KR102334441B1 - 열에너지로부터 전기를 생성하기 위한 이차 전지 - Google Patents

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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.

Description

열에너지로부터 전기를 생성하기 위한 이차 전지{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.
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.
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.
[특허문헌 1] 한국등록특허 제10-1653299호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 열에너지로부터 전기를 생성하는 이차 전지를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
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.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
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.
실시예에서, 상기 제1 물질의 전위는, 상기 온도가 감소하는 경우 증가할 수 있다.
실시예에서, 상기 제2 물질의 전위는, 상기 온도가 증가하는 경우 감소할 수 있다.
실시예에서, 상기 양극부의 제1 물질은, Cu[Fe(CN)6]를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 음극부의 제2 물질은, Co[Fe(CN)6]을 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 이차 전지의 충전 전압은, 상기 온도가 증가하는 경우 감소할 수 있다.
실시예에서, 상기 이차 전지의 방전 전압은, 상기 온도가 감소하는 경우 증가할 수 있다.
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.
실시예에서, 상기 온도는, 외부로부터 공급되는 열에너지에 의해 조절될 수 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
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.
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.
본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
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.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
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.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 열에너지로부터 전기를 생성하는 이차 전지를 설명한다.
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.
도 1 및 2를 참고하면, 이차 전지(100)는 양극부(110) 및 음극부(120)를 포함할 수 있다.
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.
예를 들어, 양극부(110)의 제1 물질은 Cu[Fe(CN)6]를 포함할 수 있다.
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.
예를 들어, 음극부(120)의 제2 물질은 Co[Fe(CN)6]을 포함할 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
따라서, 이와 같은 이차 전지(100)는 외부 전기를 통해 충전을 수행하고, 또한, 열에너지를 이용하여 충전을 수행할 수 있다.
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.
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.
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.
도 4a 내지 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 변화에 대한 이차 전지(100)의 충방전 전압 성능 그래프를 도시한 도면이다.
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.
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.
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.
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.
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.
본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
100: 이차 전지
110: 양극부
120: 음극부

Claims (9)

  1. 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.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 물질의 전위는, 상기 온도가 감소하는 경우 증가하는,
    이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 물질의 전위는, 상기 온도가 증가하는 경우 감소하는,
    이차 전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 양극부의 제1 물질은, Cu[Fe(CN)6]를 포함하는,
    이차 전지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 음극부의 제2 물질은, Co[Fe(CN)6]을 포함하는,
    이차 전지.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 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.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 온도는,
    외부로부터 공급되는 열에너지에 의해 조절되는,
    이차 전지.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9680152B2 (en) 2012-03-28 2017-06-13 Sharp Laboratories Of America, Inc. Transition metal hexacyanoferrate battery with carbonaceous anode

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8951673B2 (en) * 2011-06-22 2015-02-10 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University High rate, long cycle life battery electrode materials with an open framework structure
CN104350636B (zh) 2012-07-09 2017-11-03 株式会社Lg 化学 用于高电压的正极活性材料和包含其的锂二次电池

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9680152B2 (en) 2012-03-28 2017-06-13 Sharp Laboratories Of America, Inc. Transition metal hexacyanoferrate battery with carbonaceous anode

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7, 23862-23867*
Nano Letters. 2014, 14, 6578-6583*

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