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KR102465583B1 - 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극 및 이의 제조방법 - Google Patents

레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR102465583B1
KR102465583B1 KR1020200145721A KR20200145721A KR102465583B1 KR 102465583 B1 KR102465583 B1 KR 102465583B1 KR 1020200145721 A KR1020200145721 A KR 1020200145721A KR 20200145721 A KR20200145721 A KR 20200145721A KR 102465583 B1 KR102465583 B1 KR 102465583B1
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KR
South Korea
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flow battery
redox flow
carbon fiber
electrode
unit
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이재철
김기영
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한국생산기술연구원
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Publication date
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Abstract

본 발명에 따른 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극은, 레독스 흐름 전지에 적용되는 탄소섬유 부직포 전극으로서, 내부에 전해액이 유동되도록 기 설정된 경로를 가지는 이동 채널이 형성되어 농도 분극 현상을 감소시킬 수 있도록 형성되며, 상기 이동 채널은 전해액이 유입되는 유입구가 외부와 연통되도록 형성된다.

Description

레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극 및 이의 제조방법{Carbon-Fiber Nonwoven Cloth Electrode for Redox Flow Battery and Its Manufacturing Method}
본 발명은 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소섬유로 이루어진 부직포에서 전해액의 이동을 원활하게 하여 농도 분극 현상을 최소화할 수 있는 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
신재생 에너지는 입지환경과 자연조건 등의 요인으로 인해 전력 생산량이 일정치 못할 뿐만 아니라 생산 시점과 수요 시점의 시간 차로 인해 소비자들의 소모 패턴을 맞추기가 어렵다.
따라서 가변적인 전력 생산을 균형적인 소비에 맞추기 위해 생산된 전력을 저장해 두었다가 필요한 시기에 전력을 공급하는 대용량 에너지 저장 장치(Energy Storage System)가 필요하다.
레독스 흐름 전지(Redox Flow Battery)는 기존의 이차전지와는 다르게 전해액에 존재하는 활물질을 통해 충·방전되는 시스템으로 사용 목적에 따라 전지 스택(출력 담당)과 전해액 탱크(용량 담당)가 분리될 수 있는 구조를 가지며, 출력과 용량을 보다 용이하게 설계할 수 있어서 차세대 대용량 에너지 저장장치로 주목을 받고 있다.
이와 같은 레독스 흐름 전지의 성능은 전해액 내에 존재하는 활물질의 종류에 의존하기 때문에 사용되는 활물질의 종류에 따라 전기화학적 성능 차이를 나타낸다.
여러가지 활물질 중에서 바나듐(Vanadium)에 기초한 전해질을 양극 및 음극에 모두 사용할 경우에는 양극 전해질과 음극 전해질을 구성하고 있는 활물질의 기전력(양극, 음극 전해질 레독스 쌍의 표준전극전위 차이)이 크기 때문에 다른 전이금속 쌍에 비해 상대적으로 높은 전압을 구현할 수 있다.
또한 바나듐은 다른 레독스 종에 비해 이온 크로스오버(Cross-Over) 현상이 상대적으로 적다는 장점을 지니고 있다. 이와 더불어 구동 시에는 상온 작동을 하기 때문에 온도에 의한 열화촉진 요인이 적어 20,000 사이클 이상 충/방전을 구동하여도 약 20년 이상 구동할 수 있는 긴 수명 특징과 유지 보수/관리가 용이하다는 장점을 지닌다.
바나듐 레독스 흐름 전지의 전극은 빠른 전자 전달을 위하여 높은 전기전도도를 나타내야 하며 전해질의 흐름 시스템에서 적용될 수 있는 높은 기계적 강도와 기공구조가 필요하고, 강한 산 조건(acid condition)에서 사용되기 위해 화학적으로도 안정해야 한다. 그리고 가격이 저렴하며 활물질과의 산화/환원 반응이 가역적으로 이루어질 수 있는 물질이여야 한다.
탄소섬유 부직포 전극은 이들을 만족시킬 수 있는 기계적, 전기적 특성을 갖추고 있으며, 가격이 저렴하고 가공이 용이할 뿐만 아니라 산 및 염기 등의 전해질에서 높은 내화학성을 갖기 때문에 가장 적합한 재료로 주목되고 있다.
하지만, 탄소섬유 부직포 전극은 전해액 내부에서 전극 계면으로 더딘 이동속도(Mass Transfer)로 인한 농도 분극(Concentration Polarization) 현상이 발생한다는 큰 문제점을 가지고 있다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
한국등록특허 제10-2033627호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 레독스 흐름 전지의 전극으로서 우수한 특성을 가지는 탄소섬유 부직포 전극에 있어서, 전해액 내부에서 전극 계면으로의 더딘 이동속도로 인해 발생하는 농도 분극 현상을 최소화하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극은, 레독스 흐름 전지에 적용되는 탄소섬유 부직포 전극으로서, 내부에 전해액이 유동되도록 기 설정된 경로를 가지는 이동 채널이 형성되어 농도 분극 현상을 감소시킬 수 있도록 형성되며, 상기 이동 채널은 전해액이 유입되는 유입구가 외부와 연통되도록 형성된다.
이때 상기 이동 채널은, 상기 유입구가 형성된 위치로부터 상기 유입구의 반대 측에 위치된 배출구까지를 직선 형태로 연결하도록 형성될 수 있다.
그리고 상기 이동 채널은 복수 개가 나란하게 서로 이격된 상태로 배치될 수 있다.
또는 상기 이동 채널은, 상기 유입구가 형성된 위치로부터 직선 형태로 연장되는 제1연장부 및 상기 제1연장부의 일부와 직교하는 형태로 직선 형태로 연장되는 제2연장부를 포함할 수 있다.
또한 상기 이동 채널은, 상기 유입구가 형성된 위치로부터 직선 형태로 연장되는 제1연장부 및 상기 제1연장부의 끝단부에서 분지되어 대각선 방향으로 연장되는 복수 개의 제3연장부를 포함할 수 있다.
그리고 본 발명은 3개 이상의 단위 웹이 적층된 형태로 형성되고, 복수 개의 단위 웹 중 최상부에 위치된 단위 웹 및 최하부에 위치된 단위 웹을 제외한 나머지 단위 웹 중 어느 하나 이상에 상기 이동 채널이 형성될 수 있다.
한편 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극 제조방법은, 복수 개의 단위 웹을 제작하는 (a)단계, 상기 복수 개의 단위 웹 중 최상부에 위치될 단위 웹 및 최하부에 위치될 단위 웹을 제외한 나머지 단위 웹 중 어느 하나 이상에 이동 채널을 형성하는 (b)단계 및 상기 복수 개의 단위 웹을 적층하여 물리적으로 결합시키는 (c)단계를 포함한다.
이때 상기 (a)단계는, 상기 복수 개의 단위 웹을 에어 레이드(Air Laid), Ÿ‡ 레이드(Wet Laid) 또는 카딩(Carding) 방식 중 어느 하나의 방식으로 제작할 수 있다.
또한 상기 이동 채널이 형성될 단위 웹은 복수 개의 파트로 분할된 형태로 형성되며, 상기 (b)단계는, 상기 복수 개의 파트를 서로 이격시켜 배치함으로써 상기 복수 개의 파트 사이에 상기 이동 채널이 형성되도록 할 수 있다.
그리고 상기 (c)단계는, 상기 복수 개의 단위 웹을 니들 펀칭(Needle Punching) 방식으로 결합시킬 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극 및 이의 제조방법은, 내부에 전해액이 유동되도록 기 설정된 경로를 가지는 이동 채널이 형성되어 탄소섬유로 이루어진 부직포에서 전해액의 이동을 원활하게 함에 따라 농도 분극 현상을 최소화할 수 있는 장점이 있으며, 따라서 보다 향상된 레독스 흐름 전지를 개발할 수 있는 기반을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극의 모습을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극의 모습을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극의 모습을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 각 실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극의 시뮬레이션 과정에서 사용된 모델 및 경계/하중 조건을 나타낸 도면;
도 6은 이동 채널이 형성되지 않은 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면;
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면;
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면;
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면; 및
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극을 제조하는 과정을 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
일반적으로 탄소섬유 부직포 전극에서 바나륨 전해액이 전극을 통과하면서 전기화학적 반응에 의해 농도가 낮아진다. 그리고 이러한 현상은 전해액의 흐름 속도에 따라 농도 변화 차이를 보인다.
그리고 본 발명은 레독스 흐름 전지에 적용되는 탄소섬유 부직포 전극으로서, 내부에 전해액이 유동되도록 기 설정된 경로를 가지는 이동 채널이 형성되어 농도 분극 현상을 감소시킬 수 있도록 형성된 것을 특징으로 한다.
특히 이동 채널은 전해액이 유입되는 유입구가 외부와 연통되도록 형성될 수 있으며, 다양한 형태를 가지도록 구현될 수 있다.
이하에서는 다양한 형태의 이동 채널을 가지는 각 실시예에 대해 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극(100)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극(100)의 이동 채널(140)은, 전해액이 유입되는 유입구가 형성된 위치로부터 유입구의 반대 측에 위치된 배출구까지를 직선 형태로 연결하도록 형성된다는 특징을 가진다.
이때 이동 채널(140)은 복수 개가 나란하게 서로 이격된 상태로 배치되어, 각 이동 채널(140)은 서로 평행을 이루는 상태로 탄소섬유 부직포 전극(100)의 전후 방향을 따라 연장된다.
또한 본 실시예의 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극(100)은 3개 이상의 단위 웹(110, 120, 130)이 적층된 형태로 형성된다.
그리고 이와 같은 복수 개의 단위 웹(110, 120, 130) 중 최상부에 위치된 단위 웹(110) 및 최하부에 위치된 단위 웹(130)을 제외한 나머지 단위 웹(120) 중 어느 하나 이상에 이동 채널(140)이 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 단위 웹(110, 120, 130)이 총 3개로 구성되는 것으로 예시하였으며, 이에 따라 중간 부분에 위치된 단위 웹(130)에 이동 채널(140)이 형성된다.
특히 중간 부분에 위치된 단위 웹(130)은 복수 개의 파트(132)로 분할된 형태로 형성되며, 복수 개의 파트(132) 사이에 이동 채널(140)이 형성된다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극(100)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극(100)의 이동 채널(150)은, 유입구가 형성된 위치로부터 직선 형태로 연장되는 제1연장부(152)와, 제1연장부(152)의 일부와 직교하는 형태로 직선 형태로 연장되는 제2연장부(154)를 포함하는 형태로 형성된다는 특징을 가진다.
즉 본 실시예의 이동 채널(150)은 전체적으로 십자 형태로 형성되어, 전해액의 유동 경로를 형성한다.
그리고 본 실시예의 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극(100)은 제1실시예와 마찬가지로 3개 이상의 단위 웹(110, 120, 130)이 적층된 형태로 형성된다.
그리고 이와 같은 복수 개의 단위 웹(110, 120, 130) 중 최상부에 위치된 단위 웹(110) 및 최하부에 위치된 단위 웹(130)을 제외한 나머지 단위 웹(120) 중 어느 하나 이상에 이동 채널(150)이 형성될 수 있다.
본 실시예 역시 단위 웹(110, 120, 130)은 총 3개로 구성되는 것으로 예시하였으며, 이에 따라 중간 부분에 위치된 단위 웹(130)에 이동 채널(150)이 형성된다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극의 모습을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극(100)의 이동 채널(160)은, 유입구가 형성된 위치로부터 직선 형태로 연장되는 제1연장부(162)와, 제1연장부(162)의 끝단부에서 분지되어 대각선 방향으로 연장되는 복수 개의 제3연장부(164)를 포함하는 형태로 형성된다는 특징을 가진다.
즉 본 실시예의 이동 채널(160)은 전체적으로 Y자 형태로 형성되어, 전해액의 유동 경로를 형성한다.
그리고 본 실시예의 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극(100)은 전술한 실시예들과 마찬가지로 3개 이상의 단위 웹(110, 120, 130)이 적층된 형태로 형성된다.
그리고 이와 같은 복수 개의 단위 웹(110, 120, 130) 중 최상부에 위치된 단위 웹(110) 및 최하부에 위치된 단위 웹(130)을 제외한 나머지 단위 웹(120) 중 어느 하나 이상에 이동 채널(160)이 형성될 수 있다.
본 실시예 역시 단위 웹(110, 120, 130)은 총 3개로 구성되는 것으로 예시하였으며, 이에 따라 중간 부분에 위치된 단위 웹(130)에 이동 채널(160)이 형성된다.
이하에서는, 전술한 본 발명의 각 실시예들에 대한 농도 변화 차이를 확인하기 위해, 컴퓨터 시뮬레이션 기법 중 하나인 유한요소법을 통해 해석 모델을 정의하고 시뮬레이션을 수행하는 과정에 대해 설명하도록 한다.
해석 모델의 종류는 전해액이 통과할 수 있는 채널이 형성되지 않는 형태의 전극과, 전술한 제1실시예 내지 제3실시예의 전극을 합쳐 총 4개의 모델을 포함한다. 이때 제1실시예 내제 제3실시예에서 형성되는 이동 채널의 볼륨(Volume)은 모두 동일한 것으로 설정하였다
우선, 열전달해석을 바탕으로 바나륨의 농도를 온도로 놓고, 전극을 통과하면서 전기화학 반응에 의해 발생하는 농도의 저하를 대류(Convection)에 의한 열 손실로 정의하였다.
또한 시뮬레이션에 사용된 모델과 경계/하중조건은 도 5에 나타난 바와 같다. 도 5를 기준으로 Z축 입구인 전해액이 주입되는 지점, 즉 유입구에서는 농도 100, 출구는 0, 그리고 나머지 외부 부분은 완벽하게 차단(Perfectly Insulated) 되었다고 정의하였다.
이때 시뮬레이션에 사용된 유한요소모델은 8절점 육면체 요소로 13만8천개 수준의 노드와 3만개 수준의 요소로 이루어졌다.
더불어 재료물성으로 탄소섬유 부직포의 등가열전도(Isotropic Thermal Conductivit)는 2 W/m·°C로 정의하였고, 대류계수(Convection Coefficient)는 5 W/m·°C로 정의하였다. 이러한 정의는 모든 모델에 동일하게 적용되었다.
이렇게 해석 모델을 정의하고 시뮬레이션을 수행한 결과는 다음과 같다.
도 6은 이동 채널이 형성되지 않은 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
채널이 없는 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극의 경우, 전기화학 반응에 비해 전해액의 이동 속도가 느리며, 전해액이 진입하는 앞쪽에서 반응이 주로 이루어졌고, 이로 인해 전극이 빠져나가는 출구 부분에서는 전해액의 농도가 36.757까지 낮아졌다.
결과적으로 전극 전체가 가지는 평균 농도는 55.189로 계산되었다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
전해액의 이동을 돕는 이동 채널이 직선 형태로 되어 있는 본 발명의 제1실시예의 경우, 일정량의 전해액이 출구까지 큰 저항 없이 이동하면서 전극 전체의 농도 차이를 줄일 수 있었다.
이로 인해 출구 농도는 69.308로 이동 채널이 형성되지 않는 전극에 비해 1.89배 높아졌으며, 평균 농도에서도 80.133으로 이동 채널이 형성되지 않는 전극에 비해 1.45배 높아졌다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
전해액의 이동을 돕는 이동 채널이 십자 형태로 되어 있는 본 발명의 제2실시예의 경우, 이동 채널에 의한 전해액의 이동이 중간 부분까지 이루어지다가 출구 부분에서 다시 이동 속도가 떨어지면서 출구 부분의 농도가 비슷하게 형성되었다.
이로 인해 출구 농도는 54.42, 전체 평균 농도는 73.561를 보였다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
전해액의 이동을 돕는 이동 채널이 Y자 형태로 되어 있는 본 발명의 제3실시예의 경우, 제2실시예와 비교하여 출구부분까지 농도의 변화가 크게 형성된다.
이로 인해 출구 농도는 63.653, 전체 평균 농도는 75.262로 계산되었다.
이상과 같은 시뮬레이션 결과와 같이, 전해액의 이동 채널이 형성되는 전극에서는 농도 분극 현상이 획기적으로 줄어든다는 것을 확인할 수 있으며, 이것으로 전극 내의 채널 도입의 타당성을 확인할 수 있다.
한편 이상과 같은 본 발명의 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극을 제조하는 과정은, 복수 개의 단위 웹을 제작하는 (a)단계와, 복수 개의 단위 웹 중 최상부에 위치될 단위 웹 및 최하부에 위치될 단위 웹을 제외한 나머지 단위 웹 중 어느 하나 이상에 이동 채널을 형성하는 (b)단계와, 복수 개의 단위 웹을 적층하여 물리적으로 결합시키는 (c)단계를 포함할 수 있다.
도 10에는, 대표적으로 제1실시예의 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극(100)을 제조하는 과정을 나타내고 있다.
여기서 (a)단계는, 복수 개의 단위 웹(110, 120, 130)을 에어 레이드(Air Laid), Ÿ‡ 레이드(Wet Laid) 또는 카딩(Carding) 방식 중 어느 하나의 방식으로 제작할 수 있다.
그리고 도시된 바와 같이 제1실시예에서 이동 채널(140)이 형성될 단위 웹(130)은 복수 개의 파트(132)로 분할된 형태로 형성되며, 이때 (b)단계는, 복수 개의 파트(132)를 서로 이격시켜 배치함으로써 복수 개의 파트(132) 사이에 이동 채널(140)이 형성되도록 할 수 있다.
다음으로 (c)단계에서는, 복수 개의 단위 웹(110, 120, 130)를 서로 압착하고, 이 과정에서 니들 펀칭(Needle Punching) 방식을 통해 결합하는 과정이 수행될 수 있다
구체적으로 본 단계는 전극 결합장치(200)를 통해 이루어질 수 있으며, 전극 결합장치(200)는 서로 적층된 복수 개의 단위 웹(110, 120, 130)을 이송시키는 피딩 롤러(230)와, 피딩 롤러(230)에 이송되는 복수 개의 단위 웹(110, 120, 130)을 가압하여 압착시키는 베드 플레이트(220)와, 베드 플레이트(220)에 의해 압착된 복수 개의 단위 웹(110, 120, 130)을 프레싱하는 프레싱 롤러(240)와, 복수 개의 단위 웹(110, 120, 130)이 베드 플레이트(220)에 의해 압착되는 과정에서 니들 펀칭을 수행하는 펀칭유닛(210)을 포함할 수 있다.
이때 베드 플레이트(220)는 서로 상하 방향으로 이격된 한 쌍의 압착부재(222, 224)를 포함할 수 있으며, 이와 같은 압착부재(222, 224)는 복수 개의 단위 웹(110, 120, 130)의 이송 방향으로 갈수록 서로의 이격 거리가 점차 감소하도록 형성된다.
또한 펀칭유닛(210)은 니들(214)과, 니들(214)을 고정시키는 니들보드(212)와, 니들보드(212)를 상하 방향으로 이송시키는 니들 빔(216)을 포함하여, 복수 개의 단위 웹(110, 120, 130)이 베드 플레이트(220)에 의해 압착되는 과정에서 니들 펀칭을 수행함에 따라 각 단위 웹(110, 120, 130)을 물리적으로 결합시키게 된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100: 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극
110, 120, 130: 단위 웹
140, 150, 160: 이동 채널
200: 전극 결합장치
210: 펀칭유닛
212: 니들보드
214: 니들
216: 니들 빔
220: 베드 플레이트
222, 224: 압착부재
230: 피딩 롤러
240: 프레싱 롤러

Claims (10)

  1. 레독스 흐름 전지에 적용되는 탄소섬유 부직포 전극으로서,
    내부에 전해액이 유동되도록 기 설정된 경로를 가지는 이동 채널이 형성되어 농도 분극 현상을 감소시킬 수 있도록 형성되며,
    상기 이동 채널은 전해액이 유입되는 유입구가 외부와 연통되도록 형성되되,
    3개 이상의 단위 웹이 적층된 형태로 형성되고,
    복수 개의 단위 웹 중 최상부에 위치된 단위 웹 및 최하부에 위치된 단위 웹을 제외한 나머지 단위 웹 중 어느 하나 이상에 상기 이동 채널이 형성되는,
    레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이동 채널은,
    상기 유입구가 형성된 위치로부터 상기 유입구의 반대 측에 위치된 배출구까지를 직선 형태로 연결하도록 형성된,
    레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이동 채널은 복수 개가 나란하게 서로 이격된 상태로 배치되는,
    레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이동 채널은,
    상기 유입구가 형성된 위치로부터 직선 형태로 연장되는 제1연장부; 및
    상기 제1연장부의 일부와 직교하는 형태로 직선 형태로 연장되는 제2연장부;
    를 포함하는,
    레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이동 채널은,
    상기 유입구가 형성된 위치로부터 직선 형태로 연장되는 제1연장부; 및
    상기 제1연장부의 끝단부에서 분지되어 대각선 방향으로 연장되는 복수 개의 제3연장부;
    를 포함하는,
    레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극.
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극을 제조하기 위한 레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극 제조방법에 있어서,
    복수 개의 단위 웹을 제작하는 (a)단계;
    상기 복수 개의 단위 웹 중 최상부에 위치될 단위 웹 및 최하부에 위치될 단위 웹을 제외한 나머지 단위 웹 중 어느 하나 이상에 이동 채널을 형성하는 (b)단계; 및
    상기 복수 개의 단위 웹을 적층하여 물리적으로 결합시키는 (c)단계;
    를 포함하는,
    레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (a)단계는,
    상기 복수 개의 단위 웹을 에어 레이드(Air Laid), Ÿ‡ 레이드(Wet Laid) 또는 카딩(Carding) 방식 중 어느 하나의 방식으로 제작하는,
    레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 이동 채널이 형성될 단위 웹은 복수 개의 파트로 분할된 형태로 형성되며,
    상기 (b)단계는,
    상기 복수 개의 파트를 서로 이격시켜 배치함으로써 상기 복수 개의 파트 사이에 상기 이동 채널이 형성되도록 하는,
    레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 (c)단계는,
    상기 복수 개의 단위 웹을 니들 펀칭(Needle Punching) 방식으로 결합시키는,
    레독스 흐름 전지용 탄소섬유 부직포 전극 제조방법.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013144857A (ja) * 2012-01-16 2013-07-25 Toho Tenax Co Ltd 炭素繊維フェルト、その製造方法、及び電極

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