KR101659067B1

KR101659067B1 - 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치

Info

Publication number: KR101659067B1
Application number: KR1020140096507A
Authority: KR
Inventors: 정현진; 김대식; 곽은식; 최원석; 장현석; 김동휘; 하달용
Original assignee: 롯데케미칼 주식회사
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2016-09-22
Also published as: AU2015297244B2; KR20160014374A; AU2015297244A1; JP6293360B2; EP3176863A1; JP2017528867A; WO2016017989A1; EP3176863A4

Abstract

레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치가 개시된다. 개시된 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치는 징크-브로민 흐름전지의 전극 플로우 프레임과 멤브레인 플로우 프레임으로 이루어진 단위 셀들을 진동 융착하여 스택을 구성하기 위한 것으로서, ⅰ)적어도 하나의 단위 셀을 지지하며, 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 하부 다이와, ⅱ)하부 다이의 상측에서 그 하부 다이가 상승함에 따라 단위 셀을 가압하는 상부 다이와, ⅲ)상부 다이에 진동을 가하여 단위 셀을 진동 융착시키는 진동원을 포함하며, 하부 다이 및 상부 다이의 상호 대응하는 베이스에는 다수 개로 분할되어 그 베이스에 고정되는 분할판들이 설치되고, 적어도 하나의 분할판과 베이스 사이에는 단위 셀의 두께 편차를 조절하기 위한 두께조절 박판이 설치될 수 있다.

Description

레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치 {VIBRATION WELDING DEVICE OF ZINC-BROMINE FLOW BATTERY FOR IMPROVEMENT ON ALIGNMENT}

본 발명의 실시예는 레독스 흐름 전지용 스택 제조 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단위 셀들의 얼라인을 개선한 징크-브로민 흐름 전지용 스택 융착 장치에 관한 것이다.

최근 지구 온난화의 주요 원인인 온실가스 배출을 억제하기 위한 방법으로 태양광 에너지나 풍력 에너지 같은 재생 에너지가 각광을 받고 있으며 이들의 실용화 보급을 위해 많은 연구가 진행되고 있다.

그러나, 재생 에너지는 입지 환경이나 자연 조건에 의해 크게 영향을 받는다. 더욱이, 재생 에너지는 출력 변동이 심하기 때문에 에너지를 연속적으로 고르게 공급할 수 없다는 단점이 있다.

따라서, 재생 에너지를 가정용이나 상업용으로 사용하기 위해서는 출력이 높을 때 에너지를 저장하고 출력이 낮을 때 저장된 에너지를 사용할 수 있는 시스템을 도입하여 사용하고 있다.

이러한 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)으로는 대용량 이차전지가 사용되는데, 일례로, 대규모 태양광 발전 및 풍력 발전 단지에는 대용량 이차전지 저장 시스템이 도입되어져 있다. 상기 대용량의 전력저장을 위한 이차전지로는 납축전지, NaS 전지 그리고 레독스 흐름 전지 (RFB, redox flow battery) 등이 있다.

상기 납축전지는 다른 전지에 비해 상업적으로 널리 사용되고 있으나 낮은 효율 및 주기적인 교체로 인한 유지보수의 비용과 전지 교체시 발생하는 산업폐기물의 처리문제 등의 단점이 있다. NaS 전지의 경우 에너지 효율이 높은 것이 장점이나 300℃이상의 고온에서 작동하는 단점이 있다.

레독스 흐름 전지는 유지 보수비용이 적고 상온에서 작동가능하며 용량과 출력을 각기 독립적으로 설계할 수 있는 특징이 있기 때문에 최근 대용량 2차 전지로 많은 연구가 진행되고 있다.

레독스 흐름전지는 연료전지와 유사하게 멤브레인, 전극 및 분리판(Bipolar plate)이 직렬(Series)로 배치되어 스택(Stack)을 구성함으로써, 전기 에너지의 충방전이 가능한 이차전지(Secondary battery)의 기능을 가진다.

레독스 흐름전지는 멤브레인의 양측에 양극 및 음극 전해액 저장탱크에서 공급된 양극 전해액(Electrolyte)과 음극 전해액이 순환하면서 이온 교환이 이루어지고 이 과정에서 전자의 이동이 발생하여 충방전이 이루어진다.

이와 같은 레독스 흐름전지는 기존 이차전지에 비해 수명이 길고 kW~MW급 중대형 시스템으로 제작할 수 있기 때문에, 에너지 저장 시스템(ESS)에 가장 적합한 것으로 알려져 있다.

한편, 레독스 흐름전지는 징크-브로민(Zinc-Bromine) 흐름전지를 예로 들 수 있는데, 전극 플로우 프레임(electrode flow frame)과 멤브레인 플로우 프레임(membrane flow frame)이 단위 셀로 구성되며, 이러한 단위 셀이 다수 매로 적층되며 스택으로 구성될 수 있다.

여기서, 상기 전극 플로우 프레임과 멤브레인 플로우 프레임 사이에는 스페이서가 위치하며 전해액이 흐르게 되고, 그 전해액이 흐를 수 있는 주입구는 총 4군데로 유로 채널을 따라 전해액이 위에서 아래로, 아래에서 위로 흐를 수 있다.

상기에서와 같은 전극 플로우 프레임과 멤브레인 플로우 프레임의 단위 셀들은 진동 융착(Vibration Welding) 방식으로 상호 융착되며 스택으로 구성될 수 있는데, 이를 위해 전극 플로우 프레임과 멤브레인 플로우 프레임에는 반응 영역의 외측으로 융착살을 형성하고 있다.

예를 들면, 상기한 진동 융착 방식을 이용하여 흐름전지의 스택을 구성하는 진동 융착 설비로는 상부 지그와, 그 상부 지그에 대하여 승강 가능하게 설치되는 하부 지그와, 이들 지그에 진동을 인가하는 진동원을 구비하고 있다.

따라서, 상기 흐름전지용 진동 융착 설비는 하부 지그에 단위 셀을 로딩하고, 하부 지그가 상승함에 따라 상부 지그를 통해 단위 셀을 가압하며, 진동원에서 발생하는 진동을 상부 지그에 제공하게 되면, 전극 플로우 프레임과 멤브레인 플로우 프레임의 융착살이 융착되어 접합됨으로써 단위 셀을 진동 융착할 수 있다.

그리고, 다른 단위 셀을 진동 융착된 단위 셀에 적층하며, 상기와 같은 방식으로 단위 셀을 진동 융착함으로써 다수 매의 단위 셀들이 진동 융착된 스택을 제조할 수 있다.

이와 같은 흐름전지의 진동 융착 방식은 단위 셀들의 배열을 고르게 하여 내부 압력을 증가시키고, 유체의 흐름성을 균일하게 하며, 누수의 위험을 감소시키는 것이 중요한데, 이는 전지의 충·방전 효율과 직접적인 관계를 갖고 있기 때문이다.

하지만, 종래 기술에서는 징크-브로민 흐름전지의 제작 시 사용되는 진동 융착 설비의 스택 정렬 기술 및 단위 셀들의 고정 기술 등에 대한 연구가 미비한 실정이다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 단위 셀들의 두께 편차를 감소시킬 수 있으며, 단위 셀들의 고정 및 정렬도를 향상시킬 수 있도록 한 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치는, 징크-브로민 흐름전지의 전극 플로우 프레임과 멤브레인 플로우 프레임으로 이루어진 단위 셀들을 진동 융착하여 스택을 구성하기 위한 것으로서, ⅰ)적어도 하나의 단위 셀을 지지하며, 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 하부 다이와, ⅱ)상기 하부 다이의 상측에서 상기 하부 다이가 상승함에 따라 상기 단위 셀을 가압하는 상부 다이와, ⅲ)상기 상부 다이에 진동을 가하여 상기 단위 셀을 진동 융착시키는 진동원을 포함하며, 상기 하부 다이 및 상부 다이의 상호 대응하는 베이스에는 다수 개로 분할되어 그 베이스에 고정되는 분할판들이 설치되고, 적어도 하나의 분할판과 상기 베이스 사이에는 상기 단위 셀의 두께 편차를 조절하기 위한 두께조절 박판이 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치에 있어서, 상기 두께조절 박판은 알루미늄 박판으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치에 있어서, 상기 하부 다이의 분할판들 상에는 다수 매의 상기 단위 셀들이 적층될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치에 있어서, 상기 하부 다이 및 상부 다이 중 적어도 어느 하나에는 모서리 측의 분할판에 상기 단위 셀들을 고정하기 위한 고정핀이 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치에 있어서, 상기 고정핀은 상기 하부 다이의 모서리 측 분할판에 작동 실린더에 의해 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되며 상기 단위 셀들을 관통할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치에 있어서, 상기 단위 셀들의 모서리 부분에 대응하여 상기 하부 다이의 상기 베이스에는 상기 단위 셀들을 정렬하는 가이드부재가 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치에 있어서, 상기 가이드부재는 상기 단위 셀들의 각 모서리 사이에 대응하여 상기 베이스에 설치되며, 상기 단위 셀들을 정렬할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치에 있어서, 상기 가이드부재는 블록 형태로 이루어지고, 복수 개로서 상기 단위 셀들의 높이에 따라 상측 방향으로 쌓아 올려지며 상호 체결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치에 있어서, 상기 분할판의 표면에는 상기 단위 셀을 고정하기 위한 널링부가 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 진동 융착에 따른 단위 셀들의 고정 및 정렬도를 향상시킴으로써 단위 셀들의 내부 압력을 증가시키고, 유체의 흐름성을 균일하게 하며, 누수의 위험을 감소시킴으로써 전류 효율, 전압 효율 및 에너지 효율 면에서 전체적인 스택의 충·방전 효율을 향상시킬 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치에 적용되는 상부 다이 및 하부 다이의 분할판 구조를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치에 적용되는 고정핀 부위를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치에 적용되는 가이드부재를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치의 작용 효과를 설명하기 위한 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치(100)는 흐름전지로서의 단위 셀들(1)을 진동 융착하여 스택(3)을 구성하는 징크-브로민 흐름전지용 스택 제조 시스템에 적용될 수 있다.

예를 들면, 레독스 흐름 전지는 양극 전해액 및 음극 전해액에 따라 징크-브로민 흐름전지를 포함할 수 있는데, 징크-브로민 흐름전지는 전극 플로우 프레임과 멤브레인 플로우 프레임으로 이루어진 단위 셀(1)을 포함하며, 다수 매의 단위 셀들(1)을 연속적으로 배열하여 전기 발생 집합체인 스택(3)으로 구성될 수 있다.

여기서, 전극 플로우 프레임과 멤브레인 플로우 프레임의 단위 셀들(1)은 진동 융착 방식으로 상호 융착되면서 다수 매로 적층된 스택으로 구성되는 바, 이를 위해 전극 플로우 프레임과 멤브레인 플로우 프레임에는 반응 영역의 외측으로 융착살을 형성하고 있다.

이러한 징크-브로민 흐름전지는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 레독스 흐름전지 구성으로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시예에 의한 상기 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치(100)는 단위 셀들(1)에 진동을 가하여 전극 플로우 프레임과 멤브레인 플로우 프레임의 융착살을 용융시키며 접합하는 예를 설명하기로 한다.

그러나 본 발명의 보호범위가 반드시 이에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 소정의 모재 플레이트들을 진동으로 융착시킬 수 있는 다양한 종류 및 용도의 진동 융착 설비라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치(100)는 진동 융착에 따른 단위 셀들(1)의 고정 및 정렬도를 향상시킴으로써 단위 셀들(1)의 내부 압력을 증가시키고, 유체의 흐름성을 균일하게 하며, 누수의 위험을 감소시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 상기 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치(100)는 기본적으로, 하부 다이(10), 상부 다이(40) 및 진동원(70)을 포함하고 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 하부 다이(10)는 적어도 하나의 단위 셀(1)을 지지하는 것으로, 프레임(11)에 고정되게 설치된다. 상기 하부 다이(10)의 프레임(11)은 슬라이딩 구동 장치(도면에 도시되지 않음)를 통해 뒤에서 더욱 설명될 상부 다이(40)에 대하여 상하 방향으로 승강 가능하게 구성될 수 있다.

상기 상부 다이(40)는 하부 다이(10) 상의 단위 셀(1)을 가압하는 것으로, 하부 다이(10)의 상측에서 프레임(41)에 고정되게 배치된다. 상기 상부 다이(40)는 하부 다이(10)가 상승함에 따라 그 하부 다이(10) 상의 단위 셀(1)을 가압할 수 있다.

여기서, 상기 프레임(11, 41)은 하부 다이(10) 및 상부 다이(40)를 각각 지지하기 위한 브라켓, 바아, 로드, 플레이트, 레일, 하우징, 격벽, 케이스, 블록, 칼라 등과 같은 각종 부속요소들을 포함하고 있다.

그러나, 상기한 부속 요소들은 하부 다이(10) 및 상부 다이(40) 그리고 주변 설비 등을 설치하기 위한 것이므로, 본 발명의 실시예에서는 예외적인 경우를 제외하고 상기한 부속 요소들을 프레임(11, 41)으로 통칭한다.

그리고, 상기 진동원(70)은 하부 다이(10)가 상승함에 따라 상부 다이(40)를 통해 그 하부 다이(10) 상의 단위 셀(1)을 가압한 상태에서, 상부 다이(40)에 진동을 가하는 것으로, 통상적인 구조의 바이브레이션 장치로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

따라서, 상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 스택 융착 장치(100)는 하부 다이(10)에 단위 셀(1)을 로딩하고, 하부 다이(10)가 상승함에 따라 그 하부 다이(10) 상의 단위 셀(1)을 상부 다이(40)를 통해 가압한 상태에서, 진동원(70)을 통해 상부 다이(40)에 진동을 제공하게 되면, 전극 플로우 프레임과 멤브레인 플로우 프레임의 융착 살이 융착되어 상호 접합됨으로써 단위 셀(1)을 진동 융착할 수 있다.

그리고, 상기 스택 융착 장치(100)는 다른 단위 셀(1)을 진동 융착된 단위 셀(1)에 적층하며, 그 단위 셀(1)을 진동 융착함으로써 다수 매의 단위 셀들(1)이 진동 융착된 스택으로 제조할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서 상기 하부 다이(10) 및 상부 다이(40)의 상호 대응하는 대응면에는 플레이트 형상의 베이스(13, 43)가 설치되는데, 그 베이스(13, 43)에는 다수 개로 분할된 분할판들(15, 45)이 설치된다.

상기 분할판들(15, 45)은 단위 셀들(1)을 평면적으로 지지하는 것으로, 볼트 등과 같은 체결수단(도면에 도시되지 않음)을 통해 하부 다이(10) 및 상부 다이(40)의 베이스(13, 43)에 고정되게 결합될 수 있다.

여기서, 상기 분할판들(15, 45)의 단위 셀(1)을 지지하는 표면에는 하부 다이(10)의 상승에 의한 상부 다이(40)의 가압 시, 이들 다이(10, 40) 사이에서 가압되는 단위 셀(1)이 유동되는 것을 방지하기 위한 널링부(16, 46)가 형성되어 있다. 상기 널링부(16, 46)는 통상적인 널링 가공을 통해 분할판들(15, 45)의 표면에 형성될 수 있다.

그리고, 도 1 및 도 2에서와 같이, 본 발명의 실시예에서 하나 또는 다수의 분할판(15, 45)과 베이스(13, 43) 사이에는 단위 셀들(1)의 적층 시, 그 단위 셀들(1)의 두께 편차를 감소시키기 위한 두께조절 박판(17, 47)이 설치될 수 있다.

상기 두께조절 박판(17, 47)은 적층되는 단위 셀들(1)의 상하 및 좌우 두께 편차를 감소시키기 위해 상기 분할판(15, 45)과 베이스(13, 43) 사이에 개재될 수 있다.

이러한 두께조절 박판(17, 47)은 예를 들면, 알루미늄 소재의 박판으로 이루어질 수 있다. 상기 두께조절 박판(17, 47)은 분할판(15, 45)과 베이스(13, 43) 사이에 개재되며, 위에서 언급한 바 있는 체결수단을 통해 고정될 수 있다.

다른 한편으로 도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 하부 다이(10)의 상승에 의한 상부 다이(40)의 가압 시, 단위 셀들(1)을 고정하기 위한 고정핀(20)을 더 포함하고 있다.

상기 고정핀(20)은 하부 다이(10) 및 상부 다이(40) 중 어느 하나에 구성되는 바, 예를 들면 하부 다이(10)의 베이스(13) 모서리 측에 대응하는 분할판(15)에 각각 설치될 수 있다.

상기 고정핀(20)은 베이스(13)의 모서리 측에서 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 바, 하부 다이(10)에 고정되게 설치된 작동 실린더(21)에 의해 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.

상기 작동 실린더(21)는 유압 또는 공압에 의해 작동하며 고정핀(20)을 상하 방향으로 전진 및 후진 이동시킬 수 있다.

여기서, 상기 고정핀(20)은 하부 다이(10)에 적층된 단위 셀들(1)의 높이에 따라 작동 실린더(21)에 의해 상측 방향으로 이동하며 단위 셀들(1)을 고정하는데, 그 단위 셀들(1)을 관통하며 고정할 수 있다.

대안으로서, 본 발명의 실시예에서는 도면에 도시하지는 않았지만, 상기와 같은 하부 다이(40)의 고정핀(20)과 함께 상부 다이(40)의 베이스(43) 모서리 측에 대응하는 분할판(45)에 고정핀(20)을 설치할 수도 있다.

이는 상기한 하부 다이 고정핀(20)의 설정된 상측 이동 길이 보다 높은 높이로서 단위 셀들(1)이 적층된 경우, 그 높이 차에 해당하는 길이 만큼 상기 상부 다이(40)의 고정핀(20)을 하측 방향으로 이동시키며 단위 셀들(1)을 고정하기 위함이다.

또 다른 한편으로 도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 상기 하부 다이(10)에 설치되며 단위 셀들(1)의 적층 배열을 정렬하는 가이드부재(60)를 더 포함하고 있다.

상기 가이드부재(60)는 하부 다이(10)에 단위 셀들(1)을 적층하고 그 하부 다이(10)를 상승시킴으로써 상부 다이(40)를 통해 단위 셀들(1)을 가압하는 때, 이들 단위 셀(1)을 고르게 정렬하기 위한 것이다.

이러한 가이드부재(60)는 단위 셀들(1)의 모서리 부분에 대응하여 하부 다이(10)의 베이스(13)에 설치되는 바, 그 베이스(13)의 모서리 부분에 설치될 수 있다.

상기 가이드부재(60)는 블록 형태로 이루어지며, 복수 개로서 단위 셀들(1)의 적층 높이에 따라 상측 방향으로 쌓아 올려지며 상호 체결될 수 있다.

즉, 상기 가이드부재들(60)은 단위 셀들(1)이 적층되는 높이에 따라 베이스(13)의 상면으로부터 순차적으로 배치되며, 볼트와 같은 체결수단을 통하여 상호 체결될 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에 의한 상기 가이드부재(60)는 베이스(13)의 모서리 부분 측에 설치됨과 아울러, 도면에서와 같이 단위 셀들(1)의 각 모서리 사이의 중간 부분에 대응하여 상기 베이스(13)에 설치될 수도 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 스택 융착 장치(100)의 작용을 앞서 개시한 도면들을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

우선, 본 발명의 실시예에서는 하부 다이(10)에 단위 셀(1)을 로딩하고, 그 하부 다이(10)를 상승시킴으로써 상부 다이(40)를 통해 상기한 단위 셀(1)을 가압한다.

이 상태에서 진동원(70)을 통해 상부 다이(40)에 진동을 가하게 되면, 본 발명의 실시예에서는 단위 셀(1)의 전극 플로우 프레임과 멤브레인 플로우 프레임의 융착 살이 융착되어 상호 접합됨으로써 그 단위 셀(1)을 진동 융착할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에서는 진동 융착된 단위 셀(1) 위에 다른 단위 셀(1)을 적층하고, 그 단위 셀(1)을 상기한 바와 같은 방식으로 진동 융착함으로써 다수 매의 단위 셀들(1)이 진동 융착된 스택을 제조할 수 있다.

여기서, 본 발명의 실시예에서는 하부 다이(10) 및 상부 다이(40)의 단위 셀들(1)을 지지하는 부분이 분할판들(15, 45)로 이루어지고, 그 분할판(15, 45)의 표면에 널링부(16, 46)를 형성하고 있으므로, 하부 다이(10)의 상승에 의한 상부 다이(40)의 가압 시, 그 상부 다이(40)에 의해 가압되는 단위 셀(1)이 유동되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 분할판(15, 45)과 베이스(13, 43) 사이에 두께조절 박판(17, 47)을 개재시킴으로써, 단위 셀들(1)의 적층 시 두께조절 박판(17, 47)을 통해 단위 셀들(1)의 상하 및 좌우 두께 편차를 감소시킬 수 있다.

이와 같은 과정에, 본 발명의 실시예에서는 하부 다이(10)가 상승함에 따라 상부 다이(40)를 통해 그 하부 다이(10) 상의 단위 셀들(1)을 가압할 때, 작동 실린더(21)를 통해 고정핀(20)을 이동시킴으로써 단위 셀들(1)을 고정할 수 있다.

이 때, 상기 고정핀(20)은 단위 셀들(1)의 적층 높이에 따라 작동 실린더(21)에 의해 전진 이동하고, 단위 셀들(1)을 관통하며 그 단위 셀들(1)을 고정할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에서는 가이드부재(60)를 통해 단위 셀들(1)의 적층 배열을 고르게 정렬할 수 있는데, 단위 셀들(1)의 적층 높이에 따라 가이드부재들(60)을 상측 방향으로 쌓아 올리며 체결하는 방식으로 단위 셀들(1)의 정렬을 구현할 수 있다.

따라서, 지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에서는 단위 셀들(1)의 적층에 따른 위치별 두께 편차를 감소시킬 수 있는데, 도 5의 그래프에서와 같이 본 발명의 실시예를 단위 셀 정렬 구조를 채용하지 않은 비교예와 비교해 보았을 때, 단위 셀의 플로우 프레임 2매를 기준으로, 비교예의 경우 두께 편차가 0.102mm를 나타내고, 본 실시예의 경우 두께 편차가 0.049mm를 나타내고 있다.

이를 통해 본 발명의 실시예에서는 분할판 구조, 두께조절 박판 구조, 고정핀 구조 및 가이드부재 구조를 통해 단위 셀들(1)의 고정 및 정렬도를 향상시킴으로써 단위 셀들(1)의 두께 편차가 비교예에 비해 50% 이상 감소하였음을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 단위 셀들(1)의 고정 및 정렬도를 향상시킴으로써 단위 셀들(1)의 내부 압력을 증가시키고, 유체의 흐름성을 균일하게 하며, 누수의 위험을 감소시킬 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예와 상기한 바와 같은 비교예의 충·방전 효율을 평가해 보았을 때, 본 발명의 실시예(표 1 참조)는 비교예(표 2 참조)에 비해 전류 효율, 전압 효율 및 에너지 효율 면에서 전체적인 스택의 충·방전 효율이 증가하였음을 알 수 있다.

구분	전류효율	전압효율	에너지효율
1 cycle	88.68	82.94	73.55
2 cycle	88.54	83.12	73.59
3 cycle	88.89	82.90	73.69

구분	전류효율	전압효율	에너지효율
1 cycle	83.15	84.49	70.26
2 cycle	83.71	83.91	70.24
3 cycle	82.99	84.35	70.00

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

1... 단위 셀
3... 스택
10... 하부 다이
11, 41... 프레임
13, 43... 베이스
15, 45... 분할판
16, 46... 널링부
17, 47... 두께조절 박판
20... 고정핀
21... 작동 실린더
40... 상부 다이
60... 가이드부재
70... 진동원

Claims

징크-브로민 흐름전지의 전극 플로우 프레임과 멤브레인 플로우 프레임으로 이루어진 단위 셀들을 진동 융착하여 스택을 구성하기 위한 레독스 흐름전지용 스택 융착 장치로서,
적어도 하나의 단위 셀을 지지하며, 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 하부 다이;
상기 하부 다이의 상측에서 상기 하부 다이가 상승함에 따라 상기 단위 셀을 가압하는 상부 다이; 및
상기 상부 다이에 진동을 가하여 상기 단위 셀을 진동 융착시키는 진동원;
을 포함하며,
상기 하부 다이 및 상부 다이의 상호 대응하는 베이스에는 다수 개로 분할되어 그 베이스에 고정되는 분할판들이 설치되고,
적어도 하나의 분할판과 상기 베이스 사이에는 단위 셀들의 적층 시, 그 단위 셀들의 두께 편차를 감소시키기 위한 두께조절 박판이 개재되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 스택 융착 장치.
제1 항에 있어서,
상기 두께조절 박판은 알루미늄 박판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 스택 융착 장치.
제1 항에 있어서,
상기 하부 다이의 분할판들 상에는 다수 매의 상기 단위 셀들이 적층되며,
상기 하부 다이 및 상부 다이 중 적어도 어느 하나에는 모서리 측의 분할판에 상기 단위 셀들을 고정하기 위한 고정핀이 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 스택 융착 장치.
제3 항에 있어서,
상기 고정핀은 상기 하부 다이의 모서리 측 분할판에 작동 실린더에 의해 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되며 상기 단위 셀들을 관통하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 스택 융착 장치.
제3 항에 있어서,
상기 단위 셀들의 모서리 부분에 대응하여 상기 하부 다이의 상기 베이스에는 상기 단위 셀들을 정렬하는 가이드부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 스택 융착 장치.
제5 항에 있어서,
상기 가이드부재는 상기 단위 셀들의 각 모서리 사이에 대응하여 상기 베이스에 설치되며, 상기 단위 셀들을 정렬하는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 스택 융착장치.
제5 항 또는 제6 항에 있어서,
상기 가이드부재는 블록 형태로 이루어지고, 복수 개로서 상기 단위 셀들의 높이에 따라 상측 방향으로 쌓아 올려지며 상호 체결되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 스택 융착 장치.
제1 항에 있어서,
상기 분할판의 표면에는 상기 단위 셀을 고정하기 위한 널링부가 형성되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 스택 융착 장치.