WO2017007227A1 - 레독스 흐름 전지 - Google Patents

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WO2017007227A1
WO2017007227A1 PCT/KR2016/007296 KR2016007296W WO2017007227A1 WO 2017007227 A1 WO2017007227 A1 WO 2017007227A1 KR 2016007296 W KR2016007296 W KR 2016007296W WO 2017007227 A1 WO2017007227 A1 WO 2017007227A1
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electrolyte
cathode
module
anode
tank
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/007296
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English (en)
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정현진
김대식
최원석
김태언
정진교
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롯데케미칼 주식회사
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Filing date
Publication date
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    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04276—Arrangements for managing the electrolyte stream, e.g. heat exchange
    • 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
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a redox flow battery that generates electricity by supplying and discharging electrolyte stored in an electrolyte tank into an stack through an electrolyte pump.
  • zinc bromine redox flow cells are a type of flow cell that produce electricity through redox reactions between the electrolyte and the electrodes.
  • a redox flow battery is formed by repeatedly stacking a bipolar electrode and a membrane and sequentially stacking current collector plates and end caps on both sides of the outermost layer to supply electrolyte to supply electrolyte.
  • the electrolyte tank comprises an anode electrolyte tank containing an anode electrolyte containing zinc, a cathode electrolyte tank containing a cathode electrolyte containing bromine, and a two-phase phase of the cathode electrolyte. It includes a two-phase electrolyte tank containing a).
  • the anode electrolyte tank and the cathode electrolyte tank are connected to the first overflow pipe to supply insufficient electrolyte solution to each other.
  • the two-phase electrolyte tank separates the cathode electrolyte flowing out of the stack according to the difference in specific gravity, and accommodates aqueous bromine (aqueous Br) at the top and heavy complexing Br (QBr) at the bottom.
  • the cathode electrolyte tank and the two-phase electrolyte tank are connected to the second overflow tube to supply the upper aqueous bromine from the two-phase electrolyte tank to the cathode electrolyte tank.
  • the amount of mixed bromine is increased, and the amount of mixed bromine is decreased during discharge.
  • the stored heavy mixed bromine is used only at discharge.
  • the length ratio of the anode electrolyte pipe and the cathode electrolyte pipe and the frequency control of the electrolyte pump may vary the motor torque of the electrolyte pump.
  • the difference in motor torque during charging and discharging may vary the flow rate of the electrolyte depending on the viscosity of the electrolyte that varies during charging and discharging.
  • the difference in flow rate of the electrolyte reduces the reaction area of the electrode with the electrolyte and can reduce the discharge amount.
  • Flow rate instability of the electrolyte may degrade the long term performance of the redox flow battery.
  • One aspect of the present invention is to provide a redox flow cell that distributes the anode electrolyte containing zinc and the cathode electrolyte containing bromine evenly inside the unit stacks.
  • One aspect of the present invention is to provide a redox flow battery that controls the electrolyte pump so as to correspond to the length ratio and the length ratio of the electrolyte line to uniform the flow of the electrolyte.
  • Redox flow battery is a module formed by electrically connecting the unit modules including the unit stacks for generating a current to each other side, the electrolyte supply to the module and the module
  • An electrolyte tank for storing the electrolyte solution flowing out
  • an electrolyte inflow line for connecting the electrolyte tank and the module to introduce the electrolyte into the module by driving an electrolyte pump, and connecting the electrolyte tank and the module to connect the electrolyte solution from the module.
  • the outflow of the electrolyte solution, and the electric field pump for performing the rpm control and the frequency control of the electrolyte pump speed.
  • the electrolyte tank includes an anode electrolyte tank containing an anode electrolyte supplied between the membrane of the unit stack and an anode electrode by an anode electrolyte pump, and a cathode electrolyte supplied between the membrane and the cathode electrode of the unit stack by a cathode electrolyte pump. And a cathode electrolyte tank connected to the anode electrolyte tank by a first overflow tube, and a two phase of the cathode electrolyte flowing out between the membrane and the cathode electrode, the cathode electrolyte tank being contained in the cathode electrolyte tank. It may include a two-phase electrolyte tank connected to the two-flow tube, and connected to the communication tube and the lower portion of the cathode electrolyte tank.
  • the electrolyte inflow line includes an anode electrolyte inflow line connecting the anode electrolyte tank and the module, and a cathode electrolyte inflow line connecting the cathode electrolyte tank and the module, the length of the anode electrolyte inflow line and the cathode electrolyte
  • the length ratio of the inlet lines may be 1 to 1.5: 1.
  • the anode electrolyte pump is controlled at 2300-2700 rpm
  • the cathode electrolyte pump is controlled at 1800-2200 rpm
  • the anode electrolyte pump is controlled at 150-200 Hz
  • the cathode electrolyte pump is controlled at 100-150 Hz Can be.
  • the anode electrolyte inlet line and the cathode electrolyte inlet line may be connected to a height below the top of the unit module on the side of the module.
  • the motor torque of the electrolyte pump may be prevented from being changed.
  • the flow rate, hydraulic pressure, and flow rate of the electrolyte may be constantly controlled.
  • the reaction area of the anode and the cathode with the electrolyte may be increased, thereby increasing the amount of discharge (current). That is, the long-term performance of the redox flow battery may be improved by stabilizing the flow rate, hydraulic pressure, and flow rate of the electrolyte.
  • an embodiment of the present invention is to distribute the unit modules to the side of each other to electrically connect and connect the electrolyte inlet line to the height below the top of the unit module on the side of the module to distribute the electrolyte evenly inside the unit stacks Can be.
  • FIG. 1 is a block diagram of a redox flow battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a module and an electrolyte tank applied to FIG. 1.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a unit stack applied to FIG. 2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 3.
  • FIG. 6 is a block diagram of a redox flow battery according to a comparative example.
  • Figure 7 is a graph comparing the efficiency of the module according to the rpm control and the frequency and rpm control the speed of the electrolyte pump in a comparative example and an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a graph comparing the discharge amount (voltage) increase according to the rpm control and the frequency and rpm control the speed of the electrolyte pump in an embodiment of the present invention.
  • electrode plate 31 cathode electrode
  • unit stack 110 unit module
  • module 200 electrolyte tank
  • first and second overflow pipes 203 communication pipe
  • anode electrolyte tank 220 cathode electrolyte tank
  • C1, C2 unit cell CH1, CH2: first, second channel
  • H21, H31 electrolyte inlet H22, H32: electrolyte outlet
  • La1 Lc1 (anode, cathode) electrolyte inlet line
  • La2, Lc2 (anode, cathode) electrolyte spill line
  • FIG. 1 is a block diagram of a redox flow battery according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a perspective view showing a module and an electrolyte tank applied to FIG. 1 and 2
  • a redox flow battery according to an embodiment includes a module 120 for generating a current and an electrolyte tank for supplying electrolyte to the module 120 and storing electrolyte flowing out of the module 120. 200).
  • the module 120 includes a plurality of unit modules 110.
  • the module 120 is formed by arranging two unit modules 110 on the side of each other and electrically connecting them.
  • the unit module 110 is configured to generate a current in the circulation of the electrolyte, and, as an example, includes four unit stacks 100.
  • the electrolyte tank 200 includes an anode electrolyte tank 210 containing an anode electrolyte containing zinc, a cathode electrolyte tank 220 containing a cathode electrolyte containing bromine, and a cathode electrolyte two phases. It includes a two-phase electrolyte tank 230 for receiving.
  • the redox flow battery of the embodiment is connected to the electrolyte tank 200 and the module 120, the electrolyte inflow line (La1 Lc1) for introducing the electrolyte into the module 120 by the driving of the electrolyte pump (Pa, Pc),
  • the electrolyte tank 200 and the module 120 By connecting the electrolyte tank 200 and the module 120, the speed of the electrolyte solution outlet lines La2 and Lc2 and the electrolyte pumps Pa and Pc, which discharge the electrolyte solution from the module 120, is performed at the same time as the rpm control and the frequency control.
  • the electronic device 500 is included.
  • the electrolyte pumps Pa and Pc may be formed as motor pumps which are controlled by frequency and rpm control.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a unit stack applied to FIG. 2. 2 and 3, the anode electrolyte tank 210 supplies the anode electrolyte between the membrane 10 of the unit stack 100 and the anode electrode 32, and the membrane 10 and the anode electrode 32. The anode electrolyte which flows out between them is accommodated.
  • the cathode electrolyte tank 220 accommodates the cathode electrolyte supplied between the membrane 10 of the unit stack 100 and the cathode electrode 31, and is connected to the anode electrolyte tank 210 by a first overflow pipe 201. do.
  • the first overflow tube 201 allows the electrolyte of the anode and cathode electrolyte tanks 210 and 220 to be exchanged with each other.
  • the two-phase electrolyte tank 230 includes a cathode electrolyte (an aqueous solution containing two phases of an aqueous bromine and a medium mixed bromine) which flows out between the membrane 10 of the unit stack 100 and the cathode electrode 31. ) Is connected to the cathode electrolyte tank 220 by a second overflow tube 202. In addition, a lower portion of the two-phase electrolyte tank 230 and a lower portion of the cathode electrolyte tank 220 are connected to the communication tube 203.
  • a cathode electrolyte an aqueous solution containing two phases of an aqueous bromine and a medium mixed bromine
  • the two-phase electrolyte tank 230 separates the cathode electrolyte flowing out between the membrane 10 and the cathode electrode 31 into two phases according to specific gravity, that is, accommodates the mixed bromine on the lower side and the aqueous bromine on the upper side. To accept. Aqueous bromine is supplied to the cathode electrolyte tank 220 through the second overflow tube 202.
  • the second overflow tube 202 is supplied with the upper aqueous bromine to the cathode electrolyte tank 220.
  • the lower heavy mixed bromine may be supplied between the membrane 10 and the cathode electrode 31 in place of the cathode electrolyte of the cathode electrolyte tank 220 through the communication tube 203.
  • the electrolyte inflow lines La1 and Lc1 are the anode electrolyte inflow line La1 connecting the anode electrolyte tank 210 to the module 120, and at the time of discharge, the two-phase electrolyte tank 230 or at the time of filling, the cathode. It includes a cathode electrolyte inlet line (Lc1) connecting the electrolyte tank 220 to the module 120.
  • the electrolyte outflow lines La2 and Lc2 are the anode electrolyte outflow line La2 connecting the anode electrolyte tank 210 to the module 120, and the cathode electrolyte outflow connecting the two-phase electrolyte tank 230 to the module 120. Line Lc2.
  • the anode and cathode electrolyte inflow lines La1 and Lc1 are connected to the anode electrolyte tank 210 and the cathode electrolyte tank through the electrolyte inlets H21 and H31 of the unit stack 100 via the anode and cathode electrolyte pumps Pa and Pc. And 220 or two-phase electrolyte tank 230, respectively.
  • the anode and cathode electrolyte outlet lines La2 and Lc2 connect the anode electrolyte tank 210 and the two-phase electrolyte tank 230 to the electrolyte outlets H22 and H32 of the unit stack 100, respectively.
  • the anode electrolyte tank 210 contains an anode electrolyte containing zinc, and drives the anode electrolyte between the membrane 10 of the unit stack 100 and the anode electrode 32 by driving the anode electrolyte pump Pa. Circulate
  • the cathode electrolyte tank 220 or the two-phase electrolyte tank 230 may contain a cathode electrolyte containing bromine, and the membrane 10 and the cathode of the unit stack 100 may be driven by the cathode electrolyte pump Pc.
  • the cathode electrolyte is circulated between the electrodes 31.
  • the two-phase electrolyte tank 230 drives the cathode electrolyte flowing out between the membrane 10 of the unit stack 100 and the cathode electrode 31 by the driving of the cathode electrolyte pump Pc to the cathode electrolyte outlet line Lc2.
  • the mixture receives the mixed bromine on the lower side and the aqueous bromine on the upper side.
  • the cathode electrolyte inflow line Lc1 and the cathode electrolyte outflow line Lc2 selectively connect the cathode electrolyte tank 220 and the two-phase electrolyte tank 230 to the module 120 through the four-way valve 205.
  • the inflow and outflow of the cathode electrolyte to the module 120 may be selectively performed.
  • the communication pipe 203 is provided with an intermittent valve 206, and can drive the cathode electrolyte in the two-phase electrolyte tank 230 to the module 120 by driving the cathode electrolyte pump Pc during discharge. That is, when the intermittent valve 206 is closed during charging, the cathode electrolyte of the cathode electrolyte tank 220 is supplied to the cathode electrolyte inflow line Lc1, and when the intermittent valve 206 is opened during discharge, the two-phase electrolyte tank 230 is discharged. Cathode electrolyte is supplied to the cathode electrolyte inlet line (Lc1).
  • the unit stack 100 is electrically connected to other unit stacks 100 that are adjacent to each other through the bus bars B1 and B2.
  • the unit module 110 and the module 120 discharge current generated inside the unit stacks 100 through the busbars B1 and B2, or are connected to an external power source to connect the anode electrolyte tank 210 with the two.
  • the current may be charged in the phase electrolyte tank 230.
  • the unit stack 100 may be formed by stacking a plurality of unit cells C1 and C2.
  • this embodiment illustrates a unit stack 100 formed by stacking two unit cells C1 and C2.
  • the unit module 110 Since the unit stack 100 is stacked as shown in FIG. 2, the unit module 110 is formed. Since the unit modules 110 are disposed on the side of each other, the module 120 is formed. Therefore, as compared with the case in which the unit modules are disposed in the vertical direction (comparative example of FIG. 6), the flow and the internal pressure of the electrolyte for the unit stacks 100 of the module 120 may be uniform.
  • the uniformity of the flow of the electrolyte and the internal pressure increases the reaction area of the electrolyte, the cathode, and the anode electrodes 31 and 32, thereby increasing the amount of discharge (current). That is, module efficiency may be improved during charging and discharging. Module enhancement may improve the durability and long term cycle stability of the unit stacks 100.
  • electrolyte inlets H21 and H31 are provided in the left unit cell C1, and the electrolyte inlets H21 and H31 are respectively supplied through the anode and the cathode electrolyte pumps Pa and Pc.
  • the lines La1 and Lc1 are connected to the anode electrolyte tank 210 and the cathode electrolyte tank 220 or the two-phase electrolyte tank 230, respectively.
  • electrolyte unit outlets H22 and H32 are provided in the right side unit cell C2, and the electrolyte outlets H22 and H32 are anode and cathode electrolyte outlet lines La2 and Lc2, respectively, with the anode electrolyte tank 210 and the two-phase electrolyte solution. Respectively connected to the tank 230.
  • the electrolyte inlets H21 and H31 flow the electrolyte from the anode electrolyte tank 210 and the cathode electrolyte tank 220 or the two-phase electrolyte tank 230 into the left unit cell C1, respectively.
  • the electrolyte outlets H22 and H32 flow out the electrolyte flowing out from the right unit cell C2 to the anode electrolyte tank 210 and the two-phase electrolyte tank 230 via the unit stack 100, respectively.
  • the unit stack 100 includes a membrane 10, a spacer 20, an electrode plate 30, a flow frame (eg, a membrane flow frame 40, and an electrode flow frame 50). ), First and second collector plates 61 and 62 and first and second end caps 71 and 72.
  • the unit stack 100 includes two unit cells C1 and C2, one unit flow frame 50 may be provided at the center, and the unit stack 100 may be arranged in a symmetrical structure on both sides of the electrode flow frame 50.
  • the membrane 10 is configured to pass ions and is coupled to the membrane flow frame 40 at the center of the thickness direction of the membrane flow frame 40.
  • the electrode plate 30 is coupled to the electrode flow frame 50 at the center of the thickness direction of the electrode flow frame 50.
  • the first end cap 71, the membrane flow frame 40, the electrode flow frame 50, the membrane flow frame 40 and the second end cap 72 are disposed, and the membrane 10 and the electrode plate 30 are disposed.
  • the membrane flow frame 40, the electrode flow frame 50, and the first and second end caps 71 and 72 are joined to each other via the spacer 20 therebetween.
  • a unit stack 100 having a structure is formed.
  • the electrode plate 30 forms the anode electrode 32 on one side and the cathode electrode 31 on the other side at the portion where the two unit cells C1 and C2 are connected, thereby forming the two unit cells C1 and C2.
  • the carbon coating layer may be formed on the cathode electrode 31.
  • the membrane flow frame 40, the electrode flow frame 50, and the first and second end caps 71 and 72 are bonded to each other to establish an internal volume IV between the membrane 10 and the electrode plate 30.
  • first and second channel channels CH1 (see FIG. 4) and CH2 (see FIG. 5) for supplying an electrolyte solution to the internal volume IV.
  • the first and second flow channels CH1 and CH2 are configured to supply the electrolyte at uniform pressure and amount on both sides of the membrane 10, respectively.
  • the membrane flow frame 40, the electrode flow frame 50, and the first and second end caps 71 and 72 may be formed of an electrical insulating material including a synthetic resin component, and may be bonded by thermal fusion or vibration fusion.
  • the first flow channel CH1 connects the electrolyte inlet H21, the internal volume IV and the electrolyte outlet H22 to drive the membrane 10 and the anode electrode 32 by driving the anode electrolyte pump Pa.
  • the anode electrolyte is introduced into the internal volume IV set therebetween to allow the electrolyte to flow out after the reaction (see FIG. 4).
  • the second channel CH2 connects the electrolyte inlet H31, the internal volume IV and the electrolyte outlet H32, and drives the membrane 10 and the cathode electrode 31 by driving the cathode electrolyte pump Pc.
  • the cathode electrolyte is introduced into the internal volume IV set therebetween to allow the electrolyte to flow out after the reaction (see FIG. 5).
  • the anode electrolyte is redox-reacted at the anode electrode 32 side of the internal volume IV to generate a current and stored in the anode electrolyte tank 200.
  • the cathode electrolyte is redox-reacted at the cathode electrode 31 side of the internal volume IV to generate a current and stored in the two-phase electrolyte tank 230.
  • bromine included in the cathode electrolyte is produced and stored in the two-phase electrolyte tank 230. At this time, bromine is immediately mixed by tetraammonium ions in the cathode electrolyte to form a high density second phase which is immediately removed from the unit stack 100, such as the cathode electrolyte.
  • the aqueous bromine separated in the two-phase electrolyte tank 230 is overflowed to the cathode electrolyte tank 220 through the second overflow tube 202.
  • the anode electrolyte or the cathode electrolyte between the anode electrolyte tank 210 and the cathode electrolyte tank 220 may overflow each other through the first overflow pipe 201.
  • a reverse reaction of equation 1 occurs between the membrane 10 and the cathode electrode 31, and a reverse reaction of equation 2 occurs between the membrane 10 and the anode electrode 32.
  • the first and second current collector plates 61 and 62 collect current generated from the cathode electrode 31 and the anode electrode 32 or supply current to the cathode electrode 31 and the anode electrode 32 from the outside.
  • the outermost electrode plates 30 and 30 are bonded to and electrically connected to each other.
  • the first end cap 71 is integrally formed by receiving the first collector plate 61 to which the bus bar B1 is connected, and the electrode plate 30 connected to the first collector plate 61.
  • One side of the unit stack 100 is formed.
  • the first end cap 71 may be molded by insert injection by inserting the bus bar B1, the first current collector plate 61, and the electrode plate 30.
  • the second end cap 72 is integrally formed to accommodate the second collector plate 62 to which the bus bar B2 is connected, and the electrode plate 30 to be connected to the second collector plate 62. To form the outer side of the other side.
  • the second end cap 72 may be molded by insert injection by inserting the bus bar B2, the second current collector plate 62, and the electrode plate 30.
  • the first end cap 71 includes anode and cathode electrolyte inlets H21 and H31 at one side thereof, and is connected to the first and second channel CHs CH1 and CH2, respectively, to introduce the cathode electrolyte and the anode electrolyte.
  • the second end cap 72 has electrolyte outlets H22 and H32 on one side thereof, and is connected to the first and second channel channels CH1 and CH2 to respectively discharge the cathode electrolyte and the anode electrolyte.
  • the cathode electrolyte flowing out through the cathode electrolyte outflow line Lc2 and the four-way valve 205 flows into the two-phase electrolyte tank 230. Therefore, the mixed bromine mixed in the cathode electrolyte introduced into the two-phase electrolyte tank 230 is located below.
  • the overflow from the two-phase electrolyte tank 230 to the second overflow pipe 202 is an aqueous bromine located on the upper side, and the heavy mixed bromine located on the lower side does not overflow.
  • the intermittent valve 206 is closed to supply the cathode electrolyte from the cathode electrolyte tank 220 to the cathode electrolyte inflow line Lc1.
  • the two-phase electrolyte tank 230 accommodates the cathode electrolyte.
  • the cathode electrolyte is supplied from the cathode electrolyte tank 220 to the cathode electrolyte inflow line Lc1.
  • the intermittent valve 206 is opened to supply the cathode electrolyte including the mixed bromine to the cathode electrolyte inflow line Lc1.
  • the electrolyte inflow lines La1 and Lc1 are connected to a height below the top of the unit module 110 on the side of the module 120. That is, the electrolyte inflow lines La1 and Lc1 are not higher than the highest height of the unit module 110.
  • the anode electrolyte inflow line La1 and the cathode electrolyte inflow line Lc1 are connected to a height below the top of the unit module 110 on the side of the module 120. That is, since the unit modules 110 are disposed on the side of each other, the overall height of the module 120 is set to be the same as the height of the unit module 110.
  • the present embodiment arranges the unit modules 110 in a plane so that the unit module 110 and the unit stack 100 can be easily replaced.
  • the length in the height direction of the electrolyte inflow lines La1 and Lc1 is shortened, the heights of the electrolyte inflow lines La1 and Lc1 with respect to the unit modules 110 become uniform.
  • the electrolyte may be distributed evenly with respect to the unit modules 110, and the electrolyte may be injected evenly with respect to the unit stacks 100 in each unit module 110. That is, the resistance of the shunt current can be reduced.
  • the length of the height direction of the electrolyte inflow lines La1 and Lc1 is shortened, stability of the unit stacks 100 may be improved due to a decrease in internal pressure.
  • the internal resistance of the unit stacks 100 may be reduced, and zinc deposition (Zn-Deposition) may be evenly dissolved. Internal pressure can be reduced.
  • cathode electrolyte inlet line Lc1 and the cathode electrolyte outlet line Lc2, which connect the cathode electrolyte tank 220 and the two-phase electrolyte tank 230 to the module 120 via the four-way valve 205, are Both sides of the module 120 are connected to a height below the top of the unit module 110.
  • the driving speeds of the anode and cathode electrolyte pumps Pa and Pc may not be increased.
  • the pressure in the electrolyte inflow lines La1 and Lc1 and the module 120 may be reduced, and the risk of electrolyte leak may be lowered.
  • the redox flow battery of one embodiment further includes a frame 300 that houses the module 120, the electrolyte tank 200 and the electric field unit 500.
  • the frame 300 is configured to accommodate the electrolyte tank 200 at the bottom, to accommodate the module 120 at the top, and to have an electric component 500 at one side of the top.
  • the electrical component unit 500 includes a battery management system (BMS), which can control the motor speeds of the anode and cathode electrolyte pumps Pa and Pc in parallel with rpm control and frequency control with the BMS.
  • BMS battery management system
  • the motors of the anode and cathode electrolyte pumps Pa and Pc are BLDC motors and may be frequency measured by a hook-meter.
  • the BMS of the electric field part 500 controls the motor speed more accurately, the flow rate, hydraulic pressure, and flow rate of the electrolyte are accurately controlled even when the viscosity of the electrolyte is changed by the redox flow battery operation, so that the cathode and anode electrodes 31 and 32 are around.
  • the electrolyte solution can be supplied uniformly.
  • the length La of the anode electrolyte inflow line La1 is greater than or equal to the length Lc of the cathode electrolyte inflow line Lc1. That is, the BMS of the electric component 500 controls the motor speeds of the anode and cathode electrolyte pumps Pa and Pc by reflecting the length La and Lc ratios La and Lc.
  • the arrangement and length La (Lc) ratio La (Lc) of the module 120 increases the reaction area of the electrolyte solution, the cathode, and the anode electrodes 31, 32 to increase the discharge amount (current). Thus, module efficiency can be further improved.
  • the electric component 500 controls the speed of the anode electrolyte pump Pa at 2300-2700 rpm, and controls the speed of the cathode electrolyte pump Pc at 1800-2200 rpm, and determines the speed of the anode electrolyte pump Pa.
  • the speed is controlled to 150 to 200 Hz
  • the speed of the cathode electrolyte pump Pc is controlled to 100 to 150 Hz.
  • the rpm and the frequency Hz of the anode electrolyte pump Pa speed are the cathode electrolyte pump Pc. ) Higher than rpm and frequency (Hz).
  • the average module efficiency of the case of controlling the speed of the electrolyte pump (Pa, Pc) by controlling only the rpm and the frequency and the rpm is shown in Table 1 below.
  • the average efficiency of the 5-cycle module is 64.34% when controlling the same frequency and rpm as compared to 60.65% when controlling the speed of the anode and cathode electrolyte pumps (Pa, Pc) at only the same rpm. Was higher.
  • the redox flow battery of the comparative example has an anode electrolyte tank 82, a cathode electrolyte tank 83, and a two-phase electrolyte tank 84 at the lower side of the frame 81, and is stacked thereon.
  • the stack 85 is stacked in two stages, and the electrical component 86 is provided on the stack 85.
  • the anode pipe 821 connecting the anode electrolyte tank 82 and the stack 85 and the cathode pipes 831 and 832 connecting the cathode electrolyte tank 83 and the stack 85 are stacked in two stages 85.
  • the lengths L82 and L83 of the height range corresponding to the two-layer stack 85 are further included as compared with the exemplary embodiment.
  • the uniformity of electrolyte distribution to the stacks 85 is lowered, and the pipe at the supply side of the electrolyte solution ( As the lengths L82 and L83 of 821 and 831 (832) become longer, the stability of the stack may be lowered as compared to the exemplary embodiment due to an increase in internal pressure.
  • Table 2 shows that the average cycle efficiency of the 5 cycle average module was 59.72% compared to 58.56% when the speeds of the anode and cathode electrolyte pumps (Pa, Pc) of the comparative example were controlled at the same rpm only. Higher.
  • the average module is controlled by the speed of the anode, the cathode electrolyte pump (Pa, Pc) by the frequency and rpm, compared to the case of controlling only the rpm It can be seen that the efficiency is higher.
  • Figure 7 is a graph comparing the efficiency of the module according to the rpm control and the frequency and rpm control the speed of the electrolyte pump in a comparative example and an embodiment of the present invention.
  • the comparative example and one embodiment increase module efficiency when the frequency and rpm control are performed in parallel with the rpm control.
  • the comparative example Compared to the rpm control, the comparative example has a slight increase in module efficiency when the frequency and rpm control are performed in parallel. However, in one embodiment, the module efficiency is increased when the frequency and rpm control are performed in parallel with the rpm control. It can be seen that this is larger.
  • Figure 8 is a graph comparing the discharge amount (voltage) increase according to the rpm control and the frequency and rpm control the speed of the electrolyte pump in an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, it can be seen that one embodiment has a higher discharge amount (voltage) when the frequency and rpm control FR are performed in parallel with the rpm control R. FIG.
  • the comparative example and one embodiment show the module efficiency as shown in Table 3 and Table 4 when the speed and frequency control of the anode and cathode electrolyte pumps Pa and Pc are performed in parallel with the length ratio La: Lc of the electrolyte inflow line.
  • the optimum frequency and rpm control of the electrolyte pumps Pa and Pc are performed according to the ratio La: Lc of the lengths La and Lc, so that the torque of the electrolyte pumps Pa and Pc motors is constant. Therefore, even when the viscosity of the electrolyte varies during charging and discharging of the redox flow battery, the flow rate of the electrolyte can be controlled. This increases the reaction area of the electrode with the electrolyte, increases the discharge amount (current), and stabilizes the flow rate of the electrolyte.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지는, 전류를 생성하는 단위 스택들을 포함하는 단위 모듈들을 서로의 측면에 배치하여 전기적으로 연결하여 형성되는 모듈, 상기 모듈에 전해액을 공급하고 상기 모듈에서 유출되는 전해액을 저장하는 전해액 탱크, 상기 전해액 탱크와 상기 모듈을 연결하여 전해액 펌프의 구동으로 상기 전해액을 상기 모듈에 유입하는 전해액 유입라인, 상기 전해액 탱크와 상기 모듈을 연결하여 상기 전해액을 상기 모듈로부터 유출하는 전해액 유출라인, 및 상기 전해액 펌프 속도를 rpm 제어와 주파수 제어를 병행하는 전장부를 포함한다.

Description

레독스 흐름 전지
본 발명은 전해액 탱크에 저장된 전해액을 전해액 펌프를 통하여 스택 내부로 공급하고 배출하여 전기를 생산하는 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.
알려진 바에 따르면, 아연 브로민 레독스 흐름 전지는 흐름 전지의 일종으로써 전해액과 전극 사이에서 일어나는 산화 환원 반응으로 전기를 생산한다.
예를 들면, 레독스 흐름 전지는 바이폴라 전극판(bipolar electrode)과 멤브레인(membrane)을 반복적으로 적층하고, 적층된 최외곽의 양측에 집전판과 앤드 캡을 차례로 적층하여 형성되어 전해액이 공급되어 산화 환원 반응이 일어나는 스택, 스택에 전해액을 공급하는 펌프와 배관, 스택에서 내부 반응 후, 유출되는 전해액을 저장하는 전해액 탱크, 및 스택 내부에 전력을 일정하게 제어하는 전장부를 포함한다.
레독스 흐름 전지에서, 전해액 탱크는 아연을 포함하는 애노드 전해액(anolyte)을 수용하는 애노드 전해액 탱크, 브로민을 포함하는 캐소드 전해액(catholyte)을 수용하는 캐소드 전해액 탱크, 및 캐소드 전해액의 2상(phase)을 수용하는 2상 전해액 탱크를 포함한다. 애노드 전해액 탱크와 캐소드 전해액 탱크는 제1오버 플로우 관으로 연결되어 부족한 전해액을 서로 공급한다.
2상 전해액 탱크는 스택으로부터 유출되는 캐소드 전해액을 비중 차에 따라 분리하여, 상부에 수성 브로민(aqueous Br)과 하부에 중혼합 브로민(heavy complexing Br, QBr)을 수용한다. 캐소드 전해액 탱크와 2상 전해액 탱크는 제2오버 플로우 관으로 연결되어 상부 수성 브로민을 2상 전해액 탱크에서 캐소드 전해액 탱크로 공급한다. 충전시 2상 전해액 탱크에는 중혼합 브로민의 양이 증가하고, 방전시 중혼합 브로민의 양이 감소된다. 저장된 중혼합 브로민은 방전시에만 사용된다.
한편, 애노드 전해액 배관과 캐소드 전해액 배관의 길이 비율 및 전해액 펌프의 주파수 제어는 전해액 펌프의 모터 토크를 다르게 할 수 있다. 충전 및 방전시 모터 토크의 차이는 충전 및 방전시 달라지는 전해액의 점도에 따라 전해액의 유속을 다르게 할 수 있다.
전해액의 유속 차이는 전해액과의 전극의 반응 면적을 감소시키므로 방전량을 감소시킬 수 있다. 전해액의 유량 불안정은 레독스 흐름 전지의 장기적인 성능을 저하시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면은 아연을 포함하는 애노드 전해액과 브로민을 포함하는 캐소드 전해액을 단위 스택들의 내부에 균등하게 분배하는 레독스 흐름 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 전해액 라인의 길이 비율과 길이 비율에 상응하도록 전해액 펌프를 제어하여 전해액의 흐름을 균일하게 하는 레독스 흐름 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지는, 전류를 생성하는 단위 스택들을 포함하는 단위 모듈들을 서로의 측면에 배치하여 전기적으로 연결하여 형성되는 모듈, 상기 모듈에 전해액을 공급하고 상기 모듈에서 유출되는 전해액을 저장하는 전해액 탱크, 상기 전해액 탱크와 상기 모듈을 연결하여 전해액 펌프의 구동으로 상기 전해액을 상기 모듈에 유입하는 전해액 유입라인, 상기 전해액 탱크와 상기 모듈을 연결하여 상기 전해액을 상기 모듈로부터 유출하는 전해액 유출라인, 및 상기 전해액 펌프 속도를 rpm 제어와 주파수 제어를 병행하는 전장부를 포함한다.
상기 전해액 탱크는, 애노드 전해액 펌프로 상기 단위 스택의 멤브레인과 애노드 전극 사이에 공급하는 애노드 전해액을 수용하는 애노드 전해액 탱크, 캐소드 전해액 펌프로 상기 단위 스택의 상기 멤브레인과 캐소드 전극 사이에 공급하는 캐소드 전해액을 수용하며, 상기 애노드 전해액 탱크에 제1오버 플로우 관으로 연결되는 캐소드 전해액 탱크, 및 상기 멤브레인과 상기 캐소드 전극 사이에서 유출되는 상기 캐소드 전해액의 2상(phase)을 수용하며, 상기 캐소드 전해액 탱크에 제2오버 플로우 관으로 연결되고, 상기 캐소드 전해액 탱크의 하부와 연통관으로 연결되는 2상 전해액 탱크를 포함할 수 있다.
상기 전해액 유입라인은 상기 애노드 전해액 탱크와 상기 모듈을 연결하는 애노드 전해액 유입라인, 및 상기 캐소드 전해액 탱크와 상기 모듈을 연결하는 캐소드 전해액 유입라인을 포함하며, 상기 애노드 전해액 유입라인의 길이와 상기 캐소드 전해액 유입라인의 길이 비율은 1~1.5 : 1 일 수 있다.
상기 애노드 전해액 펌프는 2300~2700 rpm으로 제어되고, 상기 캐소드 전해액 펌프는 1800~2200 rpm으로 제어되며, 상기 애노드 전해액 펌프는 150~200 Hz로 제어되고, 상기 캐소드 전해액 펌프는 100~150 Hz로 제어될 수 있다.
상기 애노드 전해액 유입라인 및 상기 캐소드 전해액 유입라인은 상기 모듈의 측방에서 상기 단위 모듈의 최상부 이하의 높이에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 전해액 탱크와 모듈을 연결하는 전해액 유입라인에 구비되는 전해액 펌프를 전장부로 rpm 제어와 주파수 제어를 병행하므로 전해액 펌프의 모터 토크가 달라지는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 충전 및 방전시 전해액 펌프의 모터 토크가 일정하게 되므로 충전 및 방전시 전해액의 점도가 달라지는 경우에도 전해액의 유속, 유압 및 유량을 일정하게 제어할 수 있다.
전해액의 유속, 유압 및 유량이 일정하게 되므로 전해액과의 애노드, 캐소드 전극의 반응 면적이 증가되어 방전량(전류)이 증가될 수 있다. 즉 전해액의 유속, 유압 및 유량 안정으로 레독스 흐름 전지의 장기적인 성능이 향상될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예는 단위 모듈들을 서로의 측면에 배치하여 전기적으로 연결하고 전해액 유입라인을 모듈의 측방에서 단위 모듈의 최상부 이하의 높이에 연결하므로 전해액을 단위 스택들의 내부에 균등하게 분배할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 구성도이다.
도 2는 도 1에 적용되는 모듈과 전해액 탱크를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 적용되는 단위 스택의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면도이다.
도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ 선에 따른 단면도이다.
도 6은 비교예에 따른 레독스 흐름 전지의 구성도이다.
도 7은 비교예와 본 발명의 일 실시예에서 전해액 펌프의 속도를 rpm 제어와 주파수 및 rpm 제어에 따른 모듈 효율을 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 전해액 펌프의 속도를 rpm 제어와 주파수 및 rpm 제어에 따른 방전량(전압) 증가를 비교한 그래프이다.
- 부호의 설명 -
10: 멤브레인 20: 스페이서
30: 전극판 31: 캐소드 전극
32: 애노드 전극 40, 50: (멤브레인, 전극)흐름 프레임
61, 62: 제1, 제2집전판 71, 72: 제1, 제2앤드 캡
100: 단위 스택 110: 단위 모듈
120: 모듈 200: 전해액 탱크
201, 202: 제1, 제2오버 플로우 관 203: 연통관
205: 4방향 밸브 206: 단속 밸브
210: 애노드 전해액 탱크 220: 캐소드 전해액 탱크
230: 2상 전해액 탱크 300: 프레임
500: 전장부 B1, B2: 버스바
C1, C2: 단위 셀 CH1, CH2: 제1, 제2유로 채널
H21, H31: 전해액 유입구 H22, H32: 전해액 유출구
La1 Lc1: (애노드, 캐소드)전해액 유입라인
La2, Lc2: (애노드, 캐소드)전해액 유출라인
Pa, Pc: (애노드, 캐소드)전해액 펌프
La, Lc: 길이 IV: 내부 용적
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 구성도이고, 도 2는 도 1에 적용되는 모듈과 전해액 탱크를 도시한 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예의 레독스 흐름 전지는 전류를 발생시키는 모듈(120), 및 모듈(120)에 전해액을 공급하고 모듈(120)에서 유출되는 전해액을 저장하는 전해액 탱크(200)를 포함한다.
모듈(120)은 복수의 단위 모듈들(110)을 포함한다. 일례로써, 모듈(120)은 2개의 단위 모듈(110)을 서로의 측면에 배치하여 전기적으로 연결하여 형성된다. 단위 모듈(110)은 전해액의 순환으로 전류를 발생시키도록 구성되며, 일례로써, 각각 4개의 단위 스택들(100)을 포함한다.
예를 들면, 전해액 탱크(200)는 아연을 포함하는 애노드 전해액을 수용하는 애노드 전해액 탱크(210), 브로민을 포함하는 캐소드 전해액을 수용하는 캐소드 전해액 탱크(220), 및 캐소드 전해액의 2상을 수용하는 2상 전해액 탱크(230)를 포함한다.
또한, 일 실시예의 레독스 흐름 전지는 전해액 탱크(200)와 모듈(120)을 연결하여 전해액 펌프(Pa, Pc)의 구동으로 전해액을 모듈(120)에 유입하는 전해액 유입라인(La1 Lc1), 전해액 탱크(200)와 모듈(120)을 연결하여 전해액을 모듈(120)로부터 유출하는 전해액 유출라인(La2, Lc2), 및 전해액 펌프(Pa, Pc)의 속도를 rpm 제어와 주파수 제어를 병행하는 전장부(500)를 포함한다. 일례로써, 전해액 펌프(Pa, Pc)는 주파수 및 rpm 제어로 속도 조절되는 모터 펌프로 형성될 수 있다.
도 3은 도 2에 적용되는 단위 스택의 분해 사시도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 애노드 전해액 탱크(210)는 단위 스택(100)의 멤브레인(10)과 애노드 전극(32) 사이에 애노드 전해액을 공급하고, 멤브레인(10)과 애노드 전극(32) 사이를 경유하여 유출되는 애노드 전해액을 수용한다.
캐소드 전해액 탱크(220)는 단위 스택(100)의 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이에 공급하는 캐소드 전해액을 수용하며, 애노드 전해액 탱크(210)에 제1오버 플로우 관(201)으로 연결된다. 제1오버 플로우 관(201)는 애노드, 캐소드 전해액 탱크(210, 220)의 전해액을 서로 교환할 수 있게 한다.
2상 전해액 탱크(230)는 단위 스택(100)의 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이를 경유하여 유출되는 캐소드 전해액(수성 브로민과 중혼합 브로민의 2상(phase)을 포함하는 전해액)을 수용하며, 캐소드 전해액 탱크(220)에 제2오버 플로우 관(202)으로 연결된다. 또한 2상 전해액 탱크(230)의 하부와 캐소드 전해액 탱크(220)의 하부는 연통관(203)으로 연결된다.
2상 전해액 탱크(230)는 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이에서 유출되는 캐소드 전해액을 비중에 따라 2상으로 분리하여, 즉 하측에 중혼합 브로민을 수용하고, 상측에 수성 브로민을 수용한다. 수성 브로민은 제2오버 플로우 관(202)을 통하여 캐소드 전해액 탱크(220)로 공급된다.
즉 제2오버 플로우 관(202)은 상측 수성 브로민을 캐소드 전해액 탱크(220)로 공급된다. 방전시, 하측 중혼합 브로민은 연통관(203)을 통하여 캐소드 전해액 탱크(220)의 캐소드 전해액을 대신하여 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이로 공급될 수 있다.
이를 위하여, 전해액 유입라인(La1, Lc1)은 애노드 전해액 탱크(210)를 모듈(120)에 연결하는 애노드 전해액 유입라인(La1), 및 방전시, 2상 전해액 탱크(230) 또는 충전시, 캐소드 전해액 탱크(220)을 모듈(120)에 연결하는 캐소드 전해액 유입라인(Lc1)을 포함한다.
전해액 유출라인(La2, Lc2)은 모듈(120)에 애노드 전해액 탱크(210)를 연결하는 애노드 전해액 유출라인(La2), 및 모듈(120)에 2상 전해액 탱크(230)를 연결하는 캐소드 전해액 유출라인(Lc2)을 포함한다.
애노드, 캐소드 전해액 유입라인(La1, Lc1)은 애노드, 캐소드 전해액 펌프(Pa, Pc)를 개재하여, 단위 스택(100)의 전해액 유입구(H21, H31)를 애노드 전해액 탱크(210)와 캐소드 전해액 탱크(220) 또는 2상 전해액 탱크(230)에 각각 연결한다. 애노드, 캐소드 전해액 유출라인(La2, Lc2)은 단위 스택(100)의 전해액 유출구(H22, H32)에 애노드 전해액 탱크(210)와 2상 전해액 탱크(230)를 각각 연결한다.
애노드 전해액 탱크(210)는 아연을 포함하는 애노드 전해액(anolyte)을 내장하며, 애노드 전해액 펌프(Pa)의 구동으로 단위 스택(100)의 멤브레인(10)과 애노드 전극(32) 사이에 애노드 전해액을 순환시킨다.
캐소드 전해액 탱크(220) 또는 2상 전해액 탱크(230)는 브로민을 포함하는 캐소드 전해액(catholyte)을 내장하며, 캐소드 전해액 펌프(Pc)의 구동으로 단위 스택(100)의 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이에 캐소드 전해액을 순환시킨다.
또한, 2상 전해액 탱크(230)는 캐소드 전해액 펌프(Pc)의 구동으로 단위 스택(100)의 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이에서 유출되는 캐소드 전해액을 캐소드 전해액 유출라인(Lc2)으로 공급 받아서 비중 차에 따라 하측에 중혼합 브로민을 수용하고, 상측에 수성 브로민을 수용한다.
한편, 캐소드 전해액 유입라인(Lc1) 및 캐소드 전해액 유출라인(Lc2)은 4방향 밸브(205)를 개재하여, 캐소드 전해액 탱크(220) 및 2상 전해액 탱크(230)을 선택적으로 모듈(120)에 연결하므로 모듈(120)에 대한 캐소드 전해액의 유입과 유출 작동을 선택적으로 수행할 수 있다.
연통관(203)에는 단속 밸브(206)가 구비되어, 방전시 캐소드 전해액 펌프(Pc) 구동으로, 2상 전해액 탱크(230)의 캐소드 전해액을 모듈(120)에 공급할 수 있다. 즉 충전시 단속 밸브(206)가 폐쇄되면, 캐소드 전해액 탱크(220)의 캐소드 전해액이 캐소드 전해액 유입라인(Lc1)으로 공급되고, 방전시 단속 밸브(206)가 개방되면, 2상 전해액 탱크(230)의 캐소드 전해액이 캐소드 전해액 유입라인(Lc1)으로 공급된다.
또한, 단위 스택(100)은 버스바(B1, B2)를 통하여 이웃하는 다른 단위 스택(100)과 전기적으로 연결된다. 단위 모듈(110) 및 모듈(120)은 버스바(B1, B2)를 통하여 단위 스택들(100)의 내부에서 생성된 전류를 방전하거나, 외부의 전원에 연결되어 애노드 전해액 탱크(210)와 2상 전해액 탱크(230)에 전류를 충전할 수 있다.
예를 들면, 단위 스택(100)은 단위 셀들(C1, C2)을 복수로 적층하여 형성될 수 있다. 편의상, 본 실시예는 2개의 단위 셀들(C1, C2)을 적층하여 형성된 단위 스택(100)을 예시한다.
단위 스택(100)을 도 2에 도시된 바와 같이 적층하므로 단위 모듈(110)이 형성된다. 단위 모듈들(110)을 서로의 측면에 배치하므로 모듈(120)이 형성된다. 따라서 단위 모듈들이 상하 방향으로 배치되는 경우(도 6의 비교예)에 비하여, 모듈(120)의 단위 스택들(100)에 대한 전해액의 흐름 및 내부 압력이 균일하게 될 수 있다.
전해액의 흐름 및 내부 압력의 균일성은 전해액과 캐소드, 애노드 전극(31, 32)의 반응 면적을 증가시키므로 방전량(전류)을 증가시킬 수 있다. 즉 충전 및 방전시 모듈 효율이 향상될 수 있다. 모듈 향상은 단위 스택들(100)의 내구성 및 장기 사이클 안정성을 향상시킬 수 있다.
단위 스택(100)에서 좌측 단위 셀(C1)에 전해액 유입구(H21, H31)가 구비되고, 전해액 유입구(H21, H31)는 애노드, 캐소드 전해액 펌프(Pa, Pc)를 개재하여 애노드, 캐소드 전해액 유입라인(La1, Lc1)으로 애노드 전해액 탱크(210)와 캐소드 전해액 탱크(220) 또는 2상 전해액 탱크(230)에 각각 연결된다.
또한, 우측 단위 셀(C2)에 전해액 유출구(H22, H32)가 구비되고, 전해액 유출구(H22, H32)는 애노드, 캐소드 전해액 유출라인(La2, Lc2)으로 애노드 전해액 탱크(210)와 2상 전해액 탱크(230)에 각각 연결된다.
전해액 유입구(H21, H31)는 애노드 전해액 탱크(210)와 캐소드 전해액 탱크(220) 또는 2상 전해액 탱크(230)의 전해액을 좌측 단위 셀(C1)로 각각 유입한다. 전해액 유출구(H22, H32)는 단위 스택(100)을 경유하여, 우측 단위 셀(C2)로부터 유출되는 전해액을 애노드 전해액 탱크(210)와 2상 전해액 탱크(230)로 각각 유출한다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면도이고, 도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ 선에 따른 단면도이다. 도 3 내지 도 5를 참조하면, 단위 스택(100)은 멤브레인(10), 스페이서(20), 전극판(30), 흐름 프레임(예를 들면, 멤브레인 흐름 프레임(40), 전극 흐름 프레임(50)), 제1, 제2집전판(61, 62) 및 제1, 제2앤드 캡(71, 72)을 포함한다.
일례로써, 단위 스택(100)은 2개의 단위 셀(C1, C2)을 구비하므로 1개의 전극 흐름 프레임(50)을 중앙에 구비하고, 전극 흐름 프레임(50)의 양측에 좌우 대칭 구조로 배치되는 2개의 멤브레인 흐름 프레임(40), 및 멤브레인 흐름 프레임(40)의 외곽에 각각 배치되는 2개의 제1, 제2앤드 캡(71, 72)을 포함한다.
멤브레인(10)은 이온을 통과시키도록 구성되고, 멤브레인 흐름 프레임(40)에 멤브레인 흐름 프레임(40)의 두께 방향 중심에 결합된다. 전극판(30)은 전극 흐름 프레임(50)에 전극 흐름 프레임(50)의 두께 방향 중심에 결합된다.
제1앤드 캡(71), 멤브레인 흐름 프레임(40), 전극 흐름 프레임(50), 멤브레인 흐름 프레임(40) 및 제2앤드 캡(72)을 배치하고, 멤브레인(10)과 전극판(30) 사이에 각각 스페이서(20)를 개재하여 멤브레인 흐름 프레임(40), 전극 흐름 프레임(50) 및 제1, 제2앤드 캡(71, 72)을 서로 접합함으로써, 2개의 단위 셀(C1, C2)을 구비한 단위 스택(100)이 형성된다.
전극판(30)은 2개의 단위 셀(C1, C2)이 연결되는 부분에서는 일측으로 애노드 전극(32)을 형성하고 다른 측으로 캐소드 전극(31)을 형성하여, 2개의 단위 셀(C1, C2)을 직렬로 연결하는 바이폴라 전극을 형성한다. 캐소드 전극(31)에는 카본 코팅층이 형성될 수 있다.
멤브레인 흐름 프레임(40), 전극 흐름 프레임(50) 및 제1, 제2앤드 캡(71, 72)은 서로 접착되어 멤브레인(10)과 전극판(30) 사이에 내부 용적(IV)을 설정하며, 내부 용적(IV)에 전해액을 공급하는 제1, 제2유로 채널(CH1(도 4 참조), CH2(도 5 참조))을 구비한다. 제1, 제2유로 채널(CH1, CH2)은 멤브레인(10)의 양면에서 각각 균일한 압력과 양으로 전해액을 공급하도록 구성된다.
멤브레인 흐름 프레임(40), 전극 흐름 프레임(50) 및 제1, 제2앤드 캡(71, 72)은 합성수지 성분을 포함하는 전기 절연재로 형성되어, 열융착 또는 진동 융착으로 접착될 수 있다.
제1유로 채널(CH1)은 전해액 유입구(H21), 내부 용적(IV) 및 전해액 유출구(H22)를 연결하여, 애노드 전해액 펌프(Pa)의 구동에 의하여, 멤브레인(10)과 애노드 전극(32) 사이에 설정되는 내부 용적(IV)으로 애노드 전해액을 유입하여 반응 후, 유출 가능하게 한다(도 4 참조).
제2유로 채널(CH2)은 전해액 유입구(H31), 내부 용적(IV) 및 전해액 유출구(H32)를 연결하여, 캐소드 전해액 펌프(Pc)의 구동에 의하여, 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이에 설정되는 내부 용적(IV)으로 캐소드 전해액을 유입하여 반응 후, 유출 가능하게 한다(도 5 참조).
애노드 전해액은 내부 용적(IV)의 애노드 전극(32) 측에서 산화환원 반응하여 전류를 생성하여 애노드 전해액 탱크(200)에 저장된다. 캐소드 전해액은 내부 용적(IV)의 캐소드 전극(31) 측에서 산화환원 반응하여 전류를 생성하여 2상 전해액 탱크(230)에 저장된다.
충전시, 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이에서,
2Br- → 2Br＋2e- (식 1)
와 같은 화학 반응이 일어나서, 캐소드 전해액에 포함된 브로민이 생산되어 2상 전해액 탱크(230)에 저장된다. 이때, 브로민은 캐소드 전해액과 같이 단위 스택(100)으로부터 즉시 제거되는 고밀도 제2상을 형성하도록 캐소드 전해액 안에서 사암모늄 이온에 의하여 즉시 혼합된다. 2상 전해액 탱크(230)에서 분리된 수성 브로민은 제2오버 플로우 관(202)을 통하여, 캐소드 전해액 탱크(220)로 오버 플로우 된다.
충전시, 멤브레인(10)과 애노드 전극(32) 사이에서,
Zn2 ＋＋2e- → Zn (식 2)
와 같은 화학 반응이 일어나서, 애노드 전해액에 포함된 아연이 애노드 전극(32)에 증착되어 저장된다. 이때, 애노드 전해액 탱크(210)와 캐소드 전해액 탱크(220) 사이에서 애노드 전해액 또는 캐소드 전해액은 제1오버 플로우 관(201)을 통하여 상호 오버 플로우 될 수 있다.
방전시, 멤브레인(10)과 캐소드 전극(31) 사이에서, 식 1의 역 반응이 일어나고, 멤브레인(10)과 애노드 전극(32) 사이에서 식 2의 역 반응이 일어난다.
제1, 제2집전판(61, 62)은 캐소드 전극(31)과 애노드 전극(32)에서 생성된 전류를 모으거나, 외부에서 캐소드 전극(31)과 애노드 전극(32)에 전류를 공급하도록 최외곽 전극판(30, 30)에 접착되어 전기적으로 연결된다.
단위 스택(100), 단위 모듈(110) 및 모듈(120)에서 생성된 전류를 방전하거나, 외부 전원에 연결되어 애노드 전해액 탱크(210)와 2상 전해액 탱크(230)에 전류를 충전할 필요가 있다.
이를 위하여, 제1앤드 캡(71)은 버스바(B1)가 연결된 제1집전판(61)과, 제1집전판(61)에 연결되는 전극판(30)을 수용하여 일체로 형성되어, 단위 스택(100)의 일측 외곽을 형성한다. 제1앤드 캡(71)은 버스바(B1), 제1집전판(61), 및 전극판(30)을 삽입하여 인서트 사출로 성형될 수 있다.
제2앤드 캡(72)은 버스바(B2)가 연결된 제2집전판(62)과, 제2집전판(62)에 연결되는 전극판(30)을 수용하여 일체로 형성되어 단위 스택(100)의 다른 일측 외곽을 형성한다. 제2앤드 캡(72)은 버스바(B2), 제2집전판(62), 및 전극판(30)을 삽입하여 인서트 사출로 성형될 수 있다.
제1앤드 캡(71)은 일측에 애노드, 캐소드 전해액 유입구(H21, H31)를 구비하여 제1, 제2유로 채널(CH1, CH2)에 연결되어, 캐소드 전해액과 애노드 전해액을 각각 유입한다. 제2앤드 캡(72)은 일측에 전해액 유출구(H22, H32)를 구비하여 제1, 제2유로 채널(CH1, CH2)에 연결되어 캐소드 전해액과 애노드 전해액을 각각 유출한다.
즉 캐소드 전해액 유출라인(Lc2) 및 4방향 밸브(205)를 통하여 유출되는 캐소드 전해액은 2상 전해액 탱크(230)로 유입된다. 따라서 2상 전해액 탱크(230)로 유입된 캐소드 전해액에 포합된 중혼합 브로민은 하측에 위치한다.
그러므로 2상 전해액 탱크(230)에서 제2오버 플로우 관(202)으로 오버 플로우 되는 것은 상측에 위치하는 수성 부로민이며, 하측에 위치하는 중혼합 브로민은 오버 플로우 되지 않는다.
충전시에는 단속 밸브(206)가 폐쇄되어 캐소드 전해액 탱크(220)에서 캐소드 전해액 유입라인(Lc1)으로 캐소드 전해액이 공급된다. 이때, 2상 전해액 탱크(230)는 캐소드 전해액을 수용하고 있다.
방전시에는 캐소드 전해액 탱크(220)에서 캐소드 전해액 유입라인(Lc1)으로 캐소드 전해액이 공급된다. 또한 방전시 단속 밸브(206)가 개방되어 중혼합 브로민이 포함된 캐소드 전해액을 캐소드 전해액 유입라인(Lc1)으로 공급한다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 전해액 유입라인(La1, Lc1)은 모듈(120)의 측방에서 단위 모듈(110)의 최상부 이하의 높이에 연결된다. 즉 전해액 유입라인(La1, Lc1)은 단위 모듈(110)의 최고 높이보다 높지 않다.
구체적으로 보면, 애노드 전해액 유입라인(La1) 및 캐소드 전해액 유입라인(Lc1)은 모듈(120)의 측방에서 단위 모듈(110)의 최상부 이하의 높이에 연결된다. 즉 단위 모듈들(110)이 서로의 측방에 배치되므로 모듈(120)의 전체적인 높이는 단위 모듈(110)의 높이와 동일하게 설정된다.
단위 모듈들을 상하 방향으로 적층하는 경우(아래에 개시된 비교예)에 비하여, 본 실시예는 단위 모듈들(110)을 평면에 배치하므로 단위 모듈(110) 및 단위 스택(100)의 교체가 용이하고, 전해액 유입라인(La1, Lc1)의 높이 방향의 길이가 짧아지면서 단위 모듈들(110)에 대한 전해액 유입라인(La1, Lc1)의 높이가 균일하게 된다.
따라서 단위 모듈들(110)에 대하여 전해액이 균등하게 분배되고, 또한 각 단위 모듈(110) 내에서 단위 스택들(100)에 대하여 전해액이 균등하게 주입될 수 있다. 즉 분권 전류(shunt current)의 저항이 감소될 수 있다. 또한 전해액 유입라인(La1, Lc1)의 높이 방향의 길이가 짧아짐에 따라 내부 압력 감소로 인하여 단위 스택들(100)의 안정성이 향상될 수 있다.
즉 전해액 유입라인(La1, Lc1)에서 전해액의 흐름이 원활하므로 단위 스택들(100)의 내부 저항이 감소되고, 아연 증착(Zn-Deposition)을 균등하게 용해할 수 있으므로 단위 스택들(100)의 내부 압력이 감소될 수 있다.
또한, 4방향 밸브(205)를 개재하여 캐소드 전해액 탱크(220) 및 2상 전해액 탱크(230)를 모듈(120)에 연결되는, 캐소드 전해액 유입라인(Lc1) 및 캐소드 전해액 유출라인(Lc2)은 모듈(120)의 양쪽 측방에서 단위 모듈(110)의 최상부 이하의 높이에 연결된다.
충전 시 생성되고, 방전 시 사용되는 중혼합 브로민(QBr)은 무겁고 점도가 높지만 단위 모듈(110)을 측방으로 배열하여 전해액 유입라인(La1, Lc1)의 길이를 짧게 하고 길이 차이를 제거되므로 원활하게 흐를 수 있다.
따라서 모듈(120)의 내부 저항이 감소되고, 분권 전류의 흐름성이 우수하기 때문에 애노드, 캐소드 전해액 펌프(Pa, Pc)의 구동 속도를 높이지 않을 수 있다. 이로 인하여, 전해액 유입라인(La1, Lc1) 및 모듈(120) 내부의 압력이 감소되고 전해액 리크(leak)의 위험성이 낮아질 수 있다.
한편, 일 실시예의 레독스 흐름 전지는 모듈(120), 전해액 탱크(200) 및 전장부(500)를 내장하는 프레임(300)을 더 포함한다. 프레임(300)은 하부에 전해액 탱크(200)를 수용하고, 상부에 모듈(120)을 수용하며, 상부의 일측에 전장부(500)를 구비하도록 구성된다.
전장부(500)는 BMS(Battery Management System)를 구비하여, BMS로 rpm 제어와 주파수 제어를 병행하여 애노드, 캐소드 전해액 펌프(Pa, Pc)의 모터 속도를 보다 정확하게 제어할 수 있다. 일례로써, 애노드, 캐소드 전해액 펌프(Pa, Pc)의 모터는 BLDC 모터이고, 후크 미터(hook-meter)에 의하여 주파수 측정될 수 있다.
전장부(500)의 BMS는 모터 속도를 보다 정확하게 제어하므로 레독스 흐름 전지 운영으로 전해액의 점도 변화시에도 전해액의 유속, 유압 및 유량을 정확하게 제어하여, 캐소드, 애노드 전극(31, 32) 주위에 전해액을 균일하게 공급할 수 있다.
이때, 애노드 전해액 유입라인(La1)의 길이(La)와 캐소드 전해액 유입라인(Lc1)의 길이(Lc) 비율(La : Lc)은 1~1.5 : 1 (La : Lc = 1~1.5 : 1)이다. 애노드 전해액 유입라인(La1)의 길이(La)가 캐소드 전해액 유입라인(Lc1)의 길이(Lc) 이상이다. 즉 전장부(500)의 BMS는 길이(La, Lc) 비율(La : Lc)을 반영하여 애노드, 캐소드 전해액 펌프(Pa, Pc)의 모터 속도를 제어한다.
모듈(120)의 배치 및 길이(La, Lc) 비율(La : Lc)은 전해액과 캐소드, 애도드 전극(31, 32)의 반응 면적을 증가시켜 방전량(전류)를 증가시킨다. 따라서 모듈 효율이 더 향상될 수 있다.
일례로써, 전장부(500)는 애노드 전해액 펌프(Pa)의 속도를 2300~2700 rpm으로 제어하고, 캐소드 전해액 펌프(Pc)의 속도를 1800~2200 rpm으로 제어하며, 애노드 전해액 펌프(Pa)의 속도를 150~200 Hz로 제어하고, 캐소드 전해액 펌프(Pc)의 속도를 100~150 Hz로 제어한다.
애노드 전해액 유입라인(La1)의 길이(La)가 캐소드 전해액 유입라인(Lc1)의 길이(Lc)보다 더 길기 때문에, 애노드 전해액 펌프(Pa) 속도의 rpm 및 주파수(Hz)가 캐소드 전해액 펌프(Pc) 속도의 rpm 및 주파수(Hz)보다 높다.
일 실시예의 레독스 흐름 전지에서 전해액 펌프(Pa, Pc) 속도를 rpm만으로 제어한 경우와 주파수 및 rpm으로 제어한 경우의 평균 모듈 효율을 비교하면 표 1과 같다.
　 애노드 전해액 펌프 개소드 전해액 펌프 5사이클 평균 모듈 효율
rpm만으로 제어 rpm 2300~2700 1800~2200 60.65%
주파수와 rpm으로 제어 rpm 2300~2700 1800~2200 64.34%
주파수 150~200Hz 100~150Hz
표 1을 보면, 일 실시예의 애노드, 캐소드 전해액 펌프 (Pa, Pc)의 속도를 동일한 rpm만으로 제어하는 경우 60.65%에 비하여, 동일한 주파수 및 rpm으로 제어하는 경우에서 64.34%로, 5사이클 평균 모듈 효율이 더 높게 나타났다.
도 6은 비교예에 따른 레독스 흐름 전지의 구성도이다. 도 6을 참조하면, 비교예의 레독스 흐름 전지는 프레임(81)의 하측에 애노드 전해액 탱크(82), 캐소드 전해액 탱크(83), 및 2상 전해액 탱크(84)를 구비하고, 그 상부에 스택(85)을 2단으로 적층 배치하며, 스택(85)의 상부에 전장부(86)를 구비한다.
애노드 전해액 탱크(82)와 스택(85)을 연결하는 애노드 배관(821)과, 캐소드 전해액 탱크(83)와 스택(85)을 연결하는 캐소드 배관(831, 832)은 2단의 스택(85)에 전해액을 공급하기 위하여, 2층 스택(85)에 대응하는 높이 범위의 길이(L82, L83)를 일 실시예에 비하여 더 포함한다.
스택(85)이 2단으로 적층되고, 애노드 배관(821)과 캐소드 배관(831)이 높이 차이를 가지므로 스택들(85)에 대한 전해액 분배의 균일성이 저하되고, 전해액의 공급측에서 배관(821, 831(832))의 길이(L82, L83)가 더 길어짐에 따라 내부 압력 증가로 스택의 안정성이 일 실시예에 비하여 저하될 수 있다.
비교예의 레독스 흐름 전지에서 전해액 펌프(Pa, Pc)의 속도를 rpm 만으로 제어한 경우와 주파수 및 rpm으로 제어한 경우의 평균 모듈 효율을 비교하면 표 2와 같다.
애노드 전해액 펌프 개소드 전해액 펌프 5사이클 평균 모듈 효율
rpm만으로 제어 rpm 2000~2400 1600~2000 58.56%
주파수와 rpm으로 제어 rpm 2000~2400 1600~2000 59.72%
주파수 150~180Hz 100~130Hz
표 2를 보면, 비교예의 애노드, 캐소드 전해액 펌프 (Pa, Pc)의 속도를 동일한 rpm만으로 제어하는 경우 58.56%에 비하여, 동일한 주파수 및 rpm으로 제어하는 경우에서 59.72%로, 5사이클 평균 모듈 효율이 더 높게 나타났다.
즉 모듈(120)을 형성하는 단위 모듈들(110)의 배치에 관계없이 애노드, 캐소드 전해액 펌프 (Pa, Pc)의 속도를 주파수 및 rpm으로 제어하는 경우가 rpm만으로 제어하는 경우에 비하여, 평균 모듈 효율이 더 높다는 것을 알 수 있다.
도 7은 비교예와 본 발명의 일 실시예에서 전해액 펌프의 속도를 rpm 제어와 주파수 및 rpm 제어에 따른 모듈 효율을 비교한 그래프이다. 도 7을 참조하면, 비교예 및 일 실시예는 rpm 제어에 비하여, 주파수 및 rpm 제어를 병행하는 경우에 모듈 효율을 증가시킨다.
비교예는 rpm 제어에 비하여, 주파수 및 rpm 제어를 병행하는 경우에 모듈 효율의 상승이 미약하지만, 이에 비하여, 일 실시예는 rpm 제어에 비하여, 주파수 및 rpm 제어를 병행하는 경우에 모듈 효율의 상승이 더 크다는 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 전해액 펌프의 속도를 rpm 제어와 주파수 및 rpm 제어에 따른 방전량(전압) 증가를 비교한 그래프이다. 도 8을 참조하면, 일 실시예는 rpm 제어(R)에 비하여, 주파수 및 rpm 제어(FR)를 병행하는 경우, 방전량(전압)이 더 높다는 것을 알 수 있다.
비교예 및 일 실시예는 전해액 유입라인의 길이 비율(La : Lc)에 애노드, 캐소드 전해액 펌프(Pa, Pc)의 속도를 주파수 및 rpm 제어를 병행한 경우 표 3 및 표 4와 같은 모듈 효율을 구현한다.
　 애노드 전극측 캐소드 전극측 모듈효율
전해액 유입라인 길이의 비율 비교예 1.1 1 59.72%
실시예 1.5 1 58.48%
rpm 2000~2400 1600~2000 -
주파수 150~180Hz 100~130Hz
표 3의 동일한 rpm 및 주파수에서 애노드 전해액 유입라인(La1)의 길이(La)와 캐소드 전해액 유입라인(Lc1)의 길이(Lc)의 비율(La : Lc)이 1.5:1인 일 실시예가 1.1:1인 비교예의 59.72%에 비하여 더 낮은 58.48%의 모듈 효율을 나타낸다.
　 애노드 전극측 캐소드 전극측 모듈효율
전해액 유입라인 길이의 비율 비교예 1.1 1 57.39%
실시예 1.5 1 64.34%
rpm 2300~2700 1800~2200 -
주파수 150~200Hz 100~150Hz
표 4의 동일한 rpm 및 주파수에서 애노드 전해액 유입라인(La1)의 길이(La)와 캐소드 전해액 유입라인(Lc1)의 길이(Lc)의 비율(La : Lc)이 1.5:1인 일 실시예가 1.1:1인 비교예의 57.39%에 비하여 더 높은 64.34%의 모듈 효율을 나타낸다.
이와 같이, 길이(La, Lc)의 비율(La : Lc)에 따라 전해액 펌프(Pa, Pc)를 최적의 주파수 및 rpm 제어하므로 전해액 펌프(Pa, Pc) 모터의 토크가 일정하게 된다. 따라서 레독스 흐름 전지의 충전 및 방전시 전해액 점도가 달라지는 경우에도 전해액의 유속 제어가 가능하게 된다. 이로써 전해액과의 전극의 반응 면적이 증가되고, 방전량(전류)이 증가되며, 전해액의 유량이 안정될 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (5)

  1. 전류를 생성하는 단위 스택들을 포함하는 단위 모듈들을 서로의 측면에 배치하여 전기적으로 연결하여 형성되는 모듈;
    상기 모듈에 전해액을 공급하고 상기 모듈에서 유출되는 전해액을 저장하는 전해액 탱크;
    상기 전해액 탱크와 상기 모듈을 연결하여 전해액 펌프의 구동으로 상기 전해액을 상기 모듈에 유입하는 전해액 유입라인;
    상기 전해액 탱크와 상기 모듈을 연결하여 상기 전해액을 상기 모듈로부터 유출하는 전해액 유출라인; 및
    상기 전해액 펌프 속도를 rpm 제어와 주파수 제어를 병행하는 전장부
    를 포함하는 레독스 흐름 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전해액 탱크는,
    애노드 전해액 펌프로 상기 단위 스택의 멤브레인과 애노드 전극 사이에 공급하는 애노드 전해액을 수용하는 애노드 전해액 탱크,
    캐소드 전해액 펌프로 상기 단위 스택의 상기 멤브레인과 캐소드 전극 사이에 공급하는 캐소드 전해액을 수용하며, 상기 애노드 전해액 탱크에 제1오버 플로우 관으로 연결되는 캐소드 전해액 탱크, 및
    상기 멤브레인과 상기 캐소드 전극 사이에서 유출되는 상기 캐소드 전해액의 2상(phase)을 수용하며, 상기 캐소드 전해액 탱크에 제2오버 플로우 관으로 연결되고, 상기 캐소드 전해액 탱크의 하부와 연통관으로 연결되는 2상 전해액 탱크
    를 포함하는 레독스 흐름 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전해액 유입라인은
    상기 애노드 전해액 탱크와 상기 모듈을 연결하는 애노드 전해액 유입라인, 및
    상기 캐소드 전해액 탱크와 상기 모듈을 연결하는 캐소드 전해액 유입라인을 포함하며,
    상기 애노드 전해액 유입라인의 길이와 상기 캐소드 전해액 유입라인의 길이 비율은
    1~1.5 : 1 인 레독스 흐름 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 애노드 전해액 펌프는 2300~2700 rpm으로 제어되고, 상기 캐소드 전해액 펌프는 1800~2200 rpm으로 제어되며,
    상기 애노드 전해액 펌프는 150~200 Hz로 제어되고, 상기 캐소드 전해액 펌프는 100~150 Hz로 제어되는 레독스 흐름 전지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 애노드 전해액 유입라인 및 상기 캐소드 전해액 유입라인은
    상기 모듈의 측방에서 상기 단위 모듈의 최상부 이하의 높이에 연결되는 레독스 흐름 전지.
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