KR20210067009A - 레독스 흐름 전지 스택구조체 - Google Patents

레독스 흐름 전지 스택구조체 Download PDF

Info

Publication number
KR20210067009A
KR20210067009A KR1020190156155A KR20190156155A KR20210067009A KR 20210067009 A KR20210067009 A KR 20210067009A KR 1020190156155 A KR1020190156155 A KR 1020190156155A KR 20190156155 A KR20190156155 A KR 20190156155A KR 20210067009 A KR20210067009 A KR 20210067009A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
cover layer
stack structure
redox flow
flow battery
Prior art date
Application number
KR1020190156155A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102357657B1 (ko
Inventor
이병하
이지원
Original Assignee
남도금형(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 남도금형(주) filed Critical 남도금형(주)
Priority to KR1020190156155A priority Critical patent/KR102357657B1/ko
Publication of KR20210067009A publication Critical patent/KR20210067009A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102357657B1 publication Critical patent/KR102357657B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0241—Composites
    • H01M8/0245—Composites in the form of layered or coated products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0213—Gas-impermeable carbon-containing materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0221—Organic resins; Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0234—Carbonaceous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0239—Organic resins; Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2455—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with liquid, solid or electrolyte-charged reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2459—Comprising electrode layers with interposed electrolyte compartment with possible electrolyte supply or circulation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 레독스 흐름 전지 스택구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 그라파이트 벌크 형태의 분리판을 대체하여 카본 펠트와 열가소성 수지시트를 열압착 또는 열접합 방식으로 결합시켜 냉각후 분리시 변형되는 것을 방지하고, 강도가 저하되거나 강도가 취약한 부분을 보강할 수 있고, 분리판에 집전체 기능을 부가하여 집전체를 생략할 수 있는 레독스 흐름 전지 스택구조체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체는 분리판에 전력 인출을 위한 케이블의 연결이 가능한 접속부를 형성함으로써 전력 인출이 가능하고, 집전체를 생략할 수 있으며, 케이블이 연결되는 접속부 표면에 DLC 코팅된 보호레이어를 형성하여 접속부의 내마모성 및 마찰 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 분리판 내부에 보강을 위한 지지체를 삽입 및 매설하여 수지 시트와 카본 펠트를 열압착한 후 냉각 시에 분리판이 변형되거나 강도가 약해지거나 강도가 취약한 부분을 보강할 수 있고, 대면적으로 제조시에도 취급이 용이하고 변형이 없다.

Description

레독스 흐름 전지 스택구조체{Redox Flow Battery Stack Structure}
본 발명은 레독스 흐름 전지 스택구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 그라파이트 벌크 형태의 분리판을 대체하여 카본 펠트와 열가소성 수지시트를 열압착 또는 열접합 방식으로 결합시켜 냉각후 분리시 변형되는 것을 방지하고, 강도가 저하되거나 강도가 취약한 부분을 보강할 수 있고, 분리판에 집전체 기능을 부가하여 집전체를 생략할 수 있는 레독스 흐름 전지 스택구조체에 관한 것이다.
최근 지구 온난화의 주요 원인인 온실가스 배출을 억제하기 위한 방법으로 태양광 에너지나 풍력 에너지 같은 재생 에너지가 각광을 받고 있으며 이들의 실용화 보급을 위해 많은 연구가 진행되고 있다.
그러나, 재생 에너지는 입지 환경이나 자연 조건에 의해 크게 영향을 받는다. 더욱이, 재생 에너지는 출력 변동이 심하기 때문에 에너지를 연속적으로 고르게 공급할 수 없다는 단점이 있다.
따라서, 재생 에너지를 가정용이나 상업용으로 사용하기 위해서는 출력이 높을 때 에너지를 저장하고 출력이 낮을 때 저장된 에너지를 사용할 수 있는 시스템을 도입하여 사용하고 있다.
이러한 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)으로는 대용량 이차전지가 사용되는데, 일례로, 대규모 태양광 발전 및 풍력 발전 단지에는 대용량 이차전지 저장 시스템이 도입되고 있다. 상기 대용량의 전력저장을 위한 이차전지로는 납축전지, NaS 전지 그리고 레독스 흐름 전지 (RFB, redox flow battery) 등이 있다.
상기 납축전지는 다른 전지에 비해 상업적으로 널리 사용되고 있으나 낮은 효율 및 주기적인 교체로 인한 유지보수의 비용과 전지 교체시 발생하는 산업폐기물의 처리문제 등의 단점이 있다. NaS 전지의 경우 에너지 효율이 높은 것이 장점이나 300℃ 이상의 고온에서 작동하는 단점이 있다.
레독스 흐름 전지는 유지 보수비용이 적고 상온에서 작동가능하며 용량과 출력을 각기 독립적으로 설계할 수 있는 특징이 있기 때문에 최근 대용량 2차 전지로 많은 연구가 진행되고 있다.
종래 레독스 흐름 전지의 일반적인 스택 구조는 엔드플레이트, 절연판, 집전체, 분리판, 가스켓, 유로프레임, 전극, 가스켓, 멤브레인, 가스켓, 전극, 유로프레임, 가스켓, 분리판, 집전체, 절연판, 엔드플레이트로 구성되며, 분리판에서 다음 분리판까지 단위 셀을 이루며 일반적으로 하나의 스택은 수십 내지 수백 개의 단위셀을 적층하여 구성된다.
그러나, 종래의 레독스 흐름 전지는 집전을 위한 집전체 및 집전체 외측에 배치되는 절연판 및 엔드플레이트에 의해 스택의 두께가 증가하는 문제가 있다.
또한, 종래의 레독스 흐름 전지의 분리판은 전극과 수지시트를 넣어 열압착하여 제조되기 때문에 전극과 맞닿지 않는 부분의 수지시트까지 가열되어 냉각 과정에서 전극과 닿는 부분과 닿지 않는 부분의 경계에서 잔류 응력이 형성되어 지그를 분리했을 때 분리판이 변형되거나 강도가 약해지는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 10-2016-0035777 대한민국 공개특허 10-2016-0137861 대한민국 공개특허 10-2018-0105937
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 분리판에 전력 인출을 위한 전력선의 연결이 가능한 접속부를 형성함으로써 분리판 자체에 전력 인출 기능을 부가하고, 기존의 레독스 흐름 전지의 스택 구조에서 집전체, 절연판을 생략할 수 있는 레독스 흐름 전지 스택구조체를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 분리판의 내마모성 및 마찰 특성을 향상시킬 수 있는 레독스 흐름 전지 스택구조체를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전극과 전극 사이에 분리판 재료인 열가소성 수지 시트를 열압착 후 냉각 시에 분리판이 변형되거나 강도가 약해지는 문제를 개선할 수 있는 레독스 흐름 전지 스택구조체를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전극과 열가소성 수지 시트의 열압착 과정에서 열가소성 수지 시트의 강도가 취약해질 수 있는 부위에 보강구조물을 형성하여 분리판의 대면적화가 가능하고, 강도를 보강할 수 있는 레독스 흐름 전지 스택구조체를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 종래의 그라파이트 벌크 형태의 분리판을 대체하여 카본 펠트와 열가소성 수지 시트를 열압착 또는 열접합 방식으로 결합시킬 수 있는 레독스 흐름 전지 스택구조체를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체는 전해액의 이온교환을 위한 이온교환막과; 상기 이온교환막의 서로 대향되는 양면에 각각 배치되는 제1전극판 및 제2전극판과; 상기 제1전극판과 상기 제2전극판 외측에 각각 배치되는 제1분리판 및 제2분리판과; 상기 제1분리판과 상기 제2분리판 외측에 각각 배치되며 전해액이 흐를 수 있는 유로가 각각 형성된 제1유로프레임 및 제2유로프레임;을 구비하고, 상기 제1분리판 및 제2분리판 각각은 카본 펠트를 포함하여 형성되고 일 측에 유로프레임의 외측으로 노출되게 연장된 접속부가 형성된 본체와, 상기 접속부의 표면을 감싸도록 형성된 보호레이어를 구비하고, 상기 보호레이어는 다이아몬드 라이크 카본으로 코팅된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체의 상기 접속부 및 상기 보호레이어에는 전력 인출을 위한 케이블을 체결할 수 있도록 상기 접속부 및 상기 보호레이어를 두께 방향으로 관통하는 체결홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체의 상기 본체는 상기 카본 펠트로 형성된 메인레이어와, 상기 메인레이어의 일 면에 열압착되고 전도성 수지로 형성된 제1커버레이어와, 상기 메인레이어의 타 면에 열압착되고 열가소성 수지로 형성된 제2커버레이어와, 상기 제1커버레이어와 상기 제2커버레이어 사이의 상기 메인레이어 내부의 서로 이격된 위치에 각각 매설되고 상기 메인레이어의 두께방향 양측을 향하는 양단이 각각 상기 제1커버레이어와 상기 제2커버레이어에 고정되는 복수의 지지체를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체는 상기 제1유로프레임과 상기 제2유로프레임 외측에 각각 배치되는 제1집전판 및 제2집전판과; 상기 제1집전판과 상기 제2집전판 외측에 각각 배치되는 제1엔드플레이트 및 제2엔드플레이트;를 더 구비하고, 상기 제1분리판 및 제2분리판 각각은 카본 펠트로 형성되는 메인레이어와, 상기 메인레이어의 일 면에 열압착되고 전도성 수지로 형성된 제1커버레이어와, 상기 메인레이어의 타 면에 열압착되고 열가소성 수지로 형성된 제2커버레이어와, 상기 제1커버레이어와 상기 제2커버레이어 사이의 상기 메인레이어 내부의 서로 이격된 위치에 각각 매설되고 상기 메인레이어의 두께방향 양측을 향하는 양단이 각각 상기 제1커버레이어와 상기 제2커버레이어에 고정되는 복수의 지지체를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체의 상기 지지체는 폴리에틸렌으로 형성되고, 다각기둥 또는 원기둥 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체의 상기 지지체는 표면에 폴리에텔에텔 케톤으로 코팅된 코팅층이 더 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체의 상기 지지체는 상기 지지체의 양단 측의 코팅층이 각각 상기 제1커버레이어 및 상기 제2커버레이어 내측에 일정 깊이 인입되어 고정된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체는 분리판에 전력 인출을 위한 케이블의 연결이 가능한 접속부를 형성함으로써 전력 인출 기능을 가지며, 기존의 레독스 흐름 전지의 스택 구조에서 집전체를 생략할 수 있으며, 케이블이 연결되는 접속부 표면에 DLC 코팅된 보호레이어를 형성하여 접속부의 내마모성 및 마찰 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 분리판의 카본 펠트 내부에 보강을 위한 지지체를 삽입 및 매설하여 수지 시트와 카본 펠트를 열압착한 후 냉각 시에 분리판이 변형되거나 강도가 약해지거나 강도가 취약한 부분을 보강할 수 있고, 대면적으로 제조시에도 취급이 용이하고 변형이 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체의 분리 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체의 제1분리판을 나타낸 사시도.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체의 제1분리판 및 제2분리판의 본체 구조를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체의 분리 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체의 제1분리판 및 제2분리판의 본체 구조를 나타낸 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체가 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체는 전해액의 이온교환을 위한 이온교환막(300)과, 이온교환막(300)의 서로 대향되는 양면에 각각 배치되는 제1전극판(210) 및 제2전극판(220)과, 제1전극판(210)과 제2전극판(220) 외측에 각각 배치되는 제1분리판(110) 및 제2분리판(120)과, 제1분리판(110)과 제2분리판(120) 외측에 각각 배치되며 전해액이 흐를 수 있는 유로가 각각 형성된 제1유로프레임(410) 및 제2유로프레임(420)을 구비한다.
제1분리판(110) 및 제2분리판(120)은 기존의 레독스 흐름 전지의 스택 구조체에서 집전을 위한 집전체를 생략하고, 집전체의 기능을 분리판(1)에 부여한 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 제1분리판(110) 및 제2분리판(120) 각각은 본체(1A)와, 보호레이어(1C)를 구비한다.
본체(1A)는 카본 펠트를 포함하여 형성되고, 일 측에 유로프레임(4)의 외측으로 노출되게 연장된 접속부(1B)가 형성된다.
보호레이어(1C)는 유로프레임(4)의 외측으로 노출될 수 있도록 본체(1A)로부터 유로프레임(4)의 길이방향 일 측으로 더 연장된 접속부(1B)의 표면을 감싸도록 형성된다. 보호레이어(1C)는 다이아몬드 라이크 카본(DLC; Diamond like carbon)으로 코팅된다.
그리고, 본 발명에 따른 집전체 기능을 겸비한 레독스 흐름 전지용 분리판(1)의 접속부(1B) 및 보호레이어(1C)에는 전력 인출을 위한 케이블을 체결볼트를 통해 체결할 수 있도록 접속부(1B) 및 보호레이어(1C)를 두께 방향으로 관통하는 체결홀(1D)이 형성된다. 체결홀(1D)의 내주면에도 접속부(1B)에 형성된 보호레이어(1C)와 같은 코팅층이 형성될 수 있다.
한편, 제1분리판(110) 및 제2분리판(120) 각각의 본체(1A)는 도 3에 도시된 바와 같이 메인레이어(10)와, 제1커버레이어(20)와, 제2커버레이어(30)와, 지지체(40)를 포함하여 구성된다.
메인레이어(10)는 기존 그라파이트 벌크(bulk) 형태의 전극판을 대체하는 것으로서, 내부 공극이 형성된 카본 펠트로 형성되며, 일정 두께를 가지며 사각형으로 형성된다.
제1커버레이어(20)는 메인레이어(10)의 서로 대향되는 양면 중에서 일 면에 열에 의해 압착 또는 열에 의해 접합되는 것으로, 전도성 수지로 형성된다. 제1커버레이어(20)는 전도성 폴리에틸렌(PE)으로 형성될 수 있다.
제2커버레이어(30)는 메인레이어(10)의 서로 대향되는 양면 중에서 제1커버레이어(20)가 압착 또는 압착된 메인레이어(10)의 타 면에 열에 의해 압착 또는 열에 의해 접합되고, 열가소성 수지로 형성된다. 제2커버레이어(30)는 열가소성 폴리에틸렌(PE)으로 형성될 수 있다.
지지체(40)는 제1커버레이어(20)와 제2커버레이어(30) 사이의 메인레이어(10) 내부에 매설되며, 복수가 일정 간격 이격된 위치에 각각 매설된다. 지지체(40)는 메인레이어(10) 내부에 N×M 행렬 패턴 또는 지그재그 패턴으로 배열 및 매설된다.
지지체(40)는 폴리에틸렌(PE)으로 형성되고, 다각기둥 또는 원기둥 형태로 형성될 수 있으나, 본 실시 예에서는 원기둥 형태로 형성된 것을 적용하였다.
그리고, 지지체(40)는 표면에는 폴리에텔에텔 케톤(PEEK)으로 코팅된 코팅층(41)이 더 구비된다.
지지체(40)의 표면에 형성된 코팅층(41)을 이루는 폴리에텔에텔 케톤(PEEK)은 고온에서 전기절연성 유전율 및 체적고유저항 등 전기적 특성이 우수하고, 고온 및 고압 조건에서 물성 변화없이 사용 가능하며, 일반적 열가소성 수지 가공 장비를 사용하여 쉽게 가공 가능하고, 준결정성 수지로 매우 광범위한 무기 및 유기 화학물질에서 탁월한 안정성을 보장한다. 또한, 광범위한 조건 아래서 윤활성이 매우 뛰어나며 오일 및 그리스의 공급이 없는 상태에서도 자기윤활성이 우수하고, 내마모성 탁월한 장점이 있다. 또한, 사출성형, 압출성형 및 파우터 코팅이 가능하며 대량제품은 물론 다품종 소량 제품생산에도 매우 유리하다.
지지체(40)는 메인레이어(10)의 두께방향 양측을 향하는 길이방향 양측 단부 및 양측 단부의 코팅층(41)이 각각 제1커버레이어(20)와 제2커버레이어(30) 내측으로 일정 깊이 인입되어 열 융착 또는 열 압착 또는 열 접합되어 고정된다. 이와 다르게 지지체(40)의 길이방향 양측 단부가 각각 제1커버레이어(20)와 제2커버레이어(30)의 표면에 열 융착 또는 열 압착 또는 열 접합되어 고정될 수도 있다.
한편, 도면에 도시되어 있지 않지만, 지지체의 내부에는 길이방향을 따라 중공부가 형성될 수 있고, 이 중공부 내부에는 앞서 설명한 코팅층을 이루는 PEEK로 이루어진 충전재를 충전하여 코어부를 형성할 수 있으며, 이 경우, 지지체는 중공부에 충전되는 코어부에 의해 내구성 및 강도가 한층 더 향상될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체는 제1분리판(110) 및 제2분리판(120) 각각의 본체(1A)에 전력 인출을 위한 케이블의 연결이 가능한 접속부(1B)를 형성함으로써 기존 레독스 흐름 전지 구조에 있어서 집전체의 기능인 전력 인출 기능을 제분리판(110) 및 제2분리판(120)에 부여할 수 있으며, 기존의 레독스 흐름 전지의 스택 구조에서 집전체를 생략할 수 있고, 전력 인출용 케이블이 연결되는 접속부(1B) 표면에 DLC 코팅된 보호레이어(1C)를 형성하여 접속부의 내마모성 및 마찰 특성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5에는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체가 도시되어 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체는 전해액의 이온교환을 위한 이온교환막(300)과, 이온교환막(300)의 서로 대향되는 양면에 각각 배치되는 제1전극판(210) 및 제2전극판(220)과, 제1전극판(210)과 제2전극판(220) 외측에 각각 배치되는 제1분리판(110) 및 제2분리판(120)과, 제1분리판(110)과 제2분리판(120) 외측에 각각 배치되며 전해액이 흐를 수 있는 유로가 각각 형성된 제1유로프레임(410) 및 제2유로프레임(420)과, 제1유로프레임(410)과 제2유로프레임(420) 외측에 각각 배치되는 제1집전판(510) 및 제2집전판(520)과, 제1집전판(510)과 제2집전판(520) 외측에 각각 배치되는 제1엔드플레이트(610) 및 제2엔드플레이트(620)를 구비한다.
제1분리판(110) 및 제2분리판(120) 각각은 도 5에 도시된 바와 같이 메인레이어(10)와, 제1커버레이어(20)와,제2커버레이어(30)와, 복수의 지지체(40)를 구비한다.
메인레이어(10)는 기존 그라파이트 벌크 형태의 전극판을 대체하는 것으로서, 내부 공극이 형성된 카본 펠트로 형성되며, 일정 두께를 가지며 사각형으로 형성된다.
제1커버레이어(20)는 메인레이어(10)의 서로 대향되는 양면 중에서 일 면에 열에 의해 압착 또는 열에 의해 접합되는 것으로, 전도성 수지로 형성된다. 제1커버레이어(20)는 전도성 폴리에틸렌(PE)으로 형성될 수 있다.
제2커버레이어(30)는 메인레이어(10)의 서로 대향되는 양면 중에서 제1커버레이어(20)가 압착 또는 압착된 메인레이어(10)의 타 면에 열에 의해 압착 또는 열에 의해 접합되고, 열가소성 수지로 형성된다. 제2커버레이어(30)는 열가소성 폴리에틸렌(PE)으로 형성될 수 있다.
지지체(40)는 제1커버레이어(20)와 제2커버레이어(30) 사이의 메인레이어(10) 내부에 매설되며, 복수가 일정 간격 이격된 위치에 각각 매설된다. 지지체(40)는 메인레이어(10) 내부에 N×M 행렬 패턴 또는 지그재그 패턴으로 배열 및 매설된다.
지지체(40)는 폴리에틸렌(PE)으로 형성되고, 다각기둥 또는 원기둥 형태로 형성될 수 있으나, 본 실시 예에서는 원기둥 형태로 형성된 것을 적용하였다.
그리고, 지지체(40)는 표면에는 폴리에텔에텔 케톤(PEEK)으로 코팅된 코팅층(41)이 더 구비된다.
지지체(40)의 표면에 형성된 코팅층(41)을 이루는 폴리에텔에텔 케톤(PEEK)은 고온에서 전기절연성 유전율 및 체적고유저항 등 전기적 특성이 우수하고, 고온 및 고압 조건에서 물성 변화없이 사용 가능하며, 일반적 열가소성 수지 가공 장비를 사용하여 쉽게 가공 가능하고, 준결정성 수지로 매우 광범위한 무기 및 유기 화학물질에서 탁월한 안정성을 보장한다. 또한, 광범위한 조건 아래서 윤활성이 매우 뛰어나며 오일 및 그리스의 공급이 없는 상태에서도 자기윤활성이 우수하고, 내마모성 탁월한 장점이 있다. 또한, 사출성형, 압출성형 및 파우터 코팅이 가능하며 대량제품은 물론 다품종 소량 제품생산에도 매우 유리하다.
지지체(40)는 메인레이어(10)의 두께방향 양측을 향하는 길이방향 양측 단부 및 양측 단부의 코팅층(41)이 각각 제1커버레이어(20)와 제2커버레이어(30) 내측으로 일정 깊이 인입되어 열 융착 또는 열 압착 또는 열 접합되어 고정된다. 이와 다르게 지지체(40)의 길이방향 양측 단부가 각각 제1커버레이어(20)와 제2커버레이어(30)의 표면에 열 융착 또는 열 압착 또는 열 접합되어 고정될 수도 있다.
한편, 도면에 도시되어 있지 않지만, 지지체의 내부에는 길이방향을 따라 중공부가 형성될 수 있고, 이 중공부 내부에는 앞서 설명한 코팅층을 이루는 PEEK로 이루어진 충전재를 충전하여 코어부를 형성할 수 있으며, 이 경우, 지지체는 중공부에 충전되는 코어부에 의해 내구성 및 강도가 한층 더 향상될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체는 제1분리판(110) 및 제2분리판(120)이 열에 강한 PEEK 코팅층(41)을 구비하는 지지체(40)를 통해 메인레이어(10)에 제1커버레이어(20) 및 제2커버레이어(30)를 열압착 또는 열접합시 발생하는 열을 견뎌 메인레이어(10)가 일정 두께를 갖도록 메인레이어(10)를 보강함으로써 지지체(40)의 길이에 따라 다양한 두께 및 면적을 갖는 분리판을 제조할 수 있는 장점이 있다.
즉, 서로 다른 길이의 지지체(40)를 이용하여 서로 다른 두께의 분리판을 제조할 수 있고, 메인레이어(10)를 카본 펠트로 형성하더라도 메인레이어(10) 내부에 지지체(40)가 삽입 매설되므로 메인레이어(10)가 지지체(40)에 의해 보강되어 그 형태를 지속적으로 유지할 수 있으며, 이를 통해 분리판을 대면적으로 제조할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지 스택구조체는 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1A : 본체 1B : 접속부
1C : 보호레이어 1D : 체결홀
10 : 메인레이어 20 : 제1커버레이어
30 : 제2커버레이어 40 : 지지체
110 : 제1분리판 120 : 제2분리판
210 : 제1전극판 220 : 제2전극판
300 : 이온교환막 410 : 제1유로프레임
420 : 제2유로프레임 510 : 제1집전판
520 : 제2집전판 610 : 제1엔드플레이트
620 : 제2엔드플레이트

Claims (7)

  1. 전해액의 이온교환을 위한 이온교환막과;
    상기 이온교환막의 서로 대향되는 양면에 각각 배치되는 제1전극판 및 제2전극판과;
    상기 제1전극판과 상기 제2전극판 외측에 각각 배치되는 제1분리판 및 제2분리판과;
    상기 제1분리판과 상기 제2분리판 외측에 각각 배치되며 전해액이 흐를 수 있는 유로가 각각 형성된 제1유로프레임 및 제2유로프레임;을 구비하고,
    상기 제1분리판 및 제2분리판 각각은 카본 펠트를 포함하여 형성되고 일 측에 유로프레임의 외측으로 노출되게 연장된 접속부가 형성된 본체와, 상기 접속부의 표면을 감싸도록 형성된 보호레이어를 구비하고,
    상기 보호레이어는 다이아몬드 라이크 카본으로 코팅된 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 스택구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접속부 및 상기 보호레이어에는 전력 인출을 위한 케이블을 체결할 수 있도록 상기 접속부 및 상기 보호레이어를 두께 방향으로 관통하는 체결홀이 형성된 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 스택구조체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 본체는 상기 카본 펠트로 형성된 메인레이어와, 상기 메인레이어의 일 면에 열압착되고 전도성 수지로 형성된 제1커버레이어와, 상기 메인레이어의 타 면에 열압착되고 열가소성 수지로 형성된 제2커버레이어와, 상기 제1커버레이어와 상기 제2커버레이어 사이의 상기 메인레이어 내부의 서로 이격된 위치에 각각 매설되고 상기 메인레이어의 두께방향 양측을 향하는 양단이 각각 상기 제1커버레이어와 상기 제2커버레이어에 고정되는 복수의 지지체를 구비하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 스택구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1유로프레임과 상기 제2유로프레임 외측에 각각 배치되는 제1집전판 및 제2집전판과;
    상기 제1집전판과 상기 제2집전판 외측에 각각 배치되는 제1엔드플레이트 및 제2엔드플레이트;를 더 구비하고,
    상기 제1분리판 및 제2분리판 각각은 카본 펠트로 형성되는 메인레이어와, 상기 메인레이어의 일 면에 열압착되고 전도성 수지로 형성된 제1커버레이어와, 상기 메인레이어의 타 면에 열압착되고 열가소성 수지로 형성된 제2커버레이어와, 상기 제1커버레이어와 상기 제2커버레이어 사이의 상기 메인레이어 내부의 서로 이격된 위치에 각각 매설되고 상기 메인레이어의 두께방향 양측을 향하는 양단이 각각 상기 제1커버레이어와 상기 제2커버레이어에 고정되는 복수의 지지체를 구비하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 스택구조체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지지체는 폴리에틸렌으로 형성되고, 다각기둥 또는 원기둥 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 스택구조체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지체는 표면에 폴리에텔에텔 케톤으로 코팅된 코팅층이 더 구비된 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 스택구조체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 지지체는 상기 지지체의 양단 측의 코팅층이 각각 상기 제1커버레이어 및 상기 제2커버레이어 내측에 일정 깊이 인입되어 고정된 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 스택구조체.
KR1020190156155A 2019-11-28 2019-11-28 레독스 흐름 전지 스택구조체 KR102357657B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190156155A KR102357657B1 (ko) 2019-11-28 2019-11-28 레독스 흐름 전지 스택구조체

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190156155A KR102357657B1 (ko) 2019-11-28 2019-11-28 레독스 흐름 전지 스택구조체

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210067009A true KR20210067009A (ko) 2021-06-08
KR102357657B1 KR102357657B1 (ko) 2022-02-04

Family

ID=76399134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190156155A KR102357657B1 (ko) 2019-11-28 2019-11-28 레독스 흐름 전지 스택구조체

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102357657B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006351345A (ja) * 2005-06-15 2006-12-28 Sumitomo Electric Ind Ltd 電解液循環型電池のセル積層体
JP2012209265A (ja) * 2005-06-17 2012-10-25 Univ Of Yamanashi 燃料電池用金属セパレータ、製造方法及び燃料電池
KR20160035777A (ko) 2014-09-24 2016-04-01 (주)에너지와공조 금속 단자판 보호를 위한 구조를 갖는 레독스 흐름전지 스택
KR20160137861A (ko) 2015-05-22 2016-12-01 지엔에스티주식회사 레독스 흐름전지용 전극셀 및 이를 이용한 레독스 흐름전지
KR20180105937A (ko) 2017-03-16 2018-10-01 롯데케미칼 주식회사 레독스 흐름 전지

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006351345A (ja) * 2005-06-15 2006-12-28 Sumitomo Electric Ind Ltd 電解液循環型電池のセル積層体
JP2012209265A (ja) * 2005-06-17 2012-10-25 Univ Of Yamanashi 燃料電池用金属セパレータ、製造方法及び燃料電池
KR20160035777A (ko) 2014-09-24 2016-04-01 (주)에너지와공조 금속 단자판 보호를 위한 구조를 갖는 레독스 흐름전지 스택
KR20160137861A (ko) 2015-05-22 2016-12-01 지엔에스티주식회사 레독스 흐름전지용 전극셀 및 이를 이용한 레독스 흐름전지
KR20180105937A (ko) 2017-03-16 2018-10-01 롯데케미칼 주식회사 레독스 흐름 전지

Also Published As

Publication number Publication date
KR102357657B1 (ko) 2022-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102122722B (zh) 一种固体氧化物燃料电池堆
CN101606212A (zh) 能量存储器件
KR100776766B1 (ko) 상부 단자식 전지
KR20220154744A (ko) 배터리 어셈블리, 그 제조 방법 및 열 제어
KR102357657B1 (ko) 레독스 흐름 전지 스택구조체
JPH01294365A (ja) 燃料電池の冷却板構造
KR102357656B1 (ko) 집전체 기능을 겸비한 레독스 흐름 전지용 분리판 및 이의 제조방법
KR20140046774A (ko) 레독스 흐름전지용 분리판 및 상기 분리판을 포함한 레독스 흐름전지
KR101631909B1 (ko) 레독스 흐름 전지용 복합재료 분리판
KR101348967B1 (ko) 평관형 고체산화물 단위 셀, 이를 이용한 평관형 고체산화물 연료전지 및 평관형 고체산화물 수전해장치
KR100814780B1 (ko) 사이드 집전판을 가지는 전지
EP1459403A1 (en) Fuel cell stack with different anode and cathode separator plates
US12003004B2 (en) Thermal managing end plate for fuel cell stack assembly
KR20140046772A (ko) 레독스 흐름전지용 분리판 및 상기 분리판을 포함한 레독스 흐름전지
KR102490047B1 (ko) 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템
KR20210066649A (ko) 고분자수지를 이용한 레독스 흐름 전지용 분리판 및 이의 제조방법
US20210098800A1 (en) Fuel-cell unit cell
JP2018530144A (ja) 電池システム
KR102679350B1 (ko) 연료 전지 스택 어셈블리를 위한 열 관리 엔드 플레이트
KR102578790B1 (ko) 연료전지용 분리판과 그 제조방법 및 연료전지
KR101348968B1 (ko) 평관형 고체산화물 단위 셀용 음극, 평관형 고체산화물 단위 셀, 이의 제조 방법, 이를 이용한 평관형 고체산화물 연료전지 및 평관형 고체산화물 수전해장치
JP2004227860A (ja) ナトリウム−硫黄電池及びその小型積層電池
KR100745143B1 (ko) 전지용 극판 및 극판조립체
KR102072745B1 (ko) 나트륨 2차 전지
KR101551404B1 (ko) 나트륨 유황 전지 및 나트륨 유황 전지의 고체전해질 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant