KR20090091805A

KR20090091805A - 전기 저장 장치

Info

Publication number: KR20090091805A
Application number: KR1020097014506A
Authority: KR
Inventors: 잔 페트러스 휴먼
Original assignee: 잔 페트러스 휴먼
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-08-28
Also published as: CN101652881A; EA200900849A1; BRPI0719506A2; MX2009006671A; EA016661B1; CA2672253A1; AU2007335735B2; AU2007335735A1; EP2095450A2; ZA200904133B; WO2008075317A2; WO2008075317A3; AP2009004899A0; US20100035105A1; JP2011503769A

Abstract

전기 화학적으로 활성인 페이스트의 매스 및 전기 화학적으로 활성인 페이스트내에 임베디드되고 서로 전기적으로 절연된 2 이상의 전기 전도성 전극을 포함하는 전기화학 셀 용 콤포넌트가 개시되어 있다. 단자는 매스로부터 돌출되고, 전극에 전기적으로 연결된다. 매스는 자가 지지할 수 있거나, 다공성 기판의 일면 상에 배치된 막의 형태일 수 있다. 페이스트가 기판의 다른 면에 형성되는 경우 기판의 일면 상의 페이스트는 양성이고, 기판의 타면 상의 페이스트는 음성일 수 있으며, 이에 따라 콤포넌트는 셀을 구성한다.

Description

전기 저장 장치{ELECTRICAL STORAGE DEVICE}

본 발명은 전기 저장 장치에 관한 것이다.

납축전지(Lead acid battery)가 널리 사용되고 있다. 납축전지는 짧은 시간동안 높은 초기 전류를 제공하는 것이 필수적인 자동차류에 사용된다. 이들은 주 공급(supply)에 오류가 발생하는 경우 대기 전력(stand-by power)이 요구되되, 대기 발전기를 제공하는 것을 정당화하기에 불충분한 크기를 가지는 설비에도 사용된다. 다수 사용되는 이러한 배터리는 짧은 거리(short range)만이 요구되는 운송 수단의 전기 모터에 동력을 제공하는 데에도 사용되어 왔다. 납축전지 타입의 배터리는 그들의 존재하는 동안 개량되어 왔지만 처음 개발된 이후로 어떠한 급격한 변화도 없었다.

고전류가 요구되지 않는 전자 장비에 전원을 공급하는 것과 같은 다른 목적을 위해 리튬 이온 배터리 및 니켈 카드뮴 배터리가 개발되었다.

상기 언급된 모든 배터리는 재충전될 수 있다는 것을 의미하는 소위 2차 타입이다.

본 출원인의 PCT 출원 명세서인 PCT/IB2006/002784(2007년 4월 19일에 WO 2007/042892로 공개)에는 양성 및 음성 충전 단자 및 양성 및 음성 방전 단자를 가 지는 전기 저장 배터리가 개시되어 있다. 배터리의 구조는 양성 및 음성 페이스트를 가지는 납판에 기초한다. 배터리는 충전 및 방전을 동시에 수행할 수 있다. 예를 들어 자동차류에 장착되는 경우 충전 단자는 자동차류의 교류기(alternator)에 연결되고, 방전 단자는 자동차류의 전기 장비에 연결된다.

본 발명의 목적은, 상기 언급한 PCT 출원에 개시된 것과 마찬가지로 충전 및 방전을 동시에 할 수 있고 신규 구조를 가지는 전기 저장 배터리를 제공하는 것이다.

발명의 간단한 설명

본 발명의 제1 태양에 있어서, 전극을 구성하는 제1 및 제2 전기 전도성 트랙을 포함하는 전기화학 셀(electrochemical cell)용 콤포넌트(component)로서, 상기 각 트랙은 상기 각 트랙의 연결 탭(tab) 이외의 부분이 전기 화학적으로 활성인 배터리 페이스트 내에 임베디드(embedded)되어 있고, 상기 페이스트에 의해 서로 물리적으로 분리되어 상기 제1 및 제2 트랙 사이에 전기적 직접 접촉이 없는 전기화학 셀 용 콤포넌트가 제공된다.

각각의 트랙은 복수의 평행하게 이격된 제2 전극 스트립이 연장되는 제1 전극 스트립을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 트랙의 상기 제2 스트립은 맞물려서 상기 제1 트랙의 상기 제2 스트립이 상기 제2 트랙의 상기 제2 스트립과 교대로 배치된다.

전기화학 셀을 형성하기 위해 상기 정의한 바와 같은 2개의 콤포넌트가 사용된다. 일 콤포넌트의 상기 전기 화학적으로 활성인 페이스트는 양성이고, 다른 콤포넌트의 상기 전기 화학적으로 활성인 페이스트는 음성이며, 상기 콤포넌트는 병렬 배치되고, 다공성이며, 사이에 전기적 절연 스페이서가 위치한다.

본 발명의 제2 태양에 따르면, 다공성 기판, 상기 기판의 일면에 배치된 전기적으로 서로 절연된 전기 전도성 제1 및 제2 트랙으로서, 각각 전극을 구성하고 각각의 단자에 연결된 제1 및 제2 트랙, 및 상기 트랙을 덮는 전기 화학적으로 활성인 페이스트 막을 포함하는 전기화학 셀 용 콤포넌트가 제공된다.

상기 트랙은 성형에 의해 상기 기판 상에 제공되거나, 또는 상기 트랙을 형성하고, 이어서 상기 기판에 상기 트랙을 고정함으로써 제공될 수 있다. 이러한 형태에 있어서, 상기 트랙은 상기 기판 내의 그루브 내에 배치될 수 있다. 다른 형태에 있어서, 상기 트랙은 상기 기판 상의 금속 코팅을 식각하여 제거하고 상기 트랙의 형상을 가지는 잔류 금속을 남김으로써 제공될 수 있다. 상기 잔류 금속은 내산성 금속으로 코팅될 수 있다. 다른 방법에 있어서, 상기 트랙은 다공성 기판을 전기 도금함으로써 제공될 수 있다.

셀을 제공하기 위해, 상기 콤포넌트는 상기 기판의 타면 상에 전기적으로 서로 절연된 전기 전도성 제3 및 제4 트랙으로서, 상기 각 트랙이 전극을 구성하고 각각의 배터리 단자에 연결된 제3 및 제4 트랙을 가질 수 있다. 상기 제3 및 제4 트랙을 덮는 전기 화학적으로 활성인 배터리 페이스트가 배치되고, 상기 제1 및 제2 트랙을 덮는 상기 페이스트는 상기 제3 및 제4 트랙을 덮는 상기 페이스트와 반대 극성이다.

배터리를 형성하기 위해, 상기 배터리가 2개의 음성 단자와 2개의 양성 단자를 가짐으로써 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 트랙의 상기 단자 각각은 서로 전기적으로 연결되어 있다.

본 발명의 제3 태양에 있어서, 다공성 기판, 상기 기판의 일면에 배치된 전기적으로 서로 절연된 전기 전도성 제1 및 제2 트랙으로서, 상기 각 트랙이 전극을 구성하고 각각의 단자에 연결된 제1 및 제2 트랙, 상기 제1 및 제2 트랙을 덮는 전기 화학적으로 활성인 제1 페이스트 막, 상기 기판의 타면에 배치된 전기적으로 서로 절연된 전기 전도성 제3 및 제4 트랙으로서, 각각의 단자에 연결된 제3 및 제4 트랙, 및 상기 제3 및 제4 트랙을 덮는 제2 페이스트 막을 포함하되, 전기 화학적으로 활성인 상기 제1 페이스트막 및 상기 제1 및 제2 트랙은 셀의 양극(cathode)을 구성하고, 전기 화학적으로 활성인 상기 제2 페이스트막 및 상기 제3 및 제4 트랙은 셀의 음극(anode)을 구성하는 전기화학 셀이 제공된다.

본 발명의 제4 태양에 따르면, 기판, 상기 기판의 일면 상에 배치되고 제1 배터리 터미널에 연결된 전기 전도성 제1 트랙, 상기 제1 트랙을 덮는 전기 화학적으로 활성인 양성 페이스트 막, 상기 기판의 타면 상에 배치되고 제2 배터리 터미널에 연결된 전기 전도성 제2 트랙, 및 상기 제2 트랙을 덮는 전기 화학적으로 활성인 음성 페이스트 막 을 포함하는 전기화학 셀 용 콤포넌트가 제공된다.

2 이상의 충전 소스가 사용될 수 있고, 2 이상의 전력 소비 장치에 동력을 제공할 수 있도록, 각각의 충전 및/또는 방전 단자와 연결된 2 이상의 트랙이 제공될 수 있다.

본 발명의 제5 태양에 따르면, 전기 화학적으로 활성인 페이스트 막을 형성하고, 상기 막과 대향하도록 전기적으로 절연된 제1 및 제2 전기 전도성 전극을 위치시키고, 상기 전극을 임베드하도록 추가 페이스트로 상기 전극을 덮는 것을 포함하는 전기화학 셀 용 콤포넌트의 제조 방법이 제공된다.

상기 페이스트 막은 성형 박스 내에서 형성될 수 있고, 상기 전극은 상기 막 상에 배치되고, 이어서 추가의 페이스트에 의해 덮혀진다.

도면의 간단한 설명

본 발명을 보다 잘 이해하고, 어떻게 효과를 수행할 수 있는지 나타내기 위하여, 예로서 다음과 같은 첨부된 도면을 참조한다.

도 1은 배터리 케이스의 그림이다.

도 2는 셀 콤포넌트의 정면도(front elevation)이다.

도 3은 도 2의 III-III선에 따른 단면도로서, 수정된 구조를 나타낸다.

도 4는 도 2의 셀 콤포넌트의 그림이다.

도 5는 배터리 셀을 형성하는 상기 콤포넌트의 어셈블리의 그림이다.

도 6은 3개의 배터리 셀의 그림이다.

도 7은 커넥터 및 단자가 장착된 도 6의 셀의 도면이다.

도 8은 도 1의 배터리 케이스 내부에 위치한 도 7의 셀을 나타낸 도면이다.

도 9는 추가의 셀 콤포넌트의 도면이다.

도 10은 도 9의 콤포넌트를 포함하는 배터리를 나타낸다.

도 11은 셀 콤포넌트의 추가 형태를 나타낸 도면이다.

도 12는 배터리 전극의 일부 및 위치 지정 소자(positioning element)의 일부를 나타낸 도면이다.

도 13은 도 11의 콤포넌트의 생산을 나타낸 단면도이다.

도 14는 추가 콤포넌트의 엣지뷰(edge view)이다.

도 15 및 도 16은 도 8 또는 도 10에 도시한 배터리를 포함하는 설비(installation)를 나타낸다.

도 17은 연료 전지를 나타낸다.

도면의 상세한 설명

먼저, 도 1을 참조하면, 도시된 배터리 케이스(10)는 2개의 수직 파티션(14)을 가지는 베이스(12), 및 7개의 홀을 가진 커버(16)를 포함한다. 배터리가 전해질로 충전된 이후, 일렬의 홀(18)은 플러그(미도시)에 의해 폐쇄된다. 배터리의 4개의 단자는 홀(20)을 관통하여 돌출된다.

케이스(10)의 벽과 파티션(14)에 의해 정의된 구획 내에 셀(후술함)이 배치된 후, 커버(16)가 베이스(12)에 열봉합된다.

도 2를 참조하면, 도시된 구조는 전기적으로 비전도성인 물질로 이루어진 기판(22)을 포함한다. 기판은 예를 들어 인쇄회로기판('Viroboard'로 알려짐)을 제조하는 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 물질은 시트상으로 이용가능하고, 내부에 복수의 작은 홀이 있다. 본 발명의 목적을 위해 이 홀은 전해질이 물질 내부로 들어갈 수 있도록 하므로 이 물질은 다공성(porous)으로 간주될 수 있다. 심지 역할을 하고, 전해질이 물질을 관통하여 이동할 수 있도록 하는 물질을 사용하는 것 또한 가능하다. 기판은 기판으로부터 돌출된 4개의 인테그랄 탭(integral tab 24, 26, 28, 30)을 가지는 직사각형 형태로 이루어져 있다. 후술하는 상세한 설명으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 기판(22)의 매우 작은 부분만 도 2에 도시하였다.

각각 배터리 전극을 구성하는 2개의 전기 전도성 트랙(32, 34)은 기판(22)의 보이는 면 상에 제공된다. 예시하기 용이하도록 트랙(32)은 일 방향으로 크로스 해치(cross hatch)하고, 트랙(34)은 다른 방향으로 크로스 해치하였고, 기판(22)의 보이는 부분은 해치되지 않은 상태(plain)로 남겨두었다.

트랙(32)은 기판(22)의 일 수직단 및 하부 수평단을 따라 연장되고, 탭(24)의 대부분을 덮는다. 트랙(32)의 스트립(36)은 기판의 하부단을 따라 연장되는 트랙(32)의 부위로부터 수직 상부로 돌출된다.

트랙(34)은 탭(26)을 덮고 기판(22)의 상부단의 폭의 거의 전부에 걸쳐 연장된다. 스트립(38)은 기판의 상부단을 따라 연장되는 트랙(34)의 부위로부터 하부로 연장된다. 스트립(36) 및 스트립(38)은 서로 맞물리지만 접촉하지 않는다. 이는 트랙들이 서로 전기적으로 절연된다는 의미이다.

기판의 다른 면에는, 트랙이 동일하게 배열되며, 이들 트랙은 탭(28, 30)에서 단자화된다(terminating). 이들 트랙의 일부는 도 4의 40 및 42로 도시하였다.

트랙(32, 34, 40, 42)은 각 면에 구리 박막을 가진 기판을 이용하여 제조할 수 있다. 이들 막(layer)은 노출된 구리는 식각되어 제거되고 남겨질 구리 영역은 보호되도록 마스킹된다. 마스크를 제거하고, 잔류 구리는 납, 카드뮴, 리튬 또는 니켈과 같은 내산성 금속 또는 내산성 금속 수화물로 도금된다. 사용 시 잔류 구리는 식각되더라도 내산성 금속은 남아 있는 것이 가능할 수 있다.

이어서, 기판의 면들은 전기화학적으로 활성인 산화물 페이스트로 코팅되는 바, 예를 들어, 납 산화물, 카드뮴 산화물, 리튬 산화물 또는 니켈 산화물일 수 있다. 납이 사용되는 경우, 신장기("Expander")로 지칭되고 카본 블랙을 함유하는 납 산화물이 전기화학적으로 활성인 음성 페이스트로 사용될 수 있고, 카본을 미함유한 납 산화물이 전기화학적으로 활성인 양성 페이스트로 사용될 수 있다.

탭(24, 26, 28, 30)이외의 부분에서 트랙이 페이스트 내에 임베디드 되도록, 페이스트는 기판의 양면 전체를 덮는다. 트랙은 페이스트의 전극을 구성한다.

전극 및 양성과 음성 전기화학적 활성 페이스트 모두를 가지는 도 2, 3, 및 4의 콤포넌트는 양극 및 음극 모두를 가지고, 저전압을 생성하는 셀로 기능한다.

도 3의 형태에 있어서, 기판은 양면에 그루브(44)를 가지고, 트랙은 그루브(44) 내에 배치된다. 도 3의 트랙은 주조되거나 이와 다르게 형성된 이후 그루브(44) 내부로 압착될 수 있다. 트랙을 제 위치로 유지하도록 그루브 및 트랙의 상호 결합부와 같은 적당한 수단이 제공될 수 있다.

기판 내의 그루브가 기판의 상부단 및 하부단까지 연장되는 경우 트랙은 그루브 내부에 압착되는 대신 이들 내부로 슬라이딩될 수 있다. 이러한 목적을 위해 필요한 탭(24) 상의 트랙(32)의 일부는, 트랙이 슬라이딩될 때 서로 간섭하지 않도록 탭(24)을 가로질러 연장되도록 도시된 점선에서 경계를 가져야한다.

다른 트랙 제조 방법에 따르면, 트랙은 주조되거나 성형되고, 이어서 사출 몰드의 공동(cavity) 내에 위치한다. 몰드가 폐쇄되고, 플라스틱 물질이 트랙 사이의 좁은 갭 내로 사출되어 얇은 기판(22)을 형성한다. 성형된 기판의 플라스틱 물질은 전해질이 통과할 수 있도록 다공성이다.

트랙(32, 34, 40, 42)의 스트립(36, 38)이 서로 맞물리는 배열은 페이스트의 벌크(bulk) 체적이 트랙과 유사한 것을 보장한다. 이러한 배열은 달성하기 간단한 것이지만 2개의 페이스트 매스(mass)의 벌크(bulk)가 인접한 트랙 사이에 인접하는 다른 트랙 배열도 채택될 수 있다.

다공성 합성 플라스틱 물질로 이루어진 얇은 기판 상에 내산성 물질을 전기 도금함으로써 트랙을 형성하는 것도 가능하다.

도 5는 도 2, 3, 및 4에 도시된 바와 같은 4개의 다공성 내산성 세퍼레이터(46)와 함께 병렬 배치된 5개의 콤포넌트를 나타낸다. 도 5의 구조는 셀을 구성하며 이러한 용어는 종래부터 사용되었다.

도 6은 도 5와 유사하지만, 3개의 셀(C1, C2, C3)을 나타내며, 이들이 함께 배터리를 구성한다.

도 7에 있어서의 셀도 C1, C2, C3로 지시하였다. 지시된 셀(C1, C2)의 탭(24) 상에서 연장되는 트랙(32)은 브릿지(48)에 의해 상호 연결되고, 유사하게 셀(C1, C2)의 탭(26)에 단자를 가지는 트랙(34)도 브릿지(50)에 의해 상호 연결된다.

셀(C1)의 탭(28) 상으로 연장되는 트랙(40)은 단자(54)가 돌출되는 브릿지(52)에 의해 연결된다. 마찬가지로 탭(30) 상으로 연장되는 트랙(42)은 단자(58)가 돌출되는 브릿지(56)에 의해 서로 연결된다.

브릿지(60, 62)는 셀(C3)의 양성 트랙을 연결하고, 단자(64, 66)는 브릿지(60, 62)로부터 돌출된다. 브릿지(68, 70)는 셀(C2)의 양성 트랙과 셀(C3)의 음성 트랙을 연결한다. + 및 -부호가 도 7내에 삽입되어 콤포넌트의 극성을 나타내었다.

단자(64, 66)는 양성 충전 단자 및 양성 방전 단자이고, 단자(54, 58)는 음성 충전 단자 및 음성 방전 단지이다. 충전을 위해 사용되는 전극 트랙을 형성하는 물질은 방전을 위해 사용되는 트랙을 구성하는 전도성 물질보다 높은 전도성을 가질 수 있다.

도 8에 있어서, 3개의 셀(C1, C2, C3)은 베이스(12)의 구획 내에 위치한다. 커버(16)가 베이스 상에 압착됨에 따라, 단자(54, 58, 64, 66)이 홀(20)을 관통하여 돌출된다. 전해질을 붓고 플러그(미도시)를 충전 홀(18) 내부로 삽입한다.

트랙을 덮는 전해 활성 페이스트는 다공성이고, 전해질은 페이스트로 침투한다. 기판(22)이 천공되어 있거나 다공성이므로 전해질은 결과적으로 2개의 페이스트층을 연결한다. 양성 및 음성 페이스트 물질 모두를 가지고 이들 모두와 접촉하는 전해질을 가지는 도 2의 콤포넌트는 그 자체로 셀을 구성한다고 언급한 것은 이 때문이다.

이전 단락에서 설명한 셀이 충방전을 동시에 할 수 있는 것을 의도한 것이 아니라면, 트랙(32, 34)이 단일 단자에 연결되고 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 트랙(40, 42)는 단일 단자에 연결되고 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

실험 작업은, 충전 전하가 태양 패널로부터 유도되는 경우 배터리가 "자기 조절"을 하고, 태양 전력이 제거되는 경우 배터리는 어두울 때 완전히 충전된다는 점을 나타내었다. 실험 작업은, 태양 전력 또는 충전 전류를 생성하는 데 다른 전력원이 사용되는 경우 전류 충전 및 방전을 조절함으로써 "과충전"이 가능하다는 점을 추가로 나타내었다. 이는 결과적으로 거품이 일어 나고 수집될 수 있는 수소 및 산소 가스를 생산한다.

도 9에 다른 셀 콤포넌트(72)를 도시하였다. 플레이트(72)의 기판은 얇고, 가요성이고, 다공성이며, 실린터 형태로 둥글게 말 수(roll into) 있다. 도 2의 셀 콤포넌트와 도 9의 콤포넌트 사이의 주요 차이점은 콤포넌트(72)는 신장된 직사각형 형태(실질적으로 정사각형과 반대)이고, 지시된 탭(74, 75, 78, 80)은 서로 다른 곳에 위치한다는 점이다. 모두 동일한 엣지로부터 돌출되는 도 2의 탭과 반대로, 이들은 기판의 서로 대향하는 보다 긴 엣지로부터 각각 2개씩 돌출된다.

도 10의 배터리는 84로 지시된 단자 구조에 의해 일단이 폐쇄된 실린더 케이스(82)를 포함한다. 구조물(84)은 90 및 92로 지시된 세퍼레이터에 의해 케이스의 남은 공간으로부터 절연되고, 서로 절연된 2개의 단자(86, 88)를 포함한다.

케이스의 외측단은 94로 지시된 추가 단자 구조에 의해 폐쇄된다. 구조물(94)은 세퍼레이터(100, 102)에 의해 케이스로부터 절연되고, 서로 전기적으로 전기적으로 절연된 2개의 96 및 98로 지시된 2개의 단자도 제공한다.

탭(74, 76, 78, 80)은 각각의 단자(86, 88, 96, 98)와 연결된다. 이것은 케이스의 일단에 음성 충전 및 방전 단자를, 케이스의 타단에 양성 충전 및 방전 단자를 제공한다.

도 11에 도시한 셀 콤포넌트(104)는 도 13을 참조하여 이후에 설명하는 바와 같이 제조되는 전기 화학적 활성 배터리 패이스트의 직사각형 매스(106)를 포함한다.

페이스트 내에 임베디드 것들은 도 2에 예시한 형태의 2개의 트랙(108, 110)이다. 트랙은 배터리 페이스트의 매스 내에 서로 물리적으로 이격되어 결과적으로 전기적으로 직접 접촉하지 않는 방식으로 위치한다. 트랙의 연결 탭(112, 114)은 페이스트의 매스의 상부단으로부터 돌출한다.

트랙은 용접되거나 그렇지 않으면 함께 고정(secure)되는 개별 콤포넌트로부터 제조되거나, 성형되거나 주조될 수 있다. 소형 배터리의 경우 트랙은 전기 전도성 물질의 얇은 스트립에 의해 구성될 수 있다. 보다 큰 배터리의 경우 트랙은 보다 두꺼운 직사각형 바(bar) 또는 둥근 단면을 가질 수 있다. 각각의 임베디드된 트랙은 전극을 구성한다.

트랙 사이에 직접적인 전기 접촉이 없도록 보장하기 위하여, 위치 지정 소자를 사용할 수 있다. 도 12에 있어서, 둥근 바(116, 118)는 일 트랙의 일부를 구성하고, 바(120)는 다른 트랙의 일부를 구성한다. 예시한 위치 지정 소자(122)는 바를 수납하기 위한 루프(124) 및 루프(124)를 결합하는 띠(strap, 126)를 포함한다. 소자(122)는 그것이 전해질 및 배터리 페이스트에 노출되는 경우 이들에 의한 부식에 내성이 있는 전기 절연 물질로 이루어진다.

도 11의 콤포넌트는 도 13에 도시한 바와 같은 직사각형 성형 박스(128) 내에서 제조될 수 있다. 성형 박스는 헐거운 상부 벽 부위(134) 및 하부 벽 부위(132)를 포함하는 베이스(130)를 포함한다.

페이스트막을 초기에 성형 박스 내에 위치시킨다. 막은 최종 배터리 페이스트를 구성하는 매스의 두께의 약 절반에 해당하고, 하부 벽 부위(132)의 상부단과 동일한 레벨에 단편으로 배치된다(scrapped off).

이어서, 2개의 트랙이 페이스트막 상에 배치하되, 그들 사이에 직접 접촉이 일어나지 않도록 위치시킨다. 탭(112, 114)은 벽 부위(132) 상부로 돌출한다. 부위(134)를 부위(132) 상에 위치시키고, 이어서, 성형 박스를 부위(134)의 벽의 상부단 레벨까지 페이스트로 충전함으로써 페이스트 내에 트랙을 임베드한다. 부위(134)는 돌출 탭(112, 114) 주위를 고정시키도록 배치된다.

대기 전력을 공급하는 데 사용되는 것과 같은 대형 배터리는 예를 들어 자동차류 배터리보다 큰 구조를 가지는 것으로 이해할 수 있다. 상술한 실시예에 있어서, 전극을 구성하는 트랙은 동일 평면 내에 있다. 그러나, 보다 큰 배터리에 있어서, 플레이트를 구성하는 페이스트의 매스는 매스의 두게 방향으로 트랙이 이격되기에 충분한 두께이다. 도 14에 있어서, 전기적으로 절연된 전극(136, 138)은 전기화학적으로 활성인 페이스트의 매스(140) 내에 나란히 도시되어 있다.

배터리의 유용한 수명은 전극의 부식에 의해 결말에 도달한다. 배터리를 통과하는 전류가 일정하게 디자인된 값 이상으로 유지되었다면, 페이스트는 통상 사용가능한 상태에 있는 것이다.

본 발명에 따르면, 부식된 경우 교체될 수 있는 전극을 제공하는 것이 가능하다. 이를 달성하기 위해 페이스트의 매스는, 경화된 이후 페이스트로부터 쉽게 제거될 수 있는 방식으로 테이퍼(taper)된 금속 또는 플라스틱의 형성자 주위에 주조된다. 이는 페이스트 내에 금속 전극이 삽입될 수 있는 테이퍼링 공동을 남긴다. 이들 전극은 필요한 것으로 입증된 경우 교체를 위해 제거될 수 있다.

상술한 셀 콤포넌트의 모든 형태에 있어서, 각 페이스트의 매스 내에 2개의 전극이 있다. 그러나, 단자의 수에 알맞은 크기 증가에 의해, 2 이상의 전극을 각각의 페이스트 매스로 통합할 수 있다.

충전이 관계되는 한, 2개의 충전 전극은 2이상의 전력원이 충전 목적의 배터리에 연결된다. 방전 측면에서, 전극은 상이한 전력 산출량을 제공하도록 사용될 수 있다.

또 다른 제조 방법에 있어서, 다공성 기판의 두루마리(web)가 2개의 롤러 사이에 하부로 공급될 수 있다. 각각의 롤러는 기판에 요구되는 트랙을 복제하는 그루브 패턴을 각면에 가진다. 페이스트는 기판의 양면 상의 롤러 사이에 소량 공급된다. 롤러는 페이스트가 접착되지 않는 물질로 이루어지고, 기판은 페이스트가 접착되지 않는 물질로 이루어진다. 롤러가 돌아감에 따라 페이스트는 그루브를 충전하고, 기판의 양면 상에 전사된다.

도 15를 참조하면, 상술한 바와 같은 배터리를 구체화하는 설비를 예시한다. 배터리는 B로 표시하였다.

참조 번호 142는 전류를 충전하는 직류 12볼트의 소스를 나타낸다. 이는 정류기를 가진 교류기일 수 있고, 필요한 경우 변압기를 구비할 수 있다. 교류기 본체는 접지되지 않지만 교류기가 실장된 하부 구조물(144)로부터 이격되도록 고정된다. 절연 패드는 146으로 도시하였다. 하부 구조는 자동차류의 금속체일 수 있다. 직류 충전 전류의 소스(142)의 양성 및 음성 단자는 각각, 배터리 단자(64, 58)에 연결된다.

전력 소비 수단은 일반적으로 148로 지시되고, 예를 들어 전력을 소비하는 자동차류 상의 모든 장치일 수 있다. 자동차류의 엔진이 작동하는 경우 연료 펌프는 주요 전력 소비자이고, 밤에는 전구도 상당한 전력을 소비한다. 수단 148은 배터리 단자(66, 54)에 연결되어 있다.

예시된 설비에 있어서, 전력 소비 수단(148)은 배터리(B)로부터 공급받고, 직접 전력원(142)으로부터 공급받지 않는 점을 이해할 수 있다.

실험 작업은, 소스(142)로부터 직접 전력을 얻고 배터리는 스타터 모터에 전력을 공급하고, 엔진이 꺼지고 소스(142)가 작동하지 않는 경우 자동차류의 다른 전기 장비에 "대기" 전력을 공급할 뿐인 종래의 배치를 가지는 자동차류에 비해 도 15에 도시한 전기 설비를 가지는 자동차류가 100Km 구동 당 보다 적은 연료를 소비한다는 점을 나타내었다.

도 15에 있어서, 소스 142는 전기 발생 태양 패널일 수 있고, 배터리(B)는 리튬 이온 또는 니켈 카드뮴 타입일 수 있고, 수단(128)은 휴대 전화와 같은 전자 장비일 수 있다. 태양 패널은 휴대 전화 케이스의 외부 표면에 부착되어, 빛에 노출되는 경우 배터리(B)에 충전 전하를 공급할 수 있다.

도 16의 설비에 있어서, 3개의 배터리(B1, B2, B3)가 직렬로 연결되어 약 36 볼트의 전압을 제공한다. 참조 번호 150은 발전기 또는 교류기일 수 잇는 직류 충전 전류의 소스(152)를 구동하는 가솔린 또는 디젤 엔진을 나타낸다. 소스(152)의 출력 단자는 배터리(B1, B2, B3)의 충전 단자에 연결된다.

전기 모터(154)는 배터리(B1, B2, B3)에 의해 구동되고, 방전 단자에 연결된다. 도 16에 도시한 설비는 자동차류에 동력을 제공하는 데 적합하다.

도 17에 있어서, 참조 번호 156은 공급된 산소 및 수소로부터 전력을 생산하거나, 전력이 공급되는 경우 산소 및 수소를 생산하는 데 사용될 수 있는 연료 전지, 즉 가역적이고 양자의 목적으로 사용될 수 있는 연료 전지를 나타낸다.

연료 전지(156)는 주벽 사이의 구획을 정의하는 주벽(158)을 가지는 케이스를 포함하는 바, 구획은 도 9를 참조하여 설명한 배터리 플레이트 또는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 배터리 플레이트(160)을 수용하기에 충분한 사이즈를 가진다. 좁은 말단 벽(162)은 그 상부에 플레이트(160) 슬라이드의 수직 말단이 내부로 연장되는 리브(164)를 가진다. 리브(164) 및 수직 말단은 공작용하여 플레이트(160)의 일측 상의 공간을 다른 측 상의 공간으로부터 밀봉하여 이들 공간 사이에 가스가 유동할 수 없도록 밀폐한다.

케이스의 상부단은 2개의 마스 유입구 및 유출 포트(168)를 가지는 커버(166) 상에 밀봉되거나 밀폐되어 폐쇄된다. 커버(166) 및 플레이트(160)의 상부단은 밀봉을 형성함으로써 상기 공간을 격리시킨다.

각각의 포트(168)는 포트를 구획하는 수직 파티션을 가진다. 포트(168)의 부위는 각각 상기 공간과 통해 있고, 파티션은 포트의 부위 내의 가스가 혼합되는 것을 방지한다. 커버는 2개의 통로를 가지고, 각 통로는 포트(168)의 부위 중 하나에 연결된다.

플레이트의 반대면은 음극과 양극으로 작용하고, 전류가 유동하는 동안 수소와 산소가 생성된다. 생성된 가스는 케이스로부터 포트(168)의 부위를 통해 통로 내부로 유동한다.

도 17에 도시한 바와 같은 복수의 셀(156)은 도 17에 도시한 바와 같이 복수의 수평 벽(158)을 제공하는 하우징 내부에 수용될 수 있다. 이것은 복수의 구획을 제공한다. 커버는 발생된 산소가 하나의 공통 배출구로 직행할 수 있고, 발생된 수소가 다른 공통 배출구로 직행할 수 있도록 하는 통로가 제공되거나 포트가 있다.

Claims

전극을 구성하는 전기 전도성 제1 및 제2 트랙을 포함하는 전기화학 셀 용 콤포넌트로서,

상기 각 트랙은 상기 각 트랙의 연결 탭(tab) 이외의 부분이 전기 화학적으로 활성인 배터리 페이스트 내에 임베디드(embedded)되어 있고, 상기 페이스트에 의해 서로 물리적으로 분리되어 상기 제1 및 제2 트랙 사이에 전기적 직접 접촉이 없는 전기화학 셀(electrochemical cell) 용 콤포넌트.
제 1항에 있어서,

상기 각각의 트랙은 복수의 평행하게 이격된 제2 전극 스트립이 연장되는 제1 전극 스트립을 포함하고, 상기 트랙의 상기 제2 스트립은 맞물려서 상기 제1 트랙의 상기 제2 스트립이 상기 제2 트랙의 상기 제2 스트립과 교대로 배치되는 콤포넌트.
제1 항 또는 제2 항의 2개의 콤포넌트를 포함하는 전기화학 셀로서,

일 콤포넌트의 상기 전기 화학적으로 활성인 페이스트는 양성이고, 다른 배터리 플레이트의 상기 전기 화학적으로 활성인 페이스트는 음성이며, 상기 플레이트는 병렬 배치되고, 다공성이며, 사이에 전기적 절연 스페이서가 위치하는 전기화학 셀.
다공성 기판, 상기 기판의 일면에 배치된 전기적으로 서로 절연된 전기 전도성 제1 및 제2 트랙으로서, 각각 전극을 구성하고 각각의 단자에 연결된 제1 및 제2 트랙, 및 상기 트랙을 덮는 전기 화학적으로 활성인 페이스트 막을 포함하는 전기화학 셀 용 콤포넌트.
제4 항에 있어서,

상기 트랙은 성형에 의해 상기 기판 상에 제공되거나, 또는 상기 트랙을 형성하고, 이어서 상기 기판에 상기 트랙을 고정함으로써 상기 기판 상에 제공되는 콤포넌트.
제5 항에 있어서,

상기 트랙은 상기 기판 내의 그루브 내에 배치되는 콤포넌트.
제4 항에 있어서,

상기 트랙은 상기 기판 상의 금속 코팅을 식각하여 제거하고 상기 트랙의 형상을 가지는 잔류 금속을 남김으로써 제공되는 콤포넌트.
제7 항에 있어서,

상기 잔류 금속은 내산성 금속으로 코팅되는 콤포넌트.
제4 항에 있어서,

상기 트랙은 다공성 기판을 전기 도금함으로써 제공되는 콤포넌트.
제4 항 내지 제9 항 중 어느 한 항의 콤포넌트로서,

상기 기판의 타면 상에 전기적으로 서로 절연된 전기 전도성 제3 및 제4 트랙으로서, 각각 전극을 구성하고 각각의 배터리 단자에 연결된 제3 및 제4 트랙을 가지고,

상기 제3 및 제4 트랙을 덮는 전기 화학적으로 활성인 배터리 페이스트가 배치되고, 상기 제1 및 제2 트랙을 덮는 상기 페이스트는 상기 제3 및 제4 트랙을 덮는 상기 페이스트와 반대 극성인 콤포넌트.
제10 항의 복수의 콤포넌트를 포함하는 배터리로서,

상기 배터리가 2개의 음성 단자와 2개의 양성 단자를 가짐으로써 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 트랙의 상기 단자 각각은 서로 전기적으로 연결되는 배터리.
다공성 기판, 상기 기판의 일면에 배치된 전기적으로 서로 절연된 전기 전도성 제1 및 제2 트랙으로서, 각각 전극을 구성하고 각각의 단자에 연결된 제1 및 제2 트랙, 상기 제1 및 제2 트랙을 덮는 전기 화학적으로 활성인 제1 페이스트 막, 상기 기판의 타면에 배치된 전기적으로 서로 절연된 전기 전도성 제3 및 제4 트랙 으로서, 각각의 단자에 연결된 제3 및 제4 트랙, 및 상기 제3 및 제4 트랙을 덮는 제2 페이스트 막을 포함하되,

전기 화학적으로 활성인 상기 제1 페이스트막 및 상기 제1 및 제2 트랙은 셀의 양극(cathode)을 구성하고,

전기 화학적으로 활성인 상기 제2 페이스트막 및 상기 제3 및 제4 트랙은 셀의 음극(anode)을 구성하는 전기화학 셀.
기판, 상기 기판의 일면 상에 배치되고 제1 배터리 터미널에 연결된 전기 전도성 제1 트랙, 상기 제1 트랙을 덮는 전기 화학적으로 활성인 양성 페이스트 막, 상기 기판의 타면 상에 배치되고 제2 배터리 터미널에 연결된 전기 전도성 제2 트랙, 및 상기 제2 트랙을 덮는 전기 화학적으로 활성인 음성 페이스트 막 을 포함하는 전기화학 셀 용 콤포넌트.
제1 항, 제2 항, 제4 항 내지 제10 항, 또는 제13 항 중 어느 한 항의 콤포넌트로서,

2 이상의 트랙을 포함하여, 2 이상의 충전 소스 및/또는 2 이상의 전력 소비 장치를 각각의 충전 및/또는 방전 단자와 연결시키는 콤포넌트.
전기 화학적으로 활성인 페이스트 막을 형성하고, 상기 막과 대향하도록 전기적으로 절연된 제1 및 제2 전기 전도성 전극을 위치시키고, 상기 전극을 임베드 하도록 추가 페이스트로 상기 전극을 덮는 것을 포함하는 전기화학 셀 용 콤포넌트의 제조 방법.
제15 항에 있어서,

상기 페이스트 막은 성형 박스 내에서 형성되고, 상기 전극은 상기 막 상에 배치되고, 이어서 추가의 페이스트에 의해 덮혀지는 전기화학 셀 용 콤포넌트의 제조 방법.
제1 항, 제2 항, 제4 항 내지 제10항 또는 제13 항 중 어느 한 항의 콤포넌트를 사용하여 구성되는 연료 전지로서,

산소 및 수소가 공급되는 경우 전기를 생산하고 전류가 흐르는 경우 산소 및 수소를 생산할 수 있는 연료 전지.