KR101844566B1

KR101844566B1 - Redoxflow battery using complexelectrode cell

Info

Publication number: KR101844566B1
Application number: KR1020150072112A
Authority: KR
Inventors: 오형종; 조재승; 정남인; 김건우; 최진호; 정호영
Original assignee: 지엔에스티주식회사; 오형종
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2018-04-03
Also published as: KR20160137861A

Abstract

본 발명은 레독스 흐름전지용 전극셀을 이용한 레독스 흐름전지에 관한 것으로서, 상기 전극셀은 내측에 전후면이 개방된 반응공간이 형성되고, 전해액이 유입 및 유출시키기 위한 주입구 및 배출구가 형성되며, 상기 주입구를 통해 유입된 전해액이 상기 반응공간으로 유입되도록 상기 유입구로부터 상기 반응공간으로 연장된 유입유로가 마련되고, 상기 반응공간으로부터 전해액이 배출되기 위해 상기 반응공간으로부터 상기 배출구로 연장된 배출유로가 형성된 매니폴드와, 상기 반응공간에 인입되도록 상기 매니폴드에 인서트 몰딩된 바이폴라 플레이트와, 상기 바이폴라 플레이트에 대해 전방 또는 후방의 상기 반응공간에 인입되도록 상기 매니폴드에 인서트 몰딩된 전극을 구비한다.
본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 전극셀을 이용한 레독스 흐름전지는 매니폴드를 사출시 바이폴라 플레이트 및 전극을 인서트 몰딩하여 제작하므로 별도의 바이폴라 플레이트 및 전극의 조립공정이 요구되지 않아 생산성이 향상되는 장점이 있다. The present invention relates to a redox flow cell using an electrode cell for a redox flow cell, wherein the electrode cell has a reaction space with an open front and a rear side formed inside thereof, an inlet and an outlet for introducing and discharging the electrolyte, An inlet flow path extending from the inlet to the reaction space so as to allow the electrolytic solution introduced through the inlet to flow into the reaction space and an exhaust flow path extending from the reaction space to the outlet for discharging the electrolyte from the reaction space, A bipolar plate insert molded into the manifold to be drawn into the reaction space; and an electrode molded in the manifold to be inserted into the reaction space forward or backward with respect to the bipolar plate.
The redox flow cell using the electrode cell for a redox flow battery according to the present invention is manufactured by insert molding of a bipolar plate and an electrode when a manifold is injected, so that a separate bipolar plate and an electrode are not required to be assembled, .

Description

[0001] Description [0002] Redox flow battery using complex electrode cell using an electrode cell for redox flow [

본 발명은 레독스 흐름전지용 전극셀을 이용한 레독스 흐름전지에 관한 것으로서, 조립공정을 단순화하여 생산성을 높일 수 있는 레독스 흐름전지용 전극셀을 이용한 레독스 흐름전지에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a redox flow cell using an electrode cell for a redox flow battery, and more particularly, to a redox flow battery using an electrode cell for a redox flow battery.

전력 생산의 변동성과 수급시점의 불일치 문제를 극복할 수 있는 대안으로 대용량 에너지저장 장치가 주목 받고 있으며, 그 중에서도 각광받고 있는 전지가 레독스 흐름전지이다.A large-capacity energy storage device is attracting attention as an alternative to overcome the problem of power production volatility and inconsistency at the time of supply and demand.

레독스 흐름전지는 기존 이차전지가 활물질(active material)을 포함하고 있는 전극에 전기 에너지를 저장하는 것과는 달리, 전해액에 포함되어 있는 활물질이 산화 환원(redox, reduction- oxidation)에 의해 충방전 되는 시스템으로서 활물질의 화학적 에너지를 직접 전기에너지로 저장시키는 전기화학적 축전 장치이다. 산화 환원반응을 일으키는 활물질로는 V, Fe, Cr, Ti 그리고 Sn 등이 있으며, 이러한 금속을 강산 수용액에 용해하여 전해질로 사용한다. 용매로 사용되는 물질로는 황산, 염산, 질산, 그리고 리튬이차전지에 사용되는 유기 전해액 등이 있으며, 이러한 전해질은 외부 탱크에 저장되어 있거나, 스택 내부에 위치하고 있다.The redox flow battery is a system in which an existing secondary battery stores electric energy in an electrode containing an active material, and the active material contained in the electrolyte is charged and discharged by redox (reduction-oxidation) Is an electrochemical storage device for storing the chemical energy of the active material directly as electric energy. V, Fe, Cr, Ti, and Sn are the active materials that cause the redox reaction. These metals are dissolved in a strong acid aqueous solution and used as the electrolyte. Materials used as solvents include sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and organic electrolytes used in lithium secondary batteries. These electrolytes are stored in an external tank or are located inside the stack.

일반적으로 레독스 흐름전지의 스택은 양극전극 및 바이폴라 플레이트를 포함하는 양극셀(매니폴드), 음극전극 및 바이폴라 플레이트를 포함하는 음극셀(매니폴드) 및 상기 양극셀과 음극셀을 분리시켜주는 이온교환막을 포한한다. 상기 양극셀과 음극셀은 다수 적층되어 사용될 수 있는데, 이 때 최외측 양극셀과 음극셀의 측면에는 바깥방향으로 각각 집전체 및 엔드플레이트가 놓여진다.Generally, the stack of the redox flow cell includes a cathode cell (manifold) including a cathode cell (manifold) including a cathode electrode and a bipolar plate, a cathode electrode and a bipolar plate, and a cathode Exchange membrane. A plurality of anode cells and cathode cells may be stacked and used. At this time, current collectors and end plates are placed on the side surfaces of the outermost anode cell and the cathode cell, respectively, in the outward direction.

국내 특허출원번호 제10-2012-0094334호에서 레독스 흐름전지용 매니폴드 및 이를 포함하는 레독스 흐름전지가 개시되어 있고, 국내 특허출원번호 제10-2012-0099919호에서 적층작업 시간 및 비용, 스택 가격 및 부피를 줄임으로써 레독스 흐름전지의 스택적층 효율을 높일 수 있는 일체형 복합전극셀이 개시되어 있다. Korean Patent Application No. 10-2012-0094334 discloses a redox flow battery manifold and a redox flow battery including the same, and Korean Patent Application No. 10-2012-0099919 discloses a stacking operation time and cost, An integrated composite electrode cell capable of increasing the stacking efficiency of the redox flow cell by reducing the cost and volume is disclosed.

그러나 종래의 레독스 흐름전지용 전극셀은 사출된 매니폴드에 개별적으로 바이폴라 플레이트 및 전극을 조립하여 제작하므로 많은 인력과 시간이 소요되어 생산성이 떨어지는 단점이 있다. However, the conventional electrode cell for a redox flow cell has a disadvantage in that it takes a lot of manpower and time to manufacture because the bipolar plate and the electrode are individually assembled to the injected manifold.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 매니폴드를 사출시 바이폴라 플레이트 및 전극을 인서트 몰딩하여 제작한 레독스 흐름전지용 전극셀을 이용한 레독스 흐름전지를 제공하는 데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a redox flow cell using an electrode cell for a redox flow cell, which is produced by injection molding a bipolar plate and an electrode when a manifold is injected.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 전극셀은 내측에 전후면이 개방된 반응공간이 형성되고, 전해액이 유입 및 유출시키기 위한 주입구 및 배출구가 형성되며, 상기 주입구를 통해 유입된 전해액이 상기 반응공간으로 유입되도록 상기 주입구로부터 상기 반응공간으로 연장된 유입유로가 마련되고, 상기 반응공간으로부터 전해액이 배출되기 위해 상기 반응공간으로부터 상기 배출구로 연장된 배출유로가 형성된 매니폴드와, 상기 반응공간에 인입되도록 상기 매니폴드에 인서트 몰딩된 바이폴라 플레이트와, 상기 바이폴라 플레이트에 대해 전방 또는 후방의 상기 반응공간에 인입되도록 상기 매니폴드에 인서트 몰딩된 전극을 구비한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an electrode cell for a redox flow cell, comprising: a reaction space having an open front and a rear side formed therein; an inlet and an outlet for introducing and discharging the electrolyte; A manifold having an inlet flow path extending from the injection port to the reaction space so that the electrolyte solution flows into the reaction space and a discharge flow path extending from the reaction space to the discharge port for discharging the electrolyte from the reaction space, A bipolar plate insert molded in the manifold to be drawn into the reaction space; and an electrode molded in the manifold to be inserted into the reaction space forward or rearward with respect to the bipolar plate.

또한, 본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 전극셀은 내측에 전후면이 개방된 반응공간이 형성되고, 전면에는 제1전해액을 유입 및 유출시키기 위한 제1주입구 및 제1배출구가 형성되며, 후면에는 상기 제1전해액과는 다른 극성의 제2전해액을 유입 및 유출시키기 위한 제2주입구 및 제2배출구가 형성되고, 상기 제1주입구를 통해 유입된 제1전해액이 상기 반응공간으로 유입되도록 상기 제1주입구로부터 상기 반응공간으로 연장된 제1유입유로가 마련되고, 상기 제2주입구를 통해 유입된 상기 제2전해액이 상기 반응공간으로 유입되도록 상기 제2주입구로부터 상기 반응공간으로 연장된 제2유입유로가 마련되고, 상기 반응공간으로부터 상기 제1전해액이 배출되기 위해 상기 반응공간으로부터 상기 제1배출구로 연장된 제1배출유로가 형성되며, 상기 반응공간으로부터 상기 제2전해액이 배출되기 위해 상기 반응공간으로부터 상기 제2배출구로 연장된 제2배출유로가 형성된매니폴드와, 상기 반응공간을 상기 제1전해액이 유입되는 제1단위공간 및 상기 제2전해액이 유입되는 제2단위공간으로 구획할 수 있도록 상기 매니폴드에 인서트 몰딩된 바이폴라 플레이트와, 상기 제1 및 제2단위공간으로 각각 인입되도록 상기 매니폴드에 인서트 몰딩되는 복수의 전극을 구비한다. In addition, the electrode cell for the redox-flowable battery according to the present invention has a reaction space with its front and rear open at its inner side, and has a first inlet and a first outlet for introducing and discharging the first electrolyte, A second inlet and a second outlet for introducing and discharging a second electrolyte having a polarity different from that of the first electrolyte are formed in the first inlet and the second inlet, A first inlet flow path extending from the inlet to the reaction space and a second inlet flow path extending from the second inlet to the reaction space so that the second electrolyte introduced through the second inlet may flow into the reaction space, Wherein a first discharge flow path extending from the reaction space to the first discharge port for discharging the first electrolyte from the reaction space is formed, A manifold in which a second discharge flow path extending from the reaction space to the second discharge port is formed for discharging the second electrolyte from the liver; a first unit space in which the first electrolyte flows into the reaction space, A bipolar plate insert-molded into the manifold so as to be partitioned into a second unit space into which the electrolyte flows, and a plurality of electrodes insert-molded into the manifold so as to be respectively drawn into the first and second unit spaces.

상기 바이폴라 플레이트는 가장자리가 상기 전극보다 상기 반응공간의 가장자리를 기준으로 상기 매니폴드의 내측으로 더 깊게 인입되게 형성된다. The bipolar plate is formed such that an edge of the bipolar plate is drawn deeper into the manifold than the electrode with respect to an edge of the reaction space.

한편, 본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 전극셀은 상기 반응공간으로부터 상기 전해액이 누수되는 것을 방지하기 위해 상기 반응공간의 전면 또는 후면 중 적어도 어느 한 면을 덮도록 상기 매니폴드에 인서트 몰딩된 멤브레인을 더 구비할 수도 있다. The electrode cell for a redox flow cell according to the present invention may include a membrane insert-molded in the manifold so as to cover at least one surface of the reaction space or the rear surface thereof in order to prevent the electrolyte from leaking from the reaction space. .

상기 멤브레인은 상기 반응공간의 좌우폭보다 더 긴 좌우폭을 갖도록 형성되며, 상기 매니폴드에 인서트 몰딩시 상기 매니폴드를 이루는 용융된 수지 중 일부가 인입될 수 있도록 좌우측 가장자리에 인입구가 형성된 것이 바람직하다. The membrane may be formed to have a longer width than the width of the reaction space, and an inlet may be formed at the left and right edges of the manifold so that a part of the molten resin forming the manifold may be introduced into the manifold during insert molding.

한편, 본 발명에 따른 레독스 흐름전지는 전해액이 주입되는 유입구 및 상기 전해액이 배출되는 유출구가 형성되고, 전후방향으로 상호 이격된 복수의 엔드플레이트와, 상기 엔드플레이트들의 상호 대향되는 내측에 각각 설치되는 복수의 집전체와, 상기 집전체들 사이에 설치되며, 상기 유입구를 통해 유입된 상기 전해액이 통과하여 상기 유출구로 배출되도록 형성되고, 결합유닛에 의해 상호 결합된 다수의 전극셀과, 상기 전극셀들 사이에 형성되어 상기 전극셀들 사이에 상기 전해액이 통과되는 것을 차단하는 멤브레인을 구비하고, 상기 전극셀은 내측에 전후면이 개방된 반응공간이 형성되고, 상기 전해액이 유입되도록 상기 유입구와 연통된 주입구가 형성되고, 상기 전해액이 유출되기 위해 상기 유출구와 연통된 배출구가 마련되며, 상기 주입구를 통해 유입된 전해액이 상기 반응공간으로 유입되도록 상기 주입구로부터 상기 반응공간으로 연장된 유입유로가 마련되고, 상기 반응공간으로부터 전해액이 배출되기 위해 상기 반응공간으로부터 상기 배출구로 연장된 배출유로가 형성된 매니폴드와, 상기 반응공간에 인입되도록 상기 매니폴드에 인서트 몰딩된 바이폴라 플레이트와, 상기 바이폴라 플레이트에 대해 전방 또는 후방의 상기 반응공간에 인입되도록 상기 매니폴드에 인서트 몰딩된 적어도 하나의 전극을 구비한다. The redox flow cell according to the present invention includes a plurality of end plates spaced apart from each other in the forward and backward direction and having an inlet through which an electrolyte is injected and an outlet through which the electrolyte is discharged, A plurality of electrode cells which are provided between the current collectors and which are formed to pass through the electrolyte and flow into the outflow port and are coupled to each other by a coupling unit; And a membrane formed between the cells to block the passage of the electrolyte solution between the electrode cells, wherein the electrode cell has a reaction space having an open front and a rear surface formed therein, A communicating inlet is formed, and an outlet communicating with the outlet is provided for discharging the electrolyte, An inlet flow path extending from the injection port to the reaction space so as to allow the electrolytic solution introduced through the sphere to flow into the reaction space is provided and a discharge flow path extending from the reaction space to the discharge port is formed to discharge the electrolyte from the reaction space A bipolar plate insert molded in the manifold to be drawn into the reaction space and at least one electrode insert molded in the manifold to be inserted into the reaction space forward or backward with respect to the bipolar plate; .

상기 멤브레인은 인접된 상기 전극셀의 매니폴드에 인서트 몰딩된 것이 바람직하다. The membrane is preferably insert molded into the manifold of the adjacent electrode cell.

상기 결합유닛은 상기 매니폴드의 전면 또는 후면 중 어느 한면에 걸림홈이 형성되고, 상기 걸림홈에 삽입되어 걸릴 수 있도록 상기 걸림홈에 대향되는 상기 매니폴드의 전면 또는 후면 중 다른 한면에 형성된 걸림훅을 구비한다. Wherein the engaging unit includes a latching groove formed on one of a front surface and a rear surface of the manifold, and a latching hook formed on the other of the front surface or the rear surface of the manifold facing the latching groove so as to be inserted into the latching groove, Respectively.

본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 전극셀 및 이를 이용한 레독스 흐름전지는 매니폴드를 사출시 바이폴라 플레이트 및 전극을 인서트 몰딩하여 제작하므로 별도의 바이폴라 플레이트 및 전극의 조립공정이 요구되지 않아 생산성이 향상되는 장점이 있다. The electrode cell for a redox flow cell and the redox flow cell using the electrode cell according to the present invention are manufactured by insert molding a bipolar plate and an electrode when a manifold is injected, so that a separate bipolar plate and electrode assembly process are not required, There are advantages.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지에 대한 사시도이고,
도 2는 도 1의 레독스 흐름전지의 전극셀에 대한 분리 사시도이고,
도 3은 도 1의 레독스 흐름전지의 전극셀에 대한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 레독스 흐름전지의 결합유닛에 대한 분리 사시도이고,
도 5는 도 4의 레독스 흐름전지의 결합유닛에 대한 단면도이다. 1 is a perspective view of a redox flow cell according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is an exploded perspective view of the redox flow cell of FIG. 1,
FIG. 3 is a cross-sectional view of the redox flow cell of FIG. 1,
4 is an exploded perspective view of a coupling unit of a redox flow cell according to another embodiment of the present invention,
5 is a cross-sectional view of the coupling unit of the redox flow cell of FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 레독스 흐름전지용 전극셀(400) 및 레독스 흐름전지를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, an electrode cell 400 and a redox flow cell for a redox flow battery according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 내지 도 3에는 본 발명의 실시 예에 따른 레독스 흐름전지용 전극셀을 이용한 레독스 흐름전지(100)가 도시되어 있다. 1 to 3 show a redox flow cell 100 using an electrode cell for a redox flow cell according to an embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 레독스 흐름전지(100)는 전해액이 주입되는 유입구 및 상기 전해액이 배출되는 유출구가 형성되고, 전후방향으로 상호 이격된 복수의 엔드플레이트(200)와, 상기 엔드플레이트(200)들의 상호 대향되는 내측에 각각 설치되는 복수의 집전체(300)와, 상기 집전체(300)들 사이에 설치되며, 상기 유입구를 통해 유입된 상기 전해액이 통과하여 상기 유출구로 배출되도록 형성되고, 결합유닛(600)에 의해 상호 결합된 다수의 전극셀(400)과, 상기 전극셀(400)들 사이에 형성되어 상기 전극셀(400)들 사이에 상기 전해액이 통과되는 것을 차단하는 멤브레인(500)을 구비한다. Referring to FIG. 1, a redox flow cell 100 includes a plurality of end plates 200 formed with an inlet through which an electrolyte is injected and an outlet through which the electrolyte is discharged, A plurality of current collectors 300 installed in the mutually opposite inner sides of the current collectors 300, and a plurality of current collectors 300 installed between the current collectors 300. The electrolyte flows through the inlets and is discharged to the outlets, A plurality of electrode cells 400 coupled to each other by the unit 600 and a membrane 500 formed between the electrode cells 400 to block the electrolyte from passing between the electrode cells 400, Respectively.

엔드플레이트(200)는 전체적인 레독스 흐름저지(100)의 윤곽을 형성하는 역할을 하는 것으로서, 최외각에 배치되며, 각각 전해액 유입구 및 유출구가 형성되는데, 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 통상의 플레이트에 전해액이 주입되거나 배출될 수 있는 통로를 형성하면 용이하게 형성할 수 있다. The end plate 200 serves to form an outline of the entire Redox flow barrier 100. The end plate 200 is disposed at an outermost position and has an electrolyte inlet and an outlet. It can be easily formed when a passage through which the electrolyte solution is injected or discharged is formed.

엔드플레이트(200)의 각 유입구 및 유출구는 도면에 도시되진 않았지만, 양극의 제1전해액이 수용된 양극전해액탱크 및 음극의 제2전해액이 수용된 음극전해액탱크와 연결되어 있으며, 별도로 구비된 펌프의 구동에 의해 제1전해액과 제2전해액이 순환하게 된다. Although not shown in the drawing, each inlet and outlet of the end plate 200 are connected to a cathode electrolyte tank containing a first electrolyte of the anode and a cathode electrolyte tank containing a second electrolyte of the cathode. So that the first electrolytic solution and the second electrolytic solution circulate.

이때, 제1전해액이 주입되는 유입구는 후술되는 전극셀(400)의 제1주입구(412)에 대응되게 엔드플레이트(200)의 우측 상단부에 형성되고, 제2전해액이 주입되는 유입구는 후술되는 전극셀(400)의 제2주입구에 대응되게 엔드플레이트(200)의 좌측 상단부에 형성되고, 제1전해액이 배출되는 유출구는 후술되는 전극셀(400)의 제1배출구(413)에 대응되게 엔드플레이트(200)의 좌측 하단부에 형성되고, 제2전해액이 배출되는 유출구는 후술되는 전극셀(400)의 제2배출구에 대응되게 엔드플레이트(200)의 우측 하단부에 형성되는 것이 바람직하다. The inlet port through which the first electrolyte is injected is formed in the upper right portion of the end plate 200 corresponding to the first inlet port 412 of the electrode cell 400 to be described later, The outlet end of the end plate 200 corresponding to the second injection port of the cell 400 is connected to the first outlet 413 of the electrode cell 400, And the outlet port through which the second electrolyte is discharged is formed at the lower right end of the end plate 200 corresponding to the second outlet of the electrode cell 400 to be described later.

상기 엔드플레이트(200)는 절연체를 사용하여 형성되는데, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스틸렌(PS) 및 염화비닐(PVC) 등의 고분자를 사용하여 형성될 수 있다. The end plate 200 is formed using an insulator. The end plate 200 may be formed using a polymer such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), or vinyl chloride (PVC).

집전체(300)는 상호 대향되는 엔드플레이트(200)의 내측면에 각각 설치된다. 상기 집전체(300)는 전자가 움직이는 통로로서 충전 시 외부로부터 전자를 받아들이거나 방전 시 외부로 전자를 내주는 역할을 한다. 양 단부에 위치한 2개의 집전체(300)는 서로 전극(430)을 달리하는 것이 바람직하다. The current collector 300 is installed on the inner surface of the end plate 200 facing each other. The current collector 300 is a passage through which electrons move, and serves to receive electrons from the outside when charging or to discharge electrons to the outside when discharging. It is preferable that the two current collectors 300 located at both ends are different from each other.

이때, 상기 집전체(300)는 도면에 도시되진 않았지만, 후술되는 전극셀(400)의 제1 및 제2주입구로 전해액이 주입될 수 있도록 엔드플레이트(200)의 유입구 및 유출구에 대응되는 위치에 각각 관통구가 형성되어 있다. Although not shown in the drawing, the current collector 300 may be disposed at a position corresponding to the inlet and outlet of the end plate 200 so that the electrolyte can be injected into the first and second injection ports of the electrode cell 400 Through holes are respectively formed.

전극셀(400)은 내측에 전후면이 개방된 반응공간이 형성되고, 전해액이 유입 및 유출시키기 위한 주입구 및 배출구가 형성되며, 상기 주입구를 통해 유입된 전해액이 상기 반응공간으로 유입되도록 상기 유입구로부터 상기 반응공간으로 연장된 유입유로가 마련되고, 상기 반응공간으로부터 전해액이 배출되기 위해 상기 반응공간으로부터 상기 배출구로 연장된 배출유로가 형성된 매니폴드(410)와, 상기 반응공간에 인입되도록 상기 매니폴드(410)에 인서트 몰딩된 바이폴라 플레이트(420)와, 상기 바이폴라 플레이트(420)에 대해 전방 또는 후방의 상기 반응공간에 인입되도록 상기 매니폴드(410)에 인서트 몰딩된 전극(430)을 구비한다. In the electrode cell 400, a reaction space in which the front and rear surfaces are opened is formed inside, an inlet and an outlet for introducing and discharging the electrolyte are formed, and an electrolyte is introduced from the inlet to the reaction space, A manifold 410 provided with an inlet flow path extending to the reaction space and formed with a discharge flow path extending from the reaction space to the discharge port to discharge the electrolyte from the reaction space; The bipolar plate 420 is insert molded to the bipolar plate 410 and the electrode 430 is insert molded in the manifold 410 to be inserted into the reaction space forward or rearward with respect to the bipolar plate 420.

매니폴드(410)는 소정의 두께를 갖는 판형으로 형성되며, 중앙부에 반응공간이 형성되어 있다. 매니폴드(410)는 우측 상단부 전면에 제1전해액이 유입되는 제1주입구(412)가 형성되고, 좌측 하단부 전면에는 제1전해액이 유출되는 제1배출구(413)가 형성된다. 이때, 제1주입구(412)와 제1배출구(413)는 전후방향으로 관통되게 매니폴드(410)에 형성되는 것이 바람직하다. The manifold 410 is formed in a plate shape having a predetermined thickness, and a reaction space is formed at the center thereof. The manifold 410 has a first inlet 412 through which the first electrolyte flows, and a first outlet 413 through which the first electrolyte flows out. At this time, it is preferable that the first inlet 412 and the first outlet 413 are formed in the manifold 410 so as to penetrate in the front-rear direction.

또한, 매니폴드(410)는 전면에 상기 제1주입구(412)를 통해 유입된 제1전해액이 상기 반응공간으로 유입되도록 상기 제1주입구(412)로부터 상기 반응공간으로 연장된 제1유입유로(414)와, 상기 반응공간으로부터 상기 제1전해액이 배출되기 위해 상기 반응공간으로부터 상기 제1배출구(413)로 연장된 제1배출유로(415)가 형성되어 있다. The manifold 410 has a first inlet flow path extending from the first inlet 412 to the reaction space so that a first electrolyte introduced into the reaction space through the first inlet 412 is introduced into the reaction space, And a first discharge passage 415 extending from the reaction space to the first discharge port 413 for discharging the first electrolyte from the reaction space.

그리고, 매니폴드(410)는 좌측 상단부 후면에 제2전해액이 유입되는 제2주입구가 형성되고, 우측 하단부 후면에는 제2전해액이 유출되는 제2배출구가 형성된다. 이때, 제2주입구와 제2배출구는 전후방향으로 관통되게 매니폴드(410)에 형성되는 것이 바람직하다. The manifold 410 has a second inlet port through which the second electrolyte flows into the rear upper left upper surface, and a second outlet port through which the second electrolyte flows out from the right lower end rear surface. At this time, it is preferable that the second inlet and the second outlet are formed in the manifold 410 so as to penetrate in the front-rear direction.

또한, 매니폴드(410)는 후면에 상기 제2주입구를 통해 유입된 제2전해액이 상기 반응공간으로 유입되도록 상기 제2주입구로부터 상기 반응공간으로 연장된 제2유입유로와, 상기 반응공간으로부터 상기 제2전해액이 배출되기 위해 상기 반응공간으로부터 상기 제2배출구로 연장된 제2배출유로가 형성되어 있다. The manifold 410 includes a second inlet flow path extending from the second inlet to the reaction space so that a second electrolyte introduced through the second inlet may flow into the reaction space, And a second discharge flow path extending from the reaction space to the second discharge port for discharging the second electrolyte.

이때, 매니폴드(410)의 전면에는 전해액이 유수되는 것을 방지할 수 있도록 개스킷(440)이 설치될 수 있다. 상기 개스킷(440)은 매니폴드(410)의 면적에 대응되는 면적을 갖도록 형성되며, 반응공간에 대응되게 중앙부에 중공(441)이 형성되고, 제1주입구(412) 및 제1배출구(413)에 대응되는 위치에 각각 연통구(442)가 형성되어 있다. At this time, a gasket 440 may be installed on the entire surface of the manifold 410 to prevent electrolyte from flowing. The gasket 440 is formed to have an area corresponding to the area of the manifold 410. The gasket 440 has a hollow portion 441 formed at a central portion corresponding to the reaction space and has a first inlet 412 and a first outlet 413, And a communication hole 442 is formed at a position corresponding to the communication hole 442, respectively.

한편, 도면에 도시된 예에서는 개스킷(440)이 매니폴드(410)의 전면에 설치된 구조를 설명하였으나, 개스킷(440)은 매니폴드(410)의 후면에도 설치될 수 있는데, 이때, 개스킷(440)은 제2주입구 및 제2배출구에 대응되는 위치에 각각 연통구(442)가 형성될 수도 있다. 또한, 도시된 예에서는 제1주입구(412) 및 제2주입구가 상호 이격되게 형성되어 있으나, 도시된 예에 한정하는 것이 아니라 제1 및 제2주입구가 동축 선상에 형성되되, 상호 연통되지 않도록 형성될 수도 있고, 제1배출구(413) 및 제2배출구도 동축 선상에 형성되되, 상호 연통되지 않도록 형성될 수도 있다. The gasket 440 may be installed on the rear surface of the manifold 410. In this case, the gasket 440 may be installed on the front surface of the manifold 410. In this case, May be formed at the positions corresponding to the second inlet and the second outlet, respectively. In the illustrated example, the first injection port 412 and the second injection port are formed to be spaced apart from each other. However, the first and second injection ports 412 and 412 are formed so as to be coaxial with each other, Or the first outlet 413 and the second outlet may be formed on the coaxial line so as not to communicate with each other.

또한, 도면에 도시되진 않았지만, 매니폴드(410)는 단일한 전극만 설치될 경우, 제1 및 제2유입유로 중 어느 하나만 형성되고, 제1 및 제2배출유로 중 어느 하나만 형성될 수도 있다. Further, although not shown in the drawings, when only a single electrode is provided, any one of the first and second inflow passages may be formed, and only one of the first and second ejection passages may be formed.

바이폴라 플레이트(420)는 상기 반응공간을 상기 제1전해액이 유입되는 제1단위공간 및 상기 제2전해액이 유입되는 제2단위공간으로 구획할 수 있도록 상기 매니폴드(410)에 인서트 몰딩된다. The bipolar plate 420 is insert molded in the manifold 410 to divide the reaction space into a first unit space into which the first electrolyte flows and a second unit space into which the second electrolyte flows.

상기 바이폴라 플레이트(420)는 상기 반응공간의 면적보다 더 큰 면적을 갖는 판형으로 형성된다. 바이폴라 플레이트(420)는 도전성 그라파이트 플레이트로 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 폐놀 수지에 함침된 그라파이트 플레이트가 사용될 수 있다. 그라파이트 플레이트를 단독으로 사용하는 경우에는 전해액에 사용된 강산이 그라파이트를 투과할 수 있는바, 강산의 투과를 막기 위하여 페놀수지에 함침된 그라파이트 플레이트를 사용하는 것이 바람직하다. The bipolar plate 420 is formed in a plate shape having an area larger than the area of the reaction space. The bipolar plate 420 may be formed of a conductive graphite plate, and more preferably, a graphite plate impregnated with a woven resin may be used. In the case where the graphite plate is used alone, it is preferable to use a graphite plate impregnated with phenol resin in order to prevent the permeation of strong acid because the strong acid used in the electrolytic solution can permeate the graphite.

한편, 바이폴라 플레이트(420)는 제1단위공간의 전해액이 제2단위공간으로 유입되는 것이 방지되도록 가장자리가 상기 전극(430)보다 상기 반응공간의 가장자리를 기준으로 상기 매니폴드(410)의 내측으로 더 깊게 인입되게 형성되어 있다. The bipolar plate 420 is formed so that the edge of the bipolar plate 420 is positioned inside the manifold 410 with respect to the edge of the reaction space 430 so as to prevent the electrolyte in the first unit space from flowing into the second unit space. And is formed so as to be inserted deeper.

전극(430)은 복수개가 상기 제1 및 제2단위공간으로 각각 인입되도록 상기 매니폴드(410)에 인서트 몰딩된다. 전극(430)은 전해액의 산화환원을 위한 활성 사이트(active site)를 제공하는 것으로서, 펠트전극이 사용된다. 이때, 상기 펠트전극(430)은 부직포, 탄소섬유, 탄소 페이퍼, 폴리아크릴로나이트릴(PAN, polyacrylonitrile)계열 또는 레이온(Rayon) 계열로 형성된 탄소섬유펠트 전극일 수 있다. The electrode 430 is insert-molded into the manifold 410 such that a plurality of the electrodes 430 are drawn into the first and second unit spaces, respectively. The electrode 430 provides an active site for redox of the electrolyte, and a felt electrode is used. At this time, the felt electrode 430 may be a carbon fiber felt electrode formed of a nonwoven fabric, carbon fiber, carbon paper, polyacrylonitrile (PAN), or rayon.

멤브레인(500)은 상기 반응공간으로부터 상기 전해액이 누수되는 것을 방지하기 위해 상기 반응공간의 전면 또는 후면 중 적어도 어느 한 면을 덮도록 상기 매니폴드(410)에 인서트 몰딩된다. 상기 멤브레인(500)은 반응공간의 상하폭에 대응되는 폭을 갖고, 반응공간의 좌우폭보다 더 긴 좌우폭을 갖도록 형성된다. 또한, 멤브레인(500)은 상기 매니폴드(410)에 인서트 몰딩시 상기 매니폴드(410)를 이루는 용융된 수지 중 일부가 인입될 수 있도록 좌우측 가장자리에 다수의 인입구가 형성되어 있다. The membrane 500 is insert molded in the manifold 410 to cover at least one of the front surface and the rear surface of the reaction space to prevent the electrolyte from leaking from the reaction space. The membrane 500 has a width corresponding to the vertical width of the reaction space and is formed to have a longer width than the width of the reaction space. In addition, the membrane 500 has a plurality of inlets formed at the left and right edges thereof so that a part of the molten resin forming the manifold 410 can be introduced when the manifold 410 is insert-molded.

상기 멤브레인(500)은 충전 또는 방전시 양극인 제1전해액과 음극인 음극 전해액을 분리시키고, 충전 또는 방전 시 선택적으로 이온만을 이동시킨다. 상기 멤브레인(500)은 해당 분야에서 일반적으로 사용되는 멤브레인(500)이므로 상세한 설명은 생략한다. The membrane 500 separates the first electrolyte, which is a positive electrode, from the negative electrode, which is a negative electrode, during charging or discharging, and selectively moves ions only during charging or discharging. Since the membrane 500 is a membrane 500 generally used in the related art, a detailed description thereof will be omitted.

한편, 도시된 예에서는 멤브레인(500)이 매니폴드(410)의 전면에 설치된 구조를 설명하였으나, 멤브레인(500)은 도시된 예에 한정하는 것이 아니라 매니폴드(410)의 후면에 설치될 수 있으나, 전후방향으로 배열된 매니폴드(410)들 사이에 위치하도록 설치되는 것이 바람직하다. In the illustrated embodiment, the membrane 500 is installed on the front surface of the manifold 410. However, the membrane 500 is not limited to the illustrated example but may be disposed on the rear surface of the manifold 410 , And between the manifolds 410 arranged in the front-rear direction.

또한, 도면에 도시되진 않았지만, 집전체(300)에 접촉되는 전극셀(400)은 바이폴라 플레이트(420)의 일측면이 집전체(300)에 접촉되고, 바이폴라 플레이트(420)의 타측에 1개의 전극(430)이 위치하도록 매니폴드(410)에 인서트 몰딩된다. Although not shown in the drawing, the electrode cell 400 contacting the current collector 300 has a structure in which one side of the bipolar plate 420 contacts the current collector 300 and one side of the bipolar plate 420 And is insert molded into the manifold 410 so that the electrode 430 is positioned.

즉, 전방측 집전체(300) 후방에 설치되는 전극셀(400)은 바이폴라 플레이트(420)가 전면이 집전체(300)의 후면에 접하도록 매니폴드(410)에 설치되고, 1개의 전극(430)이 바이폴라 플레이트(420)의 후방측 반응공간에 인입되도록 매니폴드(410)에 설치된다. 이때, 멤브레인(500)은 매니폴드(410)의 후면에 설치될 수도 있다. The bipolar plate 420 is installed on the manifold 410 so that the front surface of the bipolar plate 420 is in contact with the rear surface of the current collector 300, 430 are installed in the manifold 410 so as to be drawn into the reaction space on the rear side of the bipolar plate 420. At this time, the membrane 500 may be installed on the rear surface of the manifold 410.

또한, 후방측 집전체(300) 전방에 설치되는 전극셀(400)은 바이폴라 플레이트(420)가 후면이 집전체(300)의 전면에 접하도록 매니폴드(410)에 설치되고, 1개의 전극(430)이 바이폴라 플레이트(420)의 전방측 반응공간에 인입되도록 매니폴드(410)에 설치되는 것이 바람직하다. 이때, 멤브레인(500)은 매니폴드(410)의 전면에 설치될 수도 있다. The bipolar plate 420 is disposed on the manifold 410 such that the rear surface of the bipolar plate 420 is in contact with the front surface of the current collector 300, 430 are installed in the manifold 410 so as to be drawn into the reaction space on the front side of the bipolar plate 420. At this time, the membrane 500 may be installed on the front surface of the manifold 410.

한편, 결합유닛(600)은 엔드플레이트(200), 집전체(300), 전극셀(400)들에 관통되게 설치되는 다수의 고정볼트(610)와, 고정볼트(610)의 단부에 체결되는 다수의 고정너트(미도시)를 구비한다. The coupling unit 600 includes a plurality of fixing bolts 610 installed to penetrate the end plate 200, the current collector 300 and the electrode cells 400 and a plurality of fixing bolts 610 fastened to the ends of the fixing bolts 610 And a plurality of fixing nuts (not shown).

고정볼트(610)는 전후방향으로 소정길이 연장되며, 외주면에 나사산이 형성된 나사부와, 나사부의 일단부에 형성되어 나사부의 단면적보다 더 큰 단면적을 갖도록 형성된 헤드부를 구비한다. 상기 고정볼트(610)는 엔드플레이트(200), 집전체(300), 전극셀(400)들의 네 모서리 부분에 관통되게 설치되는 것이 바람직하다. The fixing bolt 610 is provided with a thread portion extending in a predetermined length in the front and rear direction and having a thread on the outer peripheral surface and a head portion formed on one end of the thread portion and having a sectional area larger than the cross sectional area of the thread portion. The fixing bolt 610 is preferably installed to pass through four corners of the end plate 200, the current collector 300, and the electrode cells 400.

상기 언급된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 레독스 흐름저지(100)는 매니폴드(410)를 사출시 바이폴라 플레이트(420) 및 전극(430)을 인서트 몰딩하여 제작하므로 별도의 바이폴라 플레이트(420) 및 전극(430)의 조립공정이 요구되지 않아 생산성이 향상되는 장점이 있다. The redox flow barrier 100 according to the present invention constructed as described above is manufactured by insert molding the bipolar plate 420 and the electrode 430 when the manifold 410 is injected, The electrode 430 is not required to be assembled and productivity is improved.

한편, 도 4 및 도 5에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 결합유닛(620)이 도시되어 있다. 4 and 5, a coupling unit 620 according to another embodiment of the present invention is shown.

앞서 도시된 도면에서와 동일한 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다. Elements having the same functions as those in the previous drawings are denoted by the same reference numerals.

도면을 참조하면, 결합유닛(620)은 상기 매니폴드(410)의 전면에 걸림홈(621)이 형성되고, 상기 걸림홈(621)에 삽입되어 걸릴 수 있도록 상기 걸림홈(621)에 대향되는 상기 매니폴드(410)의 후면에 형성된 걸림훅(622)을 구비한다. Referring to the drawing, the coupling unit 620 includes a latching groove 621 formed on the front surface of the manifold 410, and a latching groove 621 is formed in the latching groove 621 so as to be engaged with the latching groove 621 And a hooking hook 622 formed on the rear surface of the manifold 410.

상기 걸림훅(622)은 매니폴드(410)의 후면에 후방으로 돌출되되, 상하방향으로 상호 이격되게 형성된 복수의 걸림부재(623)와, 상기 걸림부재(623)의 후단부에 각각 형성된 걸림돌기(624)를 구비한다. The hooking hook 622 has a plurality of engaging members 623 projecting rearward from the rear surface of the manifold 410 and spaced apart from each other in the vertical direction and engaging members 623 formed on the rear end of the engaging member 623, (624).

상기 걸림부재(623)는 소정의 탄성을 갖는 합성수지재로 형성되고, 걸림돌기(624)는 걸림부재(623)의 후단부에 형성되되, 걸림부재(623)의 상면 또는 후면에 대해 상방 또는 후방으로 돌출되게 형성되며, 후방으로 갈수록 단면적이 줄어들도록 형성된다. The engaging member 623 is formed of a synthetic resin material having a predetermined elasticity and the engaging protrusion 624 is formed at the rear end of the engaging member 623 so that the engaging member 623 can move upward or rearward with respect to the upper surface or the rear surface of the engaging member 623. [ And is formed so as to have a reduced cross sectional area toward the rear side.

상기 걸림부재(623)는 도시된 예에 한정하는 것이 아니라 좌우방향을 따라 상호 이격되게 형성될 수도 있다. The latching members 623 are not limited to the illustrated examples but may be spaced apart from each other along the left and right directions.

한편, 매니폴드(410)의 전면에 형성된 걸림홈(621)은 걸림훅(622)이 삽입시 걸림돌기(624)가 걸릴 수 있도록 내측면에 단턱부가 형성되어 있다. 또한, 걸림홈(621)에 대향되는 위치의 개스킷(440)에는 상기 걸림훅(622)이 관통될 수 있도록 전후방향으로 관통되게 결합구가 형성되는 것이 바람직하다. The stopper groove 621 formed on the front surface of the manifold 410 has a stepped portion formed on the inner surface thereof so that the stopper protrusion 624 can be caught when the stopper hook 622 is inserted. Further, it is preferable that the gasket 440 at a position facing the engaging groove 621 is formed with a coupling hole so as to penetrate the engaging hook 622 in the forward and backward directions.

한편, 도면에 도시된 예에서는 매니폴드(410)의 전면에 걸림홈(621)이 형성되고, 걸림훅(622)은 매니폴드(410)의 후면에 형성된 구조를 설명하였으나, 도시된 예에 한정하는 것이 아니라 매니폴드(410)의 전면에 걸림훅(622)이 전방으로 돌출되게 형성되고, 매니폴드(410)의 후면에 걸림홈(621)이 형성될 수도 있다. In the example shown in the drawings, the latching groove 621 is formed on the entire surface of the manifold 410 and the latching hook 622 is formed on the rear surface of the manifold 410. However, A latching hook 622 may be formed on the front surface of the manifold 410 so as to protrude forward and a latching groove 621 may be formed on the rear surface of the manifold 410. [

상기 걸림유닛은 다수의 전극셀(400)을 배열시 걸림훅(622)이 걸림홈(621)에 삽입되어 인접된 전극셀(400)들이 상호 결합되므로 별도의 결합작업이 요구되지 않아 조립시 용이하여 생산성이 향상되는 장점이 있다. Since the engaging hook 622 is inserted into the engaging groove 621 when the plurality of electrode cells 400 are arranged and the adjacent electrode cells 400 are coupled to each other, Thereby improving the productivity.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

100: 레독스 흐름전지
200: 엔드플레이트
300: 집전체
400: 전극셀
410: 매니폴드
412: 제1주입구
413: 제1배출구
414: 제1유입유로
415: 제1배출유로
420: 바이폴라 플레이트
430: 전극
440: 개스킷
500: 멤브레인
600: 결합유닛
610: 고정볼트100: redox flow cell
200: end plate
300: The whole house
400: electrode cell
410: manifold
412: First inlet
413: First outlet
414: first inflow channel
415:
420: bipolar plate
430: Electrode
440: Gasket
500: membrane
600: coupling unit
610: Fixing bolt

Claims

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A plurality of end plates formed with an inlet through which the electrolyte solution is injected and an outlet through which the electrolyte solution is discharged and are spaced apart from each other in the longitudinal direction;
A plurality of current collectors provided on inner sides of the end plates facing each other,
A plurality of electrode cells provided between the current collectors, the plurality of electrode cells being formed to pass through the electrolyte and flow into the outflow port, and coupled to each other by a coupling unit;
And a membrane formed between the electrode cells to block passage of the electrolyte between the electrode cells,
The electrode cell
A reaction space in which the front and rear surfaces are opened is formed on the inside of the reaction chamber, an injection port communicating with the inlet port is formed to allow the electrolyte solution to flow in, an outlet communicated with the outlet port is provided for discharging the electrolyte solution, A manifold having an inlet flow path extending from the inlet to the reaction space to allow the electrolyte to flow into the reaction space and a discharge flow path extending from the reaction space to the outlet to discharge the electrolyte from the reaction space; A bipolar plate insert-molded into the manifold to be drawn into the reaction space; and at least one electrode insert-molded into the manifold so as to be inserted into the reaction space forward or backward with respect to the bipolar plate,
Wherein the membrane is insert molded into the manifold of the adjacent electrode cell and has a width corresponding to the width of the reaction space and a width greater than the width of the reaction space, A plurality of inlets are formed at the left and right edges so that a part of the molten resin forming the manifold can be drawn in,
Wherein the engaging unit includes a latching groove formed on one of a front surface and a rear surface of the manifold, and a latching hook formed on the other of the front surface or the rear surface of the manifold facing the latching groove so as to be inserted into the latching groove, And,
The hooking hooks are formed on the front surface or the rear surface of the manifold, and are spaced apart from each other in the vertical direction. Each of the hooking members is formed of an elastic material. The hooking hooks are respectively formed on the rear end of the engaging member, And a locking protrusion formed to protrude upward or rearward with respect to the rear surface and each having a reduced cross-sectional area toward the rear,
Wherein the latching groove has a step formed on an inner surface thereof so that the latching protrusion can be caught when the latching hook is inserted.

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