KR101010236B1 - 아연-공기 연료전지 셀 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아연-공기 연료전지 셀 어셈블리에 관한 것이다. 본 발명에 의한 아연-공기 연료전지 셀 어셈블리는, 아연볼이 전해질과 함께 수용되는 수용공간을 가지는 음극 주머니; 상기 음극 주머니의 수용공간을 복수개로 구획하고 상기 수용공간 내의 상기 아연볼과 산소와의 반응에 의해 생성된 전자를 집전하는 집전체; 상기 음극 주머니와 집전체가 내부에 배치되는 하우징; 및 상기 수용공간에 상기 아연볼을 공급하기 위한 연료공급수단; 및 상기 전해질에 음파진동을 발생시켜 상기 아연볼에 흡착된 불순물을 탈리시킬 수 있도록, 상기 하우징 내부에 설치되는 진동자;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

아연-공기 연료전지 셀 어셈블리{Zinc-air fuel cell assembly}
본 발명은 아연-공기 연료전지 셀 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아연과 공기 중 산소 간의 반응에 의해 전기를 생성하는 아연-공기 연료전지에 있어서, 간소한 구성에 의해 전기 집전 효율을 향상시킬 수 있도록 구조가 개선된 아연-공기 연료전지 셀 어셈블리에 관한 것이다.
최근에 자연을 보존하고자 하는 환경정책과 그린 에너지 정책에 부합하여 매연이 발생되지 않는 전기자동차, 모터바이크, 전기버스 등이 화제가 되고 있는 실정이다.
아연-공기 연료전지는 전해질(A) 내에서 아연과 공기 중의 산소가 반응하여 생성되는 전자를 집전하여 전기를 생성하는 것으로, 근자에 연료에서 생성되는 수소를 이용하여 전기를 생성하는 전통적인 연료전지를 대체하는 연료전지로서 개발이 활발하게 이루어지고 있는 추세이다.
이러한 아연-공기 연료전지는 전자 생성을 위한 반응계의 구조가 간소하여 경량화 및 전력소비 절감을 통해 고용량 배터리의 구현을 통해 사용효율을 높이고자 하는 전기자동차의 개발추세에 부합하는 것으로 부각되고 있다.
특히, 아연-공기 연료전지의 경우 반응계를 이루는 복수의 셀들이 구비되고, 각 셀들 간의 유기적 연결을 위한 부품들이 마련되어야 한다.
따라서, 이러한 구성을 가지는 아연-공기 연료전지 셀 어셈블리는, 최근의 기술동향과 정책에 부합할 수 있도록, 구성의 간소화 및 전기 집전효율을 높일 수 있도록 개발되어야 할 것이다.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 간소한 구성에 의해 집전 효율을 향상시킬 수 있는 아연-공기 연료전지 셀 어셈블리를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 아연볼이 전해질과 함께 수용되는 수용공간을 가지는 음극 주머니; 상기 음극 주머니의 수용공간을 복수개로 구획하고 상기 수용공간 내의 상기 아연볼과 산소와의 반응에 의해 생성된 전자를 집전하는 집전체; 상기 음극 주머니와 집전체가 내부에 배치되는 하우징; 및 상기 수용공간에 상기 아연볼을 공급하기 위한 연료공급수단; 및 상기 전해질에 음파진동을 발생시켜 상기 아연볼에 흡착된 불순물을 탈리시킬 수 있도록, 상기 하우징 내부에 설치되는 진동자;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 하우징으로부터 유출된 전해질이 순환하여 상기 하우징에 유입될 수 있도록, 상기 전해질의 순환경로를 제공하는 수송관; 상기 하우징으로부터 유출된 전해질이 상기 하우징에 재차 유입되기 이전에, 그 전해질에 함유된 불순물을 여과시키기 위하여, 상기 순환경로 상에 마련되는 필터;를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 상기 하우징 내부로 상기 아연볼과의 반응을 위한 공기를 강제로 유입시킬 수 있도록, 상기 하우징에 설치되는 유입용 송풍팬;을 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 상기 하우징 내부로 유입된 공기를 강제로 배출시킬 수 있도록, 상기 하우징에 설치되는 배출용 송풍팬;을 더 구비하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 아연-공기 연료전지 셀 어셈블리는, 진동자가 케이스의 소통공간에 배치되어 음파진동을 발생시킴으로써 전해질에 파동을 일으켜 아연볼에 흡착되어 있는 산화아연을 그 아연볼로부터 탈리시킬 수 있도록 구성됨으로서, 아연볼과 산소 간의 반응효율을 높여 결국 집전 효율을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아연-공기 연료전지의 단면도.
도 2는 본 발명 일실시예에 채용되는 반응셀 유니트의 사시도.
도 3 및 도 4는 본 발명 일실시예의 동작상태도.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 아연-공기 연료전지 셀 어셈블리를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아연-공기 연료전지의 단면도이고, 도 2는 본 발명 일실시예에 채용되는 반응셀 유니트의 사시도이며, 도 3 및 도 4는 본 발명 일실시예의 동작상태도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 전기자동차의 동력원인 모터에 전력을 공급시켜 주기 위한 것으로, 음극 주머니(10)와 집전체(14)와 하우징(30)과 연료공급수단과 진동자(18)를 포함하여 이루어진다. 본 실시예에서 상기 연료공급수단으로는 후술할 한 쌍의 연료공급리브(40)가 채용되었다.
상기 음극 주머니(10)는 내부에 공기 중의 산소와 반응하는 아연볼(20)과 전해질(A)이 함유될 수 있는 수용공간(12)을 가진다. 여기서, 상기 아연볼(20)은 구 형상을 가진다.
이러한 아연볼(20)은, 상기 전해질(A) 내에서 외부로부터 유입되는 산소와 산화환원 반응을 함으로써, 전자를 내어 놓고 산화아연을 생성하게 된다. 상기 집전체(14)는 상기 반응에 의해 생성된 전자를 집전하여 전기를 생성하게 되고, 그 생성된 전기는 배터리(미도시)에 저장된다.
상기 집전체(14)는, 도 2에 잘 도시된 바와 같이, 상기 수용공간(12)을 큰 폭으로 분할하는 구획판(14a)과, 그 구획판(14a)으로부터 연장되어 상기 수용공간(12)을 작은 폭으로 분할하는 복수의 리브(14b)들을 구비한다. 상기 각 리브(14b)들은 상기 구획판(14a)에 의해 큰 폭으로 구획된 공간을 재차 분할하게 됨으로써, 상기 수용공간(12)을 복수개로 구획하게 된다. 상기 구획판(14a)과 각 리브(14b)들은 서로 직각을 이루고, 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 집전체(14)는, 상기 각 리브(14b)들 사이사이에 상기 아연볼(20)을 배치되게 함으로써, 상기 아연볼(20)과의 접촉면적을 크게 하여서 집전효율을 높일 수 있는 것이다. 상기 집전체(14)의 재질은 집전이 가능하도록 구리, 황동, 청동, 니켈 등 전도성물질이며, 내식성 및 전자 집전 능력을 향상시키기 위해 금, 은, 백금 등으로 도금 처리를 하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 집전체(14)는 전해질(A)이 통과될 수 있는 복수의 구멍을 가지고, 상기 음극 주머니(10) 또한 상기 전해질(A) 통과를 위한 복수의 구멍을 가진다.
한편, 본 실시예에서 상기 집전체(14)와 음극 주머니(10)는 일체로 형성되어 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않고, 예컨대 집전체(14)와 음극 주머니(10)를 각각 별개로 성형한 후 조립할 수 있도록 구성되는 것도 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 집전기능을 하는 집전체(14)가 아연볼(20)과의 접촉면적을 크게 할 수 있도록 형성됨으로써, 집전효율을 극대화시켜 배터리 사용효율을 높일 수 있는 장점을 가진다.
본 실시예는, 상기 음극 주머니(10)에 결합되는 케이스(16)와 그 케이스(16) 내부에 설치되는 진동자(18)를 구비한다.
상기 케이스(16)는 상기 음극 주머니(10)의 수용공간(12)과 소통됨으로써 내부에 상기 수용공간(12)에 수용된 전해질(A)을 수용할 수 있게 된다. 여기서, 상기 케이스(16)의 내부공간을 소통공간(22)이라 한다.
상기 진동자(18)는 상기 케이스(16)의 소통공간(22)에 배치되어 음파진동을 발생시킴으로써 상기 전해질(A)에 파동을 일으켜 상기 아연볼(20)에 흡착되어 있는 산화아연을 그 아연볼(20)로부터 탈리시키는 역할을 한다. 결국, 본 실시예는 아연볼(20)과 산소 간의 반응효율을 높일 수 있는 장점을 가진다.
본 실시예에서, 상기 수용공간(12)은, 도 1에 잘 도시된 바와 같이, 상기 집전체(14)에 의해 세 개의 공간(12a,12b)으로 구획된다.
상기 연료공급리브(40)들은, 상기 세 개의 공간(12a,12b)에 상기 아연볼(20)이 원활하게 공급될 수 있도록, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 하우징(30)에 회전가능하게 설치된다.
즉, 상기 세 개의 공간들(12a,12b) 중 가운데에 위치한 공간(12a)에 상기 아연볼(20)이 공급되어야 하는 경우에는, 상기 각 연료공급리브(40)가 도 3과 같이 회전됨으로써, 그 연료공급리브(40)들의 마주하는 일측 가장자리 사이에 틈새가 발생하게 되고, 그 틈새를 통해 상기 아연볼(20)이 상기 가운데 공간(12a) 측으로 공급된다.
이와는 반대로, 상기 세 개의 공간(12a,12b)들 중 가운데 공간(12a)을 사이에 두고 양측에 위치한 양측 공간(12b)들에는, 도 4와 같이 상기 한 쌍의 연료공급리브(40)의 마주하는 일측 가장자리가 타측 가장자리에 대해 상측으로 기울어지도록 회전됨으로써 양측으로 분할된 아연볼(20)들이 각각 공급된다.
이와 같이, 본 발명은 아연볼(20)이 요구되는 복수의 공간들(12a,12b)에, 한 쌍의 연료공급리브(40)의 정역회전에 의해 선택적으로 아연볼(20)을 공급할 수 있도록 구성됨으로써, 복수의 공간(12a,12b)에 각각 아연볼(20)을 공급하기 위한 별개의 연료공급장치가 마련될 필요가 없게 된다. 결국, 상기 한 쌍의 연료공급리브(40)가 본 발명에 채용됨으로써, 상기 아연볼(20)이 요구되는 복수의 공간(12a,12b)에 연료를 각각 공급해 주어야 하는 연료공급장치의 구성을 간소화시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 음극 주머니(10)와 집전체(14)는 상기 하우징(30)에 의해 폐쇄된다.
본 실시예에서는 상기 하우징(30)에 접속되는 수송관(50)과 상기 하우징(30)에 설치되는 유입용 송풍팬(60)과 배출용 송풍팬(70)과 상기 수송관(50)의 경로 상에 마련되는 필터(80)가 구비되어 있다.
그리고, 상기 필터(80)를 거쳐 여과된 전해질을 상기 수송관(50)을 통해 상기 하우징(30) 내로 재차 유입될 수 있도록, 상기 수송관(50)의 순환경로 상에 마련되는 액체 펌프(90)를 구비한다. 상기 액체 펌프(90)는, 상기 전해질을 펌핑하기 위해 실린더와 피스톤 등을 구비한다.
상기 실린더와 피스톤 등은, 상기 전해질이 예컨대 KOH, NaOH 와 같이 강염기성 물질이 채용되기 때문에, PTFE(Polytetrafluoroethylene)과 같이 내식성이 강한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 수송관(50)은, 상기 전해질(A)의 순환경로를 제공함으로써, 상기 하우징(30)으로부터 유출된 전해질(A)이 순환하여 그 하우징(30)에 재차 유입될 수 있게 하고, 상기 필터(80)는 상기 순환경로 상에 마련됨으로써, 상기 하우징(30)으로부터 유출된 전해질(A)이 상기 하우징(30)에 재차 유입되기 이전에 그 전해질(A)에 함유된 불순물(B)을 여과시키는 역할을 한다.
이와 같이, 본 실시예는 전해질(A)의 순환경로를 제공하는 수송관(50)과 그 전해질(A)에 함유되어 있는 불순물(B)을 여과시키기 위한 필터(80)를 구비함으로써, 전해질(A)의 교체 및 관리비용을 줄일 수 있는 것과 같이 전해질(A) 사용효율을 높일 수 있는 장점을 가진다.
그리고, 상기 유입용 송풍팬(60)은 상기 하우징(30) 내부로 상기 아연볼(50)과의 반응을 위한 공기를 강제로 유입시키는 역할을 하고, 상기 배출용 송풍팬(70)은 상기 하우징(30) 내부로 유입된 공기를 강제로 배출시키는 역할을 한다.
이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 상기 하우징(30) 내부에서의 공기의 흐름을 상기 유입용 송풍팬(60)과 배출용 송풍팬(70)에 의해 조절함으로써, 상기 아연볼(20)과 공기 간의 반응효율을 높일 수 있고, 상기 하우징(30) 내부에서 발생하는 열의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.
이상, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며 본 발명이 속하는 기술분야에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있음은 자명하다.
10:음극 주머니 12:수용공간
12a:가운데 공간 12b:양측공간
14:집전체 14a:구획판
14b:리브 16:케이스
18:진동자 20:아연볼
22:소통공간 30:하우징
40:연료공급리브 50:수송관
60:유입용 송풍팬 70:배출용 송풍팬
80:필터 90:액체 펌프

Claims (4)

  1. 아연볼(20)이 전해질(A)과 함께 수용되는 수용공간(12)을 가지는 음극 주머니(10);
    상기 음극 주머니(10)의 수용공간(12)을 복수개로 구획하고 상기 수용공간(12) 내의 상기 아연볼(20)과 산소와의 반응에 의해 생성된 전자를 집전하는 집전체(14);
    상기 음극 주머니(10)와 집전체(14)가 내부에 배치되는 하우징(30);
    상기 수용공간(12)에 상기 아연볼(20)을 공급하기 위한 연료공급수단; 및
    상기 전해질(A)에 음파진동을 발생시켜 상기 아연볼(20)에 흡착된 불순물을 탈리시킬 수 있도록, 상기 하우징(30) 내부에 설치되는 진동자(18);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 셀 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징(30)으로부터 유출된 전해질(A)이 순환하여 상기 하우징(30)에 유입될 수 있도록, 상기 전해질(A)의 순환경로를 제공하는 수송관(50);
    상기 하우징(30)으로부터 유출된 전해질(A)이 상기 하우징(30)에 재차 유입되기 이전에, 그 전해질(A)에 함유된 불순물(B)을 여과시키기 위하여, 상기 순환경로 상에 마련되는 필터(80);를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 셀 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징(30) 내부로 상기 아연볼(20)과의 반응을 위한 공기를 강제로 유입시킬 수 있도록, 상기 하우징(30)에 설치되는 유입용 송풍팬(60);을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 셀 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하우징(30) 내부로 유입된 공기를 강제로 배출시킬 수 있도록, 상기 하우징(30)에 설치되는 배출용 송풍팬(70);을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 셀 어셈블리.
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