KR20200080950A - 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레독스 흐름전지에서 각각의 전지 모듈의 전해액 탱크를 밸런싱 유로를 통해 연결함에 따라 전지 모듈 사이의 압력 편차를 낮출 수 있는 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지에 관한 것으로, 내부에 양극 전극과 음극 전극을 포함하는 전지셀;과 양극 전해액이 저장되는 양극 전해액 저장부와 음극 전해액이 저장되는 음극 전해액 저장부를 포함하는 전해액 탱크;와 상기 전해액 탱크와 상기 전지셀을 연결하여 전해액이 이송되는 전해액 유로;를 구비하는 전지 모듈을 포함하며, 상기 전지 모듈은 2개 이상이 구비되며, 각각의 전지 모듈의 전해액 탱크를 서로 연통시키는 밸런싱 유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지 {Redox flow battery using balancing flow path}
본 발명은 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수 개의 전지 모듈을 사용하는 레독스 흐름전지에서 각각의 전지 모듈의 전해액 탱크를 밸런싱 유로를 통해 연결함에 따라 전지 모듈 사이의 압력 편차를 낮출 수 있는 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지에 관한 것이다.
최근 지구 온난화의 주요 원인인 온실가스 배출을 억제하기 위한 방법으로 태양광에너지나 풍력에너지 같은 재생에너지가 각광을 받고 있으며 이들의 실용화 보급을 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 재생에너지는 입지환경이나 자연조건에 의해 크게 영향을 받는다. 더욱이, 재생에너지는 출력 변동이 심하기 때문에 에너지를 연속적으로 고르게 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 사용되는데 상기 대용량의 전력저장을 위한 이차전지로는 레독스 흐름전지(RFB, redox flow battery) 가 사용되고 있다.
레독스 흐름전지는 연료전지와 유사하게 분리막(멤브레인), 전극 및 분리판(Bipolar plate)이 직렬(Series)로 배치되어 스택(Stack)을 구성함으로써, 전기에너지의 충방전이 가능한 이차전지(Secondary battery)의 기능을 가진다. 레독스 흐름전지는 분리막의 양측에 양극 및 음극 전해액 저장탱크에서 공급된 양극 전해액(Electrolyte)과 음극 전해액이 순환하면서 이온 교환이 이루어지고 이 과정에서 전자의 이동이 발생하여 충방전이 이루어진다. 이와 같은 레독스 흐름전지는 기존 이차전지에 비해 수명이 길고 kW 내지 MW급 중대형 시스템으로 제작할 수 있기 때문에 ESS(Energy storage system)에 가장 적합한 것으로 알려져 있다.
레독스 흐름전지는 화합물의 형태로 에너지를 저장하는 전해액과, 전해액을 보관하는 전해액 탱크, 전해액의 흐름을 유도하는 전해액 유로, 전해액이 화학 반응하는 전지셀을 포함하고 있는데, 레독스 흐름전지의 복잡한 구성과 배관의 복잡성을 개선하고자 전지셀, 전해액 탱크, 전해액 유로를 하나의 독립된 구성으로 묶어서 전지 모듈로 사용하고 있다. 레독스 흐름전지는 복수 개의 전지 모듈을 사용g할 수 있는데, 복수 개의 전지 모듈을 사용하는 레독스 흐름전지는 다음과 같은 문제점이 있다.
복수 개의 전지 모듈을 사용할 경우 독립된 형태의 전지 모듈의 성능을 최대로 유지하기 위해, 각각의 전지 모듈의 상태를 최대한 균일하게 유지하는 것이 중요하다. 그러나 각각의 전지 모듈 내부 구성의 미세한 편차로 인해, 각각의 전지 모듈의 전해액 탱크 또는 전해액 유로 내부의 압력이 변화하게 되고, 이에 따라 각각의 전지 모듈 상태가 서로 불균일하게 되는 문제가 발생한다.
이와 같이 각각의 전지 모듈의 상태가 균일하게 되지 않으면 전지셀 성능에 영향을 주게 되고, 이에 따라 레독스 흐름전지의 효율이 저하되는 문제점이 있다. 종래의 레독스 흐름전지에는 복수 개의 전지 모듈 사이의 균형을 맞추기 위한 별도의 구성이 존재하지 않기에 이와 같은 문제점을 해결하지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 더욱 상세하게는 복수 개의 전지 모듈을 사용하는 레독스 흐름전지에서 각각의 전지 모듈의 전해액 탱크를 밸런싱 유로를 통해 연결함에 따라 전지 모듈 사이의 압력 편차를 낮출 수 있는 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지에 관한 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지는, 내부에 양극 전극과 음극 전극을 포함하는 전지셀;과 양극 전해액이 저장되는 양극 전해액 저장부와 음극 전해액이 저장되는 음극 전해액 저장부를 포함하는 전해액 탱크;와 상기 전해액 탱크와 상기 전지셀을 연결하여 전해액이 이송되는 전해액 유로;를 구비하는 전지 모듈을 포함하며, 상기 전지 모듈은 2개 이상이 구비되며, 각각의 전지 모듈의 전해액 탱크를 서로 연통시키는 밸런싱 유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지의 상기 전해액 탱크에 저장되는 전해액은 수면을 형성하며, 상기 밸런싱 유로는 수면의 상부에서 상기 전해액 탱크와 연통될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지의 상기 전해액 탱크에 저장되는 전해액은 수면을 형성하며, 상기 밸런싱 유로는 수면의 하부에서 상기 전해액 탱크와 연통될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지의 상기 전해액 탱크에 저장되는 전해액은 수면을 형성하며, 상기 밸런싱 유로는 수면에서 상기 전해액 탱크와 연통될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지의 상기 밸런싱 유로는, 상기 밸런싱 유로의 개폐를 조절할 수 있는 조절 밸브를 포함할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지의 상기 밸런싱 유로는, 각각의 전지 모듈의 양극 전해액 저장부를 서로 연통시키는 제1밸런싱 유로와, 각각의 전지 모듈의 음극 전해액 저장부를 서로 연통시키는 제2밸런싱 유로를 포함할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지의 상기 밸런싱 유로는, 하나의 전지 모듈에서 양극 전해액 저장부와 음극 전해액 저장부를 연결하는 연결 유로를 포함할 수 있다.
본 발명은 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지에 관한 것으로, 복수 개의 전지 모듈을 사용하는 레독스 흐름전지에서 각각의 전지 모듈의 전해액 탱크를 밸런싱 유로를 통해 연결함에 따라 기상 또는 액상의 유체가 전지 모듈 사이를 이동할 수 있고, 이를 통해 전지 모듈 사이의 압력 편차를 낮출 수 있는 장점이 있다. 본 발명은 각각의 전지 모듈 사이의 압력 편차를 낮춤에 따라 레독스 흐름전지의 충방전 용량 및 레독스 흐름 전지의 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 밸런싱 유로를 통해 전지 모듈에서 필요 이상으로 압력이 상승하는 것을 방지할 수 있으며, 구동 중 전지 모듈 사이에서 동일한 수준의 압력을 유지함에 따라 펌프의 부하 소요를 낮추고 레독스 흐름전지의 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전지 모듈을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 복수 개의 전지 모듈을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 전해액의 수면 상부에서 제1밸런싱 유로 및 제2밸런싱 유로가 연통되는 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 전해액의 수면 상부에서 연결 유로가 연통되는 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 전해액의 수면 상부에서 연결 유로를 포함하는 밸런싱 유로가 연통되는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 전해액의 수면 하부에서 제1밸런싱 유로 및 제2밸런싱 유로가 연통되는 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 전해액의 수면 하부에서 연결 유로가 연통되는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 전해액의 수면 하부에서 연결 유로를 포함하는 밸런싱 유로가 연통되는 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 전해액의 수면에서 제1밸런싱 유로 및 제2밸런싱 유로가 연통되는 것을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 전해액의 수면에서 연결 유로가 연통되는 것을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 전해액의 수면에서 연결 유로를 포함하는 밸런싱 유로가 연통되는 것을 나타내는 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. 본 발명에서 용어 ‘전지셀(battery cell)’은 전해액을 통해 충방전이 일어나는 최소 단위로, 이온 교환이 일어나는 분리막, 분리판 등을 포함하여 구성된다
본 발명은 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지에 관한 것으로, 복수 개의 전지 모듈을 사용하는 레독스 흐름전지에서 각각의 전지 모듈의 전해액 탱크를 밸런싱 유로를 통해 연결함에 따라 전지 모듈 사이의 압력 편차를 낮출 수 있는 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지는, 전지셀(100), 전해액 탱크(200), 전해액 유로(300)를 구비하는 전지 모듈(10)과 밸런싱 유로(500)를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 전지 모듈(10)의 상기 전지셀(100)은 내부에 양극 전극(110)과 음극 전극(120)을 포함하는 것으로, 상기 전지셀(100)은 상기 전해액 탱크(200)로부터 공급받은 전해액의 이동, 충전, 방전하면서 전기 화학적인 반응이 일어날 수 있는 곳이다.
상기 전지셀(100)은 분리막(130), 분리판(140), 집전판(150)을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 1을 참조하면, 상기 분리막(130)은 이온이 교환되면서 화학 반응이 일어날 수 있는 곳으로, 상기 양극 전극(110)과 상기 음극 전극(120) 사이에 구비된다.
상기 집전판(150)은 상기 양극 전극(110)과 상기 음극 전극(120)의 외측에 구비되는 것으로, 양극 집전판(151)과 음극 집전판(152)으로 이루어질 수 있다. 상기 양극 집전판(151)과 상기 음극 집전판(152)은 외부와 전기가 유통되도록 도전성 재질로 이루어질 수 있는 것으로, 상기 양극 집전판(151)과 상기 음극 집전판(152)은 각각 상기 양극 전극(110)과 상기 음극 전극(120)에 전기를 통하게 한다.
상기 분리판(140)은 상기 양극 집전판(151)과 상기 양극 전극(110) 사이, 상기 음극 집전판(152)과 상기 음극 전극(120) 사이에 구비되는 것으로, 상기 양극 전극(110) 및 상기 음극 전극(120)으로 유입되는 전해액이 상기 양극 집전판(151) 및 상기 음극 집전판(152)에 직접 닿는 것을 방지하는 동시에 전기적으로 통전될 수 있도록 하는 것이다.
상기 전기 모듈(10)에는 하나의 상기 전지셀(100)이 포함될 수 있으며, 둘 이상의 상기 전지셀(100)이 포함될 수도 있다. 또한, 상기 전지셀(100)의 구동 환경에 따라 상기 양극 전극(110), 상기 음극 전극(120), 상기 분리막(130), 상기 분리판(140), 상기 집전판(150) 중 어느 하나 이상의 부품은 생략될 수 있으며, 상기 양극 전극(110), 상기 음극 전극(120), 상기 분리막(130), 상기 분리판(140), 상기 집전판(150)이 복수 개 사용될 수도 있다.
상기 전해액 탱크(200)는 양극 전해액 저장부(210)와 음극 전해액 저장부(220)를 포함하는 것이다. 상기 전해액 탱크(200)는 전해액을 저장할 수 있는 것으로, 상기 전해액 탱크(200)에 저장된 전해액은 전해액 유로(300)를 통해 상기 전지셀(100)로 공급된다.
구체적으로, 상기 양극 전해액 저장부(210)에 저장되어 있는 양극 전해액은 상기 전지셀(100)의 상기 양극 전극(110)으로 공급되며, 상기 음극 전해액 저장부(220)에 저장되어 있는 음극 전해액은 상기 전지셀(100)의 상기 음극 전극(120)으로 공급된다.
상기 전해액 탱크(200)에서부터 전해액 유로를 통해 상기 전지셀(100)에 공급된 전해액은, 상기 전지셀(100) 내부에서 반응한 이후에, 전해액 유로(300)를 통해 다시 상기 전해액 탱크(200)로 들어가 순환하게 된다.
상기 전해액 유로(300)는 상기 전지셀(100)과 상기 전해액 탱크(200)를 연결하는 것으로, 상기 전해액 유로(300)를 통해 상기 전지셀(100)로부터 상기 전해액 탱크(200)로 전해액이 이동하거나, 상기 전해액 탱크(200)로부터 상기 전지셀(100)로 전해액이 이동한다. 상기 전해액 유로(300)는, 상기 양극 전해액 저장부(210)와 상기 전지셀(100)의 상기 양극 전극(110)을 연결하는 양극 전해액 유로(310)와, 상기 음극 전해액 저장부(220)와 상기 음극 전극(120)을 연결하는 음극 전해액 유로(320)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 전해액 유로(300)에는 유체 제어부(400)가 포함될 수 있다. 상기 유체 제어부(400)는 전해액의 순환을 위해 사용되는 것으로, 전해액의 역류를 방지하고 전해액의 이송이 가능한 형태라면 다양한 구조가 적용될 수 있다. 가령, 상기 유체 제어부(400)는 펌프일 수 있으며, 상기 유체 제어부(400)는 외부에서 생성된 압력을 상기 전해액 유로(300)에 전달할 수 있는 장치일 수도 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지는 2개 이상의 상기 전지 모듈(10)이 구비될 수 있는 것이다. 그러나 이와 같이 2개 이상의 상기 전지 모듈(10)을 사용하게 되면, 각각의 전지 모듈(10) 상태가 서로 불균일하게 되는 문제가 있다.
구체적으로, 각각의 상기 전지 모듈(10)의 상기 전해액 탱크(200) 내부 압력은 레독스 흐름전지의 운영에 따라 서로 다르게 상승할 수 있으며, 이로 인해 전해액의 흐름이 느려지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 하나의 전지 모듈(10)에서 성능의 변화가 발생하면, 하나의 전지 모듈(10)에 의해 레독스 흐름전지 전체의 효율이 떨어지게 되는 문제가 있다.
상기 밸런싱 유로(500)는 이를 방지하기 위해 구비되는 것이다. 도 3을 참조하면, 상기 밸런싱 유로(500)는 각각의 전지 모듈(10)의 전해액 탱크(200)를 서로 연통시킬 수 있는 것이다.
구체적으로, 상기 밸런싱 유로(500)는 하나의 전지 모듈(10)에 구비된 전해액 탱크(200)와 다른 하나의 전지 모듈(10)에 구비된 전해액 탱크(200)를 연통시키는 것으로, 동일한 방법으로 복수 개의 상기 전지 모듈(10)의 전해액 탱크(200)를 서로 연통시키는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따라 각각의 전지 모듈(10)의 전해액 탱크(200)를 서로 연통시킬 수 있는 상기 밸런싱 유로(500)를 구비하면, 전지 모듈(10)의 내부 압력이 변화하는 상황에서도 상기 밸런싱 유로(500)를 통해 이를 균등하게 보정할 수 있게 되고, 이를 통해 전지 모듈(10) 사이의 압력 편차를 낮출 수 있게 된다.
상기 전해액 탱크(200)에 저장되는 전해액은 수면을 형성할 수 있는데, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 밸런싱 유로(500)는 상기 수면의 상부에 형성될 수도 있으며, 상기 수면의 하부에 형성될 수도 있다.
도 3 내지 도 5는 상기 전해액 탱크(200)에 저장되는 전해액이 수면을 형성할 때, 상기 밸런싱 유로(500)가 상기 수면의 상부에서 상기 전해액 탱크(200)와 연통되는 것을 나타내는 것이다. 도 3 내지 도 5와 같이 상기 밸런싱 유로(500)가 상기 수면의 상부에서 복수의 전지 모듈(10)의 전해액 탱크(200)를 연통시키면, 기상의 유체를 이동시킴에 따라 전지 모듈(10) 간의 압력 편차를 낮출 수 있게 된다.
도 6 내지 도 8은 상기 전해액 탱크(200)에 저장되는 전해액이 수면을 형성할 때, 상기 밸런싱 유로(500)가 상기 수면의 하부에서 상기 전해액 탱크(200)와 연통되는 것을 나타내는 것이다. 도 6 내지 도 8과 같이 상기 밸런싱 유로(500)가 상기 수면의 하부에서 복수의 전지 모듈(10)의 전해액 탱크(200)를 연통시키면, 액상의 유체를 이동시킴에 따라 전지 모듈(10) 간의 압력 편차를 낮출 수 있게 된다.
레독스 흐름전지는 충방전에 따라 양극 및 음극 전해액이 전기적 중성을 기점으로 산화와 환원을 반복하게 되나, 일부 부반응으로 인하여 일부 전해액이 산화수가 정상적인 범주를 벗어나는 경우가 존재할 수 있다. 이 때 이상이 발생한 전해액의 이온의 일부를 서로 교환하게 되면 다시 정상적인 산화수로 회복이 될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라 상기 전해액 탱크(200)에 저장되는 전해액이 수면을 형성할 때, 상기 밸런싱 유로(500)가 상기 수면의 하부에서 상기 전해액 탱크(200)와 연통되면, 상기 밸런싱 유로(500)를 통하여 일부 이온의 유통이 가능하게 된다. 이를 통해 상기 부반응에 의한 산화수 변화를 회복하는 것이 가능하게 되어 레독스 흐름전지의 수명을 현저하게 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 전해액 탱크(200)에 저장되는 전해액이 수면을 형성할 때, 상기 밸런싱 유로(500)가 상기 수면의 하부에서 상기 전해액 탱크(200)와 연통되면, 전지 모듈(10) 간의 압력 편차를 낮추는 동시에 상기 부반응에 의한 산화수 변화를 회복할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 밸런싱 유로(500)는 상기 수면에 형성될 수도 있다. 도 9 내지 도 11은 상기 전해액 탱크(200)에 저장되는 전해액이 수면을 형성할 때, 상기 밸런싱 유로(500)가 상기 수면에서 상기 전해액 탱크(200)와 연통되는 것을 나타내는 것이다. 도 9 내지 도 11과 같이 상기 밸런싱 유로(500)가 상기 수면에서 복수의 전지 모듈(10)의 전해액 탱크(200)를 연통시키면, 기상의 유체 및 액상의 유체를 동시에 이동시킴에 따라 전지 모듈(10) 간의 압력 편차를 낮출 수 있게 되고, 동시에 상기 부반응에 의한 산화수 변화를 회복할 수도 있다.
도 3, 도 6, 도 9를 참조하면, 상기 밸런싱 유로(500)는 제1밸런싱 유로(510)와 제2밸런싱 유로(520)를 포함할 수 있다. 상기 제1밸런싱 유로(510)는 각각의 전지 모듈(10)의 양극 전해액 저장부(210)를 서로 연통시키는 것이며, 상기 제2밸런싱 유로(520)는 각각의 전지 모듈(10)의 음극 전해액 저장부(220)를 서로 연통시킬 수 있는 것이다.
즉, 상기 제1밸런싱 유로(510)는 복수의 전지 모듈(10)의 양극 전해액 저장부(210) 만을 서로 연통시킬 수 있는 것이며, 상기 제2밸런싱 유로(520)는 복수의 전지 모듈(10)의 음극 전해액 저장부(220) 만을 서로 연통시킬 수 있는 것이다. 이와 같이 양극 전해액 저장부(210)와 음극 전해액 저장부(220)를 구별하여, 상기 제1밸런싱 유로(510)와 상기 제2밸런싱 유로(520)를 형성시키면, 양극 전해액과 음극 전해액이 혼합되는 것을 방지하면서 전지 모듈(10) 간의 압력 편차를 낮출 수 있게 된다.
상기 제1밸런싱 유로(510)와 상기 제2밸런싱 유로(520)는 도 3과 같이 상기 밸런싱 유로(500)가 전해액의 수면 상부에서 전해액 탱크를 연통시킬 때와, 도 6과 같이 상기 밸런싱 유로(500)가 전해액의 수면 하부에서 전해액 탱크를 연통시킬 때와, 도 9와 같이 상기 밸런싱 유로(500)가 전해액의 수면에서 전해액 탱크를 연통시킬 때 모두 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이 양극 전해액 저장부(210)와 음극 전해액 저장부(220)의 혼합을 방지하기 위해 상기 제1밸런싱 유로(510)와 상기 제2밸런싱 유로(520)를 구별하여 사용할 수도 있지만, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 밸런싱 유로(500)는 하나의 전지 모듈(10)에서 양극 전해액 저장부(210)와 음극 전해액 저장부(220)를 연결하는 연결 유로(530)를 포함할 수도 있다.
도 4, 도 7, 도 10을 참조하면, 상기 연결 유로(530)는 하나의 전지 모듈(10) 내부에서 양극 전해액 저장부(210)와 음극 전해액 저장부(220)를 연결하는 것으로, 상기 연결 유로(530)는 양극 전해액 저장부(210)와 음극 전해액 저장부(220)의 전해액 밸런스를 유지하기 위해 구비되는 것이다. 여기서, 전해액의 밸런스라 함은 물리적(수위, 부피, 비중 또는 질량 등) 또는 화학적 (농도 또는 산화수 등) 밸런스를 의미한다.
상기 연결 유로(530)를 사용하면, 양극 전해액 저장부(210)와 음극 전해액 저장부(220)의 압력 차이에 의한 유량 변화로 인한 성능 변화를 억제할 수 있어 전지 모듈(10)의 효율을 상승시킬 수 있다. 특히, 양극 전해액 저장부(210) 또는 음극 전해액 저장부(220)에서 어느 하나의 유량이 다른 하나에 비해 현저하게 느려질 경우에 발생하는 전지의 용량 저하 또는 출력 저하의 문제 등을 억제할 수 있게 된다.
도 5, 도 8, 도 11을 참조하면, 상기 밸런싱 유로(500)는 이와 같은 상기 연결 유로(530)를 포함하면서, 각각의 전지 모듈(10)의 전해액 탱크(200)를 서로 연통시킬 수 있는 것이다. 즉, 상기 밸런싱 유로(500)는 하나의 전지 모듈(10)의 양극 전해액 저장부(210) 및 음극 전해액 저장부(220)와 동시에 연통되면서, 다른 하나의 전지 모듈(10)의 양극 전해액 저장부(210) 및 음극 전해액 저장부(220)와 동시에 연통될 수 있는 것이다.
상기 연결 유로(530)를 포함하는 상기 밸런싱 유로(500)를 사용하면, 양극 전해액 저장부(210)와 음극 전해액 저장부(220)의 전해액 밸런스를 유지함과 동시에, 전지 모듈(10) 간의 압력 편차를 낮출 수 있는 장점이 있다.
상기 연결 유로(530)를 포함하는 상기 밸런싱 유로(500)는 도 5와 같이 상기 밸런싱 유로(500)가 전해액의 수면 상부에서 전해액 탱크를 연통시킬 때와, 도 8과 같이 상기 밸런싱 유로(500)가 전해액의 수면 하부에서 전해액 탱크를 연통시킬 때와, 도 11과 같이 상기 밸런싱 유로(500)가 전해액의 수면에서 전해액 탱크를 연통시킬 때 모두 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 밸런싱 유로(500)는, 상기 밸런싱 유로(500)의 개폐를 조절할 수 있는 조절 밸브(미도시)를 포함할 수도 있다. 상기 조절 밸브는 상기 밸런싱 유로(500)를 개폐할 수 있다면 다양한 장치가 사용될 수 있는 것으로, 상기 조절 밸브는 전해액의 산성에 의해 손상되지 않도록 내화학성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 조절 밸브는 레독스 흐름전지의 운영 조건에 따라 상기 밸런싱 유로(500)를 개폐할 수 있는 것으로, 레독스 흐름전지의 운영 조건에 따라 상기 밸런싱 유로(500)의 다양한 지점에 설치되면서, 상기 밸런싱 유로(500)를 개폐할 수 있다. 상기 조절 밸브는 하나만 사용될 수 있으며, 복수 개의 조절 밸브가 사용될 수도 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지는 복수 개의 전지 모듈(10)을 사용하는 레독스 흐름전지에서 각각의 전지 모듈(10)의 전해액 탱크(200)를 밸런싱 유로(500)를 통해 연결함에 따라 기상 또는 액상의 유체가 전지 모듈 사이를 이동하게 할 수 있고, 이를 통해 전지 모듈(10) 사이의 압력 편차를 낮출 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따라 밸런싱 유로(500)를 전해액 탱크(200)의 수면 하부에서 전해액 탱크(200)와 연통시키면, 전지 모듈(10) 간의 압력 편차를 낮춤과 동시에 레독스 흐름전지의 운영도중 발생할 수 있는 부반응에 의한 산화수 변화를 회복할 수 있다. 이와 같이 각각의 전지 모듈(10) 사이의 압력 편차를 낮춤에 따라 레독스 흐름전지의 충방전 용량 및 레독스 흐름 전지의 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지는 밸런싱 유로(500)를 통해 전지 모듈(10)에서 필요 이상으로 압력이 상승하는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해 구동 중 전지 모듈(10) 사이에서 동일한 수준의 압력을 유지할 수 있게 되고, 전지 모듈(10) 사이에서 동일한 수준의 압력이 유지됨에 따라 펌프의 부하 소요를 낮춰 레독스 흐름전지의 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위를 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10...전지 모듈 100...전지셀
110...양극 전극 120...음극 전극
130...분리막 140...분리판
150...집전판 151...양극 집전판
152...음극 집전판 200...전해액 탱크
210...양극 전해액 저장부 220...음극 전해액 저장부
300...전해액 유로 310...양극 전해액 유로
320...음극 전해액 유로 400...유체 제어부
500...밸런싱 유로 510...제1밸런싱 유로
520...제2밸런싱 유로 530...연결 유로

Claims (7)

  1. 내부에 양극 전극과 음극 전극을 포함하는 전지셀;과
    양극 전해액이 저장되는 양극 전해액 저장부와 음극 전해액이 저장되는 음극 전해액 저장부를 포함하는 전해액 탱크;와
    상기 전해액 탱크와 상기 전지셀을 연결하여 전해액이 이송되는 전해액 유로;를 구비하는 전지 모듈을 포함하며,
    상기 전지 모듈은 2개 이상이 구비되며,
    각각의 전지 모듈의 전해액 탱크를 서로 연통시키는 밸런싱 유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전해액 탱크에 저장되는 전해액은 수면을 형성하며,
    상기 밸런싱 유로는 수면의 상부에서 상기 전해액 탱크와 연통되는 것을 특징으로 하는 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전해액 탱크에 저장되는 전해액은 수면을 형성하며,
    상기 밸런싱 유로는 수면의 하부에서 상기 전해액 탱크와 연통되는 것을 특징으로 하는 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전해액 탱크에 저장되는 전해액은 수면을 형성하며,
    상기 밸런싱 유로는 수면에서 상기 전해액 탱크와 연통되는 것을 특징으로 하는 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 밸런싱 유로는, 상기 밸런싱 유로의 개폐를 조절할 수 있는 조절 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 밸런싱 유로는,
    각각의 전지 모듈의 양극 전해액 저장부를 서로 연통시키는 제1밸런싱 유로와,
    각각의 전지 모듈의 음극 전해액 저장부를 서로 연통시키는 제2밸런싱 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 밸런싱 유로는,
    하나의 전지 모듈에서 양극 전해액 저장부와 음극 전해액 저장부를 연결하는 연결 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸런싱 유로를 사용하는 레독스 흐름전지.
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