KR20200084688A - 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극의 내부에서 전극의 Z축 방향으로 전해액 유입부를 형성함에 따라 균일하게 전해액을 전극에 공급하면서, 전해액이 전극을 반드시 거치면서 배출될 수 있도록 하는 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조에 관한 것으로, 프레임; 판 형상으로 이루어지며, X축과 Y축으로 이루어진 평면을 형성하는 전극; 평면을 형성하는 상기 전극에 대하여 Z축 방향으로 형성되며, 상기 전극에 전해액을 유입시킬 수 있는 전해액 유입부; 및 상기 전극에 유입된 전해액이 배출될 수 있는 전해액 배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

레독스 흐름전지의 전극 셀 구조 {Electrode cell structure of redox flow battery}
본 발명은 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극의 내부에서 전극의 Z축 방향으로 전해액 유입부를 형성함에 따라 균일하게 전해액을 전극에 공급하면서, 전해액이 전극을 반드시 거치면서 배출될 수 있도록 하는 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조에 관한 것이다.
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.
이러한 에너지 저장 시스템으로는 대용량 이차전지가 사용되는데 상기 대용량의 전력저장을 위한 이차전지로는 레독스 흐름전지(RFB, redox flow battery) 가 사용되고 있다.
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.
도 1은 종래의 레독스 흐름전지를 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 레독스 흐름전지는 전지셀(10), 전해액 저장부(20), 전해액 유로(30)를 포함한다. 상기 전지셀(10)은 양극 전극(11) 및 음극 전극(12), 상기 양극 전극(11)과 상기 음극 전극(12) 사이에 구비되는 분리막(13), 상기 양극 전극(11)과 상기 음극 전극(12)의 외측면에 구비되는 분리판(14)을 포함할 수 있는 것으로, 상기 전지셀(10) 내부에서 전해액의 이동, 충전, 방전 등의 전기 화학적인 반응이 일어난다.
상기 전해액 저장부(20)는 전해액이 저장될 수 있는 곳으로, 상기 전해액 저장부(20)에 저장된 전해액이 전해액 유로(30)를 통해 상기 전지셀(10)로 이동하게 된다. 그러나 종래의 레독스 흐름전지는 다음과 같은 문제점이 있다.
종래의 레독스 흐름전지는 상기 전해액 유로(30)를 통해 상기 양극 전극(11) 또는 상기 음극 전극(12)으로 전해액이 유입되는데, 상기 양극 전극(11) 또는 상기 음극 전극(12)으로 유입되는 전해액이 상기 양극 전극(11) 또는 상기 음극 전극(12) 내부에서 균일하게 퍼지지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 더욱 상세하게는 전극의 내부에서 전극의 Z축 방향으로 전해액 유입부를 형성함에 따라 균일하게 전해액을 전극에 공급하면서, 전해액이 전극을 반드시 거치면서 배출될 수 있도록 하는 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조에 관한 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조는, 프레임; 판 형상으로 이루어지며, X축과 Y축으로 이루어진 평면을 형성하는 전극; 평면을 형성하는 상기 전극에 대하여 Z축 방향으로 형성되며, 상기 전극에 전해액을 유입시킬 수 있는 전해액 유입부; 및 상기 전극에 유입된 전해액이 배출될 수 있는 전해액 배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조의 상기 전해액 유입부는 상기 전극 내부에 형성되며, 상기 전해액 배출부는 상기 전극 외부에 형성될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조는 상기 전극과 나란하게 배치되며, 유로가 형성되어 있는 유로 플레이트를 더 포함하며, 상기 유로 플레이트는 상기 전극과 나란한 방향으로 연장되는 이동 유로와, 상기 이동 유로와 연통되면서 Z 축 방향으로 연장되는 유입 유로를 포함하며, 상기 전해액 유입부는 상기 유입 유로와 연통되어 있을 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조의 상기 전극 및 상기 프레임은 원판 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 전극 및 상기 프레임은 다각형 형상으로 이루어질 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조의 상기 프레임에는, 상기 프레임을 Z 축 방향으로 관통하는 관통부와 상기 전해액 배출부가 형성되며, 상기 관통부와 상기 전해액 배출부는 상기 프레임의 외측을 따라 번갈아가며 형성될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조는 복수 개가 적층되며, 상기 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조의 상기 전해액 배출부 상부와 하부에는, 상기 관통부가 배치되도록 상기 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조가 적층될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조는 상기 전극과 나란하게 배치되며, 공극이 형성되어 있는 분리판을 더 포함하며, 상기 전해액 유입부는 상기 공극과 연통될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조는 양극 전극을 구비한 양극 전극 셀 구조와 음극 전극을 구비한 음극 전극 셀 구조를 포함하면서 적층되고, 상기 전해액 유입부는, 양극 전극에만 전해액을 공급할 수 있도록 상기 양극 전극에 연결되고 음극 전극은 관통하는 양극 전해액 유입부와, 음극 전극에만 전해액을 공급할 수 있도록 상기 음극 전극에 연결되고 양극 전극은 관통하는 음극 전해액 유입부를 포함할 수 있다.
본 발명은 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조에 관한 것으로, 전극의 내부에서 전극의 Z축 방향으로 전해액 유입부를 형성함에 따라 균일하게 전해액을 전극에 공급할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 전극의 내부에서 전극의 Z축 방향으로 전해액 유입부를 형성함에 따라 전해액이 전극을 반드시 거치면서 배출될 수 있고, 이를 통해 레독스 흐름전지의 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 레독스 흐름전지를 나타내는 도면이다.
도 2는 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조를 나타내는 도면이다.
도 3(a) 및 도 3(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 유로 플레이트를 통해 전해액 유입부를 형성하는 것을 나타내는 도면이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명의 실시 예에 따라 전극 및 프레임이 원판 형상으로 이루어진 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조를 나타내는 도면이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 본 발명의 실시 예에 따라 전극 및 프레임이 육각형 형상으로 이루어진 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조를 적층하였을 때의 전해액 유입부를 나타내는 도면이다.
도 8(a)는 프레임에 관통부가 형성되는 것을 나타내며, 도 8(b)는 관통부와 전해액 배출부가 교차하면서 적층되는 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 공극이 형성되어 있는 분리판을 통해 전해액 유입부를 형성하는 것을 나타내는 도면이다.
도 10(a)는 도 9의 A-A 부분에 대한 단면도이며, 도 10(b)는 도 9의 B-B 부분에 대한 단면도이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
도 2를 참조하면, 일반적인 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조는 양극 전극(11) 또는 음극 전극(12)이 프레임(40)에 의해 지지되면서 전해액이 유입되고 배출될 수 있는 전해액 유입부(31)와 전해액 배출부(32)를 구비하고 있다. 상기 전해액 유입부(31) 및 상기 전해액 배출부(32)는 전해액 유로(30)와 연통되어 있는 것으로, 상기 전해액 유로(30)에서 상기 전해액 유입부(31)를 통해 상기 양극 전극(11) 또는 상기 음극 전극(12)으로 전해액이 공급된다.
도 2를 참조하면, 상기 전해액 유입부(31)는 상기 양극 전극(11) 또는 상기 음극 전극(12)의 일측면에 형성되어 있는데, 상기 전해액 유입부(31)를 통해 유입된 전해액이 퍼지면서 상기 양극 전극(11) 또는 상기 음극 전극(12)으로 이동하게 된다. 그러나 이와 같이 상기 전해액 유입부(31)가 상기 양극 전극(11) 또는 상기 음극 전극(12)의 일측면에 형성되면서 전해액이 유입되면, 상기 양극 전극(11) 또는 상기 음극 전극(12) 내부에서 전해액이 불균일하게 이동하게 되는 문제가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조(100)는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 전극의 내부에서 전극의 Z축 방향으로 전해액 유입부를 형성함에 따라 균일하게 전해액을 전극에 공급하면서, 전해액이 전극을 반드시 거치면서 배출될 수 있도록 하는 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 3(a) 및 도 3(b)를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조(100)는 프레임(110), 전극(120), 전해액 유입부(130), 전해액 배출부(140)를 포함한다.
상기 프레임(110)은 상기 전극(120)을 지지할 수 있는 것으로, 전지셀 내부에 상기 전극(120)을 배치하기 위한 것이다. 상기 프레임(110)은 상기 전극(120)을 지지할 수 있다면 다양한 재료가 사용될 수 있으며, 상기 프레임(110)은 판 형상으로 이루어지면서 상기 전극(120)과 나란한 방향으로 배치될 수 있다.
상기 전극(120)은 판 형상으로 이루어지면서 X축과 Y축으로 이루어진 평면을 형성할 수 있는 것이다. 상기 전극(120)은 양극 전극일 수 있으며, 음극 전극 일 수도 있는 것으로, 후술할 설명에서는 전극(120)으로 통일하여 설명한다. 여기서, 판 형상으로 이루어진 상기 전극(120)은 하나의 평면을 형성할 수 있는 것으로, 도 3(b)와 같이 상기 전극(120)이 형성하는 평면을 X-Y 평면으로 설명한다.
상기 전해액 유입부(130)는 X-Y 평면을 형성하는 상기 전극(120)에 대하여 Z축 방향으로 형성되는 것으로, 상기 전극(120)에 Z축 방향으로 전해액을 유입시킬 수 있는 것이다. 도 3(a) 및 도 3(b)를 참조하면, 상기 전해액 유입부(130)는 상기 전극(120) 내부에서 Z축 방향으로 형성되어 있으며, 이를 통해 상기 전극(120)의 상부 또는 하부에서 전해액을 공급할 수 있다.
여기서, 상기 전해액 유입부(130)는 평면을 형성하는 상기 전극(120)에 수직으로 형성되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 상기 전해액 유입부(130)는 평면을 형성하는 상기 전극(120)에 사선 방향으로 형성될 수도 있다. 즉, 상기 전해액 유입부(130)는 상기 전극(120)에 대하여 Z 축 방향으로 형성된다면 다양한 형상으로 형성될 수 있는 것이다. 또한, 상기 전해액 유입부(130)는 상기 전극(120)의 상부에 형성될 수도 있으며, 상기 전극(120)의 하부에 형성될 수도 있다.
이와 같이 상기 전해액 유입부(130)를 상기 전극(120)에 대하여 Z축 방향으로 형성하면, 전해액이 전극을 반드시 거쳐서 상기 전해액 배출부(140)를 배출될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 전극(120)에 대하여 Z 축 방향으로 형성되는 상기 전해액 유입부(130)는 유로 플레이트(150)를 통해 형성될 수 있다. 도 4를 참조하면, 상기 유로 플레이트(150)는 유로가 형성되어 있는 것으로, 상기 유로 플레이트(150)는 상기 전극(120)과 나란한 방향으로 배치될 수 있는 것이다. (여기서, 상기 전극(120)과 나란한 방향으로 배치되는 것은, 상기 전극(120)이 형성하는 평면과 나란한 것을 나타낸다.) 상기 유로 플레이트(150)는 상기 프레임(110)과 상기 전극(120) 사이에 배치될 수 있으며, 상기 전극(120)의 상부에 배치될 수도 있는 것이다.
구체적으로, 상기 유로 플레이트(150)는 이동 유로(151)와 유입 유로(152)를 포함하는 것으로, 상기 이동 유로(151)는 상기 전극(120)과 나란한 방향으로 연장되는 것이다. 상기 이동 유로(151)는 전지셀로 전해액을 이동시킬 수 있는 전해액 유로와 연통될 수 있는 것으로, 전해액 저장부에 저장되어 있는 전해액은 전해액 유로를 거쳐 상기 이동 유로(151)로 유입될 수 있다.
상기 유입 유로(152)는 상기 이동 유로(151)와 연통되면서 Z축 방향으로 연장되는 것으로, 상기 유입 유로(152)가 상기 전해액 유입부(130)와 연통된다. 전해액 유로를 거쳐 상기 이동 유로(151)로 유입된 전해액은 상기 유입 유로(152)로 이동되고, 상기 유입 유로(152)에서 이동된 전해액이 상기 전해액 유입부(130)로 이동되면서 전해액을 상기 전극(120)에 Z축 방향으로 공급할 수 있게 된다.
도 4에서는 상기 유로 플레이트(150)를 상기 전극(120)의 하부에 배치되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 유로 플레이트(150)는 상기 전극(120)의 상부에 배치될 수도 있다. 상기 유로 플레이트(150)가 상기 전극(120)의 하부에 배치되는 경우에는 상기 전해액 유입부(130)가 상기 전극(120)의 하부에 형성되며, 상기 유로 플레이트(150)가 상기 전극(120)의 상부에 배치되는 경우에는 상기 전해액 유입부(130)가 상기 전극(120)의 상부에 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 전극(120)에 대하여 Z 축 방향으로 형성되는 상기 전해액 유입부(130)는 상기 유로 플레이트(150)를 통해 형성되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 전극(120)에 대하여 Z 축 방향으로 상기 전해액 유입부(130)를 형성시킬 수 있다면 다양한 구성이 사용될 수 있음은 물론이다. 가령, 후술할 공극(162)이 형성되어 있는 분리판(160)이 사용될 수도 있다.
상기 전해액 배출부(140)는 상기 전해액 유입부(130)를 통해 유입된 전해액이 배출될 수 있는 것이다. 도 3(a) 및 도 3(b)을 참조하면, 상기 전해액 배출부(140)는 상기 전극(120) 외부에 형성될 수 있는 것으로, 상기 전해액 배출부(140)는 상기 프레임(110)에 형성될 수 있다. 상기 전해액 유입부(130)를 통해 상기 전극(120)으로 유입된 전해액은 반응이 진행된 이후에 상기 전해액 배출부(140)를 통해 배출될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 프레임(110)과 상기 전극(120)은 사각판 형상으로 이루어질 수 있다. 그러나 이와 같이 상기 프레임(110)과 상기 전극(120)이 사각판 형상으로 이루어지면, 운용 조건에 따라 전해액의 이동 경로가 달라 흐름이 불균일하게 이루어질 수 있다. (상기 전극(120)이 사각형으로 이루어지면, 상기 전극(120)의 중앙에서 변에 이르는 거리와 상기 전극(120)의 중앙에서 꼭짓점에 이르는 거리가 서로 다르기 때문에, 전해액의 이동 경로가 달라질 수 있다.)
이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 상기 프레임(110)과 상기 전극(120)은원판 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 도 5(a) 및 도 5(b)와 같이 상기 프레임(110)과 상기 전극(120)이 원판 형상으로 이루어지면, 전해액의 이동 거리가 방향과 무관하게 되므로, 전해액의 균일한 흐름을 유도할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 프레임(110)과 상기 전극(120)은 육각형 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 프레임(110)과 상기 전극(120)이 원판 형상으로 이루어진 경우, 상기 전극(120)이나 분리막 등을 제작할 때 재료 손실이 발생할 수 있고 이에 따라 가격이 상승할 수 있다.
이를 위해, 도 6(a) 및 도 6(b)와 같이 상기 프레임(110)과 상기 전극(120)은 육각형 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 프레임(110)과 상기 전극(120)이 육각형 형상으로 이루어지면, 전해액의 균일한 흐름을 유도할 수 있을 뿐만 아니라 재료 손실을 방지하여 가격을 절감할 수 있는 장점이 있다.
다만, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 프레임(110)과 상기 전극(120)은 원판 형상, 육각형 형상으로 한정되는 것은 아니며, 상기 프레임(110)과 상기 전극(120)은 원판 및 다각형 형상으로 이루어질 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조는 복수 개의 전극 셀 구조(100)가 적층되어 사용될 수 있다. 복수 개의 전극 셀 구조(100)가 적층될 때, 적층되는 전극 셀 구조(100) 사이에는 분리막, 분리판 등과 같이 레독스 흐름전지의 운용에 필요한 구성이 삽입될 수 있다.
또한, 적층되는 전극 셀 구조(100)는 양극 전극 셀 구조(100a)와 음극 전극 셀 구조(100b)가 번갈아가면서 적층될 수 있다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조는, 양극 전극 셀 구조(100a)가 배치되고, 그 하부에 음극 전극 셀 구조(100b)가 배치될 수 있다. (여기서 양극 전극 셀 구조(100a)와 음극 전극 셀 구조(100b) 사이에는 분리막이 배치될 수 있다.)
도 7과 같이 양극 전극 셀 구조(100a)와 음극 전극 셀 구조(100b)가 배치되는 경우, 양극 전해액 유입부(130a), 음극 전해액 유입부(130b)를 분리시킬 수도 있다. 양극 전해액 유입부(130a)는 양극 전극(120a)에만 전해액을 공급할 수 있도록 양극 전극(120a) 연결되고, 음극 전극(120b)은 그대로 관통할 수 있다. 동일하게, 음극 전해액 유입부(130b)는 양극 전극(120a)을 관통하도록 배치되고, 음극 전극(120b)에만 전해액을 공급할 수 있도록 음극 전극(120b)에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 프레임(110)에는 상기 프레임(110)을 Z 축 방향으로 관통하는 관통부(111)와 상기 전해액 배출부(140)가 형성될 수 있다. 도 8(a) 및 도 8(b)를 참조하면, 상기 전해액 배출부(140)는 상기 전극(120)의 외부에서 상기 프레임(110)에 형성될 수 있는데, 상기 전해액 배출부(140)는 복수 개가 형성될 수 있다.
상기 관통부(111)는 상기 프레임(110)을 Z축 방향으로 관통하는 것으로, X-Y 평면을 형성하는 상기 전극(120)에 대하여 Z축 방향으로, 상기 프레임(110)에 유로(구멍)가 형성된 것이다. 이와 같이 상기 프레임(110)에 상기 관통부(111)를 형성하면, 전지셀 내부에서 전해액 유로를 형성할 수 있게 된다.
종래의 레독스 흐름전지의 전해액 유로는 전극 셀 구조의 외부에 형성되어 있으나, 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조는 상기 프레임(110)에 상기 관통부(111)를 형성함에 따라 전지셀 구조 내부에 전해액 유로를 형성할 수 있게 된다. 이를 통해 전지셀의 부피를 감소시킬 수 있으며, 분로 전류를 최소화 시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 관통부(111)는 상기 프레임(110)에 복수 개가 형성될 수 있으며, 도 8(a)와 같이 상기 관통부(111)와 상기 전해액 배출부(140)는 상기 프레임(110)의 외측을 따라 번갈아가면서 형성될 수 있다. 이는 전극 셀 구조(100)가 적층될 때, 상기 관통부(111)와 상기 전해액 배출부(140)를 서로 연통시키면서 전지셀 내부에 전해액 유로를 형성하기 위함이다.
구체적으로, 도 8(b)를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조(100)는 복수 개가 적층되며, 이때, 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조(100)의 상기 전해액 배출부(140) 상부와 하부에는, 상기 관통부(111)가 배치되도록 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조(100)가 적층된다.
즉, 도 8(b)와 같이 한 개 층의 전극 셀 구조(100)에서 상기 전해액 배출부(140)가 배치되는 위치의 상부 층과 하부 층에는 상기 관통부(111)가 배치될 수 있도록 전극 셀 구조(100)가 적층되는 것이다. 이와 같이 전극 셀 구조(100)를 적층하면, 상기 관통부(111)-상기 전해액 배출부(140)-상기 관통부(111)-상기 전해액 배출부(140)가 전해액 유로를 형성하게 되고, 이를 통해 전지셀 내부에서 전해액 유로를 형성할 수 있게 된다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조는 다음과 같이 변형되어 사용될 수도 있다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 전극(120)과 나란하게 배치되며, 공극(162)이 형성되어 있는 분리판(160)을 통해 Z축 방향으로 형성되는 상기 전해액 유입부(130)를 형성할 수도 있다. 상기 분리판(160)은 한 쌍의 양극 전극과 음극 전극을 구분하기 위해 사용되는 것으로, 공극이 형성되어 있는 상기 분리판(160)을 통해 Z축 방향으로 전해액을 상기 전극(120)에 공급할 수 있다.
구체적으로, 도 10(a)를 참조하면, 상기 분리판(160)에는 상기 전극(120)과 나란하게 배치되는 수평 유로(161)가 형성될 수 있으며, 상기 수평 유로(161) 상부에 상기 공극(162)이 형성될 수 있다. 상기 공극(162)은 상기 수평 유로(161)와 연통되는 것으로, 상기 수평 유로(161)는 전해액 유로를 통해 전해액 저장부로부터 전해액을 공급받을 수 있는 것이다.
전해액 유로에서 상기 수평 유로(161)로 전해액이 공급되면, 상기 수평 유로(161)에 공급된 전해액이 상기 공극(162)을 통해 상기 전극(120)으로 이동하게 된다. 도 10(a)는 상기 공극(162)이 형성되어 있는 부분에서 상기 분리판(160)과 상기 전극(120)의 단면을 도시한 것이며, 도 10(b)는 상기 공극(162)이 형성되지 않는 부분에서 상기 분리판(160)과 상기 전극(120)의 단면을 도시한 것이다.
도 10(a) 및 도 10(b)와 같이 상기 공극(162)이 형성된 지점에서만 상기 전극(120)에 전해액이 공급되고, 상기 공극(162)이 형성되지 않는 지점에서는 상기 전극(120)으로 전해액이 공급되지 않게 된다. 따라서, 상기 분리판(160)의 상기 공극(162) 배치 간격 및 상기 공극(162) 크기를 조절하면, 상기 전극(120)에 공급되는 전해액의 양을 조절할 수 있게 된다.
즉, 상기 분리판(160)의 상기 공극(162) 배치 간격 및 상기 공극(162) 크기는 레독스 흐름전지의 운용 조건에 따라 변경할 수 있는 것으로, 상기 분리판(160)의 상기 공극(162) 배치 간격 및 상기 공극(162) 크기를 변경함에 따라 상기 전극(120)에 공급되는 전해액의 양을 조절할 수 있게 된다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조는 X-Y 평면을 형성하는 전극(120)에 대하여 Z축 방향으로 전해액 유입부(130)를 형성함에 따라 균일하게 전극(120)에 전해액을 공급할 수 있는 장점이 있다.
또한, X-Y 평면을 형성하는 전극(120)에 대하여 Z축 방향으로 전해액 유입부(130)를 형성함에 따라 전해액 유입부(130)를 통해 유입된 전해액이 전극(120)을 반드시 거치면서 배출될 수 있게 되고, 이를 통해 레독스 흐름전지의 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이와 함께, 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조는 프레임(110)에 관통부(111)를 형성하면서 복수 개의 전극 셀 구조(100)를 적층할 수 있으며, 복수 개의 전극 셀 구조(100)를 적층할 때, 전해액 배출부(140)와 관통부(111)를 연통시킴에 따라 전지셀 내부에서 전해액 유로를 형성할 수 있다. 이를 통해 전지셀의 부피를 감소시킬 수 있으며, 동시에 분로 전류를 최소화킬 수 있는 장점이 있다.
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.
100...레독스 흐름전지의 전극 셀 구조
110...프레임 111...관통부
120...전극 130...전해액 유입부
140...전해액 배출부 150...유로 플레이트
151...이동 유로 152...유입 유로
160...분리판 161...수평 유로
162...공극

Claims (9)

  1. 레독스 흐름전지에 사용되는 전극 셀 구조에 있어서,
    프레임;
    판 형상으로 이루어지며, X축과 Y축으로 이루어진 평면을 형성하는 전극;
    평면을 형성하는 상기 전극에 대하여 Z축 방향으로 형성되며, 상기 전극에 전해액을 유입시킬 수 있는 전해액 유입부; 및
    상기 전극에 유입된 전해액이 배출될 수 있는 전해액 배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전해액 유입부는 상기 전극 내부에 형성되며, 상기 전해액 배출부는 상기 전극 외부에 형성되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극과 나란하게 배치되며, 유로가 형성되어 있는 유로 플레이트를 더 포함하며,
    상기 유로 플레이트는 상기 전극과 나란한 방향으로 연장되는 이동 유로와, 상기 이동 유로와 연통되면서 Z 축 방향으로 연장되는 유입 유로를 포함하며,
    상기 전해액 유입부는 상기 유입 유로와 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극 및 상기 프레임은 원판 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극 및 상기 프레임은 다각형 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프레임에는, 상기 프레임을 Z 축 방향으로 관통하는 관통부와 상기 전해액 배출부가 형성되며,
    상기 관통부와 상기 전해액 배출부는 상기 프레임의 외측을 따라 번갈아가며 형성되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조는 복수 개가 적층되며,
    상기 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조의 상기 전해액 배출부 상부와 하부에는, 상기 관통부가 배치되도록 상기 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조가 적층되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전극과 나란하게 배치되며, 공극이 형성되어 있는 분리판을 더 포함하며,
    상기 전해액 유입부는 상기 공극과 연통되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조는,
    양극 전극을 구비한 양극 전극 셀 구조와 음극 전극을 구비한 음극 전극 셀 구조를 포함하면서 적층되고,
    상기 전해액 유입부는,
    양극 전극에만 전해액을 공급할 수 있도록 상기 양극 전극에 연결되고 음극 전극은 관통하는 양극 전해액 유입부와, 음극 전극에만 전해액을 공급할 수 있도록 상기 음극 전극에 연결되고 양극 전극은 관통하는 음극 전해액 유입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지의 전극 셀 구조.
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