KR100805924B1 - 공기 양극막 어셈블리 및 이를 포함하는 공기 금속 전지 - Google Patents

공기 양극막 어셈블리 및 이를 포함하는 공기 금속 전지 Download PDF

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Abstract

공기 양극막 어셈블리 및 이를 포함하는 공기 금속 전지를 제공한다. 공기 양극막 어셈블리는 공기 양극막 및 공기 양극막을 피복하되, 공기 양극막의 내면과 외면 각각을 적어도 일부 노출하는 측벽이 구비되어 있는 중공 기둥형 절연 용기를 포함하고, 공기 금속 전지는 이러한 공기 양극막 어셈블리를 포함한다.
공기 금속 전지, 산소, 공기 양극막

Description

공기 양극막 어셈블리 및 이를 포함하는 공기 금속 전지{Air cathode membrane assembly and air metal battery comprising the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 양극막 어셈블리의 사시도이다.
도 2는 도 1을 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단하여 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 금속 전지의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 금속 전지를 Ⅴ-Ⅴ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 금속 전지에서 통기성막을 생략한 상태에서의 분해 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 탄소 집전체막 11: 다공막
12: 분리막 13: 공기 양극막
20: 절연 용기 30: 음극 활성 물질
40: 음극 집전체 50: 음극 단자
60: 절연 개스킷 70: 양극 단자
80: 통기성막
본 발명은 화학 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기 중의 산소를 양극으로 사용하는 공기 금속 전지에 적용되는 공기 양극 어셈블리와 이를 포함하는 공기 금속 전지에 관한 것이다.
공기 금속 전지는 양극 활성 물질로서 이산화망간 등의 산화제 대신에 공기 중의 산소를 이용하여 아연 또는 알루미늄 등의 음극 활성 물질을 산화함으로써 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환한다.
공기 금속 전지에 사용되는 공기 양극막은 현재까지 개발된 전극 중 가장 효율적인 전극이다. 공기 양극막은 매우 얇은 박막의 형태이므로 동일 크기의 다른 전지와 비교하여 양극이 사용하여야 하는 공간까지 음극이 사용할 수 있다. 따라서 공기 양극막을 이용하는 경우 상대적으로 높은 전지 용량의 전지의 제조가 가능하다. 또한, 공기 양극막의 경우 반응에 의해 소멸되는 물질이 없기 때문에 이론적으로 박막의 수명이 반영구적이며, 공기 금속 전지의 용량은 전적으로 음극 활성 물질의 용량에만 의존한다.
일반적으로 공기 금속 전지는 이러한 공기 양극막이 전지 내에서 평판 형태로 배치되어 있는 버튼형 또는 코인형의 모양을 갖는데, 이러한 모양의 공기 금속 전지는 기존에 널리 사용되는 원통형 또는 사각 기둥형의 알카라인 전지와 호환성이 없어 보청기와 같은 한정된 장치 등에서만 전력 공급원으로서 사용이 가능하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공기 금속 전지가 다양한 장치의 전력 공급원으로서 사용가능하게 하는 공기 양극막 어셈블리를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 이러한 공기 양극막 어셈블리를 포함하는 공기 금속 전지를 제공하고자 하는 것이다.
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 공기 양극막 어셈블리는 공기 양극막, 및 상기 공기 양극막을 피복하되 상기 공기 양극막의 내면과 외면 각각을 적어도 일부 노출하는 측벽이 구비되어 있는 중공 기둥형 절연 용기를 포함한다.
공기 양극막은 탄소 집전체막을 중심으로 내면에는 친수성 분리막이 형성되어 있고, 외면에는 소수성 다공막이 형성되어 있다. 이때, 탄소 집전체막은 금속 집전체에 고압으로 압착된 탄소와 테프론 혼합물을 포함하며, 소수성 다공막은 테프론을 포함한다.
상기 절연 용기는 열가소성 수지를 포함하며, 사출 성형법 또는 초음파 융착법을 이용하여 열가소성 수지로 이루어진 절연 용기에 공기 양극막의 일부가 피복된다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 금속 전지는 공기 양극막 및 상기 공기 양극막을 피복하되 상기 공기 양극막의 내면과 외면 각각을 적어도 일부 노출하는 측벽이 구비되어 있는 중공 기둥형 절연 용기를 포함하는 공기 양극막 어셈블리, 상기 공기 양극막 어셈블리 내부에 수용되어 있는 음극 활성 물질, 및 상기 공기 양극막 어셈블리의 입구에 결합되어 상기 음극 활성 물질의 적어도 일부와 접촉하는 음극 집전체를 포함한다.
공기 양극막은 탄소 집전체막을 중심으로 내면에는 친수성 분리막이 형성되어 있고, 외면에는 소수성 다공막이 형성되어 있다. 이때, 탄소 집전체막은 금속 집전체에 고압으로 압착된 탄소와 테프론 혼합물을 포함하며, 소수성 다공막은 테프론을 포함한다.
절연 용기는 열가소성 수지를 포함하며, 사출 성형법 또는 초음파 융착법을 이용하여 열가소성 수지로 이루어진 절연 용기에 공기 양극막의 일부가 피복된다.
공기 양극막 어셈블리 내에 수용되는 음극 활성 물질은 아연을 주성분으로 할 수 있으며, 공기 양극막 어셈블리의 입구에 결합되는 음극 집전체는 음극 활성 물질과 접촉하는 부분이 주석으로 피복될 수 있다.
이러한 공기 금속 전지는 공기 양극막 어셈블리의 측벽을 따라 형성된 통기성막을 더 포함할 수 있으며, 이러한 통기성막은 다수개의 개구를 포함하는 타공 철판으로 이루어질 수 있다.
또한, 공기 양극막 어셈블리의 바닥측에서 공기 양극막의 적어도 일부와 접촉하는 양극 단자를 더 포함한다.
공기 금속 전지는 원통형 또는 사각 기둥형 모양을 가질 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.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 양극막 어셈블리를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 양극막 어셈블리의 사시도이고, 도 2는 도 1을 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단하여 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 양극막 어셈블리(100)는 공기 양극막(13)과 절연 용기(20)를 포함한다.
우선, 공기 양극막(13)부터 설명한다.
공기로부터 산소(O2)를 유인하는 공기 양극막(13)은 금속 집전체(도시하지 않음)에 탄소 등이 압착되어 있는 탄소 집전체막(10)과 탄소 집전체막(10)의 일면에 형성되어 있는 소수성 다공막(11)과 탄소 집전체막(10)의 타면에 형성되어 있는 친수성 분리막(12)을 포함한다.
여기서, 탄소 집전체막(10)의 금속 집전체는 공기 양극막(13)에 기계적인 강성을 부여하는 동시에 산소(O2)의 해리 반응에서 발생된 전자의 이동 경로를 제공한다. 금속 집전체로서 예를 들어 니켈 망을 사용할 수 있다.
금속 집전체에 압착되는 탄소, 예를 들어 활성탄 또는 활성탄 섬유, 탄소 나노 튜브 등은 실질적으로 산소를 유인하고 고정하여 음극 활성 물질(30)에 전달하는 역할을 한다. 금속 집전체에 압착되는 탄소는 바람직하게는 테프론과 혼합하여 가공된 것일 수 있다. 테프론과 혼합 가공된 탄소를 포함하는 공기 양극막(13)의 경우 물은 통과시키기 않으면서 공기는 통과시키는 발수성이 우수해지며, 공기 양극막(13)의 일면에 부착되는 소수성 다공막(11)과의 접착성도 좋아진다. 또한, 금속 집전체 상에 탄소가 고밀도로 압착되어 있는 경우의 탄소 집전체막(10)은 산소(O2)를 유인하는 효율이 보다 향상된다.
소수성 다공막(11)은 공기 양극막 어셈블리(100)에서 외측, 즉 탄소 집전체막(10)의 외면에 위치하며, 전지 내부의 전해액이 외부로 유출되지 않도록 하고, 외부로부터의 공기는 유입되도록 하는 기능성막이다. 이러한 소수성 다공막(11)은 예를 들어 테프론으로 이루어질 수 있다.
또한, 친수성 분리막(12)은 공기 양극막 어셈블리(100)의 내측, 즉 탄소 집전체막(10)의 내면에 위치하며, 예를 들어 0.2㎜ 정도의 얇은 필름으로 이온과 물은 통과시키지만, 음극 활성 물질(도 4의 30)이 공기 양극막(13)과 직접 접촉되어 전지가 단락되는 것을 방지한다. 친수성 분리막(12)은 다양한 재질로 이루어질 수 있는데, 예를 들어 종이, 고분자 화합물 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 친수성 분리막(12)은 이온 전도성 접착제층을 개재하여 탄소 집전체막(10)에 부착된다.
계속해서, 절연 용기(20)에 대해 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 절연 용기(20)는 바닥(21)과 바닥(21)의 외주연을 따라 측벽(22)이 형성되어 있는 중공 기둥형의 모양을 갖는다. 이때, 절연 용기(20)의 입구(23)는 후술하는 음극 단자(도 4의 50) 및 음극 집전체(도 4의 40)와의 결합을 용이하게 하기 위하여 비교적 넓은 원판 모양의 음극 단자(도 4의 50)의 크기에 맞도록 입구(23)가 형성되어 있으며, 그 아래에서는 침 모양의 음극 집전체(도 4의 40)의 크기에 맞도록 절연 용기(20)의 내부 직경이 좁아질 수 있고, 그 아래에서는 다시 절연 용기(20)의 내부 직경이 넓어져 음극 활성 물질(30)과 전해액의 수용을 용이하게 할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 절연 용기(20)에서 측벽은 공기 양극막(13)을 피복하고 있되, 공기 양극막(13)의 외면, 즉 소수성 다공막(11) 부분과 공기 양극막(13)의 내면, 즉 친수성 분리막(12) 부분이 적어도 일부 노출되도록 피복하고 있다. 이때, 적어도 공기 양극막(13)을 중공 기둥형 모양으로 말았을 때 서로 마주보는 양 끝단은 절연 용기(20)에 의해 피복되어 완전히 기밀화 되어야 한다.
예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이 절연 용기는 원형 바닥(21)과 원형 바닥의 외주연을 따라 측벽(22)이 형성되어 있으며, 측벽(22)에는 공기 양극막(13)이 묻혀 있되, 소정 크기의 개구(24)를 통해 공기 양극막(13)의 외면과 내면이 각각 절연 용기(20)의 외부와 내부에서 노출되어 있다. 또한, 절연 용기(20)는 공기 양 극막(13)의 탄소 집전체막(10)이 양극 단자(도 4의 70)와 접촉하는 부분도 노출시킨다.
이때 절연 용기(20)의 측벽(22)에 의해 노출되는 공기 양극막(13)의 외면과 내면은 예를 들어 노출면이 서로 대응하여 위치하며, 공기 양극막(13)의 외면과 내면이 노출되는 정도는 공기 양극막(13)에 의해 공기부터 유인되는 산소(O2)의 양이 충분하도록 노출되어 있어야 한다.
절연 용기(20)의 측벽(22)이 상기한 바와 같은 형상으로 공기 양극막(13)을 피복하고 있는 경우, 공기 양극막(13)이 중공 기둥형 모양이 유지될 수 있으며, 공기 양극막(13)과 절연 용기(20)는 완전히 기밀화되어 있어 공기 양극막 어셈블리(100) 내에 수용되는 전해질이 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다.
상기한 바와 같은 절연 용기(20)로 공기 양극막(13)을 피복하는 방법으로는 예를 들어 사출 성형법 또는 초음파 융착법 등이 있다.
예를 들어 사출 성형법을 이용하여 공기 양극막(13)을 부분적으로 피복하고자 하는 경우, 공기 양극막(13)을 원통형으로 말은 상태로 소정 형상의 금형에 위치시킨 후, 열가소성 수지를 금형 내로 유입시키고, 이를 냉각시킨 후 금형에서 꺼냄으로써 공기 양극막(13)이 절연 용기(20)에 의해 피복되어 있는 공기 양극막 어셈블리(100)를 완성할 수 있다.
또한, 예를 들어 초음파 성형법을 이용하여 공기 양극막(13)을 부분적으로 피복하고자 하는 경우, 공기 양극막(13)을 원통형으로 말은 다음 측벽에 소정의 크 기의 개구(24)가 형성되어 있고, 측벽(22)의 중심부에 슬릿이 형성되어 있는 절연 용기(10)의 슬릿에 원통형으로 말은 공기 양극막(13)을 끼워 넣은 후 초음파로 융착함으로써 공기 양극막(13)이 절연 용기(20)에 의해 피복되어 있는 공기 양극막 어셈블리(100)를 완성할 수 있다.
이때, 사용되는 열가소성 수지는 공기 양극막(13) 등의 열 변형 온도보다 예를 들어 약 70℃ 정도 높은, 바람직하게는 약 50℃ 정도 높은, 보다 바람직하게는 약 30℃ 정도 높은 용융점 또는 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 수지로부터 선택될 수 있다. 또한, 열가소성 수지는 공기 양극막(13)과 접착성이 우수한 열가소성 수지로부터 선택될 수 있다. 이러한 특성을 만족시키는 열가소성 수지로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌 및 비닐리덴 플루오라이드의 코폴리머, 폴리비닐리덴 플루오라이드 등이 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 양극막 어셈블리(100)는 본래 평판 형태를 갖는 공기 양극막(13)을 중공 기둥 모양을 갖도록 하여 종래 공기 양극막(13)이 버튼형 또는 코인형 전지 등에 제한적으로 사용가능하였던 것을 원통형 전지에도 사용가능하게 한다. 본 실시예에서는 원통형을 갖는 공기 양극막 어셈블리(100)를 예시하여 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 사각 기둥형 등 다양한 모양으로 공기 양극막 어셈블리(100)가 이루어질 수 있다.
계속해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 금속 전지에 대해 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 금속 전지의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 금속 전지를 Ⅴ-Ⅴ'선을 따라 절단한 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 금속 전지에서 통기성막을 생략한 상태에서의 분해 사시도이다.
도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 금속 전지(200)는 공기 양극막 어셈블리(100), 공기 양극막 어셈블리(100) 내부에 수용되는 음극 활성 물질(30), 공기 양극막 어셈블리(100)의 입구에 결합되는 음극 집전체(40) 등을 포함한다. 여기서, 공기 양극막 어셈블리(100)는 상술한 바와 동일하므로 중복적인 설명은 생략한다.
공기 양극막 어셈블리(100)에 수용되는 음극 활성 물질(30)은 금속 성분으로서 아연(Zn), 칼슘(Ca), 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 철(Fe), 알루미늄(Al) 및 상기한 바와 같은 금속 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 또는 합금일 수 있다. 바람직하게는 음극 활성 물질(30)로서 아연(Zn)이 사용될 수 있다.
또한, 음극 활성 물질(30)은 하기의 예로서 한정되는 것은 아니지만, 비스무스(Bi), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 인듐(In), 납(Pb), 수은(Hg), 갈륨(Ga), 주석(Sn), 카드뮴(Cd), 게르마늄(Ge), 안티모니(Sb), 셀레늄(Se), 탈륨(Ta) 등과 같은 금속 및 상기한 바와 같은 금속 중 적어도 하나를 포함하는 금속과 혼합되거나 합금화된다. 바람직하게는 음극 활성 물질(30)이 아연(Zn) 일 경우, 아연(Zn)의 부식과 수소 발생을 억제하는 양쪽성 금속, 예를 들어 인듐(In), 비스무스(Bi), 납(Pb) 등이 아연(Zn)과 함께 사용될 수 있다.
이러한 음극 활성 물질(30)은 분말, 섬유, 분진 입자, 플레이트, 니들, 펠렛 등의 형태가 사용될 수 있지만, 보관 및 이송이 용이하며 전지의 출력을 높이기 위 하여 분말 형태로 사용될 수 있다.
음극 활성 물질(30)에 대해 보다 상세히 설명하면, 환경 오염을 일으키는 수은(Hg)을 사용하지 않으면서도 수소(H2) 발생을 억제하기 위하여 다음과 같은 구성을 갖는 음극 활성 물질(30)을 사용할 수 있다. 즉, 음극 활성 물질(30)로서 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 이하로 포함하는 것을 사용할 수 있다. 이때, 음극 활성 물질(30)은 아연(Zn)의 야적 과정에서 산소(O2)와 반응해서 생기는 산화 아연(ZnO)을 포함할 수 있다.
이러한 음극 활성 물질(30)은 수은(Hg)을 포함하지 않거나 포함하더라도 50ppm이하로 포함하며, 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, 상기한 바와 같은 음극 활성 (30)에 포함되는 분말 상태의 아연(Zn) 은 특정한 입자 크기 분포를 가질 수 있다. 즉, 음극 활성 물질(30)에 포함되는 아연(Zn)의 적어도 95중량%의 입자 직경이 75 내지 381㎛의 크기를 갖는다. 음극 활성 물질(30)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(30)에 포함되는 아연(Zn)의 입자 크기가 균일할 경우 전해액에 의한 아연(Zn) 등의 표면 침식이 동일한 속도로 동시에 발생되게 된다. 결국 아연(Zn)의 표면이 침식되는 시점이 동일하게 된다. 이에 반해 음극 활성 물질(30)에 포함되는 아연(Zn)이 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(30) 내에 수은(Hg)을 포함하지 않더라고 전지 성능의 저하 없이 수소(H2) 발생을 억제할 수 있다.
이러한 음극 활성 물질(30)은 겔의 형태로 사용될 수 있으며, 이 경우 음극 활성 물질(30)을 구성하는 분말이 전지의 바닥에 침적되는 것을 방지할 수 있고, 사용 후에는 시멘트화되는 것을 방지할 수 있다. 음극 활성 물질(30)의 겔화제로는 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시 프로필메틸 셀룰로오스(hydroxyproplymethyl cellulose), 젤라틴(gelatine), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol), 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 폴리부틸비닐 알코올(polybutylvinyl alcohol), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리아크릴 아미드(polyacrylic amide) 등이나 가교화된 폴리아크릴산(polyacrylic acid)을 사용할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 음극 활성 물질(30)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.
상기한 바와 같이 전해액과 혼합되어 있는 겔 형태의 음극 활성 물질(30)이 공기 양극막 어셈블리(100) 내에 수용되어 있는 상태에서 음극 집전체(40)는 공기 양극막 어셈블리(100)의 입구에 결합된다. 이러한 음극 집전체(40)는 침 형상으로 돌출되어 있으며 음극 활성 물질(30)과 접촉한다. 이러한 음극 집전체(40)는 도전성 재질로 이루어진 경우라면, 그 재질이 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 스테인레스 스틸로 이루어질 수 있다. 또한, 음극 집전체(40)는 음극 활성 물질(30)과 접촉하는 부분이 소정의 금속으로 피복되어 있을 수 있는데, 이는 음극 집전체(40)가 접촉하는 음극 활성 물질(30)의 종류에 따라 달라 질 수 있다. 예를 들어 음극 활성 물질(30)이 아연(Zn)을 주성분으로 하는 경우 이들에 의해 발생하는 수소를 효과적으로 억제하기 위해 주석으로 이루어진 피복층(45)이 형성될 수 있다.
음극 집전체(40)에는 전기 장치의 음극 단자와 전기적으로 연결되는 음극 단자(50)가 연결되어 있다. 이와 같은 음극 단자(50)와 음극 집전체(40)는 전해액과 혼합되어 있는 겔 형태의 음극 활성 물질(30) 등이 공기 양극막 어셈블리(100)와 수용되어 있는 상태에서 예를 들어 절연 개스킷(60)을 개재하여 결합되어, 전해액이 외부로 누출되는 것을 방지한다.
또한, 공기 양극 어셈블리(100)의 바닥 측에는 공기 양극막(13)과 접촉하도록 양극 단자(70)가 위치한다. 양극 단자(70)는 도전성 재질로 이루어진 경우라면, 그 재질이 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 스테인레스 스틸로 이루어질 수 있다. 이러한 양극 단자(70)는 공기 양극막(13)과 접촉하는 부분이 예를 들어 니켈로 피복될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 공기 양극 어셈블리(100)의 측벽(22)에는 측벽(22)을 따라 위치하는 통기성막(80)이 위치한다. 통기성막(80)은 외부 공기가 공기 양극막(13)으로의 접근이 용이하도록 하는 재질이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 통기성 비닐, 타공 철판 등을 사용할 수 있다. 통기성막(80)으로 사용되는 타공 철판은 표면에 다수개의 개구(85)가 형성되어 있어 개구를 통한 공기 유입이 자유롭다. 타공 철판을 통기성막(80)으로 사용하는 경우 그 자체가 소정의 강도를 가지고 있어 공기 양극 어셈블리(100)를 보호할 수 있고, 뿐만 아니라 표면에 필름지 등의 탈부착이 용이하며, 표면에 프린트 등이 가능하여 회사 로고 등을 표현하기에도 적합하다. 이러한 통기성막(80)은 유통시, 또는 미사용시에 공기의 유입을 차단하기 위해 필름지 등이 부착된다.
또한, 도면에 도시하지는 않았지만 공기 양극막 어셈블리(100)와 통기성막(80) 사이에는 외부에서 전지로 유입되는 공기의 확산을 고르게 하기 위한 확산지를 더 포함할 수도 있다.
본 실시예에서는 원통형의 전지를 예시하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 금속 전지는 사각 기둥형 전지 등의 다양한 모양의 전지에 사용가능하다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 금속 전지는 원통형 또는 사각 기둥형 등의 다양한 모양으로 변형이 가능하고, 따라서 다양한 전기 장치의 전력 공급원으로서 사용가능하다.
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 발명에서는 평판형으로만 사용되었던 공기 양극막을 중공 기둥형 모양을 갖도록 하여 원통형 또는 사각 기둥형의 다양한 모양의 전지에 적용함으로써, 여러가지 전기 장치의 전력 공급원으로 사용가능하게 되었다.

Claims (18)

  1. 공기 양극막; 및
    상기 공기 양극막을 피복하되, 상기 공기 양극막의 내면과 외면 각각을 적어도 일부 노출하는 측벽이 구비되어 있는 중공 기둥형 절연 용기를 포함하는 공기 양극막 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 양극막은 탄소 집전체막을 중심으로 내면에는 친수성 분리막이 형성되어 있고, 외면에는 소수성 다공막이 형성되어 있는 공기 양극막 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄소 집전체막은 금속 집전체에 고압으로 압착된 탄소와 테프론 혼합물을 포함하는 공기 양극막 어셈블리.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 소수성 다공막은 테프론을 포함하는 공기 양극막 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 용기는 열가소성 수지를 포함하는 공기 양극막 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 피복은 사출 성형 또는 초음파 융착을 이용하는 공기 양극막 어셈블리.
  7. 공기 양극막 및 상기 공기 양극막을 피복하되 상기 공기 양극막의 내면과 외면 각각을 적어도 일부 노출하는 측벽이 구비되어 있는 중공 기둥형 절연 용기를 포함하는 공기 양극막 어셈블리;
    상기 공기 양극막 어셈블리 내부에 수용되는 음극 활성 물질; 및
    상기 공기 양극막 어셈블리의 입구에 결합되어 상기 음극 활성 물질의 적어도 일부와 접촉하는 음극 집전체를 포함하는 공기 금속 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 공기 양극막은 탄소 집전체막을 중심으로 내면에는 친수성 분리막이 형성되어 있고, 외면에는 소수성 다공막이 형성되어 있는 공기 금속 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 탄소 집전체막은 금속 집전체에 고압으로 압착된 탄소와 테프론 혼합물을 포함하는 공기 금속 전지.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 소수성 다공막은 테프론을 포함하는 공기 금속 전지.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 절연 용기는 열가소성 수지를 포함하는 공기 금속 전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 피복은 사출 성형 또는 초음파 융착을 이용하는 공기 금속 전지.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 음극 활성 물질은 아연을 주성분으로 하는 공기 금속 전지.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 음극 집전체는 상기 음극 활성 물질과 접촉하는 부분이 주석으로 피복되어 있는 공기 금속 전지.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 공기 양극막 어셈블리의 측벽에 따라 통기성막을 더 포함하는 공기 금속 전지.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 통기성막은 다수개의 개구를 포함하는 타공 철판을 포함하는 공기 금속 전지.
  17. 제 7 항에 있어서,
    상기 공기 양극막 어셈블리의 바닥측에서 상기 탄소 집전체막의 적어도 일부와 접촉하는 금속 단자를 더 포함하는 공기 금속 전지.
  18. 제 7 항에 있어서,
    상기 공기 금속 전지는 원통형 또는 사각 기둥형을 포함하는 공기 금속 전지.
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