KR20190106552A - 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.

Description

이차전지용 전극 및 이를 포함하는 이차전지{ELECTRODE OF SECONDARY BATTERY AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}
본 명세서는 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
바나듐 레독스 플로우 전지(V-RFB; Vanadium-Redox Flow Battery)는 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)으로 주목 받는 전지로서 장기 사이클 안정성, 내구성 및 안정성이 우수한 장점이 있다. 그러나, 바나듐 레독스 플로우 전지는 에너지 밀도가 낮아 동량의 에너지를 구현하기 위해서는 부피 또는 무게가 상대적으로 크게 된다는 단점이 있다.
기존 레독스 플로우 전지의 전극은 카본펠트(carbon felt)를 사용하는데, 전극 활성 면적이 넓어 물질 전달 속도(transfer rate)가 빠른 장점이 있으나, 전해액이 카본펠트 전극에 전체적으로 고르게 펴지며 반응에 참여하기에는 압력강하(pressure drop) 현상과 일정한 농도의 전해액 전달에 문제점이 생기게 된다.
이를 개선하기 위한 방법으로 바이폴라 플레이트(bipolar plate)에 유로를 형성시키고, 카본펠트 대신 연료전지에서 사용하는 카본 페이퍼 전극을 사용하여 압력 강화 현상을 줄이고, 물질 전달 속도도 유지하는 방법을 개발하여 성능을 향상시킨 결과를 보고하고 있지만, 이 방법은 카본페이퍼를 사용해야 하는 제한적인 문제가 발생하며, 카본펠트를 사용할 때 바이폴라 플레이트에 형성된 유로를 카본펠트가 눌리면서 유로를 막게 되어 유로의 이점이 상쇄되는 단점이 있다. 이로 인하여 전극 활성 면적이 넓은 카본펠트 전극을 활용할 수 없다는 문제점이 있다.
한국 특허 출원 공개 제10-2016-0148935호
본 명세서는 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 이차전지를 제공하고자 한다.
본 명세서의 일 실시상태는 바이폴라 플레이트;
상기 바이폴라 플레이트의 일면의 일부 영역에 구비된 다공성 카본 블록층; 및
상기 바이폴라 플레이트의 일면 중 다공성 카본 블록층이 구비되지 않은 영역에 구비된 카본펠트층을 포함하는 이차전지용 전극을 제공한다.
본 명세서의 다른 실시상태는 상기 이차전지용 전극을 포함하는 이차전지를 제공한다.
본 명세서에 기재된 실시상태에 따른 이차전지용 전극에 따르면, 바이폴라 플레이트의 일면에 다공성 카본 블록층 및 카본펠트층을 포함함으로써, 전해액의 유량에 따라 전해액의 흐름을 효율적으로 유도하여, 성능을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 따른 이차전지용 전극은 전극을 이차전지에 적용할 경우, 전해액 간의 전기화학 반응 기회를 높임으로써 충/방전 용량 및 효율을 증가시킬 수 있다.
본 명세서에 따른 이차전지용 전극은 전극을 이차전지에 적용할 경우, 과전압을 낮춰 단위 면적당 걸리는 저항 값을 낮출 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른 전극을 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 전극의 A-A' 방향으로의 단면을 나타낸 것이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극의 이차전지용 전극의 두께 방향과 수직한 방향의 단면을 예시한 것이다.
도 4는 실시예 2에 따른 전지 내의 전극 구성을 나타낸 것이다.
도 5 및 도 6은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 레독스 흐름 전지의 구조를 보여주는 모식도이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서의 일 실시상태는 바이폴라 플레이트;
상기 바이폴라 플레이트의 일면의 일부 영역에 구비된 다공성 카본 블록층; 및
상기 바이폴라 플레이트의 일면 중 다공성 카본 블록층이 구비되지 않은 영역에 구비된 카본펠트층을 포함하는 이차전지용 전극을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 카본펠트층과 다공성 카본 블록층은 전극의 기능을 할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 이차전지용 전극은 상술한 구조를 가짐으로써, 전해액의 흐름을 효과적으로 제어할 수 있다.
이차 전지, 특히 레독스 흐름 전지에서 전해액의 흐름은 굉장히 중요하다. 전해액 펌프를 통해 이동한 전해액은 바이폴라 플레이트로 이동하게 되고, 이어서 산화 환원을 일으키는 전극층과 접촉한다. 이때, 전해액의 유량 특성이 균일하지 못할 경우 전극층에서 속도 차이가 나게 되거나, 반응을 하지 못하는 부분에 의한 과전압이 발생하게 된다. 과전압이 발생하게 되면 스택 내부의 온도가 상승하게 되고, 전해액으로 바나듐 계열을 사용할 경우 석출이 발생할 수도 있다.
특히, 고출력 조건으로 충/방전하거나 전지의 크기를 증가시킬 때 전해액이 고유량으로 수반됨에 따라 전해액 유입부와 전해액 배출부 간의 높은 차압이 생겨나게 되고, 이에 따라 막대한 에너지 손실이 나타날 수 있다.
따라서, 이차 전지는 전해액의 유량 특성에 의해 단위 셀의 성능 및 수명이 좌우될 수 있으며, 본 발명에서는 이러한 유량 특성을 개선하고자 한다. 특히, 내부 차압을 감소시킴으로써, 에너지 손실이 발생하는 것을 방지하고 전극을 통과하는 전해액의 유량을 안정적으로 제어하고자 한다.
본 명세서에 따른 이차전지용 전극은 상기 바이폴라 플레이트의 일면의 일부 영역에 구비된 다공성 카본 블록층; 및 상기 바이폴라 플레이트의 일면 중 다공성 카본 블록층이 구비되지 않은 영역에 구비된 카본펠트층을 포함한다. 여기서 카본 블록층과 카본펠트층은 전극층에 해당하는 것이다. 즉, 특성이 상이한 전극층을 단층 내에 도입함으로써, 상술한 전해액의 유량 특성을 제어하고자 하는 것이다.
이는 기존의 하나의 재질 만으로 이루어진 단층 구조의 전극층과는 차이가 있는 것이다. 상기 하나의 재질 만으로 이루어진 단층 구조의 전극층의 경우, 전해액 유입부와 전해액 배출부 간의 차압이 커지는 것을 효과적으로 억제할 수 없다. 그러나, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차전지용 전극에 따르면, 하나의 단층 구조 내에 카본 블록층과 카본펠트층을 동시에 도입하여 전해액 유입부와 전해액 배출부 간의 차압이 커지는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 다공성 카본 블록이란 일정 직경을 갖는 구형 페놀수지를 블록화하여 고온으로 탄화시켜 전극으로 형상화 시킨 것을 말한다.
본 명세서에 있어서, 바이폴라 플레이트란 이차전지 또는 연료전지 구성에서 양극 및 음극과 전해액의 분리 및 단위 셀 간의 연결 역할을 할 수 있는 구성이다. 상기 바이폴라 플레이트는 전극으로 사용되는 다공성 카본 블록층 또는 카본펠트층과의 전기적인 연결을 해주며, 단위 셀들을 전기적으로 직렬로 연결해 주어 스택 전압을 상승하게 할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 다공성 카본 블록층은 카본 블록을 포함하는 단층 또는 다층의 구조를 의미한다. 다공성 카본 블록층은 2 이상의 기공을 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 흐름 전지 체결 시 카본 블록의 두께변화는 10% 이하이고, 구체적으로는 2%이하이며, 더 구체적으로 거의 변화하지 않을 수 있다. 이 경우, 상기 카본 블록이 적용된 흐름 전지 셀을 체결할 때 카본 블록이 거의 수축하지 않아 체결된 전지 셀에서도 제조시 카본 블록의 기공율을 유지할 수 있다. 여기서, 상기 기공율의 변화는 가압전 기공율과 가압후 기공율의 차이를 의미한다.
상기 카본 블록은 구형의 페놀수지와 바인더를 포함하는 조성물을 블록형 몰드에 충진하고 이를 압축한 후 탄화시켜 다공성의 카본 블록을 제조할 수 있다.
상기 카본 블록은 구형의 페놀수지를 제조하여 상기 구형의 페놀수지와 액상의 폴리페놀을 포함하는 조성물을 블록형 몰드에 충진하고 이를 압축한 후 건조/탈지/소결/고순화 공정을 거쳐 다공성의 카본 블록을 제조할 수 있다.
이때, 구형의 페놀수지는 고분자이며, 상기 페놀수지는 페놀류(페놀, 크레졸, 크실레놀, 레조르시놀)과 알데히드류(포름알데히드, 아세트알데히드, 푸르푸랄) 로부터 얻어지는 수지 및 그것들의 변성 수지를 포함하는 열경화성 수지를 의미한다.
액상의 폴리페놀은 상대적으로 저분자 물질로서 상온에서 액상이며, 구형의페놀수지를 연결하는 바인더 수지로서 역할을 할 수 있다.
이때, 사용된 구형의 페놀수지 입자는 100㎛ 내지 800㎛의 평균직경을 갖는구형의 폴리수지 입자일 수 있다.
상기 카본 블록의 압축 강도는 20MPa 이상이며, 구체적으로 25MPa 이상이다.이 경우, 상기 카본 블록이 적용된 흐름 전지 셀을 체결할 때 카본 블록이 거의 수축하지 않아 체결된 전지 셀에서도 제조시 카본 블록의 기공율을 유지할 수 있다. 여기서, 압축 강도는 높으면 높을수록 좋으므로 상한치를 특정하지 않는다. 이때, 압축 강도는 KS L 1601 : 2006 에 명시된 시험분석법으로 측정한 값을 의미한다.
상기 카본 블록의 소결 밀도는 0.4g/cm3 이상, 또는 0.6g/cm3 이상이며, 구체적으로 0.7g/cm3 이상이다. 이 경우, 상기 카본 블록이 적용된 흐름 전지 셀을 체결할 때 카본 블록이 거의 수축하지 않아 체결된 전지 셀에서도 제조시 카본 블록의 기공율을 유지할 수 있다. 여기서, 소결 밀도는 높으면 높을수록 좋으므로 상한치를 특정하지 않는다.
이때, 소결 밀도는 KS L 3409 : 2010 에 명시된 시험분석법으로 측정한 값을 의미한다.
상기 카본 블록은 전지 체결 전 열처리를 추가로 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 카본 블록은 공기를 공급하면서 고온에서 일정 시간 이상 열처리될 수 있다. 이때, 열처리 온도는 500℃ 내외일 수 있고, 열처리 시간은 5시간 이상 7시간 이하일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 카본 펠트는 탄소 또는 그래파이트 재질을 방사 공정을 통해 제작된 섬유가 판상 형태로 불규칙적인 집합체(메트 형태)를 형성한 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 카본펠트층은 상기 바이폴라 플레이트의 일면 중 다공성 카본 블록층이 구비되지 않은 영역에 구비된다. 이는, 상기 바이폴라 플레이트의 일면 중 일부 영역에는 다공성 카본 블록층이 구비되고, 바이폴라 플레이트의 일면 중 다공성 카본 블록층이 구비되지 않은 영역에는 카본펠트층이 구비되는 것을 의미한다. 즉, 카본펠트층/다공성 카본 블록층/바이폴라 플레이트 또는 다공성 카본 블록층/카본펠트층/바이폴라 플레이트의 적층 구조와는 차이가 있는 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 카본펠트층과 다공성 카본 블록층이 접하는 면의 형태는 크게 제한되지 않는다. 상기 카본펠트층과 다공성 카본 블록층이 접하는 면의 형태는 전극의 단면에 있어서 선의 형태로 나타날 수 있다. 예를 들어, 바이폴라 플레이트와 평행한 방향으로의 단면에 나타나는 상기 카본펠트층과 다공성 카본 블록층이 접하는 선의 형태는 직선 형태 등의 다각형의 일부 형태 또는 물결무늬 형태일 수 있다. 이러한 선의 형태를 도 3에 나타내었다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극의 카본펠트층과 다공성 카본 블록층이 접하는 선의 형태를 도 3(a) 및 (b)에 나타내었다. 여기서 선의 형태가 직선 형태인 것을 나타내었다. 도 3에서 a는 카본 블록층을 나타내고, b는 카본펠트층을 나타낸다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극의 카본펠트층과 다공성 카본 블록층이 접하는 선의 형태를 도 3(c) 내지 도 3 (e)에 나타내었다. 여기서, 선의 형태가 물결무늬 형태인 것을 나타내었다. 물결무늬를 파장 곡선이라고 하고, 배와 골을 하나 포함하는 단위를 단위 파장이라고 하였을 때, 상기 물결무늬 형태는 단위 파장을 1개 포함(도 3의 (c))할 수 있고, 2개 포함(도 3의 (d))할 수도 있으며, 3개 이상 포함(도 3의 (e))할 수도 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극의 카본펠트층과 다공성 카본 블록층이 접하는 선의 형태를 도 3 (f) 및 (g)에 나타내었다. 여기서 선의 형태가 2개 이상의 직선이 이어진 형태일 수 있고, 직선이 접하는 부분(하기, 오목부라 함)이 카본펠트층 또는 다공성 카본 블록층으로 치우친 형태일 수 있다. 직선 2개가 접하는 부분은 1도 이상 150도 이하의 각도를 가질 수 있다. 상기 오목부는 도 3(f)와 같이 하나일 수 있고, 도 3(h)와 같이 2 이상일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극의 카본펠트층과 다공성 카본 블록층이 접하는 선의 형태를 도 3 (i)에 나타내었다. 여기서, 선의 형태가 원호의 일부일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극의 구체적인 형태는 도 2와 도 3을 통해 설명될 수 있다. 도 2는 도 1의 전극의 A-A' 방향으로의 단면, 즉 전극의 두께 방향으로의 단면을 의미하고, 도 3은 전극의 두께 방향과 수직한 방향으로의 단면을 의미하는 것이다. 따라서, 도 2와 도 3의 단면은 서로 수직하는 방향으로서, ㄷ도 2와 도 3을 참고로 하면 전극의 입체적인 형태를 알 수 있다.
도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극의 이차전지용 전극의 두께 방향과 수직한 방향의 단면을 예시한 것이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 이차전지용 전극은 이차전지용 전극의 양 측면에 각각 구비된 전해액 유입부 및 전해액 배출부를 더 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층 및 카본펠트층 중 어느 하나는 상기 전해액 유입부 측에 구비되고, 다른 하나는 상기 전해액 배출부 측에 구비된 것인 이차전지용 전극을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해액 유입부는 이차전지 전극에서 전해액이 들어오는 부분을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해액 배출부는 이차전지 전극에서 전해액이 빠져나가는 부분을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층 및 카본펠트층 중 어느 하나는 상기 전해액 유입부 측에 구비되고, 다른 하나는 상기 전해액 배출부 측에 구비된다. 이는, 전해액의 흐름 방향에 따라, 전해액이 통과하는 전극의 종류를 서로 상이하게 하기 위한 구성이다. 예를 들면, 카본펠트층이 전해액 유입부 측에 구비되고, 다공성 카본 블록층이 전해액 배출부 측에 구비되는 경우, 전해액이 전해액 유입부를 통해 전극에 유입될 때, 카본펠트층을 먼저 통과하고, 이후에 다공성 카본 블록층을 통과한 후, 전해액 배출부를 통해 전극을 빠져나가게 된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 카본펠트층은 전해액 유입부 측에 구비되고, 상기 다공성 카본 블록층은 상기 전해액 배출부 측에 구비될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차전지용 전극은, 상기와 같이 전해액 유입부 또는 전해액 배출부 측에 서로 상이한 전극을 배치함으로써, 전해액의 흐름을 효율적으로 조절할 수 있다는 장점을 가진다.
전극 내에서의 전해액의 흐름은 전해액 유입부로부터 전해액 배출부로 진행이 된다. 전해액의 흐름을 제어하는 것은 전지의 성능에 영향을 준다. 전해액의 이동을 용이하게 하여 전해액 배출부로의 전해액 전달을 용이하게 하면서도, 전해액 유입부에서 전해액 배출부로까지 전해액이 고르게 전달되어 셀 전체적으로 고르게 반응이 일어나게 할 필요가 있다.
상기 효과는 전해액의 유량에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 고유량 조건에서는 전해액이 전해액 배출부로 잘 전달될 수 있으나, 전해액 유입부에서의 셀 내부의 차압이 증가될 수 있다. 반대로, 저유량 조건에서는 전해액이 전해액 배출부로 잘 전달되지 않고, 전해액 유입부 또는 전해액 유입부와 배출부의 중간 지점에서 전해액이 반응하고, 전해액 배출부에 도달하는 전해액의 농도가 낮기 때문에, 전지의 효율이 떨어질 수 있는 문제가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차전지용 전극은 전해액이 고유량 조건 또는 고출력 조건인 경우, 카본펠트층을 전해액 유입부 측에 구비하고, 다공성 카본 블록층을 전해액 배출부에 구비할 수 있다. 이 경우, 전해액 유입부로부터 유입되는 활물질의 이온 농도가 높은 전해액이 전극에 전달되어 반응이 일어날 때 전해액에 있는 모든 이온들이 반응에 참여하는 것이 아니기 때문에 효율적인 전극 양의 사용이 가능하다. 또한, 전해액 배출부에 구비된 다공성 카본 블록층에 의하여 전해액이 빠르게 전달될 수 있으므로, 전해액이 과도하게 정체되지 않고 유동 균형이 이루어질 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층의 수평 면적과 상기 카본펠트층의 수평 면적의 비는 1:1 내지 5:1, 1:1 내지 3:1, 바람직하게는 1:1 내지 2:1일 수 있고, 가장 바람직하게는 1:1일 수 있다. 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 다공성 카본 블록층과 카본펠트층의 유량 제어를 적절히 조절하여, 전지 성능을 극대화할 수 있다는 장점이 있다.
상기 '수평 면적'은 다공성 카본 블록층 또는 카본펠트층의 수평 방향으로의 각 층의 면적을 의미하는 것으로서, 각 층의 두께 방향과 수직인 방향으로의 단면을 관찰하였을 때, 각 층의 면적을 의미하는 것일 수 있다.
또한, 상기 '수평 면적의 비'는 이 기술분야에서 일반적으로 사용되는 방법에 의해 측정된 각 면적의 비를 의미하는 것일 수 있다. 예를 들면, 일정한 가로 길이를 기준으로 적용된 전극의 세로 길이를 측정하는 방법을 통해 측정할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층 및 상기 카본펠트층은 각각 기공을 포함하고, 상기 다공성 카본 블록의 기공의 평균 크기는 25㎛ 이상 200㎛이하일 수 있으며, 바람직하게는 25㎛ 이상 120㎛ 이하, 70㎛ 이상 120㎛이하일 수 있고, 더욱 바람직하게는 90㎛ 이상 110㎛ 이하일 수 있다. 상기 수치 범위를 만족 할 때, 전해액 흐름 시 셀이나 스택 내부의 차압을 일정 수준으로 유지할 수 있고, 반응 사이트를 다수 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층 및 카본펠트층의 기공도는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 10% 내지 90%, 또는 40% 내지 90%, 일 수 있다. 상기 기공도는 각 층의 성능을 극대화하기 위하여 조절된 것이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층의 기공도는 10% 내지 70%, 20% 내지 50% 또는 30% 내지 45%일 수 있다. 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 전해액이 빠르게 확산할 수 있고, 전해액 유입부와 전해액 배출부 간의 차압을 보다 섬세하게 조절할 수 있어, 차압이 너무 높아지는 것을 억제할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 카본펠트층의 기공도는 10% 내지 95%, 50% 내지 90% 또는 80% 내지 90% 일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 기공도 및 기공의 평균 크기는 이 기술분야에서 속하는 일반적인 방법에 의하여 측정될 수 있다. 예를 들면, ISO 표준 2965의 방법을 이용하여 측정될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층의 기공도 및 기공의 평균 크기는 구배(profile)를 가질 수 있다. 농도 구배를 가지게 하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 다공성 카본 블록의 제조 과정 중에 금속 입자 등의 추가 물질을 포함하는 방법에 의하여 농도 구배를 가지게 할 수 있다. 또는, 다공성 카본 블록층의 영역을 2 이상으로 나누어, 다공성 카본 블록층을 각각 상이한 방법에 의하여 제조한 후, 원하는 구배 방향으로 제조된 다공성 카본 블록층을 배치하는 방법에 의할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층의 기공도는 전해액 유입부 측으로부터 전해액 배출부 측으로 갈수록 높아질 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층의 기공의 평균 크기는 전해액 유입부 측으로부터 전해액 배출부 측으로 갈수록 높아질 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층 및 카본펠트층의 두께는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 1mm 내지 5mm, 1mm 내지 3mm, 바람직하게는 1mm 내지 2mm 일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층 및 카본펠트층의 두께는 동일할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층 및 카본펠트층의 두께는 상이하고, 두께의 차이가 4mm 이하, 3mm 이하, 2mm 이하, 1.5 mm 이하, 바람직하게는 1 mm이하일 수 있고, 0.01mm 이상일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 두께는 기술분야에서 속하는 일반적인 방법에 의하여 측정될 수 있다. 예를 들면, 전극의 두께방향의 단면이 나타내는 도면에서 각 층의 두께를 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope: SEM) 또는 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope: TEM) 사진을 통해 측정할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층 및 카본펠트층의 밀도는 동일하거나 상이하고, 바람직하게는 각각 0.05g/cm3 내지 2g/cm3, 0.05/cm3 내지 1g/cm3, 0.1g/cm3 내지 1g/cm3 수 있다. 상기 수치 범위를 만족하는 경우 전해액의 유체 흐름이 적절히 제어되어 전지 내 차압이 증가하는 것을 억제하고, 내부에서 전해액의 체류 시간을 적절하게 제어할 수 있다. 예를 들어, 다공성 카본 블록층의 밀도가 0.05g/cm3보다 작은 경우, 전해액의 체류 시간이 너무 낮은 문제가 있고, 카본 블록층의 밀도가 2g/cm3보다 작은 경우 전지 내 차압이 높아지는 문제가 있다.
상기 밀도는 벌크 밀도(bulk density)로 명명될 수 있으며, 이 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 방법에 의하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 각 층의 일부분에 대하여 임의의 가로, 세로 및 두께를 갖도록 단위 샘플을 잘라내어 이로부터 단위 부피를 계산하고, 단위 샘플의 무게를 측정하여 상기 밀도를 계산할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층은 밀도 및 기공 사이즈 중 적어도 어느 하나가 상이한 2종 이상의 다공성 카본 블록 패턴을 포함하고, 상기 카본펠트층은 밀도 및 기공 사이즈 중 적어도 어느 하나가 상이한 2종 이상의 카본펠트 패턴을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 패턴은 볼록부 또는 오목부를 포함할 수 있고, 볼록부 및 오목부를 모두 포함할 수 있다. 상기 볼록부는 각 층의 두께 방향에 대하여 바이폴라 플레이트를 향한 방향의 반대 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있으며, 상기 오목부는 각 층의 두께 방향에 대하여 바이폴라 플레이트를 향한 방향으로 오목한 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 패턴의 폭이나 높이는 특별히 한정되지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태는, 상기 이차전지용 전극을 포함하는 이차전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이차전지용 전극은 이차전지 또는 레독스 흐름 전지일 수 있다.
상기 이차전지 또는 레독스 흐름 전지는 전술한 전극 구조를 포함하는 것을 제외하고는 해당 기술분야에서 알려져 있는 구조, 재료 및 방법을 이용하여 제조될 수 있다.
도 5는 레독스 흐름 전지의 일 예를 도시한 것이다. 바이폴라 플레이트(11), 전극(12), 분리막(13), 전극(14) 및 바이폴라 플레이트(15)가 순서대로 적층된 구조를 갖는다. 또한 바이폴라 플레이트(11, 15) 내에 유로를 더 포함할 수 있다.
도 6은 또한, 레독스 흐름 전지의 일 예를 도시한 것이다. 레독스 흐름 전지는 전류를 생성하는 단위 스택들을 포함하는 단위 셀(101,102, 103, 104)을 서로의 측면에 배치하여 전기적으로 연결하여 형성되는 전지 셀(100), 상기 단위 셀에 전해액을 공급하여 상기 전지 셀(100)에서 배출되는 전해액을 저장하기 위한 전해액 탱크(202, 204), 상기 전지 셀(100)과 전해액 탱크(202, 204) 간 전해액을 순환시키기 위한 전해액 펌프(302, 304)를 포함한다.
전해액 탱크(202, 204)에서 저장되는 전해액은 특별히 한정되지 않으며, 이 분야에서 공지된 바의 전해액이 사용될 수 있다.
전해액은 활물질 및 용매를 포함하고, 이때 활물질은 전기화학적으로 안정하게 반응하는 레독스 커플 유기물을 포함하고, 용매는 수계 용매, 유기계 용매 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 전해액은 양극을 기능을 위한 양극 전해액 또는 음극의 기능을 위한 음극 전해액일 수 있으며, 이들은 산화환원쌍 구성을 포함한다. 즉, 상기 양극활물질의 경우, 양극 전해액에 용해시키는 산화환원쌍을 지칭하며, 산화환원쌍이 2개의 산화상태(oxidation state) 중 높은 쪽으로 변할 때, 즉, 산화가 일어날 때 충전이 되는 것을 의미한다. 상기 음극 활물질의 경우, 음극 전해액에 용해시키는 산화환원쌍을 지칭하며, 산화환원쌍의 2개의 산화상태 중 낮은 쪽으로, 즉 환원될 때 충전이 되는 것을 의미한다.
본 발명에서 사용되는 활물질은 특별히 한정되지 않으며, 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 활물질을 사용할 수 있다. 예를 들면, V, Fe, Cr, Cu, Ti, Sn, Zn, Br 등을 들 수 있다. 이러한 활물질은 산화·환원 차이에 의한 조합에 의해 V/V, Zn/Br, Fe/Cr 등 다양한　레독스쌍을 얻을 수 있는데 본 발명에서는 V/V로 이루어진　레독스쌍을 사용한다. 이와 같이 양극과 음극에서 동일 종류의　레독스쌍을 사용하여 두 전극 사이에서의 혼합 현상에 의한 비가역적 오염을 극복할 수 있는 이점이 있으며, 예를 들어 양극 전해액은 V4+/V5+을 사용하고, 음극 전해액은 V2+/V3+을　레독스쌍으로 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 활물질의 농도는 0.01M 이상 4M 이하, 바람직하게는 0.1M 이상 3M 이하, 더욱 바람직하게는 0.1M 이상 2 이하일 수 있다.
상기 수계 용매는 황산, 염산 또는 인산 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이고, 상기 유기계 용매는 아세토나이트릴, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸술폭사이드, 디메틸포름아미드, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, N-메틸-2-피롤리돈, 플루오로에틸렌카보네이트, 에탄올, 메탄올 및 감마-부티로락톤 중 에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
전해액 펌프(302,304)는 본 발명에서 특별히 언급하지 않으며, 공지된 바의 것을 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막의 재료는 이온을 전달할 수 있다면 특별히 한정하지 않고 당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것을 선택할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막은 이온 전도성을 가지는 고분자를 포함할 수 있다. 상기 분리막은 이온 전도성을 가지는 고분자로 이루어지거나, 다공성 몸체의 기공에 이온 전도성을 가지는 고분자가 구비된 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이온 전도성을 가지는 고분자는 이온 교환을 할 수 있는 물질이라면 특별히 한정하지 않으며, 당 기술분야에서 일반적으로 사용하는 것을 이용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이온 전도성을 가지는 고분자는 탄화수소계 고분자, 부분불소계 고분자 또는 불소계 고분자일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 탄화수소계 고분자는 플루오린기가 없는 탄화수소계 술폰화 고분자일 수 있으며, 반대로 불소계 고분자는 플루오린기로 포화된 술폰화 고분자일 수 있고, 상기 부분불소계 고분자는 플루오린기로 포화되지 않은 술폰화 고분자일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이온 전도성을 가지는 고분자는 퍼플루오르술폰산계 고분자, 탄화수소계 고분자, 방향족 술폰계 고분자, 방향족 케톤계 고분자, 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리스티렌계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리페닐렌옥사이드계 고분자, 폴리포스파젠계 고분자, 폴리에틸렌나프탈레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 도핑된 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리페닐퀴녹살린계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 폴리피롤계 고분자 및 폴리아닐린계 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또 는 둘 이상의 고분자일 수 있다. 상기 고분자는 단일 공중합체, 교대 공중합체, 랜덤 공중합체, 블록 공중합체, 멀티블록 공중합체 또는 그라프트 공중합체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이온전도체는 양이온 전도성을 가지는 고분자일 수 있으며, 예를 들면, 나피온(Nafion), 술폰화 폴리에테르에테르케톤 (sPEEK, Sulfonated Polyetheretherketone), 술폰화 폴리에테르케톤 (sPEK, Sulfonated (polyetherketone)), 폴리비닐리덴 플로라이드-그라프트-폴리스티렌 술폰산 (poly (vinylidene fluoride)-graft-poly(styrene sulfonic acid), PVDF-g-PSSA) 및 술폰화 폴리플루로레닐 에테르케톤 (Sulfonated poly (fluorenyl ether ketone)) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성 몸체는 다수의 기공을 포함하고 있다면 몸체의 구조 및 재질은 특별히 한정되지 않으며, 당 기술분야에서 일반적으로 사용하는 것을 이용할 수 있다.
예를 들면, 상기 다공성 몸체는 폴리 이미드(Polyimide:PI), 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephtalate:PET), 폴리테트라플루오로 에틸렌(polytetrafluoro ethylene:PTFE), 폴리에틸렌(Polyethylene:PE), 폴리프로필렌(polypropylene:PP), 폴리아릴렌에테르 술폰(Poly(arylene ether sulfone):PAES) 및 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone:PEEK) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막의 평균두께는 20㎛ 이상 200㎛ 이하일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
이하에서는, 실시예를 통해 본 명세서를 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것일 뿐, 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1: 전극의 제조]
하기 조건을 갖는 다공성 카본 블록층(코멕스카본사의 PC009 다공성 카본 블록을 이용하여 제조하였으며, 기공율:45%, 두께: 2.3mm, 카본 블록 제조시 압력: 30kfg/cm2, 압축강도: 29±2Mpa, 소결밀도: 0.76g/cm3) 및 카본펠트층(TOYOBO사 제조, XF30A)을 포함하는 전극을 제조하였다. 전극의 두께 방향과 수직한 방향의 단면을 관찰하였을 때, 절반은 다공성 카본 블록층, 다른 절반은 카본펠트층으로 구성하였다. 이때, 다공성 카본 블록층과 카본펠트층의 수평 면적은 16.25cm x 10cm=162.5cm2로 서로 동일하였고(1:1), 전체 전극의 면적은 16.25cm x 20cm이었다.
전극 구조는 도 1로 표시될 수 있으며, 다공성 카본 블록층과 카본펠트층이 서로 접하는 면은 전극의 두께 방향과 수직한 방향의 단면을 관찰하였을 때, 직선 형태(도 3의 (a))를 나타냈다.
다공성 카본 블록층 카본펠트층
기공의 평균 크기 100㎛ 측정되지 않음
기공도 45% 90%
두께 2.5mm(압축율 0%) 3.53mm(압축율 38%)
밀도 0.6g/cm3 이상 0.1g/cm3
[비교예 1: 전극의 제조]
상기 실시예에서 카본 블록층을 사용하지 않고, 카본펠트만을 사용하여 16.25cm x 20cm의 면적을 갖는 전극을 제조하였다. 즉, 실시예 1의 카본 블록층 대신에 카본펠트층을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 제조하였으므로, 카본펠트층의 단일한 조성을 갖는 전극을 제조하였다.
<실험예>
[실시예 2: 단위 셀 제작]
단위 셀의 성능을 확인하기 위하여, 엔드 플레이트 및 바이폴라 플레이트 상부에 실시예 1의 전극을 각각 적층하였다. 이때, 카본펠트층(16.25 x 10cm)은 전해액 유입부 측에 구비되고, 카본 블록층(16.25 x 10cm)은 전해액 배출부 측에 구비되었다. 이와 같은 형태는 도 4에 나타내었다.
2개의 전극 사이에 분리막(나피온212)을 적층 하였으며, 같은 방법으로 실시예 1의 전극을 다시 적층, 최종적으로 바이폴라 플레이트와 엔드 플레이트를 적층하여 단위 셀을 준비하였다. 전해액은 1.6몰 바나듐 이온을 포함한 2.0몰 황산 용액(OXKEM사 제조) 1 L을 사용하였으며, 1.0L/min의 전해액 유속으로 단위 셀에 순환 공급하였다.
충/방전 속도는 50mA/cm2에서 시작하여 300mA/cm2까지 50 mA/cm2씩 증가하며, 각 스텝당 충/방전 3회를 진행하여, 3번째 충/방전 싸이클의 성능을 하기 표 2에 표시하였다.
충/방전은 0.5~1.6V의 범위에서 정전류(Constant-current) 모드로 진행하였다.
[비교예 2: 단위 셀 제작]
실시예 1에 따른 전극 대신 비교예 1에 따른 전극을 사용한 것 외에는 상기 실시예 2와 같은 방법으로 전지를 제조하여 실험하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 실시예 2 비교예 2
전류 밀도 (mA/cm2) Dch(mAh) CE(%) VE(%) EE(%) Dch(mAh) CE(%) VE(%) EE(%)
50 31900 88.8 92.6 82.2 29971 89.7 92.2 82.7
100 28489 93.9 85.0 80.8 26127 93.4 85.6 80.0
150 23664 95.4 79.8 76.1 21474 94.0 79.2 74.5
200 17679 96.1 73.4 70.6 15918 95.2 72.3 68.8
250 11083 97.0 66.4 64.4 9209 96.7 64.5 62.4
300 3727 98.2 56.9 55.8 평가불가
*Dch: Discharge capacity
*CE: 전류효율
*VE: 전압효율
*EE: 에너지 효율
비교예 2의 경우, 전류 밀도가 300mA/cm2 이상인 고전류 영역에서는 카본펠트 내 전해액 흐름성이 부족하여, 평가를 하는데 필요한 전극으로의 전해액 공급량이 부족하여 평가가 불가능하였다.
반면에, 실시예 2의 경우, 비교예 2에 비하여 방전 용량이 크게 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 전해액이 흐름에 따라, 카본 블록층과 카본펠트층을 서로 구분이 되는 상이한 영역에 배치함으로써, 전해액의 흐름성을 개선하였기 때문이다.
비교예 2의 경우, 카본펠트의 경우, 저전류 밀도 영역에서는 적은 전해액 공급량에서도 유지될 수 있으나, 50mA/cm2을 초과하는 고전류 밀도 영역에서 운전시에는 전해액 공급량이 부족하여 성능이 급격히 낮아지게 된다. 이는 카본펠트층의 압축에 의하여 기공 크기 및 기공율이 줄어들었고, 그 결과 전해액 유입부와 전해액 배출부 간 높은 차압이 생겨나서 에너지 손실이 발생하였기 때문이다.
반면에, 실시예 2의 경우 고전류 밀도 영역에서도 비교예 2보다 높은 효율을 나타낼 수 있었다. 이는, 실시예 2의 전지가 고전류 밀도 영역에서 전해액 흐름성을 개선할 수 있었기 때문이다. 구체적으로, 전해액 유입부 측에는 카본펠트층이 배치되고, 전해액 배출부 측에는 카본 블록층이 배치됨으로써, 전해액 유입부와 전해액 배출구 간에 높은 차압이 발생하는 것을 효과적으로 억제하였기 때문이다.

Claims (13)

  1. 바이폴라 플레이트;
    상기 바이폴라 플레이트의 일면의 일부 영역에 구비된 다공성 카본 블록층; 및
    상기 바이폴라 플레이트의 일면 중 다공성 카본 블록층이 구비되지 않은 영역에 구비된 카본펠트층을 포함하는 이차전지용 전극.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 이차전지용 전극의 양 측면에 각각 구비된 전해액 유입부 및 전해액 배출부를 더 포함하는 것인 이차전지용 전극.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층 및 카본펠트층 중 어느 하나는 상기 전해액 유입부 측에 구비되고, 다른 하나는 상기 전해액 배출부 측에 구비된 것인 이차전지용 전극.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 카본펠트층은 전해액 유입부 측에 구비되고,
    상기 다공성 카본 블록층은 상기 전해액 배출부 측에 구비된 것인 이차전지용 전극.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층의 수평 면적과 상기 카본펠트층의 수평 면적의 비는 1:1 내지 3:1인 것인 이차전지용 전극.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층 및 상기 카본펠트층은 각각 기공을 포함하고,
    상기 다공성 카본 블록층의 기공의 평균 크기는 25㎛ 이상 200㎛ 이하인 것인 이차전지용 전극.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층 및 카본펠트층의 기공도는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 10% 내지 90%인 것인 이차전지용 전극.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층 및 카본펠트층의 두께는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 1mm 내지 5mm인 것인 이차전지용 전극.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층 및 카본펠트층의 두께는 상이하고, 두께의 차이가 4mm 이하인 것인 이차전지용 전극.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층 및 카본펠트층의 밀도는 동일하거나 상이하고, 각각 0.05g/cm3 내지 1g/cm3인 것인 이차전지용 전극.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 다공성 카본 블록층은 밀도 및 기공 사이즈 중 적어도 어느 하나가 상이한 2종 이상의 다공성 카본 블록 패턴을 포함하고,
    상기 카본펠트층은 밀도 및 기공 사이즈 중 적어도 어느 하나가 상이한 2종 이상의 카본펠트 패턴을 포함하는 것인 이차전지용 전극.
  12. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 따른 이차전지용 전극을 포함하는 이차전지.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 이차전지는 레독스 흐름 전지인 것인 이차전지.
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JP2021136092A (ja) * 2020-02-25 2021-09-13 旭化成株式会社 膜−電極複合体

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101370851B1 (ko) * 2012-11-05 2014-03-07 한국과학기술원 레독스 흐름전지용 다층구조 전극 및 이를 포함한 레독스 흐름전지
KR20160084819A (ko) * 2015-01-06 2016-07-14 주식회사 엘지화학 이차전지 전극 구조
KR20160128919A (ko) * 2015-04-29 2016-11-08 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 이차전지
KR20160148935A (ko) 2015-06-17 2016-12-27 한국세라믹기술원 고분자를 이용한 다공성 탄소재의 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101370851B1 (ko) * 2012-11-05 2014-03-07 한국과학기술원 레독스 흐름전지용 다층구조 전극 및 이를 포함한 레독스 흐름전지
KR20160084819A (ko) * 2015-01-06 2016-07-14 주식회사 엘지화학 이차전지 전극 구조
KR20160128919A (ko) * 2015-04-29 2016-11-08 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 이차전지
KR20160148935A (ko) 2015-06-17 2016-12-27 한국세라믹기술원 고분자를 이용한 다공성 탄소재의 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021136092A (ja) * 2020-02-25 2021-09-13 旭化成株式会社 膜−電極複合体

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