KR101736505B1 - Anode for Slurry circulation type zn/air battery unit cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극에 관한 것으로서, 아연과 전해질을 혼합하여 된 슬러리를 공급하기 위한 슬러리공급구(10)와, 상기 슬러리공급구(10)를 통해 공급된 슬러리가 배출되도록 하는 슬러리배출구(20)와, 상기 슬러리공급구(10)를 통해 공급된 슬러리가 하방으로 낙하되며 그 하단부에 아연펠릿(30)은 걸러지고 반응부산물이나 전해질은 통과되도록 하는 투과성부재(42)가 마련된 아연전극배드(40) 및 상기 투과성부재(42)를 통해 투과된 반응부산물과 전해질이 배출되도록 하는 전해질배출구(50)를 포함하고, 상기 투과성부재(42)는 그 두께를 상기 아연펠릿의 직경보다 더 두꺼운 다공성 발포 폴리머로 되어 있다.
따라서, 아연전극배드의 하단부에 배치되는 투과성부재의 두께가 아연펠릿의 직경보다 더 두꺼운 강성 재질의 다공성 발포 폴리머로 제작함으로써, 기본적으로 아연전극배드의 하단부로의 투과성부재의 설치가 용이하게 되고, 또한, 다공성 구조에 의해 반응부산물과 전해질의 통과가 용이하게 되며, 또한, 강성 재질에 의해 걸러진 아연펠릿의 무게를 견딜 수 있게 되어 결과적으로 전지 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 얻는다.The present invention relates to a fuel electrode for a slurry circulating type zinc / air cell unit cell, which comprises a slurry supply port (10) for supplying a slurry obtained by mixing zinc and an electrolyte, and a slurry supply port A slurry outlet port 20 through which the slurry supplied through the slurry feed port 10 is dropped downward and a zinc pellet 30 is filtered at a lower end thereof and a permeable member 42 And an electrolyte outlet 50 through which the reaction byproducts permeated through the permeable member 42 and the electrolyte are discharged. The permeable member 42 has a thickness that is greater than the thickness of the zinc pellet 40, The porous foamed polymer is thicker than the diameter of the porous foamed polymer.
Thus, by fabricating a porous foamed polymer of rigid material having a thickness larger than the diameter of the zinc pellet, the permeable member disposed at the lower end of the zinc electrode pad can basically facilitate the installation of the permeable member to the lower end of the zinc electrode pad, In addition, the porous structure facilitates the passage of the reaction by-products and the electrolyte, and can withstand the weight of the zinc pellets filtered by the rigid material, thereby improving the battery performance.
Description
본 발명은 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아연전극배드의 하단부에 배치되는 투과성부재의 두께가 아연펠릿의 직경보다 더 두꺼운 강성 재질의 다공성 발포 폴리머로 제작함으로써, 기본적으로 아연전극배드의 하단부로의 투과성부재의 설치가 용이하게 되고, 또한, 다공성 구조에 의해 반응부산물과 전해질의 통과가 용이하게 되며, 또한, 강성 재질에 의해 걸러진 아연펠릿의 무게를 견딜 수 있게 되어 결과적으로 전지 성능을 향상시킬 수 있는 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell for a slurry circulating type zinc / air cell unit cell, and more particularly, to a fuel cell for a slurry circulating type zinc / air cell unit cell by manufacturing a porous foamed polymer of a rigid material having a thickness larger than a diameter of a zinc pellet , The provision of the permeable member to the lower end portion of the zinc electrode pad is facilitated and the porous structure allows the passage of the reaction by-products and the electrolyte to be facilitated. Moreover, it is possible to withstand the weight of the zinc pellets filtered by the rigid material The present invention relates to a fuel cell for a slurry circulating zinc / air cell unit cell, which can improve cell performance as a result.
일반적으로 연료전지의 기본단위인 단위셀(unit cell)은 이온 전도성을 갖는 치밀한 구조의 전해질 양면에 전기화학적 촉매 작용을 하는 다공질 구조의 연료극 및 공기극이 접해 있는 구조를 갖고 있다. In general, a unit cell, which is a basic unit of a fuel cell, has a structure in which a fuel electrode and an air electrode of a porous structure, which are electrochemically catalyzed, are in contact with both surfaces of a dense electrolyte structure having ion conductivity.
연료극과 공기극에 각각 수소를 포함한 연료기체 및 공기를 공급하면 전해질 양면에 화학 포텐셜의 차이가 형성되어 전해질에 이온 전도가 일어난다. When a fuel gas and air containing hydrogen are supplied to the fuel electrode and the air electrode, respectively, a difference in chemical potential is formed on both sides of the electrolyte, and ion conduction occurs in the electrolyte.
이에 의해 유도된 전위차를 이용해 연료극과 공기극 사이에 형성된 외부 회로로 전자가 이동함으로써 발전이 구현되는 것이 연료전지의 원리이다. The principle of the fuel cell is that electricity is generated by moving electrons to an external circuit formed between the fuel electrode and the air electrode using the potential difference induced thereby.
단위전지의 작동 전압은 통상적으로 1.0V 미만으로 공업적으로 응용하기에는 부족하기 때문에 연료전지 발전기에서는 수십에서 수백 개의 단위셀을 전기적으로 직렬 연결한 구조물이 사용되는데 이렇게 여러 개의 단위셀이 결합된 구조물을 '연료전지 스택'이라고 한다. Since the operating voltage of a unit cell is typically less than 1.0 V and is not sufficient for industrial application, a structure in which several tens to several hundred unit cells are electrically connected in series is used in a fuel cell generator. It is called 'fuel cell stack'.
이때 연료전지 스택의 출력은 단위셀의 유효면적과 스택을 구성하는 단위셀의 적층 수에 의해서 결정된다. At this time, the output of the fuel cell stack is determined by the effective area of the unit cell and the number of stacked unit cells constituting the stack.
스택을 구성할 때에는 단위셀 간의 전기적인 직렬연결 구성을 위해 하나의 단위셀의 공기극은 인접한 다른 단위셀의 연료극과 접촉되고, 연료극은 인접한 또 다른 단위셀의 공기극과 접촉하게 된다. When constructing the stack, the air electrode of one unit cell is brought into contact with the fuel electrode of another adjacent unit cell, and the fuel electrode is brought into contact with the air electrode of another adjacent unit cell for the electrical serial connection between the unit cells.
이때 맞닿은 각각의 연료극과 공기극에 공급되는 연료기체와 공기의 직접적인 접촉을 억제하는 동시에 인접한 두 단위셀을 전기적으로 연결하기 위해 치밀한 구조의 전자 전도성 물질로 만들어진 연결재가 있어야 한다.At this time, there must be a connecting material made of a dense electronic conductive material to electrically connect the two unit cells adjacent to each other while suppressing direct contact between the fuel gas and air supplied to each of the fuel electrodes and the air electrode.
또한, 단위셀 및 스택의 디자인에 따라 단위셀과 연결재 사이의 전기적 접촉을 증진시켜 접촉 저항에 의한 전력 손실을 최소화하는 집전체 및 단위셀과 연결재, 혹은 연결재와 연결재 사이의 접촉면에 위치하여 접촉면을 통해 기체가 누설되는 것을 막아주는 밀봉재가 필요하다. 이와 같이 단위셀, 연결재, 집전체, 그리고 밀봉재가 연료전지의 스택을 구성하는 기본적인 구성요소가 된다.In addition, according to the design of the unit cell and the stack, it is possible to improve the electrical contact between the unit cell and the connection material, thereby minimizing the power loss due to the contact resistance, and the contact area between the unit cell and the connection material, A sealing material is needed to prevent gas from leaking through. As described above, the unit cell, the connecting material, the current collector, and the sealing material constitute a basic constituent element of the stack of the fuel cell.
한편, 연료로서 아연을 사용하고 이 아연을 전해질과 혼합하여 슬러리 형태로 만든 후 전지 내부로 순환시켜 전기를 발생시키는 형태의 전지를 슬러리 순환형 아연/공기전지라고 하며, 여기에 아연재생장치를 장착하면 연료인 아연을 지속적으로 공급할 수 있게 되어 독립적인 발전장치로 사용할 수 있게 된다. On the other hand, a battery in which zinc is used as a fuel and the zinc is mixed with an electrolyte to form a slurry and then circulated inside the cell to generate electricity is referred to as a slurry circulating zinc / air battery, and a zinc regenerating device It is possible to continuously supply zinc, which is fuel, to be used as an independent power generation device.
일례로 종래 기술의 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극에 대해 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.For example, a fuel electrode for a slurry circulating zinc / air cell unit cell of the prior art will be schematically described as follows.
도 1에서 나타낸 것과 같이, 종래 기술의 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극은 아연과 전해질을 혼합하여 된 슬러리를 공급하기 위한 슬러리공급구(10)와, 상기 슬러리공급구(10)를 통해 공급된 슬러리가 배출되도록 하는 슬러리배출구(20)와, 상기 슬러리공급구(10)를 통해 공급된 슬러리가 하방으로 낙하되며 그 하단부에 아연펠릿(30)은 걸러지고 반응부산물이나 전해질은 통과되도록 하는 투과성부재(41)가 마련된 아연전극배드(40) 및 상기 투과성부재(41)를 통해 투과된 반응부산물과 전해질이 배출되도록 하는 전해질배출구(50)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the fuel electrode for a slurry circulating type zinc / air cell unit cell of the prior art includes a
여기서, 상기 아연전극배드(40)의 투과성부재(41)는 아연펠릿(30)은 걸러지고 반응부산물이나 전해질은 통과되도록 하는 메시망 구조로 되어 있다.Here, the permeable member 41 of the
그러나, 이러한 종래 기술의 상기 아연전극배드의 투과성부재가 메시망구조로 되어 있기 때문에, 그 뚜께가 너무 얇아 단위셀 내부에 설치(구현)하기가 상당히 까다롭고, 또한, 아연펠릿을 떠받칠 수 있는 강성을 지니고 있지 않아 손상 발생시 유지, 보수가 어렵게 되어 결과적으로 전지 성능을 떨어뜨리게 되는 등의 문제점을 갖고 있었다.However, since the permeable member of the zinc electrode pad of this prior art has a mesh network structure, it is too thin to be installed (implemented) in the unit cell, and it is also difficult to hold the zinc pellet It is difficult to maintain and repair the battery when the battery is damaged. As a result, the battery performance is deteriorated.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 아연전극배드의 하단부에 배치되는 투과성부재의 두께가 아연펠릿의 직경보다 더 두꺼운 강성 재질의 다공성 발포 폴리머로 제작함으로써, 기본적으로 아연전극배드의 하단부로의 투과성부재의 설치가 용이하게 되고, 또한, 다공성 구조에 의해 반응부산물과 전해질의 통과가 용이하게 되며, 또한, 강성 재질에 의해 걸러진 아연펠릿의 무게를 견딜 수 있게 되어 결과적으로 전지 성능을 향상시킬 수 있는 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극을 제공하는데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve such problems and it is an object of the present invention to provide a zinc electrode pad which is basically made of a porous foamed polymer having a thickness larger than the diameter of a zinc pellet, The porous structure facilitates the passage of the reaction byproducts and the electrolyte and also can withstand the weight of the zinc pellets filtered by the rigid material, The present invention also provides a slurry circulating zinc / air cell unit fuel cell.
이와 같은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극은 아연과 전해질을 혼합하여 된 슬러리를 공급하기 위한 슬러리공급구; 상기 슬러리공급구를 통해 공급된 슬러리가 배출되도록 하는 슬러리배출구; 상기 슬러리공급구를 통해 공급된 슬러리가 하방으로 낙하되며 그 하단부에 아연펠릿은 걸러지고 반응부산물이나 전해질은 통과되도록 하는 투과성부재가 마련된 아연전극배드; 및 상기 투과성부재를 통해 투과된 반응부산물과 전해질이 배출되도록 하는 전해질배출구를 포함하여 구성되는 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극에 있어서, 상기 아연전극배드의 투과성부재는 그 두께를 상기 아연펠릿의 직경보다 더 두껍게 하여 상기 아연전극배드의 하단부로의 설치가 용이하게 되도록 하는 것을 특징으로 한다.To achieve these and other advantages and in accordance with the purpose of the present invention, as embodied and broadly described herein, there is provided a fuel cell for a slurry circulating type zinc / air cell unit cell, comprising: a slurry supply port for supplying a slurry in which zinc and an electrolyte are mixed; A slurry discharge port through which the slurry supplied through the slurry supply port is discharged; A zinc electrode pad provided with a permeable member for allowing the slurry supplied through the slurry supply port to fall downward, the zinc pellet to be filtered at the lower end thereof, and the reaction by-product or electrolyte to pass therethrough; And an electrolyte outlet for discharging reaction byproducts permeated through the permeable member and an electrolyte, wherein the permeable member of the zinc electrode pad has a thickness that is greater than the thickness of the zinc pellet So that the zinc electrode can be easily attached to the lower end portion of the zinc electrode bad.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극에 있어서, 상기 투과성부재는 반응부산물과 전해질의 통과가 용이하게 되는 다공성 구조를 갖는 것이 바람직하다.In the fuel electrode for a slurry circulating zinc / air battery unit cell according to an embodiment of the present invention, it is preferable that the permeable member has a porous structure that facilitates the passage of the reaction by-products and the electrolyte.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극에 있어서, 상기 투과성부재는 걸러진 아연펠릿의 무게를 견딜 수 있도록 하는 강성을 갖는 것이 바람직하다.In the fuel electrode for a slurry circulating zinc / air cell unit cell according to an embodiment of the present invention, it is preferable that the permeable member has rigidity to withstand the weight of the filtered zinc pellets.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극에 있어서, 상기 투과성부재는 다공성 발포 폴리머로 제작된 것이 바람직하다.Further, in the anode for a slurry circulating zinc / air cell unit cell according to an embodiment of the present invention, the permeable member is preferably made of a porous foamed polymer.
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이상에서와 같이, 본 발명의 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극은 아연전극배드의 하단부에 배치되는 투과성부재의 두께가 아연펠릿의 직경보다 더 두꺼운 강성 재질의 다공성 발포 폴리머로 제작함으로써, 기본적으로 아연전극배드의 하단부로의 투과성부재의 설치가 용이하게 되고, 또한, 다공성 구조에 의해 반응부산물과 전해질의 통과가 용이하게 되며, 또한, 강성 재질에 의해 걸러진 아연펠릿의 무게를 견딜 수 있게 되어 결과적으로 전지 성능을 향상시킬 수 있는 등의 효과를 얻는다. As described above, the fuel electrode for a slurry circulating type zinc / air battery unit cell of the present invention is made of a porous foamed polymer of a rigid material having a thickness larger than the diameter of the zinc pellet disposed at the lower end of the zinc electrode pad, It is easy to install the permeable member to the lower end portion of the zinc electrode pad and the porous structure facilitates the passage of the reaction byproducts and the electrolyte and can withstand the weight of the zinc pellets filtered by the rigid material And as a result, battery performance can be improved.
도 1은 종래 기술의 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극을 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing a fuel electrode for a slurry circulating zinc / air battery unit cell of the prior art.
2 is a schematic view showing a fuel electrode for a slurry circulating zinc / air battery unit cell according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면에 의거 본 발명을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2에서 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극은 아연과 전해질을 혼합하여 된 슬러리를 공급하기 위한 슬러리공급구(10)와, 상기 슬러리공급구(10)를 통해 공급된 슬러리가 배출되도록 하는 슬러리배출구(20)와, 상기 슬러리공급구(10)를 통해 공급된 슬러리가 하방으로 낙하되며 그 하단부에 아연펠릿(30)은 걸러지고 반응부산물이나 전해질은 통과되도록 하는 투과성부재(42)가 마련된 아연전극배드(40) 및 상기 투과성부재(42)를 통해 투과된 반응부산물과 전해질이 배출되도록 하는 전해질배출구(50)를 포함하는 구성으로 되어 있다.2, the fuel electrode for a slurry circulating type zinc / air battery unit cell according to an embodiment of the present invention includes a
여기서, 상기 아연전극배드(40)의 투과성부재(42)는 그 두께를 상기 아연펠릿의 직경보다 더 두껍게 하여 상기 아연전극배드(40)의 하단부로의 설치가 용이하게 되도록 형성되어 있다.Here, the permeable member 42 of the
또한, 상기 투과성부재(42)는 반응부산물과 전해질의 통과가 용이하게 되는 다공성 구조로 되어 있다.In addition, the permeable member 42 has a porous structure that facilitates the passage of reaction byproducts and electrolyte.
그리고, 상기 투과성부재(42)는 걸러진 아연펠릿(30)의 무게를 견딜 수 있도록 하는 강성을 갖을 수 있다.The permeable member 42 may have rigidity to withstand the weight of the filtered
또한, 상기 투과성부재(42)는 다공성 발포 폴리머로 제작될 수 있다.In addition, the permeable member 42 may be made of a porous foamed polymer.
이러한 구성에 따른 본 발명의 일 실시예인 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극은 아연을 전해질과 혼합하여 슬러리 형태로 만든 후 슬러리공급구(10)를 통해 슬러리를 공급하면 아연전극배드(40)에서 전기를 발생시킨 후 그 하단부의 투과성부재(42)에 아연펠릿(30)은 걸러지고 나머지 반응부산물과 전해질은 상기 투과성부재(42)를 통과하여 전해질배출구(50)로 배출된다.The fuel electrode for a slurry circulating type zinc / air battery unit cell according to an embodiment of the present invention according to the present invention mixes zinc with an electrolyte to form a slurry, and then supplies the slurry through the
그리고, 아연전극배드(40)를 거치지 않고 슬러리배출구(20)로 배출되는 슬러리는 다시 순환하여 전지 내부로 계속적인 공급이 이루어져 전기를 발생시키기 되는 것이다.The slurry discharged to the
위와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극은 아연전극배드의 하단부에 배치되는 투과성부재의 두께가 아연펠릿의 직경보다 더 두꺼운 강성 재질의 다공성 발포 폴리머로 제작함으로써, 기본적으로 아연전극배드의 하단부로의 투과성부재의 설치가 용이하게 되고, 또한, 다공성 구조에 의해 반응부산물과 전해질의 통과가 용이하게 되며, 또한, 강성 재질에 의해 걸러진 아연펠릿의 무게를 견딜 수 있게 되어 결과적으로 전지 성능을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.As described above, the fuel electrode for a slurry circulating type zinc / air battery unit cell according to an embodiment of the present invention is made of a porous foam polymer of a rigid material having a thickness larger than the diameter of the zinc pellet disposed at the lower end portion of the zinc electrode pad This makes it easy to install the permeable member to the lower end portion of the zinc electrode pad basically. Moreover, the porous structure facilitates the passage of the reaction byproducts and the electrolyte, and also can withstand the weight of the zinc pellets filtered by the rigid material. And as a result, battery performance can be improved.
이상에서와 같이, 본 발명은 상기의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 이러한 실시예를 종래의 공지 기술과 단순히 조합 적용한 변형예는 물론 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 용이하게 변경하여 이용할 수 있는 모든 기술들은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, It should be understood that all of the techniques that can be easily changed and used by those skilled in the art are included in the technical scope of the present invention.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
10 : 슬러리공급구 20 : 슬러리배출구
30 : 아연펠릿 40 : 아연전극배드
41 : 투과성부재 42 : 투과성부재
50 : 전해질배출구DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS
10: Slurry supply port 20: Slurry discharge port
30: zinc pellet 40: zinc electrode bad
41: Permeable member 42: Permeable member
50: electrolyte outlet
Claims (6)
상기 슬러리공급구를 통해 공급된 슬러리가 배출되도록 하는 슬러리배출구;
상기 슬러리공급구를 통해 공급된 슬러리가 하방으로 낙하되며 그 하단부에 아연펠릿은 걸러지고 반응부산물이나 전해질은 통과되도록 하는 투과성부재가 마련된 아연전극배드; 및
상기 투과성부재를 통해 투과된 반응부산물과 전해질이 배출되도록 하는 전해질배출구;
를 포함하여 구성되는 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극에 있어서,
상기 아연전극배드의 투과성부재는 그 두께를 상기 아연펠릿의 직경보다 더 두껍게 하여 상기 아연전극배드의 하단부로의 설치가 용이하게 되도록 하는 것을 특징으로 하는 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극.A slurry supply port for supplying a slurry in which zinc and an electrolyte are mixed;
A slurry discharge port through which the slurry supplied through the slurry supply port is discharged;
A zinc electrode pad provided with a permeable member for allowing the slurry supplied through the slurry supply port to fall downward, the zinc pellets to be filtered at the lower end thereof, and the reaction by-products and electrolytes to pass therethrough; And
An electrolyte discharge port through which the reaction by-products permeated through the permeable member and the electrolyte are discharged;
Wherein the slurry circulation type zinc / air fuel cell unit fuel cell comprises:
Wherein the permeable member of the zinc electrode pad has a thickness greater than the diameter of the zinc pellet to facilitate installation of the zinc electrode pad at the lower end of the zinc electrode pad.
상기 투과성부재는 반응부산물과 전해질의 통과가 용이하게 되는 다공성 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극.The method according to claim 1,
Wherein the permeable member has a porous structure that facilitates the passage of reaction byproducts and electrolytes.
상기 투과성부재는 걸러진 아연펠릿의 무게를 견딜 수 있도록 하는 강성을 갖는 것을 특징으로 하는 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극.The method according to claim 1,
Wherein the permeable member has rigidity to withstand the weight of the filtered zinc pellets.
상기 투과성부재는 다공성 발포 폴리머로 제작된 것을 특징으로 하는 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극.3. The method of claim 2,
Wherein the permeable member is made of a porous foamed polymer.
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KR (1) | KR101736505B1 (en) |
Families Citing this family (1)
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- 2011-04-28 KR KR1020110040017A patent/KR101736505B1/en active IP Right Grant
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Publication number | Publication date |
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