KR101731282B1 - 납축전지용 활물질 및 이를 이용한 납축전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 납축전지의 전극 제조시 적용 되는 활물질 페이스트 첨가제에 대한 것으로서, 다공성 실리카 나노튜브를 납축전지 활물질에 첨가 하여, 황산(전해액)과 활물질 사이의 접촉 표면적, 반응 표면적 증대와 황산 이온의 (S04-) 원활한 이동을 도와 납축전지의 성능 향상을 도모한 것이다. 이에 본 발명은 납축전지용 활물질에 있어서, 납축전지의 활물질 페이스트에 다공성 실리카 나노튜브가 첨가되는 것을 특징으로 하는 납축전지용 활물질을 제공한다.
Description
본 발명은 납축전지의 전극 제조시 적용 되는 활물질 페이스트 첨가제에 대한 것으로서, 다공성 실리카 나노튜브를 납축전지 활물질에 첨가 하여, 황산(전해액)과 활물질 사이의 접촉 표면적, 반응 표면적 증대와 황산 이온의 (S04-) 원활한 이동을 도와 납축전지의 성능 향상을 도모한 것이다.
본 발명은 납축전지의 활물질 페이스트 제조시 첨가 되어 지는 다공성 실리카 나노튜브에 관한 것이다. 종래의 납축전지는 활물질이라고 하는 납으로 된 페이스트 형태를 납 기판에 도포하여, 극판을 형성, 이러한 극판의 전기적인 단락 형태를 방지 하기 위하여, 부도체 및 다공성이 부여된 격리판으로 감싸며, 양극과 음극을 구분하고, 여러장으로 중첩하여, 극판군을 형성하고 있다. 이러한 극판군은 배터리 용량에 따라 직렬로 접속되어 전조 (Case) 안에 넣어지고, 묽은 황산(H2SO4)으로 된 전해액에 잠기게 하고 전기를 부여 해줌으로써 납축전지의 역할을 하게 된다.
등록특허 10-0483246 '음극활물질 및 그 제조방법 그리고 납축전지'는 리그닌이 납분말에 첨가되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 음극(負極)활물질에 관한 기술을 개시한 바 있다. 그러나 상기의 기술은 활물질의 수명을 향상시킨 효과는 기대할 수 있으나 표면적의 증대 및 황산이온 투과력 증대의 효과를 기대하기는 어려웠다.
종래의 납축전지 활물질을 제조함에 있어서 광명단 (Pb3O4), 과붕산나트륨, 화이버, 리그닌, 바륨설페이트, 카본 블랙과 같은 물질을 혼합 하여 납 으로 된 기판에 도포하여 제조한다. 이렇게 제조된 납축전지의 극판은 도포시 압력 및 설계 된 밀도로 인하여, 활물질과 황산(전해액)과의 접촉면적이 작고, 활물질 내의 기공도 형성이 작아 황산 이온의 반응이 적어 성능이 기대에 미치지 못한 문제가 있었다.
이에, 본 발명은 납축전지용 활물질에 있어서, 납축전지의 활물질 페이스트에 다공성 실리카 나노튜브가 첨가되는 것을 특징으로 하는 납축전지용 활물질을 제공함으로써 상기의 과제를 해결하고자 한다.
본 발명에 따르면, 다공성 실리카 나노튜브를 적용하여 황산 이온이 드나들수 있는 통로를 확보 하고, 다공성 실리카 나노튜브가 가진 특성으로 활물질 내의 황산 침투 증대 및 높은 기공형성률을 구현하여 납축전지의 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 납축전지 저율방전 특성 확인하는 그래프로 축전지 용량에 대하여 일정 전류로 (축전지 대비) 전압이 10.5V에 도달할 때까지 의 방전용량(AH)을 측정한 그래프이다. (여기서 3.5A는 용량 70AH의 20HR율 전류값을 나타내는 것임)
도 2 는 저온에서 (-18℃)에서의 고율 방전 특성을 알아보기 위한 것으로 축전지 용량에 맞추어 7.2V에 도달하기까지의 유지시간을 나타낸 그래프이다.
도 3 는 0℃ 온도에서 부분 방전된 밧데리가 정전압 충전으로부터 어느 정도의 전류를 받느냐에 따른 능력을 측정한 그래프 (10분 기준) (실험방법은 일정량의 부분 방전을 한 배터리를 (0℃)에 보관 한 뒤, 정전압 충전에 의해 전류를 받아들이는 능력을 검증하는 것이다.)
도4는 도 1,2,3의 그래프 데이터를 수치화 하여 나타낸 표이다.
도 2 는 저온에서 (-18℃)에서의 고율 방전 특성을 알아보기 위한 것으로 축전지 용량에 맞추어 7.2V에 도달하기까지의 유지시간을 나타낸 그래프이다.
도 3 는 0℃ 온도에서 부분 방전된 밧데리가 정전압 충전으로부터 어느 정도의 전류를 받느냐에 따른 능력을 측정한 그래프 (10분 기준) (실험방법은 일정량의 부분 방전을 한 배터리를 (0℃)에 보관 한 뒤, 정전압 충전에 의해 전류를 받아들이는 능력을 검증하는 것이다.)
도4는 도 1,2,3의 그래프 데이터를 수치화 하여 나타낸 표이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
종래의 납축전지 활물질을 제조함에 있어서 광명단 (Pb3O4), 과붕산나트륨, 화이버, 리그닌, 바륨설페이트, 카본 블랙과 같은 물질을 혼합 하여 납 으로 된 기판에 도포하여 제조한다. 이렇게 제조된 납축전지의 극판은 도포시 압력 및 설계 된 밀도로 인하여, 활물질과 황산(전해액)과의 접촉면적이 작고, 활물질 내의 기공도 형성이 작아 황산 이온의 반응이 적어 성능이 기대에 미치지 못한 문제가 있다. 이에, 본 발명은 다공성 실리카 나노튜브를 적용하여 황산 이온이 드나들수 있는 통로를 확보 하고, 다공성 실리카 나노튜브가 가진 특성으로 활물질 내의 황산 침투 증대 및 높은 기공형성률을 구현하고자 한다.
이에, 본 발명은 납축전지용 활물질에 있어서, 납축전지의 활물질 페이스트에 다공성 실리카 나노튜브가 첨가되는 것을 특징으로 하는 납축전지용 활물질을 제공한다.
상기 다공성 실리카 나노튜브는 전체 납축전지 활물질 페이스트 중량 대비 0.1 ~ 5wt%로 첨가되는 것이 바람직하다.
필요에 따라, 상기 실리카 나노튜브에 부가하여 전체 납축전지 활물질 페이스트 중량 대비 0.05~2.0wt%로 탄소나노튜브가 첨가될 수 있다. 탄소나노튜브는 그 구조적인 형태에 의해 넓은 반응 면적을 가지고 있으며, 전자를 받아들이는 즉 전자 억셉터(acceptor) 역할을 크게 함으로써 전자의 흐름을 지연시키고 방전의 효과를 최소화 시켜 성능향상을 기대할 수 있게 한다.
또한, 본 발명은 납축전지의 극판에 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 납축전지용 활물질이 도포된 것을 특징으로 하는 납축전지를 제공한다.
본 발명을 통하여, 납축전지의 성능 시험을 실시하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
1) 20Hr 캐퍼시티(Capacity) (Ah)
도 1은 납축전지 저율방전 특성 확인하는 그래프로 축전지 용량에 대하여 일정 전류로 (축전지 대비) 전압이 10.5V에 도달할 때까지 의 방전용량(AH)을 측정한 그래프이다. (여기서 3.5A는 용량 70AH의 20HR율 전류값을 나타내는 것임)
상온 수조에서 납축전지 저율 방전을 하는 시험으로 표기치 Ah 기준의 1/20A로 방전 하여(70A 기준시 3.75A) 축전지 방전이 10.5 V 까지의 방전용량 (AH)를 측정하였다.
본 시험 결과 비교 예 (종래 대비) 약 3~5%의 용량 상승 효과의 결과를 얻을 수 있었다.
2) 저온 시동력 (Cold Cranking Ampere, A)
도 2 는 저온에서 (-18℃)에서의 고율 방전 특성을 알아보기 위한 것으로 축전지 용량에 맞추어 7.2V에 도달하기까지의 유지시간을 나타낸 그래프이다. 본 시험은 겨울철 및 추운 지역에서의 시동력을 알아 보기 위한 시험으로 저온 (-18℃) 환경에서의 고율 방전 시험이다.축전지 표기치 (630A) 기준으로 30초간 고율로 방전 후 컷오프(Cut off) 전압이 7.2V 이상 이어야 하며, 컷오프(Cut off) 전압이 높을수록 저온 시동능력이 우수하다고 판단한다. 도2의 그래프에서 나타난 바와 같이 다공성실리카나노튜브를 적용한 본원발명의 유지시간이 더 많음을 확인할 수 있다.
3) 충전수입성
도 3 는 0℃ 온도에서 부분 방전된 밧데리가 정전압 충전으로부터 어느 정도의 전류를 받느냐에 따른 능력을 측정한 그래프 (10분 기준) (실험방법은 일정량의 부분 방전을 한 배터리를 (0℃)에 보관 한 뒤, 정전압 충전에 의해 전류를 받아들이는 능력을 검증하는 것이다.) 0℃ 온도에서 부분 방전된 밧데리가 정전압 충전으로부터 어느 정도의 전류를 수용하는지의 능력을 측정하였다. 다공성실리카나노튜브를 적용한 본원발명의 전류수용능력이 더 큼을 확인할 수 있다.
도4는 도 1,2,3의 그래프 데이터를 수치화 하여 나타낸 표로서 20Hr 캐퍼시티(Capacity) (Ah), 저온 시동력 (Cold Cranking Ampere, A), 충전수입성의 전 부문에서 본원발명의 성능적 향상을 확인할 수 있다.
본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다. 또한, 청구항 부호는 이해를 돕기 위한 것일 뿐 본 발명의 형상과 구조를 첨부된 도면에 한정한다는 뜻이 아니다.
Claims (4)
- 납축전지용 활물질에 있어서,
납축전지의 활물질 페이스트에 다공성 실리카 나노튜브가 첨가되며,
상기 다공성 실리카 나노튜브는 전체 납축전지 활물질 페이스트 중량 대비 0.1 ~ 5wt%로 첨가되고,
상기 실리카 나노튜브에 부가하여 전체 납축전지 활물질 페이스트 중량 대비 0.05∼2.0wt%로 탄소나노튜브가 첨가되는 것을 특징으로 하는 납축전지용 활물질.
- 삭제
- 삭제
- 납축전지에 있어서,
납축전지의 극판에 청구항 제1항의 납축전지용 활물질이 도포된 것을 특징으로 하는 납축전지.
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KR20210017164A (ko) * | 2019-08-07 | 2021-02-17 | 주식회사 한국아트라스비엑스 | 규조토 단섬유를 첨가한 납축전지용 음극 활물질 제조 방법 |
CN114335756A (zh) * | 2021-01-11 | 2022-04-12 | 骆驼集团襄阳蓄电池有限公司 | 一种电解液及制造方法和该电解液制备的铅酸蓄电池 |
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