KR20120029014A

KR20120029014A - 폐 납축전지 재생방법

Info

Publication number: KR20120029014A
Application number: KR20100090447A
Authority: KR
Inventors: 김윤
Original assignee: 김윤
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2012-03-26

Abstract

본 발명은 폐 납축전지 성능재생방법에 관한 것으로;

본발명의 기술구현의 목적은 전해액 100부(황산12％가 희석된 증류수 100부)에 황산코발트(CoSO4 )1.0?2.0중량부, 황산마그네슘(MgSO4 )20?50중량부, 염화암모늄(NH4 Cl) 0.5?1.0중량부, 염화알루미늄(AlCl3 ) 20?30중량부, 래진10?20중량부, 토루말린 50?100중량부, 젤라틴10?20중량부로 이루어진 것을 특징으로 하며, 이들 화합물의 혼합방법은 공지의 방법들을 이용 혼합하여 활성재생액을 생성하고, 이와 같이 생성된 활성재생액을 황산염에 의해 사용수명이 완료된 폐 축전지의 전해액 내에 주입하여, 그 주입된 활성재생액에 의해 전해반응을 유도 되게 하며, 아울러, 이러한, 전해반응에 의해 활성이온을 생성, 전해액의 표면장력을 저하시켜, 전극판의 황산염을 박리되게 하고, 재차, 이러한 박리작용에 의해 전해액의 이온화 반응을 회복되게 함으로서, 반복적인 충전 및 방전작용에 의해 기준치 이하로 저하된 전극판의 전압 및 전류 치를 새것 수준으로 재생, 회복시킬 수 있도록 한 폐 납축전지 재생방법을 제공함에 있다.

이에, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은;

사용수명이 완료된 폐축납전지의 전압과 비중을 점검하여, 부족한 전해액과, 증류수를 주입,보충하는 주입,보충공정과, 상기 폐 축전지의 전극 판에 고착된 황산염을 박리시키기 위해, 전해액과, 증류수가 보충된 폐 축전지에 활성재생액을 더 주입하는 활성재생액주입공정과, 상기 주입된 활성재생액을 전극 판에 고착된 황산 염을 분리 시키기 위해 저주파를 발생시켜, 전극 판을 활성시키는 활성공정과, 상기 전극 판 활물질의 활성을 극대화 하기 위해 직류 고전압을 이용하여 황산염을 제거시키기 위한 재생공정, 그리고 폐납축전지성능재생기의 저 전류 발진회로에 의한 충전공정에 의하여 재생공정에서 황산염이 제거된 폐 축전지를 충전시키는 충전공정을 행하게 함으로서 달성된다.

활성재생액, 황산염, 전해액, 증류수, 축전지, 비중, 전압, 전극판, 활성, 재생

Description

폐 납축전지 재생방법{The way of regenerating battery }

본 발명은 폐 납축전지 재생방법에 관한 것으로, 사용이 완료된 산업폐기물로서의 축전지를 새것 수준으로 새롭게 재생하여, 그 사용수명을 연장되게 함으로서, 자원 및 에너지 절약에 기여할 수 있도록 한 폐 납축전지 재생방법에 관한 것이다

일반적으로 축전지라함은 양극(cathode or positive electrode)과 음극(anode or negative electrode)의 활물질(active material)로 이루어진 두 전극 판과, 그 전극 판을 분리하는 격리 판(separator), 그리고, 상기 두 전극사이의 이온 전달을 가능케 하기위한 전해액(electrolyte)으로 이루어지며,이처럼 이루어진 물질들의 화학작용에 의해 직류기전력을 발생되게 하여 전원을 이용할 수 있도록 한 장치를 의미한다. 이러한,축전지는 화학에너지를 전기적 에너지로 변환되게 하는 방전(妨電)상태와,외부 또 다른 전원으로부터 전기에너지를 공급받아 화학에너지로 변환, 축적되게 하는 충전(充電)상태의 반복적 사이클로 그 기능을 수행하는 것으로, 이는 통상, 아래 (화학식1)과 같은 반응을 갖게 되는 것이며, 이러한 반응에 의한 축전지의 방전 및 충전작용을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

(화학식 1)

축전지의 방전작용을 먼저 살펴보면, 이는, (화학식1)에 의해 확인되는 바와 같이 이온화 경향이 다른 두 개의 전극 판(양극판+ 및 양극판-)과, 전해액(2H2SO4)을 반응시켜, 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환되게 함으로서, 그에 따른 전원의 사용을 가능케 하는 것임을 알 수 있다.

하지만, 이와 같은 방전작용이 이루어질 경우, 상기(화학식1) 에서와 같이, 앙극판(+)의 과산화납(Pbo2)과, 음극판(-)의 해면상납(Pb)은 황산납(PbSO4)으로 변화되고, 전해액(2H2SO4)인 묽은 황산은 양극판(+)의 활물질(앙극과음극)과 반응하여 물에 가까운 형태를 취하며, 비중을 떨어뜨리게 된다.

따라서, 상기와 같은 방전상태가 계속될 경우, 상기 양극판(+)과 음극판(-)은 황산납(PbSO4)으로 변화되어 기전력을 더 이상 발생할 수 없게 되는 것이며, 이러한 상태를 일컬어, 완전 방전상태라 지칭한다.

이때, 상기 전해액의 농도는 축전지의 방전 전기량에 비례하여 변화되므로, 이러한 전해액의 비중은, 일반적인 비중계를 이용하여 측정 함으로서, 그 축전지의 방전상태를 확인할 수 있다.

한편, 또 다르게, 상기 축전지의 충전작용은 충전기를 이용하여, 전기에너지를 화학에너지로 변환되게 하는 것으로서, 이는 (상기 화학식1)에서 알 수 있는 바와 같이, 전술한 방전반응의 역 반응을 의미한다.

즉, 별도 마련된 충전기를 이용, 상기 방전반응에 의해 변화된 양극판(+) 및 음극판(-)의 황산납(PbSO4)에 전기에너지를 가역 시키게 되면, 상기 양극판(+)은 방전되기 전의 상태인 과산화납(Pbo2)으로, 음극판(-)은 방전되기 전의 상태인 해면상납(Pb)으로 변하고, 또한, 전해액(2H2SO4)은 기판의 활물질(양극과 음극)과 반응하여 비중이 방전되기 전의 규정비중까지 올라간다.

따라서, 상기 충전작용에 의해 축전지가 완전충전상태로 되돌아가게 되면, 축전지내의 물(방전에 의해 비중이 낮아진 전해액)은 전기분해 되어 양극에서는 산소(O2), 음극에서 수소(H2)를 발생시키게 되고, 이러한, 전기분해에 의해 물이 황산 형태로 변함에 따라 전해액(2H2SO4)의 비중은 점진적으로 상승하여 축전지의 셀(Cell)당 2볼트의 기전력이 발생되게 하는 것이다.

상기와 같은 일련의 반응을 통해 충전 및 방전 작용이 지속적으로 반복될 경우, 여러 가지 원인 등에 의해 충, 방전 기능은 저하되고, 이러한 기능저하에 따라, 축전지는 사용기준에 적합한 전압과 전류를 생산하지 못하게 되어 그 사용수명을 다하게 되는 것인 바, 특히, 이러한 축전지 기능저하에 따른 폐기 원인의 통계치를 살펴보면, 그 원인의 90％ 이상이 황산염에 의한 것으로 보고되고 있다.

한편, 상기와 같이 사용수명을 다하고 폐기되는 축전지수는 국내에서만 연간 약 3,000만개 이상, 일본의 경우에 있어서는 연간 약 1억개 이상의 축전지가 폐기되는 것으로 보고되고 있으며, 이를 전 세계적인 통계수치로 추정할 경우, 연간 수 억개 이상의 축전지가 폐기 처분되고 있으며 또한 상기 폐 축전지 들 중 상당수의 소재(전해액 및 기타 오염된 합성수지 등)들은 자원으로 재생 되지 못 하고,산업폐 기물로 매립되고 있는 상황이며, 더욱 심각한 것은 이와 같이 폐기되는 상당수의 축전지가 불법으로 투기되어 토양과 수질을 오염시키며, 지구환경을 심각하게 파괴시키는 자연폐해의 요인으로 작용한다는 문제점이다

본 발명은 종래 폐 납축전지 활용에따른 제반문제점을 해결하고자 창안된 것으로 주된 목적은 전해액 100부(황산12％가 희석된 증류수 100부)에 황산코발트(CoSO4 ) 1.0?2.0 중량부, 황산마그네슘(MgSO4 ) 20?50 중량부, 염화암모늄(NH4 Cl) 0.5?1.0 중량부, 염화알루미늄(AlCl3 ) 20?30 중량부, 래진 10?20 중량부, 토루말린 50?100 중량부, 젤라틴10?20 중량부로 이루어진 것을 특징으로 하며, 이들 화합물의 혼합방법은 공지의 방법들을 이용 혼합하여 활성재생액을 생성하고, 이와 같이 생성된 활성재생액을 황산염에 의해 사용수명이 완료된 폐 납축전지의 전해액 내에 주입하여, 그 주입된 활성재생액에 의해 전해반응을 유도되게 하며, 이러한, 전해반응에 의해 활성이온을 생성,전해액의 표면장력을 저하시켜, 전극판의 황산염을 박리되게 하고,재차,이러한 박리작용에 의해 전해액의 이온화 반응을 회복되게 함으로서, 반복적인 충전 및 방전작용에 의해 기준치 이하로 저하된 전극 판의 전압 및 전류 치를 신제품 수준으로 재생, 회복시킬 수 있도록 한 폐 납 축전지 재생방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐 축전지 재생방법의 구체적 수 단은; 사용수명이 완료된 폐축전지의 전압과비중을 점검하여, 부족한 전해액과, 증류수를 주입, 보충하는 주입,보충공정과;

상기 폐축전지의 전극 판에 고착된 황산염을 박리시키기 위해, 전해액과, 증류수가 보충된 폐 축전지에 활성재생액을 더 주입하는 활성재생액주입공정과;

상기 주입된 활성재생액을 전극 판에 흡착, 분산시키기고 상기 전극 판의 황산염을 분리시키기 위해 저주파를 발생시켜, 전극 판의 환원을 촉진시키는 활성공정과;

상기 전극 판 활물질의 활성을 위해 직류 고전압을 이용하여 황산염을 제거시키기 위한 재생공정과;

폐축전지성능재생기의 저전류의 충전회로를 이용하여 황산염이 제거된 폐 축전지를 충전시키는 충전공정을 행하게 함으로서 달성된다.

본 발명에 따른 폐 축전지 재생방법은 전해액 100부(황산12％가 희석된 증류수 100부)에 황산코발트(CoSO4 ) 1.0?2.0 중량부, 황산마그네숨(MgSO4 ) 20?50 중량부, 염화암모늄(NH4 Cl) 0.5?1.0 중량부, 염화알루미늄(AlCl3 ) 20?30 중량부, 래진 10?20 중량부, 토루말린 50?100 중량부, 젤라틴10?20 중량부로 이루어진 것을 특징으로 하며, 이들 화합물의 혼합방법은 공지의 방법들을 이용 혼합하여 활성재생액을 생성하고, 이와 같이 생성된 활성재생액을 황산염에 의해 사용수명이 완료된 폐 납축전지의 전해액 내에 주입하여, 전극 판의 황산염을 박리되게 하여, 전해액의 이온화 반응을 회복되게 함으로서, 반복적인 충전 및 방전작용에 의해 기 준치 이하로 저하된 폐 납축전지의 전압 및 전류 치를 새것 수준으로 재생, 회복되게 한 것이며;

또한, 상기와 같은 방법을 통한 황산염의 박리로서, 폐 축전지의 사용수명이 더 연장 될 수 있게 되어, 새 축전지의 생산을 줄일 수 있게 되고, 불필요한 자원 및 에너지를 줄이고 환경보호에도 이바지할 수 있도록 한 것으로, 이는, 매우 유용한 기대효과를 제공한다.

이하, 본 발명에 따른 폐 납축전지 재생방법의 바람직한 실시 예 구성을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 폐 납축전지 성능재생방법의 공정순서도이고, 도2는 본 발명에 따른 폐납축전지성능재생기의 회로구성을 나타내는 블록도이고, 도3은 황산염 오염에 의해 수명이 다한 폐 납축전지의 구성상태도이다

도 1의 본 발명에 따른 폐납축전지 성능재생방법의 공정순서도의 공정순서를 보면; 주입,보충공정(T1)과, 활성재생액주입공정(T2), 활성공정(T3), 재생공정(T4), 충전공정(T5)으로 이루어진다.

여기서, 먼저 상기 주입,보충공정(T1)은 반복적인 충전 및 방전작용에 의해 도 3에 도시된 바와 같이 전극판(a+)(a-)에 황산염(b)이 형성되어,더이상의 사용이 불가한 폐 납축전지(1)를 새 제품처럼 재생시키기 위한 초기 단계로서 주입보충공정(T1)은, 사용수명이 완료된 폐 납축전지(1)에 있어, 각 셀(Cell)별 전압과 비중을 통상의 전압측정기와 비중계(도시생략)를 이용하여 점검한 후, 부족한 전해액과 증류수를 새롭게 보충 주입하는 과정으로 이루어지게 한다.

이때, 폐 납축전지(1) 에 주입 보충되는 전해액은 공지된 바와 같이 폐 납축전지의 만 충전시 비중을 1.280이상 유지되도록 하고,그 보충 주입된 폐 납축전지(1)의 각 셀(Cell)당 전해액의 비중차이는 0.04 이내가 되도록 한다.

또한, 상기 활성재생액 주입공정(T2)은 폐 납축전지(1)에 있어, 전극판(a+)(a-)에 고착, 형성된 황산염(b)을 안정적으로 박리시키기 위해서 활성재생액을 주입하는 공정으로서, 주입,보충공정(T1)을 통해 전해액과 증류수가 보충된 폐 납축전지(1)에 있어, 각 셀(Cell)당 10cc ?2Occ로 폐 납축전지 용량에 따라 가감하여 주입한다.

특히,활성재생액은 본발명에 적용코자 만든 새로운 형태의물질구성으로서, 이러한, 활성재생액의 주요 조성관계를 살펴보면, 전해액 100부(황산12％가 희석된 증류수 100부)에 황산코발트(CoSO4 ) 1.0?2.0 중량부, 황산마그네슘(MgSO4 ) 20?50 중량부, 염화암모늄(NH4 Cl) 0.5?1.0 중량부, 염화알루미늄(AlCl3 ) 20?30 중량부, 래진 10?20 중량부, 토루말린 50?100 중량부, 젤라틴10?20 중량부로 이루어진 것을 특징으로 하며, 이들 화합물의 혼합방법은 공지의 방법들을 이용 혼합하여 액상조성 물을 이룬다.

활성공정(T3)은 상기 활성재생액 주입공정(T2)을 통해 폐 납축전지(1)로 주입된 활성재생액을 전극 판(a+)(a-)에 안정적으로 흡착, 분산시키고 전극 판에 고착된 황산염을 분리시키기 위해 폐납축전지성능재생기(2)의 저주파회로(3)에서 저주파를 발생시켜 폐 납축전지(1)의 황산염고착 정도에 따라 일정시간 저주파를 가 하면 내부저항의 변화에 따라 배터리상태점검회로(6)에서 활성화가 완료된 것을 감지하여 디스플레이 부(7)에 신호를 보냄으로써 전극 판의 환원을 촉진시키는 활성공정(T3)이 완료 되었음을 인지한다.

재생공정(T4)는 폐 축전지(1)에 있어, 전극 판(a+)(a-)에 형성된 황산염(b)을 제거키 위한 과정으로 도2에 도시된 폐납축전지성능재생기(2)의 고전압회로(4)를 통하여 1000V?1500V 펄스를 폐 납축전지의 양극전극 및 음극전극에 일정시간 인가함으로서, 고전압펄스에 의한 케비테이션 작용을 유도 전극판(a+)(a-)에 고착된 황산염(b)을 제거하고 전극 판의 환원을 촉진한다.

충전공정(T5)는 전극판(a+)(a-)활물질의 활성을 위해 전술한 주입보충공정(T1)부터 재생공정(T4)를 통해 황산염(b)이 제거된 폐 납축전지(1)를 충전시키는 공정으로서, 이러한 폐 축전지의 충전공정(T5)은 도2 폐납축전지성능재생기의 회로구성 블록도에 도시된 바와 같이 저 전류발진회로(5)에서 4A의 저 전류를 생성 일정시간 충전한다.

따라서, 전술한 바와 같은 일련의 폐 축전지 재생방법은 폐 축전지(1) 내로 주입된 활성재생액이 증류수와 전해반응을 일으켜,활성이온을 생성되게 함으로서,전해액의 표면장력 저하를 유도되게 하고, 이와 더불어 고주파에 의해 케비테이션 작용을 더 부가되게 하여, 전극 판(a+)(a-)에 형성된 황산염(b)을 안정적으로 박리시켜 폐 납축전지(1)의 이온화반응을 효과적으로 회복되게 함으로서 축전지 고유 기능인 충전 및 방전기능을 부활 재생시키게 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 폐 납 축전지 성능재생방법의 공정순서도

도 2 는 본 발명에 따른 폐납축전지성능재생기의 회로구성을 나타내는 블록도

도 3 은 황산염에 의해 수명이 다한 폐 납 축전지의 구성상태도

＜주요도면에 대한 부호의 설명＞

1 : 폐납배터리 2 : 폐납축전지성능재생기 3 : 저주파회로 4 : 고전압회로

5 : 저전류발진회로 6 : 배터리상태점검회로 7 : 디스플레이부 8 : 중앙처리장치

9 : 전압안정화회로 10: 전원공급부

T1:주입,보충공정 T2: 활성재생액주입공정 T3: 활성공정 T4: 재생공정 T5:충전공정

a+ : 전극판 a- : 전극판 b : 황산염 c : 격리판

Claims

사용수명이 완료된 폐 축전지(1)의 각 셀(cell)별 전압과 비중을 점검하여, 부족한 전해액과, 증류수를 주입 보충하는 주입,보충공정과(T1)과 상기 폐 축전지(1)의 전극 판(a+)(a-)에 고착된 황산염(b)을 박리시키기 위해, 전해액과, 증류수가 보충된 폐 축전지(1)에 활성재생액을 더 주입하는 활성재생액주입공정(T2)과 상기 주입된 활성재생액을 전극판(a+)(a-)에 고착된 황산염(b)을 분리 시키기 위해 폐 납축전지 성능재생기의 저주파회로(3)에서 저주파를 발생시켜 페납축전지의 황산염 고착 정도에 따라 일정시간 저주파를 가하면 내부저항의 변화에 따라 배터리상태 점검회로(6) 에서 활성화가 완료된 것을 감지하여 디스플레이 부(7)에 신호를 보냄으로써 전극 판의 환원을 촉진시키는 활성공정(T3)과 전술한 폐 축전지(1)에 있어, 전극 판(a+)(a-)에 형성된 황산염(b)을 제거시키기 위한 과정으로서, 도2에 도시된 폐납축전지성능재생기(2)의 고전압회로(4)를 통하여 고전압 펄스를 폐 납축전지의 양극전극 및 음극전극에 일정시간 인가 함으로서, 고전압펄스에 의한 케비테이션 작용을 유도 전극판(a+)(a-)에 고착된 황산염을 제거하고 전극 판의 환원을 촉진하는 재생공정(T4) 과 전극 판(a+)(a-)활물질의 활성을 위해 주입,보충공정(T1)으로부터 재생공정(T4)을 통해 황산염(b)이 제거된 폐 납 축전지(1)에 도2 폐납축전지성능재생기의 회로구성 블록도에 도시된 바와 같이 저 전류 발진회로(5)에서 저 전류를 생성 일정시간 충전하는 충전공정(T5)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐 납 축전지 재생방법.
상기 폐납축전지재생방법에 있어서 활성재생액주입공정(T2)을통해 폐 납 축전지(1) 내로 주입되는 활성재생 액은 전해액 100부(황산12％가 희석된 증류수 100부)에 황산코발트(CoSO4 )1.0?2.0 중량부, 황산마그네슘(MgSO4 )20?50 중량부,염화암모늄(NH4 Cl)0.5?1.0 중량부, 염화알루미늄(AlCl3 )20?30 중량부, 래진 10?20중량부, 토루말린50?100 중량부, 젤라틴10?20 중량부로 이루어진 것을 특징으로 하며, 이들 화합물의 혼합방법은 공지의 방법들을 이용 혼합하여 액상 조성 물을 이루는 것을 특징으로 하는 폐 납 축전지 재생방법.