KR20200068432A - 유로 채널이 보강된 셀프레임 및 이를 이용한 레독스흐름전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의하면, 전해질의 유동에 따라 방전을 가능하게 하는 바이폴라플레이트와; 상호간 대향된 구조를 가지고 바이폴라플레이트의 양측면에 각각 기밀 가능한 상태로 구성되며 전해질의 흐름을 위한 유로를 제공하는 좌측 플로우셀 및 우측 플로우셀을 포함하고, 좌측 플로우셀 및 우측 플로우셀의 유로에 설치되어 전해액의 열과 복수개의 좌측 플로우셀 및 우측 플로우셀의 적층시 발생되는 압력에 의한 변형을 방지하는 보강대를 포함하는 유로 채널이 보강된 셀프레임이 제공된다.

Description

유로 채널이 보강된 셀프레임 및 이를 이용한 레독스흐름전지{Cell frame reinforced flow path channel and redox flow battery using thereof}
본 발명은 셀프레임 및 레독스흐름전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레독스흐름전지를 구성하는 셀프레임에 있어서 전해액이 흐르는 셀프레임의 유로 채널에 보강대가 구성되어 복수개의 셀프레임의 적층시 압력과 전해액의 열에 의한 셀프레임의 손상을 방지할 수 있는 유로 채널이 보강된 셀프레임 및 이를 이용한 레독스흐름전지에 관한 것이다.
최근 지구 온난화의 주요 원인인 온실가스 배출을 억제하기 위한 방법으로, 태양광 에너지 또는 풍력 에너지 등과 같은 재생 에너지가 각광받고 있으며 이들의 실용화 보급을 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 이와 같은 재생 에너지는 입지환경이나 자연조건에 의해 큰 영향을 받는다. 더욱이, 재생 에너지는 출력 변동이 심하기 때문에 에너지를 연속적으로 고르게 공급할 수 없는 단점이 있다.
이에, 에너지의 출력을 고르게 하기 위해서 출력이 높을 때에는 에너지를 저장하고 출력이 낮을 때에는 저장된 에너지를 사용할 수 있는 저장장치의 개발이 중요시 되고 있으며, 이와 같은 대표적인 대용량 저장장치로 납축전지, NaS 전지 그리고 레독스흐름전지(RFB;Redox Flow Battery) 등이 있다.
상기 납축전지는, 다른 전지에 비해 상업적으로 널리 사용되고 있으나 낮은 효율 및 주기적인 교체로 인한 유지보수의 비용과 전지 교체시 발생되는 산업폐기물의 처리문제 등의 단점이 있으며, 또한, NaS 전지의 경우 에너지 효율이 높은 것이 장점이나 300℃ 이상의 고온에서 작동하는 단점이 있다. 반면, 레독스 흐름전지는 유지 보수비용이 적고 상온에서 작동 가능하며 용량과 출력을 각기 독립적으로 설계할 수 있어 최근 대용량 저장장치로의 많은 연구가 진행되고 있다.
한편, 레독스흐름전지의 경우, 공개특허 제10-2011-116624호 등에 개시된 바와 같이, 하나의 바이폴라플레이트 양측면에 한 쌍의 플로우셀이 결합되면서 구성되는 셀프레임들이 반복적으로 적층되어 대용량화가 가능하고 대형화에 유리하며 용량 증설이 용이하고 상온에서 동작하며 초기비용이 저렴한 장점을 가지고 있다.
그러나 종래의 레독스흐름전지는, 복수개의 셀프레임들이 반복적으로 적층된 후 가장자리 부분이 볼트와 너트 등의 체결수단을 통해 고정 결합되기 때문에, 셀프레임들의 가장자리 부분 특히 전해액이 흐르는 유입구와 배출구를 포함하는 매니폴드 부분에 지속적인 압력과 열이 가해지게 되어 변형이 발생되고 이에, 전해액의 누수 및 쇼트가 발생되는 문제점이 있다.
보다 상세하게는, 일반적인 레독스흐름전지의 경우, 복수개의 셀프레임들이 반복적으로 적층된 후 양단부에 각각 복수개의 셀프레임들을 보호하기 위한 엔드플레이트가 구성된 후 일측의 엔드플레이트, 복수개의 셀프레임들 및 타측의 엔드플레이트를 일체로 결속시키는 볼트와 너트 등의 결속부재를 통해 하나의 스택 또는 전지로 결합되며, 이때, 상대적으로 고온의 상태를 가지는 양극 전해액과 음극 전해액이 공급되는 시작단부인 엔드플레이트에 근접한 셀프레임들이 결속에 따른 압력과 열에 집중적으로 노출되어, 전해액이 흐르는 유로 부위가 변형되는 문제점이 있다.
이에, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 셀프레임들의 유입구와 배출구를 포함하는 매니폴드 부분의 두께가 두꺼워져야하나, 이러한 설계 반영은 유로의 가공에 곤란함이 발생되고 플로우셀이나 셀프레임들의 절대적인 두께로 인해 전체적인 스택이 산출 전력에 비해 대형화되고 과도한 설치 공간을 필요로 하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 레독스흐름전지를 구성하는 셀프레임에 있어서 전해액이 흐르는 셀프레임 매니폴드 부분의 유로 채널에 보강대가 구성되어 복수개의 셀프레임의 적층시 압력과 전해액의 열에 의한 프레임의 손상을 방지할 수 있는 유로 채널이 보강된 셀프레임 및 이를 이용한 레독스흐름전지를 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면, 전해질의 유동에 따른 방전을 가능하게 하는 바이폴라플레이트와; 상호간 대향된 구조를 가지고 바이폴라플레이트의 양측면에 각각 기밀 가능한 상태로 구성되며 전해질의 흐름을 위한 유로를 제공하는 좌측 플로우셀 및 우측 플로우셀을 포함하고, 좌측 플로우셀 및 우측 플로우셀의 유로에 설치되어 전해액의 열과 복수개의 좌측 플로우셀 및 우측 플로우셀의 적층시 발생되는 압력에 의한 변형을 방지하는 보강대를 포함하는 유로 채널이 보강된 셀프레임이 제공된다.
여기서, 좌측 플로우셀은, 플레이트; 플레이트의 내측면 중앙부에 개구 형성되고 바이폴라플레이트의 일면 가장자리가 안착되는 안착공; 플레이트의 외측면 안착공 상부와 하부에 각각 형성되어 양극 전해액이 바이폴라플레이트의 일면에 유입 및 배출되도록 하는 양극유입공과 양극배출공; 플레이트의 외측면 양극유입공과 양극배출공에 각각 연통되면서 구성되어 양극유입공을 통해 유입된 양극 전해액이 바이폴라플레이트를 접촉한 후 양극배출공을 통해 배출되면서 이동되도록 하는 유로 채널; 플레이트의 외측면에 유로 채널을 커버하면서 기밀 상태로 구성되는 셀커버; 및 양극유입공과 양극배출공에 대향되는 위치에 형성되어 음극 전해액이 바이폴라플레이트의 타면에 유입 및 배출되도록 하는 음극유입공과 음극배출공을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 유로 채널은, 양극유입공에 연통되는 제1유입채널; 제1유입채널로부터 분기되는 복수개의 제2유입채널; 제2유입채널로부터 바이폴라플레이트의 일단에 분산되는 다수개의 제3유입채널; 바이폴라플레이트의 타단에 분산된 양극 전해액이 집수되는 다수개의 제1배출채널; 제1배출채널로부터 융합되는 복수개의 제2배출터널; 및 제2배출채널로부터 양극배출공에 연통되는 제3배출채널로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 우측 플로우셀은, 플레이트; 플레이트의 내측면 중앙부에 개구 형성되고 바이폴라플레이트의 타면 가장자리가 안착되는 안착공; 플레이트의 외측면 안착공 상부와 하부에 각각 형성되어 음극 전해액이 바이폴라플레이트의 타면에 유입 및 배출되도록 하는 음극유입공과 음극배출공; 플레이트의 외측면 음극유입공과 음극배출공에 각각 연통되면서 구성되어 음극유입공을 통해 유입된 음극 전해액이 바이폴라플레이트를 접촉한 후 음극배출공을 통해 배출되면서 이동되도록 하는 유로 채널; 플레이트의 외측면에 유로 채널을 커버하면서 기밀 상태로 구성되는 셀커버; 및 음극유입공과 음극배출공에 대향되는 위치에 형성되어 양극 전해액이 바이폴라플레이트의 일면에 유입 및 배출되도록 하는 양극유입공과 양극배출공을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 유로 채널은, 음극유입공에 연통되는 제1유입채널; 제1유입채널로부터 분기되는 복수개의 제2유입채널; 제2유입채널로부터 바이폴라플레이트의 일단에 분산되는 다수개의 제3유입채널; 바이폴라플레이트의 타단에 분산된 음극 전해액이 집수되는 다수개의 제1배출채널; 제1배출채널로부터 융합되는 복수개의 제2배출터널; 및 제2배출채널로부터 음극배출공에 연통되는 제3배출채널로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 보강대는, 제1유입채널과 제3배출채널에 길이방향으로 제1 및 제3유입채널의 폭을 양분하는 위치에 각 채널의 폭 대비 1/5 내지 1/3의 폭을 가지면서 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 의하면, 상기와 같은 복수개의 셀프레임들이 스택 구조로 배열되어 전해질의 유동에 따라 방전을 가능하게 하는 전지셀; 전지셀의 양측단에 구성되어 외부로부터 전지셀을 보호하는 한 쌍의 엔드플레이트; 엔드플레이트에 위치된 상태에서 전지셀의 복수개의 셀프레임들의 양극단자와 음극단자 각각에 전기적으로 접속 구성되어 전해질의 유동에 따라 방전 동작되는 셀프레임들들 전체의 전하를 집전하는 전극판; 및 엔드플레이트의 외측면에 구성되어 엔드플레이트와 전지셀의 결속을 강화하는 결속강화채널을 포함하는 레독스흐름전지가 제공된다.
따라서 본 발명에 의하면, 레독스흐름전지를 구성하는 셀프레임에 있어서 전해액이 흐르는 셀프레임 매니폴드 부분의 유로 채널에 보강대가 구성되어 복수개의 셀프레임의 적층시 압력과 전해액의 열에 의한 프레임의 손상을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유로 채널이 보강된 셀프레임을 이용한 레독스흐름전지의 구성을 나타낸 도면;
도 2는 도 1에 있어서 유로 채널이 보강된 셀프레임을 나타낸 분해 사시도;
도 3 내지 도 5는 각각 도 2의 셀프레임에 있어서 좌측 플로우셀의 구성을 나타낸 사시도, 정면도 및 배면도; 및
도 6 내지 도 8은 각각 도 2의 셀프레임에 있어서 우측 플로우셀의 구성을 나타낸 사시도, 정면도 및 배면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유로 채널이 보강된 셀프레임(100)은, 전해질의 유동에 따라 방전을 가능하게 하는 바이폴라플레이트(110)와, 상호간 대향된 구조를 가지고 바이폴라플레이트(110)의 양측면에 각각 기밀 가능한 상태로 구성되며 전해질의 흐름을 위한 유로를 제공하는 좌측 플로우셀(120) 및 우측 플로우셀(130)을 포함하고, 좌측 플로우셀(120) 및 우측 플로우셀(130)의 유로에 설치되어 전해액의 열과 복수개의 셀프레임(100)이 적층시 발생되는 압력에 의한 변형을 방지하는 보강대(B)를 포함한다.
바이폴라플레이트(110)는, 복수개의 셀프레임(100)들이 바이폴라플레이트(110) 사이에 멤브레인(M)을 구비 및 적층된 상태에서 일면과 타면에 각각 양극전해액과 음극전해액의 접촉시 멤브레인(M) 양측 공간에서 발생되는 산화 및 환원 반응을 통하여 양극과 음극의 전하를 가지면서 방전을 가능하게 하는 것으로서, 공지의 구성이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
여기서, 바이폴라플레이트(110)의 일면과 타면에는 펠트(미부호)가 접촉된 상태로 구성되어, 바이폴라플레이트(110)를 따라 흐르는 전해액이 바이폴라플레이트(110)의 전면적(全面的)에 균일하게 접촉되도록 하여 바이폴라플레이트(110)와 멤브레인(M) 사이의 공간에서 발생되는 산화 및 환원 반응 효율이 향상되도록 함과 동시에, 상기 산화 및 환원 반응을 통해 생성되는 전하의 집진이 용이하도록 한다.
좌측 플로우셀(120)은, 우측 플로우셀(130)에 상호간 대향되는 구조를 가지고 바이폴라플레이트(110)의 일측면에 기밀 가능한 상태로 구성되며 전해질의 흐름을 위한 유로를 제공하는 커버수단으로서, 사각형상을 가지는 플레이트(121), 플레이트(121)의 내측면 중앙부에 개구 형성되고 내측면으로부터 바이폴라플레이트(110)의 일면 가장자리가 기밀 상태로 안착되는 안착공(122), 플레이트(121)의 외측면 안착공(122) 상부와 하부에 각각 형성되어 일예로 양극 전해액이 바이폴라플레이트(110)의 일면에 유입 및 배출되도록 하는 양극유입공(123)과 양극배출공(124), 플레이트(121)의 외측면 양극유입공(123)과 양극배출공(124)에 각각 연통되면서 구성되어 양극유입공(123)을 통해 유입된 양극 전해액이 바이폴라플레이트(110)를 접촉한 후 양극배출공(124)을 통해 배출되면서 이동되도록 하는 유로 채널(125), 플레이트(121)의 외측면에 유로 채널(125)을 커버하면서 기밀 상태로 구성되는 셀커버(126), 양극유입공(123)과 양극배출공(124)에 대향되는 위치에 형성되어 일예로 음극 전해액이 바이폴라플레이트(110)의 타면에 유입 및 배출되도록 하는 음극유입공(127)과 음극배출공(128), 플레이트(121)의 외측면 가장자리에 요홈 구조로 형성되는 누수방지홈(129) 및 누수방지홈(129), 양극유입공(123), 양극배출공(124), 음극유입공(127) 및 음극배출공(129)에 각각 설치되어 기밀 상태를 제공하는 실링부재(O) 등을 포함한다.
여기서, 유로 채널(125)은, 각각 양극유입공(123)과 양극배출공(124)에 연통되어 양극유입공(123)으로부터 유입되는 양극 전해액이 바이폴라플레이트(110)에 전면적으로 고르게 분산 및 집수되도록 하는 매니폴드 타입의 유로를 제공하는데, 보다 바람직하게는, 양극유입공(123)에 연통되는 제1유입채널(125a), 제1유입채널(125a)로부터 분기되는 복수개의 제2유입채널(125b) 및 제2유입채널(125b)로부터 바이폴라플레이트(110)의 일단에 분산되는 다수개의 제3유입채널(125c)로 구성되어 양극유입공(123)을 통해 제1유입채널(125a)에 유입된 양극 전해액이 제2유입채널(125b)로 분기된 후 다시 제3유입채널(125c)을 통해 바이폴라플레이트(110)의 전면적에 고르게 분산되며, 바이폴라플레이트(110)의 타단에 분산된 양극 전해액이 집수되는 다수개의 제1배출채널(125d), 제1배출채널(125d)로부터 융합되는 복수개의 제2배출터널(125e) 및 제2배출채널(125e)로부터 양극배출공(124)에 연통되는 제3배출채널(125f)로 구성되어 바이폴라플레이트(110)의 타단으로부터 제1배출채널(125d)에 집수된 양극 전해액이 제2배출채널(125e)로 융합된 후 다시 제3배출채널(125f)을 통해 양극배출공(124)으로 배출된다.
이때, 유로 채널(125)은, 제1유입채널(125a)의 경우 제2유입채널(125b)로 분기되는 구조를 가지기 때문에 그 폭이 제2유입채널(125b) 보다 넓은 폭을 가지게 되고, 또한, 제3배출채널(125f)의 경우 제2배출채널(125e)이 융합되는 구조를 가지기 때문에 그 폭이 제2배출채널(125e) 보다 넓은 폭을 가지게 되며, 이를 통하여, 전해액의 바이폴라플레이트(110)의 전면적에 고르게 분산되고 또한, 전면적으로부터 균일하게 집수되도록 하여, 바이폴라플레이트(110)의 어느 한 부분에 국부적으로 집중되지 않도록 하여 멤브레인(M)을 사이에 두고 적층된 바이폴라플레이트와의 공간 내에서 산화 및 환원 반응 효율이 향상되도록 할 수 있다.
우측 플로우셀(130)은, 좌측 플로우셀(120)에 상호간 대향되는 구조를 가지고 바이폴라플레이트(110)의 타측면에 기밀 가능한 상태로 구성되며 전해질의 흐름을 위한 유로를 제공하는 커버수단으로서, 사각형상을 가지는 플레이트(131), 플레이트(131)의 내측면 중앙부에 개구 형성되고 내측면으로부터 바이폴라플레이트(110)의 타면 가장자리가 기밀 상태로 안착되는 안착공(132), 플레이트(131)의 외측면 안착공(132) 상부와 하부에 각각 형성되어 일예로 음극 전해액이 바이폴라플레이트(110)의 타면에 유입 및 배출되도록 하는 음극유입공(133)과 음극배출공(134), 플레이트(131)의 외측면 음극유입공(133)과 음극배출공(133)에 각각 연통되면서 구성되어 음극유입공(133)을 통해 유입된 음극 전해액이 바이폴라플레이트(110)를 접촉한 후 음극배출공(134)을 통해 배출되면서 이동되도록 하는 유로 채널(135), 플레이트(131)의 외측면에 유로 채널(135)을 커버하면서 기밀 상태로 구성되는 셀커버(136), 음극유입공(133)과 음극배출공(134)에 대향되는 위치에 형성되어 일예로 양극 전해액이 바이폴라플레이트(110)의 일면에 유입 및 배출되도록 하는 양극유입공(137)과 양극배출공(138), 플레이트(131)의 외측면 가장자리에 요홈 구조로 형성되는 누수방지홈(139) 및 누수방지홈(139), 음극유입공(133), 음극배출공(134), 양극유입공(137) 및 양극배출공(138)에 각각 설치되어 기밀 상태를 제공하는 실링부재(O) 등을 포함한다.
여기서, 유로 채널(135)은, 각각 음극유입공(133)과 음극배출공(134)에 연통되어 음극유입공(133)으로부터 유입되는 음극 전해액이 바이폴라플레이트(110)에 전면적으로 고르게 분산 및 집수되도록 하는 매니폴드 타입의 유로를 제공하는데, 보다 바람직하게는, 음극유입공(133)에 연통되는 제1유입채널(135a), 제1유입채널(135a)로부터 분기되는 복수개의 제2유입채널(135b) 및 제2유입채널(135b)로부터 바이폴라플레이트(110)의 일단에 분산되는 다수개의 제3유입채널(135c)로 구성되어 음극유입공(133)을 통해 제1유입채널(135a)에 유입된 음극 전해액이 제2유입채널(135b)로 분기된 후 다시 제3유입채널(135c)을 통해 바이폴라플레이트(110)의 전면적에 고르게 분산되며, 바이폴라플레이트(110)의 타단에 분산된 음극 전해액이 집수되는 다수개의 제1배출채널(135d), 제1배출채널(135d)로부터 융합되는 복수개의 제2배출터널(135e) 및 제2배출채널(135e)로부터 음극배출공(134)에 연통되는 제3배출채널(135f)로 구성되어 바이폴라플레이트(110)의 타단으로부터 제1배출채널(135d)에 집수된 음극 전해액이 제2배출채널(135e)로 융합된 후 다시 제3배출채널(135f)을 통해 음극배출공(134)으로 배출된다.
이때, 유로 채널(135)은, 제1유입채널(135a)의 경우 제2유입채널(135b)로 분기되는 구조를 가지기 때문에 그 폭이 제2유입채널(135b) 보다 넓은 폭을 가지게 되고, 또한, 제3배출채널(135f)의 경우 제2배출채널(135e)이 융합되는 구조를 가지기 때문에 그 폭이 제2배출채널(135e) 보다 넓은 폭을 가지게 되며, 이를 통하여, 전해액의 바이폴라플레이트(110)의 전면적에 고르게 분산되고 또한, 전면적으로부터 균일하게 집수되도록 하여, 바이폴라플레이트(110)의 어느 한 부분에 국부적으로 집중되지 않도록 하여 멤브레인(M)을 사이에 두고 적층된 바이폴라플레이트와의 공간 내에서 산화 및 환원 반응 효율이 향상되도록 할 수 있다.
한편, 좌측 플로우셀(120)과 우측 플로우셀(130)은, 상호간 내측면이 대면되는 것을 통해 셀프레임(100)으로 구성시, 좌측 플로우셀(120)의 양극배출공(124)은 우측 플로우셀(130)의 양극유입공(137)과 연통되는 구조를 가지고, 우측 플로우셀(130)의 음극유입공(133)은 좌측 플로우셀(120)의 음극배출공(128)과 연통되는 구조를 가지며, 이를 통하여, 양극 전해액은 바이폴라플레이트(110)의 일면에만 접촉되도록 하고 음극 전해액은 바이폴라플레이트(110)의 타면에만 접촉되는 구조를 가지게 된다.
보강대(B)는, 좌측 플로우셀(120) 및 우측 플로우셀(130)의 유로에 설치되어 전해액의 열과 복수개의 셀프레임(100)이 적층시 발생되는 압력에 의한 변형을 방지하는 보강수단으로서, 유로 채널(125,135)의 제1유입채널(125a,135a)과 제3배출채널(125f,135f)의 폭이 제2유입채널(125b,135b) 및 제2배출채널(125e,135e)의 폭에 비해 큰 폭을 가지게 되므로, 좌측 플로우셀(120)의 양극유입공(123)과 양극배출공(124)에 각각 연통되는 제1유입채널(125a)과 제3배출채널(125f) 및 우측 플로우셀(130)의 음극유입공(133)과 음극배출공(134)에 각각 연통되는 제1유입채널(135a)과 제3배출채널(135f)에 전해액의 이동에 방해가 되지 않는 폭을 가지면서 구성된다.
여기서, 보강대(B)는, 제1유입채널(125a,135a)과 제3배출채널(125f,135f)에 길이방향으로 제1 및 제3유입채널의 폭을 양분하는 위치에 각 채널의 폭 대비 1/5 내지 1/3 보다 바람직하게는 1/4의 폭을 가지면서 형성되고, 유입채널의 깊이와 동일한 높이를 가진다.
이때, 보강대(B)가 각 채널의 폭을 양분하는 위치에 설치되지 않은 경우에는 일예로, 제1유입채널에 유입된 전해액이 한 쌍의 제2유입채널로 양분되지 않고 어느 한 곳으로 치우치면서 유입되어 바이폴라플레이트(110)의 전면적에 고르게 분산되지 않고, 또한, 제2배출채널에 집수된 전해액이 제1배출채널을 통해 동일하게 배출되지 않고 어느 한 곳의 전해액이 더 빠르게 배출되어 바이폴라플레이트(110)의 일부분에 국부적으로 전해액이 정체되는 문제점이 발생되므로, 보강대(B)는 상기와 같이 제1유입채널과 제3배출채널의 각 채널 폭을 양분하면서 제2유입채널과 제2배출채널과 연통되는 구조를 가지는 것이 좋다.
또한, 보강대(B)가 각 채널의 폭 대비 1/5 내지 1/3의 폭을 가지지 않는 경우에는, 전해액의 이동속도 및 이동량이 원활하지 못하게 되고 또한, 셀커버(126,136)를 통해 가해지는 압력에 대한 내구성이 저하되는 문제점이 있으므로, 보강대(B)는 상기와 같은 폭을 가지는 것이 좋다.
이에, 복수개의 셀프레임(100)이 적층 구성되더라도 채널 유로(125,135) 중 좌측 플로우셀(120)의 양극유입공(123), 양극배출공(124), 제1유입채널(125a)과 제3배출채널(125)을 커버하는 셀커버(126) 및 우측 플로우셀(130)의 음극유입공(133), 음극배출공(134), 제1유입채널(135a)과 제3배출채널(135f)을 커버하는 셀커버(136)가 압력과 열에 의해 변형되지 않도록 하고, 이를 통하여, 셀프레임(100)의 두께를 두껍게 하지 않고도 전해액 누수를 방지하고 소형화도 가능하게 할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유로 채널이 보강된 셀프레임의 작용에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 복수개의 셀프레임(100)들이 멤브레인(M)을 사이에 두고 적층 결합된 후, 셀프레임(100)의 일측으로부터 양극 전해액이 유입 및 배출되고, 셀프레임(100)의 타측으로부터 음극 전해액이 유입 및 배출된다.
즉, 양극 전해액은, 일측에 위치된 셀프레임(100)의 우측 플로우셀(130) 좌측 하단에 형성된 양극배출공(138)을 통해 좌측 플로우셀(120)의 좌측 하단에 형성된 양극유입공(123)으로 유입되고, 좌측 플로우셀(120)의 외측면 하부에 형성된 유로 채널(125)을 경유하여 바이폴라플레이트(110)의 일면에 고르게 분산된 후, 좌측 플로우셀(120)의 외측면 상부에 형성된 유로 채널(125)을 경유하여 좌측 플로우셀(120)의 우측 상단에 형성된 양극배출공(124)으로 배출되면서 이동된다.
또한, 음극 전해액은, 타측에 위치된 셀프레임(100)의 좌측 플로우셀(120) 좌측 상단에 형성된 음극배출공(128)을 통해 우측 플로우셀(130)의 좌측 상단에 형성된 음극유입공(133)으로 유입되고, 우측 플로우셀(130)의 외측면 상부에 형성된 유로 채널(135)을 경유하여 바이폴라플레이트(110)의 타면에 고르게 분산된 후, 우측 플로우셀(130)의 외측면 하부에 형성된 유로 채널(135)을 경유하여 우측 플로우셀(130)의 우측 하단에 형성된 음극배출공(134)으로 배출되면서 이동된다.
이때, 유로 채널(125,135) 중 제1유입채널(125a,135a)과 제3배출채널(125f,135f)에는, 각각 제2유입채널(125b,135b)과 제2배출채널(125e,135e)까지를 채널 폭을 양분하는 보강대(B)가 설치 구성됨에 따라, 제2유입채널(125b,135b)과 제2배출채널(125e,135e)에 비해 상대적으로 큰 폭을 가지는 제1유입채널(125a,135a)과 제3배출채널(125f,135f)을 커버하는 셀커버(126,136)와 양극유입공(123,133), 양극배출공(124,138), 음극유입공(127,133) 및 음극배출공(128,134) 부분에 복수개의 적층 구조시 발생되는 압력과 전해액의 온도가 집중되더라도 해당 부분이 변형되는 것을 최소화할 수 있고, 이를 통하여 전해액의 누액과 누수를 방지할 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레독스흐름전지(200)는, 상기와 같은 구성을 가지는 복수개의 셀프레임(100)들이 스택 구조로 배열되어 전해질의 유동에 따라 방전을 가능하게 하는 전지셀(S), 전지셀(S)의 양측단에 구성되어 외부로부터 전지셀(S)을 보호하는 한 쌍의 엔드플레이트(P), 엔드플레이트(P)에 위치된 상태에서 전지셀(S)의 복수개의 셀프레임(100)들의 양극단자와 음극단자 각각에 전기적으로 접속 구성되어 전해질의 유동에 따라 방전 동작되는 셀프레임들(100)들 전체의 전하를 집전하는 전극판(E) 및 엔드플레이트(P)의 외측면에 구성되어 엔드플레이트(P)와 전지셀(S)의 결속을 강화하는 결속강화채널(미부호) 등을 포함한다.
여기서, 전지셀(S)을 제외한 엔드플레이트(P), 전극판(E) 및 결속강화채널(미부호)의 구성은 공지의 구성을 가질 수 있으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
전지셀(S)은, 전해질의 유동에 따라 산화 및 환원 반응되는 것을 통하여 전해질의 방전이 가능하도록 복수개의 셀프레임(100)이 스택 구조로 배열된 배터리 본체로, 셀프레임(100)과 셀프레임(100)의 사이에는 멤브레인(M)이 구성된다.
여기서, 셀프레임(100)은, 전해질의 유동에 따라 방전을 가능하게 하는 바이폴라플레이트(110)와, 상호간 대향된 구조를 가지고 바이폴라플레이트(110)의 양측면에 각각 기밀 가능한 상태로 구성되며 전해질의 흐름을 위한 유로를 제공하는 좌측 플로우셀(120) 및 우측 플로우셀(130)을 포함하고, 좌측 플로우셀(120) 및 우측 플로우셀(130)의 유로에 설치되어 전해액의 열과 복수개의 셀프레임(110)이 적층시 발생되는 압력에 의한 변형을 방지하는 보강대(B)를 포함하며, 각 구성부들은 상기와 같은 구성을 가지므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유로 채널이 보강된 셀프레임의 작용에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 복수개의 셀프레임(100)들이 멤브레인(M)을 사이에 두고 적층 결합된 후, 셀프레임(100)의 일측으로부터 양극 전해액이 유입 및 배출되고, 셀프레임(100)의 타측으로부터 음극 전해액이 유입 및 배출된다.
즉, 양극 전해액은, 일측에 위치된 셀프레임(100)의 우측 플로우셀(130) 좌측 하단에 형성된 양극배출공(138)을 통해 좌측 플로우셀(120)의 좌측 하단에 형성된 양극유입공(123)으로 유입되고, 좌측 플로우셀(120)의 외측면 하부에 형성된 유로 채널(125)을 경유하여 바이폴라플레이트(110)의 일면에 고르게 분산된 후, 좌측 플로우셀(120)의 외측면 상부에 형성된 유로 채널(125)을 경유하여 좌측 플로우셀(120)의 우측 상단에 형성된 양극배출공(124)으로 배출되면서 이동된다.
또한, 음극 전해액은, 타측에 위치된 셀프레임(100)의 좌측 플로우셀(120) 좌측 상단에 형성된 음극배출공(128)을 통해 우측 플로우셀(130)의 좌측 상단에 형성된 음극유입공(133)으로 유입되고, 우측 플로우셀(130)의 외측면 상부에 형성된 유로 채널(135)을 경유하여 바이폴라플레이트(110)의 타면에 고르게 분산된 후, 우측 플로우셀(130)의 외측면 하부에 형성된 유로 채널(135)을 경유하여 우측 플로우셀(130)의 우측 하단에 형성된 음극배출공(134)으로 배출되면서 이동된다.
이에, 한 쌍의 바이폴라플레이트(110)와 멤브레인(M) 사이의 공간에는 각각 양극 전해액과 음극 전해액이 흐르게 되고, 이때, 멤브레인(M)을 사이에 두고 전해액이 산화 및 환원 반응되면서 각 바이폴라플레이트(110)의 일면에는 양극 및 음극 전하가 집전된다
이때, 유로 채널(125,135) 중 제1유입채널(125a,135a)과 제3배출채널(125f,135f)에는, 각각 제2유입채널(125b,135b)과 제2배출채널(125e,135e)까지를 채널 폭을 양분하는 보강대(B)가 설치 구성됨에 따라, 제2유입채널(125b,135b)과 제2배출채널(125e,135e)에 비해 상대적으로 큰 폭을 가지는 제1유입채널(125a,135a)과 제3배출채널(125f,135f)을 커버하는 셀커버(126,136)와 양극유입공(123,133), 양극배출공(124,138), 음극유입공(127,133) 및 음극배출공(128,134) 부분에 복수개의 적층 구조시 발생되는 압력과 전해액의 온도가 집중되더라도 해당 부분이 변형되는 것을 최소화할 수 있고, 이를 통하여 전해액의 누액과 누수를 방지할 수 있다.
이후, 바이폴라플레이트(110)에 집전된 전하들은 펠트(미부호)와 전극판(E)에 의해 모두 집전된 후 인버터 등과 같은 변환장치에 제공되어 DC/AC로 변환된 후 각 부하에 공급된다.
따라서 상술한 바에 따르면, 레독스흐름전지(200)를 구성하는 셀프레임(100)에 있어서 전해액이 흐르는 셀프레임(100)의 유로 채널(125,135)에 보강대(B)가 구성됨으로써, 복수개의 셀프레임(100)의 적층시 압력과 전해액의 열에 의한 셀프레임(100)의 손상을 방지할 수 있다.
즉, 본 발명에 의하면, 엔드플레이트(P)에 인접한 셀프레임(100) 중 유로 채널(125,135)에 압력과 열이 집중되더라도 보강대(B)에 의해 해당 부분의 변형이 억제되도록 할 수 있다.
상술한 본 발명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구 범위와 청구 범위의 균등한 것에 의해 정해져야 한다.

Claims (7)

  1. 전해질의 유동에 따라 방전을 가능하게 하는 바이폴라플레이트(110)와;
    상호간 대향된 구조를 가지고 바이폴라플레이트(110)의 양측면에 각각 기밀 가능한 상태로 구성되며 전해질의 흐름을 위한 유로를 제공하는 좌측 플로우셀(120) 및 우측 플로우셀(130)을 포함하고,
    좌측 플로우셀(120) 및 우측 플로우셀(130)의 유로에 설치되어 전해액의 열과 복수개의 좌측 플로우셀(120) 및 우측 플로우셀(130)의 적층시 발생되는 압력에 의한 변형을 방지하는 보강대(B)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유로 채널이 보강된 셀프레임.
  2. 제1항에 있어서, 좌측 플로우셀(120)은,
    플레이트(121);
    플레이트(121)의 내측면 중앙부에 개구 형성되고 바이폴라플레이트(110)의 일면 가장자리가 안착되는 안착공(122);
    플레이트(121)의 외측면 안착공(122) 상부와 하부에 각각 형성되어 양극 전해액이 바이폴라플레이트(110)의 일면에 유입 및 배출되도록 하는 양극유입공(123)과 양극배출공(124);
    플레이트(121)의 외측면 양극유입공(123)과 양극배출공(124)에 각각 연통되면서 구성되어 양극유입공(123)을 통해 유입된 양극 전해액이 바이폴라플레이트(110)를 접촉한 후 양극배출공(124)을 통해 배출되면서 이동되도록 하는 유로 채널(125);
    플레이트(121)의 외측면에 유로 채널(125)을 커버하면서 기밀 상태로 구성되는 셀커버(126); 및
    양극유입공(123)과 양극배출공(124)에 대향되는 위치에 형성되어 음극 전해액이 바이폴라플레이트(110)의 타면에 유입 및 배출되도록 하는 음극유입공(127)과 음극배출공(128)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유로 채널이 보강된 셀프레임.
  3. 제2항에 있어서, 유로 채널(125)은,
    양극유입공(123)에 연통되는 제1유입채널(125a);
    제1유입채널(125a)로부터 분기되는 복수개의 제2유입채널(125b);
    제2유입채널(125b)로부터 바이폴라플레이트(110)의 일단에 분산되는 다수개의 제3유입채널(125c);
    바이폴라플레이트(110)의 타단에 분산된 양극 전해액이 집수되는 다수개의 제1배출채널(125d);
    제1배출채널(125d)로부터 융합되는 복수개의 제2배출터널(125e); 및
    제2배출채널(125e)로부터 양극배출공(124)에 연통되는 제3배출채널(125f)로 구성되는 것을 특징으로 하는 유로 채널이 보강된 셀프레임.
  4. 제3항에 있어서, 우측 플로우셀(130)은,
    플레이트(131);
    플레이트(131)의 내측면 중앙부에 개구 형성되고 바이폴라플레이트(110)의 타면 가장자리가 안착되는 안착공(132);
    플레이트(131)의 외측면 안착공(132) 상부와 하부에 각각 형성되어 음극 전해액이 바이폴라플레이트(110)의 타면에 유입 및 배출되도록 하는 음극유입공(133)과 음극배출공(134);
    플레이트(131)의 외측면 음극유입공(133)과 음극배출공(133)에 각각 연통되면서 구성되어 음극유입공(133)을 통해 유입된 음극 전해액이 바이폴라플레이트(110)를 접촉한 후 음극배출공(134)을 통해 배출되면서 이동되도록 하는 유로 채널(135);
    플레이트(131)의 외측면에 유로 채널(135)을 커버하면서 기밀 상태로 구성되는 셀커버(136); 및
    음극유입공(133)과 음극배출공(134)에 대향되는 위치에 형성되어 양극 전해액이 바이폴라플레이트(110)의 일면에 유입 및 배출되도록 하는 양극유입공(137)과 양극배출공(138)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유로 채널이 보강된 셀프레임.
  5. 제4항에 있어서, 유로 채널(135)은,
    음극유입공(133)에 연통되는 제1유입채널(135a);
    제1유입채널(135a)로부터 분기되는 복수개의 제2유입채널(135b);
    제2유입채널(135b)로부터 바이폴라플레이트(110)의 일단에 분산되는 다수개의 제3유입채널(135c);
    바이폴라플레이트(110)의 타단에 분산된 음극 전해액이 집수되는 다수개의 제1배출채널(135d);
    제1배출채널(135d)로부터 융합되는 복수개의 제2배출터널(135e); 및
    제2배출채널(135e)로부터 음극배출공(134)에 연통되는 제3배출채널(135f)로 구성되는 것을 특징으로 하는 유로 채널이 보강된 셀프레임.
  6. 제5항에 있어서, 보강대(B)는,
    제1유입채널(125a,135a)과 제3배출채널(125f,135f)에 길이방향으로 제1 및 제3유입채널의 폭을 양분하는 위치에 각 채널의 폭 대비 1/5 내지 1/3의 폭을 가지면서 형성되는 것을 특징으로 하는 유로 채널이 보강된 셀프레임.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 복수개의 셀프레임(100)들이 스택 구조로 배열되어 전해질의 유동에 따라 방전을 가능하게 하는 전지셀(S);
    전지셀(S)의 양측단에 구성되어 외부로부터 전지셀(S)을 보호하는 한 쌍의 엔드플레이트(P);
    엔드플레이트(P)에 위치된 상태에서 전지셀(S)의 복수개의 셀프레임(100)들의 양극단자와 음극단자 각각에 전기적으로 접속 구성되어 전해질의 유동에 따라 방전 동작되는 셀프레임들(100)들 전체의 전하를 집전하는 전극판(E); 및
    엔드플레이트(P)의 외측면에 구성되어 엔드플레이트(P)와 전지셀(S)의 결속을 강화하는 결속강화채널(미부호)을 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스흐름전지.
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