KR102639281B1 - Method for manufacturing an separator and electrode assembly for redox flow battery and an assembly manufactured thereby - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프레스 하판(200A)의 상부에 제1 지그(260A)를 부착하고 프레스 상판(200B)의 하부에는 제2 지그(260B)를 부착하고 가열하는 단계(S1); 전도성 충진재가 함유된 열가소성 수지 시트(240)의 하부에 제1 단열재(210A)를 배치하고 상기 열가소성 수지 시트(240)의 상부에 제2 단열재(210B)를 배치하는 단계(S2); 상기 열가소성 수지 시트(240)의 하부이고 제1 단열재(210A)의 안쪽에 제1 카본 펠트(270A)를 배치하고 상기 열가소성 수지 시트(240)의 상부이고 제2 단열재(210B)의 안쪽에 제2 카본 펠트(270B)를 배치하는 단계(S3); 상기 S2 및 S3 단계에서의 열가소성 수지 시트(240), 제1 및 제2 단열재(210A, 210B) 및 제1 및 제2 카본 펠트(270A, 270B)를 상기 제1 지그(260A)와 제2 지그(260B)의 사이에 배치하는 단계(S4); 및 상기 프레스 상판(200B)과 상기 프레스 하판(200A)를 가열 가압하는 단계(S5)를 포함하는 레독스 플로우 배터리용 분리판 및 전극 조립체 제조 방법에 관한 것이다. The present invention includes the steps of attaching a first jig (260A) to the upper part of the press lower plate (200A) and attaching a second jig (260B) to the lower part of the press upper plate (200B) and heating (S1); Step (S2) of placing a first insulating material (210A) on the lower part of the thermoplastic resin sheet 240 containing conductive filler and placing a second insulating material (210B) on the upper part of the thermoplastic resin sheet 240; A first carbon felt 270A is placed below the thermoplastic resin sheet 240 and inside the first insulating material 210A, and a second carbon felt 270A is placed on the upper part of the thermoplastic resin sheet 240 and inside the second insulating material 210B. Placing the carbon felt (270B) (S3); The thermoplastic resin sheet 240, the first and second insulation materials (210A, 210B), and the first and second carbon felts (270A, 270B) in steps S2 and S3 are connected to the first jig (260A) and the second jig. Step (S4) of arranging between (260B); and a step (S5) of heating and pressing the press upper plate (200B) and the press lower plate (200A). It relates to a method of manufacturing a separator plate and electrode assembly for a redox flow battery.
Description
본 발명은 열가소성 수지에 전극을 결합한 분리판 및 전극 조립체 (또는 하이브리드 전극)에 관한 것이다.The present invention relates to a separator plate and electrode assembly (or hybrid electrode) combining electrodes with a thermoplastic resin.
일반적인 레독스 플로우 배터리(Redox flow battery)는 전기 화학 반응이 일어나는 셀을 적층한 스택, 전해질을 보관하는 탱크 및 전해질 탱크에서 스택으로 전해질을 공급하는 펌프로 구성되어 있다.A typical redox flow battery consists of a stack of cells in which an electrochemical reaction occurs, a tank that stores electrolyte, and a pump that supplies electrolyte from the electrolyte tank to the stack.
그 중 스택 구조는 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 앤드 플레이트(11, End plate) - 절연판(12, Insulator) - 전류 플레이트(13, Current collector) - 분리판 (14, Bipolar plate) - 플로우 프레임(16, Flow frame) - 전극(17, Electrode) - 이온 교환막(18, Membrane) - 전극 (Electrode) - 플로우 프레임(Flow frame) - 분리판 (Bipolar plate) - 전류 플레이트(Current collector) - 절연판(Insulator) - 앤드 플레이트(End plate)로 되어 있다.Among them, the stack structure is as shown in Figures 2 and 3, end plate (11, end plate) - insulating plate (12, insulator) - current plate (13, current collector) - separation plate (14, bipolar plate) - Flow frame (16, Flow frame) - Electrode (17, Electrode) - Ion exchange membrane (18, Membrane) - Electrode (Electrode) - Flow frame - Bipolar plate - Current collector - Insulator - Consists of an end plate.
분리판(= Bipolar plate)은 내화학성 재질이고 전기 전도성이 우수한 재질을 사용하며 카본 블록 또는 카본 시트를 주재료로 사용한다. 하지만 카본블록 또는 카본 시트 자체의 가격이 매우 비싸므로, 일반적으로 카본 블록을 가공한 후 사용하거나 카본 파우더에 5% 내외의 열가소성 수지를 바인더로 사용하여 시트를 형성한 후 사용한다.The separator plate (= bipolar plate) is made of a chemically resistant material and has excellent electrical conductivity, and carbon block or carbon sheet is used as the main material. However, since the price of the carbon block or carbon sheet itself is very expensive, it is generally used after processing the carbon block or by using about 5% of thermoplastic resin in carbon powder as a binder to form a sheet.
또한, 전극(Electrode)은 레독스 흐름 전지의 바나듐 이온이 실질적으로 반응하는 장소를 제공하기 때문에 반응 면적을 증가시키기 위해 펠트의 형상을 사용하며 일반적으로 카본을 재료로 한 펠트를 사용한다. 카본 분리판과 카본 펠트(전극)는 전기적으로 맞닿아 있는 구조로 전기적 저항, 즉 접촉저항을 줄이기 위해 카본 펠트에 압축력을 가한다.Additionally, since the electrode provides a place where the vanadium ions of the redox flow battery actually react, the shape of felt is used to increase the reaction area, and felt made of carbon is generally used. The carbon separator plate and carbon felt (electrode) are in electrical contact, and compressive force is applied to the carbon felt to reduce electrical resistance, that is, contact resistance.
그러나, 카본 블록을 가공하여 사용하거나 카본 파우더에 5% 내외의 열가소성 수지를 바인더로 사용하여 시트로 성형한 후 사용하는 카본 분리판(Bipolar plate)은 전체 스택 가격의 30% 정도를 차지할 정도로 매우 비싸다. However, carbon bipolar plates, which are used by processing carbon blocks or molding them into sheets using carbon powder with about 5% thermoplastic resin as a binder, are very expensive, accounting for about 30% of the total stack price. .
또한, 카본 펠트와 카본 분리판의 계면간 접촉저항(145)을 낮추기 위하여 물리적 가압을 하는 방식은 1) 카본 분리판 본연의 취성에 따라 물리적 가압의 한계가 있고 설계에 따라 재료가 파괴될 수 있으며, 2) 과도한 가압시 카본 펠트내에 전해액의 흐름이 좋지 않아 시스템 효율이 저하된다. 또한 3) 가압시에 카본 펠트의 기공 분포가 달라져 전해액 흐름이 불균일하며, 가압이 부족할시 카본 펠트의 일부만 카본 분리판과 점 접촉상태가 유지되므로 국부적으로 전압 구배가 커지고 열이 발생하여 전해액이 증발하거나 석출될 우려가 있다.In addition, the method of applying physical pressure to lower the contact resistance 145 between the carbon felt and the carbon separator plate is: 1) there is a limit to physical pressure depending on the inherent brittleness of the carbon separator plate, and the material may be destroyed depending on the design; , 2) When excessive pressure is applied, the flow of electrolyte within the carbon felt is poor, reducing system efficiency. In addition, 3) when pressurized, the pore distribution of the carbon felt changes, causing uneven electrolyte flow, and when pressurization is insufficient, only a portion of the carbon felt remains in point contact with the carbon separator, causing a local voltage gradient to increase and heat generation to evaporate the electrolyte. There is a risk that it may precipitate.
카본 분리판과 카본 펠트(전극) 사이의 접촉 저항을 개선하기 위해 카본 분리판과 카본 펠트를 접착 또는 융착 시키는 방식이 개발되고 있으나, 이러한 방법은 접촉 저항을 줄이는 것에는 효과적이지만 여전히 카본 분리판 자체가 높은 가격을 형성하고 있다,In order to improve the contact resistance between the carbon separator plate and the carbon felt (electrode), a method of adhering or fusing the carbon separator plate and the carbon felt (electrode) is being developed. Although this method is effective in reducing the contact resistance, it still affects the carbon separator itself. is forming a high price,
이러한 문제를 해결하기 위해 도 4a 내지 도 4b의 등록 특허 KR10-1808606에서는 열가소성 수지를 이용한 분리판 및 전극 조립체 구조가 개발되었다.To solve this problem, in the registered patent KR10-1808606 of FIGS. 4A and 4B, a separator and electrode assembly structure using a thermoplastic resin was developed.
분리판으로 열가소성 수지를 사용하는 등록 특허 KR10-1808606는 카본 원소재의 비용을 줄여 분리판 및 전극 조립체 구조를 구현하는 것이 가능하지만 열가소성 수지 자체가 전기적 특성이 없기 때문에 위 아래로 배치된 양극과 음극의 펠트가 열가소성 시트 내부에 침투하여 서로 접촉을 해야 하기 때문에 취약부위인 중첩 부분 (142, = Overlapping fibers zone)이 생성되며 제조방법이 매우 어렵고 불량이 발생할 확률이 높으며, 심한 경우 수지가 뚫려서 크로스 오버(crossover)가 발생할 수 있다.Registered patent KR10-1808606, which uses thermoplastic resin as a separator, makes it possible to implement a separator and electrode assembly structure by reducing the cost of carbon raw materials, but since the thermoplastic resin itself has no electrical properties, the anode and cathode are arranged up and down. Because the felt must penetrate inside the thermoplastic sheet and come into contact with each other, a weak overlapping area (142, = Overlapping fibers zone) is created, and the manufacturing method is very difficult and the probability of defects is high. In severe cases, the resin is pierced and crossover occurs. (crossover) may occur.
또한 열가소성 수지 시트를 뚫기 위해서 높은 온도, 압력의 조건으로 제작이 되기 때문에 제작이 어렵고 생산 단가가 높다. In addition, because it is manufactured under high temperature and pressure conditions to pierce a thermoplastic resin sheet, it is difficult to manufacture and the production cost is high.
본 발명에서는 기존의 카본 블록 또는 카본 시트로 제작된 분리판을 열가소성 수지에 전도성 충진재를 중량 대비 5~20% 함유하여 제작함으로써 분리판의 가격을 낮추고자 한다.In the present invention, an attempt is made to lower the price of a separator plate made of existing carbon blocks or carbon sheets by adding 5 to 20% of the weight of the conductive filler to the thermoplastic resin.
또한, 본 발명에서 분리판과 카본 펠트 (= 전극)을 일체화시켜 계면간 접촉저항을 제거하고자 한다. In addition, the present invention seeks to eliminate interfacial contact resistance by integrating the separator plate and carbon felt (=electrode).
또한, 카본 펠트가 전도성 충진재를 함유한 열가소성 수지의 표면에만 융착되도록 하여 등록 특허 제10-1808606-0000호에서 생성되는 취약부위인 중첩 부분 (Overlapping fibers zone)을 제거하여 안정성 및 생산성을 높이고자 한다.In addition, the carbon felt is fused only to the surface of the thermoplastic resin containing the conductive filler, thereby eliminating the overlapping fibers zone, which is a weak area created in registered patent number 10-1808606-0000, to increase stability and productivity. .
본 발명은 프레스 하판(200A)의 상부에 제1 지그(260A)를 부착하고 프레스 상판(200B)의 하부에는 제2 지그(260B)를 부착하는 단계(S1); 전도성 충진재가 함유된 열가소성 수지 시트(240)의 하부에 제1 단열재(210A)를 배치하고 상기 열가소성 수지 시트(240)의 상부에 제2 단열재(210B)를 배치하는 단계(S2); 상기 열가소성 수지 시트(240)의 하부이고 제1 단열재(210A)의 안쪽에 제1 카본 펠트(270A)를 배치하고 상기 열가소성 수지 시트(240)의 상부이고 제2 단열재(210B)의 안쪽에 제2 카본 펠트(270B)를 배치하는 단계(S3); 상기 S2 및 S3 단계에서의 열가소성 수지 시트(240), 제1 및 제2 단열재(210A, 210B) 및 제1 및 제2 카본 펠트(270A, 270B)를 상기 제1 지그(260A)와 제2 지그(260B)의 사이에 배치하는 단계(S4); 및 상기 프레스 상판(200B)과 상기 프레스 하판(200A)를 가압하는 단계(S5)를 포함하고,The present invention includes the steps of attaching a first jig (260A) to the upper part of the press lower plate (200A) and attaching a second jig (260B) to the lower part of the press upper plate (200B) (S1); Step (S2) of placing a first insulating material (210A) on the lower part of the thermoplastic resin sheet 240 containing conductive filler and placing a second insulating material (210B) on the upper part of the thermoplastic resin sheet 240; A first carbon felt 270A is placed below the thermoplastic resin sheet 240 and inside the first insulating material 210A, and a second carbon felt 270A is placed on the upper part of the thermoplastic resin sheet 240 and inside the second insulating material 210B. Placing the carbon felt (270B) (S3); The thermoplastic resin sheet 240, the first and second insulation materials (210A, 210B), and the first and second carbon felts (270A, 270B) in steps S2 and S3 are connected to the first jig (260A) and the second jig. Step (S4) of arranging between (260B); And a step (S5) of pressing the press upper plate (200B) and the press lower plate (200A),
상기 S2 단계 또는 상기 S5 단계 이전에 상기 제1 및 제2 지그를 가열하는 단계를 추가로 포함하는 레독스 플로우 배터리용 분리판 및 전극 조립체 제조 방법에 관한 것이다.It relates to a method of manufacturing a separator plate and electrode assembly for a redox flow battery, further comprising the step of heating the first and second jigs before step S2 or step S5.
또한, 본 발명에서 상기 제1 지그(260A)는 제1 카본 펠트(270A)에 대응되는 제1 돌출부(265A)를 포함하고, 상기 제2 지그(260B)는 제2 카본 펠트(270B)에 대응되는 제2 돌출부(265B)를 포함하고, 상기 제1 카본 펠트(270A)의 두께와 상기 제1 지그(260A)의 제1 돌출부(265A) 두께의 합은 제1 단열재(210A)의 두께보다 크고, 상기 제2 카본 펠트(270B)의 두께와 상기 제2 지그(260B)의 제2 돌출부(265B) 두께의 합은 제2 단열재(210B)의 두께보다 크게 할 수 있다.Additionally, in the present invention, the first jig (260A) includes a first protrusion (265A) corresponding to the first carbon felt (270A), and the second jig (260B) corresponds to the second carbon felt (270B). and a second protrusion 265B, wherein the sum of the thickness of the first carbon felt 270A and the thickness of the first protrusion 265A of the first jig 260A is greater than the thickness of the first insulation material 210A. , the sum of the thickness of the second carbon felt (270B) and the thickness of the second protrusion (265B) of the second jig (260B) may be greater than the thickness of the second insulation material (210B).
또한, 본 발명에서 상기 제1 단열재(210A)는 제1 외부 테두리(215A), 제1 내부 테두리(216A), 상기 제1 외부 테두리(215A)와 제1 내부 테두리(216A) 사이의 제1 몸체(212A) 및 제1 내부 테두리(216A) 안쪽의 제2 빈 공간(213A)를 포함하고, 상기 제2 단열재(210A)는 제2 외부 테두리(215B), 제2 내부 테두리(216B), 상기 제2 외부 테두리(215B)와 제2 내부 테두리(216B) 사이의 제2 몸체(212B) 및 제2 내부 테두리(216B) 안쪽의 제2 빈 공간(213B)를 포함하고, 상기 제1 카본 펠트(270A)는 상기 제1 내부 테두리(216A)와 맞추어지는 제3외부 테두리(275A)를 포함하고, 상기 제2 카본 펠트(270B)는 상기 제2 내부 테두리(216B)와 맞추어지는 제4외부 테두리(275B)를 포함할 수 있다.In addition, in the present invention, the first insulation material (210A) includes a first outer edge (215A), a first inner edge (216A), and a first body between the first outer edge (215A) and the first inner edge (216A). (212A) and a second empty space (213A) inside the first inner border (216A), and the second insulator (210A) includes a second outer border (215B), a second inner border (216B), and a second empty space (213A) inside the first inner border (216A). 2 It includes a second body (212B) between the outer edge (215B) and the second inner edge (216B) and a second empty space (213B) inside the second inner edge (216B), and the first carbon felt (270A) ) includes a third outer edge (275A) aligned with the first inner edge (216A), and the second carbon felt (270B) includes a fourth outer edge (275B) aligned with the second inner edge (216B). ) may include.
또한, 본 발명에서 상기 제1 돌출부(265A)는 상기 제1 내부 테두리(216A)와 맞추어지는 제5 외부 테두리(265Aa)를 포함하고, 상기 제2 돌출부(265B)는 상기 제2 내부 테두리(216B)와 맞추어지는 제6 외부 테두리(265Ba)를 포함할 수 있다.Additionally, in the present invention, the first protrusion 265A includes a fifth outer rim 265Aa aligned with the first inner rim 216A, and the second protrusion 265B includes the second inner rim 216B. ) may include a sixth outer border (265Ba) aligned with.
또한, 본 발명에서 상기 전도성 충진재는 카본 계열이며 열가소성 수지 시트(240)의 전체 중량 대비 5~20%이고, 상기 가열 가압하는 단계는 열가소성 수지의 단면에 제1 카본 펠트(270A)가 침투되는 제1 침투 영역(241A), 제2 카본 펠트(270B)가 침투되는 제2 침투 영역(241B), 제1 침투 영역(241A)과 제2 침투 영역(241B) 사이에서 제1 카본 펠트(270A)와 제2 카본 펠트(270B)의 어느 하나도 침투되지 않는 수지 시트 영역(242)이 생성될 수 있다.In addition, in the present invention, the conductive filler is carbon-based and accounts for 5 to 20% of the total weight of the thermoplastic resin sheet 240, and the heating and pressing step is performed by infiltrating the first carbon felt (270A) into the cross section of the thermoplastic resin. 1 penetration area (241A), a second penetration area (241B) into which the second carbon felt (270B) is penetrated, the first carbon felt (270A) between the first penetration area (241A) and the second penetration area (241B) A resin sheet area 242 may be created in which none of the second carbon felt 270B is penetrated.
또한, 본 발명은 전도성 충진재가 함유된 열가소성 수지 시트(240); 및 상기 열가소성 수지 시트(240)의 양쪽에 배치되는 제1 및 제2 카본 펠트(270A, 270B);를 포함하고, 상기 열가소성 수지 시트(240)은 단면에서 제1 카본 펠트(270A)가 침투되는 제1 침투 영역(241A), 제2 카본 펠트(270B)가 침투되는 제2 침투 영역(241B), 제1 침투 영역(241A)과 제2 침투 영역(241B) 사이에서 제1 카본 펠트(270A)와 제2 카본 펠트(270B)의 어느 하나도 침투되지 않는 수지 시트 영역(242)을 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 배터리용 조립체에 관한 것이다.In addition, the present invention includes a thermoplastic resin sheet 240 containing a conductive filler; and first and second carbon felts 270A and 270B disposed on both sides of the thermoplastic resin sheet 240, wherein the thermoplastic resin sheet 240 has a cross section through which the first carbon felt 270A is penetrated. A first penetration area 241A, a second penetration area 241B into which the second carbon felt 270B is penetrated, and a first carbon felt 270A between the first penetration area 241A and the second penetration area 241B. and a resin sheet area 242 that is not penetrated by any of the second carbon felt 270B.
본 발명에서는 기존의 카본 블록 또는 카본 시트로 제작된 분리판에 비하여 열가소성 수지에 전도성 충진재를 중량 대비 5~20% 함유하여 분리판을 제작함으로써 가격을 낮추었다.In the present invention, the price was lowered by manufacturing a separator using thermoplastic resin containing 5 to 20% of the conductive filler by weight compared to the existing separator made of carbon blocks or carbon sheets.
또한, 본 발명에서 분리판과 카본 펠트를 일체화시켜 계면간 접촉저항을 제거하였다.Additionally, in the present invention, contact resistance between the interfaces was eliminated by integrating the separator plate and the carbon felt.
또한, 카본 펠트가 전도성 충진재를 함유한 열가소성 수지의 표면에만 융착하도록 하여 종래 열가소성 수지를 이용한 분리판 및 전극 조립체에서 생성되는 취약부위인 중첩 부분 (Overlapping fibers zone)을 제거하여 안정성 및 생산성을 높이고자 한다.In addition, the carbon felt is fused only to the surface of the thermoplastic resin containing the conductive filler, thereby eliminating the overlapping fibers zone, which is a weak area created in conventional separator and electrode assemblies using thermoplastic resin, to increase stability and productivity. do.
도 1은 본 발명 레독스 흐름 전지의 개념도이다.
도 2는 본 발명 레독스 흐름 전지의 스택의 개념도이다.
도 3은 종래 발명의 스택의 단면도이다.
도 4a는 종래 특허 제10-1808606-0000호의 제작 공정 도면이다.
도 4b는 종래 특허 제10-1808606-0000호로 제작된 제품의 단면도이다.
도 5a는 본 발명에 사용되는 지그 상판과 지그 하판의 사시도이다.
도 5b는 본 발명에 사용되는 열가소성 수지(240)의 사시도이다.
도 5c는 본 발명에 사용되는 제1 및 제2 카본 펠트(270A, 270B)의 사시도이다.
도 5d는 본 발명에 사용되는 제1 및 제2 단열재(210A, 210B)의 사시도이다.
도 6a는 본 발명에 제작 공정을 설명하는 도면이다.
도 6b는 본 발명에 의하여 제작된 제품의 단면도이다.Figure 1 is a conceptual diagram of the redox flow battery of the present invention.
Figure 2 is a conceptual diagram of the stack of the redox flow battery of the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view of a stack of the prior invention.
Figure 4a is a manufacturing process diagram of conventional patent No. 10-1808606-0000.
Figure 4b is a cross-sectional view of a product manufactured according to conventional patent No. 10-1808606-0000.
Figure 5a is a perspective view of the jig upper plate and jig lower plate used in the present invention.
Figure 5b is a perspective view of the thermoplastic resin 240 used in the present invention.
Figure 5c is a perspective view of the first and second carbon felts 270A and 270B used in the present invention.
Figure 5d is a perspective view of the first and second insulation materials 210A and 210B used in the present invention.
Figure 6a is a diagram explaining the manufacturing process of the present invention.
Figure 6b is a cross-sectional view of a product manufactured according to the present invention.
본 발명의 목적, 기술적 해결수단 및 이점이 더욱 명확해지도록 하기 위하여, 이하 도면 및 실시예를 결합하여, 본 발명을 더 상세하게 설명한다. 응당 이해해야 할 것은, 여기서 설명되는 구체적인 실시예는 본 발명을 해석하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. In order to make the purpose, technical solutions and advantages of the present invention clearer, the present invention will be described in more detail below by combining the drawings and examples. It should be understood that the specific embodiments described herein are only for interpreting the present invention and are not intended to limit the present invention.
도 5a 내지 도 5d에 도시된 것과 같이, 본 발명에서는 충진재가 함유된 열가소성 수지 시트(240), 제1 내지 제2 카본 펠트(270A, 270B) 및 제1 및 제2 단열재(210A, 210B)를 이용하여 분리판 및 전극 조립체를 제작하고자 한다.As shown in FIGS. 5A to 5D, in the present invention, a thermoplastic resin sheet 240 containing a filler, first to second carbon felts (270A, 270B), and first and second insulation materials (210A, 210B) We intend to manufacture a separator plate and electrode assembly using this method.
도 6a에 도시된 것과 같이, 프레스 하판(200A)의 상부에 제1 지그(260A)를 결합하고, 프레스 상판(200B)의 하부에 제2 지그(260B)를 결합하여 준비한다.As shown in Figure 6a, the first jig (260A) is coupled to the upper part of the press lower plate (200A), and the second jig (260B) is coupled to the lower part of the press upper plate (200B) to prepare.
프레스 하판(200A)와 프레스 상판(200B)의 사이에 도 6a에 도시된 제1 및 제2 단열재(210A), 열가소성 수지 시트(240) 및 제1 및 제2 카본 펠트(270A, 270B)의 조립체를 두고 가열 가압하여 제1 및 제2 카본 펠트(270A, 270B)가 열가소성 수지 시트(240)에 침투되도록 한다.An assembly of the first and second insulating materials 210A, the thermoplastic resin sheet 240, and the first and second carbon felts 270A and 270B shown in FIG. 6A between the press lower plate 200A and the press upper plate 200B. is heated and pressed to allow the first and second carbon felts 270A and 270B to penetrate into the thermoplastic resin sheet 240.
보다 구체적으로는 상기 제1 카본 펠트(270A)는 상기 제1 단열재(210A)의 안쪽에 위치하고, 상기 제1 카본 펠트(270A)와 상기 제1 단열재(210A)의 상부에 전도성 충진재가 함유된 열가소성 수지 시트(240)를 배치한다.More specifically, the first carbon felt (270A) is located inside the first insulating material (210A), and the first carbon felt (270A) and the upper part of the first insulating material (210A) are thermoplastic containing a conductive filler. The resin sheet 240 is placed.
상기 열가소성 수지 시트(240) 상부에는 제2 카본 펠트(270B)와 제2 단열재(210B)를 배치시킨다. 상기 제2 카본 펠트(270B)는 제2 단열재(210B) 안쪽에 위치하게 한다.A second carbon felt (270B) and a second insulation material (210B) are disposed on the thermoplastic resin sheet 240. The second carbon felt (270B) is located inside the second insulation material (210B).
상기 제1 및 제2 단열재(210A), 열가소성 수지 시트(240) 및 제1 및 제2 카본 펠트(270A, 270B)의 조립체는 상기 제1 및 제2 지그(260A, 260B)의 사이에 놓여 진 후 가열 가압된다.The assembly of the first and second insulation materials (210A), the thermoplastic resin sheet 240, and the first and second carbon felts (270A, 270B) is placed between the first and second jigs (260A, 260B). It is then heated and pressed.
상기 열가소성 수지 시트(240)는 전도성 충진재를 추가함으로써 전기적 특성을 부여되며 분리판의 역할을 하게 된다.The thermoplastic resin sheet 240 is given electrical properties by adding a conductive filler and serves as a separator.
또한, 제1 및 제2 카본 펠트(270A, 270B)가 상기 열가소성 수지 시트(240) 내부에 침투하여 전도성 충진재와 접촉함으로써 계면간 접촉저항이 제거되도록 한다.In addition, the first and second carbon felts 270A and 270B penetrate into the thermoplastic resin sheet 240 and come into contact with the conductive filler, thereby eliminating interfacial contact resistance.
상기 제1 지그(260A)는 제1 카본 펠트(270A)에 대응되는 제1 돌출부(265A)를 포함하고, 상기 제2 지그(260B)는 제2 카본 펠트(270B)에 대응되는 제2 돌출부(265B)를 포함한다.The first jig (260A) includes a first protrusion (265A) corresponding to the first carbon felt (270A), and the second jig (260B) includes a second protrusion (265A) corresponding to the second carbon felt (270B). 265B).
상기 제1 및 제2 돌출부(265A, 265B)는 상기 제1 및 제2 카본 펠트(270A, 270B)를 가압하고, 상기 제1 돌출부(265A)를 제외한 부분은 상기 제1 단열재(210A)에 대응되고, 상기 제2 돌출부(265B)를 제외한 부분은 상기 제2 단열재(210B)에 대응된다.The first and second protrusions (265A, 265B) press the first and second carbon felts (270A, 270B), and the portion excluding the first protrusion (265A) corresponds to the first insulator (210A). The portion excluding the second protrusion 265B corresponds to the second insulation material 210B.
상기 제1 카본 펠트(270A)의 두께와 상기 제1 지그(260A)의 제1 돌출부(265A)의 두께의 합은 제1 단열재(210A)의 두께보다 크게 하여, 제1 지그(260A)가 제1 단열재(210A) 보다 제1 카본 펠트(270A)를 보다 더 가압할 수 있게 한다.The sum of the thickness of the first carbon felt (270A) and the thickness of the first protrusion (265A) of the first jig (260A) is greater than the thickness of the first insulator (210A), so that the first jig (260A) is 1 It is possible to pressurize the first carbon felt (270A) more than the insulation material (210A).
바람직하게는 제1 돌출부(265A)의 두께: 제1 카본 펠트(270A)의 두께: 제1 단열재(210A)의 두께의 비율은 30.5: 21.3: 48.2인 것이 바람직하다.Preferably, the ratio of the thickness of the first protrusion 265A: the thickness of the first carbon felt 270A: the thickness of the first insulator 210A is 30.5: 21.3: 48.2.
마찬가지로, 상기 제2 카본 펠트(270B)의 두께와 상기 제2 지그(260B)의 제2 돌출부(265A)의 두께의 합은 제2 단열재(220B)의 두께보다 크게 하고, 제2 돌출부(265B)의 두께: 제2 카본 펠트(270B)의 두께: 제2 단열재(210B)의 두께의 비율은 30.5: 21.3: 48.2인 것이 바람직하다.Likewise, the sum of the thickness of the second carbon felt 270B and the thickness of the second protrusion 265A of the second jig 260B is greater than the thickness of the second insulator 220B, and the second protrusion 265B The ratio of thickness: thickness of the second carbon felt (270B): thickness of the second insulation material (210B) is preferably 30.5: 21.3: 48.2.
상기 제1 단열재(210A)는 제1 외부 테두리(215A), 제1 내부 테두리(216A), 상기 제1 외부 테두리(215A)와 제1 내부 테두리(216A) 사이의 제1 몸체(212A) 및 제1 내부 테두리(216A) 안쪽의 제2 빈 공간(213A)를 포함한다.The first insulation material 210A includes a first outer edge 215A, a first inner edge 216A, a first body 212A between the first outer edge 215A and the first inner edge 216A, and a first inner edge 216A. 1 Includes a second empty space (213A) inside the inner border (216A).
마찬가지로, 상기 제2 단열재(210A)는 제2 외부 테두리(215B), 제2 내부 테두리(216B), 상기 제2 외부 테두리(215B)와 제2 내부 테두리(216B) 사이의 제2 몸체(212B) 및 제2 내부 테두리(216B) 안쪽의 제2 빈 공간(213B)를 포함한다.Likewise, the second insulation material 210A includes a second outer edge 215B, a second inner edge 216B, and a second body 212B between the second outer edge 215B and the second inner edge 216B. and a second empty space 213B inside the second inner border 216B.
제1 카본 펠트(270A)의 제3 외부 테두리(275A)는 제1 내부 테두리(216A)와 맞추어지고, 상기 제2 카본 펠트(270B)의 제4 외부 테두리(275B)는 상기 제2 내부 테두리(216B)와 맞추어진다.The third outer edge 275A of the first carbon felt 270A is aligned with the first inner edge 216A, and the fourth outer edge 275B of the second carbon felt 270B is aligned with the second inner edge (275A). 216B).
상기 제1 돌출부(265A)의 제5 외부 테두리(265Aa)는 상기 제1 내부 테두리(216A)와 맞추어지고, 상기 제2 돌출부(265B)의 제6 외부 테두리(265Ba)는 상기 제2 내부 테두리(216B)와 맞추어진다.The fifth outer edge 265Aa of the first protrusion 265A is aligned with the first inner edge 216A, and the sixth outer edge 265Ba of the second protrusion 265B is aligned with the second inner border (265A). 216B).
제1 및 제2 단열재(210A, 210B)는 전도성 충진재가 함유된 열가소성 수지 시트(240)중 제1 및 제2 카본 펠트(270A, 270B)가 침투하는 곳을 제외한 부분 [= 열가소성 수지의 외부 테두리(245)의 안쪽이고 제1 및 제2 카본 펠트의 제3 및 제4 외부 테두리 (275A, 275B)의 바깥쪽]에 열이 가해지지 않게 한다.The first and second insulators (210A, 210B) are the portion of the thermoplastic resin sheet (240) containing conductive filler excluding the area where the first and second carbon felt (270A, 270B) penetrates [= the outer edge of the thermoplastic resin. Heat is not applied to the inside of (245) and the outside of the third and fourth outer edges (275A, 275B) of the first and second carbon felt.
본 발명에서 제작되는 열가소성 수지 시트(240)의 단면은 도 6b에서 처럼, 제1 카본 펠트(270A)가 침투되는 제1 침투 영역(241A), 제2 카본 펠트(270B)가 침투되는 제2 침투 영역(241B) 및 제1 침투 영역(241A)과 제2 침투 영역(241B) 사이의 수지 시트 영역(242)을 구비하게 된다.As shown in Figure 6b, the cross section of the thermoplastic resin sheet 240 manufactured in the present invention has a first penetration area 241A into which the first carbon felt 270A is penetrated, and a second penetration area into which the second carbon felt 270B penetrates. It has a region 241B and a resin sheet region 242 between the first penetration region 241A and the second penetration region 241B.
펠트의 각 침투영역은 전체 수지 시트두께의 50% 미만이어서 수지 시트 영역(242)이 존재하여야 하며, 제 1침투영역와 제2 침투영역의 비율이 같거나 비슷한 것이 바람직하다. Each penetration area of the felt must be less than 50% of the total resin sheet thickness so that the resin sheet area 242 exists, and it is preferable that the ratio of the first penetration area and the second penetration area be the same or similar.
또한, 펠트의 수지에 대한 침투영역이 적을수록 제품 안정성 및 생산성이 높아진다. Additionally, the smaller the felt's resin penetration area, the higher the product stability and productivity.
예시적으로, 상기 제1 침투 영역(241A), 제2 침투 영역(241B) 및 수지 시트 영역(242)은 1: 1: 1일수 있다.For example, the first penetration area 241A, the second penetration area 241B, and the resin sheet area 242 may be 1:1:1.
열가소성 수지 시트에 전도성 충진재가 추가되어 있으므로 전기적 특성이 부여되어 등록 특허 KR10-1808606에서 처럼 제1 및 제2 카본 펠트(270A, 270B)가 맞닿게 제작될 필요가 없어지므로 취약부위가 없어져 안전하게 된다.Since conductive filler is added to the thermoplastic resin sheet, electrical properties are imparted to it, eliminating the need for the first and second carbon felts (270A, 270B) to be manufactured in contact as in registered patent KR10-1808606, thereby eliminating vulnerable areas and making it safer.
또한, 등록 특허 KR10-1808606에서는 전극이 열가소성 수지 시트 내부로 깊숙이 침투하는 과정에서 생기는 취약 부위를 보완하기 위해 화이퍼 매트를 사용하였지만 본 발명에서는 전극이 열가소성 수지 시트 내부에 깊숙이 침투할 필요가 없기 때문에 화이퍼 매트를 사용할 필요가 없다.In addition, in registered patent KR10-1808606, a paper mat was used to compensate for weak areas that occur when the electrode penetrates deeply into the thermoplastic resin sheet, but in the present invention, the electrode does not need to penetrate deeply into the thermoplastic resin sheet. There is no need to use a paper mat.
본 발명에 사용되는 전도성 충진재는 카본 계열을 사용하며 바람직하게는 카본 나노 튜브 (CNT, carbon nano tube)이다.The conductive filler used in the present invention is carbon-based, and is preferably carbon nanotube (CNT).
상기 카본 나노 튜브는 폴리프로필렌(=Polypropylene) 혹은 폴리에틸렌(Polyethylene)을 함유하여 열가소성 수지와 혼합하여 사용할수 있다.The carbon nanotubes contain polypropylene or polyethylene and can be mixed with thermoplastic resin.
또한, 카본 파우더 또는 카본 레진을 사용할 수도 있고, 상기 카본 나노튜브, 카본 파우더, 카본 레진을 모두 열가소성 수지에 함유하여 사용할 수 있다. Additionally, carbon powder or carbon resin may be used, and the carbon nanotubes, carbon powder, and carbon resin may all be contained in a thermoplastic resin.
카본 충진재에 열가소성 수지를 함유하는 것이 아니라 열가소성 수지에 카본 충진재를 함유하는 방식이다.Rather than containing a thermoplastic resin in a carbon filler, this method contains a carbon filler in a thermoplastic resin.
상기 실시예의 실행방안은 교체 가능하며, 또한 실시예는 다만 본 발명의 우선 실시예에 대한 설명일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하지 아니한다. 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 수정의 실시가 가능하고 이러한 변형 및 수정은 본 발명의 범위에 속한다.The implementation plans of the above embodiments are interchangeable, and the embodiments are only descriptions of preferred embodiments of the present invention and do not limit the scope of the present invention. Various changes and modifications can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims, and such changes and modifications fall within the scope of the present invention.
11: 엔드플레이트 12: 절연판
13: 전류플레이트 14:분리판
18: 이온교환막 150A, 150B: 화이버 매트
160A, 160B: 지그 170A, 170B: 전극11: End plate 12: Insulating plate
13: Current plate 14: Separator plate
18: Ion exchange membrane 150A, 150B: Fiber mat
160A, 160B: Jig 170A, 170B: Electrode
Claims (6)
전도성 충진재가 함유된 열가소성 수지 시트(240)의 하부에 제1 단열재(210A)를 배치하고 상기 열가소성 수지 시트(240)의 상부에 제2 단열재(210B)를 배치하는 단계(S2);
상기 열가소성 수지 시트(240)의 하부이고 제1 단열재(210A)의 안쪽에 제1 카본 펠트(270A)를 배치하고 상기 열가소성 수지 시트(240)의 상부이고 제2 단열재(210B)의 안쪽에 제2 카본 펠트(270B)를 배치하는 단계(S3);
상기 S2 및 S3 단계에서의 열가소성 수지 시트(240), 제1 및 제2 단열재(210A, 210B) 및 제1 및 제2 카본 펠트(270A, 270B)를 상기 제1 지그(260A)와 제2 지그(260B)의 사이에 배치하는 단계(S4); 및
상기 프레스 상판(200B)과 상기 프레스 하판(200A)를 가압하는 단계(S5)를 포함하고,
상기 S2 단계 또는 상기 S5 단계 이전에 상기 제1 및 제2 지그를 가열하는 단계를 추가로 포함하고,
상기 전도성 충진재는 카본 계열이며 열가소성 수지 시트(240)의 전체 중량 대비 5~20%이고,
상기 가압하는 단계(S5)는 열가소성 수지의 단면에 제1 카본 펠트(270A)가 침투되는 제1 침투 영역(241A), 제2 카본 펠트(270B)가 침투되는 제2 침투 영역(241B), 제1 침투 영역(241A)과 제2 침투 영역(241B) 사이에서 제1 카본 펠트(270A)와 제2 카본 펠트(270B)의 어느 하나도 침투되지 않는 수지 시트 영역(242)이 생성되도록 하는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 배터리용 분리판 및 전극 조립체 제조 방법Attaching a first jig (260A) to the upper part of the press lower plate (200A) and attaching a second jig (260B) to the lower part of the press upper plate (200B) (S1);
Step (S2) of placing a first insulating material (210A) on the lower part of the thermoplastic resin sheet 240 containing conductive filler and placing a second insulating material (210B) on the upper part of the thermoplastic resin sheet 240;
A first carbon felt 270A is placed below the thermoplastic resin sheet 240 and inside the first insulating material 210A, and a second carbon felt 270A is placed on the upper part of the thermoplastic resin sheet 240 and inside the second insulating material 210B. Placing the carbon felt (270B) (S3);
The thermoplastic resin sheet 240, the first and second insulation materials (210A, 210B), and the first and second carbon felts (270A, 270B) in steps S2 and S3 are connected to the first jig (260A) and the second jig. Step (S4) of arranging between (260B); and
Comprising a step (S5) of pressing the press upper plate (200B) and the press lower plate (200A),
Further comprising the step of heating the first and second jigs before step S2 or step S5,
The conductive filler is carbon-based and accounts for 5 to 20% of the total weight of the thermoplastic resin sheet 240,
The pressing step (S5) includes a first penetration area 241A into which the first carbon felt 270A penetrates the cross section of the thermoplastic resin, a second penetration area 241B into which the second carbon felt 270B penetrates, and a second penetration area 241B into which the second carbon felt 270B penetrates. 1 Characterized in that a resin sheet area 242 is created between the penetration area 241A and the second penetration area 241B into which neither the first carbon felt 270A nor the second carbon felt 270B is penetrated. Method of manufacturing separator plate and electrode assembly for redox flow battery
상기 제1 지그(260A)는 제1 카본 펠트(270A)에 대응되는 제1 돌출부(265A)를 포함하고,
상기 제2 지그(260B)는 제2 카본 펠트(270B)에 대응되는 제2 돌출부(265B)를 포함하고,
상기 제1 카본 펠트(270A)의 두께와 상기 제1 지그(260A)의 제1 돌출부(265A) 두께의 합은 제1 단열재(210A)의 두께보다 크고,
상기 제2 카본 펠트(270B)의 두께와 상기 제2 지그(260B)의 제2 돌출부(265B) 두께의 합은 제2 단열재(210B)의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 배터리용 분리판 및 전극 조립체 제조 방법.
According to paragraph 1,
The first jig (260A) includes a first protrusion (265A) corresponding to the first carbon felt (270A),
The second jig (260B) includes a second protrusion (265B) corresponding to the second carbon felt (270B),
The sum of the thickness of the first carbon felt (270A) and the thickness of the first protrusion (265A) of the first jig (260A) is greater than the thickness of the first insulation material (210A),
Separator plate for a redox flow battery, characterized in that the sum of the thickness of the second carbon felt (270B) and the thickness of the second protrusion (265B) of the second jig (260B) is greater than the thickness of the second insulation material (210B) and a method of manufacturing an electrode assembly.
상기 제1 단열재(210A)는 제1 외부 테두리(215A), 제1 내부 테두리(216A), 상기 제1 외부 테두리(215A)와 제1 내부 테두리(216A) 사이의 제1 몸체(212A) 및 제1 내부 테두리(216A) 안쪽의 제2 빈 공간(213A)를 포함하고,
상기 제2 단열재(210B)는 제2 외부 테두리(215B), 제2 내부 테두리(216B), 상기 제2 외부 테두리(215B)와 제2 내부 테두리(216B) 사이의 제2 몸체(212B) 및 제2 내부 테두리(216B) 안쪽의 제2 빈 공간(213B)를 포함하고,
상기 제1 카본 펠트(270A)는 상기 제1 내부 테두리(216A)와 맞추어지는 제3외부 테두리(275A)를 포함하고,
상기 제2 카본 펠트(270B)는 상기 제2 내부 테두리(216B)와 맞추어지는 제4외부 테두리(275B)를 포함하고,
상기 제1 돌출부(265A)는 상기 제1 내부 테두리(216A)와 맞추어지는 제5 외부 테두리(265Aa)를 포함하고,
상기 제2 돌출부(265B)는 상기 제2 내부 테두리(216B)와 맞추어지는 제6 외부 테두리(265Ba)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 배터리용 분리판 및 전극 조립체 제조 방법.
According to paragraph 2,
The first insulation material 210A includes a first outer edge 215A, a first inner edge 216A, a first body 212A between the first outer edge 215A and the first inner edge 216A, and a first inner edge 216A. 1 includes a second empty space (213A) inside the inner border (216A),
The second insulation material 210B includes a second outer edge 215B, a second inner edge 216B, a second body 212B between the second outer edge 215B and the second inner edge 216B, and a second inner edge 216B. 2 includes a second empty space (213B) inside the inner border (216B),
The first carbon felt (270A) includes a third outer edge (275A) aligned with the first inner edge (216A),
The second carbon felt (270B) includes a fourth outer edge (275B) aligned with the second inner edge (216B),
The first protrusion 265A includes a fifth outer edge 265Aa aligned with the first inner edge 216A,
The second protrusion (265B) includes a sixth outer edge (265Ba) aligned with the second inner edge (216B).
상기 열가소성 수지 시트(240)의 양쪽에 배치되는 제1 및 제2 카본 펠트(270A, 270B);를 포함하고,
상기 열가소성 수지 시트(240)은 단면에서 제1 카본 펠트(270A)가 침투되는 제1 침투 영역(241A), 제2 카본 펠트(270B)가 침투되는 제2 침투 영역(241B), 제1 침투 영역(241A)과 제2 침투 영역(241B) 사이에서 제1 카본 펠트(270A)와 제2 카본 펠트(270B)의 어느 하나도 침투되지 않는 수지 시트 영역(242)을 포함하고,
상기 전도성 충진재는 카본 계열이며 열가소성 수지 시트(240)의 전체 중량 대비 5~20%인 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 배터리용 조립체.
Thermoplastic resin sheet containing conductive filler (240); and
It includes first and second carbon felts 270A and 270B disposed on both sides of the thermoplastic resin sheet 240,
In cross section, the thermoplastic resin sheet 240 has a first penetration area 241A into which the first carbon felt 270A penetrates, a second penetration area 241B into which the second carbon felt 270B penetrates, and a first penetration area into which the first carbon felt 270A penetrates. Comprising a resin sheet area 242 between (241A) and the second penetration area (241B) where neither the first carbon felt (270A) nor the second carbon felt (270B) is penetrated,
The conductive filler is a carbon-based assembly for a redox flow battery, characterized in that it is 5 to 20% of the total weight of the thermoplastic resin sheet (240).
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