KR100773952B1 - 무수은 공기 아연 전지용 음극 활성 물질 및 이를 포함하는무수은 공기 아연 전지 - Google Patents

무수은 공기 아연 전지용 음극 활성 물질 및 이를 포함하는무수은 공기 아연 전지 Download PDF

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Abstract

무수은 공기 아연 전지용 음극 활성 물질과 이를 포함하는 무수은 공기 아연 전지를 제공한다. 무수은 공기 아연 전지용 음극 활성 물질은 아연을 주성분으로 하고, 인듐 100 내지 300ppm, 비스무스 100 내지 150ppm 및 납 30ppm 이하를 포함한다. 무수은 공기 아연 전지는 이러한 음극 활성 물질을 포함한다.
공기 아연 전지, 수소, 무수은, 누액

Description

무수은 공기 아연 전지용 음극 활성 물질 및 이를 포함하는 무수은 공기 아연 전지{Anode active material for mercury-free air zinc cell and mercury-free air zinc cell comprising the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무수은 공기 아연 전지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무수은 공기 아연 전지의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10, 10': 음극 11, 11': 음극 활성 물질
20, 20': 양극 21, 21': 공기 양극막
30, 30': 절연 개스킷
본 발명은 음극 활성 물질 및 이를 포함하는 화학 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기 중의 산소를 양극 활성 물질로 사용하고, 아연을 음극 활성 물질로 사용하는 공기 금속 전지에 관한 것이다.
공기 금속 전지는 양극 활성 물질로서 이산화망간 등의 산화제 대신에 공기 중의 산소를 이용하여 아연 또는 알루미늄 등의 금속을 산화함으로써 화학적 에너 지를 전기적 에너지로 변환한다.
공기 금속 전지의 음극 활성 물질로서 아연을 사용하고 염기성 전해액을 사용하는 경우, 아연은 염기성 전해액 내에서 열역학적으로 불안정하여 부식이 일어난다.
그 결과 대량의 수소를 발생시켜 전지 내부의 압력을 증가시키게 되고 이로 인해 전해액이 누출될 수 있다. 공기 아연 전기에서의 수소 발생 등과 관련하여, 아연에 소량의 수은을 첨가하여 해결할 수 있으나, 수은을 포함하는 공기 아연 전지의 폐기 과정에서 환경 오염을 유발시킬 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수은을 사용하지 않더라도 성능 저하가 없으며, 폐기 시 환경 오염을 발생시키지 않는 무수은 공기 아연 전지용 음극 활성 물질을 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제를 이러한 음극 활성 물질을 포함하는 무수은 공기 아연 전지를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무수은 공기 아연 전지용 음극 활성 물질은 아연을 주성분으로 하고, 인듐 100 내지 300ppm, 비 스무스 100 내지 150ppm 및 납 30ppm 이하를 포함한다.
또한, 무수은 공기 아연 전지용 음극 활성 물질은 아연의 적어도 95 중량% 이상의 입자 직경이 75 내지 381㎛인 범위에서 다양한 입자 크기 분포를 갖는다.
또한, 무수은 공기 아연 전지용 음극 활성 물질은 철, 구리, 니켈, 알루미늄, 카드뮴, 몰리브덴, 코발트 및 안티모니를 0 내지 10ppm 포함할 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무수은 공기 아연 전지는 음극 활성 물질을 포함하고 상기 음극 활성 물질과 접촉되어 있으며 주석으로 피복되어 있는 음극 집전체를 포함하는 음극, 및 공기 양극막을 포함하는 양극을 포함하되, 상기 음극 활성 물질은 아연을 주성분으로 하고, 인듐 100 내지 300ppm, 비스무스 100 내지 150ppm 및 납 30ppm 이하를 포함하는 음극 활성 물질을 포함한다.
또한, 무수은 공기 아연 전지는 아연의 적어도 95 중량% 이상의 입자 직경이 75 내지 381㎛ 범위에서 다양한 입자 크기 분포를 갖는다.
또한, 무수은 공기 아연 전지의 음극 활성 물질은 철, 구리, 니켈, 알루미늄, 카드뮴, 몰리브덴, 코발트 및 안티모니를 0 내지 10ppm 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 따라서, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
또한, 본 발명에서 예시되는 공기 아연 전지는 모든 유형의 버튼형 전지에 대해서는 물론, AAAA, AAA, AA, C, D 등의 국제 규격의 모든 원통형 전지에 사용하기에 적합하다.
또한, 본 발명에서 무수은이라 함은 음극 활성 물질 내에 포함되어 있는 수은의 양이 50ppm 이하인 것을 칭한다.
또한, 본 발명에서 입자 크기 분포라는 의미는 ㎛ 단위의 직경으로 특정되는 아연의 입자의 크기의 분포로 이해되어야 한다. 이러한 입자 크기 분포는 ASTM B 241에 의해 결정된다.
또한, 본 발명에서 아연의 순도는 전지용으로 적합한 유형의 아연을 의미한다. 사용되는 아연은 통상 99.99% 또는 99.999%의 순도를 갖는다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 아연 전지를 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 아연 전지의 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 아연 전지는 음극 활성 물질(11)을 포함하는 음극(10) 및 공기 양극막(21)을 포함하는 양극(20)으로 구성된다.
음극(10)에 대해 보다 상세하게 설명하면, 음극(10)은 음극 활성 물질(11)과, 음극 단자 및 음극 집전체 역할을 하고 후술하는 양극캔(24)과 함께 음극 활성 물질(11), 공기 양극막(21) 등을 수용하는 음극캔(12)을 포함한다.
음극 활성 물질(11)은 아연(Zn)을 주성분으로 하고, 아연(Zn)의 야적 과정에서 산소(O2)와 반응해서 생기는 산화 아연(ZnO)을 포함할 수 있다. 음극 활성 물질(11)은 보관 및 이송이 용이하며 전지의 출력을 높이기 위하여 아연(Zn) 등을 분말 형태로 사용된다.
아연(Zn)을 주성분으로 하는 음극 활성 물질(11)의 경우, 환경 오염을 일으키는 수은(Hg)을 사용하지 않으면서도 아연(Zn) 등의 부식과 수소(H2) 발생을 억제하는 양쪽성 금속, 예를 들어 인듐(In), 비스무스(Bi), 납(Pb) 등을 포함한다.
즉, 음극 활성 물질(11)은 예를 들어 아연(Zn)을 주성분으로 하고, 인듐(In)을 약 100 내지 300ppm, 비스무스(Bi)를 약 100 내지 150ppm 포함하며, 납(Pb)을 약 30ppm 이하를 포함한다. 이러한 음극 활성 물질(11)에는 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 카드뮴(Cd), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 안티모니(Sb) 등 기타 금속 함량은 10ppm 이하로 유지되어야 한다.
또한, 음극 활성 물질(11)에 포함되는 분말 상태의 아연(Zn)은 특정한 입자 크기 분포를 갖는다. 즉, 음극 활성 물질(11)에 포함되는 아연(Zn)의 적어도 95 중량%의 입자 직경이 75 내지 381㎛의 크기를 갖는다. 음극 활성 물질(11)에 포함되는 아연(Zn)의 입자 직경은 상기한 범위 내에서 다양한 입자 크기 분포를 가질 수 있는데, 예를 들어 아연(Zn)의 입자 직경이 75㎛ 미만인 것은 5 중량% 이하로 포함되고, 75 내지 130㎛의 크기의 것이 5 내지 20 중량% 포함되며, 131 내지 140㎛의 크기의 것이 20 내지 30 중량% 포함되고, 141 내지 234㎛의 크기의 것이 30 내지 45 중량% 포함되며, 235 내지 381㎛의 크기의 것이 20 내지 35 중량% 포함될 수 있다.
음극 활성 물질(11)에 포함되는 아연(Zn)의 입자 크기가 균일할 경우 전해액에 의한 아연(Zn)의 표면 침식이 동일한 속도로 동시에 발생되게 된다. 결국 아연(Zn)의 표면이 침식되는 시점이 동일하게 된다. 이에 반해 본 발명의 일 실시예에 따른 무수은 공기 아연 전지용 음극 활성 물질에 포함되는 아연(Zn)은 상기한 바와 같은 입자 크기 분포를 가짐으로써, 전해액이 아연(Zn)의 표면을 침식하여도 표면 침식이 동일한 속도로 일어나지 않고 시차를 두고 발생하므로, 평균적으로 볼 때 아연(Zn)의 표면이 수소(H2) 발생 반응에 기여하는 정도가 낮게 되어, 결국 음극 활성 물질(11) 내에 수은(Hg)을 포함하지 않더라고 전지 성능의 저하 없이 수소(H2) 발생을 억제할 수 있다.
이러한 음극 활성 물질(11)은 겔의 형태로 사용될 수 있으며, 이 경우 음극 활성 물질(11)을 구성하는 분말이 전지의 바닥에 침적되는 것을 방지할 수 있고, 사용 후에는 시멘트화되는 것을 방지할 수 있다. 음극 활성 물질(11)의 겔화제로는 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시 프로필메틸 셀룰로오스(hydroxyproplymethyl cellulose), 젤리틴(gelatine), 폴리비닐 알코올(polyvibyl alcohol), 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 폴리부틸비닐 알코올(polybutylvinyl alcohol), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리아크릴 아 미드(polyacrylic amide) 등이나 가교화된 폴리아크릴산(polyacrylic acid)을 사용할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 음극 활성 물질(11)은 전해액과 혼합되어 있는데, 전해액 중에 포함되어 있는 전해질은 예를 들어 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화리튬(LiOH)과 같은 이온 전도성 재료 중에서 적어도 하나 선택될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 전해액으로는 30%의 수산화칼륨 용액을 사용할 수 있다.
음극 활성 물질(11)을 수용하고, 음극 단자와 음극 집전체로서 기능하는 음극캔(12)은 도전성 재질로 이루어진 경우라면, 그 재질이 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 스테인레스 스틸로 이루어질 수 있다.
이러한 음극캔(12)은 음극 활성 물질(11)과 접촉되는 부분이 주석(Sn)을 포함하는 피복층(13)이 형성되어 있다. 이는 음극캔(12) 내부에 수용되어 있는 음극 활성 물질(11)의 주성분인 아연(Zn)의 부식을 방지하기 위한 것이다. 즉, 음극캔(12) 내부가 주석으로 피복되어 있지 않은 경우, 전해액과 접촉하고 있는 음극캔(12)에서 부식이 발생하고, 이러한 부식은 아연(Zn)과 쌍극을 형성하여 아연(Zn)의 부식을 촉진시키게 된다. 아연(Zn)의 부식 속도가 증가하면 전해액 중의 수분이 해리되어 수소(H2)가 발생하고, 이는 전지 내부의 압력을 상승시키고, 이로 인해 전해액이 전지 밖으로 누액된다. 또한 전해액 중의 수분이 소실됨으로써 전해액의 농도가 높아지고, 이로 인해 누액이 촉진되어 결국 전지 내부가 건조화 된다. 따라 서, 음극캔(12) 내부를 주석으로 피복함으로써 아연의 부식을 방지할 수 있고, 결국 수소(H2) 발생을 억제할 수 있으며, 수소(H2) 발생에 제반 되는 누액, 전지 내부의 건조화 등을 방지할 수 있다.
계속해서, 양극(20)에 대해 보다 상세하게 설명한다. 양극(20)은 공기 중의 산소(O2)를 유인하는 공기 양극막(21)과 양극 단자 역할을 하고 음극 활성 물질(11), 공기 양극막(21) 등을 수용하는 양극캔(24)으로 구성된다.
공기로부터 산소(O2)를 유인하는 공기 양극막(21)은 금속 소재의 집전체(도시하지 않음)에 압착된 활성탄 또는 활성탄 섬유, 카본 나노 튜브 등을 포함하는 탄소 집전체막(21a), 탄소 집전체막(21a)의 일면에 형성되어 있는 소수성 다공막(21b), 타면에 형성되어 있는 친수성 분리막(21c)을 포함한다.
탄소 집전체막(21a)의 집전체는 공기 양극막(21)에 기계적인 강성을 부여하는 동시에 산소(O2)의 해리 반응에서 발생한 전자의 이동 경로를 제공한다. 집전체로서 예를 들어 니켈 망을 사용할 수 있다.
또한, 탄소 집전체막(21a)의 일면에 형성된 소수성 다공막(21b)은 공기 양극막(21)에서 양극캔(24)의 바닥면 측에 형성된 것으로, 전지 내부의 전해액이 외부로 유출되지 않도록 하고, 외부로부터의 공기는 유입되도록 하는 기능성막이다.
또한, 탄소 집전체막(21a)의 타면에 형성된 친수성 분리막(21c)은 공기 양극막(21)에서 음극 활성 물질(11)이 위치한 측에 형성된 것으로, 예를 들어 0.2㎜ 정도의 얇은 필름으로 이온과 물은 통과시키지만, 음극 활성 물질(11)이 공기 양극 막(21)과 직접 접촉되어 전지가 단락 되는 것을 방지한다.
양극캔(24)은 음극캔(12)과 마찬가지로 도전성 재질로 이루어진 경우라면, 그 재질이 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 스테인레스 스틸로 이루어질 수 있다.
또한, 양극캔(24)의 바닥면에는 외부로부터 공기를 유입하기 위해 형성된 적어도 하나의 개구(25)를 포함한다. 개구(25)의 위치나 개수는 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어 공기 아연 전지가 여러 개 적층되었을 때 전지 내부로 공기가 유입되는 것을 방해 받지 않는 위치, 예를 들어 양극캔(24)의 바닥면의 외주연을 따라 형성될 수 있다.
또한, 음극캔(12)과 양극캔(24) 사이에는 이들 내부에 음극 활성 물질(11)과 공기 양극막(21) 등을 수용한 상태에서 음극캔(12)과 양극캔(24)이 서로 접촉하는 것을 방지하고, 전해액이 전지 외부로 누출되는 것을 방지하는 절연 개스킷(30)이 위치한다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 아연 전지를 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 아연 전지의 단면도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 아연 전지는 원통형 전지라는 점에서 버튼형 전지인 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 아연 전지와 차이가 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 아연 전지와 모양에 따른 차이점을 중심으로 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 아연 전지를 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 아연 전지는 음극 활성 물질(11')을 포함하는 음극(10')과 공기 양극막(21')을 포함하는 양극(20')을 포함하여 구성된다.
음극(10')에 대해 보다 상세하게 설명하면, 음극(10')은 음극 활성 물질(11'), 음극 단자(12') 및 음극 집전체(13')로 구성된다. 여기서, 음극 활성 물질(11'), 음극 활성 물질(11')과 혼합되어 있는 전해액 등은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 아연 전지에서의 음극 활성 물질(도 1의 11)과 실질적으로 동일하므로 반복되는 설명은 생략한다.
음극 단자(12')와 음극 집전체(13')는 예를 들어 일체형으로 이루어져 있으며, 음극 집전체(13')는 침 형상으로 돌출되어 있는 모양을 갖는다. 이러한 음극 단자(12')와 음극 집전체(13')는 도전성 재질로 이루어진 경우라면, 그 재질이 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 스테인레스 스틸로 이루어질 수 있다.
여기서 음극 집전체(13')의 음극 활성 물질(11)과 접촉되는 부분은 주석(Sn)을 포함하는 피복층(14,)이 형성되어 있는데, 그 이유에 대해서는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 아연 전지에 관한 설명에서 음극 집전체 역할을 하는 음극캔(도 1의 12)의 내부를 주석(Sn)으로 피복하는 이유와 실질적으로 동일하므로, 여기에서는 중복되는 설명은 생략한다.
계속해서, 양극(20')에 대해 보다 상세하게 설명한다. 양극(20')은 공기 중에 산소를 유인하는 공기 양극막(21')과 양극 단자(25')를 포함한다.
공기 양극막(21')은 원통형 전지에 적용이 용이하도록 하기 위해 원통 모양을 갖는다. 이를 보다 상세하게 설명하면, 탄소 집전체막(21a')을 중심으로 외측에 는 소수성 다공막(21b')이 형성되어 있고, 내측에는 친수성 분리막(21c')이 형성되어 있는 공기 양극막(21')을 원통 모양으로 유지되도록 하고, 원통 내의 공간에 수용되어 있는 전해액이 공기 양극막(21') 밖으로 누설되지 않는 기밀 상태를 유지할 수 있도록 하는 지지체(24')와 일체화되어 있다. 지지체(24')와 공기 양극막(21')을 일체화하는 방법으로는 사출 성형 또는 초음파 융착 등의 방법이 있다. 이때, 공기 양극막(21')을 구성하는 탄소 집전체막(21a'), 소수성 다공막(21b')과 친수성 분리막(21c')은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 아연 전지에 사용되는 것과 실질적으로 동일하므로, 여기에서는 중복되는 설명은 생략한다.
지지체(24')와 부분적으로 일체화 되어 있는 공기 양극막(21')은 양극 단자(25')와 적어도 일부 접촉될 수 있도록, 양극 단자 측의 공기 양극막(21')이 지지체(24')로부터 적어도 일부 노출되어 있다.
이러한 원통 모양의 공기 양극막(21')에는 그 주위를 둘러싸는 모양으로 통기성막(26')이 형성되어 있다. 이러한 통기성막(26')에는 외부로부터 전지 내부로 공기가 유입될 수 있도록 하는 재질 이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 통기성막(26')은 다수개의 개구(27')가 형성되어 있는 타공 철판일 수 있다.
또한, 음극 단자(21')와 지지체(24') 사이에는 전해액이 전지 외부로 누출되는 것을 방지하는 절연 개스킷(30')이 위치한다.
이하, 실험예들 및 비교예들을 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실험예들은 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명이 하기 실험예들에 의하여 한정되는 것은 아님이 이해되어야 한다.
실험예 1
스텐인레스 스틸로 이루어진 양극캔에 탄소 집전체막(레노스사제)을 중심으로 그 양면에 각각 친수성 분리막(셀가드사의 3401)과 소수성 다공막(고어사의 엑셀러레이터)이 형성되어 있는 공기 양극막을 위치시키고, 아연(Zn)과 30% 수산화칼륨 용액과, 겔화제로 사용하는 수퍼업소번트를 혼합하여 제조한 음극 활성 물질을 위치시킨 다음, 절연 개스킷을 개재하여 스테인레스 스틸로 이루어지고 내면이 주석으로 피복되어 있는 음극캔을 양극캔과 합체하여 IEC 호칭 AR 규격(타입 13) 형태의 공기 아연 전지를 완성하였다.
이때, 음극 활성 물질은 아연(Zn)이 주성분이며, 인듐(In) 300ppm, 비스무스(Bi) 100ppm 및 납(Pb) 30ppm을 포함하고, 아연 분말의 직경은 75㎛ 미만인 것 5 중량%, 75 내지 130 ㎛인 것 10 중량%, 131 내지 140㎛인 것 20 중량%, 141 내지 234㎛인 것 30 중량%, 235 내지 381㎛인 것 30 중량%을 포함한 것을 사용하였다. 여기서 음극 활성 물질의 총 중량은 약 0.33g이었다.
상기한 바와 같은 공기 아연 전지를 이용한 전기 용량 실험 결과를 표 1에 기재하였다. 전기 용량 실험 시, 개회로 전압은 약 1.4V이고, 폐회로 전압은 약 1.2V였으며, 전지 임피던스는 약 2.5Ω이였다
실험예 2
음극 활성 물질이 아연(Zn)이 주성분이고, 인듐(In) 150ppm, 비스무스(Bi) 300ppm 및 납 30ppm을 포함하고, 아연 분말의 직경은 75㎛ 미만인 것 5 중량%, 75 내지 130 ㎛인 것 10 중량%, 131 내지 140㎛인 것 20 중량%, 141 내지 234㎛인 것 30 중량%, 235 내지 381㎛인 것 35 중량%을 포함한 것을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일하게 공기 아연 전지를 제조한 후, 이를 이용하여 전기 용량 실험을 하여 그 결과를 표 1에 기재하였다.
비교예 1
스텐인레스 스틸로 이루어진 양극캔에 탄소 집전체막(레노스사제)을 중심으로 그 양면에 각각 친수성 분리막(셀가드사의 3401)과 소수성 다공막(고어사의 엑셀러레이터)이 형성되어 있는 공기 양극막을 위치시키고, 아연(Zn)과 30% 수산화칼륨 용액과, 겔화제로 사용하는 수퍼업소번트를 혼합하여 제조한 음극 활성 물질을 위치시킨 다음, 절연 개스킷을 개재하여 스테인레스 스틸로 이루어지고 내면이 주석으로 피복되어 있는 음극캔을 양극캔과 합체하여 IEC 호칭 AR 규격(타입 13) 형태의 공기 아연 전지를 완성하였다.
이때, 음극 활성 물질은 아연(Zn)이 주성분이며, 인듐(In) 300ppm, 비스무스(Bi) 600ppm 및 납(Pb) 30ppm을 포함하고, 아연 분말의 직경은 75㎛ 미만인 것 5 중량%, 75 내지 130 ㎛인 것 10 중량%, 131 내지 140㎛인 것 20 중량%, 141 내지 234㎛인 것 30 중량%, 235 내지 381㎛인 것 35 중량%을 포함한 것을 사용하였다.
상기한 바와 같은 공기 아연 전지를 이용하여 전기 용량 실험을 하여 그 결과를 표 1에 기재하였다. 전기 용량 실험 시, 개회로 전압은 약 1.4V이고, 폐회로 전압은 약 1.2V였으며, 전지 임피던스는 약 2.5Ω이였다.
비교예 2
음극 활성 물질이 아연(Zn)이 주성분이며, 인듐(In) 100ppm, 비스무스(Bi) 300ppm, 알루미늄 100ppm 및 납 30ppm을 포함하고, 아연 분말의 직경은 75㎛ 미만인 것 5 중량%, 75 내지 130 ㎛인 것 10 중량%, 131 내지 140㎛인 것 20 중량%, 141 내지 234㎛인 것 30 중량%, 235 내지 381㎛인 것 35 중량%을 포함한 것을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 공기 아연 전지를 제조한 후, 이를 이용하여 전기 용량 실험을 하여 그 결과를 표 1에 기재하였다.
실험예 1 실험예 2 비교예 1 비교예 2
전지 용량(mAh) 250 220 175 160
표 1에 기재한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실험예 1 및 2의 전지 용량을 비스무스를 과량으로 사용한 비교예 1과 알루미늄을 과량으로 사용한 비교예 2의 전지 용량과 비교하여 보면, 실험예 1 및 2의 전지 용량이 더 높음을 알 수 있다. 또한 비스무스를 인듐에 비해 증량한 실험예 2의 경우 전지 용량이 실험예 1에 비해 낮은 결과를 나타냈는데, 이는 비스무스의 양이 인듐의 양에 비해 적게 존재해야 함을 의미한다.
공기 아연 전지 내에 수소가 다량으로 발생하여 그로 인해 누액이 발생하는 경우 전지 용량이 급감하게 되는데, 실험예 1와 2의 전지 용량 값으로부터 실험예 1과 2의 경우 누액이 발생하지 않은 것으로 보이며, 이로부터 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 아연 전지는 음극 활성 물질에 수은을 포함하지 않더라도 수소 발생 억제 능력이 우수한 것을 알 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양하게 변형 실시될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 공기 아연 전지는 음극 활성 물질에 수은을 사용하지 않으면서도 전지 성능의 저하없이 수소 발생을 억제하여 누액 현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기 아연 전지는 수은을 사용하지 않으므로 전지 폐기 시 수은으로 인해 발생할 수 있는 환경 오염을 방지할 수 있다.

Claims (6)

  1. 아연을 주성분으로 하고, 인듐 100 내지 300ppm, 비스무스 100 내지 150ppm 및 납 30ppm 이하를 포함하는 무수은 공기 아연 전지용 음극 활성 물질.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 아연의 적어도 95 중량%의 입자 직경이 75 내지 381㎛ 범위에서 다양한 입자 크기 분포를 갖는 무수은 공기 아연 전지용 음극 활성 물질.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 음극 활성 물질은 철, 구리, 니켈, 알루미늄, 카드뮴, 몰리브덴, 코발트 또는 안티모니를 0 내지 10ppm 포함하는 무수은 공기 아연 전지용 음극 활성 물질.
  4. 음극 활성 물질을 포함하고 상기 음극 활성 물질과 접촉되어 있으며 주석으로 피복되어 있는 음극 집전체를 포함하는 음극; 및
    공기 양극막을 포함하는 양극을 포함하되,
    상기 음극 활성 물질은 아연을 주성분으로 하고, 인듐 100 내지 300ppm, 비스무스 100 내지 150ppm 및 납 30ppm 이하를 포함하는 음극 활성 물질을 포함하는 무수은 공기 아연 전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 아연의 적어도 95 중량%의 입자 직경이 75 내지 381㎛ 범위에서 다양한 입자 크기 분포를 갖는 무수은 공기 아연 전지.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 음극 활성 물질은 철, 구리, 니켈, 알루미늄, 카드뮴, 몰리브덴, 코발트 또는 안티모니를 0 내지 10ppm 포함하는 무수은 공기 아연 전지.
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