KR20190069079A - Metal air battery and case for the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 기술적 사상은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속 공기전지 및 금속 공기전지용 케이스에 관한 것이다.Technical aspects of the present invention relate to a secondary battery, and more particularly, to a metal air battery and a case for a metal air battery.
금속공기전지는 현재 쓰이는 이차전지 중 에너지 밀도가 가장 높은 리튬이온전지보다 에너지 밀도가 훨씬 높은 이차전지 기술로, 전기 자동차 등의 차세대 에너지원으로서 활발하게 연구되는 전지이다. 이러한, 금속공기전지는 금속을 음극으로, 공기 중의 산소를 양극 물질로 이용한다. 음극에 사용하는 금속은 아연, 리튬, 알루미늄, 마그네슘 등 여러 종류가 있으며, 예를 들어 이론적으로 아연을 이용한 금속공기전지는 상용화된 리튬 폴리머 전지에 비하여 약 3배, 리튬을 이용한 금속공기전지는 50배 정도 더 많은 에너지를 같은 부피에 저장할 수 있다. 금속 공기전지의 경우에는 KOH 용액과 같은 강염기의 액상 전해질을 사용하므로, 전해질 수용부에 이음새가 있는 경우에는 상기 전해질이 외부로 누출될 우려가 있다. 또한, 금속 전극이 소모되므로, 상기 금속 전극을 용이하게 교체할 필요가 있다. 따라서, 안정성과 사용 용이성을 증가시킨 금속 공기전지가 요구된다.The metal air cell is a secondary battery technology having a much higher energy density than the lithium ion battery having the highest energy density among currently used secondary batteries, and is actively studied as a next generation energy source for electric vehicles and the like. Such a metal air cell uses metal as a cathode and oxygen in the air as an anode material. There are many kinds of metal such as zinc, lithium, aluminum, and magnesium in the cathode. For example, the metal air cell using zinc in theory is about three times as much as a commercially available lithium polymer battery, About twice as much energy can be stored in the same volume. In the case of a metal air cell, since a strong base liquid electrolyte such as KOH solution is used, there is a possibility that the electrolyte leaks to the outside when there is a joint in the electrolyte housing part. Further, since the metal electrode is consumed, it is necessary to easily replace the metal electrode. Thus, there is a need for a metal air cell that increases stability and ease of use.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 안정성과 사용용이성을 증가시킨 금속 공기전지를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a metal air cell having improved stability and ease of use.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 안정성과 사용용이성을 증가시킨 금속 공기전지용 케이스를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a casing for a metal air cell which has increased stability and ease of use.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these problems are illustrative, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 금속 공기전지는, 상부가 개방되어, 상기 상부로부터 액상의 전해질을 유입하여 수용하는 수용 부재; 상기 수용 부재의 내부에 서로 마주보게 위치하도록 수용되고, 복수의 전극 삽입홈들이 구비된 전극 지지 부재들; 상기 전극 삽입홈들 중 적어도 어느 하나에 착탈되도록 삽입되고, 상기 전극 삽입홈들을 통하여 상하 방향을 따라 슬라이딩 삽입되거나 제거되는 제1 전극; 및 상기 전극 삽입홈들 중 적어도 어느 하나에 착탈되도록 삽입되고, 상기 제1 전극과 마주보게 위치하고, 상기 전극 삽입홈들을 통하여 상하 방향을 따라 슬라이딩 삽입되거나 제거되는 제2 전극;을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a metal air cell comprising: a housing member having an upper portion opened and receiving and containing a liquid electrolyte from the upper portion; Electrode supporting members accommodated in the housing member so as to face each other and having a plurality of electrode insertion grooves; A first electrode inserted into or removed from at least one of the electrode insertion grooves and slidably inserted or removed along the vertical direction through the electrode insertion grooves; And a second electrode that is inserted into or removed from at least one of the electrode insertion grooves and is positioned to face the first electrode and is slidably inserted or removed along the vertical direction through the electrode insertion grooves.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 또는 이들 모두는 직사각형 형상을 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first electrode, the second electrode, or both may have a rectangular shape.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 또는 이들 모두는 상기 수용 부재의 바닥으로부터 이격되어 위치함으로써 공간을 형성하고, 상기 공간에 의하여 상기 전해질이 순환될 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first electrode, the second electrode, or all of them are spaced apart from the bottom of the receiving member to form a space, and the electrolyte can be circulated by the space .
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 또는 이들 모두는 하부에 하부 돌출부를 구비하여 하부 함몰 영역을 형성하고, 상기 하부 함몰 영역에 의하여 상기 수용 부재의 바닥으로부터 이격되어 위치함으로써 공간을 형성하고, 상기 공간에 의하여 상기 전해질이 순환될 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first electrode, the second electrode, or both of the first electrode, the second electrode, or both of the first electrode, the second electrode, or both of the first electrode, the second electrode, or both have a lower protrusion at a lower portion to form a lower recessed region, By being spaced apart, a space is formed, and the electrolyte can be circulated by the space.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 또는 이들 모두는 측부에 측부 돌출부를 구비하여 측부 함몰 영역을 형성하고, 상기 측부 함몰 영역에 의하여 상기 수용 부재의 측벽으로부터 이격되어 위치함으로써 공간을 형성하고, 상기 공간에 의하여 상기 전해질이 순환될 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first electrode, the second electrode, or both of them are provided with side projections on the sides to form side collapsed regions, By being spaced apart, a space is formed, and the electrolyte can be circulated by the space.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 또는 이들 모두는 상부에 돌출부를 구비하는 형상을 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first electrode, the second electrode, or both may have a shape with a protrusion on the top.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 동일한 형상을 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first electrode and the second electrode may have the same shape.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 전극은 중앙에 위치하고, 상기 제2 전극은 복수이고 상기 제1 전극의 양 측면에 각각 대향하여 위치할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first electrode is centrally located, the second electrode is plural, and may be positioned opposite to both sides of the first electrode.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first electrode may be a cathode and the second electrode may be an anode.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 전극은 아연, 리튬, 마그네슘, 알루미늄, 칼슘, 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 제2 전극은 탄소와 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first electrode comprises at least one of zinc, lithium, magnesium, aluminum, calcium, and alloys thereof, and the second electrode comprises carbon and a perovskite material .
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 전극은 상기 탄소, 상기 페로브스카이트 물질, 및 바인더를 테플론 코팅된 탄소 시트에 전기 방사 방식으로 코팅하여 형성할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the second electrode may be formed by electro-spin coating the carbon, the perovskite material, and the binder on a Teflon coated carbon sheet.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전극 지지 부재들과 상기 수용 부재를 결착하는 결착 부재를 더 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, it is possible to further include a binding member for binding the electrode supporting members and the receiving member.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 수용 부재는 이음새가 없는 일체형으로 구성될 수 있다.In some embodiments of the present invention, the receiving member may be constructed as an integral piece without a seam.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 수용 부재의 상측을 덮는 덮개 부재를 더 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, it may further include a cover member covering the upper side of the housing member.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 금속 공기전지용 케이스는, 상부가 개방되어, 상기 상부로부터 액상의 전해질을 유입하여 수용하는 수용 부재; 상기 수용 부재의 내부에 서로 마주보게 위치하도록 수용되고, 복수의 전극들이 삽입되는 복수의 전극 삽입홈들이 구비되어, 상기 복수의 전극들이 상하 방향을 따라 슬라이딩 삽입되거나 제거되는 전극 지지 부재들; 상기 전극 지지 부재들과 상기 수용 부재를 결착하는 결착 부재; 및 상기 수용 부재의 상측을 덮는 덮개;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a casing for a metal air cell, the casing comprising: a housing member having an upper portion opened and receiving and containing a liquid electrolyte from the upper portion; Electrode supporting members accommodated in the housing member to be opposed to each other and having a plurality of electrode insertion grooves into which a plurality of electrodes are inserted so that the plurality of electrodes are slidably inserted or removed along the vertical direction; A binding member for binding the electrode supporting members and the receiving member; And a cover covering the upper side of the housing member.
본 발명의 기술적 사상에 따른 금속 공기전지는, 상부가 개방되어, 상기 상부로부터 액상의 전해질을 유입하여 수용하고, 이음새가 없는 일체형으로 구성된 수용 부재를 채용함에 따라 전해질이 외부로 누출되지 않는 안정성 효과를 제공할 수 있다. 또한, 전극 삽입홈들을 구비한 전극 지지 부재들을 포함함에 따라 전극의 설치와 고정이 쉽고, 교체를 용이하게 수행하는 사용용이성 효과를 제공할 수 있다. 또한, 전극은 전해질이 순환하는 공간을 확보함으로써, 전해질 순환을 용이하게 하여 전지의 사용시간을 증가시킬 수 있다.The metal air cell according to the technical idea of the present invention has a structure in which the upper part is opened and the liquid electrolyte is received and accommodated from the upper part and a housing member composed of a seamless and integral structure is adopted, Can be provided. Also, since the electrode supporting members having the electrode insertion grooves are included, it is easy to install and fix the electrode, and the ease of use that facilitates the replacement can be provided. In addition, the electrode ensures a space in which the electrolyte circulates, thereby facilitating the circulation of the electrolyte and increasing the use time of the battery.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The effects of the present invention described above are exemplarily described, and the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기전지를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기전지를 도시하는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기전지를 구현한 사진이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기전지에 포함되는 제1 전극 및 제2 전극을 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기전지의 전극을 형성하는 방법을 도시하는 개략도이다.1 is a perspective view illustrating a metal air cell according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view illustrating a metal air cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a photograph illustrating a metal air cell according to an embodiment of the present invention.
4 to 7 are plan views showing a first electrode and a second electrode included in a metal air cell according to an embodiment of the present invention.
8 is a schematic view showing a method of forming an electrode of a metal air cell according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. The scope of technical thought is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. In the present specification, the same reference numerals denote the same elements. Further, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing depicted in the accompanying drawings.
금속 공기전지는 금속을 연료로 사용하기 때문에 수소연료전지에 비해서 가격이 저렴하고 출력밀도가 높고, 수용성의 전해질을 사용하기 때문에 화학안정성 면에서 우수하다. 금속 공기전지 중에서도 아연 공기전지는 기체 또는 액체를 연료로서 사용하는 다른 연료전지와는 달리 고상의 금속 아연을 연료로 사용한다. 아연 금속전지는 아연과 전해질을 공기(즉, 산소)와 전기화학 반응시켜 전기를 발생시킨다. 상기 아연 금속전지는 대기환경 오염의 주범인 이산화탄소가 생성되지 않고, 금속인 아연의 전자 발생률이 높기 때문에 타 연료전지에 비하여 출력밀도가 높다.Since metal air cells use metal as a fuel, they are less expensive than hydrogen fuel cells, have a high output density, and are excellent in chemical stability because they use water-soluble electrolytes. Among metal air cells, zinc air cells use solid metal zinc as a fuel, unlike other fuel cells that use gas or liquid as fuel. A zinc metal cell electrochemically reacts zinc and an electrolyte with air (ie, oxygen) to generate electricity. Since the zinc metal battery does not generate carbon dioxide, which is a main cause of air pollution, and has a high electron generation rate of metal zinc, the output density is higher than that of other fuel cells.
상기 아연 금속전지는 양극에 공기 중의 산소를 사용하기 때문에 상대적으로 음극에 많은 양의 아연을 채울 수가 있어 질량 단위당 에너지 밀도가 높다. 그러므로 크기는 작아도 용량이 매우 큰 것이 특징이다. 또한, 자기 방전이 작아 전지의 용량을 다 소비할 때까지 전압이 일정하게 유지될 수 있다. 상기 아연 금속전지는 양극의 재활용이 가능하며 대기 중의 산소가 일정하게 양극의 기공을 통해 공급되어 아연이 모두 아연 산화물로 산화되기까지 발전이 가능하며, 이론적으로 OCV가 1.65V로서 여타 연료전지에 비하여 에너지밀도가 상대적으로 높다. 전기생성 과정에서 발생하는 산화아연은 독성이 없고, 폭발 위험성이 없고, 지구상에 풍부한 아연과 공기를 사용하기 때문에 환경친화적이고, 귀금속 촉매를 사용하지 않아 백금을 사용하는 메탄올 연료전지보다 생산비용이 저렴하다.Since the zinc metal battery uses oxygen in the air at the anode, a large amount of zinc can be filled in the anode relatively, and the energy density per mass unit is high. Therefore, it is characterized by a very large capacity even if it is small in size. Further, since the self-discharge is small, the voltage can be kept constant until the capacity of the battery is consumed. The zinc metal battery is capable of recycling the anode and is capable of generating electricity until the atmospheric oxygen is constantly supplied through the pores of the anode to oxidize the zinc to zinc oxide. Theoretically, the OCV is 1.65 V, The energy density is relatively high. Zinc oxide generated during the electricity generating process is environmentally friendly because it does not have toxicity, has no explosion risk, and uses rich zinc and air on the earth. It does not use a noble metal catalyst, and its production cost is less than that of a methanol fuel cell using platinum Do.
아연공기전지의 기본적인 화학반응식은 다음과 같다.The basic chemical reaction formula of zinc air cell is as follows.
음극: Zn + 4OH- -> Zn(OH)4 2 - + 2e- (E0 = －1.25 V)Negative electrode: Zn + 4OH - -> Zn (OH) 4 2 - + 2e - (E 0 = -1.25 V)
전해질: Zn(OH)4 2 - -> ZnO + H2O + 2OH- Electrolyte: Zn (OH) 4 2 - -> ZnO + H 2 O + 2OH -
양극: 1/2 O2 + H2O + 2e- -> 2OH- (E0 = 0.40 V, pH＝11)Positive electrode: 1/2 O 2 + H 2 O + 2e - -> 2OH - (E 0 = 0.40 V, pH = 11)
전체반응식: 2Zn + O2 -> 2ZnO (E0 = 1.65 V)Total reaction: 2Zn + O 2 -> 2ZnO (E 0 = 1.65 V)
아연 공기전지는 기본적으로 알카라인 전지의 구성을 가지고 있으나, 양극에 사용되는 활물질로 공기 중의 산소가 사용되는 차이점이 있다. 양극은 외부로부터 순서적으로 확산층, 집전체, 촉매 활성층의 3개의 층으로 구성된다. 상기 확산층을 통해 공기가 유입되며 전지 내부에 있는 용매인 물이 배출되는 것을 막아준다. 상기 집전체는 전류가 공급되는 경로이며 외부로부터 유입된 공기 중에 포함된 산소와 전해질 내의 물이 촉매 활성층에서 만나 수산화 이온을 형성하는 반응이 일어난다. 상기 수산화 이온은 분리막을 통해 이동하여 아연 음극과 만나게 되어 산화 아연을 형성하게 된다. 상기 촉매 활성층의 물질로서 일차전지에 사용되었던 이산화망간 또는 유사물질들이 사용되며, 예를 들어 페로브스카이트 물질이 사용된다. 위 반응식에서 이론상 전지전압은 1.65V이지만, 개방회로전압에서는 1.45V로 저하되며, 실제 방전 시에는 1.35V 이하로 공급된다.The zinc air cell basically has the structure of an alkaline battery, but there is a difference in that oxygen in the air is used as an active material used for the anode. The anode is composed of three layers of a diffusion layer, a current collector and a catalytic active layer sequentially from the outside. Air is introduced through the diffusion layer to prevent water, which is a solvent contained in the battery, from being discharged. The current collector is a path through which electric current is supplied, and a reaction occurs in which oxygen contained in the air introduced from the outside and water in the electrolyte meet in the catalytic active layer to form hydroxide ions. The hydroxide ions migrate through the separation membrane and meet the zinc cathode to form zinc oxide. As the material of the catalytic active layer, manganese dioxide or the like which has been used for the primary cell is used, for example, a perovskite material is used. In the above reaction formula, the battery voltage is 1.65V in theory, but it is lowered to 1.45V at the open circuit voltage and less than 1.35V at the time of actual discharge.
그러나, 상기 아연 공기전지에 대한 설명은 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 아연 공기전지에 한정되는 것은 아니고, 금속 공기전지를 포함할 수 있다.However, the description of the zinc air battery is exemplary, and the technical idea of the present invention is not limited to the zinc air battery, but may include a metal air battery.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기전지(100)를 도시하는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기전지(100)를 도시하는 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기전지(100)를 구현한 사진이다.1 is a perspective view illustrating a
도 1 내지 도 3을 참조하면, 금속 공기전지(100)는 수용 부재(110), 전극 지지 부재들(120), 제1 전극(130), 제2 전극(140), 결착 부재(150), 및 덮개 부재(160)를 포함한다.1 to 3, the
수용 부재(110)는 전해질을 수용할 수 있다. 수용 부재(110)는 상부가 개방된 구조를 가지고, 이에 따라 상기 상부로부터 액상의 전해질을 유입하여 수용한다. 수용 부재(110)는 상기 전해질과 반응하지 않는 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 고분자 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 테플론(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 아세탈(Acetal) 등과 같은 염기 비활성 고분자 물질을 포함할 수 있다. 수용 부재(110)는 이음새가 없는 일체형으로 구성될 수 있고, 예를 들어 사출 및 가압 방식으로 형성될 수 있다. 수용 부재(110)는 결착 부재(150)가 삽입되어 고정되는 홈(115)을 포함할 수 있다. 상기 수용 부재(110)의 상부 개방 구조로 인하여, 상기 수용 부재(110)는 상하 방향으로 세워지는 구조를 가진다.The
상기 전해질은 금속 수산화물 용액을 포함할 수 있고, 예를 들어 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼슘(KOH), 수산화리튬(LiOH), 징크아세테이트 (Zn(O2CCH3)2) 등을 포함할 수 있다.The electrolyte may include a metal hydroxide solution may include, for example, sodium hydroxide (NaOH), calcium hydroxide (KOH), lithium hydroxide (LiOH), zinc acetate (Zn (O 2 CCH 3) 2) , etc. .
전극 지지 부재들(120)은 수용 부재(110)의 내부에 서로 마주보게 위치하도록 수용될 수 있다. 또한, 전극 지지 부재들(120)은 복수의 전극들이 삽입되는 복수의 전극 삽입홈들(122)을 구비할 수 있다. 전극 삽입홈들(122)을 통하여 상기 복수의 전극들이 상하 방향을 따라 슬라이딩 삽입되거나 제거될 수 있다. 전극 지지 부재들(120)은 결착 부재(150)가 삽입되는 홈(125)을 포함할 수 있다. 전극 삽입홈들(122)은 상기 수용 부재(110)를 기준으로 하여 상하 방향으로 형성되어 있다. 전극 삽입홈들(122)은 상기 수용 부재(100)의 폭 방향으로 서로 이격되어 형성되어 있다.The
제1 전극(130)은 전극 삽입홈들(122) 중 적어도 어느 하나에 착탈되도록 삽입될 수 있다. 제2 전극(140)은 전극 삽입홈들(122) 중 적어도 어느 하나에 착탈되도록 삽입될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(130) 및 제2 전극(140)은 전극 삽입홈들(122)을 통하여 상부에서 하방을 향하여 슬라이딩 삽입될 수 있고, 하부에서 상방을 향하여 슬라이딩 제거될 수 있다. 제2 전극(140)은 제1 전극(130)과 마주보게 위치할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(130)은 중앙에 위치하고, 제2 전극(140)은 복수이고, 제1 전극(130)의 양 측면에 각각 대향하여 위치할 수 있다. 또한, 제1 전극(130)과 제2 전극(140)이 각각 복수이고, 서로 교번하여 배치된 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다. 제1 전극(130) 및 제2 전극(140)은 전극 삽입홈들(122)에 각각 삽입됨으로써, 전극 지지 부재들(120)과 수직의 각도를 이룰 수 있다.The
제1 전극(130)은 음극일 수 있고, 방전 시에 전자를 잃어 양이온이 되는 물질을 포함할 수 있다. 이러한 경우에는, 제1 전극(130)은 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 아연, 리튬, 마그네슘, 알루미늄, 칼슘, 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 제1 전극(130)은 0.1 mm 내지 5 mm 범위의 두께를 가지는 얇은 판형 형상을 가질 수 있다. The
제2 전극(140)은 양극일 수 있고, 공기 중의 산소를 이용하도록 구성될 수 있다. 제2 전극(140)은 상기 산소의 집전을 위하여 다공성 물질의 집전체 및 상기 산소의 환원반응을 활성화하는 촉매체를 포함할 수 있다. 상기 집전체는 탄소를 포함할 수 있고, 상기 촉매체는 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다. 제1 전극(140)은 0.1 mm 내지 5 mm 범위의 두께를 가지는 얇은 판형 형상을 가질 수 있다. The
결착 부재(150)는 전극 지지 부재들(120)의 홈(125)을 관통하고, 수용 부재(110)의 홈(115)에 삽입되어 전극 지지 부재들(120)과 수용 부재(110)를 결착할 수 있다. 결착 부재(150)는 나사 또는 볼트 등과 같은 형상을 가질 수 있다.The binding
덮개 부재(160)는 수용 부재(110)의 상측을 덮을 수 있고, 이에 따라 상기 전해질의 증발을 방지할 수 있다. 덮개 부재(160)는 상기 전해질과 반응하지 않는 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 고분자 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 테플론(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 아세탈(Acetal) 등과 같은 염기 비활성 고분자 물질을 포함할 수 있다. 덮개 부재(160)는 수용 부재(110)과 동일한 물질을 포함하거나 서로 다른 물질을 포함할 수 있다.The
제1 전극(130)과 제2 전극(140)을 장착하기 전에는 금속 공기전지용 케이스를 구성할 수 있다. 상기 금속 공기전지용 케이스는, 상부가 개방되어, 상기 상부로부터 액상의 전해질을 유입하여 수용하는 수용 부재(110); 수용 부재(110)의 내부에 서로 마주보게 위치하도록 수용되고, 복수의 전극들이 삽입되는 복수의 전극 삽입홈들(122)이 구비되어, 상기 복수의 전극들이 상하 방향을 따라 슬라이딩 삽입되거나 제거되는 전극 지지 부재들(120); 전극 지지 부재들(120)과 수용 부재(110)를 결착하는 결착 부재(150); 및 수용 부재(110)의 상측을 덮는 덮개(160);를 포함할 수 있다.Before the
이하에서는, 제1 전극(130)과 제2 전극(140)의 형상에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 제1 전극(130) 및 제2 전극(140)은 동일한 형상을 가지거나 또는 서로 다른 형상을 가질 수 있다.Hereinafter, the shapes of the
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기전지에 포함되는 제1 전극 및 제2 전극을 나타내는 평면도이다.4 to 7 are plan views showing a first electrode and a second electrode included in a metal air cell according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 제1 전극(130a), 제2 전극(140a), 또는 이들 모두는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 또한, 제1 전극(130a), 제2 전극(140a), 또는 이들 모두가 정사각형 형상을 가지는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다. 제1 전극(130a) 또는 제2 전극(140a)이 전극 삽입홈들(122)에 삽입되면, 적색 점선으로 표시된 바와 같이 수용 부재(110)의 바닥으로부터 이격되어 위치함으로써 공간(190a)을 형성하고, 상기 공간(190a)에 의하여 상기 전해질이 순환될 수 있다. 본 실시예에서는, 전극 삽입홈들(122)이 전극 지지 부재들(120)의 하단 끝까지 연장되지 않음에 따라 공간(190a)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4, the
도 5를 참조하면, 제1 전극(130b), 제2 전극(140b), 또는 이들 모두는 하부에 하부 돌출부(181)를 구비하여 하부 함몰 영역(182)을 형성할 수 있다. 제1 전극(130b) 또는 제2 전극(140b)이 전극 삽입홈들(122)에 삽입되면, 적색 점선으로 표시된 바와 같이 하부 함몰 영역(182)에 의하여 수용 부재(110)의 바닥으로부터 이격되어 위치함으로써 공간(190b)을 형성하고, 상기 공간(190b)에 의하여 상기 전해질이 순환될 수 있다. 본 실시예에서는, 전극 삽입홈들(122)이 전극 지지 부재들(120)의 하단 끝까지 연장될 수 있고, 하부 돌출부(131)에 의하여 공간(190b)을 형성할 수 있다. 또한, 전극 삽입홈들(122)이 전극 지지 부재들(120)의 연장되지 않음에 따라 더 큰 공간(190b)을 형성할 수도 있다. 도 5에 도시된 전극 구조는 전해질의 순환을 가장 용이하게 하고, 이와 함께 금속 물질의 소모에 의한 붕괴를 최소화하는 구조적 안정성을 제공할 수 있다.Referring to FIG. 5, the
도 6을 참조하면, 제1 전극(130c), 제2 전극(140c), 또는 이들 모두는 측부에 측부 돌출부(183)를 구비하여 측부 함몰 영역(184)을 형성할 수 있다. 제1 전극(130c) 또는 제2 전극(140c)이 전극 삽입홈들(122)에 삽입되면, 적색 점선으로 표시된 바와 같이 측부 함몰 영역(184)에 의하여 수용 부재(110)의 측벽으로부터 이격되어 위치함으로써 공간(190c)을 형성하고, 상기 공간(190c)에 의하여 상기 전해질이 순환될 수 있다. 본 실시예에서는, 전극 삽입홈들(122)이 전극 지지 부재들(120)의 하단 끝까지 연장될 수 있고, 하부에 공간을 형성하지 않을 수 있다. 또한, 전극 삽입홈들(122)이 전극 지지 부재들(120)의 하단 끝까지 연장되지 않음에 따라 도 4의 공간(190a)을 형성할 수도 있다.Referring to FIG. 6, the
도 7을 참조하면, 제1 전극(130d), 제2 전극(140d), 또는 이들 모두는 상부에 상부 돌출부(185)를 구비하는 형상을 가질 수 있다. 상부 돌출부(185)를 이용하여, 제1 전극(130d) 또는 제2 전극(140d)을 전극 삽입홈들(122)에 용이하여 착탈시킬 수 있다. 도 7에서는 도 4의 공간(190a)이 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적이며, 도 5 및 도 6의 기술적 특징이 조합될 수 있다.Referring to FIG. 7, the
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기전지의 전극을 형성하는 방법을 도시하는 개략도이다.8 is a schematic view showing a method of forming an electrode of a metal air cell according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 상기 제2 전극은 탄소, 페로브스카이트 물질, 및 바인더를 테플론 코팅된 탄소 시트에 전기 방사 방식으로 코팅하여 형성할 수 있다.Referring to FIG. 8, the second electrode may be formed by coating a carbon, a perovskite material, and a binder on a Teflon coated carbon sheet by electrospinning.
상기 전기 방사 방식을 수행하는 장치는 방사 용액 탱크(10), 방사 노즐(20), 방사 노즐팁(30), 외부 전원(40), 및 컬렉터 기판(50)을 포함한다. 방사 용액 탱크(10) 내에 수용된 방사 용액은 상기 탄소, 촉매제로서 상기 페로브스카이트 물질, 및 바인더를 포함할 수 있다. 방사 용액 탱크(10)는 내장된 펌프를 이용하여 방사 용액(60)을 가압하여 방사 노즐(20)에 방사 용액(60)을 제공할 수 있다. 방사 노즐(20)은 테일러 콘과 같은 원뿔형 형상을 가질 수 있고, 방사 용액 탱크(10)로부터 방사 용액(60)을 제공받아 일단부에 위치한 방사 노즐팁(30)을 통하여 방사 용액(60)을 방사할 수 있다. 방사 노즐팁(30)은 외부 전원(40)에 의하여 인가된 전압에 의하여 방사 용액(60)을 방사할 수 있다. 컬렉터 기판(50) 상에 배치된 테플론 코팅된 탄소 시트 상에 방사 용액(60)이 분사될 수 있다. 이에 따라 촉매제가 상기 탄소 시트 상에 균일하게 코팅될 수 있다. 상기 테플론 코팅에 의하여 상기 탄소 시트는 전해질과 반응하지 않으면서, 전류가 잘 흘러서 전류 컬렉터의 기능을 하며, 촉매인 상기 페로브스카이트 물질이 잘 붙어있는 구조 지지체가 된다.The apparatus for performing the electrospinning method includes a
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.
100: 금속 공기전지, 110: 수용 부재, 115: 홈,
120: 전극 지지 부재들, 122: 전극 삽입홈들; 125: 홈,
130, 130a, 130b, 130c, 130d: 제1 전극,
140, 140a, 140b, 140c, 140d: 제2 전극,
150: 결착 부재, 160: 덮개 부재,
181: 하부 돌출부, 182: 하부 함몰 영역,
183: 측부 돌출부, 184: 측부 함몰 영역,
185: 상부 돌출부, 190a, 190b, 190c: 공간,
10: 방사 용액 탱크, 20: 방사 노즐, 30: 방사 노즐팁,
40: 외부 전원, 50: 컬렉터 기판, 60: 방사 용액100: metal air cell, 110: housing member, 115: groove,
120: electrode support members, 122: electrode insertion grooves; 125: Home,
130, 130a, 130b, 130c, and 130d: a first electrode,
140, 140a, 140b, 140c, 140d: a second electrode,
150: binding member, 160: lid member,
181: lower protrusion, 182: lower recessed area,
183: side projection, 184: side recessed area,
185:
10: spinning solution tank, 20: spinning nozzle, 30: spinning nozzle tip,
40: external power source, 50: collector substrate, 60: spinning solution
Claims (15)
상기 수용 부재의 내부에 서로 마주보게 위치하도록 수용되고, 복수의 전극 삽입홈들이 구비된 전극 지지 부재들;
상기 전극 삽입홈들 중 적어도 어느 하나에 착탈되도록 삽입되고, 상기 전극 삽입홈들을 통하여 상하 방향을 따라 슬라이딩 삽입되거나 제거되는 제1 전극; 및
상기 전극 삽입홈들 중 적어도 어느 하나에 착탈되도록 삽입되고, 상기 제1 전극과 마주보게 위치하고, 상기 전극 삽입홈들을 통하여 상하 방향을 따라 슬라이딩 삽입되거나 제거되는 제2 전극;을 포함하는 금속 공기전지.A receiving member for receiving the liquid electrolyte from the upper portion and receiving the liquid electrolyte from the upper portion;
Electrode supporting members accommodated in the housing member so as to face each other and having a plurality of electrode insertion grooves;
A first electrode inserted into or removed from at least one of the electrode insertion grooves and slidably inserted or removed along the vertical direction through the electrode insertion grooves; And
And a second electrode inserted into or removed from at least one of the electrode insertion grooves and positioned to face the first electrode and slidably inserted or removed along the vertical direction through the electrode insertion grooves.
상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 또는 이들 모두는 직사각형 형상을 가지는, 금속 공기전지.The method according to claim 1,
Wherein the first electrode, the second electrode, or both have a rectangular shape.
상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 또는 이들 모두는 상기 수용 부재의 바닥으로부터 이격되어 위치함으로써 공간을 형성하고, 상기 공간에 의하여 상기 전해질이 순환되는, 금속 공기전지.The method of claim 2,
Wherein the first electrode, the second electrode, or both are spaced from the bottom of the housing member to form a space, and the electrolyte is circulated by the space.
상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 또는 이들 모두는 하부에 하부 돌출부를 구비하여 하부 함몰 영역을 형성하고,
상기 하부 함몰 영역에 의하여 상기 수용 부재의 바닥으로부터 이격되어 위치함으로써 공간을 형성하고, 상기 공간에 의하여 상기 전해질이 순환되는, 금속 공기전지.The method according to claim 1,
The first electrode, the second electrode, or both of the first electrode, the second electrode, or both of the first electrode, the second electrode,
And a space is formed by being spaced from the bottom of the housing member by the lower recessed region, and the electrolyte is circulated by the space.
상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 또는 이들 모두는 측부에 측부 돌출부를 구비하여 측부 함몰 영역을 형성하고,
상기 측부 함몰 영역에 의하여 상기 수용 부재의 측벽으로부터 이격되어 위치함으로써 공간을 형성하고, 상기 공간에 의하여 상기 전해질이 순환되는, 금속 공기전지.The method according to claim 1,
Wherein the first electrode, the second electrode, or both of the first electrode, the second electrode, or both have side projections on the sides,
And a space is formed by being spaced from the side wall of the housing member by the side recessed region, and the electrolyte is circulated by the space.
상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 또는 이들 모두는 상부에 돌출부를 구비하는 형상을 가지는, 금속 공기전지.The method according to claim 1,
Wherein the first electrode, the second electrode, or both have a shape having a projection on the top.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 동일한 형상을 가지는, 금속 공기전지.The method according to claim 1,
Wherein the first electrode and the second electrode have the same shape.
상기 제1 전극은 중앙에 위치하고,
상기 제2 전극은 복수이고 상기 제1 전극의 양 측면에 각각 대향하여 위치하는, 금속 공기전지.The method according to claim 1,
The first electrode is located at the center,
Wherein the second electrode is plural and is positioned opposite to both sides of the first electrode.
상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극인, 금속 공기전지.The method according to claim 1,
Wherein the first electrode is a cathode and the second electrode is a cathode.
상기 제1 전극은 아연, 리튬, 마그네슘, 알루미늄, 칼슘, 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 제2 전극은 탄소와 페로브스카이트 물질을 포함하는, 금속 공기전지.The method according to claim 1,
Wherein the first electrode comprises at least one of zinc, lithium, magnesium, aluminum, calcium, and alloys thereof,
Wherein the second electrode comprises carbon and a perovskite material.
상기 제2 전극은 상기 탄소, 상기 페로브스카이트 물질, 및 바인더를 테플론 코팅된 탄소 시트에 전기 방사 방식으로 코팅하여 형성한, 금속 공기전지.The method of claim 10,
Wherein the second electrode is formed by electrospinning the carbon, the perovskite material, and the binder on a Teflon coated carbon sheet.
상기 전극 지지 부재들과 상기 수용 부재를 결착하는 결착 부재를 더 포함하는, 금속 공기전지.The method according to claim 1,
And a binding member for binding the electrode supporting members and the housing member.
상기 수용 부재는 이음새가 없는 일체형으로 구성된, 금속 공기전지.The method according to claim 1,
Wherein the housing member is integrally formed with no seams.
상기 수용 부재의 상측을 덮는 덮개 부재를 더 포함하는, 금속 공기전지.The method according to claim 1,
And a lid member covering the upper side of the housing member.
상기 수용 부재의 내부에 서로 마주보게 위치하도록 수용되고, 복수의 전극들이 삽입되는 복수의 전극 삽입홈들이 구비되어, 상기 복수의 전극들이 상하 방향을 따라 슬라이딩 삽입되거나 제거되는 전극 지지 부재들;
상기 전극 지지 부재들과 상기 수용 부재를 결착하는 결착 부재; 및
상기 수용 부재의 상측을 덮는 덮개;를 포함하는 금속 공기전지용 케이스.A receiving member for receiving the liquid electrolyte from the upper portion and receiving the liquid electrolyte from the upper portion;
Electrode supporting members accommodated in the housing member to be opposed to each other and having a plurality of electrode insertion grooves into which a plurality of electrodes are inserted so that the plurality of electrodes are slidably inserted or removed along the vertical direction;
A binding member for binding the electrode supporting members and the receiving member; And
And a cover covering the upper side of the housing member.
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