KR102508466B1 - 은-아연 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

은-아연 전지 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

은-아연 전지가 제공된다. 상기 은-아연 전지는, 은 나노 와이어, 및 상기 은 나노 와이어를 둘러싸도록 꼬인 제1 탄소나노튜브 시트를 포함하는 제1 전극 섬유, 아연 입자 및 상기 아연 입자를 둘러싸도록 꼬인 제2 탄소나노튜브 시트를 포함하는 제2 전극 섬유, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이의 전해질을 포함할 수 있다.

Description

은-아연 전지 및 그 제조 방법 {Ag-Zn cell and method of fabricating of the same}
본 발명은 은-아연 전지 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 은 나노 와이어를 포함하는 제1 전극 섬유, 아연 입자를 포함하는 제2 전극 섬유가 꼬인 형태를 갖는 은-아연 전지 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
종래에 전기 기기에 대한 전력 공급을 위한 수단으로서 전지(battery)가 널리 사용되었다. 종래에는 전지로서 망간 건전지, 알칼리 망간 건전지, 공기-아연 (zinc-air) 전지 등의 1차 전지와, 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니 켈 수소(Ni-H) 전지, 리튬 이온 전지 등의 2차 전지가 사용되었다.
특히, 근래에는, 곡면형 형상을 갖는 휴대용 전자기기들 또는 웨어러블 디바이스들에 대한 수요가 증가하고 있어, 이러한 웨어러블 디바이스에 적용 가능한 섬유형 전지에 대한 많은 연구개발이 진행되고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허 공개 공보 10-2015-0100461(출원번호: 10-2014-0090708, 출원인: 한국과학기술원)에는 양극 전극 활물질이 코팅된 양극 섬유시트, 음극 전극 활물질이 코팅된 음극 섬유시트, 및 상기 양극 및 음극 섬유시트 사이에 구비된 분리막(혹은 젤 폴리머 고분자)을 포함하며, 상기 양극 및 음극 섬유시트는 상기 섬유시트의 섬유 상에 코팅된 금속(니켈, 구리, 알루미늄 등), 및 바인더에 의하여 상기 금속에 코팅된 양극 또는 음극 활물질을 포함하며, 상기 바인더는 폴리우레탄기를 포함하며, 상기 분리막은 다공 구조이 거나 전해액을 머금을 수 있는 작용기를 지는 고분자 혹은 세라믹인 것을 특징으로 하는 플렉서블 섬유 전지가 개시되어 있다.
대한민국 특허 공개 공보 10-2015-0100461
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 안정성이 향상된 은-아연 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 저장용량이 향상된 은-아연 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 공정이 간소화된 은-아연 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 은-아연 전지를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 은-아연 전지는, 은 나노 와이어, 및 상기 은 나노 와이어를 둘러싸도록 꼬인 제1 탄소나노튜브 시트를 포함하는 제1 전극 섬유, 아연 입자 및 상기 아연 입자를 둘러싸도록 꼬인 제2 탄소나노튜브 시트를 포함하는 제2 전극 섬유, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이의 전해질을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 은-아연 전지는, 상기 은 나노 와이어의 wt%가, 상기 아연 입자의 wt%보다, 높은 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유는 서로 꼬이되, x개의 상기 제1 전극 섬유가 y개의 상기 제2 전극 섬유와 꼬인 것을 포함하되, x 및 y는 0보다 큰 자연수이고, x는 y보다 큰 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 은-아연 전지는, x = 2y인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 은-아연 전지는, 상기 제1 전극 섬유에서 상기 은 나노 와이어의 wt%와 상기 제2 전극 섬유에서 상기 아연 입자의 wt%는 동일한 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 전해질은, 액체 상태 또는 고체 상태인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 탄소나노튜브 시트는, 말리고(rolled) 적층된(stacked) 형태로 제공되고, 말리고 적층된 상기 제1 및 제2 탄소나노튜브 시트 사이에, 상기 은 나노 와이어 및 상기 아연 입자가 각각 제공되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 전극 섬유는 제1 방향으로 연장하고, 상기 제1 방향을 법선으로 갖는 제1 평면으로 절취한 단면에서, 상기 제1 및 제2 탄소나노튜브 시트의 단면은 나선형(spiral)으로 제공되는 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 은-아연 전지의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 은-아연 전지의 제조 방법은, 제1 탄소나노튜브 시트를 준비하는 단계, 상기 제1 탄소나노튜브 시트 상에, 은 나노 와이어를 제공하는 단계, 상기 은 나노 와이어가 제공된 상기 제1 탄소나노튜브 시트를 꼬아서, 제1 전극 섬유를 제조하는 단계, 제2 탄소나노튜브 시트를 준비하는 단계, 상기 제2 탄소나노튜브 시트 상에, 아연 입자를 제공하는 단계, 상기 아연 입자가 제공된 상기 제2 탄소나노튜브 시트를 꼬아서, 제2 전극 섬유를 제조하는 단계, 및 상기 제1 및 제2 전극 섬유를 전해질로 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 은 나노 와이어를 상기 제1 탄소나노튜브 시트에 제공하는 단계, 및 상기 아연 입자를 상기 제2 탄소나노튜브 시트에 제공하는 단계는, 용액 공정으로 수행되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 은-아연 전지의 제조 방법은, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유를 서로 꼬으는 단계를 더 포함하되, 꼬인 상기 제1 전극 섬유의 개수가 상기 제2 전극 섬유의 개수보다 많은 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 은-아연 전지는, 은 나노 와이어, 및 상기 은 나노 와이어를 둘러싸도록 꼬인 제1 탄소나노튜브 시트를 포함하는 제1 전극 섬유, 아연 입자 및 상기 아연 입자를 둘러싸도록 꼬인 제2 탄소나노튜브 시트를 포함하는 제2 전극 섬유, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이의 전해질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 은 나노 와이어 및 상기 아연 입자를 포함하는 고효율의 은-아연 전지가 제공될 수 있다.
또한, 상기 은-아연 전지는, 상기 제1 및 제2 탄소나노튜브 시트를 이용하여 섬유를 제조하기 전에, 상기 제1 및 제2 탄소나노튜브 시트 상에 상기 은 나노 와이어, 및 상기 아연 입자가 제공되고, 상기 은 나노 와이어, 및 상기 아연 입자가 제공된 상태에서, 상기 제1 및 제2 탄소나노튜브 시트를 꼬아서, 상기 제1 및 제2 전극 섬유가 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 전극 섬유 내에 상기 은 나노 와이어, 및 상기 아연 입자의 함량이 증가되고, 상기 은-아연 전지의 에너지 저장량이 향상될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 은-아연 전지가 포함하는 제1 전극 섬유의 제조 공정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 은-아연 전지가 포함하는 제2 전극 섬유의 제조 공정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 은-아연 전지 및 그 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예1에 따른 은-아연 전지가 포함하는 제1 전극 섬유를 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시 예2에 따른 은-아연 전지가 포함하는 제2 전극 섬유를 촬영한 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시 예 3 및 비교 예 1에 따른 은-아연 전지의 전기화학특성을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 예 3에 따른 은-아연 전지의 전기화학특성을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 예 4에 다른 은-아연 전지의 전기화학특성을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시 예 4에 따른 은-아연 전지 와 비교 예들에 따른 전지들의 특성을 비교하는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시 예 4에 따른 은-아연 전지의 신축성을 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시 예 4에 따른 은-아연 전지의 연결 방식에 따른 성능을 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시 예 5에 따른 전극 직물이 사용된 디바이스를 촬영한 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 은-아연 전지가 포함하는 제1 전극 섬유의 제조 공정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 1을 참조하면, 제1 탄소나노튜브 시트(110)가 준비될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 탄소나노튜브 시트를 준비하는 단계는, 화학 기상 증착법으로 탄소나노튜브 숲(forest)을 제조하는 단계 및, 상기 탄소나노튜브 숲으로부터 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110)를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110)는 제1 방향으로 연장하는 복수의 탄소나노튜브를 포함할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110)는 지지 기판(100) 상에 준비될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지 기판(100)은 유리 기판일 수 있다. 또는, 다른 예를 들어, 상기 지지 기판(100)은 플라스틱 기판, 반도체 기판, 세라믹 기판, 또는 금속 기판 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 탄소나노튜브 시트(110) 상에 은 나노 와이어(silver nanowire, 120)가 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 은 나노 와이어(120)는 양극 활물질(active material)로 제공될 수 있다.
상기 은 나노 와이어(120)를 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110) 상에 제공하는 단계는, 상기 은 나노 와이어(120)가 분산된 제1 소스 용액을 준비하는 단계, 상기 제1 소스 용액을 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110) 상에 제공하는 단계, 및 상기 제1 소스 용액이 제공된 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110)를 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 소스 용액은, 용매에 상기 은 나노 와이어(120)를 분산시키는 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 isopropyl alcohol일 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 소스 용액은, drop casting 방법으로 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110) 상에 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 은 나노 와이어(120)가 분산된 제1 소스 용액을 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110) 상에 제공하는 단계, 및 상기 제1 소스 용액이 제공된 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110)를 건조하는 단계가 반복 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110) 상의 상기 은 나노 와이어(120)의 함량이 증가될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 소스 용액 내의 상기 은 나노 와이어(120)의 사이즈는 실질적으로 서로 동일할 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 소스 용액 내의 상기 은 나노 와이어(120)의 사이즈는 서로 다를 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 은 나노 와이어(120)가 제공된 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110)를 꼬아서, 제1 전극 섬유(130)가 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 섬유(130)를 제조하는 단계는, 상기 복수의 탄소나노튜브가 연장하는 상기 제1 방향을 회전축으로 사용하여, 상기 복수의 탄소나노튜브의 일단을 꼬으는(twist) 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 은 나노 와이어(120)가 제공된 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110)는 약 1000회의 미터당 꼬임 횟수(turns per meter)를 가질 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 전극 섬유(130)의 내부 영역은, 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110)가 말리고(rolled) 적층된(stacked) 형태로 제공될 수 있다. 말리고 적층된 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110) 사이에 상기 은 나노 와이어(120)가 제공될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1 전극 섬유(130)가 연장하는 상기 제1 방향을 법선으로 갖는 제1 평면이 정의되는 경우, 상기 제1 평면으로 절취한 상기 제1 전극 섬유(130)의 단면에서, 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110)의 단면은 나선형(spiral)으로 제공되고, 나선형의 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110) 사이에 상기 은 나노 와이어(120)가 제공될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 은-아연 전지가 포함하는 제2 전극 섬유의 제조 공정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3을 참조하면, 제2 탄소나노튜브 시트(210)가 준비될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 탄소나노튜브 시트(210)는 도 1을 참조하여 설명된 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110)의 준비 방법과 같은 방법으로 준비될 수 있다.
상기 제2 탄소나노튜브 시트(210) 상에 아연 입자(zinc nanoparticle, 220)이 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 아연 입자(220)는 음극 활물질로 제공될 수 있다.
상기 아연 입자(220)를 상기 제2 탄소나노튜브 시트(210) 상에 제공하는 단계는, 상기 아연 입자(220)가 분산된 제2 소스 용액을 준비하는 단계, 및 상기 제2 소스 용액을 상기 제2 탄소나노튜브 시트(210) 상에 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 소스 용액은, 용매에 상기 아연 입자(220)를 투입하고 초음파 처리하여, 상기 아연 입자(220)를 분산시키는 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 에탄올일 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 소스 용액은, drop casting 방법으로 상기 제2 탄소나노튜브 시트(210) 상에 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 소스 용액 내의 상기 아연 입자(220)의 사이즈는 실질적으로 서로 동일할 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 소스 용액 내의 상기 아연 입자(220)의 사이즈는 서로 다를 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 아연 입자(220)가 제공된 상기 제2 탄소나노튜브 시트(210)를 꼬아서, 제2 전극 섬유(230)가 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 전극 섬유(230)를 제조하는 단계는, 상기 복수의 탄소나노튜브가 연장하는 상기 제1 방향을 회전축으로 사용하여, 상기 복수의 탄소나노튜브의 일단을 꼬으는(twist) 것을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 탄소나노튜브 시트(210)의 미터당 꼬임 횟수는 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110)의 미터당 꼬임 횟수보다 더 많을 수 있다. 예를 들어, 상기 아연 입자(220)가 제공된 상기 제2 탄소나노튜브 시트(210)는 약 2000회의 미터당 꼬임 횟수를 가질 수 있다.
이에 따라, 상기 제2 전극 섬유(230)의 내부 영역은, 상기 제2 탄소나노튜브 시트(210)가 말리고(rolled) 적층된(stacked) 형태로 제공될 수 있다. 말리고 적층된 상기 제2 탄소나노튜브 시트(210) 사이에 상기 아연 입자(220)가 제공될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제2 전극 섬유(230)가 연장하는 상기 제1 방향을 법선으로 갖는 제1 평면이 정의되는 경우, 상기 제1 평면으로 절취한 상기 제2 전극 섬유(230)의 단면에서, 상기 제2 탄소나노튜브 시트(210)의 단면은 나선형(spiral)으로 제공되고, 나선형의 상기 제2 탄소나노튜브 시트(210) 사이에 상기 아연 입자(220)가 제공될 수 있다.
이하, 상술된 상기 제1 전극 섬유(130) 및 상기 제2 전극 섬유(230)를 포함하는 은-아연 전지 및 그 제조 방법이 도 5를 참조하여 설명된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 은-아연 전지 및 그 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 5의 (a) 및 (b)를 참조하면, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 상기 제1 전극 섬유(130) 및 상기 제2 전극 섬유(230)가 준비된다. 상기 실시 예에 따른 은-아연 전지(300)는, 서로 꼬여(twisted) 제조될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 은-아연 전지(300)를 제조하는 단계는, 1개의 상기 제2 전극 섬유(230)를 준비하는 단계, 상기 제2 전극 섬유(230) 상에 보호제를 코팅하고 건조하는 단계, 보호제가 코팅된 상기 제2 전극 섬유(230)와 2개의 상기 제1 전극 섬유(130)를 서로 꼬으는 단계, 및 꼬인 상기 제1 및 제2 전극 섬유(130, 230) 상에 전해질을 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 보호제는, 10wt%의 농도를 갖는 PVA(polyvinyl alcohol)일 수 있다. 상기 제2 전극 섬유(230)는, 상기 보호제가 코팅됨에 따라 electrical shortage가 예방될 수 있다. 예를 들어, 상기 전해질은 KOH, PVA, 및 DI water가 혼합된 용액일 수 있다.
상기 제1 전극 섬유(130) 및 상기 제2 전극 섬유(230)를 사용하여 상기 은-아연 전지(300)를 제조하는 경우, 상기 은-아연 전지(300)의 효율을 향상시키기 위하여, 상기 은 나노 와이어(120)의 wt%가 상기 아연 입자(220)의 wt%보다 높게 제공될 수 있다. 다시 말해, 상기 은-아연 전지(300) 내에 상기 은 나노 와이어(120)의 wt%가 상기 아연 입자(220)의 wt% 보다 높을 수 있다.
이를 위해, 상기 제1 실시 예에 따른 은-아연 전지(300)는, x개의 상기 제1 전극 섬유(130)가 y개의 상기 제2 전극 섬유(230)와 서로 꼬여(twisted) 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, x 및 y는 0보다 큰 자연수이고, x 는 y보다 클 수 있다. 일 실시 예에 따르면, x=2y일 수 있다. 예를 들어, x는 2이고 y는 1일 수 있다. 즉, 상기 실시 예에 따른 은-아연 전지(300)는, 2개의 상기 제1 전극 섬유(130)가 1개의 상기 제2 전극 섬유(230)와 서로 꼬여 제조될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 섬유(130)에서 상기 은 나노 와이어(120)의 wt%와 상기 제2 전극 섬유(230)에서 상기 아연 입자(220)의 wt%는 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극 섬유(130)에서 상기 은 나노 와이어(120)의 wt%는 98.6wt%일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극 섬유(230)에서 상기 아연 입자(220)의 wt%는 97.2wt%일 수 있다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 은-아연 전지(300)의 전체 중량에서, 상기 은 나노와이어(120)의 wt%는 상기 아연 입자(220)의 wt%보다 높을 수 있다.
만약, 이와 달리, 상기 제1 전극 섬유(130) 및 상기 제2 전극 섬유(230)를 각각 하나씩 사용하여 상기 은-아연 전지(300)를 제조하는 경우, 상기 은 나노 와이어(120)의 wt%가 상기 아연 입자(220)의 wt%보다 높게 제공되기 위해, 상기 제1 소스 용액 및 상기 은 나노 와이어(120)의 양을 증가시키게 되면, 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110)의 두께가 너무 두꺼워져서, 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110)를 꼬아 섬유 형태로 제조하는 것이 용이하지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 전극 섬유(130)의 제조가 용이하지 않을 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 은 나노 와이어(120)의 wt%가 상기 아연 입자(220)의 wt%보다 높게 제공되기 위해, 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110)의 면적은, 상기 제2 탄소나노튜브 시트(210)의 면적보다 넓을 수 있다. 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110)의 면적이 넓음에 따라, 상기 제1 소스 용액 및 상기 은 나노 와이어(120)의 양을 증가시켜 상기 제1 전극 섬유(130)가 제조될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예에 따른 은-아연 전지는, 상기 은 나노 와이어(120), 및 상기 은 나노 와이어(120)를 둘러싸도록 꼬인 상기 제1 탄소나노튜브 시트(110)를 포함하는 상기 제1 전극 섬유(130), 상기 아연 입자(220) 및 상기 아연 입자(220)를 둘러싸도록 꼬인 상기 제2 탄소나노튜브 시트(210)를 포함하는 상기 제2 전극 섬유(230), 상기 제1 전극 섬유(130) 및 상기 제2 전극 섬유(230) 사이의 전해질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 은 나노 와이어(120) 및 상기 아연 입자(220)를 포함하는 고효율의 은-아연 전지가 제공될 수 있다.
또한, 상기 은-아연 전지는, 상기 제1 및 제2 탄소나노튜브 시트(110, 210)를 이용하여 섬유를 제조하기 전에, 상기 제1 및 제2 탄소나노튜브 시트(110, 210) 상에 상기 은 나노 와이어(120), 및 상기 아연 입자(220)가 제공되고, 상기 은 나노 와이어(120), 및 상기 아연 입자(220)가 제공된 상태에서, 상기 제1 및 제2 탄소나노튜브 시트(110, 210)를 꼬아서, 상기 제1 및 제2 전극 섬유(130, 230)가 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 전극 섬유(130, 230) 내에 상기 은 나노 와이어(120), 및 상기 아연 입자(220)의 함량이 증가되고, 상기 은-아연 전지의 에너지 저장량이 향상될 수 있다.
또한, 상기 은-아연 전지는, 상기 은 나노 와이어(120)의 wt%가 상기 아연 입자(220)의 wt%보다 높게 제공될 수 있다. 이를 위해, 상기 은-아연 전지는, x개의 상기 제1 전극 섬유(130)가 y개의 상기 제2 전극 섬유(230)와 꼬여서 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, x 및 y는 0보다 큰 자연수이고, x는 y보다 클 수 있다. 일 실시 예에 따르면, x = 2y일 수 있다. 이때, 상기 제1 전극 섬유(130)에서 상기 은 나노 와이어(120)의 wt%와 상기 제2 전극 섬유(230)에서 상기 아연 입자(220)의 wt%는 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라, 고효율의 은-아연 전지가 제공될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 은-아연 전지의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실시 예 1에 따른 제1 전극 섬유 제조
유리 기판이 준비된다. 상기 실리콘 기판 상에 화학 기상 증착법으로, 약 400μm의 높이, 약 12nm 의 직경, 및 약 9개의 벽을 포함하는 탄소나노튜브 숲(CNT forest)을 제조하였다. 상기 탄소나노튜브 숲을 제1 방향으로 잡아당겨, 상기 제1 방향으로 연장하는 복수의 탄소나노튜브를 포함하는 탄소나노튜브 시트(CNT sheet)를 유리 기판 상에 제조하였다.
200ml의 용량을 갖는 은 나노 와이어(silver nanowire) 및 isopropyl alcohol이 준비된다. 상기 은 나노 와이어를 isopropyl alcohol에 혼합시켜, 혼합 용액을 제조하였다.
상기 탄소나노튜브 시트를 3장 적층시킨 후, 상기 혼합 용액을 drop casting 방법으로 뿌리고 상온(room temperature)에서 5분의 시간 동안 건조시켰다.
건조된 상기 탄소나노튜브 시트는, 상기 제1 방향을 회전축으로 사용하여, 복수의 상기 탄소나노튜브 시트 일단들을 미터당 약 1000회로 꼬아서 98.6 wt%의 농도를 갖는 은 나노 와이어를 포함하는 제1 전극 섬유를 제조하였다.
실시 예 2에 따른 제2 전극 섬유 제조
아연 나노입자(zinc nanoparticle) 및 에탄올 용매가 준비된다. 상기 아연 나노입자들을 에탄올에 혼합시킨 후, 2시간 동안 초음파 처리하여 혼합 용액을 제조하였다.
상술된 실시 예 1에 따른 방법으로 제조된 탄소나노튜브 시트 상에 상기 혼합 용액을 drop casting 방법으로 뿌리고 건조시켰다. 건조된 상기 탄소나노튜브 시트는 상기 제1 방향을 회전축으로 사용하여, 복수의 상기 탄소나노튜브 시트 일단들을 미터당 약 2000회로 꼬아서 97.2 wt%의 농도를 갖는 이산화망간을 포함하는 제2 전극 섬유를 제조하였다.
실시 예 3에 따른 은-아연 전지 제조
상술된 실시 예 1에 따른 제1 전극 섬유 및 실시 예 2에 따른 제2 전극 섬유가 준비된다. 각각의 전극 섬유 끝단에 180μm의 직경을 갖는 구리 전선을 연결하고, 구리 전선과 제1 및 제2 전극 섬유를 epoxy로 코팅하였다.
33.67g의 질량을 갖는 KOH를 100mL 용량을 갖는 DI water에 분산시키고, 1분당 60회의 회전 속도로 저어주어(stirred) 6M 농도를 갖는 KOH 액체 전해질을 제조하였다.
이후, KOH 액체 전해질 내에 구리 전선이 연결된 실시 예 1에 따른 제1 전극 섬유 및 실시 예 2에 따른 제2 전극 섬유를 침지시켜, 실시 예 3에 따른 은-아연 전지를 제조하였다. 상술된 실시 예 1에 따른 제1 전극 섬유는 양극(cathode)으로 사용되고, 제2 전극 섬유는 음극(anode)으로 사용되었다.
실시 예 4에 따른 은-아연 전지 제조
상술된 실시 예 1에 따른 제1 전극 섬유 2개와 실시 예 2에 따른 제2 전극 섬유 1개가 준비된다. 각각의 전극 섬유 끝단에 180μm의 직경을 갖는 구리 전선을 연결하고, 구리 전선과 제1 및 제2 전극 섬유를 epoxy로 코팅하였다.
3M 농도를 갖는 KOH와 PVA(polyvinyl alcohol)이 혼합된 전해질 및 10 wt%의 농도를 갖는 PVA가 준비된다. 전해질은, 3.37g의 용량을 갖는 KOH, 2g의 용량을 갖는 PVA, 및 20mL의 용량을 갖는 DI water를 혼합하고 140℃의 온도에서 1분당 60회의 회전 속도로 저어주어(stirred) 제조하였다.
이후, 준비된 제2 전극 섬유 1개에 10 wt%의 농도를 갖는 PVA를 코팅하였다. PVA가 코팅된 제2 전극 섬유 1개와 준비된 제1 전극 섬유 2개를 서로 꼬으고, 제1 및 제2 전극 섬유에 전해질을 코팅하여 실시 예 4에 따른 은-아연 전지를 제조하였다. 상술된 실시 예 1에 따른 제1 전극 섬유는 양극(cathode)으로 사용되고, 제2 전극 섬유는 음극(anode)으로 사용되었다.
실시 예 5에 따른 전극 직물 제조
상술된 실시 예 4에 따른 은-아연 전지 두개를 직렬 연결하고, 이를 watch trap textile 내에 바느질(sewn)하여 전극 직물을 제조하였다.
비교 예 1에 따른 전지 준비
은을 포함하는 금속 양극 및 아연을 포함하는 금속 음극으로 구성된 비교 예 1에 따른 전지가 준비된다.
비교 예 2에 따른 전지 준비
LMO(lithium ion manganese oxide) 섬유 전극 및 LTO(lithium titanate) 섬유 전극이 신축 가능한 중심 전극에 감긴 비교 예 2에 따른 전지가 준비된다.
비교 예 3에 따른 전지 준비
LMO 섬유 전극 및 LTO 섬유 전극이 코일 형태를 이루는 비교 예 3에 따른 전지가 준비된다.
비교 예 4에 따른 전지 준비
LMO 섬유 전극 및 LTO 섬유 전극이 서로 꼬인 비교 예 4에 따른 전지가 준비된다.
상기 실시 예 1 내지 4, 비교 예 1 내지 4에 따른 전극 섬유 및 전지들이 아래 <표 1>을 통하여 정리된다.
구분 종류 구성 전해질
실시 예 1 전극 섬유 Ag nanowire/CNT
실시 예 2 전극 섬유 Zn/CNT
실시 예 3 섬유 전지 Ag nanowire/CNT
Zn/CNT		 KOH 액체 전해질
실시 예 4 섬유 전지 Ag nanowire/CNT
Zn/CNT		 3M KOH + PVA
실시 예 5 전극 직물 Ag nanowire/CNT
Zn/CNT
두개 직렬 연결
비교 예 1 금속 전지 Ag/Zn
비교 예 2 섬유 전지 Winding of LTO/LMO
비교 예 3 섬유 전지 Coiling of LTO/LMO
비교 예 4 섬유 전지 Plying of LTO/LMO
도 6은 본 발명의 실시 예1에 따른 은-아연 전지가 포함하는 제1 전극 섬유를 촬영한 사진이다.
도 6의 (a) 및 (b)를 참조하면, 실시 예 1에 따른 제1 전극 섬유의 옆모습과 단면을 낮은 배율(scale bar = 300μm)에서 SEM(scanning electron microscopy) 촬영하고, 도 6의 (c)를 참조하면, 실시 예 1에 따른 제1 전극 섬유의 단면을 높은 배율(scale bar = 2μm)에서 SEM 촬영하였다.
도 6의 (a)에서 알 수 있듯이, 실시 예 1에 따른 제1 전극 섬유는 탄소나노튜브 시트 상에 은 나노 와이어가 98.6 wt로 로딩된 것을 확인할 수 있었다. 도 6의 (b) 및 (c)에서 알 수 있듯이, 실시 예 1에 따른 제1 전극 섬유의 단면은, 나선형(spiral)인 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 단면은, 탄소나노튜브 시트가 말리고(rolled) 적층된(stacked) 형태를 나타내고, 말리고 적층된 상기 탄소나노튜브 시트 사이에 은 나노 와이어가 제공되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
도 7은 본 발명의 실시 예2에 따른 은-아연 전지가 포함하는 제2 전극 섬유를 촬영한 사진이다.
도 7의 (a) 및 (b)를 참조하면, 실시 예 2에 따른 제2 전극 섬유의 옆모습과 단면을 낮은 배율(scale bar = 300μm)에서 SEM(scanning electron microscopy) 촬영하고, 도 7의 (c)를 참조하면, 실시 예 2에 따른 제2 전극 섬유의 단면을 높은 배율(scale bar = 2μm)에서 SEM 촬영하였다.
도 7의 (a)에서 알 수 있듯이, 실시 예 2에 따른 제2 전극 섬유는 탄소나노튜브 시트 상에 아연 입자가 97.2 wt로 로딩된 것을 확인할 수 있었다. 도 7의 (b) 및 (c)에서 알 수 있듯이, 실시 예 2에 따른 제2 전극 섬유의 단면은, 나선형(spiral)인 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 단면은, 탄소나노튜브 시트가 말리고(rolled) 적층된(stacked) 형태를 나타내고, 말리고 적층된 상기 탄소나노튜브 시트 사이에 아연 입자가 제공되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 실시 예 1에 따른 제1 전극 섬유가 포함하는 은 나노 와이어의 wt%는 실시 예 2에 따른 제2 전극 섬유가 포함하는 아연 입자의 wt%와 실질적으로 동일하다는 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예 3 및 비교 예 1에 따른 은-아연 전지의 전기화학특성을 나타내는 그래프이다.
도 8의 (a)를 참조하면, 상기 실시 예 3에 따른 은-아연 전지를 10 mV/s의 스캔 레이트에서 전압(V)에 따른 전류 밀도(mAh/cm)를 측정하고, 순환전압전류 곡선(이하, CV 곡선이라고 한다)을 나타내었다. 도 8의 (a)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예 3에 따른 은-아연 전지는, 1.65V(Ag->Ag+) 및 2V(Ag+->Ag2 +) 두 부분에서 oxidation peak가 나타나고, 1.82V(Ag2+->Ag+) 및 1.43V(Ag+->Ag) 두 부분에서 reduction peak가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예 3에 따른 은-아연 전지는 good agreement를 갖는 것을 알 수 있다.
도 8의 (b)를 참조하면, 상기 실시 예 3및 비교 예 1에 따른 은-아연 전지의 linear capacity(mAh/cm)에 따른 전압(V)을 측정하고, galvanostatic discharge curve를 나타내었다. 도 8의 (b)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예 3에 따른 은-아연 전지의 linear capacity는 8.7 μAh/cm로 나타나고, 상기 비교 예 1에 따른 은-아연 전지의 linear capacity는 0.04 μAh/cm로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예 3에 따른 은-아연 전지가 상기 비교 예 1에 따른 은-아연 전지보다 약 100배 정도 우수한 성능을 갖는다는 것을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예 3에 따른 은-아연 전지의 전기화학특성을 나타내는 그래프이다.
도 9의 (a)를 참조하면, 상기 실시 예 3에 따른 은-아연 전지에서 은 나노와이어 및 아연 입자의 질량 비율(mass ratio)에 따른 linear capacity(mAh/cm)을 측정하여 나타내고, 은 나노와이어 및 아연 입자의 질량 비율이 1.7:1이고 전류 밀도가 0.1mA/cm인 경우, 상기 실시 예 3에 따른 은-아연 전지의 linear capacity(mAh/cm)에 따른 전압(V)을 측정하였다.
도 9의 (a)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예 3에 따른 은-아연 전지는, 은 나노 와이어 및 아연 입자의 질량 비율이 1.7:1인 경우 가장 높은 linear capacity를 나타내는 것을 확인할 수 있고, 은 나노와이어 및 아연 입자의 질량 비율이 1.7:1이고 전류 밀도가 0.1mA/cm인 경우 상기 실시 예 3에 따른 은-아연 전지의 가장 높은 linear capacity가 0.285mAh/cm를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 상기 실시 예 3에 다른 은-아연 전지를 제조하는 경우, 은 나노 와이어 및 아연 입자의 질량 비율이 1.7:1에 가깝도록 제조하는 것이 효율적이라는 것을 알 수 있다.
도 9의 (b)를 참조하면, 상기 실시 예 3에 따른 은-아연 전지를 준비하되, 전해질로서 6M 농도를 갖는 KOH에 0.25M 농도를 갖는 ZnO를 혼합하여 사용하였다. 이후, 상술된 전해질이 사용된 실시 예 3에 따른 은-아연 전지의 충방전 횟수에 따른 capacity retention(C/C0)을 측정하였다. 도 9의 (b)에서 알 수 있듯이, 상술된 전해질이 사용된 실시 예 3에 따른 은-아연 전지는, 50회의 충방전 이후 30%가량의 capacity가 남아있는 것을 확인할 수 있었다.
도 10은 본 발명의 실시 예 4에 다른 은-아연 전지의 전기화학특성을 나타내는 그래프이다.
도 10의 (a)를 참조하면, 상기 실시 예 4에 따른 은-아연 전지를 10 mV/s의 스캔 레이트에서 전압(V)에 따른 전류 밀도(mAh/cm)를 측정하고, CV 곡선을 나타내었다. 도 10의 (a)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예 4에 따른 은-아연 전지는, 1.82V(Ag2+->Ag+)에서 reduction peak가 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
도 10의 (b)를 참조하면, 상기 실시 예 4에 따른 은-아연 전지의 linear capacity(mAh/cm)에 따른 전압(V)을 측정하고, galvanostatic discharge curve를 나타내었다. 도 10의 (b)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예 4에 따른 은-아연 전지는, 오직 하나의 plateaus를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
도 11은 본 발명의 실시 예 4에 따른 은-아연 전지 와 비교 예들에 따른 전지들의 특성을 비교하는 그래프이다.
도 11을 참조하면, 상기 실시 예 4에 따른 은-아연 전지, 비교 예 2 내지 4에 따른 전지들에서 음극에 로딩된 활물질(active material)의 양(wt%)에 따른 linear capacity(mAh/cm)를 측정하여 나타내고, 상기 실시 예 4에 따른 은-아연 전지에서 음극에 로딩된 아연 입자의 양(wt%)에 따른 linear capacity(mAh/cm)를 측정하여 나타내었다.
도 11에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예 4에 따른 은-아연 전지는, 음극에 로딩된 아연 입자가 97.2 wt%인 경우 0.276 mAh/cm의 linear capacity로 나타나고, 비교 예 2에 따른 전지는 음극에 로딩된 활물질이 83.6 wt%인 경우 0.0028 mAh/cm의 linear capacity로 나타나고, 비교 예 3에 따른 전지는 음극에 로딩된 활물질이 86 wt%인 경우 0.022 mAh/cm의 linear capacity로 나타나고, 비교 예 4에 따른 전지는 음극에 로딩된 활물질이 90 wt%인 경우 0.0036 mAh/cm의 linear capacity로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예 4에 따른 은-아연 전지의 성능이 상기 비교 예 2 내지 4에 따른 전지들의 성능보다 높다는 것을 확인할 수 있었다.
도 12는 본 발명의 실시 예 4에 따른 은-아연 전지의 신축성을 나타내는 그래프이다.
도 12를 참조하면, 상기 실시 예 4에 따른 은-아연 전지를 원래의 경우(pristine), 80°의 각도로 구부린(bent) 경우, 150°의 각도로 구부린(bent) 경우, 및 다시 원래대로 펴진(released) 경우에 대해 linear capacity(mAh/cm)에 따른 전압(V)을 측정하였다. 도 12에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예 4에 따른 은-아연 전지는 원래의 경우(pristine), 80°의 각도로 구부린(bent) 경우, 150°의 각도로 구부린(bent) 경우에 대해 실직적으로 성능이 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예 4에 따른 은-아연 전지는, 높은 신축성(flexibility)을 갖는다는 것을 알 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예 4에 따른 은-아연 전지의 연결 방식에 따른 성능을 나타내는 그래프이다.
도 13의 (a)를 참조하면, 상기 실시 예 4에 따른 은-아연 전지가 하나인 경우(single battery), 두개를 직렬 연결한 경우(two serial battery), 두개를 병렬 연결한 경우(two parallel battery)에 대해 linear capacity(mAh/cm)에 따른 전압(V)을 측정하였다.
도 13의 (a)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예 4에 따른 은-아연 전지 두개를 직렬 연결한 경우에는 하나인 경우와 비교하여 두배 높은 전압이 나타나고, 두개를 병렬 연결한 경우에는 하나인 경우와 비교하여 두배 높은 용량이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
도 13의 (b)를 참조하면, 상기 실시 예 4에 따른 은-아연 전지 두개를 직렬 연결하고 도선과 LED가 연결된 회로를 만들어 이의 작동에 대해 사진촬영 하였다. 도 13의 (b)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예 4에 따른 은-아연 전지로 인해 LED가 작동되는 것을 확인할 수 있었다.
도 14는 본 발명의 실시 예 5에 따른 전극 직물이 사용된 디바이스를 촬영한 사진이다.
도 14를 참조하면, 상기 실시 예 5에 따른 전극 직물과 일반적인 전자 시계를 구리 전선으로 연결시킨 뒤 사진촬영 하였다. 도 14에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예 5에 따른 전극 직물이 연결된 전자 시계가 작동하는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예 5에 따른 전극 직물을 사용하여 다른 디바이스 들에도 사용될 수 있음을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100, 200: 기판
110: 제1 탄소나노튜브 시트
120: 은 나노 와이어
130: 제1 전극 섬유
210: 제2 탄소나노튜브 시트
220: 아연 입자
230: 제2 전극 섬유
300: 은-아연 전지

Claims (11)

  1. 은 나노 와이어, 및 상기 은 나노 와이어를 둘러싸도록 꼬인 제1 탄소나노튜브 시트를 포함하는 제1 전극 섬유;
    아연 입자 및 상기 아연 입자를 둘러싸도록 꼬인 제2 탄소나노튜브 시트를 포함하는 제2 전극 섬유; 및
    상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이의 전해질을 포함하되,
    상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유는 서로 꼬인 것을 포함하는 은-아연 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 은 나노 와이어의 wt%가, 상기 아연 입자의 wt%보다, 높은 것을 포함하는 은-아연 전지.
  3. 은 나노 와이어, 및 상기 은 나노 와이어를 둘러싸도록 꼬인 제1 탄소나노튜브 시트를 포함하는 제1 전극 섬유;
    아연 입자 및 상기 아연 입자를 둘러싸도록 꼬인 제2 탄소나노튜브 시트를 포함하는 제2 전극 섬유; 및
    상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이의 전해질을 포함하되,
    x개의 상기 제1 전극 섬유가 y개의 상기 제2 전극 섬유와 꼬인 것을 포함하고,
    x및 y는 0보다 큰 자연수이고, x는 y보다 큰 것을 포함하는 은-아연 전지.
  4. 제3 항에 있어서,
    x = 2y인 것을 포함하는 은-아연 전지.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 전극 섬유에서 상기 은 나노 와이어의 wt%와 상기 제2 전극 섬유에서 상기 아연 입자의 wt%는 동일한 것을 포함하는 은-아연 전지.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 전해질은, 액체 상태 또는 고체 상태인 것을 포함하는 은-아연 전지.
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 탄소나노튜브 시트는, 말리고(rolled) 적층된(stacked) 형태로 제공되고,
    말리고 적층된 상기 제1 및 제2 탄소나노튜브 시트 사이에, 상기 은 나노 와이어 및 상기 아연 입자가 각각 제공되는 것을 포함하는 은-아연 전지.
  8. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 섬유는 제1 방향으로 연장하고,
    상기 제1 방향을 법선으로 갖는 제1 평면으로 절취한 단면에서, 상기 제1 및 제2 탄소나노튜브 시트의 단면은 나선형(spiral)으로 제공되는 것을 포함하는 은-아연 전지.
  9. 제1 탄소나노튜브 시트를 준비하는 단계;
    상기 제1 탄소나노튜브 시트 상에, 은 나노 와이어를 제공하는 단계;
    상기 은 나노 와이어가 제공된 상기 제1 탄소나노튜브 시트를 꼬아서, 제1 전극 섬유를 제조하는 단계;
    제2 탄소나노튜브 시트를 준비하는 단계;
    상기 제2 탄소나노튜브 시트 상에, 아연 입자를 제공하는 단계;
    상기 아연 입자가 제공된 상기 제2 탄소나노튜브 시트를 꼬아서, 제2 전극 섬유를 제조하는 단계;
    상기 제1 및 제2 전극 섬유를 전해질로 코팅하는 단계; 및
    상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유를 서로 꼬으는 단계를 포함하는 은-아연 전지의 제조 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 은 나노 와이어를 상기 제1 탄소나노튜브 시트에 제공하는 단계, 및 상기 아연 입자를 상기 제2 탄소나노튜브 시트에 제공하는 단계는, 용액 공정으로 수행되는 것을 포함하는 은-아연 전지의 제조 방법.
  11. 제1 탄소나노튜브 시트를 준비하는 단계;
    상기 제1 탄소나노튜브 시트 상에, 은 나노 와이어를 제공하는 단계;
    상기 은 나노 와이어가 제공된 상기 제1 탄소나노튜브 시트를 꼬아서, 제1 전극 섬유를 제조하는 단계;
    제2 탄소나노튜브 시트를 준비하는 단계;
    상기 제2 탄소나노튜브 시트 상에, 아연 입자를 제공하는 단계;
    상기 아연 입자가 제공된 상기 제2 탄소나노튜브 시트를 꼬아서, 제2 전극 섬유를 제조하는 단계;
    상기 제1 및 제2 전극 섬유를 전해질로 코팅하는 단계; 및
    상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유를 서로 꼬으는 단계를 포함하되,
    꼬인 상기 제1 전극 섬유의 개수가 상기 제2 전극 섬유의 개수보다 많은 것을 포함하는 은-아연 전지의 제조 방법.
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