KR102629373B1 - 아연-브롬 전지용 필터의 성능 분석 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치는 제1 전해액과 제1 전극이 수용된 제1 전극부; 상기 제1 전극부에 대향 배치되며, 제2 전해액과 제2 전극이 수용된 제2 전극부; 상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부 사이에 배치되는 분리막; 상기 제1 전극부에 가스를 주입 및 배출하는 제1 및 제2 라인; 상기 제2 전극부에 가스를 주입 및 배출하는 제3 및 제4 라인; 상기 제4 라인 내에 구비되며, 상기 제2 전극부에서 발생되는 가스가 통과하는 필터부; 및 상기 필터부를 통과하여 상기 제4 라인에서 배출되는 가스를 측정하는 검출부;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 아연-브롬 전지용 필터의 성능 분석 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 필터의 브롬 가스 제거 성능을 확인할 수 있는 아연-브롬 전지용 필터의 성능 분석 장치에 관한 것이다.
전 세계적으로 지구 온난화에 대한 대책으로 태양광 및 풍력 발전 등 신에너지 도입의 요구가 커지고 있다. 하지만 간헐적으로 특정 조건 하에서 전력이 생산되는 신재생 에너지의 불규칙한 특성을 보완하기 위해서, 전력의 저장 기능을 지닌 이차전지가 큰 주목을 받고 있다.
다양한 이차전지 중 높은 에너지 밀도(250 Wh/kg & 650 Wh/L 이상)와 구동 전압(3.2 V이상)을 가지고, 사이클 수명(3,000 Cycle 이상)이 우수할 뿐만 아니라, 오랜 시간 제조 공정이 고도화되어 제품화가 용이한 리튬이온 전지가 널리 사용되고 있다. 하지만 리튬이온 전지는 발화성을 지닌 소재를 사용한다는 단점으로 인하여 ESS, 전기차, 소형 디바이스 등에서 빈번한 화재 사고가 일어나고 있다. 이는 배터리가 단락(Short-circuit)되면서 발생된 온도 발화성을 지닌 유기계 전해액의 점화를 부추기기 때문이다. 따라서 신재생 에너지 기반의 전력 사용을 중심으로 한 글로벌 에코 시스템 변화를 위해서는 고안정성과 고성능을 지닌 차세대 이차전지 기술이 요구된다.
이런 흐름에 맞춰 전 세계적으로 수계 전해질을 사용하는 에너지 저장 시스템이 학계와 산업계에서 큰 주목을 받고 있다. 특히, 아연과 브롬을 활용한 수계 이차전지는 소재 가격 경쟁력이 우수하며, 1.8 V 이상의 높은 충전 전압을 지니고 있으며, 에너지 밀도는 85 Wh/kg 수준으로 납축전지(40 Wh/kg)보다도 우수하여 많은 관심을 받고 있다. 특히, 지구상에 풍부하고 저렴한 원소 물질인 아연 금속과 할라이드 계열의 브롬은 리튬이온 전지와 대비하여 훨씬 유동적인 원료 생산망과 공급망을 지니고 있다.
다만, 리튬이온 전지와 비교하여 수계 아연-브롬 전지의 이론적 에너지 밀도는 낮으므로, 이를 개선할 수 있는 셀 레벨에서의 본질적이고 전기화학적인 솔루션이 필요하다. 또한 아연-브롬 수계 전지의 작동 중에 발생하는 인체에 유해한 브롬 가스에 대한 대비책도 필요하다.
본 발명은 필터의 브롬 가스 제거 성능을 확인할 수 있는 아연-브롬 전지용 필터의 성능 분석 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시형태는 제1 전해액과 제1 전극이 수용된 제1 전극부; 상기 제1 전극부에 대향배치되며, 제2 전해액과 제2 전극이 수용된 제2 전극부; 상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부 사이에 배치되는 분리막; 상기 제1 전극부에 가스를 주입 및 배출하는 제1 및 제2 라인; 상기 제2 전극부에 가스를 주입 및 배출하는 제3 및 제4 라인; 상기 제4 라인 내에 구비되며, 상기 제2 전극부에서 발생되는 가스가 통과하는 필터부; 및 상기 필터부를 통과하여 상기 제4 라인에서 배출되는 가스를 측정하는 검출부;를 포함하는 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치를 제공한다.
상기 필터부는 필터 소재로 활성탄을 포함할 수 있다.
상기 검출부는 가스 크로마토그래피일 수 있다.
상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극일 수 있다.
상기 제1 라인 및 제3 라인을 통하여 주입되는 가스는 아르곤 가스 또는 질소 가스일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 상기 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치에서 배출된 가스에서 측정된 브롬 가스의 양과 상기 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치와 동일하되, 제4 라인에 필터부가 장착되지 않은 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치에서 배출된 가스에서 측정된 브롬 가스의 양을 비교 분석하여 필터의 성능을 결정하는 아연-브롬 전지용 필터의 성능 측정 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치를 통하여 아연-브롬 전지에 적합한지 확인하기 위하여 브롬 가스 흡착에 대한 필터의 성능을 측정할 수 있다.
아연-브롬 전지의 작동 중에 양극에서는 Br 음이온들이 산화함에 따라 부반응으로 브롬 가스가 발생할 수 있다. 이러한 브롬 가스는 인체에 유해한 가스로써, 아연-브롬 전지에는 브롬 가스가 외부로 방출되지 않도록 브롬 가스를 흡착할 수 있는 필터가 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치는 필터 소재의 성능 측정을 원활하게 하기 위하여 비활성 기체를 주입할 수 있다. 상기 비활성 기체는 캐리어 가스(Carrier gas) 역할을 하는 것으로, 상기 비활성 기체는 아연-브롬 전지의 작동 중에 발생된 브롬 가스가 일정한 속도로 배출되도록 한다. 이에 따라 필터 소재의 성능 측정을 원활하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 사시도에서 A-A’선으로 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치의 일부를 개략적으로 나타내는 측면 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 사시도에서 A-A’선으로 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치의 일부를 개략적으로 나타내는 측면 사시도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치(이하, '분석 장치'라고도 함)에 관한 것이다.
아연-브롬 전지의 작동 중에 양극에서는 Br 음이온들이 산화함에 따라 부반응으로 브롬 가스가 발생할 수 있다. 이러한 브롬 가스는 인체에 유해한 가스로써, 아연-브롬 전지에는 브롬 가스가 외부로 방출되지 않도록 브롬 가스를 흡착할 수 있는 필터가 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 아연-브롬 전지의 작동 중에 발생하는 브롬 가스를 흡착하기 위해 사용되는 필터의 성능을 측정할 수 있는 필터 성능 분석 장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명의 일 실시형태에 따른 분석 장치를 통하여 아연-브롬 전지에 적합한지 확인하기 위하여 브롬 가스 흡착에 대한 필터의 성능을 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 사시도에서 A-A'선으로 절단한 단면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 제1 전극부를 개략적으로 나타내는 측면 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치는 제1 전해액(111)과 제1 전극(112)이 수용된 제1 전극부(110); 상기 제1 전극부에 대향 배치되며, 제2 전해액(211)과 제2 전극(212)이 수용된 제2 전극부(210); 상기 제1 전극부(110) 및 상기 제2 전극부(210) 사이에 배치되는 분리막(310); 상기 제1 전극부(110)에 가스를 주입 및 배출하는 제1 및 제2 라인(114, 115); 상기 제2 전극부(210)에 가스를 주입 및 배출하는 제3 및 제4 라인(214, 215); 상기 제4 라인(215) 내에 구비되며, 상기 제2 전극부에서 발생되는 가스가 통과하는 필터부(220); 및 상기 필터부(220)를 통과하여 상기 제4 라인(215)에서 배출되는 가스를 측정하는 검출부(410);를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치는 아연-브롬 전지를 모방한 플로우(Flow) 타입의 전기화학 셀로 이해될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 제1 전해액(111)은 음극액일 수 있고, 제1 전극(112)은 음극일 수 있다. 또한, 상기 제2 전해액(211)은 양극액일 수 있고, 제2 전극(212)은 양극일 수 있으며, 상기 제2 전극부(210)에는 기준 전극(213)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 제1 및 제2 전극(111, 211)은 탄소 전극일 수 있으며, 탄소체, 도전재, 및 바인더를 포함하여 제조될 수 있다. 상기 탄소체는 이에 제한되지 않으며, 예를 들면 활성탄, 그라파이트, 하드 카본 또는 다공성 카본재가 사용될 수 있다. 다공성 카본재는 이에 제한되지 않으나, 카본 펠트(carbon felt), 카본 클로스(carbon cloth) 또는 카본 페이퍼(carbon paper)등을 사용할 수 있다.
상기 도전재는 이에 제한되지 않으나, 예를 들면 카본블랙, 탄소섬유, 카본나노튜브, 또는 흑연 등의 탄소계 도전재를 사용할 수 있다. 상기 카본 블랙은 이에 제한되지 않으나, 예를 들면 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 슈퍼 P, 채널 블랙, 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 또는 서멀 블랙을 사용할 수 있다. 상기 흑연은 천연 흑연 또는 인조 흑연일 수 있다.
상기 바인더는 이에 제한되지 않으나, 예를 들면 카르복시메틸 셀룰로스(carboxymethyl cellulose), 스티렌 부타디엔 고무(Styrene Butadiene Rubber), PAA(Poly acrylic acid), PTFE (Polytetrafluoroethylene), 폴리비닐리덴 플로라이드(Polyvinylidene Fluoride) 또는 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluoroethylene) 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 제1 및 제2 전극(111, 211)의 제조공정은 특별히 제한되지 않으며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 방법으로 제조될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극부(110, 210)는 절연성 소재로 만들어질 수 있다. 상기 절연성 소재는 산성 또는 알칼리 용액에 화학적 저항성이 있는 소재일 수 있다. 이에 제한되지 않으며, 예를 들면, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스틸렌(PS) 또는 염화비닐(PVC) 등의 플라스틱 수지를 사용할 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극부(110, 210)는 개폐구조를 가질 수 있다. 이에 제한되지 않으나, 예를 들면 제1 및 제2 전해액이 수용되는 하부 케이스와 상부 덮개로 이루어질 수 있으며, 닫혀있을 땐 완전히 밀폐된 상태를 유지할 수 있다. 또한 상부 덮개의 개폐에 의해 전해액을 교체할 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(111, 211)은 상부 덮개를 관통하여 전해액에 침지될 수 있다.
또한 도 3과 같이 제1 전극부(110)의 일 측면, 구체적으로, 제2 전극부(210)와 마주보는 일면에는 윈도우(110A)가 형성될 수 있다. 또한 도시되지 않았으나, 제2 전극부(210)에도 제1 전극부(110)와 마주보는 일면에 윈도우가 형성될 수 있다. 상기 윈도우 상에는 분리막이 배치될 수 있으며, 윈도우를 통하여 제1 및 제2 전해액(111, 211)이 분리막(310)에 침지될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극부(110, 210) 사이에 배치되는 분리막(310)은 제1 전해액(111)과 제2 전해액(211)을 분리시킨다. 상기 분리막(310)의 소재는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 셀룰로오스, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 함유하는 폴리올레핀 필름, 폴리비닐 클로라이드, 셀룰로오스, 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 함유하는 섬유 부직포, PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌), 폴리이써설폰(PES, Polyethersulfone), 나일론(Nylon), Polyacrylonitrile(PAN), PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드)과 같은 친수성 분리막일 수 있다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시형태에 따른 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치는 아연-브롬 전지를 모방한 플로우(Flow) 타입의 전기화학 셀로 H 구조를 가질 수 있다. 분리막에 의한 H 구조에 의하여 제2 전극부(210)에서 발생되는 브롬 가스의 분리가 용이하고, 이에 따라 필터 성능의 측정이 용이해질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 제1 및 제2 전해액(111, 211)은 수계 전해질일 수 있으며, 아연-브롬 전지에 사용되는 통상의 전해액을 사용할 수 있다.
이에 제한되지 않으나, 예를 들면 상기 제1 및 제2 전해액(111, 211)은 수계 용매(물), Zn/Br 레독스 커플을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(112)이 음극인 경우 제1 전해액(111)은 음극액일 수 있고, 제2 전극(212)이 양극인 경우 제2 전해액(211)은 양극액일 수 있다. 또한 상기 제1 및 제2 전해액(111, 211)은 이에 제한되지 않으나, 예를 들면, 브롬산, 브롬산 이외의 산성 물질, 브롬 착화제, 및 기타 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
아연-브롬 전지의 충전 및 방전이 진행됨에 따라 음극에서는 아연의 산화 및 환원 반응으로 인해 음극에 아연 이온의 증착(deposition) 및 용출(dissolution) 현상이 발생되며, 양극에서는 브롬의 산화 및 환원 반응으로 인해 양극에 브롬 이온의 증착(deposition) 및 용출(dissolution) 현상이 발생될 수 있다. 이때 양극에서는 Br 음이온들이 산화함에 따라 부반응으로 브롬 가스가 발생하며 이는 외부로 방출되는 현상이 나타난다. 브롬 가스가 외부로 방출되는 것을 방지하기 위해 아연 브롬 전지에는 브롬 가스를 흡착할 수 있는 필터를 장착할 수 있다. 상기 필터 소재에 브롬 가스가 완전히 흡착되면 유해한 브롬 가스가 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있다. 브롬 가스 흡착에 적합한 성능을 가지는지 확인하기 위하여 본 발명의 일 실시형태에 따른 분석 장치를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 제2 전극부(210)에서 발생되는 브롬 가스는 제4 라인(215)을 통하여 외부로 방출될 수 있다. 상기 제4 라인(215)에는 필터부(220)가 연결되어 있으며, 브롬 가스는 필터부를 통하여 외부로 방출될 때 상기 필터부(220)에 흡착될 수 있다.
상기 필터부(220)는 다기공 소재를 포함할 수 있다. 상기 다기공 소재는 이에 제한되지 않으나, 예를 들면 다기공 탄소 소재일 수 있으며, 구체적으로 활성탄일 수 있다.
상기 필터 소재는 브롬 가스를 흡착하기에 적절한 것을 사용할 수 있다.
이에 제한되지 않으나, 예를 들면, 활성탄은 비표면적이 500 m2/g 이상인 것을 사용할 수 있고, 구체적으로 500 내지 내지 2000 m2/g인 것을 사용할 수 있다. 또한 활성탄의 기공 크기는 2nm 이하의 마이크로포어(Micropore), 2nm 내지 50nm의 메조 포어(Mesopore)를 가지는 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제1 라인(114) 및 제3 라인(214)을 통하여, 비활성 기체가 주입될 수 있다. 비활성 기체는 이에 제한되지 않으나, 예를 들면 아르곤 또는 질소 일 수 있고, 제1 라인(114) 및 제3 라인(214)으로 동일한 가스가 주입될 수 있다.
일반적으로 아연-브롬 전지의 충전 및 방전에는 비활성 기체의 주입이 이루어지지 않으나, 필터 소재의 성능 측정을 원활하게 하기 위하여 비활성 기체를 주입할 수 있다. 상기 비활성 기체는 캐리어 가스(Carrier gas) 역할을 하는 것으로, 상기 비활성 기체는 아연-브롬 전지의 작동 중에 발생된 브롬 가스가 일정한 속도로 배출되도록 한다.
비활성 기체를 플로우 타입으로 흘려주면 제2 전극부(210)에서 비활성 기체는 브롬 가스와 함께 혼합되어 제4 라인(215)을 통하여 배출된다. 이때 배출된 가스는 검출부(410)로 유입될 수 있다.
상기 검출부(410)는 가스의 종류 및 성분을 분석할 수 있는 장치일 수 있으며, 이에 제한되지 않으나, 예를 들면 가스 크로마토그래피일 수 있다. 상기 가스 크로마토그래피를 통하여 배출된 가스에서 브롬 가스의 양을 측정할 수 있다. 상기 브롬 가스의 측정량을 통하여 필터 소재의 성능을 확인할 수 있다.
보다 구체적으로, 제4 라인에 필터부가 장착되지 않은 전기화학 셀에서 방출되는 브롬 가스의 양과 제4 라인에 필터부가 장착된 전기화학 셀에서 방출되는 브롬 가스의 양을 비교 분석함으로써 필터 소재의 성능을 확인할 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110, 210: 제1 및 제2 전극부 111, 211: 제1 및 제2 전해액
112, 212: 제1 및 제2 전극 213: 기준 전극
114, 115: 제1 및 제2 라인 214, 215: 제3 및 제4 라인
110A: 윈도우 220: 필터부
310: 분리막 410: 검출부
112, 212: 제1 및 제2 전극 213: 기준 전극
114, 115: 제1 및 제2 라인 214, 215: 제3 및 제4 라인
110A: 윈도우 220: 필터부
310: 분리막 410: 검출부
Claims (6)
- 제1 전해액과 제1 전극이 수용된 제1 전극부;
상기 제1 전극부에 대향 배치되며, 제2 전해액과 제2 전극이 수용된 제2 전극부;
상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부 사이에 배치되는 분리막;
상기 제1 전극부에 가스를 주입 및 배출하는 제1 및 제2 라인;
상기 제2 전극부에 가스를 주입 및 배출하는 제3 및 제4 라인;
상기 제4 라인 내에 구비되며, 상기 제2 전극부에서 발생되는 가스가 통과하는 필터부; 및
상기 필터부를 통과하여 상기 제4 라인에서 배출되는 가스를 측정하는 검출부;를 포함하고,
상기 제1 라인 및 제3 라인을 통하여 주입되는 가스는 아르곤 또는 질소 가스인 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 필터부는 필터 소재로 활성탄을 포함하는 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 검출부는 가스 크로마토그래피인 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극인 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치.
- 삭제
- 제1항에 따른 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치에서 배출된 가스에서 측정된 브롬 가스의 양과 제1항에 따른 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치와 동일하되, 상기 제4 라인에 필터부가 장착되지 않은 아연-브롬 전지용 필터 성능 분석 장치에서 배출된 가스에서 측정된 브롬 가스의 양을 비교 분석하여 필터의 성능을 결정하는 아연-브롬 전지용 필터의 성능 측정 방법.
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR910013607A (ko) * | 1989-12-21 | 1991-08-08 | 이노구마 도끼히사 | 충전 효율이 향상된 아연-할로겐 이차 전지 및 그 안의 가스를 제거하기 위한 방법 |
| KR970004143A (ko) * | 1995-06-28 | 1997-01-29 | 배순훈 | Bs컨버터의 미세조정장치 |
| KR20060052051A (ko) * | 2004-10-07 | 2006-05-19 | 니폰 파이오니쿠스 가부시키가이샤 | 배기가스의 처리 방법 및 처리 장치 |
| KR20140051337A (ko) * | 2011-09-09 | 2014-04-30 | 아사히 가세이 셍이 가부시키가이샤 | 폴리케톤 다공막 |
| KR20170006490A (ko) * | 2015-07-08 | 2017-01-18 | 삼성전자주식회사 | 금속 공기 전지 시스템 및 그 작동 방법 |
| KR20210026343A (ko) * | 2019-08-30 | 2021-03-10 | 한국과학기술원 | 아연-브롬 전지용 양극 및 이의 제조방법 |
| KR20210087083A (ko) * | 2018-12-21 | 2021-07-09 | 쇼와 덴코 가부시키가이샤 | 할로겐 불화물의 제거 방법 및 할로겐 불화물 혼합가스 중의 함유 가스 성분의 정량 분석 방법, 정량 분석 장치 |
-
2023
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR910013607A (ko) * | 1989-12-21 | 1991-08-08 | 이노구마 도끼히사 | 충전 효율이 향상된 아연-할로겐 이차 전지 및 그 안의 가스를 제거하기 위한 방법 |
| KR970004143A (ko) * | 1995-06-28 | 1997-01-29 | 배순훈 | Bs컨버터의 미세조정장치 |
| KR20060052051A (ko) * | 2004-10-07 | 2006-05-19 | 니폰 파이오니쿠스 가부시키가이샤 | 배기가스의 처리 방법 및 처리 장치 |
| KR20140051337A (ko) * | 2011-09-09 | 2014-04-30 | 아사히 가세이 셍이 가부시키가이샤 | 폴리케톤 다공막 |
| KR20170006490A (ko) * | 2015-07-08 | 2017-01-18 | 삼성전자주식회사 | 금속 공기 전지 시스템 및 그 작동 방법 |
| KR20210087083A (ko) * | 2018-12-21 | 2021-07-09 | 쇼와 덴코 가부시키가이샤 | 할로겐 불화물의 제거 방법 및 할로겐 불화물 혼합가스 중의 함유 가스 성분의 정량 분석 방법, 정량 분석 장치 |
| KR20210026343A (ko) * | 2019-08-30 | 2021-03-10 | 한국과학기술원 | 아연-브롬 전지용 양극 및 이의 제조방법 |
| KR102255426B1 (ko) | 2019-08-30 | 2021-05-24 | 한국과학기술원 | 아연-브롬 전지용 양극 및 이의 제조방법 |
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