KR101602952B1 - 타공 및 격자가 형성된 전극을 포함하는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 - Google Patents

타공 및 격자가 형성된 전극을 포함하는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 양극액 챔버와 음극액 챔버가 격막부에 의해 서로 구분된 전해조; 상기 양극액 챔버와 음극액 챔버에 각각 구비된 전극을 통해 정전압 및 정전류를 순차적으로 반복해서 공급하는 전원부; 상기 양극액 챔버에 배관연결되어 상기 양극액 챔버에서 전해한 양극액을 저장하는 양극 전해액 탱크; 및 상기 음극액 챔버에 배관연결되어 상기 음극액 챔버에서 전해한 음극액을 저장하는 음극 전해액 탱크;를 포함하고, 상기 전원부는, 복수 개의 금속선이 서로 교차하여 형성된 격자부; 및 타공이 내부에 형성되며 상기 격자부의 사이에 배치되는 복수 개의 타공부;를 포함하는는 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 전해액 제조장치를 제공한다.
본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치는, 격자 및 타공이 형성된 전극을 구비하여 전자의 이동성을 개선하고, 정전류를 효과적으로 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 전극 표면에 이온들이 집중되어 과전압이 발생되는 현상을 억제하여, 정전압과 한계 전류치의 정전류를 효과적으로 공급할 수 있어 반복 전해를 통한 초기 바나듐의 이온화 시간을 줄여 전해시간을 50% 이상 단축할 수 있어 레독스 흐름 전지용 전해액을 효과적으로 제조할 수 있다.

Description

타공 및 격자가 형성된 전극을 포함하는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치{Manufacturing equipment of electrolyte for redox flow battery comprising punched electrode with lattice structure}
본 발명은 타공 및 격자가 형성된 전극을 포함하는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 이를 이용한 레독스 흐름 전지용 전해액 제조방법에 관한 것이다.
최근 화석연료의 사용으로 인해 발생되는 악영향을 줄이고자 신재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있으며, 발생된 신재생에너지를 저장하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
레독스 흐름 전지란, 양극과 양극 활물질을 포함하는 양극 전해액과, 음극과 음극 활물질을 포함하는 음극 전해액을, 격막으로 격리하여, 양 활물질의 산화 환원 반응을 이용하여 충방전하고, 상기 양 활물질을 포함하는 전해액을 비축 탱크로부터 전해조에 유통시켜 전류를 생산 및 저장하는 기술로서, 대용량의 에너지를 저장하고 있다.
특히, 바나듐 레독스 흐름 전지는 단순한 전극 반응, 높은 기전력, 빠른 이온의 전극 반응, 우수한 내구성 등의 다양한 장점을 갖기 때문에, 개발이 본격적으로 진행되고 있다.
바나듐 레독스 흐름 전지는 음극 셀에서 바나듐의 2가(V2+)/3가(V3+)의 산화 환원 반응과, 양극 셀에서 바나듐의 4가(V4+)/5가(V5+)의 산화 환원 반응을 이용하며, 양극과 음극의 전해액이 동종의 금속 이온종을 가지고, 격막을 투과하여 전해액이 혼합되어도, 충전에 의해 정상적으로 재생되기 때문에, 동일한 활성물질을 사용하여도 확산 혼합에 의한 용량저하가 나타나지 않아 부반응인 수소 발생량이 적고, 다른 종의 금속 종을 이용한 레독스 흐름 전지에 비해서 우수한 성질을 나타낸다.
상기와 같은 바나듐 레독스 흐름 전지를 효과적으로 이용하기 위해서, 바나듐 이온을 포함하는 전해액을 제조하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
일례로, 종래 문헌 1에서는 바나듐을 포함하는 양쪽극의 전해액을 제조하기 위해서 바나딜황산염(VOSO4)으로부터 V2+, V3+, V4+ 및 V5+를 제조할 수 있고 불순물을 제거하기 위한 제2 공정이 필요없는 전기분해를 이용한 VRB용 전해액 제조장치 및 제조방법에 관한 기술내용을 개시한 바 있다.
하지만, 문헌 1에 개시된 방법은, 바나듐 전해액을 제조하기 위해서 3차의 전해 단계로 분리하여 바나듐 전해액을 전해하는데, 이러한 전해과정은 제1 전해 후 발생하는 염을 제거하기 위해서 음극액을 제2 전해하여 양이온과 음이온으로 분리한 후 반복 전해하는 3차의 전해 단계를 포함하도록 구성되어 바나듐 전해액을 제조하기 때문에 시간이 오래 걸리는 단점이 있어 이를 개선할 수 있는 효과적인 바나듐 레독스 배터리 전해액 제조장치 및 방법에 관한 연구가 필요하다.
한국공개특허 : 제10-2013-0107845호(공개일 : 2013.10.02) 한국등록특허 : 제10-13167618호(공개일 : 2014.03.12) 한국공개특허 : 제10-2011-0064058호(공개일 : 2011.06.15) 한국공개특허 : 제10-2014-0017191호(공개일 : 2014.02.11)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 바나듐 흐름 전지용 전해액 제조시 전해 횟수 및 시간을 줄여 생산성이 향상된 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치에 관한 기술 내용을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해서 본 발명은, 양극액 챔버와 음극액 챔버가 격막부에 의해 서로 구분된 전해조; 상기 양극액 챔버와 음극액 챔버에 각각 구비된 전극을 통해 정전압 및 정전류를 순차적으로 반복해서 공급하는 전원부; 상기 양극액 챔버에 배관연결되어 상기 양극액 챔버에서 전해한 양극액을 저장하는 양극 전해액 탱크; 및 상기 음극액 챔버에 배관연결되어 상기 음극액 챔버에서 전해한 음극액을 저장하는 음극 전해액 탱크;를 포함하고,
상기 전원부는, 복수 개의 금속선이 서로 교차하여 형성된 격자부; 및 타공이 내부에 형성되며 상기 격자부의 사이에 배치되는 복수개의 타공부;를 포함하는 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 전해액 제조장치를 제공한다.
타공이 내부에 형성되며 상기 격자부의 사이에 배치되는 복수개의 타공부;를 포함하는 전극을 포함하는
또한, 상기 격막부는, 격막 및 상기 격막에 인접하며, 상기 음극액 챔버 방향으로 배치되는 양이온 교환막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극액 챔버와 음극액 챔버에는 바나딜황산염(VOSO4)이 용해된 황산용액이 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극액 챔버 및 상기 음극액 챔버는 질소 공급장치가 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극액은 5가(V5+)의 바나듐 양이온을 포함하는 전해액인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음극액은 2가(V2+)의 바나듐 양이온을 포함하는 전해액인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전원부는 20 내지 40분 간격으로 정전압 및 정전류를 순차적으로 반복 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전원부는 3 내지 24V의 정전압을 공급하고, 1 내지 5A의 정전류을 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극액 챔버는 구연산, 초산, 아세트산, 탄산 및 인산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치는, 격자 및 타공이 형성된 전극을 구비하여 전자의 이동성을 개선하고, 정전류를 효과적으로 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 전극 표면에 이온들이 집중되어 과전압이 발생되는 현상을 억제하여, 정전압과 한계 전류치의 정전류를 효과적으로 공급할 수 있어 반복 전해를 통한 초기 바나듐의 이온화 시간을 줄여 전해시간을 50% 이상 단축할 수 있어 레독스 흐름 전지용 전해액을 효과적으로 제조할 수 있으며, 제조되는 전해액은 정전압과 정전류의 혼합으로 인해 염의 발생이 현저히 줄어들어 순도가 높다.
도 1은 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치에 사용되는 전극을 나타낸 개략도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치(100) 나타낸 구성도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명은, 양극액 챔버(110)와 음극액 챔버(120)가 격막부(150)에 의해 서로 구분된 전해조(130); 상기 양극액 챔버(110)와 음극액 챔버(120)에 각각 구비된 전극을 통해 정전압 및 정전류를 순차적으로 반복해서 공급하는 전원부(140); 상기 양극액 챔버(110)에 배관연결되어 상기 양극액 챔버(110)에서 전해한 양극액을 저장하는 양극 전해액 탱크(180); 및 상기 음극액 챔버(120)에 배관연결되어 상기 음극액 챔버(120)에서 전해한 음극액을 저장하는 음극 전해액 탱크(190);를 포함하고,
상기 전원부(140)는, 복수 개의 금속선이 서로 교차하여 형성된 격자부(143); 및 타공이 내부에 형성되며 상기 격자부의 사이에 배치되는 복수개의 타공부;를 포함하는 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름 전지 전해액 제조장치(10)를 제공한다.
상기 전해조(130)는 레독스 흐름 전지용 전해액의 제조를 위한 원료인 바나딜황산염(VOSO4)이 용해된 황산용액을 포함하는 원료공급부(170)와 배관 연결되어 순환펌프를 이용해 상기 양극액 챔버(110) 및 음극액 챔버(120)에 원료인 바나딜황산염(VOSO4)이 용해된 황산용액을 공급하도록 구성할 수 있다.
상기 순환 펌프는 전해액의 유량을 제어하기 위한 제어부를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 압력계(미도시) 및 제어밸브(미도시)를 추가로 포함하여, 미리 설정된 데이터에 맞춰 제어하도록 구성할 수 있다.
그리고, 상기 양극액 챔버(110) 및 음극액 챔버(120)에는 질소 공급장치(160)를 연결하여, 전해 반응을 질소가스가 흐르는 환원분위기에서 진행하도록 구성할 수 있으며, 각각의 챔버는 질소가스를 배출할 수 있도록 배출구(미도시)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 양극액 챔버(110)는 구연산, 초산, 아세트산, 탄산, 인산 또는 이들의 혼합물로 이루어진 약산을 포함하도록 구성하여 후술할 전해과정 중 발생할 수 있는 염의 형성을 효과적으로 방지하도록 구성할 수 있다.
상기 전원부(140)는 양극(141a) 및 음극(141b)을 포함하는 전극을 구비하고 상기 전해조(130)에 정전압 및 정전류를 순차적으로 반복해서 공급할 수 있으며, 상기 전극은 복수 개의 금속선이 서로 교차하여 형성된 격자부(143) 및 타공이 내부에 형성되며 상기 격자부(143)의 사이에 배치되는 복수 개의 타공부(147)를 포함하는 것을 사용하도록 구성할 수 있다.
종래에는 바나딜황산염을 전해하여 전해액을 제조할 때, 면전극에 형성된 격자가 바나딜 황산염 입자로 막히게 되면 이온들의 이동에 의한 전류의 흐름이 입자 내에서는 전자의 흐름으로 바뀌게 되고 입자 표면에는 이온들이 집중되어 과전압이 발생되는 현상이 나타났다.
이에 본 발명에서는 도 2에 나타낸 바와 같은 복수 개의 금속선이 서로 평행하게 교차하여 형성된 격자부(143)와 상기 격자부(143) 사이의 면에 천공하여 형성시킨 타공부(147)를 포함하는 전극을 사용하도록 구성하여 형성된 타공부(147)를 통해 전자의 이동성이 향상되어 종래에 전해액 제조시 사용되었던 격자면전극에 비해 전자의 흐름이 원활할 뿐만 아니라 격자무늬를 이루는 격자부(143)의 금속선을 따라 전기가 흘러 높은 출력으로 정전압과 정전류를 공급할 수 있어 전해 시간을 효과적으로 단축할 수 있다.
상기 전극은 부도체에 천공을 통해 격자무늬의 격자부(143) 및 홀 형상의 타공부(147)를 형성시킨 후, 상기 격자부(143)에 전류를 효과적으로 공급할 수 있는 소재의 백금(Pt), 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag) 또는 이들의 혼합물을 코팅하여 금속선을 형성시킨 형태의 전극을 사용하도록 구성할 수 있으며, 이에 제한받지 않고, 공지된 다양한 형태의 메쉬형 격자부(143)를 포함하는 면전극에 타공부(147)를 형성시킨 것을 사용하도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 전원부(140)는 20 내지 40분 간격으로 순차적으로 반복해서 정전압 및 정전류를 반복 공급할 수 있는 것이라면 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 24V의 정전압을 공급하고, 1 내지 5A의 정전류을 공급할 수 있는 전원공급 장치를 전원부(140)로 사용하도록 구성할 수 있다.
상기 격막부(150)는 상기 전해조(130)의 양극액 챔버(110) 및 음극액 챔버(120) 사이에 고정 설치되는 격막(151) 및 상기 격막(151)에 인접하며, 음극액 챔버(120)의 방향으로 배치되는 양이온 교환막(153)을 포함한다.
상기 양극액 챔버(110) 및 음극액 챔버(120) 사이에 격막(151) 만이 설치되면, 전해과정 중에 양극액에서 포함된 바나듐 양이온(VO2 +) 및 수소가 형성된 정전압에 의해 음극액 챔버(120)로 유입될 수 있으며, V2(SO4)3를 포함하는 음극액에 염(salt)이 형성될 수 있다.
이에 본 발명은, 형성된 격막(151)에서 음극액 챔버(120)의 방향으로 양이온 교환막(153)을 배치하도록 구성할 수 있다.
상기 양이온 교환막(153)은 수소 이온 및 양이온의 투과를 방지하는 역할을 하여 양이온 교환막(153)에 의해 수소 이온 및 바나듐 양이온의 유입을 억제하고, 음극액 챔버(120)에 음이온 농도를 증가시켜, 음극액의 순도를 증가시킬 수 있다.
이때, 상기 양이온 교환막(153)은 수소 이온 및 양이온의 투과를 방지할 수 있는 공지된 다양한 소재로 이루어진 것을 사용하도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 격막(151)은 베타-알루미나(β alumina, β-Al2O3)를 포함하는 다공성 세라믹 재질을 이용하는 것이 바람직하다. 참고로, 베타-알루미나(β alumina, β-Al2O3)를 포함하는 다공성 세라믹 재질로 이루어진 격막(151)은 나노크기의 베타-알루미나를 포함하도록 구성되어 전해액 보유 능력이 우수하고, 전해액 젖음성과 열적 안정성을 나타내며 유연성이 우수해 레독스 흐름 전지용 전해액 제조에 효율적으로 이용할 수 있다.
나아가, 상기 독스 흐름 전지용 전해액 제조장치(100)에 의해 전해가 완료된 양극액 챔버(110)에는 5가(V5+)의 바나듐 이온을 포함하는 전해액이 생성되고, 음극액 챔버(120)에는 2가(V2+)의 바나듐 이온을 포함하는 전해액이 생성되며, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치(100)는 상기 양극액 챔버(110)는 양극(141a)에서 전해한 양극액을 저장하는 양극 전해액 탱크(180)를 포함하고, 상기 음극액 챔버(120)는 음극(141b)에서 전해한 음극액을 저장하는 음극 전해액 탱크(190)를 포함하도록 구성하여, 5가(V5+)의 바나듐 이온을 포함하는 양극액 및 2가(V2+)의 바나듐 이온을 포함하는 음극액을 각각 분리하여 저장하도록 구성할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치(100)를 이용하여 전해액을 제조하는 과정에 대해 상세히 설명하도록 한다.
상기 전해조(130)의 양극액 챔버(110) 및 음극액 챔버(120)에 바나딜황산염(VOSO4)이 용해된 황산용액을 공급하고, 전원부(140)를 이용해 정전압과, 정전류를 20 내지 40분 간격으로 순차적으로 공급하면, 양극액 챔버(110)에서는 화학식 1과 같은 반응을 거쳐서 VO2 + 이온이 먼저 생성된다.
이때, 정전압은 3 내지 24V, 정전류는 1 내지 5A의 한계전류치를 공급하도록 구성하는 것이 바람직하며, 정전류의 한계전류치는 전해에 사용되는 황산용액이 격막(151)과 닿은 면적과 격막(151)의 전류치의 곱으로 산출할 수 있다.
<화학식 1>
Figure 112015081214501-pat00001
그리고, 생성된 VO2 + 이온은 반복 공급되는 정전압 및 정전류에 의해 하기 화학식 2와 같은 반응을 거쳐서 (VO2)2SO4가 생성되며, 5가 바나듐 이온 VO2 + 이온이 생성되어 최종적으로 V5+를 포함하는 양극액이 양극액 챔버(110)에 형성된다.
<화학식 2>
Figure 112015081214501-pat00002
또한, 음극액 챔버(120)에서는 공급되는 정전압 및 정전류에 의해 반복 전해되어 하기 화학식 3과 같은 반응을 거쳐 V2(SO4)3이 먼저 생성된다.
<화학식 3>
Figure 112015081214501-pat00003
이때, 일반적인 양극액 챔버(110) 및 음극액 챔버(120) 사이에 격막(151)만이 설치되면, 양극액에서 포함된 바나듐 양이온(VO2 +) 및 수소가 형성된 정전압에 의해 음극액 챔버(120)로 유입될 수 있으며, V2(SO4)3를 포함하는 음극액에 염(salt)이 형성될 수 있다.
이에 본 발명은, 음극액 챔버(120)에 형성된 격막(151)의 음극(141b)방향으로 설치되는 양이온 교환막(153)에 의해 수소 이온 및 바나듐 양이온의 유입을 억제하고, 음극액 챔버(120)에 음이온 농도를 증가시켜, 음극액의 순도를 증가시킬 수 있으며, 상기한 양이온 교환막(153)은 수소 이온 및 양이온의 투과를 방지하는 역할을 할 수 있다.
그리고, 상기와 같이 생성된 V2(SO4)3는 반복 공급되는 정전압 및 정전류에 의해 하기 화학식 4와 같은 반응을 거쳐서 2VSO4가 생성되며 2가 바나듐이온이 생성될 수 있다.
화학식 4는 본 발명에 따른 제2 전해장치(200)를 통해서 V2+를 포함하는 용액이 형성되는 것을 보여주는 화학식이다.
<화학식 4>
Figure 112015081214501-pat00004
상기한 반복 전해는 전원부(140)의 정전압을 일정 순서로 설정하여 공급되는 전류가 전해조(130)의 한계 전류치에 도달할 때까지 정전압으로 전해하며, 한계전류치에 도달한 후에는 전기분해 모드를 정전류로 변환하여 계속 전해하며 정전압은 3 내지 24V로, 정전류는 1 내지 5A의 범위로 공급하고, 전해조(130)의 온도를 18 내지 25 ℃의 범위로 일정하게 유지하면서, 수소이온농도(pH)와 산화환원전위(oxidation reduction potential, ORP) 계측을 병행하면서 수행하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치(100)를 이용하면 정전압과 정전류의 혼합으로 인해서 염의 발생이 현저히 줄어들어 전해 횟수를 줄이고, 순도가 높은 전해액을 제조할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치(100)를 이용하여 전해액을 제조시, 제조되는 음극액의 V2+ 이온의 농도는 원하는 정도까지 낮출 수 있지만 양극액의 V5+ 이온의 농도를 확보하는 것이 어렵다. 이와 같은 현상이 발생할 수 있기 때문에, 양쪽 극 이온의 전하 균형(밸런스)을 맞추기 위해서 전해단계 및 방전단계를 반복해서 수행할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치는, 격자 및 타공이 형성된 전극을 구비하여 전자의 이동성을 개선하고, 정전류를 효과적으로 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 전극 표면에 이온들이 집중되어 과전압이 발생되는 현상을 억제하여, 정전압과 한계 전류치의 정전류를 효과적으로 공급할 수 있어 반복 전해를 통한 초기 바나듐의 이온화 시간을 줄여 전해시간을 50% 이상 단축할 수 있어 레독스 흐름 전지용 전해액을 효과적으로 제조할 수 있으며, 제조되는 전해액은 정전압과 정전류의 혼합으로 인해 염의 발생이 현저히 줄어들어 순도가 높다.
100 : 전해액 제조장치 110 : 양극액 챔버
120 : 음극액 챔버 130 : 전해조
140 : 전원부 141a : 양극
141b : 음극 150 : 격막부
151 : 격막 153 : 양이온 교환막
160 : 질소 공급장치 170 : 원료공급부
180 : 양극 전해액 탱크 190 : 음극 전해액 탱크

Claims (9)

  1. 양극액 챔버와 음극액 챔버가 격막부에 의해 서로 구분된 전해조;
    상기 양극액 챔버와 음극액 챔버에 각각 구비된 전극을 통해 정전압 및 정전류를 순차적으로 반복해서 공급하는 전원부;
    상기 양극액 챔버에 배관연결되어 상기 양극액 챔버에서 전해한 양극액을 저장하는 양극 전해액 탱크; 및
    상기 음극액 챔버에 배관연결되어 상기 음극액 챔버에서 전해한 음극액을 저장하는 음극 전해액 탱크;를 포함하고,
    상기 격막부는,
    상기 양극액 챔버 및 음극액 챔버 사이에 고정 설치되는 격막; 및
    상기 격막에 인접하며, 상기 음극액 챔버의 방향으로 배치되는 양이온 교환막을 포함하며,
    상기 전극은,
    복수개의 금속선이 서로 평행하게 교차하여 형성된 격자부; 및
    타공이 내부에 형성되며 상기 격자부의 사이에 배치되는 복수개의 타공부;를 포함하되,
    상기 전극은 부도체에 천공을 통해 격자무늬의 상기 격자부와 홀 형상의 상기 타공부가 형성된 후,
    상기 격자부에 백금(Pt), 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag) 또는 이들의 혼합물이 코팅되어 금속선이 형성됨으로써,
    상기 타공부를 통해서는 전자의 이동성을 향상시키고, 상기 금속선을 통해서는 전기를 이동시켜 정전압과 정전류를 고출력으로 공급하여 전해 시간을 단축시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 타공 및 격자가 형성된 전극을 포함하는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양극액 챔버와 음극액 챔버에는 바나딜황산염(VOSO4)이 용해된 황산용액이 공급되는 것을 특징으로 하는 타공 및 격자가 형성된 전극을 포함하는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양극액 챔버 및 상기 음극액 챔버는 질소 공급장치가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 타공 및 격자가 형성된 전극을 포함하는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양극액은 5가(V5+)의 바나듐 양이온을 포함하는 전해액인 것을 특징으로 하는 타공 및 격자가 형성된 전극을 포함하는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 음극액은 2가(V2+)의 바나듐 양이온을 포함하는 전해액인 것을 특징으로 하는 타공 및 격자가 형성된 전극을 포함하는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전원부는 20 내지 40분 간격으로 정전압 및 정전류를 순차적으로 반복 공급하는 것을 특징으로 하는 타공 및 격자가 형성된 전극을 포함하는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전원부는 3 내지 24V의 정전압을 공급하고, 1 내지 5A의 정전류을 공급하는 것을 특징으로 하는 타공 및 격자가 형성된 전극을 포함하는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 양극액 챔버는 구연산, 아세트산, 탄산 및 인산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 타공 및 격자가 형성된 전극을 포함하는 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101751987B1 (ko) * 2016-03-22 2017-07-07 유성훈 생산성이 향상된 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 이를 이용한 레독스 흐름 전지용 전해액 제조방법

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110064058A (ko) 2009-12-07 2011-06-15 한국에너지기술연구원 레독스 흐름전지 전해액 및 그 제조방법과 그것으로 제조된 레독스 흐름전지
JP2012001800A (ja) * 2010-06-21 2012-01-05 Mitsui Chemicals Inc 電解槽
KR20130107845A (ko) 2012-03-23 2013-10-02 위순명 전기분해를 이용한 vrb 용 전해액 제조장치 및 제조방법
KR20140017191A (ko) 2012-07-31 2014-02-11 주식회사 누리플랜 레독스 흐름전지용 전해액 및 그 제조방법
JP5422083B2 (ja) * 2011-10-21 2014-02-19 株式会社ギャラキシー ノンフローレドックス電池
KR101436779B1 (ko) * 2014-03-26 2014-09-02 오씨아이 주식회사 레독스 흐름 전지
KR101506951B1 (ko) * 2014-10-08 2015-03-30 엄영준 레독스 흐름 전지 전해액 제조장치 및 그 제조방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110064058A (ko) 2009-12-07 2011-06-15 한국에너지기술연구원 레독스 흐름전지 전해액 및 그 제조방법과 그것으로 제조된 레독스 흐름전지
JP2012001800A (ja) * 2010-06-21 2012-01-05 Mitsui Chemicals Inc 電解槽
JP5422083B2 (ja) * 2011-10-21 2014-02-19 株式会社ギャラキシー ノンフローレドックス電池
KR20130107845A (ko) 2012-03-23 2013-10-02 위순명 전기분해를 이용한 vrb 용 전해액 제조장치 및 제조방법
KR20140017191A (ko) 2012-07-31 2014-02-11 주식회사 누리플랜 레독스 흐름전지용 전해액 및 그 제조방법
KR101436779B1 (ko) * 2014-03-26 2014-09-02 오씨아이 주식회사 레독스 흐름 전지
KR101506951B1 (ko) * 2014-10-08 2015-03-30 엄영준 레독스 흐름 전지 전해액 제조장치 및 그 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101751987B1 (ko) * 2016-03-22 2017-07-07 유성훈 생산성이 향상된 레독스 흐름 전지용 전해액 제조장치 및 이를 이용한 레독스 흐름 전지용 전해액 제조방법

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