KR20030051743A - 충전식 배터리 - Google Patents
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Abstract
내부에 기다란 전도체(2)가 위치되는 복수의 기다란 구멍이 내부에 형성된 고체 물질(1), 상기 고체 물질(1)의 대체로 대향하는 면 상에서 제1 공간 배향으로 형성 또는 위치되는 제1 쌍의 전극(3), 및 상기 고체 물질(1)의 대체로 대향하는 면 상에서 제1 배향과 상이한 제2 공간 배향으로 형성 또는 위치되는 제2 쌍의 전극(4)을 포함하고, 이로써 상기 제1 쌍의 전극(3)에 직류 전압을 인가할 때, 전계가 형성되고 상기 기다란 전도체(2) 내에 정전 전하를 유도함으로써 상기 제2 쌍의 전극(4)에 전압이 발생되는 충전식 배터리가 제공된다.
Description
본 출원은 발명의 명칭 "충전식 배터리"로 동시 출원된 대리인 참조번호 CTV/P45202.1의 영국 특허출원을 참조한 것으로서, 이들 개시 내용 전부를 본 출원에 결합시켰다.
각종의 충전식 배터리가 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 이들 배터리에는 ,예를 들면, 니켈-카드뮴 또는 니켈-금속 수소화물 시스템에 따른 화학 축전지(accumulator)가 포함된다. 이들 배터리는 충전 및 방전 시 배터리 내에서 점진적으로 일어나는 취소할 수 없는 화학 변화로 인하여 작동 수명이 한정된다.
축전지는 러시아 특허 제2070756호에 공지된 바와 같은 고체 전해질 양면 상에서 하나씩 배치된 한 쌍의 전극판을 갖는 커패시터를 포함한다.
축전지는 러시아 특허 제2132585호에 공지된 바와 같은 액체 전해질 내에 함침된 한 쌍의 전극판을 갖는 커패시터를 포함한다. 이 배터리는 전해질을 통과하는 전류에 의해 충전된다.
충전식 배터리는 러시아 특허 제2087066호에 공지된 바와 같은 한 쌍의 부착된 전극을 갖는 압전세라믹 요소를 포함한다. 이 배터리는 압전세라믹 요소를 가열함으로서 충전된다.
또한, 러시아 특허 제2074475호에 공지된 바와 같이, 축전지는 발전기(dynamo)에 의해 충전되는 커패시터 뱅크를 포함한다.
상기 장치 모두는 작동 수명이 불충분하고 환경친화적이지 않다.
본 발명은 충전식 배터리, 특히 길이방향으로 연장되는 전도체가 형성 또는 배치된 길이방향으로 연장되는 구멍을 갖는 고체 물질과 결합되는 충전식 배터리에 관한 것이다.
도 1은 두 쌍의 전극이 제공된 고체 물질의 도면이다.
본 발명의 제1 양태에 있어서, 구멍 내에 위치되고 자신의 길이를 따라 적어도 한 지점에서 에너지 저장 부재와 접촉되는 기다란 전도체를 갖는 복수의 구멍이 내부에 형성된 고체 유전체 또는 반도체 물질 형태의 에너지 저장 부재, 직류 전압을 사이에 인가하기에 적합하고 에너지 저장 부재의 대체로 대향하는 면 상에서 제1 공간 배향으로 형성 또는 위치되는 제1 쌍의 전극, 및 에너지 저장 부재의 대체로 대향하는 면 상에서 제1 배향과 상이한 제2 공간 배향으로 형성 또는 위치되는 제2 쌍의 전극을 포함하는 충전식 배터리가 제공된다.
작동 시, 제1 쌍의 전극에 직류 전압을 인가하면 기다란 전도체에 정전 전하를 유도하는 전계가 고체 물질에 형성되므로, 제2 쌍의 전극에 전압이 발생한다.
바람직하게는, 기다란 전도체 중 적어도 일부는 서로 대체로 동일하거나 또는 유사한 공간 배향을 갖는다. 특히 바람직한 실시예에 있어서, 많은 전도체는 고체 물질에 등방성 성질을 제공하도록 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 방향으로 연장되며, 즉 임의의 방향이 아닌 대체로 소정의 주된 방향으로 연장되는 전도체가 많다. 전도체 및 전극은 제1 쌍의 전극 사이에 그려진 가상선은 주된 전도체 방향과 대체로 직각으로 연장되고 제2 쌍의 전극 사이에 그려진 가상선은 주된 전도체 방향과 대체로 평행으로 연장되도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 양태에 있어서, 두 쌍의 전극 사이에 위치된 에너지 저장부를 포함하는 충전식 배터리가 제공된다. 에너지 저장부는 기다란 전도체가 내부에 위치된 구멍을 포함하는 고체 유전체 또는 반도체 물질로 제조된다. 기다란 전도체는 자신의 길이를 따라 적어도 한 지점에서 고체 몸체에 부착되도록 형성된다. 이들 전도체 중 적어도 일부는 서로 대체로 동일하거나 또는 유사한 배향을 갖는다. 제1 쌍의 전극은 에너지 저장부의 대체로 대향하는 면 상에서 제1 공간 배향으로 위치되고 이들 전극 사이에 직류 전압을 인가하기에 적합하다. 출력 전극인 제2 쌍의 전극은 에너지 저장부의 대체로 대향하는 면 상에서 제1 공간 배향과 상이한 제2 공간 배향으로 형성 또는 위치된다.
전도체 및 전극은 제1 쌍의 전극 사이에 그려진 가상선은 주된 전도체 방향과 대체로 직각으로 연장되고 제2 쌍의 전극 사이에 그려진 가상선은 주된 전도체 방향과 대체로 평행으로 연장되도록 구성되는 것이 바람직하다.
기다란 전도체는 자신의 길이를 따라 적어도 어떤 지점에서 고체 물질과 접촉되도록 형성된다.
제1 쌍의 전극은 고체 물질에 밀착되어 형성 또는 위치되는 것이 바람직하다.
제2 쌍의 전극은 고체 물질에 밀착되어 형성 또는 위치되는 것이 바람직하다.
전극은 고체 물질 상에 전기 주조, 전착 또는 스퍼터링될 수 있다. 대안으로서, 전극은 별개로 형성되어 고체 물질 상에 클램핑, 부착 또는 다른 방식으로 위치될 수 있다.
전극은 금, 은, 플라티늄 또는 구리 등의 금속 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있다. 필요한 경우, 다른 금속도 사용될 수 있다.
고체 물질은, 예를 들면, 본 출원에 참고하여 결합시킨 본 발명의 출원이 공동 출원한 국제특허출원 WO 00/40506에 개시된 바와 같은 유전체 또는 반도체 물질이다.
고체 물질은 압전세라믹 물질, 및 상이한 세라믹 물질의 고체 혼합물을 포함하는 고체 결정질 세라믹 물질과 같은 유전체 세라믹 물질일 수 있다. 또한, 고체 물질은 특히 실리콘 또는 갈륨 비화물과 같은 반도체일 수 있다. 고체 물질은 유전체 및 반도체 물질의 혼합물일 수 있다.
고체 물질은 WO 00/40506에 개시된 제조 방법에 따라 제조될 수 있으며, 즉 구멍은 전기 침식 작용에 의하여 형성될 수 있고 전도체는 구멍 내에 국부적으로 이온을 침전시켜 형성될 수 있다.
구멍은 미세한 구멍 형태일 수 있으며, 그 직경은 200mm가 바람직하고 10mm 내지 200mm가 더욱 바람직하다.
전도체는 금, 은, 플라티늄 등의 금속 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있다. 필요한 경우, 다른 금속도 사용될 수 있다. 전도체는 기다란 필라멘트 또는섬유 형태가 바람직하며, 하나 이상의 필라멘트 또는 섬유가 소정의 기다란 구멍 내에 위치될 수 있다.
전도체는 그 직경이 200mm가 바람직하고 10mm 내지 200mm가 더욱 바람직하다.
구멍 및 전도체의 길이방향 길이는 특정의 경우에 아래 범위 밖의 길이가 적절할 수 있지만 100mm 내지 1000mm를 갖는 것이 바람직하다.
제1 쌍의 전극에 직류 전압이 인가될 때, 고체 물질에 직류 전계가 발생된다. 이 전계로 인하여 기다란 전도체 내에 정전 전하가 유도되고, 이들 전하는 제2 쌍의 전극에 전위차를 유도하도록 전계의 영향으로 이동하게 된다. 제1 쌍의 전극에 전위차를 인가하고 제2 쌍의 전극에 부하 또는 다른 회로를 연결함으로써, 부하 또는 다른 회로에 전류가 흐를 수 있다.
본 발명의 충전식 전지는 임의의 화학적 활성 요소를 포함하지 않으므로 환경친화적이다. 또한, 충전 도중에 기계적 또는 열적으로 거의 열화되지 않거나 또는 전혀 열화되지 않기 때문에, 본 발명의 전지는 현존하는 축전지에 비하여 그 작동 수명이 향상되었다. 일부 실시예에 있어서, 본 발명은 현존하는 충전식 배터리에 비하여 그 작동 수명이 20% 향상되었다.
다음에, 본 발명의 이해를 돕고 이의 실행 방법을 나타내기 위하여 첨부 도면을 예로 들어 설명한다.
도 1은 은으로 만들어진 복수의 기다란 전도체 필라멘트(2)가 형성되어 있는 복수의 기다란 구멍을 갖는 고체 세라믹 블록(1)의 도면이다. 구멍 및 필라멘트(2)는 화살표 'A'로 표기된 주된 길이방향을 갖는다. 고체 물질(1)의 양면 상에서 하나씩 배열된 은으로 된 제1 쌍의 전극(3)은 이 전극(3) 사이에 그려진 가상선이 주된 방향 'A'와 대체로 직각이 되도록 전기 주조된다. 고체 물질(1)의 양면 상에서 하나씩 배열된 은으로 된 제2 쌍의 전극(4)은 이 전극(4) 사이에 그려진 가상선이 주된 방향 'A'와 대체로 평행이 되도록 전기 주조된다. 전극(3)에 직류 전압을 인가함으로써 고체 물질(1)에 전계가 발생된다. 전계는 정전 전하를 필라멘트(2) 내에 유도하고, 상기 전하는 전극(4)에 직류 전압을 발생시키도록 전계의 영향으로 필라멘트(2)를 따라 이동하며, 상기 전압은 전극(4)에 연결된 부하(도시되지 않음)를 통과하는 전류를 발생시킨다.
예 1. 금속 필라멘트가 구멍 내에 위치된 압전세라믹 물질
미세한 구멍은 표준 기술(바인더를 가진 압착 압전세라믹 전하가 온도 1450℃로 발열되어 점진적으로 냉각됨)에 의하여 형성된 압전세라믹 블랭크의 말단면 중 하나 상에 안티몬 술포요드화물(SSbI)로 만들어진 포인트 직경 20nm의 제1 프로브를 사용하는 전기 침식법에 의하여 음극성 펄스를 공급함으로써 형성된다(처리 피치 - 600nm; 변형 전압 4V; 각 구멍의 처리 시간 - 400nsec). 다음에, 이렇게 형성된 미세 구멍 내에 은으로 만들어지고 양극성 펄스가 공급된 제2 프로브를 사용하는 국부적인 이온 침전법에 의하여 은으로 된 미세 필라멘트를 형성한다(처리피치 - 600nm; 변형 전압 2V; 각 구멍의 처리 시간 - 600nsec). 제1 및 제2 프로브는 스캐닝 터널 마이크로스코프의 도움으로 배치된다. 구멍의 집중도는 ㎛2당 평균 3개이다.
전술한 방법으로 처리된 압전세라믹 플레이트는 강도(스트레인 파괴) 시험을 거쳤다. 결과는 3100N/mm2인 반면, 상기 처리를 거치지 않은 유사한 플레이트의 강도는 2200N/mm2이었다.
물질 내의 음향 손실값에 반비례하는 전기 기계 커플링 계수는 0.71에서 0.85로 증가하였다.
Claims (20)
- 충전식 배터리에 있어서,내부에 기다란 전도체가 위치되는 복수의 구멍이 형성되어 있는 고체 유전체 또는 반도체 물질 형태의 에너지 저장 부재,직류 전압을 인가하기에 적합하고, 상기 에너지 저장 부재의 대체로 대향하는 면 상에서 제1 공간 배향으로 형성 또는 위치되는 제1 쌍의 전극, 및상기 에너지 저장 부재의 대체로 대향하는 면 상에서 상기 제1 배향과 상이한 제2 공간 배향으로 형성 또는 위치되는 제2 쌍의 전극을 포함하고,상기 기다란 전도체는 자신의 길이를 따라 적어도 한 지점에서 상기 에너지 저장 부재와 접촉되는배터리.
- 제1항에 있어서,상기 구멍 및 전도체 중 적어도 일부는 대체로 일방향으로 연장되는 배터리.
- 제2항에 있어서,보다 많은 수의 상기 구멍 및 전도체가 대체로 임의의 다른 방향이 아닌 방향으로 연장되는 배터리.
- 제3항에 있어서,제1 쌍의 전극 사이에 그려진 가상선은 상기 소정의 방향과 실질적으로 직각으로 연장되는 배터리.
- 제3항 또는 제4항에 있어서,제2 쌍의 전극 사이에 그려진 가상선은 상기 소정의 방향과 실질적으로 평행으로 연장되는 배터리.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 쌍의 전극은 상기 에너지 저장 부재에 밀착되어 형성 또는 위치되는 배터리.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제2 쌍의 전극은 상기 에너지 저장 부재에 밀착되어 형성 또는 위치되는 배터리.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,상기 구멍은 미세한 구멍으로 형성되는 배터리.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,상기 에너지 저장 부재는 유전체 물질로 형성되는 배터리.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,상기 에너지 저장 부재는 반도체 물질로 형성되는 배터리.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,상기 에너지 저장 부재는 반도체 물질 및 유전체 물질의 혼합물로 형성되는 배터리.
- 제9항 또는 제11항에 있어서,상기 유전체 물질은 세라믹 물질인 배터리.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전도체 중 적어도 일부는 은으로 형성되는 배터리.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전도체 중 적어도 일부는 금으로 형성되는 배터리.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전도체 중 적어도 일부는 플라티늄으로 형성되는 배터리.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전도체 중 적어도 일부는 구리로 형성되는 배터리.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,상기 구멍은 10nm 내지 200nm의 직경을 갖는 배터리.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전도체는 10nm 내지 200nm의 직경을 갖는 배터리.
- 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,상기 구멍은 10nm 내지 1000nm의 길이를 갖는 배터리.
- 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전도체는 10nm 내지 1000nm의 길이를 갖는 배터리.
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