KR101912297B1 - Hybrid self-charging battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
하이브리드 자가 충전 전지는 태양 전지 셀 유닛, 리튬 이온 전지 유닛, 및 상기 태양 전지 셀 유닛과 상기 리튬 이온 전지 유닛에 사이에 위치하는 집전체 층을 포함하고, 상기 리튬 이온 전지 유닛은 2개의 리튬 이온 전지 셀이 적층된 바이폴라 리튬 이온 전지를 포함한다. 하이브리드 자가 충전 전지는 태양광을 이용하여 충전이 가능하고, 고속의 충방전이 가능하고, 단일의 리튬 이온 전지보다 고출력 및 고에너지 밀도의 성능으로 구현될 수 있다.A hybrid self-charging battery includes a solar cell unit, a lithium ion battery unit, and a collector layer positioned between the solar cell unit and the lithium ion battery unit, wherein the lithium ion battery unit comprises two lithium- And a bipolar lithium ion battery in which cells are stacked. The hybrid self-charging battery can be charged using solar light, can be charged and discharged at a high speed, and can be implemented with a high output and high energy density performance than a single lithium ion battery.
Description
본 발명은 하이브리드 자가 충전 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a hybrid self-charging battery and a method of manufacturing the same.
비디오 카메라, 휴대폰, 노트북 PC 등 휴대용 전자기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동용 전원으로서 사용되는 전지에 대하여 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히, 충전 가능한 리튬 이차 전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈수소 전지, 니켈아연 전지 등과 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 3배 정도 높고 급속 충전이 가능하기 때문에 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.BACKGROUND ART [0002] Portable electronic devices such as video cameras, mobile phones, and notebook PCs have been made lighter and more sophisticated, and accordingly, much research has been conducted on batteries used as the driving power source. Particularly, the rechargeable lithium secondary battery has three times higher energy density per unit weight than the conventional lead-acid battery, nickel-cadmium battery, nickel hydrogen battery and nickel-zinc battery, .
이러한 리튬 이차 전지가 자주 사용되고 있는 휴대용 전자 기기는 콤팩트 디스크 플레이어, MP3 플레이어, 휴대폰 등에 이어 동영상을 구현할 수 있는 멀티미디어 플레이어로 발전하고 있다. 이러한 휴대용 전자 기기를 구동하기 위해서는 그에 적합한 전원이 요구된다.Portable electronic devices such as lithium secondary batteries, which are frequently used, are being developed as multimedia players capable of implementing moving pictures such as compact disc players, MP3 players, and mobile phones. In order to drive such a portable electronic device, a power source suitable for that is required.
그러나, 리튬 이차 전지는 전원 장치가 존재하는 곳에서만 전지 셀을 충전시킬 수 있다는 문제점이 있다. 이에 따라, 전자 기기를 사용하지 않는 경우에는 태양 전지를 이용하여 전지 셀을 충전시킴으로써 전원 장치에 관계없이 태양광이 있는 곳이면 어디서라도 충전이 가능한 이차 전지에 대한 개념이 제안되고 있다.However, the lithium secondary battery has a problem that the battery cell can be charged only where the power source device exists. Accordingly, in the case where an electronic device is not used, the concept of a secondary battery capable of being charged anywhere in the sunlight by charging the battery cell using a solar cell regardless of the power source device has been proposed.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 고속으로 충방전이 가능하고 고출력 및 고에너지 밀도의 하이브리드 자가 충전 전지 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention provides a hybrid self-charging battery capable of charging / discharging at high speed and having high output and high energy density, and a manufacturing method thereof.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지는 태양 전지 셀 유닛, 리튬 이온 전지 유닛, 및 상기 태양 전지 셀 유닛과 상기 리튬 이온 전지 유닛에 사이에 위치하는 집전체 층을 포함하고, 상기 리튬 이온 전지 유닛은 2개의 리튬 이온 전지 셀이 적층된 바이폴라 리튬 이온 전지를 포함한다.A hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention includes a solar cell unit, a lithium ion battery unit, and a current collector layer disposed between the solar cell unit and the lithium ion battery unit, The battery unit includes a bipolar lithium ion battery in which two lithium ion battery cells are stacked.
상기 리튬 이온 전지 유닛은, 상기 집전체 층 아래에 위치하는 제1 리튬 이온 전지 셀, 및 상기 제1 리튬 이온 전지 셀의 아래에 위치하는 제2 리튬 이온 전지 셀을 포함할 수 있다. The lithium ion battery unit may include a first lithium ion battery cell located below the current collector layer and a second lithium ion battery cell located below the first lithium ion battery cell.
상기 제1 리튬 이온 전지 셀은, 상기 집전체 층 아래에 위치하는 제1 애노드 층, 상기 제1 애노드 전극 아래에 위치하는 제1 절해질 층, 및 상기 제1 전해질 층 아래에 위치하는 제1 캐소드 층을 포함할 수 있다.The first lithium ion battery cell includes a first anode layer positioned below the current collector layer, a first separator layer located below the first anode electrode, and a first cathode layer disposed below the first electrolyte layer, Layer.
상기 제2 리튬 이온 전지 셀은, 상기 제1 캐소드 전극 아래에 위치하는 제2 애노드 층, 상기 제2 애노드 전극 아래에 위치하는 제2 전해질 층, 및 상기 제2 전해질 층 아래에 위치하는 제2 캐소드 층을 포함할 수 있다.The second lithium ion battery cell may further include a second anode layer disposed under the first cathode electrode, a second electrolyte layer disposed under the second anode electrode, and a second cathode layer disposed under the second electrolyte layer, Layer.
상기 리튬 이온 전지 유닛은, 상기 제1 리튬 이온 전지 셀과 상기 제2 리튬 이온 전지 셀 사이에 위치하는 제1 전극층을 더 포함하고, 상기 제1 전극층은 상기 제1 리튬 이온 전지 셀과 상기 제2 리튬 이온 전지 셀의 집전체로써 공유될 수 있다. The lithium ion battery unit may further include a first electrode layer disposed between the first lithium ion battery cell and the second lithium ion battery cell, wherein the first electrode layer is disposed between the first lithium ion battery cell and the second lithium ion battery cell. Can be shared as a current collector of a lithium ion battery cell.
상기 제1 애노드 층, 상기 제1 전해질 층, 상기 제1 캐소드 층, 상기 제2 애노드 층, 상기 제2 전해질 층, 및 상기 제2 캐소드 층 중 적어도 하나는 가교 고분자 매트릭스를 포함하고, 상기 가교 고분자 매트릭스는 가교 가능한 모노머를 경화시켜 제조된 그물 구조의 고분자를 포함할 수 있다.Wherein at least one of the first anode layer, the first electrolyte layer, the first cathode layer, the second anode layer, the second electrolyte layer, and the second cathode layer includes a crosslinked polymer matrix, The matrix may comprise a net structure polymer prepared by curing crosslinkable monomers.
상기 가교 가능한 모노머는 아크릴레이트계 광가교 모노머, 이의 유도체, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나일 수 있다.The crosslinkable monomer may be at least one of an acrylate-based photo-crosslinking monomer, a derivative thereof, or a combination thereof.
상기 가교 가능한 모노머는 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트, 비스페놀에이에톡시레이트 디메타아크릴레이트, 이들의 유도체, 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나일 수 있다. Wherein the crosslinkable monomer is at least one of polyethylene glycol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, trimethylolpropane ethoxylate triacrylate, bisphenol eetoxytrate dimethacrylate, derivatives thereof, or mixtures thereof .
상기 가교 고분자 매트릭스는 선형 고분자를 더 포함하여 반 상호 침투 망상 (semi-IPN) 구조를 가질 수 있다. The crosslinked polymer matrix may further include a linear polymer to have a semi-interpenetrating network (semi-IPN) structure.
상기 선형 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리비닐아세테이트, 폴리아크릴로나이트릴, 폴레에틸렌옥사이드, 이들의 유도체, 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나일 수 있다. Wherein the linear polymer is selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene, polymethylmethacrylate, polystyrene, polyvinyl acetate, polyacrylonitrile, polyethylene oxide, derivatives thereof, Lt; / RTI >
상기 제1 애노드 층, 상기 제1 전해질 층, 상기 제1 캐소드 층, 상기 제2 애노드 층, 상기 제2 전해질 층, 및 상기 제2 캐소드 층 중 적어도 하나는 과충전 방지제를 포함할 수 있다. At least one of the first anode layer, the first electrolyte layer, the first cathode layer, the second anode layer, the second electrolyte layer, and the second cathode layer may include an overcharge inhibitor.
상기 과충전 방지제는 2V 이상의 전압 하에서 지속적인 산화 및 환원 반응이 가능한 것일 수 있다. The overcharge protection agent may be capable of continuous oxidation and reduction under a voltage of 2 V or higher.
상기 과충전 방지제는 10-메틸-페노사이아진(10-methyl-phenothiazine, MPT), 10-에틸-페노사이아진(10-ethyl-phenothiazine, EPT), 10-에틸-3-클로로-페노사이아진(10-ethyl-3-chloro-phenothiazine, 3-chloro-EPT), 10-아이소프로필-페노사이아진(10-isopropyl-phenothiazine, IPT), 또는 10-아세틸-페노사이아진(10-acetyl-phenothiazine, APT) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The overcharge inhibitor may be selected from the group consisting of 10-methyl-phenothiazine (MPT), 10-ethyl-phenothiazine (EPT), 10-ethyl-3-chloro-phenothiazine 10-ethyl-3-chloro-phenothiazine, 3-chloro-EPT, 10-isopropyl-phenothiazine (IPT), or 10-acetyl-phenothiazine, APT). ≪ / RTI >
상기 과충전 방지제는 0.01 내지 1.0 M 일 수 있다.The overcharge protection agent may be 0.01 to 1.0 M.
상기 리튬 이온 전지 유닛은, 상기 제2 캐소드 전극 아래에 위치하는 제2 전극층을 더 포함하고, 상기 제2 전극층은 상기 태양 전지 셀 유닛과 전기적으로 연결될 수 있다. The lithium ion battery unit may further include a second electrode layer positioned below the second cathode electrode, and the second electrode layer may be electrically connected to the solar cell unit.
상기 리튬 이온 전지 유닛은, 상기 제1 리튬 이온 전지 셀 및 상기 제2 리튬 이온 전지 셀을 감싸도록 형성된 봉지층을 더 포함할 수 있다.The lithium ion battery unit may further include an encapsulation layer formed to surround the first lithium ion battery cell and the second lithium ion battery cell.
상기 태양 전지 셀 유닛은 직렬로 연결된 복수의 단위 셀을 포함하고, 상기 복수의 단위 셀 각각은, n형 반도체, p형 반도체, 및 상기 n형 반도체와 상기 p형 반도체를 전기적으로 연결하는 도전층을 포함할 수 있다.The solar cell unit includes a plurality of unit cells connected in series, and each of the plurality of unit cells includes an n-type semiconductor, a p-type semiconductor, and a conductive layer for electrically connecting the n- . ≪ / RTI >
상기 직렬로 연결된 복수의 단위 셀의 일단은 상기 집전체 층에 전기적으로 연결되고, 상기 직렬로 연결된 복수의 단위 셀의 타단은 상기 제2 전극층에 전기적으로 연결될 수 있다. One end of the plurality of unit cells connected in series may be electrically connected to the current collector layer and the other end of the plurality of unit cells connected in series may be electrically connected to the second electrode layer.
본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지는 태양 전지 셀 유닛, 상기 태양 전지 셀 유닛과 집전체를 공유하는 제1 리튬 이온 전지 셀, 및 상기 제1 리튬 이온 전지 셀과 집전체를 공유하는 제2 리튬 이온 전지 셀을 포함할 수 있다. A hybrid self-charging battery according to another embodiment of the present invention includes a solar cell unit, a first lithium ion battery cell sharing a current collector with the solar battery cell unit, and a second lithium ion battery cell sharing a current collector with the first lithium ion battery cell. And a second lithium ion battery cell.
상기 제2 리튬 이온 전지 셀의 캐소드 층은 상기 태양 전지 셀에 전기적으로 연결될 수 있다.The cathode layer of the second lithium ion battery cell may be electrically connected to the solar cell.
상기 제1 리튬 이온 전 셀은 순차적인 인쇄 공정을 통해 형성될 수 있는 고체 상태일 수 있다. The first lithium ion transfer cell may be in a solid state that can be formed through a sequential printing process.
상기 제2 리튬 이온 전 셀은 순차적인 인쇄 공정을 통해 형성될 수 있는 고체 상태일 수 있다. The second lithium ion secondary cell may be in a solid state that can be formed through a sequential printing process.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 셀 유닛, 상기 태양 전지 셀 유닛과 집전체를 공유하는 제1 리튬 이온 전지 셀, 및 상기 제1 리튬 이온 전지 셀과 집전체를 공유하는 제2 리튬 이온 전지 셀을 포함하는 하이브리드 자가 충전 전지의 제조 방법은 상기 태양 전지 셀 유닛을 준비하는 단계, 상기 태양 전지 셀 유닛의 일면에 집전체 층을 형성하는 단계, 상기 집전체 층 상에 상기 제1 리튬 이온 전지 셀을 형성하는 단계, 상기 제1 리튬 이온 전지 셀 상에 제1 전극층을 형성하는 단계, 및 상기 제1 전극층 상에 상기 제2 리튬 이온 전지 셀을 형성하는 단계를 포함한다. A first lithium ion battery cell sharing a current collector with the solar battery cell unit and a second lithium ion battery sharing a current collector with the first lithium ion battery cell according to another embodiment of the present invention, A method of manufacturing a hybrid self-contained battery comprising a battery cell includes the steps of preparing the solar cell unit, forming a current collector layer on one surface of the solar cell unit, Forming a battery cell, forming a first electrode layer on the first lithium ion battery cell, and forming the second lithium ion battery cell on the first electrode layer.
상기 태양 전지 셀 유닛을 준비하는 단계는, 실리콘 웨이퍼의 일면에 복수의 n형 반도체 및 복수의 p형 반도체를 형성하는 단계, 상기 실리콘 웨이퍼의 일면에 지지 테이프를 부착하는 단계, 및 상기 실리콘 웨이퍼를 상기 n형 반도체 및 상기 p형 반도체를 포함하는 단위 셀 단위로 절단하여 복수의 단위 셀로 분리하는 단계를 포함할 수 있다. Wherein the step of preparing the solar cell unit comprises the steps of forming a plurality of n-type semiconductors and a plurality of p-type semiconductors on one surface of a silicon wafer, attaching a supporting tape to one surface of the silicon wafer, Type semiconductor and the p-type semiconductor, and separating the unit cell into a plurality of unit cells.
상기 태양 전지 셀 유닛을 준비하는 단계는, 상기 복수의 단위 셀 위에 투명 보호층을 형성하는 단계, 및 상기 지지 테이프를 광 경화시켜 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. The step of preparing the solar cell unit may further comprise a step of forming a transparent protective layer on the plurality of unit cells, and a step of photo-curing the support tape.
상기 태양 전지 셀 유닛을 준비하는 단계는, 상기 복수의 n형 반도체 및 상기 복수의 p형 반도체가 형성된 면에 쉐도우 마스크를 이용하여 연결 전극을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 연결 전극은 어느 하나의 단위 셀의 n형 반도체와 다른 하나의 단위 셀의 p형 반도체를 연결하도록 형성될 수 있다. The step of preparing the solar cell unit may further include forming a connecting electrode on the surface of the plurality of n-type semiconductors and the plurality of p-type semiconductors using a shadow mask, Type semiconductor of one unit cell and the p-type semiconductor of another unit cell.
상기 제1 리튬 이온 전지 셀을 형성하는 단계는, 제1 애노드 층, 제1 전해질 층, 및 제1 캐소드 층을 순차적인 인쇄 공정으로 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 애노드 층, 상기 제1 전해질 층, 및 상기 제1 캐소드 층은 가교 가능한 모노머를 포함할 수 있다. Wherein forming the first lithium ion battery cell includes forming a first anode layer, a first electrolyte layer, and a first cathode layer in a sequential printing process, wherein the first anode layer, the first anode layer, The electrolyte layer, and the first cathode layer may comprise a crosslinkable monomer.
상기 제2 리튬 이온 전지 셀을 형성하는 단계는, 제2 애노드 층, 제2 전해질 층, 및 제2 캐소드 층을 순차적인 인쇄 공정으로 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제2 애노드 층, 상기 제2 전해질 층, 및 상기 제2 캐소드 층은 가교 가능한 모노머를 포함할 수 있다. Wherein forming the second lithium ion battery cell includes forming a second anode layer, a second electrolyte layer, and a second cathode layer in a sequential printing process, wherein the second anode layer, the second anode layer, The electrolyte layer, and the second cathode layer may comprise a crosslinkable monomer.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지는 태양광을 이용하여 충방전이 가능하다. 특히, 하이브리드 자가 충전 전지는 고속의 충방전이 가능하고, 단일의 리튬 이온 전지보다 고출력 및 고에너지 밀도의 성능으로 구현될 수 있다.The hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention can be charged and discharged using sunlight. In particular, a hybrid self-charging battery can be charged / discharged at a high speed and can be realized with a high output and a high energy density performance than a single lithium ion battery.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지를 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 등가 회로를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 충방전 특성과 단일 스택의 리튬 이온 전지의 충방전 특성을 비교하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 개방 회로 전압의 시간 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 충방전 횟수에 따른 충방전 특성을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지에서 태양 전지 셀 유닛에 포함되는 단위 셀의 개수에 대한 개방 회로 전압 및 전력을 측정할 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 충방전에 따른 전압 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 충방전 횟수에 따른 충전 효율 및 광전 변환의 저장 효율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 광충전 시간에 대한 충전율 및 광전 변환의 저장 효율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 태양광 충전 후 암전 상태에서의 방전 특성을 평가한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 태양광을인가한 상태에서의 방전 특성을 평가한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 내부 저항을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 출력의 밀도와 에너지 밀도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 제조 방법을 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a schematic diagram of a hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing an equivalent circuit of a hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph for comparing the charging / discharging characteristics of a hybrid self-charging battery and the charging / discharging characteristics of a single stacked lithium ion battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a result of measuring a change over time of an open-circuit voltage of a hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph illustrating the results of measurement of charging / discharging characteristics according to the number of charge / discharge cycles of a hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph illustrating a result of measuring the open circuit voltage and power with respect to the number of unit cells included in the solar cell unit in the hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a result of measuring a voltage change due to charging / discharging of a hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing the results of measurement of the charging efficiency and the storage efficiency of the photoelectric conversion according to the number of charge / discharge cycles of the hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing a result of measuring the filling efficiency and the photoelectric conversion storage efficiency versus the light charging time of the hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing a result of evaluating discharge characteristics of a hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention in a dark state after solar charging.
11 is a graph showing a result of evaluating discharge characteristics in a state where solar light is applied to a hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph showing a result of measuring internal resistance of a hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph showing a result of measuring the density and energy density of the output of the hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
14 to 18 are views showing a method of manufacturing a hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.In addition, since the sizes and thicknesses of the respective components shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings. In the drawings, the thicknesses are enlarged to clearly indicate layers and regions. In the drawings, for the convenience of explanation, the thicknesses of some layers and regions are exaggerated.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.Also, when a portion such as a layer, a film, an area, a plate, etc. is referred to as being "on" or "on" another portion, this includes not only the case where the other portion is "directly on" . Conversely, when a part is "directly over" another part, it means that there is no other part in the middle. Also, to be "on" or "on" the reference portion is located above or below the reference portion and does not necessarily mean "above" or "above" toward the opposite direction of gravity .
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Also, throughout the specification, when an element is referred to as "including" an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.Also, in the entire specification, when it is referred to as "planar ", it means that the object portion is viewed from above, and when it is called" sectional image, " this means that the object portion is viewed from the side.
또한, 명세서 전체에서, "중첩된다"고 할 때, 이는 단면상에서 상하 중첩되거나, 또는 평면상에서 전부 또는 일부가 동일한 영역에 위치하는 것을 의미한다. Also, throughout the specification, when it is referred to as "overlapped, " it means that it is superimposed on the cross section, or all or part of the plane is located in the same area.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지에 대하여 설명한다. Hereinafter, a hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지를 간략히 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 등가 회로를 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a schematic diagram of a hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention. 2 is a view showing an equivalent circuit of a hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 하이브리드 자가 충전 전지(10)는 태양 전지 셀 유닛(100) 및 리튬 이온 전지 유닛(200)을 포함한다. 태양 전지 셀 유닛(100)과 리튬 이온 전지 유닛(200) 사이에 집전체 층(300)이 위치한다. Referring to FIGS. 1 and 2, a hybrid self-charging
태양 전지 셀 유닛(100)은 복수의 단위 셀(110), 복수의 단위 셀(110)을 서로 연결하는 연결 전극(120), 복수의 단위 셀(110)을 덮는 투명 보호층(130), 및 연결 전극(120)의 아래에 위치하는 절연층(140)을 포함한다. The
복수의 단위 셀(110) 각각은 n형 반도체(111), p형 반도체(112), 및 도전층(113)을 포함한다. 도전층(113)은 n형 반도체(111)와 p형 반도체(112) 상에 위치하며, n형 반도체(111)와 p형 반도체(112)를 전기적으로 연결할 수 있다. 도전층(113)은 실리콘(Si)과 같은 반도체를 포함할 수 있다. Each of the plurality of
연결 전극(120)은 어느 하나의 단위 셀(110)의 n형 반도체(111)와 다른 하나의 단위 셀(110)의 p형 반도체(112)를 연결할 수 있다. 연결 전극(120)은 복수의 단위 셀(110)을 직렬로 연결할 수 있다. The
절연층(140)은 SiO2와 같은 무기 절연 물질, 또는 유기 절연 물질을 포함할 수 있다. Insulating
직렬로 연결된 복수의 단위 셀(110)의 일단은 절연층(140) 아래에 위치하는 집전체 층(300)에 전기적으로 연결된다. 직렬로 연결된 복수의 단위 셀(110)의 일단은 복수의 단위 셀(110) 중에서 어느 하나의 n형 반도체(111)일 수 있고, 직렬로 연결된 복수의 단위 셀(110)의 타단은 복수의 단위 셀(110) 중에서 다른 하나의 p형 반도체(112)일 수 있다.One end of the plurality of
한편, 태양 전지 셀 유닛(100)은 어떠한 재료나 형태로도 구현될 수 있다. 구체적인 예로, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 유기 태양 전지, CIGS 태양 전지, CdTe 태양 전지, DSSC 태양 전지 등이 태양 전지 셀 유닛(100)으로 사용될 수 있다. On the other hand, the
집전체 층(300)은 구부릴 수 있는 알루미늄 박막이나 전도성 폴리머 필름 등으로 구성될 수 있다. 집전체 층(300)은 태양 전지 셀 유닛(100)과 리튬 이온 전지 유닛(200)에 공유될 수 있다. 집전체 층(300)이 태양 전지 셀 유닛(100)과 리튬 이온 전지 유닛(200)에 공유됨에 따라, 하이브리드 자가 충전 전지(10)는 별도의 복잡한 제어장치 없이 태양광을 이용한 자가 충전을 할 수 있다. 별도의 제어장치가 필요하지 않으므로, 하이브리드 자가 충전 전지(10)는 부피, 무게, 및 두께가 최소화되어 제공될 수 있다.The
리튬 이온 전지 유닛(200)은 제1 애노드 층(210), 제1 전해질 층(220), 제1 캐소드 층(230), 제1 전극층(240), 제2 애노드 층(250), 제2 전해질 층(260), 제2 캐소드 층(270), 제2 전극층(280), 및 봉지층(290)을 포함한다. The lithium
제1 애노드 층(210)은 집전체 층(300) 아래에 위치하고 집전체 층(300)과 전기적으로 연결된다. 제1 애노드 층(210) 아래에 제1 전해질 층(220)이 위치하고, 제1 전해질 층(220) 아래에 제1 캐소드 층(230)이 위치한다. 제1 캐소드 층(230) 아래에 제1 전극층(240)이 위치한다. 제1 전극층(240) 아래에 제2 애노드 층(250)이 위치하고, 제2 애노드 층(250) 아래에 제2 전해질 층(260)이 위치하고, 제2 전해질 층(260) 아래에 제2 캐소드 층(270)이 위치한다. 제2 캐소드 층(270) 아래에 제2 전극층(280)이 위치한다. 봉지층(290)은 제1 애노드 층(210), 제1 전해질 층(220), 제1 캐소드 층(230), 제1 전극층(240), 제2 애노드 층(250), 제2 전해질 층(260), 제2 캐소드 층(270), 및 제2 전극층(280)을 감싸도록 형성되어 외부로부터 리튬 이온 전지 유닛(200)의 내부를 보호하는 역할을 한다.The
제1 애노드 층(210), 제1 전해질 층(220), 및 제1 캐소드 층(230)은 제1 리튬 이온 전지 셀을 형성할 수 있다. 그리고 제2 애노드 층(250), 제2 전해질 층(260), 및 제2 캐소드 층(270)은 제2 리튬 이온 전지 셀을 형성할 수 있다. 제1 리튬 이온 전지 셀과 제2 리튬 이온 전지 셀 사이에 제1 전극층(240)이 위치하며, 제1 전극층(240)은 제1 리튬 이온 전지 셀과 제2 리튬 이온 전지 셀의 집전체로써 공유될 수 있다. 이와 같이, 리튬 이온 전지 유닛(200)은 2개의 리튬 이온 전지 셀이 적층된 바이폴라(bi-polar) 리튬 이온 전지로 구성될 수 있다.The
제2 전극층(280)은 태양 전지 셀 유닛(100)의 직렬로 연결된 복수의 단위 셀(110)의 타단에 전기적으로 연결된다. 제1 전극층(240)과 제2 전극층(280)은 구부릴 수 있는 알루미늄 박막이나 전도성 폴리머 필름 등으로 구성될 수 있다.The
제1 애노드 층(210), 제1 캐소드 층(230), 제2 애노드 층(250), 및 제2 캐소드 층(270)은 전극 혼합물 층을 포함할 수 있으며, 전극 혼합물 층은 전극 활물질, 도전재, 가교 고분자 매트릭스, 해리 가능한 염, 및 유기 용매를 포함할 수 있다. The
제1 전해질 층(220)과 제2 전해질 층(260)은 가교 고분자 매트릭스, 무기 입자, 해리 가능한 염, 및 유기 용매를 포함할 수 있다. The
가교 고분자 매트릭스가 제1 애노드 층(210), 제1 전해질 층(220), 제1 캐소드 층(230), 제2 애노드 층(250), 제2 전해질 층(260), 및 제2 캐소드 층(270) 모두에 포함되기 때문에, 전해질 층뿐만 아니라 전극 층도 인쇄 공정으로 제조될 수 있으며, 전극-전해질 층 간의 계면이 향상될 수 있다.A crosslinked polymer matrix is formed on the
제1 애노드 층(210), 제1 전해질 층(220), 제1 캐소드 층(230), 제2 애노드 층(250), 제2 전해질 층(260), 및 제2 캐소드 층(270)은 고체 상태(solid state)일 수 있다. 예를 들어, 제1 애노드 층(210), 제2 애노드 층(250), 제1 캐소드 층(230), 제2 캐소드 층(270)은 광가교 모노머를 경화시킨 가교 고분자 매트릭스에 전극 활물질 및 도전재가 도입되어 제조될 수 있다. 제1 전해질 층(220) 및 제2 전해질 층(260)은 광가교 모노머를 경화시킨 가교 고분자 매트릭스에 무기 입자와 액체 전해질이 도입되어 제조될 수 있다. The
제1 전해질 층(220) 및 제2 전해질 층(260)에서, 가교 고분자 매트릭스는 가교 가능한 모노머를 경화시켜 제조된 그물 구조의 고분자를 포함할 수 있다. 가교 고분자 매트릭스는 3차원의 망상 구조를 가질 수 있으며, 3차원 망상 구조에 나노 무기 입자가 충진될 수 있다. 나노 무기 입자들 사이에 공극이 생기고, 이러한 공극은 해리 가능한 염 및 유기 용매로 구성된 액체 전해질로 채워질 수 있으며, 리튬 이온이 이동하는 이동 통로로 제공될 수 있다. 액체 전해질은 고비점 액체 전해질일 수 있다.In the
이에 따라, 순차적인 인쇄(프린팅) 공정을 통해 제1 애노드 층(210), 제1 전해질 층(220), 및 제1 캐소드 층(230), 제2 애노드 층(250), 제2 전해질 층(260), 및 제2 캐소드 층(270)의 제조가 가능하다. 즉, 순차적인 인쇄(프린팅) 공정을 통해 제1 리튬 이온 전지 셀과 제2 리튬 이온 전지 셀을 제조할 수 있다. 또한, 제1 리튬 이온 전지 셀과 제2 리튬 이온 전지 셀의 각 층이 물리적으로 잘 결합될 수 있으며, 전극-전해질 층 간의 계면이 매우 안정적으로 형성될 수 있다. 그리고 제1 전해질 층(220) 및 제2 전해질 층(260)이 액체 전해질을 포함하고 있으므로, 제1 리튬 이온 전지 셀과 제2 리튬 이온 전지 셀은 별도의 추가적인 액체 전해질 및 분리막을 사용하지 않고 우수한 이온 전도도를 가질 수 있다.Accordingly, the
한편, 애노드 층(210, 250), 전해질 층(220, 260), 또는 캐소드 층(230, 270) 중에서 적어도 하나는 과충전 방지제를 포함할 수 있다. 과충전 방지제는 하이브리드 자가 충전 전지(10)가 과충전되는 것을 방지할 수 있다. At least one of the anode layers 210 and 250, the electrolyte layers 220 and 260, or the cathode layers 230 and 270 may include an overcharge inhibitor. The overcharge preventing agent can prevent the hybrid self-charging
과충전 방지제는 약 2V 이상의 전압 하에서 지속적인 산화 및 환원 반응이 가능한 것일 수 있다. 상기 전압 범위 내에서, 과충전 방지제는 반복적으로 산화 및 환원 반응을 통해 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 과충전을 지속적으로 막아, 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 안정적인 충방전이 가능하도록 할 수 있다.The overcharge inhibitor may be capable of continuous oxidation and reduction under a voltage of about 2 V or more. Within the above-mentioned voltage range, the overcharge protection agent repeatedly inhibits overcharging of the hybrid self-charging
예를 들어, 과충전 방지제는 10-메틸-페노사이아진(10-methyl-phenothiazine, MPT), 10-에틸-페노사이아진(10-ethyl-phenothiazine, EPT), 10-에틸-3-클로로-페노사이아진(10-ethyl-3-chloro-phenothiazine, 3-chloro-EPT), 10-아이소프로필-페노사이아진(10-isopropyl-phenothiazine, IPT), 또는 10-아세틸-페노사이아진(10-acetyl-phenothiazine, APT) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 과충전 방지제는 10-메틸-페노사이아진(10-methyl-phenothiazine, MPT)일 수 있다. For example, the overcharge inhibitor may be 10-methyl-phenothiazine (MPT), 10-ethyl-phenothiazine (EPT), 10-ethyl- 10-ethyl-3-chloro-phenothiazine, 3-chloro-EPT, 10-isopropyl-phenothiazine (IPT), or 10-acetyl-phenothiazine phenothiazine, APT). Specifically, the overcharge inhibitor may be 10-methyl-phenothiazine (MPT).
과충전 방지제는 약 0.01 내지 1.0 M 일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. The overcharge protection agent may be about 0.01 to 1.0 M. However, the present invention is not limited thereto.
가교 가능한 모노머는 아크릴레이트계 광가교 모노머, 이의 유도체, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나일 수 있다.The crosslinkable monomer may be at least one of an acrylate-based photo-crosslinking monomer, a derivative thereof, or a combination thereof.
예를 들어, 가교 가능한 모노머는 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(polyethyleneglycol diacrylate), 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(triethyleneglycol diacrylate), 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트(trimethylolpropaneethoxylate triacrylate), 비스페놀에이에톡시레이트 디메타아크릴레이트(Bisphenol A ethoxylate dimethacrylate), 이들의 유도체, 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나일 수 있다. 가교 고분자 매트릭스는 특히 가교 가능한 모노머를 광가교시켜 제조될 수 있으며, 이 경우 빠른 시간에 효율적으로 리튬 이온 전지 유닛(200)이 제조될 수 있다.For example, the crosslinkable monomer may be selected from the group consisting of polyethyleneglycol diacrylate, triethyleneglycol diacrylate, trimethylolpropaneethoxylate triacrylate, bisphenol ethoxylate dimethacrylate, Acrylate, bisphenol A ethoxylate dimethacrylate, derivatives thereof, or a mixture thereof. The crosslinked polymer matrix can be produced by photo-crosslinking a crosslinkable monomer, and in this case, the lithium
가교 고분자 매트릭스는 선형 고분자를 더 포함하여 반 상호 침투 망상 (semi-IPN) 구조를 가질 수 있다. 이러한 경우, 복합 전해질 및 복합 전극-복합 전해질 결합체는 우수한 유연성을 확보할 수 있다. 유연성이 개선된 고체 고분자 복합 전해질을 이차 전지에 도입하였을 때 굽힘(bending) 등의 응력에 강한 저항성을 보여 성능 저하 없이 정상적으로 이차 전지를 구동시킬 수 있다. 이러한 특성으로부터 다양한 형태의 플렉서블 이차 전지에 적용할 수 있는 가능성을 기대할 수 있다. The crosslinked polymer matrix may further include a linear polymer to have a semi-interpenetrating network (semi-IPN) structure. In this case, the composite electrolyte and the composite electrode-composite electrolyte combination can secure excellent flexibility. When the solid polymer composite electrolyte having improved flexibility is introduced into the secondary battery, the secondary battery exhibits a resistance to stress such as bending, so that the secondary battery can be normally driven without deteriorating performance. From these characteristics, the possibility of being applied to various types of flexible secondary batteries can be expected.
선형 고분자는 가교 가능한 모노머와 혼합이 쉽고 액체 전해질을 함유할 수 있는 능력이 큰 고분자가 바람직하다. 예를 들어, 선형 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Poly(vinylidene fluoride, PVdF), 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌(Poy(vinylidene fluoride)-co-hexafluoropropylene, PVdF-co-HFP), 폴리메틸메타아크릴레이트(Polymethylmethacryalte, PMMA), 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 폴리비닐아세테이트(Polyvinylacetate, PVA), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile, PAN), 폴레에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide, PEO), 이들의 유도체, 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나일 수 있다.The linear polymer is preferably a polymer that is easy to mix with the crosslinkable monomer and has a high ability to contain a liquid electrolyte. For example, the linear polymer may be selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinylidene fluoride (PVI) -co-hexafluoropropylene (PVdF-co-HFP) Polymers such as polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), polyvinylacetate (PVA), polyacrylonitrile (PAN), polyethylene oxide (PEO) Or a mixture thereof.
선형 고분자는 가교 고분자 매트릭스 총량에 대하여 약 1 중량% 내지 90 중량%, 예컨대 약 1 중량% 내지 80 중량%, 약 1 중량% 내지 70 중량%, 약 1 중량% 내지 60 중량%, 약 1 중량% 내지 50 중량%, 약 1 중량% 내지 40 중량%, 또는 약 1 중량% 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 즉, 가교 가능한 고분자와 선형 고분자는 99:1 내지 10:90의 범위로 혼합될 수 있다. 선형 고분자가 상기 범위로 포함될 경우, 가교 고분자 매트릭스는 적절한 기계적 강도를 유지하면서 유연성을 확보할 수 있다. The linear polymer may be present in an amount of from about 1% to about 90%, such as from about 1% to about 80%, from about 1% to about 70%, from about 1% to about 60% To about 50 wt%, about 1 wt% to 40 wt%, or about 1 wt% to 30 wt%. That is, the cross-linkable polymer and the linear polymer may be mixed in the range of 99: 1 to 10: 90. When the linear polymer is included in the above range, the crosslinked polymer matrix can maintain flexibility while maintaining proper mechanical strength.
하이브리드 자가 충전 전지(10)는 대략 0.13cm의 두께를 가질 수 있으며, 이튬 이온 전지 유닛(200)은 대략 0.03cm의 두께를 가질 수 있다. 이러한 하이브리드 자가 충전 전지(10)는 플렉서블(flexible)한 것일 수 있다. 하이브리드 자가 충전 전지(10)가 대략 10 내지 10000 ㎛ 범위 내의 두께를 가지는 경우, 플렉서블 특성을 만족시킬 수 있다. 두께가 얇을수록 플렉서블 특성에 유리할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The hybrid self-charging
하이브리드 자가 충전 전지(10)는 가교 고분자 매트릭스를 포함함으로써 우수한 기계적 물성을 보유할 수 있으며, 이를 플렉서블 전기화학 소자에 적용하였을 때 다양한 외력에 의한 형태 변형에도 안정적인 전지 성능을 구현할 수 있고 전기 화학 소자의 형태 변형으로부터 유발될 수 있는 전지 발화, 폭발 등의 위험을 억제시킬 수 있다.The hybrid self-charging
가교 고분자 매트릭스는 애노드 층(210, 250), 캐소드 층(230, 270), 및 전해질 층(220, 260)의 총량에 대하여 약 1 중량% 내지 80 중량%, 예컨대 1 중량% 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 가교 고분자 매트릭스가 상기 범위로 포함될 경우, 전기화학소자의 성능과 제조 과정의 용이성이 도모될 수 있다.The crosslinked polymer matrix may be present in an amount of from about 1% to 80%, such as from 1% to 30% by weight, based on the total amount of the anode layers 210,250, the cathode layers 230,270 and the electrolyte layers 220,260. . When the crosslinked polymer matrix is included in the above range, the performance of the electrochemical device and the ease of the manufacturing process can be improved.
무기 입자는 전해질 층(220, 260)의 점도 등 유변학적 특성을 제어함으로써 프린팅이 가능하도록 할 수 있다. 무기 입자는 구체적으로 SiO2, Al2O3, TiO2, BaTiO3, Li2O, LiF, LiOH, Li3N, BaO, Na2O, Li2CO3, CaCO3, LiAlO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, SiC, 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 일 예로 무기 입자는 SiO2, TiO2, Al2O3, ZrO2, BaTiO3, 또는 이들의 조합일 수 있다.The inorganic particles can be printed by controlling the rheological properties such as the viscosity of the electrolyte layers 220 and 260. Inorganic particles, specifically SiO 2, Al 2 O3, TiO 2,
무기 입자는 유기 용매와 친화성이 높을 뿐 아니라 열적으로도 매우 안정하여 리튬 이온 전지 유닛(200) 및 이를 포함하는 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다. The inorganic particles have high affinity with an organic solvent and are also very thermally stable, so that the thermal stability of the lithium
무기 입자의 평균 직경은 약 0.001 ㎛ 내지 10 ㎛, 예컨대 약 0.01 ㎛ 내지 10㎛, 약 0.1 ㎛ 내지 10㎛, 약 0.001 ㎛ 내지 5㎛, 약 0.001 ㎛ 내지 1㎛, 약 0.001 ㎛ 내지 0.5㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 0.5㎛, 약 0.1 ㎛ 내지 0.5㎛일 수 있다. 상기 범위를 만족할 경우 하이브리드 자가 충전 전지(10)는 우수한 기계적 강도 및 안정성을 구현할 수 있다.The average diameter of the inorganic particles may be in the range of about 0.001 탆 to 10 탆, such as about 0.01 탆 to 10 탆, about 0.1 탆 to 10 탆, about 0.001 탆 to 5 탆, about 0.001 탆 to 1 탆, 0.01 탆 to 0.5 탆, and about 0.1 탆 to 0.5 탆. When the above range is satisfied, the hybrid self-charging
또한, 무기 입자는 균일한 입경을 가진 것들을 사용할 수 있다. The inorganic particles may be those having a uniform particle size.
무기 입자는 전해질 층(220, 260)의 고체 고분자 전해질 총량에 대하여 약 1 중량% 내지 90 중량%, 예컨대 약 10 중량% 내지 90 중량%, 약 20 중량% 내지 90 중량%, 약 30 중량% 내지 90 중량%, 약 40 중량% 내지 90 중량%, 약 50 중량% 내지 90 중량%, 약 60 중량% 내지 90 중량%일 수 있다. 무기 입자가 상기 범위만큼 포함될 경우, 전해질 층(220, 260)의 고체 고분자 전해질은 적절한 점도를 가질 수 있고 프린팅이 가능하며 우수한 분산도를 가질 수 있다. The inorganic particles may be present in an amount of from about 1% to about 90%, such as from about 10% to about 90%, from about 20% to about 90%, from about 30% to about 90% 90 wt%, about 40 wt% to 90 wt%, about 50 wt% to 90 wt%, and about 60 wt% to 90 wt%. When the inorganic particles are included in the above range, the solid polymer electrolyte of the electrolyte layers 220 and 260 can have an appropriate viscosity, can be printed, and can have excellent dispersion.
해리 가능한 염은 예를 들어 리튬염일 수 있다. 이는 유기 용매에 해리되어 소자 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하고 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 한다.The dissociable salt may be, for example, a lithium salt. This dissociates into an organic solvent, acts as a source of lithium ions in the device, and promotes migration of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode.
해리 가능한 염으로는 예컨대, 리튬헥사플루오르포스페이트(LiPF6), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬헥사플루오르안티모네이트(LiSbF6), 리튬헥사플루오르아세네이트 (LiAsF6), 리튬디플루오르메탄설포네이트(LiC4F9SO3), 과염소산리튬(LiClO4), 리튬알루미네이트(LiAlO2), 리튬테트라클로로알루미네이트(LiAlCl4), 염화리튬(LiCl), 요오드화리튬(LiI), 리튬 비스옥살레이토 보레이트(LiB(C2O4)2), 리튬트리플루오로 메탄설포닐이미드(LiN(CxF2x +1SO2)(CyF2y +1SO2))(여기서, x 및 y는 자연수임), 이들의 유도체, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.Examples of dissociable salts include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroantimonate (LiSbF 6 ), lithium hexafluoroacetate (LiAsF 6 ), lithium difluoride (LiC 4 F 9 SO 3 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium aluminate (LiAlO 2 ), lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ), lithium chloride (LiCl), lithium iodide bis oxalate reyito borate (LiB (C 2 O 4) 2), lithium tri-methanesulfonyl imide fluoro (LiN (CxF 2x +1 SO 2 ) (C y F 2y +1 SO 2)) ( wherein, x and y is a natural number), derivatives thereof, or mixtures thereof.
해리 가능한 염의 유기 용매에 대한 농도는 약 0.1M 내지 2.0M일 수 있다. 이 경우 전해질 층(220, 260)의 고체 고분자 전해질은 적절한 적도도 및 점도를 가질 수 있고 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The concentration of the dissociable salt for the organic solvent may be about 0.1M to 2.0M. In this case, the solid polymer electrolyte of the electrolyte layers 220 and 260 can have appropriate equality and viscosity, and the lithium ions can effectively move.
유기 용매는 가교 고분자 매트릭스와 무기 입자 사이의 공극에 함침되어 존재할 수 있다. 유기 용매는 고비점(high boiling point) 액체 전해질일 수 있으며, 소자의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다.The organic solvent may be impregnated in the pores between the crosslinked polymer matrix and the inorganic particles. The organic solvent may be a high boiling point liquid electrolyte and serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the device can move.
유기 용매로는 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매, 에테르계 용매, 케톤계 용매, 알코올계 용매, 또는 비양성자성 용매 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. As the organic solvent, a carbonate-based solvent, an ester-based solvent, an ether-based solvent, a ketone-based solvent, an alcohol-based solvent, or an aprotic solvent may be used.
카보네이트계 용매로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있다.Examples of the carbonate solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), methyl ethyl carbonate (MEC) ), Propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and the like.
에스테르계 용매로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 1,1-디메틸에틸 아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, γ-부티로락톤, 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤, 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone) 등이 사용될 수 있다. Examples of the ester solvents include methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, 1,1-dimethyl ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate,? -Butyrolactone, decanolide, Mevalonolactone, caprolactone, and the like can be used.
에테르계 용매로는 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있으며, 상기 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있다. Examples of the ether solvent include dibutyl ether, tetraglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran and the like. As the ketone solvent, cyclohexanone and the like can be used .
알코올계 용매로는 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있으며, 상기 비양성자성 용매로는 R-CN(R은 C2 내지 C20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류 디메틸포름아미드 등의 아미드류, 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류, 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다.As the alcoholic solvent, ethyl alcohol, isopropyl alcohol and the like can be used. As the aprotic solvent, R-CN (R is a linear, branched or cyclic hydrocarbon group of C 2 to C 20 , A double bond aromatic ring or an ether bond), amides such as dimethylformamide, dioxolanes such as 1,3-dioxolane, and sulfolanes.
유기 용매는 구체적으로, 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 감마-부틸로락톤(g-butylrolactone) 등과 같은 환형의 카보네이트계 용매일 수 있다. 또한, 유기 용매는 에틸렌 글리콜 디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether) 등과 같은 글림(glyme) 용매일 수 있다. The organic solvent may specifically be a cyclic carbonate-based solvent such as ethylene carbonate, propylene carbonate, g-butylrolactone or the like. In addition, the organic solvent may be used for glyme such as ethylene glycol dimethyl ether or the like.
유기 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 이는 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 널리 이해될 수 있다. The organic solvent may be used singly or in combination of one or more. If one or more of the organic solvents are used in combination, the mixing ratio may be appropriately adjusted depending on the performance of the desired cell, and this can be widely understood by those skilled in the art .
투명 보호층(130)을 통해 태양광이 복수의 단위 셀(110)에 조사되면, n형 반도체(111)에서 전자(-)가 연결 전극(120) 측으로 이동하고, p형 반도체(112)에서 정공(+)이 연결 전극(120) 측으로 이동하게 되어 복수의 단위 셀(110)에 전류가 흐르게 된다. 복수의 단위 셀(110)에 흐르는 전류는 집전체 층(300)과 제2 전극층(280)을 통해 리튬 이온 전지 유닛(200)으로 흐르게 되고, 리튬 이온 전지 유닛(200)을 충전시킬 수 있다. 리튬 이온 전지 유닛(200)에 충전된 전력은 부하(load)에 의해 방전될 수 있다. When solar light is irradiated to the plurality of
이하, 도 3 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 특성을 실험한 결과에 대하여 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 3 to FIG. 13, a description will be given of the results of experiments on the characteristics of the hybrid self-charging
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 충방전 특성과 단일 스택의 리튬 이온 전지의 충방전 특성을 비교하기 위한 그래프이다.3 is a graph for comparing the charging / discharging characteristics of a hybrid self-charging battery and the charging / discharging characteristics of a single stacked lithium ion battery according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지(10)는 2개의 리튬 이온 전지 셀이 적층된 바이폴라 리튬 이온 전지를 포함함에 따라 면적당 용량(areal capacity)에 대한 전압(voltage)이 대략 4.5V 이상이 되었다. 반면, 리튬 이온 전지 셀을 하나로 구성하는 경우에는 면적당 용량에 대한 전압이 대략 2.5V 이었다. 이와 같이, 하이브리드 자가 충전 전지(10)가 2개의 리튬 이온 전지 셀이 적층된 바이폴라 리튬 이온 전지를 포함함으로써 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 충방전 성능이 향상됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, a hybrid self-charging
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 개방 회로 전압의 시간 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing a result of measuring a change over time of an open-circuit voltage of a hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 하이브리드 자가 충전 전지(10)를 5.4V로 완전히 충전한 후 개방 회로 전압(OCV)의 시간 변화를 측정한 결과이다. 일반적인 리튬 이온 전지(LIB)를 5.4V로 완전히 충전한 후 개방 회로 전압의 시간 변화와 마찬가지로, 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 개방 회로 전압이 떨어지지 않고 5.4V로 유지됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, the result of measuring the change of the open-circuit voltage (OCV) over time after fully charging the hybrid self-charging
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 충방전 횟수에 따른 충방전 특성을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 5 is a graph illustrating the results of measurement of charging / discharging characteristics according to the number of charge / discharge cycles of a hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 하이브리드 자가 충전 전지(10)를 1.0C의 전류로 충방전을 1회, 100회, 및 200회 수행하였을 때의 면적당 용량에 대한 전압을 측정한 결과이다. 하이브리드 자가 충전 전지(10)가 200회 이상 충방전이 가능한 안정적인 특성을 가짐을 알 수 있다. Referring to FIG. 5, the result of measuring the voltage with respect to the capacity when the hybrid self-charging
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지에서 태양 전지 셀 유닛에 포함되는 단위 셀의 개수에 대한 개방 회로 전압 및 전력을 측정할 결과를 나타내는 그래프이다.6 is a graph illustrating a result of measuring the open circuit voltage and power with respect to the number of unit cells included in the solar cell unit in the hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 태양 전지 셀 유닛(100)에 포함되는 단위 셀(mini cells)(110)의 개수가 증가할수록 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 개방 회로 전압과 전력이 선형적으로 증가함을 알 수 있다. 따라서, 태양 전지 셀 유닛(100)을 사용하고자 하는 기기의 전격 전압에 대응하여 하이브리드 자가 충전 전지(10)에 포함되는 단위 셀(110)의 개수를 선형적으로 결정함으로써, 다양한 기기에 사용될 수 있는 하이브리드 자가 충전 전지(10)를 제조할 수 있다.Referring to FIG. 6, as the number of the mini-cells 110 included in the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 충방전에 따른 전압 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing a result of measuring a voltage change due to charging / discharging of a hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 태양광 하에서 대략 40초 만에 리튬 이온 전지 유닛(200)의 5.4V의 충전 전압에 도달하였으며, 리튬 이온 전지 유닛(200)의 충전 용량의 대략 30%까지 충전되었다. 그리고 리튬 이온 전지 유닛(200)을 1.0C의 전류로 방전할 때 대략 15분 이상 이용 가능한 전류가 출력되었다. 이와 같이, 하이브리드 자가 충전 전지(10)는 태양광 하에서 고속 충전이 가능하고, 충전 시간에 대비하여 긴 시간 동안 전류를 출력할 수 있다. Referring to FIG. 7, the charging voltage of 5.4 V of the lithium
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 충방전 횟수에 따른 충전 효율 및 광전 변환의 저장 효율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing the results of measurement of the charging efficiency and the storage efficiency of the photoelectric conversion according to the number of charge / discharge cycles of the hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 충방전을 100회 이상 수행하더라도 충전 효율 및 광전 변환의 저항 효율의 거의 일정하게 유지되는 것을 볼 수 잇다. 즉, 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 전기 화학적 성능은 100회 이상의 충방전시에도 유지될 수 있다.Referring to FIG. 8, it can be seen that the charging efficiency and the resistance efficiency of the photoelectric conversion are maintained substantially constant even if the hybrid self-charging
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 광충전 시간에 대한 충전율 및 광전 변환의 저장 효율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing a result of measuring the filling efficiency and the photoelectric conversion storage efficiency versus the light charging time of the hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 태양광의 조사 시간에 따라 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 충전 용량이 증가하였으며, 대략 2분만에 충전 용량이 100%에 도달하였다. 이와 같이, 하이브리드 자가 충전 전지(10)는 태양광 하에서 고속 충전이 가능하다. Referring to FIG. 9, the charging capacity of the hybrid self-charging
이와 같이, 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 고속 충전 기능은 다양한 IoT 기술에 응용될 수 있다. 예를 들어, 대략 0.13cm의 두께를 가지는 하이브리드 자가 충전 전지(10)는 스마트카드의 보조 전력으로 사용될 수 있다. 대략 20초 동안 빛 노출을 통해 생산된 전력을 스마트카드에 사용할 수 있다. As described above, the fast charging function of the hybrid self-charging
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 태양광 충전 후 암전 상태에서의 방전 특성을 평가한 결과를 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing a result of evaluating discharge characteristics of a hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention in a dark state after solar charging.
도 10을 참조하면, 태양광 하에서 하이브리드 자가 충전 전지(10)를 완전히 충전한 후 0.5C의 전류, 1.0C의 전류, 3.0C의 전류, 5.0C의 전류로 방전하는 경우의 면적당 용량에 대한 전압을 측정한 결과이다. 하이브리드 자가 충전 전지(10)는 일반적인 리튬 이온 전지의 방전 특성과 유시한 특성을 보인다. 10, when the hybrid self-charging
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 태양광 인가한 상태에서의 방전 특성을 평가한 결과를 나타내는 그래프이다.11 is a graph showing a result of evaluating discharge characteristics of a hybrid self-rechargeable battery according to an embodiment of the present invention in a state where solar light is applied.
도 11을 참조하면, 하이브리드 자가 충전 전지(10)는 태양광 하에서 충전과 동시에 기기에 전력을 공급할 수 있다. 태양광 하에 태양 전지 셀 유닛(100)은 대략 20C (14mA/cm2)의 전류를 생성할 수 있다. 하이브리드 자가 충전 전지(10)가 20C의 전류로 기기에 전력을 공급하는 경우, 하이브리드 자가 충전 전지(10)는 대략 5.1V의 출력 전압으로 무한한 방전 가능 시간(tDch) 동안 전력을 공급할 수 있다. Referring to FIG. 11, the hybrid self-charging
하이브리드 자가 충전 전지(10)는 30C, 48C, 60C의 전류로 기기에 전력을 공급할 수 있으며, 이러한 경우 각각 1800초, 90초, 23초의 방전 가능 시간(tDch) 동안 전력을 공급할 수 있다. 이와 같이, 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 고출력 및 고속 방전이 가능하다. 이는 태양광 하에서 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 내부 저항이 감소하기 때문이다.The hybrid self-charging
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 내부 저항을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.12 is a graph showing a result of measuring internal resistance of a hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 방전 저항 밀도에 대한 전압 강하를 측정하여 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 내부 저항을 측정할 수 있다. 태양광이 없는 어두운 환경에서 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 내부 저항은 대략 23.2옴인 반면, 태양광 하에서 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 내부 저항은 대략 7.0옴으로 측정되었다. Referring to FIG. 12, the internal resistance of the hybrid self-charging
이와 같이, 태양광 하에서 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 내부 저항이 감소하기 때문에 태양광 하에서 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 고출력 및 고속 방전이 가능하다.As described above, since the internal resistance of the hybrid self-charging
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 출력 밀도와 에너지 밀도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.13 is a graph showing a result of measuring the output density and energy density of a hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
도 13을 참조하면, 태양광이 없는 어두운 환경과 태양광 하의 환경에서 하이브리드 자가 충전 전지(10)에 포함된 리튬 이온 전지 유닛(200)의 출력 밀도와 에너지 밀도를 나타낸 라곤 도표(ragone plot)이다. 태양광 하에서 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 출력 밀도와 에너지 밀도가 현저히 향상됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 13, a ragone plot showing the output density and energy density of the lithium
이에 따라, 하이브리드 자가 충전 전지(10)는 태양광 하에서 고출력을 요구하는 전자 기기의 요구 조건을 충족시킬 수 있을 것이다. 예를 들어, 하이브리드 자가 충전 전지(10)는 태양광 하에서 높은 출력 밀도와 에너지 밀도로 스마트 폰을 구동할 수도 있다. Accordingly, the hybrid self-charging
이하, 도 14 내지 도 18을 참조하여 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 제조 방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing the hybrid self-charging
도 14 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자가 충전 전지의 제조 방법을 나타내는 도면이다.14 to 18 are views showing a method of manufacturing a hybrid self-charging battery according to an embodiment of the present invention.
도 14에 도시한 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(Si wafer)(113a)의 일면에 복수의 n형 반도체(111)와 복수의 p형 반도체(112)를 형성한다. 실시예에 따라, 복수의 n형 반도체(111)와 복수의 p형 반도체(112)의 표면에는 접촉 저항을 낮추기 위하여 전도성이 우수한 알루미늄 등의 도전층(미도시)이 형성될 수 있다.A plurality of n-
복수의 n형 반도체(111)와 복수의 p형 반도체(112)가 형성된 실리콘 웨이퍼(113a)의 일면에 도 15에 도시한 바와 같이 지지 테이프(151)를 부착한다. 지지 테이프(151)는 복수의 n형 반도체(111)와 복수의 p형 반도체(112)가 형성된 면에 부착될 수 있다. 지지 테이프(151)는 이후에 수행할 다이싱(dicing) 공정에서 복수의 단위 셀(110)이 분리되지 않도록 지지하는 역할을 한다. 지지 테이프(151)는 광 경화에 의해 제거될 수 있는 소재로 마련될 수 있다.A supporting
도 15에 도시한 바와 같이, 다이싱 공정에 의해 지지 테이프(151)가 부착된 웨이퍼(113a)는 단위 셀(110) 단위로 절단된다. 이에 따라, n형 반도체(111), p형 반도체(112), 및 도전층(113)을 포함하는 복수의 단위 셀(110)이 형성될 수 있다. 즉, 다이싱 공정에 의해 복수의 단위 셀(110)이 서로 분리되어 형성될 수 있다. As shown in Fig. 15, the
도 16에 도시한 바와 같이, 복수의 단위 셀(110) 위에 투명 보호층(130)을 형성한다. 복수의 단위 셀(110) 위에 광 경화가 가능한 용액을 코팅한 후 광 경화시킴으로써 투명 보호층(130)을 형성할 수 있다. 투명 보호층(130)은 복수의 단위 셀(110) 사이의 공간을 채워서 이후의 공정에서 n형 반도체(111)와 p형 반도체(112) 측의 평탄면을 제공하고, 서로 분리된 복수의 단위 셀(110)을 고정시키는 역할을 할 수 있다.As shown in FIG. 16, a transparent
도 17에 도시한 바와 같이, 지지 테이프(151)를 광 경화시켜 제거한다.As shown in Fig. 17, the
도 18에 도시한 바와 같이, 복수의 단위 셀(110)을 서로 연결하는 연결 전극(120)을 형성한다. 연결 전극(120)은 복수의 n형 반도체(111)와 복수의 p형 반도체(112)가 형성된 면에 쉐도우 마스크(shadow mask)(160)를 이용하여 증착될 수 있다. 어느 하나의 단위 셀(110)의 n형 반도체(111)와 다른 하나의 단위 셀(110)의 p형 반도체(112)를 연결하도록 형성될 수 있다. 연결 전극(120)은 복수의 단위 셀(110)을 직렬로 연결하도록 형성될 수 있다. As shown in FIG. 18, a
이후, 연결 전극(120) 상에 도 1에 상술한 절연층(140)을 형성하여 태양 전지 셀 유닛(100)을 만들 수 있다. Then, the insulating
이와 같이, 준비된 태양 전지 셀 유닛(100)의 일면에 집전체 층(300)을 형성할 수 있다. 집전체 층(300)을 형성할 때 복수의 단위 셀(110)의 일단과 집전체 층(300)을 전기적으로 연결할 수 있다. 집전체 층(300)은 구부릴 수 있는 알루미늄 박막이나 전도성 폴리머 필름 등으로 구성될 수 있다. 집전체 층(300)은 태양 전지 셀 유닛(100)과 리튬 이온 전지 유닛(200)에 공유된다. In this way, the
집전체 층(300) 상에 가교 가능한 모노머를 포함하는 전극 활물질 혼합물을 코팅하여 제1 애노드 층(210)을 형성할 수 있다. 그리고 제1 애노드 층(210) 위에 가교 가능한 모노머를 포함하는 전해질 혼합물을 코팅하여 제1 전해질 층(220)을 형성할 수 있다. 그리고 제1 전해질 층(220) 위에 가교 가능한 모노머를 포함하는 전극 활물질 혼합물을 코팅하여 제1 캐소드 층(230)을 형성할 수 있다. 제1 애노드 층(210), 제1 전해질 층(220), 및 제1 캐소드 층(230)은 순차적인 인쇄(프린팅) 공정을 통해 형성될 수 있다. 제1 애노드 층(210), 제1 전해질 층(220), 및 제1 캐소드 층(230)은 제1 리튬 이온 전지 셀을 형성할 수 있다.The
제1 캐소드 층(230) 상에 제1 전극층(240)을 형성할 수 있다. 제1 전극층(240)은 구부릴 수 있는 알루미늄 박막이나 전도성 폴리머 필름 등으로 구성될 수 있다.The
제1 전극층(240) 상에 가교 가능한 모노머를 포함하는 전극 활물질 혼합물을 코팅하여 제2 애노드 층(250)을 형성할 수 있다. 그리고 제2 애노드 층(250) 위에 가교 가능한 모노머를 포함하는 전해질 혼합물을 코팅하여 제2 전해질 층(260)을 형성할 수 있다. 그리고 제2 전해질 층(260) 위에 가교 가능한 모노머를 포함하는 전극 활물질 혼합물을 코팅하여 제2 캐소드 층(270)을 형성할 수 있다. 제2 애노드 층(250), 제2 전해질 층(260), 및 제2 캐소드 층(270)은 순차적인 인쇄(프린팅) 공정을 통해 형성될 수 있다. 제2 애노드 층(250), 제2 전해질 층(260), 및 제2 캐소드 층(270)은 제2 리튬 이온 전지 셀을 형성할 수 있다.The
제2 캐소드 층(270) 상에 제2 전극층(280)을 형성할 수 있다. 제2 전극층(280)은 구부릴 수 있는 알루미늄 박막이나 전도성 폴리머 필름 등으로 구성될 수 있다. The
그리고 제1 애노드 층(210), 제1 전해질 층(220), 제1 캐소드 층(230), 제1 전극층(240), 제2 애노드 층(250), 제2 전해질 층(260), 제2 캐소드 층(270), 및 제2 전극층(280)을 감싸도록 봉지층(290)은 형성할 수 있다. 봉지층(290)은 외부 충격, 오염 물질, 수분이나 공기 등에 의해 리튬 이온 전지 유닛(200)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.The
이상, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 실시예의 특징들은 도 14 내지 도 18의 하이브리드 자가 충전 전지(10)의 제조 방법에 모두 적용될 수 있으므로, 도 1 및 도 2에서 설명한 실시예의 특징들에 대한 설명은 생략한다.The features of the embodiment described with reference to Figs. 1 and 2 can be applied to all the methods of manufacturing the hybrid self-charging
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are illustrative and explanatory only and are intended to be illustrative of the invention and are not to be construed as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims. It is not. Therefore, those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
10: 하이브리드 자가 충전 전지
100: 태양 전지 셀 유닛
110: 단위 셀
200: 리튬 이온 전지 유닛
300: 집전체 층10: Hybrid self-charging battery
100: Solar cell unit
110: unit cell
200: Lithium ion battery unit
300: collector layer
Claims (28)
상기 태양 전지 셀 유닛을 준비하는 단계;
상기 태양 전지 셀 유닛의 일면에 집전체 층을 형성하는 단계;
상기 집전체 층 상에 상기 제1 리튬 이온 전지 셀을 형성하는 단계;
상기 제1 리튬 이온 전지 셀 상에 제1 전극층을 형성하는 단계; 및
상기 제1 전극층 상에 상기 제2 리튬 이온 전지 셀을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 태양 전지 셀 유닛을 준비하는 단계는,
실리콘 웨이퍼의 일면에 복수의 n형 반도체 및 복수의 p형 반도체를 형성하는 단계;
상기 실리콘 웨이퍼의 일면에 지지 테이프를 부착하는 단계; 및
상기 실리콘 웨이퍼를 상기 n형 반도체 및 상기 p형 반도체를 포함하는 단위 셀 단위로 절단하여 복수의 단위 셀로 분리하는 단계를 포함하는 하이브리드 자가 충전 전지의 제조 방법.A hybrid self-charging battery comprising a solar cell unit, a first lithium ion battery cell sharing a current collector with the solar cell unit, and a second lithium ion battery cell sharing a current collector with the first lithium ion battery cell, In the production method of the present invention,
Preparing the solar cell unit;
Forming a current collector layer on one surface of the solar cell unit;
Forming the first lithium ion battery cell on the current collector layer;
Forming a first electrode layer on the first lithium ion battery cell; And
And forming the second lithium ion battery cell on the first electrode layer,
Wherein the step of preparing the solar cell unit comprises:
Forming a plurality of n-type semiconductors and a plurality of p-type semiconductors on one surface of a silicon wafer;
Attaching a supporting tape to one surface of the silicon wafer; And
And cutting the silicon wafer into unit cell units including the n-type semiconductor and the p-type semiconductor and separating the unit wafer into a plurality of unit cells.
상기 태양 전지 셀 유닛을 준비하는 단계는,
상기 복수의 단위 셀 위에 투명 보호층을 형성하는 단계; 및
상기 지지 테이프를 광 경화시켜 제거하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 자가 충전 전지의 제조 방법.24. The method of claim 23,
Wherein the step of preparing the solar cell unit comprises:
Forming a transparent protective layer on the plurality of unit cells; And
Further comprising the step of photo-curing the support tape to remove the support tape.
상기 태양 전지 셀 유닛을 준비하는 단계는,
상기 복수의 n형 반도체 및 상기 복수의 p형 반도체가 형성된 면에 쉐도우 마스크를 이용하여 연결 전극을 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 연결 전극은 어느 하나의 단위 셀의 n형 반도체와 다른 하나의 단위 셀의 p형 반도체를 연결하도록 형성되는 하이브리드 자가 충전 전지의 제조 방법.26. The method of claim 25,
Wherein the step of preparing the solar cell unit comprises:
Further comprising forming a connecting electrode on the surface of the plurality of n-type semiconductors and the plurality of p-semiconductors using a shadow mask,
Wherein the connection electrode is formed to connect an n-type semiconductor of one unit cell and a p-type semiconductor of another unit cell.
상기 제1 리튬 이온 전지 셀을 형성하는 단계는,
제1 애노드 층, 제1 전해질 층, 및 제1 캐소드 층을 순차적인 인쇄 공정으로 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 애노드 층, 상기 제1 전해질 층, 및 상기 제1 캐소드 층은 가교 가능한 모노머를 포함하는 하이브리드 자가 충전 전지의 제조 방법.26. The method of claim 25,
Wherein forming the first lithium ion battery cell comprises:
Forming a first anode layer, a first electrolyte layer, and a first cathode layer in a sequential printing process,
Wherein the first anode layer, the first electrolyte layer, and the first cathode layer comprise crosslinkable monomers.
상기 제2 리튬 이온 전지 셀을 형성하는 단계는,
제2 애노드 층, 제2 전해질 층, 및 제2 캐소드 층을 순차적인 인쇄 공정으로 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제2 애노드 층, 상기 제2 전해질 층, 및 상기 제2 캐소드 층은 가교 가능한 모노머를 포함하는 하이브리드 자가 충전 전지의 제조 방법.26. The method of claim 25,
Wherein forming the second lithium ion battery cell comprises:
Forming a second anode layer, a second electrolyte layer, and a second cathode layer in a sequential printing process,
Wherein the second anode layer, the second electrolyte layer, and the second cathode layer comprise crosslinkable monomers.
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