KR20160140154A - Metal-Air battery and Metal anode structure of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 메탈에어 배터리 및 이를 위한 전극 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a metal-air battery and an electrode structure therefor.
일반적으로 메탈에어 배터리는 알루미늄(Al)이나 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 등의 금속을 공기 중의 산소와 결합시켜 전기를 발생시키는 것으로, 주로 리튬(Li)을 이용하는 메탈에어 배터리가 널리 알려져 있다.Generally, a metal-air battery is a metal-air battery that uses mainly lithium (Li) to combine metals such as aluminum (Al), magnesium (Mg), and zinc (Zn) with oxygen in the air to generate electricity .
하지만, 리튬(Li)의 경우 높은 비용과 폭발의 위험성 등으로 인해 리튬(Li)을 대체할 금속물질에 관한 관심이 높아지면서 저비용, 고 안전성의 특성을 지닌 메탈에어 배터리의 개발에 관한 연구가 이루어지고 있다.However, in the case of lithium (Li), due to the high cost and the risk of explosion, interest in a metal material to replace lithium (Li) has increased, and a study on development of a metal air battery having characteristics of low cost and high safety has been made ought.
또한, 메탈에어 배터리는 상대적으로 높은 안전성을 가지고 있으므로 휴대용 디바이스나 유연성이 요구되는 디바이스에 적용하려는 연구가 활발히 이루어지고 있다.In addition, since metal-air batteries have relatively high safety, researches are actively conducted to apply them to portable devices and devices requiring flexibility.
일 예로 (특허문헌 1)은 고-에너지 금속 공기 배터리에 관련된 기술로, 망 형태를 기반으로 리튬(Li)이 양극으로 사용되고, 공기 음극으로 폴리머가 사용된다. For example, Patent Document 1 discloses a technique related to a high-energy metal air battery, in which lithium (Li) is used as an anode based on a net shape, and a polymer is used as an air cathode.
상기 (특허문헌 1)에서는 코인 형태와 파우치 셀 형태의 배터리와 같이 다양한 배터리 구조체에 대한 설명이 개시되어 있다. The above Patent Document 1 discloses various battery structures such as coin type and pouch type battery.
그리고, (특허문헌 2)는 메탈 연료카드를 사용하는 메탈-에어 연료 셀 배터리 시스템에 관한 기술로, 연료전지 구조를 기반으로 하는 금속연료카드 배터리가 개시되어 있다.And, Patent Document 2 discloses a metal-fuel fuel cell battery system using a metal fuel card, which is based on a fuel cell structure.
상기 (특허문헌 2)에서는 연료전지구조체에 카드형태의 금속을 넣어줌으로써 방전과 충전이 이루어져 배터리가 동작된다. 한편, 이와 같은 경우에는 일정 시간 사용기간이 경과하게 되면, 카드형태의 금속을 주기적으로 교체해주어야만 하는 문제점을 가진다. In (Patent Document 2), a card-shaped metal is inserted into a fuel cell structure to discharge and charge the battery, thereby operating the battery. On the other hand, in such a case, if a period of time has elapsed, the card-shaped metal must be periodically replaced.
(특허문헌 3)은 금속 나노분말을 연료로서 채용한 고체산화물 전해질 기반 금속-공기 연료전지에 관한 기술로, 금속 나노가루를 기반으로 한 고체 금속에어 배터리에 관한 설명이 개시되어 있다.(Patent Document 3) discloses a solid-state-electrolyte-based metal-air fuel cell employing metal nano powder as fuel, and discloses a solid metal air battery based on metal nano-powder.
상기 (특허문헌 3)의 경우에는 금속 나노가루를 용융시켜 금속 양극으로 사용하는 방식으로 진공이나 아르곤, 질소 가스 하에서 진행되기 때문에 제작공정이 복잡하고, 많은 양의 에너지 소모가 발생되는 단점을 가진다.In the case of (Patent Document 3), metal nano powder is melted and used as a metal anode under vacuum, argon, and nitrogen gas, which complicates the fabrication process and consumes a large amount of energy.
한편, (비특허문헌 1)에서는 아연(Zn)을 이용하여 유연한 튜브형 배터리를 개발하는 연구가 개시되어 있다. On the other hand, non-patent reference 1 discloses a study of developing a flexible tubular battery using zinc (Zn).
상기 (비특허문헌 1) 에서는 아연(Zn)을 금속 양극으로 하여 금속 양극과 공기 음극이 실린더 튜브형태로 자리잡고, 젤 형상의 고분자 전해질을 그 사이에 부어줌으로써 배터리를 제조하는 방식이 개시되어 있다. (Non-Patent Document 1) discloses a method of manufacturing a battery by using zinc (Zn) as a metal anode, placing a metal anode and an air cathode in the form of a cylinder tube, and pouring a gel-like polymer electrolyte therebetween .
하지만, 상기 (비특허문헌 1) 에서는 장시간의 경화 과정이 요구되며, 많은 양의 알칼리 물질(6M KOH)가 전해질에 사용되며, 전체 제조과정이 복잡하고 고비용이 요구되는 단점을 가진다. However, in the above (Non-Patent Document 1), a long time curing process is required, and a large amount of alkaline material (6M KOH) is used for the electrolyte, and the entire manufacturing process is complicated and high cost is required.
그리고, (비특허문헌 2)는 알루미늄 망을 금속전극으로 사용한 고체 금속에어 배터리에 관련된 연구가 개시되어 있다.In addition, (Non-Patent Document 2) discloses a study on a solid metal air battery using an aluminum mesh as a metal electrode.
상기 (비특허문헌 2)에서는 음극으로 La2O3, SrO, MnO2 등과 같은 다양한 금속산화물과 PVDF가 코팅된 니켈 망을 사용하였고, 고분자 젤 형상의 전해질을 사용하여, 배터리 성능을 확인하였다. In the above (Non-Patent Document 2), a nickel mesh having various metal oxides such as La 2 O 3 , SrO, MnO 2 and the like and PVDF coating was used as a negative electrode, and battery performance was confirmed using a polymer gel electrolyte.
하지만, 상기 (비특허문헌 2) 에서도 고체 전해질을 위해 고분자화를 배터리 내부에서 진행시켜야 되어 제조과정이 매우 복잡하고, 공기음극의 제조시 고 비용이 요구될 수 있는 문제점을 가진다.However, in the above-mentioned (Non-Patent Document 2), the polymerization has to proceed inside the battery for the solid electrolyte, so that the manufacturing process is complicated and high cost is required in manufacturing the air cathode.
또한, (비특허문헌 3) 에는 알카라인이 프린트 된 아연 에어 배터리에 관한 연구가 개시되어 있다. In addition, (Non-Patent Document 3) discloses a study on a zinc air battery printed with alkaline.
상기 (비특허문헌 3) 에서는 아연판을 양극으로 사용하고, 이산화망간을 음극으로 사용하였으며, PAA와 KOH를 고분자 젤형상 전해질로 사용하고 있다. In the above (Non-Patent Document 3), a zinc plate is used as a positive electrode, manganese dioxide is used as a negative electrode, and PAA and KOH are used as a polymer gel electrolyte.
하지만 이와 같은 경우 프린트 과정 이후, 수차례 경화과정이 l수반되어야 하는 단점이 있으며, 양극층, 전해질층, 분리막 층, 음극 층, 전하수집 층 등으로 이루어지는 일반적인 배터리 다층구조 방식에서 벗어나지 못하고 있다.However, in such a case, there is a disadvantage that the curing process must be performed several times after the printing process, and the conventional battery multi-layered structure including the anode layer, the electrolyte layer, the separator layer, the cathode layer, and the charge collecting layer can not escape.
본 발명의 목적은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 등과 같은 금속들과 나노입자가 표면처리된 다기능성 탄소 나노구조체 및 공기투과성 케이스를 이용하여 저비용 고 안정성을 가지는 메탈에어 배터리를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a metal-air battery having a low cost and high stability by using a metal such as aluminum (Al), magnesium (Mg), zinc (Zn) .
본 발명의 다른 목적은, 상기와 같은 메탈에어 배터리가 단일층으로 형성될 수 있도록 하기 위한 메탈에어 배터리 전극 구조체를 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a metal-air battery electrode structure for allowing the metal-air battery to be formed as a single layer.
본 발명의 또 다른 목적은, 금속 양극 구조체의 공급이 보다 용이하게 이루어질 수 있는 메탈에어 배터리를 제공하는 것이다.
It is still another object of the present invention to provide a metal air battery in which supply of the metal anode structure can be made easier.
본 발명에 따른 메탈에어 배터리는 구체 또는 다면체 또는 디스크 또는 다각형 판상으로 구성되는 단위 금속이 다수개 접촉되도록 구비되는 금속 양극(Metal anode) 구조체와, 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT) 또는 그래핀(Graphene)을 포함하는 공기 음극(Air Cathode) 구조체 및 상기 금속 양극과 공기 음극 사이에 구비되는 용액 또는 젤 형태의 고분자 전해질을 포함하며, 상기 공기 음극 구조체는 상기 금속 양극 구조체가 수용되는 케이스의 적어도 일부 표면에 구비되는 것을 특징으로 한다.The metal-air battery according to the present invention includes a metal anode structure in which a plurality of unit metals, which are made of a spherical, polyhedral, disk or polygonal plate, are in contact with each other, a carbon nanotube (CNT) Wherein the air cathode structure includes at least a part of the case in which the metal anode structure is accommodated, and an air cathode structure including a cathode and an air cathode, wherein the air cathode structure includes a solution or gel polymer electrolyte disposed between the metal anode and the air cathode, And is provided on the surface.
본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 전극 구조체는 구체 또는 다면체 또는 디스크 또는 다각형 판상으로 구성되는 다수의 단위 금속이 서로 접촉되도록 형성되는 금속 양극(Metal anode) 구조체와, 공기 투과성 케이스 표면에 외부 자기장을 통해 산화철과 금 나노입자가 표면처리 된 그래핀(Graphene)이 증착되어 형성되는 공기 음극(Air Cathode) 구조체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The electrode structure of the metal-air battery according to the present invention includes a metal anode structure formed to be in contact with a plurality of unitary metals made of spheres or polyhedrons or disks or polygonal plates, And an air cathode structure formed by depositing iron oxide and graphene having surface-treated gold nanoparticles.
다른 측면에서 본 발명에 따른 메탈에어 배터리는 구체 또는 다면체 또는 디스크 또는 다각형 판상으로 구성되는 단위 금속이 다수개 접촉되도록 구비되는 금속 양극(Metal anode) 구조체와, 상기 금속 양극(Metal anode) 구조체를 감싸는 공기투과성 케이스와, 상기 공기투과성 케이스 표면에 구비되는 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT) 또는 그래핀(Graphene)을 포함하는 공기 음극(Air Cathode) 구조체 및 상기 금속 양극(Metal anode) 구조체와 상기 공기 음극(Air Cathode) 구조체 사이에 충진되는 용액 또는 젤 형태의 고분자 전해질을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a metal-air battery comprising: a metal anode structure having a plurality of unit metals made of a spherical, polyhedral, disk or polygonal plate; An air cathode structure including an air permeable case, a carbon nanotube (CNT) or a graphene provided on the surface of the air permeable case, and an air cathode structure including the metal anode structure and the air And a polymer electrolyte in the form of a solution or a gel to be filled between the cathode structure and the cathode structure.
또 다른 측면에서 본 발명에 따름 메탈에어 배터리는 구체 또는 다면체 또는 디스크 또는 다각형 판상으로 구성되는 다수의 단위 금속을 포함하는 금속 양극(Metal anode) 구조체와, 상기 다수의 단위 금속이 일정 간격 이격된 위치에 배열되는 공기투과성 케이스와, 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT) 또는 그래핀(Graphene)을 포함하며, 상기 단위 금속이 배열된 공기투과성 케이스의 표면에서 상기 단위 금속과 일대일 대응되도록 구비되는 공기 음극(Air Cathode) 구조체 및 상기 공기투과성 케이스 내부에 수용되며, 금속 양극(Metal anode) 구조체와 상기 공기 음극(Air Cathode) 구조체 사이에 위치되는 젤 형태의 고분자 전해질을 포함하고, 상기 이격된 단위 금속은 전기 전도성의 와이어나 접착성 및 전기 전도성을 가지는 탄소 페인트나 금속 페인트 또는 고분자 중 어느 하나를 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a metal-air battery comprising: a metal anode structure including a plurality of unit metals made of a spherical, polyhedral, disc or polygonal plate; An air permeable case arranged on the air permeable case and a carbon nanotube (CNT) or graphene, the air permeable case having an air cathode And a gel electrolyte contained in the air permeable case and positioned between the metal anode structure and the air cathode structure, wherein the spaced apart unit metal Electrically conductive wires or carbon and metal paints or polymers with adhesive and electrical conductivity. Characterized in that connected to each other through one.
본 발명에 따른 메탈에어 배터리는 금속 양극 구조체와 공기 음극 구조체 및 고분자 전해질이 공기투과성 케이스 일면에 단일 층으로 형성될 수 있다. In the metal-air battery according to the present invention, the metal anode structure, the air cathode structure, and the polymer electrolyte may be formed as a single layer on one side of the air permeable case.
따라서, 배터리의 크기 및 구조를 사용자의 요구에 맞추어 다양한 형태로 제작할 수 있으며 특히, 전자기기와 일체형 배터리를 제작하기에 유리한 형태를 제공할 수 있다.Accordingly, the size and structure of the battery can be manufactured in various forms according to the user's demand, and in particular, it is possible to provide a form advantageous for manufacturing an electronic device and an integral battery.
또한, 스마트 카드나 유연한 디스플레이 기기에 응용될 수 있을 뿐만 아니라 저렴한 제조비용을 바탕으로 제품의 포장이나 현수막 등의 점등소자의 에너지원, 개별 포장된 제품의 온도조절을 위한 소자의 에너지원 등 다양한 분야에 적용되어 활용될 수 있다.In addition, it can be applied to smart cards and flexible display devices. In addition, it can be applied to various fields such as the energy source of the lighting device such as packaging or banner of the product and the energy source of the device for controlling the temperature of the individually packaged product And the like.
뿐만 아니라 본 발명에 따르면 재료 금속으로 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 등이 사용되어 재료의 접근이 용이하며, 대기 중에서 배터리의 제조과정이 실시됨에 따라 메탈에어 배터리 관련 기술의 교육을 위한 활용자료로도 사용될 수 있다.In addition, according to the present invention, since aluminum (Al), magnesium (Mg), zinc (Zn) or the like is used as a material metal, the material is easily accessible and the manufacturing process of the battery is performed in the atmosphere. It can also be used as a resource for education.
게다가, 연료전지와 하이브리드 구조를 형성할 경우 연료전지에서 방출되는 수분으로 메탈 에어 배터리가 동작되고, 메탈에어 배터리에서 방출되는 수소가스를 연료전지로 공급하여 시너지 효과를 창출할 수 있을 것으로 기대된다.In addition, when forming the hybrid structure with the fuel cell, the metal-air battery is operated with the moisture released from the fuel cell, and hydrogen gas emitted from the metal-air battery can be supplied to the fuel cell to generate a synergistic effect.
한편, 본 발명에서는 재료 금속이 단위 금속 형태로 구성되어 다수개가 서로 연결되는 형태로 공급된다. 따라서, 반응 표면적이 증대되어 보다 향상된 배터리 효율을 발생시킬 수 있다. Meanwhile, in the present invention, the material metal is supplied in the form of a unit metal form and a plurality of units are connected to each other. Therefore, the reaction surface area can be increased, resulting in improved battery efficiency.
또한, 본 발명에서는 상기 단위 금속이 가이드에 수용되어 공급되면서 하중 및/또는 가이드 휠의 탄성을 이용하여 연속적인 자동 공급이 가능한 구조를 가진다. In addition, in the present invention, the unit metal is accommodated in the guide and supplied with the automatic and continuous supply of the unit metal by using the load and / or the elasticity of the guide wheel.
따라서, 사용기간이 경과하더라도 일정한 배터리 효율이 유지될 수 있는 이점을 가지며, 재사용 환원을 위한 구성을 부가하여 보다 효율적인 재료 금속의 공급이 이루어질 수 있다.
Therefore, it is advantageous that a constant battery efficiency can be maintained even after the use period has elapsed, and a configuration for reuse reduction can be added to more efficiently supply the material metal.
도 1 은 본 발명에 따른 메탈에어 배터리 전극 구조체 중 금속 양극 구조체 구성의 일실시 예를 보인 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리에서 고분자나 CNT, Graphene 등의 물질로 표면처리된 단위 금속의 모식도.
도 3 은 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 금속 양극 구조체에서 단위 금속의 공급을 위한 구성의 일실시 예를 보인 도면.
도 4 는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 금속 양극 구조체에서 단위 금속의 공급을 위한 구성의 다른 실시 예를 보인 도면.
도 5 는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 금속 양극 구조체에서 단위 금속의 공급을 위한 구성의 또 다른 실시 예를 보인 도면.
도 6 은 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 금속 양극 구조체에서 단위 금속의 공급을 위한 구성의 또 다른 실시 예를 보인 도면.
도 7 은 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 금속 양극 구조체에서 단위 금속의 재사용을 위한 리프트의 일실시 예를 보인 도면.
도 8 은 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 전극 구조체에서 금속 양극과 금속 음극이 단일층을 형성하는 원-포트(One-port) 형태의 배터리 구조의 모식도.
도 9 는 도 8의 모식도에 의해 구성된 메탈에어 배터리의 실물 사진.
도 10a 는 본 발명의 요부구성인 금속 양극 구조체의 일 실시예 형성 과정을 설명하기 위한 도면.
도 10b 는 본 발명의 요부구성인 공기 음극 구조체의 일 실시예 형성 과정을 설명하기 위한 도면.
도 11 은 본 발명에 따른 메탈 배터리에서 공기 음극으로 사용된 그래핀의 주사전자현미경 사진.
도 12 는 본 발명에 따른 메탈 배터리에서 금속 양극으로 사용된 알루미늄 호일의 주사전자현미경 사진.
도 13 은 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 요부구성인 금속 양극 구조체의 단위 금속이 조립된 다른 실시 형태를 보인 모식도.
도 14 는 도 8 및 도 9에 도시된 실시 형태의 Single-Cell 메탈에어 배터리의 실물 동작 사진.
도 15 는 도 8 및 도 9에 도시된 실시 형태의 Dual-Cell 메탈에어 배터리의 실물 동작 사진.
도 16 및 도 17 은 도 15에 도시된 메탈에어 배터리의 온/오프 상태를 보이기 위한 실물 동작 사진.
도 18 은 본 발명에 따른 메탈에어 배터리 전극 구조체의 티백 형상 실시예를 보인 모식도.
도 19 는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리 전극 구조체의 카드 형상 실시예를 실물 카드와 대비하기 위한 실물 사진.
도 20 은 도 19의 실시예의 온/오프 상태를 보이기 위한 실물 동작 사진.
도 21 는 도 19의 실시 예에서 메탈에어 배터리 전극 구조체의 전원공급 안정성 및 유연성을 보이기 위한 실물 동작 사진.
도 22 는 도 19의 실시예를 쿼드-셀(Quad-Cell)로 구성한 내부 구성을 보인 실물 사진.
도 23 은 도 22에서 보인 실시예의 제조 과정을 설명하기 위한 실물 사진.
도 24 는 도 23에서 보인 제조 과정에 따라 제작된 메탈에어 배터리의 온/오프 상태를 보이기 위한 실물 동작 사진.
도 25 는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 또 다른 실시 예로 다수의 단일 셀이 배열된 유연성을 가진 시트 형태의 모식도.
도 26a 는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 또 다른 실시 예로 다수의 단일 셀이 배열된 매직팔찌 형태의 모식도.
도 26b 는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 또 다른 실시 예로 다수의 단일 셀이 배열된 커피 슬리브 형태의 모식도.
도 27 은 본 발명에 따른 메탈에어 배터리 전극 구조체의 또 다른 실시 예로 채널 내부의 단위 금속으로 전해질이 가압되면서 공급되어 동작될 수 있는 커피 프레스 구조의 모식도.
도 28 은 도 27의 실시 형태에서 채널 내부에 수용될 수 있는 단위 금속의 다른 실시 예를 보인 모식도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing an embodiment of a metal anode structure of a metal air battery electrode structure according to the present invention; FIG.
2 is a schematic view of a unit metal surface-treated with a polymer, CNT, Graphene or the like in a metal-air battery according to the present invention.
3 is a view illustrating a configuration for supplying a unitary metal in a metal anode structure of a metal-air battery according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing another embodiment of a configuration for supplying a unitary metal in a metal anode structure of a metal-air battery according to the present invention.
5 is a view showing another embodiment of a configuration for supplying a unitary metal in a metal anode structure of a metal-air battery according to the present invention.
6 is a view showing another embodiment of a configuration for supplying a unitary metal in a metal anode structure of a metal-air battery according to the present invention.
7 is a view illustrating an embodiment of a lift for reuse of a unitary metal in a metal anode structure of a metal-air battery according to the present invention.
8 is a schematic view of a one-port type battery structure in which a metal anode and a metal cathode are formed as a single layer in an electrode structure of a metal-air battery according to the present invention.
FIG. 9 is a photograph of a metal air battery constructed by the schematic view of FIG. 8; FIG.
FIG. 10A is a view for explaining a process of forming an embodiment of a metal anode structure as a main component of the present invention; FIG.
FIG. 10B is a view for explaining a process of forming an air cathode structure according to an embodiment of the present invention. FIG.
11 is a scanning electron micrograph of graphene used as an air cathode in a metal battery according to the present invention.
12 is a scanning electron micrograph of an aluminum foil used as a metal anode in a metal battery according to the present invention.
13 is a schematic view showing another embodiment in which a unitary metal of a metal anode structure, which is a main component of a metal-air battery according to the present invention, is assembled.
Fig. 14 is a photograph showing the actual operation of the single-cell metal-air battery of the embodiment shown in Figs. 8 and 9. Fig.
Fig. 15 is a photograph showing the actual operation of the dual-cell metal-air battery of the embodiment shown in Figs. 8 and 9. Fig.
FIGS. 16 and 17 are photographs showing the actual operation for showing the on / off state of the metal-air battery shown in FIG. 15. FIG.
18 is a schematic diagram showing a teabag embodiment of a metal-air battery electrode structure according to the present invention.
FIG. 19 is a photograph of a card-shaped embodiment of a metal-air battery electrode structure according to the present invention in comparison with a physical card. FIG.
FIG. 20 is a photograph showing the actual operation for showing the on / off state of the embodiment of FIG. 19;
FIG. 21 is a photograph of the actual operation for showing stability and flexibility of power supply of the metal air battery electrode structure in the embodiment of FIG. 19;
FIG. 22 is a photograph showing an internal configuration in which the embodiment of FIG. 19 is configured as a quad-cell. FIG.
FIG. 23 is a photograph showing a manufacturing process of the embodiment shown in FIG. 22; FIG.
FIG. 24 is a photograph showing an actual operation for showing the on / off state of the metal-air battery manufactured according to the manufacturing process shown in FIG.
25 is a schematic view of a flexible sheet type in which a plurality of single cells are arranged as another embodiment of the metal-air battery according to the present invention.
26A is a schematic view of a magic bracelet type in which a plurality of single cells are arranged according to yet another embodiment of the metal-air battery according to the present invention.
FIG. 26B is a schematic view of a coffee sleeve in which a plurality of single cells are arranged as another embodiment of the metal-air battery according to the present invention; FIG.
FIG. 27 is a schematic view of a coffee press structure in which an electrolyte is pressurized and can be operated as a unitary metal in a channel according to another embodiment of the metal air battery electrode structure according to the present invention. FIG.
28 is a schematic view showing another embodiment of a unitary metal accommodating in a channel in the embodiment of FIG. 27;
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시 예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It is to be understood, however, that the spirit of the invention is not limited to the embodiments shown and that those skilled in the art, upon reading and understanding the spirit of the invention, may easily suggest other embodiments within the scope of the same concept.
도 1 에는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리 전극 구조체 중 금속 양극 구조체 구성의 일실시 예를 보인 도면이 도시되어 있다.FIG. 1 is a view showing an embodiment of a metal anode structure of a metal air battery electrode structure according to the present invention.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 메탈에어 배터리는 금속 양극(Metal anode) 구조체(100)와 공기 음극(Air Cathode) 구조체(200) 및 상기 금속 양극구조체(100)와 공기 음극 구조체(200) 사이에 구비되는 고분자 전해질을 포함하여 구성된다. The metal air battery according to the present invention includes a
상세히, 상기 금속 양극 구조체(100)는 구체 또는 다면체의 입체 형상으로 형성되거나, 디스크 또는 다각형 평판 형상으로 형성되는 다수개의 단위 금속(110)을 포함한다. Specifically, the
그리고, 상기와 같이 형성되는 단위 금속(110)은 가이드에 의해 상기 고분자 전해질이 수용되는 케이스(310) 내부로 안내된다. The
상기 가이드는 전체적으로 도전체로 구성되어 커넥터를 연결할 경우 전원회로를 배터리 전원의 양극 단자로 사용될 수 있으며, 다수의 단위 금속(110)을 상기 케이스(310) 내부로 안내하기 위하여 수용부(120)와 하나 이상의 경사면(122) 및 채널(140)을 포함하도록 구성된다. When the connector is connected, the power supply circuit may be used as a positive terminal of the battery power source. In order to guide a plurality of
상기 수용부(120)는 다수의 단위 금속(110)을 내부에 수용하기 위한 수용공간을 제공하며, 상기 경사면(122)은 수용된 단위 금속(110)이 하중에 의해 이동하면서 이동방향을 가이드 한다.The
그리고, 상기 채널(140)은 상기 경사면(122)의 하측에서 하측으로 연장형성되어 상기 케이스(310)의 내부공간에 위치하게 되며, 상기 케이스(310)의 형상에 대응하여 다수개가 이격된 위치에 형성될 수 있다. The
상기 채널(140)에는 상기 케이스(310) 내부에서 고부나 전해질이 안내되는 단위 금속(110)과 보다 효과적으로 반응할 수 있도록 다수의 홀(142)이 형성된다. A plurality of
또한, 상기 채널(140)은 상측에서 하측으로 갈수록 단면적이 좁아지도록 형성되어 단위 금속(110)에 고분자 전해질과 반응하여 부피가 줄어들면서 서서히 하향 이동할 수 있도록 안내한다.In addition, the
그리고, 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 케이스(310)는 고분자 전해질을 다수의 공간에 수용할 수 있도록 분할 구성될 수 있으며, 케이스(310)의 분할된 각 공간 사이에는 공기유로(312)가 형성된다. As shown in the figure, the
한편, 상기와 같이 분할 형성된 공간을 가지는 케이스(310)에는 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT) 또는 그래핀(Graphene)을 포함하는 공기 음극(Air Cathode) 구조체(200)가 구비된다. Meanwhile, an
그리고, 상기 공기 음극 구조체(200)의 설치를 위해 상기 케이스(310)는 적어도 상기 공기 음극 구조체(200)의 설치 위치와 대응되는 부분이 공기투과성 재질로 형성되며, 상기 공기 음극 구조체(200)는 해당 부분에 증착되어 설치될 수 있다.The
일 예로 상기 공기 음극 구조체(200)는 상기 공기투과성 재질의 케이스 표면에 외부 자기장을 통해 산화철과 금 나노입자가 표면처리된 그래핀(Graphene)을 증착하여 형성될 수 있다. 이와 같이 형성되는 공기 음극 구조체(200)는 상기 공기유로(312)를 통해 외부 공기를 상기 케이스(310) 내부로 유입시켜 산소와 반응하도록 함으로써 전기를 생성할 수 있도록 한다.For example, the
그리고, 상기 케이스(310)에 다수의 음극 구조체(200)가 구비될 경우에는 브릿지(220)를 이용하여 서로 연결될 수 있다.If a plurality of
한편, 상기 고분자 전해질은 용액상 전해질(320)로 상기 케이스(310) 내부에 수용되거나 아래에서 설명할 겔상 전해질(330, 도 12 참조)로 구비될 수 있으며, 본 실시 예에서는 용액상 전해질(320)로 형성되어 물을 보충하여 충진될 수 있다.The polymer electrolyte may be contained in the
그리고, 상기 채널(140)을 통과하면서 상기 고분자 전해질과 반응이 이루어진 단위 금속(110)은 하측에 구비되는 포집부(410)에 의해 포집될 수 있다. The
상기 포집부(410)는 다수의 채널(140)을 모두 커버할 수 있는 크기로 형성되어 각 채널(140)에서 낙하되는 단위 금속(110)을 동시에 포집하도록 형성될 수 있으며, 포집부(410)에 포집된 단위 금속(110)은 산화막을 제거한 이후 재사용될 수 있다. The collecting
한편, 도 2 에는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리에서 고분자나 CNT, Graphene 등의 물질로 표면처리된 단위 금속의 모식도가 도시되어 있다.FIG. 2 is a schematic view of a unitary metal surface-treated with a polymer, CNT, Graphene or the like in the metal-air battery according to the present invention.
즉, 본 발명에서는 도 2 에 도시된 바와 같이 상기 단위 금속(110)을 알루미늄(Al) 볼로 형성하고, 표면에 산화막 형성을 줄이기 위한 코팅층을 형성할 수 있다. That is, in the present invention, as shown in FIG. 2, the
상기 코팅층은 상기 단위 금속(110)의 표면에 점성과 전기전도도를 포함하는 탄소 페인트나 고분자 메탈 페인트를 이용하여 형성될 수 있으며, 반응성을 위하 다수의 포어(113)가 형성되어 이온채널(Ionic Channel)의 기능을 수행하게 된다. The coating layer may be formed using a carbon paint or a polymeric metal paint having a viscosity and electrical conductivity on the surface of the
도 3 에는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 금속 양극 구조체에서 단위 금속의 공급을 위한 구성의 일실시 예를 보인 도면이 도시되어 있다.FIG. 3 is a view showing an embodiment of a configuration for supplying a unitary metal in a metal anode structure of a metal-air battery according to the present invention.
도 1의 구성과 함께 도면을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에서는 단위 금속(110)이 상기 수용부(120)에서 용액상 전해질(320)이 수용된 케이스(310)로 슬로프(124)를 따라 굴러서 안내될 수 있다. 1, a
즉, 본 실시 예는 금속 양극 구조체(100)의 설치 위치가 상하 방향 보다 좌우 방향 공간의 활용이 용이한 경우 실시 가능한 형태로 슬로프(124)를 따라 굴러내린 단위 금속은 상기 케이스(310) 내부에 구비되는 다수의 휠과 휠에 의해 회전가능하게 구비되는 이동식 밸트(164)에 의해 이동이 안내된다. That is, in the present embodiment, when the installation position of the
상세히, 상기 슬로프(124)는 상기 수용부(120)와 케이스(310) 사이에서 하향 경사를 가지도록 구비되어 하단이 상기 케이스(310)의 상측에 위치된다. In detail, the
그리고, 상기 슬로프(124)를 따라 굴러내리는 단위 금속(110)은 상기 케이스(310)의 내부로 투입되어 상기 케이스(310)의 내부에는 수평으로 길게 구비되는 이동식 밸트(164)에 안착된다.The
상기 이동식 밸트(164)는 적어도 양단에 각각 회전가능하게 구비되는 휠에 의해 일방향으로 회전하게 되며, 본 실시 예에서는 탄성압축 이후 회전력을 발생시키는 스프링 파워 휠(162)이 이동식 밸트(164)의 일단과 연결되어 회전 가능하게 구비되고, 타단에는 회전하면서 유체의 이동을 강제하는 팬(166)이 더 구비된다.In this embodiment, a
따라서, 상기 스프링 파워 휠(162)에 의해 회전력이 발생되면 이동식 밸트(164)가 일방향으로 회전하면서 상측으로 투입되는 단위 금속(110)을 일방향으로 안내하게 되고, 안내되는 과정에서 상기 단위 금속(110)이 용액상 전해질(320) 내부에서 산소와 반응하게 된다. Accordingly, when a rotational force is generated by the
이를 위해 상기 케이스(310)에는 전술한 바와 같이 적어도 일부분이 공기투과성 재질로 형성되어 공기 음극 구조체(200)가 해당 부분에 증착된다.For this, at least a portion of the
한편, 도시되지는 않았지만 상기 스프링 파워 휠(162)에는 탄성압축을 위해 외부에 회전 가능한 손잡이가 더 구비될 수 있으며, 일측에 상기 이동식 밸트(164)에 의해 안내되는 단위 금속(110)을 포집부(410)로 안내하기 위한 슬로프가 더 구비될 수 있다.Although not shown, the
한편 상기 이동식 밸트(164)는 상기 스프링 파워 휠(162) 없이 투입되는 단위 금속(110)에 의해 회전하도록 구비될 수 있다. The
상세히, 도 4 에는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 금속 양극 구조체에서 단위 금속의 공급을 위한 구성의 다른 실시 예를 보인 도면이 도시되어 있다.4 is a view showing another embodiment of the configuration for supplying the unitary metal in the metal anode structure of the metal-air battery according to the present invention.
도면을 참조하면, 본 실시 예에서는 상기 이동식 밸트(164)가 하향 경사를 가지도록 설치되고, 이동식 밸트(164)의 양단에는 팬(166)이 구비된다. Referring to the drawings, in the present embodiment, the
그리고, 이동식 밸트(164)에는 홈 또는 통공(164´, 도 5 참조)이 형성되어 슬로프(124)에 의해 투입되는 단위 금속(110)이 안정적으로 안착되고, 연속적으로 공급되어 안착되는 단위 금속(110)의 하중에 의해 상기 이동식 밸트(164)가 회전하면서 상기 팬(166)도 함께 회전하게 된다. A groove or a through
상기 팬(166)은 회전하면서 산화환원 반응에 의해 생성되는 수소기체를 외부로 배출한다.The
도 5 에는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 금속 양극 구조체에서 단위 금속의 공급을 위한 구성의 또 다른 실시 예를 보인 도면이 도시되어 있다.FIG. 5 is a view showing another embodiment of the configuration for supplying the unitary metal in the metal anode structure of the metal-air battery according to the present invention.
도면을 참조하면, 본 실시 예에서는 수용부(120)의 좌우 양측에 각각 경사면(122)이 형성되고, 상기 경사면(122)의 하측으로 U 자형 채널(140)이 각각 형성된다. Referring to the drawings, in the present embodiment, a
그리고, 상기 U 자형 채널(140)은 각각 상하로 구비되는 이동식 밸트(164)와 스프링 파워 휠(162) 및 팬(166)에 의해 상기 단위 금속(110)의 직경에 대응되는 폭을 가지도록 형성되며, 도시되지는 않았지만, U 자형 채널(140)의 단부는 포집부(410)로 안내되어 상기 U 자형 채널(140)을 경유한 단위 금속(110)이 포집될 수 있도록 한다The
따라서, 본 실시 예에서는 상기 단위 금속(110)의 하중과 상기 스프링 파워 휠(162)의 회전력에 의해 단위 금속(110)이 보다 원활하게 이동할 수 있으며, 상기 이동식 밸트(164)에는 통공(164´)이 형성되어 단위 금속(110)의 상방향 이동을 보조할 수 있다. Therefore, in this embodiment, the
한편, 상기 U 자형 채널(140)이 수용되는 케이스(310)는 중앙 부분에 공기유로(312)가 형성되며, 상기 공기유로(312)가 형성된 위치의 케이스(310)에 상기 공기 음극 구조체(200)가 증착되어 브릿지(220)를 통해 연결된다. 상기 브릿지(220)는 브라스 와이어로 형성될 수 있다.The
도 6 에는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 금속 양극 구조체에서 단위 금속의 공급을 위한 구성의 또 다른 실시 예를 보인 도면이 도시되어 있다.6 is a view showing another embodiment of a configuration for supplying a unitary metal in a metal anode structure of a metal-air battery according to the present invention.
본 실시 예에서는 수용부(120)의 좌우 하단에서 경사면(122)을 따라 안내되는 단위 금속(110)이 이동식 밸트(140)에 의해 케이스(310) 내부를 경유하여 포집부(410)로 안내되도록 구성된다. The
상세히, 본 실시 예에서는 전술한 실시 예들과 달리 상기 경사면(122)의 하단에서 하방으로 채널이 형성되지 않거나 케이스(310)의 상측에 위치하는 정도로만 채널(140)이 형성된다. In detail, in this embodiment, unlike the above-described embodiments, the
그리고, 상기 채널(140)에 대응되는 위치에는 상기 케이스(310) 내부로 한 쌍의 이동식 밸트(164)가 상기 단위 금속(110)의 직경과 대응되는 폭만큼 이격된 경로를 형성하도록 구비된다. A pair of
또한, 적어도 어느 일측 이동식 밸트(164)에는 스프링 파워 휠(162)이 구비되고, 나머지 부분에는 팬 또는 단순 회전하는 가이드 휠(161)이 구비된다. At least one
한편, 전술한 실시 예들에서 반응 이후 포집부(410)에 포집되는 단위 금속(110)은 재사용을 위하여 이동이 안내될 수 있다. Meanwhile, in the above-described embodiments, the
도 7 에는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 금속 양극 구조체에서 단위 금속의 재사용을 위한 리프트의 일실시 예를 보인 도면이 도시되어 있다.FIG. 7 is a view showing an embodiment of a lift for reusing unit metals in a metal anode structure of a metal-air battery according to the present invention.
도면을 참조하면, 상기 리프트는 상기 포집부(410)에 수용된 반응 이후 단위 금속(110)을 하향 안내하기 위한 경사부(412)와 상기 경사부(412)를 따라 안내되는 단위 금속(110)을 상측으로 이동시켜 수용부(120)에 투입하기 위한 리프트 밸트(440) 및 상기 리프트 밸트(440)의 회전을 위한 리프트 휠(460)을 포함한다. Referring to the drawing, the lift includes an
상세히, 상기 리프트 밸트(440)는 상기 경사부(412)의 하단에서 상방향 경사를 가지며 상기 수용부(120)의 상단까지 이어지며 일정 간격으로 형성되는 다수의 피트(442)를 포함한다. In detail, the
상기 피트(442)는 함몰 형성되거나 천공 형성될 수 있으며, 리프트 밸트(440)로 이송된 단위 금속(110)이 안착되어 상측으로 안내될 수 있도록 한다.The
그리고, 상기 리프트 밸트(440)의 양단 중 적어도 어느 일측에 구비되는 리프트 휠(460)은 스프링 파워 휠과 동일한 구성으로 형성된다.The
따라서, 상기 리프트 휠(460)의 회전력에 의해 상기 리프트 밸트(440)가 회전하면서 상기 포집부(410)에 수용되어 있던 단위 금속(110)을 다시 수용부(120)로 이송시킬 수 있다.The
도 8 에는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 전극 구조체에서 금속 양극과 금속 음극이 단일층을 형성하는 원-포트(One-port) 형태의 배터리 구조의 모식도가 도시되어 있고, 도 9 에는 도 8의 모식도에 의해 구성된 메탈에어 배터리의 실물 사진이 도시되어 있으며, 도 10a에는 본 발명의 요부구성인 금속 양극 구조체의 일 실시예 형성 과정을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있고, 도 10b에는 본 발명의 요부구성인 공기 음극 구조체의 일 실시예 형성 과정을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.FIG. 8 is a schematic view of a one-port type battery structure in which a metal anode and a metal cathode are formed as a single layer in an electrode structure of a metal-air battery according to the present invention. 10A is a view for explaining a process of forming an embodiment of a metal anode structure which is a main component of the present invention, and FIG. 10B is a cross- Fig. 5 is a view for explaining a process of forming an embodiment of the air cathode structure as a constitution.
그리고, 도 11 에는 본 발명에 따른 메탈 배터리에서 공기 음극으로 사용된 그래핀의 주사전자현미경 사진이 도시되어 있으며, 도 12 에는 본 발명에 따른 메탈 배터리에서 금속 양극으로 사용된 알루미늄 호일의 주사전자현미경 사진이 도시되어 있다.11 is a scanning electron micrograph of graphene used as an air cathode in a metal battery according to the present invention. FIG. 12 shows a scanning electron microscope (SEM) image of an aluminum foil used as a metal anode in a metal battery according to the present invention. The picture is shown.
이들 도면 및 사진을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에서는 원-포트(One-Pot) 형태의 배터리를 위해 상부가 개방된 용기 형상의 공기투과성 케이스(600)의 저면(610)에 금속 양극 구조체(100)와 공기 음극 구조체(200)가 단일층을 형성하도록 구비된다. Referring to these drawings and photographs, in another embodiment of the present invention, a
상세히, 본 실시 예에서는 상기 금속 양극 구조체(100)를 구성하는 단위 금속(110)이 금속 디스크 형상으로 형성되어 다수개가 적층되거나 연결되거나, 다수의 금속박판을 아래에서 설명할 접착수단(119, 도 13참조)을 이용하여 연결하는 군집형태로 구성하여 상기 공기투과성 케이스(600)의 저면(610)에 위치시킨다.In detail, in this embodiment, the
또한, 상기 금속 양극 구조체(100)는 샌드블라스트 처리된 알루미늄 호일(115)를 이용하여 형성될 수 있다. 즉, 도 12에 도시된 바와 같이 주사전자현미경을 통해 관찰되는 알루미늄 호일(115)은 샌드블라스트 처리 후 그 표면이 매우 거친 형태로 확인되어 표면적이 증대되었음을 확인할 수 있다.In addition, the
따라서, 본 실시 예에서는 알루미늄 호일(115)을 샌드블라스트 처리함으로써 표면적을 증대시키고 이를 펀칭하여 다수의 알루미늄 원판(115´)으로 성형한다. 그리고, 상기와 같이 성형된 다수의 알루미늄 원판(115´)을 점성 및 전도성이 있는 접착수단(119, 도 13참조) 즉, 고분자, 탄소 페인트, 혹은 금속 페인트를 이용하여 알루미늄 원판군집(115˝)으로 형성한다.Accordingly, in this embodiment, the
그리고, 상기와 같이 형성된 알루미늄 원판군집(115˝)의 일측에는 전하의 수집을 위해 커넥터(116)를 연결함으로써 금속 양극 구조체(100)가 형성된다. The
한편, 본 실시 예에서 상기 공기 음극 구조체(200)는 산화철과 금 나노입자가 동시에 표면처리된 그래핀(Graphene) 또는 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)를 음극 물질로 사용하여 상기 공기투과성 케이스(600)의 저면(610)에 자기영동법을 통해 침전시킨다.Meanwhile, in the present embodiment, the
즉, 산화철의 경우 자성을 띄기 때문에 산화철이 처리된 탄소구조체 역시 외부 자장(650)에 의해 침전 및 퇴적이 유도될 수 있으며, 표면처리된 금 나노입자에 의해 공기 음극 구조체(200)의 전기 전도도를 보다 향상시킬 수 있다.That is, since iron oxide is magnetized in the case of iron oxide, the carbon structure treated with iron oxide can also be induced to precipitate and accumulate by the external
도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 탄소나노구조체의 경우 2종류의 나노입자가 플레이크 상에서 관측되었다. 상대적으로 작은 크기의 나노입자는 산화철 나노입자를 나타내고, 상대적으로 큰 이바는 금 나노입자를 나타낸다. As shown in FIG. 11, in the case of the carbon nanostructure according to the present invention, two kinds of nanoparticles were observed on a flake. Relatively small nanoparticles represent iron oxide nanoparticles, while relatively large particles represent gold nanoparticles.
일반적으로 금속나노입자 표면에는 플라즈몬이라고 알려진 전자구름 형태가 존재하기 때문에 주사전자현미경으로 관측할 경우 해당 부분이 매우 밝은 흰색 입자로 관측된다. Generally, on the surface of metal nanoparticles, electron cloud forms known as plasmons exist, so when observed with a scanning electron microscope, they are observed as very bright white particles.
반면, 산화철 나노입자는 세라믹 형태이기 때문에 금속나노입자보다 어둡게 표시됨으로 주사전자현미경을 통해 도 11과 같이 용이하게 나노입자를 구분할 수 있다.On the other hand, since the iron oxide nanoparticles are in a ceramic form, they are displayed darker than the metal nanoparticles, so that the nanoparticles can be easily distinguished through a scanning electron microscope as shown in FIG.
그리고, 상기 그래핀 시트의 경우, 산화철의 자기적 특성에 의해 자석에 의해 공간이 선택적으로 침전되어 있는 팬케익 형태로 적층되어 있음이 확인된다.It is confirmed that, in the case of the graphene sheet, the pancake is stacked in the form of a pancake in which the space is selectively precipitated by the magnet due to the magnetic properties of the iron oxide.
이와 같은 구조의 경우 그래핀의 파이 전자 구름과, 금 나노입자의 전자구름에 의해, 양극으로부터 분출되는 알루미늄 양이온을 캡쳐할 수 있는 능력을 가지게 된다. 또한, 산화철 자성나노입자 표면에 3개의 수산화기(OH-)를 갖는 벤조산이 코팅되어 있기 때문에, 이 수산화기에 의해서도 알루미늄 양이온을 캡쳐할 수 있을 것으로 기대된다. In such a structure, the graphene pie electron cloud and the electron cloud of gold nanoparticles have the ability to capture aluminum cations ejected from the anode. In addition, since benzoic acid having three hydroxyl groups (OH-) is coated on the surface of the iron oxide magnetic nanoparticles, it is expected that aluminum hydroxide can be captured by this hydroxyl group.
따라서, 본 실시 예에서는 그래핀 또는 탄소나노튜브를 사용함에 따라 탄소구조체가 적층된 다수의 팬케익과 같은 구조체를 형성할 수 있으며, 탄소구조체 표면에 존재하는 파이 전자구름과 금 나노입자의 플라즈몬(전자구름) 등에 의해 상기 금속 양극 구조체(100)로부터 나오는 금속 양이온(Al이온)들이 층과 층 사이에 삽입되어 인터칼레이션(Intercalation) 효과를 기대할 수 있다.Accordingly, in this embodiment, by using graphene or carbon nanotubes, it is possible to form a structure such as a plurality of pancakes in which a carbon structure is stacked, and a pie-electron cloud existing on the surface of the carbon structure and plasmons of gold nanoparticles Metal ions (Al ions) coming from the
한편, 상기와 같이 공기투과성 케이스(600)의 저면(610)에 금속 양극 구조체(100)와 공기 음극 구조체(200)가 형성되면, 배터리의 동작을 위해 용액 또는 겔 형태의 전해질을 충진한다.When the
본 실시 예에서는 상기 금속 양극 구조체(100)와 공기 음극 구조체(200)를 모두 덮을 수 있도록 겔상 전해질(330)을 충진하였으며, 상기 겔상 전해질(330)은 금속 산화물, 항산화 물질 그리고, 수산화기(OH―)가 많은 물질들을 사용하여 제조되었다.The
일 예로 갈산이 표면 처리 된 산화철과 수산화 나트륨, 구연산 나트륨 등을 물에 용해시켜 그 용액을 액상 전해질로 형성하고, 상기 액상 전해질에 PEO(Polyethyleneoxide)계 첨가제를 첨가함으로써 겔(Gel) 형태로 고분자 전해질이 형성되었다.For example, a surface treatment of iron oxide, sodium hydroxide, sodium citrate or the like is dissolved in water to form a liquid electrolyte, and a PEO (polyethylene oxide) additive is added to the liquid electrolyte to form a polymer electrolyte .
또한, 본 실시 예에서와 같이 상기 금속 양극 구조체(100)가 알루미늄(Al) 재질로 형성될 경우, 상기 고분자 전해질에는 알루미늄(Al)에 비해 금속 이온화 경향이 낮은 물질들(아연(Zn), 철(Fe), 니켈(Ni), 주석(Tin), 납(Pb), 구리(Cu) 등)을 전해질에 첨가함으로써 상기 금속 양극 구조체(100)에서 이온화가 더 효과적으로 일어날 수 있도록 유도할 수 있다.When the
그리고, 상기와 같이 형성되는 메탈에어 배터리의 제조과정은 대기상태에서 진행될 수 있으며, 금속 양극 구조체(100)와 공기 음극 구조체(200) 사이의 공간이 분리막의 역할을 수행함에 따라 별도의 분리막을 첨부할 필요가 없으므로 다층구조의 배터리에 비해서 제조 및 조립공정이 단순화 될 수 있다. Since the space between the
한편, 전술한 실시 예 이외에도 상기 금속 양극 구조체(100)는 다양한 실시 형태로 구성될 수 있다.In addition to the above-described embodiments, the
도 13 에는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 요부구성인 금속 양극 구조체의 단위 금속이 조립된 다른 실시 형태를 보인 모식도가 도시되어 있다.13 is a schematic view showing another embodiment in which the unitary metal of the metal anode structure, which is the essential part of the metal-air battery according to the present invention, is assembled.
도면을 참조하면, 본 실시 예에서는 다수개의 알루미늄 볼(111)이 포도 형태로 형성되어 금속 양극 구조체(100)를 형성하고 있다. Referring to the drawings, a plurality of
이를 위해 각각의 알루미늄 볼(111) 사이에는 접착수단(119)이 구비된다. Bonding means 119 are provided between the
상세히, 상기 접착수단(119)은 점성과 전기 전도도를 가지는 탄소 페인트나 고분자 또는 금속 페인트 중 어느 하나가 사용될 수 있다. Specifically, the adhesion means 119 can be made of a carbon paint or a polymer or metal paint having a viscosity and an electric conductivity.
즉, 상기 접착수단(119)은 각각의 알루미늄 볼(111) 사이로 전하가 흐를 수 있도록 가교역할을 수행하면서 접착의 기능을 동시에 수행하는 것으로, 전하 수집을 위한 커넥터(116)의 연결 시에도 활용될 수 있다.That is, the bonding means 119 performs a function of bonding while performing a bridge function to allow electric charge to flow between the
한편, 도 14 에는 도 8 및 도 9에 도시된 실시 형태의 Single-Cell 메탈에어 배터리의 실물 동작 사진이 도시되어 있고, 도 15 에는 도 8 및 도 9에 도시된 실시 형태의 Dual-Cell 메탈에어 배터리의 실물 동작 사진이 도시되어 있으며, 도 16 및 도 17 에는 도 15에 도시된 메탈에어 배터리의 온/오프 상태를 보이기 위한 실물 동작 사진이 도시되어 있다.FIG. 14 is a photograph showing an actual operation of the single-cell metal-air battery of the embodiment shown in FIGS. 8 and 9. FIG. 15 shows a dual-cell metal air battery of the embodiment shown in FIG. 8 and FIG. And FIG. 16 and FIG. 17 are photographs showing actual operations for showing the on / off state of the metal-air battery shown in FIG.
이들 사진은 본 발명의 실시 예의 동작 상태를 설명하기 위한 것으로, 공기투과성 케이스(600)의 저면(610)에서 단일 층을 형성하고 있는 금속 양극 구조체(100)와 공기 음극 구조체(200)를 전원선과 연결하여 구동 전압을 측정하였다.These photographs are for explaining the operation state of the embodiment of the present invention. The
도 14에 도시된 싱글-셀(Single-Cell) 형태의 실시 예의 경우 테스트 기를 통해 1.478V의 출력전압이 측정되었으며, 도 15와 같이 직렬 연결된 듀얼-셀(Dual-Cell) 형태의 실시 예의 경우 2.69V의 출력전압이 측정되었다. In the case of the single-cell embodiment shown in FIG. 14, an output voltage of 1.478 V was measured through a tester, and in the case of a dual-cell type embodiment connected in series as shown in FIG. 15, The output voltage of V was measured.
또한, 듀얼 셀 형태의 실시 예의 경우, 각각의 공기투과성 케이스(600)는 브라스 와이어와 같은 브릿지(220)를 통해 연결될 수 있으며, 연결 거리가 멀어질 수록 출력전압이 낮아지는 것으로 확인되었다.Further, in the case of the dual cell type embodiment, it has been confirmed that each air
한편, 본 발명에 따른 메탈공기 배터리의 전극 구조체는 보다 다양한 실시 형태로 형성될 수 있다.Meanwhile, the electrode structure of the metal air battery according to the present invention may be formed in various embodiments.
도 18 에는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리 전극 구조체의 티백 형상 실시예를 보인 모식도가 도시되어 있다.18 is a schematic diagram showing a teabag embodiment of the metal-air battery electrode structure according to the present invention.
본 실시 예에서는 공기투과성 케이스(600)의 내부에 플레이크 형태의 단위 금속을 파우치 내부에 수용하고, 수용된 파우치 내부의 플레이크에서 커넥터를 인출한다. In this embodiment, a flake-shaped unitary metal is housed in the air-
그리고, 상기 공기투과성 케이스(600)의 외부 표면에는 그래핀(Graphene)을 부착하여 공기 음극 구조체(200)를 형성하고, 커넥터를 인출하여 전원선 연결이 가능하도록 형성된다. A graphene is attached to the outer surface of the air-
상기와 같이 형성된 파우치 형태의 메탈에어 배터리 전극 구조체는 용기에 담긴 물 속에 투입하여 전해질을 공급할 수 있으므로 휴대용 전원공급원으로써 높은 활용성을 가질 수 있다.The pouch-shaped metal-air battery electrode structure formed as described above can be supplied into the water contained in the container to supply the electrolyte, so that it can be highly utilized as a portable power source.
한편, 본 발명에 따른 메탈에어 배터리는 보다 유연한 형상으로도 형성될 수 있다.Meanwhile, the metal-air battery according to the present invention can be formed in a more flexible shape.
도 19 에는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리 전극 구조체의 카드 형상 실시예를 실물 카드와 대비하기 위한 실물 사진이 도시되어 있고, 도 20 에는 도 19의 실시예의 온/오프 상태를 보이기 위한 실물 동작 사진이 도시되어 있으며, 도 21 에는 도 19의 실시 예에서 메탈에어 배터리 전극 구조체의 전원공급 안정성 및 유연성을 보이기 위한 실물 동작 사진이 도시되어 있다.FIG. 19 is a photograph of a real card for comparing a card-shaped embodiment of the metal-air battery electrode structure according to the present invention with a physical card, and FIG. 20 is a photograph of a physical action for showing the on / off state of the embodiment of FIG. And FIG. 21 is a photograph showing an actual operation for showing stability and flexibility of power supply of the metal-air battery electrode structure in the embodiment of FIG.
그리고, 도 22 에는 도 19의 실시예를 쿼드-셀(Quad-Cell)로 구성한 내부 구성을 보인 실물 사진이 도시되어 있고, 도 23 에는 도 22에서 보인 실시예의 제조 과정을 설명하기 위한 실물 사진이 도시되어 있으며, 도 24 에는 도 23에서 보인 제조 과정에 따라 제작된 메탈에어 배터리의 온/오프 상태를 보이기 위한 실물 동작 사진이 도시되어 있다.FIG. 22 is a photograph showing an internal structure of the quad-cell of the embodiment of FIG. 19, and FIG. 23 is a photograph of a real object for explaining the manufacturing process of the embodiment shown in FIG. And FIG. 24 is a photograph showing the actual operation for showing the on / off state of the metal air battery manufactured according to the manufacturing process shown in FIG.
이들 도면에 도시된 사진을 참조하면, 본 실시 예에서는 두께가 얇은 카드 형상으로 공기투과성 케이스(600)를 형성하고, 내부에 다수의 셀을 포함시켜 메탈에어 배터리가 제조되었다. Referring to the photographs shown in these figures, in this embodiment, a metal air battery is manufactured by forming an air-
상세히, 본 실시 예에서는 공기투과성 케이스(600)의 내부공간을 4개의 공간으로 구분하고, 각각의 공간에 금속 양극 구조체(100)와 공기 음극 구조체(200) 및 겔상 전해질(330)을 고정시킨 이후 각 공간의 금속 양극 구조체(100)와 공기 음극 구조체(200)를 브릿지(220)를 통해 연결함으로써 직렬 연결된 쿼드-셀(Quad-Cell) 구조의 카드형 메탈에어 배터리를 제조하였다.In detail, in this embodiment, the inner space of the air-
보다 구체적으로 살펴보면, 본 실시 예에서 금속 양극 구조체(100)는 전술한 실시 예와 같이 샌드블라스트 처리된 알루미늄 호일을 덩어리 형태로 뭉쳐 다수개를 공기투과성 케이스(600) 내부공간에 위치시키고, 이를 점성 및 점도성을 가지는 접착수단(119)를 이용하여 고정시켜 형성된다.More specifically, in this embodiment, the
그리고, 상기와 같이 형성된 금속 양극 구조체(100)의 일측에는 전술한 실시 예와 같이 산화철과 금 나노입자가 동시에 표면처리된 그래핀(Graphene) 또는 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)를 음극 물질로 사용하여 상기 금속 양극 구조체(100) 일측에 고정시켜 공기 음극 구조체(200)를 형성한다. Graphene or carbon nanotubes (CNTs), which are surface-treated with iron oxide and gold nanoparticles at the same time, are formed on one side of the
상기와 같이 금속 양극 구조체(100)와 공기 음극 구조체(200)가 공기투과성 케이스(600) 내부공간에 고정되면, 상기 금속 양극 구조체(100)와 공기 음극 구조체(200) 사이에 겔상 전해질(330)을 충진함으로써 각각의 셀을 동일한 형태로 형성하게 된다.When the
한편, 상기와 같이 각각의 셀이 형성되면, 도 22 에 도시된 바와 같이 상측에 위치되는 2개의 셀에는 외부 전원선 연결을 위한 커텍터가 각각 연결되고, 각 셀 사이에는 직렬로 브릿지(220)가 연결된다. 22, a connector for connecting an external power line is connected to two cells located on the upper side, and a
상세히, 도 22의 좌측 상단에 위치된 셀에는 금속 양극 구조체(100)에서 외부 전원선 연결을 위해 커넥터가 연결된다. 그리고, 이와 겔상 전해질(330)로 연결되는 공기 음극 구조체(200)에는 좌측 하단에 위치된 셀의 금속 양극 구조체와 연결되는 브릿지(220)가 더 구비된다. Specifically, in the cell located at the upper left corner of FIG. 22, a connector is connected for connection of an external power line in the
그리고, 좌측 하단의 셀은 금속 양극 구조체(100)가 좌측 상단에서 인출된 브릿지(220)를 통해 연결되고, 공기 음극 구조체(200)에서는 우측 하단 셀의 금속 양극 구조체와 연결되는 또 다른 브릿지가 연결되며, 우측 하단의 셀과 우측 상단의 셀도 동일한 구조로 연결되며, 우측 상단의 셀에서는 공기 음극 구조체(200)에서 외부 전원을 연결하기 위한 커넥터가 추가 연결된다.In the
따라서, 상기와 같이 구성되는 카드 형태의 메탈에어 배터리는 도 21에 도시된 사진과 같이 보다 높은 출력전압(3.43V)을 발생시킬 수 있다. Therefore, the card-shaped metal air battery configured as described above can generate a higher output voltage (3.43 V) as shown in FIG.
뿐만 아니라, 공기투과성 케이스(600)를 반으로 접은 상태에서도 안정적인 출력전압을 발생시킬 수 있으므로, 전원공급을 보다 안정적이고 유연한 형태로 제공할 수 있게 된다.In addition, since the stable output voltage can be generated even when the air-
한편, 이와 같은 유연한 메탈에어 배터리의 형태는 보다 다양한 형상으로 형성될 수 있다. Meanwhile, the shape of such a flexible metal-air battery can be formed in various shapes.
도 25 에는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 또 다른 실시 예로 다수의 단일 셀이 배열된 유연성을 가진 시트 형태의 모식도가 도시되어 있다.FIG. 25 is a schematic view of a flexible sheet type in which a plurality of single cells are arranged as another embodiment of the metal-air battery according to the present invention.
도면을 참조하면, 본 실시 예에서는 공기투과성 시트(600)의 상면에 금속 양극 구조체(100)가 공기 음극 구조체(200)를 감싸는 폐곡선을 가지도록 형성되고, 상기 금속 양극 구조체(100)의 내부에 겔상 전해질(330)이 충진되어 단위 셀이 다수개 일정간격으로 배열되도록 형성하게 된다.Referring to the drawings, in the present embodiment, a
한편, 상기와 같이 형성될 경우에는 배열된 다수의 단위 셀을 연결하는 형태에 따라 출력전압을 가변시킬 수 있다.On the other hand, in the case of forming as described above, the output voltage can be varied according to the arrangement of connecting the plurality of unit cells arranged.
즉, 각 단위셀을 직렬 연결하는 갯수에 따라 보다 높은 출력전압이 발생될 수 있으며, 병렬로 연결할 경우 보다 배터리의 사용시간을 보다 증대시킬 수 있다. That is, a higher output voltage may be generated depending on the number of series connection of each unit cell, and the use time of the battery may be further increased than when the unit cells are connected in parallel.
한편, 도 26a 에는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 또 다른 실시 예로 다수의 단일 셀이 배열된 매직팔찌 형태의 모식도가 도시되어 있다. Meanwhile, FIG. 26A is a schematic view of a magic bracelet type in which a plurality of single cells are arranged as another embodiment of the metal air battery according to the present invention.
본 실시 예에서는 도 25의 실시예와 동일 구조로 금속 양극 구조체(100)와 공기 음극 구조체(200) 및 겔상 전해질(330)이 단위 셀을 형성하고, 공기투과성 케이스(600)가 시트 형태로 형성된다. 25, the
여기서, 상기 시트 형태의 공기투과성 케이스(600)는 탄성 재질을 포함하여 초기 형상이 감겨진 팔찌 형태로 형성되고, 일정 간격 슬릿이 형성되어 펼쳐질 수 있도록 구성된다. Here, the sheet-like air-
따라서, 상기 시트 형태의 공기투과성 케이스(600)를 전체적으로 펼칠 경우 도 26a와 같이 막대기 형상으로 도시될 수 있으며, 일측을 파지하여 손목을 향해 내려칠 경우 슬릿을 따라 구부러지면서 팔찌형태로 변형될 수 있다. Therefore, when the sheet-like air-
이와 같은 구조의 메탈에어 배터리는 장난감이나 휴대장치 등에 활용될 수 있는 이점을 가진다. The metal-air battery having such a structure has an advantage that it can be used for a toy or a portable device.
한편, 도 26b 에는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리의 또 다른 실시 예로 다수의 단일 셀이 배열된 커피 슬리브 형태의 모식도가 도시되어 있다.Meanwhile, FIG. 26B is a schematic view of a coffee sleeve in which a plurality of single cells are arranged according to another embodiment of the metal-air battery according to the present invention.
도면을 참조하면, 본 실시 예에서도 도 25의 실시예와 동일 구조로 금속 양극 구조체(100)와 공기 음극 구조체(200) 및 겔상 전해질(330)이 단위 셀을 형성하고, 공기투과성 케이스(600)가 시트 형태로 형성된다.25, the
다만, 본 실시 예에서는 공기투과성 시트(600)가 커피 슬리브 형상으로 형성되어 구조물의 표면을 감싸면서 전원을 공급할 수 있는 구조 등에 활용될 수 있으며, 필요에 따라 브릿지의 연결구조를 가변시켜 출력전압을 설계하여 사용될 수 있다.However, in this embodiment, the air-
한편, 도 27 에는 본 발명에 따른 메탈에어 배터리 전극 구조체의 또 다른 실시 예로 채널 내부의 단위 금속으로 전해질이 가압되면서 공급되어 동작될 수 있는 커피 프레스 구조의 모식도가 도시되어 있다.Meanwhile, FIG. 27 is a schematic diagram of a coffee press structure in which an electrolyte is pressurized and can be operated as a unitary metal in a channel according to another embodiment of the metal air battery electrode structure according to the present invention.
본 실시 예에서는 공기투과성 케이스(600)를 가압하면서 액상의 전해질을 투입시킬 경우 전극 반응이 일어나 배터리가 구동되는 구조로,In this embodiment, when the liquid-state electrolyte is charged while the air-
가압 방식으로 동작되는 구조물의 전원공급원으로 활용될 수 있다. And can be utilized as a power source for a structure operated in a pressurized manner.
이를 위해 본 실시 예에서는 공기투과성 케이스(600) 외부에서 가압과정에 의해 액체 전해질이 공기투과성 케이스(600)의 내부에 형성되는 채널로 공급되고, 공급된 액체 전해질이 상기 채널 내부의 단위 금속(110)과 접하여 전극반응에 의해 전기가 생성된다. To this end, in this embodiment, a liquid electrolyte is supplied to a channel formed inside the air-
그리고, 상기와 같이 생성되는 전기는 상기 공기투과성 케이스(600)의 상단에 구비되는 공기 음극 구조체(200)의 커넥터와 하단에 구비되는 금속 양극 구조체(100)의 커넥터를 통해 출력될 수 있다.The electricity generated as described above may be output through the connector of the
즉, 본 실시 예의 배터리는 가압 상황이 발생되지 않을 경우 전해질이 공급되지 않음에 따라 대기상태를 유지하다가 외부 가압에 의해 액체 전해질이 공급되는 전극반응이 발생되어 전기를 생산하게 된다.In other words, the battery of the present embodiment maintains the standby state due to no supply of the electrolyte when the pressurized state is not generated, and generates an electrode reaction in which the liquid electrolyte is supplied by the external pressurization, thereby generating electricity.
한편, 상기와 같은 구조에서는 단위 금속(110)의 형상이 보다 다양하게 형성될 수 있다.Meanwhile, in the above structure, the shape of the
도 28 은 에는 27의 실시 형태에서 채널 내부에 수용될 수 있는 단위 금속의 다른 실시 예를 보인 모식도가 도시되어 있다.Fig. 28 is a schematic diagram showing another embodiment of the unitary metal that can be accommodated in the channel in the embodiment 27. Fig.
도시된 바와 같이 상기 공기투과성 케이스(600)의 내부에 수용되는 단위 금속(110)은 투입된 액체 전해질과 보다 넓은 접촉면적을 가질 수 있도록 고체 치즈와 같은 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 도시되지는 않았지만, 단위 금속(110)은 스펀지나 폼 등의 형태로도 성형될 수 있으며, 외부 가압에 의해 액체 전해질이 공급될 경우 전극반응을 통해 전기를 생성하게 된다.
As shown in the figure, the
100........ 금속 양극 구조체
110........ 단위 금속
111........ 알루미늄 볼
112........ 산화방지 코팅부
113........ 포어
115........ 알루미늄 호일
115´...... 알루미늄 원판
115˝...... 알루미늄 원판군집
116........ 커넥터
117........ 알루미늄 폼
119........ 접착수단
120........ 수용부
122........ 경사면
124........ 슬로프
140........ 채널
142........ 홀
161........ 가이드 휠
162........ 스프링 파워 휠
164........ 이동식 밸트
164´...... 통공
166........ 팬
200........ 공기 음극 구조체
210........ 그래핀 이온용액
220........ 브릿지
310........ 케이스
312........ 공기 유로
320........ 용액상 전해질
330........ 겔상 전해질
410........ 포집부
412........ 경사부
420........ 리프트 팬
440........ 리프트 밸트
442........ 피트
460........ 리프트 휠
600........ 공기투과성 케이스
610........ 저면100 ........
113 ......... Pore 115 ........ Aluminum foil
115 '...... aluminum plate 115' ...... aluminum plate cluster
116 .........
119: Adhesive means 120:
122 .......
140 ........ channel 142 ........ hole
161 ........
164 .........
166
210 ........
310: Case 312:
320 .........
410 collecting
420 ........ lift
442 ........ pit 460 ........ lift wheel
600: air permeable case 610: bottom surface
Claims (12)
탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT) 또는 그래핀(Graphene)을 포함하는 공기 음극(Air Cathode) 구조체;
상기 금속 양극 구조체와 공기 음극 구조체 사이에 구비되는 용액 또는 젤 형태의 고분자 전해질;을 포함하며,
상기 공기 음극 구조체는 상기 금속 양극 구조체가 수용되는 케이스의 적어도 일부 표면에 구비되는 것을 특징으로 하는 메탈 에어 배터리.
A metal anode structure comprising a unitary metal formed in a spherical or polyhedral shape or in a disk or polygonal plate shape and in which a plurality of units are in contact with each other;
An air cathode structure including a carbon nanotube (CNT) or a graphene;
And a solution or gel-type polymer electrolyte provided between the metal anode structure and the air cathode structure,
Wherein the air cathode structure is provided on at least a part of the surface of the case in which the metal anode structure is accommodated.
상기 단위 금속은 적어도 표면 일부분에 전기전도성을 가지는 접착수단이 코팅되는 것을 특징으로 하는 메탈 에어 배터리.
The method according to claim 1,
Wherein the unitary metal is coated on at least a part of the surface with an adhesive means having electrical conductivity.
공기 투과성 케이스 표면에 외부 자기장을 통해 산화철과 금 나노입자가 표면처리 된 그래핀(Graphene)이 증착되어 형성되는 공기 음극(Air Cathode) 구조체로 이루어지는 메탈 배터리의 전극 구조체.
A metal anode structure formed so that a plurality of unit metals made of spheres or polyhedrons or discs or polygonal plates are in contact with each other,
And an air cathode structure formed by depositing iron oxide on the surface of the air permeable case through an external magnetic field and graphene having surface treated with gold nanoparticles.
상기 단위 금속을 수용하고 수용된 단위 금속을 화학 반응을 위한 반응액체로 안내하기 위한 가이드가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 메탈 배터리의 전극 구조체.
The method as claimed in claim 3, wherein, in the metal anode structure,
And a guide for receiving the unitary metal and guiding the received unitary metal to a reaction liquid for a chemical reaction.
상측에 형성되며, 상기 단위 금속의 수용공간을 제공하는 수용부와,
상기 수용부의 하측에 형성되어 자중에 의해 낙하하는 단위 금속을 상기 반응액체로 안내하는 경사부와 상기 경사부에서 하측으로 연장형성되는 채널을 포함하며,
상기 채널은 상측에서 하측으로 갈수록 단면적이 좁아지는 것을 특징으로 하는 메탈 배터리의 전극 구조체.
5. The apparatus according to claim 4,
An accommodating portion formed on the upper side and providing a receiving space for the unitary metal;
An inclined portion formed on the lower side of the accommodating portion and guiding the unit metal falling by its own weight to the reaction liquid, and a channel extending downward from the inclined portion,
Wherein the channel has a smaller cross-sectional area from the upper side to the lower side.
상기 단위 금속의 일방향 이송을 위한 하나 이상의 가이드 휠과 이동식 벨트가 포함되는 것을 특징으로 하는 메탈 배터리의 전극 구조체.
5. The apparatus according to claim 4,
Wherein at least one guide wheel and a movable belt for unidirectional transfer of the unitary metal are included.
상기 가이드 휠 중 일부는 유체의 유동을 강제하는 회전식 팬(Fan)으로 구성되며, 상기 이동식 벨트로 다른 가이드 휠과 연결되어 회전하는 것을 특징으로 하는 메탈 배터리의 전극 구조체.
The method according to claim 6,
Wherein a part of the guide wheel is constituted by a rotary fan for forcing the flow of the fluid and is connected to another guide wheel and rotated by the movable belt.
상기 가이드의 일측에는 상기 반응액체가 수용되는 케이스와, 상기 케이스를 경유한 단위 금속을 포집하기 위한 포집부가 더 구비되며,
상기 가이드 휠과 이동식 벨트는 상기 케이스 일측에 구비되는 것을 특징으로 하는 메탈 배터리의 전극 구조체
7. The method according to claim 6 or 7,
And a collecting part for collecting the unitary metal passing through the case is further provided on one side of the guide,
Wherein the guide wheel and the movable belt are provided on one side of the case.
상기 포집부 일측에는 포집된 단위 금속의 재사용을 위하여 상기 단위 금속을 일방향으로 이송시키기 위한 리프트가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 메탈 배터리의 전극 구조체.
9. The method of claim 8,
Further comprising a lift for transferring the unitary metal in one direction for reuse of the collected unitary metal in one side of the collecting part.
상기 단위 금속은 구체 형상 또는 다면체 형상으로 다수의 기공을 포함하도록 성형됨으로써 표면적이 증대되는 것을 특징으로 하는 메탈 배터리의 전극 구조체.
The method of claim 3,
Wherein the unit metal is formed into a spherical shape or a polyhedral shape so as to include a plurality of pores, thereby increasing the surface area thereof.
상기 금속 양극(Metal anode) 구조체를 감싸는 공기투과성 케이스;
상기 공기투과성 케이스 표면에 구비되는 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT) 또는 그래핀(Graphene)을 포함하는 공기 음극(Air Cathode) 구조체; 및
상기 금속 양극(Metal anode) 구조체와 상기 공기 음극(Air Cathode) 구조체 사이에 충진되는 용액 또는 젤 형태의 고분자 전해질;을 포함하는 메탈 에어 배터리.
A metal anode structure having a plurality of unit metals made of spheres, polyhedrons or discs or polygonal plates;
An air permeable case surrounding the metal anode structure;
An air cathode structure including a carbon nanotube (CNT) or a graphene provided on the surface of the air permeable case; And
And a polymer electrolyte in the form of a solution or a gel filled between the metal anode structure and the air cathode structure.
상기 다수의 단위 금속이 일정 간격 이격된 위치에 배열되는 공기투과성 케이스;
탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT) 또는 그래핀(Graphene)을 포함하며, 상기 단위 금속이 배열된 공기투과성 케이스의 표면에서 상기 단위 금속과 일대일 대응되도록 구비되는 공기 음극(Air Cathode) 구조체; 및
상기 공기투과성 케이스 내부에 수용되며, 금속 양극(Metal anode) 구조체와 상기 공기 음극(Air Cathode) 구조체 사이에 위치되는 젤 형태의 고분자 전해질;을 포함하고,
상기 이격된 단위 금속은 전기 전도성의 와이어나 접착성 및 전기 전도성을 가지는 탄소 페인트나 금속 페인트 또는 고분자 중 어느 하나를 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 메탈 에어 배터리.
A metal anode structure including a plurality of unit metals made of spheres or polyhedrons or disks or polygonal plates;
An air permeable case in which the plurality of unit metals are arranged at a predetermined interval;
An air cathode structure including a carbon nanotube (CNT) or a graphene, the air cathode structure having a one-to-one correspondence with the unit metal on the surface of the air permeable case on which the unit metal is arranged; And
And a gel-type polymer electrolyte accommodated in the air-permeable case and positioned between the metal anode structure and the air cathode structure,
Wherein the spaced apart unitary metals are connected to each other through an electrically conductive wire, a carbon paint, a metal paint, or a polymer having adhesiveness and electrical conductivity.
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KR (1) | KR20160140154A (en) |
Citations (3)
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