KR102334441B1 - Secondary battery for generating electricity from thermal energy - Google Patents

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울산과학기술원
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Abstract

본 발명은 열에너지로부터 전기를 생성하는 이차 전지에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 온도가 증가하는 경우 전위가 감소하는 제1 물질로 구성된 양극부; 및 온도가 감소하는 경우 전위가 증가하는 제2 물질로 구성된 음극부;를 포함할 수 있다. The present invention relates to a secondary battery for generating electricity from thermal energy. A secondary battery according to an embodiment of the present invention includes: a positive electrode part made of a first material whose potential decreases when a temperature increases; and a cathode portion made of a second material whose potential increases when the temperature decreases.

Description

열에너지로부터 전기를 생성하기 위한 이차 전지{Secondary battery for generating electricity from thermal energy}Secondary battery for generating electricity from thermal energy

본 발명은 열에너지로부터 전기를 생성하는 이차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 버려지는 열에너지를 이용하여 충방전을 수행하여 전기를 생성하기 위한 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery for generating electricity from thermal energy, and more particularly, to a secondary battery for generating electricity by performing charging and discharging using wasted thermal energy.

일반적으로 전지는 양극과 음극에 전기 화학 반응이 가능한 물질을 사용함으로써 전력을 발생시키는 것을 의미한다. 이러한 전지 중 대표적인 예로는 양극 및 음극에서 나트륨 이온이 인터칼레이션/디인터칼레이션될 때의 화학전위(chemical potential)의 변화에 의하여 전기 에너지를 생성하는 이차 전지가 있다.In general, a battery means generating electric power by using a material capable of an electrochemical reaction for an anode and a cathode. A typical example of such a battery is a secondary battery that generates electrical energy by a change in chemical potential when sodium ions are intercalated/deintercalated at a positive electrode and a negative electrode.

이 경우, 이차 전지의 충방전 전압은 양극부의 전위와 음극부의 전위의 차이에 의해 결정된다. 이 때, 충방전 전압을 효율적으로 구현하는 기술에 대한 요구가 증가하고 있으나, 이에 대한 연구는 미흡한 실정이다. In this case, the charging/discharging voltage of the secondary battery is determined by the difference between the potential of the positive electrode and the potential of the negative electrode. At this time, although the demand for a technology for efficiently realizing a charge/discharge voltage is increasing, research on this is insufficient.

[특허문헌 1] 한국등록특허 제10-1653299호[Patent Document 1] Korean Patent No. 10-1653299

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 열에너지로부터 전기를 생성하는 이차 전지를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention was created to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a secondary battery that generates electricity from thermal energy.

또한, 본 발명은 온도가 증가함에 따라 양극부의 전위는 감소하고 음극부의 전위는 증가하여 이차 전지의 충전 전압을 감소시키고, 온도가 감소함에 따라 양극부의 전위는 증가하고 음극부의 전위는 감소하여 이차 전지의 방전 전압을 증가시키기 위한 이차 전지를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. In the present invention, as the temperature increases, the potential of the positive electrode decreases and the potential of the negative electrode increases to decrease the charging voltage of the secondary battery, and as the temperature decreases, the potential of the positive electrode increases and the potential of the negative electrode decreases, so that the secondary battery An object of the present invention is to provide a secondary battery for increasing the discharge voltage of

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood from the description below.

상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 온도가 증가하는 경우 전위가 감소하는 제1 물질로 구성된 양극부; 및 온도가 감소하는 경우 전위가 증가하는 제2 물질로 구성된 음극부;를 포함할 수 있다.In order to achieve the above objects, a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode part made of a first material whose potential decreases when a temperature increases; and a cathode portion made of a second material whose potential increases when the temperature decreases.

실시예에서, 상기 제1 물질의 전위는, 상기 온도가 감소하는 경우 증가할 수 있다.In an embodiment, the potential of the first material may increase when the temperature decreases.

실시예에서, 상기 제2 물질의 전위는, 상기 온도가 증가하는 경우 감소할 수 있다.In an embodiment, the potential of the second material may decrease when the temperature increases.

실시예에서, 상기 양극부의 제1 물질은, Cu[Fe(CN)6]를 포함할 수 있다.In an embodiment, the first material of the anode part may include Cu[Fe(CN) 6 ].

실시예에서, 상기 음극부의 제2 물질은, Co[Fe(CN)6]을 포함할 수 있다. In an embodiment, the second material of the negative electrode part may include Co[Fe(CN) 6 ].

실시예에서, 상기 이차 전지의 충전 전압은, 상기 온도가 증가하는 경우 감소할 수 있다. In an embodiment, the charging voltage of the secondary battery may decrease when the temperature increases.

실시예에서, 상기 이차 전지의 방전 전압은, 상기 온도가 감소하는 경우 증가할 수 있다. In an embodiment, the discharge voltage of the secondary battery may increase when the temperature decreases.

실시예에서, 상기 이차 전치의 충전 전압 또는 방전 전압은, 상기 온도에 따른 상기 제1 물질의 전위와 상기 제2 물질의 전위의 차이에 기반하여 결정될 수 있다. In an embodiment, the charging voltage or the discharging voltage of the secondary dislocation may be determined based on a difference between the potential of the first material and the potential of the second material according to the temperature.

실시예에서, 상기 온도는, 외부로부터 공급되는 열에너지에 의해 조절될 수 있다.In an embodiment, the temperature may be controlled by thermal energy supplied from the outside.

상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.Specific details for achieving the above objects will become clear with reference to the embodiments to be described in detail below in conjunction with the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해서 제공되는 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be configured in various different forms, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains ( Hereinafter, "a person skilled in the art") is provided to fully inform the scope of the invention.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 온도가 증가함에 따라 양극부의 전위는 감소하고 음극부의 전위는 증가함에 따라 더 낮은 에너지로 충전을 수행하고, 온도가 감소함에 따라 양극부의 전위는 증가하고 음극부의 전위는 감소함에 따라 방전 시 더 많은 에너지를 생성할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, as the temperature increases, the potential of the anode section decreases and the potential of the cathode section increases, charging is performed with lower energy, and as the temperature decreases, the potential of the anode section increases and the potential of the cathode section increases can generate more energy during discharging as α decreases.

본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and potential effects expected by the technical features of the present invention will be clearly understood from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 충방전 전압 그래프를 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 변화에 대한 양극부의 전압 그래프를 도시한 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 변화에 대한 음극부의 전압 그래프를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 변화에 대한 이차 전지의 충방전 전압 성능 그래프를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a charge/discharge voltage graph of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
3A is a diagram illustrating a voltage graph of an anode portion with respect to a temperature change according to an embodiment of the present invention.
3B is a diagram illustrating a voltage graph of a cathode unit with respect to a temperature change according to an embodiment of the present invention.
4A to 4E are diagrams illustrating a charge/discharge voltage performance graph of a secondary battery with respect to a temperature change according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail.

청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.Various features of the invention disclosed in the claims may be better understood upon consideration of the drawings and detailed description. The apparatus, methods, preparations, and various embodiments disclosed herein are provided for purposes of illustration. The disclosed structural and functional features are intended to enable those skilled in the art to specifically practice the various embodiments, and are not intended to limit the scope of the invention. The disclosed terms and sentences are for the purpose of easy-to-understand descriptions of various features of the disclosed invention, and are not intended to limit the scope of the invention.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 열에너지로부터 전기를 생성하는 이차 전지를 설명한다.Hereinafter, a secondary battery for generating electricity from thermal energy according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)를 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 충방전 전압 그래프를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention. 2 is a diagram illustrating a charge/discharge voltage graph of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 2를 참고하면, 이차 전지(100)는 양극부(110) 및 음극부(120)를 포함할 수 있다. 1 and 2 , the secondary battery 100 may include a positive electrode part 110 and a negative electrode part 120 .

일 실시예에서, 양극부(110)는 온도가 증가하는 경우 전위가 감소하는 제1 물질로 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 물질의 전위는 온도가 감소하는 경우 증가할 수 있다.In an embodiment, the anode part 110 may be made of a first material whose potential decreases when the temperature increases. In this case, the potential of the first material may increase when the temperature decreases.

예를 들어, 양극부(110)의 제1 물질은 Cu[Fe(CN)6]를 포함할 수 있다. For example, the first material of the anode part 110 may include Cu[Fe(CN) 6 ].

일 실시예에서, 음극부(120)는 온도가 감소하는 경우 전위가 증가하는 제2 물질로 구성될 수 있다. 이 경우, 제2 물질의 전위는 온도가 증가하는 경우 감소할 수 있다. In an embodiment, the cathode part 120 may be made of a second material whose potential increases when the temperature decreases. In this case, the potential of the second material may decrease when the temperature increases.

예를 들어, 음극부(120)의 제2 물질은 Co[Fe(CN)6]을 포함할 수 있다. For example, the second material of the negative electrode part 120 may include Co[Fe(CN) 6 ].

일 실시예에서, 이차 전지(100)의 충전 전압 또는 방전 전압은 온도에 따른 제1 물질의 전위와 제2 물질의 전위의 차이에 기반하여 결정될 수 있다. 여기서, 온도는 외부로부터 공급되는 열에너지에 의해 조절될 수 있다. In an embodiment, the charging voltage or discharging voltage of the secondary battery 100 may be determined based on a difference between the potential of the first material and the potential of the second material according to temperature. Here, the temperature may be controlled by thermal energy supplied from the outside.

이에 따라, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100)의 충전 전압은 온도가 증가하는 경우 감소할 수 있다. 또한, 이차 전지(110)의 방전 전압은 온도가 감소하는 경우 증가할 수 있다. Accordingly, the charging voltage of the secondary battery 100 according to various embodiments of the present disclosure may decrease when the temperature increases. Also, the discharge voltage of the secondary battery 110 may increase when the temperature decreases.

즉, 본 발명의 다양한 실시예에 따를 때, 온도가 증가함에 따라 양극부(110)의 전위는 감소하고, 음극부(120)의 전위는 증가하면서 이차 전지(100)의 충전 전압은 감소하게 될 수 있다. 이 때, 충전을 수행하면, 이차 전지(100)는 온도가 증가하기 전에 비하여 더 낮은 에너지로 충전을 수행할 수 있다. That is, according to various embodiments of the present disclosure, as the temperature increases, the potential of the positive electrode unit 110 decreases, and the potential of the negative electrode unit 120 increases while the charging voltage of the secondary battery 100 decreases. can In this case, when charging is performed, the secondary battery 100 may be charged with lower energy than before the temperature increases.

반면, 온도가 감소함에 따라 양극부(110)의 전위는 증가하고, 음극부(120)의 전위는 감소하면서 이차 전지(110)의 방전 전압은 증가하게 될 수 있다. 이 때, 방전을 수행하면, 이차 전지(100)는 온도가 감소하기 전에 비하여 더 많은 에너지로 방전을 수행할 수 있다.On the other hand, as the temperature decreases, the potential of the positive electrode part 110 may increase and the potential of the negative electrode part 120 may decrease while the discharge voltage of the secondary battery 110 may increase. In this case, when discharging is performed, the secondary battery 100 may perform discharging with more energy than before the temperature is decreased.

즉, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100)는 온도 변화에 따라 더 적은 에너지로 충전을 수행하고, 방전 시 더 많은 에너지를 발생시킬 수 있다. That is, the secondary battery 100 according to various embodiments of the present disclosure may be charged with less energy according to a change in temperature, and may generate more energy during discharging.

따라서, 이와 같은 이차 전지(100)는 외부 전기를 통해 충전을 수행하고, 또한, 열에너지를 이용하여 충전을 수행할 수 있다. Accordingly, the secondary battery 100 may be charged through external electricity, and may also be charged using thermal energy.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 변화에 대한 양극부(110)의 전압 그래프를 도시한 도면이다. 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 변화에 대한 음극부(120)의 전압 그래프를 도시한 도면이다.3A is a diagram illustrating a voltage graph of the anode unit 110 with respect to a temperature change according to an embodiment of the present invention. 3B is a diagram illustrating a voltage graph of the cathode unit 120 with respect to a temperature change according to an embodiment of the present invention.

도 3a를 참고하면, 양극부(110)의 제1 물질은 Cu[Fe(CN)6]를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 물질인 Cu[Fe(CN)6]는 온도가 증가함에 따라 양극부(110)의 전위가 감소할 수 있다. Referring to FIG. 3A , the first material of the anode part 110 may include Cu[Fe(CN) 6 ]. In this case, as the temperature of Cu[Fe(CN) 6 ] as the first material increases, the potential of the anode part 110 may decrease.

도 3b를 참고하면, 음극부(120)의 제2 물질은 Co[Fe(CN)6]을 포함할 수 있다. 제2 물질인 Co[Fe(CN)6]는 온도가 증가함에 따라 음극부(110)의 전위가 감소하는 용량 구간과 증가하는 용량 구간이 존재한다. 여기서, 전위가 증가하는 용량 구간을 통해 이차 전지(100)의 음극부(110)로 구성할 수 있다. Referring to FIG. 3B , the second material of the negative electrode part 120 may include Co[Fe(CN) 6 ]. The second material, Co[Fe(CN) 6 ], has a capacitance section in which the potential of the cathode unit 110 decreases and a capacitance section in which the potential of the cathode unit 110 increases as the temperature increases. Here, it may be configured as the negative electrode part 110 of the secondary battery 100 through a capacity section in which the potential increases.

도 4a 내지 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 변화에 대한 이차 전지(100)의 충방전 전압 성능 그래프를 도시한 도면이다.4A to 4E are diagrams illustrating a charging/discharging voltage performance graph of the secondary battery 100 with respect to a temperature change according to an embodiment of the present invention.

만약 양극부(110)와 음극부(120)의 전위가 온도 변화에 따라 같은 방향으로 증가하거나 감소하는 경우 이차 전지(100)가 에너지를 충분히 생성할 수 없기 때문에, 이차 전지(100)의 제1 물질과 제2 물질이 온도 변화에 다른 전위차가 충분한지 확인해야 한다. If the potential of the positive electrode part 110 and the negative electrode part 120 increases or decreases in the same direction according to the temperature change, since the secondary battery 100 cannot sufficiently generate energy, the first It should be checked that the potential difference between the material and the second material is sufficient for the temperature change.

이에, 도 4a 내지 4e를 참고하면, 20도와 60도의 온도 변화에서 얼마나 많은 에너지가 생성되는지 확인할 수 있다. 이 경우, 20도와 60도의 범위에서 1.22%의 추가적인 효율을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. Accordingly, referring to FIGS. 4A to 4E , it can be confirmed how much energy is generated in a temperature change of 20 degrees and 60 degrees. In this case, it can be confirmed that an additional efficiency of 1.22% can be obtained in the range of 20 degrees and 60 degrees.

또한, 이러한 본 발명의 이차 전지(100)에 따르면, 이차 전지(100)는 태양 전지에서 생성되는 에너지를 저장할 수 있으며, 이 경우, 낮에 태양 전지에 의해 이차 전지(100)가 충전될 때 평소보다 적은 에너지가 필요하며, 온도가 낮은 밤에 이차 전지(100)가 방전을 수행하는 경우, 충전될 때보다 더 큰 에너지를 이용할 수 있다. In addition, according to the secondary battery 100 of the present invention, the secondary battery 100 can store energy generated from the solar battery. In this case, when the secondary battery 100 is charged by the solar battery during the day, it is usually Less energy is required, and when the secondary battery 100 discharges at night when the temperature is low, more energy can be used than when it is charged.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.

따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Accordingly, the embodiments disclosed in the present specification are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to illustrate, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments.

본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.The protection scope of the present invention should be construed by the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be understood to be included in the scope of the present invention.

100: 이차 전지
110: 양극부
120: 음극부100: secondary battery
110: positive electrode
120: cathode

Claims (9)

이차 전지에 있어서,
온도가 증가하는 경우 전위가 감소하는 제1 물질로 구성된 양극부; 및
온도가 감소하는 경우 전위가 증가하는 제2 물질로 구성된 음극부;
를 포함하고,
상기 이차 전지의 충전 전압은, 상기 온도가 증가하는 경우 감소하고,
상기 이차 전지의 방전 전압은, 상기 온도가 감소하는 경우 증가하는,
이차 전지.
In the secondary battery,
an anode portion made of a first material whose potential decreases when the temperature increases; and
a cathode portion made of a second material whose potential increases when the temperature decreases;
including,
The charging voltage of the secondary battery decreases when the temperature increases,
The discharge voltage of the secondary battery increases when the temperature decreases,
secondary battery.
 제1항에 있어서,
상기 제1 물질의 전위는, 상기 온도가 감소하는 경우 증가하는,
이차 전지.
According to claim 1,
The potential of the first material increases as the temperature decreases,
secondary battery.
 제2항에 있어서,
상기 제2 물질의 전위는, 상기 온도가 증가하는 경우 감소하는,
이차 전지.
3. The method of claim 2,
The potential of the second material decreases as the temperature increases,
secondary battery.
 제2항에 있어서,
상기 양극부의 제1 물질은, Cu[Fe(CN)6]를 포함하는,
이차 전지.
3. The method of claim 2,
The first material of the anode part, including Cu[Fe(CN) 6 ],
secondary battery.
 제3항에 있어서,
상기 음극부의 제2 물질은, Co[Fe(CN)6]을 포함하는,
이차 전지.
4. The method of claim 3,
The second material of the negative electrode, including Co[Fe(CN) 6 ],
secondary battery.
 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 이차 전지의 충전 전압 또는 방전 전압은,
상기 온도에 따른 상기 제1 물질의 전위와 상기 제2 물질의 전위의 차이에 기반하여 결정되는,
이차 전지.
According to claim 1,
The charging voltage or discharging voltage of the secondary battery is,
determined based on a difference between the potential of the first material and the potential of the second material with respect to the temperature,
secondary battery.
 제1항에 있어서,
상기 온도는,
외부로부터 공급되는 열에너지에 의해 조절되는,
이차 전지.According to claim 1,
The temperature is
Controlled by thermal energy supplied from the outside,
secondary battery.
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