KR102484900B1 - 금속 공기 배터리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 공기 배터리에 관한 것으로서, 전기전도도가 우수한 중간반응생성물의 안정화 및 전체 반응의 조절에 의하여 방전시 양극에서 전기전도도가 낮은 물질의 생성이 억제될 수 있고, 이에 충전 과전압이 감소될 수 있으며, 결국 전기화학적 고전압 산화 부반응이 억제될 수 있어, 궁극적으로는 충방전 특성이 향상될 수 있는 금속 공기 배터리를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 양극 및 음극, 상기 양극과 음극 사이의 전해질층을 포함하는 셀과; 상기 셀의 내부에 자기장을 형성하는 자기장 인가 구조체;를 포함하는 금속 공기 배터리가 개시된다.

Description

금속 공기 배터리{Metal air battery}
본 발명은 금속 공기 배터리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기전도도가 우수한 중간반응생성물의 안정화 및 전체 반응의 조절에 의하여 방전시 양극에서 전기전도도가 낮은 물질의 생성이 억제될 수 있고, 이에 충전 과전압이 감소될 수 있으며, 결국 전기화학적 고전압 산화 부반응이 억제될 수 있어, 궁극적으로는 충방전 특성이 향상될 수 있는 금속 공기 배터리에 관한 것이다.
금속 공기 배터리는 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있으므로 운송수단용 차세대 이차 배터리로 주목받고 있다.
특히, 금속 공기 배터리 중 리튬 공기 배터리는 기존의 리튬 이온 배터리에 비해 10배 이상의 높은 이론 용량을 가지므로 차세대 중대형 배터리로 각광을 받고 있다.
리튬 이온 배터리의 에너지 밀도가 200 Wh/kg 정도를 한계로 포화 상태인 것에 비해, 리튬 공기 배터리는 더 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있으므로 차세대 에너지 저장 장치로서의 요구에 부합하는 이차 배터리이다.
리튬 공기 배터리에서 기본이 되는 양극 물질은 활성 탄소 계열이며, 리튬 이온과 산소가 만나 Li2O2, LiO2, Li2O 등의 리튬 산화물을 형성하면서 방전이 되고, 형성된 방전 생성물을 분해하면서 배터리의 충전이 진행된다.
그러나, 리튬 공기 배터리와 같은 금속 공기 배터리는 고 에너지 밀도의 차세대 에너지 저장 장치로서 패러다임을 바꿀 수 있는 높은 가능성을 가짐에도 불구하고 아직까지는 현실화에 어려움을 겪고 있다.
특히, 리튬 공기 배터리의 방전시 양극에서 생성되는 과산화리튬(Li2O2)의 낮은 전기전도도로 인해 충전시 1V 이상의 높은 충전 과전압이 발생할 수 있고, 그로 인해 전해질 및 탄소 공기 양극의 열화와 같은 다양한 전기화학적 부반응이 나타날 수 있다.
이는 리튬 공기 배터리의 가역성을 저해하여 배터리 수명 제한 및 단축을 야기하고 있다.
따라서, 리튬 공기 배터리의 전체 반응을 조절하는 기술이 요구되고 있으나, 중간반응생성물의 상태를 안정화시켜 충전 과전압을 감소시키는 연구는 보고된 전례가 없다.
중간반응생성물과 관계된 것으로서, 극성 용매 이용, 수분 첨가와 같은 방법으로 전해질 조건을 조절함으로써 중간반응생성물의 용매화(solvation)를 유도하여 용량을 향상시킨 연구가 학계에 보고된 바 있다.
하지만, 해당 연구에서는 리튬 공기 배터리의 중간반응생성물에 대한 상태 조절이 아닌 반응 경로 조절에만 집중했기 때문에 최종적으로는 기존과 동일한 과산화리튬이 생성되었고, 따라서 리튬 공기 배터리의 전형적인 문제점인 높은 충전 과전압이 크게 개선되지 않았다.
또한, 리튬 공기 배터리에서 충전 과전압을 낮추기 위한 연구로는 고체 촉매나 산화 환원 화학종을 이용하는 방법이 다수 보고되었으나, 해당 연구들은 이미 생성된 과산화리튬을 효과적으로 분해함으로써 충전 과전압을 감소시키는 연구이며, 이 과정에서 과산화리튬뿐만 아니라 전해질까지 반응하여 충전 부반응이 심해지는 문제점을 나타내고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 전기전도도가 우수한 중간반응생성물의 안정화 및 전체 반응의 조절에 의하여 방전시 양극에서 전기전도도가 낮은 물질의 생성이 억제될 수 있고, 이에 충전 과전압이 감소될 수 있으며, 결국 전기화학적 고전압 산화 부반응이 억제될 수 있어, 궁극적으로는 충방전 특성이 향상될 수 있는 금속 공기 배터리를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 양극 및 음극, 상기 양극과 음극 사이의 전해질층을 포함하는 셀과; 상기 셀의 내부에 자기장을 형성하는 자기장 인가 구조체;를 포함하는 금속 공기 배터리를 제공한다.
여기서, 상기 자기장 인가 구조체는 상기 양극 또는 음극에 부착되는 영구자석을 포함할 수 있다.
또한, 상기 자기장 인가 구조체는 상기 양극과 음극에 부착되는 양측의 두 영구자석을 포함할 수 있다.
또한, 상기 자기장 인가 구조체는 상기 셀이 수용된 케이스 외부에 설치되는 영구자석을 포함할 수 있다.
또한, 상기 자기장 인가 구조체는 상기 셀이 수용된 케이스 내부에 설치되는 영구자석을 포함할 수 있다.
또한, 상기 자기장 인가 구조체는 상기 셀의 내부에 인력의 자기장을 형성할 수 있도록 인력 발생 방향으로 정렬된 양측의 두 영구자석을 포함할 수 있다.
또한, 상기 자기장 인가 구조체는 상기 셀의 내부에 척력의 자기장을 형성할 수 있도록 척력 발생 방향으로 정렬된 양측의 두 영구자석을 포함할 수 있다.
이로써, 본 발명에 따른 금속 공기 배터리에 의하면, 영구자석에 의해 셀 내부에 자기장이 인가 및 형성됨으로써, 방전시 양극에서 생성되는 중간반응생성물인 초산화리튬(LiO2)이 자화되어 자기적으로 안정화될 수 있고, 이로써 최종 생성물인 과산화리튬(Li2O2)의 생성이 억제될 수 있다.
결국, 금속 공기 배터리의 충전 과전압을 감소시킬 수 있으며, 충전시 에너지 감소 및 에너지 효율 향상, 전기화학적 고전압 산화 부반응 억제, 충방전 특성 향상, 배터리 수명 증대의 효과를 얻을 수 있게 된다.
도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예와 다른 실시예에 따른 금속 공기 배터리의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 공기 배터리에서 영구자석을 적용함에 따른 방전 반응을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예와 비교예의 리튬 공기 배터리를 각각 반복적으로 충방전하였을 때 커패시티와 전압의 관계를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
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 있는 것을 의미한다.
본 발명은 전기전도도가 우수한 중간반응생성물(LiO2)의 안정화 및 전체 반응의 조절에 의하여 방전시 양극에서 전기전도도가 낮은 물질(Li2O2)의 생성이 억제될 수 있고, 이에 충전 과전압이 감소될 수 있으며, 결국 전기화학적 고전압 산화 부반응이 억제될 수 있어, 궁극적으로는 충방전 특성이 향상될 수 있는 금속 공기 배터리를 제공하고자 하는 것이다.
이를 위해, 본 발명에서는 금속 공기 배터리의 안정적인 방전을 위해 셀 내부에 자기장을 인가 및 형성할 수 있는 자기장 인가 구조체가 이용된다.
본 발명에서는 셀 내부에 자기장을 형성 및 인가함으로써 자화된 중간반응생성물(LiO2)의 자기적 안정화 및 전체 반응의 조절을 통해 방전시 양극에서 전기전도도가 낮은 과산화리튬(Li2O2)이 생성되는 것을 억제할 수 있고, 충전 과전압을 감소시킬 수 있다.
참고로, 일반적인 리튬 공기 배터리에서는 방전시 양극에서 생성되는 안정한 물질인 과산화리튬(Li2O2)의 분해가 쉽지 않아 충전시 많은 에너지가 필요하다.
최근의 연구에 따르면, 이리듐 나노 촉매 등을 이용하여 기존 리튬 공기 배터리의 충방전 메커니즘을 바꿔, 방전시 과산화리튬(Li2O2)이 아니라 그 중간 단계 물질인 초산화리튬(LiO2)이 생성되도록 하고, 초산화리튬이 더 이상 과산화리튬으로 변하지 않게 함으로써, 충전에 사용되는 에너지를 감소시켜 에너지 효율을 향상시키는 기술이 개발된 바 있다.
그러나, 이는 추가적인 촉매의 사용을 필요로 한다.
반면, 본 발명에서는 자기장을 셀 내부에 인가 및 형성할 수 있는 자기장 인가 구조체를 간단히 설치하는 것만으로 종래의 문제점을 해소할 수 있다.
즉, 금속 공기 배터리에 간단히 영구자석과 같은 자기장 인가 구조체를 설치함으로써, 전기전도도가 우수한 중간반응생성물(LiO2)의 자기적 안정화를 유도하고, 전기전도도가 낮은 과산화리튬(Li2O2)의 생성을 억제하여, 충전시 에너지 감소 및 에너지 효율 향상, 전기화학적 고전압 산화 부반응 억제, 충방전 특성 향상, 배터리 수명 증대의 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.
이하에서는 리튬 공기 배터리의 예를 들어 설명하지만, 이는 예시적인 것일 뿐, 본 발명의 금속 공기 배터리가 리튬 공기 배터리인 것으로 한정되는 것은 아니며, 반응생성물이 리튬 공기 배터리와 유사한 소듐(sodium) 공기 배터리나 포타슘(potassium) 공기 배터리 등이 될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 금속 공기 배터리에 대해 설명하기로 한다.
도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예와 다른 실시예에 따른 금속 공기 배터리의 개략적인 단면도로서, 자기장 인가 구조체를 포함하는 구성을 예시하고 있다.
도시된 바와 같이, 실시예에 따른 금속 공기 배터리(10)는 다공성 탄소 양극(porous carbon cathode)(11), 전해질층(electrolyte layer)(12), 리튬 금속 음극(lithium metal anode)(13)을 포함하여 구성된다.
이때, 양극(11)과 음극(13) 사이에 전해질층(12)이 위치되고, 전해질층(12)은 전해질을 포함한다.
금속 공기 배터리(10)는 일례로 리튬 공기 배터리일 수 있고, 이하에서는 금속 공기 배터리가 리튬 공기 배터리인 것을 예를 들어 설명한다.
리튬 공기 배터리(10)는 양극(11)에서 활물질로 공기 중의 산소를 이용하고 음극(13)으로 리튬을 사용하는 배터리 시스템으로서, 양극(11)에서는 외부로부터 유입되는 산소의 환원 및 산화 반응이 일어나고, 음극(13)에서는 리튬의 산화 및 환원 반응이 일어난다.
양극(11)은 다공성이므로 외부 공기가 유입될 수 있으며, 방전시 외부 공기에 포함된 산소가 양극(11)에서 전자에 의해 환원되고, 음극(13)에서 리튬 금속이 산화되어 리튬 이온과 전자가 생성된다.
리튬 이온은 전해질층(12)을 통해, 전자는 집전체 및 외부 도선을 통해 양극(11)으로 이동한다.
충전 반응은 방전시와 반대로 진행되며, 양극(11)에서 리튬 산화물이 분해되어 리튬 이온과 전자가 생성된다.
전해질층(12)은 고체 전해질 또는 액체 전해질을 포함할 수 있고, 일례로 전해질은 리튬 전해질, 보다 상세히는 일반적인 비수계 유기용매로 구성된 리튬염 전해질일 수 있다
전해질층(12)은 예를 들어 황화물계 전해질, 산화물계 전해질, 고분자 전해질일 수 있고, "~계 전해질"이란 "~" 화합물을 포함하는 전해질을 의미하는 것일 수 있다.
전해질층(12)은 금속 공기 배터리(10) 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용할 수 있으며, 음극(13)과의 사이에 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 금속 공기 배터리(10)는 통상의 구성과 마찬가지로 케이스(14)를 포함할 수 있고, 상기 케이스(14) 내에 양극(11), 전해질층(12), 음극(13)을 포함하는 셀이 수용되어 있는 구성을 가진다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 금속 공기 배터리(10)는 셀 내부에 자기장을 인가 및 형성할 수 있는 자기장 인가 구조체를 포함하고, 상기 자기장 인가 구조체는 금속 공기 배터리(10)에 설치한 영구자석(15,16)을 포함하는 구성이 될 수 있다.
본 발명에서 영구자석(15,16)은 자성을 띄는 것이면 적용 가능하고, 강자성 또는 초상자성을 띄는 소재, 구체적으로는 자성을 띄는 결정상의 자성 소재일 수 있다.
예로서, 페라이트(Ferrite), 마그네타이트(Magnetite), 헤머타이트(Hematite), 마그헤마이트(Maghemite), 자콥사이트(Jacobsite), 트레버라이트(Trevorite), 마그네시오페라이트(Magnesioferrite), 피러타이트(Pyrrhotite), 그레자이트(Greigite), 페록시하이트(Feroxyhyte), 아와루아이트(Awaruite), 웨어로아이트(Wairauite) 계열의 결정 구조를 갖는 영구자석 중 적어도 하나 이상의 사용이 가능하다.
그 밖에 본 발명에서 자기장 인가 구조체에 적용될 수 있는 영구자석(15,16)으로 네오디뮴 자석 등을 들 수 있다.
그리고, 본 발명에서 자성의 세기로는 50 ~ 15000 G 정도를 가지는 영구자석이라면 적용 가능하다.
또한, 본 발명에서 영구자석(15,16)은, 도 1 및 도 2에 예시한 바와 같이, 다공성 탄소 소재로 이루어진 양극(11)과, 리튬 금속을 포함하는 음극(12)에 각각 설치될 수 있고, 케이스(14) 내부에서 양극(11)과 음극(13)의 각 표면에 부착될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 케이스(14) 내부에서 양극(11)과 음극(13)의 표면에 각각 영구자석(15,16)이 접합됨을 볼 수 있고, 영구자석(15,16)이 케이스(14) 내측면과 양극(11)의 표면, 그리고 케이스(14) 내측면과 음극(13)의 표면 사이에 개재된 상태로 고정되어 있다.
또는 본 발명에서 영구자석은 양극(11)에만 설치되거나 음극(13)에만 설치될 수 있으며, 이 경우에도 영구자석이 양극(11)의 표면 또는 음극(13)의 표면에 접합되도록 설치될 수 있고, 양극(11)의 표면 또는 음극(13)의 표면과 케이스(14) 내측면 사이에 개재된 상태가 되도록 영구자석이 설치될 수 있다.
또한, 영구자석이 케이스(14) 내부가 아닌 케이스 외부에 고정되도록 설치될 수도 있으며, 양극(11)과 음극(13)이 배치된 쪽의 케이스 외측 부분에 각각 설치되거나, 양극(11)이 배치된 쪽 또는 음극(13)이 배치된 쪽의 케이스 외측 부분에 부착 및 고정되도록 설치될 수 있다.
그리고, 다공성 탄소 공기 양극과 전해질층, 리튬 금속 음극을 단위 셀 구성으로 하여, 상기한 단위 셀 구성들 사이에 분리판을 개재한 상태로 복수 개의 단위 셀 구성들이 적층된 금속 공기 배터리가 구성될 수도 있다.
이 경우에도 전술한 바와 같이 각 셀 내부에 자기장이 인가되어 형성될 수 있도록 각 셀의 양극, 또는 음극, 또는 양극과 음극에 영구자석이 배치될 수 있다.
이와 같이 영구자석을 셀을 구성하는 구조체로서 케이스 내부에 설치하거나, 케이스 외부에 설치할 수 있고, 영구자석이 셀 내부에 자기장을 인가 및 형성할 수 있다면, 영구자석의 위치를 케이스 내부 또는 케이스 외부 등으로 특정하게 한정하지는 않는다.
또한, 영구자석의 장착 방법 또한 영구자석을 설치부위에 고정할 수 있는 구조라면 특정하게 한정하지 않으며, 끼우는 마운트나 클립, 그밖에 나사체결방식이나 접착방식 등의 적용이 가능하다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 금속 공기 배터리로서, 전기장 및 자기장의 상호 작용에 의한 인력(attraction)의 방향 제어를 위해 자기장 인가 및 정렬 방향을 달리한 여러 실시예의 금속 공기 배터리가 구성될 수 있다.
도 1의 실시예는 양극(11)과 음극(13)에 설치된 양측의 영구자석(15,16)이 셀 내부에 인력(attraction, attractive force)의 자기장을 작용시키도록 인력 발생 방향으로 접합 및 자기장 정렬이 이루어진 실시예를 나타낸다.
또한, 도 2의 실시예는 양극(11)과 음극(13)에 설치된 양측의 영구자석(15,16)이 셀 내부에 척력(repulsion, repulsive force)의 자기장을 작용시키도록 척력 발생 방향으로 접합 및 자기장 정렬이 이루어진 실시예를 나타낸다.
그리고, 도 2의 실시예와 같이, 양극(11)에 설치된 영구자석(15)과 음극(13)에 설치된 영구자석(16)이 양측 사이에 척력이 발생하도록 설치되는 것과 더불어, 양극에 설치된 영구자석(15) 간에 척력이 작용하도록 영구자석이 설치될 수 있고, 음극에 설치된 영구자석(16) 간에 척력이 작용하도록 영구자석이 설치될 수 있다.
즉, 도 2에 예시된 바와 같이, 같은 극에 접합되는 영구자석 간에도 도면상 좌측과 우측으로 설치되는 영구자석 간에 서로 척력을 발생시키도록 영구자석(15,16)들이 설치될 수 있다.
그리고, 상기와 같이 영구자석이 척력의 자기장을 발생시키도록 설치되는 경우에도 양극(11)과 음극(13) 중 어느 한쪽에만 설치될 수 있다.
만약, 중간반응생성물을 끌어당기는 극성끼리 영구자석(15,16)을 마주보게 배치하면, 그 중간지점으로 중간반응생성물이 이동할 수 없는 자기적 장벽(반대 극성을 띄기 때문)이 형성된다.
반대로, 중간반응생성물을 밀어내는 극성끼리 영구자석(15,16)을 마주보게 배치하면 그 중간지점엔 중간반응생성물이 포집되는 층이 형성된다.
이러한 두 경우 모두, 중간반응생성물은 케이스(14) 내에서 확산이 억제되어 셀 내부에 공간적으로 고립되고(confined), 결국 자화된 중간반응생성물, 즉 전기전도도가 상대적으로 우수한 초산화리튬(LiO2)의 자기적 안정화가 이루어지게 되어, 중간 단계 물질인 초산화리튬으로부터 과산화리튬(Li2O2)이 생성되는 것이 억제될 수 있다.
그리고, 양극(11) 단독 또는 음극(13) 단독으로 영구자석을 설치할 경우 한쪽 방향의 자기장만이 셀 내부에 형성되고, 이때 자기장이 일렬로 정렬되지 않고 휘어질 수는 있으나, 도 1과 같은 인력의 자기장 정렬 상태와 유사한 상태를 나타낸다.
이와 같이 양극 단독 또는 음극 단독으로 영구자석을 설치하는 경우에도 양쪽에 영구자석을 설치하는 것과 마찬가지로 과산화리튬 생성 억제 및 충전 과전압 감소의 효과 측면에서 유효하고, 양쪽에 영구자석을 설치하는 것과 비교하여 작용 메커니즘에 있어서도 차이가 없다.
리튬 공기 배터리는 방전시 양극에서 중간반응생성물인 초산화리튬(LiO2)이 생성되고, 이 중간반응생성물은 분자 구조 내의 잉여 전자로 인해 자기장에 활성을 띄게 되는바, 일종의 라디칼이라 볼 수 있다.
이 분자는 고체상으로 석출되기 보다는 높은 용해도를 갖기 때문에 주변 전해질에 용출되는데, 전해질 용매 분자를 열화시키거나 음극까지 확산되어서 리튬 이온의 산화/환원을 방해하기도 한다.
따라서, 본 발명에서는 상기한 현상을 막기 위해 영구자석을 포함하는 자기장 인가 구조체를 설치하여 셀 내부에 자기장을 형성함으로써, 부분전하를 띄는 중간반응생성물(LiO2)의 확산을 막고, 이를 통해 부반응 억제, 충전 효율 개선을 도모한다.
리튬 공기 배터리의 중간반응생성물인 초산화리튬은 과산화리튬에 비해 상대적으로 우수한 전기전도도를 가지므로 낮은 충전 과전압을 발생시키며, 따라서 본 발명에서와 같이 자기적 방법으로 중간방전생성물을 안정화하고 그 확산을 억제하면 충전 효율을 개선할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 공기 배터리에서 영구자석을 적용함에 따른 방전 반응을 나타낸 도면으로서, 커패시티(Capacity)와 전압(Voltage)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 영구자석을 이용하여 셀 내부에 자기장을 인가할 경우 리튬 공기 배터리의 방전 반응시 전압이 영구자석 미적용시에 비해 낮아질 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예와 비교예의 리튬 공기 배터리를 각각 반복적으로 충방전하였을 때 커패시티(Capacity)와 전압(Voltage)의 관계를 나타낸 그래프이다.
실시예는 영구자석으로서 네오디뮴 자석을 리튬 공기 배터리의 케이스 외부 양극쪽 면에 접합한 것으로, 네오디뮴 자석에 의해 배터리의 셀 내부에 자기장이 인가 및 형성될 수 있도록 하였다.
실시예의 리튬 공기 배터리에서 음극은 리튬 금속을 사용하였고, 양극은 카본 블랙 파우더인 케첸 블랙(Ketjen black)을 카본 페이퍼에 캐스팅한 것을 사용하였으며, 전해질층은 1M LiNO3 in DMAc(Dimethylacetamide)를 사용하였다.
비교예는 네오디뮴 영구자석을 사용하지 않는 것을 제외하고는 실시예와 동일하게 리튬 금속 배터리를 구성하였다.
실험시에는 1 mAh/㎠의 용량 조건에서 0.5 mA/㎠의 전류량을 인가하여 실시예와 비교예의 리튬 공기 배터리를 반복적으로 충방전하였다.
이때, 전압 값을 비교하여 보면, 영구자석에 의해 자기장이 인가되는 실시예의 배터리에서 충방전 전압이 모두 비교예의 전압에 비해 낮아짐을 알 수 있었다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 금속 공기 배터리에서는 영구자석에 의해 셀 내부에 자기장이 인가 및 형성됨으로써, 방전시 양극에서 생성되는 중간반응생성물인 초산화리튬(LiO2)이 자화되어 자기적으로 안정화될 수 있고, 이로써 최종 생성물인 과산화리튬(Li2O2)의 생성이 억제될 수 있다.
결국, 금속 공기 배터리의 충전 과전압을 감소시킬 수 있으며, 충전시 에너지 감소 및 에너지 효율 향상, 전기화학적 고전압 산화 부반응 억제, 충방전 특성 향상, 배터리 수명 증대의 효과를 얻을 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
10 : 금속 공기 배터리 11 : 양극
12 : 전해질층 13 : 음극
14 : 케이스 15, 16 : 영구자석

Claims (14)

  1. 양극 및 음극, 상기 양극과 음극 사이의 전해질층을 포함하는 셀과;
    상기 셀의 내부에 자기장을 형성하는 자기장 인가 구조체;
    를 포함하고,
    상기 자기장 인가 구조체는 상기 셀이 수용된 케이스 내부에 설치되는 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 공기 배터리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 자기장 인가 구조체는 상기 양극 또는 음극에 부착되는 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 공기 배터리.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 자기장 인가 구조체는 상기 양극 또는 음극에서 셀의 내부에 인력의 자기장을 형성할 수 있도록 인력 발생 방향으로 정렬된 두 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 공기 배터리.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 자기장 인가 구조체는 상기 양극 또는 음극에서 셀의 내부에 척력의 자기장을 형성할 수 있도록 척력 발생 방향으로 정렬된 두 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 공기 배터리.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 자기장 인가 구조체는 상기 양극과 음극에 부착되는 양측의 두 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 공기 배터리.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 양극에 부착되는 영구자석과 상기 음극에 부착되는 영구자석은 셀의 내부에 인력의 자기장을 형성할 수 있도록 인력 발생 방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 금속 공기 배터리.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 양극에 부착되는 영구자석과 상기 음극에 부착되는 영구자석은 셀의 내부에 척력의 자기장을 형성할 수 있도록 척력 발생 방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 금속 공기 배터리.
  8. 양극 및 음극, 상기 양극과 음극 사이의 전해질층을 포함하는 셀과;
    상기 셀의 내부에 자기장을 형성하는 자기장 인가 구조체;
    를 포함하고,
    상기 자기장 인가 구조체는 상기 셀이 수용된 케이스 외부에 설치되는 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 공기 배터리.
  9. 삭제
  10. 청구항 1 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 자기장 인가 구조체는 50 ~ 15000 G의 자성 세기를 가지는 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 공기 배터리.
  11. 청구항 1 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 자기장 인가 구조체는 페라이트(Ferrite), 마그네타이트(Magnetite), 헤머타이트(Hematite), 마그헤마이트(Maghemite), 자콥사이트(Jacobsite), 트레버라이트(Trevorite), 마그네시오페라이트(Magnesioferrite), 피러타이트(Pyrrhotite), 그레자이트(Greigite), 페록시하이트(Feroxyhyte), 아와루아이트(Awaruite) 및 웨어로아이트(Wairauite) 중 적어도 하나 이상의 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 공기 배터리.
  12. 청구항 1 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 자기장 인가 구조체는 네오디뮴 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 공기 배터리.
  13. 청구항 1 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 자기장 인가 구조체는 상기 셀의 내부에 인력의 자기장을 형성할 수 있도록 인력 발생 방향으로 정렬된 양측의 두 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 공기 배터리.
  14. 청구항 1 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 자기장 인가 구조체는 상기 셀의 내부에 척력의 자기장을 형성할 수 있도록 척력 발생 방향으로 정렬된 양측의 두 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 공기 배터리.
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