KR102105992B1 - 고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법 및 납축전지 - Google Patents

고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법 및 납축전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법 및 납축전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 납축전지 양극, 음극에 활물질 지지용으로 첨가하는 PE 재질의 Fiber를 대신하여 산화 그래핀 적층을 통해 만들어진 그래핀 섬유로 대체하여 전기전도도를 증가시켜 납 축전지 내구성과 성능을 향상시킬 수 있는 고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법 및 납축전지에 관한 것이다.
본 발명을 통해, 활물질에 첨가제로 그래핀 섬유 사용함으로써, 활물질의 반응면적의 극대화와 전기 전도도를 증가시키는 효과를 제공하게 된다.

Description

고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법 및 납축전지{Manufacturing method of lead plate for lead battery with high conductivity graphene fiber and lead acid battery}
본 발명은 고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법 및 납축전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 납축전지 양극, 음극에 활물질 지지용으로 첨가하는 PE 재질의 Fiber를 대신하여 산화 그래핀 적층을 통해 만들어진 그래핀 섬유로 대체하여 전기전도도를 증가시켜 납 축전지 내구성과 성능을 향상시킬 수 있는 고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법 및 납축전지에 관한 것이다.
현재 납축전지 활물질 메커니즘은 활물질에 물리적 강도 및 황산과의 반응 표면적 확보를 위하여 폴리에스터 계열 화이버를 첨가하고 있다.
통상적으로 납축전지 활물질에 0.8 ~ 5 데니어의 섬도를 갖고, 1 ~ 10 mm 길이의 폴리에스터 계열의 화이버를 첨가하는데 이러한 섬유(화이버)는 내산성과 내산화성이 우수한 특징이 있다.
이때, 첨가되는 유기합성 단섬유는 통상적으로 원형 단면 형태를 가지며, 길이는 2 ~ 10mm 정도이다.
유기합성 단섬유의 성분은 내산성 및 내산화성이 우수한 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 모드아크릴 계열이 주종을 이루고 있다.
종래 기술인 대한민국특허등록번호 제10-0603908호인 "축전지용 극판 및 그 제조 방법"은 활물질 표면에 섬유 필라멘트가 박히도록 섬유강화 종이를 압력을 가해 부착하고 표면의 요철부에 활물질을 충전하여서 되는 극판 제조 방법을 개시한다.
상기한 종래 대한민국등록특허는 "축전지용 극판 및 그 제조 방법"에 관한 것으로서 축전지의 극판은 전기가 흐르는 통로 역할을 하는 기판에 전기 화학적 활성을 갖는 활물질이 도포되고, 그 활물질 표면에 섬유강화 종이를 부착 또는 압착하는 단계에서 섬유강화종이의 섬유 필라멘트가 일정 깊이로 박히도록 압력을 가해 부착하고, 섬유강화종이의 표면 요철부에 활물질이 충전되어 그 결착표면적을 증대시킴으로서, 기판으로부터 활물질이 탈리되는 것을 방지하고, 나아가, 섬유강화종이의 다공성으로 인한 극판의 초기고율방전 특성을 향상시키고 또한 섬유강화종이의 섬유필라멘트 조직의 안정된 지지력과 내산성으로 인한 활물질을 잘 보유하고 지지함으로서 축전지의 수명을 연장시키는 기술에 관한 것이다.
지금까지 납축전지용 그리드 합금으로 납(Pb)-칼슘(Ca)-주석(Sn)계 합금을 사용해 왔으나 이러한 합금구성만으로는 가혹한 사용환경(고온 및 과충전 현상)에 충분히 대응하지 못해 그리드의 부식이나 부식의 성장(growth)으로 인한 변형이 발생하여 납축전지의 수명이 짧아지고 있는 것이 문제로 지적되고 있다.
이에 따라 그리드의 내부식성, 기계적 강도 개선 및 성장 변형의 억제가 요구되고 있다.
한편, 종래의 납축전지의 활물질은 일반적으로 연분(鉛粉)과 황산수용액을 기본으로 하며, 양극과 음극 특성에 따라서 기타 첨가제를 배합한 후, 혼합하여 활물질을 만든다.
이렇게 만들어진 활물질은 기판에 바르는 작업인 도포 작업을 거쳐, 양/음극 특성에 따라 숙성공정 및 건조공정을 거친 후, 준비된 양극판과 음극판을 여러 장 교호로 중첩하며, 이 때, 극판 간에 전기적 단락을 방지하기 위하여 비전도성 격리판을 설치하여, 양극판과 음극판 및 격리판이 극판군(群)을 이루도록 구성되어 있다.
극판군은 축전지 용량에 따라 여러 개가 직렬로 접속되어 전조안에 수용된다.
상기 수용된 극판군은 전기적인 성질을 가질 수 있도록 초충전인 화성공정을 거치게 되는데, 이때 양극판의 활물질은 이산화납(PbO2)이 형성되고 특성상, 산화된 납의 미립자가 무수히 결합되어 있으며 다공성이 풍부하여 입자간을 전해액이 자유로이 확산, 침투하도록 되어 있다.
또한, 음극판의 활물질은 해면상납(海綿狀鉛, Pb)으로 역시 다공성과 반응성이 풍부하여 전해액이 자유로이 확산, 침투하도록 된 것이다.
이렇게 만들어진 제품은 비로소 시장에서 사용할 수 있게 되는 것이다.
또한, 초충전 과정을 원활히 하며, 제품의 내구성을 향상시키기 위하여 극성별로 별도의 숙성 및 건조공정을 거치게 된다.
양극판의 숙성공정은 제품의 내구성을 증대시키는 중요한 공정으로서 스팀(steam)의 뜨거운 온도(약 70 ~ 100℃)와 수분(습도 99%이상)으로 활물질의 구성성분인 납(Pb)을 산화납(PbO)으로 변화시킬 뿐만 아니라, 활물질의 결정구조를 변화시킨다.
음극판은 별도 공정 없이 자연 상태에서 방치하면 숙성 및 건조를 동시에 할 수 있다.
하지만, 충분한 숙성 및 건조가 이루어지지 않으면 극판군을 형성하는 조립과정에서 극판과 극판끼리 달라붙으며, 수분이 존재하여 활물질의 내구력이 떨어져 기판사이에 박혀 있는 활물질은 조그마한 충격에도 손쉽게 떨어지게 된다.
이와 같은 과정을 거쳐 만들어진 납축전지는 충,방전의 횟수가 증가함에 따라 납과 황산의 반응에 의해서 활물질은 기판에서 더욱 쉽게 떨어지게 되며, 떨어진 활물질들은 더 이상 반응에 참가할 수 없기 때문에, 결국 납축전지의 성능을 저하시켜 납축전지의 수명을 통상 1~2년에 불과하게 만들었다.
따라서, 납 축전지 내구성과 성능을 향상시킬 수 있는 제조 공정이 요구되고 있는 실정이다.
종래의 기술로서, '음극활물질 및 그 제조방법 그리고 납축전지'는 리그닌이 납분말에 첨가되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 음극(負極) 활물질에 관한 기술을 개시한 바 있다.
그러나, 상기의 기술은 활물질의 수명을 향상시킨 효과는 기대하기는 어려웠다.
대한민국특허등록번호 제10-0483246호
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
종래의 납축전지 양극, 음극에 활물질 지지용으로 첨가하는 PE 재질의 Fiber를 대신하여 산화 그래핀 적층을 통해 만들어진 그래핀 섬유로 대체하여 전기전도도를 증가시켜 납 축전지 내구성과 성능을 향상시킬 수 있는 고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법은,
납축전지의 활물질 혼합공정에서,
연분, 황산, 및 양극/음극에 따른 첨가제를 배합할 시, 그래핀 섬유를 첨가해 혼합하기 위한 그래핀섬유혼합단계(S100);와
고전도성 그래핀 섬유가 포함된 활물질을 대기 중에서 자연 숙성 및 건조시키기 위한 자연숙성및건조단계(S200);를 포함하여 구성됨으로써, 납 축전지 내구성과 성능을 향상시키기 위한 과제를 해결하게 되는 것이다.
본 발명인 고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법 및 납축전지를 통해, 활물질에 첨가제로 그래핀 섬유 사용함으로써, 활물질의 반응면적의 극대화와 전기 전도도를 증가시키는 효과를 제공하게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법에서 제조된 개선품과 종래품를 비교한 그래프로서, 미국 자동차 기술자 협회 규격에 따라 고온 환경에서 수명을 검증한 그래프 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법은,
납축전지의 활물질 혼합공정에서,
연분, 황산, 및 양극/음극에 따른 첨가제를 배합할 시, 그래핀 섬유를 첨가해 혼합하기 위한 그래핀섬유혼합단계(S100);와
고전도성 그래핀 섬유가 포함된 활물질을 대기 중에서 자연 숙성 및 건조시키기 위한 자연숙성및건조단계(S200);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 활물질에서의 그래핀 섬유의 함량은,
연분 투입량 대비 0.1 ~ 0.5 중량부를 첨가하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 그래핀섬유혼합단계(S100)는,
연분 80 ~ 100 중량부와, 1.400 비중의 황산(H2SO4) 3 ~ 7 중량부와, 물 8 ~ 13 중량부와, 양극 및 음극 첨가제 0.5 ~ 2 중량부를 혼합하고, 그래핀 섬유는 연분 투입량 대비 0.1 ~ 0.5 중량부를 첨가하여 숙성 및 건조하여 제조하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 활물질에 포함되는 그래핀 섬유는,
산을 사용하여 그래파이트를 산화시켜 산화 그래핀을 포함하는 1차 반응 결과물을 형성하는 단계;와
상기 1차 반응 결과물을 증류수, 디메틸포름아미드, 메탄올, 에탄올, 에틸렌글리콜, n-부탄올, tert- 부틸알코올, 이소프로필알코올, n-프로판올, 에틸아세테 이트, 디메틸설폭사이드, 테트라하이드로퓨란 중 적어도 어느 하나의 용매에 분산하는 단계;와
상기 제조된 용액을 전기장 세기 15V/cm 이상의 노즐을 통해 전기 방사하는 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법에 의해,
제조된 납축전지의 보유 용량이 80Ah ~ 87Ah의 용량일 경우,
수명은 1,920 싸이클에서 2,304 ~ 2,400 싸이클로 20% ~ 25% 범위 내의 내구성 향상을 제공할 수 있는 것을 특징으로 한다.
따라서, 상기 본 발명의 제조 방법에 의해,
고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판을 포함하고 있는 납축전지를 제공할 수 있게 되는 것이다.
이하, 본 발명에 의한 고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법 및 납축전지의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법의 공정도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명인 고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법은,
납축전지의 활물질 혼합공정에서,
연분, 황산, 및 양극/음극에 따른 첨가제를 배합할 시, 그래핀 섬유를 첨가해 혼합하기 위한 그래핀섬유혼합단계(S100);와
고전도성 그래핀 섬유가 포함된 활물질을 대기 중에서 자연 숙성 및 건조시키기 위한 자연숙성및건조단계(S200);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 납축전지용 극판 제조 방법에 관한 것으로서, 종래에 사용되는 폴리에스터 계열 화이바 대신에 그래파이트를 산 처리한 후, 생성된 산화 그래핀을 전기 방사하여 제작된 그래핀 섬유를 첨가하여 전극을 제조하는 것이다.
그래핀의 우수한 전기 전도도는 납축전지의 전극 성능을 우수하게 할 뿐만 아니라, 고신장율로써 우수한 측면이 더해져 활물질 간의 연결강도를 증가시키고 및 다공성으로써 황산과의 표면적 향상 또한 유지 되어진다.
즉, 그래핀 섬유를 첨가할 경우, 그래핀의 다공성 특성상 종래의 Fiber에 비해 전해액과의 접촉 면적을 확대하고, 그래핀의 고전기 전도도를 활용하여 활물질 내의 전기 전도도 향상, 전자를 받아드릴수 있는 능력을 향상시킬 수가 있게 된다.
결과적으로 활물질의 효율을 향상시키며, 충전 수입성의 향상을 얻을 수 있다는 것을 실험을 통해 확인하였다.
구체적으로 다시 설명하면, 종래 활물질의 주성분인 연분과 황산 수용액 등 극판의 특성에 따른 첨가제 중 유기합성 단섬유를 그래핀 섬유로 대체하여 일정비율 첨가함으로써, 그래핀의 도전성 성질을 추가하고 다공성 성질로써 양, 음극판과 황산수용액의 이동통로를 확산시켜 표면적 향상을 통해 종래의 납축전지에 대비 5% 이상의 기초성능 향상과 25% 내구성 향상을 시킬 수 있다는 점을 발견하고, 확인시험을 거쳐 본 발명을 완성하기에 이른 것이다.
또한, 배터리의 고장 원인은 사용 중에 부하의 종류와 관리하는 방법에 따라 좌우된다.
주된 고장요인은 활물질 설페이션화, 극판 활물질 탈락, 양극 격자부식, 격리판 파손, 복합적인 요인 등이 있다.
특히, 자동차에 장착된 제품의 경우, 운행 조건 및 전장에서의 사용부하에 따라 활물질 설페이션화가 가속화되며 극판 활물질 탈락이 발생하여 조기 수명 종지 현상이 발생된다.
따라서, 전극의 활물질에 반응 면적을 증가시키는 일이 중요하며, 신장율을 증가시켜 활물질 간의 접착력을 증가시키는 일이 중요하다.
결론적으로 그래핀 섬유를 도입함으로써, 전기전도도 향상과 신장율을 증가시켜 활물질 간의 접착력을 증가시킴으로 주요 수명 종지 원인인 활물질 설페이션화 지연 및 활탈 문제를 개선하였다.
상기와 같은 기능을 제공하기 위하여, 본 발명의 그래핀섬유혼합단계에서,
그래핀 섬유의 함량은,
연분 투입량 대비 0.1 ~ 0.5 중량부를 첨가하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 그래핀섬유혼합단계(S100)는,
연분 80 ~ 100 중량부와, 1.400 비중의 황산(H2SO4) 3 ~ 7 중량부와, 물 8 ~ 13 중량부와, 양극 및 음극 첨가제 0.5 ~ 2 중량부를 혼합하고, 그래핀 섬유는 연분 투입량 대비 0.1 ~ 0.5 중량부를 첨가하여 숙성 및 건조하여 제조하는 것을 특징으로 한다.
이때, 가장 바람직한 그래핀 섬유의 혼합비는 혼합에 사용되는 연분 대비 0.3 wt%이다.
본 발명에서 설명하고 있는 활물질 설페이션화는 극판이 황산납(PbSO4)으로 결정체가 되는 것으로, 납축전지가 충,방전을 반복하여 진행하면 극판이 불활성 물질로 덮이는 현상을 말한다.
주요 원인으로는 오랜 기간 충, 방전을 반복하여 사용하였을 경우, 과방전하였을 경우, 장기간 방전 상태로 방치하였을 경우, 전해액의 비중이 너무 낮을 경우, 전해액의 부족으로 극판이 노출되었을 경우, 전해액에 불순물이 혼입되었을 경우, 불충분한 충전을 반복하였을 경우 등이다.
한편, 본 발명의 활물질에 포함되는 그래핀 섬유는,
산을 사용하여 그래파이트를 산화시켜 산화 그래핀을 포함하는 1차 반응 결과물을 형성하는 단계;와
상기 1차 반응 결과물을 증류수, 디메틸포름아미드, 메탄올, 에탄올, 에틸렌글리콜, n-부탄올, tert- 부틸알코올, 이소프로필알코올, n-프로판올, 에틸아세테 이트, 디메틸설폭사이드, 테트라하이드로퓨란 중 적어도 어느 하나의 용매에 분산하는 단계;와
상기 제조된 용액을 전기장 세기 15V/cm 이상의 노즐을 통해 전기 방사하는 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 한다.
위에서 상술한 바와 같이 본 발명의 효과를 파악하기 위해 활물질 혼합시 기존에 투입되던 유기합성 단섬유를 그래핀 섬유로 대체하여 동일 중량비로 첨가하여 극판을 제조하고 숙성 공정을 통해 숙성시킨 후, 기초성능 및 수명시험을 하였다.
또한, 후속 공정인 조립, 화성 등의 공정을 통해 최종적인 80Ah의 용량을 갖는 제품을 제작하였으며, 고온에서의 수명을 검증하기 위해 SAE J240 규격에 따라 수명 시험을 진행하였다.
시험결과 보유용량에서 87Ah의 용량과 수명이 2,400사이클에서 종지되었으며, 이는 종래품 대비 보유용량에서 6%, 수명에서는 25% 향상되었다.
유기합성 단섬유는 전지 활물질의 기계적 강도를 증가시킬 목적으로, 활물질에 첨가하게 된다.
재질은 전해액인 황산수용액에 대한 내산성을 고려하여, 폴리프로필렌이나 폴리에스테르 및 모드아크릴계열이 사용되고 있다.
사용되는 유기합성 단 섬유는, 직접방사법으로 제조되는 통상적인 합성 단섬유의 사양인 원형 단면를 지니며, 2 ~ 5 데니어(직경은 약 12 ~ 20 마이크로미터)의 섬도를 갖으며, 길이는 2 ~ 10밀리미터이다.
혼합시 투입되는 양은 0.1 ~ 0.5 wt% 로, 이를 통해 최종적인 전극 활물질의 기계적 강도를 향상시켜 진동 및 충방전에 의한 활물질의 수축 팽창으로 인해 활물질 구조가 파괴되는 현상을 억제하게 된다.
그래핀 섬유는 산화 그래핀을 적층하여 제작된 그래핀 섬유이다.
이러한 그래핀 섬유는 다공성 성질을 가져서 종래의 단섬유에 비해 표면적을 증가시키고, 신장률을 증가시켜 활물질 탈락을 방지하며 금속보다 높은 전기전도도를 통해 성능을 향상시키고 최종적으로 전지의 기초성능 및 수명을 향상시키는 것이다.
따라서, 상기한 특성을 지니는 그래핀 섬유를 본 발명에서 도입하게 된 것이며, 활물질에 첨가제로 그래핀 섬유 사용함으로써, 활물질의 반응면적의 극대화와 전기 전도도를 증가시키는 효과를 제공하게 된다.
이에 대한 실험 자료는 후술하도록 하겠다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법에서 제조된 개선품과 종래품를 비교한 그래프로서, 미국 자동차 기술자 협회 규격에 따라 고온 환경에서 수명을 검증한 그래프 도면이다.
상기 시험 규격은 납축전지가 고온(75℃)에서 충전/방전을 반복하여 수명이 종지될 때까지의 사이클을 측정하는 시험 방법이다.
(1사이클 : 25A 4분 방전, 14.8V[최대 25A] 정전압 10분 충전)
본 시험은 1주 동안 480회 반복하며, 그 후 56시간 정치 후, 630A 고율로 방전하여 30초 시점에서의 전압을 측정함으로써 배터리의 상태를 판정한다.
30초 시점의 전압이 7.2V 이상이면 배터리를 온전한 상태로 판정하여 위의 싸이클을 반복하며, 7.2V 이하이면 배터리를 수명 종지로 판정하여, 시험을 중단한다.
<시험예>
후술하는 종래품이라 함은, 출원인이 제조하는 납축전지(BX80)에 사용하는 활물질을 도포한 양, 음극판을 이용하여 제조된 제품을 말하며, 개선품은 본 발명의 제조 방법을 통해 고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판을 포함하고 있는 제품을 말한다.
구분 종래품 개선품
RC 118min 125min
CCA 622A 640A
C20 82Ah 87Ah
내구성(SAE J240) 1,920 Cycle 2,400 Cycle
상기 표 1은 종래의 납축전지와 위 개선품을 이용하여 제조한 납축전지의 성능 시험결과로서, 내구성이 종래품의 경우, 1,920 cycle을 나타냈으며, 개선품의 경우, 2,400 Cycle을 나타내고 있다.(도 2 참조)
따라서, 종래의 종래품보다 내구성이 25% 향상되었음을 실험을 통해 확인할 수 있었다.
1) 보유용량 (RC : Reserve Capacity)
보유용량 RC는 만충전 완료 후 1시간 이상 방치한 다음 25℃에서 25A의 방전전류로 방전종지전압 10.5V 도달 시까지의 방전가능지속시간을 측정하는 것으로서, 예를 들면, 이는 차량에 있어서, 시동이 정지된 상태 등에서 부하를 작동시키는데 어느 시간까지 최소한의 기능을 발휘할 수 있는가에 대한 척도가 된다.
시험결과, 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 그래핀 섬유를 첨가한 활물질로 양, 음극판을 제조하였을 경우, 보유용량(RC)은 126 ~ 130분으로, 정확하게는 125분으로 기존 종래품에 대비하여 6%의 성능 향상 효과를 보임으로써, 그래핀 섬유 첨가가 보유용량에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.
2) 저온시동전류(CCA : Cold Cranking Ampere)
일반적으로 축전지의 급속방전 특성은 -10℃이하에서 급속히 저하되는데, 저온시동전류(CCA)는 저온에서의 자동차 시동능력을 평가하기 위한 고율방전시험으로서, 만충전 완료 후 -18℃에서 630A로 30초 방전시의 전압을 측정한다.
이 시험에 있어서는 30초 때의 전압이 7.2V이상 요구되며, 높을수록 성능이 우수한 것으로 평가된다.
본 발명에서는 (30초 전압÷6-0.2)×630의 보정식을 사용하여 CCA를 계산하였다.
시험결과, 표 1에서 보는 바와 같이, 30초 전압은 7.15V ~ 7.22V, 환산 CCA는 650A ~ 660A로, 정확하게는 640A로서 기존제품에 대비하여 4 %의 성능향상 효과를 보임으로써, 그래핀 섬유 첨가가 저온시동전류에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.
3) 20 시간율 용량(AH)
이는 저율방전 특성을 알아보기 위한 것으로, 축전지 용량에 대해 비교적 적은 전류인 3.75A로 연속 방전시켜, 전압이 10.5V에 도달할 때까지의 방전용량(AH)을 측정하는 것이다.
시험 결과, 85AH ~ 89AH로, 정확하게는 87AH로 기존제품에 대비하여 6%의 성능향상 효과를 보임으로써, 그래핀 섬유 첨가가 20 시간율 용량(AH)에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.
4) 수명 검증 시험(SAE J240, Cycle)
미국 자동차 기술자 협회 규격에 따라 75℃ 환경에서 수명을 검증한 그래프(SAE J240)로서, 상기 시험 규격은 납축전지가 고온(75℃)에서 충전/방전을 반복하여 수명이 종지될 때까지의 사이클을 측정하는 시험 방법이다.
(1사이클 : 25A 4분 방전, 14.8V[최대 25A] 정전압 10분 충전)
본 시험은 1주 동안 480회 반복하며, 그 후 56시간 정치 후 630A 고율로 방전하여 30초 시점에서의 전압을 측정함으로써 배터리의 상태를 판정한다.
30초 시점의 전압이 7.2V 이상이면 배터리를 온전한 상태로 판정하여 위의 싸이클을 반복하며, 7.2V 이하이면 배터리를 수명종지로 판정하여, 시험을 중단한다.
시험 결과, 도 2에서 보는 것과 같이 종래품에 대비하여 수명에서 25% 향상 효과를 보임으로써, 그래핀 섬유 첨가가 수명 증가에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.
상기와 같은 제조 방법을 통해, 활물질에 첨가제로 그래핀 섬유 사용함으로써, 활물질의 반응면적의 극대화와 전기 전도도를 증가시키는 효과를 제공하게 된다.
상기와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
S100 : 그래핀섬유혼합단계
S200 : 자연숙성및건조단계

Claims (6)

  1. 고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법에 있어서,
    납축전지의 활물질 혼합공정에서,
    연분, 황산, 및 양극/음극에 따른 첨가제를 배합할 시, 그래핀 섬유를 첨가해 혼합하기 위한 그래핀섬유혼합단계(S100);와
    고전도성 그래핀 섬유가 포함된 활물질을 대기 중에서 자연 숙성 및 건조시키기 위한 자연숙성및건조단계(S200);를 포함하여 구성되되,
    상기 그래핀섬유혼합단계(S100)는,
    연분 80 ~ 100 중량부와, 1.400 비중의 황산(H2SO4) 3 ~ 7 중량부와, 물 8 ~ 13 중량부와, 양극 및 음극 첨가제 0.5 ~ 2 중량부를 혼합하고, 그래핀 섬유는 연분 투입량 대비 0.1 ~ 0.5 중량부를 첨가하여 숙성 및 건조하여 제조하는 것을 특으로 하며,
    상기 활물질에 포함되는 그래핀 섬유는,
    산을 사용하여 그래파이트를 산화시켜 산화 그래핀을 포함하는 1차 반응 결과물을 형성하는 단계;와
    상기 1차 반응 결과물을 증류수, 디메틸포름아미드, 메탄올, 에탄올, 에틸렌글리콜, n-부탄올, tert- 부틸알코올, 이소프로필알코올, n-프로판올, 에틸아세테 이트, 디메틸설폭사이드, 테트라하이드로퓨란 중 적어도 어느 하나의 용매에 분산하는 단계;와
    상기 제조된 용액을 전기장 세기 15V/cm 이상의 노즐을 통해 전기 방사하는 단계;를 거쳐 제조되되, 상기 제조 방법에 의해 제조된 그래핀 섬유는 산화 그래핀을 적층하여 제작된 것을 특징으로 하며,
    상기 제조된 납축전지의 보유 용량이 80Ah ~ 87Ah의 용량일 경우,
    수명은 1,920 싸이클에서 2,304 ~ 2,400 싸이클로 20% ~ 25% 범위 내의 내구성 향상을 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 고전도성 그래핀 섬유를 적용한 납축전지용 극판 제조 방법.

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