KR101635951B1 - sodium sulfur battery - Google Patents

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KR101635951B1
KR101635951B1 KR1020140191748A KR20140191748A KR101635951B1 KR 101635951 B1 KR101635951 B1 KR 101635951B1 KR 1020140191748 A KR1020140191748 A KR 1020140191748A KR 20140191748 A KR20140191748 A KR 20140191748A KR 101635951 B1 KR101635951 B1 KR 101635951B1
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sodium
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홍인철
김우성
홍인기
문고영
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포스코에너지 주식회사
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Abstract

Provided is a sodium sulfur battery comprising: a cartridge pipe supporting sodium and having a sodium discharge hole which discharges melted sodium at a lower portion thereof; a solid electrolyte pipe accommodating the cartridge pipe and passing sodium ions; and a safety block which is inserted inside the cartridge pipe and blocks the sodium discharge hole not to continuously discharge the melted sodium into the solid electrolyte pipe as the sodium is melted when the temperature inside a battery reaches the setting temperature.

Description

나트륨 유황 전지{sodium sulfur battery}Sodium sulfur battery {sodium sulfur battery}

본 발명은 나트륨 유황 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나트륨 유황(NaS) 전지의 폭발 및 화재 방지를 위한 나트륨 유황 전지의 안전성을 확보할 수 있는 나트륨 유황 전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sodium sulfur battery, and more particularly, to a sodium sulfur battery capable of ensuring the safety of a sodium sulfur battery for preventing explosion and fire of a sodium sulfur (NaS) battery.

일반적으로, 나트륨 유황 전지는 에너지 밀도 및 충방전 효율이 높고 자기 방전이 없으며, 불규칙적인 충방전에도 성능의 저하가 없는 특성으로, 대용량 전력 저장용 전지로 개발되고 있다.Generally, a sodium-sulfur battery is developed as a large-capacity power storage battery because of its high energy density and charge / discharge efficiency, no self-discharge, and no deterioration in performance even in irregular charging and discharging.

나트륨 유황 전지는 음극 활물질로 나트륨(Na)을 사용하고, 양극 활물질로 유향(S)을 사용하며, 고체 전해질로 나트륨 이온 전도성을 갖는 베타 알루미나 세라믹을 사용한다. 나트륨 유황 전지는 고체 전해질관 및 고체 전해질관을 둘러싸는 양극 용기를 포함한다. 상기 고체 전해질관은 나트륨 이온만을 통과시키는 성질을 가진 베타-알루미나 세라믹을 이용하여 한쪽 끝이 막힌 관(Tube) 형태로 제조된다. 음극 용기의 내부는 나트륨으로 채워지고, 고체 전해질관과 양극 용기 사이에는 유황과 탄소펠트가 위치한다. 이에 나트륨 이온이 베타알루미나 전해질관을 통과하여 음극과 양극간을 이동함으로써 충방전이 이루어진다.Sodium sulfur batteries use sodium (Na) as the anode active material, beta (S) as the cathode active material, and beta-alumina ceramics having sodium ion conductivity as the solid electrolyte. The sodium sulfur battery includes a solid electrolyte tube and a positive electrode container surrounding the solid electrolyte tube. The solid electrolyte tube is manufactured in the form of a tube having one end closed by using a beta-alumina ceramic having a property of passing only sodium ions. The interior of the cathode vessel is filled with sodium, and sulfur and carbon felt are located between the solid electrolyte tube and the anode vessel. The sodium ions pass through the beta alumina electrolyte tube and move between the cathode and the anode to charge and discharge.

이와 같이 나트륨 유황(NaS) 전지는 양극재인 유황과 음극재인 나트륨 및 베타알루미나 고체전해질로 구성되어, 대략 300℃의 고온에서 작동하여 양극재인 유황과 음극재인 나트륨이 용융 상태로 작동된다.In this way, the sodium sulfur (NaS) battery is composed of sulfur, which is an anode material, and sodium and beta alumina solid electrolyte, which is an anode material, and operates at a high temperature of about 300 ° C., so that sulfur as an anode material and sodium as an anode material are operated in a molten state.

고체전해질은 베타-알루미나의 손상 시 양극재와 음극재의 직접 반응이 일어나 단시간에 높은 반응열이 발생하여 전지의 폭발을 야기한다. 이러한 고장 방지를 위해 종래에는 베타-알루미나 내에 안전관을 삽입하여 나트륨의 유출속도를 조절함으로써 대량의 나트륨의 직접 반응에 의한 폭발을 방지하고자 하였다.The solid electrolyte causes a direct reaction between the cathode material and the anode material when the beta - alumina is damaged, resulting in a high reaction heat in a short period of time and causing the explosion of the battery. In order to prevent such a failure, a safety tube was inserted into the beta-alumina to control an outflow rate of sodium, thereby preventing explosion by a direct reaction of sodium.

종래의 안전장치는 카트리지 내 상부에 가융금속 및 안전볼을 위치시켜 전지의 비이상적 온도 상승 시 가융금속이 녹고 원형의 안전볼이 하부 카트리지의 구멍(hole)을 막는 구조이나, 카트리지 내 상부 빈 공간에 안전장치가 위치하는 구조로 전지의 온도 상승에 따른 즉각적인 작동이 어렵고, 원형의 안전볼이 구멍(hole)에 정확하게 위치하지 않아 안전장치가 작동하지 않게 되며, 또한, 전지 내부에 안전장치 설치를 위해서는 추가공정이 필요하여 전지 공정비용이 상승하게 되는 문제점이 있었다.
The conventional safety device has a structure in which the fused metal and the safety ball are placed in the upper part of the cartridge to dissolve the fuse in the abnormal temperature rise of the battery and the circular safety ball blocks the hole of the lower cartridge, It is difficult to operate immediately due to the rise of the temperature of the battery due to the structure where the safety device is located, and the safety device is not operated because the circular safety ball is not positioned accurately in the hole. In addition, There is a problem that an additional process is required and the battery process cost is increased.

본 발명은 나트륨 유황 전지의 폭발 및 화재 방지를 위한 나트륨 유황 전지의 안전성을 확보할 수 있는 나트륨 유황 전지를 제공하고자 한다.Disclosure of the Invention The present invention provides a sodium sulfur battery capable of ensuring the safety of a sodium sulfur battery for explosion and fire prevention of a sodium sulfur battery.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 나트륨을 담지하며 하부에 용융된 나트륨을 배출하는 나트륨 배출공이 형성된 카트리지관, According to an embodiment of the present invention, there is provided a cartridge tube having a sodium discharge hole for discharging sodium dissolved therein,

상기 카트리지관을 수용하며 나트륨 이온을 통과시키는 고체 전해질관, 및 A solid electrolyte tube for receiving the cartridge tube and passing sodium ions therethrough, and

상기 카트리지관의 내부에 투입되어, 전지 내부의 온도가 설정온도에 도달할 때 용융되어 상기 용융 나트륨이 상기 고체 전해질관으로 계속적으로 배출되지 않도록 상기 나트륨 배출공을 차단하기 위한 안전 블록(Safety block)을 포함하는 나트륨 유황 전지가 제공될 수 있다.A safety block for blocking the sodium discharge hole so as to prevent the molten sodium from being continuously discharged into the solid electrolyte pipe when the temperature of the inside of the battery reaches a predetermined temperature, ≪ / RTI > may be provided.

상기 안전 블록은 전지 내부가 설정 온도에 도달되면 용융되는 블록 모재, 및 The safety block includes a block base material which melts when the inside of the battery reaches a set temperature, and

상기 블록 모재에 다수개 포함되거나 박혀 있고, 전지 내부가 설정 온도에 도달될 때 상기 블록 모재가 용융되면서 노출되어 상기 나트륨 배출공을 차단하기 위한 차단 비드(bead)를 포함할 수 있다.And a blocking bead for blocking the sodium discharge hole when the block base material is melted and exposed when the inside of the battery reaches a set temperature.

상기 블록 모재는 전지 내부의 설정 온도에서 용융되는 가융금속으로 이루어질 수 있다.The block preform may be made of a molten metal melted at a set temperature inside the battery.

상기 블록 모재의 가융금속이 용융되는 전지 내부의 설정 온도는 400~600℃일 수 있다.The set temperature inside the battery in which the core of the block base material is melted may be 400 to 600 ° C.

상기 블록 모재는 전지 내부가 설정 온도에 도달되기 전에는 상기 나트륨 배출공을 막지 않도록 각형으로 형성될 수 있다.The block preform may be formed in a square shape so as not to block the sodium discharge hole before the inside of the battery reaches the set temperature.

상기 차단 비드는 상기 블록 모재 내부에 일정한 간격 또는 임의의 간격으로 다수개 포함되거나 박혀 있을 수 있다.The blocking beads may be embedded or embedded in the block base material at regular intervals or at arbitrary intervals.

상기 차단 비드는 상기 블록 모재의 표면에 일부가 노출될 수 있도록 박혀 있을 수 있다.The blocking bead may be embedded to expose a part of the surface of the block base material.

상기 차단 비드는 상기 블록 모재의 가융금속의 융점보다 높은 금속 또는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.The blocking bead may be made of a metal or ceramic material having a melting point higher than the melting point of the molten metal in the block base material.

상기 차단 비드의 금속 또는 세라믹 재질의 융점은 800℃ 이상일 수 있다.The melting point of the metal or ceramic material of the cut-off bead may be 800 ° C or higher.

상기 차단 비드는 상기 블록 모재의 가융금속이 용융되면서 노출될 때 상기 나트륨 배출공을 용이하게 차단할 수 있도록 볼과 같은 구형상으로 형성될 수 있다.The blocking bead may be formed in a spherical shape such as a ball so as to easily block the sodium discharge hole when the frit of the block base material is exposed while being melted.

상기 차단 비드는 상기 블록 모재의 가융금속이 용융되면서 노출될 때 상기 나트륨 배출공을 용이하게 차단할 수 있도록 상기 나트륨 배출공보다 작은 크기로 형성될 수 있다.The blocking bead may be formed to have a smaller size than the sodium discharge hole to easily block the sodium discharge hole when the frit of the block preform is melted and exposed.

상기 카트리지관은 원통형태로 형성될 수 있다.The cartridge tube may be formed in a cylindrical shape.

상기 카트리지관은 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속 소재로 이루어질 수 있다.The cartridge tube may be made of a metal material such as aluminum, stainless steel or the like.

상기 카트리지관의 바닥면은 용융 나트륨을 상기 고체 전해질관의 내부로 용이하게 배출할 수 있도록 일정한 크기의 곡률 반경을 갖는 곡면형으로 형성될 수 있다.The bottom surface of the cartridge tube may be formed in a curved shape having a predetermined radius of curvature so that molten sodium can be easily discharged into the interior of the solid electrolyte tube.

상기 나트륨 배출공은 상기 카트리지관에 수용된 용융 나트륨을 상기 고체 전해질관의 내부로 용이하게 배출할 수 있도록 상기 카트리지관의 하단부 중앙부에 형성될 수 있다.The sodium discharge hole may be formed at the center of the lower end of the cartridge tube so that molten sodium contained in the cartridge tube can be easily discharged into the solid electrolyte tube.

상기 고체 전해질관은 나트륨 이온을 통과시킬 수 있는 베타 알루미나 세라믹으로 이루어질 수 있다.
The solid electrolyte tube may be made of a beta alumina ceramic capable of passing sodium ions.

본 발명의 구현예에 따르면, 베타-알루미나(고체 전해질관) 손상 및 파괴 시 전극물질(나트륨-유황)간 직접 반응으로 전지 내부에서 급격한 온도증가가 일어나는데, 이를 방지하기 위해 전지 용기 내 온도가 설정온도(대략 400℃) 이상이 되면 안전장치가 작동하여 음극재인 용융 나트륨의 추가누출을 막아 전지 내부온도 및 압력의 추가상승을 억제되고 이로 인한 전지 폭발방지 등의 안전성을 확보가 가능하며, According to the embodiment of the present invention, a rapid temperature increase occurs inside the battery due to a direct reaction between the electrode material (sodium-sulfur) during the damage and breakage of the beta-alumina (solid electrolyte tube) When the temperature exceeds about 400 ° C, the safety device operates to prevent leakage of molten sodium, which is an anode material, to prevent further increase in the internal temperature and pressure of the battery, thereby securing safety such as preventing explosion of the battery.

이에 따라, 전지 구조의 추가적인 변경 없이 안전 블록(safety block)을 간단히 카트리지관 내에 투입하는 것으로 나트륨 유황 전지의 안전성을 확보할 수 있으므로, 베타-알루미나(고체 전해질관) 손상 및 파괴 시에도 나트륨 유황 전지의 폭발 및 화재를 방지할 수 있다.
Accordingly, the safety of the sodium sulfur battery can be secured by simply injecting the safety block into the cartridge tube without further modification of the battery structure. Therefore, even when the sodium-sulfur battery is damaged or destroyed, It is possible to prevent explosion and fire of the battery.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 나트륨 유황 전지의 개략적인 구성도로서, 카트리지 내에 안전 블록이 투입된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 나트륨 유황 전지의 개략적인 구성도로서, 전지의 내부 온도 상승 시 안전 블록이 작동되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 나트륨 유황 전지의 안전 블록의 개략적인 사시도이다.1 is a schematic view of a sodium sulfur battery according to an embodiment of the present invention, in which a safety block is inserted into a cartridge.
FIG. 2 is a schematic view of a sodium sulfur battery according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view illustrating a state in which the safety block is activated when the internal temperature of the battery rises.
3 is a schematic perspective view of a safety block of a sodium sulfur cell according to one embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 구현예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. As will be readily understood by those skilled in the art, the following embodiments may be modified in various ways within the scope and spirit of the present invention. Wherever possible, the same or similar parts are denoted using the same reference numerals in the drawings.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 구현예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는” 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified, and that other specific features, regions, integers, steps, operations, elements, components, and / And the like.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 나트륨 유황 전지의 개략적인 구성도로서, 카트리지 내에 안전 블록이 투입된 상태를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 나트륨 유황 전지의 개략적인 구성도로서, 전지의 내부 온도 상승 시 안전 블록이 작동되는 상태를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 나트륨 유황 전지의 안전 블록의 개략적인 사시도이다.FIG. 1 is a schematic view of a sodium sulfur battery according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic view of a sodium sulfur battery according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic perspective view of a safety block of a sodium sulfur battery according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 나트륨 유황 전지는, 나트륨을 담지하며 하부에 용융된 나트륨(10)을 배출하는 나트륨 배출공(110)이 형성된 카트리지관(100), 1 to 3, a sodium sulfur battery according to an embodiment of the present invention includes a cartridge tube 100 having a sodium discharge hole 110 for supporting sodium and discharging molten sodium 10, ,

상기 카트리지관(100)을 수용하며 나트륨 이온을 통과시키는 고체 전해질관(120), 및 A solid electrolyte tube 120 for receiving the cartridge tube 100 and passing sodium ions therethrough,

상기 카트리지관(100)의 내부에 투입되어, 상기 고체 전해질관(120)의 손상 이나 파손 등에 의하여 전지 내부의 온도가 설정온도에 도달할 때 용융되어 상기 용융 나트륨(10)이 상기 고체 전해질관(120)으로 계속적으로 배출되지 않도록 상기 나트륨 배출공(110)을 차단하기 위한 안전 블록(Safety block)(200)을 포함할 수 있다.Is injected into the cartridge tube 100 and melted when the internal temperature of the battery reaches a set temperature due to damage or breakage of the solid electrolyte tube 120 and the molten sodium 10 is introduced into the solid electrolyte tube And a safety block 200 for shutting off the sodium discharge hole 110 so as not to continuously discharge the sodium discharge hole 110.

상기 카트리지관(100)은 나트륨이 수용되며, 내측 상부 공간에는 질소 가스나 아르곤 가스 등의 불활성 가스가 소정의 압력으로 채워질 수 있다. 상기 카트리지관(100)은 원통형태로 이루어지며, 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속 소재로 이루어질 수 있다. In the cartridge tube 100, sodium is accommodated, and an inert gas such as nitrogen gas or argon gas may be filled in the inner upper space at a predetermined pressure. The cartridge tube 100 has a cylindrical shape and may be made of a metal material such as aluminum or stainless steel.

상기 카트리지관(100)의 바닥면은 평면형 등으로 형성될 수 있지만, 용융 나트륨을 상기 고체 전해질관(120)의 내부로 용이하게 배출할 수 있도록 일정한 크기의 곡률 반경을 갖는 곡면형으로 형성될 수 있다.The bottom surface of the cartridge tube 100 may be formed in a flat shape or the like, but may be formed in a curved shape having a predetermined radius of curvature so that molten sodium can be easily discharged into the interior of the solid electrolyte tube 120 have.

상기 나트륨 배출공(110)은 상기 카트리지관(100)에 수용된 용융 나트륨(10)을 상기 고체 전해질관(120)의 내부로 용이하게 배출할 수 있도록 상기 카트리지관(100)의 하단부 중앙부에 형성될 수 있다.The sodium discharge hole 110 is formed at the center of the lower end of the cartridge tube 100 so that the molten sodium 10 accommodated in the cartridge tube 100 can be easily discharged into the interior of the solid electrolyte tube 120 .

상기 고체 전해질관(120)은 나트륨 이온을 통과시킬 수 있는 베타 알루미나 세라믹으로 이루어진다. 상기 고체 전해질관(120)은 튜브 형태로 이루어져 소정 간격을 두고 상기 카트리지관(100)을 감싸며 설치된다.The solid electrolyte pipe 120 is made of beta-alumina ceramics capable of passing sodium ions. The solid electrolyte tube 120 is installed in a tube shape and surrounds the cartridge tube 100 with a predetermined gap therebetween.

상기 안전 블록(200)은 전지 내부가 설정 온도에 도달되면 용융되는 블록 모재(210), 및 The safety block 200 includes a block base material 210 to be melted when the inside of the battery reaches a set temperature,

상기 블록 모재(210)에 다수개 포함되거나 박혀 있고, 전지 내부가 설정 온도에 도달될 때 상기 블록 모재(210)가 용융되면서 노출되어 상기 나트륨 배출공(110)을 차단하기 위한 차단 비드(bead)(220)를 포함할 수 있다.A plurality of blocking beads for blocking the sodium discharge hole 110 when the block base material 210 is melted and exposed when the inside of the battery reaches a set temperature, (Not shown).

상기 블록 모재(210)는 전지 내부가 설정 온도에 도달되기 전에는 상기 나트륨 배출공(110)을 막지 않도록 각형 등 여러 가지 형태로 형성될 수 있다. The block base material 210 may be formed in various shapes such as a square shape so as not to block the sodium discharge hole 110 before the inside of the battery reaches the set temperature.

상기 블록 모재(210)는 전지 내부의 설정 온도에서 용융되는 가융금속으로 이루어질 수 있다.The block base material 210 may be made of a molten metal melted at a set temperature inside the battery.

상기 블록 모재(210)의 가융금속이 용융되는 전지 내부의 설정 온도는 대략 400~600℃일 수 있다.The set temperature inside the battery in which the core material of the block base material 210 is melted may be about 400 to 600 캜.

또한, 상기 블록 모재(210)의 가융금속의 융점은 대략 300~600℃일 수 있다.In addition, the melting point of the molten metal of the block base material 210 may be approximately 300 to 600 캜.

상기 차단 비드(220)는 상기 블록 모재(210) 내부에 일정한 간격 또는 임의의 간격으로 다수개 포함되거나 박혀 있을 수 있다.The blocking beads 220 may be embedded or embedded in the block base material 210 at regular intervals or at arbitrary intervals.

또한, 상기 차단 비드(220)는 상기 블록 모재(210)의 표면에 일부가 노출될 수 있도록 박혀 있을 수 있다.The blocking bead 220 may be partially embedded on the surface of the block base material 210.

상기 차단 비드(220)는 상기 블록 모재(210)의 가융금속의 융점보다 높은 800℃ 이상의 융점을 갖는 금속 또는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.The blocking bead 220 may be formed of a metal or a ceramic material having a melting point of 800 ° C or higher, which is higher than the melting point of the molten metal in the block base material 210.

상기 차단 비드(220)는 상기 블록 모재(210)의 가융금속이 용융되면서 노출될 때 상기 나트륨 배출공(110)을 용이하게 차단할 수 있도록 볼과 같은 구형상 또는 여러 가지 형상으로 형성될 수 있다.The blocking bead 220 may be formed in a spherical shape or various shapes such as a ball so as to easily block the sodium discharge hole 110 when the frit of the block base material 210 is melted and exposed.

상기 차단 비드(220)는 다수개가 각각 다른 형상으로 형성될 수 있으며, 각각 동일한 크기로 형성될 수 있다.The blocking beads 220 may be formed in a plurality of different shapes and may have the same size.

상기 차단 비드(220)는 상기 블록 모재(210)의 가융금속이 용융되면서 노출될 때 상기 나트륨 배출공(110)을 용이하게 차단할 수 있도록 상기 나트륨 배출공(110)보다 작은 크기로 형성될 수 있다.The blocking bead 220 may be formed to have a size smaller than that of the sodium discharge hole 110 to easily block the sodium discharge hole 110 when the frit of the block base material 210 is melted and exposed.

상기 차단 비드(220)는 수개가 각각 다른 크기로 형성될 수 있으며, 각각 동일한 크기로 형성될 수 있다.
Several of the blocking beads 220 may be formed in different sizes, and they may be formed in the same size.

이하에서, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 나트륨 유황 전지의 작용에 대해서 설명한다.Hereinafter, the operation of the sodium sulfur battery according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.

나트륨 유황(NaS) 전지 내부의 베타 알루미나로 이루어진 고체 전해질관(120) 손상 또는 파괴 시 전극물질인 나트륨-유황의 직접반응으로 급격한 발열이 일어나는데, 카트리지관(100) 내 용융 나트륨의 계속적인 누설로 인하여 전지의 내부 온도가 지속적으로 증가하게 된다. In the case of damage or destruction of the solid electrolyte tube 120 made of beta-alumina in the sodium sulfur (NaS) battery, a direct heat of the sodium-sulfur reaction occurs, which causes continuous leakage of molten sodium in the cartridge tube 100 The internal temperature of the battery is continuously increased.

그러나, 본 발명의 일 구현예에 따른 나트륨 유황 전지의 안전 블록(200)을 도 1에 도시된 바와 같이 상기 카트리지관(100) 내에 투입한다.However, the safety block 200 of the sodium sulfur battery according to an embodiment of the present invention is inserted into the cartridge tube 100 as shown in FIG.

상기 안전 블록(200)을 상기 카트리지관(100) 내에 투입한 후, 나트륨 유황(NaS) 전지 내부의 베타 알루미나로 이루어진 고체 전해질관(120) 손상 또는 파괴 시 전지의 내부 온도가 증가하게 되어, 나트륨 유황 전지의 내부가 400~600℃에 도달하게 되면, 상기 안전 블록(200)의 블록 모재(210)의 가융금속이 용융된다.After the safety block 200 is charged into the cartridge tube 100, the internal temperature of the battery increases when the solid electrolyte tube 120 made of beta alumina in the sodium sulfide (NaS) battery is damaged or destroyed, When the inside of the sulfur battery reaches 400 to 600 ° C, the molten metal of the block base material 210 of the safety block 200 is melted.

상기 블록 모재(210)의 가융금속이 용융되면, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 블록 모재(210) 내부에 포함되거나 상기 블록 모재(210)에 박혀 있던 다수개의 차단 비드(220)가 노출되면서 상기 카트리지관(100)의 바닥면 중앙부로 이동하게 되고, 다수개의 차단 비드(220)가 상기 나트륨 배출구(110)를 완전히 차단하게 된다.2, when a plurality of blocking beads 220 embedded in the block base material 210 or embedded in the block base material 210 are exposed, So that the plurality of shut-off beads 220 completely shut off the sodium outlet 110.

이에 따라, 상기 카트리지관(100) 내의 용융 나트륨(10)이 손상되거나 파손된 고체 전해질관(120)으로 계속적으로 누설이 일어나지 않고 카트리지관(100)에 격리됨으로써 양극재인 유황과의 반응 근본적으로 차단되고 전극물질의 추가 반응이 중지되어 추가 발열이나 폭발이 방지될 수 있다.
Thus, the molten sodium 10 in the cartridge tube 100 is isolated from the cartridge tube 100 without being continuously leaked to the damaged or broken solid electrolyte tube 120, so that the reaction with the sulfur as the cathode material is fundamentally interrupted And the further reaction of the electrode material is stopped so that further heat generation or explosion can be prevented.

100: 카트리지관
110: 나트륨 배출공
120: 고체 전해질관
200: 안전 블록
210: 블록 모재
220: 차단 비드100: Cartridge tube
110: Sodium Exhaust
120: solid electrolyte tube
200: Safety block
210: block base material
220: Cutting bead

Claims (16)

나트륨을 담지하며 하부에 용융된 나트륨을 배출하는 나트륨 배출공이 형성된 카트리지관,
상기 카트리지관을 수용하며 나트륨 이온을 통과시키는 고체 전해질관, 및
상기 카트리지관의 내부에 투입되어, 전지 내부의 온도가 설정온도에 도달할 때 용융되어 상기 용융 나트륨이 상기 고체 전해질관으로 계속적으로 배출되지 않도록 상기 나트륨 배출공을 차단하기 위한 안전 블록(Safety block)
을 포함하고,
상기 안전 블록은 전지 내부가 설정 온도에 도달되면 용융되는 블록 모재, 및
상기 블록 모재에 다수개 포함되거나 박혀 있고, 전지 내부가 설정 온도에 도달될 때 상기 블록 모재가 용융되면서 노출되어 상기 나트륨 배출공을 차단하기 위한 차단 비드(bead)를 포함하고,
상기 블록 모재는 전지 내부의 설정 온도에서 용융되는 가융금속으로 이루어지고,
상기 블록 모재의 가융금속이 용융되는 전지 내부의 설정 온도는 400~600℃이며,
상기 블록 모재의 가융금속의 융점은 300~600℃이고,
상기 블록 모재는 전지 내부가 설정 온도에 도달되기 전에는 상기 나트륨 배출공을 막지 않도록 각형으로 형성되고,
상기 차단 비드는 상기 블록 모재의 가융금속의 융점보다 높은 금속 또는 세라믹 재질로 이루어지고,
상기 차단 비드의 금속 또는 세라믹 재질의 융점은 800℃ 이상인 나트륨 유황 전지.A cartridge tube in which a sodium discharge hole is formed for supporting sodium and discharging molten sodium at the bottom,
A solid electrolyte tube for receiving the cartridge tube and passing sodium ions therethrough, and
A safety block for blocking the sodium discharge hole so as to prevent the molten sodium from being continuously discharged into the solid electrolyte pipe when the temperature of the inside of the battery reaches a predetermined temperature,
/ RTI >
The safety block includes a block base material which melts when the inside of the battery reaches a set temperature, and
And a blocking bead for blocking the sodium discharge hole when the block base material is melted and exposed when the inside of the battery reaches a set temperature,
Wherein the block base material is made of a molten metal melted at a set temperature inside the battery,
The set temperature of the inside of the battery in which the core of the block base material is melted is 400 to 600 캜,
The melting point of the precious metal of the block preform is 300 to 600 캜,
The block base material is formed in a square shape so as not to block the sodium discharge hole before the inside of the battery reaches a set temperature,
Wherein the blocking bead is made of a metal or a ceramic material having a melting point higher than the melting point of the molten metal in the block preform,
Wherein the metal or ceramic material of the shut-off bead has a melting point of 800 DEG C or higher. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 차단 비드는 상기 블록 모재 내부에 일정한 간격 또는 임의의 간격으로 다수개 포함되거나 박혀 있는 나트륨 유황 전지.The method according to claim 1,
Wherein the blocking beads are contained or embedded in the block base material at a predetermined interval or at an arbitrary interval. 제6항에 있어서,
상기 차단 비드는 상기 블록 모재의 표면에 일부가 노출될 수 있도록 박혀 있는 나트륨 유황 전지.The method according to claim 6,
Wherein the blocking bead is embedded to be partially exposed on a surface of the block preform. 삭제delete 삭제delete 제6항에 있어서,
상기 차단 비드는 상기 블록 모재의 가융금속이 용융되면서 노출될 때 상기 나트륨 배출공을 용이하게 차단할 수 있도록 볼과 같은 구형상으로 형성되는 나트륨 유황 전지.The method according to claim 6,
Wherein the blocking bead is formed in a spherical shape such as a ball so that the sodium discharge hole can be easily blocked when the charge base of the block preform is melted and exposed. 제10항에 있어서,
상기 차단 비드는 상기 블록 모재의 가융금속이 용융되면서 노출될 때 상기 나트륨 배출공을 용이하게 차단할 수 있도록 상기 나트륨 배출공보다 작은 크기로 형성되는 나트륨 유황 전지.11. The method of claim 10,
Wherein the blocking bead is formed to have a size smaller than that of the sodium discharge hole so that the sodium discharge hole can be easily blocked when the frit of the block preform is exposed while being melted. 제1항에 있어서,
상기 카트리지관은 원통형태로 형성되는 나트륨 유황 전지.The method according to claim 1,
Wherein the cartridge tube is formed in a cylindrical shape. 제12항에 있어서,
상기 카트리지관은 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속 소재로 이루어지는 나트륨 유황 전지.13. The method of claim 12,
Wherein the cartridge tube is made of a metal material such as aluminum, stainless steel or the like. 제12항에 있어서,
상기 카트리지관의 바닥면은 용융 나트륨을 상기 고체 전해질관의 내부로 용이하게 배출할 수 있도록 일정한 크기의 곡률 반경을 갖는 곡면형으로 형성되는 나트륨 유황 전지.13. The method of claim 12,
Wherein the bottom surface of the cartridge tube is formed in a curved shape having a curvature radius of a predetermined size so as to easily discharge molten sodium into the interior of the solid electrolyte pipe. 제14항에 있어서,
상기 나트륨 배출공은 상기 카트리지관에 수용된 용융 나트륨을 상기 고체 전해질관의 내부로 용이하게 배출할 수 있도록 상기 카트리지관의 하단부 중앙부에 형성되는 나트륨 유황 전지.15. The method of claim 14,
Wherein the sodium discharge hole is formed at the center of the lower end of the cartridge tube so that molten sodium contained in the cartridge tube can be easily discharged into the interior of the solid electrolyte tube. 제1항에 있어서,
상기 고체 전해질관은 나트륨 이온을 통과시킬 수 있는 베타 알루미나 세라믹으로 이루어지는 나트륨 유황 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the solid electrolyte tube comprises a beta alumina ceramic capable of passing sodium ions therethrough.
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