REDOX FLOW BATTERY
【명세세 【발명의 명칭】 레독스 흐름 전지 【기술분야】 본 발명은 레독스 흐름 전지에 관한 것으로서, 흐름 프레임에 구비되는 유입 채널과 유출 채널을 통하여 전해액을 전극으로 공급 및 배출시키는 레독스 흐름 전지에 관한 것이다. 【배경기술】 아연 브로민 레독스 흐름 전지는 흐름 전지의 일종으로써 전해액과 전극 사이에서 일어나는 산화 환원 반웅으로 전기를 생산한다. 예를 들면， 레독스 흐름 전지는 바이폴라 전극판 (bipolar elect rode)과 멤브레인 (membrane)을 반복적으로 적층하고， 적층된 최외곽의 양측에 집전판과 엔드 플레이트를 차례로 적층하여 형성되어 전해액이 공급되어 산화 환원 반응이 일어나는 스택， 스택에 전해액을 공급하는 전해액 펌프와 배관， 스택에서 내부 반웅 후, 유출되는 전해액을 저장하는 전해액 탱크를 포함한다. 스택은 흐름 프레임， 즉 멤브레인을 내장하는 멤브레인 흐름 프레임과 전극을 내장하는 전극 흐름 프레임을 포함한다. 예를 들면， 스택은 1개의 전극 흐름 프레임을 중앙에 구비하고， 전극 흐름 프레임의 양측에 좌우 대칭 구조로 멤브레인 흐름 프레임을 구비하며， 멤브레인 흐름 프레임의 외곽에 엔드 플레이트를 배치하여 형성된다. 도 1은 종래기술의 레독스 흐름 전지에 적용되는 흐름 프레임의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이， 흐름 프레임 (101)은 전극과 멤브레인 사이에 구비되는 내부 용적 ( 102)에 전해액을 유입하는 유입 채널 ( 103)과， 반웅 후 내부 용적 ( 102)으로부터 전해액을 유출하는 유출 채널 ( 104)을 구비한다. 유입 채널 ( 103)은 설정된 압력으로 유입되는 전해액을 균일하게 공급하고， 유출 채널 ( 104)은 반웅 후 대기압으로 유출되는 전해액을 균일하게 배출하도록 구성된다. 유동 균일도 평가 변수로 분기점에서 좌우 유량 편차인 대칭 계수 (symmetry coef f i cient )와， 유입 또는 유출되는 전해액의 최대 속도와
최저 속도의 차이인 절대값의 가변 범위 계수 (variability range coefficient)가사용될 수 있다. 도 2는 도 1의 흐름 프레임의 유입 채널 및 유출 채널의 계 5분기점에서 전해액 유속을 도시한 유속 분포도이다. 도 2에 도시된 바와 같이， 유입 채널 (103)의 제 5분기점 (b51)에서 내부 용적 (102)으로 전해액이 공급되는 부분과， 유출 채널 (104)의 계 5분기점 (b52)에서 내부 용적 (102)으로부터 전해액이 유출되는 부분에서 가변 범위 계수가 크게 되어， 즉 유속 불균일로 인하여， 유속이 영에 가까운 데드존 (dead-zone) (DZ)이 발생된다. 도 3은 도 2의 유속 분포에 따른 유입 채널의 게 1분기점 내지 제 3분기점에서의 유량 편차 (질량 유량률 (mass flow rate))를 도시한 유량 편차도이다. 도 4는 도 2의 유속 분포에 따른 유입 채널의 제 4분기점 내지 저 15분기점에서의 유량 편차 (질량 유량률)를 도시한 유량 편차도이다. 편의상， 유출 채널 (104)을 생략하고, 유입 채널 (103)을 예로 설명한다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 유입 채널 (103)의 제 1분기점 (bl) 내지 제 3분기점 (b3)에서 유량 편차인 대칭 계수가 작게 나타나고 (도 3 참조)， 게 4분기점 (b4) 및 제 5분기점 (b5, 도 2의 b51)에서 유량 편차인 대칭 계수 (symmetry coef f icient )가 더욱 크게 나타난다. 【발명의 상세한 설명】 【기술적 과제】 본 발명의 실시예들은 유입 채널에서 내부 용적으로 유입되는 전해액 및 내부 용적에서 유출 채널로 유출되는 전해액의 유동에 대하여, 유속을 균일화 (가변 범위 계수 (variability range coef f icient)의 최소화)하여， 내부 용적과 유입 채널 및 유출 채널에서 데드존을 제거하는 레독스 흐름 전지를 제공하고자 한다. 또한， 본 발명의 실시예들은 유입 채널에서 내부 용적으로 유입되는 전해액 및 내부 용적에서 유출 채널로 유출되는 전해액의 유동에 대하여, 유입 채널과 유출 채널의 각 분기점에서 좌우로 전해액을 균일하게 분배 (좌우 유량 편차 (대칭 계수)를 최소화)하는 레독스 흐름 전지를 제공하고자 한다.
【기술적 해결방법】 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지는， 전해액 유입라인으로 유입되는 전해액으로 전류를 생성하고 전해액 유출라인으로 전해액을 유출하는 스택을 포함하며， 상기 스택은 반복적으로 적층되어 내부 용적을 형성하는 멤브레인과 스페이서 및 전극판， 및 상기 멤브레인과 상기 전극판을 수용하는 흐름 프레임을 포함하고， 상기 흐름 프레임은 상기 내부 용적에 전해액을 유입하거나 유출하는 상기 전해액 유입라인과 상기 전해액 유출라인에 연결되는 유로 채널을 포함하며， 상기 유로 채널은 상기 내부 용적에 연결되는 최종 분기점 측에 구획된 1개의 유로 채널에 복수의 토출구들을 구비한다. 상기 복수의 토출구들은 중심에서 최소 크기로 개방되고 양측으로 가면서 점진적으로 증가되는 크기로 개방될 수 있다. 상기 복수의 토출구들은 설정된 간격으로 이격될 수 있다. 상기 유로 채널은 3~5회로 분기된 후， 복수의 토출구들을 구비할 수 있다. 상기 유로 채널을 n회 분기하는 경우， 상기 유로 채널은 제 n분기점과 제 n-1분기점 사이에서 분기편차 저감부를 가질 수 있다. 상기 유로 채널의 분기편차 저감부는 상기 유로 채널의 폭 중심을 지나는 곡선 (L1)과 상기 n분기점에서 분배되는 지점에서 폭 중심을 지나는 수직선 (L2)을 그릴 때， 하방에서 곡선 (L1)의 끝 지점과 수직선 (L2)이 만나는 계 1지점 (P1)과， 상방에서 곡선 (L1)과 수직선 (L2)이 만나는 계 2지점 (P2) 사이의 직선 거리로 설정되고， 0초과일 수 있다. 상기 유로 채널은 Re수 500 내지 2000의 유동 특성을 가질 수 있다. 【발명의 효과】 . 이와 같이 본 발명의 실시예들은 내부 용적에 연결되는 유로 채널 (유입 채널과 유출 채널)의 최종 분기점 측에 구획된 복수의 토출구들을 구비하므로 유입 채널에서 내부 용적으로 유입되는 전해액 및 내부 용적에서 유출 채널로 유출되는 전해액의 유동에 대하여， 유속을 균일화 (가변 범위 계수의, 최소화)하여 내부 용적과 유입 채널 및 유출 채널에서 데드존을 제거할 수 있다.
또한， 본 발명의 실시예들은 유입 채널과 유출 채널의 각 분기점에서 좌우로 전해액을 균일하게 분배 (대칭 계수의 최소화)할 수 있다. 【도면의 간단한 설명】 도 1은 종래기술의 레독스 흐름 전지에 적용되는 흐름 프레임의 구성도이다 도 2는 도 1의 흐름 프레임의 유입 채널 및 유출 채널의 제 5분기점에서 전해액 유속을 도시한 유속 분포도이다. 도 3은 도 2의 유속 분포에 따른 유입 채널의 제 1분기점 내지 제 3분기점에서의 유량 편차를 도시한 유량 편차도이다. 도 4는 도 2의 유속 분포에 따른 유입 채널의 제 4분기점 내지 제 5분기점에서의 유량 편차를 도시한 유량 편차도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지에 적용되는 스택을 도시한사시도이다. 도 6은 도 5의 VI-VI 선에 따른 단면도이다. 도 7은 도 5의 Vn-νΠ 선에 따른 단면도이다. 도 8은 본 발명의 게 1실시예에 따른 레독스 흐름 전지에 적용되는 흐름 프레임의 부분 구성도 (a)와 횡단면도 (b)이다. 도 9는 본 발명의 게 1실시예의 변형예에 따른 레독스 흐름 전지에 적용되는 흐름 프레임의 부분 구성도 (a)와 횡단면도 (b)이다. 도 10은 본 발명의 게 2실시예에 따른 레독스 흐름 전지에 적용되는 흐름 프레임의 부분 구성도 (a)와 횡단면도 (b)이다. 도 11은 본 발명의 제 2실시예의 변형예에 따른 레독스 흐름 전지에 적용되는 흐름 프레임의 부분 구성도 (a)와 횡단면도 (b)이다. 도 12는 본 발명의 제 3실시예에 따른 레독스 흐름 전지에 적용되는 흐름 프레임의 부분 구성도 (a)와 횡단면도 (b)이다. 도 13은 본 발명의 제 3실시예의 변형예에 따른 레독스 흐름 전지에 적용되는 흐름 프레임의 부분 구성도 (a)와 횡단면도 (b)이다. 도 14는 종래기술 대비, 도 8， 도 10 및 도 12의 제 1， 제 2， 게 3실시예의 흐름 프레임에서 전해액의 압력 손실， 면적가중평균 유출구 속도， 가변 범위 계수， 유속 분포도 (a)와 횡단면 유속 분포도 (b)를 비교한
도면이다. 도 15는 종래기술 대비， 도 9， 도 11 및 도 13의 제 1， 제 2， 제 3실시예의 변형예의 흐름 프레임에서의 압력 손실, 면적가중평균 유출구 속도， 가변 범위 계수， 유속 분포도 (a)와 횡단면 유속 분포도 (b)를 비교한 도면이다. 도 16은 도 10에 적용되는 흐름 프레임에서 분기점의 분기편차 저감부 형상을 도시한 상세도이다. 도 17은 Re수와 게 4분기점 직전에서 유로 채널의 곡를 변수와 대칭 계수 (symmetry coef f ici ent )의 관계를 도시한 그래프이다. 도 18은 Re와 최적화된 제 4분기점 직전에서 유로 채널의 곡를 변수의 관계를 도시한 그래프이다. 도 19는 종래기술에 따른 최종 분기점의 유량 편차와 본 발명의 일 실시예에 따른 최종 분기점의 유량 편차를 비교 도시한 유량 편차도이다. 【발명의 실시를 위한 최선의 형태】 이하， 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며， 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다. 명세서 전체에서， 어떤 부분이 다른 부분과 "연결 "되어 있다고 할 때， 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 만 아니라， 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결1 '된 것도 포함한다. 또한， 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. 명세서 전체에서 층， 막, 영역， 판 등의 부분이 다른 부분 "~위에" 또는 "~상에 " 있다고 할 때 이는 다른 부분의 "바로 위에 " 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 그리고 "~위에1' 또는
"~상에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것을 의미하며， 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하지 않는다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지에 적용되는 스택을 도시한 사시도이고， 도 6은 도 5의 VI-VI 선에 따른 단면도이쪄， 도 7은 도 5의 VH-νΠ 선에 따른 단면도이다. 도 5 내지 도 7을 참조하면， 일 실시예의 레독스 흐름 전지는 전류를 발생시키는 스택 (120)을 구비하고， 전해액 탱크 (미도시)로부터 전해액을 스택 (120)으로 유입하고， 반웅 후 스택 (120)으로부터 전해액을 유출하여 전해액 탱크에 저장하도록 구성된다. 일례로써， 스택 (120)은 전해액을 순환시키면서 전류를 발생시키도록 구성된다. 전해액 탱크는 스택 ( 120)에 전해액을 공급하고， 스택 (120)에서 유출되는 전해액을 저장하도록 구성되어， 전해액 유입라인과 전해액 유출라인으로 연결된다. 예를 들면， 전해액 탱크는 아연을 포함하는 애노드 전해액을 수용하는 애노드 전해액 탱크， 및 브로민을 포함하는 캐소드 전해액을 수용하는 캐소드 전해액 탱크 (편의상， 캐소드 전해액의 2상을 수용하는 2상 전해액 탱크를 도시 생략함)를 포함한다. 전해액 유입라인은 애노드, 캐소드 전해액 탱크와 스택 (120)을 연결하여 전해액 펌프의 구동으로 스택 ( 120)에 전해액을 유입한다. 전해액 유출라인은 애노드， 캐소드 전해액 탱크와 스택 ( 120)을 연결하여 스택 (120)을 경유한 반웅 후의 전해액을 스택 (120)으로부터 유출한다. 스택 (120)은 반복적으로 적층되는 멤브레인 (10)과 스페이서 (20) 및 전극판 (30)， 적층 방향의 양단에 차례로 적층되는 집전판 (61， 62)과 엔드 플레이트 (71， 72)， 및 전해액을 유동시키는 제 1유로 채널 (CH1)과 제 2유로 채널 (CH2)을 포함한다. 전극판 (30)은 일측의 애노드 전극 (32)과 다른 일측의 캐소드 전극 (31)을 포함한다. 엔드 플레이트 (71， 72)는 전해액 유입라인에 연결되는 애노드， 캐소드 전해액 유입구 (H21 , H31)를 제 1， 계 2유로 채널 (CHI , CH2)에 연결한다. 엔드 플레이트 (71， 72)는 전해액 유출라인에 연결되는 애노드， 캐소드 전해액 유출구 (H22 , H32)를 제 1， 제 2유로 채널 (CHI , CH2)에 연결한다.
또한， 스택 (120)은 버스바 (Bl , B2)를 통하여 내부에서 생성된 전류를 방전하거나， 외부의 전원에 연결되어 애노드 전해액 탱크에 전류를 층전할 수 있다. . 스택 (120)은 흐름 프레임， 즉 멤브레인 흐름 프레임 (40)과 전극 흐름 프레임 (50)을 더 포함한다. 스택 (120)은 2개의 단위 셀 (CI , C2)을 구비하므로 1개의 전극 흐름 프레임 (50)을 중앙에 구비하고， 전극 흐름 프레임 (50)의 양측에 좌우 대칭 구조로 2개의 멤브레인 흐름 프레임 (40)을 배치하며， 및 멤브레인 흐름 프레임 (40)의 외곽에 각각 2개의 엔드 플레이트 (71， 72)를 배치하여 형성된다. 멤브레인 (10)은 이온을 통과시키도록 구성되고， 멤브레인 흐름 프레임 (40)에 멤브레인 흐름 프레임 (40)의 두께 방향 중심에 결합된다. 전극판 (30)은 전극 흐름 프레임 (50)에 전극 흐름 프레임 (50)의 두께 방향 중심에 결합된다. 엔드 플레이트 (71)， 멤브레인 흐름 프레임 (40)， 전극 흐름 프레임 (50)， 멤브레인 흐름 프레임 (40) 및 엔드 플레이트 (72)을 배치하고， 멤브레인 (10)과 전극판 (30) 사이에 각각 스페이서 (20)를 개재하여 멤브레인 흐름 프레임 (40)， 전극 흐름 프레임 (50) 및 엔드 플레이트 (71， 72)을 서로 접합함으로써， 2개의 단위 셀 (CI , C2)을 구비한 스택 ( 120)이 형성된다. 전극판 (30)은 2개의 단위 셀 (CI , C2)이 연결되는 부분.에서는 일측으로 캐소드 전극 (31)을 형성하고 다른 측으로 애노드 전극 (32)을 형성하여， 2개의 단위 셀 (CI , C2)을 직렬로 연결하는 바이폴라 전극으로 형성된다. 멤브레인 흐름 프레임 (40)， 전극 흐름 프레임 (50) 및 엔드 플레이트 (71， 72)는 서로 접착되어 멤브레인 ( 10)과 전극판 (30) 사이에 내부 용적 (S)을 설정하며， 내부 용적 (S)에 전해액을 공급하는 제 1， 제 2유로 채널 (CHI , CH2)을 구비한다. 제 1， 계 2유로 채널 (CHI , CH2)은 멤브레인 ( 10)의 양면에서 각각 균일한 압력과 양으로 전해액을 공급하도록 구성된다. 도 5 및 도 6을 참조하면， 제 1유로 채널 (CH1)은 애노드 전해액 유입구 (H21) , 내부 용적 (S) 및 애노드 전해액 유출구 (H22)를 연결하여， 애노드 전해액 펌프의 구동에 의하여， 멤브레인 (10)과 애노드 전극 (32)
사이에 설정되는 내부 용적 (S)으로 애노드 전해액을 유입하여 반웅 후， 유출 가능하게 한다. 도 5 및 도 7을 참조하면， 제 2유로 채널 (CH2)은 캐소드 전해액 유입구 (H31) , 내부 용적 (S) 및 캐소드 전해액 유출구 (H32)를 연결하여 , 캐소드 전해액 펌프의 구동에 의하여， 멤브레인 (10)과 캐소드 전극 (31) 사이에 설정되는 내부 용적 (S)으로 캐소드 전해액을 유입하여 반웅 후， 유출 가능하게 한다. 애노드 전해액은 내부 용적 (S)의 애노드 전극 (32) 측에서 산화환원 반응하여 전류를 생성하여 애노드 전해액 탱크에 저장된다. 캐소드 전해액은 내부 용적 (S)의 캐소드 전극 (31) 측에서 산화환원 반웅하여 전류를 생성하여 캐소드 전해액 탱크에 저장된다. 층전시, 멤브레인 (10)과 캐소드 전극 (31) 사이에서, 2Β → 2Br + 2e~ (식 1) 와 같은 화학 반웅이 일어나서， 캐소드 전해액에 포함된 브로민이 생산되어 캐소드 전해액 탱크에 저장된다. 충전시, 멤브레인 (10)과 애노드 전극 (32) 사이에서， Zn2 + + 2e"→ Zn (식 2) 와 같은 화학 반응이 일어나서， 애노드 전해액에 포함된 아연이 애노드 전극 (32)에 증착되어 저장된다. 방전시， 멤브레인 (10)과 캐소드 전극 (31) 사이에서， 식 1의 역 반웅이 일어나고， 멤브레인 ( 10)과 애노드 전극 (32) 사이에서 식 2의 역 반웅이 일어난다. 집전판 (61， 62)은 캐소드 전극 (31)과 애노드 전극 (32)에서 생성된 전류를 모으거나， 외부에서 캐소드 전극 (31)과 애노드 전극 (32)에 전류를 공급하도록 최외곽 전극판 (30， 30)에 접착되어 전기적으로 연결된다. 도 8은 본 발명의 제 1실시예에 따른 레독스 흐름 전지에 적용되는 흐름 프레임의 부분 구성도 (a)와 횡단면도 (b)이다. 도 8을 참조하면， 제 1실시예에서 흐름 프레임 (즉 멤브레인 흐름 프레임 (40)， 전극 흐름 프레임 (50) )은 내부 용적 (S)에 전해액을 유입하거나 유출하는 전해액 유입라인과 전해액 유출라인을 연결하는 제 1， 제 2유로 채널 (CHI , CH2)을
구비한다 . 편의상， 애노드 전해액 유입구 (H21)에서 내부 용적 (S)으로 유입되는 애노드 전해액을 흐르게 하는 게 1유로 채널 (CH1)에 대하여 설명한다. 제 1유로 채널 (CH1)은 내부 용적 (S)에 연결되는 최종 분기점 (제 5분기점 (b5) ) 측에 구획된 복수의 토출구들 (0L1)을 구비한다. 복수의 토출구들 (0L1)은 중심에서 최소 크기로 개방되고 양측으로 가면서 점진적으로 증가되는 크기로 개방된다 (예를 들면， 흐름 프레임의 폭 방향 (도 8의 좌우 방향)에서) . 이는 애노드 전해액이 복수의 토출구들 (0L1) 중 가운데 영역으로 집중되는 것을 방지하여， 애노드 전해액 유동의 균일한 분배를 가능하게 한다. 일례로써， 복수의 토출구들 (0L1)은 사각형 구조로 형성되고， 설정된 간격 (G1)으로 이격된다. 간격 (G1)은 1mm로 설정된다. 복수의 토출구들 (0L1)은 게 1유로 채널 (CH1)에서 5회 분기된 게 5분기점 (b5) 이후에， 구비된다. 즉 복수의 토출구들 (0L1)은 제 1유로 채널 (CH1)에서 제 5분기점 (b5) 후 내부 용적 (S) 측에 구비되어 다시 하나로 합쳐져서 내부 용적 (S)에 연결된다. 도시하지 않았으나 토출구들은 삼각형， 다각형， 원형 또는 타원형 등으로 형성될 수 있다. 이하 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다. 제 1실시예 및 기 설명된 실시예와 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고， 서로 다른 구성에 대하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 제 1실시예의 변형예에 따른 레독스 흐름 전지에 적용되는 흐름 프레임의 부분 구성도 (a)와 횡단면도 (b)이다. 도 9를 참조하면, 제 1유로 채널 (CH11)에서， 복수의 토출구들 (0L11)은 사각형 구조로 형성되고， 설정된 간격 (G11)으로 이격된다. 간격 (G11)은 0.5mm로 설정된다. 즉 복수의 토출구들 (0L11)은 제 1유로 채널 (CH11)에서 거 15분기점 (b5) 후, 내부 용적 (S) 측에 구비되어 다시 하나로 합쳐져서 내부 용적 (S)에 연결된다. 따라서 제 1실시예의 변형.예에 따른 복수의 토출구들 (0L11)은 제 1실시예에 따른 복수의 토출구들 (0L1)에 비하여， 애노드 전해액을 내부 용적 (S)으로 더 균일하게 토출할 수 있다.
도 10은 본 발명의 계 2실시예에 따른 레독스 흐름 전지에 적용되는 흐름 프레임의 부분 구성도 (a)와 횡단면도 (b)이다. 도 10을 참조하면， 제 2실시예에서, 제 1유로 채널 (CH3)은 내부 용적 (S)에 연결되는 최종 분기점 (제 4분기점 (b4) ) 측에 구획된 복수의 토출구들 (0L3)을 구비한다. 복수의 토출구들 (0L3)은 중심에서 최소 크기로 개방되고 양측으로 가면서 점진적으로 증가되는 크기로 개방된다. ᅳ이는 애노드 전해액이 복수의 토출구들 (0L3) 중 가운데 영역으로 집중되는 것을 방지하여， 애노드 전해액 유동의 균일한 분배를 가능하게 한다. 일례로써， 복수의 토출구들 (0L3)은 사각형 구조로 형성되고， 설정된 간격 (G3)으로 이격된다. 간격 (G3)은 1mm로 설정된다. 복수의 토출구들 (0L3)은 게 1유로 채널 (CH3)에서 4회 분기된 제 4분기점 (b4) 이후에 , 구비된다. 즉 복수의 토출구들 (0L3)은 제 1유로 채널 (CH3)에서 거 분기점 (b4) 후 내부 용적 (S) 측에 구비되어 다시 하나로 합쳐져서 내부 용적 (S)에 연결된다. 제 2실시예에서 복수의 토출구들 (0L3)은 제 1실시예에서 복수의 토출구들 (0L1)과 비교할 때， 더 넓은 범위에 형성되어， 애노드 전해액을 내부 용적 (S)의 보다 넓은 범위에서 더 균일하게 토출할 수 있다. 도 11은 본 발명의 제 2실시예의 변형예에 따른 레독스 흐름 전지에 적용되는 흐름 프레임의 부분 구성도 (a)와 횡단면도 (b)이다. 도 11을 참조하면， 게 1유로 채널 (CH31)에서， 복수의 토출구들 (0L31)은 사각형 구조로 형성되고， 설정된 간격 (G31)으로 이격된다. 간격 (G31)은 0.5mm로 설정된다. 즉 복수의 토출구들 (0L31)은 제 1유로 채널 (CH31)에서 제 4분기점 (b4) 후， 내부 용적 (S) 측에 구비되어 다시 하나로 합쳐져서 내부 용적 (S)에 연결된다. 따라서 제 2실시예의 변형예에 따른 복수의 토출구들 (0L31)은 제 2실시예에 따른 복수의 토출구들 (0L3)에 비하여， 애노드 전해액을 내부 용적 (S)으로 더 균일하게 토출할 수 있다. 도 12는 본 발명의 게 3실시예에 따른 레독스 흐름 전지에 적용되는 흐름 프레임의 부분 구성도 (a)와 횡단면도 (b)이다. 도 12를 참조하면， 제 3실시예에서， 제 1유로 채널 (CH4)은 내부 용적 (S)에 연결되는 최종
분기점 (제 3분기점 (b3) )측에 구획된 복수의 토출구들 (0L4)을 구비한다. 복수의 토출구들 (0L4)은 중심에서 최소 크기로 개방되고 양측으로 가면서 점진적으로 증가되는 크기로 개방된다. 이는 애노드 전해액이 복수의 토출구들 (0L4) 중 가운데 영역으로 집중되는 것을 방지하여， 애노드 전해액 유동와 균일한 분배를 가능하게 한다. 일례로써， 복수의 토출구들 (0L4)은 사각형 구조로 형성되고， 설정된 간격 (G4)으로 이격된다. 간격 (G4)은 1瞧로 설정된다. 복수의 토출구들 (0L4)은 제 1유로 채널 (CH4)에서 3회 분기된 제 3분기점 (b3) 이후에， 구비된다. 즉 복수의 토출구들 (0L4)은 제 1유로 채널 (CH4)에서 제 3분기점 (b3) 후 내부 용적 (S) 측에 구비되어 다시 하나로 합쳐져서 내부 용적 (SHI 연결된다. 제 3실시예에서 복수의 토출구들 (0L4)은 제 2실시예에서 복수의 토출구들 (0L3)과 비교할 때， 더 넓은 범위에 형성되어， 애노드 전해액을 내부 용적 (S)의 보다 넓은 범위에서 더 균일하게 토출할 수 있다. 도 13은 본 발명의 제 3실시예의 변형예에 따른 레독스 흐름 전지에 적용되는 흐름 프레임의 부분 구성도 (a)와 횡단면도 (b)이다. 도 13을 참조하면， 계 1유로 채널 (CH41)에서， 복수의 토출구들 (0L41)은 사각형 구조로 형성되고， 설정된 간격 (G41)으로 이격된다. 간격 (G41)은 0.5mm로 설정된다. 즉 복수의 토출구들 (0L41)은 제 1유로 채널 (CH41)에서 제 3분기점 (b3) 후， 내부 용적. (S) 측에 구비되어 다시 하나로 합쳐져서 내부 용적 (S)에 연결된다. 따라서 제 3실시예의 변형예에 따른 복수의 토출구들 (0L41)은 제 3실시예에 따른 복수의 토출구들 (0L4)에 비하여， 애노드 전해액을 내부 용적 (S)으로 더 균일하게 토출할 수 있다. 도 14는 종래기술 대비， 도 8， 도 10 및 도 12의 제 1， 제 2， 제 3실시예의 흐름 프레임에서 전해액의 압력 손실 (pressure drop) , 면적가중 평균 토출구의 유속 속도 ( ar ea— weighted average out let veloci ty) , 가변 범위 계수 (variabi l i ty range coeff i cient ) , 유속 분포도 (veloci ty magni tude contour ) (a)와 횡단면 유속 분포도 (b)를 비교한 도면이다. 도 14를 참조하면 , 제 1， 제 2， 제 3실시예에서 제 1유로 채널 (CHI , CH3 ,
CH4)은 분기점이 5， 4， 3으로 줄어듦에 따라 압력 손실 (pressure drop)을 점진적으로 줄일 수 있다. 또한 제 2， 제 3실시예에서 제 1유로 채널 (CH3, CH4)은 분기점의 개수를 4, 3개로 줆임에 따라 토출 속도 (area-weighted average outlet velocity)의 균일성을 평가하는 가변 범위 계수 (var iabi 1 ity range coefficient)를 각각 종래기술의 0.18m/s에서 0.064m/s와 0.062m/s로 64%와 65%감소시켰다. 가변 범위 계수 (variability range coefficient)의 최소화로 인하여， 제 1， 제 2， 게 3실시예는 내부 용적 (S)과 제 1유로 채널 (CHI, CH3, CH4)에서 데드존을 제거할 수 있다. 도 15는 종래기술 대비， 도 9， 도 11 및 도 13의 제 1， 제 2， 제 3실시예의 변형예의 흐름 프레임에서 전해액의 압력 손실 (pressure drop), 면적가중 평균 토출구의 유속 속도 (area-weighted average outlet velocity), 가변 범위 계수 (variability range coefficient), 유속 분포도 (velocity magnitude contour)(a)와 횡단면 유속 분포도 (b)를 비교한 도면이다. 도 15를 참조하면， 제 1， 제 2， 제 3실시예의 변형예에서 제 1유로 채널 (CHll, CH31, CH41)은 분기점이 5， 4， 3으로 줄어듦에도 전해액의 압력 손실 (pressure drop), 에 대하여 큰 차이는 없지만 토출 속도 (area—weighted average outlet velocity)의 균일성을 평가하는 가변 범위 계수 (var iabi 1 ity range coefficient)를 제 1， 제 2， 제 3실시예에서보다 더 효율적으로 구현하였다. 가변 범위. 계수의 더 최소화로 인하여， 제 1， 제 2, 제 3실시예의 변형예는 내부 용적 (S)과 제 1유로 채널 (CHll, CH31, CH41)에서 데드존을 더 제거할 수 있다. 도 16은 도 10에 적용되는 흐름 프레임에서 분기점의 분기편차 저감부 형상을 도시한 상세도이다. 도 16을 참조하면， 게 1유로 채널 (CH3)을 n회 (일례로써 4회 ) 분기하는 경우， 제 1유로 채널 (CH3)은 제 n분기점 (일례로써， 게 4분기점 (b4) )과 제 n-1분기점 (일례로써， 게 3분기점 (b3)) 사이에서 분기편차 저감부를 가진다. 분기편차 저감부는 제 4분기점 (b4)에서의 좌우 유량 편차를 개선하는
곡를 변수로써， 길이 (L)에 따라 설정된다. 제 1유로 채널 (CH3)의 폭 중심을 지나는 곡선 (L1)과 제 n분기점 (일례로써， 제 4분기점 (b4) )에서 분배되는 지점에서 폭 중심을 지나는 수직선 (L2)을 그릴 때， 길이 (L)는 하방에서 곡선 (L1)의 끝 지점과 수직선 (L2)이 만나는 제 1지점 (P1)과， 상방에서 곡선 (L1)과 수직선 (L2)이 만나는 제 2지점 (P2) 사이의 직선 거리로 설정되고， 0초과이다. 길이 (L)의 증가에 따라 게 4분기점 (b4) 직전에서 제 1유로 채널 (CH3)의 분기편차 저감부가 증가하고 (a) , 길이 (L)가 영이면 분기편차 저감부가 존재하지 않는다 (b) . 도 17은 Re수와 제 4분기점 직전에서 유로 채널의 곡률 변수와 대칭 계수 (symmetry coef f i cient )의 관계를 도시한 그래프이며， 도 18은 Re와 최적화된 게 4분기점 직전에서 유로 채널의 곡률 변수의 관계를 도시한 그래프이다. 도 17 및 도 18을 참조하면, 해당 곡률에 따른 해석은 Re수 (Reynolds Number ) 250부터 2000에 해당되는 층류 영역에 대해 진행하였다. 제 4분기점 (M)과 제 3분기점 (b3) 사이의 곡률 변수 (분기편차 저감부)인 길이 (L)가 증가함에 따라 대칭 계수 (symmetry coef f i cient )가 감소하며， 이러한 경향은 모든 Re 수에 대해서 유사하다. 각 Re수에 대한 대칭 계수가 0이 되는 곡률 변수인 길이는 2.5匪로 수렴된다. 도 19는 종래기술에 따른 최종 분기점의 유량 편차와 본 발명의 일 실시예에 따른 최종 분기점의 유량 편차를 비교 도시한 유량 편차도이고, 도 19를 참조하면， 최적화된 곡률의 길이 (L)를 적용하여 해석한 결과 종래기술에 비하여， 제 2실시의 분기 편차에 따른 대칭 계수가 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 즉 제 2실시예의 게 1유로 채널 (CH3)의 제 4분기점 (b4)에서의 대칭 계수 (symmetry coef f i cient )는 0.3%로， 기존의 3.9%에 비해 3.6% 개선되었다. 편의상, 종래기술의 제 1유로 채널을 도시하고 있다. 이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만， 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
- 부호의 설명 - 10 ： 멤브레인 20： 스페이서 30 전극판 32： 애노드 전극 31 캐소드 전극 40： 멤브레인 흐름 50 전극 흐름 프레임 61， 62: 집전판 71 72： 엔드 플레이트 120•• —人—ΪΙ 1 L: 길이 L1: 고서 L2 직선 B1, B2: 버스바 b3 제 3분기점 b4: 제 4분기점 b5 제 5분기점 ci, C2: 단위 셀 CHI, CHll, CH3, CH31, CH4, CH41: 제 1유로 채널 CH2: 게 2유로 채널 Gl, Gil, G3, G31, G4, G41: 간격 H21, H31: 애노드， 캐소드 전해액 유입구 H22, H32: 애노드， 캐소드 전해액 유출구 0L1, OLll, 0L3, 0L31, 0L4, 0L41: 토출구 PI, P2: 제 1, 제 2지점 S: 내부 용적
A redox flow battery is introduced. The redox flow battery according to one embodiment of the present invention comprises a stack for generating a current in an electrolytic solution, which flows into an electrolytic solution inflow line, and discharging the electrolytic solution to an electrolytic solution outflow line, wherein the stack comprises membranes, spacers and electrode plates, which are repeatedly stacked so as to form an inner volume, and a flow frame for accommodating the membranes and the electrode plates, the flow frame comprises a flow channel connected to the electrolytic solution inflow line and the electrolytic solution outflow line through which the electrolytic solution flows into or is discharged from the inner volume, and the flow channel comprises a plurality of discharge holes at one flow channel divided at the final bifurcation point connected to the inner volume. 【청구의 범위】 【청구항 1】 전해액 유입라인으로 유입되는 전해액으로 전류를 생성하고 전해액 유출라인으로 전해액을 유출하는 스택을 포함하며， 상기 스택은 반복적으로 적층되어 내부 용적을 형성하는 멤브레인과 스페이서 및 전극판， 및 상기 멤브레인과 상기 전극판을 수용하는 흐름 프레임을 포함하고， 상기 흐름 프레임은 상기 내부 용적에 전해액을 유입하거나 유출하는 상기 전해액 유입라인과 상기 전해액 유출라인에 연결되는 유로 채널을 포함하며， 상기 유로 채널은 상기 내부 용적에 연결되는 최종 분기점 측에 구획된 1개의 유로 채널에 복수의 토출구들을 구비하는 레독스 흐름 전지 . 【청구항 2】 게 1항에 있어서， 상기 복수의 토출구들은 중심에서 최소 크기로 개방되고 양측으로 가면서 점진적으로 증가되는 크기로 개방되는 레독스 흐름 전지. 【청구항 3] 제 1항에 있어서， 상기 복수의 토출구들은 설정된 간격으로 이격되는 레독스 흐름 전지. 【청구항 4】 게 1항에 있어서, 상기 유로 채널은 3~5회로 분기된 후, 복수의 토출구들을 구비하는 레독스 흐름 전지 . 【청구항 5】 제 1항에 있어서, 상기 유로 채널을 n회 분기하는 경우 상기 유로 채널은 제 n분기점과 제 n-1분기점 사이에서 분기편차 저감부를 가지는 레독스 흐름 전지. 【청구항 6】 게 5항에 있어서, 상기 유로 채널의 분기편차 저감부는 상기 유로 채널의 폭 중심을
지나는 곡선 (LI)과 상기 n분기점에서 분배되는 지점에서 폭 중심을 지나는 수직선 (L2)을 그릴 때， 하방에서 곡선 (L1)의 끝 지점과 수직선 (L2)이 만나는 제 1지점 (P1)과， 상방에서 곡선 (L1)과 수직선 (L2)이 만나는 거 12지점 (P2) 사이의 직선 거리로 설정되고， 0초과인 레독스 흐름 전지. 【청구항 7】 제 6항에 있어서, 상기 유로 채널은 Re수 500 내지 2000의 유동 특성을 가지는 레독스 흐름 전지 .