KR20190063103A - Redox flow battery - Google Patents

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KR20190063103A KR1020170161948A KR20170161948A KR20190063103A KR 20190063103 A KR20190063103 A KR 20190063103A KR 1020170161948 A KR1020170161948 A KR 1020170161948A KR 20170161948 A KR20170161948 A KR 20170161948A KR 20190063103 A KR20190063103 A KR 20190063103A
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이용희
이종욱
강태혁
신동명
박준용
김보라
손덕영
최윤호
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롯데케미칼 주식회사
아주대학교산학협력단
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Abstract

A redox flow battery comprises: a stack assembly in which a plurality of stacks are connected in series with an electrolyte supply manifold and a flowrate control pipe inserted in the electrolyte supply manifold; an electrolyte tank storing an electrolyte; and an electrolyte supply pipe connecting the stack assembly and the electrolyte tank to supply the electrolyte to the flowrate control pipe. The flowrate control pipe has a plurality of openings for discharging the electrolyte, and the flowrate control pipe has a larger opening ratio as the stack is closer to the electrolyte supply pipe among the plurality of stacks. According to the present invention, the flowrate of the electrolyte supplied to the plurality of stacks can be made uniform by using the flowrate control pipe.

Description

레독스 흐름 전지 {REDOX FLOW BATTERY}Redox Flow Battery {REDOX FLOW BATTERY}

본 발명은 레독스 흐름 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스택 내부의 전해액 공급 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a redox flow cell, and more particularly, to an electrolyte supply structure inside a stack.

레독스 흐름 전지는 대용량 전력을 저장할 수 있는 이차 전지의 한 종류이다. 통상의 레독스 흐름 전지는 직렬 접속된 복수의 스택으로 구성된 스택 조립체와, 스택 조립체와 연결된 양극 전해액 탱크 및 음극 전해액 탱크와, 스택 조립체와 전해액 탱크로 양극 전해액과 음극 전해액을 순환시키는 배관과 펌프 등의 순환 장치를 포함한다.Redox flow cells are a type of secondary cells that can store large amounts of power. A conventional redox flow battery includes a stack assembly composed of a plurality of stacks connected in series, a positive electrode electrolyte tank and a negative electrode electrolyte tank connected to the stack assembly, a pipe for circulating the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte through a stack assembly and an electrolyte tank, .

스택은 복수의 전지 셀로 구성되며, 스택 내부에는 각 전지 셀의 내부 공간과 연결된 전해액 공급 매니폴드 및 전해액 배출 매니폴드가 형성된다. 전해액 공급관은 스택 조립체의 최외곽 셀에 접속되어 전해액 공급 매니폴드로 전해액을 공급하고, 전해액 배출관은 스택 조립체의 반대편 최외각 셀에 접속되어 셀 내부를 통과한 후 전해액 배출 매니폴드로 모인 전해액을 배출한다.The stack is composed of a plurality of battery cells, and an electrolyte supply manifold and an electrolyte discharge manifold, which are connected to the inner space of each battery cell, are formed in the stack. The electrolyte supply pipe is connected to the outermost cell of the stack assembly and supplies the electrolyte solution to the electrolyte supply manifold. The electrolyte discharge pipe is connected to the outermost cell on the opposite side of the stack assembly, passes through the cell, and discharges the electrolyte collected in the electrolyte discharge manifold. do.

복수의 스택이 직렬 접속된 스택 조립체는 배관 및 구조 단순화에 유리하지만, 전해액 공급관과의 거리에 따라 각 전지 셀에 가해지는 압력에 차이가 발생하며, 압력 차에 의해 각 전지 셀에 공급되는 전해액 유량이 달라지게 된다. 따라서 특정 전지 셀에서 전해액 공급이 원활하지 않을 수 있고, 이 경우 과전압이 발생하여 전지 셀의 수명이 단축될 수 있다.A stack assembly in which a plurality of stacks are connected in series is advantageous in simplifying piping and structure. However, there is a difference in the pressure applied to each battery cell depending on the distance from the electrolyte supply pipe, and the electrolyte flow rate . Accordingly, the supply of the electrolyte solution may not be smooth in a specific battery cell. In this case, an overvoltage may occur and the life of the battery cell may be shortened.

본 발명은 복수의 스택이 직렬 접속된 스택 조립체의 구조를 유지하면서 복수의 전지 셀에 공급되는 전해액의 유량 분포를 균일화할 수 있는 레독스 흐름 전지를 제공하고자 한다.The present invention provides a redox flow cell capable of uniformizing the flow rate distribution of an electrolyte supplied to a plurality of battery cells while maintaining the structure of a stack assembly in which a plurality of stacks are connected in series.

본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지는, 내부에 전해액 공급 매니폴드 및 전해액 공급 매니폴드에 삽입된 유량 조절 배관을 가진 복수의 스택이 직렬 접속된 스택 조립체와, 전해액 탱크와, 스택 조립체와 전해액 탱크를 연결하여 유량 조절 배관으로 전해액을 공급하는 전해액 공급관을 포함한다. 유량 조절 배관은 전해액 배출을 위한 복수의 개구를 구비하며, 복수의 스택 중 전해액 공급관에 가까운 스택일수록 유량 조절 배관이 큰 개구율을 가진다.A redox flow cell according to an embodiment of the present invention includes a stack assembly in which a plurality of stacks are connected in series with an electrolyte supply manifold and a flow rate control pipe inserted in an electrolyte supply manifold, an electrolyte tank, And an electrolytic solution supply pipe connecting the electrolytic solution tank and supplying the electrolytic solution to the flow rate control pipe. The flow rate control pipe has a plurality of openings for discharging the electrolyte, and the flow rate control pipe has a larger opening ratio as the stack is closer to the electrolyte solution supply pipe among the plurality of stacks.

유량 조절 배관은 복수의 개구의 크기와 모양 및 복수의 개구 사이의 간격 중 적어도 하나의 변화에 의해 개구율을 조절할 수 있다. 복수의 스택에서 유량 조절 배관에 구비된 복수의 개구는 같은 모양과 같은 크기를 가질 수 있으며, 복수의 개구 사이의 간격 변화에 의해 개구율을 조절할 수 있다.The flow rate control pipe can adjust the opening ratio by changing at least one of the size and shape of the plurality of openings and the space between the plurality of openings. The plurality of openings provided in the flow rate control pipe in the plurality of stacks may have the same shape and size, and the aperture ratio can be adjusted by changing the spacing between the plurality of openings.

유량 조절 배관은 복수의 스택 중 이웃한 스택의 유량 조절 배관과 오링(Oring)을 사이에 두고 일렬로 접속될 수 있다.The flow rate control pipe may be connected in series with the flow control pipe of the adjacent stack among the plurality of stacks and the o-ring in between.

전해액 공급 매니폴드는 양극 전해액 공급 매니폴드와 음극 전해액 공급 매니폴드로 구분될 수 있다. 유량 조절 배관은 양극 전해액 공급 매니폴드와 음극 전해액 공급 매니폴드 중 적어도 한 곳에 위치할 수 있다.The electrolyte supply manifold may be divided into a positive electrode electrolyte supply manifold and a negative electrode electrolyte supply manifold. The flow rate control pipe may be located at least one of the anode electrolyte supply manifold and the cathode electrolyte supply manifold.

본 발명에 따르면, 유량 조절 배관을 이용하여 복수의 스택으로 공급되는 전해액의 유량을 균일화할 수 있고, 전지 셀들 사이의 전해액 유량 차이를 최소화할 수 있다. 그 결과, 특정 셀에서 전해액 공급이 원활하지 않을 때 발생하는 과전압 문제를 해소할 수 있고, 전지 셀들의 사용 수명을 늘릴 수 있다.According to the present invention, the flow rate of the electrolytic solution supplied to the plurality of stacks can be made uniform by using the flow rate control pipe, and the difference in flow rate of the electrolytic solution between the battery cells can be minimized. As a result, it is possible to solve the overvoltage problem that occurs when the supply of the electrolyte solution is not smooth in a specific cell, and the service life of the battery cells can be increased.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 스택 조립체의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 스택 중 한 개 전지 셀을 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시한 스택 중 두 개 전지 셀의 결합 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시한 전지 셀 중 제1 흐름 프레임과 제2 프레임의 개략 정면도이다.
도 6은 도 2에 도시한 스택 조립체 중 제1 내지 제3 양극 전해액 유량 조절 배관을 나타낸 구성도이다.
도 7은 도 2에 표시한 A 부분의 확대 단면도이다.1 is a configuration diagram of a redox flow cell according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view of the stack assembly shown in FIG.
3 is an exploded perspective view showing one battery cell in the stack shown in FIG.
FIG. 4 is an assembled cross-sectional view of two battery cells of the stack shown in FIG. 1;
5 is a schematic front view of a first flow frame and a second frame of the battery cells shown in FIG.
FIG. 6 is a view showing the first through third anode electrolyte flow control pipes of the stack assembly shown in FIG. 2. FIG.
7 is an enlarged cross-sectional view of part A shown in Fig.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시한 스택 조립체의 분해 사시도이다.FIG. 1 is a configuration diagram of a redox flow cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the stack assembly shown in FIG.

도 1과 도 2를 참고하면, 본 실시예의 레독스 흐름 전지(100)는 복수의 스택(10A, 10B, 10C)이 직렬 접속된 스택 조립체(10)와, 양극 및 음극 전해액 탱크(21, 22)와, 스택 조립체(10)와 양극 및 음극 전해액 탱크(21, 22)에 연결 설치된 전해액 순환부(30)를 포함한다.1 and 2, the redox flow cell 100 of the present embodiment includes a stack assembly 10 in which a plurality of stacks 10A, 10B, and 10C are connected in series, a positive electrode and a negative electrode electrolyte tanks 21 and 22 And an electrolyte circulation unit 30 connected to the stack assembly 10 and the anode and cathode electrolyte tanks 21 and 22.

각 스택(10A, 10B, 10C)은 복수의 전지 셀로 구성되며, 내부에 양극 전해액 유로와 음극 전해액 유로를 구비한다. 전해액 순환부(30)는 스택 조립체(10)와 양극 전해액 탱크(21) 사이로 양극 전해액을 순환시키고, 스택 조립체(10)와 음극 전해액 탱크(22)로 사이로 음극 전해액을 순환시킨다.Each of the stacks 10A, 10B and 10C is constituted by a plurality of battery cells and has a cathode electrolyte flow path and a cathode electrolyte flow path inside. The electrolyte circulation unit 30 circulates the positive electrode electrolyte between the stack assembly 10 and the positive electrode electrolyte tank 21 and circulates the negative electrode electrolyte between the stack assembly 10 and the negative electrode electrolyte tank 22.

본 실시예의 레독스 흐름 전지(100)는 징크-브로민 레독스 흐름 전지 또는 바나듐 레독스 흐름 전지일 수 있다. 징크-브로민 레독스 흐름 전지는 양극 및 음극 전해액으로 ZnBr2를 사용하며, 반응식은 아래와 같다.The redox flow cell 100 of this embodiment may be a zinc-bromine redox flow cell or a vanadium redox flow cell. The zinc-bromine redox flow cell uses ZnBr 2 as the anode and cathode electrolyte, and the reaction formula is as follows.

음극: Zn ↔ Zn2 + + 2e- 양극: Br2 + 2e- ↔ 2Br- Negative electrode: Zn ↔ Zn 2 + + 2e - Positive electrode: Br 2 + 2e - ↔ 2Br -

바나듐 레독스 흐름 전지는 양극 및 음극 전해액으로 H2SO4를 사용하며, 반응식은 아래와 같다.The vanadium redox flow cell uses H 2 SO 4 as the anode and cathode electrolyte, and the reaction formula is as follows.

음극: V2+ ↔ V3+ + e- 양극: VO2 + + e- ↔ VO2+ Cathode: V 2+ ↔ V 3+ + e - anode: VO 2 + + e - ↔ VO 2+

양극 및 음극 전해액에 포함된 서로 다른 산화수를 가지는 두 종류의 레독스 커플이 전기화학 반응을 일으키면서 충방전이 이루어진다. 구체적으로 산화 반응에 의해 충전이 이루어지고, 환원 반응에 의해 방전이 이루어진다. 본 실시예의 레독스 흐름 전지(100)는 징크-브로민 또는 바나듐 타입으로 한정되지 않는다.Two kinds of redox couples having different oxidation numbers contained in the positive and negative electrode electrolytes are electrochemically reacted and charged and discharged. Specifically, charging is performed by an oxidation reaction, and a discharge is performed by a reduction reaction. The redox flow cell 100 of this embodiment is not limited to the zinc-bromine or vanadium type.

도 3은 도 1에 도시한 스택 중 한 개 전지 셀을 나타낸 분해 사시도이고, 도 4는 도 1에 도시한 스택 중 두 개 전지 셀의 결합 단면도이다. 도 5는 도 3에 도시한 전지 셀 중 제1 흐름 프레임과 제2 프레임의 개략 정면도이다.FIG. 3 is an exploded perspective view showing one battery cell in the stack shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a coupled cross-sectional view of two battery cells in the stack shown in FIG. 5 is a schematic front view of a first flow frame and a second frame of the battery cells shown in FIG.

도 3 내지 도 5를 참고하면, 전지 셀(40)은 이온 교환막인 멤브레인(41)과, 멤브레인(41)의 일측에 위치하는 제1 다공성 전극(42) 및 양극 전극(43)과, 멤브레인(41)의 타측에 위치하는 제2 다공성 전극(44) 및 음극 전극(45)을 포함한다. 이웃한 두 개의 전지 셀(40)에서 양극 전극(43)과 음극 전극(45)은 일체로 형성되며, 이를 바이폴라 플레이트(46)라 한다.3 to 5, the battery cell 40 includes a membrane 41 as an ion exchange membrane, a first porous electrode 42 and an anode electrode 43 located at one side of the membrane 41, And a second porous electrode 44 and a cathode electrode 45 located on the other side of the first porous electrode 41. In the two adjacent battery cells 40, the anode electrode 43 and the cathode electrode 45 are integrally formed, and this is referred to as a bipolar plate 46.

멤브레인(41)은 중앙 프레임(50)에 고정될 수 있다. 제1 다공성 전극(42)은 제1 흐름 프레임(51)에 고정될 수 있고, 제2 다공성 전극(44)은 제2 흐름 프레임(52)에 고정될 수 있다. 바이폴라 플레이트(46)는 제1 및 제2 흐름 프레임(51, 52)에 고정될 수 있다. 제1 및 제2 다공성 전극(42, 44)은 카본 펠트로 제조될 수 있고, 바이폴라 플레이트(46)는 흑연으로 제조될 수 있다.The membrane 41 may be secured to the central frame 50. The first porous electrode 42 may be fixed to the first flow frame 51 and the second porous electrode 44 may be fixed to the second flow frame 52. The bipolar plate 46 may be secured to the first and second flow frames 51, 52. The first and second porous electrodes 42 and 44 can be made of carbon felt and the bipolar plate 46 can be made of graphite.

중앙 프레임(50)과 제1 및 제2 흐름 프레임(51, 52)의 모서리에는 전해액 순환을 위한 네 개의 홀이 형성된다. 중앙 프레임(50)에 위치하는 네 개의 홀 중 두 개는 양극 전해액 통과공이고, 나머지 두 개는 음극 전해액 통과공이다.At the corners of the central frame 50 and the first and second flow frames 51 and 52, four holes for electrolyte circulation are formed. Two of the four holes located in the center frame 50 are the anode electrolyte through-holes and the other two are the cathode electrolyte through-holes.

제1 흐름 프레임(51)에 위치하는 네 개의 홀 중 어느 하나는 양극 전해액 주입구(51a)이고, 다른 하나는 양극 전해액 배출구(51b)이며, 나머지 두 개는 음극 전해액 통과공(51c)이다. 제1 흐름 프레임(51)의 내부에는 양극 전해액 주입구(51a)와 제1 다공성 전극(42) 및 양극 전해액 배출구(51b)를 연결하는 제1 내부 유로(51d)가 형성되어 제1 다공성 전극(42)에 양극 전해액이 흐르도록 한다.One of the four holes located in the first flow frame 51 is a positive electrode electrolyte injection port 51a, the other is a positive electrode electrolyte discharge port 51b, and the other two are a negative electrode electrolyte passage hole 51c. A first internal flow path 51d is formed in the first flow frame 51 to connect the anode electrolyte inlet 51a with the first porous electrode 42 and the anode electrolyte outlet 51b to form a first porous electrode 42 ) So that the positive electrode electrolyte flows.

제2 흐름 프레임(52)에 위치하는 네 개의 홀 중 어느 하나는 음극 전해액 주입구(52a)이고, 다른 하나는 음극 전해액 배출구(52b)이며, 나머지 두 개는 양극 전해액 통과공(52c)이다. 제2 흐름 프레임(52)의 내부에는 음극 전해액 주입구(52a)와 제2 다공성 전극(44) 및 음극 전해액 배출구(52b)를 연결하는 제2 내부 유로(52d)가 형성되어 제2 다공성 전극(44)에 음극 전해액이 흐르도록 한다.One of the four holes located in the second flow frame 52 is a negative electrode electrolyte injection port 52a, the other is a negative electrode electrolyte discharge port 52b, and the other two are a positive electrode electrolyte passage hole 52c. A second internal flow path 52d connecting the cathode electrolyte inlet 52a with the second porous electrode 44 and the cathode electrolyte outlet 52b is formed in the second flow frame 52 to form the second porous electrode 44 To allow the negative electrode electrolyte to flow.

각 전지 셀(40)에서 양극 전해액과 음극 전해액은 멤브레인(41)의 양측 표면에서 서로 교차하는 방향으로 흐르면서 전기화학 반응을 일으키고, 전류는 바이폴라 플레이트(46)를 통해 양극 집전판 및 음극 집전판으로 수집된다.The positive and negative electrode electrolytes in the respective battery cells 40 cause an electrochemical reaction while flowing in the directions intersecting with each other on both side surfaces of the membrane 41. The current flows through the bipolar plate 46 to the positive electrode collector plate and the negative collector plate Collected.

다시 도 1과 도 2를 참고하면, 각 스택(10A, 10B, 10C)에서 복수의 양극 전해액 주입구가 양극 전해액 공급 매니폴드(11)를 구성하고, 복수의 음극 전해액 주입구가 음극 전해액 공급 매니폴드(12)를 구성한다. 또한, 복수의 양극 전해액 배출구가 양극 전해액 배출 매니폴드를 구성하며, 복수의 음극 전해액 배출구가 음극 전해액 배출 매니폴드를 구성한다.Referring again to FIGS. 1 and 2, a plurality of positive electrode electrolyte injection ports constitute a positive electrode electrolyte supply manifold 11 in each of the stacks 10A, 10B and 10C, and a plurality of negative electrode electrolyte injection ports constitute a negative electrode electrolyte supply manifold 12). Further, the plurality of cathode electrolyte outlets constitute a cathode electrolyte discharge manifold, and the plurality of cathode electrolyte outlets constitute a cathode electrolyte discharge manifold.

스택 조립체(10)는 복수의 스택(10A, 10B, 10C)의 최외곽에 위치하는 한 쌍의 엔드 캡(13, 14)을 포함한다. 양극 및 음극 집전판(도시하지 않음)은 한 쌍의 엔드 캡(13, 14) 바로 안쪽에 위치할 수 있다.The stack assembly 10 includes a pair of end caps 13, 14 located at the outermost of the plurality of stacks 10A, 10B, 10C. The anode and cathode current collecting plates (not shown) can be positioned immediately inside the pair of end caps 13 and 14. [

제1 엔드 캡(13)에는 양극 전해액 공급 매니폴드(11)와 통하는 양극 전해액 주입 포트(IP1)와, 음극 전해액 공급 매니폴드(12)와 통하는 음극 전해액 주입 포트(IP2)가 위치할 수 있다. 제2 엔드 캡(14)에는 양극 전해액 배출 매니폴드와 통하는 양극 전해액 배출 포트(OP1)와, 음극 전해액 배출 매니폴드와 통하는 음극 전해액 배출 포트(OP2)가 위치할 수 있다.The first end cap 13 may be provided with a positive electrode electrolyte injection port IP1 communicating with the positive electrode electrolyte supply manifold 11 and a negative electrode electrolyte injection port IP2 communicating with the negative electrode electrolyte supply manifold 12. [ The second end cap 14 may be provided with a cathode electrolyte discharge port OP1 communicating with the anode electrolyte discharge manifold and a cathode electrolyte discharge port OP2 communicating with the cathode electrolyte discharge manifold.

전해액 순환부(30)는 양극 전해액 탱크(21)와 양극 전해액 주입 포트(IP1)를 연결하는 양극 전해액 공급관(31)과, 양극 전해액 공급관(31)에 설치된 제1 펌프(32)와, 양극 전해액 배출 포트(OP1)와 양극 전해액 탱크(21)를 연결하는 양극 전해액 배출관(33)을 포함한다. 양극 전해액 공급관(31)과 제1 펌프(32) 및 양극 전해액 배출관(33)이 양극 전해액 순환부를 구성한다.The electrolyte circulation unit 30 includes a positive electrode electrolyte supply pipe 31 connecting the positive electrode electrolyte tank 21 and the positive electrode electrolyte injection port IP1, a first pump 32 provided in the positive electrode electrolyte supply pipe 31, And a positive electrode electrolyte discharge pipe 33 connecting the discharge port OP1 and the positive electrode electrolyte tank 21. [ The positive electrode electrolyte supply pipe 31, the first pump 32 and the positive electrode electrolyte discharge pipe 33 constitute a positive electrode electrolyte circulation unit.

또한, 전해액 순환부(30)는 음극 전해액 탱크(22)와 음극 전해액 주입 포트(IP2)를 연결하는 음극 전해액 공급관(34)과, 음극 전해액 공급관(34)에 설치된 제2 펌프(35)와, 음극 전해액 배출 포트(OP2)와 음극 전해액 탱크(22)를 연결하는 음극 전해액 배출관(36)을 포함한다. 음극 전해액 공급관(34)과 제2 펌프(35) 및 음극 전해액 배출관(36)이 음극 전해액 순환부를 구성한다.The electrolyte circulation unit 30 includes a negative electrode electrolyte supply pipe 34 connecting the negative electrode electrolyte tank 22 and the negative electrode electrolyte injection port IP2, a second pump 35 provided in the negative electrode electrolyte supply pipe 34, And a negative electrode electrolyte discharge pipe 36 connecting the negative electrode electrolyte discharge port OP2 and the negative electrode electrolyte tank 22. [ The negative electrode electrolyte supply pipe 34, the second pump 35 and the negative electrode electrolyte discharge pipe 36 constitute a negative electrode electrolyte circulation unit.

스택 조립체(10)는 복수의 스택(10A, 10B, 10C)의 양극 전해액 공급 매니폴드(11)에 삽입된 양극 전해액 유량 조절 배관(15A, 15B, 15C)과, 복수의 스택(10A, 10B, 10C)의 음극 전해액 공급 매니폴드(12)에 삽입된 음극 전해액 유량 조절 배관(16A, 16B, 16C) 중 적어도 하나를 포함한다.The stack assembly 10 includes a plurality of stacks 10A, 10B, and 10C, a plurality of stacks 10A, 10B, and 10C, a plurality of stacks 10A, 10B, and 10C, 16B, and 16C inserted in the negative electrode electrolyte supply manifold 12 of the negative electrode 10C.

도 1과 도 2에서는 스택 조립체(10)가 양극 및 음극 전해액 유량 조절 배관(15A, 15B, 15C, 16A, 16B, 16C) 모두를 포함하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 양극 전해액 유량 조절 배관(15A, 15B, 15C)과 음극 전해액 유량 조절 배관(16A, 16B, 16C) 중 어느 하나는 생략 가능하다.1 and 2 illustrate the case where the stack assembly 10 includes both the anode and cathode electrolyte flow control pipes 15A, 15B, 15C, 16A, 16B and 16C. However, the anode electrolyte flow control pipe 15A , 15B, 15C and negative electrode electrolyte flow rate control pipes 16A, 16B, 16C can be omitted.

스택 조립체(10)에서 복수의 양극 전해액 유량 조절 배관(15A, 15B, 15C) 및 복수의 음극 전해액 유량 조절 배관(16A, 16B, 16C)은 각 전지 셀에 대한 양극 및 음극 전해액의 공급 유량을 균일화하는 기능을 한다.A plurality of anode electrolyte flow rate control pipes 15A, 15B and 15C and a plurality of anode electrolyte flow rate control pipes 16A, 16B and 16C in the stack assembly 10 equalize supply flow rates of the anode and cathode electrolyte for each battery cell .

구체적으로, 스택 조립체(10)는 세 개의 스택(10A, 10B, 10C)을 포함할 수 있으며, 제1 스택(10A)과 제2 스택(10B) 및 제3 스택(10C)의 순서대로 양극 및 음극 전해액 공급관(31, 34)에 가깝게 위치한다. 도 1과 도 2에서는 세 개의 스택으로 구성된 스택 조립체를 도시하였으나, 스택의 개수는 도시한 예시로 한정되지 않는다.Specifically, the stack assembly 10 may include three stacks 10A, 10B, and 10C and may include a first stack 10A, a second stack 10B, and a third stack 10C, And is located close to the cathode electrolyte supply pipes 31 and 34. [ Although FIGS. 1 and 2 illustrate a stack assembly of three stacks, the number of stacks is not limited to the illustrated example.

제1 스택(10A)의 내부에 제1 양극 전해액 유량 조절 배관(15A)과 제1 음극 전해액 유량 조절 배관(16A)이 위치한다. 제2 스택(10B)의 내부에 제2 양극 전해액 유량 조절 배관(15B)과 제2 음극 전해액 유량 조절 배관(16B)이 위치한다. 제3 스택(10C)의 내부에 제3 양극 전해액 유량 조절 배관(15C)과 제3 음극 전해액 유량 조절 배관(16C)이 위치한다.The first anode electrolyte flow rate control pipe 15A and the first anode electrolyte flow rate control pipe 16A are located inside the first stack 10A. The second anode electrolyte flow regulating pipe 15B and the second anode electrolyte flow regulating pipe 16B are located inside the second stack 10B. The third anode electrolyte flow rate control pipe 15C and the third anode electrolyte flow rate control pipe 16C are located inside the third stack 10C.

전지 셀들의 적층 방향을 따라 제1 양극 전해액 유량 조절 배관(15A)과 제2 양극 전해액 유량 조절 배관(15B) 및 제3 양극 전해액 유량 조절 배관(15C)이 일렬로 접속되고, 제1 음극 전해액 유량 조절 배관(16A)과 제2 음극 전해액 유량 조절 배관(16B) 및 제3 음극 전해액 유량 조절 배관(16C)이 일렬로 접속된다.The first anode electrolyte flow rate control pipe 15A, the second anode electrolyte flow rate control pipe 15B and the third anode electrolyte flow rate control pipe 15C are connected in series along the lamination direction of the battery cells, and the first anode electrolyte flow rate The control pipe 16A, the second negative electrode electrolyte flow control pipe 16B and the third negative electrode electrolyte flow control pipe 16C are connected in series.

제1 내지 제3 양극 전해액 유량 조절 배관(15A, 15B, 15C) 각각에는 양극 전해액 배출을 위한 복수의 개구(151, 152, 153)가 각각 형성된다. 제1 내지 제3 음극 전해액 유량 조절 배관(16A, 16B, 16C) 각각에는 음극 전해액 배출을 위한 복수의 개구(161, 162, 163)가 각각 형성된다.A plurality of openings 151, 152 and 153 for discharging the positive electrode electrolyte solution are respectively formed in the first to third positive electrode electrolyte flow rate control pipes 15A, 15B and 15C. A plurality of openings 161, 162, and 163 are formed in the first to third cathode electrolyte flow control pipes 16A, 16B, and 16C, respectively, for discharging cathode electrolyte.

제1 내지 제3 양극 전해액 유량 조절 배관(15A, 15B, 15C)은 양극 전해액 공급관(31)에 가까운 것일수록 큰 개구율을 가지며, 제1 내지 제3 음극 전해액 유량 조절 배관(16A, 16B, 16C) 또한 음극 전해액 공급관(34)에 가까운 것일수록 큰 개구율을 가진다.The first to third anode electrolyte flow adjusting pipes 15A, 15B and 15C have a larger opening ratio as they are closer to the anode electrolyte supplying pipe 31 and the first to third cathode electrolyte flow adjusting pipes 16A, 16B and 16C, The closer to the cathode electrolyte supply pipe 34, the larger the aperture ratio.

개구율은 양극 및 음극 전해액 유량 조절 배관(15A, 15B, 15C, 16A, 16B, 16C) 각각의 표면에서 동일 기준으로 설정된 임의 단위 면적당 개구가 차지하는 면적 비율을 나타낸다. 이때 임의 단위 면적은 개구 하나의 최대 크기보다 큰 면적을 의미한다.The opening ratio represents the ratio of the area occupied by the openings per arbitrary unit area set on the same standard on the surfaces of the anode and cathode electrolyte flow control pipes 15A, 15B, 15C, 16A, 16B, and 16C. In this case, an arbitrary unit area means an area larger than the maximum size of one opening.

양극 및 음극 전해액 유량 조절 배관(15A, 15B, 15C, 16A, 16B, 16C)의 개구율은 복수의 개구의 크기와 모양 및 복수의 개구 사이의 간격 중 적어도 하나를 변화시키는 것에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 양극 및 음극 전해액 유량 조절 배관(15A, 15B, 15C, 16A, 16B, 16C)은 양극 및 음극 전해액 공급관(31, 34)에 가까운 것일수록 복수의 개구를 크게 형성하거나, 복수의 개구 사이의 간격을 작게 할 수 있다.The opening ratios of the anode and cathode electrolyte flow rate control pipes 15A, 15B, 15C, 16A, 16B and 16C can be adjusted by changing at least one of the size and shape of the plurality of openings and the space between the plurality of openings. For example, the anode and cathode electrolyte flow control pipes 15A, 15B, 15C, 16A, 16B, and 16C may be formed so as to have a larger number of openings as they are closer to the anode and cathode electrolyte supply pipes 31 and 34, Can be reduced.

도 6은 도 2에 도시한 스택 조립체 중 제1 내지 제3 양극 전해액 유량 조절 배관을 나타낸 구성도이다. 제1 및 제3 음극 전해액 유량 조절 배관은 도 6에 도시한 제1 내지 제3 양극 전해액 유량 조절 배관과 같은 형상을 가지며, 중복되는 설명은 생략한다.FIG. 6 is a view showing the first through third anode electrolyte flow control pipes of the stack assembly shown in FIG. 2. FIG. The first and third negative electrode electrolyte flow control pipes have the same shape as the first to third positive electrode electrolyte flow control pipes shown in FIG. 6, and overlapping explanations are omitted.

도 6을 참고하면, 제1 내지 제3 양극 전해액 유량 조절 배관(15A, 15B, 15C)은 길이 방향을 따라 정렬된 복수의 개구(151, 152, 153)를 각각 구비하며, 제1 내지 제3 양극 전해액 유량 조절 배관(15A, 15B, 15C) 모두에서 복수의 개구(151, 152, 153)는 같은 모양과 같은 크기로 형성될 수 있다.6, the first to third anode electrolyte flow rate control pipes 15A, 15B and 15C have a plurality of openings 151, 152 and 153 aligned along the longitudinal direction, respectively, The plurality of openings 151, 152, and 153 may be formed in the same shape and size in all of the anode electrolyte flow control pipes 15A, 15B, and 15C.

예를 들어, 복수의 개구(151, 152, 153) 각각은 배관의 원주 방향을 따라 길게 형성된 슬릿형 개구일 수 있고, 복수의 슬릿형 개구는 같은 길이와 같은 폭을 가질 수 있다. 복수의 개구(151, 152, 153)는 슬릿형 개구로 한정되지 않으며, 다양하게 변형 가능하다.For example, each of the plurality of openings 151, 152, 153 may be a slit-shaped opening elongated along the circumferential direction of the pipe, and the plurality of slit-shaped openings may have the same width as the same length. The plurality of openings 151, 152, and 153 are not limited to the slit-shaped openings and can be variously modified.

제1 내지 제3 양극 전해액 유량 조절 배관(15A, 15B, 15C)은 양극 전해액 공급관(31)에 가까운 것일수록 복수의 개구(151, 152, 153)가 조밀하게 배치된 구성으로 이루어진다. 즉 양극 전해액 공급관(31)에 가까운 것일수록 복수의 개구(151, 152, 153) 사이의 간격이 작아진다.The first through third anode electrolyte flow control pipes 15A, 15B and 15C are arranged such that a plurality of openings 151, 152 and 153 are densely arranged as they are closer to the anode electrolyte supply pipe 31. [ That is, the distance between the openings 151, 152, and 153 becomes smaller as it is closer to the anode electrolyte supply pipe 31.

제1 내지 제3 양극 전해액 유량 조절 배관(15A, 15B, 15C) 각각에서 복수의 개구(151, 152, 153)는 서로간 제1 간격(G1), 제2 간격(G2), 및 제3 간격(G3)을 두고 나란하게 배치될 수 있다. 이때 제1 간격(G1)이 가장 작고, 제2 간격(G2)이 제1 간격(G1)보다 크며, 제3 간격(G3)이 제2 간격(G2)보다 크다.The plurality of openings 151, 152 and 153 in the first through third anode electrolyte flow control pipes 15A, 15B and 15C respectively have a first gap G1, a second gap G2, (G3). At this time, the first gap G1 is the smallest, the second gap G2 is larger than the first gap G1, and the third gap G3 is larger than the second gap G2.

도 1과 도 6을 참고하면, 전해액 공급관(31, 34)과 가까운 제1 스택(10A), 제2 스택(10B), 및 제3 스택(10C)의 순서대로 공급 압력이 높고, 각 전지 셀(40)에 공급되는 전해액의 유량은 압력에 반비례한다. 즉 각 전지 셀(40)에 공급되는 전해액의 유량은 전해액 공급관(31, 34)으로부터 멀리 위치할수록 증가한다.1 and 6, the supply pressure is high in the order of the first stack 10A, the second stack 10B, and the third stack 10C close to the electrolyte supply pipes 31 and 34, The flow rate of the electrolytic solution supplied to the electrolytic cell 40 is inversely proportional to the pressure. That is, the flow rate of the electrolytic solution supplied to each battery cell 40 increases as it is located away from the electrolyte supply pipes 31 and 34.

제1 양극 및 음극 전해액 유량 조절 배관(15A, 16A)은 가장 많은 수의 개구(151, 161)를 구비하며, 높은 압력에 의해 전해액 공급 유량이 상대적으로 적은 제1 스택(10A)에서 전해액 공급량을 증가시킨다. 반면, 제3 양극 및 음극 전해액 유량 조절 배관(15C, 16C)은 가장 적은 수의 개구(153, 163)를 구비하며, 낮은 압력에 의해 전해액 공급 유량이 상대적으로 많은 제3 스택(10C)에서 전해액 공급량을 감소시킨다.The first anode and cathode electrolyte flow rate control pipes 15A and 16A have the largest number of openings 151 and 161 and the electrolyte supply flow rate in the first stack 10A where the electrolyte supply flow rate is relatively low due to high pressure . On the other hand, the third anode and cathode electrolyte flow control pipes 15C and 16C are provided with the smallest number of openings 153 and 163, and in the third stack 10C in which the electrolytic solution supply flow rate is relatively large due to low pressure, Thereby reducing the supply amount.

도 7은 도 2에 표시한 A 부분의 확대 단면도이다.7 is an enlarged cross-sectional view of part A shown in Fig.

도 1과 도 7을 참고하면, 제1 양극 전해액 유량 조절 배관(15A)과 제2 양극 전해액 유량 조절 배관(15B) 사이로 누수 방지를 위한 오링(Oring)(17)이 설치될 수 있다. 제1 및 제2 양극 전해액 유량 조절 배관(15A, 15B) 각각은 일측 단부에 플랜지(18)를 구비할 수 있고, 플랜지(18)가 해당 스택(10A, 10B)의 바깥에 밀착되도록 해당 스택(10A, 10B)의 양극 전해액 공급 매니폴드(11)에 끼워질 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 7, an ore 17 for preventing water leakage may be provided between the first anode electrolyte flow control pipe 15A and the second anode electrolyte flow control pipe 15B. Each of the first and second anode electrolyte flow control pipes 15A and 15B may have a flange 18 at one end thereof and may be connected to the corresponding stacks 10A and 10B such that the flanges 18 are in close contact with the outside of the stacks 10A and 10B. 10A, and 10B, respectively.

전술한 오링(17)은 제2 양극 전해액 유량 조절 배관(15B)과 제3 양극 전해액 유량 조절 배관(15C) 사이, 제1 음극 전해액 유량 조절 배관(16A)과 제2 음극 전해액 유량 조절 배관(16B) 사이, 및 제2 음극 전해액 유량 조절 배관(16B)과 제3 음극 전해액 유량 조절 배관(16C) 사이에도 제공될 수 있다.The O-ring 17 is connected between the second anode electrolyte flow control pipe 15B and the third anode electrolyte flow control pipe 15C and between the first anode electrolyte flow control pipe 16A and the second anode electrolyte flow control pipe 16B And between the second negative electrode electrolyte flow rate control pipe 16B and the third negative electrode electrolyte flow rate control pipe 16C.

스택 조립체(10)는 복수의 스택(10A, 10B, 10C)을 가압하여 견고하게 고정시키는 고정 장치(도시하지 않음)를 구비하며, 전술한 오링(17)에 의해 복수의 스택(10A, 10B, 10C) 사이의 누수를 방지할 수 있다.The stack assembly 10 is provided with a fixing device (not shown) that presses and firmly fixes the plurality of stacks 10A, 10B and 10C and is provided with a plurality of stacks 10A, 10B, 10C can be prevented.

다시 도 1과 도 2를 참고하면, 본 실시예의 레독스 흐름 전지(100)는 전술한 전해액 유량 조절 배관(15A, 15B, 15C, 16A, 16B, 16C)에 의해 제1 스택(10A)과 제2 스택(10B) 및 제3 스택(10C)으로 공급되는 전해액의 유량을 균일화할 수 있고, 전지 셀들 사이의 전해액 유량 차이를 최소화할 수 있다. 따라서 특정 셀에서 전해액 공급이 원활하지 않을 때 발생하는 과전압 문제를 해소할 수 있고, 전지 셀들의 사용 수명을 늘릴 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2 again, the redox flow cell 100 of the present embodiment is formed of the first stack 10A and the second stack 10B by the electrolyte flow control pipes 15A, 15B, 15C, 16A, 16B, The flow rate of the electrolytic solution supplied to the second stack 10B and the third stack 10C can be made uniform and the difference in flow rate of the electrolytic solution between the battery cells can be minimized. Accordingly, it is possible to solve the overvoltage problem that occurs when the supply of the electrolyte solution is not smooth in a specific cell, and the service life of the battery cells can be increased.

상기에서는 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 described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.

100: 레독스 흐름 전지 10: 스택 조립체
10A, 10B, 10C: 제1, 제2, 제3 스택
11: 양극 전해액 공급 매니폴드 12: 음극 전해액 공급 매니폴드
13: 제1 엔드 캡 14: 제2 엔드 캡
15A, 15B, 15C: 양극 전해액 유량 조절 배관
16A, 16B, 16C: 음극 전해액 유량 조절 배관
17: 오링 18: 플랜지
21: 양극 전해액 탱크 22: 음극 전해액 탱크
30: 전해액 순환부 40: 전지 셀100: redox flow cell 10: stack assembly
10A, 10B, 10C: first, second and third stacks
11: anode electrolyte supply manifold 12: cathode electrolyte supply manifold
13: first end cap 14: second end cap
15A, 15B, 15C: Cathode electrolytic solution flow rate control pipe
16A, 16B, 16C: negative electrode electrolyte flow rate control pipe
17: O-ring 18: Flange
21: positive electrode electrolyte tank 22: negative electrode electrolyte tank
30: electrolyte circulation part 40: battery cell

Claims (5)

내부에 전해액 공급 매니폴드와, 상기 전해액 공급 매니폴드에 삽입된 유량 조절 배관을 가진 복수의 스택이 직렬 접속된 스택 조립체;
전해액 탱크; 및
상기 스택 조립체와 상기 전해액 탱크를 연결하여 상기 유량 조절 배관으로 전해액을 공급하는 전해액 공급관을 포함하며,
상기 유량 조절 배관은 전해액 배출을 위한 복수의 개구를 구비하고,
상기 복수의 스택 중 상기 전해액 공급관에 가까운 스택일수록 상기 유량 조절 배관이 큰 개구율을 가지는 레독스 흐름 전지.A stack assembly in which a plurality of stacks having an electrolyte supply manifold and a flow control pipe inserted in the electrolyte supply manifold are connected in series;
Electrolyte tank; And
And an electrolytic solution supply pipe connecting the stack assembly and the electrolyte tank to supply the electrolytic solution to the flow rate control pipe,
Wherein the flow rate control pipe has a plurality of openings for discharging electrolyte,
Wherein the flow control pipe has a large opening ratio in a stack closer to the electrolyte supply pipe among the plurality of stacks. 제1항에 있어서,
상기 유량 조절 배관은 상기 복수의 개구의 크기와 모양 및 상기 복수의 개구 사이의 간격 중 적어도 하나의 변화에 의해 상기 개구율을 조절하는 레독스 흐름 전지.The method according to claim 1,
Wherein the flow rate control pipe adjusts the opening ratio by a change in at least one of a size and a shape of the plurality of openings and an interval between the plurality of openings. 제2항에 있어서,
상기 복수의 스택에서 상기 유량 조절 배관에 구비된 상기 복수의 개구는 같은 모양과 같은 크기를 가지며, 상기 복수의 개구 사이의 간격 변화에 의해 상기 개구율을 조절하는 레독스 흐름 전지.3. The method of claim 2,
Wherein the plurality of openings provided in the flow rate control pipe in the plurality of stacks have the same shape and size, and the aperture ratio is adjusted by a change in the interval between the plurality of openings. 제1항에 있어서,
상기 유량 조절 배관은 상기 복수의 스택 중 이웃한 스택의 상기 유량 조절 배관과 오링(Oring)을 사이에 두고 일렬로 접속되는 레독스 흐름 전지.The method according to claim 1,
Wherein the flow rate control pipe is connected in series with the flow rate control pipe of the neighboring stack among the plurality of stacks and the o-ring interposed therebetween. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전해액 공급 매니폴드는 양극 전해액 공급 매니폴드와 음극 전해액 공급 매니폴드로 구분되며,
상기 유량 조절 배관은 상기 양극 전해액 공급 매니폴드와 상기 음극 전해액 공급 매니폴드 중 적어도 한 곳에 위치하는 레독스 흐름 전지.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The electrolyte supply manifold is divided into a positive electrode electrolyte supply manifold and a negative electrode electrolyte supply manifold,
Wherein the flow rate control pipe is located at least one of the anode electrolyte supply manifold and the cathode electrolyte supply manifold.
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