KR20140022687A - Sodium-sulfur rechargeable battery - Google Patents

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KR20140022687A
KR20140022687A KR1020120089144A KR20120089144A KR20140022687A KR 20140022687 A KR20140022687 A KR 20140022687A KR 1020120089144 A KR1020120089144 A KR 1020120089144A KR 20120089144 A KR20120089144 A KR 20120089144A KR 20140022687 A KR20140022687 A KR 20140022687A
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Abstract

Disclosed is a sodium-sulfur battery, comprising: an anode chamber for accommodating sulfur; a cathode chamber for accommodating sodium; a battery for charging and discharging which comprises a sold electrolyte that selectively and exclusively moves sodium ions by being installed between the anode and the cathode chambers; and a sodium removing part which removes sodium in the cathode chamber selectively by being connected to the cathode chamber. Thus, the sodium-sulfur battery can improve the safety of the battery, and minimize the reaction between sodium and sulfur by removing the sodium in the battery in case of emergency.

Description

나트륨 유황 전지{SODIUM-SULFUR RECHARGEABLE BATTERY}[0001] SODIUM-SULFUR RECHARGEABLE BATTERY [0002]

본 발명은 나트륨 유황 전지에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 안전성을 높인 나트륨 유황 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a sodium sulfur battery. More particularly, the present invention relates to a sodium sulfur battery having enhanced safety.

일반적으로, 나트륨 유황 전지는 에너지 밀도 및 충방전 효율이 높고 자기 방전이 없으며 불규칙적인 충방전에도 성능의 저하가 없는 특성으로, 대용량 전력 저장용 전지로써 개발되고 있다.Generally, a sodium-sulfur battery is developed as a large-capacity power storage battery because of its high energy density, charge / discharge efficiency, self-discharge, and irregular charge / discharge characteristics.

나트륨 유황 전지는 음극으로 나트륨(Na)을 사용하고, 양극으로 유황(S)을 사용하며, 전해질로 나트륨이온 전도성을 갖는 고체전해질의 베타알루미나 세라믹을 사용한다. 나트륨 유황 전지는 전해질관 및 전해질관을 둘러싸는 양극용기를 포함한다. 상기 전해질관은 나트륨 이온만을 통과시키는 성질을 가진 베타알루미나 세라믹을 튜브 형태로 제조한 구조이다. 상기 전해질관의 내부는 나트륨으로 채워지고, 전해질관과 양극용기 사이에는 유황과 탄소펠트가 위치한다. 이에 나트륨 이온이 전해질관인 베타알루미나를 거쳐 음극과 양극간을 이동함으로써 충방전이 이루어진다.Sodium sulfur batteries use sodium alumina (Na) as the cathode, sulfur (S) as the anode, and beta-alumina ceramics of the solid electrolyte having sodium ion conductivity as the electrolyte. The sodium sulfur battery includes an anode tube enclosing an electrolyte tube and an electrolyte tube. The electrolyte tube has a structure in which a beta-alumina ceramic having a property of passing only sodium ions is formed in a tube shape. The inside of the electrolyte tube is filled with sodium, and sulfur and carbon felt are placed between the electrolyte tube and the positive electrode container. The sodium ion is transferred between the cathode and the anode through the beta alumina, which is an electrolytic tube, to charge and discharge the battery.

나트륨 유황 전지는 구동 중 전해질관이 파손되는 경우, 양극의 유황이 전해질관의 파손 부위를 통해 음극으로 흘러 들어감으로써, 음극의 나트륨과 접촉되어 급격한 화학반응을 일으키게 된다.In the case of sodium sulfur battery, when the electrolytic tube is broken during operation, the sulfur of the anode flows into the cathode through the breakage portion of the electrolytic tube, and thereby contacts with the sodium of the cathode to cause a rapid chemical reaction.

나트륨과 유황은 접촉시 나트륨화 황화물을 생성하게 된다. 황화물 형성 반응은 엔탈피변화가 300℃에서 약 -380 ~ -470KJ/mole의 값을 갖는 발열반응이다. 이에 양극의 유황이 음극의 나트륨과 다량 반응시 전지가 화재 또는 폭발될 위험이 있다. 나트륨 유황 전지는 최고 약 700 ~ 800g의 나트륨을 전지내에 담고 있어서 모든 나트륨과 유황이 반응한다고 가정하였을 때 최고 약 6 ~ 7MJ의 에너지를 발산하며 전지의 온도는 순간적으로 1000℃ 이상으로 상승하게 된다.Sodium and sulfur will produce sodium sulphide upon contact. The sulfide formation reaction is an exothermic reaction in which the enthalpy change is about -380 to -470 KJ / mole at 300 ° C. Therefore, there is a risk that the battery will fire or explode when sulfur in the anode is reacted with a large amount of sodium in the negative electrode. The sodium sulfur cell contains up to about 700-800 g of sodium in the cell, and assumes all sodium and sulfur react, it emits up to about 6 ~ 7 MJ of energy, and the temperature of the cell instantaneously rises above 1000 ℃.

이에 종래 나트륨 유황 전지는 전해질관의 내측에 구비되어 전해질관 파손시 유황의 유입을 차단하는 안전관이 설치된다. 상기 안전관은 전해질관의 파손시 유황과 나트륨의 발열반응에 의한 급격한 온도 상승으로 팽창되어 전해질관의 내면에 밀착된다. 이에 파손부위로 나트륨 공급이 차단되어 추가적인 화학반응과 발열을 막게 된다.The conventional sodium sulfur battery is provided inside the electrolyte tube is provided with a safety tube to block the inflow of sulfur when the electrolyte tube breaks. The safety tube is expanded due to a sudden temperature rise due to the exothermic reaction of sulfur and sodium when the electrolyte tube is broken and is in close contact with the inner surface of the electrolyte tube. As a result, the supply of sodium to the damaged area is blocked to prevent further chemical reaction and heat generation.

그러나, 상기한 종래의 전지는 국부적인 전해질관의 파손시 순간적인 대량 발열로 인해 전해질관 파손부위 주변의 온도가 금속재 안전관의 녹는점 이상으로 상승함에 따라, 대량의 나트륨이 음극용기로부터 파손부위로 유입되어 폭발적인 발열반응을 유발하는 근본적인 문제를 안고 있다. 또한, 급격한 반응 발생이후 나트륨과 유황의 반응이 계속해서 지속된다는 문제점이 있다.However, the above-described conventional battery has a large amount of sodium from the negative electrode container as the temperature around the electrolyte tube breakage rises above the melting point of the metal safety tube due to instantaneous mass heat generation when the local electrolyte tube breaks. Has a fundamental problem of inducing an explosive exothermic reaction. Further, there is a problem that the reaction of sodium and sulfur continues after the rapid reaction occurs.

이에, 전지의 안전성을 보다 높일 수 있도록 된 나트륨 유황 전지를 제공한다.Thus, there is provided a sodium sulfur battery that can further improve the safety of the battery.

또한, 긴급 상황 발생시 전지 내부에서 나트륨을 제거하여 나트륨과 황의 반응을 최소화할 수 있도록 된 나트륨 유황 전지를 제공한다.In addition, it provides a sodium sulfur battery that can minimize the reaction of sodium and sulfur by removing sodium from within the cell in case of emergency.

본 나트륨 유황 전지는, This sodium sulfur battery,

유황이 수용되는 양극실과, 나트륨이 수용되는 음극실, 양극실과 음극실 사이에 설치되어 나트륨 이온만을 선택적으로 이동시키는 고체전해질을 포함하여 충방전이 이루어지는 전지부와;A battery unit including charge and discharge, including a positive electrode chamber containing sulfur, a negative electrode chamber containing sodium, and a solid electrolyte which selectively moves only sodium ions between the positive electrode chamber and the negative electrode chamber;

상기 음극실과 연결되어 음극실 내의 나트륨을 선택적으로 제거하는 나트륨 제거부를 포함할 수 있다.It may include a sodium removal unit connected to the cathode chamber to selectively remove sodium in the cathode chamber.

상기 나트륨 유황 전지는 상기 전지부의 외측에 배치되고 내부에는 나트륨을 수용하며, 상기 음극실과 연결되어 나트륨을 공급하는 음극용기를 더 포함할 수 있다.The sodium sulfur battery may further include a negative electrode container disposed outside the battery unit, accommodating sodium therein, and connected to the negative electrode chamber to supply sodium.

상기 전지부는 상단이 개구되고 내부에 상기 양극실을 형성하는 양극용기와, 상기 양극용기 내에 설치되며 내부에 음극실을 형성하는 고체전해질, 상기 양극용기와 상기 고체전해질 사이에 설치되어 양극실과 음극실 사이를 절연하는 절연체, 상기 절연체에 설치되어 상기 고체전해질 내부의 음극실을 차단하는 음극판을 포함할 수 있다.The battery unit has a positive electrode container having an upper end opening and forming the positive electrode chamber therein, a solid electrolyte installed in the positive electrode container and forming a negative electrode chamber therein, and installed between the positive electrode container and the solid electrolyte and having a positive electrode chamber and a negative electrode chamber. It may include an insulator for insulating between, the negative electrode plate is installed in the insulator to block the cathode chamber inside the solid electrolyte.

상기 고체전해질 내면에 간격을 두고 설치되며, 고체전해질 사이에 상기 음극실을 형성하는 안전관을 더 포함할 수 있다.The inner surface of the solid electrolyte is provided at intervals, and may further include a safety tube for forming the cathode chamber between the solid electrolyte.

상기 전지부는 양 선단이 개구되고 내부에 상기 양극실을 형성하는 양극용기와, 상기 양극용기 내에 설치되며 양 선단이 개구되고 내부에 음극실을 형성하는 고체전해질, 상기 양극용기의 양 선단에 각각 배치되고 양극용기와 고체전해질 사이에 설치되어 양극실과 음극실 사이를 절연하는 절연체, 상기 절연체에 설치되어 상기 고체전해질 내부의 음극실 차단하는 음극판을 포함할 수 있다.The battery unit includes a positive electrode container having both ends open and forming the positive electrode chamber therein, a solid electrolyte installed in the positive electrode container and having both ends open and forming a negative electrode chamber therein, and disposed at both ends of the positive electrode container, respectively. And an insulator installed between the positive electrode container and the solid electrolyte to insulate between the positive electrode chamber and the negative electrode chamber, and a negative electrode plate installed in the insulator to block the negative electrode chamber inside the solid electrolyte.

상기 전지부는 상기 음극실 내에 설치되며, 내부에 오픈셀 형태의 기공이 형성되어 나트륨이 충전된 다공질폼을 더 포함할 수 있다.The battery unit may further include a porous foam filled with sodium by being formed in the cathode chamber and having open cell pores therein.

상기 나트륨 제거부는 상기 음극실에 연결되고 양극용기 외측으로 연장되어 나트륨이 이송되는 배출관과, 상기 배출관에 연결되고 내부에 진공압이 형성된 진공탱크와, 상기 배출관 일측에 설치되어 배출관을 개폐하는 개폐밸브를 포함할 수 있다.The sodium removing unit is connected to the cathode chamber and extends to the outside of the anode vessel to transport sodium, a vacuum tank connected to the discharge tube and having a vacuum pressure formed therein, and an on / off valve installed at one side of the discharge tube to open and close the discharge tube. It may include.

상기 나트륨 제거부는 상기 전지부의 온도를 검출하는 온도센서와, 상기 온도센서의 검출값을 연산하여 상기 개폐밸브를 제어작동하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.The sodium removing unit may further include a temperature sensor for detecting a temperature of the battery unit, and a controller configured to control and operate the open / close valve by calculating a detection value of the temperature sensor.

상기 음극용기는 전지부의 상부에 배치되고, 상기 나트륨 제거부는 상기 전지부의 하부에 배치될 수 있다.The negative electrode container may be disposed above the battery unit, and the sodium removing unit may be disposed below the battery unit.

상기 나트륨 제거부는 상기 음극실의 바닥에 연결된 구조일 수 있다.The sodium removing unit may have a structure connected to the bottom of the cathode chamber.

상기 나트륨 제거부는 배출관이 음극실 바닥에 연결되고 전지부의 하단에 설치된 음극판을 지나 외측 하부로 연장된 구조일 수 있다.The sodium removing unit may have a structure in which a discharge pipe is connected to the bottom of the negative electrode chamber and extends downward through the negative plate installed at the bottom of the battery unit.

상기 나트륨 제거부는 배출관이 전지부 상부로 연장되어 상단에 설치된 음극판을 지나 내측 바닥으로 연장된 구조일 수 있다.The sodium removing part may have a structure in which a discharge pipe extends to the upper part of the battery part and extends to the inner bottom through the negative plate installed at the top.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 나트륨을 전지의 외부에서 필요한 만큼만 전지 내부로 공급하여 유황과 반응하도록 함으로써, 고체전해질 파손시 대량의 나트륨이 유황과 반응하는 현상을 원천적으로 차단할 수 있게 된다.As described above, according to this embodiment, sodium is supplied to the inside of the battery only from the outside of the battery to react with the sulfur, so that a phenomenon in which a large amount of sodium reacts with sulfur when the solid electrolyte breaks down can be fundamentally blocked.

이에 전지 폭발의 위험을 낮추고 전지의 안전성을 높일 수 있게 된다.This reduces the risk of battery explosion and increases the safety of the battery.

또한, 음극실의 크기를 최소화하여 전지 내부에 상존하는 나트륨의 양을 종래와 비교하여 충분히 낮춤으로써 고체전해질 파손시 전지의 발열량을 줄이고 폭발의 위험을 낮출 수 있게 된다.In addition, by minimizing the size of the cathode chamber, the amount of sodium present in the battery is sufficiently lowered compared with the conventional one, thereby reducing the amount of heat generated by the battery during the breakage of the solid electrolyte and reducing the risk of explosion.

또한, 전지 파손에 따른 급격한 반응으로 고열이 발생되는 경우, 나트륨을 전량 외부로 배출시킴으로써, 황과 나트륨의 급격한 반응을 최소화하고 안전성을 보다 높일 수 있게 된다.In addition, when a high temperature is generated due to a sudden reaction due to battery breakage, by discharging the entire amount of sodium to the outside, rapid reaction between sulfur and sodium can be minimized and safety can be further improved.

도 1은 제 1 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 제 2 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 제 3 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 도시한 단면도이다.
1 is a cross-sectional view illustrating a sodium sulfur battery according to a first embodiment.
2 is a cross-sectional view illustrating a sodium sulfur battery according to a second embodiment.
3 is a cross-sectional view illustrating a sodium sulfur battery according to a third embodiment.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Wherever possible, the same or similar parts are denoted using the same reference numerals in the drawings.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified, and that other specific features, regions, integers, steps, operations, elements, components, and / And the like.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.

도 1은 제1 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 도시하고 있다.1 shows a sodium sulfur battery according to a first embodiment.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 나트륨 유황 전지(100)는 충방전이 이루어지는 전지부(10)와, 전지부(10)와 별도로 구비되어 나트륨을 수용하며 전지부로 나트륨을 공급하는 음극용기(50), 상기 전지부(10)에서 나트륨을 선택적으로 제거하는 나트륨 제거부(60)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the sodium sulfur battery 100 of the present embodiment is provided with a battery unit 10 in which charging and discharging is performed, and a negative electrode container 50 that is provided separately from the battery unit 10 to accommodate sodium and supply sodium to the battery unit. ), And a sodium removal unit 60 for selectively removing sodium from the battery unit 10.

본 실시예에서, 상기 전지부(10)는 내부에 양극실(12)을 형성하여 유황을 수용하는 양극용기(14)와, 상기 양극용기(14) 내에 설치되며 나트륨 이온만을 선택적으로 이동시키는 고체전해질(16), 상기 고체전해질(16) 내면에 간격을 두고 설치되며 고체전해질(16) 사이에 나트륨이 수용되는 음극실(24)을 형성하는 안전관(18), 상기 양극용기(14)와 고체전해질 사이에 설치되어 양극실(12)과 음극실(24)을 절연시키는 절연체(20)를 포함한다.In the present embodiment, the battery unit 10 is formed in the positive electrode chamber 12 therein to accommodate the positive electrode vessel 14, and the solid is installed in the positive electrode container 14 and selectively moves only sodium ions. Safety tube 18, the positive electrode container 14 and the electrolyte 16, which is provided at intervals on the inner surface of the solid electrolyte 16, and forms a cathode chamber 24 for receiving sodium between the solid electrolyte 16 It is provided between the solid electrolyte and the insulator 20 to insulate the anode chamber 12 and the cathode chamber 24.

상기 양극용기(14)는 고체전해질(16) 외측에 배치되며, 내부는 유황이 수용되는 양극실(12)을 이룬다. 상기 양극실(12) 내부에는 고체전해질(16)과의 사이에 유황이 담겨진 펠트집전체(22)가 채워진다. 펠트집전체(22)는 예를 들어, 내부에 기공이 형성된 탄소펠트로, 기공 내에 유황이 담겨지게 된다. 본 실시예에서, 상기 양극용기(14)는 상단이 개방된 원통 형태로 이루어지며 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속 소재로 제조된다. 또한 양극용기(14)의 표면에는 크롬, 몰리브덴 등을 주성분으로 하는 내식층이 코팅될 수 있다. 상기 양극용기(14)는 전지의 외형을 이루며 양극의 외부 단자의 역할도 수행할 수 있다.The anode vessel 14 is disposed outside the solid electrolyte 16, and forms an anode chamber 12 in which sulfur is accommodated. In the anode chamber 12, a felt collector 22 filled with sulfur is filled with the solid electrolyte 16. The felt current collector 22 is, for example, carbon felt having pores formed therein, and sulfur is contained in the pores. In the present embodiment, the positive electrode container 14 is made of a cylindrical shape with an open top, and is made of a metal material such as aluminum or stainless steel. In addition, a corrosion resistant layer containing chromium, molybdenum or the like as a main component may be coated on the surface of the positive electrode container 14. The positive electrode container 14 forms an external shape of a battery and may also serve as an external terminal of the positive electrode.

상기 안전관(18)은 고체전해질(16)의 내부에 소정 간격을 두고 설치된다. 상기 안전관(18)은 고체전해질(16) 파손시 유입된 유황과 나트름의 발열방응에 의해 발생된 고열에 의해 외측으로 팽창되어 고체전해질(16) 내면에 밀착된다.The safety tube 18 is installed at a predetermined interval inside the solid electrolyte 16. The safety tube 18 is inflated to the outside by the high heat generated by the exothermic reaction of sulfur and sodium introduced during breakage of the solid electrolyte 16 to be in close contact with the inner surface of the solid electrolyte 16.

상기 안전관(18)은 상단이 개구된 튜브형 구조물로, 고체전해질(16) 내면과 틈새를 유지하며 배치된다. 고체전해질(16)과 안전관(18) 사이의 틈새는 나트륨이 수용되는 음극실(24)을 이룬다. 이에 음극용기(50)의 나트륨은 안전관(18)과 고체전해질(16) 사이로 유입되어 음극실(24)을 채운다. The safety tube 18 is a tubular structure having an open top, and is disposed while maintaining a clearance with an inner surface of the solid electrolyte 16. The gap between the solid electrolyte 16 and the safety tube 18 forms a cathode chamber 24 containing sodium. The sodium in the negative electrode container 50 is introduced between the safety tube 18 and the solid electrolyte 16 to fill the negative electrode chamber 24.

상기 고체전해질(16)은 나트륨 이온을 통과시킬 수 있는 베타알루미나 세라믹으로 이루어진다. 본 실시예에서 상기 고체전해질(16)은 상단이 개방된 튜브 형태로 이루어져 양극용기 내부에 간격을 두고 설치된다. 상기 양극용기와 고체전해질 사이가 양극실을 이룬다. The solid electrolyte 16 is made of beta alumina ceramic capable of passing sodium ions. In the present embodiment, the solid electrolyte 16 is formed in the form of an open top tube at intervals inside the positive electrode container. A cathode chamber is formed between the cathode vessel and the solid electrolyte.

상기 고체전해질(16)과 양극용기(14) 사이에는 절연체(20)가 설치된다. 상기 절연체(20)는 양극실을 이루는 양극용기(14)와 음극실을 이루는 안전관(18) 사이를 절연시켜 쇼트(short)를 방지하게 된다. 상기 절연체(20)는 알파알루미나 세라믹으로 이루어진 링 형태의 구조물로, 양극용기(14) 상단에 접합된다. 상기 절연체(20)의 내측면에 고체전해질(16)이 유리 접합 공정을 통해 접합되며, 외측면에는 양극용기(14)가 열압축접합(TCB;Thermal Compression Bonding) 공정을 통해 접합된다. 안전관(18) 위쪽은 음극실(24)로부터 전자를 집전하며 음극실(24)을 밀봉하는 음극판(28)이 설치된다.An insulator 20 is installed between the solid electrolyte 16 and the positive electrode container 14. The insulator 20 is insulated between the anode vessel 14 constituting the anode chamber and the safety tube 18 constituting the cathode chamber to prevent short. The insulator 20 is a ring-shaped structure made of alpha alumina ceramic and is bonded to the upper portion of the anode container 14. The solid electrolyte 16 is bonded to the inner surface of the insulator 20 through a glass bonding process, and the anode vessel 14 is bonded to the outer surface through a thermal compression bonding (TCB) process. Above the safety tube 18, a negative electrode plate 28 for collecting electrons from the negative electrode chamber 24 and sealing the negative electrode chamber 24 is provided.

상기 음극용기(50)는 전지부(10)와는 별개로 분리되어 전지부(10) 위쪽에 배치될 수 있다. 또는 전지부(10)에서 이격된 위치에 설치될 수 있다. 상기 음극용기(50)는 전지부(10) 외측에 별도로 구비되면 충분하며 그 설치 위치에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 상기 음극용기(50)는 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속 소재로 이루어질 수 있다. The negative electrode container 50 may be separated from the battery unit 10 and disposed above the battery unit 10. Alternatively, the battery unit 10 may be installed at a position spaced apart from the battery unit 10. The negative electrode container 50 is sufficient to be provided separately to the outside of the battery unit 10 and the installation position is not particularly limited. The cathode container 50 may be made of a metal material, such as aluminum, stainless steel.

상기 음극용기(50)는 내부에 나트륨이 채워진다. 또한, 상기 음극용기 내부에는 질소가스나 아르곤가스 등의 불활성가스가 소정의 압력으로 채워질 수 있다. 불활성가스는 음극용기의 나트륨을 나트륨 공급부를 통해 밀어내는 가압력을 발생시킨다. The cathode container 50 is filled with sodium inside. In addition, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas may be filled in the cathode container at a predetermined pressure. The inert gas creates a pressing force that pushes the sodium in the cathode vessel through the sodium feed.

상기 음극용기(50)는 전지부의 안전관(18) 사이를 연결하는 이송관(52)을 통해 나트륨을 유통하는 구조로 되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 이송관(52)은 음극판(28)을 지나 안전관(18)과 고체전해질(16) 사이로 연결된다. 이에 이송관(52)으로 공급된 나트륨은 고체전해질(16)과 안전관(18) 사이의 음극실(24)로 공급되어 음극실(24)을 채우게 된다. 음극실(24)은 이송관(52)을 통해 연결되어, 전지 반응에 따라 나트륨이 이송관(52)을 통해 음극용기와 전지부 사이로 유통된다.The negative electrode container 50 has a structure in which sodium flows through a transfer tube 52 connecting the safety tube 18 between the battery units. As shown in FIG. 1, the transfer pipe 52 is connected between the safety tube 18 and the solid electrolyte 16 through the negative electrode plate 28. The sodium supplied to the transfer pipe 52 is supplied to the cathode chamber 24 between the solid electrolyte 16 and the safety tube 18 to fill the cathode chamber 24. The negative electrode chamber 24 is connected through the transfer tube 52, so that sodium flows between the negative electrode container and the battery unit through the transfer tube 52 according to the battery reaction.

이와 같이 음극용기를 전지부와 분리하고 전지반응에 필요한 나트륨 양만을 전지부에 실시간으로 공급함으로써, 고체전해질이 파손되더라도 다량의 발열반응을 차단할 수 있게 된다.As such, by separating the negative electrode container from the battery unit and supplying only the amount of sodium necessary for the battery reaction to the battery unit in real time, a large amount of exothermic reaction can be blocked even if the solid electrolyte is damaged.

한편, 본 전지는 필요한 경우 상기 나트륨 제거부(60)를 통해 전지부의 음극실(24)의 나트륨을 제거하는 구조로 되어 있다.On the other hand, the present battery has a structure in which sodium in the negative electrode chamber 24 of the battery unit is removed through the sodium removing unit 60 if necessary.

이를 위해, 상기 나트륨 제거부(60)는 상기 음극실(24)에 연결되고 양극용기(14) 외측으로 연장되어 나트륨이 이송되는 배출관(62)과, 상기 배출관(62)에 연결되고 내부에 진공압이 형성된 진공탱크(64)와, 상기 배출관(62) 일측에 설치되어 배출관(62)을 개폐하는 개폐밸브(66)를 포함한다.To this end, the sodium removing unit 60 is connected to the cathode chamber 24 and extends outside the anode vessel 14 to discharge sodium 62 to be transferred, and connected to the discharge tube 62 and filled inside. The vacuum tank 64 is formed with a pneumatic pressure, and the opening and closing valve 66 is installed on one side of the discharge pipe 62 to open and close the discharge pipe 62.

이에, 전지 이상으로 나트륨과 황이 급격히 반응하는 경우, 상기 개폐밸브(66)를 개방함으로써 진공탱크(64)의 진공압을 이용하여 음극실(24)에 있는 나트륨을 전지 외부로 강제 배출할 수 있게 된다. 이와 같이, 긴급 상황에서 음극실(24)로부터 나트륨을 진공탱크(64)로 강제 배출함으로써, 전지부 내에 나트륨이 잔존하지 않아 나트륨과 황의 반응을 최소화할 수 있게 된다.Accordingly, when sodium and sulfur rapidly react with the battery, the sodium valve may be forced out of the cell by using the vacuum pressure of the vacuum tank 64 by opening the opening / closing valve 66. do. As such, by forcibly discharging sodium from the cathode chamber 24 to the vacuum tank 64 in an emergency situation, sodium does not remain in the battery unit, thereby minimizing the reaction between sodium and sulfur.

상기 진공탱크(64)는 내부에 진공을 형성한 상태에서 밀폐된 구조로 개폐밸브(66)가 닫혀진 상태에서 진공상태를 유지하게 된다. 상기 진공탱크(64) 내부에 걸려있는 진공압은 음극실(24) 내의 나트륨을 충분히 흡입할 수 있는 정도면 특별히 한정되지 않는다. 상기 진공탱크(64)는 전지부(10)를 사이에 두고 음극용기(50)의 반대 방향에 배치된다. 본실시예어서 상기 음극용기(50)는 전지부(10)의 상부에 배치되고, 상기 나트륨 제거부(60)는 상기 전지부(10)의 하부에 배치된다. 여기서 상부라 함은 양극용기의 개방된 상단이 위로 가도록 하였을 때 위쪽을 의미하며, 하부라 함은 그 반대쪽인 아래쪽을 의미한다. 이에, 나트륨이 전지부(10) 아래쪽에 위치한 진공탱크(64)로 보다 신속하게 잘 빠져나갈 수 있게 된다. 상기 진공탱크(64)의 내부 용적은 상기 전지에 사용되는 나트륨을 모두 수용할 수 있는 정도면 충분하며 특별히 한정되지 않는다.The vacuum tank 64 is maintained in a vacuum state in which the on-off valve 66 is closed in a closed structure in a state where a vacuum is formed therein. The vacuum pressure applied to the inside of the vacuum tank 64 is not particularly limited as long as it can sufficiently inhale sodium in the cathode chamber 24. The vacuum tank 64 is disposed in the opposite direction of the negative electrode container 50 with the battery unit 10 therebetween. In the present embodiment, the negative electrode container 50 is disposed above the battery unit 10, and the sodium removing unit 60 is disposed below the battery unit 10. Here, the upper means upper when the open upper end of the positive electrode container is upward, and the lower means lower side opposite to the opposite side. As a result, sodium can be easily escaped to the vacuum tank 64 located below the battery unit 10 more quickly. The internal volume of the vacuum tank 64 is sufficient to accommodate all the sodium used in the battery and is not particularly limited.

상기 배출관(62)은 상기 음극실(24)의 바닥에 연결된다. 본 실시예에서, 상기 배출관(62)은 전지부 상단의 음극판(28)을 지나 아래로 연장되어 음극실(24)의 바닥 즉, 고체전해질(16)과 안전관(18) 사이의 음극실(24) 바닥에 연결된다. 나트륨은 중력에 의해 음극실(24) 바닥으로 모이게 되므로, 음극실(24) 바닥에 연결된 배출관(62)을 통해 음극실(24) 내의 모든 나트륨을 배출시킬 수 있게 된다. 상기 음극판(28)을 지나 전지부 외측으로 연장된 배출관(62)은 전지부 하부로 연장되어 전지부 하부에 위치한 진공탱크(64)에 연결된다.The discharge pipe 62 is connected to the bottom of the cathode chamber 24. In the present embodiment, the discharge pipe 62 extends down past the negative electrode plate 28 at the top of the battery unit, so that the bottom of the negative electrode chamber 24, that is, the negative electrode chamber between the solid electrolyte 16 and the safety tube 18 ( 24) Connected to the floor. Sodium is collected by gravity to the bottom of the cathode chamber 24, it is possible to discharge all the sodium in the cathode chamber 24 through the discharge pipe 62 connected to the bottom of the cathode chamber 24. The discharge pipe 62 extending beyond the negative electrode plate 28 to the outside of the battery unit extends below the battery unit and is connected to the vacuum tank 64 positioned below the battery unit.

본 실시예에서 상기 개폐밸브(66)는 전지부의 급격한 반응으로 고열이 발생된 경우, 제어 작동되는 구조로 되어 있다. 이를 위해 상기 나트륨 제거부는 상기 전지부의 온도를 검출하는 온도센서(68)와, 상기 온도센서(68)의 검출값을 연산하여 상기 개폐밸브(66)를 제어작동하는 컨트롤러(70)를 더 포함한다. 상기, 온도센서(68)는 전지부의 급격한 온도 변화를 정확히 검출할 수 있는 위치에 설치될 수 있다. In the present embodiment, the on-off valve 66 has a structure in which control is operated when high heat is generated by a sudden reaction of the battery unit. To this end, the sodium removing unit further includes a temperature sensor 68 for detecting the temperature of the battery unit, and a controller 70 for controlling the open / close valve 66 by calculating the detected value of the temperature sensor 68. do. The temperature sensor 68 may be installed at a position capable of accurately detecting a sudden temperature change of the battery unit.

한편, 도 2는 나트륨 유황 전지의 또 다른 실시예를 도시하고 있다.On the other hand, Fig. 2 shows another embodiment of the sodium sulfur battery.

본 실시예의 전지는 전지부의 구조를 제외하고 나머지 구성는 위에서 언급한 다른 실시예와 동일하다. 이에 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하며, 그 상세한 설명은 생략한다.The battery of this embodiment is the same as the other embodiments mentioned above except for the structure of the battery unit. The same reference numerals are used for the same components, and a detailed description thereof will be omitted.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 전지(100)는 충방전이 이루어지는 전지부(10)와, 전지부(10)와 별도로 구비되어 나트륨을 수용하며 전지부로 나트륨을 공급하는 음극용기(50), 상기 전지부(10)에서 나트륨을 선택적으로 제거하는 나트륨 제거부(60)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the battery 100 includes a battery unit 10 in which charging and discharging is performed, and a negative electrode container 50 that receives sodium and supplies sodium to the battery unit separately from the battery unit 10. And a sodium removing unit 60 for selectively removing sodium from the battery unit 10.

본 실시예에서, 상기 전지부(10)는 상단이 개구되고 내부에 상기 양극실(12)을 형성하는 양극용기(14)와, 상기 양극용기 내에 설치되며 상단이 개구된 고체전해질(16), 상기 양극용기(14)와 고체전해질(16) 사이에 설치되는 절연체(20), 상기 절연체에 설치되어 상기 고체전해질 내부의 음극실(24)을 차단하는 음극판(28), 상기 음극실(24) 내에 설치되며 내부에 오픈셀 형태의 기공이 형성되어 나트륨이 충전된 다공질폼(30)을 포함한다.In the present exemplary embodiment, the battery unit 10 includes a positive electrode container 14 having an upper end opened and forming the positive electrode chamber 12 therein, a solid electrolyte 16 installed in the positive electrode container and having an open upper end, An insulator 20 disposed between the positive electrode container 14 and the solid electrolyte 16, a negative electrode plate 28 disposed on the insulator to block the negative electrode chamber 24 inside the solid electrolyte, and the negative electrode chamber 24. It is installed in the pores of the open cell form is formed therein includes a porous foam 30 filled with sodium.

상기 다공질폼(30)은 금속 재질의 포러스메탈(porous metal)로 이루어질 수 있다. 상기 다공질폼의 내부 기공에 나트륨이 충전된다. The porous foam 30 may be made of a porous metal made of metal. Sodium is filled in the internal pores of the porous foam.

상기 다공질폼(30)은 고체전해질 내부에 형성되는 음극실(24)과 대응되는 형태와 크기로 이루어져, 음극실 내에 채워진다. 상기 음극실의 다공질폼(30)은 절연체(20)에 의해 양극용기(14)와 절연되어 쇼트를 방지하게 된다.The porous foam 30 has a shape and size corresponding to that of the cathode chamber 24 formed inside the solid electrolyte, and is filled in the cathode chamber. The porous foam 30 of the cathode chamber is insulated from the anode vessel 14 by the insulator 20 to prevent short.

상기 음극용기(50)에 연결된 이송관(52)은 음극판(28)을 지나 음극실(24)로 연장되어 다공질폼(30) 상단에 연결된다. 이에 이송관을 통해 유통된 나트륨은 다공질폼의 기공 내로 충전된다. The transfer pipe 52 connected to the negative electrode container 50 extends through the negative electrode plate 28 to the negative electrode chamber 24 and is connected to the top of the porous foam 30. Sodium distributed through the transfer pipe is filled into the pores of the porous foam.

본 실시예의 나트륨 제거부(60)는 위에서 언급한 구조와 동일하다. 다만, 진공탱크(64)에 연결된 배출관(62)은 다공질폼(30)을 지나 음극실(24) 바닥에 연결된다. 즉, 상기 배출관(62)은 전지부 상단의 음극판(28)을 지나 음극실에 설치된 다공질폼을 관통하여 음극실(24)의 바닥으로 연장된다.The sodium removal part 60 of this embodiment is the same as the structure mentioned above. However, the discharge pipe 62 connected to the vacuum tank 64 is connected to the bottom of the cathode chamber 24 through the porous foam 30. That is, the discharge pipe 62 passes through the negative electrode plate 28 at the top of the battery unit, passes through the porous foam installed in the negative electrode chamber, and extends to the bottom of the negative electrode chamber 24.

한편, 도 3은 나트륨 유황 전지의 또 다른 실시예를 도시하고 있다.3 shows another embodiment of a sodium sulfur battery.

이하 설명에서는 위에서 언급한 다른 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하며, 그 상세한 설명은 생략한다.In the following description, the same reference numerals are used for the same components as the above-described other embodiments, and detailed description thereof will be omitted.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 나트륨 유황 전지(100)는 충방전이 이루어지는 전지부(40)와, 전지부(10)와 별도로 구비되어 나트륨을 수용하며 전지부로 나트륨을 공급하는 음극용기(50), 상기 전지부(10)에서 나트륨을 선택적으로 제거하는 나트륨 제거부(60)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the sodium sulfur battery 100 according to the present embodiment is provided with a battery unit 40 in which charging and discharging is performed, and is provided separately from the battery unit 10 to accommodate sodium and supply sodium to the battery unit. 50, a sodium removing unit 60 for selectively removing sodium from the battery unit 10.

본 실시예에서, 상기 전지부(40)는 양 선단이 개구되고 내부에 상기 양극실(41)을 형성하는 양극용기(42)와, 상기 양극용기(42) 내에 설치되며 양 선단이 개구된 고체전해질(43), 상기 양극용기(42)의 양 선단에 각각 배치되어 고체전해질(43) 사이에 설치되는 절연체(20,21), 상기 절연체(20,21)의 양 선단에 설치되어 상기 고체전해질(43) 내부를 차단하여 나트륨이 수용되는 음극실(45)을 형성하는 음극판(28,29)을 포함한다.In the present embodiment, the battery unit 40 has a positive electrode container 42 having both ends open and forming the positive electrode chamber 41 therein, and a solid body installed in the positive electrode container 42 with both ends opened. Insulators 20 and 21 disposed at both ends of the electrolyte 43 and the positive electrode container 42, respectively, and disposed between the solid electrolyte 43 and the both ends of the insulator 20 and 21, respectively. (43) includes cathode plates 28 and 29 that block the interior to form cathode chambers 45 containing sodium therein.

또한, 상기 전지부(40)는 상기 음극실(45) 내에 설치되며 내부에 오픈셀 형태의 기공이 형성되어 나트륨이 충전된 다공질폼(46)을 더 포함한다. 상기 다공질폼(46)은 금속 재질의 포러스메탈(porous metal)로 이루어질 수 있다. 상기 다공질폼(46)의 내부 기공에 나트륨이 충전된다. 상기 음극실 내에는 다공질폼 외에 나트륨을 수용하는 다양한 구조 예를 들어, 안전관 등이 설치될 수 있다. In addition, the battery unit 40 may further include a porous foam 46 filled with sodium by being formed in the cathode chamber 45 and having pores of an open cell shape formed therein. The porous foam 46 may be made of a porous metal made of metal. Sodium is filled in the internal pores of the porous foam 46. In the cathode chamber, various structures for receiving sodium in addition to the porous foam may be installed, for example, safety tubes.

본 실시예의 전지부(40)는 음극실(45)의 상단과 하단에 각각 음극판(28,29)이 설치되어 있어서, 음극용기(50)와 나트륨 제거부(60)를 음극실(45)에 매우 용이하게 연결할 수 있다.In the battery unit 40 of the present embodiment, the negative electrode plates 28 and 29 are installed at the upper and lower ends of the negative electrode chamber 45, respectively, so that the negative electrode container 50 and the sodium removing unit 60 are placed in the negative electrode chamber 45. It can be connected very easily.

상기 양극용기(42)는 상단과 하단에 각각 설치되는 절연체(20,21)와 내부의 고체전해질(43) 사이의 영역이 양극실(41)을 이룬다. 상기 양극실(41) 내부에는 고체전해질(43)과의 사이에 유황이 담겨진 펠트집전체(44)가 채워진다. 펠트집전체(44)는 예를 들어, 내부에 기공이 형성된 탄소펠트로, 기공 내에 유황이 담겨지게 된다. 상기 양극용기(42)는 예를 들어, 상하단이 개방된 형태로 이루어지며 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속 소재로 제조된다. 또한 양극용기(42)의 표면에는 크롬, 몰리브덴 등을 주성분으로 하는 내식층이 코팅될 수 있다. 상기 양극용기(42)는 전지의 외형을 이루며 양극의 외부 단자의 역할도 수행할 수 있다.The positive electrode container 42 forms a positive electrode chamber 41 in an area between the insulators 20 and 21 installed at the upper and lower ends, respectively, and the solid electrolyte 43 therein. The positive electrode chamber 41 is filled with a felt collector 44 containing sulfur between the solid electrolyte 43. The felt collector 44 is, for example, carbon felt having pores formed therein, and sulfur is contained in the pores. The positive electrode container 42 is made of, for example, the upper and lower ends of an open shape and is made of a metal material such as aluminum or stainless steel. In addition, the surface of the anode container 42 may be coated with a corrosion resistant layer containing chromium, molybdenum and the like as a main component. The positive electrode container 42 forms an external appearance of a battery and may also serve as an external terminal of the positive electrode.

상기 고체전해질(43)은 나트륨 이온을 통과시킬 수 있는 베타알루미나 세라믹으로 이루어진다. 본 실시예에서 상기 고체전해질(43)은 상단과 하단이 개방된 형태로 이루어져 양극용기(42) 내부에 간격을 두고 설치된다. 상기 고체전해질(43) 내부는 음극실(45)을 이룬다. The solid electrolyte 43 is made of beta alumina ceramic that can pass sodium ions. In the present embodiment, the solid electrolyte 43 is formed at an upper end and a lower end in an open shape, and is installed at intervals inside the positive electrode container 42. The solid electrolyte 43 forms a cathode chamber 45.

상기 고체전해질(43)과 양극용기(42) 사이에는 절연체(20,21)가 설치된다. 상기 절연체(20,21)는 알파알루미나 세라믹으로 이루어진다. 상기 절연체(20,21)는 양극실을 이루는 양극용기(42)와 음극실(45)의 다공질폼(46) 사이를 절연시켜 쇼트(short)를 방지하게 된다. 상기 절연체(20,21)는 두 개가 한 조를 이루어, 양극용기(42)의 상단과 하단에 각각 접합된다. 상기 두 개의 절연체(20,21)는 동일한 구조로 이루어져 서로 대향 배치될 수 있다.Insulators 20 and 21 are installed between the solid electrolyte 43 and the positive electrode container 42. The insulators 20 and 21 are made of alpha alumina ceramic. The insulators 20 and 21 insulate between the positive electrode container 42 constituting the positive electrode chamber and the porous foam 46 of the negative electrode chamber 45 to prevent short. Two insulators 20 and 21 are formed in a pair, and are bonded to upper and lower ends of the positive electrode container 42, respectively. The two insulators 20 and 21 may have the same structure and may be disposed to face each other.

상기 절연체(20,21)의 내측면에 고체전해질(43)이 유리 접합 공정을 통해 접합되며, 외측면에는 양극용기(42)가 열압축접합(TCB;Thermal Compression Bonding) 공정을 통해 접합된다. 상기 전지부의 상단과 하단에는 음극판(28,29)이 설치되어, 고체전해질(43) 내부의 음극실(45)을 밀봉하게 된다.The solid electrolyte 43 is bonded to the inner surfaces of the insulators 20 and 21 through a glass bonding process, and the anode vessel 42 is bonded to the outer surfaces through a thermal compression bonding (TCB) process. Negative electrode plates 28 and 29 are installed at upper and lower ends of the battery unit to seal the negative electrode chamber 45 inside the solid electrolyte 43.

이에, 본 전지부는 지면에 세워졌을 때, 상단과 하단에 각각 음극판(28,29)이 위치하게 되어, 각 음극판(28,29)을 통해 음극용기(50)와 나트륨 제거부(60)를 음극실(45)에 용이하게 연결할 수 있게 된다.Thus, when the battery unit is erected on the ground, the negative electrode plates 28 and 29 are positioned at the upper and lower ends, respectively, and the negative electrode container 50 and the sodium removing unit 60 are negatively connected through the negative electrode plates 28 and 29. The thread 45 can be easily connected.

상기 음극용기(50)에 연결된 이송관(52)은 전지부(40) 상단의 음극판(28)을 지나 음극실(45)로 연장되어 다공질폼(46) 상단에 연결된다. 이에 이송관(52)을 통해 유통된 나트륨은 다공질폼(46)의 기공 내로 충전된다. The transfer pipe 52 connected to the negative electrode container 50 extends through the negative electrode plate 28 on the top of the battery unit 40 to the negative electrode chamber 45 and is connected to the top of the porous foam 46. Sodium passed through the transfer pipe 52 is filled into the pores of the porous foam 46.

본 실시예의 나트륨 제거부(60)는 위에서 언급한 구조와 동일하다. 다만, 진공탱크(64)에 연결된 배출관(62)은 전지부(40) 하단에 설치된 음극판(29)을 통해 음극실(45) 바닥에 바로 연결된다. 즉, 배출관(62)은 전지부(40) 하부에 배치된 진공탱크(64)에서 위쪽으로 연장되어, 바로 음극판(29)을 통해 음극실(45) 바닥에 연결된다.The sodium removal part 60 of this embodiment is the same as the structure mentioned above. However, the discharge pipe 62 connected to the vacuum tank 64 is directly connected to the bottom of the negative electrode chamber 45 through the negative plate 29 installed at the bottom of the battery unit 40. That is, the discharge pipe 62 extends upward from the vacuum tank 64 disposed below the battery unit 40, and is directly connected to the bottom of the negative electrode chamber 45 through the negative electrode plate 29.

이하, 도 1의 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 참조하여 그 작용을 살펴보면 다음과 같다. 도 2와 도 3에 예시된 실시예의 전지 역시 그 작용은 동일하다.Hereinafter, the operation of the sodium sulfur battery according to the embodiment of FIG. 1 will be described. The battery of the embodiment illustrated in FIGS. 2 and 3 also has the same function.

도 1에 도시된 바와 같이, 나트륨이 채워진 음극용기(50)로부터 액상의 나트륨이 이송관(52)을 통해 전지부(10)의 음극실(24)로 공급된다. 나트륨의 공급량은 전지 반응에 필요한 나트륨 양으로, 전지부의 크기나 구조에 따라 음극실로 공급될 최소한의 나트륨 양으로 결정될 수 있다. 이에, 음극실(24)에 전지 반응에 필요한 나트륨만이 수용될 수 있다. 따라서 전지부(10) 내부에 최소한의 나트륨만이 잔존하고 있어, 고체전해질(16) 파손시 대량의 나트륨이 유황과 반응하는 현상을 방지할 수 있게 된다.As shown in FIG. 1, the liquid sodium is supplied from the sodium container 50 filled with sodium to the cathode chamber 24 of the battery unit 10 through the transfer pipe 52. The amount of sodium supplied is the amount of sodium required for the battery reaction, and may be determined as the minimum amount of sodium to be supplied to the cathode chamber according to the size or structure of the battery compartment. Thus, only sodium necessary for battery reaction can be accommodated in the cathode chamber 24. Therefore, only the minimum sodium remains in the battery unit 10, it is possible to prevent the phenomenon that a large amount of sodium reacts with sulfur when the solid electrolyte 16 is damaged.

한편, 전지 구동에 따라 고체전해질 등의 파손에 의해 음극실 내의 나트륨이 양극실의 유황과 직접 반응하게 되면, 급격한 반응으로 고열이 발생된다. 전지 내부에서 고열이 발생되면 본 장치의 온도센서(68)가 이를 검출하게 되고, 상기 온도센서(68)의 검출값을 연산한 컨트롤러(70)는 개폐밸브(66)를 개방작동하게 된다.On the other hand, when sodium in the negative electrode chamber reacts directly with the sulfur in the positive electrode chamber due to breakage of a solid electrolyte or the like as the battery is driven, high heat is generated by rapid reaction. When high heat is generated inside the battery, the temperature sensor 68 of the apparatus detects this, and the controller 70 that calculates the detection value of the temperature sensor 68 opens the opening / closing valve 66.

개폐밸브(66)가 개방작동됨에 따라 배출관(62)을 통해 진공탱크(64)와 전지의 음극실(24)이 연통된다. 상기 진공탱크(64)는 내부에 진공압이 형성되어 있어서, 음극실(24)에는 배출관(62)을 통해 진공탱크의 진공압이 걸리게 된다. 따라서 음극실(24) 내부의 나트륨이 배출관(62)을 통해 진공탱크(64)로 순식간에 빨려나가게 된다. As the open / close valve 66 is opened, the vacuum tank 64 and the negative electrode chamber 24 of the battery communicate with each other through the discharge pipe 62. The vacuum tank 64 has a vacuum pressure formed therein, and the cathode chamber 24 receives the vacuum pressure of the vacuum tank through the discharge pipe 62. Therefore, sodium in the cathode chamber 24 is sucked into the vacuum tank 64 through the discharge pipe 62 in an instant.

이와 같이, 음극실 내부의 나트륨이 음극실로부터 전지 외측에 구비된 진공탱크로 빠져나감에 따라 전지 내부에는 유황과 반응할 나트륨이 남지 않게 된다. 따라서 나트륨과 유황의 직접적인 반응은 더 이상 일어나지 않게 되어 전지를 안전성을 확보할 수 있게 된다.In this way, as sodium in the negative electrode chamber escapes from the negative electrode chamber into the vacuum tank provided outside the battery, sodium inside the battery does not remain to react with sulfur. Therefore, the direct reaction between sodium and sulfur will no longer occur and the safety of the battery can be ensured.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.While the illustrative embodiments of the present invention have been shown and described, various modifications and alternative embodiments may be made by those skilled in the art. Such variations and other embodiments will be considered and included in the appended claims, all without departing from the true spirit and scope of the invention.

10,40 : 전지부 12,41 : 양극실
14,42 : 양극용기 16,43 : 고체전해질
18 : 안전관 20,21 : 절연체
24,44 : 음극실 50 : 음극용기
52 : 이송관 60 : 나트륨 제거부
62 : 배출관 64 : 진공탱크
66 : 개폐밸브 68 : 온도센서
70 : 컨트롤러
10,40: battery part 12,41: anode chamber
14,42 positive electrode container 16,43 solid electrolyte
18: safety tube 20, 21: insulator
24,44 cathode chamber 50 cathode container
52: transfer pipe 60: sodium removal unit
62: discharge pipe 64: vacuum tank
66: on-off valve 68: temperature sensor
70: controller

Claims (13)

유황이 수용되는 양극실과, 나트륨이 수용되는 음극실, 양극실과 음극실 사이에 설치되어 나트륨 이온만을 선택적으로 이동시키는 고체전해질을 포함하여 충방전이 이루어지는 전지부와;
상기 음극실과 연결되어 음극실 내의 나트륨을 선택적으로 제거하는 나트륨 제거부
를 포함하는 나트륨 유황 전지.
A battery unit including charge and discharge, including a positive electrode chamber containing sulfur, a negative electrode chamber containing sodium, and a solid electrolyte which selectively moves only sodium ions between the positive electrode chamber and the negative electrode chamber;
Sodium removal unit connected to the cathode chamber to selectively remove sodium in the cathode chamber
≪ / RTI >
제 1 항에 있어서,
상기 전지부의 외측에 배치되고 내부에는 나트륨을 수용하며, 상기 음극실과 연결되어 나트륨을 공급하는 음극용기를 더 포함하는 나트륨 유황 전지.
The method of claim 1,
And a cathode container disposed outside the battery unit and accommodating sodium therein and connected to the cathode chamber to supply sodium.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 나트륨 제거부는 상기 음극실에 연결되고 양극용기 외측으로 연장되어 나트륨이 이송되는 배출관과, 상기 배출관에 연결되고 내부에 진공압이 형성된 진공탱크와, 상기 배출관 일측에 설치되어 배출관을 개폐하는 개폐밸브를 포함하는 나트륨 유황 전지.
3. The method according to claim 1 or 2,
The sodium removing unit is connected to the cathode chamber and extends to the outside of the anode vessel to transport sodium, a vacuum tank connected to the discharge pipe and having a vacuum pressure formed therein, and an opening / closing valve installed at one side of the discharge pipe to open and close the discharge pipe. Sodium sulfur battery comprising a.
제 3 항에 있어서,
상기 나트륨 제거부는 상기 전지부의 온도를 검출하는 온도센서와, 상기 온도센서의 검출값을 연산하여 상기 개폐밸브를 제어작동하는 컨트롤러를 더 포함하는 나트륨 유황 전지.
The method of claim 3, wherein
The sodium removing unit further comprises a temperature sensor for detecting the temperature of the battery unit, and a controller for controlling the opening and closing valve by calculating the detected value of the temperature sensor.
제 4 항에 있어서,
상기 나트륨 제거부는 상기 전지부의 하부에 배치되는 나트륨 유황 전지.
5. The method of claim 4,
The sodium removal unit is a sodium sulfur battery disposed in the lower portion of the battery unit.
제 4 항에 있어서,
상기 나트륨 제거부는 상기 음극실의 바닥에 연결된 구조의 나트륨 유황 전지.
5. The method of claim 4,
The sodium removal unit of the sodium sulfur battery of the structure connected to the bottom of the cathode chamber.
제 6 항에 있어서,
상기 나트륨 제거부는 배출관이 음극실 바닥에 연결되고 전지부의 하단에 설치된 음극판을 지나 외측 하부로 연장된 구조의 나트륨 유황 전지.
The method according to claim 6,
The sodium removing unit is a sodium sulfur battery structure of the discharge pipe is connected to the bottom of the negative electrode chamber and extends to the outer bottom through the negative plate installed at the bottom of the battery unit.
제 6 항에 있어서,
상기 나트륨 제거부는 배출관이 전지부 상부로 연장되어 상단에 설치된 음극판을 지나 내측 바닥으로 연장된 구조의 나트륨 유황 전지.
The method according to claim 6,
The sodium removal unit is a sodium sulfur battery structure of the discharge pipe extending to the inner bottom through the negative plate installed on the top extending to the top of the battery unit.
제 4 항에 있어서,
상기 전지부는 상단이 개구되고 내부에 상기 양극실을 형성하는 양극용기와, 상기 양극용기 내에 설치되며 내부에 음극실을 형성하는 고체전해질, 상기 양극용기와 상기 고체전해질 사이에 설치되어 양극실과 음극실 사이를 절연하는 절연체, 상기 절연체에 설치되어 상기 고체전해질 내부의 음극실을 차단하는 음극판을 포함하는 나트륨 유황 전지.
5. The method of claim 4,
The battery unit has a positive electrode container having an upper end opening and forming the positive electrode chamber therein, a solid electrolyte installed in the positive electrode container and forming a negative electrode chamber therein, and installed between the positive electrode container and the solid electrolyte and having a positive electrode chamber and a negative electrode chamber. Sodium sulfur battery comprising an insulator to insulate between, the negative electrode plate provided on the insulator to block the cathode chamber inside the solid electrolyte.
제 9 항에 있어서,
상기 고체전해질 내면에 간격을 두고 설치되며, 고체전해질 사이에 상기 음극실을 형성하는 안전관을 더 포함하는 나트륨 유황 전지.
The method of claim 9,
Sodium sulfur battery further comprises a safety tube provided on the inner surface of the solid electrolyte spaced apart, forming the cathode chamber between the solid electrolyte.
제 9 항에 있어서,
상기 전지부는 상기 음극실 내에 설치되며, 내부에 오픈셀 형태의 기공이 형성되어 나트륨이 충전된 다공질폼을 더 포함하는 나트륨 유황 전지.
The method of claim 9,
The battery unit is installed in the cathode chamber, the open-cell type pores are formed therein further comprises a sodium-filled porous foam sodium sodium battery.
제 4 항에 있어서,
상기 전지부는 양 선단이 개구되고 내부에 상기 양극실을 형성하는 양극용기와, 상기 양극용기 내에 설치되며 양 선단이 개구되고 내부에 음극실을 형성하는 고체전해질, 상기 양극용기의 양 선단에 각각 배치되고 양극용기와 고체전해질 사이에 설치되어 양극실과 음극실 사이를 절연하는 절연체, 상기 각 절연체에 설치되어 상기 고체전해질 내부의 음극실 차단하는 음극판을 포함하는 나트륨 유황 전지.
5. The method of claim 4,
The battery unit includes a positive electrode container having both ends open and forming the positive electrode chamber therein, a solid electrolyte installed in the positive electrode container and having both ends open and forming a negative electrode chamber therein, and disposed at both ends of the positive electrode container, respectively. And an insulator installed between the cathode container and the solid electrolyte to insulate between the anode chamber and the cathode chamber, and installed on each of the insulators, and including a cathode plate blocking the cathode chamber inside the solid electrolyte.
제 12 항에 있어서,
상기 전지부는 상기 음극실 내에 설치되며, 내부에 오픈셀 형태의 기공이 형성되어 나트륨이 충전된 다공질폼을 더 포함하는 나트륨 유황 전지.
13. The method of claim 12,
The battery unit is installed in the cathode chamber, the open-cell type pores are formed therein further comprises a sodium-filled porous foam sodium sodium battery.
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