KR101967443B1 - 음극 및 이를 포함하는 액체 금속 전지 - Google Patents

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Abstract

액체 금속 전지가 개시된다. 본 개시의 실시 예에 따른 액체 금속 전지의 음극은, 전자와 금속 이온을 방출하는 금속 재료를 포함하는 재료층, 상기 재료층의 하부에 위치하고, 승온 시 상기 금속 재료가 함침되는 기공을 포함하는 메탈폼층 및 상기 재료층과 상기 메탈폼층의 측면 및 상기 재료층의 상부를 감싸는 통 형상을 갖는 몸체와 상기 재료층의 상부에 부착되는 돌출부를 포함하는 단자를 포함할 수 있다.

Description

음극 및 이를 포함하는 액체 금속 전지{ANODE AND LIQUID METAL BATTERY COMPRISING THE SAME}
본 개시는 금속 전지, 더욱 상세하게는, 액체 금속 전지의 음극 및 이를 포함하는 액체 금속 전지에 관한 것이다.
대용량으로 전기 화학적인 에너지를 저장하는 시스템으로, 액체 금속 전지가 주목을 받고 있다. 액체 금속 전지는 고온인 양극, 전해질, 음극이 액체 상태에서 작동하는 전지로 고체 전극 전지와 달리 충전/방전에 따른 전극재료의 손상 가능성이 없어 수명이 고체 전극 전지보다 길어질 수 있다. 또한, 액상으로 이루어진 양극, 전해질, 음극이 밀도 차이에 의해 자연 분리되어 운용되므로, 전지 구성이 복잡하지 않다.
이러한 액체 금속 전지는 액체 양극과 액체 음극 간의 단락 방지를 위해 질화 붕소(boron nitride)와 같은 세라믹 절연체를 사용하고 있다. 그러나, 이런 세라믹 절연체는 고온에서 리튬 금속과 같은 음극재료와 지속적으로 반응이 일어나기 때문에 수명성능이 저하될 수 있다.
액체 금속 전지의 음극에 관한 것으로서, 메탈폼을 포함하는 액체 금속 전지의 음극을 제공한다. 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제가 유추될 수 있다.
일측면에 따른 액체 금속 전지의 음극은, 전자와 금속 이온을 방출하는 금속 재료를 포함하는 재료층, 상기 재료층의 하부에 위치하고, 승온 시 상기 금속 재료가 함침되는 기공을 포함하는 메탈폼층 및 상기 재료층과 상기 메탈폼층의 측면 및 상기 재료층의 상부를 감싸는 통 형상을 갖는 몸체와 상기 재료층의 상부에 부착되는 돌출부를 포함하는 단자를 포함할 수 있다.
상기 돌출부는 상기 액체 금속 전지의 외부로 노출됨으로써, 상기 액체 금속전지와 외부 전선을 연결할 수 있다.
상기 재료층은 판 형상인 복수의 층을 포함하고, 상기 층의 개수를 조절하여 상기 액체 금속 전지의 방전 용량을 조절할 수 있다.
상기 기공의 기공율의 범위는 85% 내지 95% 일 수 있다.
상기 재료층의 상기 금속 재료는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함할 수 있다.
상기 메탈폼층은 니켈, 철, 크롬, 알루미늄 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
상기 단자는 상기 재료층이 포함하는 금속 재료에 대해 내부식성이 있는 몰리브덴, 텅스텐, 순철, 탄소강의 금속 재료를 포함할 수 있다.
다른 일측면에 따라 전지의 동작 시 양극, 전해질 및 음극이 액체 상태를 포함하는 액체 금속 전지는, 상기 양극, 전해질 및 음극의 일부를 감싸는 케이스, 상기 케이스의 내부에 위치하고, 상기 케이스로부터 제 1 전자를 수용하는 양극, 제 2 전자와 금속 이온을 방출하는 금속 재료를 포함하는 재료층, 상기 재료층의 하부에 위치하고, 승온 시 상기 금속 재료가 함침되는 기공을 포함하는 메탈폼층 및 상기 재료층과 상기 메탈폼층을 감싸고, 상기 재료층의 상부에서 돌출됨으로써 상기 액체 금속 전지와 외부 전선을 연결하는 단자를 포함하는 음극, 상기 음극과 상기 양극 간 단락을 방지하기 위해, 일단이 상기 양극의 상부에 접촉하고, 타단이 상기 메탈폼층과 접촉하는 전해질 및 상기 함침의 양을 조절하기 위해, 상기 케이스에 부착되어 상기 액체 금속 전지 내부의 기체의 조성 또는 압력을 조절하는 밸브를 포함할 수 있다.
상기 음극과 상기 케이스가 절연되도록 상기 단자의 표면의 적어도 일부에 절연 물질이 코팅될 수 있다.
본 개시에 따른 음극 및 이를 포함하는 액체 금속 전지는, 별도의 함침 공정 없이 음극 재료를 메탈폼에 함침시킬 수 있다. 또한, 양극과 음극 사이에 세라믹 절연체를 제거할 수 있다. 그리고, 음극 단자의 메탈폼이 전해질과 접촉하는 면적이 넓어짐에 따라 전류를 집전하는 면적이 넓어질 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 음극의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시 예에 따라 액체 금속 전지를 구성하는 음극을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 음극의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 액체 금속 전지의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 액체 금속 전지를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시 예에 따라 사이클 수를 증가시키면서 리튬-비스무트 액체 금속 전지의 쿨롱 효율(Coulombic Efficiency) 및 에너지 효율(Energy Efficiency)을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 개시의 예시적 실시 예에 따라 사이클 수를 증가시키면서 리튬-비스무트 액체 금속 전지의 충전 및 방전 용량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
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 있음을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 음극의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 음극(100)은 재료층(110), 메탈폼층(120) 및 단자(130)를 포함할 수 있다.
음극을 구성하는 재료층(110), 메탈폼층(120) 및 단자(130)의 구조는 재료층(110)과 메탈폼층(120)은 서로 일면을 접촉하고 있으며, 단자(130)의 내부에 위치하는 구조를 포함한다. 단자(130)는 재료층(110)과 메탈폼층(120)을 감싸도록 내부에 공간을 갖는 컵 형상을 가질 수 있다.
도 1의 실시예를 참조하면, 재료층(110)이 단자(130)의 내부에 위치하고, 메탈폼층(120)의 일면이 외부로 노출된다.
전지의 작동 시에 음극(100)의 온도가 상승하면 재료층(110)이 포함하는 금속 재료의 일부가 용융되면서 재료층(110)이 메탈폼층(120)과 접촉하는 면을 통해, 일부 금속 재료가 메탈폼층(120)으로 함침될 수 있다.
재료층(110)이 포함하는 금속 재료는 전자와 금속 이온을 방출할 수 있다. 재료층(110)에서 방출하는 전자는 단자(130)로 이동한다.
재료층(110)은 음극 재료를 포함할 수 있다. 이에 따라 음극(100)이 액체 금속 전지에 포함될 수 있다. 액체 금속 전지는 음극, 전해질 및 양극이 모두 전지 작동 시 액체 상태를 포함한다. 액체 금속 전지의 작동 온도를 낮추기 위해 녹는점이 낮은 음극 재료의 사용이 필요할 수 있다.
음극 재료 중 녹는 점이 가장 낮고 산화 환원 전위가 가장 높은 금속으로 리튬 금속이 있으며, 재료층(110)은 리튬 금속을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 재료층(110)의 금속 재료는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함할 수 있다.
재료층(110)이 리튬 금속을 포함하는 경우, 단자(130)는 리튬 금속-또는, 알칼리 금속 및 알칼리 토금속-과 같은 반응성이 큰 재료에 대해 내부식성이 큰 재료를 선택해야 한다. 이와 같은 재료로 몰리브덴, 텅스텐, 순철, 탄소강 등을 포함하는 재료를 선택할 수 있다. 탄소강으로는 오스테나이트 스테인리스강, 페라이트 스테인리스강 등을 선택할 수 있다.
메탈폼층(120)은 니켈, 철, 크롬, 알루미늄 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 예를 들어, Ni, Fe, NiFeCrAl, FeCrAl 등이 해당한다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시 예에 따라 액체 금속 전지를 구성하는 음극을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 액체 금속 전지(200)의 음극은 단자를 포함한다.
단자는 내부에 음극 재료층과 메탈폼층을 포함할 수 있다. 단자는 재료층과 메탈폼층의 측면 및 재료층의 상부를 감싸도록 내부에 공간을 갖는 통 형상을 가질 수 있다. 통 형상은 이들의 측면을 감싸는 부분(132)과 재료층의 상부를 덮는 부분(134)을 포함할 수 있다. 또한, 재료층의 상부를 덮는 부분(134)에 부착되고, 재료층의 상부를 덮는 부분(134)으로부터 돌출되는 돌출부(136)를 포함할 수 있다.
돌출부(136)는 액체 금속 전지(200)의 외부로 노출됨으로써, 액체 금속 전지(200)와 외부 전선을 연결할 수 있다.
도 3은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 음극의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 음극(300)은 재료층(310), 메탈폼층(320) 및 단자(330)를 포함할 수 있다. 음극을 구성하는 재료층(310), 메탈폼층(320) 및 단자(330)의 구조는 재료층(310)과 메탈폼층(320)은 서로 일면을 접촉하고 있으며, 단자(330)는 재료층(310) 및 메탈폼층(320)의 측면을 감싸고, 재료층(310)의 일측면을 덮고 있을 수 있다.
또한, 재료층(310)은 판 형상인 복수의 층을 포함할 수 있다. 판 형상인 복수의 층으로 이루어짐으로써, 제조 공정에서 쉽게 단자 내부에 음극 재료를 장착할 수 있고, 층의 개수를 조절하여 단자 내부의 음극 재료의 무게를 조절할 수 있다. 음극 재료의 무게에 따라 액체 금속 전지의 방전 용량을 결정할 수 있다. 일반적으로 음극 재료의 무게가 증가함에 대응하여 액체 금속 전지의 방전 용량이 증가할 수 있다.
도 4는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 액체 금속 전지의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 액체 금속 전지(400)는 음극(300), 전해질(410), 양극(420) 및 케이스(430)를 포함할 수 있다. 음극(300)은 재료층(310), 메탈폼층(320) 및 단자(330)를 포함할 수 있다.
메탈폼층(320)은 기공을 포함할 수 있다. 전지를 작동시키기 위해 온도를 상승시키면서 음극(300)의 온도가 올라가면, 재료층(310)의 음극 재료가 일부 용융되어 메탈폼층(320)의 기공으로 함침될 수 있다. 기공율이 너무 높으면, 음극 재료가 메탈폼층(320)에 머물러 있지 않고, 바깥으로 흘러나와 단자(330) 밖으로 흐를 수 있다. 반면, 기공율이 너무 낮으면, 음극 재료가 메탈폼층(320)으로 함침되는 비율이 목표하는 정도보다 적어질 수 있다. 일실시예에 따라, 메탈폼층(320)의 기공은 85% 내지 95% 범위의 기공율을 가질 수 있다.
재료층(310)은 판 형상인 복수의 층을 포함할 수 있고, 층의 개수를 조절하여 액체 금속 전지의 방전 용량을 조절할 수 있다.
케이스(430)의 내부에 양극(420)이 위치할 수 있고, 일단이 양극(420)과 접촉하며, 타단이 음극의 메탈폼층(320)과 접하는 전해질(410)이 위치할 수 있다. 전해질(410)은 음극(300)과 양극(420) 사이에 위치하여, 음극(300)과 양극(420) 간의 단락을 방지할 수 있다. 이에 따라, 액체 금속 전지에서 음극과 양극의 단락을 방지하기 위해 이용하는 세라믹 절연체 등의 별도 구성이 필요하지 않을 수 있다. 전해질(410)은 LiF, LiCl, LiBr, LiI와 같은 리튬 할라이드계 재료를 포함할 수 있다.
양극(420)과 케이스(430)는 같은 극성을 가질 수 있다. 양극(420)은 케이스(430)로부터 전자를 수용할 수 있다. 이에 따라, 단자(330)는 케이스(430)와 절연하기 위하여, 외부 표면의 일부에 절연 물질(340)을 코팅할 필요가 있을 수 있다. 단자(330)에 절연 물질(340)을 코팅하는 단자(330)의 외부 표면의 일부는 예컨대, 도 4에는 도시되어있지 않으나 단자와 케이스(430)가 접촉할 수 있는 케이스(430)의 상부 덮개에 단자(330)의 돌출부의 일부가 외부로 노출되도록 구멍이 형성되어있는 경우, 이 구멍과 돌출부가 접하는 접촉부 등이 해당될 수 있다. 혹은 단자(330)의 전체에 절연 물질(340)을 코팅할 수 있다. 양극(420)은 비스무트(Bi), 주석(Sn), 납(Pb), 안티모니(Sb)와 같은 재료를 포함할 수 있다.
액체 금속 전지(400)는 케이스(430)와 양극(420)이 같은 극성을 가질 수 있으며, 이에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 음극은 단자(330)가 케이스(430)와 단락되지 않는 범위에서 최대한의 면적을 가지는 직경으로 제작될 수 있다.
액체 금속 전지(400)는 음극의 돌출부에서 외부 전선과 연결되며, 전류 집전은 음극의 단자(330)가 포함하는 메탈폼층(320)의 접촉부에서 이루어진다. 이에 따라, 단자(330)의 돌출부와 연결되는 외부 전선에 대하여 전류 집전 면적이 증대될 수 있다.
일실시예에 따라, 액체 금속 전지(400)는 다음과 같은 방법으로 제작할 수 있다. 재료층(310)의 금속 재료는 리튬을 이용한다. 또한, 재료층(310)은 복수의 층, 예를 들어, 금속 호일로 이루어진다. 메탈폼층(320)은 니켈을 이용할 수 있다. 리튬의 반응을 억제하기 위해, 제작공정은 무습실 또는 아르곤 분위기의 글로브 박스 내에서 진행할 수 있다. 양극(420)은 비스무트를 이용한다. 단자(330)는 몰리브덴을 이용한다.
케이스(430)는 상부 케이스와 하부 케이스로 나누어 구성하고, 스테인리스 강을 포함한다.
316L 스테인리스강으로 제조한 하부케이스(내경 20 mm)에 비스무트 양극 6.10 g을 투입하고, 550℃의 아르곤 분위기에서 4시간 동안 용융 후 서냉한다.
1차 용융한 양극 위에 LiCl-LiF-LiBr (22.0 wt% : 9.6 wt% : 68.4 wt%) 전해질 14.0 g을 투입한다.
550℃의 아르곤 분위기에서 4시간 동안 용융 후 서냉한다.
몰리브덴 재질의 음극단자 컵(외경 12.0 mm, 내경 10.0 mm, 깊이 5 mm)에 두께 0.5 mm의 리튬 금속 호일 디스크(지름 9.5 mm×4개, 지름 11.0 mm×1개)를 순서대로 적층한다. 리튬 금속 호일의 총 무게는 0.09 g이다.
리튬 금속 상단에 니켈 메탈폼(지름 10.0 mm, 두께 3.0 mm, 기공크기 1,200 μm, 기공도 92%, 면적밀도 500 g/m2)을 적층한다.
몰리브덴 음극단자 컵은 하부케이스 내부 바닥면에서 전해질까지의 거리가 19.0 mm가 되도록 전해질 표면에 밀착시킨다. 몰리브덴 음극단자는 상부케이스와의 절연을 위해 알루미나 튜브에 삽입한 후 copaltite로 실링 처리한다. copaltite는 실링용 접착제로 500℃ 이상의 고온에서도 사용이 가능하다. copaltite로 실링 처리하여 알루미나 튜브와 음극 단자 간의 밀봉성이 확보될 수 있다.
음극단자-알루미나 튜브 조립체를 상부케이스에 고정시키기 위해, 튜브 피팅 및 진공 피팅을 사용하여 상부케이스에 조립한다. 상부케이스와 하부케이스 간의 용접을 통해 전액상체 금속전지의 밀폐성을 확보한다. 상부케이스와 하부케이스 간의 용접은 JB weld를 이용하여 실링 처리할 수 있다. JB weld는 실리콘 sealant로 250℃의 고온에서도 사용한다. JB weld는 copaltite의 실링 처리로 확보한 알루미나 튜브와 음극 단자 간의 밀봉성이 깨졌을 때를 대비하여 추가적인 밀봉성을 확보한다.
상부케이스에는 전액상체 금속전지 내부를 진공 또는 아르곤 분위기로 유지하기 위해 밸브를 설치한다.
예를 들어, 각 재료의 녹는점은 리튬 금속 180℃, LiCl-LiF-LiBr 전해질 430℃, 비스무트 양극 271℃ 이므로, 실시예에서 전극 및 전해질의 완전한 액상 천이를 위하여 분당 10℃의 승온 속도로 550℃까지 온도를 상승시킨 후 유지한다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 액체 금속 전지를 나타내는 도면이다.
액체 금속 전지(500)는 외부로 노출되는 단자의 돌출부(510)를 통해 외부 전선과 연결될 수 있다.
또한, 케이스에 부착되는 밸브(520)를 통해 액체 금속 전지(500) 내부의 기체의 조성 또는 압력을 조절할 수 있다. 액체 금속 전지(500) 내부의 기체의 조성 또는 압력을 조절함으로써 액체 금속 전지(500)의 음극의 메탈폼층에 함침되는 음극 재료의 양을 조절할 수 있다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시 예에 따라 사이클 수를 증가시키면서 리튬-비스무트 액체 금속 전지의 쿨롱 효율(Coulombic Efficiency) 및 에너지 효율(Energy Efficiency)을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 사이클 수를 증가시키면서 충전은 0.20 A 의 전류로 0.95 V 또는 1.20 V 까지 충전하였다. 초기 10사이클까지는 방전용량의 감소가 있었으나, 이후 50사이클까지는 일정한 방전용량을 보였다. 또한, 도 6에 나타난 바와 같이, 충전전압을 0.95 V에서 1.20 V로 변화시킨 후에도 100사이클까지 일정한 방전용량을 보였다.
도 6의 쿨롱 효율(Coulombic Efficiency)은 충전 용량 대비 방전 용량을 나타낸다. 또한, 용량에 대해 전압을 적분하여, 용량에 대한 에너지를 산출한 후, 이로부터 도 6의 에너지 효율(Energy Efficiency)을 구할 수 있다.
도 6의 쿨롱 효율 및 에너지 효율을 구하기 위해 먼저 도 7을 설명하도록 하겠다.
도 7은 본 개시의 예시적 실시 예에 따라 사이클 수를 증가시키면서 리튬-비스무트 액체 금속 전지의 충전 및 방전 용량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 리튬-비스무트 액체 금속 전지는 0.20 A의 전류로 1.2 V까지 충전되었고, 0.60 V까지 방전하였다.
도 7을 통해, 각 사이클에서 충전 및 방전 용량에 대한 전압을 적분하여, 충전 에너지 및 방전 에너지 효율을 구할 수 있다. 방전 에너지 효율을 충전 에너지 효율로 나누어줌으로써, 도 6의 총 에너지 효율(Energy Efficiency)을 계산할 수 있다.
결과적으로 도 6의 충전에너지 대비 방전에너지를 나타내는 총 에너지 효율(Energy Efficiency)은 약 72.0%의 값을 보였다.
일실시예에 따라 다음과 같이 액체 금속 전지의 금속 함침 메탈폼을 제작할 수 있다. 먼저, 글로브 박스 시스템을 이용하여 산소 및 수분 농도를 0.1 ppm 이하로 하는 고순도 아르곤 조건을 형성한다. 형성된 고순도 아르곤 조건 하에 용융 금속을 준비하여 메탈폼을 담가 메탈폼에 용융 금속을 함침시킨다. 이후 금속이 함침된 메탈폼과 전류 집전 단자를 접합시켜준다.
이러한 방법은 글로브 박스 시스템을 필요로 하고, 복잡한 절차를 필요로 하여 많은 시간과 비용이 필요할 수 있다.
본 개시의 액체 금속 전지는, 전지를 작동시키기 위해 온도를 올리는 과정에서 재료층의 음극 재료 중 일부가 용융되어 메탈폼으로 함침될 수 있다. 이에 따라 별도의 함침 공정 없이 음극 재료를 메탈폼에 함침시킬 수 있다.
또한, 본 개시의 액체 금속 전지는 양극과 음극 사이에 전해질을 포함함으로써, 양극과 음극 간의 단락을 방지하기 위한 별도의 세라믹 절연체를 제거할 수 있다. 이에 따라 제조 단가 감소를 기대할 수 있다.
본 개시의 액체 금속 전지는 단자의 형상을 갖는 음극을 포함하고 있으며, 음극의 메탈폼이 전해질과 접촉하는 면적이 넓어짐에 따라 전류를 집전하는 면적이 넓어질 수 있다.
또한, 음극 재료가 단자와 메탈폼 내부에 갇힌 구조에서, 충전 및 방전이 이루어짐으로써, 액체 금속 전지의 수명 성능이 향상될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시 예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시 예들이 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 전자와 금속 이온을 방출하는 금속 재료를 포함하는 재료층;
    상기 재료층의 하부에 위치하고, 승온 시 상기 금속 재료가 함침되는 기공을 포함하는 메탈폼층; 및
    상기 재료층과 상기 메탈폼층의 측면 및 상기 재료층의 상부를 감싸도록 내부에 공간을 갖는 통 형상의 몸체와 상기 재료층의 상부에 부착되는 돌출부를 포함하는 단자;를 포함하되,
    상기 재료층은 판 형상의 복수의 층을 포함하는, 액체 금속 전지의 음극.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 액체 금속 전지의 외부로 노출됨으로써, 상기 액체 금속 전지와 외부 전선을 연결하는 액체 금속 전지의 음극.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기공의 기공율의 범위는 85% 내지 95% 인 액체 금속 전지의 음극.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 재료층의 상기 금속 재료는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 액체 금속 전지의 음극.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 메탈폼층은 니켈, 철, 크롬, 알루미늄 또는 이들의 합금을 포함하는 액체 금속 전지의 음극.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자는 상기 재료층이 포함하는 금속 재료에 대해 내부식성이 있는 몰리브덴, 텅스텐, 순철, 탄소강의 금속 재료를 포함하는 액체 금속 전지의 음극.
  7. 전지의 동작 시 양극, 전해질 및 음극은 액체 상태를 포함하는 액체 금속 전지에 있어서,
    상기 양극, 전해질 및 음극의 일부를 감싸는 케이스;
    상기 케이스의 내부에 위치하고, 상기 케이스로부터 제 1 전자를 수용하는 양극;
    제 2 전자와 금속 이온을 방출하는 금속 재료를 포함하는 재료층, 상기 재료층의 하부에 위치하고, 승온 시 상기 금속 재료가 함침되는 기공을 포함하는 메탈폼층 및 상기 재료층과 상기 메탈폼층을 감싸고, 상기 재료층의 상부에서 돌출됨으로써 상기 액체 금속 전지와 외부 전선을 연결하는 단자를 포함하되, 상기 재료층은 판 형상의 복수의 층을 포함하는, 음극;
    상기 음극과 상기 양극 간 단락을 방지하기 위해, 일단이 상기 양극의 상부에 접촉하고, 타단이 상기 메탈폼층과 접촉하는 전해질; 및
    상기 함침의 양을 조절하기 위해, 상기 케이스에 부착되어 상기 액체 금속 전지 내부의 기체의 조성 또는 압력을 조절하는 밸브;를 포함하는 액체 금속 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 음극과 상기 케이스가 절연되도록 상기 단자의 적어도 일부에 접착되는 절연 물질을 더 포함하는 액체 금속 전지.
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