KR101856432B1 - 쌍극판, 셀 프레임, 셀 스택, 및 레독스 플로우 전지 - Google Patents

Abstract

레독스 플로우 전지의 전극이 배치되는 쌍극판으로서, 상기 쌍극판의 평면에 대하여 수직인 단면을 보았을 때에, 외주연부에서의 모서리부의 곡률 반경이 0.1 ㎜ 이상 4.0 ㎜ 이하인 쌍극판.

Description

쌍극판, 셀 프레임, 셀 스택, 및 레독스 플로우 전지

본 발명은 쌍극판, 셀 프레임, 셀 스택, 및 레독스 플로우 전지에 관한 것이다.

특허문헌 1∼2에는 셀 프레임, 정극 전극, 격막, 부극 전극을 각각 복수 적층하여 이루어지는 셀 스택 및 그 셀 스택을 이용한 레독스 플로우 전지가 기재되어 있다. 셀 프레임은 정극 전극과 부극 전극 사이에 배치되는 쌍극판과, 쌍극판의 외주에 마련되는 프레임체를 구비한다. 셀 스택에서는, 인접하는 셀 프레임의 쌍극판 사이에, 격막을 두고 정부의 전극이 배치되어, 하나의 셀이 형성된다. 레독스 플로우 전지는 전극이 배치된 셀 내에 전해액을 순환 유통시켜 충방전을 행한다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2002-246061호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2005-228622호 공보

본 개시의 쌍극판은,

레독스 플로우 전지의 전극이 배치되는 쌍극판으로서,

상기 쌍극판의 평면에 대하여 수직인 단면을 보았을 때에, 외주연부에서의 모서리부의 곡률 반경이 0.1 ㎜ 이상 4.0 ㎜ 이하이다.

본 개시의 셀 프레임은 본 개시의 쌍극판과, 상기 쌍극판의 외주에 마련되는 프레임체를 구비한다.

본 개시의 셀 스택은 본 개시의 셀 프레임을 구비한다.

본 개시의 레독스 플로우 전지는 본 개시의 셀 스택을 구비한다.

도 1은 실시형태에 따른 레독스 플로우 전지의 동작 원리도이다.
도 2는 실시형태에 따른 레독스 플로우 전지의 개략 구성도이다.
도 3은 실시형태에 따른 셀 스택의 개략 구성도이다.
도 4는 실시형태에 따른 셀 프레임을 일면측에서 본 개략 평면도이다.
도 5는 실시형태에 따른 셀 프레임을 구성하는 쌍극판 및 프레임체의 개략 평면도이다.
도 6은 도 5의 VI-VI선으로 절단한 쌍극판의 개략 부분 단면도이다.
도 7은 도 4의 VII-VII선으로 절단한 셀 프레임의 개략 부분 단면도이다.

[본 개시가 해결하고자 하는 과제]

최근, 태양광이나 풍력 등의 재생 가능 에너지의 출력을 안정화시키는 축전지의 하나로서, 레독스 플로우 전지가 주목받고 있고, 추가적인 레독스 플로우 전지의 신뢰성 및 성능의 향상이 요구되고 있다.

일반적으로, 레독스 플로우 전지에서는, 쌍극판의 주위에 프레임체가 마련된 셀 프레임이 사용되고 있다. 셀 프레임은 예컨대, 프레임체의 내측에 형성된 개구부에 쌍극판을 배치함으로써 구성되어 있고, 쌍극판이 마련되는 프레임체의 내측에 오목부가 형성된다. 개구부(오목부)의 형상은 통상, 쌍극판에 대응한 형상으로 되어 있다. 이 오목부에 전극이 수납되고, 오목부와 격막으로 둘러싸이는 공간에 의해 셀이 구성된다. 그리고, 셀 내에 전해액을 유통시킬 때는, 쌍극판(전극)의 한쪽의 가장자리부로부터 그에 대향하는 다른쪽의 가장자리부를 향하여 셀 내를 전해액이 흐르도록 되어 있다.

프레임체의 개구부에 쌍극판을 배치하여 셀 프레임을 구성한 경우, 쌍극판의 외주연부의 외주면이 프레임체의 내주면에 접촉(근접)된 상태로 배치된다. 레독스 플로우 전지의 운전 시에 전해액을 유통시켰을 때, 쌍극판이 진동하는 경우가 있고, 그 진동에 의한 마찰에 의해 쌍극판과 프레임체의 접촉면에서 마찰열이 발생하는 경우가 있다. 그리고, 쌍극판과 프레임체의 접촉면에서의 마찰열의 영향을 받아, 격막이 찢어지는 등의 문제가 일어날 수 있다. 따라서, 신뢰성의 관점에서, 쌍극판의 진동에 의한 쌍극판의 외주면과 프레임체의 내주면의 접촉면에서의 마찰열의 발생을 저감하여, 격막의 손상을 억제하는 것이 요구된다.

그래서, 쌍극판의 진동에 의한 마찰열의 발생을 저감하기 위해, 쌍극판의 외주면이 프레임체의 내주면에 접촉하지 않도록, 쌍극판의 외주면과 프레임체의 내주면 사이에 간극을 마련하는 것이 생각된다. 그러나, 쌍극판의 외주면과 프레임체의 내주면 사이에 간극을 마련한 경우, 이 간극에 일부의 전해액이 유입되어, 전해액의 누설 유로가 형성된다. 이 누설 유로에 유입된 전해액은 전극에 거의 접촉하지 않기 때문에, 전지 반응에 기여하지 않는다. 그 때문에, 쌍극판의 외주면과 프레임체의 내주면 사이에 형성되는 간극을 크게 하면, 누설 유로를 흐르는 전해액의 유량이 많아져, 레독스 플로우 전지의 방전 용량이 저하하는 등, 전지 성능의 저하를 초래할 우려가 있다. 또한, 레독스 플로우 전지의 대기 시에 전해액의 유통을 정지하였을 때, 충전된 전해액이 누설 유로에 체류하여, 자기 방전함으로써 전해액이 발열한다. 누설 유로를 흐르는 전해액의 유량이 많을수록, 자기 방전에 의한 전해액의 발열량이 커지고, 그 열의 영향을 받아 격막이 찢어지는 등의 문제가 일어날 가능성이 있다.

그래서, 본 개시는 레독스 플로우 전지의 신뢰성 및 성능의 향상을 도모할 수 있는 쌍극판, 셀 프레임, 및 셀 스택을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 또한, 본 개시는 신뢰성이 높고, 전지 성능이 우수한 레독스 플로우 전지를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.

[본 개시의 효과]

본 개시에 따르면, 레독스 플로우 전지의 신뢰성 및 성능의 향상을 도모할 수 있는 쌍극판, 셀 프레임 및 셀 스택을 제공할 수 있다. 또한, 본 개시에 따르면, 신뢰성이 높고, 전지 성능이 우수한 레독스 플로우 전지를 제공할 수 있다.

[본원 발명의 실시형태의 설명]

먼저 본원 발명의 실시형태의 내용을 열기(列記)하여 설명한다.

(1) 실시형태에 따른 쌍극판은,

레독스 플로우 전지의 전극이 배치되는 쌍극판으로서,

상기 쌍극판의 평면에 대하여 수직인 단면을 보았을 때에, 외주연부에서의 모서리부의 곡률 반경이 0.1 ㎜ 이상 4.0 ㎜ 이하인 쌍극판.

상기 쌍극판에 따르면, 쌍극판을 평면에 수직인 단면(수직 단면)에서 보았을 때의 외주연부에서의 모서리부의 곡률 반경[모서리(R)]이 0.1 ㎜ 이상임으로써, 셀 프레임을 구성하였을 때에, 프레임체의 내주면에 접촉하는 쌍극판의 외주면의 면적이 작아져, 쌍극판의 외주면과 프레임체의 내주면의 접촉 면적이 작아진다. 그 때문에, 쌍극판의 진동에 의한 쌍극판의 외주면과 프레임체의 내주면의 접촉면에서의 마찰열의 발생을 저감시킬 수 있어, 그 열에 기인하는 격막의 손상을 억제할 수 있다.

상기 쌍극판에서는, 쌍극판의 외주연부의 수직 단면에서의 모서리부가 둥글게 형성되어 있기 때문에, 모서리부의 부분에서 프레임체의 내주면과의 사이에 간극이 생긴다. 쌍극판을 단면에서 보았을 때의 외주연부의 모서리(R)가 4.0 ㎜ 이하임으로써, 쌍극판의 외주면과 프레임체의 내주면 사이에 형성되는 간극을 작게 할 수 있어, 누설 유로의 확대를 억제할 수 있다. 그 때문에, 누설 유로를 흐르는 전해액의 유량이 적어, 레독스 플로우 전지의 방전 용량의 저하를 억제할 수 있다. 덧붙여, 누설 유로를 흐르는 전해액의 유량이 적기 때문에, 전해액의 유통을 정지하였을 때에 누설 유로에 체류하는 전해액의 자기 방전에 의한 발열량이 작아, 그 열에 기인하는 격막의 손상을 억제할 수 있다. 따라서, 상기 쌍극판은 레독스 플로우 전지의 신뢰성 및 성능의 향상을 도모할 수 있다.

(2) 실시형태에 따른 셀 프레임은 상기 (1)에 기재된 쌍극판과, 상기 쌍극판의 외주에 마련되는 프레임체를 구비한다.

상기 셀 프레임에 따르면, 상기한 실시형태에 따른 쌍극판을 구비함으로써, 레독스 플로우 전지의 신뢰성 및 성능의 향상을 도모할 수 있다.

(3) 실시형태에 따른 셀 스택은 상기 (2)에 기재된 셀 프레임을 구비한다.

상기 셀 스택에 따르면, 상기한 실시형태에 따른 셀 프레임을 구비함으로써, 레독스 플로우 전지의 신뢰성 및 성능의 향상을 도모할 수 있다.

(4) 실시형태에 따른 레독스 플로우 전지는 상기 (3)에 기재된 셀 스택을 구비한다.

상기 레독스 플로우 전지에 따르면, 상기한 셀 스택을 구비함으로써, 신뢰성이 높고, 전지 성능이 우수하다.

[본원 발명의 실시형태의 상세]

본원 발명의 실시형태에 따른 쌍극판, 셀 프레임, 셀 스택, 및 레독스 플로우 전지의 구체예를, 이하에 도면을 참조하면서 설명한다. 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타낸다. 또한, 본원 발명은 이들 예시에 한정되는 것이 아니며, 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

《RF 전지》

도 1∼도 3을 주로 참조하여, 실시형태에 따른 레독스 플로우 전지(이하, RF 전지), 셀 스택, 및 셀 프레임의 일례를 설명한다. 도 1, 도 2에 나타내는 RF 전지(1)는 정극 전해액 및 부극 전해액에 산화 환원에 의해 가수가 변화하는 금속 이온을 활물질로서 함유하는 전해액을 사용하고, 정극 전해액에 포함되는 이온의 산화 환원 전위와, 부극 전해액에 포함되는 이온의 산화 환원 전위의 차를 이용하여 충방전을 행하는 전지이다. 여기서는, RF 전지(1)의 일례로서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 정극 전해액 및 부극 전해액에 활물질이 되는 V 이온을 함유하는 바나듐전해액을 사용한 바나듐계 RF 전지의 경우를 나타낸다. 도 1 중 셀(100) 내의 실선 화살표는 충전 반응을, 파선 화살표는 방전 반응을 각각 나타내고 있다. RF 전지(1)는 전해액 순환형의 축전지의 하나로서, 예컨대, 부하 평준화 용도, 순저(瞬低) 보상이나 비상용 전원 등의 용도, 대량 도입이 진행되고 있는 태양광이나 풍력 등의 재생 가능 에너지의 출력 평활화 용도 등에 이용된다.

RF 전지(1)는 수소 이온을 투과시키는 격막(101)으로 정극 셀(102)과 부극 셀(103)로 분리된 셀(100)을 구비한다. 정극 셀(102)에는 정극 전극(104)이 내장되고, 또한 정극 전해액을 저류하는 정극 전해액용 탱크(106)가 도관(108, 110)을 통해 접속되어 있다. 도관(108)에는 정극 전해액을 정극 셀(102)에 압송하는 펌프(112)가 마련되어 있고, 이들 부재(106, 108, 110, 112)에 의해 정극 전해액을 순환시키는 정극용 순환 기구(100P)가 구성되어 있다. 마찬가지로, 부극 셀(103)에는 부극 전극(105)이 내장되고, 또한 부극 전해액을 저류하는 부극 전해액용 탱크(107)가 도관(109, 111)을 통해 접속되어 있다. 도관(109)에는 부극 전해액을 부극 셀(103)에 압송하는 펌프(113)가 마련되어 있고, 이들 부재(107, 109, 111, 113)에 의해 부극 전해액을 순환시키는 부극용 순환 기구(100N)가 구성되어 있다. 각 탱크(106, 107)에 저류되는 각 전해액은, 충방전을 행하는 운전 시에는, 펌프(112, 113)에 의해 셀(100)[정극 셀(102) 및 부극 셀(103)] 내에 순환되고, 충방전을 행하지 않는 대기 시에는, 펌프(112, 113)가 정지되어, 순환되지 않는다.

《셀 스택》

셀(100)은 통상, 도 2, 도 3에 나타내는 셀 스택(2)이라고 불리는 구조체의 내부에 형성된다. 셀 스택(2)은 서브 스택(200)(도 3 참조)이라고 불리는 적층체를 그 양측으로부터 2장의 엔드 플레이트(220)로 사이에 끼워, 양측의 엔드 플레이트(220)를 체결 기구(230)로 체결함으로써 구성되어 있다[도 3에 예시하는 구성에서는, 복수의 서브 스택(200)을 구비함]. 서브 스택(200)은 셀 프레임(3), 정극 전극(104), 격막(101) 및 부극 전극(105)을 복수 적층하여 이루어지고, 그 적층체의 양단부에 급배판(210)(도 3의 아래 도면 참조, 도 2에서는 생략)이 배치된 구성이다.

《셀 프레임》

셀 프레임(3)은 도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이, 정극 전극(104)과 부극 전극(105) 사이에 배치되는 쌍극판(31)과, 쌍극판(31)의 외주에 마련되는 프레임체(32)를 구비한다. 쌍극판(31)의 일면측에는 정극 전극(104)이 접촉하도록 배치되고, 쌍극판(31)의 타면측에는 부극 전극(105)이 접촉하도록 배치된다. 서브 스택(200)[셀 스택(2)]에서는, 인접하는 각 셀 프레임(3)의 쌍극판(31) 사이에 각각 하나의 셀(100)이 형성되게 된다.

쌍극판(31)은 예컨대, 플라스틱 카본 등으로 형성되고, 프레임체(32)는 예컨대, 염화비닐 수지(PVC), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 불소 수지, 에폭시 수지 등의 플라스틱으로 형성되어 있다. 쌍극판(31)은 예컨대, 사출 성형, 프레스 성형, 진공 성형 등의 공지의 방법에 따라 성형할 수 있다.

셀(100)에의 전해액의 유통은, 급배판(210)(도 3의 아래 도면 참조)을 통해, 도 3에 나타내는 셀 프레임(3)의 프레임체(32)에 관통하여 마련된 급액 매니폴드(33, 34) 및 배액 매니폴드(35, 36)와, 프레임체(32)에 형성된 급액 슬릿(33s, 34s) 및 배액 슬릿(35s, 36s)에 의해 행해진다(도 4도 더불어 참조). 이 예에 나타내는 셀 프레임(3)[프레임체(32)]의 경우, 정극 전해액은 프레임체(32)의 하부에 마련된 급액 매니폴드(33)로부터 프레임체(32)의 일면측(지면 표면측)에 형성된 급액 슬릿(33s)을 통해 정극 전극(104)에 공급되고, 프레임체(32)의 상부에 형성된 배액 슬릿(35s)을 통해 배액 매니폴드(35)에 배출된다. 마찬가지로, 부극 전해액은 프레임체(32)의 하부에 마련된 급액 매니폴드(34)로부터 프레임체(32)의 타면측(지면 이면측)에 형성된 급액 슬릿(34s)을 통해 부극 전극(105)에 공급되고, 프레임체(32)의 상부에 형성된 배액 슬릿(36s)을 통해 배액 매니폴드(36)에 배출된다. 쌍극판(31)이 마련되는 프레임체(32)의 내측의 하연부(下緣部) 및 상연부(上緣部)에는, 가장자리부를 따라 정류부(도시하지 않음)가 형성되어 있어도 좋다. 정류부는 급액 슬릿(33s, 34s)으로부터 공급되는 각 전해액을 각 전극의 하연부를 따라 확산시키거나, 각 전극의 상연부로부터 배출되는 각 전해액을 배액 슬릿(35s, 36s)에 집약하는 기능을 갖는다.

이 예에서는, 쌍극판(31)의 하측으로부터 전해액이 공급되어, 쌍극판(31)의 상측으로부터 전해액이 배출되도록 되어 있어, 쌍극판(31)의 하연부로부터 상연부를 향하여 전해액이 흐른다. 도 4 중 지면 좌측의 화살표는, 쌍극판(31)에서의 전해액의 전체적인 전해액의 유통 방향을 나타낸다. 쌍극판(31)의 각 전극과 접하는 표면에는, 전해액의 유통 방향을 따라 복수의 홈부(도시하지 않음)가 형성되어 있어도 좋다. 이에 의해, 전해액의 유통 저항을 작게 할 수 있어, 전해액의 압력 손실을 저감시킬 수 있다. 홈부의 단면 형상(전해액의 유통 방향과 직교하는 단면의 형상)은 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 직사각 형상, 삼각 형상(V자형), 사다리꼴 형상, 반원 형상이나 반타원 형상 등을 들 수 있다.

그 외, 각 셀 프레임(3)의 프레임체(32) 사이에는, 셀(100)로부터의 전해액의 누설을 억제하기 위해, O링이나 평패킹 등의 환형의 시일 부재(37)(도 2, 도 3 참조)가 배치되어 있다. 프레임체(32)에는 시일 부재(37)를 배치하기 위한 시일홈(38)(도 4 참조)이 형성되어 있다.

실시형태에 따른 쌍극판(31)의 특징의 하나는, 쌍극판(31)의 평면에 대하여 수직인 단면(수직 단면)을 보았을 때에, 외주연부에서의 모서리부의 곡률 반경[각)]이 0.1 ㎜ 이상 4.0 ㎜ 이하인 점에 있다. 이하, 도 4∼도 7을 주로 참조하여, 시형태에 따른 쌍극판(31) 및 셀 프레임(3)의 구성의 일례를 자세히 설명한다.

《쌍극판》

쌍극판(31)은 도 5에 나타내는 바와 같이, 평면 형상(평면에서 보았을 때의 형상)이 직사각 형상이다. 쌍극판(31)은 도 6에 나타내는 바와 같이, 쌍극판(31)의 외주연부(31p)의 수직 단면[쌍극판(31)의 두께 방향을 따라 절단한 단면]에서의 모서리부(40)가 둥글게 형성되어 있고, 수직 단면에서 보았을 때의 외주연부(31p)에서의 모서리부(40)의 곡률 반경[모서리(R)]이 0.1 ㎜ 이상 4.0 ㎜ 이하이다. 이 예에서는, 외주연부(31p)의 일면측과 타면측의 양방의 모서리부(41, 42)가 둥글게 형성되고, 각각의 모서리(R)가 0.1 ㎜ 이상 4.0 ㎜ 이하로 되어 있다. 쌍극판(31)의 사이즈는 예컨대, 세로 방향(도 5의 지면 상하 방향)의 길이가 200 ㎜ 이상 2000 ㎜ 이하, 폭 방향(도 5의 지면 좌우 방향)의 길이가 200 ㎜ 이상 2000 ㎜ 이하, 두께가 3.0 ㎜ 이상 10.0 ㎜ 이하이다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 쌍극판(31)의 외주에 프레임체(32)가 마련됨으로써, 셀 프레임(3)이 구성된다. 프레임체(32)는 도 5에 나타내는 바와 같이, 그 내측에 개구부(50)가 형성되어 있고, 개구부(50)에 쌍극판(31)이 배치된다. 이 예에서는, 프레임체(32)가 직사각 프레임 형상이고, 개구부(50)는 쌍극판(31)의 외형에 대응한 형상으로 형성되어 있다. 즉, 개구부(50)의 형상이 쌍극판(31)의 평면 형상과 실질적으로 동일한 형상(상사(相似) 형상)이다. 프레임체(32)의 내주연부에는, 쌍극판(31)의 외주연부(31p)와 접하는 단차부(51)가 형성되어 있고, 도 7에 나타내는 바와 같이, 쌍극판(31)의 외주연부(31p)가 단차부(51)에 배치됨으로써, 쌍극판(31)이 프레임체(32)에 지지된다. 쌍극판(31)의 외주연부(31p)에는, 단차부(51)와 접하는 면에 둘레 방향을 따라 홈이 형성되고, 그 홈에 시일 부재(52)가 배치되어 있다. 이 시일 부재(52)에 의해, 쌍극판(31)의 일면측과 타면측 사이에서 전해액이 이동하는 것을 억제할 수 있다.

프레임체(32)의 개구부(50)에 쌍극판(31)을 배치하여 셀 프레임(3)을 구성한 경우, 도 4에 나타내는 바와 같이, 쌍극판(31)의 표면 및 프레임체(32)의 내주면에 의해 프레임체(32)의 내측에 오목부(55)가 형성된다. 오목부(55)는 도 7에 나타내는 바와 같이, 쌍극판(31)의 양측에 각각 형성되고, 각 오목부(55)에 정극 전극(104) 및 부극 전극(105)이 각각 수납된다. 각 전극(104, 105)은 각 오목부(55)와 대략 동일한 사이즈로 형성되어 있다. 도 4에 나타내는 셀 프레임(3)의 경우, 일면측에 마련된 오목부(55)의 형상이 쌍극판(31)의 평면 형상과 실질적으로 동일한 형상이고, 이 오목부(55)에 수납되는 정극 전극(104)(도 7 참조)의 형상이 쌍극판(31)의 평면 형상과 실질적으로 동일한 형상이다. 셀 프레임(3)에 각 전극(104, 105)을 배치하고, 셀 프레임(3)을 격막(101)을 통해 적층함으로써, 셀 스택(2)(도 3 참조)이 구성된다.

셀 프레임(3)(도 4 참조)을 구성하였을 때, 도 7에 나타내는 바와 같이, 쌍극판(31)[외주연부(31p)]의 외주면(31o)과 프레임체(32)의 내주면(32i)이 대향하여 접촉(근접)한 상태로 된다. 외주연부(31p)의 외주면(31o) 중, 모서리부(41, 42)의 부분은 프레임체(32)의 내주면(32i)에 접촉하지 않고, 프레임체(32)의 내주면(32i)과의 사이에 간극(45)이 형성된다. 외주연부(31p)의 모서리(R)가 커질수록, 간극(45)이 커진다. 쌍극판(31)의 측연부를 따라 형성된 간극(45)은, 전해액의 누설 유로가 될 수 있다. 외주면(31o) 중, 모서리부(41, 42)를 제외한 직선부[모서리(R)의 곡면을 제외한 평면부]의 길이가 짧을수록, 프레임체(32)의 내주면(32i)에 접촉하는 면적이 작아진다. 쌍극판(31)의 진동에 의한 마찰열의 발생을 저감하는 관점에서, 쌍극판의 두께에 대한 상기 직선부의 길이의 비(직선부의 길이/쌍극판의 두께)는, 예컨대 0.99 이하, 더욱 0.9 이하로 하는 것을 들 수 있다.

{작용 효과}

실시형태에 따른 쌍극판(31)은 다음의 작용 효과를 가져온다.

쌍극판(31)의 외주연부(31p)의 수직 단면에서의 모서리부(40)가 둥글게 형성되고, 수직 단면에서 보았을 때의 외주연부(31p)의 모서리(R)가 0.1 ㎜ 이상임으로써, 셀 프레임(3)을 구성하였을 때에, 쌍극판(31)의 외주면(31o)과 프레임체(32)의 내주면(32i)의 접촉 면적을 작게 할 수 있다. 그 때문에, 쌍극판(31)의 진동에 의한 쌍극판(31)의 외주면(31o)과 프레임체(32)의 내주면(32i)의 접촉면에서의 마찰열의 발생을 저감시킬 수 있어, 그 열에 기인하는 격막(101)의 손상을 억제할 수 있다. 쌍극판(31)의 외주면(31o)과 프레임체(32)의 내주면(32i)의 접촉 면적이 작을수록, 쌍극판(31)의 진동에 의한 마찰열의 발생을 저감시킬 수 있기 때문에, 상기 모서리(R)는 예컨대 0.2 ㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 쌍극판(31)의 두께에 대한 상기 모서리(R)의 비[모서리(R)/쌍극판의 두께]는, 예컨대 0.01 이상, 더욱 0.1 이상으로 하는 것을 들 수 있다.

또한, 외주연부(31p)의 모서리(R)가 4.0 ㎜ 이하임으로써, 쌍극판(31)의 외주면(31o)과 프레임체(32)의 내주면(32i) 사이에 형성되는 간극(45)을 작게 할 수 있어, 누설 유로의 확대를 억제할 수 있다. 그 때문에, 누설 유로를 흐르는 전해액의 유량이 적어, RF 전지의 방전 용량의 저하를 억제할 수 있다. 덧붙여, 누설 유로를 흐르는 전해액의 유량이 적기 때문에, 전해액의 유통을 정지하였을 때에 누설 유로에 체류하는 전해액의 자기 방전에 의한 발열량이 작아, 그 열에 기인하는 격막의 손상을 억제할 수 있다. 외주연부(31p)의 모서리(R)에 의한 간극(45)이 작을수록, 누설 유로에 흐르는 전해액의 유량을 적게 할 수 있기 때문에, 상기 모서리(R)는 예컨대 0.5 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

[변형예]

실시형태에 따른 쌍극판(31)(도 6, 도 7 참조)에 있어서, 일면측의 모서리부(41)와 다른 면측의 모서리부(42)에서 모서리(R)의 크기를 상이하게 하여도 좋다. 예컨대, 타면측의 모서리(R)를 일면측의 모서리(R)보다 크게 하는 것을 들 수 있다. 본 예의 경우, 도 7에 나타내는 바와 같이, 외주연부(31p)의 타면측이 프레임체(32)의 단차부(51)에 면접촉하기 때문에, 쌍극판(31)의 진동에 의한 마찰에 의해 외주연부(31p)의 타면측에서도 열이 발생할 수 있다. 타면측의 모서리(R)를 일면측의 모서리(R)보다 크게 함으로써, 외주연부(31p)와 단차부(51)의 접촉 면적을 작게 할 수 있어, 외주연부(31p)와 단차부(51) 사이에서의 마찰열의 발생을 저감하기 쉽다.

[시험예 1]

평면 형상이 직사각 형상인 쌍극판을 준비하였다. 쌍극판의 사이즈(외형 크기)는 세로 200 ㎜×폭 200 ㎜×두께 10.0 ㎜이다. 여기서는, 표 1에 나타내는 바와 같이, 쌍극판을 평면에 수직인 단면에서 보았을 때의 외주연부에서의 모서리부의 곡률 반경[모서리(R)]이 상이한 복수의 쌍극판(도 6 참조)을 준비하였다. 각 쌍극판을 이용하여 셀 프레임(도 4 참조)을 제작하고, 이것을 이용하여 복수의 RF 전지(시험체 A∼F)를 조립하였다. 그리고, 각 시험체에 대해서, 신뢰성 및 전지 성능을 평가하였다.

신뢰성의 평가는, 각 시험체 A∼F에 대하여 충방전 시험을 행한 후, RF 전지를 해체하여 격막을 취출하여, 격막의 손상의 정도를 확인하였다. 충방전 시험의 조건은, 방전 종료 전압: 1 V, 충전 종료 전압: 1.6 V, 전류: 120 ㎃/㎠, 300 사이클로 하였다. 그리고, 손상이 없는 경우를 「A」, 손상의 정도가 작고, 사용상 문제가 없는 경우를 「B」, 찢어져 있는 경우를 「C」로 하여 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

전지 성능의 평가는 각 시험체 A∼F에 대하여 상기 충방전 시험을 행하였을 때의 전류 효율로 평가하였다. 전류 효율은 충방전 시험에 기초하여 충방전 곡선을 작성하고, 그 충방전 곡선으로부터 3 사이클째의 전류 효율[전류 효율(％)=(방전 시간/충전 시간)×100]을 구하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 전류 효율이 낮을수록, 방전 용량이 낮아진다.

표 1로부터, 쌍극판을 수직 단면에서 보았을 때의 외주연부의 모서리(R)가 0.1 ㎜ 이상 0.4 ㎜ 이하이면, 격막의 손상을 억제할 수 있고, 특히 0.2 ㎜ 이상인 경우, 격막의 손상을 효과적으로 억제할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 각 시험체의 전류 효율을 비교한 바, 시험체 F의 전류 효율은 시험체 B의 전류 효율보다 낮고, 전류 효율에 기초하여 방전 용량을 계산하면, 시험체 F의 방전 용량은 시험체 B의 방전 용량보다 35％ 정도 낮게 되어 있었다. 또한, 다른 시험체 C, D, E의 방전 용량은 각각, 시험체 B의 방전 용량보다 1.0％, 1.5％, 3.0％ 정도 낮았다. 외주연부의 모서리(R)가 커질수록, 셀 저항이 증가하고, 이에 따라 방전 용량도 저하하기 때문에, 전류 효율의 저하 비율 이상으로 방전 용량이 저하하는 경향이 있다.

시험예 1의 결과로부터, 쌍극판에서의 외주연부의 모서리(R)가 0.1 ㎜ 이상 0.4 ㎜ 이하임으로써, 격막에 찢어짐 등의 문제가 일어나기 어려워, RF 전지의 방전 용량의 저하를 억제할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, RF 전지의 방전 용량의 저하를 억제하는 관점에서, 외주연부의 모서리(R)는 0.5 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다고 생각된다.

1 레독스 플로우 전지(RF 전지) 2 셀 스택
3 셀 프레임 31 쌍극판
31p 외주연부 31o 외주면
32 프레임체 32i 내주면
33, 34 급액 매니폴드 35, 36 배액 매니폴드
33s, 34s 급액 슬릿 35s, 36s 배액 슬릿
37 시일 부재 38 시일홈
40, 41, 42 모서리부 45 간극(누설 유로)
50 개구부 51 단차부
52 시일 부재 55 오목부
100 셀 101 격막
102 정극 셀 103 부극 셀
100P 정극용 순환 기구 100N 부극용 순환 기구
104 정극 전극 105 부극 전극
106 정극 전해액용 탱크 107 부극 전해액용 탱크
108, 109, 110, 111 도관 112, 113 펌프
200 서브 스택 210 급배판
220 엔드 플레이트 230 체결 기구

Claims (4)

1. 레독스 플로우 전지의 전극이 배치되는 쌍극판으로서,
   상기 쌍극판의 평면에 대하여 수직인 단면을 보았을 때에, 외주연부에서의 모서리부의 곡률 반경이 0.1 ㎜ 이상 4.0 ㎜ 이하인 쌍극판.
2. 제1항에 기재된 쌍극판과, 상기 쌍극판의 외주에 마련되는 프레임체를 구비하는 셀 프레임.
3. 제2항에 기재된 셀 프레임을 구비하는 셀 스택.
4. 제3항에 기재된 셀 스택을 구비하는 레독스 플로우 전지.

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