KR102639459B1 - 알루미늄 공기전지용 전해액 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알루미늄 공기전지용 전해액 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 알칼리 전해액 첨가제인 쑥갓 추출물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 식물 추출물 제조 방법, 알루미늄 공기전지용 전해액 첨가제 및 이를 포함하는 알루미늄 공기전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 알루미늄 공기전지용 전해액은 기존의 알칼리 수용액에 수소발생을 지연시킴과 동시에 알루미늄 전극 표면에 생성되는 수산화알루미늄의 재흡착을 억제하는 물질인 쑥갓 추출물을 첨가하여, 이를 통해 기생 부식반응을 억제하고 알루미늄 이온이 용출되는 반응을 촉진시켜 기전력을 높게 형성함으로써 전지 성능을 향상시키며, 전지의 휴지 시 수명과 방전 시 안정성을 향상시킨다.
Description
본 발명은 알루미늄 공기전지용 전해액 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 알칼리 전해액 첨가제인 쑥갓 추출물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 식물 추출물 제조 방법, 알루미늄 공기전지용 전해액 첨가제 및 이를 포함하는 알루미늄 공기전지에 관한 것이다.
높은 이론적 에너지 용량 (2980 Ah/kg) 및 기전력(-1.66 V)을 가지는 알루미늄 공기전지는 알루미늄과 공기 중 산소의 전기화학적 반응에 의해 전력을 생산하는 전지시스템이다. 이러한 알루미늄 공기전지는 크게 음극(anode), 양극(cathode) 및 전해액(electrolyte)로 구성된다. 음극은 연료로써 소모되어 전자를 생성하는 금속 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 양극은 전자를 받아 물과 산소를 환원시킬 수 있는 탄소전극 등을 포함한다. 또한, 전해액에서는 전극의 전기화학적 반응이 일어나고 이온의 교환이 일어난다. 즉, 알루미늄 공기전지는 음극인 알루미늄 금속의 이온화 과정 중에서 전자가 생성되고, 생성된 전자가 도선을 따라 이동하여 양극인 공기극으로 이동하여 공기 중의 산소와 물을 환원시킴으로서 전기를 생성하는 작동원리를 가진다. 알루미늄 공기전지의 반응식은 아래와 같다
- 알루미늄 산화반응 : Al + 4OH- → Al(OH)4 - + 3e- (-2.38 VSHE)
- 공기 전극 환원반응 : O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- (0.4 VSHE)
- 전체전지반응 : 4Al + 3O2 + 6H2O → 4Al(OH)3
- 기생 부식 반응 : 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2
알루미늄-공기전지는 아래와 같은 3가지 문제점을 갖는다. (1) 알루미늄 산화 반응을 통해 생성된 전자가 외부 회로를 통해 전지의 출력에 기여하는 것이 가장 이상적이지만, 실제로는 알루미늄과 전해질 간의 화학 반응에 의한 기생 부식반응을 통한 전자의 손실이 전지 성능이 저해되는 문제점이 있다. (2) 또한 위와 같은 기생부식 반응으로 인해 전기를 생산하지 않는 휴지 상태에서도 알루미늄 전극이 소모되어 전지의 전력 손실이 발생하는 문제가 발생한다. (3) 알루미늄 산화 반응에 의해 생성된 수산화 알루미늄이 전극 표면에 재흡착하여 알루미늄 전극의 산화 반응을 방해하여, 전지의 기전력을 낮추는 문제가 있다.
본 발명은 알루미늄 공기전지의 출력특성 및 에너지 밀도를 향상시키는 전해액 첨가제를 개발하기 위한 것으로, 기존의 알칼리 수용액에 수소발생을 지연시킴과 동시에 알루미늄 전극 표면에 생성되는 수산화알루미늄의 재흡착을 억제하는 물질인 쑥갓 추출물을 첨가한다. 이를 통해 기생 부식반응을 억제하고 알루미늄 이온이 용출되는 반응을 촉진시켜 기전력을 높게 형성함으로써 전지 성능을 향상시키며, 전지의 휴지 시 수명과 방전 시 안정성 향상을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 공기전지용 전해액은, 알칼리염을 포함한 수용액; 및 쑥갓(chrysanthemum coronarium) 추출물 첨가제를 포함하고, 상기 쑥갓 추출물 첨가제는 수소 발생을 억제하고 수산화알루미늄의 재흡착을 억제한다.
상기 알칼리염은 수산화칼륨 또는 수산화나트륨이고, 상기 알칼리염의 농도는 1M 내지 8M이다.
상기 쑥갓 추출물은 0 초과 내지 5.5 g/L 이하로 첨가되고, 바람직하게는 상기 쑥갓 추출물은 4 내지 5 g/L로 첨가된다.
쑥갓 추출물을 얻는 방법은, 쑥갓을 탈이온수에서 세척하여 오븐에서 건조시키는 단계; 건조된 쑥갓을 분쇄하여 분말 형태로 제조하는 단계; 쑥갓 분말을 탈이온수와 섞어 환류(reflux)시키는 단계; 및 환류된 용액을 여과 장치를 통해 분리하여 추출물을 얻는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 공기전지용 전해액의 제조 방법은, 탈이온수에 알칼리염을 용해시킨 전해액을 제조하는 단계; 및 상기 전해액에 쑥갓 추출물 첨가제를 첨가하는 단계를 포함하고, 상기 쑥갓 추출물 첨가제는 수소 발생을 억제하고 수산화알루미늄의 재흡착을 억제한다.
상기 알칼리염은 수산화칼륨 또는 수산화나트륨이고, 상기 알칼리염의 농도는 1M 내지 8M이다.
상기 쑥갓 추출물은 0 초과 내지 5.5 g/L 이하로 첨가되고, 바람직하게는 상기 쑥갓 추출물은 4 내지 5 g/L로 첨가된다.
쑥갓 추출물을 얻는 방법은, 쑥갓을 탈이온수에서 세척하여 오븐에서 건조시키는 단계; 건조된 쑥갓을 분쇄하여 분말 형태로 제조하는 단계; 쑥갓 분말을 탈이온수와 섞어 환류(reflux)시키는 단계; 및 환류된 용액을 여과 장치를 통해 분리하여 추출물을 얻는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 알루미늄 공기전지용 전해액은 기존의 알칼리 수용액에 수소발생을 지연시킴과 동시에 알루미늄 전극 표면에 생성되는 수산화알루미늄의 재흡착을 억제하는 물질인 쑥갓 추출물을 첨가하여, 이를 통해 기생 부식반응을 억제하고 알루미늄 이온이 용출되는 반응을 촉진시켜 기전력을 높게 형성함으로써 전지 성능을 향상시키며, 전지의 휴지 시 수명과 방전 시 안정성을 향상시킨다.
도 1 및 도 2는 알루미늄 공기전지와 4 M NaOH 전해액 및 쑥갓 추출물 부식 억제제를 포함하는 알루미늄 공기전지의 부식 반응에 의한 알루미늄 손실량을 나타내는 그래프와 기생 부식 억제 효율을 산출한 도표이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 쑥갓 추출물을 얻는 방법에 대한 순서도를 도시한다.
도 4는 알루미늄 공기전지와 4M NaOH 전해액 및 쑥갓 추출물 부식 억제제가 4.5 g L-1 첨가된 전해액 각각에 1 시간 동안 침지한 후 관찰한 알루미늄 표면을 비교한 그림이다.
도 5는 알루미늄 공기전지와 4M NaOH 전해액 및 쑥갓 추출물 부식 억제제를 포함하는 알루미늄 공기전지의 10 mA/cm2 정전류 방전에 따른 전압을 나타내는 그래프와 방전 효율에 관한 도표이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 쑥갓 추출물을 얻는 방법에 대한 순서도를 도시한다.
도 4는 알루미늄 공기전지와 4M NaOH 전해액 및 쑥갓 추출물 부식 억제제가 4.5 g L-1 첨가된 전해액 각각에 1 시간 동안 침지한 후 관찰한 알루미늄 표면을 비교한 그림이다.
도 5는 알루미늄 공기전지와 4M NaOH 전해액 및 쑥갓 추출물 부식 억제제를 포함하는 알루미늄 공기전지의 10 mA/cm2 정전류 방전에 따른 전압을 나타내는 그래프와 방전 효율에 관한 도표이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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.
기존에 사용되는 수소 발생 억제제는 알루미늄 표면에 흡착하여 기생 부식반응을 억제한다. 그러나 기존의 수소 발생 억제제는 알루미늄 표면에 흡착하기 때문에 전력을 생산하는 알루미늄 용해 반응 또한 억제하여 전력을 저하시킨다. 그리고 기존 발명에서는 As, P, Sb, Bi, Sn, Pb, Hg, Te, S 등의 금속 화합물을 전해질에 첨가하거나, 해당 원소들을 활용해 알루미늄 합금을 개발하여 부식 반응을 억제하였다. 그러나 본 발명에서는 식물에서 추출한 물질을 첨가제로 적용하여 부식 반응을 억제하였으며, 부식 반응 억제 효과와 산화알루미늄의 재흡착을 억제하는 두 가지 효과를 동시에 나타낸다는 점에서 차별성을 가지고 있다.
첫째로, 부식반응을 억제하는 메커니즘은 다음과 같다. 전해질 내 알루미늄 전극 표면에 검은 침전물(철, 구리, 탄소 등과 같은 불순물)이 생성되며, 이는 부분적인 양극 영역으로써 작용하게 된다. 이 부분적인 양극 영역에서 부식 반응이 가속화되는데 쑥갓 추출물 첨가제를 첨가하게 되면 알루미늄 전극 표면에서의 양극 영역 생성이 눈에 띄게 저하된다. 결과적으로 이는 부식 반응을 억제하며, 부식 반응으로 인한 수소 기체의 발생이 감소한다. 이러한 부식 반응의 억제는 전력이 생산되지 않는 휴지 상태에서도 동일하게 작용하여 알루미늄-공기전지의 휴지 시 수명과 방전 시 안정성을 향상 시킨다.
둘째로, 수산화알루미늄 재흡착을 억제하는 메커니즘은 다음과 같다. 알루미늄 전극에서 전해질로 용출된 Al3+ 이온과 전해질 내의 OH- 이온 간 화학반응에 의해 Al(OH)1 2+, Al(OH)2 +, Al(OH)3 등이 생성된다. 이 생성물들은 다시 알루미늄 표면에 흡착하여 복합적인 수산화알루미늄 피막을 형성하게 된다. 쑥갓 추출물을 첨가한 경우, 첨가제 내부의 음의 전하를 띄는 하이드록실기 작용기가 용출된 Al3+ 이온에 대해서 OH- 이온과 경쟁적으로 결합을 하게 된다. Al3+ 이온이 쑥갓 추출물 첨가제와 결합하게 되는 경우, 이는 상대적으로 수산화알루미늄의 재흡착을 억제하게 되고 알루미늄 이온의 용출 반응을 촉진시켜 알루미늄 공기전지의 성능을 향상시킨다.
위의 두 가지 효과는 동시에 작용하며, 이를 통해 알루미늄 전극의 부식 억제 효과 및 배터리 방전 특성을 포함한 알루미늄 공기전지의 성능이 향상된다.
쑥갓(chrysanthemum coronarium)은 국화과에 속하는 채소로 원산지는 지중해 연안이다. 천연 항히스타민제로 불리는 쑥갓은 각종 비타민과 무기질을 풍부하게 함유하고 있어 면역력 강화와 알레르기 완화에 매우 효과적인 식재료이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 공기전지용 전해액은, 알칼리염을 포함한 수용액; 및 쑥갓 추출물 첨가제를 포함한다. 쑥갓 추출물 첨가제는 수소 발생을 억제하고 수산화알루미늄의 재흡착을 억제한다.
알칼리염을 포함한 수용액은 탈이온수에 알칼리염을 용해시켜 얻게 된다. 알칼리염으로는 수산화칼륨 또는 수산화나트륨이 이용될 수 있다. 또한, 알칼리염의 농도는 1M 내지 8M이 바람직하다.
쑥갓 추출물 첨가제는 수소 발생을 억제하고 수산화알루미늄의 재흡착을 억제하여 궁극적으로는 전지 성능을 향상시키며, 전지의 휴지 시 수명과 방전 시 안정성을 향상시킨다. 쑥갓 추출물의 함량은 제어되는 것이 중요한데, 왜냐하면 알루미늄 부식의 관점에서는 쑥갓 추출물이 많을수록 유리한 것이지만, 전체적인 배터리 시스템에서는 쑥갓 추출물의 양이 많을수록 이온 전도도가 하락하는 문제점이 발생되기 때문이다. 따라서, 이온 전도도의 큰 하락 없이 알루미늄의 부식을 막을 수 있는 기생 부식 반응을 억제하는 쑥갓 추출물의 농도는 0 초과 5.5 g/L 이하이다. 쑥갓 추출물의 농도는 3 내지 5.5 g/L, 4 내지 5.5g/L, 4 내지 5g/L, 가장 바람직하게는 4.5g/L로 제어될 수 있다. 도 1 및 도 2에서 보는 것처럼 알루미늄의 손실량과 전기화학 분석 결과를 고려할 때 쑥갓 추출물 첨가제의 함량에 따른 최대 효율을 대략 4.5g/L에서 최대의 효율을 나타냄을 확인할 수 있다.
쑥갓 추출물은 도 3에서 도시된 순서도에 따라 얻어질 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 쑥갓 추출물을 얻는 방법에 대한 순서도를 도시한다.
쑥갓 추출물을 얻는 방법은, 쑥갓을 탈이온수에서 세척하여 오븐에서 건조시키는 단계(S 310); 건조된 쑥갓을 분쇄하여 분말 형태로 제조하는 단계(S 320); 쑥갓 분말을 탈이온수와 섞어 환류(reflux)시키는 단계(S 330); 및 환류된 용액을 여과 장치를 통해 분리하여 추출물을 얻는 단계(S 340)를 포함한다.
S 310 단계에서는 쑥갓을 탈이온수(DI water)에서 세척하여 오븐에서 일정 시간 및 일정 온도의 건조 과정을 진행하고, S 320 단계에서는 건조된 쑥갓을 분쇄하여 분말 형태로 제조하며, S 330 단계에서는 쑥갓 분말을 탈이온수와 섞어서 환류 장치에서 일정 시간 및 일정 온도에서 환류시키고, S 340 단계에서는 환류가 완료된 용액을 여과 장치를 통해 분리하여 최종적으로 쑥갓 추출물을 얻게 된다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 공기전지용 전해액에 대해 설명하였으며, 이하에서는 알루미늄 공기전지용 전해액의 제조 방법에 대해 설명하도록 하겠다.
본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 공기전지용 전해액의 제조 방법은, 탈이온수에 알칼리염을 용해시킨 전해액을 제조하는 단계; 및 상기 전해액에 쑥갓 추출물 첨가제를 첨가하는 단계를 포함하고, 상기 쑥갓 추출물 첨가제는 수소 발생을 억제하고 수산화알루미늄의 재흡착을 억제한다.
알칼리염으로는 수산화칼륨 또는 수산화나트륨이 이용될 수 있고, 알칼리염의 농도는 1M 내지 8M이다.
쑥갓 추출물은 0 초과 5.5 g/L 이하로 첨가될 수 있다. 구체적으로 쑥갓 추출물의 첨가 농도는 3 내지 5.5 g/L, 4 내지 5.5g/L, 4 내지 5g/L, 가장 바람직하게는 4.5g/L로 제어될 수 있다.
쑥갓 추출물을 얻는 방법은, 쑥갓을 탈이온수에서 세척하여 오븐에서 건조시키는 단계(S 310); 건조된 쑥갓을 분쇄하여 분말 형태로 제조하는 단계(S 320); 쑥갓 분말을 탈이온수와 섞어 환류(reflux)시키는 단계(S 330); 및 환류된 용액을 여과 장치를 통해 분리하여 추출물을 얻는 단계(S 340)를 포함한다.
이하에서는 구체적인 실시예와 함께 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다.
전해액의 제조
본 특허에서 검증하는 기본전해액은 전기저항이 15 MΩ 이상인 탈이온수(DI water)에 수산화나트륨(NaOH)를 용해시켜 4 M NaOH을 기본용액으로 하는 전해액을 제조하였다. NaOH를 DI water에 용해시키면 나트륨이온(Na+)과 수산화이온(OH-)으로 해리된다. 수산화이온(OH-)은 알루미늄과 반응하는 물질로, 알루미늄의 전력 생산 반응을 촉진시켜주는 물질로서 작용한다.
또한 상기 기본전해액에 수소 발생 억제와 수산화알루미늄의 재흡착을 동시에 억제하는 첨가제인 쑥갓 추출물 첨가제를 4.5 g L-1 이하로 첨가한다.
첨가제를 제조하는 방법은 다음과 같다. (1) 쑥갓을 DI water에 세척하여 오븐에서 70℃, 72시간 건조 과정을 진행한다. (2) 건조된 쑥갓을 분쇄하여 분말 형태로 만든다. (3) 20g 의 쑥갓 분말과 100 ml 의 DI water와 섞어, 환류 장치에서 120℃, 3시간 환류(Reflux) 시킨다. (4) 환류가 완료된 용액을 여과 장치를 통해 분리하여 추출물을 얻는다.
전지 셀의 제조
전해액에 따른 전지특성을 평가하기 위해 전지시스템을 구성하였다. 본 발명에 따른 알루미늄 공기전지를 제조하기 위해, 폭이 5 mm인 아크릴 수조의 양측에 지름 1 cm의 구멍을 내어 본체를 만든 후, 각각의 구멍에 오링 및 압착장치를 이용하여 제1전극과 제2전극을 고정시켰다.
본체는 알루미늄 공기전지용 전해액을 수용할 수 있도록 내부에 공간이 형성되어 있고, 내부에는 알루미늄 공기전지용 전해액이 수용될 수 있도록 제조하였다. 상기 제1전극은 본체의 일측과 결합하고, 본체 내부에 수용된 알루미늄 공기전지용 전해액과 접촉하도록 제조하였다. 제2전극는 제1전극과 대향하는 본체의 타측과 결합하고, 본체 내부에 수용된 알루미늄 공기전지용 전해액과 접촉하도록 제조하였다. 상기 제1전극과 상기 제2전극의 간격은 1 cm로 일정하게 유지하였다.
실험예 1
상온에서의 수소 발생량 평가
기본전해액인 4M NaOH 수용액에 쑥갓 추출물을 0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5 g L-1 농도로 용해시켰다. 각 기생 부식 반응 억제제를 첨가한 알루미늄 공기전지용 전해액이 25ml 포함된 코니칼 튜브에 1cm x 1cm x 0.34cm 로 제어된 99.99% 순도의 알루미늄을 1시간 동안 침지하여 알루미늄 손실양을 확인하였다.
실험예 2
상온에서의 알루미늄 표면 관찰을 통한 부식 저항성 평가
기본전해액인 4M NaOH 수용액에 쑥갓 추출물을 4.5 g L-1 농도로 용해시켰다. 각 기생 부식 반응 억제제를 첨가한 알루미늄 공기전지용 전해액이 25 ml 포함된 코니칼 튜브에 1cm x 1cm x 0.34 cm 로 제어된 99.99% 순도의 알루미늄을 1 시간 동안 침지하여 표면을 SEM(Scanning electron microscopy)과 AFM(Atomic force microscopy)를 통해 관찰하였다.
실험예 3
방전효율 및 에너지밀도 평가
기본전해액인 4M NaOH 수용액에 쑥갓 추출물을 0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 4.5 g L-1 농도로 용해시켰다. 각 기생 부식 반응 억제제를 첨가한 알루미늄 공기전지용 전해액을 상기 전지 셀의 제조에 적용하였다. 상온 25 ℃에서 10 mA/cm2 전류를 일정하게 방전시켰으며 이를 2 시간동안 진행하였다. 정전류 방전 실험을 통하여 질량 및 전압 변화를 측정하였고 이로부터 방전 효율 및 에너지 밀도를 산출하였다.
실험예 1의 결과
도 1 및 도 2는 알루미늄 공기전지와 4M NaOH 전해액 및 쑥갓 추출물 부식 억제제를 포함하는 알루미늄 공기전지의 부식 반응에 의한 알루미늄 손실량(Weight loss)을 나타내는 그래프와 기생 부식 억제 효율(Inhibition efficiency)을 산출한 도표이다. 쑥갓 추출물 첨가에 따라 농도에 따른 기생 부식반응 억제 효과의 차이를 나타내었으며, 4.5 g L-1 이 첨가된 용액에서 가장 큰 부식 억제 효과를 보였다.
실험예 2의 결과
도 4는 알루미늄 공기전지와 4M NaOH 전해액 및 쑥갓 추출물 부식 억제제가 4.5 g L-1 첨가된 전해액 각각에 1 시간 동안 침지한 후 관찰한 알루미늄 표면을 비교한 그림이다. 쑥갓 추출물이 첨가된 알루미늄의 경우 표면의 조도차이가 크지 않고 반응 면이 반응 부산물이 관찰되지 않는 반면에, 첨가제가 포함되지 않은 4 M NaOH 전해질의 경우 표면에 반응 부산물 및 큰 조도차이를 보이는 것이 확인된다. 이러한 표면 조도의 차이는 부식 억제와 큰 상관관계를 갖으며, 첨가제로 인해 부식 반응이 억제된다는 것을 보여준다.
실험예 3의 결과
도 5는 알루미늄 공기전지와 4M NaOH 전해액 및 쑥갓 추출물 부식 억제제를 포함하는 알루미늄 공기전지의 10 mA/cm2 정전류 방전에 따른 전압을 나타내는 그래프와 방전 효율에 관한 도표이다.
쑥갓 추출물을 0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 4.5 g L-1 의 농도로 전해질에 첨가하였으며 그에 따른 방전효율을 도식화 하였다. 첨가제가 포함되지 않은 전해질에 비해 높은 방전 전압과 휴지 시 수명을 나타내었으며, 이는 같은 전류 대비 높은 전력밀도로 전기를 생산함을 의미한다. 또한 기본전해액(Blank)에 비해 높은 방전 용량(Capacity density)과 방전 효율(Utilization efficiency)를 보여준다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (14)
- 알루미늄 공기전지용 전해액에 있어서,
알칼리염을 포함한 수용액; 및
쑥갓(chrysanthemum coronarium) 추출물 첨가제를 포함하되,
상기 쑥갓 추출물 첨가제는 알루미늄 전극 표면에서 용출된 Al3+ 이온과 상기 쑥갓 추출물 첨가제의 하이드록실기가 결합하여 수산화알루미늄이 상기 알루미늄 전극으로 재흡착되는 것을 억제하고,
상기 알루미늄 전극에서 상기 수용액으로 상기 Al3+ 이온의 용출 반응을 촉진시키는 것을 포함하고,
상기 쑥갓 추출물 첨가제의 농도가 4.5g/L 이하인 것을 포함하는, 알루미늄 공기전지용 전해액.
- 제 1 항에 있어서,
상기 알칼리염은 수산화칼륨 또는 수산화나트륨인,
알루미늄 공기전지용 전해액.
- 제 1 항에 있어서,
상기 알칼리염의 농도는 1M 내지 8M인,
알루미늄 공기전지용 전해액.
- 제 1 항에 있어서,
상기 쑥갓 추출물 첨가제의 농도가 4.5g/L인 것을 포함하는, 알루미늄 공기전지용 전해액.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 알루미늄 공기전지용 전해액을 포함하는, 알루미늄 공기전지.
- 알루미늄 공기전지용 전해액의 제조 방법에 있어서,
탈이온수에 알칼리염을 용해시킨 수용액을 제조하는 단계; 및
상기 수용액에 쑥갓 추출물 첨가제가 4.5g/L 이하 첨가되는 단계를 포함하고,
상기 쑥갓 추출물 첨가제는 알루미늄 전극 표면에서 용출된 Al3+ 이온과 상기 쑥갓 추출물 첨가제의 하이드록실기가 결합하여 수산화알루미늄이 상기 알루미늄 전극으로 재흡착되는 것을 억제하고,
상기 알루미늄 전극에서 상기 수용액으로 상기 Al3+ 이온의 용출 반응을 촉진시키는 것을 포함하는, 알루미늄 공기전지용 전해액의 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 8 항에 있어서,
상기 쑥갓 추출물 첨가제는 하기 방법을 통해 얻어지며,
상기 쑥갓 추출물 첨가제를 얻는 방법은,
쑥갓을 탈이온수에서 세척하여 오븐에서 건조시키는 단계;
건조된 쑥갓을 분쇄하여 분말 형태로 제조하는 단계;
쑥갓 분말을 탈이온수와 섞어 환류(reflux)시키는 단계; 및
환류된 용액을 여과 장치를 통해 분리하여 추출물을 얻는 단계를 포함하는, 알루미늄 공기전지용 전해액의 제조 방법. - 삭제
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