KR101443209B1 - Redox flow battery - Google Patents

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KR101443209B1 KR1020130097074A KR20130097074A KR101443209B1 KR 101443209 B1 KR101443209 B1 KR 101443209B1 KR 1020130097074 A KR1020130097074 A KR 1020130097074A KR 20130097074 A KR20130097074 A KR 20130097074A KR 101443209 B1 KR101443209 B1 KR 101443209B1
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positive
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KR1020130097074A
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Inventor
전재덕
심준목
양정훈
신경희
진창수
이범석
박세국
전명석
정규남
연순화
윤수근
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한국에너지기술연구원
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    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
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Abstract

The present invention relates to a redox flow battery, and more particularly, provides a redox flow battery including: a stack in which positive electrode cells, separators, and negative electrode cells are repeatedly stacked from bipolar plates, and a bipolar plate, a collector, and an end plate are sequentially disposed on an outer side of each of the outermost positive electrode cell and the outermost negative electrode cell; a positive electrode electrolyte tank that stores positive electrode electrolyte to be supplied to the positive electrode cells; and a negative electrode electrolyte tank that stores negative electrode electrolyte to be supplied to the negative electrode cells. The positive and negative electrode electrolyte tanks include: an outflow pipe arrangement for transferring electrolyte to the stack; an inflow pipe arrangement for receiving the electrolyte from the stack; and an electrolyte injection hole for injecting electrolyte, introduced into the positive and negative electrode electrolyte tanks, to the inside of the redox flow battery. Thus, electrolyte after redox is uniformly injected into an electrolyte tank is thus efficiently mixed with electrolyte remaining the electrolyte tank and is then returned to a stack, to prevent charging capacity and energy efficiency from being reduced by overvoltage, thereby improving a battery performance.

Description

레독스 흐름전지{REDOX FLOW BATTERY}Redox Flow Battery {REDOX FLOW BATTERY}

본 발명은 레독스 흐름전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스택을 순환한 후 전해액탱크 내부로 유입되는 전해액과 잔류되어 있던 전해액을 고르게 분산시킨 후 다시 스택 내부로 이송될 수 있도록 함으로써 전지의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 레독스 흐름전지에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a redox flow cell, and more particularly, to a redox flow battery which is capable of uniformly dispersing an electrolyte solution flowing into an electrolyte tank after a stack is circulated, Which is capable of preventing the deterioration of the reed flow cell.

최근 신재생에너지의 비중이 확대되면서 전력 생산의 변동성과 수급시점의 불일치 문제를 극복할 수 있는 새로운 대안으로 전력 저장장치가 주목을 받고 있어, 전력 저장장치의 활발한 연구가 진행되고 있다. 전력 저장장치는 발전량이 많을 때는 전기를 충전하고, 소비량이 많을 때는 전기를 방전함으로써 수요와 공급의 격차를 효율적으로 줄일 수 있으며 짧은 시간 내 신재생에너지의 발전량 변동에 대응할 수 있는 가장 안전한 방법이다. 또한, 신재생에너지 비중이 급격히 증가할 경우, 전 세계적으로 전력 생산의 변동성이 적지 않은 규모에 이를것으로 예상된다. 이에 최근 IEA(International Energy Agency)는 미래 신재생에너지 보급을 위해 전력 저장장치에 주목하고 있다. 따라서 장기적인 관점에서 전력 저장장치의 보급은 신재생에너지 확대를 위한 필수 불가결한 요소가 될 수밖에 없는 상황이다.As the share of renewable energy has recently increased, electric power storage devices have been attracting attention as a new alternative to overcome the problem of inconsistency in the generation and fluctuation of electric power generation. The electric power storage device can charge the electricity when the generation amount is high and discharge the electricity when the consumption amount is large, thereby effectively reducing the gap between demand and supply, and is the safest method to cope with fluctuation of generation amount of new and renewable energy in a short time. In addition, if the proportion of renewable energy increases sharply, the volatility of electric power generation is expected to reach a level which is not so large in the world. Recently, the International Energy Agency (IEA) has been paying attention to electric power storage devices for future renewable energy supply. Therefore, in the long term, the dissemination of electric power storage devices is an indispensable element for expanding renewable energy.

대용량의 전력저장을 위한 2차전지로는 납축전지, NaS 전지 그리고 레독스 흐름전지(redox flow battery, RFB) 등이 있다. 납축전지는 다른 전지에 비해 상업적으로 널리 사용되고 있으나 낮은 효율 및 주기적인 교체로 인한 유지 보수의 비용과 전지 교체시 발생하는 산업폐기물의 처리 문제 등의 단점이 있다. NaS 전지의 경우 에너지 효율이 높은 것이 장점이나 300℃ 이상의 고온에서 작동하는 단점이 있다. 이에 비해 레독스 흐름전지는 유지 보수비용이 적고 상온에서 작동가능하며 용량과 출력을 각기 독립적으로 설계할 수 있는 특징이 있기 때문에 최근 대용량 2차전지로 많은 연구가 진행되고 있다.Secondary cells for large-capacity power storage include lead accumulators, NaS cells, and redox flow batteries (RFBs). Although lead-acid batteries are widely used commercially in comparison with other batteries, they have disadvantages such as low efficiency and maintenance cost due to periodical replacement and disposal of industrial wastes caused by battery replacement. The NaS battery has a disadvantage in that it operates at a high temperature of 300 ° C or higher, although it has an advantage of high energy efficiency. On the other hand, the redox flow battery has a low maintenance cost and can operate at room temperature. Since the capacity and output can be independently designed, much research has been conducted with a large capacity secondary battery.

도 1은 종래 레독스 흐름전지를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 종래 레독스 흐름전지의 전해액탱크 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a schematic view of a conventional redox flow cell, and FIG. 2 is a schematic view of an electrolyte tank structure of a conventional redox flow cell.

일반적으로 레독스 흐름전지는 도 1과 같이 양극셀(101), 분리막(103), 음극셀(102), 양극용 펌프(140a)의 구동에 의해 상기 양극셀(101)에 양극전해액을 공급하기 위한 양극전해액이 저장된 양극전해액탱크(110), 음극용 펌프(140b)의 구동에 의해 상기 음극셀(102)에 음극전해액을 공급하기 위한 음극전해액이 저장된 음극전해액탱크(120)를 포함하여 이루어진다.In general, the redox flow cell supplies a positive electrode electrolyte solution to the positive electrode cell 101 by driving the positive electrode cell 101, the separation membrane 103, the negative electrode cell 102 and the positive electrode pump 140a as shown in FIG. And a negative electrode electrolytic solution tank 120 in which a negative electrode electrolytic solution is supplied to the negative electrode cell 102 by driving the positive electrode electrolytic solution tank 110 storing the positive electrode electrolytic solution and the negative electrode pump 140b.

또한, 상기 레독스 흐름전지는 양극셀(101), 분리막(103) 및 음극셀(102)이 바이폴라플레이트(미도시함)를 기준으로 순차적으로 다수 반복 적층된 스택(100)의 구조를 가지며, 상기 스택(100)은 최외측의 양극셀(101) 및 최외측의 음극셀(102) 측면에 각각 구비된 집전체(104a, 104b) 및 엔드플레이트(미도시함)를 포함하여 이루어진다.The redox flow cell has a structure of a stack 100 in which a plurality of positive cells 101, a separation membrane 103 and cathode cells 102 are sequentially and repeatedly stacked on a bipolar plate (not shown) The stack 100 includes current collectors 104a and 104b and an end plate (not shown) provided on the outermost anode cell 101 and the outermost cathode cell 102, respectively.

상기 양극전해액 및 음극전해액은 산화수가 다른 레독스 커플로 된 활물질을 용매에 녹여 제조된다. 레독스 커플을 포함하는 양극전해액과 음극전해액으로 구성된 레독스 흐름전지를 충전시키면 양극에서는 산화반응이 음극에서는 환원반응이 일어나며, 전지의 기전력은 양극전해액과 음극전해액에 포함된 활물질인 레독스 커플의 표준전극전위(E0)의 차이에 의해서 결정된다. 이러한 레독스커플은 Fe/Cr, V/V, V/Br, Zn/Br, Zn/Ce 등이 있으며, 레독스커플로 V/V를 사용하는 경우 전지의 반응식은 다음과 같다.The positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte are prepared by dissolving a redox couple-active material having different oxidation number in a solvent. When a redox flow cell composed of a positive electrode electrolyte and a negative electrode electrolyte containing a redox couple is charged, an oxidation reaction occurs at the anode, and a reduction reaction occurs at the anode. The electromotive force of the battery is measured by the redox couple, which is an active material contained in the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte Is determined by the difference of the standard electrode potential (E 0 ). These redox couples are Fe / Cr, V / V, V / Br, Zn / Br and Zn / Ce. When V / V is used as a redox couple, the reaction formula of the battery is as follows.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

양극 : V4+ → V5+ + e- (충전) V4+ ← V5+ + e- (방전)Positive: V 4+ → V 5+ + e - (charge) V 4+ ← V 5+ + e - (discharge)

음극 : V3+ + e- → V2+ (충전) V3+ + e- ← V2+ (방전)Cathode: V 3+ + e - → V 2+ (charge) V 3+ + e - ← V 2+ (discharge)

상기 충방전시 양극전해액탱크(110) 및 음극전해액탱크(120)에 담겨진 양극전해액 및 음극전해액은 유출배관(131a, 131b)을 통해 스택(100)으로 이송된 후 유입배관(130a, 130b)을 통해 다시 양극전해액탱크(110) 및 음극전해액탱크(120)로 이송된다. 즉, 양극전해액탱크(110) 및 음극전해액탱크(120)의 양극전해액과 음극전해액이 각각 스택(100)의 양극셀(101)과 음극셀(102)로 이송되고, 양극셀(101)과 음극셀(102)로 이송된 각각의 양극전해액 및 음극전해액은 산화환원 반응을 거친 후 다시 양극전해액탱크(110) 및 음극전해액탱크(120)로 이송되게 된다.The anode electrolyte and the cathode electrolyte contained in the anode electrolyte tank 110 and the cathode electrolyte tank 120 during the charging and discharging are transferred to the stack 100 through the outlet pipes 131a and 131b and then discharged through the inlet pipes 130a and 130b To the anode electrolyte tank (110) and the cathode electrolyte tank (120). That is, the positive electrode electrolyte solution and the negative electrode electrolyte solution of the positive electrode electrolyte tank 110 and the negative electrode electrolyte tank 120 are respectively transferred to the positive electrode cell 101 and the negative electrode cell 102 of the stack 100, Each of the positive and negative electrode electrolytic solutions transferred to the cell 102 is subjected to oxidation-reduction reaction and then transferred to the positive electrode electrolyte tank 110 and the negative electrode electrolyte tank 120.

그러나 산화환원 반응을 거친 전해액의 대부분은 각각의 전해액탱크(110, 120) 내부로 유입된 후 전해액탱크(110, 120)에 남아 있는 전해액과 골고루 혼합되기 전에 양극셀(101)과 음극셀(102)로 다시 이송된다. 양극전해액을 예로 들어 설명하면 도 2에 도시된 바와 같이 스택(100)을 거쳐 산화환원 반응을 거친 양극전해액은 양극용 유입배관(130a)을 통해 양극전해액탱크(110)로 이송된다. 그러나 양극전해액탱크(110)로 이송된 양극전해액의 대부분은 양극전해액탱크(110)에 잔류되어 있던 양극전해액과 충분히 혼합되지 않은 상태에서 바로 양극용 펌프(140a)의 구동에 의해 양극셀(101)로 이송되게 된다. 이와 같이 산화반응을 거친 양극전해액이 양극셀(101)로 바로 이송되면 스택(100)의 전압은 증가하게 되고 이에 따라 충방전 시간이 짧아져 충전 용량 및 에너지 효율을 감소시키는 결과를 초래한다. 뿐만 아니라 전해액을 과도하게 충전하기 위해 작동 전압을 높여 충전하게 되면 활물질이 석출되어 스택(100)의 수명을 단축시키게 하는 문제점이 발생된다.
However, most of the electrolytic solution subjected to the oxidation-reduction reaction flows into the electrolytic solution tanks 110 and 120, and then flows into the positive and negative electrode cells 101 and 102 before being evenly mixed with the electrolytic solution remaining in the electrolytic solution tanks 110 and 120. [ ). As shown in FIG. 2, the anode electrolyte solution that has undergone the oxidation-reduction reaction through the stack 100 is transferred to the anode electrolyte tank 110 through the anode inlet pipe 130a. However, most of the positive electrode electrolytic solution transferred to the positive electrode electrolyte tank 110 is directly mixed with the positive electrode electrolytic solution remaining in the positive electrode electrolyte tank 110, and is discharged to the positive electrode cell 101 by driving the positive electrode pump 140a. . When the anode electrolyte solution having been subjected to the oxidation reaction is directly transferred to the anode cell 101, the voltage of the stack 100 is increased and accordingly the charge / discharge time is shortened, resulting in reduction of the charging capacity and energy efficiency. In addition, when the battery is charged with an operating voltage increased to overcharge the electrolyte, the active material precipitates, shortening the life of the stack 100. [

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스택을 순환하여 산화환원 반응을 거친 전해액이 전해액탱크 내부로 유입시 고르게 분사되어 잔류되어 있던 전해액과 혼합된 후 다시 스택 내부로 이송될 수 있도록 함으로써 충전 용량 및 에너지 효율이 감소되는 것을 방지하여 전지의 성능을 향상시킬 수 있는 레독스 흐름전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to solve the above problems by providing an electrolytic solution circulating in the stack and having undergone the redox reaction, uniformly sprayed into the electrolyte tank, mixed with the remaining electrolytic solution, And it is an object of the present invention to provide a redox flow cell capable of improving the performance of a battery by preventing a decrease in charging capacity and energy efficiency.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 양극셀, 분리막 및 음극셀이 바이폴라플레이트를 기준으로 반복 적층하여 형성되고, 최외측의 양극셀과 최외측의 음극셀 각각의 외측에는 바이폴라플레이트, 집전체 및 엔드플레이트가 순차적으로 구비된 스택; 상기 양극셀에 공급하기 위한 양극전해액이 저장된 양극전해액탱크 및 상기 음극셀에 공급하기 위한 음극전해액이 저장된 음극전해액탱크를 포함하여 이루어지며, 상기 양극 및 음극전해액탱크에는 스택으로 전해액을 이송시키기 위한 유출배관과 스택으로부터 전해액을 이송받기 위한 유입배관 및 상기 양극 및 음극전해액탱크로 유입되는 전해액을 내부로 분사하기 위한 전해액 분사구;가 구비된 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a bipolar plate, a collector and a cathode, which are formed by repeatedly layering a positive electrode cell, a separation membrane and a negative electrode cell on the basis of a bipolar plate, And an end plate; A positive electrode electrolyte tank for storing a positive electrode electrolyte solution to be supplied to the positive electrode cell, and a negative electrode electrolyte tank for storing a negative electrode electrolyte solution to be supplied to the negative electrode cell, wherein the positive and negative electrode electrolyte tanks are provided with an outflow An inlet pipe for receiving the electrolyte from the pipe and the stack, and an electrolyte injection hole for injecting the electrolyte into the anode and cathode electrolyte tanks.

상기 유입배관은 양극 및 음극전해액탱크의 측단부에 형성되고, 상기 전해액 분사구는 각 유입배관의 일단부에서 전해액탱크의 내측으로 연장되게 형성된 연장부를 포함하고, 상기 연장부에는 전해액을 하부로 분사하기 위해 형성된 다수의 분사공;이 구비될 수 있다. Wherein the inflow pipe is formed at a side end portion of an anode and a cathode electrolyte tank and the electrolyte injection port includes an extension portion extending from one end of each inflow pipe to the inside of the electrolyte tank, And a plurality of spray holes formed for spraying.

바람직하기로 상기 분사공은 일정 간격으로 이격되어 다수 개 형성될 수 있다.Preferably, the plurality of spray holes may be spaced apart at regular intervals.

상기 유입배관은 양극 및 음극전해액탱크의 측단부 또는 상단부에 형성되고, 상기 전해액 분사구는 각 유입배관의 일단부에서 전해액탱크의 내측으로 연장되게 형성된 연장부를 포함하고, 상기 연장부의 단부에는 다수개의 분사홀이 형성된 분사헤드;가 구비될 수 있다.Wherein the inlet pipe is formed at a side end or an upper end of the anode and cathode electrolyte tanks and the electrolyte injection port includes an extension formed at one end of each inlet pipe to extend to the inside of the electrolyte tank, And an injection head having a hole formed thereon.

상기 유입배관은 양극 및 음극전해액탱크의 측단부 또는 상단부에 형성되고, 상기 전해액 분사구는 각 유입배관의 일단부에서 전해액탱크의 내측으로 연장되게 형성된 연장부와, 상기 연장부의 하측에 상기 양극 및 음극전해액탱크로 유입되는 전해액을 수용하기 위해 형성된 분사판을 포함하여 이루어지고, 상기 분사판에는 전해액을 하부로 분사하기 위해 형성된 다수의 분사공;이 구비될 수 있다.
Wherein the inlet pipe is formed at a side end or an upper end of the anode and cathode electrolyte tanks, the electrolyte injection port includes an extension portion extending from one end of each inlet pipe to the inside of the electrolyte tank, And a spray plate formed to receive the electrolyte solution flowing into the electrolyte tank, and the spray plate may be provided with a plurality of spray holes formed for spraying the electrolyte downward.

본 발명에 따른 레독스 흐름전지는 산화환원 반응을 거친 전해액을 탱크 내부로 고르게 분사하여 탱크 내에 잔존하고 있는 전해액과 용이하게 섞이도록 함으로써 전해액 내 활물질의 농도가 균일하게 유지되도록 하며, 따라서 스택의 전압 증가를 막아 충전 용량 및 에너지 효율이 감소되는 것을 방지할 수 있어 전지의 성능을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라 활물질의 농도차로 인해 발생되는 삼투압 현상을 방지함으로써 분리막을 통한 전해액의 투과를 막을 수 있어 분리막 사이의 각 전해액 수위차를 방지할 수 있다. The redox flow cell according to the present invention allows uniform distribution of the active material in the electrolyte by uniformly injecting the electrolytic solution that has undergone the redox reaction into the tank so as to be easily mixed with the electrolytic solution remaining in the tank, It is possible to prevent the charging capacity and the energy efficiency from being reduced, thereby improving the performance of the battery. In addition, osmotic phenomenon caused by the concentration difference of the active material can be prevented, so that permeation of the electrolytic solution through the separator can be prevented, and the difference in level of the electrolyte between the separators can be prevented.

또한, 본 발명에 따른 레독스 흐름전지는 산화환원 반응을 거친 전해액을 과도하게 충전하기 위해서 작동 전압을 높일 필요가 없으므로 활물질이 금속으로 석출되는 것을 방지할 수 있어 수명을 증진시킬 수 있다.
In addition, since the redox flow battery according to the present invention does not need to increase the operating voltage in order to overcharge the electrolytic solution that has undergone the oxidation-reduction reaction, the active material can be prevented from being precipitated as a metal, and the lifetime can be increased.

도 1은 종래 레독스 흐름전지를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 종래 레독스 흐름전지의 전해액탱크 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 3 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레독스 흐름전지의 전해액탱크 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a schematic view of a conventional redox flow cell,
2 is a schematic view of an electrolyte tank structure of a conventional redox flow cell,
3 to 7 are schematic views illustrating an electrolyte tank structure of a redox flow cell according to a preferred embodiment of the present invention.

이하 본 발명에 따른 레독스 흐름전지를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, a redox flow battery according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 레독스 흐름전지는 스택, 양극전해액탱크 및 음극전해액탱크를 포함하여 이루어진다. The redox flow cell according to the present invention comprises a stack, a positive electrode electrolyte tank, and a negative electrode electrolyte tank.

상기 스택은 양극셀, 분리막 및 음극셀이 바이폴라플레이트를 기준으로 반복 적층하여 형성되고, 최외측의 양극셀과 최외측의 음극셀 각각의 외측에는 바이폴라플레이트, 집전체 및 엔드플레이트가 순차적으로 구비된다. 상기 양극셀과 음극셀은 전해액 유로가 형성되고 내측으로 펠트전극이 삽입되어 전해액 반응부를 제공하는 매니폴드 및 바이폴라플레이트를 포함하여 이루어진다. The stack is formed by repeatedly stacking a positive electrode cell, a separator, and a negative electrode cell on the basis of a bipolar plate, and a bipolar plate, a current collector, and an end plate are sequentially provided on the outer sides of the outermost positive cell and the outermost negative cell, respectively . The anode cell and the cathode cell include a manifold and a bipolar plate, in which an electrolyte flow path is formed and a felt electrode is inserted inward to provide an electrolyte reaction part.

상기한 구성의 스택은 당해분야에서 일반적으로 채용되는 구조를 적용할 수 있는 것으로서, 당업자라면 용이하게 형성할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.The stack having the above-described structure can be applied to structures generally employed in the art, and can be easily formed by a person skilled in the art, so a detailed description thereof will be omitted.

상기 양극전해액탱크는 양극셀에 공급하기 위한 양극전해액이 저장되고, 상기 음극전해액탱크는 음극셀에 공급하기 위한 음극전해액이 저장된다. 이때 본 발명에 따르면 상기 양극 및 음극전해액탱크에는 스택으로 전해액을 이송시키기 위한 유출배관과 스택으로부터 전해액을 이송받기 위한 유입배관 및, 상기 양극 및 음극전해액탱크로 유입되는 전해액을 내부로 분사하기 위한 전해액 분사구가 구비된다.
The positive electrode electrolyte tank stores a positive electrode electrolyte to be supplied to a positive electrode cell, and the negative electrode electrolyte tank stores a negative electrode electrolyte for supplying the negative electrode cell. According to the present invention, the positive and negative electrode electrolyte tanks include an outflow pipe for transferring the electrolyte to the stack, an inlet pipe for transferring the electrolyte from the stack, and an electrolyte for injecting the electrolyte, which flows into the positive and negative electrode electrolyte tanks, A jetting port is provided.

상기 음극전해액과 양극전해액은 일반적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.The negative electrode electrolyte solution and the positive electrode electrolyte solution can be used without any limitations, so a detailed description thereof will be omitted.

본 발명에서는 스택을 순환한 후 전해액탱크 내부로 유입되는 전해액과 잔류되어 있던 전해액을 고르게 분산시킬 수 있도록 한 것에 그 특징이 있으므로 이에 대하여 좀 더 상세하게 설명한다. In the present invention, since the electrolytic solution flowing into the electrolyte tank after circulating the stack and the remaining electrolyte can be uniformly dispersed, the present invention will be described in more detail.

여기서, 양극전해액탱크 및 음극전해액탱크는 동일한 구조로 형성되므로 이하에서는 양극전해액탱크를 예시하여 설명하기로 한다.
Here, since the positive electrode electrolyte tank and the negative electrode electrolyte tank are formed in the same structure, the following description will be made by exemplifying the positive electrode electrolyte tank.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레독스 흐름전지의 전해액탱크 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.3 is a schematic view illustrating an electrolyte tank structure of a redox flow cell according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기한 본 발명에 따른 양극전해액탱크(110)는 유입배관(130a)으로부터 유입되는 양극전해액을 양극전해액탱크(110) 내부로 분사하기 위한 전해액 분사구(150)를 구비한다.3, the positive electrode electrolyte tank 110 according to the present invention includes an electrolyte injection hole 150 for injecting the positive electrode electrolyte introduced from the inflow pipe 130a into the positive electrode electrolyte tank 110 do.

상기 전해액 분사구(150)는 스택(100)의 양극셀(101)에서 산화환원 반응을 거친 양극전해액을 양극전해액탱크(110) 내부로 고르게 분사하는 역할을 한다. 따라서 산화환원 반응을 거친 양극전해액이 양극전해액탱크(110) 내에 잔존하고 있는 양극전해액과 용이하게 섞이도록 함으로써 양극전해액 내 활물질의 농도를 균일하게 유지시켜 준다.The electrolyte injection opening 150 serves to uniformly inject the anode electrolyte solution subjected to the oxidation-reduction reaction in the anode cell 101 of the stack 100 into the anode electrolyte tank 110. Therefore, the anode electrolyte solution subjected to the oxidation-reduction reaction is easily mixed with the anode electrolyte remaining in the anode electrolyte tank 110, thereby uniformly maintaining the concentration of the active material in the anode electrolyte.

상기 전해액 분사구(150)는 양극전해액탱크(110) 내부로 전해액의 고른 분산을 유도할 수 있는 형상이라면 특별히 한정하지는 않는다.The electrolyte injection port 150 is not particularly limited as long as it can induce uniform dispersion of the electrolyte into the anode electrolyte tank 110.

바람직하기로 도 3에 도시된 바와 같이 상기 유입배관(130a)은 양극전해액탱크(110)의 측단부에 형성되고, 상기 전해액 분사구(150)는 유입배관(130a)의 일단부에서 양극전해액탱크(110)의 내측으로 연장되게 형성된 연장부(160)를 포함하고, 상기 연장부(160)에는 전해액을 하부로 분사하기 위한 다수의 분사공(170)을 구비할 수 있다. 이와 같이 다수의 분사공(170)이 형성될 경우 산화환원 반응을 거친 각각의 전해액은 연장부(160)에 형성된 상기 분사공(170)을 통해 양극전해액탱크(110) 내부로 분사되며, 분사된 양극전해액은 잔류되어 있던 양극전해액과 혼합된 후 유출배관(131a)을 통해 스택(100) 내부로 이송되게 된다.3, the inlet pipe 130a is formed at the side end of the anode electrolyte tank 110, and the electrolyte injection hole 150 is formed at the side of the anode electrolyte tank 110 And an extension 160 formed to extend from the one end of the inlet pipe 130a to the inside of the anode electrolyte tank 110. The extension 160 has a plurality of injection holes 170 for injecting the electrolyte downward ). When a plurality of spray holes 170 are formed as described above, each electrolyte solution subjected to oxidation-reduction reaction is injected into the anode electrolyte tank 110 through the spray hole 170 formed in the extension 160, The positive electrode electrolyte solution is mixed with the remaining positive electrode electrolyte solution and then is transferred into the stack 100 through the outflow pipe 131a.

상기 연장부(160)는 유입배관(130a)으로부터 양극전해액탱크(110)의 내측으로 수평 연장되게 형성되는데, 상기 연장부(160)의 길이는 특별히 한정하지는 않지만 바람직하게는 유입배관(130a)에서부터 양극전해액탱크(110) 내부의 중심부 이상까지 연장되게 형성되는 것이 좋다.The extension 160 extends from the inlet pipe 130a to the inside of the anode electrolyte tank 110, The length of the extension 160 is not limited to a specific length but is preferably formed to extend from the inlet pipe 130a to the central portion of the interior of the anode electrolyte tank 110. [

또한, 상기 분사공(170)은 유입배관(130a)으로부터 유입된 전해액이 양극전해액탱크(110) 내부로 분사되기 위해서 형성된다. 상기 분사공(170)은 일정 간격으로 이격되어 다수 개 형성되는 것이 바람직하다. 이는 유입배관(130a)으로부터 유입되는 전해액을 균일하게 혼합할 수 있도록 하기 위함이다.
In addition, the injection hole 170 is formed to inject the electrolytic solution introduced from the inflow pipe 130a into the anode electrolyte tank 110. The injection holes 170 may be spaced apart from each other at a predetermined interval. This is for uniformly mixing the electrolytic solution introduced from the inflow pipe 130a.

도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레독스 흐름전지의 전해액탱크 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.4 and 5 are views schematically showing the structure of an electrolyte tank of a redox flow cell according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4 또는 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유입배관(130a)은 양극전해액탱크(110)의 측단부 또는 상단부에 형성되고, 상기 전해액 분사구(150")는 유입배관(130a)의 일단부에서 양극전해액탱크(110)의 내측으로 연장되게 형성된 연장부(160)를 포함하고, 상기 연장부(160)의 일단부에는 다수개의 분사홀(190)이 형성된 분사헤드(180)가 구비될 수 있다.4 or 5, the inflow pipe 130a according to the preferred embodiment of the present invention is formed at a side end or an upper end of the positive electrode electrolyte tank 110, and the electrolyte injection opening 150 " And a plurality of injection holes 190 formed at one end of the extending portion 160. The plurality of injection holes 190 are formed in the one end of the extending portion 160, May be provided.

상기 연장부(160)는 도 4에 도시된 바와 같이 유입배관(130a)에서 양극전해액탱크(110)의 내측으로 수평 연장되게 형성되거나, 도 5에 도시된 바와 같이 수평하향으로 연장되게 형성될 수 있다.4, the extension 160 may extend horizontally from the inlet pipe 130a to the inside of the anode electrolyte tank 110, or may extend horizontally downward as shown in FIG. 5 have.

이때 연장부(160)의 길이는 특별히 한정하지는 않지만 바람직하게는 유입배관(130)의 단부에 형성된 분사헤드(180)가 양극전해액탱크(110) 내부의 중심부에 위치할 수 있는 곳까지 연장되게 형성되는 것이 좋다.The length of the extension 160 is not particularly limited, but preferably the length of the injection head 180 formed at the end of the inflow pipe 130 is extended to the center of the inside of the positive electrode electrolyte tank 110 .

상기 분사헤드(180)는 연장부(160) 내부의 전해액을 양극전해액탱크(110) 내부로 분사하기 위한 것으로서, 저면에 형성된 다수개의 분사홀(180)을 통해 전해액을 분사하게 된다.The injection head 180 injects the electrolyte inside the extension 160 into the anode electrolyte tank 110 and injects the electrolyte through the plurality of injection holes 180 formed in the bottom surface.

이때, 상기 분사홀(180)은 노즐형태, 즉 내측에서 외측으로 갈수록 홀의 크기를 작게 하여 분사력을 향상시키도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 분사홀(180)은 전해액이 양극전해액탱크(110) 내부에 균일하게 분사하도록 원주방향으로 균일하게 형성되는 것이 바람직하다.
At this time, it is preferable that the spray hole 180 is formed to have a smaller nozzle hole shape, that is, from the inside toward the outside, thereby improving the spraying force. In addition, it is preferable that the injection hole 180 is uniformly formed in the circumferential direction so that the electrolyte is uniformly injected into the anode electrolyte tank 110.

도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레독스 흐름전지의 전해액탱크 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 6 and FIG. 7 are schematic views illustrating an electrolyte tank structure of a redox flow cell according to a preferred embodiment of the present invention.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유입배관(130a)은 양극전해액탱크(110)의 측단부 또는 상단부에 형성되고, 상기 전해액 분사구(150")는 유입배관(130a)의 일단부에서 양극전해액탱크(110)의 내측으로 연장되게 형성된 연장부(160)와, 상기 연장부(160)의 하측에 상기 양극전해액탱크(110)로 유입되는 전해액을 수용하기 위해 형성된 분사판(200)을 포함하여 이루어지고, 상기 분사판(200)에는 전해액을 하부로 분사하기 위해 형성된 다수의 분사공(170')이 구비될 수 있다. 6 and 7, the inflow pipe 130a according to the preferred embodiment of the present invention is formed at a side end or an upper end of the positive electrode electrolyte tank 110, and the electrolyte injection opening 150 " An extension 160 formed to extend from the one end of the anode 130 to the inside of the anode electrolyte tank 110 and an electrolyte 160 connected to the bottom of the extension 160 to receive the electrolyte flowing into the anode electrolyte tank 110 And the spray plate 200 may include a plurality of spray holes 170 'formed therein for spraying the electrolyte downward.

상기 연장부(160)는 도 6에 도시된 바와 같이 유입배관(130a)에서 양극전해액탱크(110)의 내측으로 수평 연장되게 형성되거나, 도 7에 도시된 바와 같이 수평 하향으로 연장되게 형성될 수 있다.6, the extension 160 may extend horizontally from the inlet pipe 130a to the inside of the anode electrolyte tank 110, or may extend horizontally downward as shown in FIG. have.

이때 연장부(160)의 길이는 특별히 한정하지는 않지만 바람직하게는 유입배관(130a)에서부터 양극전해액탱크(110) 내부의 중심부까지 연장되게 형성되는 것이 좋다.At this time, the length of the extension 160 is not particularly limited, but is preferably formed to extend from the inflow pipe 130a to the center of the inside of the anode electrolyte tank 110. [

상기 분사판(200)은 연장부(160)의 하측에 형성되어 양극전해액탱크(110)로 유입되는 전해액을 수용하기 위한 것으로서, 상기 분사판(200)을 통해 전해액이 한 곳에 집중되어 불균일하게 분사공(170')으로 이동되지 않도록 해준다.The injection plate 200 is formed below the extension 160 to receive an electrolyte solution flowing into the anode electrolyte tank 110. The injection plate 200 is formed by concentrating the electrolyte solution in one place through the injection plate 200, So that it is not moved to the pores 170 '.

이때 분사판(200)의 형상은 탱크(110)로 유입되는 전해액을 수용할 수 있는 형상이라면 특별히 한정하지는 않지만, 일례로 상부가 개방된 원통 또는 사각 형상으로 형성될 수 있다.At this time, the shape of the spray plate 200 is not particularly limited as long as the shape of the spray plate 200 is a shape capable of accommodating the electrolyte flowing into the tank 110, but may be formed as a cylindrical or rectangular shape with an open top.

상기 분사공(170')은 분사판(200)에 수용된 전해액을 양극전해액탱크(110) 내부로 분사되기 위해서 형성된다. 상기 분사공(170')은 일정 간격으로 이격되어 다수 개 형성되는 것이 바람직하다. 이는 유입배관(130a)으로부터 유입되는 전해액을 균일하게 혼합할 수 있도록 하기 위함이다.
The injection hole 170 'is formed to inject the electrolyte contained in the injection plate 200 into the anode electrolyte tank 110. It is preferable that a plurality of the injection holes 170 'are formed at a predetermined interval. This is for uniformly mixing the electrolytic solution introduced from the inflow pipe 130a.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 레독스 흐름전지는 산화환원 반응을 거친 전해액을 전해액탱크 내부로 고르게 분사하여 전해액탱크 내에 잔존하고 있는 전해액과 용이하게 섞이도록 한 후 다시 스택으로 이송될 수 있도록 함으로써 과전압으로 인하여 충전 용량 및 에너지 효율이 감소되는 것을 방지하여 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.As described above, in the redox flow cell according to the present invention, the electrolytic solution that has undergone the redox reaction is uniformly injected into the electrolyte tank so that the electrolytic solution remaining in the electrolyte tank can be easily mixed with the electrolytic solution, It is possible to prevent the charging capacity and the energy efficiency from being reduced, thereby improving the performance of the battery.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
Having thus described a particular portion of the present invention in detail, those skilled in the art will appreciate that these specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby, It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the invention, and that such modifications and variations are intended to fall within the scope of the appended claims.

100: 스택 101: 양극셀
102: 음극셀 103: 분리막
104a, 104b: 집전체 110: 양극전해액탱크
120: 음극전해액탱크 130a: 양극용 유입배관
130b: 음극용 유입배관 131a: 양극용 유출배관
131b: 음극용 유출배관 140a: 양극용 펌프
140b: 음극용 펌프 150, 150', 150": 전해액 분사구
160: 연장부 170, 170' : 분사공
180: 분사헤드 190: 분사홀
200: 분사판100: stack 101: anode cell
102: cathode cell 103: separator
104a, 104b: current collector 110: positive electrode electrolyte tank
120: negative electrode electrolyte tank 130a: inflow pipe for positive electrode
130b: inlet pipe for negative electrode 131a: outlet pipe for anode
131b: Outlet pipe for cathode 140a: Pump for positive electrode
140b: Pump for negative electrode 150, 150 ', 150 ": Electrolyte injecting port
160: extension part 170, 170 '
180: jet head 190: jet hole
200: jet plate

Claims (5)

양극셀, 분리막 및 음극셀이 바이폴라플레이트를 기준으로 반복 적층하여 형성되고, 최외측의 양극셀과 최외측의 음극셀 각각의 외측에는 바이폴라플레이트, 집전체 및 엔드플레이트가 순차적으로 구비된 스택; 상기 양극셀에 공급하기 위한 양극전해액이 저장된 양극전해액탱크; 상기 음극셀에 공급하기 위한 음극전해액이 저장된 음극전해액탱크를 포함하여 이루어지며,
상기 양극 및 음극전해액탱크에는 스택으로 전해액을 이송시키기 위한 유출배관과 스택으로부터 전해액을 이송받기 위한 유입배관 및, 상기 양극 및 음극전해액탱크로 유입되는 전해액을 내부로 분사하기 위한 전해액 분사구;가 구비된 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
A stack in which a bipolar plate, a current collector, and an end plate are sequentially formed on the outer sides of the outermost positive cells and the outermost negative cells, respectively; A positive electrode electrolyte tank in which a positive electrode electrolyte solution to be supplied to the positive electrode cell is stored; And a negative electrode electrolyte tank for storing a negative electrode electrolyte for supplying the negative electrode cell,
The anode and cathode electrolyte tanks are provided with an outflow pipe for transferring the electrolyte to the stack, an inlet pipe for transferring the electrolyte from the stack, and an electrolyte injection hole for injecting the electrolyte into the anode and cathode electrolyte tanks, Wherein the redox flow cell comprises:
청구항 1에 있어서,
상기 유입배관은 양극 및 음극전해액탱크의 측단부에 형성되고,
상기 전해액 분사구는 각 유입배관의 일단부에서 전해액탱크의 내측으로 연장되게 형성된 연장부를 포함하고, 상기 연장부에는 전해액을 하부로 분사하기 위해 형성된 다수의 분사공;이 구비된 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
The method according to claim 1,
Wherein the inlet pipe is formed at a side end portion of the anode and cathode electrolyte tanks,
Wherein the electrolyte injection hole includes an extension portion extending from one end of each inflow pipe to the inside of the electrolyte tank and a plurality of injection holes formed in the extension portion for spraying the electrolyte downward. Flow cell.
청구항 2에 있어서,
상기 분사공은 일정 간격으로 이격되어 다수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
The method of claim 2,
Wherein the plurality of spray holes are spaced apart at regular intervals.
청구항 1에 있어서,
상기 유입배관은 양극 및 음극전해액탱크의 측단부 또는 상단부에 형성되고,
상기 전해액 분사구는 각 유입배관의 일단부에서 전해액탱크의 내측으로 연장되게 형성된 연장부를 포함하고, 상기 연장부의 일단부에는 다수개의 분사홀이 형성된 분사헤드;가 구비된 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.
The method according to claim 1,
Wherein the inflow pipe is formed at a side end portion or an upper end portion of the positive and negative electrode electrolyte tanks,
Wherein the electrolyte injection hole includes an extension part extending from the one end of each inflow pipe to the inside of the electrolyte tank and a plurality of injection holes formed at one end of the extension part. .
청구항 1에 있어서,
상기 유입배관은 양극 및 음극전해액탱크의 측단부 또는 상단부에 형성되고,
상기 전해액 분사구는 각 유입배관의 일단부에서 전해액탱크의 내측으로 연장되게 형성된 연장부와, 상기 연장부의 하측에 상기 양극 및 음극전해액탱크로 유입되는 전해액을 수용하기 위해 형성된 분사판을 포함하여 이루어지고,
상기 분사판에는 전해액을 하부로 분사하기 위해 형성된 다수의 분사공;이 구비된 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지.The method according to claim 1,
Wherein the inflow pipe is formed at a side end portion or an upper end portion of the positive and negative electrode electrolyte tanks,
The electrolyte injection hole includes an extension portion extending from one end of each inflow pipe to the inside of the electrolyte tank and an injection plate formed below the extension portion to receive an electrolyte solution flowing into the positive and negative electrode electrolyte tanks ,
Wherein the spray plate is provided with a plurality of spray holes formed for spraying an electrolyte downward.
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