KR102024484B1 - 배터리 및 배터리 충전 및 방전 방법 - Google Patents

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Abstract

원하는 특성을 갖는 배터리 및 배터리를 충전 및 방전하는 방법이 제공된다. 본 발명의 실시형태에 따른 배터리는 제1 전극 층(6), 제2 전극 층(7) 및 n형 금속 산화물 반도체와 절연성 물질을 포함하는 충전 층(3)을 포함하며, 제1 전극 층(6)과 제2 전극 층(7) 사이에서 발생한 충전 전압은 충전 층(3)에 인가된다. 충전 층(3)의 표면상에서, 제2 전극 층(7)이 형성된 영역은 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역 사이에 끼어 있다.

Description

배터리 및 배터리 충전 및 방전 방법
본 발명은 배터리 및 배터리를 충전 및 방전하는 방법에 관한 것이다.
자외선 조사에 의해 야기되는 금속 산화물의 광 여기 구조 변화(photoexcitation structural change)를 이용하는 배터리(이하, 양자 배터리(quantum battery)라고 지칭함)가 본 출원의 출원인에 의해 개발되었다(특허 문헌 1 및 2). 특허 문헌 1 및 2에 개시된 양자 배터리는 리튬 이온 배터리의 용량을 훨씬 초과하는 용량을 갖는 배터리를 달성하기 위한 기술이 될 것으로 기대된다. 특허 문헌 1 및 2에 개시된 이차 배터리는 기판상에 제1 전극, n형 금속 산화물 반도체 층, 충전 층, p형 반도체 층 및 제2 전극이 적층된 구조를 갖는다.
[특허 문헌 1] 국제 특허 공개 제 WO 2012/046325 호 [특허 문헌 2] 국제 특허 공개 제 WO 2013/065093 호
이러한 양자 배터리는 배터리를 얇게 하기 위해 평행한 판형 구조를 갖는다. 구체적으로, 충전 층은 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되며, 제1 전극과 제2 전극은 충전 층의 전체 표면에 위에 형성된다. 충전 및 방전 특성을 제어하기 위해서는 산화물 반도체 층 및 충전 층의 성분 및 두께를 조정할 필요가 있다.　따라서, 산화물 반도체 층 및 충전 층의 성분 및 두께가 확정적이라면, 충전 및 방전 특성을 조정하는 것이 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제를 고려하여 발명되었다. 본 발명에 따르면, 원하는 특성을 갖는 배터리를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명의 양태에 따른 배터리는 제1 전극 층; 제2 전극 층; 및 제1 전극 층과 제2 전극 층 사이에 배치된 충전 층을 포함한다. 충전 층은 n형 금속 산화물 반도체 및 절연성 물질을 포함한다. 충전 층의 표면상에서, 제2 전극 층이 형성된 영역은 제2 전극 층이 형성되지 않은 영역들 사이에 끼어 있다.
전술한 배터리에서, 충전 층의 표면상의 임의의 방향으로, 제2 전극 층이 형성된 영역과 제2 전극 층이 형성되지 않는 영역이 교대로 배열될 수 있다.
본 발명의 양태에 따른 배터리는 제1 전극 층; 제2 전극 층; 및 제1 전극 층과 제2 전극 층 사이에 배치된 충전 층을 포함한다. 충전 층은 n형 금속 산화물 반도체 및 절연성 물질을 포함한다. 충전 층의 표면상의 임의의 방향으로, 제2 전극 층이 형성된 영역과 제2 전극 층이 형성되지 않은 영역이 교대로 배열된다.
본 발명의 양태에 따른 배터리는 제1 전극 층; 제2 전극 층; 및 제1 전극 층과 제2 전극 층 사이에 배치된 충전 층을 포함한다. 충전 층은 n형 금속 산화물 반도체 및 절연성 물질을 포함한다. 충전 층의 표면상에서, 제2 전극 층이 형성된 영역의 적어도 일부는 제2 전극 층이 형성되지 않은 영역 사이에 배치된다. 충전 층의 표면상에서, 제2 전극 층이 형성되지 않은 영역의 적어도 일부는 제2 전극 층이 형성된 영역 사이에 배치된다.
전술한 배터리에서, 충전 층의 표면상에서, 제1 전극 층 및 제2 전극 층 중 적어도 하나는 복수의 패턴으로 분할될 수 있다.
본 발명의 양태에 따른 배터리는 제1 전극 층; 제2 전극 층; 및 n형 금속 산화물 반도체 및 절연성 물질을 포함하는 충전 층을 포함하며, 제1 전극 층과 제2 전극 층 사이에서 발생한 충전 전압은 충전 층에 인가된다. 충전 층의 표면상에서, 제1 전극 층 및 제2 전극 층 중 적어도 하나는 국부적으로 형성된다.
전술한 배터리에서, 충전 층을 통해 본 평면도에서, 제1 전극 층의 패턴과 제2 전극 층의 패턴이 서로 겹치는 중첩 영역과 제1 전극 층의 패턴과 제2 전극 층의 패턴이 서로 겹치지 않는 비 중첩 영역이 교대로 형성될 수 있다.
본 발명의 양태에 따른 배터리는 제1 전극 층; 제2 전극 층; 및 n형 금속 산화물 반도체 및 절연성 물질을 포함하는 충전 층을 포함하며, 제1 전극 층과 제2 전극 층 사이에 발생된 충전 전압은 충전 층에 인가된다. 제2 전극 층은 서로 별개로 형성된 복수의 전극 층 패턴을 포함한다. 충전 동안, 충전 전압은 복수의 전극 패턴의 각각에 공급되며, 방전 동안, 부하는 복수의 전극 패턴의 일부에 접속된다.
전술한 배터리에서, 충전 층은 자연 에너지의 발전에 의해 발생한 전력으로 충전될 수 있다.
전술한 배터리에서, 충전 층은 모터로부터 재생된 에너지로 충전될 수 있으며, 충전 층에 충전된 전력은 모터의 전력원 용으로 사용될 수 있다.
본 발명의 양태에 따른 배터리를 충전 및 방전하는 방법은 제1 전극 층; 제2 전극 층; 및 n형 금속 산화물 반도체 및 절연성 물질을 포함하는 충전 층 - 제1 전극 층과 제2 전극 층 사이에 발생한 충전 전압은 충전 층에 인가되며, 제2 전극 층은 서로 별개로 형성된 복수의 패턴을 포함함 - 을 포함하는 배터리를 충전 및 방전하는 방법으로, 이 방법은 복수의 패턴 각각에 충전 전압을 공급하여 배터리를 충전하는 단계; 및 복수의 패턴 중 일부에 부하를 접속하여 배터리를 방전하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 원하는 특성을 갖는 배터리 및 배터리를 충전 및 방전하는 방법을 제공하는 것이 가능하다.
도 1은 양자 배터리의 기본 구조를 도시하는 사시도이다.
도 2는 양자 배터리의 기본 구조를 도시하는 단면도이다.
도 3은 전자 누설 현상을 확인하기 위한 실험에 사용된 배터리를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 4는 전자 누설 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 전자 누설 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 전자 누설 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 전자 누설 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 양자 배터리의 구조를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 따른 양자 배터리의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 10은 도 9의 파선으로 표시된 부분을 도시하는 개략도이다.
도 11은 방전 특성과 패턴 폭(W) 및 패턴 간의 거리(L)의 관계를 도시하는 그래프이다
도 12는 충전 입력에 대한 응답성을 도시하는 도면이다.
도 13은 제1 레이아웃 실시예에 따른 양자 배터리의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 14는 제1 레이아웃 실시예에 따른 양자 배터리의 구조를 도시하는 평면도이다
도 15는 제1 레이아웃 실시예에 따른 양자 배터리의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 16은 제2 레이아웃 실시예에 따른 양자 배터리의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 17은 제2 레이아웃 실시예에 따른 양자 배터리의 구조를 도시하는 평면도이다
도 18은 제2 레이아웃 실시예에 따른 양자 배터리의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 19는 제3 레이아웃 실시예에 따른 양자 배터리의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 20은 제3 레이아웃 실시예에 따른 양자 배터리의 구조를 도시하는 평면도이다
도 21은 제3 레이아웃 실시예에 따른 양자 배터리의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 22는 양자 배터리를 사용하는 재생 시스템을 간략히 도시하는 도면이다.
도 23은 재생 시스템에서의 충전 곡선을 도시하는 그래프이다.
도 24는 재생 시스템에서 모터의 시동시의 방전 곡선을 도시하는 그래프이다.
본 발명의 실시형태는 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다. 아래에서 설명되는 실시형태는 본 발명의 실시예이다. 본 발명은 이하의 실시형태로 제한되지 않는다. 또한, 이하의 설명 및 도면에서 동일한 참조 부호로 표시된 구성요소는 동일한 구성요소를 표시한다는 것을 유의하여야 한다.
(A) 양자 배터리에 관한 설명
양자 배터리의 기술은 이하에서 설명되는 실시형태에 따른 배터리에 적용된다. 따라서, 실시형태의 설명에 앞서, 양자 배터리가 간략하게 설명될 것이다.
양자 배터리는 금속 산화물 반도체의 광 여기 구조 변화를 이용하는 금속 산화물 반도체 이차 배터리이다. 양자 배터리는 밴드 갭 내에 새로운 에너지 준위를 형성함으로써 전자를 포획하는 작동 원리에 기초한 배터리(이차 배터리)이다.
양자 배터리는 완전한 고체 상태의 물리적인 이차 배터리이며 자체만으로 배터리로서 기능을 한다. 양자 배터리의 구조의 일례는 도 1 및 도 2에 도시된다. 도 1은 평행한 판형 구조를 갖는 양자 배터리(11)의 구조를 도시하는 사시도이며, 도 2는 그 평면도이다. 도 1 및 도 2에서, 양극 단자 및 음극 단자와 같은 단자 부재와, 덮개 부재 및 코팅 부재와 같은 장착 부재의 그림은 생략되어 있음을 유의하여야 한다.
양자 배터리(11)는 충전 층(3), 제1 전극 층(6) 및 제2 전극 층(7)을 포함한다. 충전 층(3)은 제1 전극 층(6)과 제2 전극 층(7) 사이에 배치된다.　이에 따라, 제1 전극 층(6)과 제2 전극 층(7) 사이에서 발생한 충전 전압은 충전 층(3)에 인가된다.　충전 층(3)은 충전 동작에 의해 전자를 축적하고(가두어 두고), 방전 동작에 의해 축적된 전자를 방출한다. 충전 층(3)은 배터리가 충전되지 않은 상태에서 전자를 보유(저장)하는 층이다. 충전 층(3)은 광 여기 구조 변화 기술을 적용함으로써 형성된다.
"광 여기 구조 변화(photoexcitation structural change)"라는 용어는 예를 들어, 국제 특허 공개 제WO2008/053561호에 설명되어있다. 광 여기 구조 변화는 빛의 조사에 의해 여기된 물질의 원자들 사이의 거리가 변하는 현상이다. 예를 들면, 산화 주석과 같은 비정질 금속 산화물인 n형 금속 산화물 반도체는 광 여기 구조 변화를 일으키는 속성을 갖는다. 광 여기 구조 변화의 현상은 새로운 에너지 준위가 n형 금속 산화물 반도체의 밴드 갭 내에 형성되게 한다. 양자 배터리(11)는 전자를 에너지 준위에 가두어 둠으로써 충전되며, 가두어 둔 전자를 방출함으로써 방전된다.
충전 층은 n형 금속 산화물 반도체 및 절연성 물질을 포함하는 물질로 형성된다. 충전 층(3)에는 절연성 코팅으로 덮인 n형 금속 산화물 반도체의 미세 입자가 채워진다. n형 금속 산화물 반도체는 자외선 조사에 의해 광 여기 구조 변화를 받아 전자를 저장할 수 있는 형태로 변화된다. 충전 층(3)은 절연성 코팅으로 덮인 n형 금속 산화물 반도체의 복수의 미세 입자를 포함한다.
제1 전극 층(6)은, 예를 들면 음의 전극 층이며, 제1 전극(1) 및 n형 금속 산화물 반도체 층(2)을 포함한다. n형 금속 산화물 반도체 층(2)은 제1 전극(1)과 충전 층(3) 사이에 배치된다. 따라서, n형 금속 산화물 반도체 층(2)의 하나의 표면은 제1 전극(1)과 접촉하며, n형 금속 산화물 반도체 층(2)의 다른 표면은 충전 층(3)과 접촉한다.
제2 전극 층(7)은, 예를 들면 양의 전극 층이며, 제2 전극(5) 및 p형 금속 산화물 반도체 층(4)을 포함한다. p형 금속 산화물 반도체 층(4)은 제2 전극(5)과 충전 층(3) 사이에 배치된다. 따라서, p형 금속 산화물 반도체 층(4)의 하나의 표면은 충전 층(3)과 접촉하며, p형 금속 산화물 반도체 층(4)의 다른 표면은 제2 전극(5)과 접촉한다. p형 금속 산화물 반도체 층(4)은 전자가 제2 전극(5)으로부터 충전 층(3)으로 주입되는 것을 방지하기 위해 형성된다.
제1 전극(1) 및 제2 전극(5)은 각기 전도성 물질로 형성될 수 있다. 금속 전극의 예는 알루미늄(Al)을 함유하는 은(Ag) 합금 필름을 포함한다. 이산화 티타늄(TiO2), 산화 주석(SnO2), 또는 산화 아연(ZnO)은 n형 금속 산화물 반도체 층(2)의 물질로서 사용된다.
절연성 물질이 충전 층(3)의 n형 금속 산화물 반도체 층을 완전히 덮고 있지 않을 때, n형 금속 산화물 반도체는 제1 전극 층(6)과 접촉할 수 있다. 이 경우, 전자는 재결합에 의해 n형 금속 산화물 반도체 내로 직접 주입될 수 있다. n형 금속 산화물 반도체 층(2)은 전자가 제1 전극 층(6)으로부터 충전 층(3)으로 주입되는 것을 방지하기 위해 형성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, n형 금속 산화물 반도체 층(2)은 제1 전극(1)과 충전 층(3) 사이에 배치된다. n형 금속 산화물 반도체 층(2)은 생략될 수 있다. p형 금속 산화물 반도체 층(4)은 전자가 상부의 제2 전극(5)으로부터 충전 층(3)으로 주입되는 것을 방지하기 위해 형성된다. 산화 니켈(NiO), 산화 구리 알루미늄(CuAlO2) 등은 p형 금속 산화물 반도체 층(4)의 물질로서 사용될 수 있다.
제1 전극(1) 및 n형 금속 산화물 반도체 층(2)이 형성된 이중 층 구조를 갖는 제1 전극 층(6)이 앞에서 설명되었지만, 제1 전극 층(6)의 구조는 이중 층 구조로 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1 전극 층(6)은 제1 전극(1)만이 형성된 단일 층 구조를 가질 수 있다. 마찬가지로, 제2 전극 층(7)의 구조는 p형 금속 산화물 반도체 층(4) 및 제2 전극(5)이 형성된 이중 층 구조로 제한되지 않는다. 제2 전극 층(7)은 예를 들어, 제2 전극(5)만이 형성된 단일 층 구조를 가질 수 있다. 다시 말해서, 제1 전극 층(6) 및 제2 전극 층(7)은 금속 전극만으로 구성될 수 있다.
(B) 전자 누설 현상
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 양자 배터리에서, 전자는 충전 중에 제1 전극 층(6)과 제2 전극 층(7) 사이에 끼어 있는 충전 층(3)에서만 축적되는 것으로 생각되었다. 즉, 전자는 제2 전극 층(7) 바로 아래에 있는 충전 층(3)의 영역에서만 축적되는 것으로 생각되었다. 그러나 본 출원의 발명자들에 의한 실험의 결과로서, 전자가 제2 전극 층(7) 바로 아래의 영역에서 채워지면, 전자는 제2 전극 층(7) 바로 아래 영역의 외측 영역으로도 확산하는 현상이 관찰되었다. 즉, 전자는 제2 전극 층(7) 바로 아래 영역의 외측 영역으로도 확산되어 그 영역에서 축적되는 것이 판명되었다.
본 발명의 발명자들이 발견한 전자 누설의 현상은 이하에서 설명될 것이다. 전자 누설 현상을 알아내기 위해, 도 3에 도시된 바와 같은 양자 배터리(10)가 사용되었다. 도 3은 충전 층(3)상의 제2 전극 층(7)의 패턴 형상을 개략적으로 도시하는 XY 평면도이다.
도 3을 참조하면, 직사각형 패턴의 제2 전극 층(7)은 어레이로 배열된다. 구체적으로, 복수의 제2 전극 층(7)은 X-방향 및 Y-방향을 따라 배열된다. 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역은 제2 전극 층(7)의 인접한 패턴들 사이에 배치된다. 제1 전극 층(6)(도 3에 도시되지 않음)은 실질적으로 충전 층(3)의 전체 표면 위에 형성되어 있다고 가정한다.
충전 전압이 인가되는 제2 전극 층(7)의 패턴은 본 명세서에서 패턴(7a)이라고 지칭한다. 다시 말해서, 충전 전압은 패턴(7a) 이외의 패턴에는 인가되지 않는다. 패턴(7a)의 충전 동안 및 자연 방전 동안에 각 패턴의 전압이 측정되었다.
패턴(7a)이 충전됨에 따라, 패턴(7a) 부근의 패턴(7b)은 전압으로 충전된다. 구체적으로, 충전 층(3)에서 전자가 축적됨에 따라, 충전 전압이 인가되지 않는 패턴(7b)에서도 전압이 발생한다. 패턴(7a)의 충전이 정지된 이후, 패턴(7a)의 전압은 자연 방전으로 인해 감소하지만, 패턴(7b)의 전압은 증가한다. 이러한 실험의 결과로서, 전자는 충전된 영역으로부터 충전된 영역 부근의 영역으로 확산한다는 것을 알게 되었다.
도 4 내지 도 7은 양자 배터리(10)에서 전자 누설의 현상을 설명하기 위한 모식도이다. 도 4 내지 도 7을 참조하면, 제1 전극 층(6)은 충전 층(3)의 전체 표면 위에 형성되며, 제2 전극 층(7)은 충전 층(3)의 일부분 상에 형성된다. 이 경우, 제1 전극 층(6)과 제2 전극 층(7)이 충전 층(3)을 통해 서로 겹치는 영역은 중첩 영역(18)이라고 지칭되며, 제1 전극 층(6)과 제2 전극 층(7)이 서로 겹치지 않는 영역은 비 중첩 영역(19)이라고 지칭된다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 양자 배터리(10)를 충전하기 위해, 전원(31)이 제1 전극 층(6) 및 제2 전극 층(7)의 각각에 접속되어, 충전 전압을 발생시킨다. 제1 전극 층(6)과 제2 전극 층(7) 사이에서 발생한 충전 전압은 충전 층(3)에 인가된다. 양자 배터리(10)의 충전 동안, 전자(도면에서 "e"로 표시됨)는 제2 전극 층(7) 바로 아래의 영역에서 축적되기 시작한다. 구체적으로, 전자는 중첩 영역(18)에서 서서히 축적된다. 중첩 영역(18)이 전자로 충분히 채워질 때, 전자는 도 5에 도시된 바와 같이 제2 전극 층(7) 바로 아래 영역의 외측 영역으로 들어가기 시작한다. 즉, 전자는 중첩 영역(18)으로부터 비 중첩 영역(19)으로 확산한다.
그 후, 도 6에 도시된 바와 같이, 전자는 전위가 일정해질 때까지 충전 층(3)으로 확산한다. 다시 말해서, 충전 층(3)에서 전자 밀도는 균일해진다. 그래서, 중첩 영역(18)에서의 전자 밀도는 비 중첩 영역(19)에서의 전자 밀도와 실질적으로 동일하다. 도 7에 도시된 바와 같이, 방전 동안, 먼저, 제2 전극 층(7) 바로 아래 영역의 전자가 서서히 방전된 다음에, 제2 전극 층(7) 바로 아래 영역의 외측 영역의 전자가 서서히 방전된다. 즉, 방전이 시작된 이후, 중첩 영역(18)에서의 전자 밀도는 비 중첩 영역(19)에서의 전자 밀도보다 낮아진다.
전자는 제2 전극 층(7) 바로 아래의 영역에서만 축적되는 것으로 생각했었기 때문에, 제1 전극 층(6) 및 제2 전극 층(7)이 실질적으로 충전 층(3)의 전체 표면 위에 형성된 평행한 판형 구조가 양자 배터리의 구조로서 사용되고 있다. 그러나 전자 누설의 현상을 이용하면 전극 층을 국부적으로 형성하는 것이 가능해진다. 이것은 전극 층이 국부적으로 형성된 후 충전 층(3)의 부피가 변화되지 않는 한 동일한 전력 용량이 얻어질 수 있기 때문이다. 다시 말해서, 배터리가 완전히 충전될 때, 비 중첩 영역(19)에서의 전자의 밀도는 중첩 영역(18)에서의 전자의 밀도와 실질적으로 동일하다. 따라서, 제1 전극 층(6) 및 제2 전자 층(7)이 평행한 판형 구조를 사용하지 않고 형성된다 하더라도 배터리의 기본 성능은 유지될 수 있다. 따라서, 제1 전극 층(6) 및 제2 전극 층(7)의 레이아웃의 자유도가 높아지며, 이는 새로운 기능을 추가하는 것을 가능하게 한다.
(C) 전극 층의 레이아웃
전술한 바와 같이, 충전 동안, 전자가 전극의 중첩 영역으로부터 전극의 비 중첩 영역으로 확산하는 현상이 관찰되었다. 이러한 누설 현상을 이용하면, 전극 층의 형상 및 레이아웃의 자유도가 높아지며, 새로운 기능을 가진 배터리를 설계할 수 있다.
예를 들어, 제1 전극 층(6)과 제2 전극 층(7)이 충전 층(3)을 통해 서로 겹치는 중첩 영역(18)에서, 응답 속도는 빠른 반면, 제1 전극 층(6)과 제2 전극 층(7)이 서로 겹치지 않는 비 중첩 영역(19)에서, 응답 속도는 느리다. 따라서, 중첩 영역(18) 및 비 중첩 영역(19)의 면적을 조정함으로써 방전 특성이 조정될 수 있다. 이것은 도 8 내지 도 11을 참조하여 설명될 것이다.
도 8은 양자 배터리(10)의 구조를 개략적으로 도시하는 사시도이다. 도 9는 도 8에 도시된 양자 배터리(10)의 단면도이다. 도 10은 도 9에서 점선으로 표시된 부분을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 11은 제2 전극 층(7)의 패턴 폭(W) 및 패턴 간의 거리(L)와 관련하여 방전 특성을 개략적으로 도시하는 그래프이다. 도 11에서, 가로축은 시간을 나타내며 세로축은 출력 전력을 나타낸다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 이제 제2 전극 층(7)이 각각 스트립 형상으로 형성된 양자 배터리(10)가 고려될 것이다. 도 8 및 도 9를 참조하면, Y-방향을 길이 방향으로 하는 제2 전극 층(7)의 패턴(17)은 각각 직사각형 모양으로 형성된다. 복수의 패턴(17)은 X-방향으로 나란히 배열된다. 하나의 패턴(17)의 X-방향의 폭은 W로 표시되며, 인접하는 패턴(17) 간의 거리는 L로 표시된다. 제1 전극 층(6)은 충전 층(3)의 전체 하부 표면에 걸쳐 형성된다. X-방향 및 Z-방향의 종횡비는 극히 크기 때문에, 이하의 설명에서 Z-방향은 무시된다.
도 8을 참조하면, 충전 층(3)의 표면(즉, XY 평면)상에서, 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역은 제2 전극 층이 형성된 영역 사이에 끼어 있다. 또한, X-방향으로, 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역과 제2 전극 층(7)이 형성된 영역은 교대로 배열된다. 다시 말해서, 충전 층(3)의 표면상에서, 제2 전극 층(7)이 형성된 영역의 적어도 일부는 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역 사이에 배치되며, 충전 층(3)의 표면상에서, 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역의 적어도 일부는 제2 전극 층(7)이 형성된 영역 사이에 배치된다.
전술한 바와 같이, 누설 현상으로 인하여, 전자는 비 중첩 영역(19)에서도 축적된다. 따라서, 도 9의 개략도에 도시된 바와 같이, 각각의 비 중첩 영역(19)은 배터리로서 기능을 한다. 도 4 내지 도 7를 참조하여 전술한 바와 같이, 비 중첩 영역(19)에서의 전자는 패턴(17)의 중첩 영역(18)에서의 전자가 방전된 다음에 방전된다. 그러므로 중첩 영역(18)에서 응답 속도는 빠르며, 비 중첩 영역(19)에서 응답 속도는 느리다. 도 10에 도시된 바와 같이, 응답 속도가 빠른 배터리(B2)는 중첩 영역(18)에서 존재하며, 응답 속도가 느린 각각의 배터리(B1 및 B3)는 비 중첩 영역(19)에서 존재한다. 다시 말해서, 응답 속도가 빠른 배터리(B2) 및 응답 속도가 느린 배터리(B1, B3)가 함께 배치된 양자 배터리(10)가 성취될 수 있다. 응답 속도는 패턴 폭(W) 및 패턴 간 거리(L)를 조정함으로써 변화될 수 있다.
예를 들어, 패턴 폭(W)이 크고 패턴 간 거리(L)가 작을 때, 각각의 중첩 영역(18)의 면적은 크며 각각의 비 중첩 영역(19)의 면적은 작다. 이 경우, 도 11에서 A로 표시된 바와 같은 방전 특성이 얻어지며, 이에 따라 큰 전력을 한 번에 얻을 수 있다. 이러한 특성은 예를 들면 시동 전력을 필요로 하는 모터를 구동하는데 적합하다.
한편, 패턴 폭(W)이 작고 패턴 간 거리(L)가 클 때, 각각의 중첩 영역(18)의 면적은 작으며 각각의 비 중첩 영역(19)의 면적은 크다. 이 경우, 도 11에서 B로 표시된 바와 같은 방전 특성이 얻어진다. 출력 전력은 작으며 양자 배터리(10)는 서서히 느린 속도로 방전된다. 충전 층(3)의 면적이 변동 없으면, 패턴 폭(W) 및 패턴 간 거리(L)에 관계없이 전력 용량은 변하지 않는다. 즉, 도 11의 A의 경우에 전력(P)을 시간(t)에 대해 적분하여 구한 값은 도 11의 B의 경우에서와 동일하다. 따라서, 도 11의 B의 경우, 한 번에 추출되는 전력은 제한되므로, 배터리는 높은 부하가 가해질 때라도 장시간 동안 일정한 전력으로 방전될 수 있다. 이러한 특성은 장시간 동안 사용되는 용도에 적합하다.
전술한 바와 같이, 충전 및 방전 특성은 전극 층의 형상, 크기 및 레이아웃을 조정함으로써 조정될 수 있다. 중첩 영역(18)의 면적이 증가함에 따라, 응답 속도는 증가할 수 있다. 전극 층의 레이아웃은 전극 층이 충전 층(3)상에 국부적으로 형성되는 국부 전극 구조로 변경됨으로써, 충전 및 방전 특성을 최적화하는 것이 가능해진다.
국부 전극 구조가 사용될 때, 응답 속도가 빠른 배터리와 응답 속도가 느린 배터리가 함께 배치된다. 따라서, 이러한 구조는 자연 에너지 발전의 경우에서와 같이 변동이 큰 전원에 대처할 수 있다. 예를 들면, 배터리를 예를 들어, 태양광 발전, 풍력 발전 또는 조력 발전에 의해 얻은 재생 가능한 에너지로 충전하는 경우, 충전 입력의 변동이 크다. 본 실시형태에 따른 양자 배터리는 응답 속도가 느린 리튬 이온 배터리 등과 비교하여 적은 손실로 효율적으로 충전될 수 있다.
도 12는 가변 전력원이 사용될 때의 충전 특성을 도시한다. 도 12에서, 가로축은 시간을 나타내며 세로축은 전력을 나타낸다. 도 12에서, A는 충전 입력을 나타내고; B는 본 실시형태에 따른 양자 배터리(10)의 충전 전력을 나타내며; C는 비교 실시예로서 리튬 이온 배터리의 충전 전력을 나타낸다.
도 12에 도시된 바와 같이, 충전 입력(A)이 변할 때, 충전 입력과 관련하여 양자 배터리(10)의 응답 속도는 리튬 이온 배터리의 응답 속도보다 느리다. 구체적으로, 전극 층이 국부적으로 형성된 구조를 갖는 양자 배터리는 응답 속도가 빠른 배터리를 포함하고 있기 때문에, 충전 전력(B)은 충전 입력의 변동에 따라 변한다. 따라서, 충전 입력(A)이 변동할 때, 양자 배터리(10)의 충전 전력(B)은 리튬 이온 배터리의 충전 전력(C)보다 높다.
이러한 방식으로, 본 실시형태에 따른 양자 배터리(10)는 충전 특성을 유지할 수 있다. 또한, 양자 배터리(10)는 시트 형상으로 형성되어 적층됨으로써, 부피 효율 및 비용 저감면에서 향상을 도모할 수 있다.
(D) 전극 층의 레이아웃
(D-1) 제1 레이아웃 실시예
다음으로, 전극 층의 제1 레이아웃 실시예가 도 13 내지 도 15를 참조하여 설명될 것이다. 도 13은 제1 레이아웃 실시예에 따른 양자 배터리(10)의 구조를 도시하는 사시도이다. 도 14는 양자 배터리(10)의 패턴의 레이아웃을 개략적으로 도시하는 평면도이다. 도 15는 패턴의 레이아웃을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 제1 레이아웃 실시예에서, 제1 전극 층(6)의 패턴(16)과 제2 전극 층(7)의 패턴(17)은 서로 교차하도록 배열된다. 즉, 패턴(16)과 패턴(17)은 크로스-메시(cross-mesh) 구조로 형성된다.
구체적으로, 제1 전극 층(6)의 패턴(16)은 X-방향을 길이 방향으로 하는 직사각형 패턴이다. 복수의 패턴(16)은 Y-방향으로 나란히 배열된다. 한편, 제2 전극 층(7)의 패턴(17)은 Y-방향을 길이 방향으로 하는 직사각형 패턴이다. 복수의 패턴(17)은 X-방향으로 나란히 배열된다. 패턴(17)은 충전 층(3)의 상부 표면상에 형성되며, 패턴(16)은 충전 층(3)의 하부 표면상에 형성된다. 충전 층(3)의 표면상에서, 제2 전극 층(7)은 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역의 양측에 배열된다.
다시 말해서, 충전 층(3)의 표면상에서, 제2 전극 층(7)이 형성된 영역은 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역 사이에 끼어 있다. 또한, X-방향으로, 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역과 제2 전극 층(7)이 형성된 영역은 교대로 배열된다. 환언하면, 충전 층(3)의 표면상에서, 제2 전극 층(7)이 형성된 영역의 적어도 일부는 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역 사이에 배치되며, 충전 층(3)의 표면상에서, 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역의 적어도 일부는 제2 전극 층(7)이 형성된 영역 사이에 배치된다.
충전 층(3)의 표면상에서, 제1 전극 층(6)이 형성된 영역은 제1 전극 층(6)이 형성되지 않은 영역 사이에 끼어 있다. Y-방향으로, 제1 전극 층(6)이 형성되지 않은 영역과 제1 전극 층(6)이 형성된 영역은 교대로 배열된다. 다시 말해서, 충전 층(3)의 표면상에서, 제1 전극 층(6)이 형성된 영역의 적어도 일부는 제1 전극 층(6)이 형성되지 않은 영역 사이에 배치되며, 충전 층(3)의 표면상에서, 제1 전극 층(6)이 형성되지 않은 영역의 적어도 일부는 제1 전극 층(6)이 형성된 영역 사이에 배치된다.
XY 평면도에서, 패턴(16)과 패턴(17)이 서로 교차하는 영역은 중첩 영역(18)에 대응한다. 중첩 영역(18)의 외측 영역은 비 중첩 영역(19)에 대응한다. 중첩 영역(18)은 비 중첩 영역(19)에 의해 둘러싸여 있다. 비 중첩 영역(19)은 패턴(17)만이 형성된 영역; 패턴(16)만이 형성된 영역; 및 패턴(16) 및 패턴(17)의 어느 것도 형성되지 않은 영역을 포함한다.
인접하는 중첩 영역(18) 사이의 영역은 비 중첩 영역(19)에 대응한다. 보다 구체적으로, 중첩 영역(18)으로부터 X-방향으로 이동된 위치에 있는 영역은 패턴(16)이 존재하고 패턴(17)이 존재하지 않은 비 중첩 영역(19)이다. 중첩 영역(18)으로부터 Y-방향으로 이동된 위치에 있는 영역은 패턴(16)이 존재하지 않고 패턴(17)이 존재하는 비 중첩 영역(19)이다. 따라서, XY 평면도에서, 패턴(16)과 패턴(17)이 서로 겹치는 중첩 영역(18) 및 패턴(16)과 패턴(17)이 서로 겹치지 않는 비 중첩 영역(19)이 교대로 배열된다.
충전 중에, 전자는 중첩 영역(18)에서 축적되기 시작한 다음, 전자는 도 14의 화살표로 표시된 바와 같이 비 중첩 영역(19)으로 분산된다. 제1 레이아웃 실시예에서, 전극 층은 크로스-메시 구조로 형성되어 있으므로, 중첩 영역(18)으로부터의 전자의 분산은 균일하다. 다시 말해서, 전자는 중첩 영역(18)으로부터 균일하게 분산된다. 또한, 방전 중에, 전자는 동일한 방식으로 균일하게 방전된다.
(D-2) 제2 레이아웃 실시예
전극 층의 제2 레이아웃 실시예가 도 16 내지 도 18을 참조하여 설명될 것이다. 도 16은 제2 레이아웃 실시예에 따른 양자 배터리(10)의 구조를 도시하는 사시도이다. 도 17은 제2 레이아웃 실시예의 패턴의 레이아웃을 개략적으로 도시하는 평면도이다. 도 18은 양자 배터리(10)의 제2 레이아웃 실시예를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 제2 레이아웃 실시예에서, 제1 전극 층(6)의 패턴(16)과 제2 전극 층(7)의 패턴(17)은 서로 겹치도록 배열되어 있다.
제2 레이아웃 실시예에서, 제1 전극 층(6)의 패턴(16)과 제2 전극 층(7)의 패턴(17)은 병렬로 제공되고 서로 겹치도록 배열된다. 구체적으로, 패턴(16) 중 대응하는 하나의 패턴과 패턴(17) 중 대응하는 하나의 패턴은 이들 패턴이 XY 평면도의 동일한 위치에서 서로 마주하는 대면 구조(face-to-face structure)를 갖는다. 충전 층(3)의 표면상에서, 제2 전극 층(7)은 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역의 양측에 배열된다. X-방향으로, 중첩 영역(18)과 비 중첩 영역(19)이 교대로 배열된다.
충전 층(3)의 표면상에서, 제2 전극 층(7)이 형성된 영역은 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역 사이에 끼어 있다. X-방향으로, 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역과 제2 전극 층(7)이 형성된 영역은 교대로 배열된다. 다시 말해서, 충전 층(3)의 표면상에서, 제2 전극 층(7)이 형성된 영역의 적어도 일부는 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역 사이에 배치되며, 충전 층(3)의 표면상에서, 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역의 적어도 일부는 제2 전극 층(7)이 형성된 영역 사이에 배치된다.
충전 층(3)의 표면상에서, 제1 전극 층(6)이 형성된 영역은 제1 전극 층(6)이 형성되지 않은 영역 사이에 끼어 있다. X-방향으로, 제1 전극 층(6)이 형성되지 않은 영역과 제1 전극 층(6)이 형성된 영역은 교대로 배열된다. 다시 말해서, 충전 층(3)의 표면상에서, 제1 전극 층(6)이 형성된 영역의 적어도 일부는 제1 전극 층(6)이 형성되지 않은 영역 사이에 배치되며, 충전 층(3)의 표면상에서, 제1 전극 층(6)이 형성되지 않은 영역의 적어도 일부는 제1 전극 층(6)이 형성된 영역 사이에 배치된다.
제2 레이아웃 실시예에서, 패턴(16) 및 패턴(17)은 Y-방향을 길이 방향으로 하는 직사각형 패턴이다. 각각의 패턴(17) 및 각각의 패턴(16)은 동일한 크기를 갖는다. 패턴(16) 중 대응하는 하나의 패턴과 패턴(17) 중 대응하는 하나의 패턴은 XY 평면의 동일한 위치에 배열된다. 따라서, 각각의 패턴(16)은 대응하는 패턴(17)의 바로 아래에 위치한다. 다시 말해서, 각 패턴(16)의 전체 면적은 중첩 영역(18)의 면적과 일치한다. 따라서, 제1 레이아웃 실시예에서 패턴(16 및 17)의 패턴 면적이 제2 레이아웃 실시예의 패턴 면적과 동일하다고 가정하면, 제2 레이아웃 실시예의 중첩 영역(18)의 면적은 제1 레이아웃 실시예의 중첩 영역의 면적보다 넓다.
중첩 영역(18)의 면적이 넓기 때문에, 전극 층 사이의 영역에서 전자의 축적 속도는 빠르다. 한편, 패턴(16) 또는 패턴(17)은 비 중첩 영역(19)에서 존재하지 않기 때문에, 전자의 분산 속도는 느리다. 구체적으로, 중첩 영역(18)으로부터 비 중첩 영역(19)으로 전자의 확산 속도는 느리다.
(D-3) 제3 레이아웃 실시예
전극 층의 제3 레이아웃 실시예가 도 19 내지 도 21을 참조하여 설명될 것이다. 도 19는 제3 레이아웃 실시예에 따른 양자 배터리(10)의 구조를 도시하는 사시도이다. 도 20은 양자 배터리(10)의 제3 레이아웃 실시예를 개략적으로 도시하는 평면도이다. 도 21은 양자 배터리(10)의 제3 레이아웃 실시예를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
제3 레이아웃 실시예에서, 제1 전극 층(6)의 패턴(16)과 제2 전극 층(7)의 패턴(17)은 병렬로 제공되고 서로 겹치지 않도록 배열된다. 즉, XY 평면도에서, 패턴(16)과 패턴(17)은 이들 패턴이 교대로 배열되는 엇갈린 구조를 갖는다. 충전 층(3)의 표면상에서, 제2 전극 층(7)은 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역의 양측에 배치된다.
다시 말해서, 충전 층(3)의 표면상에서, 제2 전극 층(7)이 형성된 영역은 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역 사이에 끼어 있다. 또한, X-방향으로, 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역과 제2 전극 층(7)이 형성된 영역은 교대로 배열된다. 환언하면, 충전 층(3)의 표면상에서, 제2 전극 층(7)이 형성된 영역의 적어도 일부는 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역 사이에 배치되며, 충전 층(3)의 표면상에서, 제2 전극 층(7)이 형성되지 않은 영역의 적어도 일부는 제2 전극 층(7)이 형성된 영역 사이에 배치된다.
충전 층(3)의 표면상에서, 제1 전극 층(6)이 형성된 영역은 제1 전극 층(6)이 형성되지 않은 영역 사이에 끼어 있다. X-방향으로, 제1 전극 층(6)이 형성되지 않은 영역과 제1 전극 층(6)이 형성된 영역은 교대로 배열된다. 다시 말해서, 충전 층(3)의 표면상에서, 제1 전극 층(6)이 형성된 영역의 적어도 일부는 제1 전극 층(6)이 형성되지 않은 영역 사이에 배치되며, 충전 층(3)의 표면상에서, 제1 전극 층(6)이 형성된 영역의 적어도 일부는 제1 전극 층(6)이 형성된 영역 사이에 배치된다.
제3 레이아웃 실시예에서, 패턴(16) 및 패턴(17)은 Y-방향을 길이 방향으로 하는 직사각형 패턴이다. 각각의 패턴(16) 및 각각의 패턴(17)은 동일한 크기를 갖는다. XY 평면에서, 패턴(16)과 패턴(17)은 교대로 배열된다. 각각의 패턴(17)은 XY 평면도에서 인접한 두 개의 패턴(16) 사이에 배치된다. 다시 말해서, 패턴(16)과 패턴(17)은 X-방향으로 교대로 배열된다.
따라서, 패턴(16)은 각 패턴(17)의 바로 아래에 위치하지 않는다. 바꾸어 말하면, 각 패턴(16)의 전체 면적은 각 패턴(17)의 면적과 겹치지 않는다. 중첩 영역(18)은 제3 레이아웃 실시예에서는 존재하지 않는다.
중첩 영역(18)은 존재하지 않으며 비 중첩 영역(19)만이 존재한다. 따라서, 제3 레이아웃 실시예에서, 전자는 충전 중에 서서히 축적되며, 전자는 방전 중에 서서히 방전된다.
이러한 방식으로, 전극 층의 패턴(16 및 17)의 형상, 크기 및 레이아웃의 자유도는 증가하며, 그럼으로써 원하는 충전 및 방전 특성을 얻는 것이 가능하다. 보다 구체적으로, 중첩 영역(18)과 비 중첩 영역(19)의 면적 비는 패턴(16 및 17)의 형상, 크기, 레이아웃 등을 조정함으로써 원하는 값으로 설정될 수 있다. 따라서, 패턴의 레이아웃은 적절한 충전 및 방전 특성이 얻어질 수 있도록 설계된다. 패턴(16 및 17)의 레이아웃은 당연히 제1 내지 제3 레이아웃 실시예로 제한되지 않는다.
제1 내지 제3 레이아웃 실시예의 구조들이 조합될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 예를 들면, 각기 스트립 형상을 갖는 패턴(16 및 17)은 병렬로 형성될 수 있으며, 각 패턴(16)의 일부만이 대응하는 패턴(17)과 겹칠 수 있다. 구체적으로, 패턴(17)은 대응하는 패턴(16)의 반 피치만큼 이동하여 형성될 수 있다. 대안적으로, X-방향을 길이 방향으로 하는 패턴(16) 및 Y-방향을 길이 방향으로 하는 패턴(17)은 충전 층(3) 상에 형성될 수 있다.
제1 내지 제3 레이아웃 실시예에서, 전극 층이 형성되지 않은 영역과 전극 층이 형성된 영역은 X-방향 또는 Y-방향으로 교대로 배열된다. 그러나 영역이 교대로 배열되는 방향은 특별히 제한되지 않는다. 즉, 전극 층이 형성되는 영역과 전극 층이 형성되지 않은 영역이 충전 층(3)의 표면상에서 임의의 방향으로 교대로 배열되는 것만이 필요하다.
제1 전극 층(6) 및 제2 전극 층(7) 중 하나가 충전 층(3)상에 국부적으로 형성되는 한, 제1 전극 층(6) 및 제2 전극 층(7) 중 다른 하나는 실질적으로 충전 층(3)의 전체 표면 위에 형성될 수 있다.
또한, 충전 동안 사용되는 패턴(16 및 17)은 방전 동안 사용하는 패턴(16 및 17)과 상이할 수 있다. 예를 들어, 충전 동안, 충전 전압은 패턴(16 및 17)의 전체 영역에 인가된다. 이것은 급속 충전을 가능하게 한다. 한편, 방전 동안, 복수의 패턴(16) 중 일부만이 부하 등에 접속된다. 결과적으로, 한 번에 추출되는 전력은 제한되며 배터리는 장시간 동안 방전될 수 있다.
따라서, 이러한 실시형태에서, 제1 전극 층(6) 및 제2 전극 층(7) 중 적어도 하나는 서로 별개로 형성된 복수의 전극 층 패턴을 포함한다. 충전 동안, 충전 전압은 복수의 전극 패턴의 각각에 공급되며, 방전 동안에는 부하가 복수의 전극 패턴 중 일부에 접속된다. 이와 같은 충전 및 방전 방법을 사용함으로써 충전 및 방전을 적절하게 제어하는 것이 가능해진다.
이러한 방식으로, 전극 층은 전극 층을 복수의 패턴으로 분할함으로써 형성되므로, 충전 동안 중첩 영역(18)의 면적은 방전 동안 중첩 영역(18)의 면적과 다르게 만들어질 수 있다. 예를 들면, 방전 동안 중첩 영역(18)의 면적은 충전 동안 중첩 영역(18)의 면적보다 작게 설정될 수 있다. 대안적으로, 방전 동안 중첩 영역(18)의 면적은 충전 동안 중첩 영역(18)의 영역보다 크게 설정될 수 있다. 제1 전극 층(6) 또는 제2 전극 층(7)은 복수의 패턴으로 분할됨으로써, 원하는 충전 및 방전 특성을 얻는 것이 가능해진다.
제1 내지 제3 레이아웃 실시예에서, 제1 전극 층(6)은 복수의 패턴(16)으로 분할되며 제2 전극 층(7)은 복수의 패턴(17)으로 분할된다. 그러나 전극 층들 중 하나는 통합된 패턴을 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 전극 층(6) 또는 제2 전극 층(7)은 실질적으로 충전 층(3)의 전체 면적 위에 형성될 수 있다. 대안적으로, 제1 전극 층(6) 또는 전극 층(7)은 제1 전극 층(6) 또는 전극 층(7)이 충전 층(3)상에서 국부적으로 형성되도록 미리 결정된 형상의 통합된 패턴으로 형성될 수 있다. 단지 제1 전극 층(6) 및 제2 전극 층(7) 중 적어도 하나의 전극 층이 복수의 패턴으로 분할되는 것만이 필요하다. 이러한 구조에 의하면, 충전 동안 중첩 영역(18)의 면적은 방전 동안 중첩 영역(18)의 면적과 상이하게 만들어질 수 있다. 다시 말해서, 충전 동안 중첩 영역(18)과 비 중첩 영역(19) 간의 면적 비는 방전 동안 중첩 영역(18)과 비 중첩 영역(19) 간의 면적 비와 상이하게 설정될 수 있다. 따라서, 충전 및 방전 특성이 최적화될 수 있다.
(E) 재생 시스템에 적용
전술한 바와 같이, 양자 배터리(10)는 가변 가능한 전력원에 의한 충전에 대처할 수 있는 충전 특성을 갖는다. 또한, 양자 배터리(10)는 큰 시동 전력을 한 번에 얻을 수 있는 방전 특성을 갖는다. 충전 및 방전 특성의 조합을 갖는 양자 배터리(10)는 도 22에 도시된 바와 같은 재생 시스템에 적용할 수 있다.
도 22에 도시된 재생 시스템에서, 전력원으로서 기능을 하는 모터(32)와 모터(32)의 전력원으로서 기능을 하는 양자 배터리(10)는 서로 접속된다. 모터(32)는 양자 배터리(10)로부터 공급된 전력으로 작동한다. 양자 배터리(10)는 모터(32)가 감속될 때 발생한 운동 에너지(재생 에너지)로 충전된다.
도 23은 재생 시스템에서의 충전 전력을 도시한다. 도 23에 도시된 바와 같이, 재생 시스템에서 충전 전력은 일정하지 않으며 변동한다. 예를 들어, 재생 에너지는 모터(32)가 감속될 때만 발생한다. 이 경우에도, 충전은 양자 배터리(10)를 사용함으로써 효율적으로 수행될 수 있다.
도 24는 재생 시스템에서 모터(32)의 시동시의 방전 전력을 도시한다. 모터(32)의 시동시, 큰 시동 전력이 요구된다. 이 경우에도, 양자 배터리(10)는 한 번에 큰 전력을 방전할 수 있다. 이것은 모터(32)의 신속한 시동을 가능하게 한다.
이상으로 본 발명의 실시형태가 설명되었지만, 본 발명은 본 발명의 목적 및 유리한 효과가 손상되지 않는 한 적절한 변형을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명은 전술한 실시형태로 제한되지 않는다.
본 출원은 2015년 7월 2일자로 출원된 일본 특허 출원 제2015-133351호에 기초하여 우선권의 이득을 주장하며, 그 개시 내용은 본 명세서에서 참고로 인용된다.
1: 제1 전극
2: N형 금속 산화물 반도체 층
3: 충전 층
4: P형 금속 산화물 반도체 층
5: 제2 전극
6: 제1 전극 층
7: 제2 전극 층
10: 양자 배터리
16: 패턴
17: 패턴:
18: 중첩 영역
19: 비 중첩 영역
31: 전원
32: 모터

Claims (11)

  1. 배터리로서,
    제1 전극 층과,
    제2 전극 층과,
    n형 금속 산화물 반도체 및 절연성 물질을 포함하는 충전 층 - 상기 제1 전극 층과 상기 제2 전극 층 사이에서 발생한 충전 전압은 상기 충전 층에 인가됨 - 을 포함하되,
    상기 제1 및 제2 전극 층은 서로 별개로 형성된 복수의 패턴을 포함하고,
    충전 층을 평면으로 보았을 때, 상기 제1전극층의 패턴들의 길이 방향은 제1방향에 평행하고, 상기 제2전극층의 패턴들의 길이 방향은, 상기 제1방향에 교차하는 방향인 제2방향에 평행하며,
    충전 동안, 상기 충전 전압은 상기 복수의 전극 층 패턴의 각각에 공급되며,
    방전 동안, 부하가 상기 복수의 전극 층 패턴의 일부에 접속되는 배터리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전 층은 자연 에너지 발전에 의해 발생된 전력으로 충전되는 배터리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충전 층은 모터로부터 재생된 에너지로 충전되며, 상기 충전 층에 충전된 전력은 상기 모터의 전력원 용으로 사용되는 배터리.
  4. 배터리를 충전 및 방전하는 방법 - 상기 배터리는 제1 전극 층과, 제2 전극 층과, 및 n형 금속 산화물 반도체 및 절연성 물질을 포함하는 충전 층을 포함하며, 상기 제1 전극 층과 상기 제2 전극 층 사이에 발생한 충전 전압은 상기 충전 층에 인가되고, 상기 제1 및 제2 전극 층은 서로 별개로 형성된 복수의 패턴을 포함함 - 으로서,
    상기 충전 전압을 상기 복수의 패턴의 각각에 공급하여 상기 충전 층을 충전하는 단계와,
    상기 복수의 패턴 중 일부에 부하를 접속하여 상기 충전 층을 방전하는 단계를 포함하고
    충전 층을 평면으로 보았을 때, 상기 제1전극층의 패턴들의 길이 방향은 제1방향에 평행하고, 상기 제2전극층의 패턴들의 길이 방향은, 상기 제1방향에 교차하는 방향인 제2방향에 평행한 것을 특징으로 하는 배터리 충전 및 방전 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 충전 층은 자연 에너지 발전에 의해 발생된 전력으로 충전되는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 및 방전 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 충전 층은 모터로부터 재생된 에너지로 충전되며, 상기 충전 층에 충전된 전력은 상기 모터의 전력원 용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 및 방전 방법.
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