KR20160077530A - 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법은 레독스 흐름 전지의 셀 모듈의 초기 내부 저항값을 측정하는 단계, 초기 내부 저항값에 대한 셀 모듈의 내부 저항값의 변화량이 제1 기준값을 초과하는지 여부를 판단하는 단계 및 변화량이 상기 제1 기준값을 초과하는 경우 상기 셀 모듈의 (+) 전극과 (-) 전극의 전위차가 미리 정해진 기준 전위차보다 작아지도록 셀 모듈에 인가되는 전류의 흐름을 제어하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면, 레독스 흐름 전지의 운전 과정에서 발생하는 고체 형태의 석출물을 적절히 제거함으로써 레독스 흐름 전지의 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

Description

레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING OPERATION OF REDOX FLOW BATTERY}
본 발명은 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
레독스 흐름 전지는 2차 전지의 일종으로서, 충전 또는 방전 과정을 통하여 화학 에너지를 전기 에너지로 바꾸거나 전기 에너지를 화학 에너지로 변환하여 사용한다. 그러나 일반적인 2차 전지는 전극을 구성하는 물질 자체가 산화/환원 반응에 참여하는 반면에 레독스 흐름 전지는 전극 표면에 흐르는 전해액에 포함된 전해질이 산화/환원 반응을 일으켜 충전 및 방전이 수행된다는 점에서 차이가 있다. 이에 따라 레독스 흐름 전지는 전극 면적 및 전해액의 부피 조절을 통해 충전 또는 방전 용량을 설정할 수 있다.
이와 같은 레독스 흐름 전지는 충전 또는 방전이 반복적으로 수행되면서 그 효율이 점차 감소하게 된다. 레독스 흐름 전지의 효율 저하를 초래하는 가장 중요한 원인은 전지의 내부 저항 증가이다. 전지의 내부 저항이 증가하는 원인으로는 전지 소재의 열화, 접촉 저항의 증가, 이물질의 유입 및 전극의 반응성 감소 등을 들 수 있다.
특히 레독스 흐름 전지의 충전 또는 방전 과정의 말기에서는 전해액에 포함된 전해질의 이온 농도가 국소적으로 급증하게 되고, 이에 따라 전극의 표면 상에 전해질의 산화물이 고체 형태로 석출된다. 이와 같이 전극 표면에 고체의 석출물이 생성될 경우 산화/환원 반응에 관여하는 전극의 표면적이 감소되며, 이는 전극의 반응성 감소로 이어진다.
종래 기술에 따르면, 레독스 흐름 전지의 운전 중 발생하는 석출물을 제거하기 위하여 전해액의 농도 및 운전 온도를 제한적으로 설정하거나, 전지의 충전 상태(State Of Charge, SOC)를 일정 레벨 이하로 제한한다. 또한 이와 같은 석출물을 제거하기 위하여 알칼리 용액을 전지 내에 혼입시키거나, 전극을 분해한 후 세정액 등으로 세척하는 방법이 사용되기도 한다. 그러나 이와 같이 레독스 흐름 전지의 운전 조건을 제한하거나 운전을 정지시키는 종래의 방법은 레독스 흐름 전지의 또 다른 효율 저하를 일으킨다는 문제가 있다.
본 발명은 레독스 흐름 전지의 운전 과정에서 발생하는 고체 형태의 석출물을 적절히 제거함으로써 레독스 흐름 전지의 효율을 높일 수 있는 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 레독스 흐름 전지의 운전 조건의 제한이나 운전 정지 없이 석출물을 제거함으로써 레독스 흐름 전지의 효율을 높일 수 있는 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법 및 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법에 있어서, 상기 레독스 흐름 전지의 셀 모듈의 초기 내부 저항값을 측정하는 단계, 상기 초기 내부 저항값에 대한 상기 셀 모듈의 내부 저항값의 변화량이 제1 기준값을 초과하는지 여부를 판단하는 단계 및 상기 변화량이 상기 제1 기준값을 초과하는 경우 상기 셀 모듈의 (+) 전극과 (-) 전극의 전위차가 미리 정해진 기준 전위차보다 작아지도록 상기 셀 모듈에 인가되는 전류의 흐름을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 레독스 흐름 전지의 운전 제어 장치에 있어서, 상기 레독스 흐름 전지의 셀 모듈의 초기 내부 저항값을 측정하는 측정부 및 상기 초기 내부 저항값에 대한 상기 셀 모듈의 내부 저항값의 변화량이 제1 기준값을 초과하는지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과 상기 변화량이 상기 제1 기준값을 초과하는 경우 상기 셀 모듈의 (+) 전극과 (-) 전극의 전위차가 미리 정해진 기준 전위차보다 작아지도록 상기 셀 모듈에 인가되는 전류의 흐름을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 레독스 흐름 전지의 운전 과정에서 발생하는 고체 형태의 석출물을 적절히 제거함으로써 레독스 흐름 전지의 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면 레독스 흐름 전지의 운전 조건의 제한이나 운전 정지 없이 석출물을 제거함으로써 레독스 흐름 전지의 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지 및 레독스 흐름 전지의 운전 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법의 흐름도이다.
도 3은 레독스 흐름 전지의 일반적인 충전 및 방전 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 운전 제어에 따라 나타나는 레독스 흐름 전지의 충전 및 방전 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 5는 종래 기술에 따른 레독스 흐름 전지의 충전 곡선과 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 운전 제어에 따라 나타나는 레독스 흐름 전지의 충전 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 6은 종래 기술에 따른 레독스 흐름 전지의 방전 곡선과 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 운전 제어에 따라 나타나는 레독스 흐름 전지의 방전 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 운전 제어 수행 전과 수행 후의 전압 효율을 나타내는 그래프이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지 및 레독스 흐름 전지의 운전 제어 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 레독스 흐름 전지는 (+) 전극 탱크(102), (-) 전극 탱크(104), 셀 모듈(106), (+) 전극 펌프(114), (-) 전극 펌프(116)로 구성된다. (+) 전극 탱크(102)에는 (+) 전극 전해질을 포함하는 (+) 전극 전해액이 저장되며, (-) 전극 탱크(104)에는 (-) 전극 전해질을 포함하는 (-) 전극 전해액이 저장된다. 또한 (+) 전극 펌프(114)는 (+) 전극 탱크(102)에 저장된 (+) 전극 전해액을 셀 모듈(106) 내부로 이동시키고, 셀 모듈(106)을 거친 (+) 전극 전해액은 다시 (+) 전극 탱크(102)로 복귀한다. 마찬가지로 (-) 전극 펌프(116)는 (-) 전극 탱크(104)에 저장된 (-) 전극 전해액을 셀 모듈(106) 내부로 이동시키고, 셀 모듈(106)을 거친 (-) 전극 전해액은 다시 (-) 전극 탱크(104)로 복귀한다.
본 발명의 일 실시예에서, 레독스 흐름 전지는 전해질로서 바나듐 이온을 사용하며, (+) 전극 탱크(102)에 저장되는 (+) 전극 전해질로는 V5+ 및 V4+가 사용되고 (-) 전극 탱크(104)에 저장되는 (-) 전극 전해질로는 V3+ 및 V2+가 사용된다. 이렇게 동일한 원소를 각각 (+) 전극 전해질과 (-) 전극 전해질로 사용할 경우, 전해질의 오염(contamination)에 비교적 자유롭고, 부반응이 일어나지 않으며 전기화학적으로 전극을 재생시킬 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 셀 모듈(106)은 (+) 전극(110), (-) 전극(112) 및 이온 교환막(108)을 포함한다. (+) 전극(110) 및 (-) 전극(112)은 각각 전원 공급부(118)과 연결되며, 전원 공급부(118)는 셀 모듈(106)의 충전을 위하여 제2 방향(12), 즉 (-) 전극에서 (+) 전극으로 전류가 흐르도록 전류를 공급한다. 이온 교환막(108)은 셀 모듈(106) 내에서 (+) 전극 전해액과 (-) 전극 전해액에 각각 포함된 전해질 이온 간의 혼합을 방지하고, 각 전해질의 전하 운반체 이온의 전달만 허용한다. 또한 레독스 흐름 전지가 방전될 경우, 셀 모듈(106)에는 부하(미도시)가 연결될 수 있으며, 이 경우 셀 모듈(106) 내부에서 전류는 제1 방향(11), 즉 (+) 전극에서 (-) 전극 방향으로 흐른다.
도 1과 같은 레독스 흐름 전지의 효율 저하를 초래하는 직접적인 원인은 전지의 내부 저항 증가이다. 전지의 내부 저항 증가는 전지 소재의 열화, 접촉 저항의 증가, 이물질의 유입 및 전극의 반응성 감소에 의해 발생한다. 특히 도 1과 같은 레독스 흐름 전지의 운전시, 충전 및 방전 과정의 말단에서는 각각의 바나듐 이온의 농도가 국소적으로 급증하게 되고, 이 때 전극(110, 112) 표면상에서 바나듐의 산화물이 고체 형태로 석출된다. 이와 같이 전극(110, 112) 표면에 고체 형태의 석출물이 발생할 경우 전극이 반응할 수 있는 표면적이 감소되며, 이는 곧 전극(110, 112)의 반응성 감소를 야기한다.
도 1에 도시된 레독스 흐름 전지에 전원 공급부(118)를 통한 전류 공급으로 인해 충전이 일어나거나 부하의 연결로 인해 방전이 일어날 때, 셀 모듈(106) 내에서 일어나는 반응은 각각 다음과 같다.
<충전 반응>
- (+) 전극: V4+ → V5+ + e-
- (-) 전극: V3+ + e- → V2+
<방전 반응>
- (+) 전극: V5+ + e- → V4+
- (-) 전극: V2+ → V3+ + e-
즉, 레독스 흐름 전지의 (+) 전극에는 V5+ 및 V4+ 이온이 존재하고, (-) 전극에는 V3+ 및 V2+ 이온이 존재하며, 이 때 레독스 흐름 전지의 기전력은 약 1.4V이다. 그런데 (+) 전극에 존재하는 V5+ 이온은 V4+ 이온에 비해 용해도가 작아 석출되기 쉽다. 따라서 전원 공급부(118)에 의한 전류 공급에 따라 레독스 흐름 전지에서 충전 반응이 일어나는 경우 (+) 전극에는 V4+ 이온보다 V5+ 이온이 더 많이 존재할 때, V5+ 이온은 (+) 전극(110) 표면에서 고체 형태로 석출될 수 있다.
이와 같은 고체 형태의 석출물이 (+) 전극(110) 표면에서 생성되면 전극(110)의 반응성이 감소하고, 이는 레독스 흐름 전지의 내부 저항 상승으로 이어진다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 운전 제어 장치(120)는 이와 같이 발생하는 석출물을 전기 화학적인 방법을 통해 제거한다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 운전 제어 장치(120)는 측정부(122), 제어부(124)를 포함한다. 측정부(122)는 셀 모듈(106)의 초기 내부 저항값을 측정한다. 본 발명의 일 실시예에서 측정부(122)는 실시간으로 셀 모듈(106)의 전압, OCV(Open Circuit Voltage) 및 전류를 측정하고, 다음과 같은 수식에 따라 셀 모듈(106)의 내부 저항값을 계산할 수 있다.
[수학식 1]
R = (VAVR - OCVAVR) / I
[수학식 1]에서 R은 셀 모듈(106)의 내부 저항값, VAVR은 셀 모듈(106)의 평균 전압값, OCVAVR은 셀 모듈(106)의 평균 OCV값, I는 셀 모듈(106)에 흐르는 전류를 나타낸다. [수학식 1]에서 셀 모듈(106)의 평균 전압값 및 평균 OCV값을 사용하는 이유는 레독스 흐름 전지의 구성에 따라 셀 모듈(106)에 포함된 셀의 개수가 달라질 수 있고, 회로의 연결이 직렬 또는 병렬인지 여부에 따라 셀 모듈(106)에 포함된 각 셀의 전압값이 다르게 계산되기 때문이다.
제어부(124)는 측정부(122)에 의해 측정된 셀 모듈(106)의 초기 내부 저항값 및 셀 모듈(106)의 내부 저항값을 이용하여 초기 내부 저항값에 대한 셀 모듈(106)의 내부 저항값의 변화량을 계산할 수 있다. 제어부(124)는 이와 같이 계산된 내부 저항값의 변화량이 제1 기준값을 초과하는지 여부를 판단하고, 판단 결과 내부 저항값의 변화량이 제1 기준값을 초과하는 경우 셀 모듈(106)의 (+) 전극(110)과 (-) 전극(112)의 전위차가 미리 정해진 기준 전위차보다 작아지도록 상기 셀 모듈에 인가되는 전류의 흐름을 제어한다. 본 발명의 일 실시예에서, 기준 전위차는 레독스 흐름 전지의 방전이 완료되었을 때 (+) 전극(110)과 (-) 전극(112)의 전위차로 정의될 수 있다. 이 때 본 발명의 일 실시예에서, 제어부(124)는 셀 모듈(106)의 (+) 전극(110)과 (-) 전극(112)의 전위차가 기준 전위차보다 작아지게 하기 위하여 전원 공급부(118)로 하여금 제2 방향(12)으로 전류를 공급하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 제1 기준값(R1)은 다음과 같이 정의될 수 있다.
[수학식 2]
R1 = RI × a
[수학식 2]에서 RI는 셀 모듈(106)의 초기 저항값을 나타내며 a는 미리 정해진 상수(예컨대, 1.05)이다. [수학식 2]에 나타난 바와 같이 제1 기준값(R1)은 초기 저항값(RI)에 의해 결정되는 값이므로 레독스 흐름 전지의 구성에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제어부(124)는 미리 설정된 제어 시간 동안에만 셀 모듈(106)의 (+) 전극(110)과 (-) 전극(112)의 전위차가 기준 전위차보다 작아지도록 셀 모듈(106)에 인가되는 전류의 흐름을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제어부(124)는 셀 모듈(106)의 (+) 전극(110)과 (-) 전극(112)의 전위차가 기준 전위차보다 작아지도록 셀 모듈(106)에 인가되는 전류의 흐름을 제어한 이후 측정된 셀 모듈(106)의 내부 저항값의 변화량이 제2 기준값 미만일 경우, 셀 모듈(106)의 (+) 전극(110)과 (-) 전극(112)의 전위차가 기준 전위차보다 커지도록 셀 모듈(106)에 인가되는 전류의 흐름을 제어할 수 있다. 예컨대 제어부(124)는 전원 공급부(118)로 하여금 제2 방향(12)으로 전류를 공급하게 한 이후 셀 모듈(106)의 내부 저항값의 변화량을 지속적으로 측정하고, 측정된 변화량이 제2 기준값 아래로 떨어졌다고 판단되면 전원 공급부(118)로 하여금 다시 제1 방향(11)으로 전류를 공급하게 함으로써 셀 모듈(106)의 (+) 전극(110)과 (-) 전극(112)의 전위차가 기준 전위차보다 커지도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 제2 기준값(R2)은 다음과 같이 정의될 수 있다.
[수학식 3]
R2 = RI × b
[수학식 3]에서 RI는 셀 모듈(106)의 초기 저항값을 나타내며 b는 미리 정해진 상수(예컨대, 1.005)이다. [수학식 3]에 나타난 바와 같이 제2 기준값(R2)은 초기 저항값(RI)에 의해 결정되는 값이므로 레독스 흐름 전지의 구성에 따라 달라질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법의 흐름도이다.
먼저 측정부(122)는 셀 모듈(106)의 초기 내부 저항값을 측정한다(202). 그리고 나서, 제어부(124)는 초기 내부 저항값에 대한 셀 모듈(106)의 내부 저항값의 변화량을 측정한다(204). 이를 위하여 측정부(122)는 실시간으로 셀 모듈(106)의 내부 저항값을 측정할 수 있고, 제어부(124)는 측정된 내부 저항값과 초기 내부 저항값 간의 차이를 내부 저항값의 변화량으로서 계산할 수 있다.
그 다음, 제어부(124)는 계산된 내부 저항 변화량이 미리 설정된 제1 기준값을 초과하는지 판단한다(206). 판단(206) 결과 내부 저항 변화량이 제1 기준값을 초과하지 않으면, 단계(204)가 다시 수행된다. 그러나 판단(206) 결과 내부 저항 변화량이 제1 기준값을 초과하게 되면 제어부(124)는 셀 모듈(106)의 (+) 전극(110)과 (-) 전극(112)의 전위차가 기준 전위차보다 작아지도록 셀 모듈(106)에 인가되는 전류의 흐름을 제어한다(208).
도 1의 레독스 흐름 전지가 정상적으로 동작할 때 전원 공급부(118)는 제1 방향(11)으로 (+) 전극(110)과 (-) 전극(112)에 전류를 흐르게 한다. 도 3은 레독스 흐름 전지의 일반적인 충전 및 방전 곡선을 나타내는 그래프이다. 도 3에서 지점(302)은 방전이 시작되는 지점을 나타낸다. 전술한 바와 같이 전원 공급부(118)에 의해 제2 방향(12)으로 전류가 공급될 때 레독스 흐름 전지의 충전이 진행되며 이 때 (+) 전극과 (-) 전극의 전위차는 1V에서 1.6V까지 증가한다. 이후 지점(302)에서 셀 모듈(106)에 부하가 연결되어 방전이 시작되면 전위차는 다시 1V까지 감소하게 된다. 본 발명에서는 이와 같이 레독스 흐름 전지의 방전이 완료되었을 때의 전위차(예컨대, 1V)를 기준 전위차로 설정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 운전 제어에 따라 나타나는 레독스 흐름 전지의 충전 및 방전 곡선을 나타내는 그래프이다. 도 4에서 지점(1) 이전 및 지점(7) 이후의 곡선은 도 3와 같은 일반적인 충전 및 방전 곡선을 나타낸다.
도 2에서 계산된 내부 저항 변화량이 미리 설정된 제1 기준값을 초과하는지 판단(206)한 결과 내부 저항 변화량이 제1 기준값을 초과하게 되면, 제어부(124)는 도 2의 구간(1~4)와 같이 (+) 전극(110)과 (-) 전극(112)의 전위차가 기준 전위차, 즉 방전이 완료된 시점의 전위차(예컨대, 1V)보다 작아지도록 셀 모듈(106) 내에 흐르는 전류의 흐름을 제어한다. 이에 따라 셀 모듈(106)의 전위차는 기준 전위차에서 0이하로 점점 감소한다.
도 2의 구간(1~4)와 같이 제어부(124)가 (+) 전극(110)과 (-) 전극(112)의 전위차가 기준 전위차보다 작아지도록 제어할 경우, (+) 전극(110)에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.
- V4+ + e- → V3+
- V3+ + e- → V2+
또한 구간(1~4)에서 (-) 전극(112)에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.
- V3+ → V4+ + e-
- V4+ → V5+ + e-
이와 같은 반응에 의해 (+) 전극에 존재하는 전해질과 (-) 전극에 존재하는 전해질은 서로 완전히 바뀌게 되어 (-) 전극에는 V5+ 및 V4+ 이온이 존재하고, (+) 전극에는 V3+ 및 V2+ 이온이 존재하게 된다. 이에 따라 레독스 흐름 전지의 충전 시 (+) 전극(110)에서 발생하는 고체 형태의 석출물 발생이 방지되어 (+) 전극(110)의 반응성이 회복될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 제어부(124)는 셀 모듈(106)의 (+) 전극(110)과 (-) 전극(112)의 전위차가 기준 전위차보다 작아지도록 셀 모듈(106)에 인가되는 전류의 흐름을 제어한 이후 측정된 셀 모듈(106)의 내부 저항값의 변화량이 제2 기준값 미만일 경우, 셀 모듈(106)의 (+) 전극(110)과 (-) 전극(112)의 전위차가 기준 전위차보다 커지도록 셀 모듈(106)에 인가되는 전류의 흐름을 제어할 수 있다. 예컨대 제어부(124)는 셀 모듈(106)의 내부 저항값의 변화량을 지속적으로 측정하고, 측정된 내부 저항의 변화량이 제2 기준값 아래로 떨어졌다고 판단되면 셀 모듈(106) 내에 구간(1~4)와 반대 방향으로 전류를 흐르게 하여 도 4의 구간(4~7)과 같이 셀 모듈(106)의 (+) 전극(110)과 (-) 전극(112)의 전위차가 기준 전위차보다 커지도록 할 수 있다. 구간(4~7)에서 (+) 전극(110)에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.
- V2+ → V3+ + e-
- V3+ → V4+ + e-
또한 구간(4~7)에서 (-) 전극(112)에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.
- V5+ + e- → V4+
- V4+ + e- → V3+
이에 따라 지점(7) 이후 레독스 흐름 전지의 전위차는 기준 전위차 이상으로 회복되어 다시 정상적인 충전과 방전 과정이 수행될 수 있다.
도 5는 종래 기술에 따른 레독스 흐름 전지의 충전 곡선과 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 운전 제어에 따라 나타나는 레독스 흐름 전지의 충전 곡선을 나타내는 그래프이고, 도 6은 종래 기술에 따른 레독스 흐름 전지의 방전 곡선과 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 운전 제어에 따라 나타나는 레독스 흐름 전지의 방전 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 5에서 곡선(502)은 레독스 흐름 전지의 운전 시작 이후 2번째 사이클에서의 충전 곡선을 나타내고, 도 6에서 곡선(602)은 레독스 흐름 전지의 운전 시작 이후 2번째 사이클에서의 방전 곡선을 나타낸다.
또한 도 5에서 곡선(504)은 레독스 흐름 전지의 운전 시작 이후 103번째 사이클에서의 충전 곡선을 나타내고, 도 6에서 곡선(604)은 레독스 흐름 전지의 운전 시작 이후 103번째 사이클에서의 방전 곡선을 나타낸다. 도 5 및 도 6을 통해 알 수 있는 바와 같이 레독스 흐름 전지의 운전 사이클이 증가하게 되면 전지의 내부 저항 증가로 인하여 충전 시에는 동일한 전류를 흘려 주더라도 더 큰 전압이 나타나게 되며 방전 시에는 동일한 전류를 흘려 주더라도 더 작은 전압이 나타나게 된다.
한편, 도 5의 곡선(506) 및 도 6의 곡선(606)은 각각 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법에 따라 (+) 전극(110)과 (-) 전극(112)의 전위차가 기준 전위차보다 작아지도록 제어한 이후 105번째 사이클에서의 충전 곡선 및 방전 곡선을 각각 나타낸다. 도 5 및 도 6을 통해 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법을 적용하면 전지의 내부 저항 감소로 인하여 2번째 사이클에서의 충전 및 방전 곡선(502, 602)과 유사한 충전 및 방전 곡선(506, 606)이 다시 나타나게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 운전 제어 수행 전과 수행 후의 전압 효율을 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 레독스 흐름 전지의 운전 사이클이 2번째 사이클에서 100번째 사이클까지 증가할 수록 내부 저항의 증가로 인하여 전지의 전압 효율은 89.7%에서 85%까지 감소하는 것을 알 수 있다.
한편, 도 7에서 지점(Q)는 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법에 따라 (+) 전극(110)과 (-) 전극(112)의 전위차가 기준 전위차보다 작아지도록 제어가 이루어지는 시점을 나타낸다. 도 7에 나타난 바와 같이 지점(Q)를 기준으로 레독스 흐름 전지의 내부 저항이 감소하게 되어 전압 효율은 다시 89.8%로 회복된다.
도 5 내지 도 7을 통해 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법에 의하면 충전 과정에서 나타나는 전해질의 석출물로 인해 전극의 반응성이 감소할 때 석출물을 제거하여 전극의 반응성을 재생시킴으로써 전지의 효율을 용이하게 회복시킬 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (10)

  1. 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법에 있어서,
    상기 레독스 흐름 전지의 셀 모듈의 초기 내부 저항값을 측정하는 단계;
    상기 초기 내부 저항값에 대한 상기 셀 모듈의 내부 저항값의 변화량이 제1 기준값을 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 변화량이 상기 제1 기준값을 초과하는 경우 상기 셀 모듈의 (+) 전극과 (-) 전극의 전위차가 미리 정해진 기준 전위차보다 작아지도록 상기 셀 모듈에 인가되는 전류의 흐름을 제어하는 단계를
    포함하는 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초기 내부 저항값에 대한 상기 셀 모듈의 내부 저항값의 변화량이 제1 기준값을 초과하는지 여부를 판단하는 단계는
    상기 셀 모듈의 평균 전압, 평균 OCV, 전류를 이용하여 상기 내부 저항값을 측정하는 단계; 및
    측정된 내부 저항값과 상기 초기 내부 저항값 간의 차이를 계산하는 단계를
    포함하는 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류의 흐름을 제어하는 단계는
    상기 레독스 흐름 전지의 방전이 완료된 후 상기 (+) 전극에서 상기 (-) 전극 방향으로 전류가 흐르도록 상기 전류의 흐름을 제어하는 단계를
    포함하는 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전류의 흐름을 제어하는 단계는
    미리 설정된 제어 시간 동안에만 상기 전위차가 상기 기준 전위차보다 작아지도록 상기 셀 모듈에 인가되는 전류의 흐름을 제어하는 단계를
    포함하는 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전위차가 상기 기준 전위차보다 작아지도록 상기 셀 모듈에 인가되는 전류의 흐름을 제어한 이후 측정된 상기 셀 모듈의 내부 저항값의 변화량이 제2 기준값 미만일 경우, 상기 전위차가 상기 기준 전위차보다 커지도록 상기 셀 모듈에 인가되는 전류의 흐름을 제어하는 단계를
    더 포함하는 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법.
  6. 레독스 흐름 전지의 운전 제어 장치에 있어서,
    상기 레독스 흐름 전지의 셀 모듈의 초기 내부 저항값을 측정하는 측정부; 및
    상기 초기 내부 저항값에 대한 상기 셀 모듈의 내부 저항값의 변화량이 제1 기준값을 초과하는지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과 상기 변화량이 상기 제1 기준값을 초과하는 경우 상기 셀 모듈의 (+) 전극과 (-) 전극의 전위차가 미리 정해진 기준 전위차보다 작아지도록 상기 셀 모듈에 인가되는 전류의 흐름을 제어하는 제어부를
    포함하는 레독스 흐름 전지의 운전 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 측정부는
    상기 셀 모듈의 평균 전압, 평균 OCV, 전류를 이용하여 상기 내부 저항값을 측정하고,
    상기 제어부는
    측정된 내부 저항값과 상기 초기 내부 저항값 간의 차이를 계산하는
    레독스 흐름 전지의 운전 제어 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 레독스 흐름 전지의 방전이 완료된 후 상기 (+) 전극에서 상기 (-) 전극 방향으로 전류가 흐르도록 상기 전류의 흐름을 제어하는
    레독스 흐름 전지의 운전 제어 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는
    미리 설정된 제어 시간 동안에만 상기 전위차가 상기 기준 전위차보다 작아지도록 상기 셀 모듈에 인가되는 전류의 흐름을 제어하는
    레독스 흐름 전지의 운전 제어 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 전위차가 상기 기준 전위차보다 작아지도록 상기 셀 모듈에 인가되는 전류의 흐름을 제어한 이후 측정된 상기 셀 모듈의 내부 저항값의 변화량이 제2 기준값 미만일 경우, 상기 전위차가 상기 기준 전위차보다 커지도록 상기 셀 모듈에 인가되는 전류의 흐름을 제어하는 단계
    레독스 흐름 전지의 운전 제어 장치.
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