WO2015009029A1 - 전해질용 관을 포함하는 레독스 흐름 전지용스택 - Google Patents

전해질용 관을 포함하는 레독스 흐름 전지용스택 Download PDF

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WO2015009029A1
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WO
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electrolyte
flow
passage
stack
tube
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PCT/KR2014/006392
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한창훈
한신
허지향
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주식회사 에이치투
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    • 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
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    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a stack of redox flow cells or fuel cells, and in particular, to include a separate electrolyte tube to facilitate assembly and alignment of the stack.
  • Redox flow battery is one of the core products closely related to renewable energy, greenhouse gas reduction, secondary battery, smart grid, etc., which has recently attracted the greatest attention in the world, and fuel cells are fossil-free without environmental pollutant emission.
  • fuel cells are fossil-free without environmental pollutant emission.
  • the product is rapidly expanding worldwide.
  • most of the energy is obtained from fossil fuels, but the use of such fossil fuels has serious adverse effects on the environment, such as air pollution, acid rain, and global warming, and has low energy efficiency.
  • Fuel cell has been developed a lot of technologies due to the environment-friendly and unlimited resource supply, fuel cell vehicles, generators, heating supply using the same has been developed and is being sold. However, it is still difficult to manufacture and difficult to assemble and maintain.
  • the general structure of the redox flow battery to which the present invention is applied is a stack (1) in which a cell in which an electrochemical reaction occurs is stacked (1), a tank (3) for storing an electrolyte, and a pump for supplying electrolyte from a tank to a stack ( It consists of 4).
  • FIG. 2 shows a simplified structure of the stack 1 to which the present invention is applied, and from the left side, an end plate 11-an insulating plate 12-a current plate 13-a separator plate 14-a gasket 15- Flow frame 16-electrode 17-gasket 15-ion exchange membrane 18-gasket 15-electrode 17-flow frame 16-gasket 15-separator 14-current
  • the plate 13-insulating plate 12-end plate 11 is shown, forming a unit cell from the separating plate 14 to the separating plate 14, and generally one stack stacks tens to hundreds of unit cells. It is done by
  • the term "plate” refers to a configuration such as an end plate 11, an insulating plate 12, a current plate 13, a separation plate 14, and a flow frame 16 constituting a plate-shaped stack 1.
  • the redox flow battery uses a fluid as an electrolyte, an electrochemical reactant, and flows into the stack to cause an electrochemical reaction. Therefore, each plate constituting the stack must have a flow hole of an electrolyte, which is an electrochemical reactant, and the electrolyte flowing inside the stack moves along the path formed by stacking holes of each plate. Is configured to.
  • the stack is compressed using a mechanism such as a press.
  • the electrode inside the cell is generally made of carbon felt material. The reason is to increase the reaction area of the electrode reacting with the electrolyte. Since the carbon felt material has a large reaction area of the electrode itself but a small contact area with the separator supplying electrons, the carbon felt material is compressed after stack stacking to increase the contact area, thereby increasing the contact area with the separator.
  • compressing the carbon felt electrode while maintaining the alignment of the stack where dozens or hundreds of plates are stacked is very time consuming to assemble and difficult to maintain alignment during compression after assembly.
  • Stacking using guide pins is the easiest and most common method. However, as the stack becomes larger and the number of stacked cells increases, assembly becomes inconvenient. In addition, a hole through which the guide pin can pass must be configured in each plate, and this unnecessary space has a disadvantage that the stack becomes bulky and difficult to assemble.
  • a fuel cell stack including a unit cell and a unit cell of a fuel cell stack disclosed in Korean Laid-Open Patent No. 1020120078393, a solid polymer fuel cell assembly disclosed in Korean Laid-open Patent 1020030081502, a fuel cell stack, and a method of supplying a reaction gas for a fuel cell
  • a method of supplying a reaction gas for a fuel cell Although it is shown that the plates are stacked, a solution to the problem in stacking the enlarged cells as described above is not presented.
  • the present invention provides a stack for a redox flow cell or fuel cell that maintains alignment of a stack in which tens to hundreds of plates are stacked, removes unnecessary space through which guide pins pass and improves airtightness inside the stack. .
  • the present invention relates to a stack 1 for a redox flow cell or fuel cell in which a plurality of plates having electrolyte passages through which electrolyte passes through are stacked and assembled, wherein the stack 1 includes a plurality of electrolytes inserted into the electrolyte passages.
  • It relates to a redox flow cell or a fuel cell stack comprising a portion inserted into the electrolyte passage (14a) and a portion inserted into the electrolyte passage (16a) of the flow frame (16).
  • each of the flow frame 16 is formed with an electrolyte passage 16c, and each of the plurality of electrolyte tubes 40 passes through the electrolyte passage 14a of the separator 14 to allow the electrolyte.
  • One end 40a of the conduit 40 may be in contact with the electrolyte channel 16c of the flow frame 16.
  • the flow path 16c for the electrolyte of the flow frame may be formed on the flow frame surface 16d not in contact with the ion exchange membrane 18.
  • the electrolyte pipe 40 has a portion of the outer peripheral portion 40c of the portion inserted into the electrolyte passage 16a of the flow frame 16 and the portion inserted into the electrolyte passage 14a of the separator plate 14.
  • the diameter of the outer periphery 40f can be made different.
  • the outer diameter of the electrolyte passage 14a formed in the separator 14 may be different from the outer diameter of the electrolyte passage 16a of the flow frame 16 into which the electrolyte tube 40 is inserted. .
  • the portion 40c inserted into the electrolyte passage 16a of the flow frame 16 of the electrolyte tube 40 may end in the same plane as the end surface of the flow frame 16. .
  • the electrolyte tube 40 may be integrally formed on any one of the plurality of plates.
  • a stage 16f is formed in the electrolyte passage 16a of the flow frame 16 into which a part of the electrolyte tube 40 is inserted, so that the end portion 40b of the electrolyte tube 40 is formed at the end thereof. It can be contacted with (16f).
  • the electrolyte tube 40 is inserted into the electrolyte passages of the plurality of plates to serve as a reference for aligning the plates constituting the unit cell, thereby facilitating alignment of the stack.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a redox flow battery to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a conventional redox flow battery stack.
  • FIG 3 is an assembly view of a redox flow battery using a conventional guide pin.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a unit cell of the redox flow battery stack of the present invention.
  • FIG. 5 is a bottom view of the stack with multiple cells of the present invention assembled
  • Figure 6 is a view of the assembled state of the plurality of cells of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a state in which a plurality of cells including a tube for an electrolyte of another embodiment of the present invention is assembled.
  • FIG. 8 is a three-dimensional perspective view of a tube for an electrolyte of another embodiment of the present invention.
  • Redox flow cell or fuel cell stack of the present invention is a structure that is repeatedly stacked
  • Figure 4 shows the configuration of a unit cell (unit cell) of the present invention.
  • the unit cell is composed of electrolyte tubes 40 and 2 from the left side-flow frame 16-electrode 17-gasket 15-ion exchange membrane 18-gasket 15-electrode 17-flow frame (16)-Gasket (15)-Separator (14)-Gasket (15)-Electrolyte tube (40, two) is shown.
  • FIG 5 shows a state in which an electrolyte tube according to the present invention is assembled into a plurality of cells.
  • the ion exchange membrane 18 is located between the flow frame 16 and the flow frame 16 to distinguish the electrolyte between the positive electrode and the negative electrode, and the oxidation / reduction reaction of the electrolyte is characterized by the hydrogen ion passing through and not passing through the electrolyte. Make it happen.
  • the electrolyte is supplied from the tank 3 to the electrolyte flow path 16c formed in the flow frame 16 through the electrolyte passages 14a, 15a, 16a formed in the plurality of plates, and then through the electrolyte flow path 16c. Supplied to (18) and subjected to oxidation / reduction reaction with the ion exchange membrane (18) interposed therebetween, and then sent to the tank (3) through electrolyte passages formed in a plurality of plates.
  • the electrolyte tube 40 shown in Figure 4 further includes to be inserted into the electrolyte passage formed in the plurality of plates, the electrolyte is to be supplied through the electrolyte tube 40.
  • the unit cell of the stack 1 is from the separation plate 14 to the separation plate 14, each of the electrolyte passage of the unit cell has one electrolyte tube 40 It is inserted.
  • the flow frame 16 is disposed on both sides of the ion exchange membrane 18, and as shown in FIG. 4, the flow passage 16c for the electrolyte is formed on the surface 16d not facing the ion exchange membrane 18 on each of the frames 16.
  • the electrolyte flow path 16c is not formed on the surface 16e facing the ion exchange membrane 18.
  • each of the plurality of electrolyte tubes 40 passes through the separation plate 14 and each one end 40a is in contact with the electrolyte flow passage 16c.
  • each of the plurality of electrolyte tubes 40 is inserted into the electrolyte passage 16a of the flow frame 16 in which the electrolyte flow path 16c is not formed, and the end of the electrolyte passage 16a has a stage ( 16f) is formed to be in contact with the surface of the end portion 40b of the electrolyte tube 40 to set the position of the electrolyte tube 40.
  • electrolyte tube 40 may be integrally molded into any one of the plurality of plates.
  • the electrolyte passing through the electrolyte tube 40 added to the present invention reaches the ion exchange membrane through the electrolyte flow path 16c of the flow frame 16 in contact with one end 40a of the electrolyte tube 40 and is oxidized. The reduction reaction takes place.
  • FIG. 6 shows a configuration in which an electrolyte tube 40 is inserted into an electrolyte passage in a stack in which a plurality of cells are stacked, and a flow flame 16 disposed on both sides with an ion exchange membrane 18 therebetween.
  • the electrolyte flow path 16c is formed on the opposite side 16d of the ion exchange membrane 18.
  • FIG. 6 shows a flow frame in which the electrolyte flow path 16c is formed, and portions 16G and 16H in which the electrolyte passages of the flow frame are formed correspond to the electrolyte passages in the left view, respectively.
  • the electrolyte tube 40 Since the electrolyte tube 40 is inserted into the electrolyte passages of the plurality of plates, the electrolyte tube 40 serves as a reference for aligning the frames constituting the unit cell, and the electrolyte tube does not pass through the integrated contact with the plurality of plates. It passes through 40 so that confidentiality can be maintained.
  • the electrolyte tube 40 is preferably a loose fit or an intermediate fit in the electrolyte passage of the plurality of plates to facilitate assembly.
  • FIGs. 40 Another embodiment of the electrolyte tube 40 of the present invention is shown in Figs.
  • the electrolyte tube 40 shown in FIGS. 7 and 8 has an outer circumference 40f fitted into the electrolyte passage 14a of the separator plate 14 and an outer circumference fitted with the electrolyte passage 16a of the flow frame 16 ( A stage 4d was formed between 40c) and the diameter was changed.
  • the diameters of the electrolyte passage 16a of the flow frame 16 and the electrolyte passage 14 of the separator plate 14 were also varied in accordance with the change in the diameter of the outer circumference of the electrolyte tube 40.
  • one end 40a of the electrolyte tube 40 is the same in that it is in contact with the electrolyte flow path 16c as in the electrolyte tube 40 of FIGS. 5 to 6, but the other end 40b is It was made to match with the end surface of the electrolyte pipe 16a of the flow frame 16.

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Abstract

본 발명은 전해질이 관통하여 지나가는 통로를 구비한 다수의 플레이트를 적층하여 조립하는 레독스 흐름전지 또는 연료 전지용 스택(1)에 있어서, 상기 스택(1)은 상기 전해질 통로에 끼워지는 다수의 전해질용 관(40); 이온 교환막(18); 및 상기 이온 교환막(18)의 양쪽에 배치되는 플로우 프레임(16)을 포함하며, 상기 플로우 프레임(16) 각각에는 전해질용 유로(16c)가 형성되고 상기 다수의 전해질용 관(40) 각각의 일측단부(40a)는 상기 전해질용 유로(16c)에 접하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지 또는 연료 전지용 스택에 관한 것이다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 04.08.2014]　전해질용 관을 포함하는 레독스 흐름 전지용스택
본 발명은 레독스 흐름 전지 또는 연료전지의 스택에 관한 것으로, 특히 별도의 전해질용 관을 포함하도록 하여 스택의 조립 및 정렬을 용이하게 하고자 하는 것이다.
레독스 흐름전지는 최근 전 세계적으로 가장 큰 관심을 불러일으키고 있는 신재생에너지, 온실가스 감축, 2차 전지, 스마트그리드 등과 긴밀하게 연관된 핵심 제품 중 하나이고, 연료전지는 환경오염 물질 배출이 없이 화석연료를 대체할 신에너지발전원으로써 전 세계적으로 급격한 시장의 확대가 진행중인 제품이다. 현재 대부분의 에너지를 화석 연료로부터 얻고 있으나, 이러한 화석 연료의 사용은 대기오염, 산성비 및 지구 온난화 같이 환경에 심각한 악영향을 미치고 있으며, 에너지 효율도 낮은 문제점이 있다.

이러한 화석 연료의 사용에 따른 문제점을 해결하기 위해 근래에는 신재생에너지 및 연료전지에 대한 관심이 급속도로 높아졌다. 이러한 신재생에너지에 대한 관심 및 연구는 국내뿐만 아니라 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다.

신재생에너지 시장의 경우 국내외적으로 성숙 단계에 접어들었다고는 하지만 재생에너지의 특성상 시간 및 날씨 등의 환경 영향에 따라 발생하는 에너지의 양이 크게 변화한다는 문제점이 있어, 이로 인해 신재생에너지 발전의 안정화를 위해 발생된 재생 에너지를 저장하는 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)의 보급이 매우 필요한 상황이며, 이러한 대용량 에너지 저장 시스템으로 주목받고 있는 것이 레독스 흐름전지이다.

연료전지는 친환경성 및 무제한적인 자원 공급량으로 인해 이미 많은 기술 개발이 진행되었고, 이를 이용한 연료전지 자동차, 발전기, 난방 공급기 등이 개발되어 판매 중에 있다. 하지만 아직까지 제작이 난해하고 조립 및 유지보수가 어렵다는 단점을 갖고 있다.

본 발명이 적용되는 레독스 흐름전지의 일반적인 구조는 도 1과 같이 전기화학 반응이 일어나는 셀을 적층한스택(1), 전해질을 보관하는 탱크(3) 및 탱크에서 스택으로 전해질을 공급하는 펌프(4)로 구성되어 있다.

도 2는 본 발명이 적용되는 스택(1)의 구조를 단순화하여 보여주고 있으며 좌측에서부터 엔드플레이트(11)-절연판(12)-전류 플레이트(13)-분리판(14)-가스켓(15)-플로우 프레임(16)-전극(17)-가스켓(15)-이온교환막(18)-가스켓(15)-전극(17)-플로우 프레임(16)-가스켓(15)-분리판(14)- 전류판(13)-절연판(12)-엔드 플레이트(11)를 도시하고 있고, 분리판(14) ~ 분리판(14)까지 단위 셀을 이루며 일반적으로 하나의 스택은 수십 ~ 수백 개의 단위 셀을 적층하여 이루어진다.

본원 발명에서 "플레이트"란 용어는 판 형상의 스택(1)을 이루는 앤드 플레이트(11), 절연판(12), 전류 플레이트(13), 분리판(14), 플로우 프레임(16)과 같은 구성을 지칭한다.

레독스 흐름전지 스택을 조립하기 위해서는 스택 구성품인 각각의 플레이트들의 정렬(alignment)이 잘 이루어져야 한다.

또한, 레독스 흐름전지는 전기화학 반응 물질인 전해질로 유체를 사용하고 이 유체가 스택 내부에 흘러 들어가서 전기화학반응을 일으킨다. 따라서 스택을 구성하는 각각의 플레이트에는 전기 화학반응 물질인 전해질의 이동통로(flow hole)가 구성되어 있어야 하며, 스택 내부에 흐르는 전해질은 각각의 플레이트의 홀(hole)이 적층되어 생긴 통로를 따라 이동하도록 구성된다.

정렬(alignment)이 정확히 이루어지지 않으면 상기 홀(hole) 사이의 축이 어긋나게 되고 이로 인해 전해질이 원활하게 흐르지 않게 된다.

또한, 스택의 플레이트들이 모두 적층된 후, 프레스와 같은 기구를 이용하여 스택을 압축한다. 셀 내부의 전극은 일반적으로 카본 펠트 재질을 사용한다. 그 이유는 전해질과 반응하는 전극의 반응 면적을 늘리기 위해서이다. 이러한 카본 펠트 재질은 전극 자체의 반응 면적은 넓지만 전자를 공급하는 분리판과의 접촉 면적이 작기 때문에 접촉 면적 증가를 위해 스택 적층 후 압축을 하여 분리판과의 접촉 면적을 증가시키는 것이다. 하지만 수 십~수 백 개의 플레이트가 적층되는 스택의 정렬(alignment)를 유지하며 카본 펠트 전극을 압축하는 것은 조립에 상당히 많은 시간이 소모되며 조립 후 압축시 정렬(alignment)을 유지하기 어렵다.

이러한 문제로 인하여 기존의 스택의 경우 일반적으로 도 3과 같이 가이드 핀(30)을 이용하여 정렬(alignment)을 맞추며 조립을 한다.

가이드 핀을 이용하여 적층하는 방법은 가장 쉽고 일반적인 방법이다. 하지만 스택이 대형화되고 적층되는 셀의 수가 많아질수록 조립이 불편해지는 단점이 있다. 또한 가이드 핀이 지나갈 수 있는 홀이 각각의 플레이트에 구성되어야 하고, 이러한 불필요한 공간에 의하여 스택의 부피가 커지고 조립이 어려운 단점을 지니게 된다.

국내 공개 특허 1020120078393에 공개된 연료 전지용 스택의 단위 셀 및 단위 셀을 포함하는 연료전지용 스택, 국내 공개 특허 1020030081502에 공개된 고체고분자형 연료전지 어셈블리, 연료전지스택 및 연료전지의 반응가스 공급방법에 다수의 플레이트가 적층되는 것이 도시되어 있으나, 위에서 설명한 것과 같이 대형화된 셀의 적층시 문제점에 대한 해결방안은 제시하고 있지 않다.
본 발명은 수 십~수 백 개의 플레이트가 적층되는 스택의 정렬(alignment)을 유지하며 가이드 핀이 지나가는 불필요한 공간을 제거하고 스택 내부의 기밀성을 향상시킨 레독스 흐름 전지 또는 연료 전지용 스택을 제공하고자 한다.
본 발명은 전해질이 관통하여 지나가는 전해질 통로를 구비한 다수의 플레이트를 적층하여 조립하는 레독스 흐름전지 또는 연료 전지용 스택(1)에 있어서, 상기 스택(1)은 상기 전해질 통로에 끼워지는 다수의 전해질용 관(40); 이온 교환막(18); 상기 이온 교환막(18)의 양쪽에 배치되는 플로우 프레임(16) 및 상기 플로우 프레임(16)에 인접하는 분리판(14)을 포함하며, 상기 전해질용 관(40) 각각은 상기 분리판(14)의 전해질 통로(14a)에 삽입되는 부분과 플로우 프레임(16)의 전해질 통로(16a)에 삽입되는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지 또는 연료 전지용 스택에 관한 것이다.

또한, 본 발명에서 상기 플로우 프레임(16) 각각에는 전해질용 유로(16c)가 형성되고 상기 다수의 전해질용 관(40) 각각은 상기 분리판(14)의 전해질 통로(14a)를 관통하여 상기 전해질용 관(40)의 한쪽 단부(40a)가 플로우 프레임(16)의 전해질용 유로(16c)에 접할 수 있다.

또한, 본 발명에서플로우 프레임의 전해질용 유로(16c)는 상기 이온교환막(18)과 접하지 않는 플로우프레임 면(16d)에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에서전해질용 관(40)은 플로우 프레임(16)의 전해질 통로(16a)에 삽입되는 부분의 외주(40c)와 상기 분리판(14)의 전해질 통로(14a)에 삽입되는 부분의 외주(40f)의 직경이 다르게 할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 분리판(14)에 형성된 전해질 통로(14a)의 외경은 상기 전해질용 관(40)이 삽입되는 플로우 프레임(16)의 전해질 통로(16a)의 외경과 상이하게 할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 전해질용 관(40)의 상기 플로우 프레임(16)의 전해질 통로(16a)에 삽입되는 부분(40c)은 상기 플로우 프레임(16)의 단부면과 동일한 평면으로 끝나게 할 수 있다.

또한, 본 발명에서상기 전해질용 관(40)은 상기 다수의 플레이트 중 어느 하나에 일체형으로 성형 가공되어 있을 수 있다.

또한, 본 발명에서, 전해질용 관(40)의 일부가 삽입되는 플로우 프레임(16)의 전해질 통로(16a)에는 단(16f)이 형성되어 있어, 상기 전해질용 관의 단부(40b)가 상기 단(16f)과 접할 수 있다.
본원 발명은 전해질용 관(40)이 다수의 플레이트의 전해질 통로에 삽입되도록 하여 단위 셀을 구성하는 플레이트의 정렬을 맞추는 기준으로 작용하여, 스택의 정렬 맞추는 것을 용이하게 하였다.

또한, 상기 전해질용 관(40)에 의해 정렬을 맞추므로 별도의 가이드 핀이 없게 되고 이로 인하여 불필요한 공간을 제거하였으며, 단위 셀 단위로 정렬을 맞출 수 있도록 하여 취급 및 조립을 용이하게 하였다.

또한, 다수의 플레이트에 직접 전해질 통로가 형성되지 않고 전해질용 관(40)에 의하여 전해질이 통과하므로 플레이트 사이에서 전해질이 누수되는 것을 방지할 수 있게 되었다.
도 1은 본 발명이 적용되는 레독스 흐름전지의 개략도이다.
도 2는 종래 레독스 흐름전지 스택의 분해 사시도이다.
도 3은 종래 가이드 핀을 이용한 레독스 흐름전지의 조립도이다.
도 4는 본 발명의 레독스 흐름 전지 스택의 단위 셀 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다수의 셀이 조립된 상태의 스택 하부쪽 도면이다.
도 6은 본 발명의 다수의 셀이 조립된 상태의 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예의 전해질용 관을 포함하는 다수의 셀이 조립된 상태의 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예의 전해질용 관의 입체 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 레독스 흐름전지 또는 연료전지용스택은 반복적으로 적층되는 구조로서 도 4는 본 발명의 단위 셀(unit cell)의 구성을 도시한다. 상기 단위 셀은 좌측부터 전해질용 관(40, 2개) - 플로우프레임(16) - 전극(17) - 가스켓(15) - 이온교환막(18) - 가스켓(15) - 전극(17) - 플로우프레임(16) - 가스켓(15) - 분리판(14)- 가스켓(15) -전해질용 관(40, 2개)을 도시하고 있다.

도 5은 본 발명에 의한 전해질 관이 다수의 셀에 조립된 상태를 보여준다.

이온교환막(18)은 플로우프레임(16)과 플로우프레임(16)사이에 위치하여 양극과 음극의 전해질을 구분하며, 수소 이온은 통과하고 전해질을 통과하지 못하는 특징을 통해 전해질의 산화/환원 반응이 일어날 수 있도록 한다.

전해질은 탱크(3)에서 다수의 플레이트에 형성된 전해질 통로(14a, 15a, 16a)를 통하여 플로우 프레임(16)에 형성된 전해질 유로(16c)까지 공급된 후, 상기 전해질 유로(16c)를 통해 이온 교환막(18)에 공급되어 상기 이온 교환막(18)을 사이에 두고 산화/환원 반응을 한 후, 다시 다수의 플레이트에 형성된 전해질 통로를 통하여 탱크(3)로 보내진다.

본 발명에서는, 도 4에 도시된 전해질용 관(40)을 추가로 포함하여 상기 다수의 플레이트에 형성된 전해질 통로에 삽입하고, 전해질은 전해질용 관(40)을 통하여 공급되도록 한 것이다.

본 발명에서는 도 5에 도시된 것과 같이, 스택(1)의 단위 셀은 분리판(14) ~ 분리판(14)까지 이며, 상기 단위셀의 전해질 통로 각각에는 하나의 전해질용 관(40)이 삽입되어 있다.

또한, 플로우 프레임(16)은 이온 교환막(18)의 양쪽에 배치되고, 도 4에서처럼 프레임(16) 각각에는 이온 교환막(18)을 향하지 않는 면(16d)에 전해질용 유로(16c)가 형성되어 있으며 이온 교환막(18)을 향하는 면(16e)에는 전해질 유로(16c)가 형성되어 있지 않다.

또한, 상기 다수의 전해질용 관(40) 각각은 분리판(14)을 관통하며 각각의 일측 단부(40a)는 상기 전해질용 유로(16c)에 접하게 된다.

다수의 전해질용 관(40) 각각의 나머지 단부(40b)는 전해질 유로(16c)가 형성되지 않은 플로우 프레임(16)의 전해질 통로(16a)에 삽입되어 있으며, 상기 전해질 통로(16a)에는 단(16f)이 형성되어 있어 상기 전해질용 관(40)의 단부(40b)의 면과 접하게 되어 전해질용 관(40)의 위치를 설정하게 된다.

또한, 상기 전해질 용 관(40)은 상기 다수의 플레이트 중 어느 하나에 일체형으로 성형 가공되어 있을 수 있다.

본 발명에 추가된 전해질용 관(40)을 통과하는 전해질은 상기 전해질용 관(40)의 한쪽 단부(40a)에 접하는 플로우 프레임(16)의 전해질 유로(16c)를 통해 이온 교환막에 도달되며 산화/환원 반응이 이루어지는 것이다.

도 6의 왼쪽 도면은 다수의 셀이 적층된 스택에서 전해질 통로에 전해질용 관(40)이 삽입된 구성을 보여주고 있으며, 이온 교환막(18)을 사이에 두고 양쪽에 배치되는 플로우플레임(16)에는 이온 교환막(18)의 반대측 면(16d)에 전해질용 유로(16c)가 형성되어 있다.

도 6의 오른쪽 도면은 전해질 유로(16c)가 형성된 플로우 프레임을 도시하고 있으며, 플로우 프레임의 전해질 통로가 형성되는 부분(16G, 16H)은 왼쪽 도면의 전해질 통로와 각각 대응된다.

상기 전해질용 관(40)은 다수의 플레이트의 전해질 통로에 삽입되므로 단위셀을 구성하는 프레임들의 정렬을 맞추는 기준으로서 작용하며, 전해질이 다수의 플레이트와 집적 접촉하여 통과하지 않고 별도의 전해질용 관(40)을 통해 통과하므로 기밀성을 유지할 수 있도록 하였다.

상기 전해질용 관(40)은 조립을 용이하게 하기 위해 바람직하게는 다수의 플레이트의 전해질 통로에 헐거운 끼워 맞춤 또는 중간 끼워 맞춤을 한다.

또한, 본 발명의 전해질용 관(40)의 또 다른 실시예는 도 7 내지 도 8에 도시되어 있다.

도 7 및 도 8에 도시된 전해질용 관(40)은 분리판(14)의 전해질 통로(14a)에 끼워지는 외주(40f)와 플로우 프레임(16)의 전해질 통로(16a)에 끼워지는 외주(40c)의 사이에 단(4d)이 형성되며 직경을 달리 하였다.

또한, 상기 전해질용 관(40)의 외주의 직경의 변화에 맞추어 플로우 프레임(16)의 전해질 통로(16a)와 분리판(14)의 전해질 통로(14)의 직경도 달리 하였다.

또한, 전해질용 관(40)의 한쪽 단부(40a)는 도 5 내지 도 6의 전해질용 관(40)과 같이 전해질 유로(16c)에 접하도록 하였다는 점에서는 동일하나, 나머지 단부(40b)는 플로우 프레임(16)의 전해질용 관(16a)의 단부면와 맞추어지도록 하였다.

Claims (8)

  1. 전해질 통로를 구비한 다수의 플레이트를 적층하여 조립하는 레독스 흐름 전지용 스택(1)에 있어서,
    상기 스택(1)은
    상기 전해질 통로에 끼워지는 다수의 전해질용 관(40);
    이온 교환막(18);
    상기 이온 교환막(18)의 양쪽에 배치되는 플로우 프레임(16) 및
    상기 플로우 프레임(16)에 인접하는 분리판(14)을 포함하며,
    상기 전해질용 관(40) 각각은 상기 분리판(14)의 전해질 통로(14a)에 삽입되는 부분과 플로우 프레임(16)의 전해질 통로(16a)에 삽입되는 부분을 포함하고, 전해질은 상기 다수의 전해질용 관(40)의 내부에서 흐르는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 스택.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플로우 프레임(16) 각각에는 전해질용 유로(16c)가 형성되고 상기 다수의 전해질용 관(40) 각각은 상기 분리판(14)의 전해질 통로(14a)를 관통하여 상기 전해질용 관(40)의 한쪽 단부(40a)가 플로우 프레임(16)의 전해질용 유로(16c)에 접하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 스택.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플로우 프레임의 전해질용 유로(16c)는 상기 이온교환막(18)과 접하지 않는 플로우프레임 면(16d)에 형성되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 스택.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해질용 관(40)은 플로우 프레임(16)의 전해질 통로(16a)에 삽입되는 부분의 외주(40c)와 상기 분리판(14)의 전해질 통로(14a)에 삽입되는 부분의 외주(40f)의 직경이 다른 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 스택.
  5. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리판(14)에 형성된 전해질 통로(14a)의 외경은 상기 전해질용 관(40)이 삽입되는 플로우 프레임(16)의 전해질 통로(16a)의 외경과 상이한 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 스택.
  6. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해질용 관(40)의 상기 플로우 프레임(16)의 전해질 통로(16a)에 삽입되는 부분(40c)은 상기 플로우 프레임(16)의 단부면과 동일한 평면으로 끝나는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 스택.
  7. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해질용 관(40)은 상기 다수의 플레이트 중 어느 하나에 일체형으로 성형가공되어 있는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 스택.
  8. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항 에 있어서,
    상기 전해질용 관(40)의 일부가 삽입되는 플로우 프레임(16)의 전해질 통로(16a)에는 단(16f)이 형성되어 있어, 상기 전해질용 관의 단부(40b)가 상기 단(16f)과 접하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지용 스택.
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