KR20200041121A - Redox flow battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레독스 흐름전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전지셀마다 양극 전해액 및 음극 전해액을 보관하는 전해액 탱크와 전지셀로 전해액을 이송하기 위한 유체 제어부를 구비하여 반응 시간을 줄이고, 분류 전류(shunt current)의 발생을 억제할 수 있으며, 전해액 연결부를 통해 양극 전해액 저장부와 음극 전해액 저장부에 저장되는 전해액의 밸런스를 유지할 수 있는 레독스 흐름전지에 관한 것이다. The present invention relates to a redox flow battery, and more specifically, to reduce the reaction time by providing an electrolyte tank for storing the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte for each battery cell and a fluid control unit for transferring the electrolyte to the battery cell, reducing the classification time shunt current), and relates to a redox flow battery capable of maintaining the balance of the electrolyte stored in the anode electrolyte storage and the cathode electrolyte storage through an electrolyte connection.
최근 지구 온난화의 주요 원인인 온실가스 배출을 억제하기 위한 방법으로 태양광에너지나 풍력에너지 같은 재생에너지가 각광을 받고 있으며 이들의 실용화 보급을 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 재생에너지는 입지환경이나 자연조건에 의해 크게 영향을 받는다. 더욱이, 재생에너지는 출력 변동이 심하기 때문에 에너지를 연속적으로 고르게 공급할 수 없다는 단점이 있다. 따라서 재생에너지를 가정용이나 상업용으로 사용하기 위해서는 출력이 높을 때 에너지를 저장하고 출력이 낮을 때 저장된 에너지를 사용할 수 있는 시스템을 도입하여 사용하고 있다.Recently, renewable energy such as solar energy or wind energy has been spotlighted as a method for suppressing greenhouse gas emission, which is a major cause of global warming, and many studies have been conducted to spread their commercialization. However, renewable energy is greatly affected by the location environment and natural conditions. Moreover, renewable energy has a disadvantage in that it cannot supply energy evenly and continuously because the output fluctuation is severe. Therefore, in order to use renewable energy for home or commercial use, a system capable of storing energy when the output is high and using stored energy when the output is low is used.
이러한 에너지 저장 시스템으로는 대용량 이차전지가 사용되는데, 일례로, 대규모 태양광발전 및 풍력발전 단지에는 대용량 이차전지 저장시스템이 도입되어져 있다. 상기 대용량의 전력저장을 위한 이차전지로는 납축전지, 황화나트륨(NaS)전지 그리고 레독스 흐름전지(RFB, redox flow battery) 등이 있다.A large-capacity secondary battery is used as the energy storage system. For example, a large-capacity secondary battery storage system is introduced in a large-scale photovoltaic power generation and wind power generation complex. Examples of the secondary battery for storing large-capacity power include a lead acid battery, a sodium sulfide (NaS) battery, and a redox flow battery (RFB).
상기 납축전지는 다른 전지에 비해 상업적으로 널리 사용되고 있으나 낮은 효율 및 주기적인 교체로 인한 유지보수의 비용과 전지 교체 시 발생하는 산업폐기물의 처리문제 등의 단점이 있다. NaS 전지의 경우 에너지 효율이 높은 것이 장점이나 300℃ 상의 고온에서 작동하는 단점이 있다. 레독스 흐름전지는 상온에서 작동 가능하며 용량과 출력을 각기 독립적으로 설계할 수 있는 특징이 있기 때문에 근 대용량 이차전지로 많은 연구가 진행되고 있다.The lead acid battery is widely used commercially compared to other batteries, but has disadvantages such as low efficiency and maintenance costs due to periodic replacement and treatment of industrial waste generated when replacing the battery. In the case of a NaS battery, it has an advantage of high energy efficiency, but has a disadvantage of operating at a high temperature over 300 ° C. Redox flow batteries are capable of operating at room temperature and have the ability to independently design capacity and output, so many studies have been conducted with near-capacity secondary batteries.
레독스 흐름전지는 연료전지와 유사하게 분리막(멤브레인), 전극 및 분리판(Bipolar plate)이 직렬(Series)로 배치되어 스택(Stack)을 구성함으로써, 전기에너지의 충방전이 가능한 이차전지(Secondary battery)의 기능을 가진다. 레독스 흐름전지는 분리막의 양측에 양극 및 음극 전해액 저장탱크에서 공급된 양극 전해액(Electrolyte)과 음극 전해액이 순환하면서 이온 교환이 이루어지고 이 과정에서 전자의 이동이 발생하여 충방전이 이루어진다. 이와 같은 레독스 흐름전지는 기존 이차전지에 비해 수명이 길고 kW 내지 MW급 중대형 시스템으로 제작할 수 있기 때문에 ESS(Energy storage system)에 가장 적합한 것으로 알려져 있다.Redox flow battery is a secondary battery (Secondary) capable of charging and discharging electric energy by forming a stack in which a separator (membrane), an electrode and a bipolar plate are arranged in series, similar to a fuel cell. battery). The redox flow battery undergoes ion exchange while circulating the anode electrolyte and the cathode electrolyte supplied from the anode and cathode electrolyte storage tanks on both sides of the separator, and in this process, electrons are generated and charged and discharged. Such a redox flow battery is known to be most suitable for an ESS (Energy storage system) because it has a longer life span than a conventional secondary battery and can be manufactured in a medium to large-sized system of kW to MW.
그러나 레독스 흐름전지는 양극 전해액과 음극 전해액을 저장하는 탱크가 별However, in the redox flow battery, the tank for storing the anode electrolyte and the cathode electrolyte is separate.
도로 일정 공간을 두고 배치되는 구조(예를 들면 스택의 양측 또는 하측에 일정 공A structure that is arranged with a certain space on the road (for example, a certain ball on both sides or under the stack)
간을 두고 전해액 탱크가 배치되는 구조)로, 스택과 전해액 탱크를 연결하는 전해액 순환관에 의해 전반적인 시스템의 부피에 있어서, 유사한 전력 저장 용량을 기준으로 다른 전력저장 장치인 납축전지나, 리튬이온 전지 및 리튬-황전지와 비교하A structure in which an electrolyte tank is disposed with a space between the stacks and the electrolyte circulation pipe connecting the stack and the electrolyte tank, and in the overall system volume, a lead-acid battery or a lithium-ion battery which is another power storage device based on a similar power storage capacity. And lithium-sulfur batteries
여 상대적으로 큰 단점이 있다.W has a relatively big drawback.
또한, 스택, 펌프 및 전해액 탱크와 연결되는 전해액 순환관이 다수 구비되어야 하므로, 각각의 스택에 전해액을 일정하게 공급하기 위해 일정 기준 이상의 펌프 용량이 요구되는데, 전해액 순환관의 길이가 길어질수록 펌프의 요구 용량이 증대되어 펌프의 크기 및 전지의 제조 단가가 증대되는 문제점이 있으며, 펌프용량 증대에 따른 소비전력이 증가하면서 전반적인 전지 효율이 저하되는 문제점이 수반되고 있다.In addition, since a plurality of electrolyte circulation pipes connected to the stack, the pump, and the electrolyte tank must be provided, a pump capacity of a certain standard or higher is required to supply the electrolyte to each stack constantly. As the length of the electrolyte circulation pipe increases, There is a problem that the size of the pump and the manufacturing cost of the battery are increased due to the increase in the required capacity, and the overall battery efficiency is lowered as the power consumption increases as the pump capacity increases.
아울러, 일반적인 전지는 충방전 동작이 수행되는 작동 응답성이 빨라야 한다. 그러나 레독스 흐름전지의 경우 정지된 상태에서 충방전을 위해 가동을 시킬 경우 펌프에 의해 전해액이 스택 내부로 순환되기까지 시간이 소요되고, 소요되는 시간 만큼의 응답성이 저하되며, 셀, 스택과 펌프를 연결하는 내화학성 배관이 다수 필요하므로 원가가 상승하는 문제점이 있었다.In addition, the general battery should have a fast operation responsiveness in which charging and discharging operations are performed. However, in the case of the redox flow battery, when it is operated for charging and discharging in a stopped state, it takes time for the electrolyte to circulate inside the stack by the pump, and the responsiveness of the time required decreases. There is a problem in that the cost increases because a large number of chemical-resistant pipes are connected to the pump.
여기에 통상적인 레독스 흐름전지는 매니폴드를 통해 각 전지셀로 전해액이 공급된다. 그런데, 매니폴드에 채워진 전해액은 각 셀을 잇는 전기 통로 역할을 하Here, a typical redox flow battery is supplied with electrolyte to each battery cell through a manifold. However, the electrolyte filled in the manifold serves as an electric passage connecting each cell.
므로 전자의 이동 경로가 될 수 있으며, 이러한 경로를 통해 분로 전류(shunt current)가 발생하여 충방전 시에 에너지의 일부가 분로 전류에 의해 손실되고 이는 효율 감소, 부품 손상, 셀 성능 불균일을 일으키는 주된 원인이 된다. 기존에는 이러한 분로 전류를 줄이기 위해 매니폴드의 길이를 증가시키고 단면적을 좁히는 방법을 주로 채택하였으나 이는 유체의 흐름 저항을 증가시켜 펌핑 손실을 발생시키므로 이를 극복할 수 있는 대안이 요구된다. Therefore, it can become the electron's moving path, and through this path, shunt current occurs, and part of the energy is lost by the shunt current during charging and discharging, which is the main cause of reduced efficiency, component damage, and cell performance irregularity. Cause. In the past, in order to reduce the shunt current, a method of increasing the length of the manifold and narrowing the cross-sectional area was mainly adopted, but this increases the flow resistance of the fluid, resulting in pumping loss, and an alternative to overcome this is required.
또한, 일반적으로 레독스 흐름전지를 구동하게 되면, 분리막을 통해 이온 교환이 이루어지면서 전해액 내부에 포함된 물질 등이 양극에서 음극 또는 음극에서 양극으로 이동하게 된다. 이와 같이 양극에서 음극 또는 음극에서 양극으로 전해액 내부에 포함된 물질이 이동하게 되면, 양극 전해액과 음극 전해액의 양이 초기 상태일 때 1:1 비율이었던 것이, 0.8:1.2와 같이 변하게 된다. In addition, in general, when the redox flow battery is driven, ion exchange is performed through a separation membrane, and materials contained in the electrolyte are moved from the positive electrode to the negative electrode or from the negative electrode to the positive electrode. As described above, when the material contained in the electrolyte is moved from the anode to the cathode or the cathode to the anode, when the amount of the anode electrolyte and the cathode electrolyte is in the initial state, the 1: 1 ratio is changed to 0.8: 1.2.
또한, 양극과 음극에 각각 전해액을 공급할 때 양극과 음극의 공급 시간, 공급 타이밍, 공급 압력이 같지 않을 경우 양극과 음극의 비율(양 또는 전해액 탱크 내부의 수위)은 차이가 더 커질 수 있다.In addition, when supplying the electrolyte to the positive electrode and the negative electrode, when the supply time, supply timing, and supply pressure of the positive electrode and the negative electrode are not the same, the difference between the positive electrode and the negative electrode (amount or water level in the electrolyte tank) may be greater.
즉, 레독스 흐름전지의 구동에 의해 양극 전해액과 음극 전해액의 밸런스가 초기상태와 다르게 변경되게 되는데, 이는 레독스 흐름전지의 구동 가능한 용량(capacity)을 감소시키게 되면서, 전지의 성능 저하를 야기하게 되는 문제가 있다. That is, the balance of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte is changed differently from the initial state by driving the redox flow battery, which decreases the driveable capacity of the redox flow battery and causes the battery to deteriorate. There is a problem.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 전지셀마다 양극 전해액 및 음극 전해액을 보관하는 전해액 탱크와 전지셀로 전해액을 이송하기 위한 유체 제어부를 구비하여 반응 시간을 줄이고, 분류 전류(shunt current)의 발생을 억제할 수 있으며, 전해액 연결부를 통해 양극 전해액 저장부와 음극 전해액 저장부에 저장되는 전해액의 밸런스를 유지할 수 있는 레독스 흐름전지에 관한 것이다. The present invention is to solve the above-mentioned problems, and more specifically, to reduce the reaction time by providing an electrolyte tank for storing the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte for each battery cell and a fluid control unit for transferring the electrolyte to the battery cell, reducing the classification time. The present invention relates to a redox flow battery capable of suppressing the generation of (shunt current) and maintaining the balance of the electrolyte stored in the anode electrolyte storage and the cathode electrolyte storage through an electrolyte connection.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지는, 내부에 양극 전극과 음극 전극을 포함하는 전지셀;과 양극 전해액 저장부와 음극 전해액 저장부를 포함하는 전해액 탱크;와 상기 전해액 탱크와 상기 전지셀을 연결하여 전해액이 이송되는 전해액 유로;와 외부에서 생성된 압력을 상기 전해액 유로에 전달하는 유체 제어부;를 구비하는 전지 모듈을 포함하며, 상기 전지 모듈은 하나 또는 둘 이상이 구비되되, 상기 전지 모듈은 독립적으로 전해액을 순환시켜 충전 및 방전하거나, 복수 개의 상기 전지 모듈에서 전해액을 순환시켜 충전 및 방전하며, 상기 양극 전해액 저장부와 상기 음극 전해액 저장부를 연결하는 전해액 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다. The redox flow battery of the present invention for solving the above-mentioned problems, a battery cell including an anode electrode and a cathode electrode therein; and an electrolyte tank including an anode electrolyte storage unit and a cathode electrolyte storage unit; and the electrolyte tank and the It includes a battery module comprising an electrolyte flow path through which the electrolyte is transferred by connecting the battery cells; and a fluid control unit for transmitting the pressure generated from the outside to the electrolyte flow path, wherein the battery module is provided with one or two or more, the The battery module is characterized in that it further comprises an electrolytic solution connecting portion for circulating and charging and discharging the electrolyte independently or circulating and charging and discharging the electrolyte in the plurality of battery modules, and connecting the positive electrode electrolyte storage portion and the negative electrode electrolyte storage portion Is to do.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지는, 상기 유체 제어부에 연결되며, 압력을 형성시켜 상기 유체 제어부에 압력을 전달할 수 있는 압력 발생기와, 상기 압력 발생기와 상기 유체 제어부 사이에 구비되며, 상기 유체 제어부에 양압 또는 음압을 선택적으로 전달할 수 있는 압력 제어 밸브를 더 포함할 수 있다. The redox flow battery of the present invention for solving the above-described problem is connected to the fluid control unit, and is provided between a pressure generator capable of transferring pressure to the fluid control unit by forming pressure, and between the pressure generator and the fluid control unit And, it may further include a pressure control valve capable of selectively transmitting a positive pressure or a negative pressure to the fluid control unit.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지의 상기 전해액 연결부는, 물, 산 수용액, 활물질로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 액체 또는 슬러리로 채워질 수 있으며, 상기 전해액 연결부는, 다공성 물질로 채워질 수 있다. The electrolyte connection portion of the redox flow battery of the present invention for solving the above-described problem may be filled with a liquid or slurry containing at least one selected from the group consisting of water, an aqueous acid solution, and an active material, and the electrolyte connection portion , It can be filled with a porous material.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지의 상기 전해액 연결부는 중공형 파이프로 이루어질 수 있으며, 상기 전해액 연결부는, 상기 중공형 파이프보다 단면적이 넓은 저장부를 포함할 수 있다. The electrolyte connection portion of the redox flow battery of the present invention for solving the above-described problem may be formed of a hollow pipe, and the electrolyte connection portion may include a storage portion having a larger cross-sectional area than the hollow pipe.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지의 상기 전해액 연결부의 직경 또는 상기 전해액 연결부의 단면적을 동일 면적의 원으로 환산했을 때의 직경은, 상기 전해액 연결부의 길이의 1/3 이하일 수 있다. The diameter of the redox flow battery of the present invention for solving the above-described problem or the diameter when the cross-sectional area of the electrolyte connection portion is converted into a circle of the same area may be less than 1/3 of the length of the electrolyte connection portion. have.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지의 상기 전해액 연결부의 부피는, 상기 양극 전해액 저장부에 저장되어 있는 전해액과 상기 음극 전해액 저장부에 저장되어 있는 전해액의 합의 1 내지 50 % 일 수 있다. The volume of the electrolyte connection part of the redox flow battery of the present invention for solving the above-mentioned problem is 1 to 50% of the sum of the electrolyte solution stored in the positive electrode electrolyte storage part and the electrolyte solution stored in the negative electrode electrolyte storage part. You can.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지의 상기 전해액 연결부의 부피는, 상기 전해액 연결부가 닫힌 상태에서 방전된 상기 전지 모듈을 충전할 때, 양극에서 음극 또는 음극에서 양극으로 이동하는 전해액 부피의 2% 이상일 수 있다. The volume of the electrolyte connection portion of the redox flow battery of the present invention for solving the above-described problem, when charging the battery module discharged while the electrolyte connection portion is closed, the electrolyte moves from the positive electrode to the negative electrode or from the negative electrode to the positive electrode. It may be 2% or more of the volume.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지의 상기 전해액 연결부는, 상기 전해액 연결부를 닫거나 열 수 있는 연결부 밸브를 더 포함할 수 있으며, 상기 연결부 밸브는, 상기 전지 모듈이 충전 또는 방전될 때, 상기 전해액 연결부의 일부를 닫히게 하거나, 상기 전해액 연결부의 전체를 닫히게 할 수 있다. The electrolyte connection part of the redox flow battery of the present invention for solving the above-described problem may further include a connection part valve capable of closing or opening the electrolyte connection part, wherein the connection part valve is configured to charge or discharge the battery module. At this time, a portion of the electrolyte connection portion may be closed or the entire electrolyte connection portion may be closed.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지는, 상기 연결부 밸브에 연결되며, 압력을 형성시켜 상기 연결부 밸브에 압력을 전달할 수 있는 연결부 압력 발생기를 더 포함하며, 상기 연결부 밸브에는, 상기 연결부 압력 발생기에 의해 작동되는 스위치가 포함될 수 있다. The redox flow battery of the present invention for solving the above-described problem further includes a connection part pressure generator connected to the connection part valve and capable of transmitting pressure to the connection part valve by forming pressure, wherein the connection part valve comprises: A switch operated by a connection pressure generator may be included.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지의 상기 연결부 밸브에는 전기에 의해 작동되는 스위치가 포함될 수 있다. The connection valve of the redox flow battery of the present invention for solving the above-described problem may include a switch operated by electricity.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지의 상기 전해액 연결부의 양 끝단은 상기 양극 전해액 저장부와 상기 음극 전해액 저장부에 연결되며, 상기 전해액 연결부의 끝단이 상기 양극 전해액 저장부 또는 상기 음극 전해액 저장부와 연결되는 위치에서, 상기 전지셀로부터 상기 양극 전해액 저장부 또는 상기 음극 전해액 저장부로 전해액이 들어오는 입구까지의 직선 거리는, 상기 전해액 연결부의 끝단이 상기 양극 전해액 저장부 또는 상기 음극 전해액 저장부와 연결되는 위치에서, 상기 양극 전해액 저장부 또는 상기 음극 전해액 저장부에서 상기 전지셀로 전해액이 나가는 출구까지의 직선 거리의 2배 이상일 수 있다. Both ends of the electrolyte connection portion of the redox flow battery of the present invention for solving the above-described problems are connected to the positive electrode electrolyte storage portion and the negative electrode electrolyte storage portion, and the end of the electrolyte connection portion is the positive electrode electrolyte storage portion or the In a position connected to the negative electrode electrolyte storage unit, a straight line distance from the battery cell to the inlet of the electrolyte into the positive electrode electrolyte storage unit or the negative electrode electrolyte storage unit, an end of the electrolyte connection unit is the positive electrode electrolyte storage unit or the negative electrode electrolyte storage In a position connected to the negative electrode, the positive electrode electrolyte storage unit or the negative electrode electrolyte storage unit may be at least twice the straight line distance from the electrolyte to the outlet.
본 발명은 전지셀마다 양극 전해액 및 음극 전해액을 보관하는 전해액 탱크를 구비함에 따라 이송 경로를 효과적으로 줄일 수 있으며, 전지의 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 펌프를 구비하는 대신 압력을 이용한 유체 제어부를 구비함에 따라, 각 전지 모듈에서 발생할 수 있는 분로 전류를 효과적으로 감소시킬 수 있는 장점이 있다. The present invention has an advantage in that the transport path can be effectively reduced and the efficiency of the battery can be increased as each battery cell is provided with an electrolyte tank for storing the anode electrolyte and the cathode electrolyte. In addition, the present invention has an advantage of effectively reducing the shunt current that may occur in each battery module by providing a fluid control unit using pressure instead of having a pump.
이와 함께, 본 발명은 양극 전해액 저장부와 음극 전해액 저장부를 연결하는 전해액 연결부를 통해 양극 전해액 저장부와 음극 전해액 저장부의 전해액 밸런스를 유지할 수 있고, 이를 통해 전지의 성능이 감소 되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다. Along with this, the present invention can maintain the electrolyte balance between the positive electrode electrolyte storage portion and the negative electrode electrolyte storage portion through the electrolyte connection portion connecting the positive electrode electrolyte storage portion and the negative electrode electrolyte storage portion, thereby preventing the performance of the battery from being reduced. There are advantages.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 다수의 전지 모듈이 결합된 레독스 흐름전지를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 전지 모듈의 내부 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 복수 개의 압력 발생기와 복수 개의 유체 제어부가 구비되는 레독스 흐름전지를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 다수의 전지 모듈이 결합된 레독스 흐름전지를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 전해액 연결부에 저장부가 구비된 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 전해액 연결부에 밸브가 구비된 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전지 모듈의 내부 구조를 나타내는 것으로, 전지 모듈을 측면에서 보았을 때의 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전지 모듈의 내부 구조를 나타내는 것으로, 전지 모듈을 상부에서 보았을 때의 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전지 모듈의 내부 구조를 나타내는 것으로, 전해액 연결부가 구비된 것을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전지 모듈의 내부 구조를 나타내는 것으로, 전해액 연결부에 저장부가 구비된 것을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전지 모듈의 내부 구조를 나타내는 것으로, 전해액 연결부에 밸브가 구비된 것을 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a redox flow battery in which a plurality of battery modules are combined according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the internal structure of a battery module according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a redox flow battery having a plurality of pressure generators and a plurality of fluid control units according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a redox flow battery in which a plurality of battery modules are combined according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing that the storage portion is provided in the electrolyte connection according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing that the valve is provided in the electrolyte connection according to an embodiment of the present invention.
7 illustrates an internal structure of a battery module according to another embodiment of the present invention, and is a view when the battery module is viewed from the side.
8 illustrates an internal structure of a battery module according to another embodiment of the present invention, and is a view when the battery module is viewed from the top.
9 is a view showing the internal structure of the battery module according to another embodiment of the present invention, a view showing that the electrolyte connection is provided.
10 is a view showing the internal structure of the battery module according to another embodiment of the present invention, a view showing that the storage portion is provided in the electrolyte connection.
11 is a view showing the internal structure of a battery module according to another embodiment of the present invention, a view showing that the valve is provided in the electrolyte connection.
이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나 이는 본 발명의 다양한 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 다양한 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in connection with the accompanying drawings. Various embodiments of the present invention may have various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and related detailed descriptions are described. However, this is not intended to limit the various embodiments of the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications and / or equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the various embodiments of the present invention. In connection with the description of the drawings, similar reference numerals have been used for similar elements.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Expressions such as “comprises” or “can include” that may be used in various embodiments of the present invention indicate the existence of a corresponding function, operation, or component that has been invented, and additional one or more functions, operations or The components and the like are not limited. Further, in various embodiments of the present invention, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that there are features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, It should be understood that one or more other features or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof are not excluded in advance.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.When it is stated that an element is "connected" to another element, the other element may be directly connected to the other element, but another new element between the other element and the other element It should be understood that may exist. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it will be understood that no new component exists between the component and the other components. You should be able to.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Terms used in various embodiments of the present invention are used only to describe specific specific embodiments, and are not intended to limit various embodiments of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 다양한 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which various embodiments of the present invention pertain.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 다양한 실시 예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Terms, such as those defined in a commonly used dictionary, should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and are ideally or excessively formal unless explicitly defined in various embodiments of the present invention. It is not interpreted as meaning.
본 발명에서 용어 ‘전지셀(battery cell)’은 전해액을 통해 충방전이 일어나는 최소 단위로, 이온 교환이 일어나는 분리막, 분리판 등을 포함하여 구성된다. 본 발명에서 용어 ‘스택’은 전지셀이 복수 개 적층되거나 구성된 것을 뜻한다.In the present invention, the term 'battery cell (battery cell)' is the smallest unit in which charge and discharge occur through the electrolyte, and is composed of a separator, a separator, and the like in which ion exchange occurs. In the present invention, the term 'stack' means that a plurality of battery cells are stacked or configured.
본 발명은 레독스 흐름전지에 관한 것으로, 전지셀마다 양극 전해액 및 음극 전해액을 보관하는 전해액 탱크와 전지셀로 전해액을 이송하기 위한 유체 제어부를 구비하여 반응 시간을 줄이고, 분류 전류(shunt current)의 발생을 억제할 수 있으며, 전해액 연결부를 통해 양극 전해액 저장부와 음극 전해액 저장부에 저장되는 전해액의 밸런스를 유지할 수 있는 레독스 흐름전지에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다. The present invention relates to a redox flow battery, the electrolyte tank for storing the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte for each battery cell and a fluid control unit for transferring the electrolyte to the battery cell to reduce reaction time and reduce the shunt current. The present invention relates to a redox flow battery that can suppress generation and maintain a balance of an electrolyte stored in a cathode electrolyte storage and a cathode electrolyte storage through an electrolyte connection. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지는, 전지셀(100), 전해액 탱크(200), 유체 제어부(300), 전해액 유로(400)를 구비하는 전지 모듈(10)을 포함하며, 전해액 연결부(600)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다. Referring to FIG. 1, the redox flow battery according to an embodiment of the present invention includes a
상기 전지 모듈(10)의 상기 전지셀(100)은 내부에 양극 전극(110)과 음극 전극(120)을 포함할 수 있다. 상기 전지셀(100)은 상기 전해액 탱크(200)로부터 공급받은 전해액의 이동, 충전, 방전하면서 전기 화학적인 반응이 일어날 수 있는 곳으로, 상기 전지셀(100)은 분리막(130), 분리판(140)을 더 포함할 수 있다. The
구체적으로, 도 2를 참조하면, 상기 전지셀(100)은 상기 양극 전극(110)과 상기 음극 전극(120) 사이에 구비되는 상기 분리막(130)과 상기 양극 전극(110)과 상기 음극 전극(120)의 외측면에 구비되는 분리판(140)을 포함할 수 있다. 상기 양극 전극(110), 상기 음극 전극(120), 상기 분리막(130), 상기 분리판(140)은 하우징(150)에 위치할 수 있는 것으로, 상기 하우징(150) 내부에서 전해액의 이동, 충전, 방전 등의 전기 화학적인 반응이 일어난다. 상기 전기 모듈(10)에는 하나의 상기 전지셀(100)이 포함될 수 있으며, 둘 이상의 상기 전지셀(100)이 포함될 수도 있다. 또한, 상기 전지셀(100)의 구동 환경에 따라 상기 양극 전극(110), 상기 음극 전극(120), 상기 분리판(130), 상기 분리막(140) 중 어느 하나 이상의 부품은 생략될 수 있다.Specifically, referring to FIG. 2, the
상기 전해액 탱크(200)는 양극 전해액 저장부(210)와 음극 전해액 저장부(220)를 포함하는 것이다. 상기 전해액 탱크(200)는 전해액을 저장할 수 있는 것으로, 상기 전해액 탱크(200)에 저장된 전해액은 전해액 유로를 통해 상기 전지셀(100)로 공급된다. The
구체적으로, 상기 양극 전해액 저장부(210)에 저장되어 있는 전해액은 상기 전지셀(100)의 상기 양극 전극(110)으로 공급되며, 상기 음극 전해액 저장부(220)에 저장되어 있는 전해액은 상기 전지셀(100)의 상기 음극 전극(120)으로 공급된다. Specifically, the electrolyte solution stored in the positive electrode
상기 전해액 탱크(200)에서부터 전해액 유로를 통해 상기 전지셀(100)에 공급된 전해액은, 상기 전지셀(100) 내부에서 반응한 이후에, 전해액 유로를 통해 다시 상기 전해액 탱크(200)로 들어가 순환하게 된다. The electrolyte supplied from the
상기 전해액 유로(400)는 상기 전지셀(100)과 상기 전해액 탱크(200)를 연결하는 것으로, 상기 전해액 유로(400)를 통해 상기 전지셀(100)로부터 상기 전해액 탱크(200)로 전해액이 이동하거나, 상기 전해액 탱크(200)로부터 상기 전지셀(100)로 전해액이 이동한다. The
상기 전해액 유로(400)는 복수 개가 구비될 수 있는 것으로, 상기 전지셀(100)에서 상기 전해액 탱크(200)로 전해액을 이동시키는 전해액 유로와 상기 전해액 탱크(200)에서 상기 전지셀(100)로 전해액을 이동시키는 전해액 유로는 서로 분리되어 형성될 수 있다. 또는, 상기 전해액 유로(400)가 양극과 음극 각각 한 개만 구비될 경우 하나의 전해액 유로를 통해 전해액이 흐르는 방향이 정방향, 역방향으로 바뀌어 전해액이 순환할 수 있다. A plurality of
본 발명의 실시 예에 따른 상기 유체 제어부(300)는 기존의 펌프를 대체하고 전해액의 순환을 위해 사용되는 것으로, 상기 유체 제어부(300)는 외부에서 생성된 압력을 상기 전해액 유로(400)에 전달할 수 있는 것이다. 상기 유체 제어부(300)는 상기 전해액 유로(400)에 구비될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 상기 전해액 유로(400)에 압력을 전달할 수 있다면 다양한 위치에 구비될 수 있다. 가령, 상기 유체 제어부(300)는 상기 전해액 탱크(200)에 구비될 수도 있다. The
상기 유체 제어부(300)는 압력의 변화를 이용하여 전해액이 정해진 방향으로 흐를 수 있도록 구비되는 것으로, 역류를 방지하고 압력의 변화를 통해 전해액의 이송이 가능한 형태라면 다양한 구조가 적용될 수 있다. 가령, 상기 유체 제어부(300)는 체크 밸브로 이루어질 수 있으며, 상기 유체 제어부(300)는 외부에서부터 양압 또는 음압을 선택적으로 전달받을 수 있다. The
상기 전지 모듈(10)에 포함되는 상기 유체 제어부(300)는 하나 또는 둘 이상이 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 유체 제어부(300)는 양압이 공급되는 유체 제어부와 음압이 공급되는 유체 제어부가 분리되어 구비될 수 있는 것으로, 이를 통해 연속적인 전해액의 흐름을 형성할 수 있다. The
본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지는 압력 발생기(500), 압력 제어밸브(510), 유체 이송관(310)을 더 포함할 수 있다. 도 3을 참조하면, 상기 압력 발생기(500)는 상기 유체 제어부(300)에 연결되며, 압력을 형성시켜 상기 유체 제어부(300)에 압력을 전달할 수 있는 것이다. 상기 압력 발생기(500)는 양압 또는 음압을 형성시키면서, 상기 유체 제어부(300)에 양압 또는 음압을 전달할 수 있다. Redox flow battery according to an embodiment of the present invention may further include a
상기 압력 발생기(500)는 압력을 형성시켜 상기 유체 제어부(300)에 압력을 전달할 수 있는 것이라면, 다양한 장치가 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 압력 발생기(500)는 양압의 형성을 위해 컴프레서나 펌프일 수 있으며, 상기 압력 발생기(500)는 음압의 형성을 위해 진공장비, 흡입장비 또는 벤츄리관을 구비한 이젝터(ejector)일 수 있다. 또는, 상기 압력발생기(500)에서 발생하는 양압과 음압을 동시에 사용할 수도 있다. If the
또한, 상기 압력 발생기(500)는 복수 개가 구비될 수도 있다. 구체적으로, 상기 압력 발생기(500)는 양압을 형성시키는 장치와 음압을 형성시키는 장치가 분리되면서 복수 개로 이루어질 수도 있다. In addition, a plurality of
상기 유체 이송관(310)은 상기 유체 제어부(300)와 상기 압력 발생기(500)를 연결하는 것으로, 상기 압력 발생기(500)에서 발생한 압력을 상기 유체 제어부(300)로 전달할 수 있는 것이다. 상기 유체 이송관(310)은 유체로 채워질 수 있으며, 상기 압력 발생기(500)에서 형성된 압력이 상기 유체 이송관(310)의 유체를 통해 상기 유체 제어부(300)로 전달될 수 있다. 상기 유체 이송관(310)에 채워지는 유체는 기체, 액체 모두 사용될 수 있으며, 작동되는 압력의 종류에 따라 자유롭게 선택될 수 있다. The
상기 압력 제어밸브(510)는 상기 압력 발생기(500)와 상기 유체 제어부(300) 사이에 구비되며, 상기 유체 제어부(300)에 양압 또는 음압을 선택적으로 전달할 수 있는 것이다. 상기 압력 제어밸브(510)는 상기 유체 제어부(300)에 양압과 음압을 번갈아가면서 공급하기 위한 것으로, 압력 공급 주기에 맞추어 포트의 열림과 닫힘을 자유롭게 조절할 수 있는 구조로 이루어질 수 있다. The
상기 압력 제어밸브(510)는 복수 개의 관과 스위치가 구비될 수 있는 것으로, 복수 개의 관의 개수와 스위칭 형태를 조절하여 상기 유체 제어부(300)에 양압과 음압을 번갈아가면서 공급할 수 있는 것이다. 구체적으로, 상기 압력 제어밸브(510)는 양압과 음압이 공급되는 압력 발생기(500)에 동시에 연결되고, 스위치를 통해 양압과 음압을 선택하여 상기 유체 제어부(300)에 공급할 수 있다. The
다만, 상기 압력 제어밸브(510)는 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 유체 제어부(300)에 선택적으로 양압과 음압을 공급할 수 있다면, 다양한 장치가 사용될 수 있다. 또한, 상기 압력 제어밸브(510)를 통해 상기 유체 제어부(300)에 양압과 음압을 공급할 때, 별도의 컨트롤러를 구비하여 양압과 음압이 공급되는 주기를 변경하거나 또는 스위치와 복수 개의 관의 개수를 조절함에 따라, 양압과 음압이 공급되는 주기를 변경하면서 상기 유체 제어부(300)에 압력을 공급할 수도 있다. However, the
본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지의 상기 전지 모듈(10)은 하나 또는 둘 이상이 구비되되, 상기 전지 모듈(10)은 독립적으로 전해액을 순환시켜 충방전하거나, 복수 개의 상기 전지 모듈(10)에서 전해액을 순환시켜 충방전할 수 있는 것이다. The
즉, 상기 전지 모듈(10)은 상기 전지 모듈(10) 간의 간섭이나 교환 없이 하나의 상기 전지 모듈(10)에서 독립적으로 전해액을 순환시켜 충전 및 방전할 수도 있으며, 복수 개의 상기 전지 모듈(10)이 일정한 개수로 연결되어 전해액을 순환시키면서 충전 및 방전할 수도 있는 것이다. That is, the
도 4를 참조하면, 복수 개의 상기 전지 모듈(10)이 연결될 때는, 상기 전지 모듈(10)은 모듈 연결부(11)를 통해 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결될 수 있으며, 복수 개의 상기 전지 모듈(10)이 연결될 때는 전해액 탱크(200)를 공유할 수도 있다. 이와 같이 상기 전지 모듈(10)이 독립적으로 충전 및 방전되거나, 복수 개의 상기 전지 모듈(10)이 연결될 때 전해액 탱크(200)를 공유함에 따라 요구되는 성능을 조절할 수 있다. Referring to FIG. 4, when a plurality of the
또한, 복수 개의 상기 전지 모듈(10)이 연결될 때는 모듈 연결부(11)를 통해 직렬 또는 병렬로 연결될 수도 있으며, 복수 개의 상기 전지 모듈(10)이 연결될 때는 압력 발생기(500)를 공유할 수도 있다. In addition, when a plurality of the
본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지는, 상기 양극 전해액 저장부(210)와 상기 음극 전해액 저장부(220)를 연결하는 전해액 연결부(600)를 더 포함한다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 전해액 연결부(600)는 상기 양극 전해액 저장부(210)와 상기 음극 전해액 저장부(220) 사이에서 전해액의 밸런스를 유지하기 위해 구비된 것으로, 상기 전해액 연결부(600)는 전해액 또는 이온 교환이 가능한 물질로 채워질 수 있는 것이다. 여기서, 전해액의 밸런스라 함은 물리적(수위, 부피, 비중 또는 질량 등) 또는 화학적 (농도 또는 산화수 등) 밸런스를 의미한다.The redox flow battery according to an embodiment of the present invention further includes an
구체적으로, 상기 전해액 연결부(600)는 중공형 파이프로 이루어질 수 있으며, 상기 전해액 연결부(600)는 물, 산 수용액, 활물질로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 액체 또는 슬러리로 채워질 수 있는 것이다. Specifically, the
본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지를 구동하게 되면, 분리막(130)(이온교환막)을 통해 이온 교환이 이루어지면서 전해액 내부에 포함된 활물질, 물, 산(acid) 등이 상기 양극 전극(110)에서 상기 음극 전극(120) 또는 상기 음극 전극(120)에서 상기 양극 전극(110)으로 이동할 수 있게 된다. When the redox flow battery according to the embodiment of the present invention is driven, ion exchange is performed through the separation membrane 130 (ion exchange membrane), and the active material, water, acid, and the like included in the electrolyte are the positive electrode ( In 110, the
전해액 내부에 포함된 활물질, 물, 산(acid) 등이 상기 양극 전극(110)에서 상기 음극 전극(120) 또는 상기 음극 전극(120)에서 상기 양극 전극(110)으로 이동하게 되면, 최종적으로는 전해액 내부에 포함된 활물질, 물, 산(acid) 등이 상기 양극 전해액 저장부(210)에서 상기 음극 전해액 저장부(220) 또는 상기 음극 전해액 저장부(220)에서 상기 양극 전해액 저장부(210)로 이동하게 된다. When the active material, water, acid, etc. contained in the electrolyte solution moves from the
따라서, 상기 양극 전해액 저장부(210)와 상기 음극 전해액 저장부(220)에 저장되어 있는 양극 전해액과 음극 전해액의 양이 초기 상태일 때, 가령, 1:1의 비율이었더라도, 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지 구동 중에는 상기 양극 전해액 저장부(210)와 상기 음극 전해액 저장부(220)에 저장되어 있는 양극 전해액과 음극 전해액의 양의 비율이 0.8:1.2와 같이 변하게 된다. Therefore, when the amount of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte stored in the positive electrode
즉, 상기 양극 전해액 저장부(210)와 상기 음극 전해액 저장부(220)의 저장되어 있는 전해액의 밸런스가 맞지 않게 되며, 상기 양극 전해액 저장부(210)와 상기 음극 전해액 저장부(220)의 수위(level)가 초기 상태와 바뀔 수 있게 된다. 이와 같은 현상이 발생하면서 레독스 흐름전지의 반복적인 충전 및 방전이 진행되면, 레독스 흐름전지의 구동 가능한 용량(capacity)이 감소하게 되는 문제가 있다. (여기서, 상기 양극 전해액 저장부(210)와 상기 음극 전해액 저장부(220)의 양이 초기 상태일 때 1:1로 한정되는 것은 아니며, 상기 양극 전해액 저장부(210)와 상기 음극 전해액 저장부(220)의 양이 초기 상태는 1:1이 아닐 수도 있다. 상기 양극 전해액 저장부(210)와 상기 음극 전해액 저장부(220)의 양이 초기 상태일 때 1:1인 것은 본 발명의 하나의 실시 예에 불과하다.)That is, the balance of the stored electrolyte of the anode
특히, 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지와 같이 상기 전지 모듈(10) 각각이 전해액을 포함하고, 상기 전지 모듈(10) 간의 전해액 이동이 제한되면서 독립적으로 작동하게 되는 경우에는, 상기 전지 모듈(10)의 간의 성능 및 용량 밸런스 차이가 발생하여 전체적인 레독스 흐름전지의 성능이 감소하게 되는 문제가 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유체 제어부(300)를 구비하는 레독스 흐름전지는 양극과 음극 사이 또는 전지 모듈(10)과 전지 모듈(10) 사이에서 발생할 수 있는 유체 제어부(300)의 작동 편차에 의해 전해액의 밸런스 차이가 더 발생할 수도 있다. In particular, each of the
상기 전해액 연결부(600)는 이를 방지하기 위해 상기 양극 전해액 저장부(210)와 상기 음극 전해액 저장부(220)를 연결하는 것으로, 상기 전해액 연결부(600)는 전해액 또는 이온 및 물질 교환이 가능한 물질 등이 채워지면서, 상기 양극 전해액 저장부(210)의 전해액 및 상기 음극 전해액 저장부(220)의 전해액과 혼합될 수 있는 것이다. The
조금 더 구체적으로, 상기 양극 전극(110)에서 상기 음극 전극(120)으로 이동한 물질에 의해 상기 음극 전해액 저장부(220)의 수위가 높아진 경우, 상기 전해액 연결부(600)를 통해 상기 음극 전해액 저장부(220)에 저장되어 있는 전해액 일부가 상기 양극 전해액 저장부(210)로 이동하면서 혼합될 수 있게 된다. More specifically, when the water level of the negative electrode
상기 전해액 연결부(600)는 중공형 파이프로 형상으로 이루어지는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 양극 전해액 저장부(210)와 상기 음극 전해액 저장부(220)를 연결하면서 전해액, 이온 및 물질 교환이 가능하다면 다양한 관 형태로 이루어질 수 있다. The
이러한 전해액, 이온 또는 물질 교환을 통해 물리적, 화학적 밸런싱이 이루어지며 이에 대한 상세한 설명은 다음과 같다. Physical and chemical balancing is achieved through the exchange of electrolyte, ions, or substances, and detailed descriptions thereof are as follows.
상기 전해액 연결부(600)는 물, 황산 수용액, 활물질로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 슬러리로 이루어지는 것으로 한정되는 것은 아니며, 전해액, 이온 및 물질 교환이 가능한 다른 물질로 채워질 수 있다. The
이와 함께, 상기 전해액 연결부(600)는 다공성 물질로 채워질 수도 있다. 전해액 연결부(600)에 의한 밸런싱이 이루어질 때 양극과 음극에 포함된 물질의 혼합이 크게 발생할 경우 전지의 성능이 감소할 수 있으나, 다공성 물질을 통해 전해액 연결부(600)에 의한 혼합을 일부 조절하여 전지 성능의 감소를 억제할 수 있다.In addition, the
본 발명의 실시 예와 같이 유체 제어부(300)를 포함한 레독스 흐름전지 경우 유체 제어부(300) 내부의 압력이 수시로 변하므로 양극 전해액과 음극 전해액의 수위가 수시로 변할 수 있다.(출렁거림이 발생할 수 있다.)In the case of the redox flow battery including the
이와 같은 변화는 상술한 분리막(130)을 통해 물질이 이동하는 것이 아니므로, 수위 변화에 의해 전해액 연결부(600)를 통한 물질의 이동이 빈번하게 발생할 경우 전지 성능이 감소할 수 있게 된다. 다공성 물질은 이와 같은 출렁거림에 의한 혼합을 억제하여 전지 성능 감소를 억제할 수 있다. Since such a change does not move the material through the above-described
또한, 다공성 물질은 전해액에 포함된 침전물, 불순물에 의한 교차 오염을 방지할 수 있다. 다공성 물질은 활성탄, 메쉬, 펠트, 허니콤 등이 사용될 수 있다. 다공성 물질은 전해액 연결부(600) 전체에 구비될 수도 있으며, 전해액 연결부(600)의 일부에만 구비될 수도 있다. In addition, the porous material can prevent cross contamination by precipitates and impurities contained in the electrolyte. The porous material may be activated carbon, mesh, felt, honeycomb or the like. The porous material may be provided on the entire
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 전해액 연결부(600)의 부피는 상기 양극 전해액 저장부(210)에 저장되어 있는 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)에 저장되어 있는 전해액의 합의 1 내지 50%인 것이 바람직하다. 상기 전해액 연결부(600)의 부피가 클 경우 전지 모듈(10)의 단위 부피 대비 에너지용량이 감소할 수 있고, 상기 전해액 연결부(600)의 부피가 작을 경우 양극과 음극에 포함된 물질의 혼합량이 커져 전지 성능이 감소할 수 있으므로, 상기 전해액 연결부(600)의 부피는 상기 양극 전해액 저장부(210)에 저장되어 있는 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)에 저장되어 있는 전해액의 합의 1 내지 50%인 것이 바람직하다. 이에 대한 상세한 설명은 다음과 같다.According to an embodiment of the present invention, the volume of the
레독스 흐름전지의 구동으로 인해, 상기 양극 전극(110)에서 상기 음극 전극(120)으로 이동한 물질에 의해 상기 음극 전해액 저장부(220)의 수위가 높아진 경우, 상기 전해액 연결부(600)를 통해 상기 음극 전해액 저장부(220)에 저장되어 있는 전해액 일부가 상기 양극 전해액 저장부(210)로 이동하면서 혼합될 수 있게 된다. (상기 음극 전극(120)에서 상기 양극 전극(110)으로 물질이 이동할 수도 있으며, 상기 양극 전극(110)에서 상기 음극 전극(120)으로 물질이 이동하는 것은 하나의 실시 예에 불과하다.)When the water level of the negative electrode
이때, 상기 전해액 연결부(600)의 길이가 짧거나 부피가 작은 경우, 상기 양극 전해액 저장부(210)의 양극 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)의 음극 전해액의 혼합이 너무 활발하게 일어날 수 있게 된다. 상기 양극 전해액 저장부(210)의 양극 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)의 음극 전해액의 혼합이 활발한 경우, 상기 양극 전해액 저장부(210)의 양극 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)의 음극 전해액이 서로 반응하여 에너지 손실이 발생하거나 부반응이 발생할 수 있고, 이는 용량 손실을 야기하게 된다. 이로 인해 전지의 성능이 감소하게 된다. At this time, when the length of the
즉, 상기 전해액 연결부(600)의 길이가 너무 짧거나 부피가 너무 작아, 상기 전해액 연결부(600)를 통해 상기 양극 전해액 저장부(210)의 양극 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)의 음극 전해액의 혼합이 너무 활발하게 일어나면, 오히려 전지의 성능이 감소하게 되는 것이다. 이를 방지하기 위해, 상기 전해액 연결부(600)의 부피는, 상기 양극 전해액 저장부(210)에 저장되어 있는 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)에 저장되어 있는 전해액의 합의 1% 이상인 것이 바람직하다. That is, the length of the
그러나 상기 전해액 연결부(600)의 부피가 너무 클 경우, 상기 양극 전해액 저장부(210)의 양극 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)의 음극 전해액의 효과가 감소하거나 전지 모듈(10)의 부피가 커질 수 있기 때문에, 상기 전해액 연결부(600)의 부피는, 상기 양극 전해액 저장부(210)에 저장되어 있는 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)에 저장되어 있는 전해액의 합의 50% 이하인 것이 바람직하다. However, if the volume of the
여기서, 상기 전해액 연결부(600)의 부피는, 상기 전해액 연결부(600)의 일단이 상기 양극 전해액 저장부(210)와 연결되고, 상기 전해액 연결부(600)의 타단이 상기 음극 전해액 저장부(220)에 연결되어 있는 경우, 상기 전해액 연결부(600)의 양 끝단 사이에 유체가 저장될 수 있는 부피를 나타낸다. Here, the volume of the
상기 전해액 연결부(600)의 양 끝단과 상기 양극 전해액 저장부(210) 또는 상기 음극 전해액 저장부(220)의 경계가 모호한 경우, 상기 양극 전해액 저장부(210) 또는 상기 음극 전해액 저장부(220) 내부에서 상기 전해액 연결부(600) 사이에 단면적의 변화가 있는 구조의 시작점을 기준으로 상기 전해액 연결부(600)의 양 끝단을 정의할 수 있다. When the boundary between the both ends of the
또한, 상기 전해액 연결부(600)의 직경 또는 상기 전해액 연결부(600)의 단면적을 동일 면적 원으로 환산했을 때의 직경은, 상기 전해액 연결부(600)의 길이의 1/3 이하인 것이 바람직하다. 상기 전해액 연결부(600)의 길이 대비 직경이 너무 크게 되면, 상기 양극 전해액 저장부(210)의 양극 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)의 음극 전해액의 혼합이 활발하게 되어 상술한 바와 같이 전지의 성능이 저하될 수 있다. In addition, the diameter when the diameter of the
따라서, 상기 전해액 연결부(600)의 직경 또는 상기 전해액 연결부(600)의 단면적을 동일 면적 원으로 환산했을 때의 직경은, 상기 전해액 연결부(600)의 길이의 1/3 이하인 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 전해액 연결부(600)의 단면적이 원으로 이루어진 경우에는, 상기 전해액 연결부(600)의 직경과 상기 전해액 연결부(600)의 길이를 비교하며, 상기 전해액 연결부(600)의 단면적이 원이 아닌 경우에는, 단면적의 넓이와 동일한 면적 원으로 환산했을 때의 직경과 상기 전해액 연결부(600)의 길이와 비교한다. 여기서, 상기 전해액 연결부(600)의 길이는, 상기 전해액 연결부(600)의 일단에서부터 상기 전해액 연결부(600)의 타단에 이르는 상기 전해액 연결부(600)의 전체 길이를 나타낸다. Therefore, the diameter when the diameter of the
도 5를 참조하면, 상기 전해액 연결부(600)가 중공형 파이프로 이루어질 때, 상기 전해액 연결부(600)는 상기 중공형 파이프보다 단면적이 넓은 저장부(610)를 포함할 수 있다. 상기 저장부(610)는 상기 전해액 연결부(600)의 중간에서 일정한 부피를 가지면서, 전해액, 이온 및 물질 교환이 가능한 물질을 저장할 수 있는 공간이다. Referring to FIG. 5, when the
상술한 바와 같이, 상기 양극 전해액 저장부(210)의 양극 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)의 음극 전해액의 혼합이 활발하게 되면, 전지의 성능이 감소될 수 있다. 상기 저장부(610)는 상기 양극 전해액 저장부(210)의 양극 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)의 음극 전해액이 혼합되는 것을 억제하기 위해, 일정한 부피의 버퍼(buffer) 역할을 할 수 있는 것이다. As described above, when the positive electrode electrolyte of the positive electrode
이때, 상기 저장부(610)는 상기 양극 전해액 저장부(210)의 양극 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)의 음극 전해액이 혼합되는 것을 효과적으로 방지하기 위해, 상기 양극 전해액 저장부(210)에 저장되어 있는 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)에 저장되어 있는 전해액의 합의 1% 이상인 것이 바람직하다. In this case, the
이와 같이 일정한 부피를 가지면서 버퍼(buffer) 역할을 하는 상기 저장부(610)를 구비함에 따라 전지 성능의 감소를 최소화하면서, 상기 양극 전해액 저장부(210)의 양극 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)의 밸런싱 효과를 향상시킬 수 있게 된다. The positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte storage portion of the positive electrode
도 6을 참조하면, 상기 전해액 연결부(600)는 상기 전해액 연결부(600)를 닫거나 열수 있는 연결부 밸브(620)를 포함할 수 있다. 상기 연결부 밸브(620)는 상기 전해액 연결부(600) 상에 배치되며, 상기 전해액 연결부(600)를 열고 닫을 수 있는 것이다. Referring to FIG. 6, the
상술한 바와 같이 상기 전해액 연결부(600)를 통해 상기 양극 전해액 저장부(210)의 양극 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)의 음극 전해액의 혼합이 활발하게 발생하는 경우 전지의 성능이 감소하게 되는 문제가 있다. 상기 전해액 연결부(600)가 계속 열려있는 상태에 있으며, 레독스 흐름전지의 구동 조건에 따라 상기 양극 전해액 저장부(210)의 양극 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)의 음극 전해액의 혼합이 활발하게 발생하게 될 위험이 있다. As described above, when the positive electrode electrolyte solution of the positive electrode electrolyte
상기 연결부 밸브(620)를 이를 방지하기 위한 것으로, 특정 조건에서 상기 전해액 연결부(600)를 닫기 위해 상기 연결부 밸브(620)가 구비될 수 있다. 가령, 레독스 흐름전지의 충전 또는 방전 과정 중 일부 조건에서는 분리막(130)을 통해 이동하는 전해액 성분의 양이 많아질 수 있고, 이로 인해 급격한 성능저하가 발생할 수 있다. 따라서 이 조건에서는 상기 연결부 밸브(620)를 통해 상기 전해액 연결부(600)를 닫히게 함으로써, 전지의 성능 저하를 방지할 수 있게 된다. The
상기 연결부 밸브(620)는 외부의 압력 또는 전기장치에 의해 구동될 수 있는 밸브일 수 있으며, 별도의 제어부를 통해 제어될 수도 있다. 상기 연결부 밸브(620)에 제어부가 구비된 경우, 연결부 밸브(620)는 상기 전지 모듈(10)이 충전 또는 방전될 때, 상기 전해액 연결부(600)의 일부를 닫히게 하거나, 상기 전해액 연결부(600)의 전체를 닫히게 할 수 있다. 여기서, 상기 연결부 밸브(620)를 통해 상기 전해액 연결부(600)의 일부만 닫히게 하는 경우, 이를 통해 상기 전해액 연결부(600)의 단면적을 조절하는 효과가 있다.The
즉, 상기 전지 모듈(10)의 충전 또는 방전의 조건에 따라, 상기 연결부 밸브(620)의 제어부를 통해 상기 전해액 연결부(600)를 완전히 닫히게 할 수도 있으며, 상기 전해액 연결부(600)의 일부만 닫히게 할 수도 있는 것이다. 상기 연결부 밸브(620)는 상기 전해액 연결부(600)를 열고 닫을 수 있거나, 상기 전해액 연결부(600)의 일부만을 닫히게 할 수 있다면, 다양한 장치가 사용될 수 있다. That is, depending on the conditions of charging or discharging of the
상기 전해액 연결부(600)는 상기 양극 전해액 저장부(210)와 상기 음극 전해액 저장부(220)를 연결하는 것이지만, 필요에 따라서 상기 전해액 연결부(600)는 상기 전지셀(100), 상기 유체 제어부(300), 상기 전해액 유로(400)와 구조적으로 연결될 수도 있다. 이는 양극 전해액과 음극 전해액이 있는 어느 부위에도 상기 전해액 연결부(600)를 연결할 수 있음을 의미한다. 단, 장착 위치에 따라 전지 성능의 변화는 발생할 수 있다.The
즉, 상기 전해액 연결부(600)는 상기 양극 전해액 저장부(210)와 상기 음극 전해액 저장부(220)를 연결되는 동시에, 상기 전지셀(100), 상기 유체 제어부(300), 상기 전해액 유로(400)와 구조적으로 연결될 수 있는 것이다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 전해액 연결부(600)는 상기 양극 전해액 저장부(210)와 상기 음극 전해액 저장부(220)만을 연결하는 것으로 한정되는 것은 아니다. That is, the
도 7 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레독스 흐름전지를 나타내는 것이다. 도 7 내지 도 11에 도시되어 있는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레독스 흐름전지도, 전지셀(100), 전해액 탱크(200), 유체 제어부(300), 전해액 연결부(600)를 포함하는 것으로, 각 구성관의 연결관계는 상술한 것과 동일하며, 각 구성의 배치 관계만 변경된 것이다. 도 7 내지 도 11에 도시되어 있는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레독스 흐름전지도 상술한 특징을 모두 포함하고 있는 것이다. 7 to 11 show a redox flow battery according to another embodiment of the present invention. Redox flow map according to another embodiment of the present invention shown in Figures 7 to 11, including a
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전지 모듈의 내부 구조를 나타내는 것으로, 전지 모듈을 측면에서 보았을 때의 도면이며, 도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전지 모듈의 내부 구조를 나타내는 것으로, 전지 모듈을 상부에서 보았을 때의 도면이다. 도 7에 도시되어 있는 + 단자(710)는 전지셀(100)의 양극 전극(110) 또는 분리판(140) 또는 분리판(140)과 접촉한 전도성 물질과 전기적으로 연결되어 있는 것이며, - 단자(720)는 전지셀의 음극 전극(120) 또는 분리판(140) 또는 분리판과 접촉한 전도성 물질과 전기적으로 연결되어 있는 것이다. 상기 + 단자(710)와 상기 - 단자(720)는 레독스 흐름전지의 충전 및 방전을 위해 구비된 것이다. 7 is a view showing the internal structure of a battery module according to another embodiment of the present invention, a view when the battery module is viewed from the side, and FIG. 8 shows the internal structure of a battery module according to another embodiment of the present invention , It is a view when the battery module is viewed from the top. The + terminal 710 illustrated in FIG. 7 is electrically connected to a
상술한 바와 같이 양극 전해액 저장부(210)의 양극 전해액(211)은 전해액 유로(400)(양극 전해액 유로(401))를 거쳐 전지셀(100)로 이송되었다가, 전지셀(100)에서 반응한 이후에 양극 전해액 저장부(210)로 돌아오게 된다. 동일하게, 음극 전해액 저장부(220)의 음극 전해액(221)은 전해액 유로(400)(음극 전해액 유로(401))를 거쳐 전지셀(100)로 이송되었다가, 전지셀(100)에서 반응한 이후에 음극 전해액 저장부(220)로 돌아오게 된다. As described above, the positive
이때, 유체 제어부(300)를 통해 양극 전해액(211) 및 음극 전해액(221)이 전지셀(100)로 이송되거나, 양극 전해액 저장부(210) 및 음극 전해액 저장부(220)로 돌아올 수 있게 된다. At this time, the
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전지 모듈의 측면을 도시한 것이며, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 전지 모듈의 윗면을 도시한 것이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 양극 전해액 저장부(210) 내부에는, 상기 양극 전해액(211)이 상기 양극 전해액 저장부(210)에서부터 상기 전지셀(100)을 향하여 배출될 수 있는 양극 전해액 출구(213)와 상기 양극 전해액(211)이 상기 전지셀(100)에서 상기 양극 전해액 저장부(210) 내부로 들어올 수 있는 양극 전해액 입구(212)가 구비되어 있다. 7 is a side view showing a battery module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a top view of a battery module according to an embodiment of the present invention. 7 and 8, inside the positive electrode
동일하게, 상기 음극 전해액 저장부(220) 내부에는, 상기 음극 전해액(221)이 상기 음극 전해액 저장부(220)에서부터 상기 전지셀(100)을 향하여 배출될 수 있는 음극 전해액 출구(223)와 상기 음극 전해액(221)이 상기 전지셀(100)에서 상기 음극 전해액 저장부(220) 내부로 들어올 수 있는 음극 전해액 입구(222)가 구비되어 있다. Similarly, inside the negative electrode
도 9를 참조하면, 전해액 연결부(600)의 양 끝단은 상기 양극 전해액 저장부(210)와 상기 음극 전해액 저장부(220)에 연결되는 것으로, 상기 전해액 연결부(600)의 일단(611)은 상기 양극 전해액 저장부(210)에 연결되며, 상기 전해액 연결부(600)의 타단(612)은 상기 음극 전해액 저장부(220)에 연결될 수 있다. Referring to FIG. 9, both ends of the
이때, 상기 전해액 연결부(600)의 끝단(611,612)이 상기 양극 전해액 저장부 (210) 또는 상기 음극 전해액 저장부(220)와 연결되는 위치에서, 상기 전지셀(100)로부터 상기 양극 전해액 저장부(210) 또는 상기 음극 전해액 저장부(220)로 전해액이 들어오는 입구(212,222)까지의 직선거리는, 상기 전해액 연결부(600)의 끝단(611,612)이 상기 양극 전해액 저장부(210) 또는 상기 음극 전해액 저장부(220)와 연결되는 위치에서, 상기 양극 전해액 저장부(210) 또는 상기 음극 전해액 저장부(220)에서 상기 전지셀(100)로 전해액이 나가는 출구(213,223) 까지의 직선거리의 2배 이상인 것이 바람직하다. At this time, at the position where the ends 611 and 612 of the
조금 더 구체적으로, 도 9를 참조하면, 상기 양극 전해액 저장부(210)에 결합되는 상기 전해액 연결부(600)의 일단(611)에서 상기 양극 전해액 입구(212) 까지의 거리는, 상기 양극 전해액 저장부(210)에 결합되는 상기 전해액 연결부(600)의 일단(611)에서 상기 양극 전해액 출구(213) 까지의 거리에 2배 이상인 것이 바람직하다. (동일하게, 상기 음극 전해액 저장부(220)에 결합되는 상기 전해액 연결부(600)의 타단(612)에서 상기 음극 전해액 입구(222)까지의 거리는, 상기 음극 전해액 저장부(220)에 결합되는 상기 전해액 연결부(600)의 타단(612)에서 상기 음극 전해액 출구(223)까지의 거리에 2배 이상인 것이 바람직하다.)More specifically, referring to FIG. 9, the distance from one
즉, 상기 전해액 연결부(600)의 끝단(611,612)은, 상기 양극 전해액 저장부(210) 또는 상기 음극 전해액 저장부(220)에서 상기 전지셀(100)로 양극 전해액(211) 또는 음극 전해액(221)이 나가는 출구(213,223) 보다, 상기 전지셀(100)에서 상기 양극 전해액 저장부(210) 또는 상기 음극 전해액 저장부(220)로 양극 전해액(211) 또는 음극 전해액(221)이 들어오는 입구(212,222)에서 멀리 배치되는 것이 바람직하다. That is, the
이는, 양극 전해액(211) 또는 음극 전해액(221)이 나가는 출구(213,223)에는 반응하지 않은 양극 전해액(211) 또는 음극 전해액(221)이 주로 배치되며, 양극 전해액(211) 또는 음극 전해액(221)이 들어오는 입구(212,222)에는 반응한 양극 전해액과 음극 전해액이 주로 배치되기 때문이다. 서로 반응한 양극 전해액(211) 또는 음극 전해액(221)이 혼합되면, 전지의 성능 및 용량이 더 많이 감소될 위험이 있다. In this case, the
즉, 상기 전해액 연결부(600)의 끝단(611,612)이 서로 반응이 진행된 양극 전해액(211) 또는 음극 전해액(221)이 들어오는 입구(212,222)에 멀리 배치되는 것이 전지의 성능 및 용량을 감소시키지 않는 측면에서 바람직하다. That is, the
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 전해액 연결부(600)의 끝단(611,612)은, 상기 양극 전해액 저장부(210) 또는 상기 음극 전해액 저장부(220)에서 상기 전지셀(100)로 양극 전해액(211) 또는 음극 전해액(221)이 나가는 출구(213,223) 보다, 상기 전지셀(100)에서 상기 양극 전해액 저장부(210) 또는 상기 음극 전해액 저장부(220)로 양극 전해액(211) 또는 음극 전해액(221)이 들어오는 입구(212,222)에서 멀리 배치되면서, 상기 전해액 연결부(600)에는 저장부(610)가 포함될 수 있으며, 상기 전해액 연결부(600)에는 연결부 밸브(620)가 포함될 수 있다. 10 and 11, the
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연결부 밸브(620)에는 압력을 형성시키는 상기 연결부 밸브(620)에 압력을 전달할 수 있는 연결부 압력 발생기(630)가 연결될 수 있다. 상기 연결부 압력 발생기(630)는 상술한 압력 발생기(500)와 동일하거나 공유할 수 있는 것이며, 상기 연결부 밸브(620)에 양압 또는 음압을 선택적으로 형성시킬 수 있는 것이다. 즉, 유체 제어부(300) 구동을 위한 압력 발생기(500)와 연결부 밸브(620) 구동을 위한 연결부 압력 발생기(630)는 별도로 구비될 수도 있고, 같은 압력 발생기를 사용하면서도 압력 제어를 통해 독립적으로 구동될 수 있는 것이다.Referring to FIG. 11, a connection
상기 연결부 압력 발생기(630)에서 발생한 압력은 연결부 압력 전달관(631)을 통해 상기 연결부 밸브(620)에 전달될 수 있으며, 상기 연결부 밸브(620)에는 상기 연결부 압력 발생기(630)에서 발생한 압력을 통해 작동되는 스위치(621)가 포함될 수 있다. 또한, 상기 연결부 밸브(620)에는 전기에 의해 작동되는 스위치가 포함될 수도 있다. The pressure generated by the connection
상기 연결부 밸브(620)에 포함되는 상기 스위치(621)는 별도의 압력 발생기 없이 전기적으로 작동되면서, 상기 전해액 연결부(600)를 닫거나 열리게 할 수 있으며, 상기 전해액 연결부(600)를 일부만 닫히게 할 수도 있다. 또한, 상기 스위치(621)는 상기 연결부 압력 발생기(630)와 연결되어 상기 연결부 압력 발생기(630)에서 형성된 압력을 통해서도 작동되면서, 상기 전해액 연결부(600)를 닫거나 열리게 할 수 있으며, 상기 전해액 연결부(600)를 일부만 닫히게 할 수도 있다.The
상기 전해액 연결부(600)의 부피는, 상기 전해액 연결부(600)가 닫힌 상태에서 방전된 상기 전지 모듈(10)을 충전할 때, 분리막(130)을 통해 양극에서 음극 또는 음극에서 양극으로 이동하는 전해액 부피의 2% 이상일 수 있다. The volume of the
상기 전지 모듈(10)이 충전 또는 상기 전지 모듈(10)을 방전될 때는, 상기 연결부 밸브(620)를 통해 상기 전해액 연결부(600)를 닫아야 전지 성능이 감소하는 것을 방지할 수 있게 된다. 이와 같은 상태에서 상기 전지 모듈(10)을 충전시키면, 양극에서 음극 또는 음극에서 양극으로 전해액이 이동하게 되는데, 상기 전해액 연결부(600)의 부피는, 상기 전해액 연결부(600)를 닫은 상태에서 상기 전지 모듈(10)을 충전시킬 때, 양극에서 음극 또는 음극에서 양극으로 이동하는 전해액 부피의 2% 이상인 것이 바람직하다. When the
구체적으로, 상기 전해액 연결부(600)의 부피는, 상기 전해액 연결부(600)를 닫힌 상태로 두고(분리막을 제외하고 양극에서 음극으로 전해액이 물리적으로 이동할 수 있는 경로가 없는 상태), 상기 전지 모듈(10)이 방전 상태(단전지 기준 개방전압 0.6V)에서 기준 개방전압 1.5V까지(충전상태)의 전류 밀도 20mA/cm2로 정전류 충전시 양극 전극에서 음극 전극 또는 음극 전극에서 양극 전극으로 이동하는 전해액 부피의 2% 이상일 수 있다. 다만, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 충전 및 방전의 조건에 따라, 양극에서 음극 또는 음극에서 양극으로 이동하는 전해액의 양은 달라질 수 있다. Specifically, the volume of the
상술한 바와 같이, 상기 전해액 연결부(600)의 부피가 작은 경우, 상기 양극 전해액 저장부(210)의 양극 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)의 음극 전해액의 혼합이 너무 활발하게 일어나면서 전지의 성능이 감소될 위험이 있다. 따라서, 상기 전해액 연결부(600)의 부피를 일정 크기 이상으로 해야 한다. As described above, when the volume of the
이때 기준이 되는 것이, 상기 전해액 연결부(600)가 닫힌 상태에서 방전된 상기 전지 모듈(10)을 충전할 때, 양극에서 음극 또는 음극에서 양극으로 이동하는 전해액의 부피이다. 상기 전해액 연결부(600)의 부피를 상기 전해액 연결부(600)가 닫힌 상태에서 방전된 상기 전지 모듈(10)을 충전할 때, 양극에서 음극 또는 음극에서 양극으로 이동하는 전해액 부피의 2% 이상으로 하면, 상기 양극 전해액 저장부(210)의 양극 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)의 음극 전해액의 혼합이 너무 활발하게 일어나는 것을 방지할 수 있게 된다. At this time, the reference is the volume of the electrolyte that moves from the anode to the cathode or the cathode to the anode when the
그러나 상술한 바와 같이, 상기 전해액 연결부(600)의 부피가 너무 클 경우, 상기 양극 전해액 저장부(210)의 양극 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)의 음극 전해액의 밸런싱 효과가 감소할 수 있기 때문에, 상기 전해액 연결부(600)의 부피는, 상기 양극 전해액 저장부(210)에 저장되어 있는 전해액과 상기 음극 전해액 저장부(220)에 저장되어 있는 전해액의 합의 50% 이하인 것이 바람직하다. However, as described above, when the volume of the
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지는 다음과 같은 효과가 있다. Redox flow battery according to an embodiment of the present invention described above has the following effects.
본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지는 전지셀(100)마다 양극 전해액 및 음극 전해액을 보관하는 전해액 탱크(200)를 구비함에 따라 이송 경로의 길이를 효과적으로 줄일 수 있으며, 전지의 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지는, 각 전지 모듈마다 고가의 펌프를 구비하는 대신 압력을 이용한 유체 제어부(300)를 구비함에 따라, 원가경쟁력을 확보할 수 있고, 각 전지 모듈(10)간에 발생할 수 있는 분로 전류를 효과적으로 감소시키거나 차단할 수 있는 장점이 있다. The redox flow battery according to an embodiment of the present invention can effectively reduce the length of the transport path and increase the efficiency of the battery by providing the
이와 함께, 본 발명의 실시 예에 따른 양극 전해액 저장부(210)와 음극 전해액 저장부(220)를 연결하는 전해액 연결부(600)를 통해 양극 전해액 저장부(210)와 음극 전해액 저장부(220)의 전해액 밸런스를 유지할 수 있고, 이를 통해 전지의 성능이 감소 되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다. In addition, the positive electrode
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위를 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be provided without departing from the scope of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
10...전지 모듈 11...모듈 연결부
100...전지셀 110...양극 전극
120...음극 전극 130...분리막
140...분리판 150...하우징
200...전해액 탱크 210...양극 전해액 저장부
211...양극 전해액 212...양극 전해액 출구
213...양극 전해액 입구 220...음극 전해액 저장부
221...음극 전해액 222...음극 전해액 출구
223...음극 전해액 입구 300...유체 제어부
310...유체 이송관 400...전해액 유로
401...양극 전해액 유로 402...음극 전해액 유로
500...압력 발생기 510...압력 제어밸브
600...전해액 연결부 610...저장부
611...전해액 연결부 일단 612...전해액 연결부 타단
620...연결부 밸브 621...스위치
630...연결부 압력 발생기 631...연결부 압력 전달관
710...+ 단자 720...- 단자10 ...
100 ...
120 ...
140 ...
200 ...
211 ...
213 ... positive
221 ...
223 ...
310 ...
401 ... Positive
500 ...
600 ...
611 ... Electrolyte connection one
620 ...
630 ...
710 ... +
Claims (14)
양극 전해액 저장부와 음극 전해액 저장부를 포함하는 전해액 탱크;와
상기 전해액 탱크와 상기 전지셀을 연결하여 전해액이 이송되는 전해액 유로;와
외부에서 생성된 압력을 상기 전해액 유로에 전달하는 유체 제어부;를 구비하는 전지 모듈을 포함하며,
상기 전지 모듈은 하나 또는 둘 이상이 구비되되, 상기 전지 모듈은 독립적으로 전해액을 순환시켜 충전 및 방전하거나, 복수 개의 상기 전지 모듈에서 전해액을 순환시켜 충전 및 방전하며,
상기 양극 전해액 저장부와 상기 음극 전해액 저장부를 연결하는 전해액 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지. A battery cell including an anode electrode and a cathode electrode therein; and
An electrolyte tank including an anode electrolyte storage unit and a cathode electrolyte storage unit; and
An electrolyte passage through which the electrolyte is transferred by connecting the electrolyte tank and the battery cell; and
It includes a battery module having a; fluid control unit for transmitting the pressure generated from the outside to the electrolyte passage,
The battery module is provided with one or more than one, the battery module is independently charged and discharged by circulating the electrolyte, or circulating and charging and discharging the electrolyte in the plurality of battery modules,
A redox flow battery further comprising an electrolyte connection portion connecting the positive electrode electrolyte storage portion and the negative electrode electrolyte storage portion.
상기 유체 제어부에 연결되며, 압력을 형성시켜 상기 유체 제어부에 압력을 전달할 수 있는 압력 발생기와,
상기 압력 발생기와 상기 유체 제어부 사이에 구비되며, 상기 유체 제어부에 양압 또는 음압을 선택적으로 전달할 수 있는 압력 제어 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지. According to claim 1,
A pressure generator connected to the fluid control unit and capable of transmitting pressure to the fluid control unit by forming pressure;
A redox flow battery provided between the pressure generator and the fluid control unit, and further comprising a pressure control valve capable of selectively transferring positive pressure or negative pressure to the fluid control unit.
상기 전해액 연결부는,
물, 산 수용액, 활물질로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 액체 또는 슬러리로 채워지는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지. According to claim 1,
The electrolyte connection portion,
Redox flow battery characterized in that it is filled with a liquid or slurry containing at least one selected from the group consisting of water, aqueous acid solution, active material.
상기 전해액 연결부는,
다공성 물질로 채워지는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.According to claim 1,
The electrolyte connection portion,
Redox flow battery characterized in that it is filled with a porous material.
상기 전해액 연결부는 중공형 파이프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지. According to claim 1,
Redox flow battery, characterized in that the electrolyte connection portion is made of a hollow pipe.
상기 전해액 연결부는,
상기 중공형 파이프보다 단면적이 넓은 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지. The method of claim 5,
The electrolyte connection portion,
Redox flow battery, characterized in that it comprises a storage section having a larger cross-sectional area than the hollow pipe.
상기 전해액 연결부의 직경 또는 상기 전해액 연결부의 단면적을 동일 면적의 원으로 환산했을 때의 직경은,
상기 전해액 연결부의 길이의 1/3 이하인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.The method of claim 5,
The diameter when the diameter of the electrolyte connection portion or the cross-sectional area of the electrolyte connection portion is converted into a circle of the same area,
Redox flow battery, characterized in that less than 1/3 of the length of the electrolyte connection.
상기 전해액 연결부의 부피는,
상기 양극 전해액 저장부에 저장되어 있는 전해액과 상기 음극 전해액 저장부에 저장되어 있는 전해액의 합의 1 내지 50 % 인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지. The method of claim 5,
The volume of the electrolyte connection portion,
Redox flow battery, characterized in that 1 to 50% of the sum of the electrolyte stored in the cathode electrolyte storage and the electrolyte stored in the cathode electrolyte storage.
상기 전해액 연결부의 부피는,
상기 전해액 연결부가 닫힌 상태에서 방전된 상기 전지 모듈을 충전할 때, 양극에서 음극 또는 음극에서 양극으로 이동하는 전해액 부피의 2% 이상인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지. The method of claim 8,
The volume of the electrolyte connection portion,
Redox flow battery, characterized in that at least 2% of the volume of the electrolyte that moves from the positive electrode to the negative electrode or from the negative electrode to the positive electrode when charging the battery module discharged while the electrolyte connection is closed.
상기 전해액 연결부는,
상기 전해액 연결부를 닫거나 열 수 있는 연결부 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지. According to claim 1,
The electrolyte connection portion,
Redox flow battery further comprises a connection valve that can open or close the electrolyte connection.
상기 연결부 밸브는, 상기 전지 모듈이 충전 또는 방전될 때,
상기 전해액 연결부의 일부를 닫히게 하거나, 상기 전해액 연결부의 전체를 닫히게 하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지. The method of claim 10,
The connection valve, when the battery module is charged or discharged,
Redox flow battery, characterized in that to close a portion of the electrolyte connection portion, or to close the entire electrolyte connection portion.
상기 연결부 밸브에 연결되며, 압력을 형성시켜 상기 연결부 밸브에 압력을 전달할 수 있는 연결부 압력 발생기를 더 포함하며,
상기 연결부 밸브에는, 상기 연결부 압력 발생기에 의해 작동되는 스위치가 포함되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지. The method of claim 10,
It is connected to the connection valve, and further comprises a connection pressure generator that can form a pressure to transmit pressure to the connection valve,
Redox flow battery, characterized in that the connection valve includes a switch operated by the connection pressure generator.
상기 연결부 밸브에는 전기에 의해 작동되는 스위치가 포함되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.The method of claim 10,
Redox flow battery, characterized in that the connection valve includes a switch operated by electricity.
상기 전해액 연결부의 양 끝단은 상기 양극 전해액 저장부와 상기 음극 전해액 저장부에 연결되며,
상기 전해액 연결부의 끝단이 상기 양극 전해액 저장부 또는 상기 음극 전해액 저장부와 연결되는 위치에서, 상기 전지셀로부터 상기 양극 전해액 저장부 또는 상기 음극 전해액 저장부로 전해액이 들어오는 입구까지의 직선 거리는,
상기 전해액 연결부의 끝단이 상기 양극 전해액 저장부 또는 상기 음극 전해액 저장부와 연결되는 위치에서, 상기 양극 전해액 저장부 또는 상기 음극 전해액 저장부에서 상기 전지셀로 전해액이 나가는 출구까지의 직선 거리의 2배 이상인 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지. According to claim 1,
Both ends of the electrolyte connection portion are connected to the positive electrode electrolyte storage portion and the negative electrode electrolyte storage portion,
In a position where the end of the electrolyte connection portion is connected to the positive electrode electrolyte storage portion or the negative electrode electrolyte storage portion, a straight line distance from the battery cell to the inlet of the electrolyte into the positive electrode electrolyte storage portion or the negative electrode electrolyte storage portion,
Where the end of the electrolyte connection portion is connected to the positive electrode electrolyte storage portion or the negative electrode electrolyte storage portion, twice the straight distance from the positive electrode electrolyte storage portion or the negative electrode electrolyte storage portion to the outlet where the electrolyte exits the battery cell Redox flow battery characterized in that the above.
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