KR101937922B1

KR101937922B1 - Sodium-sulfur rechargeable battery

Info

Publication number: KR101937922B1
Application number: KR1020120089144A
Authority: KR
Inventors: 박순홍; 정기영; 박윤철
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2012-08-14
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2019-01-14
Also published as: KR20140022687A

Abstract

전지의 안전성을 보다 높일 수 있고, 긴급 상황 발생시 전지 내부에서 나트륨을 제거하여 나트륨과 황의 반응을 최소화할 수 있도록, 유황이 수용되는 양극실과, 나트륨이 수용되는 음극실, 양극실과 음극실 사이에 설치되어 나트륨 이온만을 선택적으로 이동시키는 고체전해질을 포함하여 충방전이 이루어지는 전지부와, 상기 음극실과 연결되어 음극실 내의 나트륨을 선택적으로 제거하는 나트륨 제거부를 포함하는 나트륨 유황 전지를 소개한다.An anode chamber in which sulfur is contained, a cathode chamber in which sodium is accommodated, a cathode chamber in which an anode is accommodated, an anode chamber in which a cathode is accommodated, and a cathode chamber in order to minimize the reaction of sodium and sulfur, And a sodium eliminator connected to the cathode compartment to selectively remove sodium in the cathode compartment. The present invention relates to a sodium-sulfur battery, and more particularly, to a sodium-sulfur battery including a solid electrolyte which selectively transfers only sodium ions.

Description

[0001] SODIUM-SULFUR RECHARGEABLE BATTERY [0002]

본 발명은 나트륨 유황 전지에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 안전성을 높인 나트륨 유황 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a sodium sulfur battery. More particularly, the present invention relates to a sodium sulfur battery having enhanced safety.

일반적으로, 나트륨 유황 전지는 에너지 밀도 및 충방전 효율이 높고 자기 방전이 없으며 불규칙적인 충방전에도 성능의 저하가 없는 특성으로, 대용량 전력 저장용 전지로써 개발되고 있다.Generally, a sodium-sulfur battery is developed as a large-capacity power storage battery because of its high energy density, charge / discharge efficiency, self-discharge, and irregular charge / discharge characteristics.

나트륨 유황 전지는 음극으로 나트륨(Na)을 사용하고, 양극으로 유황(S)을 사용하며, 전해질로 나트륨이온 전도성을 갖는 고체전해질의 베타알루미나 세라믹을 사용한다. 나트륨 유황 전지는 전해질관 및 전해질관을 둘러싸는 양극용기를 포함한다. 상기 전해질관은 나트륨 이온만을 통과시키는 성질을 가진 베타알루미나 세라믹을 튜브 형태로 제조한 구조이다. 상기 전해질관의 내부는 나트륨으로 채워지고, 전해질관과 양극용기 사이에는 유황과 탄소펠트가 위치한다. 이에 나트륨 이온이 전해질관인 베타알루미나를 거쳐 음극과 양극간을 이동함으로써 충방전이 이루어진다.Sodium sulfur batteries use sodium alumina (Na) as the cathode, sulfur (S) as the anode, and beta-alumina ceramics of the solid electrolyte having sodium ion conductivity as the electrolyte. The sodium sulfur battery includes an anode tube enclosing an electrolyte tube and an electrolyte tube. The electrolyte tube has a structure in which a beta-alumina ceramic having a property of passing only sodium ions is formed in a tube shape. The inside of the electrolyte tube is filled with sodium, and sulfur and carbon felt are placed between the electrolyte tube and the positive electrode container. The sodium ion is transferred between the cathode and the anode through the beta alumina, which is an electrolytic tube, to charge and discharge the battery.

나트륨 유황 전지는 구동 중 전해질관이 파손되는 경우, 양극의 유황이 전해질관의 파손 부위를 통해 음극으로 흘러 들어감으로써, 음극의 나트륨과 접촉되어 급격한 화학반응을 일으키게 된다.In the case of sodium sulfur battery, when the electrolytic tube is broken during operation, the sulfur of the anode flows into the cathode through the breakage portion of the electrolytic tube, and thereby contacts with the sodium of the cathode to cause a rapid chemical reaction.

나트륨과 유황은 접촉시 나트륨화 황화물을 생성하게 된다. 황화물 형성 반응은 엔탈피변화가 300℃에서 약 -380 ~ -470KJ/mole의 값을 갖는 발열반응이다. 이에 양극의 유황이 음극의 나트륨과 다량 반응시 전지가 화재 또는 폭발될 위험이 있다. 나트륨 유황 전지는 최고 약 700 ~ 800g의 나트륨을 전지내에 담고 있어서 모든 나트륨과 유황이 반응한다고 가정하였을 때 최고 약 6 ~ 7MJ의 에너지를 발산하며 전지의 온도는 순간적으로 1000℃ 이상으로 상승하게 된다.Sodium and sulfur will produce sodium sulphide upon contact. The sulfide formation reaction is an exothermic reaction in which the enthalpy change is about -380 to -470 KJ / mole at 300 ° C. Therefore, there is a risk that the battery will fire or explode when sulfur in the anode is reacted with a large amount of sodium in the negative electrode. The sodium sulfur cell contains up to about 700-800 g of sodium in the cell, and assumes all sodium and sulfur react, it emits up to about 6 ~ 7 MJ of energy, and the temperature of the cell instantaneously rises above 1000 ℃.

이에 종래 나트륨 유황 전지는 전해질관의 내측에 구비되어 전해질관 파손시 유황의 유입을 차단하는 안전관이 설치된다. 상기 안전관은 전해질관의 파손시 유황과 나트륨의 발열반응에 의한 급격한 온도 상승으로 팽창되어 전해질관의 내면에 밀착된다. 이에 파손부위로 나트륨 공급이 차단되어 추가적인 화학반응과 발열을 막게 된다.Conventionally, the sodium sulfur battery is provided inside the electrolyte pipe, and a safety pipe is installed to block the inflow of sulfur when the electrolyte pipe breaks. The safety tube expands due to a rapid temperature rise due to an exothermic reaction of sulfur and sodium at the time of breakage of the electrolyte tube, and is adhered to the inner surface of the electrolyte tube. As a result, the supply of sodium to the damaged area is blocked to prevent further chemical reaction and heat generation.

그러나, 상기한 종래의 전지는 국부적인 전해질관의 파손시 순간적인 대량 발열로 인해 전해질관 파손부위 주변의 온도가 금속재 안전관의 녹는점 이상으로 상승함에 따라, 대량의 나트륨이 음극용기로부터 파손부위로 유입되어 폭발적인 발열반응을 유발하는 근본적인 문제를 안고 있다. 또한, 급격한 반응 발생이후 나트륨과 유황의 반응이 계속해서 지속된다는 문제점이 있다.However, in the conventional battery described above, when the local electrolytic tube breaks, the instantaneous massive heat generation causes the temperature around the electrolytic tube breakage portion to rise above the melting point of the metal safety tube, so that a large amount of sodium Which causes an explosive exothermic reaction. Further, there is a problem that the reaction of sodium and sulfur continues after the rapid reaction occurs.

이에, 전지의 안전성을 보다 높일 수 있도록 된 나트륨 유황 전지를 제공한다.Accordingly, there is provided a sodium sulfur battery capable of further enhancing the safety of the battery.

또한, 긴급 상황 발생시 전지 내부에서 나트륨을 제거하여 나트륨과 황의 반응을 최소화할 수 있도록 된 나트륨 유황 전지를 제공한다.The present invention also provides a sodium sulfur battery capable of minimizing the reaction between sodium and sulfur by removing sodium from the battery when an emergency occurs.

본 나트륨 유황 전지는, In this sodium sulfur battery,

유황이 수용되는 양극실과, 나트륨이 수용되는 음극실, 양극실과 음극실 사이에 설치되어 나트륨 이온만을 선택적으로 이동시키는 고체전해질을 포함하여 충방전이 이루어지는 전지부와;A battery unit including a cathode chamber in which sulfur is accommodated, a cathode chamber in which sodium is accommodated, and a solid electrolyte disposed between the anode chamber and the cathode chamber for selectively moving only sodium ions;

상기 음극실과 연결되어 음극실 내의 나트륨을 선택적으로 제거하는 나트륨 제거부를 포함할 수 있다.And a sodium removing unit connected to the cathode chamber to selectively remove sodium in the cathode chamber.

상기 나트륨 유황 전지는 상기 전지부의 외측에 배치되고 내부에는 나트륨을 수용하며, 상기 음극실과 연결되어 나트륨을 공급하는 음극용기를 더 포함할 수 있다.The sodium sulfur battery may further include an anode container disposed on the outer side of the battery and containing sodium and connected to the cathode chamber to supply sodium.

상기 전지부는 상단이 개구되고 내부에 상기 양극실을 형성하는 양극용기와, 상기 양극용기 내에 설치되며 내부에 음극실을 형성하는 고체전해질, 상기 양극용기와 상기 고체전해질 사이에 설치되어 양극실과 음극실 사이를 절연하는 절연체, 상기 절연체에 설치되어 상기 고체전해질 내부의 음극실을 차단하는 음극판을 포함할 수 있다.The battery unit includes a positive electrode container having an upper opening and forming the positive electrode chamber therein, a solid electrolyte provided in the positive electrode container and forming a negative electrode chamber therein, a negative electrode plate provided between the positive electrode container and the solid electrolyte, And an anode plate installed on the insulator and blocking the cathode chamber inside the solid electrolyte.

상기 고체전해질 내면에 간격을 두고 설치되며, 고체전해질 사이에 상기 음극실을 형성하는 안전관을 더 포함할 수 있다.The solid electrolyte may further include a safety tube spaced from the inner surface of the solid electrolyte and forming the cathode chamber between the solid electrolytes.

상기 전지부는 양 선단이 개구되고 내부에 상기 양극실을 형성하는 양극용기와, 상기 양극용기 내에 설치되며 양 선단이 개구되고 내부에 음극실을 형성하는 고체전해질, 상기 양극용기의 양 선단에 각각 배치되고 양극용기와 고체전해질 사이에 설치되어 양극실과 음극실 사이를 절연하는 절연체, 상기 절연체에 설치되어 상기 고체전해질 내부의 음극실 차단하는 음극판을 포함할 수 있다.The battery unit includes a positive electrode vessel having both ends opened and forming the positive electrode chamber therein, a solid electrolyte provided in the positive electrode vessel, both ends of which are opened and a negative electrode chamber is formed, An insulator provided between the positive electrode container and the solid electrolyte to insulate the positive electrode chamber from the negative electrode chamber, and a negative electrode plate provided on the insulator and intercepting the negative electrode chamber inside the solid electrolyte.

상기 전지부는 상기 음극실 내에 설치되며, 내부에 오픈셀 형태의 기공이 형성되어 나트륨이 충전된 다공질폼을 더 포함할 수 있다.The battery unit may further include a porous foam that is provided in the cathode chamber and has an open-cell pore formed therein and filled with sodium.

상기 나트륨 제거부는 상기 음극실에 연결되고 양극용기 외측으로 연장되어 나트륨이 이송되는 배출관과, 상기 배출관에 연결되고 내부에 진공압이 형성된 진공탱크와, 상기 배출관 일측에 설치되어 배출관을 개폐하는 개폐밸브를 포함할 수 있다.The sodium removal unit includes a discharge pipe connected to the cathode chamber and extending to the outside of the anode container to transport sodium, a vacuum tank connected to the discharge pipe and having a vacuum inside the vacuum tank, . &Lt; / RTI >

상기 나트륨 제거부는 상기 전지부의 온도를 검출하는 온도센서와, 상기 온도센서의 검출값을 연산하여 상기 개폐밸브를 제어작동하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.The sodium removing unit may further include a temperature sensor for detecting the temperature of the battery unit, and a controller for calculating a detection value of the temperature sensor and controlling the opening / closing valve.

상기 음극용기는 전지부의 상부에 배치되고, 상기 나트륨 제거부는 상기 전지부의 하부에 배치될 수 있다.The negative electrode container may be disposed on the upper portion of the battery, and the sodium remover may be disposed on the lower portion of the battery.

상기 나트륨 제거부는 상기 음극실의 바닥에 연결된 구조일 수 있다.The sodium-removing unit may be connected to the bottom of the cathode chamber.

상기 나트륨 제거부는 배출관이 음극실 바닥에 연결되고 전지부의 하단에 설치된 음극판을 지나 외측 하부로 연장된 구조일 수 있다.The sodium-removing unit may have a structure in which the discharge pipe is connected to the bottom of the cathode chamber and extends to the outer lower side through the cathode plate provided at the lower end of the battery.

상기 나트륨 제거부는 배출관이 전지부 상부로 연장되어 상단에 설치된 음극판을 지나 내측 바닥으로 연장된 구조일 수 있다.The sodium-removing unit may have a structure in which the discharge pipe extends to an upper portion of the battery unit and extends to an inner bottom through an anode plate installed at an upper end.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 나트륨을 전지의 외부에서 필요한 만큼만 전지 내부로 공급하여 유황과 반응하도록 함으로써, 고체전해질 파손시 대량의 나트륨이 유황과 반응하는 현상을 원천적으로 차단할 수 있게 된다.As described above, according to this embodiment, sodium is supplied to the inside of the battery only from the outside of the battery to react with the sulfur, so that a phenomenon in which a large amount of sodium reacts with sulfur when the solid electrolyte breaks down can be fundamentally blocked.

이에 전지 폭발의 위험을 낮추고 전지의 안전성을 높일 수 있게 된다.This reduces the risk of battery explosion and increases the safety of the battery.

또한, 음극실의 크기를 최소화하여 전지 내부에 상존하는 나트륨의 양을 종래와 비교하여 충분히 낮춤으로써 고체전해질 파손시 전지의 발열량을 줄이고 폭발의 위험을 낮출 수 있게 된다.In addition, by minimizing the size of the cathode chamber, the amount of sodium present in the battery is sufficiently lowered compared with the conventional one, thereby reducing the amount of heat generated by the battery during the breakage of the solid electrolyte and reducing the risk of explosion.

또한, 전지 파손에 따른 급격한 반응으로 고열이 발생되는 경우, 나트륨을 전량 외부로 배출시킴으로써, 황과 나트륨의 급격한 반응을 최소화하고 안전성을 보다 높일 수 있게 된다.In addition, when a high temperature is generated due to a sudden reaction due to battery breakage, by discharging the entire amount of sodium to the outside, rapid reaction of sulfur and sodium can be minimized and safety can be further improved.

도 1은 제 1 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 제 2 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 제 3 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 도시한 단면도이다.1 is a sectional view showing a sodium sulfur battery according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a sodium sulfur battery according to a second embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a sodium sulfur battery according to a third embodiment.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Wherever possible, the same or similar parts are denoted using the same reference numerals in the drawings.

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

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

도 1은 제1 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 도시하고 있다.1 shows a sodium sulfur battery according to a first embodiment.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 나트륨 유황 전지(100)는 충방전이 이루어지는 전지부(10)와, 전지부(10)와 별도로 구비되어 나트륨을 수용하며 전지부로 나트륨을 공급하는 음극용기(50), 상기 전지부(10)에서 나트륨을 선택적으로 제거하는 나트륨 제거부(60)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the sodium sulfur battery 100 of the present embodiment includes a battery 10, which is charged and discharged, and a cathode 50, which is separate from the battery 10 and receives sodium and supplies sodium to the battery, And a sodium remover 60 for selectively removing sodium from the battery 10.

본 실시예에서, 상기 전지부(10)는 내부에 양극실(12)을 형성하여 유황을 수용하는 양극용기(14)와, 상기 양극용기(14) 내에 설치되며 나트륨 이온만을 선택적으로 이동시키는 고체전해질(16), 상기 고체전해질(16) 내면에 간격을 두고 설치되며 고체전해질(16) 사이에 나트륨이 수용되는 음극실(24)을 형성하는 안전관(18), 상기 양극용기(14)와 고체전해질 사이에 설치되어 양극실(12)과 음극실(24)을 절연시키는 절연체(20)를 포함한다.In the present embodiment, the battery unit 10 includes a positive electrode container 14 that contains an anode chamber 12 therein and accommodates sulfur, a solid electrolyte (not shown) that is provided in the positive electrode container 14 and selectively moves only sodium ions A safety tube 18 disposed at an inner surface of the solid electrolyte 16 and spaced apart from the solid electrolyte 16 to form a cathode chamber 24 in which sodium is contained between the solid electrolytes 16; And an insulator 20 provided between the solid electrolytes and insulating the anode chamber 12 and the cathode chamber 24 from each other.

상기 양극용기(14)는 고체전해질(16) 외측에 배치되며, 내부는 유황이 수용되는 양극실(12)을 이룬다. 상기 양극실(12) 내부에는 고체전해질(16)과의 사이에 유황이 담겨진 펠트집전체(22)가 채워진다. 펠트집전체(22)는 예를 들어, 내부에 기공이 형성된 탄소펠트로, 기공 내에 유황이 담겨지게 된다. 본 실시예에서, 상기 양극용기(14)는 상단이 개방된 원통 형태로 이루어지며 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속 소재로 제조된다. 또한 양극용기(14)의 표면에는 크롬, 몰리브덴 등을 주성분으로 하는 내식층이 코팅될 수 있다. 상기 양극용기(14)는 전지의 외형을 이루며 양극의 외부 단자의 역할도 수행할 수 있다.The positive electrode vessel 14 is disposed outside the solid electrolyte 16, and the inside of the positive electrode vessel 14 is an anode chamber 12 in which sulfur is contained. A felt collector 22 containing sulfur is filled between the anode chamber 12 and the solid electrolyte 16. The felt collector 22 is, for example, a carbon felt having pores formed therein, and sulfur is contained in the pores. In this embodiment, the positive electrode container 14 has a cylindrical shape with an open top and is made of a metal material such as aluminum, stainless steel, or the like. In addition, a corrosion resistant layer containing chromium, molybdenum or the like as a main component may be coated on the surface of the positive electrode container 14. The positive electrode container 14 forms an outer shape of the battery and can also serve as an external terminal of the positive electrode.

상기 안전관(18)은 고체전해질(16)의 내부에 소정 간격을 두고 설치된다. 상기 안전관(18)은 고체전해질(16) 파손시 유입된 유황과 나트름의 발열방응에 의해 발생된 고열에 의해 외측으로 팽창되어 고체전해질(16) 내면에 밀착된다.The safety tube 18 is installed inside the solid electrolyte 16 at a predetermined interval. The safety tube 18 is expanded to the outside by the high heat generated by the exothermic interference of sulfur and natrium introduced at the time of breakage of the solid electrolyte 16, and is adhered to the inner surface of the solid electrolyte 16.

상기 안전관(18)은 상단이 개구된 튜브형 구조물로, 고체전해질(16) 내면과 틈새를 유지하며 배치된다. 고체전해질(16)과 안전관(18) 사이의 틈새는 나트륨이 수용되는 음극실(24)을 이룬다. 이에 음극용기(50)의 나트륨은 안전관(18)과 고체전해질(16) 사이로 유입되어 음극실(24)을 채운다. The safety tube 18 is a tubular structure having an open upper end and is arranged to maintain a gap with the inner surface of the solid electrolyte 16. The clearance between the solid electrolyte 16 and the safety tube 18 forms the cathode chamber 24 in which sodium is contained. The sodium of the cathode vessel 50 flows into the space between the safety tube 18 and the solid electrolyte 16 to fill the cathode chamber 24.

상기 고체전해질(16)은 나트륨 이온을 통과시킬 수 있는 베타알루미나 세라믹으로 이루어진다. 본 실시예에서 상기 고체전해질(16)은 상단이 개방된 튜브 형태로 이루어져 양극용기 내부에 간격을 두고 설치된다. 상기 양극용기와 고체전해질 사이가 양극실을 이룬다. The solid electrolyte 16 is made of beta alumina ceramics capable of passing sodium ions. In the present embodiment, the solid electrolyte 16 is formed in a tubular shape having an open top and is spaced apart from the inside of the positive electrode container. Between the positive electrode container and the solid electrolyte is an anode chamber.

상기 고체전해질(16)과 양극용기(14) 사이에는 절연체(20)가 설치된다. 상기 절연체(20)는 양극실을 이루는 양극용기(14)와 음극실을 이루는 안전관(18) 사이를 절연시켜 쇼트(short)를 방지하게 된다. 상기 절연체(20)는 알파알루미나 세라믹으로 이루어진 링 형태의 구조물로, 양극용기(14) 상단에 접합된다. 상기 절연체(20)의 내측면에 고체전해질(16)이 유리 접합 공정을 통해 접합되며, 외측면에는 양극용기(14)가 열압축접합(TCB;Thermal Compression Bonding) 공정을 통해 접합된다. 안전관(18) 위쪽은 음극실(24)로부터 전자를 집전하며 음극실(24)을 밀봉하는 음극판(28)이 설치된다.An insulator (20) is provided between the solid electrolyte (16) and the positive electrode container (14). The insulator 20 insulates between the positive electrode container 14 constituting the positive electrode chamber and the safety tube 18 constituting the negative electrode chamber to prevent a short. The insulator 20 is a ring-shaped structure made of alpha-alumina ceramics, and is bonded to the upper end of the positive electrode container 14. The solid electrolyte 16 is bonded to the inner surface of the insulator 20 through a glass bonding process and the positive electrode container 14 is bonded to the outer surface of the insulator 20 through a thermal compression bonding (TCB) process. An upper portion of the safety tube 18 is provided with an anode plate 28 for collecting electrons from the cathode chamber 24 and sealing the cathode chamber 24.

상기 음극용기(50)는 전지부(10)와는 별개로 분리되어 전지부(10) 위쪽에 배치될 수 있다. 또는 전지부(10)에서 이격된 위치에 설치될 수 있다. 상기 음극용기(50)는 전지부(10) 외측에 별도로 구비되면 충분하며 그 설치 위치에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 상기 음극용기(50)는 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속 소재로 이루어질 수 있다. The cathode container 50 may be separated from the battery 10 and disposed above the battery 10. Or may be installed at a position spaced apart from the battery unit 10. The negative electrode container 50 may be provided separately on the outside of the battery unit 10, and the mounting position is not particularly limited. The cathode container 50 may be made of a metal material such as aluminum, stainless steel, or the like.

상기 음극용기(50)는 내부에 나트륨이 채워진다. 또한, 상기 음극용기 내부에는 질소가스나 아르곤가스 등의 불활성가스가 소정의 압력으로 채워질 수 있다. 불활성가스는 음극용기의 나트륨을 나트륨 공급부를 통해 밀어내는 가압력을 발생시킨다. The interior of the cathode vessel (50) is filled with sodium. Also, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas may be filled in the cathode container at a predetermined pressure. The inert gas generates a pressing force that pushes the sodium in the cathode vessel through the sodium supply.

상기 음극용기(50)는 전지부의 안전관(18) 사이를 연결하는 이송관(52)을 통해 나트륨을 유통하는 구조로 되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 이송관(52)은 음극판(28)을 지나 안전관(18)과 고체전해질(16) 사이로 연결된다. 이에 이송관(52)으로 공급된 나트륨은 고체전해질(16)과 안전관(18) 사이의 음극실(24)로 공급되어 음극실(24)을 채우게 된다. 음극실(24)은 이송관(52)을 통해 연결되어, 전지 반응에 따라 나트륨이 이송관(52)을 통해 음극용기와 전지부 사이로 유통된다.The cathode container 50 has a structure in which sodium flows through a transfer pipe 52 connecting the safety pipes 18 of the battery unit. As shown in FIG. 1, the transfer tube 52 is connected to the solid electrolyte 16 through the cathode plate 28 and the safety tube 18. The sodium supplied to the transfer pipe 52 is supplied to the cathode chamber 24 between the solid electrolyte 16 and the safety tube 18 to fill the cathode chamber 24. [ The cathode chamber 24 is connected through a transfer pipe 52, and sodium is passed through the transfer pipe 52 to the space between the cathode container and the battery unit according to the battery reaction.

이와 같이 음극용기를 전지부와 분리하고 전지반응에 필요한 나트륨 양만을 전지부에 실시간으로 공급함으로써, 고체전해질이 파손되더라도 다량의 발열반응을 차단할 수 있게 된다.By separating the negative electrode container from the battery and supplying only the amount of sodium required for the battery reaction to the battery in real time, a large amount of exothermic reaction can be blocked even if the solid electrolyte is broken.

한편, 본 전지는 필요한 경우 상기 나트륨 제거부(60)를 통해 전지부의 음극실(24)의 나트륨을 제거하는 구조로 되어 있다.On the other hand, the present battery is structured to remove sodium in the cathode chamber (24) of the battery through the sodium decontamination (60) if necessary.

이를 위해, 상기 나트륨 제거부(60)는 상기 음극실(24)에 연결되고 양극용기(14) 외측으로 연장되어 나트륨이 이송되는 배출관(62)과, 상기 배출관(62)에 연결되고 내부에 진공압이 형성된 진공탱크(64)와, 상기 배출관(62) 일측에 설치되어 배출관(62)을 개폐하는 개폐밸브(66)를 포함한다.To this end, the sodium remover 60 is connected to the cathode chamber 24 and includes an outlet tube 62 extending outwardly of the anode container 14 to which sodium is delivered, A vacuum tank 64 in which a pneumatic pressure is formed and an opening and closing valve 66 provided at one side of the discharge pipe 62 for opening and closing the discharge pipe 62.

이에, 전지 이상으로 나트륨과 황이 급격히 반응하는 경우, 상기 개폐밸브(66)를 개방함으로써 진공탱크(64)의 진공압을 이용하여 음극실(24)에 있는 나트륨을 전지 외부로 강제 배출할 수 있게 된다. 이와 같이, 긴급 상황에서 음극실(24)로부터 나트륨을 진공탱크(64)로 강제 배출함으로써, 전지부 내에 나트륨이 잔존하지 않아 나트륨과 황의 반응을 최소화할 수 있게 된다.Thus, when the sodium and sulfur rapidly react with the battery abnormality, by opening the on-off valve 66, the sodium in the cathode chamber 24 can be forcibly discharged to the outside of the battery by using the vacuum pressure of the vacuum tank 64 do. In this way, by forcibly discharging sodium from the cathode chamber 24 to the vacuum tank 64 in an emergency, the sodium does not remain in the battery, so that the reaction between sodium and sulfur can be minimized.

상기 진공탱크(64)는 내부에 진공을 형성한 상태에서 밀폐된 구조로 개폐밸브(66)가 닫혀진 상태에서 진공상태를 유지하게 된다. 상기 진공탱크(64) 내부에 걸려있는 진공압은 음극실(24) 내의 나트륨을 충분히 흡입할 수 있는 정도면 특별히 한정되지 않는다. 상기 진공탱크(64)는 전지부(10)를 사이에 두고 음극용기(50)의 반대 방향에 배치된다. 본실시예어서 상기 음극용기(50)는 전지부(10)의 상부에 배치되고, 상기 나트륨 제거부(60)는 상기 전지부(10)의 하부에 배치된다. 여기서 상부라 함은 양극용기의 개방된 상단이 위로 가도록 하였을 때 위쪽을 의미하며, 하부라 함은 그 반대쪽인 아래쪽을 의미한다. 이에, 나트륨이 전지부(10) 아래쪽에 위치한 진공탱크(64)로 보다 신속하게 잘 빠져나갈 수 있게 된다. 상기 진공탱크(64)의 내부 용적은 상기 전지에 사용되는 나트륨을 모두 수용할 수 있는 정도면 충분하며 특별히 한정되지 않는다.The vacuum tank 64 maintains a vacuum state in a closed state with the open / close valve 66 being closed with a vacuum formed therein. The vacuum pressure in the vacuum tank 64 is not particularly limited as long as it can sufficiently absorb sodium in the cathode chamber 24. The vacuum tank 64 is disposed in a direction opposite to the cathode container 50 with the battery 10 interposed therebetween. In the present embodiment, the negative electrode container 50 is disposed on the upper portion of the battery unit 10, and the sodium remover 60 is disposed on the lower portion of the battery unit 10. Here, the upper portion means the upper side when the open top of the cathode container is brought up, and the lower side means the lower side opposite thereto. Accordingly, the sodium can be more easily removed from the vacuum tank 64 located below the battery 10 more quickly. The internal volume of the vacuum tank 64 is not particularly limited as long as it can accommodate all the sodium used in the battery.

상기 배출관(62)은 상기 음극실(24)의 바닥에 연결된다. 본 실시예에서, 상기 배출관(62)은 전지부 상단의 음극판(28)을 지나 아래로 연장되어 음극실(24)의 바닥 즉, 고체전해질(16)과 안전관(18) 사이의 음극실(24) 바닥에 연결된다. 나트륨은 중력에 의해 음극실(24) 바닥으로 모이게 되므로, 음극실(24) 바닥에 연결된 배출관(62)을 통해 음극실(24) 내의 모든 나트륨을 배출시킬 수 있게 된다. 상기 음극판(28)을 지나 전지부 외측으로 연장된 배출관(62)은 전지부 하부로 연장되어 전지부 하부에 위치한 진공탱크(64)에 연결된다.The discharge tube (62) is connected to the bottom of the cathode chamber (24). The discharge pipe 62 extends downwardly through the cathode plate 28 at the upper end of the battery cell unit so as to extend from the bottom of the cathode chamber 24 to the cathode chamber between the solid electrolyte 16 and the safety pipe 18 24) floor. Sodium is collected by the gravity to the bottom of the cathode chamber 24 so that all the sodium in the cathode chamber 24 can be discharged through the discharge pipe 62 connected to the bottom of the cathode chamber 24. [ The discharge pipe 62 extending to the outside of the battery unit through the negative electrode plate 28 is connected to a vacuum tank 64 extending below the battery unit and located below the battery unit.

본 실시예에서 상기 개폐밸브(66)는 전지부의 급격한 반응으로 고열이 발생된 경우, 제어 작동되는 구조로 되어 있다. 이를 위해 상기 나트륨 제거부는 상기 전지부의 온도를 검출하는 온도센서(68)와, 상기 온도센서(68)의 검출값을 연산하여 상기 개폐밸브(66)를 제어작동하는 컨트롤러(70)를 더 포함한다. 상기, 온도센서(68)는 전지부의 급격한 온도 변화를 정확히 검출할 수 있는 위치에 설치될 수 있다. In the present embodiment, the on-off valve 66 is configured to be controlled and operated when a high temperature is generated due to abrupt reaction of the battery unit. The sodium removing unit may further include a temperature sensor 68 for detecting the temperature of the battery unit and a controller 70 for controlling the open / close valve 66 by calculating a detection value of the temperature sensor 68 do. The temperature sensor 68 can be installed at a position that can accurately detect a rapid temperature change of the battery.

한편, 도 2는 나트륨 유황 전지의 또 다른 실시예를 도시하고 있다.On the other hand, Fig. 2 shows another embodiment of the sodium sulfur battery.

본 실시예의 전지는 전지부의 구조를 제외하고 나머지 구성는 위에서 언급한 다른 실시예와 동일하다. 이에 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하며, 그 상세한 설명은 생략한다.The battery of the present embodiment is the same as the other embodiments described above except for the structure of the battery section. The same reference numerals are used for the same components, and a detailed description thereof will be omitted.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 전지(100)는 충방전이 이루어지는 전지부(10)와, 전지부(10)와 별도로 구비되어 나트륨을 수용하며 전지부로 나트륨을 공급하는 음극용기(50), 상기 전지부(10)에서 나트륨을 선택적으로 제거하는 나트륨 제거부(60)를 포함한다.2, the present battery 100 includes a battery 10 for charging / discharging, a cathode 50 separately provided from the battery 10 to receive sodium and supply sodium to the battery, And a sodium remover 60 for selectively removing sodium from the battery 10.

본 실시예에서, 상기 전지부(10)는 상단이 개구되고 내부에 상기 양극실(12)을 형성하는 양극용기(14)와, 상기 양극용기 내에 설치되며 상단이 개구된 고체전해질(16), 상기 양극용기(14)와 고체전해질(16) 사이에 설치되는 절연체(20), 상기 절연체에 설치되어 상기 고체전해질 내부의 음극실(24)을 차단하는 음극판(28), 상기 음극실(24) 내에 설치되며 내부에 오픈셀 형태의 기공이 형성되어 나트륨이 충전된 다공질폼(30)을 포함한다.In the present embodiment, the battery unit 10 includes a positive electrode container 14 having an upper opening and forming the positive electrode chamber 12 therein, a solid electrolyte 16 provided in the positive electrode container and having an opened upper end, A negative electrode plate 28 disposed on the insulator to block the negative electrode chamber 24 inside the solid electrolyte and a negative electrode plate 28 disposed on the negative electrode chamber 24, And a porous foam 30 filled with sodium to form an open cell pore therein.

상기 다공질폼(30)은 금속 재질의 포러스메탈(porous metal)로 이루어질 수 있다. 상기 다공질폼의 내부 기공에 나트륨이 충전된다. The porous foam 30 may be made of a porous metal. The inner pores of the porous foam are filled with sodium.

상기 다공질폼(30)은 고체전해질 내부에 형성되는 음극실(24)과 대응되는 형태와 크기로 이루어져, 음극실 내에 채워진다. 상기 음극실의 다공질폼(30)은 절연체(20)에 의해 양극용기(14)와 절연되어 쇼트를 방지하게 된다.The porous foam 30 has a shape and size corresponding to that of the cathode chamber 24 formed in the solid electrolyte, and is filled in the cathode chamber. The porous foam 30 of the negative electrode chamber is insulated from the positive electrode container 14 by the insulator 20 to prevent a short circuit.

상기 음극용기(50)에 연결된 이송관(52)은 음극판(28)을 지나 음극실(24)로 연장되어 다공질폼(30) 상단에 연결된다. 이에 이송관을 통해 유통된 나트륨은 다공질폼의 기공 내로 충전된다. The conveyance pipe 52 connected to the cathode vessel 50 is connected to the upper end of the porous foam 30 by extending to the cathode chamber 24 through the cathode plate 28. Thus, the sodium that is circulated through the transfer tube is charged into the pores of the porous foam.

본 실시예의 나트륨 제거부(60)는 위에서 언급한 구조와 동일하다. 다만, 진공탱크(64)에 연결된 배출관(62)은 다공질폼(30)을 지나 음극실(24) 바닥에 연결된다. 즉, 상기 배출관(62)은 전지부 상단의 음극판(28)을 지나 음극실에 설치된 다공질폼을 관통하여 음극실(24)의 바닥으로 연장된다.The sodium remover 60 of this embodiment is the same as the above-mentioned structure. However, the discharge pipe 62 connected to the vacuum tank 64 is connected to the bottom of the cathode chamber 24 through the porous foam 30. That is, the discharge pipe 62 extends to the bottom of the cathode chamber 24 through the porous foam provided in the cathode chamber through the cathode plate 28 at the upper end of the battery unit.

한편, 도 3은 나트륨 유황 전지의 또 다른 실시예를 도시하고 있다.On the other hand, Fig. 3 shows another embodiment of the sodium sulfur battery.

이하 설명에서는 위에서 언급한 다른 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하며, 그 상세한 설명은 생략한다.In the following description, the same reference numerals are used for the same components as those of the above-mentioned other embodiments, and a detailed description thereof will be omitted.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 나트륨 유황 전지(100)는 충방전이 이루어지는 전지부(40)와, 전지부(10)와 별도로 구비되어 나트륨을 수용하며 전지부로 나트륨을 공급하는 음극용기(50), 상기 전지부(10)에서 나트륨을 선택적으로 제거하는 나트륨 제거부(60)를 포함한다.3, the sodium-sulfur battery 100 according to the present embodiment includes a battery unit 40 for charging / discharging, a negative electrode unit (not shown) provided separately from the battery unit 10 to supply sodium to the battery unit, (50), and a sodium remover (60) for selectively removing sodium from the battery section (10).

본 실시예에서, 상기 전지부(40)는 양 선단이 개구되고 내부에 상기 양극실(41)을 형성하는 양극용기(42)와, 상기 양극용기(42) 내에 설치되며 양 선단이 개구된 고체전해질(43), 상기 양극용기(42)의 양 선단에 각각 배치되어 고체전해질(43) 사이에 설치되는 절연체(20,21), 상기 절연체(20,21)의 양 선단에 설치되어 상기 고체전해질(43) 내부를 차단하여 나트륨이 수용되는 음극실(45)을 형성하는 음극판(28,29)을 포함한다.In the present embodiment, the battery section 40 includes a positive electrode container 42 having both ends open and forming the positive electrode chamber 41 therein, and a solid electrolyte layer 42 provided in the positive electrode container 42, An electrolyte (43), insulators (20,21) disposed at both ends of the positive electrode container (42) and provided between the solid electrolytes (43), insulators (20,21) provided at both ends of the insulators And negative electrode plates (28) and (29) forming a negative electrode chamber (45) in which sodium is contained by blocking the inside of the negative electrode (43).

또한, 상기 전지부(40)는 상기 음극실(45) 내에 설치되며 내부에 오픈셀 형태의 기공이 형성되어 나트륨이 충전된 다공질폼(46)을 더 포함한다. 상기 다공질폼(46)은 금속 재질의 포러스메탈(porous metal)로 이루어질 수 있다. 상기 다공질폼(46)의 내부 기공에 나트륨이 충전된다. 상기 음극실 내에는 다공질폼 외에 나트륨을 수용하는 다양한 구조 예를 들어, 안전관 등이 설치될 수 있다. The battery unit 40 further includes a porous foam 46 installed in the cathode chamber 45 and having an open cell pore formed therein and filled with sodium. The porous foam 46 may be made of a porous metal. The inner pores of the porous foam 46 are filled with sodium. In addition to the porous foam, various structures for accommodating sodium may be provided in the cathode chamber, for example, a safety pipe.

본 실시예의 전지부(40)는 음극실(45)의 상단과 하단에 각각 음극판(28,29)이 설치되어 있어서, 음극용기(50)와 나트륨 제거부(60)를 음극실(45)에 매우 용이하게 연결할 수 있다.The battery unit 40 of the present embodiment is provided with the cathode plates 28 and 29 at the upper and lower ends of the cathode chamber 45 so that the anode container 50 and the sodium remover 60 are connected to the cathode chamber 45 Very easy to connect.

상기 양극용기(42)는 상단과 하단에 각각 설치되는 절연체(20,21)와 내부의 고체전해질(43) 사이의 영역이 양극실(41)을 이룬다. 상기 양극실(41) 내부에는 고체전해질(43)과의 사이에 유황이 담겨진 펠트집전체(44)가 채워진다. 펠트집전체(44)는 예를 들어, 내부에 기공이 형성된 탄소펠트로, 기공 내에 유황이 담겨지게 된다. 상기 양극용기(42)는 예를 들어, 상하단이 개방된 형태로 이루어지며 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속 소재로 제조된다. 또한 양극용기(42)의 표면에는 크롬, 몰리브덴 등을 주성분으로 하는 내식층이 코팅될 수 있다. 상기 양극용기(42)는 전지의 외형을 이루며 양극의 외부 단자의 역할도 수행할 수 있다.An area between the insulators 20 and 21 provided at the upper and lower ends of the positive electrode container 42 and the solid electrolyte 43 inside the positive electrode container 42 constitutes the anode chamber 41. A felt collector 44 containing sulfur is filled between the anode chamber 41 and the solid electrolyte 43. For example, the felt collector 44 is filled with carbon felt having pores formed therein, and sulfur is contained in the pores. The cathode container 42 is formed, for example, at the upper and lower ends thereof, and is made of a metal material such as aluminum or stainless steel. In addition, the surface of the positive electrode container 42 may be coated with a corrosion resistant layer containing chromium, molybdenum, etc. as a main component. The positive electrode container 42 forms an outer shape of the battery and can also serve as an external terminal of the positive electrode.

상기 고체전해질(43)은 나트륨 이온을 통과시킬 수 있는 베타알루미나 세라믹으로 이루어진다. 본 실시예에서 상기 고체전해질(43)은 상단과 하단이 개방된 형태로 이루어져 양극용기(42) 내부에 간격을 두고 설치된다. 상기 고체전해질(43) 내부는 음극실(45)을 이룬다. The solid electrolyte 43 is made of beta-alumina ceramics capable of passing sodium ions. In the present embodiment, the solid electrolyte 43 has an open top and a bottom, and is spaced apart from the anode container 42. The inside of the solid electrolyte (43) constitutes a cathode chamber (45).

상기 고체전해질(43)과 양극용기(42) 사이에는 절연체(20,21)가 설치된다. 상기 절연체(20,21)는 알파알루미나 세라믹으로 이루어진다. 상기 절연체(20,21)는 양극실을 이루는 양극용기(42)와 음극실(45)의 다공질폼(46) 사이를 절연시켜 쇼트(short)를 방지하게 된다. 상기 절연체(20,21)는 두 개가 한 조를 이루어, 양극용기(42)의 상단과 하단에 각각 접합된다. 상기 두 개의 절연체(20,21)는 동일한 구조로 이루어져 서로 대향 배치될 수 있다.Insulators 20 and 21 are provided between the solid electrolyte 43 and the positive electrode container 42. The insulators 20 and 21 are made of alpha-alumina ceramics. The insulators 20 and 21 insulate the positive electrode container 42 constituting the positive electrode chamber and the porous foam 46 of the negative electrode chamber 45 to prevent a short. The two insulators 20 and 21 form a pair and are bonded to the upper and lower ends of the anode container 42, respectively. The two insulators 20 and 21 have the same structure and can be disposed opposite to each other.

상기 절연체(20,21)의 내측면에 고체전해질(43)이 유리 접합 공정을 통해 접합되며, 외측면에는 양극용기(42)가 열압축접합(TCB;Thermal Compression Bonding) 공정을 통해 접합된다. 상기 전지부의 상단과 하단에는 음극판(28,29)이 설치되어, 고체전해질(43) 내부의 음극실(45)을 밀봉하게 된다.A solid electrolyte 43 is bonded to the inner surfaces of the insulators 20 and 21 through a glass bonding process and a cathode container 42 is bonded to the outer surface of the insulators 20 and 21 through a thermal compression bonding (TCB) process. Negative electrode plates 28 and 29 are provided at the upper and lower ends of the battery unit to seal the cathode chamber 45 inside the solid electrolyte 43.

이에, 본 전지부는 지면에 세워졌을 때, 상단과 하단에 각각 음극판(28,29)이 위치하게 되어, 각 음극판(28,29)을 통해 음극용기(50)와 나트륨 제거부(60)를 음극실(45)에 용이하게 연결할 수 있게 된다.When the present battery unit is placed on the ground, the cathode plates 28 and 29 are positioned at the upper and lower ends, respectively, and the cathode container 50 and the sodium remover 60 are connected to the cathode So that it can be easily connected to the chamber 45.

상기 음극용기(50)에 연결된 이송관(52)은 전지부(40) 상단의 음극판(28)을 지나 음극실(45)로 연장되어 다공질폼(46) 상단에 연결된다. 이에 이송관(52)을 통해 유통된 나트륨은 다공질폼(46)의 기공 내로 충전된다. The conveyance pipe 52 connected to the cathode vessel 50 is connected to the upper end of the porous foam 46 through the cathode plate 28 at the upper end of the electrode unit 40 and into the cathode chamber 45. The sodium that has flowed through the transfer pipe (52) is charged into the pores of the porous foam (46).

본 실시예의 나트륨 제거부(60)는 위에서 언급한 구조와 동일하다. 다만, 진공탱크(64)에 연결된 배출관(62)은 전지부(40) 하단에 설치된 음극판(29)을 통해 음극실(45) 바닥에 바로 연결된다. 즉, 배출관(62)은 전지부(40) 하부에 배치된 진공탱크(64)에서 위쪽으로 연장되어, 바로 음극판(29)을 통해 음극실(45) 바닥에 연결된다.The sodium remover 60 of this embodiment is the same as the above-mentioned structure. The discharge tube 62 connected to the vacuum tank 64 is directly connected to the bottom of the cathode chamber 45 through the anode plate 29 provided at the lower end of the battery unit 40. That is, the discharge pipe 62 extends upwardly from the vacuum tank 64 disposed under the battery 40, and is connected to the bottom of the cathode chamber 45 through the anode plate 29.

이하, 도 1의 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 참조하여 그 작용을 살펴보면 다음과 같다. 도 2와 도 3에 예시된 실시예의 전지 역시 그 작용은 동일하다.Hereinafter, the operation of the sodium sulfur battery according to the embodiment of FIG. 1 will be described. The battery of the embodiment illustrated in Figs. 2 and 3 also has the same function.

도 1에 도시된 바와 같이, 나트륨이 채워진 음극용기(50)로부터 액상의 나트륨이 이송관(52)을 통해 전지부(10)의 음극실(24)로 공급된다. 나트륨의 공급량은 전지 반응에 필요한 나트륨 양으로, 전지부의 크기나 구조에 따라 음극실로 공급될 최소한의 나트륨 양으로 결정될 수 있다. 이에, 음극실(24)에 전지 반응에 필요한 나트륨만이 수용될 수 있다. 따라서 전지부(10) 내부에 최소한의 나트륨만이 잔존하고 있어, 고체전해질(16) 파손시 대량의 나트륨이 유황과 반응하는 현상을 방지할 수 있게 된다.1, sodium sodium in liquid form is supplied from a negative electrode container 50 filled with sodium to a negative electrode chamber 24 of the battery section 10 through a transfer pipe 52. [ The amount of sodium to be supplied can be determined by the amount of sodium required for the cell reaction, and the amount of sodium to be fed into the cathode chamber depending on the size and structure of the cell. Thus, only the sodium required for the battery reaction can be accommodated in the cathode chamber 24. As a result, only a minimal amount of sodium remains in the battery section 10, thereby preventing a large amount of sodium from reacting with sulfur when the solid electrolyte 16 is broken.

한편, 전지 구동에 따라 고체전해질 등의 파손에 의해 음극실 내의 나트륨이 양극실의 유황과 직접 반응하게 되면, 급격한 반응으로 고열이 발생된다. 전지 내부에서 고열이 발생되면 본 장치의 온도센서(68)가 이를 검출하게 되고, 상기 온도센서(68)의 검출값을 연산한 컨트롤러(70)는 개폐밸브(66)를 개방작동하게 된다.On the other hand, when the sodium in the cathode chamber reacts directly with the sulfur in the anode chamber due to breakage of the solid electrolyte or the like due to battery operation, a rapid reaction generates a high temperature. When a high temperature is generated in the battery, the temperature sensor 68 of the apparatus detects this, and the controller 70 which has calculated the detection value of the temperature sensor 68 opens the opening / closing valve 66.

개폐밸브(66)가 개방작동됨에 따라 배출관(62)을 통해 진공탱크(64)와 전지의 음극실(24)이 연통된다. 상기 진공탱크(64)는 내부에 진공압이 형성되어 있어서, 음극실(24)에는 배출관(62)을 통해 진공탱크의 진공압이 걸리게 된다. 따라서 음극실(24) 내부의 나트륨이 배출관(62)을 통해 진공탱크(64)로 순식간에 빨려나가게 된다. The vacuum tank 64 communicates with the cathode chamber 24 of the battery through the discharge pipe 62 as the opening and closing valve 66 is opened. The vacuum tank 64 has a vacuum pressure formed therein so that vacuum pressure of the vacuum tank is applied to the cathode chamber 24 through the discharge pipe 62. Accordingly, the sodium in the cathode chamber 24 is quickly sucked into the vacuum tank 64 through the discharge pipe 62.

이와 같이, 음극실 내부의 나트륨이 음극실로부터 전지 외측에 구비된 진공탱크로 빠져나감에 따라 전지 내부에는 유황과 반응할 나트륨이 남지 않게 된다. 따라서 나트륨과 유황의 직접적인 반응은 더 이상 일어나지 않게 되어 전지를 안전성을 확보할 수 있게 된다.As the sodium in the cathode chamber escapes from the cathode chamber to the vacuum tank provided outside the battery, the sodium that reacts with the sulfur is not left in the battery. Therefore, the direct reaction between sodium and sulfur will no longer occur and the safety of the battery can be ensured.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.While the illustrative embodiments of the present invention have been shown and described, various modifications and alternative embodiments may be made by those skilled in the art. Such variations and other embodiments will be considered and included in the appended claims, all without departing from the true spirit and scope of the invention.

10,40 : 전지부 12,41 : 양극실
14,42 : 양극용기 16,43 : 고체전해질
18 : 안전관 20,21 : 절연체
24,44 : 음극실 50 : 음극용기
52 : 이송관 60 : 나트륨 제거부
62 : 배출관 64 : 진공탱크
66 : 개폐밸브 68 : 온도센서
70 : 컨트롤러10,40: Whole circuit 12,41: Anode chamber
14, 42: positive electrode container 16, 43: solid electrolyte
18: safety tube 20,21: insulator
24, 44: cathode chamber 50: cathode vessel
52: transfer tube 60: sodium removal
62: exhaust pipe 64: vacuum tank
66: opening / closing valve 68: temperature sensor
70: controller

Claims

An anode chamber formed inside the anode container and containing sulfur;
A solid electrolyte disposed inside the positive electrode container and selectively transferring only sodium ions;
A cathode chamber formed on the inner surface of the solid electrolyte at an interval and containing sodium;
A negative electrode container disposed on the outer side of the positive electrode container, the negative electrode container being connected to the negative electrode chamber to receive sodium and to supply sodium; And
And a sodium damper connected to the cathode chamber to selectively remove sodium in the cathode chamber,
The sodium-
A discharge pipe connected to the cathode chamber and extended to the outside of the cathode container to transport sodium; And
And a vacuum tank connected to the discharge pipe and having a vacuum pressure formed therein.

delete

The method according to claim 1,
Wherein the sodium-removing unit further includes an on-off valve installed on one side of the discharge pipe to open and close the discharge pipe.

The method of claim 3,
The sodium-
The anode chamber, the cathode chamber, and a temperature sensor for sensing the temperature of the solid electrolyte cell section are including, sodium sulfur battery further comprising a controller that calculates a detection value of the temperature sensor operation and controls the on-off valve .

5. The method of claim 4,
And the sodium-removing unit is disposed at a lower portion of the battery.

5. The method of claim 4,
Wherein the sodium-removing unit is connected to the bottom of the cathode chamber.

The method according to claim 6,
The sodium-removing unit has a structure in which the discharge pipe is connected to the bottom of the cathode chamber and extends to the outer lower portion through the cathode plate provided at the lower end of the battery.

The method according to claim 6,
The sodium-sulfur removing unit has a structure in which the discharge pipe extends to an upper portion of the battery unit and extends to an inner bottom through an anode plate installed on an upper portion.

5. The method of claim 4,
Wherein the anode container has an upper opening and an anode chamber formed therein,
Wherein the solid electrolyte defines a cathode chamber therein,
An insulator provided between the positive electrode container and the solid electrolyte to insulate the positive electrode chamber from the negative electrode chamber,
And a negative electrode plate provided on the insulator to block the negative electrode chamber inside the solid electrolyte.

10. The method of claim 9,
Further comprising a safety tube disposed at an inner surface of the solid electrolyte with an interval therebetween to form the cathode chamber between the solid electrolytes.

10. The method of claim 9,
And a porous foam provided in the cathode chamber and having an open cell pore formed therein and filled with sodium.

5. The method of claim 4,
Wherein the positive electrode container has both end openings and the anode chamber is formed therein,
Wherein the solid electrolyte has openings at both ends and forms a cathode chamber therein,
An insulator disposed between both ends of the positive electrode container and provided between the positive electrode container and the solid electrolyte to insulate the positive electrode chamber from the negative electrode chamber,
And a negative electrode plate installed in each of the insulators to block the negative electrode chamber inside the solid electrolyte.

13. The method of claim 12,
A sodium-sulfur battery cell further comprising a porous foam formed in the cathode chamber and having open-cell pores formed therein and filled with sodium,