KR20120091919A - 정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법 - Google Patents

정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 폐배터리의 셀에 전해액을 보충할 수 있는 성분의 재생용액과 극판을 복원할 수 있는 성분의 극판복원물을 주입한 후, 전극 단자에 폐배터리의 출력 전압에 상응하는 정전압을 가하고, 이와 동시에 재생용액에 고주파 펄스 충전을 가함으로써 폐배터리의 재생 시간을 단축시킴은 물론, 상기 재생용액과 상기 극판복원물을 구성하는 최적의 성분 및 조성비를 통해 재생된 배터리의 품질을 담보할 수 있는 정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법은, 납축전지 타입의 폐배터리를 준비하는 폐배터리준비단계와; 상기 폐배터리의 전해액을 보충하도록 상기 폐배터리의 셀에 묽은 황산이 포함된 재생용액을 주입하는 재생용액주입단계와; 상기 폐배터리의 극판을 복원하도록 상기 재생용액에 토상흑연과, 토르말린과, 이산화납이 포함된 극판복원물을 첨가하는 극판복원물첨가단계와; 상기 폐배터리의 (+)(-) 전극 단자에 상기 폐배터리의 출력전압에 상응하는 정전압을 가하는 정전압정류단계와; 상기 정전압정류단계와 동시에 상기 재생용액에 고주파 펄스 충전을 가하는 고주파펄스충전단계를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법{METHOD FOR REGENERATING WASTE BATTERY USING UNIFORM VOLTAGE RECTIFIER AND HIGH FREQUENCY PULSE CHARGE}
본 발명은 정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 폐배터리의 셀에 전해액을 보충할 수 있는 성분의 재생용액과 극판을 복원할 수 있는 성분의 극판복원물을 주입한 후, 전극 단자에 폐배터리의 출력 전압에 상응하는 정전압을 가하고, 이와 동시에 재생용액에 고주파 펄스 충전을 가함으로써 폐배터리의 재생 시간을 단축시킴은 물론, 상기 재생용액과 상기 극판복원물을 구성하는 최적의 성분 및 조성비를 통해 재생된 배터리의 품질을 담보할 수 있는 정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전동차 또는 자동차등에서 사용하고 있는 납축전지 타입 배터리는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 바꾸어주는 방전과, 전기적 에너지를 화학적 에너지로 바꾸어주는 충전의 사이클을 통해 배터리의 기능을 수행하는 것으로, 이온화 경향이 다른 두 개의 금속과 전해액으로 회로를 만들어 두 금속과 전해액의 화학반응에 의해 전기에너지를 발생시키는 것이다.
통상적인 배터리의 구조는 물과 황산의 혼합물인 전해액이 충진되는 여러 개의 셀이 내부에 구획되게 형성되어 있는 케이스와, 상기 케이스에 형성된 각각의 셀에 설치되는 극판과, 음극단자와 양극단자를 가지며 케이스의 상부에 고정되게 결합되는 커버로 구성되어 있다.
이러한 종래 자동차용 납축전지 타입 배터리는 케이스에 형성되어 있는 각각의 셀에 각각의 극판이 설치되고, 상기 셀에 극판이 설치되어 있는 케이스의 상부에 외부의 와이어(연결선) 및 양극단자가 상부로 각각 돌출되게 형성되어 있는 커버가 결합되는 것에 의해, 상기 셀에 충진되어 있는 전해액이 케이스의 외부로 유출되지 않게 됨은 물론, 상기 음극단자와 양측단자에 외부의 와이어를 연결시켜 사용할 수 있게 되는 것이다.
이러한 배터리의 경우 아래의 화학식에서와 같이 이산화 납으로 만든 극판과 전해액에 포함되어 있는 황산이 황산화 납과 물로 변화하는 화학작용을 할 때 전기가 방출되고, 반대로 치환될 때 충전되는 작용을 반복하면서 사용하게 되는 것이다.
<화학식>
Figure pat00001
이러한 배터리는 사용환경에 따라서 대략 짧게는 2년에서 길게는 5년 정도의 사용수명을 가지는데, 이는 화학작용과 치환이 반복되는 과정에서 전해액이 오손되고, 이산화 납으로 된 극판의 표면에 유산 아연의 결정이 달라붙어 화학작용 능력이 현저하게 떨어지게 되면서 배터리를 교환해야 하는 것이다.
그러나, 새로운 배터리로 교환한 후 종래 사용하던 배터리를 산업폐기물로 처리할 때 발생하는 비용이 점차 늘어나고 있으며 새로운 배터리를 구입하는 구입비용도 사용자에게 부담을 주는 문제점이 있었다.
이러한 폐기비용 및 구입비용을 절감하기 위하여 노후 및 사용수명이 다한 폐배터리를 수거하여 내부에 저장된 폐충전액 중 일부를 제거하고 새로운 충전액을 주입하여 사용하는 재생배터리가 제안되고 있는데, 먼저, 등록 특허번호 제10-0584250호(공고일자 2006.05.26.)에는 "자동차용 폐 배터리 재생방법"이 제안되고, 또 등록 특허번호 제10-0681529호(공고일자 2007.02.12.)에는 "사용 완료된 배터리의 재생 및 복원방법"이 제안되었다.
한편, 최근에 공개된 특허 공개번호 제10-2010-0130685호(공개일자 2010.12.14)에는 초음파 펄스를 이용하여 셀 내부에 침전된 과산화 납(PbSO4)을 다시 끌어올려 극판에 부착시킴으로써 상기의 종래기술보다 폐배터리 재생을 더욱 효과적으로 수행할 수 있는 "초음파 펄스 충전기 및 초음파 펄스 충전을 이용한 폐 배터리 재생방법"이 제안된 바 있다.
도 2에는 상기 특허 공개번호 제10-2010-0130685호에 개시된 초음파 펄스 충전기를 도시하였는데, 도면을 살펴보면 종래기술로 제안된 초음파 펄스 충전기(100)는 전면 하부에 폐 배터리(10)의 (+)(-) 전극 단자(11)(11')와 연결되는 (+)(-) 충전 전극(111)(111')과 충전 게이지(112)가 형성되고, 전면 중간에 펄스 흐름도디스플레이(113)가 형성되며, 전면 상부에 순간입력버튼(114)과 바이브레터 진동 조정 레버(115)와 펄스 조정 레버(117)가 설치된 펄스 충전기 본체(110) 및 상기 폐배터리(10)의 셀(10') 안에 삽입되며 하부에 초음파 바리브레터(121)가 설치되는 진동자(120)를 구비한다.
하지만, 상기의 종래기술로 제안된 초음파 펄스 충전기만으로는 폐배터리의 재생시간이 여전히 오래 걸리는 문제점이 있었고, 종래기술로 제안된 방법들로 재생된 배터리는 재생용액 및 극판복원물의 성분 및 조성비가 최적화되지 못하여 대체로 수명이 짧은 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 폐배터리의 셀에 전해액을 보충할 수 있는 성분의 재생용액과 극판을 복원할 수 있는 성분의 극판복원물을 주입한 후, 전극 단자에 폐배터리의 출력 전압에 상응하는 정전압을 가하고, 이와 동시에 재생용액에 고주파 펄스 충전을 가함으로써 폐배터리의 재생 시간을 단축시킴은 물론, 상기 재생용액과 상기 극판복원물을 구성하는 최적의 성분 및 조성비를 통해 재생된 배터리의 품질을 담보할 수 있는 정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법을 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하고자 본 발명에 따른 정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법은, 납축전지 타입의 폐배터리를 준비하는 폐배터리준비단계와; 상기 폐배터리의 전해액을 보충하도록 상기 폐배터리의 셀에 묽은 황산이 포함된 재생용액을 주입하는 재생용액주입단계와; 상기 폐배터리의 극판을 복원하도록 상기 재생용액에 토상흑연과, 토르말린과, 이산화납이 포함된 극판복원물을 첨가하는 극판복원물첨가단계와; 상기 폐배터리의 (+)(-) 전극 단자에 상기 폐배터리의 출력전압에 상응하는 정전압을 가하는 정전압정류단계와; 상기 정전압정류단계와 동시에 상기 재생용액에 고주파 펄스 충전을 가하는 고주파펄스충전단계를; 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법은, 상기 재생용액주입단계는, 상기 재생용액이 황산을 증류수로 희석한 비중 1.4 ~ 1.5의 묽은 황산과, 상기 묽은 황산 18ℓ를 기준으로 인산 0.3ℓ가 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법은, 상기 극판복원물첨가단계는, 상기 극판복원물이 상기 묽은 황산 18ℓ를 기준으로 토상흑연 25~30g, 염소소독제 10~15g, 토르말린 260~300g, 이산화납 40~48g, 알루미나 5~8g, 안티모니 5~8g, 벤토나이트 10~12g, 석고분 12~15g, 불석 25~30g, 사문석 40~45g, 조장석 20~25g으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법은 폐배터리의 셀에 전해액을 보충할 수 있는 성분의 재생용액과 극판을 복원할 수 있는 성분의 극판복원물을 주입한 후, 전극 단자에 폐배터리의 출력 전압에 상응하는 정전압을 가하고, 이와 동시에 재생용액에 고주파 펄스 충전을 가함으로써 폐배터리의 재생 시간을 단축시킴은 물론, 상기 재생용액과 상기 극판복원물을 구성하는 최적의 성분 및 조성비를 통해 재생된 배터리의 품질을 담보할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법의 흐름도
도 2는 종래기술에 따른 초음파 펄스 충전기의 구성도
이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법을 보다 상세하게 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법의 흐름도이다.
도면을 살펴보면, 본 발명의 일실시예에 따른 정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법은 폐배터리준비단계(S10)와, 재생용액주입단계(S20)와, 극판복원물첨가단계(S30)와, 정전압정류단계(S40)와, 고주파펄스충전단계(S50)와, 재생완료단계(S60)를 포함하여 구성된다.
상기 폐배터리준비단계(S10)는 자동차 등에서 분리한 노후 및 사용 완료된 납축전지 타입의 폐배터리를 수거하여 준비하는 단계이다.
상기 납축전지 타입의 폐배터리는 배경기술에서 설명한 바와 같이 통상 물과 황산의 혼합물인 전해액이 충진되는 여러 개의 셀이 내부에 구획되게 형성되어 있는 케이스와, 상기 케이스에 형성된 각각의 셀에 설치되는 극판과, 음극단자와 양극단자를 가지며 케이스의 상부에 고정되게 결합되는 커버로 구성되어 있다.
상기 재생용액주입단계(S20)는 상기 폐배터리의 전해액을 보충하도록 상기 패배터리의 셀에 묽은 황산이 포함된 재생용액을 주입하는 단계로서, 본 발명의 일실시예에서는 상기 재생용액이 황산을 증류수로 희석한 비중 1.4 ~ 1.5의 묽은 황산과, 상기 묽은 황산 18ℓ를 기준으로 인산 0.3ℓ가 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
즉, 통상적인 배터리의 전해액은 비중이 1.28인 묽은 황산으로 이루어지는데 배터리를 장시간 사용하게 되면 충전과 방전 사이클이 반복되는 과정에서 전해액이 소실되어 부족하게 되어 배터리의 성능이 단축된다. 본 발명의 일실시예에서는 상기와 같이 부족한 전해액을 보충하기 위한 재생용액으로서 비중 1.28인 묽은 황산을 그대로 사용하는 것이 아니라 각종 테스트 결과 재생효율을 높이기 위하여 1.28보다 비중이 큰 비중 1.4 ~ 1.5의 묽은 황산과, 상기 묽은 황산 18ℓ를 기준으로 인산 0.3ℓ를 혼합하여 사용하는 것이다.
상기 극판복원물첨가단계(S30)는 상기 폐배터리의 극판을 복원하도록 상기 재생용액에 극판복원물을 첨가하는 단계로서, 본 발명의 일실시예엣허는 상기 극판복원물이 상기 묽은 황산 18ℓ를 기준으로 토상흑연 25~30g, 염소소독제 10~15g, 토르말린 260~300g, 이산화납 40~48g, 알루미나 5~8g, 안티모니 5~8g, 벤토나이트 10~12g, 석고분 12~15g, 불석 25~30g, 사문석 40~45g, 조장석 20~25g으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
즉, 통상적으로 배터리를 장시간 사용하여 충전과 방전 사이클이 반복되는 과정에서 극판이 훼손되는데 상기 극판복원물첨가단계(S30)에서는 상기 극판복원물이 극판의 훼손된 부분에 메워지고 견고하게 유지되도록 하는 단계인 것이다.
상기 극판복원물의 구성으로서의 토상흑연은 다량의 기포를 발생시켜 전체의 극판에 극판복원물의 구성이 골고루 융착되도록 하는 역할을 하고, 염소소독제는 배터리 내부의 이물질을 배출하고 황산염을 제거하는 역할을 하며, 토르말린은 극판에 융착되어 전기적인 성질을 원활하게 하는 역할을 하고, 이산화납은 극판의 훼손된 부분에 채워져 보충하는 역할을 하는 구성이다.
참고로, 상기 염소소독제로는 하이크론(Hi-Chlon)을 사용하는 것이 바람직한데, 상기 하이크론은 Calcium Hypochlorite가 주성분으로 유효염소가 70% 이상이여서 살균소독제로 많이 사용된다.
또한, 상기 토르말린(전기석)은 복잡하고 다양한 화학조성을 가지는 붕규산염광물로 몇 가지 원소들의 상대적인 함량에 따라 보통 흑색인 철전기석(흑전기석), 갈색인 마그네슘 전기석(갈 전기석), 그리고 분홍색(루벨라이트)?녹색(브라질 에메랄드)?무색(아크로아이트)의 알칼리 전기석의 3가지 형태로 구별된다. 일부 결정은 한쪽 끝이 분홍색이고 다른 쪽 끝은 녹색이며, 동심원상으로 색의 누대구조(累帶構造)를 보이는 것도 있다. 색을 띠는 변종은 투명하고 흠집이 없을 경우 보석으로 가공된다. 페그마타이트 및 화강암질 마그마와 접촉하고 있는 변성된 석회암에서 매우 풍부하고 잘 발달된 결정들로 산출된다. 토르말린(전기석)은 풍화에 대한 저항력이 있기 때문에 쇄설성 광상에 축적되며 퇴적암에서 흔한 부성분광물이다. 좋은 품질의 보석은 미국 남부의 캘리포니아와 메인, 브라질, 마다가스카르 페그마타이트에서 생산된다. 보석으로 사용되는 것 외에도 압전기, 즉 역학적 힘을 가할 경우 전기를 발생하거나, 전압을 가할 경우 모양이 변화되는 성질을 이용하여 압력장치에 사용된다.
또한, 상기 극판복원물의 구성으로서의 알루미나, 안티모니, 벤토나이트, 석고분은 극판이 복원된 후 견고하게 유지되도록 하는 역할을 하는 구성이다.
참고로, 상기 벤토나이트는 팽창성을 가진 가소성이 매우 높은 광물로, 수천 만년 전 화산 폭발 활동과 함께 화산재가 바다 속으로 떨어져 해저에서 점토질 광물로 변성된 것이 지층의 융기로 지표면에 솟아올라 오랜 침식과 풍화에 의하여 생성된 광물이다. 광물명으로는 몬모릴로나이트(Montmorillonite)라 하며 원료명으로는 지명의 이름을 따서 벤토나이트(Bentonite)라고 한다. 벤토나이트는 소디움(Na계), 칼슘(Ca계), 나트륨교환(Na2Co2-Na)계로 크게 3가지로 구분되는데 방수재로는 소디움계가 사용된다.
상기 정전압정류단계(S40)는 상기 폐배터리의 (+)(-) 전극 단자에 상기 폐배터리의 출력전압에 상응하는 정전압 예를 들면, 승용차용 배터리의 경우에는 12V, 화물차용 배터리의 경우에는 24V를 가하는 단계이다.
본 발명에서는 상기 정전압정류단계(S40)는 상기 고주파펄스충전단계(S50)와 동시에 이루어지는데, 종래기술에서와 같이 상기 고주파펄스충전단계(S50)만을 시행하였을 경우보다 상기 정전압정류단계(S40)를 통해 상기 재생용액 및 극판복원물이 자신의 출력전압에 상응하는 정전압으로 지속적으로 자극됨으로써 폐배터리의 재생이 촉진되어 재생시간이 단축되는 것이다.
상기 고주파펄스충전단계(S50)는 상기 정전압정류단계(S40)와 동시에 상기 재생용액에 고주파 펄스 충전을 가하는 단계이다.
즉, 상기 고주파펄스충전단계(S50)는 상기 재생용액에 초음파와 같은 고주파 펄스를 가함으로써 상기 극판복원물 및 상기 폐배터리의 셀에 침전된 과산화 납(PbSO4)이 다시 극판에 부착되도록 촉진시킴으로써 상기 정전압정류단계(S40)와 유기적인 결합관계를 이루며 상기 폐배터리를 보다 효과적으로 재생시킬 수 있게 되는 것이다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (3)

  1. 납축전지 타입의 폐배터리를 준비하는 폐배터리준비단계와;
    상기 폐배터리의 전해액을 보충하도록 상기 폐배터리의 셀에 묽은 황산이 포함된 재생용액을 주입하는 재생용액주입단계와;
    상기 폐배터리의 극판을 복원하도록 상기 재생용액에 토상흑연과, 토르말린과, 이산화납이 포함된 극판복원물을 첨가하는 극판복원물첨가단계와;
    상기 폐배터리의 (+)(-) 전극 단자에 상기 폐배터리의 출력전압에 상응하는 정전압을 가하는 정전압정류단계와;
    상기 정전압정류단계와 동시에 상기 재생용액에 고주파 펄스 충전을 가하는 고주파펄스충전단계를; 포함하는 것을 특징으로 하는 정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 재생용액주입단계는, 상기 재생용액이 황산을 증류수로 희석한 비중 1.4 ~ 1.5의 묽은 황산과, 상기 묽은 황산 18ℓ를 기준으로 인산 0.3ℓ가 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 극판복원물첨가단계는, 상기 극판복원물이 상기 묽은 황산 18ℓ를 기준으로 토상흑연 25~30g, 염소소독제 10~15g, 토르말린 260~300g, 이산화납 40~48g, 알루미나 5~8g, 안티모니 5~8g, 벤토나이트 10~12g, 석고분 12~15g, 불석 25~30g, 사문석 40~45g, 조장석 20~25g으로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전압 정류 및 고주파 펄스를 이용한 폐배터리 재생 방법.
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