KR20200047165A

KR20200047165A - 레독스 흐름전지

Info

Publication number: KR20200047165A
Application number: KR1020180129276A
Authority: KR
Inventors: 김기현; 김부기; 이동영; 최담담; 박상현; 최강영
Original assignee: 스탠다드에너지(주)
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2020-05-07
Anticipated expiration: 2038-10-26
Also published as: WO2020085551A1; KR102187257B1

Abstract

본 발명은 레독스 흐름전지에 관한 것이다. 이러한 레독스 흐름전지는, 분리막과 상기 분리막의 양측에 양극 및 음극이 마련된 전지셀;과 상기 전지셀에 전해액을 공급하는 전해액공급부;를 포함하는 레독스 흐름전지에 있어서, 상기 전해액공급부는, 상기 전지셀에 공급되는 상기 전해액을 저장하는 공급탱크; 상기 공급탱크와 상기 전지셀을 연결하는 공급유로; 상기 공급탱크에 저장된 상기 전해액에 압력을 가하여 상기 전해액을 상기 공급유로를 통하여 상기 전지셀 내부로 유동시키는 제1 압력전달부; 상기 전지셀 내부를 순환하고 나온 상기 전해액이 회수되는 회수탱크; 상기 전지셀과 상기 회수탱크를 연결하는 회기유로; 상기 회수탱크와 상기 공급탱크를 연결하는 충진유로; 및 상기 회수탱크에 저장된 상기 전해액에 압력을 가하여 상기 전해액을 상기 충진유로를 통하여 상기 공급탱크로 유동시키는 제2 압력전달부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

레독스 흐름전지{Redox flow battery}

본 발명은 레독스 흐름전지에 관한 것으로, 특히 전해액의 순환시 발생하는 유로 저항을 최소화하여 전해액의 순환을 원활하게 하고 전지의 효율을 향상시키며, 전체적인 구조를 단순화할 수 있도록 한 레독스 흐름전지에 관한 것이다.

최근 지구 온난화의 주요 원인인 온실가스 배출을 억제하기 위한 방법으로, 태양광 에너지나 풍력 에너지 같은 재생 에너지가 각광받고 있다. 이들의 실용화 보급을 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 재생에너지는 입지 환경이나 자연조건에 의해 크게 영향을 받으며, 더욱이 재생에너지는 출력 변동이 심하기 때문에 에너지를 연속적으로 그르게 공급할 수 없다는 단점이 있다.

따라서 재생에너지를 가정용이나 상업용으로 사용하기 위해서는 출력이 높을 때 에너지를 저장하고 출력이 낮을 때 저장된 에너지를 사용할 수 있는 시스템을 도입하여 사용하고 있다.

이러한 에너지 저장 시스템으로는 대용량 이차전지가 사용된다. 예컨대, 대규모 태양광발전 및 풍력발전 단지에는 대용량 이차전지 저장시스템이 도입되고 있다. 대용량의 전력저장을 위한 이차전지로는 납축전지, 황화나트륨(NaS) 전지, 리튬전지, 또는 레독스 흐름전지(RFB: Redox flow battery) 등이 있다.

상기 레독스 흐름전지는 상온에서 동작 가능하며, 용량과 출력을 각기 독립적으로 설계할 수 있으므로 최근 대용량 이차전지로 많은 연구가 진행되고 있다. 레독스 흐름전지는 연료전지와 유사하게 분리막(멤브레인), 전극 및 분리판(Bipolar plate)이 직렬로 배치되어 구성됨으로써, 전기 에너지의 충방전이 가능한 이차전지(secondary battery)의 기능을 가진다.

레독스 흐름전지는 분리막의 양측에 양극 및 음극이 배치되고, 상기 양극 및 음극으로 전해액을 공급하는 양극 전해액저장탱크와 음극 전해액저장탱크가 각각 마련되며, 상기 양극 전해액저장탱크 및 음극 전해액저장탱크에서 공급된 전해액(electrolyte)이 순환하면서 이온 교환이 이루어지고, 이 과정에서 전자의 이동이 발생하여 충방전이 이루어진다. 이와 같은 레독스 흐름전지는 기존 이차전지에 비하여 수명이 길고, kw 내지 mw 급의 중대형 시스템으로 제작할 수 있기 때문에 EES(Energy storage system)으로 적합하다.

그러나 레독스 흐름전지는 양극 전해액과 음극 전해액을 저장하는 양극 전해액저장탱크와 음극 전해액저탱크를 설치하기 위해서 별도로 구비하여야 한다. 예를들어, 스택(분리막의 양측에 양극과 음극이 배치되는 구조가 복수로 마련된 구조)의 양측 또는 하측에 일정 공간을 마련하여 전해액 탱크를 배치하여야 한다. 또한, 상기 스택과 전해액저장탱크를 연결하는 전해액 순환관이 다수 구비되어야 하며, 순환관이 길어지는 경우 펌프 요구 용량이 증가하기 때문에 부피와 제조 단가가 증가하는 문제가 있다.

또한, 종래 레독스 흐름전지는 전해액을 순환시키기 위해서 펌프를 사용하는데, 상기 펌프의 내부로 전해액을 유입시키는 과정이 원활하게 이루어지지 않아 전체 시스템의 효율이 저하되는 문제가 있으며, 상기 펌프로 전해액을 원활하게 공급하기 위해서 별도의 흡입장치를 설치하여 전해액의 유입을 유도할 수 있으나, 이는 추가적인 기구를 설치해야 하므로 펌핑시스템을 복잡하게 하고, 설치의 불편 및 비용의 증가를 초래하는 단점이 있다.

한국등록특허 제10-0647422호

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 전해액의 순환시 발생하는 유로 저항을 최소화하여 전해액의 순환을 원활하게 하고 전지의 효율을 향상시키며, 전체적인 구조를 단순화할 수 있도록 한 레독스 흐름전지를 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 레독스 흐름전지는, 분리막과 상기 분리막의 양측에 양극 및 음극이 마련된 전지셀;과 상기 전지셀에 전해액을 공급하는 전해액공급부;를 포함하는 레독스 흐름전지에 있어서, 상기 전해액공급부는, 상기 전지셀에 공급되는 상기 전해액을 저장하는 공급탱크; 상기 공급탱크와 상기 전지셀을 연결하는 공급유로; 상기 공급탱크에 저장된 상기 전해액에 압력을 가하여 상기 전해액을 상기 공급유로를 통하여 상기 전지셀 내부로 유동시키는 제1 압력전달부; 상기 전지셀 내부를 순환하고 나온 상기 전해액이 회수되는 회수탱크; 상기 전지셀과 상기 회수탱크를 연결하는 회기유로; 상기 회수탱크와 상기 공급탱크를 연결하는 충진유로; 및, 상기 회수탱크에 저장된 상기 전해액에 압력을 가하여 상기 전해액을 상기 충진유로를 통하여 상기 공급탱크로 유동시키는 제2 압력전달부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 충진유로에는 상기 전해액의 역류는 방지하는 역류방지구가 마련된 것이 바람직하다.

또한, 상기 회기유로에는 상기 전해액의 역류는 방지하는 역류방지구가 마련된 것이 바람직하다.

또한, 상기 전해액공급부는 2개 이상 마련되며, 상기 전해액공급부 중 적어도 어느 하나를 통해서 상기 전지셀로 상기 전해액이 공급될 때, 나머지의 상기 전해액공급부에서는 상기 전해액을 상기 회수탱크로부터 상기 공급탱크로 충진하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전해액공급부의 각 공급탱크는 상기 전지셀에 개별적인 공급유로에 의해 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각 공급탱크로부터 연장되는 상기 각 공급유로는 상기 전지셀에 유입되기 전에 병합되어 공통유로를 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 공급탱크 또는 상기 회수탱크는, 고무, 불소고무(fluorocarbon rubber), 폴리올레핀계 수지, 올레핀계 폴리에틸렌(PE), 염소화 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 알케인계 고체왁스, 또는 폴리염화비닐계 수지 중에서 선택된 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 압력전달부 또는 상기 제2 압력전달부는 복수로 마련된 것이 바람직하다.

또한, 상기 전해액에 포함된 이물질을 제거하는 유체 여과기를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 공급탱크 또는 상기 회수탱크는, 상기 전해액의 산화 수 조절을 위해 산소를 흡수하는 산소흡수장치 또는 산소를 공급하는 산소공급장치를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전지셀 또는 상기 전해액공급부의 내부 압력이 소정 압력 이상인 경우, 상기 압력을 떨어뜨리기 위한 압력저감장치를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 공급탱크 또는 상기 회수탱크는 내부 체적이 가변하도록 신축 가능하며, 상기 제1 압력전달부 또는 상기 제2 압력전달부는 상기 공급탱크 또는 상기 회수탱크를 신축시켜서 상기 전해액에 압력을 전달하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 공급탱크는 내부 체적이 가변하는 제1 가변부와, 상기 제1 가변부로부터 연장되고 내부 체적 변화가 없으며 상기 충진유로가 결합되는 제1 연장부를 포함하고, 상기 회수탱크는 내부 체적이 가변하는 제2 가변부와, 상기 제2 가변부로부터 연장되고 내부 체적 변화가 없으며 상기 충진유로가 결합되는 제2 연장부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 레독스 흐름전지는, 전해액의 순환시 발생하는 유로 저항을 최소화하여 전해액의 순환을 원활하게 하고 전지의 효율을 향상시키며, 레독스 흐름전지의 전체적인 구조를 단순화하여 생산성을 획기적으로 향상시키는 효과를 제공한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름전지를 개략적으로 도시한 도면,
도2는 전해액이 전지셀로 유입될 때의 동작을 보인 도면,
도3은 전해액이 회수탱크에서 공급탱크로 이동할 때의 동작을 보인 도면,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름전지의 블럭도,
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레독스 흐름전지를 개략적으로 도시한 도면,
도6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레독스 흐름전지를 개략적으로 도시한 도면,
도7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레독스 흐름전지를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나 이는 본 발명의 다양한 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 다양한 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.

본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.

본 발명의 다양한 실시 예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 다양한 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 다양한 실시 예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름전지를 개략적으로 도시한 도면이다. 도2는 전해액이 전지셀로 유입될 때의 동작을 보인 도면이고, 도3은 전해액이 회수탱크에서 공급탱크로 이동할 때의 동작을 보인 도면이며, 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름전지의 블럭도이다.

먼저 도1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지(100)는, 전지셀(10)과 전해액공급부(20)를 포함한다.

상기 전지셀(battery cell;10)은 전해액을 통해 충방전이 일어나는 최소 단위로서, 이온 교환이 일어나면서 충방전이 이루어지도록 분리막(13)과 상기 분리막(13)의 양측에 배치되는 양극(11), 음극(12), 분리판(14)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 전지셀(10) 자체의 구성은 공지된 구성에 의하므로, 그 구체적인 설명은 생략한다.

상기 전해액공급부(20)는 상기 전지셀(10)에 전해액을 공급하기 위해 마련된다. 본 실시예에 따르면, 상기 전해액공급부(20)는 상기 전지셀(10)의 상기 양극(11)과 음극(12) 모두에 전해액을 공급하는 형태로 구현된다. 물론, 상기 전해액공급부(20)가 상기 양극(11) 또는 음극(12) 중 어느 하나에 전해액을 공급하는 형태로 구현되는 것을 배제하지 않는다.

이하, 상기 전해액공급부(20)가 양극(11)에 전해액을 공급할 때를 예를 들어 설명한다. 전해액공급부(20)가 음극(12)에 전해액을 공급할 때의 구성 내지 작용은 상기 양극(11)에 전해액을 공급하는 구성 내지 작용과 동일하다.

구체적으로, 상기 전해액공급부(20)는 공급탱크(21), 공급유로(22), 제1 압력전달부(23), 회수탱크(24), 회기유로(25), 충진유로(26), 및 제2 압력전달부(27)를 포함한다.

상기 공급탱크(21)는 상기 전지셀(10)에 공급되는 상기 전해액을 저장한다. 상기 공급유로(22)는 상기 공급탱크(21)와 상기 전지셀(10)을 연결하며, 상기 전해액이 유동하는 유로를 제공한다.

본 실시예에 따르면, 상기 공급탱크(21)는 고무, 불소고무(fluorocarbon rubber), 폴리올레핀계 수지, 올레핀계 폴리에틸렌(PE), 염소화 폴리에틸렌, 폴리프로펠렌, 알케인계 고체왁스, 또는 폴리염화비닐계 수지 중에서 선택된 재료로 이루어진다. 상기 재료는 화학액에 내성을 갖는 소재로서 상기 공급탱크(21)의 내부가 전해액에 의해 부식되는 것을 예방한다. 한편, 상기 공급탱크(21)의 내벽면은 내화학성 코팅제를 이용하여 코팅될 수 있으며, 상기 코팅제로는 규소화합물, 붕소화합물, 또는 알루미늄화합물 등으로부터 선택될 수 있다.

상기 제1 압력전달부(23)는 상기 공급탱크(21)에 저장된 전해액에 압력을 가하여 상기 전해액을 상기 전지셀(10)로 유동시키기 위해서 마련된다. 상기 제1 압력전달부(23)에 의해 상기 전해액은 상기 공급유로(22)를 통해 상기 전지셀(10)의 내부로 유동한다.

상기 제1 압력전달부(23)는 상기 전해액이 상기 공급탱크(21)에서 상기 전지셀(10) 측으로 이동하도록 상기 전해액에 직간접적으로 압력을 제공한다. 예컨대, 상기 제1 압력전달부(23)는 공압펌프, 전동펌프, 또는 유압펌프 등이 채용될 되거나, 도7의 실시예처럼 간접적으로 전해액에 압력을 가하는 구조로 구현될 수 있다.

도1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 상기 공급탱크(21)에 저장된 전해액에 압력을 전달하는 상기 제1 압력전달부(23)는 하나가 마련되어 있으나, 복수 개의 제1 압력전달부(23)가 상기 공급탱크(21)에 연결되어 상기 전해액에 압력을 전달하도록 구현될 수 있다. 제1 압력전달부(23)가 복수 개 마련된 경우, 보다 큰 유량의 전해액의 이송이 가능해지고, 전해액을 빠르게 이송시킬 수 있다.

상기 회수탱크(24)는 상기 전지셀(10) 내부를 순환하고 나온 상기 전해액을 회수하기 위해서 마련된다. 상기 회기유로(25)는 상기 전지셀(10)과 상기 회수탱크(24)를 연결하며, 상기 전지셀(10)에서 상기 회수탱크(24) 측으로 전해액이 흐르는 유로를 제공한다.

상기 회수탱크(24)의 소재는 상기 공급탱크(21)의 소재와 동일한 소재로 이루어질 수 있다. 물론, 상기 회수탱크(24)의 내벽면도 상기 공급탱크(21)와 마찬가지로 내화학성 코팅제로 코팅될 수 있다. 상기 코팅제로는 규소화합물, 붕소화합물, 또는 알루미늄화합물 등으로부터 선택될 수 있다.

상기 충진유로(26)는 상기 회수탱크(24)와 상기 공급탱크(21)를 연결한다. 상기 제2 압력전달부(27)는 상기 회수탱크(24)에 저장된 상기 전해액에 압력을 가하여 상기 전해액를 상기 공급탱크(21)로 유동시키기 위해서 마련된다. 상기 제2 압력전달부(27)에 의해 상기 전해액은 상기 충진유로(26)를 통해 상기 회수탱크(24)에서 공급탱크(21)로 유동한다. 상기 제2 압력전달부(27)는 실질적으로 제1 압력전달부(23)와 동일한 구성에 의해 구현될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 제2 압력전달부(27)는 상기 회수탱크(24)에 저장된 상기 전해액에 압력을 전달하기 위해서 하나가 마련되어 있으나, 복수 개의 제2 압력전달부(27)가 상기 회수탱크(24)에 연결되어 상기 전해액에 압력을 전달하도록 구현될 수 있다.

이와 같은 구성에 의해, 상기 전해액은 공급탱크(21), 전지셀(10), 회수탱크(24)를 순차적으로 거친 후 다시 공급탱크(21)로 유동하면서 순환한다.

본 실시예에 따른 레독스 흐름전지는, 전해액의 역류를 방지하기 위한 역류방지구(30)가 마련된다. 상기 역류방지구(30)는 전해액의 일방향으로 이동을 허용하고 반대방향으로의 이동을 차단하는 기능을 수행하면 족하며, 예컨대, 판막, 차단밸브, 체크밸브, 또는 부유밸브 등이 채용될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 역류방지구(30)로는 체크밸브가 사용되며, 물론 이에 한정되는 것은 아니다. 체크밸브는 볼(ball) 타입 체크밸브, 판막 타입 체크밸브, 리프트 타입 체크밸브, 스윙 체크밸브, 스윙 웨이퍼 체크밸브, 또는 스플리트 디스크 체크밸브 등 유체의 흐름 방향을 제어할 수 있는 어떠한 형태의 체크밸브도 사용 가능하다.

도2를 참조하면, 상기 역류방지구(30)는 충진유로(26)와 회기유로(25) 상에 마련되어 전해액의 역류를 방지한다.

상기 충진유로(26)에 설치된 체크밸브는 상기 전해액이 회수탱크(24)로부터 공급탱크(21)로 유입되는 것은 허용하고, 상기 전해액이 공급탱크(21) 측에서 상기 회수탱크(24)로 역류하는 것은 방지한다.

상기 회기유로(25)에 설치된 체크밸브는 상기 전해액이 전지셀(10)로부터 회수탱크(24)로 유입되는 것은 허용하고, 상기 전해액이 회수탱크(24) 측에서 상기 전지셀(10)로 역류하는 것은 방지한다.

도2에는 상기 역류방지구(30)가 충진유로(26)와 회기유로(25)에 마련되어 있으나, 전지셀(10) 내부의 유로저항이 충진유로(26) 내부의 유로저항보다 큰 경우에는 상기 회기유로(25) 상의 설치된 역류방지구(30)를 제거하여도 무방하다. 즉, 상기 제2 압력전달부(27)에 의해 상기 전해액에 압력이 전달될 때, 전해액은 회수탱크(24)에서 유로저항이 큰 전지셀(10)로 유동하지 않고, 유로저항이 작은 공급탱크(21)로 유동하므로 원하는 전해액의 흐름이 달성된다.

이하, 상기 구성에 따른 레독스 흐름전지의 작용 내지 효과에 대하여 구체적으로 설명한다.

도2는 전해액이 전지셀(10)로 유입될 때의 동작을 도시한다. 도2에 도시된 바와 같이, 제1 압력전달부(23)가 공급탱크(21)에 저장된 전해액에 압력을 가하면, 상기 전해액은 공급유로(22)를 통해서 전지셀(10)로 유입된다. 이때, 충진유로(20)에 마련된 역류방지구(30)에 의해 상기 전해액은 회수탱크(24) 측으로 유동하지 않고, 공급유로(22)를 통해 상기 전지셀(10)로 유입된다.

상기 전지셀(10)로 유입된 전해액에 의해서 상기 전지셀(10) 내부에서는 이온교환이 일어나고, 상기 전해액(10)은 전지셀(10)로부터 회기유로(25)를 통해 회수탱크(24)로 유입된다. 이때, 상기 회기유로(25)에 마련된 역류방지구(30)는 상기 전지셀(10)로부터 회수탱크(24) 측으로 전해액의 유동은 허용하고, 반대로 회수탱크(24)로부터 전지셀(10)로 역류하는 것을 방지하므로, 상기 전해액은 일방향으로 흐른다.

도3은 전해액이 회수탱크(24)에서 공급탱크(21)로 이동할 때의 동작을 도시한다. 도3에 도시된 바와 같이, 제2 압력전달부(27)가 회수탱크(24)에 저장된 전해액에 압력을 가하면, 상기 전해액은 충진유로(26)를 통해서 공급탱크(21)로 유입되어, 상기 공급탱크(21)를 다시 채운다. 이때, 상기 충진유로(26)에 마련된 역류방지구(30)는 상기 회수탱크(24)로부터 상기 공급탱크(21) 측으로 전해액의 유동은 허용한다. 또한, 본 실시예에 따르면, 상기 회기유로(25)에 마련된 역류방지구(30)는 상기 전지셀(10)로 전해액이 유동하는 것을 방지하므로, 상기 전해액은 상기 회수탱크(24)에서 상기 공급탱크(21)로 유동한다. 이와 같은 작용에 의해, 전해액은 공급탱크(21)로부터 일방향으로 순환하하여 다시 공급탱크(21)로 들어오게 된다.

이처럼, 본 발명 실시예에 따른 레독스 흐름전지는, 전해액이 순환하는 과정에서 유로 저항을 감소시켜서 레독스 흐름전지의 전체적인 효율을 향상시킨다. 즉, 본 발명은, 종래처럼 전해액을 순환시키는 펌핑수단의 내부로 전해액을 유입시키지 않기 때문에 유로 저항을 현저히 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명 실시예에 따른 레독스 흐름전지는 제1,2 압력전달부(23,27)이 전해액에 가하는 압력을 적절하게 제어하여 전해액의 흐름을 용이하게 조절할 수 있다.

또한, 본 발명 실시예에 따른 레독스 흐름전지는, 전체적인 구성을 단순화시킬 수 있으므로, 레독스 흐름전지의 신뢰성을 향상시키고 제작의 편의성이 향상되는 효과를 제공한다.

한편, 본 발명 실시예에 따른 레독스 흐름전지는, 도5 내지 도7과 같이 다른 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 도5 내지 도7에 있어서, 도1의 실시예와 동일한 기능 내지 작용을 하는 구성에 대하여는 동일한 참조번호를 부여하고, 그 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전해액공급부(20)는 2개 이상 마련될 수 있다. 상기 전해액공급부(20) 중 적어도 어느 하나를 통해서 상기 전지셀(10)로 상기 전해액이 공급될 때, 나머지의 상기 전해액공급부(20)에서는 상기 전해액을 상기 회수탱크(24)로부터 상기 공급탱크(21)로 충진한다.

도5를 참조하면, 본 실시예에 다른 레독스 흐름전지는 전해액공급부(20)가 2개 마련된다. 도5를 기준으로 상측 및 하측에 각각 전해액공급부(20)가 마련된다. 상기 전해액공급부(20)의 각 공급탱크(21)는 상기 전지셀(10)에 개별적인 공급유로(22)에 의해 연결된다. 그리고, 상기 전해액공급부(20)의 각 회수탱크(24)는 전지셀(10)과 개별적인 회기유로(25)에 의해 연결된다.

상기 상측에 마련된 전해액공급부(20)에 있어서, 상기 상측의 공급탱크(21) 및 회수탱크(24)는 충전유로(26)에 의해 연결된다. 상기 하측에 마련된 전해액공급부(20) 역시, 하측의 공급탱크(21) 및 회수탱크는 충전유로(26)에 의해 연결된다. 본 실시예에 있어서, 상기 공급유로(22), 회기유로(25), 및 충진유로(26)에는 각각 역류방지구(30)가 마련되어 있다.

제1 압력전달부(23)가 상측에 마련된 전해액공급부(20)에 압력을 가하여 공급탱크(21)의 전해액이 전지셀(10)로 유입되는 동안, 하측에 마련된 전해액공급부(20)에는 제2 압력전달부(27)에 의해 회수탱크(24)에 저장된 전해액을 하측에 마련된 공급탱크(21)로 유입시킨다. 즉, 상측에 마련된 전해액공급부(20)에서는 전지셀(10)로 전해액을 유입시키는 공급단계가 수행되고, 하측에 마련된 전해액공급부(20)에서는 회수탱크(24)로 전해액을 회수하는 회수단계가 수행된다.

이 과정이 끝나면, 하측에 마련된 전해액공급부(20)에 의해 전해액이 전지셀로 공급되는 공급단계가 수행되고, 상측에 마련된 전해액공급부(20)에서는 전해액이 회수탱크(24)로 회수되는 회수단계가 수행된다.

따라서, 상측에 마련된 전해액공급부(20)와 하측에 마련된 전해액공급부(20)가 서로 반대로 동작하면서 연속적으로 균일하게 전해액을 전지셀(10)에 공급할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 회수탱크(24)로부터 공급탱크(21)로 전해액을 유동시켜서 공급탱크(21)를 충진하는 동안, 공급탱크(21)에서 전지셀(10)로 전해액이 일시적으로 공급되지 않아서 전지의 충방전 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

도6은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다. 도6의 실시예는, 공통유로(40)를 구비한 점에서 도5의 실시예와 구별된다.

구체적으로, 상기 전해액공급부(20)가 복수 개로 마련될 때, 각 공급탱크(21)로부터 연장되는 각 공급유로(22)는 전지셀(10)에 유입되기 전에 병합되어 공통유로(40)를 형성한다. 도6에 도시된 바와 같이, 전해액공급부는 2개가 마련되며, 상기 전해액공급부를 구성하는 각 공급탱크(21)로부터는 공급유로(22)가 연결되고, 상기 각 공급유로(22)는 상기 전지셀(10)에 연결되기 전에 서로 병합된다.

상기와 같이 공통유로(40)를 사용하는 경우, 상기 전지셀(10)에 연결되는 유로의 개수가 줄어들게 되므로, 레독스 흐름전지의 구성 내지 설계를 단순화할 수 있다.

도7은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다.

도7을 참고하면, 상기 공급탱크(21) 또는 상기 회수탱크(24)는 내부 체적이 가변하도록 신축 가능하게 구현될 수 있다. 이때, 상기 제1 압력전달부(23)는 상기 공급탱크(21)를 신축시켜서 상기 전해액에 압력을 전달하며, 상기 제2 압력전달부(27)는 상기 회수탱크(24)를 신축시켜서 상기 전해액에 압력을 전달한다.

본 실시예에 따르면, 상기 공급탱크(21)는 제1 가변부(211)와 제1 연장부(212)를 포함한다. 상기 제1 가변부(211)는 내부 체적이 가변하는 부분이고, 상기 제1 연장부(212)는 상기 제1 가변부(211)로부터 연장되고 내부 체적 변화가 없는 부분이다. 상기 제1 연장부(212)에는 상기 충진유로(26)의 일단이 결합된다.

상기 회수탱크(24)는 상기 공급탱크(21)와 마찬가지로, 제2 가변부(241)와 제2 연장부(242)를 포함한다. 상기 제2 가변부(241)는 내부 체적이 가변하는 부분이고, 상기 제2 연장부(242)는 상기 제2 가변부(241)로부터 연장되고 내부 체적 변화가 없는 부분이다. 상기 제2 연장부(242)에는 상기 충진유로(26)의 타단이 결합된다. 상기 충진유로(26)는 체적이 변하지 않는 제1,2 연장부(212,242)에 결합되어 구조적으로 안정적으로 유지된다.

상기 제1,2 압력전달부(23,27)에 의해 압력을 전달받은 전해액이 순환하는 과정은 도1에 도시된 실시예와 동일하므로, 그 구체적인 설명은 생략한다.

본 실시예에 있어서, 상기 공급탱크(21) 또는 상기 회수탱크(24)는 전해액에 압력이 전달될 수 있도록 체적이 변하는 어떤 형태라도 무방하다. 예컨대, 벨로우즈(Bellows), 고무백(bag), 비닐팩(vinyl pack) 등의 형태로 구현될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 제1,2 압력전달부(23,27)은 상기 전해액에 간접적으로 압력을 전달하는 형태로 구현될 수 있으므로, 상기 공급탱크(21)와 상기 회수탱크(24)에 저장된 전해액이 외부 구성으로부터 격리되어 전해액이 외부 물질로부터 오염되는 것을 예방한다.

한편, 본 발명에 따른 레독스 흐름전지는, 도4에 도시된 바와 같이, 유체여과기(50), 산소흡수장치(60), 산소공급장치(70), 및 압력저감장치(80)를 더 포함할 수 있다.

상기 유체여과기(50)는 상기 전해액에 포함된 이물질을 제거하기 위해서 구비된다. 상기 이물질은 먼지, 반응부산물, 또는 전해액찌꺼기 등 고상/액상의 물질뿐만 아니라, 전해액의 성능에 영향을 미칠 수 있는 기체 상의 불순물을 의미한다. 상기 유체여과기(50)는 전해액이 유동하는 유로, 즉 공급유로(22), 회기유로(25), 충진유로(26) 상에, 또는 공급탱크(21) 또는 회수탱크(24) 내에 설치되어 전해액이 혼합된 불순물을 제거할 수 있다. 예컨대, 상기 유체여과기(50)는 제거 대상의 성질을 고려한 각종 필터로 구현될 수 있다.

상기 산소흡수장치(60) 또는 상기 산소공급장치(70)는 전해액의 산화 수 조절을 위해 마련된다. 상기 산소흡수장치(60)는 전해액에 포함된 산화 수를 감소시키기 위해서 산소를 흡수하기 위해서 마련되고, 상기 산소공급장치(70)는 전해액에 포함된 산화 수를 증가시키기 위해서 산소를 공급하기 위해서 마련된다. 본 실시예에 따르면, 상기 산소흡수장치(60) 또는 상기 산소공급장치(70)는 상기 공급탱크(21) 또는 상기 회수탱크(24)에 마련된다. 물론, 상기 산소흡수장치(60) 및 산소공급장치(70)는 필요에 따라 전해액이 흐르는 유로 상에 마련될 수 있다.

상기 압력저감장치(80)는 상기 전지셀(10) 또는 전해액공급부(20) 내부의 압력이 소정 압력 이상인 경우, 상기 압력을 떨어뜨리기 위해서 마련된다. 본 실시예에 있어서, 상기 압력저감장치(80)는 특정 압력 이상에서 작동하여 압력을 배출하는 릴리프밸브를 채용할 수 있다. 물론, 상기 압력자감장치(80)는 릴리프밸브로 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 압력저감장치(80)는 공급탱크(21), 회수탱크(24), 전지셀(10) 또는 전해액이 흐르는 유로 상에 필요한 개수만큼 마련될 수 있으므로, 그 설치장소 및 개수가 특별히 한정되는 것은 아니다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다.

10... 전지셀 11... 양극
12... 음극 13... 분리막
14... 분리판 20... 전해액공급부
21... 공급탱크 211... 제1 가변부
212... 제1 연장부 22... 공급유로
23... 제1 압력전달부 24... 회수탱크
241... 제2 가변부 242... 제2 연장부
25... 회기유로 26... 충진유로
27... 제2 압력전달부 30... 역류방지구
40... 공통유로 50... 유체여과기
60... 산소흡수장치 70... 산공공급장치
80... 압력저감장치 100.. 레독스 흐름전지

Claims

분리막(13)과 상기 분리막(13)의 양측에 양극(11) 및 음극(12)이 마련된 전지셀(10);과 상기 전지셀(10)에 전해액을 공급하는 전해액공급부(20);를 포함하는 레독스 흐름전지에 있어서,
상기 전해액공급부(20)는,
상기 전지셀(10)에 공급되는 상기 전해액을 저장하는 공급탱크(21);
상기 공급탱크(21)와 상기 전지셀(10)을 연결하는 공급유로(22);
상기 공급탱크(21)에 저장된 상기 전해액에 압력을 가하여 상기 전해액을 상기 공급유로(22)를 통하여 상기 전지셀(10) 내부로 유동시키는 제1 압력전달부(23);
상기 전지셀(10) 내부를 순환하고 나온 상기 전해액이 회수되는 회수탱크(24);
상기 전지셀(10)과 상기 회수탱크(24)를 연결하는 회기유로(25);
상기 회수탱크(24)와 상기 공급탱크(21)를 연결하는 충진유로(26); 및
상기 회수탱크(24)에 저장된 상기 전해액에 압력을 가하여 상기 전해액을 상기 충진유로(26)를 통하여 상기 공급탱크(21)로 유동시키는 제2 압력전달부(27);를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
제1항에 있어서,
상기 충진유로(26)에는 상기 전해액의 역류는 방지하는 역류방지구(30)가 마련된 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
제2항에 있어서,
상기 회기유로(25)에는 상기 전해액의 역류는 방지하는 역류방지구가 마련된 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
제1항에 있어서,
상기 전해액공급부(20)는 2개 이상 마련되며,
상기 전해액공급부(20) 중 적어도 어느 하나를 통해서 상기 전지셀(10)로 상기 전해액이 공급될 때, 나머지의 상기 전해액공급부(20)에서는 상기 전해액을 상기 회수탱크(24)로부터 상기 공급탱크(21)로 충진하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
제4항에 있어서,
상기 전해액공급부(20)의 각 공급탱크(21)는 상기 전지셀에 개별적인 공급유로(22)에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
제5항에 있어서,
상기 각 공급탱크(21)로부터 연장되는 상기 각 공급유로(22)는 상기 전지셀(10)에 유입되기 전에 병합되어 공통유로(40)를 형성하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
제1항에 있어서,
상기 공급탱크(21) 또는 상기 회수탱크(24)는, 고무, 불소고무(fluorocarbon rubber), 폴리올레핀계 수지, 올레핀계 폴리에틸렌(PE), 염소화 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 알케인계 고체왁스, 또는 폴리염화비닐계 수지 중에서 선택된 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
제1항에 있어서,
상기 제1 압력전달부(23) 또는 상기 제2 압력전달부(27)는 복수로 마련된 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
제1항에 있어서,
상기 전해액에 포함된 이물질을 제거하는 유체 여과기(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
제1항에 있어서,
상기 공급탱크(21) 또는 상기 회수탱크(24)는, 상기 전해액의 산화 수 조절을 위해 산소를 흡수하는 산소흡수장치(60) 또는 산소를 공급하는 산소공급장치(70)를 구비하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
제1항에 있어서,
상기 전지셀(10) 또는 상기 전해액공급부(20)의 내부 압력이 소정 압력 이상인 경우, 상기 압력을 떨어뜨리기 위한 압력저감장치(80)를 구비하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
제1항에 있어서,
상기 공급탱크(21) 또는 상기 회수탱크(24)는 내부 체적이 가변하도록 신축 가능하며, 상기 제1 압력전달부(23) 또는 상기 제2 압력전달부(27)는 상기 공급탱크(21) 또는 상기 회수탱크(24)를 신축시켜서 상기 전해액에 압력을 전달하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
제12항에 있어서,
상기 공급탱크(21)는 내부 체적이 가변하는 제1 가변부(211)와, 상기 제1 가변부(211)로부터 연장되고 내부 체적 변화가 없으며 상기 충진유로(26)가 결합되는 제1 연장부(212)를 포함하고,
상기 회수탱크(24)는 내부 체적이 가변하는 제2 가변부(241)와, 상기 제2 가변부(241)로부터 연장되고 내부 체적 변화가 없으며 상기 충진유로(26)가 결합되는 제2 연장부(242)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.