KR101943469B1 - 공기주입식 아연공기 2차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기주입식 아연공기 2차전지에 관한 것으로, 아연공기2차전지에 있어서, 전해액; 양극; 및 아연을 포함하는 음극을 포함하고, 상기 음극으로부터 거리를 두고 상기 양극을 향해 설치되어 공간을 형성하는 금속필터와, 상기 금속필터와 상기 양극과의 사이에 설치되는 분리막을 포함하여, 충전 과정에서 아연 이온이 금속 아연으로 석출되기 전에 상기 분리막과 상기 금속필터를 통과하여 일부가 상기 음극으로 환원되고, 나머지 일부는 상기 공간에서 금속 아연으로 생성되는 것을 특징으로 한다.

Description

공기주입식 아연공기 2차전지{AIR INJECTABLE ZINC AIR SECONDARY BATTERY}
본 발명은 공기주입식 아연공기 2차전지에 관한 것이다.
일반적으로, 공기아연 2차전지는 리튬 이온 전지에 비해 월등히 높은 에너지 밀도를 가지고 있지만, 충전의 비가역성으로 인한 낮은 용량 유지 특성 때문에 아직 상용화되지 못하였다.
아연은 일차전지의 음극 활물질로 이미 상용화되어 널리 사용되고 있지만, 이차전지의 음극 활물질로는 사용되고 있지 않다. 그 이유는 일차전지와 달리 이차전지에서는 충전과 방전이 반복적으로 진행되는 과정 중에 아연 전극의 표면에 아연 덴드라이트가 생성되기 때문이다. 금속 아연을 음극으로 사용하는 전지는 방전 과정에서 금속 아연이 용액 중에 아연 이온으로써 용해되고, 충전 과정에서는 용해된 아연 이온이 다시 금속 아연으로 석출되게 된다. 이때 아연이 수지상의 결정으로 석출되며, 이렇게 생성된 아연 덴드라이트는 충전과 방전 반응의 비가역성을 증대시켜 전지의 용량 및 사이클 수명의 저하를 유발한다.
또한 아연 덴드라이트는 양극 방향으로 성장을 하게 되는데, 성장이 많이 진행되면 분리막을 뚫고 양극과 접촉하면서 전지의 단락이라는 심각한 문제를 야기한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 아연을 이종 금속과 합금화시키거나, 전해질에 첨가물을 넣는 등의 연구가 오랜 기간 진행되었지만, 아직까지도 아연 덴드라이트의 생성 반응을 완전히 억제하는 방법은 발견되고 있지 않다.
그러나 공기아연 2차전지는 방전전압이 균일하고, 보존특성이 좋으며, 오염물질이 없는 친환경적이며, 연료 압축과 저장에 대한 문제가 없고 제작비용이 저렴한 장점이 있다.
공기아연 2차전지의 작동원리는 아연(Zn) 금속을 연료로 제공하고, 공기를 산화물로 제공하며, 알칼리성 수용액을 전해질로 제공한다. 아연은 알칼리 수용액에서 아연 양이온(Zn2+)을 형성하면서 음극 집전체로 전자를 전달하고, 생성된 전자는 외부회로를 통해 양극 집전체로 이동하며, 양극 집전체에서는 촉매에 의해 산소가 환원되어 수산화이온(OH-)을 형성하고, 수산화이온은 농도구배에 의해 전해액을 통해 음극 방향으로 이동한다. 수산화이온은 음극 집전체로 이동하여 아연 양이온과 반응하면서 최종생산물인 산화아연을 형성하는데, 이때 아연의 산화와 산소의 환원으로 화학에너지가 전기에너지로 변환된다.
한국 공개특허공보 제10-2014-0071964호는 아연-공기 이외의 재충전가능하며, 더 긴 수명을 나타내는 아연-공기 전지가 제공되며, 적어도 하나의 아연-혼입 구조체, 적어도 하나의 산소 방출 구조체 및 적어도 하나의 공기 전극을 포함하는 아연-공기 전제를 제공하되; 상기 아연-공기 전지는 상기 공기 전지의 충전 동안 제1 전극 쌍을 포함하고, 상기 전극 쌍은 상기 적어도 하나의 아연-혼입 구조체 및 상기 적어도 하나의 산소 방출 구조체를 포함하며; 상기 아연-공기 전지는 상기 공기 전지의 방전을 위해 제2 전극 쌍을 포함하고, 상기 전극 쌍은 상기 적어도 하나의 아연-혼입 구조체 및 상기 적어도 하나의 공기 전극을 포함한다.
한국 등록특허공보 제10-1574004호는 충방전시 손실된 전해액을 공급하는 전해액 저장부와 전해액 전지셀 내에 더 포함으로써 전지의 수명이 향상된 아연공기 2차전지가 제공되며, 공기 양극막을 포함하는 공기극, 아연(Zn)을 포함하는 음극활성물질 및 가성칼리 수용액을 포함하는 아연 음극겔로 구성되는 음극, 및 상기 공기극과 음극 사이에 존재하는 분리막을 포함하는 전지부; 전해액인 가성칼리 수용액을 저장하는 전해액 저장부; 및 상기 전해액 저장부로부터 공기극 및 음극겔에 가성칼리 수용액을 공급하는 전해액 공급부를 포함하고, 상기 가성칼리 수용액의 농도는 6M 이상이며, 상기 전해액 저장부는, 니켈을 함유하는 내층을 포함하는 구조를 갖는다.
미국 특허 제9,293,791호는 아연 덴드라이트로 인해 양극과 음극 사이의 단락을 방지할 수 있는 아연 이차전지가 제공되며, 양전극을 포함하고, 아연을 포함하는 음 전극; 알칼리 메탈 하이드록사이드(alkacil metal hydroxide)를 포함하는 전해질 용액; 양전극과 음전극 사이에 위치하고 양전극과 음전극을 분리하며 하이드록사이드 이온 전도성(hydroxide ion conductivity)을 갖는 무기고체 전해질 몸체를 포함하는 세퍼레이터를 포함한다.
한국 공개특허공보 제10-2014-0071964호 한국 등록특허공보 제10-1574004호 미국 특허 제9,293,791호
본 발명의 목적은 성능이 향상된 공기주입식 아연공기 2차전지를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 아연공기2차전지에 있어서, 전해액; 양극; 및 아연을 포함하는 음극을 포함하고, 상기 음극으로부터 거리를 두고 상기 양극을 향해 설치되어 공간을 형성하는 금속필터와, 상기 금속필터와 상기 양극과의 사이에 설치되는 분리막을 포함하여, 충전 과정에서 아연 이온이 금속 아연으로 석출되기 전에 상기 분리막과 상기 금속필터를 통과하여 일부가 상기 음극으로 환원되고, 나머지 일부는 상기 공간에서 금속 아연으로 생성되는 것을 특징으로 한다.
더 구체적으로, 상기 분리막은 상기 금속필터에 적층되어 상기 양극과 대향할 수 있다.
상기 양극에 상기 아연공기2차전지의 외부로부터 공급되는 공기를 주입할 수 있다.
상기 음극을 향해 대응하는 개구를 갖는 하우징을 더 포함하며, 상기 양극은 상기 하우징의 개구에 설치되며, 상기 아연공기2차전지의 외부로부터 공급되는 공기가 상기 하우징의 내부에 주입될 수 있다.
상기 전해액은 상기 아연공기2차전지의 내외부를 관통하여 순환할 수 있다.
상기 아연공기2차전지의 외부로부터 공급되는 공기를 상기 전해액으로 공급하는 노즐을 갖는 공기공급수단을 포함할 수 있다.
서로 거리를 두고 배치된 2개의 금속부재들을 구비하며 전원의 +극과 -극을 상기 금속부재들에 각각 공급하여 상기 전해액에 마이크로 버블을 발생시키는 마이크로버블 발생수단을 포함할 수 있다.
상기 아연공기2차전지의 외부로부터 상기 전해액이 보충될 수 있다.
상기 양극과 인접하게 설치되는 충전용 보조전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 방전과정에서 전해액 중에 용해된 음극의 아연 이온이 충전과정에서 금속 아연으로 석출되기 전에 분리막과 금속필터를 통과하여 일부가 음극으로 환원되고, 나머지 일부는 공간에서 금속 아연으로 생성되기 때문에 전해액 중에 아연 덴드라이트가 생성되는 일이 발생되지 않는다. 따라서 전해액 중에 생성된 아연 덴드라이트가 충전과 방전 반응의 비가역성을 증대시켜 전지의 용량 및 사이클 수명의 저하를 유발하는 기존의 문제가 해소되어 전지의 성능이 크게 향상되고 장기간 유지될 수 있다.
또한, 전해액의 점도는 화학 반응에 의해서 ZnO가 증가함에 따라 증가되고 이러한 점도가 수산화이온의 움직임을 방해하기 때문에 농도가 높을수록 전지의 성능에 영향을 미친다. 또한, 양극으로 사용되는 공기의 내부에는 반응에 필요한 산소만 존재하는 것이 아니라 점도를 증가시키는 이산화탄소 역시 존재하고 이산화탄소는 전해액 내부에서 카본네이트(carbonate)를 형성시키며 점도를 증가시킨다. 이처럼 전해액의 점도가 증가하면 이온의 이동을 막아 이온 전도도가 낮아져 전지의 성능에 영향을 미치며, 본 발명은 전해액에 공기가 주입되고, 마이크로 버블이 발생됨으로써 전해액의 점도가 처음 상태로 유지되어 전지의 성능이 크게 향상되고 장기간 유지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 공기주입식 아연공기 2차전지의 전체 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 공기주입식 아연공기 2차전지를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 공기주입식 아연공기 2차전지의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 공기주입식 아연공기 2차전지의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 공기주입식 아연공기 2차전지(100)는 공기압축기(10)가 압축한 공기를 저장하는 압축공기저장탱크(11)로부터 공기가 유입되며, 전해액이 순환라인(31)의 중간에 설치된 순환모터펌프(33)를 통해 전해액탱크(35)를 순환하고, 또한 전해액이 전해액보충탱크(40)로부터 보충되며, 전해액 중에 마이크로 버블이 발생되고, 충전에 필요한 전원이 전원공급수단(50)로부터 공급된다. 예를 들면, 전원공급수단(50)은 태양광 발전을 통해 얻은 전원 또는 상용전원을 인가받아 충전되어 전지 등에 공급할 수 있다.
도 2에 예시된 바와 같이, 본 발명의 공기주입식 아연공기 2차전지(100)는 내부에 밀폐공간을 갖는 전지케이스(101)를 구비하며, 전지케이스(101)의 내부에는 전해액(103)이 채워진다. 전지케이스(101)는 상부를 개폐하여 내부를 밀폐시킬 수 있다.
전해액(103)은 수성 또는 유성 중 어느 하나일 수 있고, 중성 또는 알칼리성 중 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게는 알칼리성인 하이드록사이드(hydroxide) 용액일 수 있다. 즉, 수산화칼륨(KOH), 수산화리튬(LiOH), 수산화나트륨(NAOH) 등 중 어느 하나일 수 있다.
전해액(103)이 채워진 전지케이스(101)의 내부에는 양극(110)과 음극(120)이 각각 배치된다. 압축공기저장탱크(11)의 공기가 양극(110)으로 강제 공급되며, 양극(110)에서는 산소가 공급되면서 물과 만나 전자를 얻는 환원반응이 일어나고 수산화이온이 생성되며 생성된 수산화이온은 전해액(103)을 통해 음극(120) 쪽으로 이동한다.
본 발명은 음극(120)을 향해 대응하는 개구(111a)를 갖는 내부가 빈 하우징(111)을 포함할 수 있고, 하우징(111)의 개구(111a)에는 양극(110)이 설치될 수 있다. 즉, 하우징(111)의 개구(111a)에는 양극(110)을 이루는 촉매활성층(catalytically active layer)(113)이 설치되고, 또한 양극(110)을 이루는 집전층(current collecting layer)(115)이 촉매활성층(113)에 적층되어 음극(120)과 대향할 수 있다. 공기주입관(117)이 전지케이스(101)와 하우징(111)을 관통하여 설치되고, 공기압축기(10)가 압축한 압축공기저장탱크(11)의 공기가 공기주입관(117)을 통해 하우징(111)의 내부로 공급된다.
하우징(111)은 전지케이스(101)의 내벽면에 고정 설치되어 개구(111a)가 음극(120)과 대향할 수 있고, 전지케이스(101)의 내벽면과 접하는 하우징(111)의 벽체는 개구될 수 있는데, 이는 접한 전지케이스(101)의 내벽면이 하우징(111)의 벽체를 대신할 수 있기 때문이다.
촉매활성층(113)은 산소의 환원 반응이 일어나는 부분으로 반응에 직접적으로 영향을 주는 전지의 주요부로서 촉매물질 및 탄소물질을 포함하여 이루어지고, 집전층(115)은 전류가 공급되는 경로로서 산소에 의한 부식이 일어나지 않고 높은 전도성을 갖는 금속으로 이루어진다. 예를 들면, 집전층(115)은 니켈망(Ni mesh)을 사용할 수 있고, 니켈로 코팅된 구리망(Cu mesh) 또는 높은 표면적을 갖는 니켈폼(Ni foam)을 사용할 수 있다.
음극(120)은 순수 아연으로 이루어진 금속판일 수 있고, 아연을 포함하는 금속판일 수 있다. 음극(120)은 음극에 적합한 전기 화학적 활동도가 나타나는 아연화합물 또는 아연합급 등을 포함할 수 있다. 음극(120)은 방전 과정이 진행될 때 전자를 잃게 되고 그 과정에서 아연이온이 형성되며 하기의 분리막(140)을 통과하여 수산화이온과 반응한다.
음극(120)은 ㄷ자 형상의 브라켓(150)을 통해 전지케이스(101)의 내벽면에 고정 설치되어 양극(110)과 대향할 수 있고, 음극(120)에는 양극(110)을 향해 금속필터(130)가 설치되고, 금속필터(130)와 양극(110)과의 사이에는 분리막(140)이 설치될 수 있다.
예를 들면 도면에 예시된 바와 같이, 금속필터(130)와 분리막(140)은 음극(120)을 고정하는 브라켓(150)에 순차로 고정 설치되어 음극(120)으로부터 양극(110)을 향해 적층될 수 있다. 이때, 금속필터(130)는 음극(120)으로부터 거리를 두고 적층되어 공간(S)을 형성하고, 분리막(140)은 금속필터(130) 위에 적층될 수 있다.
금속필터(130)는 다공판, 망(mesh) 또는 폼(foam) 중 어느 하나의 형태일 수 있고, 예를 들면 니켈 재질의 다공판, 니켈망(Ni mesh) 또는 니켈폼(Ni foam) 중 어느 하나일 수 있다.
분리막(140)은 수산화이온 이외의 다른 물질이 통과하지 못하게 막아주는 역할을 하며 전해액(103)에 안전성을 가져야 한다. 또한, 분리막(140)은 이온 전도성이 좋아야 하고 전기적으로 부도체여야 하며, 충전과 방전이 일어나는 전압과 전류의 자극에 대하여 안정성이 유지되야 한다. 이와 같은 성능이 발휘되면 어떤 재료든 분리막(140)으로 사용될 수 있다.
전지의 방전 과정에서 음극(120)이 전해액(103) 중에 아연 이온으로써 용해되고, 충전 과정에서는 용해된 아연 이온이 다시 금속 아연으로 석출되고, 아연이 수지상의 결정으로 석출되며, 이렇게 생성된 아연 덴드라이트는 충전과 방전 반응의 비가역성을 증대시켜 전지의 용량 및 사이클 수명의 저하가 야기되는데, 본 발명에서는 방전과정에서 전해액(103) 중에 용해된 음극(120)의 아연 이온이 충전과정에서 금속 아연으로 석출되기 전에 분리막(140)과 금속필터(130)를 순차로 통과하여 일부가 음극(120)으로 환원되고, 나머지 일부는 공간(S)에서 금속 아연으로 생성되어 전해액(103) 중에 아연 덴드라이트가 생성되는 일이 발생되지 않는다. 특히, 공간(S)에서 생성된 금속 아연은 방전과정에서 금속필터(130)와 음극(120)을 전기적으로 연결시켜 출력을 향상시킨다.
따라서 전해액(103) 중에 생성된 아연 덴드라이트가 충전과 방전 반응의 비가역성을 증대시켜 전지의 용량 및 사이클 수명의 저하를 유발하는 기존의 문제가 근본적으로 해소되어 전지의 성능이 크게 향상되고 장기간 유지될 수 있다.
한편, 전해액(103)은 순환라인(31)의 중간에 설치된 순환모터펌프(33)를 통해 전해액탱크(35)를 순환한다. 도면에 예시된 바와 같이, 전해액(103)은 전지케이스(101)의 하부로부터 배출되어 전해액탱크(35)를 통과한 후 다시 전지케이스(101)의 상부로 유입되는 사이클을 반복하여 순환하며, 전해액탱크(35)는 반응 후 전해액(103)에 포함된 크기가 작은 아연 입자나 산화아연 입자들을 침강시켜 분리한 후 전지케이스(101)에 재공급한다.
또한 도 1에 예시된 바와 같이, 본 발명은 전해액보충탱크(40)를 통해 전지케이스(101)에 전해액(103)이 보충됨으로써 전지의 충전 및 방전 주기가 증가될 수 있다. 2차전지는 전해액(103) 내 카보네이트 생성 및 수분 증발에 따른 전해액 H2O 손실로 인하여 충전 및 방전이 이루어지지 않거나 충전 및 방전의 주기가 길지 않아 전지의 수명이 짧아지는 문제가 있는데, 본 발명은 전해액보충탱크(40)을 통해 전지케이스(101)에 전해액(103)이 보충됨으로써 전지의 충전 및 방전이 가능하고 그 주기가 크게 증가될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 전해액(103)이 순환되어 반응 후 전해액(103)에 포함된 크기가 작은 아연 입자나 산화아연 입자들이 더 분리되고, 충전 및 방전시 요구되는 전해액(103)이 보충됨으로써 전지의 충전 및 방전 주기가 증가되어 전지의 수명이 크게 향상될 수 있다.
또한, 본 발명은 전지의 외부로부터 공급되는 공기가 전해액(103)에 공급되고, 전해액(103) 중에 마이크로 버블이 발생됨으로써 전지의 성능이 크게 향상되고 장기간 유지될 수 있다.
도 2에 예시된 바와 같이, 본 발명은 전지케이스(101)의 내부 바닥에 압축공기저장탱크(11)와 연결된 공기공급수단(160)이 설치되어 전해액(103)에 공기가 주입될 수 있다.
도시하지는 않았지만, 공기공급수단(160)은 길이를 따라 다수개의 노즐을 갖는 관 형상을 이루어 전지케이스(101)의 내부 바닥에 지그재그 또는 나선 형태 등으로 배관되어 전지케이스(101)를 관통하여 공급되는 압축공기저장탱크(11)로부터의 공기를 전해액(103)에 공급할 수 있다.
또한 도면에 예시된 바와 같이, 공기공급수단(160)은 내부에 기로(161)가 형성되고 그 기로(161)와 연결된 다수개의 노즐들(163)을 갖는 판상형을 이루어 전지케이스(101)를 관통하여 공급되는 압축공기저장탱크(11)로부터의 공기를 전해액(103)에 공급할 수 있다.
압축공기저장탱크(11)로부터의 공기는 공기공급수단(160)의 기로(161)로 공급되고 노즐들(163)을 통해 빠져 나가 전해액(103)에 주입된다. 이때, 공기공급수단(160)은 중앙에 전해액(103)이 관통하는 통공(165)을 형성하고, 전지케이스(101)의 바닥으로부터 거리를 두고 설치되어, 순환을 위해 전지케이스(101)의 하부로부터 배출되는 전해액(103)의 이동을 방해하지 않는 것이 좋다. 기로(161)는 통공(165)의 둘레를 따라 공기공급수단(160)의 내부에 형성된다.
마이크로 버블은 마이크로버블 발생수단(60)에서 발생된다. 마이크로버블 발생수단(60)은 전지케이스(101)의 내부에 위치하는 서로 거리를 두고 배치된 2개의 금속부재들(61)(63)을 구비하며 전원의 +극과 -극을 금속부재들(61)(63)에 각각 공급하여 금속부재들(61)(63) 사이에서 마이크로 버블을 발생시켜 전해액(103)에 공급한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 마이크로버블 발생수단(60)은 전지케이스(101)의 외부에 위치하여 금속부재들(61)(63)에 공급되는 전원을 제어하여 마이크로 버블의 발생량 등을 조절하며, 전원공급수단(50)으로부터 전원을 인가받아 작동될 수 있다.
마이크로버블 발생수단(60)은 원통이나 사각통 등의 임의 형상을 갖는 고정부재에 금속부재들(61)(63)을 고정하여 전지케이스(101)의 바닥에 공기공급수단(160)과는 별도로 설치될 수 있고, 도 3에 예시된 바와 같이 공기공급수단(160)의 통공(165)에 금속부재들(61)(63)이 고정 설치될 수 있다. 즉, 마이크로버블 발생수단(60)은 2개의 금속부재들(61)(63)이 통공(165)을 가로질러 노출되게 설치될 수 있고, 마이크로버블 발생수단(60)로부터의 전원은 공기공급수단(160)의 내부를 관통하여 금속부재들(61)(63)에 공급될 수 있다.
전해액(103)의 점도는 화학 반응에 의해서 ZnO가 증가함에 따라 증가되고 이러한 점도가 수산화이온의 움직임을 방해하기 때문에 농도가 높을수록 전지의 성능에 영향을 미친다. 또한, 양극(110)으로 사용되는 공기의 내부에는 반응에 필요한 산소만 존재하는 것이 아니라 점도를 증가시키는 이산화탄소 역시 존재하고 이산화탄소는 전해액(103) 내부에서 카본네이트(carbonate)를 형성시키며 점도를 증가시킨다. 이처럼 전해액(103)의 점도가 증가되면 이온의 이동을 막아 이온 전도도가 낮아져 전지의 성능에 영향이 미치는데, 본 발명은 전해액(103)에 공기가 주입되고, 마이크로 버블이 발생됨으로써 전해액(103)의 점도가 처음 상태로 유지되어 전지의 성능이 크게 향상되고 장기간 유지될 수 있다.
전지의 충전과정에서 기포가 발생되어 전지케이스(101)의 내압이 증가될 수 있다. 이는 인위적으로 전하를 공급하기 때문이며, 이로 인해 전지케이스(101)의 내압이 공기압보다 높아 전해액(103)이 양극(110)의 촉매활성층(113)을 통과하여 누출될 수 있고, 이 때문에 전기의 출력이 저하되고 촉매활성층(113)이 산화되는 등의 문제가 발생될 수 있는데, 본 발명은 양극(110)에 전지케이스(101)의 내압 보다 높은 압축공기가 공급됨으로써 이와 같은 문제가 근본적으로 해소될 수 있다.
도 4에 예시된 바와 같이, 음극(120)과 금속필터(130) 및 분리막(140)은 하나의 셋트(set)를 이루어 전지케이스(101)의 내벽면에 다수개로 배열 설치될 수 있고, 하우징(111)은 다수개의 개구(111a)를 갖고 전지케이스(101)의 내부 중앙에 설치되어 각 개구들(111a)이 상기 셋트와 대응할 수 있다. 각 개구(111a)에는 상기 셋트와 대응하게 양극(110)이 각각 설치됨은 자명하다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 전지케이스(101)에는 충전용 보조전극(180)이 설치될 수 있다. 충전용 보조전극(180)은 금속 등의 도전성 재질로 이루어져 충전 과정에서 +극으로 사용된다. 충전용 보조전극(180)은 양극(110)과 인접하게 전지케이스(101)의 내외부를 관통하여 설치되며, 양극(110)의 파손 등을 방지하는 보조 역할을 수행한다.
또한, 전지케이스(101)는 전지에 적합하거나 임의 환경에 적용가능한 크기 또는 전반적인 기하학을 가질 수 있음은 명백한 사실이고, 직사각형, 정사각형, 타원, 원 또는 다른 적합한 형상을 가질 수 있으며, 본 발명의 각 구성요소들은 전지케이스(101)의 형상에 맞게 설계되어 적용됨은 자명하다.
상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 공기압축기 11: 압축공기저장탱크
31: 순환라인 33: 순환모터펌프
35: 전해액탱크 40: 전해액보충탱크
50: 전원공급수단 60: 마이크로버블 발생수단
61,63: 금속부재 100: 아연공기 2차전지
101: 전지케이스 103: 전해액
110: 양극 111: 하우징
111a: 개구 113: 촉매활성층
115: 집전층 117: 공기주입관
120: 음극 130: 금속필터
140: 분리막 150: 브라켓
160: 공기공급수단 161: 기로
163: 노즐 165: 통공
180: 충전용 보조전극

Claims (9)

  1. 내부가 빈 구조의 전지케이스(101)와, 상기 전지케이스(101)의 내부에 채워진 전해액(103)과, 상기 전지케이스(101)의 내부에 설치되는 양극(110)과, 상기 전지케이스(101)의 내부에 설치되어 상기 양극(110)과 대향하는 아연을 포함하는 음극(120)과, 분리막(140)과, 노즐(163)을 구비하여 상기 전지케이스(101)의 내부에 설치되어 상기 전지케이스(101)의 외부로부터 공급되는 압축 공기를 상기 노즐(163)을 통해 상기 전해액(103)에 공급하는 공기공급수단(160)을 포함하며, 상기 전해액(103)이 상기 전지케이스(101)의 내외부를 관통하여 순환하고, 상기 전해액(103)은 상기 전지케이스(101)의 외부로부터 보충되는 아연공기2차전지에 있어서,
    상기 전지케이스(101)의 내벽면에는 상기 음극(120)을 고정하는 ㄷ자 형상의 브라켓(150)이 설치되고, 상기 브라켓(150)에는 상기 음극(120)으로부터 거리를 두고 상기 양극(110)을 향해 금속필터(130)가 설치되어 상기 음극(120)과의 사이에 공간(S)을 형성하고, 상기 분리막(140)은 상기 금속필터(130)에 적층되어 상기 양극(110)과 대향하며, 충전 과정에서 아연 이온이 금속 아연으로 석출되기 전에 상기 분리막(140)과 상기 금속필터(130)를 통과하여 일부는 상기 음극(120)으로 환원되고, 나머지 일부가 상기 공간(S)에서 금속 아연으로 생성되어 상기 전해액(103)에서 아연 덴드라이트의 성장이 억제되고,
    상기 전지케이스(101)의 내부에는 상기 음극(120)을 향해 대응하는 개구(111a)를 갖는 하우징(111)이 설치되고, 상기 양극(110)은 상기 하우징(111)의 개구(111a)에 설치되며, 상기 전지케이스(101)와 상기 하우징(111)을 관통하여 공기주입관(117)이 설치되어, 상기 양극(110)에 상기 전지케이스(101)의 내압보다 높은 압력의 공기가 주입되고,
    상기 전지케이스(101)의 내부에 위치하는 서로 거리를 두고 배치된 2개의 금속부재들(61)(63)을 구비하며 전원의 +극과 -극을 상기 금속부재들(61)(63)에 각각 공급하여 상기 전해액(103)에 마이크로 버블을 발생시키는 마이크로버블 발생수단(60)을 포함하고,
    상기 양극(110)과 인접하게 설치되는 충전용 보조전극(180)을 갖는 것을 특징으로 하는 공기주입식 아연공기 2차전지."
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