KR101675482B1 - 코인형 이차 전지 충방전 장치 - Google Patents

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황수민
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Abstract

이온 함유 용액은 양극부의 외부로부터 유입되는 것인, 코인(coin) 형태의 이차 전지를 충방전시키기 위해, 나트륨이온 또는 물을 포함하는 용액이 채워지는 용기, 상기 용기에 설치되고 내부에는 코인형 이차전지가 장착되어 코인형 이차전지의 양극부를 용기 내부의 용액에 접하도록 하는 지그부, 상기 지그부에 설치되어 상기 코인형 이차전지의 음극부와 전기적으로 접속되는 음극단자부, 및 상기 코인형 이차전지의 양극부와 전기적으로 접속되는 양극단자부를 포함하는 코인형 이차전지 충방전장치를 제공한다.

Description

코인형 이차 전지 충방전 장치{APPARATUS FOR CHARGING OR DISCHARGING COIN TYPE RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 해수를 이용하는 코인형 이차 전지를 충방전하기 위한 코인형 이차 전지 충방전 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이차 전지는 양극과 음극에 전기 화학 반응이 가능한 물질을 사용함으로써, 화학 에너지와 전기 에너지 간의 전환을 통해 충전과 방전이 가능한 전지를 의미한다. 이러한 이차 전지는 차량이나 선박 등 대용량의 전력 저장이 요구되는 곳에 주로 사용된다. 이차 전지 중 대표적인 예로는 양극 및 음극에서 리튬 이온이 인터칼레이션/디인터칼레이션될 때의 화학전위(chemical potential)의 변화에 의하여 전기 에너지를 생성하는 리튬 이차 전지가 있다.
상기 리튬 이차 전지는 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 물질을 양극과 음극 활물질로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조한다.
다만, 리튬은 지구상에 한정된 양만이 존재하며 일반적으로 광물, 염호 등으로부터 어려운 공정을 통해 수득되고 있다. 이에 전지의 제조를 위해 고비용과 고에너지가 사용되는 문제가 있어, 리튬을 대체할 수 있는 차세대 이차 전지가 필요한 실정이다.
본 발명자들은 음극부에 특정 금속 이온을 선택적으로 통과시키는 고체 전해질을 적용하고, 양극부에는 나트륨, 리튬, 마그네슘, 및 이들의 조합을 포함하는 이온 함유 용액(예를 들어, 해수)을 적용하며, 상기 이온 함유 용액은 양극부의 외부로부터 유입되는 것인, 코인(coin) 형태의 이차 전지를 용이하게 충방전시키기 위한 코인형 이차전지 충방전장치를 제안하는 바이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 충방전장치는, 나트륨이온 또는 물을 포함하는 용액이 채워지는 용기, 상기 용기에 설치되고 내부에는 코인형 이차전지가 장착되어 코인형 이차전지의 양극부를 용기 내부의 용액에 접하도록 하는 지그부, 상기 지그부에 설치되어 상기 코인형 이차전지의 음극부와 전기적으로 접속되는 음극단자부, 및 상기 코인형 이차전지의 양극부와 전기적으로 접속되는 양극단자부를 포함할 수 있다.
상기 지그부는 용기에 설치되고 용기 내부를 향하는 전면에는 코인형 이차전지가 놓여지는 안착부가 형성된 케이스, 상기 코인형 이차전지 외주부를 감싸며 설치되고 상기 케이스 내에서 상기 코인형 이차전지의 음극부와 케이스 사이를 실링하여 용액이 음극부로 유입되는 것을 차단하는 실링부재, 및 상기 케이스 전면에 결합되어 상기 실링부재를 가압 밀착시키며 전면에는 코인형 이차전지의 양극부가 노출되도록 구멍이 형성된 커버부재를 포함할 수 있다.
상기 케이스는 전면 외주부를 따라 원형의 플랜지가 형성되고, 상기 플랜지 외주면에는 수나사가 형성되어, 상기 용기 측면에 형성된 암나사홀에 나사결합되어 착탈가능하게 설치되는 구조일 수 있다.
상기 케이스는 플랜지에 실링을 위한 링부재가 설치되어 케이스와 용기 사이를 밀폐하는 구조일 수 있다.
상기 커버부재는 선단 외주면에 수나사가 형성되고, 상기 케이스의 플랜지 내주면에는 암나사가 형성되어, 케이스 플랜지에 나사결합되어 착탈가능하게 설치되는 구조일 수 있다.
상기 커버부재에는 케이스에 대해 커버부재를 회전시키기 위한 손잡이가 돌출 형성된 구조일 수 있다.
상기 실링부재는 코인형 이차전지의 양극부가 노출되도록 구멍이 형성된 링 형태를 이루고, 내주면에는 코인형 이차전지의 외주부에 대응되도록 단차가공되어 코인형 이차전지의 외주부를 감싸는 구조일 수 있다.
상기 실링부재는 실리콘 재질로 형성될 수 있다.
상기 음극단자부는 케이스 내부로 관통 설치되어 상기 코인형 이차전지의 음극부와 전기적으로 접속되는 음극로드를 포함할 수 있다.
상기 음극단자부는 상기 케이스 안착부에 설치되어 코인형 이차전지의 음극부에 접하는 전극판을 더 포함하여, 상기 음극로드는 전극판을 통해 코인형 이차전지의 음극부와 전기적으로 접속되는 구조일 수 있다.
상기 음극단자부는 상기 음극로드가 볼트 형태로 이루어져 상기 케이스에 나사결합되어, 상기 전극판을 가압하여 코인형 이차전지의 음극부에 밀착시키는 구조일 수 있다.
상기 양극단자부는 상기 커버부재 내부로 관통 설치되어 상기 코인형 이차전지의 양극부에 전기적으로 접속되는 양극로드를 포함할 수 있다.
상기 양극단자부는 양극로드와 상기 코인형 이차전지의 양극부 사이에 설치되어 양극부에 접하는 카본펠트를 더 포함할 수 있다.
상기 양극로드는 코인형 이차전지의 양극부에 접하는 선단이 코일 형태로 감겨져 커버부재와 양극부 사이에서 탄성력을 가하는 코일 스프링을 이루는 구조일 수 있다.
상기 양극로드는 티타늄 재질로 형성될 수 있다.
상기 충방전장치는 상기 용액 내에 산소를 공급하기 위한 산소공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 산소공급부는 용액이 수용되는 용기에 연결되어 용액이 배출되는 순환관과, 상기 순환관에 연결되어 용액을 순환시키는 펌프, 상기 펌프의 출측에 연결되고 용기 상부로 연장되어 펌프를 통해 배출되는 용액을 용기의 용액 위로 배출하는 토출관을 포함할 수 있다.
본 구현예에 의하면, 코인형 이차전지에 대해 보다 용이하게 충방전을 실시할 수 있게 된다.
또한, 코인형 이차전지의 양극부와 음극부의 분리가 제대로 이루어져 해수에 대한 음극부와 양극부의 단락 발생을 확실하게 방지할 수 있게 된다.
또한, 조립이 용이하며 코인형 이차전지에 대한 충방전 실험을 용이하게 실시할 수 있다.
이에, 코인형 이차전지에 대한 다양한 충방전 실험을 보다 용이하게 실시할 수 있게 된다.
도 1은 본 실시예에 따른 코인형 이차전지 충방전장치의 사시도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 코인형 이차전지 충방전장치의 구성을 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 코인형 이차전지 충방전장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 또다른 실시예에 따른 코인형 이차전지 충방전장치의 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 본 실시예에 따른 코인형 이차전지 충방전장치의 외형을 도시하고 있다. 도 2는 상기 충방전장치의 구성을 분해하여 도시하고 있고, 도 3은 상기 충방전장치의 결합된 상태의 단면 구조를 도시하고 있다.
이하, 도 1 내지 3를 참고하여 상기 코인형 이차 전지 충방전장치의 각 구성 요소를 설명한다.
본 실시예의 충방전장치(100)는, 나트륨이온 또는 물을 포함하는 용액이 채워지는 용기(110)와, 상기 용기(110)에 설치되고 내부에는 코인형 이차전지(200)가 장착되어 코인형 이차전지(200)의 양극부(210)를 용기(110) 내부의 용액에 접하도록 하는 지그부(200)를 포함한다.
또한, 상기 충방전장치(100)는 코인형 이차전지(200)에 전류 또는 저항체 등의 부하를 연결할 수 있도록, 지그부(200)에 설치되어 상기 코인형 이차전지(200)의 음극부(220)와 전기적으로 접속되는 음극단자부, 및 상기 상기 코인형 이차전지(200)의 양극부(210)와 전기적으로 접속되는 양극단자부를 더 포함할 수 있다.
이에, 코인형 이차전지(200)의 양극부(210)를 용액에 접촉시키고 이차전지(200)에 전류를 인가하거나 저항을 연결하여 이차전지(200)를 충방전시킬 수 있게 된다.
상기 용액은 코인형 이차전지(200)의 충전을 위해 필요한 나트륨을 포함하는 용액으로 예를 들어, 해수일 수 있다. 또한, 코인형 이차전지(200) 방전시에는 용액으로써, 나트륨을 포함하는 용액 외에 물을 포함하는 수용액이면 적용 가능하다. 예를 들어, 충전시 사용되는 해수를 그대로 방전시에도 사용할 수 있으며, 별도로 물만을 용액으로 사용할 수 있다.
상기 용기(110)는 내부에 용액 수용공간이 형성되며, 상단은 개방되어 용액을 공급하거나 배출할 수 있다. 상기 용기(110)의 크기나 형태는 다양하게 변형가능하며, 특별히 한정되지 않는다. 상기 용기(110)는 해수가 수용될 수 있도록 해수에 부식되거나 변형되지 않는 재질로 이루어질 수 있다.
용기(110)의 일 측면에는 지그부(200)와의 결합을 위해 홀이 관통 형성된다. 이에, 지그부(200)가 용기(110)의 홀에 결합되어 코인형 이차전지(200)의 양극부(210)가 용액에 접하게 된다. 본 실시예에서, 상기 지그부(200)는 용기(110)의 홀에 착탈가능하게 결합된다. 따라서, 해수가 수용된 용기(110)로부터 코인형 이차전지(200)가 설치되는 지그부(200)를 분리하여 보다 간편하게 이차전지(200)를 지그부(200)에 설치할 수 있게 된다. 용기(110)에 대한 지그부(200)의 착탈 구조에 대해서는 뒤에서 보다 자세하게 설명하도록 한다.
상기 지그부(200)는 코인형 이차전지(200)의 양극부(210)만을 용기(110) 내부에 수용된 용액에 접촉시키게 된다.
이를 위해, 상기 지그부(200)는 용기(110)에 설치되고 용기(110) 내부를 향하는 전면에는 코인형 이차전지(200)가 놓여지는 안착부(132)가 형성된 케이스(130)와, 상기 코인형 이차전지(200) 외주부를 감싸며 설치되고 상기 케이스(130) 내에서 상기 코인형 이차전지(200)의 음극부(220)와 케이스(130) 사이를 실링하여 용액이 음극부(220)로 유입되는 것을 차단하는 실링부재(140), 및 상기 케이스(130) 전면에 결합되어 상기 실링부재(140)를 가압 밀착시키며 전면에는 코인형 이차전지(200)의 양극부(210)가 노출되도록 구멍(152)이 형성된 커버부재(150)를 포함한다.
이에, 케이스(130)와 커버부재(150) 사이에 밀착되는 실링부재(140)에 의해 코인형 이차전지(200)의 음극부(220)가 케이스(130) 내에서 실링되어 양극부(210)만이 커버부재(150)의 구멍(152)을 통해 용기(110)의 용액에 접하며, 음극부(220)로는 용액의 유입이 차단된다.
상기 케이스(130)는 코인형 이차전지(200)와 같이 원형 단면구조로 이루어질 수 있다. 상기 케이스(130)의 형태는 다양하게 변형가능하며 원형에 한정되지 않는다. 용기(110) 내부와 접하는 케이스(130)의 전면 중앙에는 이차전지(200)가 놓여지도록 홈 형태의 안착부(132)가 형성된다. 그리고 전면 외주부를 따라 상기 안착부(132)를 감싸도록 플랜지(134)가 돌출 형성된다.
상기 케이스(130)는 용기(110)에 나사결합 방식으로 설치될 수 있다. 상기 케이스(130)는 전면 외주부를 따라 형성된 원형의 플랜지(134) 외주면에 수나사가 형성되고, 상기 용기(110) 측면에 형성된 홀은 내주면에 암나사가 형성된 암나사홀(112)을 이루어, 상기 케이스(130)의 플랜지(134)가 암나사홀(112)에 나사결합되어 설치될 수 있다.
상기 케이스(130)의 플랜지(134)와 용기(110)의 암나사홀(112) 사이를 통해 용액이 유출되는 것을 방지할 수 있도록, 상기 케이스(130)는 플랜지(134)에 실링을 위한 링부재(114)가 설치되어 케이스(130)와 용기(110) 사이를 밀폐하는 구조일 수 있다.
이에, 상기 지그부(200)는 케이스(130)의 플랜지(134)를 용기(110)의 암나사홀(112)에 나사결합시켜 용이하게 장착 또는 분리시킬 수 있게 된다.
상기 지그부(200)는 용기(110)에 장착되며 내부에는 충방전을 위한 코인형 이차전지(200)를 수용한다. 코인형 이차전지(200)는 케이스(130)의 플랜지(134) 내부에 위치하고 케이스(130)의 플랜지(134)에 결합되는 커버부재(150)에 의해 고정된다.
상기 커버부재(150)는 원형 단면 구조로 이루어진다. 커버부재(150)의 내부는 실링부재(140)가 끼워질 수 있도록 되어 있고, 전면 중앙부에는 구멍(152)이 관통 형성된 구조로 되어 있다.
상기 커버부재(150)는 상기 케이스(130)의 플랜지(134)에 나사 결합 방식으로 장착될 수 있다. 상기 커버부재(150)는 선단 외주면에 수나사가 형성되고, 상기 케이스(130)의 플랜지(134) 내주면에는 암나사가 형성되어, 케이스(130)의 플랜지(134)에 나사결합되어 착탈가능하게 설치되는 구조일 수 있다.
이에, 상기 커버부재(150)는 케이스(130)의 플랜지(134)에 나사결합되어 용이하게 케이스(130)에 장착 또는 분리시킬 수 있게 된다.
상기 커버부재(150)에는 케이스(130)에 대해 커버부재(150)를 회전시키기 위한 손잡이(154)가 돌출 형성된다. 상기 손잡이(154)는 커버부재(150)의 중심축을 지나 길게 연장된 구조로, 커버부재(150)의 중심부에 형성된 구멍(152)을 가로질러 형성된다. 상기 손잡이(154)는 커버부재(150)에 형성된 구멍(152)의 직경보다 충분히 작은 두께로 형성되어 구멍과 간섭되지 않는다. 이에, 손잡이(154)가 구멍(152)을 가로질러 형성되더라도 구멍(152)은 손잡이(154)에 의해 막히지 않고 외부와 연통된다.
상기 실링부재(140)는 코인형 이차전지(200)의 양극부(210)가 노출되도록 구멍(142)이 형성된 링 형태를 이루고, 내주면에는 코인형 이차전지(200)의 외주부에 대응되도록 단차가공되어 코인형 이차전지(200)의 외주부를 감싸는 구조로 되어 있다. 본 실시예에서, 상기 실링부재(140)는 실리콘 재질로 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 실링부재(140)는 케이스(130)의 플랜지(134) 내부에서 커버부재(150)에 의해 가압되어 이차전지(200)의 음극부(220)를 실링하게 된다. 상기 커버부재(150)를 케이스(130)에 장착하게 되면 코인형 이차전지(200)를 감싸고 있는 실링부재(140)가 케이스(130)와 커버부재(150) 사이에서 밀착되면서 코인형 이차전지(200)의 음극부(220)와 케이스(130) 사이가 실링부재(140)에 의해 실링된다. 따라서 커버부재(150)의 구멍(152)을 통해 이차전지(200)쪽으로 유입되는 용액이 실링부재(140)에 의해 차단되어 이차전지(200)의 음극부(220)로 이동되지 않는다.
상기 지그부(200) 내에 장착된 코인형 이차전지(200) 충방전을 위해, 상기 코인형 이차전지(200)에 전류 또는 부하를 연결해야 한다. 이에, 상기 지그부(200)에는 지그부(200) 내에 위치한 코인형 이차전지(200)의 양극부(210)와 음극부(220)와의 전기적 연결을 위한 양극단자부와 음극단자부가 구비된다.
상기 음극단자부는 케이스(130) 내부로 관통 설치되어 상기 코인형 이차전지(200)의 음극부(220)와 전기적으로 접속되는 음극로드(160)를 포함할 수 있다.
상기 음극로드(160)는 길게 연장된 바 형태를 이루며, 케이스(130) 외부에서 케이스(130)의 중심을 관통하여 케이스(130) 내부로 연장된다. 이에, 케이스(130) 외부에서 음극로드(160)를 통해 이차전지(200)의 음극부(220)에 전기적으로 접속할 수 있게 된다.
상기 음극단자부는 상기 케이스(130)의 안착부(132)에 설치되어 코인형 이차전지(200)의 음극부(220)에 접하는 전극판(162)을 더 포함하고, 상기 음극로드(160)는 전극판(162)을 통해 코인형 이차전지(200)의 음극부(220)와 전기적으로 접속되는 구조일 수 있다.
상기 전극판(162)은 원형의 판 구조물로, 코인형 이차전지(200)의 음극부(220)가 결합되도록 홈이 형성된 구조로 되어 있다. 상기 케이스(130)의 안착부(132)는 전극판(162)의 외형에 대응되는 크기로 형성될 수 있다.
이에, 코인형 이차전지(200)의 음극부(220)는 전극판(162)을 통해 음극로드(160)와 전기적으로 접속되며, 케이스(130) 외부로 연장된 음극로드(160)를 통해 이차전지(200)의 음극부(220)에 전류 또는 부하를 연결할 수 있게 된다.
본 실시예에서, 상기 음극단자부는 전극판(162)을 이차전지(200) 음극부(220)에 가압 밀착시키는 구조일 수 있다.
이를 위해, 상기 음극단자부는 상기 음극로드(160)가 볼트 형태로 이루어져 상기 케이스(130)에 나사결합된 구조로 되어 있다. 이에, 음극로드(160)를 회전시켜 케이스(130)에 대해 조여주게 되면 음극로드(160)가 상기 전극판(162)을 가압하여 코인형 이차전지(200)의 음극부(220)에 밀착시키게 된다.
이와 같이, 음극로드(160)를 조여 전극판(162)을 가압함으로써, 케이스(130) 내부에서 전극판(162)에 의해 가압된 이차전지(200)가 실링부재(140)에 더 밀착되어, 실링 효과를 보다 높일 수 있게 된다.
상기 양극단자부는 상기 커버부재(150) 내부로 관통 설치되어 상기 코인형 이차전지(200)의 양극부(210)에 전기적으로 접속되는 양극로드(170)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 양극로드(170)는 해수 등의 용액에 접촉하므로, 해수에 부식되지 않는 티타늄 재질로 형성될 수 있다.
상기 양극로드(170)는 길게 연장된 바 형태를 이루며, 커버부재(150) 외부에서 커버부재(150)에 형성된 손잡이(154)를 관통하여 케이스(130) 내부로 연장된다. 이에, 커버부재(150) 외부에서 양극로드(170)를 통해 이차전지(200)의 양극부(210)에 전기적으로 접속할 수 있게 된다. 상기 양극로드(170)의 외측 선단은 용기(110) 위쪽으로 연장되어 용기(110)에 수용된 용액 위로 노출될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 양극단자부는 양극로드(170)와 상기 코인형 이차전지(200)의 양극부(210) 사이에 설치되어 양극부(210)에 접하는 카본펠트(172)를 더 포함할 수 있다. 상기 카본펠트(172)는 실링부재(140)의 중앙 구멍(142) 직경에 대응되는 직경으로 형성되어 상기 구멍에 놓여져 양극부(210)에 접촉된다.
상기 카본펠트(172)는 코인형 이차전지(200)의 양극부(210)에 접하여 양극부(210)의 커런트 콜렉터(current collector) 역할을 수행하게 된다.
또한, 상기 양극단자부는 상기 카본펠트(172)를 코인형 이차전지(200)의 양극부(210)에 보다 긴밀하게 접촉시킬 수 있도록 카본펠트(172)를 가압 밀착시키는 구조로 되어 있다. 이를 위해, 상기 양극로드(170)는 코인형 이차전지(200)의 양극부(210)에 접하는 선단이 코일형태로 감겨져 커버부재(150)와 양극부(210) 사이에서 탄성력을 가하는 코일 스프링(174)을 이루는 구조일 수 있다. 상기 코일 스프링(174)의 직경은 카본펠트(172)를 가압할 수 있으면 충분하며 특별히 한정되지 않는다.
이와 같이, 양극로드(170)의 내측 선단을 이루는 코일 스프링(174)은 커버부재(150)의 손잡이(154)에 걸려 지지된 상태로 카본펠트(172)에 탄성력을 인가하여, 카본펠트(172)를 이차전지(200)의 양극부(210)에 가압 밀착시키게 된다. 이에, 양극부(210)에 대한 카본펠트(172)의 접촉이 긴밀하게 이루어져 집전 효과를 높일 수 있게 된다.
도 4는 코인형 이차전지 충방전 장치의 또다른 실시예를 도시하고 있다.
본 실시예의 충방전 장치(100)는 용기(110) 내의 용액을 순환시켜 산소를 공급하는 구조로 되어 있다. 본 실시예의 충방전장치는 산소 공급 구조를 제외하고 다른 구조는 다른 실시예와 동일하므로, 이하 설명에서 이미 설명된 구성부에 대해서는 동일한 부호를 사용하며 그 상세한 설명은 생략한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 충방전장치(100)는 용기(110)의 용액 내에 산소를 공급하기 위한 산소공급부(230)를 더 포함한다.
용액 내에 산소를 공급함으로써, 코인형 이차 전지에 대한 충방전장치의 방전 효율을 높일 수 있게 된다.
상기 산소공급부(230)는 용액이 수용되는 용기(110)에 연결되어 용액이 배출되는 순환관(233)과, 상기 순환관(233)에 연결되어 용액을 순환시키는 펌프(232), 상기 펌프(232)의 출측에 연결되고 용기 상부로 연장되어 펌프(232)를 통해 배출되는 용액을 용기(110)의 용액 수면 위로 배출하는 토출관(234)을 포함할 수 있다.
상기 용기 외측에 펌프(232) 설치를 위한 하우징(231)이 결합된다. 상기 하우징(231) 내부에 펌프(232) 및 펌프(232) 구동이나 유량 조절을 위한 구성이 구비될 수 있다. 또한, 상기 펌프(232) 조작을 위해 상기 하우징(231) 외측에는 펌프(232)의 온오프 스위치나 유량 조절을 위한 스위치(235)가 설치될 수 있다.
상기 펌프(232)는 입측은 순환관(233)을 매개로 용기 내부와 직접 연결된다. 상기 순환관(233)은 예를 들어 용기(110) 하부 측면에 관통설치되어 펌프(232) 입측으로 연결될 수 있다. 이에, 용기(110) 내부에 수용된 용액이 순환관(233)을 통해 펌프(232)로 유입된다.
상기 펌프(232)의 출측은 토출관(234)을 매개로 용기 상부와 연결된다. 용기(110) 상부로 연장된 토출관(234)의 선단은 용기 내에 수용된 용액과 직접적으로 접촉되지 않도록 용액 수면에서 이격되어 배치된다. 이에, 펌프(232) 구동에 따라 토출관(234)으로 이송된 용액은 토출관(234) 선단에서 배출되어 용액 수면 위로 떨어져 내리게 된다.
이 과정에서 토출관(234)에서 낙하되는 용액과 함께 공기 기포가 용기 내에 수용된 용액 내부로 유입되면서 용액 내에 공기 중의 산소가 공급된다. 펌프(232) 구동에 따라 연속적으로 용액이 순환되면서 공기가 용액으로 공급되어 공기 중의 산소가 용액에 지속적으로 공급된다.
이와 같이, 용액 내에 지속적으로 산소를 공급함으로써, 방전 효율을 보다 높일 수 있게 된다.
즉, 코인형 이차전지의 방전 매커니즘 상 방전시에는 산소(O2)가 필요한 데, 본 장치의 경우 상기와 같이 용액을 순환시켜 공기 중의 산소를 용액 내에 지속적으로 공급함으로써, 방전 반응 효율을 극대화할 수 있게 된다.
또한, 용액을 순환시켜 용기의 용액 상부로 계속 낙하시킴으로써, 본 실시예의 장치를 파도가 치는 실제 해수 환경과 최대한 비슷한 환경으로 모사할 수 있게 된다. 따라서, 실제 해수 조건과 유사한 조건에서 코인형 이차전지에 대한 충방전 실험을 용이하게 실시할 수 있게 된다.
이하, 본 실시예에 따른 충방전장치를 통한 코인형 이차전지의 충전 및 방전 과정을 설명한다.
본 실시예의 충방전장치(100)를 통해 코인형 이차전지(200)에 대한 충방전을 용이하게 실시할 수 있게 된다.
용액이 수용되는 용기(110)와 별도로 이차전지(200)가 장착되는 지그부(200)가 분리되어 있어서, 용기(110)에서 지그부(200)를 분리하여 이차전지(200)를 용이하게 장착할 수 있게 된다.
지그부(200)에 이차전지(200)를 장착하기 위해, 먼저 코인형 이차전지(200)에 실링부재(140)를 설치한다. 실링부재(140)는 링형태로 이루어져 코인형 이차전지(200)의 외주면을 감싸면서 결합된다. 실링부재(140)의 개방된 양면을 통해서는 이차전지(200)의 양극부(210)와 음극부(220)가 각각 노출된다.
이차전지(200)가 결합된 실링부재(140)는 케이스(130)의 안착홈에 놓는다. 상기 케이스(130)의 안착홈에는 이차전지(200) 음극부(220)가 끼워져 접하는 전극판(162)이 장착되어 있어, 이차전지(200)의 음극부(220)는 전극판(162)과 결합되어 케이스(130) 내에 놓여진다.
이 상태에서 이차전지(200) 양극부(210)에 카본펠트(172)를 위치시키고, 케이스(130)에 커버부재(150)를 결합한다. 커버부재(150)가 케이스(130)에 완전히 결합되면 커버부재(150)에 의해 실링부재(140)가 가압되면서, 커버부재(150)와 이차전지(200) 및 케이스(130) 사이가 완전히 실링부재(140)에 의해 밀착되어 이차전지(200)의 음극부(220)와 케이스(130) 사이가 실링된다. 이에, 용기(110) 내부의 용액이 지그부(200)로 유입되었을 때, 용액이 실링부재(140)에 의해 막혀 이차전지(200)의 음극부(220)로 이동하지 못하게 된다.
여기서, 상기 커버부재(150)는 코일 스프링(174)이 형성된 양극로드(170)가 장착된 상태로 케이스(130)에 커버부재(150)가 결합되면, 코일 스프링(174)이 카본펠트(172)를 가압하게 되고, 카본펠트(172)는 이차 전지 양극부(210)에 밀착된다.
이 상태에서, 케이스(130)에 장착되어 있는 음극로드(160)를 일방향으로 회전시켜 조여주게 되면 음극로드(160)가 케이스(130) 내부로 진입되면서 전극판(162)을 밀게 된다. 이에, 전극판(162)이 이차전지(200)를 가압하여 전극판(162)과 카본펠트(172)에 의한 집전 효율을 극대화할 수 있게 된다. 또한, 전극판(162)이 이차전지(200)를 가압함에 따라 실링부재(140)의 밀착력이 커져 용액에 대한 음극부(220)의 실링 효과를 보다 높일 수 있게 된다.
지그부(200)에 대한 조립이 완료되면 지그부(200)를 용기(110)에 결합한다. 용기(110)에 형성된 암나사홀에 지그부(200)를 나사결합시키면, 지그부(200)의 커버부재(150)는 용기(110) 내부에 위치하게 된다. 이 상태에서 용기(110) 내부에 용액을 공급한다. 이에, 용액은 커버부재(150)에 형성된 구멍(152)을 통해 지그부(200) 내부로 유입되고, 지그부(200)에 설치된 이차전지(200)의 양극부(210)에 용액이 접촉된다. 이차전지(200)의 음극부(220)는 양극부(210) 반대쪽에 배치되고, 실링부재(140)에 의해 실링되어 있어서, 용액과 접촉되지 않는다.
충전의 경우, 용액으로 나트륨이 포함된 용액, 예를 들어 해수를 용기(110)에 공급한다. 그리고 지그부(200)에 장착된 음극로드(160)와 양극로드(170)에 전류를 인가함으로써, 코인형 이차전지(200)를 충전시킬 수 있게 된다.
음극로드(160)와 양극로드(170)에 전류를 인가하게 되면 용액에 포함된 나트륨 이온이 카본펠트(172)를 통해 이차전지(200) 양극부(210)로 이동된다. 이에 코인형 이차전지(200)의 충전이 이루어진다.
방전의 경우, 용액으로서 해수를 그대로 사용하거나 별도로 물을 용기(110) 내에 공급할 수 있다. 용기(110) 내에 해수 등의 용액이 채워진 상태에서 지그부(200)에 장착된 음극로드(160)와 양극로드(170)에 부하를 걸어주게 되면 이차전지(200)의 양극부(210)로부터 양극부(210)에 접하고 있는 용액으로 나트륨 이온이 이동되면서 방전이 이루어진다.
방전 과정에서, 필요시 펌프(232)의 구동을 통해 용기(110) 내의 해수를 순환시켜 용액 내에 산소를 공급함으로써, 방전 효율을 보다 높일 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 충방전장치(100)를 통해 해수 등의 용액을 이용하여 코인형 이차전지(200)를 용이하게 충전 또는 방전시킬 수 있게 된다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 충방전장치 110 : 용기
112 : 암나사홀 120 : 지그부
130 : 케이스 132 : 안착부
134 : 플랜지 140 : 실링부재
142,152 : 구멍 150 : 커버부재
154 : 손잡이 160 : 음극로드
162 : 전극판 170 : 양극로드
172 : 탄소펠트 174 : 코일 스프링
200 : 이차전지 210 : 양극부
220 : 음극부 230 : 산소공급부
231 : 하우징 232 : 펌프
233 : 배출관 234 : 토출관

Claims (17)

  1. 나트륨이온 또는 물을 포함하는 용액이 채워지는 용기,
    상기 용기에 설치되고 내부에는 코인형 이차전지가 장착되어 코인형 이차전지의 양극부를 용기 내부의 용액에 접하도록 하는 지그부,
    상기 지그부에 설치되어 상기 코인형 이차전지의 음극부와 전기적으로 접속되는 음극단자부, 및
    상기 코인형 이차전지의 양극부와 전기적으로 접속되는 양극단자부
    를 포함하는 코인형 이차 전지 충방전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용액 내에 산소를 공급하기 위한 산소공급부를 더 포함하는 코인형 이차 전지 충방전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 산소공급부는 용액이 수용되는 용기에 연결되어 용액이 배출되는 순환관과, 상기 순환관에 연결되어 용액을 순환시키는 펌프, 상기 펌프의 출측에 연결되고 용기 상부로 연장되어 펌프를 통해 배출되는 용액을 용기의 용액 위로 배출하는 토출관을 포함하는 코인형 이차 전지 충방전 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지그부는 용기에 설치되고 용기 내부를 향하는 전면에는 코인형 이차전지가 놓여지는 안착부가 형성된 케이스, 상기 코인형 이차전지 외주부를 감싸며 설치되고 상기 케이스 내에서 상기 코인형 이차전지의 음극부와 케이스 사이를 실링하여 용액이 음극부로 유입되는 것을 차단하는 실링부재, 및 상기 케이스 전면에 결합되어 상기 실링부재를 가압 밀착시키며 전면에는 코인형 이차전지의 양극부가 노출되도록 구멍이 형성된 커버부재를 포함하는 코인형 이차 전지 충방전 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 케이스는 전면 외주부를 따라 원형의 플랜지가 형성되고, 상기 플랜지 외주면에는 수나사가 형성되어, 상기 용기 측면에 형성된 암나사홀에 나사결합되어 착탈가능하게 설치되는 구조의 코인형 이차 전지 충방전 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 케이스는 플랜지에 실링을 위한 링부재가 설치되어 케이스와 용기 사이를 밀폐하는 구조의 코인형 이차 전지 충방전 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 커버부재는 선단 외주면에 수나사가 형성되고, 상기 케이스의 플랜지 내주면에는 암나사가 형성되어, 케이스 플랜지에 나사결합되어 착탈가능하게 설치되는 구조의 코인형 이차 전지 충방전 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 커버부재에는 케이스에 대해 커버부재를 회전시키기 위한 손잡이가 돌출 형성된 구조의 코인형 이차 전지 충방전 장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 실링부재는 코인형 이차전지의 양극부가 노출되도록 구멍이 형성된 링 형태를 이루고, 내주면에는 코인형 이차전지의 외주부에 대응되도록 단차가공되어 코인형 이차전지의 외주부를 감싸는 구조의 코인형 이차 전지 충방전 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 실링부재는 실리콘 재질로 형성된 코인형 이차 전지 충방전 장치.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 음극단자부는 케이스 내부로 관통 설치되어 상기 코인형 이차전지의 음극부와 전기적으로 접속되는 음극로드를 포함하는 코인형 이차 전지 충방전 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 음극단자부는 상기 케이스 안착부에 설치되어 코인형 이차전지의 음극부에 접하는 전극판을 더 포함하여, 상기 음극로드는 전극판을 통해 코인형 이차전지의 음극부와 전기적으로 접속되는 구조의 코인형 이차 전지 충방전 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 음극단자부는 상기 음극로드가 볼트 형태로 이루어져 상기 케이스에 나사결합되어, 상기 전극판을 가압하여 코인형 이차전지의 음극부에 밀착시키는 구조의 코인형 이차 전지 충방전 장치.
  14. 제 4 항에 있어서,
    상기 양극단자부는 상기 커버부재 내부로 관통 설치되어 상기 코인형 이차전지의 양극부에 전기적으로 접속되는 양극로드를 포함하는 코인형 이차 전지 충방전 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 양극단자부는 양극로드와 상기 코인형 이차전지의 양극부 사이에 설치되어 양극부에 접하는 카본펠트를 더 포함하는 코인형 이차 전지 충방전 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 양극로드는 코인형 이차전지의 양극부에 접하는 선단이 코일 형태로 감겨져 커버부재와 양극부 사이에서 탄성력을 가하는 코일 스프링을 이루는 구조의 코인형 이차 전지 충방전 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 양극로드는 티타늄 재질로 형성된 코인형 이차 전지 충방전 장치.
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