JP2019505076A

JP2019505076A - 空気−亜鉛二次電池

Info

Publication number: JP2019505076A
Application number: JP2018540772A
Authority: JP
Inventors: ビョンフンリュウ、; ジェギョンコン、
Original assignee: イー．エム．ダブリュ．エナジーカンパニーリミテッド
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2019-02-21
Also published as: KR20170094961A; US10892531B2; US20190036188A1; CN108604719A; WO2017138737A1; KR101793907B1

Abstract

本発明は、空気−亜鉛二次電池に関し、より具体的に、空気正極部、セパレータおよび亜鉛ゲル負極部を含む空気−亜鉛二次電池において、前記亜鉛ゲル負極部は、内部に少なくとも一つのメッシュまたはフォーム形態の中間層を含む。

Description

本発明は、酸素排出効率性が高い空気−亜鉛二次電池に関する。

電気化学電力源は、電気エネルギーが電気化学反応により生成され得る装置を意味し、空気−亜鉛二次電池も、前記電気化学電力源に該当する。空気−亜鉛二次電池は、放電中に亜鉛酸化物に変換される亜鉛ゲルからなる亜鉛ゲル負極部を採用し、正極としては、水分子を含んでいる透過性の膜であって、空気中の酸素と接触して水酸化イオンを発生させる膜形態の空気正極部を採用する。

このような空気−亜鉛二次電池は、従来の水素燃料電池に比べて多くの長所がある。特に、亜鉛のような燃料が金属やその酸化物として豊富に存在できるので、空気−亜鉛二次電池から提供されたエネルギー供給が可視的に枯渇しないという長所がある。また、従来の水素燃料電池は、再充填が要求されるのに対し、空気−亜鉛二次電池は、電気的に再充電して使用することができ、通常の燃料電池（＜０．８Ｖ）より高い出力電圧（１．４Ｖ）を伝達することができるという利点がある。

このように放電および充電が可能な空気−亜鉛二次電池は、放電が進行されるほど亜鉛ゲル負極部の亜鉛が亜鉛酸化物化し、充電時には、反対に亜鉛酸化物の酸素が分離・排出されて本来の亜鉛に回帰することになる。すなわち、十分な放電が行われた場合には、亜鉛ゲル負極部の酸素排出効率が高いほど空気−亜鉛二次電池の充電性能も高くなると認められる。

しかし、従来の空気−亜鉛二次電池は、充電時に酸素排出において、亜鉛ゲル負極部の内部に存在する酸素が円滑に排出されない問題があり、空気−亜鉛二次電池の充電性能を向上させるためには、亜鉛ゲル負極部内に存在する酸素の排出効率を高めることが重要である。

本発明は、前述したような問題点を解決するために導き出されたものであって、その目的は、亜鉛ゲル負極部の内部に存在する酸素を効率的に排出できる空気−亜鉛二次電池を提供することにある。

本発明による空気−亜鉛二次電池は、亜鉛ゲル負極部の内部に存在する酸素の排出効率が高くて、従来の空気−亜鉛二次電池より充電性能に優れているという効果がある。

図１は、本発明による空気−亜鉛二次電池の構造を示すための側断面図を示す図である。図２は、本発明による中間層の配列構造に関する一例を示すための亜鉛ゲル負極部の横断面図を示す図である。図３は、本発明による中間層の配列構造に関する他の例を示すための横断面図を示す図である。

本発明は、多様な変換を加えることができ、様々な実施例を有することができるところ、特定の実施例を図面に例示し、詳細な説明で詳細に説明しようとする。しかし、これは、本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変換、均等物ないし代替物を含むものと理解されなければならない。本発明を説明するに際して、関連した公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明にすることができると判断される場合、その詳細な説明を省略する。

本出願で使用した用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加可能性をあらかじめ排除しないものと理解されなければならない。

第１、第２等の用語は、多様な構成要素を説明するのに使用され得るが、前記構成要素は、前記用語により限定されてはならない。前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的だけで使用される。

本発明において前記空気正極部は、通常知られているように、空気拡散層、触媒活性層および正極集電体層からなり、前記空気拡散層は、外部空気中の水分および二酸化炭素が電池内に流入することを遮断して、空気−亜鉛二次電池の寿命を延長するために、ポリテトラフルオロエチレン（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＰＴＦＥ）等のような疎水性膜素材からなることが好ましく、前記触媒活性層は、流入する酸素と反応して下記化学式１の反応を起こす炭素材質からなり、前記正極集電体層は、前記触媒活性層の化学反応により生成された電子を集電するものであって、金属のような導電性素材からなるメッシュ構造であることが好ましい。

［化学式１］
Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻⇔４ＯＨ⁻

本発明において前記セパレータは、前記空気正極部と前記亜鉛ゲル負極部間の短絡を防止するために、前記空気正極部と前記亜鉛ゲル負極部との間に介在されるものであって、前記空気正極部の触媒活性層で酸素と化学反応により発生した水酸化イオンを負極部に伝達する役割もしなければならないので、ポリプロピレン等のようなイオン透過性を有する素材からなることが好ましい。

本発明において前記亜鉛ゲル負極部は、亜鉛（Ｚｎ）および電解質が混合されたゲル形態の亜鉛ゲルを含むものであって、下記の化学式２の反応を起こして負極として機能する。

［化学式２］
Ｚｎ＋２ＯＨ⁻⇔Ｚｎ（ＯＨ）_２＋２ｅ⁻
Ｚｎ＋ＯＨ⁻⇔ＺｎＯ＋Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻

前記化学式２の反応により前記亜鉛ゲル負極部には、水分子が生成され、このように生成された水分子は、前記空気正極部に移動して前記化学式１の化学反応に用いられる。

本発明による空気−亜鉛二次電池は、前記亜鉛ゲル負極部の内部に少なくとも一つのメッシュまたはフォーム形態の中間層を含むことを特徴とし、このような構造的な特徴により、前記亜鉛ゲル負極部の内部に存在する酸素の排出を促進させることができ、全体的に、従来の空気−亜鉛二次電池に比べて酸素排出効率を向上させることができ、これは、すなわち空気−亜鉛二次電池の充電性能の向上に直結する。

本発明において前記中間層の素材は、特に制限的なものではないが、亜鉛ゲル負極部の内部に存在する酸素の排出促進はもちろん、空気−亜鉛二次電池の充放電性能の低下を最小化するためには、亜鉛（Ｚｎ）からなることが好ましい。

また、前記中間層の配列形態は、亜鉛ゲル負極部内でいずれの位置や方向に配列され得、中間層の個数も、一つまたは二つ以上であってもよい。ただし、亜鉛ゲル負極部内に残存する酸素をセパレータを介してより効率的に排出できるようにするためには、前記中間層が前記セパレータの面から垂直方向に形成されていることが好ましく、ひいては、亜鉛ゲル負極部の全体にわたって亜鉛ゲルの内部に存在する酸素を均一に排出できるようにするためには、前記セパレータの面から垂直方向に形成されている中間層を碁盤配列で位置させることがより好ましい。

一方、本発明の空気−亜鉛二次電池が円筒形である場合には、円筒形の亜鉛ゲル負極部内に螺巻型（ｓｐｉｒａｌｗｏｕｎｄｔｙｐｅ）の中間層が形成されていることが酸素排出の効率の側面から好ましい。

本発明による空気−亜鉛二次電池は、亜鉛ゲル負極部の内部に存在する酸素の排出効率が高くて、従来の空気−亜鉛二次電池より充電性能に優れている。

以下では、本発明に関する理解を助けるために図面に示された一例を通じて説明する。しかし、下記図面に示された一例は、本発明を説明するための例示に過ぎず、これにより、本発明の範囲が制限されるものではない。

図１は、本発明による空気−亜鉛二次電池の構造を示すための側断面図を示す図である。図１を参照すると、本発明の一例による空気−亜鉛二次電池は、ケース１００内に空気正極部２００および亜鉛ゲル負極部４００を含み、前記空気正極部２００と前記亜鉛ゲル負極部４００との間にセパレータ３００が介在されている。

前記ケース１００の上部には、外部の空気が電池内に流入するようにする複数の空気孔１１０が形成されており、下部には、端子露出部１２０が形成されている。前記亜鉛ゲル負極部４００の内部には、メッシュ形態の中間層４１０がセパレータ３００の面から垂直方向に形成されており、前記亜鉛ゲル負極部４００の内部に存在する酸素が前記メッシュ形態の中間層４１０を介して円滑に排出され得、排出された酸素ガスは、前記セパレータ３００および空気正極部２００を経由して外部に排出されることになる。

図２は、本発明による中間層の配列構造に関する一例を示すための亜鉛ゲル負極部の横断面図を示す図であり、図２を参照すると、メッシュ形態の中間層４１０が亜鉛ゲル負極部４００の全体にわたって碁盤配列で形成されていて、亜鉛ゲル負極部４００内部の酸素を均一に排出することができるという利点がある。

また、図３は、本発明による中間層の配列構造に関する他の例を示すための横断面図を示す図であり、本発明の空気−亜鉛二次電気が円筒形である場合、円筒形の亜鉛ゲル負極部４００の内部に螺巻型（ｓｐｉｒａｌｗｏｕｎｄｔｙｐｅ）の中間層４１０が形成されていて、円筒形の亜鉛ゲル負極部４００の内部に存在する酸素を均一に効率的に排出することができるという構造的な長所がある。

以上説明したように、本発明の属する技術分野における当業者は、本発明がその技術的思想や必須特徴を変更することなく、他の具体的な形態で実施され得ることが理解することができる。本発明の範囲は、前記の詳細な説明よりは、後述する特許請求範囲により示され、特許請求範囲の意味および範囲そしてその等価概念から導き出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈されなければならない。

Claims

空気正極部、セパレータおよび亜鉛ゲル負極部を含む空気−亜鉛二次電池において、前記亜鉛ゲル負極部は、内部に少なくとも一つのメッシュまたはフォーム形態の中間層を含む空気−亜鉛二次電池。
前記中間層は、亜鉛（Ｚｎ）からなることを特徴とする請求項１に記載の空気−亜鉛二次電池。
前記中間層は、前記セパレータの面から垂直方向に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の空気−亜鉛二次電池。
前記中間層は、碁盤配列で位置することを特徴とする請求項３に記載の空気−亜鉛二次電池。
前記中間層は、螺巻型（ｓｐｉｒａｌｗｏｕｎｄｔｙｐｅ）の中間層であることを特徴とする請求項１に記載の空気−亜鉛二次電池。