KR20120122053A - 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀에 관한 것으로서, 아연과 전해질을 혼합하여 된 슬러리를 공급하기 위한 슬러리공급구(10)와, 상기 슬러리공급구(10)를 통해 공급된 슬러리가 배출되도록 하는 슬러리배출구(20)와, 상기 슬러리공급구(10)를 통해 공급된 슬러리가 하방으로 낙하되며 그 하단부에 아연펠릿(30)은 걸러지고 반응부산물이나 전해질은 통과되도록 하는 투과성부재(42)가 마련된 아연전극배드(40) 및 상기 투과성부재(42)를 통해 투과된 반응부산물과 전해질이 배출되도록 하는 전해질배출구(50)를 포함하고, 상기 투과성부재(42)는 그 두께를 상기 아연펠릿의 직경보다 더 두꺼운 다공성 발포 폴리머로 되어 있다.
따라서, 아연전극배드의 하단부에 배치되는 투과성부재의 두께가 아연펠릿의 직경보다 더 두꺼운 강성 재질의 다공성 발포 폴리머로 제작함으로써, 기본적으로 아연전극배드의 하단부로의 투과성부재의 설치가 용이하게 되고, 또한, 다공성 구조에 의해 반응부산물과 전해질의 통과가 용이하게 되며, 또한, 강성 재질에 의해 걸러진 아연펠릿의 무게를 견딜 수 있게 되고, 또한, 반응부산물과 전해질의 통과 중 그 방향 전환 흐름이 발생되지 않으며, 또한, 전해질 유동이 균일하게 되어 결과적으로 전지 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 얻는다.

Description

슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀{Slurry circulation type zn/air battery unit cell}

본 발명은 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아연전극배드의 하단부에 배치되는 투과성부재의 두께가 아연펠릿의 직경보다 더 두꺼운 강성 재질의 다공성 발포 폴리머로 제작함으로써, 기본적으로 아연전극배드의 하단부로의 투과성부재의 설치가 용이하게 되고, 또한, 다공성 구조에 의해 반응부산물과 전해질의 통과가 용이하게 되며, 또한, 강성 재질에 의해 걸러진 아연펠릿의 무게를 견딜 수 있게 되고, 또한, 반응부산물과 전해질의 통과 중 그 방향 전환 흐름이 발생되지 않으며, 또한, 전해질 유동이 균일하게 되어 결과적으로 전지 성능을 향상시킬 수 있는 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지의 기본단위인 단위셀(unit cell)은 이온 전도성을 갖는 치밀한 구조의 전해질 양면에 전기화학적 촉매 작용을 하는 다공질 구조의 연료극 및 공기극이 접해 있는 구조를 갖고 있다.

연료극과 공기극에 각각 수소를 포함한 연료기체 및 공기를 공급하면 전해질 양면에 화학 포텐셜의 차이가 형성되어 전해질에 이온 전도가 일어난다.

이에 의해 유도된 전위차를 이용해 연료극과 공기극 사이에 형성된 외부 회로로 전자가 이동함으로써 발전이 구현되는 것이 연료전지의 원리이다.

단위전지의 작동 전압은 통상적으로 1.0V 미만으로 공업적으로 응용하기에는 부족하기 때문에 연료전지 발전기에서는 수십에서 수백 개의 단위셀을 전기적으로 직렬 연결한 구조물이 사용되는데 이렇게 여러 개의 단위셀이 결합된 구조물을 '연료전지 스택'이라고 한다.

이때 연료전지 스택의 출력은 단위셀의 유효면적과 스택을 구성하는 단위셀의 적층 수에 의해서 결정된다.

스택을 구성할 때에는 단위셀 간의 전기적인 직렬연결 구성을 위해 하나의 단위셀의 공기극은 인접한 다른 단위셀의 연료극과 접촉되고, 연료극은 인접한 또 다른 단위셀의 공기극과 접촉하게 된다.

이때 맞닿은 각각의 연료극과 공기극에 공급되는 연료기체와 공기의 직접적인 접촉을 억제하는 동시에 인접한 두 단위셀을 전기적으로 연결하기 위해 치밀한 구조의 전자 전도성 물질로 만들어진 연결재가 있어야 한다.

또한, 단위셀 및 스택의 디자인에 따라 단위셀과 연결재 사이의 전기적 접촉을 증진시켜 접촉 저항에 의한 전력 손실을 최소화하는 집전체 및 단위셀과 연결재, 혹은 연결재와 연결재 사이의 접촉면에 위치하여 접촉면을 통해 기체가 누설되는 것을 막아주는 밀봉재가 필요하다. 이와 같이 단위셀, 연결재, 집전체, 그리고 밀봉재가 연료전지의 스택을 구성하는 기본적인 구성요소가 된다.

한편, 연료로서 아연을 사용하고 이 아연을 전해질과 혼합하여 슬러리 형태로 만든 후 전지 내부로 순환시켜 전기를 발생시키는 형태의 전지를 슬러리 순환형 아연/공기전지라고 하며, 여기에 아연재생장치를 장착하면 연료인 아연을 지속적으로 공급할 수 있게 되어 독립적인 발전장치로 사용할 수 있게 된다.

일례로 종래 기술의 슬러리 순환형 아연/공기전지의 단위셀에 대해 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 1에서 나타낸 것과 같이, 종래 기술의 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀은 아연과 전해질을 혼합하여 된 슬러리를 공급하기 위한 슬러리공급구(10)와, 상기 슬러리공급구(10)를 통해 공급된 슬러리가 배출되도록 하는 슬러리배출구(20)와, 상기 슬러리공급구(10)를 통해 공급된 슬러리가 하방으로 낙하되며 그 하단부에 아연펠릿(30)은 걸러지고 반응부산물이나 전해질은 통과되도록 하는 투과성부재(41)가 마련된 아연전극배드(40) 및 상기 투과성부재(41)를 통해 투과된 반응부산물과 전해질이 배출되도록 하는 전해질배출구(50)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 아연전극배드(40)의 투과성부재(41)는 아연펠릿(30)은 걸러지고 반응부산물이나 전해질은 통과되도록 하는 메시망 구조로 되어 있다.

그러나, 이러한 종래 기술의 상기 아연전극배드의 투과성부재가 메시망구조로 되어 있기 때문에, 그 뚜께가 너무 얇아 단위셀 내부에 설치(구현)하기가 상당히 까다롭고, 또한, 아연펠릿을 떠받칠 수 있는 강성을 지니고 있지 않아 손상 발생시 유지, 보수가 어렵게 되며, 또한, 망상 구조로 인해 반응부산물이나 전해질이 방향전환 흐름을 갖게 되거나 또는 전해질의 유동이 균일하지 못하게 되어 결과적으로 전지 성능을 떨어뜨리게 되는 등의 문제점을 갖고 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 아연전극배드의 하단부에 배치되는 투과성부재의 두께가 아연펠릿의 직경보다 더 두꺼운 강성 재질의 다공성 발포 폴리머로 제작함으로써, 기본적으로 아연전극배드의 하단부로의 투과성부재의 설치가 용이하게 되고, 또한, 다공성 구조에 의해 반응부산물과 전해질의 통과가 용이하게 되며, 또한, 강성 재질에 의해 걸러진 아연펠릿의 무게를 견딜 수 있게 되고, 또한, 반응부산물과 전해질의 통과 중 그 방향 전환 흐름이 발생되지 않으며, 또한, 전해질 유동이 균일하게 되어 결과적으로 전지 성능을 향상시킬 수 있는 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀은 아연과 전해질을 혼합하여 된 슬러리를 공급하기 위한 슬러리공급구; 상기 슬러리공급구를 통해 공급된 슬러리가 배출되도록 하는 슬러리배출구; 상기 슬러리공급구를 통해 공급된 슬러리가 하방으로 낙하되며 그 하단부에 아연펠릿은 걸러지고 반응부산물이나 전해질은 통과되도록 하는 투과성부재가 마련된 아연전극배드; 및 상기 투과성부재를 통해 투과된 반응부산물과 전해질이 배출되도록 하는 전해질배출구를 포함하여 구성되는 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀에 있어서, 상기 아연전극배드의 투과성부재는 그 두께를 상기 아연펠릿의 직경보다 더 두껍게 하여 상기 아연전극배드의 하단부로의 설치가 용이하게 되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀에 있어서, 상기 투과성부재는 반응부산물과 전해질의 통과가 용이하게 되는 다공성 구조를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀에 있어서, 상기 투과성부재는 걸러진 아연펠릿의 무게를 견딜 수 있도록 하는 강성을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀에 있어서, 상기 투과성부재는 반응부산물과 전해질의 통과 중 그 방향 전환 흐름이 발생되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀에 있어서, 상기 투과성부재는 전해질 유동이 균일하게 되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀에 있어서, 상기 투과성부재는 다공성 발포 폴리머로 제작된 것이 바람직하다.

이상에서와 같이, 본 발명의 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀은 아연전극배드의 하단부에 배치되는 투과성부재의 두께가 아연펠릿의 직경보다 더 두꺼운 강성 재질의 다공성 발포 폴리머로 제작함으로써, 기본적으로 아연전극배드의 하단부로의 투과성부재의 설치가 용이하게 되고, 또한, 다공성 구조에 의해 반응부산물과 전해질의 통과가 용이하게 되며, 또한, 강성 재질에 의해 걸러진 아연펠릿의 무게를 견딜 수 있게 되고, 또한, 반응부산물과 전해질의 통과 중 그 방향 전환 흐름이 발생되지 않으며, 또한, 전해질 유동이 균일하게 되어 결과적으로 전지 성능을 향상시킬 수 있는 등의 효과를 얻는다.

도 1은 종래 기술의 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀을 나타낸 개략도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 2에서 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀은 아연과 전해질을 혼합하여 된 슬러리를 공급하기 위한 슬러리공급구(10)와, 상기 슬러리공급구(10)를 통해 공급된 슬러리가 배출되도록 하는 슬러리배출구(20)와, 상기 슬러리공급구(10)를 통해 공급된 슬러리가 하방으로 낙하되며 그 하단부에 아연펠릿(30)은 걸러지고 반응부산물이나 전해질은 통과되도록 하는 투과성부재(42)가 마련된 아연전극배드(40) 및 상기 투과성부재(42)를 통해 투과된 반응부산물과 전해질이 배출되도록 하는 전해질배출구(50)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

여기서, 상기 아연전극배드(40)의 투과성부재(42)는 그 두께를 상기 아연펠릿의 직경보다 더 두껍게 하여 상기 아연전극배드(40)의 하단부로의 설치가 용이하게 되도록 형성되어 있다.

또한, 상기 투과성부재(42)는 반응부산물과 전해질의 통과가 용이하게 되는 다공성 구조로 되어 있다.

그리고, 상기 투과성부재(42)는 걸러진 아연펠릿(30)의 무게를 견딜 수 있도록 하는 강성을 갖을 수 있다.

또한, 상기 투과성부재(42)는 반응부산물과 전해질의 통과 중 그 방향 전환 흐름이 발생되지 않으며, 상기 투과성부재(42)는 전해질 유동이 균일하게 되도록 다공성 발포 폴리머로 제작될 수 있다.

이러한 구성에 따른 본 발명의 일 실시예인 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀은 아연을 전해질과 혼합하여 슬러리 형태로 만든 후 슬러리공급구(10)를 통해 슬러리를 공급하면 아연전극배드(40)에서 전기를 발생시킨 후 그 하단부의 투과성부재(42)에 아연펠릿(30)은 걸러지고 나머지 반응부산물과 전해질은 상기 투과성부재(42)를 통과하여 전해질배출구(50)로 배출된다.

그리고, 아연전극배드(40)를 거치지 않고 슬러리배출구(20)로 배출되는 슬러리는 다시 순환하여 전지 내부로 계속적인 공급이 이루어져 전기를 발생시키기 되는 것이다.

위와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀은 아연전극배드의 하단부에 배치되는 투과성부재의 두께가 아연펠릿의 직경보다 더 두꺼운 강성 재질의 다공성 발포 폴리머로 제작함으로써, 기본적으로 아연전극배드의 하단부로의 투과성부재의 설치가 용이하게 되고, 또한, 다공성 구조에 의해 반응부산물과 전해질의 통과가 용이하게 되며, 또한, 강성 재질에 의해 걸러진 아연펠릿의 무게를 견딜 수 있게 되고, 또한, 반응부산물과 전해질의 통과 중 그 방향 전환 흐름이 발생되지 않으며, 또한, 전해질 유동이 균일하게 되어 결과적으로 전지 성능을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명은 상기의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 이러한 실시예를 종래의 공지 기술과 단순히 조합 적용한 변형예는 물론 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 용이하게 변경하여 이용할 수 있는 모든 기술들은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
10 : 슬러리공급구 20 : 슬러리배출구
30 : 아연펠릿 40 : 아연전극배드
41 : 투과성부재 42 : 투과성부재
50 : 전해질배출구

Claims (6)

1. 아연과 전해질을 혼합하여 된 슬러리를 공급하기 위한 슬러리공급구;
   상기 슬러리공급구를 통해 공급된 슬러리가 배출되도록 하는 슬러리배출구;
   상기 슬러리공급구를 통해 공급된 슬러리가 하방으로 낙하되며 그 하단부에 아연펠릿은 걸러지고 반응부산물이나 전해질은 통과되도록 하는 투과성부재가 마련된 아연전극배드; 및
   상기 투과성부재를 통해 투과된 반응부산물과 전해질이 배출되도록 하는 전해질배출구;
   를 포함하여 구성되는 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀에 있어서,
   상기 아연전극배드의 투과성부재는 그 두께를 상기 아연펠릿의 직경보다 더 두껍게 하여 상기 아연전극배드의 하단부재 설치가 용이하게 되도록 하는 것을 특징으로 하는 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀.
2. 제1항에 있어서,
   상기 투과성부재는 반응부산물과 전해질의 통과가 용이하게 되는 다공성 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀.
3. 제1항에 있어서,
   상기 투과성부재는 걸러진 아연펠릿의 무게를 견딜 수 있도록 하는 강성을 갖는 것을 특징으로 하는 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀.
4. 제1항에 있어서,
   상기 투과성부재는 반응부산물과 전해질의 통과 중 그 방향 전환 흐름이 발생되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀.
5. 제1항에 있어서,
   상기 투과성부재는 전해질 유동이 균일하게 되도록 하는 것을 특징으로 하는 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 투과성부재는 다공성 발포 폴리머로 제작된 것을 특징으로 하는 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀.

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