KR101802569B1 - 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지 및 이의 충방전 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지 및 이의 충방전 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 음극 전지 내부를 관통하도록 구성되는 음극 집전체에 제1 및 제2 음극 단자를 각각 일측과 타측에 구비하고, 음극 전지의 외측을 감싸는 양극 전지의 내부를 관통하도록 구성되는 양극 집전체에 제1 및 제2 양극 단자를 각각 일측과 타측에 구비하며, 제1 양극 단자와 제2 음극 단자 또는 제2 양극 단자와 제1 음극 단자를 이용하여 충방전을 수행하는 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지 및 이의 충방전 방법에 관한 것이다.

Description

바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지 및 이의 충방전 방법{Cable type secondary battery using Vanadium redox couple and method for charging and discharging the same}
본 발명은 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지 및 이의 충방전 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 음극 전극 내부를 관통하도록 구성되는 음극 집전체에 제1 및 제2 음극 단자를 각각 일측과 타측에 구비하고, 음극 전지의 외측을 감싸는 양극 전극의 내부를 관통하도록 구성되는 양극 집전체에 제1 및 제2 양극 단자를 각각 일측과 타측에 구비하며, 제1 양극 단자와 제2 음극 단자 또는 제2 양극 단자와 제1 음극 단자를 이용하여 충방전을 수행하는 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지 및 이의 충방전 방법에 관한 것이다.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로서 주로 사용되는 이차 전지에 대한 중요성이 증가되고 있다. 일반적으로, 이차 전지는 단위 중량 당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능한 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연전지 등이 사용되며, 최근에는 대용량화 및 상온 작동이 가능하고, 용량과 출력을 각기 독립적으로 설계할 수 있는 레독스 플로우 배터리(RFB, redox flow battery)가 각광받고 있는 실정이다.
이러한, 이차전지는 음극, 양극 및 분리막으로 구성된 전극조립체를 원통형 또는 각형의 금속캔이나 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 장착하고, 상기 전극 조립체에 전해질을 주입시켜 제조하므로 그 형태가 한정되어 다양한 형태로 제조되는 휴대용 장치의 전력원으로 사용하기 어려운 문제점을 가진다.
이에 따라, 형태의 변형이 용이하고 단면적 직경에 대하여 길이의 비가 매우 큰 케이블형 이차 전지에 대한 연구 개발이 이뤄지고 있으나, 전지의 체적에 비해 표면적이 큰 전극 및 집전체로 인해 전자의 원활한 흐름이 불가능한 문제점을 가진다.
보다 구체적으로, 종래의 케이블형 이차 전지는 전지 내부의 전극 전체에 균일한 충방전이 이뤄지지 않고 외부 도선과 집전체의 접촉부위에 국한되어 충방전이 일어나 전지의 용량, 쿨롱 효율 및 수명의 저하가 발생하는 문제점을 가진다.
본 발명은 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지 및 이의 충방전 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 음극 전지 내부를 관통하도록 구성되는 음극 집전체에 제1 및 제2 음극 단자를 각각 일측과 타측에 구비하고, 음극 전지의 외측을 감싸는 양극 전지의 내부를 관통하도록 구성되는 양극 집전체에 제1 및 제2 양극 단자를 각각 일측과 타측에 구비하며, 제1 양극 단자와 제2 음극 단자 또는 제2 양극 단자와 제1 음극 단자를 이용하여 충방전을 수행하는 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지 및 이의 충방전 방법에 관한 것이다.
이에, 본 발명자는, 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 음극 전극 내부를 관통하도록 구성되는 음극 집전체에 제1 및 제2 음극 단자를 각각 일측과 타측에 구비하고, 음극 전지의 외측을 감싸는 양극 전극의 내부를 관통하도록 구성되는 양극 집전체에 제1 및 제2 양극 단자를 각각 일측과 타측에 구비하며, 제1 양극 단자와 제2 음극 단자 또는 제2 양극 단자와 제1 음극 단자를 이용하여 충방전을 수행하는 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지 및 이의 충방전 방법을 발명하기에 이르렀다.
한국공개특허 제10- 2005-0099903호
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 양극 전극의 내부를 관통하는 양극 집전체의 일측에 구비된 제1 양극 단자와 음극 전극의 내부를 관통하는 음극 집전체의 타측에 구비된 제2 음극 단자를 이용하거나, 상술된 양극 집전체의 타측에 구비된 제2 양극 단자와 상술된 음극 집전체의 일측에 구비된 제1 음극 단자를 이용하여 케이블형 이차 전지를 충방전하는 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지 및 이의 충방전 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지는, 음극 전극의 내부를 관통하도록 구성되는 음극 집전체; 상기 음극 전극의 외측을 감싸는 양극 전극의 내부를 관통하도록 구성되는 양극 집전체;를 포함하고, 상기 양극 집전체는 제1 양극 단자 및 제2 양극 단자를 각각 일측 및 타측에 구비한다.
상기 음극 집전체는 제1 음극 단자 및 제2 음극 단자를 각각 일측 및 타측에 구비하고, 그리고 상기 제1 양극 단자와 상기 제2 음극 단자 또는 제2 양극 단자와 제1 음극 단자를 이용하여 충방전을 수행할 수 있다.
상기 음극 집전체는, 상기 음극 전극의 양측면으로부터 길이 방향으로 돌출되어 구성될 수 있다.
상기 양극 집전체는, 상기 양극 전극의 양측면으로부터 길이 방향으로 돌출되어 구성될 수 있다.
상기 양극 전극과 상기 음극 전극 사이에 이온 교환 수지가 함침된 중공섬유를 포함하는 분리막을 구비할 수 있다.
상기 양극 전극 및 상기 음극 전극은, 카본 펠트를 포함할 수 있다.
상기 양극 전극은, 바나듐 5가 양이온 및 바나듐 4가 양이온이 용해된 양극 전해액을 포함할 수 있다.
상기 음극 전극은, 바나듐 3가 양이온 및 바나듐 2가 양이온이 용해된 음극 전해액을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 충방전 방법은 상기 케이블형 이차 전지에 전력을 충전하는 충전 장치를 이용하여 충전을 수행하는 단계; 및 상기 케이블형 이차 전지의 전력을 전력 소비 장치로 공급하여 상기 케이블형 이차 전지의 방전을 수행하는 단계;를 포함하여 구성된다.
상기 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 충방전 방법은 상기 케이블형 이차 전지의 제1 양극 단자 및 제2 음극 단자를 이용하여 상기 케이블형 이차 전지의 충방전을 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 충방전 방법은 상기 케이블형 이차 전지의 제2 양극 단자 및 제1 음극 단자를 이용하여 상기 케이블형 이차 전지의 충방전을 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 내부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 측면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 충방전 방법을 통해 충방전되는 케이블형 이차 전지의 방전 용량을 도시한 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 충방전 방법을 통해 충방전되는 케이블형 이차 전지의 콜롱 효율을 도시한 도시한 그래프이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 내부를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 측면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)는 음극 전극(110), 음극 집전체(120), 양극 전극(130), 양극 집전체(140) 및 분리막(150)을 포함할 수 있다. 또한, 음극 집전체(120)는 제1 및 제2 음극 단자(121, 122)를 포함할 수 있으며, 양극 집전체(140)는 제1 및 제2 양극 단자(141, 142)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)는 가늘고 긴 형태로 구성되어 길이 방향으로 신축 가능한 케이블형 구조일 수 있으며, 이에 따라, 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)에 포함된 상술된 구성 또한 케이블형 구조일 수 있다.
또한, 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)는 외부로부터 공급된 전기 에너지를 화학 에너지로 변환하여 저장하고, 저장된 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 외부로 공급하기 위한 구성을 포함할 수 있다.
음극 전극(110)은 바나듐 3가 양이온 및 바나듐 2가 양이온이 용해된 음극 전해액을 포함할 수 있다.
이러한, 음극 전극(110)에서는 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 충전 반응시 바나듐 3가 양이온이 전자를 받아들여 바나듐 2가 양이온으로 변환되는 환원반응이 일어나게 되고, 방전 반응시에는 상술된 충전 반응과 반대로 바나듐 양이온의 산화수가 변화되는 산화/환원 반응이 일어남으로써 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 충방전이 수행된다.
음극 전극(110)은 구부러질 수 있으며, 음극 전해액을 저장할 수 있는 공간이 내부에 형성될 수 있다.
음극 전극(110)은 카본 펠트를 포함하는 소재일 수 있으나, 구부러질 수 있는 한 그 소재의 종류는 한정되지 않으며 당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 소재가 사용될 수 있음을 유의한다.
음극 전극(110)의 직경은 0.1μm 내지 500μm일 수 있다.
이때, 음극 전해액의 용매는 황산 수용액(HSSO4)일 수 있다.
음극 집전체(120)는 음극 전극(110)의 내부를 관통하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 음극 집전체(120)는 음극 전극(110)의 길이 방향으로 연장된 와이어 형태일 수 있으며, 음극 전극(110)의 양단으로 돌출될 수 있다.
이러한, 음극 집전체(120)는 충방전에 필요한 산화환원 반응시 전자의 이동 경로 역할을 수행할 수 있다.
음극 집전체(120)는 스테인리스 스틸(Steel Use Stainless; SUS)을 포함하는 소재일 수 있으나, 강산의 음극 전해액에 내구성이 있는 한 그 소재의 종류는 한정되지 않으며 당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 소재가 사용될 수 있음을 유의한다.
일 실시예에서, 음극 집전체(120)는 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소 및 구리를 포함하는 소재일 수 있으며, 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 가요성 및 경량성을 향상시키기 위하여 폴리피롤(Polypyrrole)과 같은 전도성 고분자를 포함하는 소재일 수 있다.
음극 집전체(120)의 직경은 0.1μm 내지 500μm일 수 있으나, 음극 전극(110)의 직경 보다 작음을 유의한다.
한편, 음극 집전체(120)는 제1 및 제2 음극 단자(121, 122)를 각각 일측 및 타측에 구비할 수 있다. 보다 구체적으로, 음극 집전체(120)의 양끝단에는 음극 집전체(120)의 길이 방향으로 제1 및 제2 음극 단자(121, 122)가 돌출되어 형성될 수 있다.
이때, 제 1 또는 제2 음극 단자(121)는 외부로부터 전력을 공급받거나 외부로 전력을 공급하는 외부 도선과 연결되어 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 충방전을 수행할 수 있다.
음극 집전체(120)는 활물질의 전기화학 반응에 의해 생성된 전자를 모으거나 전기화학 반응에 필요한 전자를 공급하는 역할을 하는 것으로, 일반적으로 구리나 알루미늄 등의 금속을 사용한다.
양극 전극(130)은 바나듐 5가 양이온 및 바나듐 4가 양이온이 용해된 양극 전해액을 포함할 수 있다. 이러한, 양극 전극(130)에서는 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 충전 반응시 바나듐 4가 양이온이 산화되어 바나듐 5가 양이온으로 변환되는 산화반응이 일어나게 되고, 방전 반응시에는 상술된 충전 반응과 반대로 바나듐 양이온의 산화수가 변화되는 산화/환원 반응이 일어남으로써 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 충방전이 수행된다.
양극 전극(130)은 구부러질 수 있으며, 양극 전해액을 저장할 수 있는 공간이 내부에 형성될 수 있다.
양극 전극(130)은 카본 펠트를 포함하는 소재일 수 있으나, 구부러질 수 있는 한 그 소재의 종류는 한정되지 않으며 당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 소재가 사용될 수 있음을 유의한다.
이때, 양극 전해액의 용매는 황산 수용액(HSSO4)일 수 있다.
양극 집전체(140)는 양극 전극(130)의 내부를 관통하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 양극 집전체(140)는 양극 전극(130)의 길이 방향으로 연장된 와이어 형태일 수 있으며, 양극 전극(130)의 양단으로 돌출될 수 있다.
이러한, 양극 집전체(140)는 충방전에 필요한 산화환원 반응시 전자의 이동 경로 역할을 수행할 수 있다.
양극 집전체(140)는 스테인리스 스틸을 포함하는 소재일 수 있으나, 강산의 양극 전해액에 내구성이 있는 한 그 소재의 종류는 한정되지 않으며 당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 소재가 사용될 수 있음을 유의한다.
일 실시예에서, 양극 집전체(140)는 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소 및 구리를 포함하는 소재일 수 있으며, 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 가요성 및 경량성을 향상시키기 위하여 폴리피롤과 같은 전도성 고분자를 포함하는 소재일 수 있다.
양극 집전체(140)의 직경은 0.1μm 내지 500μm일 수 있다.
한편, 양극 집전체(140)는 제1 및 제2 양극 단자(141, 142)를 각각 일측 및 타측에 구비할 수 있다. 보다 구체적으로, 양극 집전체(140)의 양끝단에는 양극 집전체(140)의 길이 방향으로 제1 및 제2 양극 단자(141, 142)가 돌출되어 형성될 수 있다.
이때, 제 1 또는 제2 양극 단자(121)는 외부로부터 전력을 공급받거나 외부로 전력을 공급하는 외부 도선과 연결되어 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 충방전을 수행할 수 있다.
분리막(150)은 음극 전극(110) 및 양극 전극(130) 간에 수소 이온은 전달시키고, 음극 및 양극 전해액의 양이온이 상대극으로 이동하는 것은 차단시키는 역할을 수행할 수 있다.
이러한, 분리막(150)은 이온 교환 수지가 함침된 중공 섬유(Hollow Fiber)로 구성될 수 있다.
분리막(150)의 중공 섬유의 구조 및 소재는 한정되지 않으며 당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 소재가 사용될 수 있음을 유의한다.
예를 들어, 중공 섬유는 폴리 이미드(Polyimide; PI), 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephtalate; PET), 폴리테트라플루오로 에틸렌(Polytetrafluoro Ethylene; PTFE), 폴리에틸렌(Polyethylene; PE), 폴리프로필렌(Polypropylene; PP), 폴리아릴렌에테르술폰(Poly(arylene ethersulfone); PAES), 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone; PEEK) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
분리막(150)의 중공 섬유의 기공에 함침되는 이온 교환 수지는 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 충방전시 이온 교환을 수행할 수 있는 물질이라면 한정되지 않으며 당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 소재가 사용될 수 있음을 유의한다.
예를 들어, 이온 교환 수지는 나피온(Nafion), 술폰화 폴리에테르에테르케톤(PEEK, Polyetheretherketone), 술폰화 폴리에테르케톤 (sPEK, Sulfonated(polyetherketone)), 폴리비닐리덴 플로라이드-그라프트-폴리스티렌 술폰산(Poly(vinylidene fluoride)-graft-poly(styrene sulfonic acid), PVDF-g-PSSA) 및 술폰화 폴리플루로레닐 에테르케톤(Sulfonated poly (fluorenyl ether ketone)) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
분리막(150)의 두께는 0.1μm 내지 500μm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)는 제1 음극 단자(121)과 제2 양극 단자(142) 또는 제2 음극 단자(122)와 제1 양극 단자(141)를 이용하여 충방전을 수행할 수 있다.
즉, 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 일측에 구비된 전극 단자(121, 141) 중 어느 하나를 선택하여 외부로부터 전력을 공급 받거나 외부로 전력을 공급하는 외부 도선과 연결하는 경우, 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 타측에 구비된 전극 단자(122, 142) 중 일측에서 선택된 전극 단자와 극성이 반대인 전극 단자를 외부 도선과 연결하여 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 충방전을 수행할 수 있다.
이를 통해, 체적에 비해 표면적이 큰 음극 및 양극 전극(110, 130)과 음극 및 양극 집전체(120, 140)로 인해 전극 전체에 균일한 충방전이 이뤄지지 않고 외부 도선과 음극 및 양극 집전체(120, 140)의 접촉부위에 국한되어 충방전이 일어남으로써, 전지의 용량, 쿨롱 효율 및 수명의 저하가 발생하는 문제점을 해소할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 충방전 방법의 실험예에 대해 설명하도록 한다.
바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 충방전 방법의 실험예 1, 2, 비교예 1 및 2에서 제1 음극 단자, 제2 음극 단자, 제1 양극 단자 및 제2 양극 단자(121, 122, 141, 142)와 외부 도선의 연결 모드는 하기의 표 1과 같다.
연결 모드 단자 연결
실험예 1(제1 모드) 제1 음극 단자(121) 제2 양극 단자(141)
실험예 2(제2 모드) 제2 음극 단자(122) 제1 양극 단자(142)
비교예 1(제3 모드) 제1 음극 단자(121) 제1 양극 단자(141)
비교예 2(제4 모드) 제2 음극 단자(122) 제2 양극 단자(142)
<실험예 1>
실험예 1은 제1 음극 단자(121)와 제2 양극 단자(142)를 외부 도선의 양단과 연결한 제1 모드에서 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 충방전을 수행하여 전지의 방전 용량 및 콜롱 효율을 측정하였다.
<실험예 2>
실험예 2는 제2 음극 단자(122)와 제1 양극 단자(141)를 외부 도선의 양단과 연결한 제2 모드에서 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 충방전을 수행하여 전지의 방전 용량 및 콜롱 효율을 측정하였다.
<비교예 1>
비교예 1은 제1 음극 단자(121)와 제1 양극 단자(141)를 외부 도선의 양단과 연결한 제1 모드에서 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 충방전을 수행하여 전지의 방전 용량 및 콜롱 효율을 측정하였다.
<비교예 2>
비교예 2는 제2 음극 단자(122)와 제2 양극 단자(142)를 외부 도선의 양단과 연결한 제1 모드에서 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 충방전을 수행하여 전지의 방전 용량 및 콜롱 효율을 측정하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 충방전 방법을 통해 충방전되는 케이블형 이차 전지의 방전 용량을 도시한 도시한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 제1 및 제2 모드에서 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 충방전 수행 시 측정된 방전 용량의 편차에 비해, 제3 및 제4 모드에서 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 충방전 수행 시 측정된 방전 용량의 편차는 매우 큼을 알 수 있다.
이는, 직경 대비 길이가 긴 형태의 특성을 갖는 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)가 길이 방향으로 충전 상태(State Of Charge; SOC) 및 전극의 저항이 상이하여 발생하는 현상임을 알 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 충방전 방법 통해 충방전을 수행하는 경우, 전지의 용량 편차를 감소시켜 전지의 용량 저하를 방지하고, 전지의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 충방전 방법을 통해 충방전되는 케이블형 이차 전지의 콜롱 효율을 도시한 도시한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 제1 및 제2 모드에서 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 충방전 수행 시 측정된 콜롱 효율에 비해, 제3 및 제4 모드에서 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 충방전 수행 시 측정된 콜롱 효율이 낮음을 알 수 있다.
이는, 상술한 바와 같이, 직경 대비 길이가 긴 형태의 특성을 갖는 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지(100)의 전극에 길이 방향으로 저항 편차를 가짐으로써 발생하는 현상으로, 본 발명의 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 충방전 방법 통해 충방전을 수행하는 경우, 전지의 콜롱 효율의 저하를 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지
110 : 음극 전극
120 : 음극 집전체
121 : 제1 음극 단자 122 : 제2 음극 단자
130 : 양극 전극
140 : 양극 집전체
141 : 제2 양극 단자 142 : 제2 양극 단자
150 : 분리막

Claims (10)

  1. 바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지에 있어서,
    음극 전극의 내부를 관통하도록 구성되는 음극 집전체;
    상기 음극 전극의 외측을 감싸는 양극 전극의 내부를 관통하도록 구성되는 양극 집전체;를 포함하고,
    상기 양극 집전체는 제1 및 제2 양극 단자를 각각 일측 및 타측에 구비하고,
    상기 음극 집전체는 제1 및 제2 음극 단자를 각각 일측 및 타측에 구비하고, 그리고
    상기 제1 양극 단자와 상기 제2 음극 단자 또는 제2 양극 단자와 제1 음극 단자를 이용하여 충방전을 수행하는 것을 특징으로 하는,
    바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 음극 집전체는,
    상기 음극 전극의 양측면으로부터 길이 방향으로 돌출되어 구성되는 것을 특징으로 하는,
    바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양극 집전체는,
    상기 양극 전극의 양측면으로부터 길이 방향으로 돌출되어 구성되는 것을 특징으로 하는,
    바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양극 전극과 상기 음극 전극 사이에 이온 교환 수지가 함침된 중공섬유를 포함하는 분리막을 구비하는 것을 특징으로 하는,
    바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양극 전극 및 상기 음극 전극은,
    카본 펠트를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 양극 전극은,
    바나듐 5가 양이온 및 바나듐 4가 양이온이 용해된 양극 전해액을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 음극 전극은,
    바나듐 3가 양이온 및 바나듐 2가 양이온이 용해된 음극 전해액을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 케이블형 이차 전지에 전력을 충전하는 충전 장치를 이용하여 충전을 수행하는 단계; 및
    상기 케이블형 이차 전지의 전력을 전력 소비 장치로 공급하여 상기 케이블형 이차 전지의 방전을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 충방전 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 케이블형 이차 전지의 제1 양극 단자 및 제2 음극 단자를 이용하여 상기 케이블형 이차 전지의 충방전을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 충방전 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 케이블형 이차 전지의 제2 양극 단자 및 제1 음극 단자를 이용하여 상기 케이블형 이차 전지의 충방전을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    바나듐 레독스 커플을 이용한 케이블형 이차 전지의 충방전 방법.
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