KR101187866B1 - 아연-공기 연료전지의 반응셀 유니트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아연-공기 연료전지의 반응셀 유니트에 관한 것이다. 본 발명에 의한 아연-공기 연료전지의 반응셀 유니트는, 아연볼과 전해질이 수용되는 수용공간을 가지는 음극 주머니; 상기 음극 주머니 내부에 상기 음극 주머니와 통전 가능하게 배치되고, 상기 전해질 내에서의 아연볼과 산소 간의 반응에 의해 발생되는 전자를 집전하는 집전체; 상기 음극 주머니에 통전 가능하게 연결되는 제1애노드 단자; 및 상기 음극 주머니와 집전체를 감싸는 형태로 배치되고, 상기 음극 주머니와 인접하게 배치되는 다른 음극 주머니 내에 배치되는 제2애노드 단자에 통전 가능하게 연결되는 캐소드 단자를 구비하는 커버블럭;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

아연-공기 연료전지의 반응셀 유니트{Zinc-air fuel cell reaction cell structure}
본 발명은 아연-공기 연료전지의 반응셀 유니트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 애노드 단자와 캐소드 단자의 연결작업의 효율을 높일 수 있도록 구조가 개선된 아연-공기 연료전지의 반응셀 유니트에 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 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.
상기 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.
이러한 아연-공기 연료전지의 일례가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 아연-공기 연료전지는 미국등록특허 US 6,153,328호에 개시된 기술로서, 복수의 반응셀이 나란하게 배열되어 있는 수평형 스택 구조가 채택되었다.
이러한 아연-공기 연료전지는 애노드 전극 측에서 집전된 전자가 캐소드 전극으로 이동하면서 전류를 발생시키고, 발생된 전류를 배터리에 저장되게 한다.
여기서, 상기 복수의 반응셀은 각각 애노드 전극와 캐소드 전극이 마련되어 있고, 어느 하나의 반응셀의 애노드 전극과 인접한 다른 하나의 반응셀의 캐소드 전극은 전도성 케이블을 통해 전기적으로 연결된다.
이와 같이 각각의 반응셀을 전도성 케이블을 통해 전기적으로 연결시키는 작업은, 복수의 반응셀의 연결작업으로 인하여 작업효율이 현저히 저해되는 단점을 가지며, 상기 전도성 케이블이 노출과 서로 엉킴 등으로 다른 부품과의 간섭을 초래하여 전기자동차의 전력원인 배터리 시스템의 최적배치가 어려운 단점을 가진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 복수의 반응셀에 마련되는 애노드 전극과 캐소드 전극의 효율적인 연결작업을 가능하게 하고 그 연결수단과 다른 부품과의 간섭을 억제시킬 수 있는 아연-공기 연료전지의 반응셀 유니트를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 아연볼과 전해질이 수용되는 수용공간을 가지는 음극 주머니; 상기 음극 주머니 내부에 상기 음극 주머니와 통전 가능하게 배치되고, 상기 전해질 내에서의 아연볼과 산소 간의 반응에 의해 발생되는 전자를 집전하는 집전체; 상기 음극 주머니에 통전 가능하게 연결되는 제1애노드 단자; 및 상기 음극 주머니와 집전체를 감싸는 형태로 배치되고, 상기 음극 주머니와 인접하게 배치되는 다른 음극 주머니 내에 배치되는 제2애노드 단자에 통전 가능하게 연결되는 캐소드 단자를 구비하는 커버블럭;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 각 애노드 단자와 캐소드 단자는, 각각 상기 집전체와 동일한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 제2애노드 단자는, 상기 음극 주머니에 접촉되는 접촉부와 그 접촉부와 직교하는 방향으로 그 접촉부로부터 연장되는 연장부를 구비하고, 상기 캐소드 단자는, 상기 연장부의 연직 방향을 따라 위치되는 연결부를 구비하여서, 상기 제2애노드 단자와 캐소드 단자 간의 연결이, 상기 연장부와 연결부가 서로 연직 방향에 위치한 상태에서 이루어지도록 구성되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 발명에 의한 반응셀 유니트는, 애노드 단자와 인접한 캐소드 단자의 전기적 연결부위가 서로 연직 방향에 배치될 수 있도록 구성됨으로써, 애노드 단자와 캐소드 단자 간의 연결작업의 효율을 높일 수 있는 장점과, 애노드와 캐소드를 단자 간의 결합에 의해 전기적으로 연결시킴으로써 상대적으로 다른 부품과의 간섭을 억제할 수 있게 됨에 따라 전기자동차의 전력원인 배터리 시스템을 구성하는 부품들의 최적배치를 가능하게 하는 장점을 가진다.
도 1은 종래기술에 의한 아연-공기 연료전지의 개략적인 사시도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 아연-공기 연료전지의 반응셀 유니트의 분리사시도.
도 3은 본 발명 일실시예의 사시도.
도 4는 본 발명 일실시예의 단면도.
도 5는 본 발명 일실시예의 사용상태도.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 아연-공기 연료전지의 반응셀 유니트를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 아연-공기 연료전지의 반응셀 유니트의 분리사시도이고, 도 3은 본 발명 일실시예의 사시도이며, 도 4는 본 발명 일실시예의 단면도이며, 도 5는 본 발명 일실시예의 사용상태도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 아연-공기 연료전지의 반응셀 유니트(이하 '반응셀 유니트'라 함)는, 음극 주머니(10)와 집전체(20)와 제1애노드 단자(30)와 커버블럭(40)을 포함하여 이루어진다.
상기 음극 주머니(10)는, 아연볼과 전해질이 수용되는 수용공간을 가지고, 상기 전해질이 통과될 수 있는 복수의 구멍을 가진다.
상기 집전체(20)는, 상기 음극 주머니(10) 내부에 상기 음극 주머니(10)와 통전 가능하게 배치되고, 상기 전해질 내에서의 아연볼과 산소 간의 반응에 의해 발생되는 전자를 집전하는 역할을 한다.
상기 음극 주머니(10)와 집전체(20)는, 각각 집전이 가능하도록 구리, 황동, 청동, 니켈 등 전도성 재질로 이루어지고, 내식성 및 전자 집전 능력을 향상시키기 위해, 금, 은, 백금 등 도금 처리되는 것이 바람직하다.
상기 제1애노드 단자(30)는 상기 음극 주머니(10)에 통전 가능하게 연결된다.
상기 커버블럭(40)은, 상기 음극 주머니(10)와 집전체(20)를 감싸는 형태로 배치되고, 상기 음극 주머니(10)와 인접하게 배치되는 다른 음극 주머니(10) 내에 배치되는 제2애노드 단자(30)에 통전 가능하게 연결되는 캐소드 단자(50)를 구비한다. 그리고, 상기 커버블럭(40)은, 공기는 통과하고 전해질은 통과할 수 없는 미세기공이 형성되어 있는 기공부(42)를 구비한다.
본 발명에서 상기 제1애노드 단자(30)와 제2애노드 단자(30)는 서로 인접하게 배치되는 반응셀 유니트의 구별을 위하여 편의성 명명된 것일 뿐 하나의 반응셀 유니트에 두 개의 애노드 단자(30)가 구비됨을 의미하는 것이 아니다.
즉, 하나의 반응셀 유니트에는 하나의 애노드 단자(30)와 캐소드 단자(50)에 마련되어 있다. 상기 애노드 단자(30)는 음극 주머니(10)에 전기적으로 연결되고 상기 캐소드 단자(50)는 공기가 주입되는 공기극 측(41)에 전기적으로 연결된다.
그리고, 어느 하나의 반응셀 유니트의 애노드 단자(30)가 인접한 다른 하나의 반응셀 유니트의 캐소드 단자(50)에 전기적으로 연결됨으로써, 복수개의 반응셀 유니트의 전기적인 연결이 가능하게 된다.
본 발명에 의한 반응셀 유니트에 채용된 각 애노드 단자(30)와 캐소드 단자(50)는, 각각 상기 집전체(20)와 동일한 재질로 이루어짐으로써, 집전 효율을 향상시킬 수 있게 한다.
상기 각 애노드 단자(30)는, 접촉부(31)와 연장부(32)를 포함하여 이루어진다. 상기 접촉부(31)는, 상기 음극 주머니(10)에 접촉되는 부분이고, 상기 연장부(32)는 상기 접촉부(31)와 직교하는 방향으로 그 접촉부(31)로부터 연장되는 부분이다. 상기 캐소드 단자(50)는, 도 5에 잘 도시된 바와 같이, 상기 연장부(32)의 연직 방향을 따라 위치되는 연결부(51)를 구비한다.
이러한 구성을 가지는 본 발명에 의한 반응셀 유니트는, 상기 애노드 단자(30)와 인접한 캐소드 단자(50) 간의 연결이, 상기 연장부(32)와 연결부(51)가 서로 연직 방향에 위치한 상태에서 이루어지게 됨으로써, 애노드 단자(30)와 캐소드 단자(50) 간의 연결작업의 효율을 높일 수 있는 장점과, 애노드와 캐소드를 단자 간의 결합에 의해 전기적으로 연결시킴으로써 상대적으로 다른 부품과의 간섭을 억제할 수 있게 됨에 따라 전기자동차의 전력원인 배터리 시스템을 구성하는 부품들의 최적배치를 가능하게 하는 장점을 가진다.
한편, 상기 음극 주머니(10)와 집전체(20)는 각각 별개로 형성된 이후 결합되는 것도 가능하나, 일체로 형성됨으로써 하나의 집전 유니트를 형성하는 것도 가능하다.
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 20:집전체
30:애노드 전극 31:접촉부
32:연장부 40:커버블럭
41:공기극 측 42:기공부
50:캐소드 단자 51:연결부

Claims (3)

  1. 아연볼과 전해질이 수용되는 수용공간을 가지는 음극 주머니(10);
    상기 음극 주머니(10) 내부에 상기 음극 주머니(10)와 통전 가능하게 배치되고, 상기 전해질 내에서의 아연볼과 산소 간의 반응에 의해 발생되는 전자를 집전하는 집전체(20);
    상기 음극 주머니(10)에 통전 가능하게 연결되는 제1애노드 단자(30); 및
    상기 음극 주머니(10)와 집전체(20)를 감싸는 형태로 배치되고, 상기 음극 주머니(10)와 인접하게 배치되는 다른 음극 주머니(10) 내에 배치되는 제2애노드 단자(30)에 통전 가능하게 연결되는 캐소드 단자(50)를 구비하는 커버블럭(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지의 반응셀 유니트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 애노드 단자(30)와 캐소드 단자(50)는, 각각 상기 집전체(20)와 동일한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지의 반응셀 유니트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2애노드 단자(30)는, 상기 음극 주머니(10)에 접촉되는 접촉부(31)와 그 접촉부(31)와 직교하는 방향으로 그 접촉부(31)로부터 연장되는 연장부(32)를 구비하고,
    상기 캐소드 단자(50)는, 상기 연장부(32)의 연직 방향을 따라 위치되는 연결부(51)를 구비하여서, 상기 제2애노드 단자(30)와 캐소드 단자(50) 간의 연결이, 상기 연장부(32)와 연결부(51)가 서로 연직 방향에 위치한 상태에서 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지의 반응셀 유니트.
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