KR20210126878A - 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극 및 이를 포함하는 이산화망간-아연 전지 - Google Patents

이산화망간-아연 전지용 다공성 음극 및 이를 포함하는 이산화망간-아연 전지 Download PDF

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박광용
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임지훈
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Abstract

본 발명은 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극 및 이를 포함하는 이산화망간-아연 전지에 관한 것으로, 탄소섬유가 직조되어 다공성을 가지도록 형성된 섬유층를 사용하므로 전지가 충방전되는 과정에서 아연 이온이 반응하여 형성된 Zinc Hydroxide Sulfate 부산물이 음극을 덮어 성능이 저하되는 것을 방지하는 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극 및 이를 포함하는 이산화망간-아연 전지를 제공한다.

Description

이산화망간-아연 전지용 다공성 음극 및 이를 포함하는 이산화망간-아연 전지{Porous cathode for Zinc-Manganese dioxide battery and Zinc-Manganese dioxide battery including the same}
본 발명은 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극 및 이를 포함하는 이산화망간-아연 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이산화망간-아연 전지의 충방전과정에서 비활성 부산물이 아연전극 표면을 덮어 성능이 저하되는 문제점을 해결하는 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극 및 이를 포함하는 이산화망간-아연 전지에 관한 것이다.
모바일 기기 및 에너지저장장치 등의 보급에 힙입어 에너지를 생산하고 저장할 수 있는 2차 전지는 반복적으로 충전이 가능하고 고밀도로 전력을 제공할 수 있어 다양한 소비자용 제품에서 활용되고 있다.
2차 전지의 종류는 일반적으로 납 축전지, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈 수소(Ni-MH) 전지, 리튬 이온(Li-Ion) 전지 및 리튬 고분자 전지(Li-Polymer) 등이 있으며, 그 중에서 보편적으로 리튬 이온전지가 가벼우면서 고밀도로 에너지를 저장할 수 있고 3.7볼트 이상의 높은 평균방전전압을 유지하므로 전지기술 중 가장 광범위하게 사용되고 있다.
그러나 리튬전지에 사용되는 리튬은 세계적으로 희소자원이므로 매장량이 적은 반면, 모바일 기기 등의 증가로 배터리 수요가 지속적으로 상승하고 있어 원재료의 가격이 급상승하고 있고 향후 무역분쟁이 발생할 우려가 있다.
따라서 리튬 소재를 대체하기 위하여 1차 전지 등에 이미 광범위하게 사용된 이산화망간과 아연 소재를 양극 및 음극으로 사용하고, 산성 전해액을 사용하여 저가에 고에너지 밀도를 가지는 아연-이산화망간 전지가 개발 중에 있다.
그러나, 종래의 아연-이산화망간 전지가 작동하는 과정에서 아연 이온이 수산화이온, 황산아연 전해액과 반응하여 생성된 비활성 부산물인 Zinc Hydroxide Sulfate(ZHS,(Zn(OH)2)3(ZnSO4)(H2O)n)(이하, ZHS로 지칭함)이 전지의 음극을 덮어 성능이 저하되는 문제점이 발생한다.
한국등록특허공보 제10-0301091호 한국등록특허공보 제10-1197100호
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로 아연-이산화망간 전지의 충방전 과정에서 생성된 비활성 부산물인 ZHS가 음극을 덮어 성능이 저하되는 것을 방지하는 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극 및 이를 포함하는 이산화망간-아연 전지를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극은 수용성 염을 포함하는 전해액을 사용하는 이산화망간-아연 전지에 적용할 수 있도록, 아연을 포함하는 금속층; 및 상기 금속층 상에 적층되고, 상기 전해액과 접촉되는 표면적을 증가시키도록 탄소섬유를 이용하여 다공성 구조로 형성된 섬유층;을 포함하고, 상기 섬유층은 이온이 이동 가능하도록 1μm 이상 10μm 이하의 두께로 형성된다.
상기 금속층은 아연 금속 또는 아연 원료에 비스무트, 지르코늄, 스트론튬, 바륨, 인듐, 마그네슘 중 적어도 하나 이상을 포함하여 내마모성이 강화된 합금을 포함할 수 있다.
상기 금속층은 아연 원료에 망간, 비스무트, 지르코늄, 스트론튬, 바륨, 인듐, 마그네슘 분말을 혼합하여 100도 이상 300도 미만에서 압연 가공한 합금으로 형성될 수 있다.
상기 섬유층은 전기전도성이 향상되도록 아연 금속, 산화티타늄, 산화아연 중 어느 하나를 포함한 나노입자 또는 나노로드를 포함할 수 있다.
상기 섬유층은 표면이 활성화되도록 300도 이상 450도 이하에서 열처리될 수 있다.
상기 섬유층은 표면이 활성화되도록 황산 또는 질산이 포함된 산성 용액에 담지된 후 10분 이상 2시간 이하로 처리될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 이산화망간-아연 전지는 본 발명에 따른 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극; 이산화망간을 포함하는 양극; 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 분리막; 수용성 염을 포함하는 전해액;을 포함한다.
상기 양극은 이산화망간을 포함하는 활물질과 탄소를 포함하는 도전재 및 고분자 바인더가 5:3:2 이상 7:1:2 이하의 비율로 혼합된 후, 금속 집전체에 도포되어 형성될 수 있다.
상기 활물질은 알파상의 이산화망간 나노입자, 나노로드 또는 나노와이어 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 도전재는 흑연, 카본 블랙, 탄소 나노섬유, 그래핀 또는 탄소 나노튜브 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 금속 집전체는 스테인리스 스틸을 포함하여 평면 플레이트, 메쉬 또는 원통형 플레이트 중 어느 하나의 형태로 형성될 수 있다.
상기 분리막은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 중 적어도 어느 하나를 포함하여 다공성 구조로 형성될 수 있다.
상기 전해액은 황산아연 또는 황산망간 중 어느 하나 이상이 0.5M 이상 3M 이하의 농도로 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극 및 이를 포함하는 이산화망간-아연 전지에 의하면, 충방전 사이클을 반복하여도 망간 이온이 수산화 이온 및 전해질과 반응하여 생성된 비활성 부산물인 ZHS가 음극을 덮는 것을 방지하여 아연의 용출 및 전착이 원활히 진행되도록 하고, ZHS로 인한 셀 내부 저항의 증가를 막아 과전압을 줄이고 수명을 개선하는 효과가 있다.
도 1은 종래 발명에 따른 일반적인 이산화망간-아연 전지 구조를 도시한 것이다.
도 2는 종래 발명에 따른 일반적인 이산화망간-아연 전지에서 시간의 경과에 따라 개방회로전압(Open-circuit Voltage)이 증가하는 것을 나타낸 측정 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극 및 이를 포함하는 이산화망간-아연 전지의 구조를 도시한 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극의 섬유층을 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화망간-아연 전지에서 충방전 사이클을 반복하였을 때 방전 용량의 변화를 측정한 측정 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화망간-아연 전지에서 충방전 사이클을 반복한 후의 섬유층을 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화망간-아연 전지에서 섬유층이 있는 경우(a)와 섬유층이 없는 경우(b)의 충방전 사이클을 반복한 후의 금속층을 나타낸 사진이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다.
이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만,
상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1을 참조하면, 일반적인 이산화망간-아연 전지는 이산화망간 활물질(α-MnO2)을 포함하는 전극을 양극으로 사용하고, 아연 플레이트(Zn foil)을 음극으로 사용하고, 다공성 고분자막을 분리막(Separator)으로 하고 황산아연 수용액을 전해액으로 채택하여 전해액에 포함된 이온의 산화환원을 통해 전기에너지를 저장한다.
그러나, 황산아연 수용액은 약한 산성(PH ~ 5)을 가지므로 음극의 아연 금속이 부식되어 전해액에 포함된 수산화 이온 및 황산 이온과 결합하여 판상 구조의 Zinc Hydroxide Sulfate(ZHS,(Zn(OH)2)3(ZnSO4)(H2O)n)를 형성하는 부반응이 발생한다.
형성된 ZHS는 이산화망간-아연 전지에서 전기적으로 부도체로 작용하므로 음극의 저항이 증가하고 전지의 전체 성능이 하락하는 문제점을 유발한다.
도 2를 참조하면, 음극을 대칭으로 구성한 전극 셀에 황산아연 수용액을 주입하고 충방전 시험을 진행한 결과 전지의 개방회로전압(Open-circuit Voltage)는 시간에 따라 서서히 증가하는 것을 확인할 수 있다.
따라서 이산화망간-아연 전지의 충방전 과정에서 아연 금속이 부식되어 형성된 ZHS 부산물이 음극을 덮어 저항이 증가되고 전지성능이 저하시키는 것을 확인하였다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극(10)은, 상기 ZHS가 생성되어 음극을 덮는 문제점을 해결하고자 아연을 포함하는 금속층(11) 및 상기 금속층(11) 상에 적층되고, 상기 전해액과 접촉되는 표면적을 증가시키도록 탄소섬유를 이용하여 다공성 구조로 형성된 섬유층(12)을 포함하고, 상기 섬유층(12)은 이온이 이동 가능하도록 1 이상 10μm 이하의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상세히 설명하면, 금속층(11)은 일반적으로 금속을 가공하여 평면 플레이트, 메쉬 또는 원통형 플레이트 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 금속층(11)은 아연 단일금속을 사용하거나 아연 주원료에 망간, 비스무트, 지르코늄, 스트론튬, 바륨, 인듐, 마그네슘 중 적어도 하나를 포함하여 전해액 상에서 부식되지 않도록 내부식성을 강화하거나 가공 유연성이 향상될 수 있다.
구체적으로 금속층(11)은 아연 원료에 비스무트가 0.01 질량% 이상 0.8 질량% 이하로 더 포함하여 구성하여 내부식성을 강화할 수 있으며, 범위를 벗어날 경우 원하는 내부식성을 얻을 수 없거나 재료 원가가 상승할 수 있다.
또한, 금속층(11)은 아연 원료에 지르코늄, 스트론튬, 바륨, 인듐, 마그네슘 분말을 0.05질량% 이상 0.1질량% 이하로 더 포함하여 금속 합금의 가공성을 개선할 수 있으며, 범위를 벗어날 경우 내부식성이 악화될 수 있다.
또한, 금속층(11)은 아연 주원료에 망간, 비스무트, 지르코늄, 스트론튬, 바륨, 인듐, 마그네슘 중 적어도 하나를 더 혼합하여 100도 이상 300도 미만에서 압연 가공한 합금으로 형성할 수 있으며, 상기 범위를 벗어나는 경우 아연 합금이 정상적으로 형성되지 않거나 고온에서 재료에 균열이 발생할 수 있다.
섬유층(12)은 이산화망간-아연 전지에 사용되는 전해액과 접촉하여 표면적이 증가하도록 PAN계, 피치계(석탄, 석유) 탄소섬유 등이 교차 직조되어 다공성으로 형성될 수 있다.
또한, 섬유층(12)은 전해질에 포함된 이온의 이동도를 고려하여 1μm 이상 10μm 이하의 두께를 가지도록 형성될 수 있으며, 1μm 미만에서는 충분한 표면적 향상 효과를 얻을 수 없고 10μm를 초과하면 이온 이동경로가 증가하여 저항이 증가하여 성능이 열화된다.
또한, 섬유층(12)은 전기전도성이 향상되도록 아연 금속, 이산화망간, 산화티타늄, 산화아연 중 어느 하나를 포함하는 나노입자 또는 나노로드를 포함할 수 있으며, 탄소섬유를 직조하는 과정에서 포함하거나 직조된 탄소섬유에 도포하여 섬유층 내 공극 사이에 위치하도록 할 수 있다.
상기 전도성 무기입자는 수열 합성을 통해 제조된 10nm 이상 500nm 이하의 직경 또는 길이를 가지는 입자를 적용하며, 10nm 미만인 경우에는 탄소섬유 사이를 연결하기 어려우며, 500nm 초과인 경우에는 탄소섬유 사이에 고르게 분산하기 어렵다.
또한, 섬유층(12)은 표면이 활성화되도록 300도 이상 450도 이하에서 열처리되어 상기 전해액과 접촉하였을 때 산화-환원 반응이 활성화되도록 할 수 있다.
섬유층(12)이 300도 미만에서 열처리되면 충분히 표면이 활성화되지 않아 효과가 떨어질 수 있으며, 450도 초과에서 열처리하면 산소와 반응하여 형성된 산화물로 인해 저항이 높아질 수 있다.
또한, 섬유층(12)은 표면이 활성화되도록 황산 또는 질산이 포함된 산성 용액에 담지된 후 10분 이상 2시간 이하로 처리되면 표면의 관능기가 변화하거나 새로운 관능기가 형성되어 전기화학적 특성이 향상될 수 있다.
섬유층(12)이 10분 미만으로 열처리되면 충분히 표면이 활성화되지 않으며, 2시간을 초과하면 충분히 활성화되어 추가 향상을 기대하기 어렵고 공정 시간이 소모된다.
또한, 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화망간-아연 전지는, 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 음극(10) 및 이산화망간을 포함하는 양극(30), 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 분리막(20), 수용성 염을 포함하고 상기 양극과 상기 음극 사이를 채우는 전해액(40)을 포함하여 반복적인 충방전 과정에서도 방전 용량이 유지될 수 있다.
상세히 설명하면, 양극(30)은 이산화망간을 포함하는 활물질과 탄소를 포함하는 도전재 및 고분자 바인더를 5:3:2 이상 7:1:2 이하의 비율로 혼합한 후, 금속 집전체에 도포하여 형성될 수 있다.
상기 혼합 범위를 벗어나는 경우 도전재가 충분히 포함되지 않아 전도 특성이 떨어지거나 활물질이 충분히 포함되지 않아 화학 반응이 저하된다.
상기 활물질은 알파상의 이산화망간 나노입자 또는 나노로드, 나노와이어 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 도전재는 흑연, 카본 블랙, 탄소 나노섬유, 그래핀, 탄소 나노튜브 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 금속 집전체는 SUS304, SUS304L, SUS316, SUS316L 중 어느 하나가 선택된 스테인리스 스틸을 포함하는 평면 플레이트, 메쉬, 원통형 플레이트 중 어느 하나의 형태로 형성될 수 있다.
상기 분리막(20)은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene Fluoride)을 포함하여 다공성 구조로 형성될 수 있다.
상기 분리막(20)의 공극률은 45% 이상 85% 이하로 형성되고, 평균기공직경은 0.5μm 이상 7.0μm 이하로 형성되어 다공성 음극(10)과 양극(30)의 절연 기능을 하면서 망간 이온 또는 아연 이온이 이동되도록 충분히 미세한 기공을 형성할 수 있다.
상기 분리막(20)의 공극률이나 평균기공직경 범위를 벗어나는 경우 음극과 양극이 접촉되어 쇼트가 발생하거나 망간 이온 또는 아연 이온의 이동이 방해받을 수 있다.
상기 전해액(40)은 황산아연 또는 황산망간 중 적어도 어느 하나 이상이 0.5M 이상 3M 이하의 농도로 포함하는 수용성 염이 용해되어 아연-이산화망간 전지의 구동에 필요한 아연 이온. 망간 이온을 제공한다.
또한, 전해액(40)은 PH가 일정한 범위에서 유지되도록 황산 암모늄 등의 PH 조절제를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극에 포함된 섬유층은 도면과 같이 탄소 섬유가 특정한 방향으로 배열되지 않거나 특정한 방향으로 배열되도록 직조되어 형성될 수 있다.
또한, 섬유층은 탄소섬유의 사이에 10μm 이상 1000μm 이하의 기공이 형성되므로 아연 이온 또는 망간 이온이 기공을 따라 이동할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화망간-아연 전지의 에너지 저장밀도를 평가하고자 섬유층(12)이 있는 경우(with carbon felt)와 없는 경우(without carbon felt)로 비교하여 충방전 사이클을 반복하여 방전용량을 평가하였다.
도면을 참조하면, 섬유층(12)이 있는 경우 충방전 사이클에 따라 초기 감소 이후 탄소섬유가 활성화되면서 방전 용량이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
반면 섬유층(12)이 없는 경우 충방전 사이클에 따라 초기 감소 이후 ZHS가 형성되어 음극을 덮어 저항으로 작용하므로 방전 용량이 서서히 감소하는 것을 확인할 수 있다.
따라서 섬유층(12)이 있는 경우 다공성 음극(10)에서 ZHS 부산물에 의해 음극 표면이 덮이는 것을 방지하므로 이산화망간-아연 전지가 안정적으로 구동할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화망간-아연 전지의 충방전 사이클을 반복한 후의 섬유층(12)을 전자주사현미경(Scanning Electron Microscope)을 이용하여 확인하면 섬유층(12)의 표면에 전착된 아연으로 덮여있는 것을 확인할 수 있다.
따라서 아연 금속층만이 아닌 탄소 섬유 표면에서도 산화환원 반응이 원활하게 진행되는 것을 확인할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화망간-아연 전지의 충방전 사이클을 반복한 후, 섬유층(12)이 있는 경우(a)와 없는 경우(b)의 금속층(11)을 전자주사현미경을 이용하여 확인하면 (a)에서 ZHS에 의해 금속층(11) 표면이 덮인 정도가 상대적으로 덜한 반면, (b)에서 ZHS에 의하여 금속층(11) 표면의 대부분이 덮인 것을 확인할 수 있다.
따라서 탄소섬유를 포함하는 섬유층(12)이 금속층(11)의 변형을 효과적으로 방지하는 것을 확인할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10 : 다공성 음극
11 : 금속층
12 : 섬유층
20 : 양극
30 : 분리막
40 : 전해액

Claims (13)

  1. 수용성 염이 포함된 전해액을 사용하는 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극에 있어서,
    아연을 포함하는 금속층; 및
    상기 금속층 상에 적층되고, 상기 전해액과 접촉되는 표면적을 증가시키도록 탄소섬유를 이용하여 다공성 구조로 형성된 섬유층;
    을 포함하고,
    상기 섬유층은,
    이온이 이동 가능하도록 1 이상 10μm 이하의 두께로 형성된 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속층은,
    아연 금속 또는 아연 원료에 비스무트, 지르코늄, 스트론튬, 바륨, 인듐, 마그네슘 중 적어도 하나 이상을 포함하여 내마모성이 강화된 합금을 포함하여 형성된 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 금속층은,
    아연 원료에 망간, 비스무트, 지르코늄, 스트론튬, 바륨, 인듐, 마그네슘 분말을 혼합하여 100도 이상 300도 미만에서 압연 가공한 합금으로 형성된 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 섬유층은,
    전기전도성이 향상되도록 아연 금속, 산화티타늄, 산화아연 중 어느 하나를 포함한 나노입자 또는 나노로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 섬유층은,
    표면이 활성화되도록 300도 이상 450도 이하에서 열처리되는 것을 특징으로 하는 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 섬유층은,
    표면이 활성화되도록 황산 또는 질산이 포함된 산성 용액에 담지된 후 10분 이상 2시간 이하로 처리되는 것을 특징으로 하는 이산화망간-아연 전지용 다공성 음극.
  7. 청구항 제1항 내지 제6항 중 어느 하나에 따른 다공성 음극;
    이산화망간을 포함하는 양극;
    상기 양극과 상기 다공성 음극 사이에 위치하는 분리막;
    수용성 염이 포함된 전해액;
    을 포함하는 이산화망간-아연 전지.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 양극은,
    이산화망간을 포함하는 활물질과 탄소를 포함하는 도전재 및 고분자 바인더가 5:3:2 이상 7:1:2 이하의 비율로 혼합된 후, 금속 집전체에 도포되어 형성된 이산화망간-아연 전지.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 활물질은,
    알파상의 이산화망간 나노입자, 나노로드 또는 나노와이어 중 어느 하나 이상을 포함하는 이산화망간-아연 전지.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 도전재는,
    흑연, 카본 블랙, 탄소 나노섬유, 그래핀 또는 탄소 나노튜브 중 어느 하나 이상을 포함하는 이산화망간-아연 전지.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 금속 집전체는,
    스테인리스 스틸을 포함하여 평면 플레이트, 메쉬 또는 원통형 플레이트 중 어느 하나의 형태로 형성된 이산화망간-아연 전지.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 분리막은,
    폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 중 적어도 어느 하나를 포함하여 다공성 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 이산화망간-아연 전지.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 전해액은,
    황산아연 또는 황산망간 중 어느 하나 이상이 0.5M 이상 3M 이하의 농도로 포함된 것을 특징으로 하는 이산화망간-아연 전지.
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