4.67hour charge / 15A, 50V cut off discharge condition, and the results were compared.

실험 결과, 가스 필터를 통해 수소 가스와 브롬 가스가 외부로 배출되는 종래의 실시예는 캐소드 전해액이 pH는 4.33로 검출되었다. 이에 반해, 가스포집 전해액에 수소 가스와 브롬 가스를 포집하는 본 실시예는 캐소드 전해액의 pH가 2.5로 검출되었다. As a result of the experiment, in the conventional example in which the hydrogen gas and the bromine gas are discharged to the outside through the gas filter, the pH of the cathode electrolyte was detected to be 4.33. On the other hand, in the present embodiment in which hydrogen gas and bromine gas are trapped in the gas collecting electrolyte, the pH of the cathode electrolytic solution was detected to be 2.5.

이에 따라, 가스 필터를 통해 수소 가스와 브롬 가스가 외부로 배출되는 종래의 실시예는 pH가 상승함에 따라 스택 효율이 감소하여(초기 에너지 효율 74%, 250cycle 진행 후 66%) 테스트 진행을 중단하였다. Accordingly, in the conventional example in which the hydrogen gas and the bromine gas are discharged through the gas filter, the stacking efficiency is reduced as the pH is increased (initial energy efficiency is 74%, and after 250 cycles, 66%), .

이에 반해, 가스포집 전해액에 수소 가스와 브롬 가스를 포집하는 본 실시예는 pH 2.5를 유지하고 있어 347cycle 진행하고도 계속해서 운영할 수 있었다. On the other hand, the present example of capturing hydrogen gas and bromine gas in the gas trapping electrolyte maintained the pH of 2.5, and was able to continue to operate even after 347 cycles.

한편, 애노드, 캐소드 전해액 오버 플로우 관(La3, Lc3)은 애노드, 캐소드 전해액 탱크(210, 220)의 하부에서 내부 압력에 의하여 애노드, 캐소드 전해액을 캐소드, 애노드 전해액 탱크(220, 210)로 이동시킨다. 이때, 캐소드 전해액 탱크(220)에서는, 비중과 점도가 낮은 캐소드 전해액만이 애노드 전해액 탱크(210)로 이동된다.The anode and the cathode electrolyte overflow pipes La3 and Lc3 move the anode and the cathode electrolyte to the cathode and the anode electrolyte tanks 220 and 210 by the internal pressure at the lower portions of the anode and cathode electrolyte tanks 210 and 220 . At this time, in the cathode electrolyte tank 220, only the cathode electrolyte having a low specific gravity and viscosity is moved to the anode electrolyte tank 210.

또한 애노드 전해액 오버 플로우 관(La3)이 애노드 전해액 탱크(210)의 높이(H)의 1/3 이상, 즉 하부에 제1하단(D1)을 구비하고, 캐소드 전해액 오버 플로우 관(Lc3)이 캐소드 전해액 탱크(220)의 높이(H)의 1/2 이상, 즉 하부에 제2하단(D2)을 구비하므로 캐소드 전해액 탱크(220)의 하부(H/3)에 정체되는 비중과 점도가 높은 중 캐소드 전해액이 이동되지 않는다.The anode electrolyte overflow pipe La3 has a first lower end D1 at least one third of the height H of the anode electrolyte tank 210 and the cathode electrolyte overflow pipe Lc3 has a cathode (H / 3) of the cathode electrolyte tank 220 because the second lower end D2 is provided at least one half of the height H of the electrolyte tank 220, The cathode electrolyte is not moved.

또한 애노드, 캐소드 전해액 탱크(210, 220) 내부의 애노드, 캐소드 전해액의 유량을 맞추기 위하여, 애노드, 캐소드 전해액 오버 플로우 관(La3, Lc3)은 애노드, 캐소드 전해액 유입라인(La1, Lc1)과 애노드, 캐소드 전해액 유출라인(La2, Lc2)의 배관 면적과 동일하거나 그 이상의 크기로 설정될 수 있다. 이를 위하여, 애노드, 캐소드 전해액 오버 플로우 관(La3, Lc3)은 복수로 형성될 수도 있다.The anode and the cathode electrolyte overflow pipes La3 and Lc3 are connected to the anode and the cathode electrolyte inflow lines La1 and Lc1 and the anode and cathode electrolyte overflow pipes La3 and Lc3 in order to match the flow rates of the anode and cathode electrolyte in the anode and cathode electrolyte tanks 210 and 220, May be set to be equal to or larger than the piping area of the cathode electrolyte outflow lines (La2, Lc2). To this end, a plurality of anode and cathode electrolyte overflow pipes La3 and Lc3 may be formed.

다시 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 애노드 전해액 탱크(210)는 아연을 포함하는 애노드 전해액(anolyte)을 내장하며, 애노드 전해액 펌프(Pa)의 구동으로 스택(120)의 멤브레인(10)과 애노드 전극(32) 사이에 애노드 전해액을 공급하고, 멤브레인(10)과 애노드 전극(32) 사이를 경유하여 유출되는 애노드 전해액을 수용한다.Referring again to FIGS. 1, 2 and 3, the anode electrolyte tank 210 includes an anode electrolyte containing zinc, and is driven by an anode electrolyte pump Pa, And the anode electrode 32 and receives the anode electrolyte discharged via the space between the membrane 10 and the anode electrode 32.

다시 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 캐소드 전해액 탱크(220)는 브로민을 포함하는 캐소드 전해액(catholyte)을 내장하며, 스택(120)의 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이에 공급하는 캐소드 전해액을 수용한다. 캐소드 전해액 탱크(220)는 캐소드 전해액 펌프(Pc)의 구동으로 스택(120)의 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이에 캐소드 전해액을 순환시킨다.Referring again to FIGS. 1, 2 and 4, the cathode electrolyte tank 220 includes a cathode electrolyte containing bromine, and is disposed between the membrane 10 of the stack 120 and the cathode electrode 31 To the cathode side. The cathode electrolytic solution tank 220 circulates the cathode electrolytic solution between the membrane 10 and the cathode electrode 31 of the stack 120 by driving the cathode electrolytic solution pump Pc.

캐소드 전해액 유입라인(Lc1) 및 캐소드 전해액 유출라인(Lc2)은 4방향 밸브(205)를 개재하여, 캐소드 전해액 탱크(220)를 스택(120)에 연결하므로 스택(120)에 대한 캐소드 전해액의 유입과 유출 작동을 선택적으로 수행할 수 있게 한다.The cathode electrolytic solution inflow line Lc1 and the cathode electrolytic solution outflow line Lc2 connect the cathode electrolytic solution tank 220 to the stack 120 with the four-way valve 205 interposed therebetween, And an outflow operation.

예를 들면, 4방향 밸브(205)는 캐소드 전해액 유입라인(Lc1)을 스택(120)의 캐소드 전해액 유입구(H31)에 연결하고, 캐소드 전해액 유출구(H32)를 스택(120)의 캐소드 전해액 유출라인(Lc2)에 연결할 수 있다.For example, the four-way valve 205 connects the cathode electrolyte inflow line Lc1 to the cathode electrolyte inlet H31 of the stack 120 and the cathode electrolyte outflow port H32 to the cathode electrolyte outflow line H31 of the stack 120, Lt; RTI ID = 0.0 > Lc2. &Lt; / RTI >

또한 4방향 밸브(205)는 캐소드 전해액 유출구(H32)를 스택(120)의 캐소드 전해액 유입구(H31)에 연결하여, 캐소드 전해액 유입라인(Lc1)과 함께 캐소드 전해액을 스택(120)으로 다시 공급할 수도 있다.The four-way valve 205 may also connect the cathode electrolyte outlet H32 to the cathode electrolyte inlet H31 of the stack 120 to supply the cathode electrolyte together with the cathode electrolyte inlet line Lc1 back to the stack 120 have.

예를 들면, 스택(120)은 단위 셀들(C1, C2)을 복수로 적층하여 형성될 수 있다. 편의상, 본 실시예는 2개의 단위 셀들(C1, C2)을 적층하여 형성된 스택(120)을 예시한다.For example, the stack 120 may be formed by stacking a plurality of unit cells C1 and C2. For convenience, this embodiment illustrates a stack 120 formed by stacking two unit cells (C1, C2).

다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 스택(120)은 흐름 프레임, 즉 멤브레인 흐름 프레임(40)과 전극 흐름 프레임(50)을 더 포함한다. 스택(120)은 2개의 단위 셀(C1, C2)을 구비하므로 1개의 전극 흐름 프레임(50)을 중앙에 구비하고, 전극 흐름 프레임(50)의 양측에 좌우 대칭 구조로 배치되는 2개의 멤브레인 흐름 프레임(40), 및 멤브레인 흐름 프레임(40)의 외곽에 각각 2개의 엔드 플레이트(71, 72)를 배치한다.Referring again to Figures 3 and 4, the stack 120 further includes a flow frame, a membrane flow frame 40 and an electrode flow frame 50. The stack 120 includes two unit cells C1 and C2 and therefore has one electrode flow frame 50 at the center and two membrane flows arranged symmetrically on both sides of the electrode flow frame 50. [ Two end plates 71 and 72 are disposed on the outer surface of the frame 40 and the outer surface of the membrane flow frame 40, respectively.

멤브레인(10)은 이온을 통과시키도록 구성되고, 멤브레인 흐름 프레임(40)에 멤브레인 흐름 프레임(40)의 두께 방향 중심에 결합된다. 전극판(30)은 전극 흐름 프레임(50)에 전극 흐름 프레임(50)의 두께 방향 중심에 결합된다.The membrane 10 is configured to pass ions and is coupled to the membrane flow frame 40 in the thickness direction center of the membrane flow frame 40. The electrode plate 30 is joined to the electrode flow frame 50 at the center in the thickness direction of the electrode flow frame 50.

엔드 플레이트(71, 72), 멤브레인 흐름 프레임(40), 전극 흐름 프레임(50), 멤브레인 흐름 프레임(40) 및 엔드 플레이트(71, 72)을 배치하고, 멤브레인(10)과 전극판(30) 사이에 각각 스페이서(20)를 개재하여 멤브레인 흐름 프레임(40), 전극 흐름 프레임(50) 및 엔드 플레이트(71, 72)을 서로 접합함으로써, 2개의 단위 셀(C1, C2)을 구비한 스택(120)이 형성된다.The end plates 71 and 72, the membrane flow frame 40, the electrode flow frame 50, the membrane flow frame 40 and the end plates 71 and 72 are disposed and the membrane 10, And the stacks of the unit cells C1 and C2 are formed by joining the membrane flow frame 40, the electrode flow frame 50 and the end plates 71 and 72 to each other with the spacers 20 interposed therebetween. 120 are formed.

전극판(30)은 2개의 단위 셀(C1, C2)이 연결되는 부분에서는 일측으로 애노드 전극(32)을 형성하고 다른 측으로 캐소드 전극(31)을 형성하여, 2개의 단위 셀(C1, C2)을 직렬로 연결하는 바이폴라 전극을 형성한다.The electrode plate 30 has an anode electrode 32 formed on one side and a cathode electrode 31 on the other side in a portion where the two unit cells C1 and C2 are connected to form two unit cells C1 and C2. To form a bipolar electrode connecting in series.

멤브레인 흐름 프레임(40), 전극 흐름 프레임(50) 및 엔드 플레이트(71, 72)는 서로 접착되어 멤브레인(10)과 전극판(30) 사이에 내부 용적(S)을 설정하며, 내부 용적(S)에 애노드, 캐소드 전해액을 공급하는 애노드, 캐소드 전해액 채널(CHa, CHc)을 구비한다. 애노드, 캐소드 전해액 채널(CHa, CHc)은 멤브레인(10)의 양면에서 각각 균일한 압력과 양으로 애노드, 캐소드 전해액을 공급하도록 구성된다.The membrane flow frame 40, the electrode flow frame 50 and the end plates 71 and 72 are adhered to each other to set the internal volume S between the membrane 10 and the electrode plate 30, An anode for supplying a cathode electrolyte, and cathode electrolyte channels CHa and CHc. The anode and cathode electrolyte channels (CHa, CHc) are configured to supply the anode and the cathode electrolytic solution, respectively, at equal pressures and amounts on both sides of the membrane (10).

애노드 전해액 채널(CHa)은 애노드 전해액 유입구(H21), 내부 용적(S) 및 애노드 전해액 유출구(H22)를 연결하여, 애노드 전해액 펌프(Pa)의 구동에 의하여, 멤브레인(10)과 애노드 전극(32) 사이에 설정되는 내부 용적(S)으로 애노드 전해액을 유입하여 반응 후, 유출 가능하게 한다.The anode electrolyte channel CHa connects the anode electrolyte solution inlet H21, the internal volume S and the anode electrolyte outlet H22 to the membrane 10 and the anode electrode 32 by driving the anode electrolyte pump Pa. To allow the anode electrolyte to flow out after reaction.

캐소드 전해액 채널(CHc)은 캐소드 전해액 유입구(H31), 내부 용적(S) 및 캐소드 전해액 유출구(H32)를 연결하여, 캐소드 전해액 펌프(Pc)의 구동에 의하여, 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이에 설정되는 내부 용적(S)으로 캐소드 전해액을 유입하여 반응 후, 유출 가능하게 한다.The cathode electrolyte channel CHc connects the membrane electrode 10 and the cathode electrode 31 by driving the cathode electrolyte pump Pc by connecting the cathode electrolyte inlet H31, the internal volume S and the cathode electrolyte outlet H32. The cathode electrolytic solution is allowed to flow into the internal volume S set between the anode and the cathode.

애노드 전해액은 내부 용적(S)의 애노드 전극(32) 측에서 산화환원 반응하여 전류를 생성하여 애노드 전해액 탱크(210)에 저장된다. 캐소드 전해액은 내부 용적(S)의 캐소드 전극(31) 측에서 산화환원 반응하여 전류를 생성하여 캐소드 전해액 탱크(220)에 저장된다.The anode electrolyte undergoes a redox reaction on the side of the anode electrode 32 of the internal volume S to generate a current and is stored in the anode electrolyte tank 210. The cathode electrolytic solution is subjected to a redox reaction on the cathode electrode 31 side of the internal volume S to generate a current and is stored in the cathode electrolytic solution tank 220.

충전시, 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이에서,During charging, between the membrane 10 and the cathode electrode 31,

2Br^- → 2Br＋2e^- (식 1)2Br ^- > 2Br + 2e ^- (1)

와 같은 화학 반응이 일어나서, 캐소드 전해액에 포함된 브로민이 생산되어 캐소드 전해액 탱크(220)에 저장된다. The bromine contained in the cathode electrolytic solution is produced and stored in the cathode electrolyte tank 220.

충전시, 멤브레인(10)과 애노드 전극(32) 사이에서,During charging, between the membrane 10 and the anode electrode 32,

Zn² ^＋＋2e^- → Zn (식 2)Zn ² ⁺ + 2e ^- ? Zn (Equation 2)

와 같은 화학 반응이 일어나서, 애노드 전해액에 포함된 아연이 애노드 전극(32)에 증착되어 저장된다.The zinc contained in the anode electrolyte is deposited on the anode electrode 32 and stored.

방전시, 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이에서, 식 1의 역 반응이 일어나고, 멤브레인(10)과 애노드 전극(32) 사이에서 식 2의 역 반응이 일어난다.During the discharge, a reverse reaction of Equation 1 occurs between the membrane 10 and the cathode electrode 31, and an adverse reaction of Equation 2 occurs between the membrane 10 and the anode electrode 32.

스택(120)에서 집전판(61, 62)은 애노드 전극(32)과 캐소드 전극(31)에서 생성된 전류를 모으거나, 외부에서 애노드 전극(32)과 캐소드 전극(31)에 전류를 공급하도록 최외곽 전극판(30, 30)에 접착되어 전기적으로 연결된다.The current collecting plates 61 and 62 in the stack 120 collect current generated in the anode electrode 32 and the cathode electrode 31 or supply the current to the anode electrode 32 and the cathode electrode 31 from outside And are electrically connected to the outermost electrode plates 30 and 30.

충/방전 과정에서, 애노드 전해액 탱크(210) 높이(H)의 1/3 이상에 제1하단(D1)을 구비하므로 애노드 전해액 오버 플로우 관(La3)은 애노드 전해액 탱크(210)의 내부 압력에 의하여 레벨(L1a)의 애노드 전해액을 제1하단(D1)으로 유입하여, 제1상단(U1)을 통하여 레벨(L1c)의 캐소드 전해액 탱크(220)로 이동시킨다. 이때, 애노드 전해액 탱크(210) 내의 가스 및 폴리브로민은 캐소드 전해액 탱크(220)로 이동되지 않는다.The anode electrolyte overflow pipe La3 is connected to the inner pressure of the anode electrolyte tank 210 because the first lower end D1 is provided in 1/3 or more of the height H of the anode electrolyte tank 210 in the charge / The anode electrolyte of the level L1a flows into the first lower end D1 and moves to the cathode electrolytic tank 220 of the level L1c through the first end U1. At this time, the gas and the polybromine in the anode electrolyte tank 210 are not moved to the cathode electrolyte tank 220.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지에서 캐소드 전해액이 이동하는 상태도이다.6 is a view illustrating a state in which a cathode electrolyte is moved in a redox flow cell according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 충/방전 과정에서, 캐소드 전해액 탱크(220) 높이(H)의 1/2 이상에 제2하단(D2)을 구비하므로 캐소드 전해액 오버 플로우 관(Lc3)은 캐소드 전해액 탱크(220)의 내부 압력에 의하여 레벨(L2c)의 캐소드 전해액을 제2하단(D2)으로 유입하여, 제2상단(U2)을 통하여 레벨(L2a)의 애노드 전해액 탱크(210)로 이동시킨다. 이때, 캐소드 전해액 탱크(220) 내의 가스 및 폴리브로민은 애노드 전해액 탱크(210)로 이동되지 않는다. 캐소드 전해액 탱크(220) 내부의 가스는 제1가스 배출 라인(Lc4) 및 가스 필터(GF)를 통하여 배출된다.6, since the second lower end D2 is located at a half or more of the height H of the cathode electrolyte tank 220 in the charging / discharging process, the cathode electrolyte overflow pipe Lc3 is connected to the cathode electrolyte tank The cathode electrolytic solution of the level L2c flows into the second lower end D2 by the internal pressure of the anode 220 and moves to the anode electrolyte tank 210 of the level L2a through the second upper end U2. At this time, the gas and the polybromine in the cathode electrolyte tank 220 are not transferred to the anode electrolyte tank 210. The gas inside the cathode electrolyte tank 220 is discharged through the first gas discharge line Lc4 and the gas filter GF.

종래기술은 애노드, 캐소드 전해액 오버 플로우 관을 애노드, 캐소드 전해액 탱크를 상방에서 서로 연결한다. 이에 비하여, 본 실시예는 애노드, 캐소드 전해액 오버 플로우 관(La3, Lc3)을 애노드, 캐소드 전해액 탱크(210, 220)의 하부에 삽입하여 캐소드, 애노드 전해액 탱크(220, 210)의 상부에서 개방하는 구조로 연결한다.The prior art connects the anode, the cathode electrolyte overflow tube to the anode, and the cathode electrolyte tank from above. On the other hand, in the present embodiment, the anode and the cathode electrolyte overflow pipes La3 and Lc3 are inserted into the lower portions of the anode and cathode electrolyte tanks 210 and 220 to be opened at the top of the cathode and anode electrolyte tanks 220 and 210 Structure.

따라서 종래기술은 80.7%의 전압 효율, 88.5%의 전류 효율 및 71.4%의 에너지 효율을 얻었다. 이에 비하여, 본 실시예는 80.9%의 전압 효율, 90.4%의 전류 효율 및 73.1%의 에너지 효율을 얻었다. 즉 동일한 조건에서 충/방전 효율을 실험한 결과, 종래기술에 비하여, 본 실시예의 전류효율 및 에너지 효율이 더 높게 나타났다.Thus, the prior art achieved a voltage efficiency of 80.7%, a current efficiency of 88.5% and an energy efficiency of 71.4%. In contrast, this embodiment achieved a voltage efficiency of 80.9%, a current efficiency of 90.4%, and an energy efficiency of 73.1%. That is, as a result of the charge / discharge efficiency test under the same conditions, the current efficiency and the energy efficiency of the present embodiment were higher than those of the prior art.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.

10: 멤브레인 20: 스페이서
30: 전극판 31: 캐소드 전극
32: 애노드 전극 40: 멤브레인 흐름 프레임
50: 전극 흐름 프레임 61, 62: 집전판
71, 72: 엔드 플레이트 120: 스택
205: 4방향 밸브 206: 전원
207: 열교환기 210: 애노드 전해액 탱크
220: 캐소드 전해액 탱크 230: 가스포집 전해액 탱크
231: 압력 밸브 232: 온오프 밸브
B1, B2: 버스바
C1, C2: 단위 셀 Cha: 애노드 전해액 채널
CHc: 캐소드 전해액 채널 D1, D2: 제1, 제2하단
GF: 가스 필터 H: 높이
H21: 애노드 전해액 유입구 H22: 애노드 전해액 유출구
H31: 캐소드 전해액 유입구 H32: 캐소드 전해액 유출구
L1a, L1c, L2a, L2c: 레벨 La1: 애노드 전해액 유입라인
La2: 애노드 전해액 유출라인 La3: 애노드 전해액 오버 플로우 관
Lc1: 캐소드 전해액 유입라인 Lc2: 캐소드 전해액 유출라인
Lc3: 캐소드 전해액 오버 플로우 관 Lc4: 제1가스 배출라인
Lc5: 제2가스 배출라인 Lc6 : 전해액 순환라인
Pa: 애노드 전해액 펌프 Pc: 캐소드 전해액 펌프
S: 내부 용적 U1, U2: 제1, 제2상단10: membrane 20: spacer
30: electrode plate 31: cathode electrode
32: anode electrode 40: membrane flow frame
50: electrode flow frame 61, 62: collector plate
71, 72: end plate 120: stack
205: four-way valve 206: power source
207: heat exchanger 210: anode electrolyte tank
220: cathode electrolyte tank 230: gas collecting electrolyte tank
231: Pressure valve 232: On-off valve
B1, B2: Bus bar
C1, C2: unit cell Cha: anode electrolyte channel
CHc: cathode electrolyte channel D1, D2: first and second bottom
GF: Gas filter H: Height
H21: anode electrolyte inlet H22: anode electrolyte outlet
H31: cathode electrolyte inlet H32: cathode electrolyte outlet
L1a, L1c, L2a, L2c: level La1: anode electrolyte inflow line
La2: anode electrolyte outflow line La3: anode electrolyte overflow tube
Lc1: cathode electrolyte inlet line Lc2: cathode electrolyte outlet line
Lc3: cathode electrolyte overflow tube Lc4: first gas discharge line
Lc5: second gas discharge line Lc6: electrolyte circulation line
Pa: anode electrolyte pump Pc: cathode electrolyte pump
S: inner volume U1, U2: first and second top

Claims

An anode electrolyte tank;
A cathode electrolyte tank;
A gas collecting electrolytic solution tank containing a gas collecting electrolyte therein and connected to the cathode electrolytic solution tank to collect gas generated in the cathode electrolytic solution tank; And
And a pressure valve connected to the gas collecting electrolyte tank and opened and closed according to a pressure inside the gas collecting electrolyte tank.

The method according to claim 1,
Further comprising a gas filter at a downstream end of the pressure valve.

The method according to claim 1,
A gas discharge line for guiding the gas collected at an upper portion of the cathode electrolyte tank to the gas collecting electrolyte tank; And
And an electrolyte circulation line connecting the cathode electrolyte tank and the gas collecting electrolyte tank so that the cathode electrolyte and the gas collecting electrolyte can be exchanged.

The method of claim 3,
Further comprising an on-off valve provided on a channel of the electrolyte circulation line for interrupting the cathode electrolyte and the gas collecting electrolyte guided by the electrolyte circulation line.

The method of claim 3,
Wherein the gas discharge line communicates with the gas collecting electrolyte tank at a position lower than the electrolyte circulation line.