KR101353340B1 - 나트륨 유황 전지 - Google Patents

Abstract

안전관을 통한 안전성 확보의 한계를 극복하고, 전지의 안전성을 보다 높일 수 있으며, 전해질관 파손시 나트륨의 공급을 원천적으로 차단하여 전지의 안전성을 확보할 수 있도록, 유황이 수용되는 양극실과, 나트륨이 수용되는 음극실, 양극실과 음극실 사이에 설치되어 나트륨 이온만을 선택적으로 이동시키는 고체전해질을 포함하여 충방전이 이루어지는 전지부와; 상기 전지부 외측에 배치되며 나트륨을 수용하는 음극용기; 상기 음극용기와 상기 전지부의 음극실 사이에 연결되어 음극실로 나트륨을 유통시키기 위한 나트륨 공급부를 포함하는 나트륨 유황 전지를 제공한다.

Description

나트륨 유황 전지{SODIUM-SULFUR RECHARGEABLE BATTERY}

본 발명은 나트륨 유황 전지에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 안전성을 높인 나트륨 유황 전지에 관한 것이다.

일반적으로, 나트륨 유황 전지는 에너지 밀도 및 충방전 효율이 높고 자기 방전이 없으며 불규칙적인 충방전에도 성능의 저하가 없는 특성으로, 대용량 전력 저장용 전지로써 개발되고 있다.

나트륨 유황 전지는 음극으로 나트륨(Na)을 사용하고, 양극으로 유황(S)을 사용하며, 전해질로 나트륨이온 전도성을 갖는 고체전해질의 베타알루미나 세라믹을 사용한다. 나트륨 유황 전지는 전해질관 및 전해질관을 둘러싸는 양극용기를 포함한다. 상기 전해질관은 나트륨 이온만을 통과시키는 성질을 가진 베타알루미나 세라믹을 튜브 형태로 제조한 구조이다. 상기 전해질관의 내부는 나트륨으로 채워지고, 전해질관과 양극용기 사이에는 유황과 탄소펠트가 위치한다. 이에 나트륨 이온이 전해질관인 베타알루미나를 거쳐 음극과 양극간을 이동함으로써 충방전이 이루어진다.

나트륨 유황 전지는 구동 중 전해질관이 파손되는 경우, 양극의 유황이 전해질관의 파손 부위를 통해 음극으로 흘러 들어감으로써, 음극의 나트륨과 접촉되어 급격한 화학반응을 일으키게 된다.

나트륨과 유황은 접촉시 나트륨화 황화물을 생성하게 된다. 황화물 형성 반응은 엔탈피변화가 300℃에서 약 -380 ~ -470KJ/mole의 값을 갖는 발열반응이다. 이에 양극의 유황이 음극의 나트륨과 다량 반응시 전지가 화재 또는 폭발될 위험이 있다. 나트륨 유황 전지는 최고 약 700 ~ 800g의 나트륨을 전지내에 담고 있어서 모든 나트륨과 유황이 반응한다고 가정하였을 때 최고 약 6 ~ 7MJ의 에너지를 발산하며 전지의 온도는 순간적으로 1000℃ 이상으로 상승하게 된다.

이에 나트륨 유황 전지는 전해질관의 내측에 구비되어 전해질관 파손시 유황의 유입을 차단하는 안전관이 설치된다. 안전관의 내부에는 나트륨이 수납된 음극용기가 설치되며, 음극용기 하부에 형성된 구멍을 통해 나온 나트륨이 안전관과 음극용기 사이를 지나 안전관과 전해질관 사이의 틈새로 공급된다.

상기 안전관은 열팽창계수가 큰 금속재로 전해질관과 미세한 틈을 유지한다. 따라서 상기 안전관은 전해질관의 파손시 유황과 나트륨의 발열반응에 의한 급격한 온도 상승으로 팽창되어 전해질관의 내면에 밀착된다. 이에 파손부위로 나트륨 공급이 차단되어 추가적인 화학반응과 발열을 막게 된다.

그런데, 상기한 종래의 구조는 안전관이 제대로 역할을 수행하기 위해서는 전해질관의 내주면 전체에 걸쳐 전해질관 내주면과 안전관 사이의 틈새가 균일한 간격을 이루어야 한다.

전해질관과 안전관 사이에 위치한 모든 틈새를 일정한 간격으로 조절하기 위해서는 전해질관과 안전관의 정확한 수치 측정과 조절은 물론, 안전관 제조시 정확한 확관을 위한 복잡한 설비의 구축이 요구된다. 또한, 안전관 확관시 안전관과 전해질관 사이의 접촉 부위에 발생되는 응력으로 전해질관이 파손될 가능성이 높다.

특히, 국부적인 전해질관의 파손시 순간적인 대량 발열로 인해 전해질관 파손부위 주변의 온도가 금속재 안전관의 녹는점 이상으로 상승함에 따라, 대량의 나트륨이 음극용기로부터 파손부위로 유입되어 폭발적인 발열반응을 유발하는 근본적인 문제를 안고 있다.

이에, 안전관을 이용한 안전성 확보 구조의 한계를 극복하고, 전지의 안전성을 보다 높일 수 있도록 된 나트륨 유황 전지를 제공한다.

또한, 전해질관 파손시 나트륨의 공급을 원천적으로 차단하여 전지의 안전성을 확보할 수 있도록 된 나트륨 유황 전지를 제공한다.

이를 위해 본 나트륨 유황 전지는,

유황이 수용되는 양극실과, 나트륨이 수용되는 음극실, 양극실과 음극실 사이에 설치되어 나트륨 이온만을 선택적으로 이동시키는 고체전해질을 포함하여 충방전이 이루어지는 전지부와;

상기 전지부 외측에 배치되며 나트륨을 수용하는 음극용기;

상기 음극용기와 상기 전지부의 음극실 사이에 연결되어 음극실로 나트륨을 유통시키기 위한 나트륨 공급부

를 포함할 수 있다.

상기 전지부는 내부에 양극실을 형성하여 유황을 수용하는 양극용기와, 상기 양극용기 내에 설치되며 나트륨 이온만을 선택적으로 이동시키는 튜브 형태의 고체전해질, 상기 고체전해질 내면에 간격을 두고 설치되며 고체전해질 사이에 음극실을 형성하는 안전관, 상기 양극용기와 안전관 사이를 절연시키는 절연체를 포함할 수 있다.

상기 나트륨 공급부는 음극용기와 안전관 사이에 연결되어 나트륨을 유통하는 이송관을 포함할 수 있다.

상기 이송관은 안전관의 하단에 연결될 수 있다.

상기 나트륨 공급부는 음극용기와 안전관 사이에 연결되어 나트륨을 공급하는 주입관과 나트륨이 회수되는 출구관을 포함할 수 있다.

상기 나트륨 공급부는 상기 주입관 또는 출구관에 설치되어 나트륨을 이송하는 펌프를 더 포함할 수 있다.

상기 나트륨 공급부의 주입관은 안전관의 하단에 연결되고, 출구관은 안전관의 상단에 연결될 수 있다.

상기 나트륨 공급부는 상기 펌프의 구동을 제어하여 나트륨의 공급량을 조절하기 위한 조절부를 더 포함할 수 있다.

상기 조절부는 나트륨의 유속을 검출하는 유속계를 더 포함할 수 있다.

상기 조절부는 상기 출구관을 개폐하는 밸브와, 상기 주입관 내부 압력을 검출하는 압력계를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 나트륨을 전지의 외부에서 필요한 만큼만 전지 내부로 공급하여 유황과 반응하도록 함으로써, 고체전해질 파손시 대량의 나트륨이 유황과 반응하는 현상을 원천적으로 차단할 수 있게 된다.

이에 전지 폭발의 위험을 낮추고 전지의 안전성을 높일 수 있게 된다.

또한, 음극실의 크기를 최소화하여 전지 내부에 상존하는 나트륨의 양을 종래와 비교하여 충분히 낮춤으로써 고체전해질 파손시 전지의 발열량을 줄이고 폭발의 위험을 낮출 수 있게 된다.

또한, 종래와 비교하여 안전관과 고체전해질 사이의 틈새를 미세하게 관리할 필요가 없으며, 안전관 등의 부품이나 조립의 정밀도를 높이지 않아도 전지의 안전성을 충분히 확보할 수 있다. 이에 안전관의 제조나 전지 조립 공정이 보다 단순하고 용이하게 이루어질 수 있고, 전지의 제조원가를 낮춰 원가 경쟁력을 높일 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 또다른 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 도시한 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도에서 다양한 형태로 변형될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다.

도 1은 본 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 도시하고 있다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 나트륨 유황 전지(100)는 충방전이 이루어지는 전지부(10)와, 전지부(10)와 별도로 구비되며 나트륨을 수용하는 음극용기(50), 음극용기(50)와 전지부(10) 사이에 나트륨을 유통시키기 위한 나트륨 공급부(60)를 포함한다.

본 실시예에서 상기 전지부(10)는 원형 튜브 형태의 구조를 이룬다.

이를 위해, 상기 전지부(10)는 내부에 양극실(12)을 형성하여 유황을 수용하는 양극용기(14)와, 상기 양극용기(14) 내에 설치되며 나트륨 이온만을 선택적으로 이동시키는 튜브 형태의 고체전해질(16), 상기 고체전해질(16) 내면에 간격을 두고 설치되며 고체전해질(16) 사이에 음극실을 형성하는 안전관(18), 상기 양극용기(14)와 안전관(18) 사이를 절연시키는 절연체(20)를 포함한다.

상기 양극용기(14)는 고체전해질(16) 외측에 배치되며, 내부는 유황이 수용되는 양극실(12)을 이룬다. 상기 양극실(12) 내부에는 고체전해질(16)과의 사이에 유황이 담겨진 펠트집전체(22)가 채워진다. 펠트집전체(22)는 예를 들어, 내부에 기공이 형성된 탄소펠트로, 기공 내에 유황이 담겨지게 된다. 양극실(12) 내부 공간에는 질소 가스나 아르곤 가스 등의 불활성가스가 소정의 압력으로 채워질 수 있다. 상기 양극용기(14)는 예를 들어, 원통 형태로 이루어지며 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속 소재로 제조된다. 또한 양극용기(14)의 표면에는 크롬, 몰리브덴 등을 주성분으로 하는 내식층이 코팅될 수 있다. 상기 양극용기(14)는 전지의 외형을 이루며 양극의 외부 단자의 역할도 수행할 수 있다.

상기 고체전해질(16)은 나트륨 이온을 통과시킬 수 있는 베타알루미나 세라믹으로 이루어진다. 본 실시예에서 상기 고체전해질(16)은 튜브 형태로 이루어져 소정 간격을 두고 안전관(18)를 감싸며 설치된다.

상기 안전관(18)은 고체전해질(16)의 내부에 설치된다. 상기 안전관(18)은 고체전해질(16) 파손시 유입된 유황과 나트름의 발열방응에 의해 발생된 고열에 의해 외측으로 팽창되어 고체전해질(16) 내면에 밀착된다.

상기 안전관(18)은 상단이 개구된 튜브형 구조물로, 고체전해질(16) 내면과 틈새를 유지하며 배치된다. 고체전해질(16)과 안전관(18) 사이의 틈새는 나트륨이 수용되는 음극실(24)을 이룬다. 이에 음극용기(50)의 나트륨은 나트륨 공급부(60)에 의해 안전관(18)과 고체전해질(16) 사이로 유입되어 음극실(24)을 채운다.

여기서, 상기 안전관(18)과 고체전해질(16) 사이의 간격은 최소한의 간격으로 유지할 수 있다. 예를 들어, 상기 안전관(18)과 고체전해질(16) 사이의 간격이 100㎛로 유지하는 경우, 종래 전지와 비교하여 전지부(10) 내에 상존하는 나트륨의 양을 1/100 수준으로 감소시킬 수 있다. 따라서 전지의 발열에 의한 화재나 폭발의 위험을 그만큼 저감시킬 수 있게 된다.

상기 양극용기(14)와 안전관(18) 사이에는 음극과 양극의 쇼트(short)를 방지하기 위한 절연체(20)가 설치된다. 상기 절연체(20)는 알파알루미나 세라믹으로 이루어진 링 형태의 구조물로, 양극용기(14) 상단에 접합된다. 그리고 상기 절연체(20)의 상단에는 링 형태의 금속칼라(collar)(26)가 접합되며, 상기 금속칼라(26)를 매개로 안전관(18)이 절연체(20)에 연결된다. 상기 절연체(20)는 내측면에 고체전해질(16)이 유리 접합 공정을 통해 접합되며, 상부와 하부에는 각각 금속칼라(26)와 양극용기(14)가 열압축접합(TCB;Thermal Compression Bonding) 공정을 통해 접합된다. 안전관(18) 위쪽은 음극실(24)로부터 전자를 집전하며 음극실(24)을 밀봉하는 음극판(28)이 설치될 수 있다.

한편, 본 전지는 상기 음극용기(50)가 전지부(10)와는 별개로 분리되어 구비된 구조로 되어 있다.

상기 음극용기(50)는 전지부(10) 바로 위쪽에 배치될 수 있다. 또는 전지부(10)에서 이격된 위치에 설치될 수 있다. 상기 음극용기(50)는 전지부(10) 외측에 별도로 구비되면 충분하며 그 설치 위치에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 상기 음극용기(50)는 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속 소재로 이루어질 수 있다.

상기 음극용기(50)는 내부에 나트륨이 채워진다. 또한, 상기 음극용기 내부에는 질소가스나 아르곤가스 등의 불활성가스가 소정의 압력으로 채워질 수 있다. 불활성가스는 음극용기의 나트륨을 나트륨 공급부를 통해 밀어내는 가압력을 발생시킨다.

상기 나트륨 공급부(60)는 음극용기(50)와 전지부의 안전관(18) 사이에 연결되어 나트륨을 유통하는 이송관(61)을 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 나트륨 공급부(60)의 이송관(61)은 음극판(28)을 지나 안전관(18) 내부로 연장되고 안전관(18)의 하단에 연결된다.

이에 이송관(61)으로 공급된 나트륨은 안전관(18)의 하부를 통해 음극실(24)로 공급되어 음극실(24) 상부로 채워진다. 음극용기(50)와 안전관(18)은 이송관(61)을 통해 연결되어, 전지 반응에 따라 나트륨이 이송관(61)을 통해 음극용기와 전지부 사이로 유통된다.

이와 같이 음극용기를 전지부와 분리하고 전지반응에 필요한 나트륨 양만을 전지부에 실시간으로 공급함으로써, 고체전해질이 파손되더라도 다량의 발열반응을 원천적으로 차단할 수 있게 된다.

여기서, 상기 이송관(61)에는 나트륨을 유통시킬 수 있도록 펌프가 더 설치될 수 있다. 상기 펌프는 음극용기(50)로부터 나트륨을 필요량만큼 강제 이송하게 된다. 또한, 필요시 음극실로부터 나트륨을 음극용기로 강제 회수함으로써, 고체전해질 파손시 전지부 내에 나트륨이 잔존하지 않도록 한다. 또한, 나트륨 공급량 제어를 위한 유속계 또는 유압계나 밸브가 이송관(61)에 더 설치될 수 있다. 상기 펌프나 유속계, 유압계, 밸브의 상세한 구성은 뒤에서 다시 설명하도록 한다.

한편, 도 2는 나트륨 유황 전지의 또다른 실시예를 도시하고 있다.

본 실시예에서 나트륨 공급부의 구조를 제외하고 나머지 구성는 위에서 언급한 다른 실시예와 동일하다. 이에 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하며, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 전지(100)는 충방전이 이루어지는 전지부(30)와, 전지부(30)와 별도로 구비되며 나트륨을 수용하는 음극용기(50), 음극용기(50)와 전지부(30) 사이에 나트륨을 유통시키기 위한 나트륨 공급부(60)를 포함한다.

상기 나트륨 공급부(60)는 음극용기(50)와 안전관(18) 사이에 연결되어 나트륨을 공급하는 주입관(62)과 나트륨이 회수되는 출구관(64)을 포함한다.

상기 주입관(62)은 음극판(28)을 지나 안전관(18) 내부로 연장되고 안전관(18)의 하단에 연결된다. 그리고 상기 출구관(64)은 안전관(18)의 상단에 연결된다.

이에 주입관(62)으로 공급된 나트륨은 안전관(18)의 하부를 통해 음극실(24)로 공급되어 음극실(24) 상부로 채워진다. 음극실(24)내의 나트륨은 안전관(18) 상부에 연결된 출구관(64)을 통해 음극용기(50)로 회수된다.

본 실시예에서 상기 안전관(18)과 출구관(64) 사이에는 안전관(18)의 내주면을 따라 연통되고 출구관(64)과 연결되는 연결관(68)이 더 설치된다. 상기 안전관(18)과 고체전해질(16)은 튜브형태이므로 음극실(24) 역시 튜브형태로 형성된다. 상기 연결관(68)은 예를 들어, 디스크 형태로 이루어져 안전관(18)의 내주면에 연통될 수 있다. 이에 음극실(24)은 연결관(68)을 통해 내주면 전체가 출구관(64)과 연결될 수 있다. 따라서 나트륨은 음극실(24)의 전면에서 균일하게 연결관(68)을 통해 출구관(64)으로 빠져나갈 수 있게 된다.

여기서, 상기 나트륨 공급부(60)는 주입관(62)에 설치되어 음극용기(50)의 나트륨을 음극실(24)로 이송하는 펌프(66)를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 전지는 전지부(10)의 충방전에 따라 나트륨의 공급량을 조절하는 구조로 되어 있다. 이에 전지부 충방전에 따라 전지 반응에 필요한 최적의 나트륨 양만을 음극실로 공급할 수 있게 된다. 상기 나트륨의 공급량은 상기 펌프(66)의 구동을 제어함으로써 조절된다.

본 실시예에서 나트름의 공급량이 적정한지 여부는 나트륨의 유속 검출을 통해 이루어진다. 이를 위해 상기 출구관(64)에는 나트륨의 유속을 검출하는 유속계(70)가 설치된다.

이에 유속계(70)에 검출되는 나트륨의 유속이 일정하게 유지될 수 있도록 펌프(66)를 제어하여 나트륨의 공급량을 조절함으로써, 전지 반응에 꼭 필요한 나트륨 양만을 음극실(24)로 공급할 수 있게 된다.

이하, 도 2의 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 참조하여 그 작용을 살펴보면 다음과 같다. 도 1의 실시예 역시 나트륨의 유통 구조만 다를 뿐 그 작용은 동일하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 나트륨이 채워진 음극용기(50)로부터 액상의 나트륨이 주입관(62)을 통해 설정된 초기유속으로 이동하여 전지부(10)의 음극실(24)로 공급된다. 그리고 음극실(24)에 연결된 출구관(64)을 통해 다시 음극용기(50)로 되돌아오게 된다. 상기 초기유속은 전지 반응에 필요한 나트륨 양으로, 전지부의 크기나 구조에 따라 음극실로 공급될 최소한의 나트륨 양으로 결정될 수 있다. 상기 초기 유속을 일정하게 유지함으로써, 음극실에 전지 반응에 필요한 나트륨만이 수용될 수 있다.

음극용기(50)에 채워진 불활성가스의 압력에 의해 또는 펌프(66)의 구동에 따라 나트륨은 주입관(62)을 통해 전지부(10)의 안전관(18)과 고체전해질(16) 사이의 틈새에 형성되는 음극실(24)로 공급된다.

전지 구동에 따라 예를 들어, 방전시에는 음극실(24)의 나트륨 이온이 고체전해질(16)을 지나 양극실(12)로 이동한다. 나트륨 이온이 양극실(12)로 이동함에 따라 출구관(64)에서의 나트륨 유속은 설정된 초기 유속에서 감소하게 된다. 출구관(64)에서의 유속 감소는 유속계(70)에 의해 검출된다. 이에 유속계(70)를 통해 검출된 유속 감소값 만큼 즉, 양극실(12)로 이동한 나트륨 이온양 만큼 펌프(66)를 제어작동하여 주입관(62)을 통해 추가로 나트륨을 음극실(24)로 더 공급한다. 따라서 출구관(64)에서의 나트륨 유속은 초기 유속으로 회복되어 유지된다.

반대로, 충전시에는 양극실(12)의 황화물이 분해됨으로써 생성되는 나트륨 이온이 음극실(24)로 이동하여 액상 나트륨이 형성되므로, 출구관(64)에서의 나트륨 유속은 설정된 초기 유속보다 증가하게 된다. 출구관(64)에서의 유속 증가는 유속계(70)에 의해 검출된다. 이에 유속계(70)를 통해 검출된 유속 증가값 만큼 즉, 음극실(24)로 이동한 나트륨 이온양 만큼 펌프(66)를 제어작동하여 주입관(62)을 통한 나트륨의 공급량을 감소시킨다. 따라서 출구관(64)에서의 나트륨 유속은 초기 유속으로 회복되어 유지된다.

이와 같이, 전지부(10) 충방전시 나트륨의 유속을 설정된 초기 유속으로 일정하게 유지하도록 나트륨 공급량을 조절함으로써, 전지 반응에 꼭 필요한 양의 나트륨만을 음극실(24)로 공급할 수 있게 된다.

따라서 전지부(10) 내부에 최소한의 나트륨만이 잔존하고 있어, 고체전해질(16) 파손시 대량의 나트륨이 유황과 반응하는 현상을 원천적으로 방지할 수 있게 된다.

여기서, 본 전지는 전지부(10)의 충방전에 따라 나트륨의 공급량 확인을 위한 구조로서, 나트륨의 유속 외에 압력을 이용한 구조 역시 적용할 수 있다.

이를 위해, 본 전지는 상기 출구관(64)을 개폐하는 밸브(74)와, 상기 주입관(62) 내부 압력을 검출하는 압력계(72)를 포함할 수 있다.

이와 같이 출구관(64)을 밸브(74)로 닫은 상태에서 압력계(72)를 통해 음극실(24)로 유입된 나트륨에 의한 음극실(24) 내부 압력을 검출한다. 그리고 압력계(72)에 검출된 압력값에 따라 펌프(66)를 제어작동함으로써, 전지 반응에 꼭 필요한 나트륨 양만을 공급할 수 있게 된다.

즉, 방전시에는 음극실(24)의 나트륨 이온이 양극실(12)로 이동되면 음극실(24)의 내부 압력은 설정된 초기 압력보다 낮아진다. 음극실(24) 내부 압력은 압력계(72)를 통해 검출된다. 이에 펌프(66)를 제어작동하여 압력감소량만큼 추가로 나트륨을 음극실(24)로 더 공급할 수 있다. 나트륨 공급에 따라 음극실(24) 내부 압력은 초기 압력으로 회복되어 유지된다. 반대로, 충전시에는 나트륨 이온이 음극실(24)로 이동하여 음극실(24) 내부 압력은 높아지게 된다. 이는 압력계(72)에 검출되고 마찬가지로 이 값에 따라 펌프(66)를 제어작동하여 나트륨의 공급량을 줄임으로써, 음극실(24) 내부 압력을 초기 압력으로 회복하여 유지할 수 있다. 따라서 유압계를 이용한 구조 역시 전지부(10) 충방전시 나트륨 공급량을 조절함으로써, 전지 반응에 꼭 필요한 양의 나트륨만을 음극실(24)로 공급할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 전지는 나트륨이 수용된 음극용기(50)를 전지부(10)에서 제거하고 나트륨을 필요량만큼 전지부(10)로 공급함으로써 전지의 안전성을 높일 수 있게 된다.

더욱이, 본 전지는 음극용기(50)가 전지부(10)에서 분리됨으로써, 음극용기(50) 내의 나트륨 온도를 전지의 구동온도(약 290 ~ 350℃)보다 낮게 유지할 수 있다. 나트륨은 녹는점보다 약간 높은 수준인 100℃ 근처에서도 유동성을 유지하므로, 나트륨의 온도를 충분히 낮추더라도 전지의 구동이 가능하다. 나트륨의 온도를 낮게 유지함에 따라 음극용기(50) 파손으로 나트륨 연소 반응이 발생되는 경우 반응속도 측면에서 고온 연소 반응에 비해 반응을 늦춰 추가적인 안전성을 확보할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

10 : 전지부 12 : 양극실
14 : 양극용기 16 : 고체전해질
18 : 안전관 20 : 절연체
24 : 음극실 50 : 음극용기
60 : 나트륨 공급부 61 : 이송관
62 : 주입관 64 : 출구관
66 : 펌프 68 : 연결관
70 : 유속계 72 : 압력계
74 : 밸브

Claims (10)

1. 유황이 수용되는 양극실과, 나트륨이 수용되는 음극실, 양극실과 음극실 사이에 설치되어 나트륨 이온만을 선택적으로 이동시키는 고체전해질을 포함하여 충방전이 이루어지는 전지부와;
   상기 전지부 외측에 배치되며 나트륨을 수용하는 음극용기;
   상기 음극용기와 상기 전지부의 음극실 사이에 연결되어 전지 반응에 따라 음극용기와 음극실 사이로 나트륨을 유통시키기 위한 나트륨 공급부
   를 포함하는 나트륨 유황 전지.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전지부는 내부에 양극실을 형성하여 유황을 수용하는 양극용기와, 상기 양극용기 내에 설치되며 나트륨 이온만을 선택적으로 이동시키는 튜브 형태의 고체전해질, 상기 고체전해질 내면에 간격을 두고 설치되며 고체전해질 사이에 음극실을 형성하는 안전관, 상기 양극용기와 안전관 사이를 절연시키는 절연체를 포함하는 나트륨 유황 전지.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 나트륨 공급부는 음극용기와 안전관 사이에 연결되어 나트륨을 유통시키는 이송관을 포함하는 나트륨 유황 전지.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 이송관은 안전관의 하단에 연결된 나트륨 유황 전지.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 나트륨 공급부는 음극용기와 안전관 사이에 연결되어 나트륨을 공급하는 주입관과 나트륨이 회수되는 출구관을 포함하는 나트륨 유황 전지.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 나트륨 공급부의 주입관은 안전관의 하단에 연결되고, 상기 출구관은 안전관의 상단에 연결된 나트륨 유황 전지.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
   상기 주입관 또는 출구관에 설치되어 나트륨을 이송하는 펌프를 더 포함하는 나트륨 유황 전지.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 나트륨 공급부는 상기 펌프의 구동을 제어하여 나트륨의 공급량을 조절하기 위한 조절부를 더 포함하는 나트륨 유황 전지.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 조절부는 나트륨의 유속을 검출하는 유속계를 포함하는 나트륨 유황 전지.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 조절부는 상기 출구관을 개폐하는 밸브와, 상기 주입관 내부 압력을 검출하는 압력계를 더 포함하는 나트륨 유황 전지.

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