KR100883936B1 - 원통형 공기 아연 전지 - Google Patents

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Abstract

원통형으로 절곡되어 있으며 전지의 양극으로서 기능하는 필름, 및 상기 필름의 내부에 충진되며 전지의 음극으로서 기능하는 아연겔을 포함하는 공기 아연 전지로서, 상기 필름의 외측면을 감싸는 링 형상으로 형성되어 상기 아연겔의 팽창에 의한 응력을 흡수하는 1 이상의 리브를 포함하는 원통형 공기 아연 전지가 제공된다.
원통형 공기 아연 전지, 필름, 아연겔, 리브, 공기 통로

Description

원통형 공기 아연 전지{CYLINDRICAL ZINC-AIR CELL}
본 발명은 원통형 공기 아연 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기 아연 전지의 음극으로서 기능하는 아연겔의 팽창으로 인한 응력을 수용하는 리브를 포함함으로써 아연겔 팽창으로 인한 공기 아연 전지의 변형 또는 내부 구성요소의 파열을 막는 원통형 공기 아연 전지에 관한 것이다.
종래에 전기 기기에 대한 전력 공급을 위한 수단으로서 전지 (battery) 가 널리 사용되었다. 종래에는 전지로서 망간 건전지, 알칼리 망간 건전지, 공기 아연 (zinc-air) 전지 등의 1차 전지와, 니켈 카드뮴 (Ni-Cd) 전지, 니켈 수소 (Ni-H) 전지, 리튬 이온 전지 등의 2차 전지가 사용되었다. 이들 중 공기 아연 전지는 1.4 V 의 상대적으로 높은 전압을 제공하며, 에너지 밀도가 높고 방전 용량이 크다는 장점을 갖는다. 또한, 전지의 방전이 완료될 때까지 거의 일정한 방전 특성을 나타내어, 중금속의 함유로 사용이 억제되고 있는 수은 전지를 대체할 수 있는 건전지로 생각되고 있다.
이러한 종래의 공기 아연 전지는 양극으로서의 막 (membrane) 과 음극으로서의 아연겔을 포함한다.
양극으로서 기능하는 막은 물 분자를 포함하고 있는 투과성의 막으로서, 공기 중의 산소와 접촉하여 수산화 이온 (OH-) 을 발생시킨다. 이 반응은 다음의 화학식으로 표시될 수 있다.
O2 + 2H2O + 4e- ↔ 4OH-
이와 같이 양극에서의 반응에는 산소가 필요하므로, 양극은 공기와 접촉할 수 있는 경로를 가지고 있어야 한다.
한편, 상술한 화학 반응에 의해 발생된 수산화 이온은 공기 아연 전지의 음극으로서 기능하는 아연겔로 전달된다.
아연겔은 아연 분말을 주로 포함하며, 첨가제와 전해질이 혼합된다. 통상 전해질로서는 수산화칼륨 (KOH) 수용액이 사용된다. 수산화 이온이 아연겔 내로 전달되면, 아연 분말이 수산화 이온과 반응하여 산화된다. 이 반응은 다음의 화학식으로 나타낼 수 있다.
Zn + 2OH- ↔ Zn(OH)2 + 2e-
Zn + 2OH- ↔ ZnO + H2O + 2e-
이 반응에 의하여 음극에서 전자가 발생되며, 이와 같은 화학 반응에 의해 이론적으로는 최대 1.65V 의 전압이 발생될 수 있다. 이와 같은 원리에 의한 공기 아연 전지는 전압, 에너지 밀도, 방전 용량, 방전 특성 등에 있어 유리한 성질을 가지고 있다.
그러나, 음극인 아연겔에서의 화학반응에 의해 Zn(OH)2, ZnO, 및 H2O 와 같은 물질이 생성되어 아연겔이 충진되는 공간이 팽창될 수 있고, 이에 따라 특정 형태로 제조되는 공기 아연 전지의 모양이 훼손되거나 파손될 수 있다.
특히, AAA 또는 AA 등의 원통형 규격으로 제조되는 원통형 공기 아연 전지에 있어서는, 아연겔의 팽창에 의해 그 모양이 변질되면 더 이상 전지를 사용할 수 없게되는 문제가 발생할 수도 있다.
따라서, 아연겔이 팽창하더라도 모양이 변형되거나 전지가 파열되는 것을 방지할 수 있는 공기 아연 전지에 대한 개발이 요구된다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로, 공기 아연 전지의 음극으로서 기능하는 아연겔의 팽창으로 인한 응력을 수용하는 리브를 포함함으로써 아연겔 팽창으로 인한 공기 아연 전지의 변형 또는 내부 구성요소의 파열을 막을 수 있는, 원통형 공기 아연 전지를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 원통형으로 절곡되어 있으며 전지의 양극으로서 기능하는 필름, 및 상기 필름의 내부에 충진되며 전지의 음극으로서 기능하는 아연겔을 포함하는 공기 아연 전지로서, 상기 필름의 외측면을 감싸는 링 형상으로 형성되어 상기 아연겔의 팽창에 의한 응력을 흡수하는 1 이상의 리브를 포함하는, 원통형 공기 아연 전지가 제공된다.
상기 리브에는 공기의 소통을 위한 1 이상의 홈이 형성될 수 있다.
상기 공기 아연 전지는, 상기 필름의 외측면을 감싸는 밀봉체를 더 포함하며, 상기 밀봉체 표면에는 공기의 소통을 위한 개구가 형성될 수 있다.
본 발명의 원통형 공기 아연 전지에 따르면, 음극으로서 기능하는 아연겔의 팽창으로 인한 응력을 수용하는 리브를 포함함으로써 아연겔 팽창으로 인한 공기 아연 전지의 변형 또는 내부 구성요소의 파열을 막을 수 있다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 공기 아연 전지의 구성을 나타내는 사시도이며, 도 2는 도 1의 공기 아연 전지의 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 공기 아연 전지(100)는 아연 전지의 양극으로 기능하는 필름(110), 및 상기 필름(110) 상에 형성되는 리브(130)를 포함한다.
필름(110)은 공기 아연 전지의 공기 양극으로서 기능하며, 그 내부에는 공기 아연 전지의 음극으로서 기능하는 아연겔(170)이 충진될 수 있다. 양극으로서 기능하는 필름(110)은 산소와 반응하여 상기 화학식 1과 같은 화학반응을 일으키고 음극으로서 기능하는 아연겔(170)은 필름(110)의 화학반응으로부터 생성되는 OH- 이온을 공급받아 상기 화학식 2와 같은 화학반응을 일으킨다.
필름(110)의 외측면에는 밀봉체(미도시)가 형성될 수 있다. 필름(110)에서의 원활한 화학반응을 위해서는 공기 중의 산소가 계속적으로 공급되어야 하는데, 이를 위해서 밀봉체에는 공기의 소통을 위한 복수의 개구가 형성될 수 있다.
리브(130)는 상기 필름(110) 또는 밀봉체의 외측면을 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. 1 이상의 리브(130)는 링 형상일 수 있으며, 서로 이격된 형태로 형성될 수도 있고, 도 1에 도시되는 바와 같이, 리브(130)의 소정 부분이 서로 연결된 형태일 수도 있다. 리브(130)의 재질은 전도성 금속 또는 플라스틱일 수 있으며, 플라스틱으로 하는 경우에는 그 제조가 더욱 용이해 질 수 있다.
공기 아연 전지(100)의 내부에 충진되는 아연겔은 상기 화학식 2로 표현되는 화학반응에 의해 부피가 큰 물질들을 발생시킴으로서 팽창할 수 있으며, 이러한 팽창에 의한 힘이 필름(110) 또는 필름(110)의 외측면에 형성되는 밀봉체 등에 전달될 수 있다. 리브(130)는 상기 팽창에 의한 힘을 받아들여 필름(110) 또는 밀봉체 등의 다른 구성요소가 받는 응력을 저하시키거나, 공기 아연 전지의 형태 왜곡 또는 변형을 최소화시킨다.
리브(130)의 개수와 리브(130)들 간의 간격은 공기 아연 전지의 변형 또는 왜곡을 막을 수 있으면서도 제조에 필요한 재료를 절약할 수 있는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다.
이러한 리브(130)를 적절히 배치함으로써 아연겔의 팽창에 의한 전지의 변형 또는 왜곡을 막을 수 있고, 이에 따라 공기 아연 전지의 성능향상과 수명연장의 효과를 기대할 수 있다.
한편, 본 발명의 공기 아연 전지(100)는 리브(130)를 덮는 전지 케이스(미도시)를 더 포함할 수 있다. 그러나, 상기 케이스가 리브(130)와 완전히 접착되게 되면 공기 아연 전지(100)의 내부로 공기가 전달되지 않아 양극으로서 기능하는 필름(110)이 상기 화학식 1로 표현되는 화학반응을 일으키지 못할 수 있다.
이를 방지하기 위해, 리브(130) 표면에는 1 이상의 홈이 형성될 수 있다. 이러한 홈은 공기 통로(150)로서의 기능을 수행하여, 공기 아연 전지(100)의 내부로 공기가 원활하게 공급될 수 있도록 한다. 공기 통로(150)의 형상은 도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이 리브(130)의 일부에 형성되는 홈 형태일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니며, 공기 소통을 위한 공간으로서의 기능을 만족시키면 된다.
아연 전지의 양극으로서 기능하는 필름(110)은 이렇게 공급되는 공기 중의 산소와 반응하여 상기 화학식 1로 표현되는 화학반응을 정상적으로 일으키게 된다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 범위에 속한다. 예를 들면, 본 명세서에서는 원통 형태의 공기 아연 전지에 대하여 명시하였으나, 전지의 형태는 이에 한정되지 않으며, 당업자라면 본 발명을 이용하여 원하는 형태의 전지를 용이하게 제조할 수 있을 것이다. 또한, 본 명세서에서 설명한 각 구성요소의 재질은 당업자가 공지된 다양한 재질로부터 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 원통형 공기 아연 전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 원통형 공기 아연 전지의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 공기 아연 전지 110: 필름
130: 리브 150: 공기 통로
170: 아연겔

Claims (3)

  1. 원통형으로 절곡되어 있으며 전지의 양극으로서 기능하는 필름, 및 상기 필름의 내부에 충진되며 전지의 음극으로서 기능하는 아연겔을 포함하는 공기 아연 전지로서,
    상기 필름의 외측면을 감싸는 링 형상으로 형성되어 상기 아연겔의 팽창에 의한 응력을 흡수하는 1 이상의 리브를 포함하는 원통형 공기 아연 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리브에는 공기의 소통을 위한 1 이상의 홈이 형성되는 원통형 공기 아연 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 필름의 외측면을 감싸는 밀봉체를 더 포함하며,
    상기 밀봉체 표면에는 공기의 소통을 위한 개구가 형성되는 원통형 공기 아연 전지.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003121296A (ja) * 2001-10-10 2003-04-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 円筒型製品のリーク検査装置およびリーク検査用シール装置
KR200352456Y1 (ko) 2004-03-09 2004-06-04 김세웅 마사지 휴대용 밸트
KR100644776B1 (ko) * 2005-05-27 2006-11-14 유병훈 공기 아연 전지 및 그 제조 방법

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