KR20140085763A - Sodium-sulfur rechargeable battery - Google Patents

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KR20140085763A
KR20140085763A KR1020120155097A KR20120155097A KR20140085763A KR 20140085763 A KR20140085763 A KR 20140085763A KR 1020120155097 A KR1020120155097 A KR 1020120155097A KR 20120155097 A KR20120155097 A KR 20120155097A KR 20140085763 A KR20140085763 A KR 20140085763A
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sodium
electrolyte tube
electrolyte
negative electrode
electrode container
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KR1020120155097A
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조남웅
조문규
박순홍
이창희
정기영
박윤철
김고운
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재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

Provided is a sodium sulfur battery that is capable of increasing battery efficiency and output by increasing the amount of sodium filled in an electrolyte tube to be proportional to the amount of sulfur. The present invention includes: a positive electrode container that accommodates sulfur; a negative electrode container that accommodates sodium; an electrolyte tube that is disposed between the positive electrode container and the negative electrode container, and allows only a sodium ion to be selectively moved; and an insulator that is disposed between the negative electrode container and the positive electrode container, and insulates the negative electrode container and the positive electrode container. The length of the width of the electrolyte tube is relatively greater than the length of the thickness of the electrolyte tube.

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 전지 출력을 향상시킬 수 있도록 된 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 capable of improving battery output.

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 이동하여 유황 및 전자와 반응함으로써 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 moves between the cathode and the anode through the beta alumina, which is an electrolyte tube, and reacts with sulfur and electrons to charge and discharge the battery.

여기서 종래의 전지는 원통형태로 이루어져 전해질관 역시 원형 튜브 형태를 이룸에 따라, 전지의 출력을 높이는 데 어려움이 있다.In this case, since the conventional battery has a cylindrical shape and the electrolyte pipe also has a circular tube shape, it is difficult to increase the output of the battery.

즉, 전해질관의 내부에는 나트륨이 채워져 내면과 접하고 전해질관의 외부에는 양극용기와의 사이에 유황이 채워져 전해질관의 외면에 접하게 된다.That is, the inside of the electrolyte tube is filled with sodium to be in contact with the inner surface, and the outside of the electrolyte tube is filled with sulfur between itself and the positive electrode container and is brought into contact with the outer surface of the electrolyte tube.

그런데, 상기 전해질관은 원통형태로, 전지 반응은 전해질관의 원형 표면에서만 일어나므로, 반응면적에 제한이 있고, 이는 출력을 높이는 데 한계로 작용하게 된다. 또한, 나트륨이 채워지는 공간은 유황이 채워지는 양극용기와 비교하여 상대적으로 작아 반응량에 있어서 서로 비례하지 않는다.However, since the electrolyte tube is in the form of a cylinder and the cell reaction occurs only on the circular surface of the electrolyte tube, there is a limitation in the reaction area, which is a limit to increase the output. In addition, the space filled with sodium is relatively small in comparison with the anode container filled with sulfur, and is not proportional to the amount of the reaction.

이와 같이 종래의 원통형 전지로는 반응면적이 작고 나트륨과 유황의 양이 서로 비례하지 않고 상대적으로 나트륨의 양이 작아, 전지의 효율이 떨어지며 전지의 출력을 높이는 데 한계가 있다.As described above, in the conventional cylindrical battery, the reaction area is small and the amount of sodium is not proportional to the amount of sodium and sulfur, so that the efficiency of the battery is low and the output of the battery is limited.

또한, 종래의 전지는 전해질관이 원통형태로 이루어져 열이나 기계적 진동 등의 충격에 의해 파손될 가능성이 큰 단점이 있다. In addition, the conventional battery has a disadvantage in that the electrolyte tube is formed in a cylindrical shape and is likely to be damaged by an impact such as heat or mechanical vibration.

이에, 반응 표면적을 넓혀 전지의 출력을 증가시킬 수 있도록 된 나트륨 유황 전지를 제공한다.Accordingly, there is provided a sodium sulfur battery which can increase the output of the battery by widening the reaction surface area.

또한, 전해질관 내에 채워지는 나트륨의 양을 늘려 유황 양과 비례하도록 함으로써, 전지의 효율을 높이고 출력을 증대시킬 수 있도록 된 나트륨 유황 전지를 제공한다.Further, the present invention provides a sodium sulfur battery capable of increasing the efficiency of the battery and increasing the output by increasing the amount of sodium filled in the electrolyte tube so as to be proportional to the amount of sulfur.

또한, 외부 충격에 대한 내구성을 높일 수 있도록 된 나트륨 유황 전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a sodium sulfur battery capable of enhancing durability against an external impact.

이를 위해 본 나트륨 유황 전지는 유황을 수용하는 양극용기와, 나트륨을 수용하는 음극용기, 양극용기와 음극용기 사이에 설치되고 나트륨 이온만을 선택적으로 이동시키는 전해질관, 음극용기와 양극용기 사이에 설치되어 음극용기와 양극용기를 절연시키는 절연체를 포함하고, To this end, the present sodium sulfur battery comprises a positive electrode vessel for containing sulfur, a negative electrode vessel for containing sodium, an electrolyte tube disposed between the positive electrode vessel and the negative electrode vessel for selectively transferring only sodium ions, And an insulator for insulating the negative electrode container from the positive electrode container,

상기 전해질관은 두께에 대해 폭의 길이가 상대적으로 긴 구조일 수 있다.The electrolyte tube may have a relatively long width with respect to the thickness.

상기 전해질관은 타원형태로 이루어질 수 있다.The electrolyte tube may have an elliptical shape.

상기 전해질관은 직사각 단면형태를 이루고, 양 측단은 호형태로 만곡된 구조일 수 있다.The electrolyte tube may have a rectangular cross-sectional shape, and both ends may have a curved shape.

상기 음극용기 또는 상기 양극용기는 상기 전해질관과 대응되는 형태로 이루어질 수 있다.The cathode container or the cathode container may have a shape corresponding to the electrolyte pipe.

상기 전해질관은 내부를 복수개의 영역으로 분할하는 적어도 하나 이상의 격벽을 더 포함할 수 있다.The electrolyte tube may further include at least one partition wall dividing the interior of the electrolyte tube into a plurality of regions.

상기 격벽은 전해질관의 폭 방향을 따라 간격을 두고 배치될 수 있다.The partition walls may be disposed at intervals along the width direction of the electrolyte pipe.

상기 음극용기는 상기 복수개의 영역에 대응되는 개수로 구비되어 각 영역에 수용되는 구조일 수 있다.The negative electrode container may have a structure corresponding to the plurality of regions and may be accommodated in the respective regions.

상기 복수개의 영역에 수용되는 음극용기는 각 영역에 대응되는 형태로 이루어질 수 있다.The cathode vessels accommodated in the plurality of regions may have a shape corresponding to each region.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 전해질관의 형태를 개선하여 반응 표면적을 증대시킴으로써, 전지의 출력을 높일 수 있게 된다.As described above, according to this embodiment, by improving the shape of the electrolyte pipe to increase the reaction surface area, the output of the battery can be increased.

또한, 전해질관의 구조적 강성을 높여 내구성을 높이고 전지의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.In addition, the structural rigidity of the electrolyte pipe can be increased to enhance the durability and extend the service life of the battery.

또한, 전지 내에 적재되는 나트륨과 유황의 양이 서로 비례되도록 함으로써, 전지의 크기 대비 전지 효율을 극대화할 수 있고, 출력을 증강시킬 수 있게 된다.In addition, by making the amount of sodium and sulfur contained in the battery proportional to each other, the battery efficiency can be maximized and the output can be increased compared to the size of the battery.

도 1은 본 실시예에 따른 나트륨 유황 전지의 외형을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 나트륨 유황 전지로 도 1의 A-A 선 단면도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 나트륨 유황 전지로 도 1의 B-B 선 단면도이다.
도 4는 또다른 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 도시한 단면도이다.1 is a perspective view showing the outline of a sodium sulfur battery according to the present embodiment.
2 is a sectional view of the sodium sulfur battery according to the present embodiment taken along line AA of Fig.
3 is a sectional view taken along the line BB of Fig. 1 showing a sodium sulfur battery according to the present embodiment.
4 is a cross-sectional view showing a sodium sulfur battery according to another embodiment.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도에서 다양한 형태로 변형될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.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 the embodiments described below may be modified in various forms without departing from the spirit and scope of the present invention, .

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다.The drawings are schematic and illustrate that they are not drawn to scale. The relative dimensions and ratios of the parts in the figures are shown exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the figures, and any dimensions are merely illustrative and not restrictive.

도 1은 본 실시예에 따른 나트륨 유황 전지의 외형을 도시하고 있으며, 도 2와 도 3은 본 실시예에 따른 나트륨 유황 전지의 단면을 도시하고 있다.FIG. 1 shows an outline of a sodium sulfur battery according to the present embodiment, and FIGS. 2 and 3 show cross sections of a sodium sulfur battery according to the present embodiment.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 나트륨 유황 전지(100)는 나트륨 이온을 통과시킬 수 있는 베타알루미나 세라믹으로 제조된 전해질관(10)과, 전해질관(10)의 내부에 위치하고 나트륨이 채워진 음극용기(12)와, 전해질관(10)의 외부에 위치하는 양극용기(14), 음극용기(12)와 양극용기(14) 사이를 절연시키는 절연체(16)를 포함한다.1 and 2, the sodium sulfur battery 100 of the present embodiment includes an electrolyte tube 10 made of beta alumina ceramics capable of passing sodium ions, and an electrolyte tube 10 disposed inside the electrolyte tube 10 A negative electrode container 12 filled with sodium and a positive electrode container 14 located outside the electrolyte pipe 10 and an insulator 16 insulating the negative electrode container 12 and the positive electrode container 14 from each other.

상기 양극용기(14)는 전해질관(10) 외측에 배치되며, 내부에는 전해질관(10)과의 사이에 유황이 담겨진 펠트집전체(18)가 채워진다. 펠트집전체(18)는 예를 들어, 내부에 기공이 형성된 탄소펠트로, 기공 내에 유황이 담겨지게 된다. 음극용기(12)와 양극용기(14) 사이에는 절연체(16)가 설치되어 음극용기(12)와 양극용기(14)를 절연시킨다. The positive electrode container 14 is disposed outside the electrolyte pipe 10, and a felt collector 18 containing sulfur is filled between the positive electrode container 14 and the electrolyte pipe 10. In the felt collector 18, for example, carbon felt having pores formed therein, sulfur is contained in the pores. An insulator 16 is provided between the negative electrode container 12 and the positive electrode container 14 to insulate the negative electrode container 12 and the positive electrode container 14 from each other.

상기 양극용기(14)는 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속 소재로 이루어진다. 또한 양극용기(14)의 표면에는 크롬, 몰리브덴 등을 주성분으로 하는 내식층이 코팅될 수 있다. 상기 양극용기(14)는 양극의 외부 단자의 역할도 수행한다.The positive electrode container 14 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 also serves as an external terminal of the positive electrode.

상기 음극용기(12)는 내부에 나트륨이 수용되며, 상기 전해질관(10) 내측에 배치된다. 상기 음극용기(12)는 양극용기(14)와 동일하게 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속 소재로 이루어질 수 있다. 음극용기(12)의 표면에는 크롬, 몰리브덴 등을 주성분으로 하는 내식층이 코팅될 수 있다. 상기 음극용기(12)는 음극의 외부 단자의 역할도 수행한다.The negative electrode container 12 has sodium therein and is disposed inside the electrolyte pipe 10. The anode container 12 may be made of a metal material such as aluminum or stainless steel in the same manner as the anode container 14. The surface of the negative electrode container 12 may be coated with a corrosion resistant layer composed mainly of chromium, molybdenum, or the like. The cathode vessel 12 also serves as an external terminal of the cathode.

상기 음극용기(12)의 하단에는 음극용기(12)에 채워진 나트륨이 전해질관(10)과 접촉할 수 있도록 나트륨이 빠져나올 수 있는 개구부(13)가 형성된다. 상기 개구부(13)를 통해 나온 나트륨은 전해질관(10)과 음극용기(12) 사이에 채워져 전해질관(10)의 내벽과 접촉한다.In the lower end of the cathode vessel 12, an opening 13 through which the sodium can escape so that sodium filled in the anode vessel 12 can contact the electrolyte tube 10 is formed. Sodium which has passed through the opening 13 is filled between the electrolyte tube 10 and the cathode vessel 12 and comes into contact with the inner wall of the electrolyte tube 10.

상기 절연체(16)는 알파알루미나 세라믹으로 이루어지며 양극 용기와 음극용기(12)를 절연시킨다. 상기 절연체(16)는 전해질관(10)과 세라믹접합에 의해 접합된다. 상기 양극용기(14)는 알루미늄 재질로 이루어지고 알파알루미나 세라믹인 절연체(16)와는 열간압입에 의해서 접합된다.The insulator 16 is made of alpha-alumina ceramic and insulates the positive electrode container and the negative electrode container 12 from each other. The insulator 16 is bonded to the electrolyte tube 10 by ceramic bonding. The positive electrode container 14 is made of an aluminum material and joined to the insulator 16, which is an alpha-alumina ceramic, by hot pressing.

본 나트륨 유황 전지(100)는 음극으로 나트륨을 사용하고 양극으로 유황을 사용한다. 이에 본 나트륨 유황 전지(100)의 방전 시에는 나트륨이온이 전해질관(10)을 통과하여 양극 측으로 이동하고 유황 및 전자와 반응하여 다황화나트륨이 된다. 충전 시에는 다황화나트륨이 전자를 방출하여 나트륨이온과 유황으로 분리된다. 나트륨이온은 전해질관(10)을 통과하여 음극 측으로 이동하고 전자를 받아 나트륨으로 복귀한다. 나트륨 유황 전지(100)의 충방전은 대략 300℃ 내지 350℃ 온도에서 이루어진다.This sodium sulfur battery (100) uses sodium as a cathode and sulfur as an anode. During the discharge of the sodium sulfur battery 100, the sodium ions migrate to the anode side through the electrolyte tube 10 and react with sulfur and electrons to form sodium polysulfide. At the time of charging, sodium polysulfide releases electrons and separates into sodium ion and sulfur. The sodium ion passes through the electrolytic tube 10, moves to the cathode side, receives electrons, and returns to sodium. Charging and discharging of the sodium sulfur battery 100 is performed at a temperature of approximately 300 to 350 ° C.

상기 전해질관(10)은 나트륨 이온을 통과시킬 수 있는 베타알루미나 세라믹으로 이루어진다. 상기 전해질관(10)은 바닥이 있는 용기 형태로, 소정 간격을 두고 음극용기(12)를 감싸며 설치된다.The electrolyte tube 10 is made of a beta alumina ceramic capable of passing sodium ions. The electrolyte tube 10 is installed in the form of a container with a bottom, with the cathode container 12 being wrapped at a predetermined interval.

본 나트륨 유황 전지(100)는 음극으로 나트륨을 사용하고 양극으로 유황을 사용한다. 이에 본 나트륨 유황 전지(100)의 방전 시에는 나트륨이온이 전해질관(10)을 통과하여 양극 측으로 이동하고 유황 및 전자와 반응하여 다황화나트륨이 된다. 충전 시에는 다황화나트륨이 전자를 방출하여 나트륨이온과 유황으로 분리된다. 나트륨이온은 전해질관(10)을 통과하여 음극 측으로 이동하고 전자를 받아 나트륨으로 복귀한다. 나트륨 유황 전지(100)의 충방전은 대략 300℃ 내지 350℃ 온도에서 이루어진다.This sodium sulfur battery (100) uses sodium as a cathode and sulfur as an anode. During the discharge of the sodium sulfur battery 100, the sodium ions migrate to the anode side through the electrolyte tube 10 and react with sulfur and electrons to form sodium polysulfide. At the time of charging, sodium polysulfide releases electrons and separates into sodium ion and sulfur. The sodium ion passes through the electrolytic tube 10, moves to the cathode side, receives electrons, and returns to sodium. Charging and discharging of the sodium sulfur battery 100 is performed at a temperature of approximately 300 to 350 ° C.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전해질관(10)은 두께에 대해 폭의 길이가 상대적으로 긴 구조로 되어 있다. 여기서 전해질관(10)의 두께라 함은 도 3에서 Y방향에 대한 길이를 의미하고, 폭은 X방향에 대한 길이를 의미한다.As shown in FIG. 3, the electrolyte tube 10 has a relatively long width in relation to its thickness. Here, the thickness of the electrolyte tube 10 refers to the length in the Y direction in FIG. 3, and the width means the length in the X direction.

본 실시예에서, 상기 전해질관(10)은 두께에 대해 폭이 길어 전후면이 평면을 이루며, 전후면과 연결되는 양 측단은 호형태로 만곡된 구조로 되어 있다. 이러한 구조는 종래 원통형 전해질관(10)을 폭방향으로 길게 연장한 것과 같은 구조로, 전해질관(10) 내부에 보다 많은 나트륨을 수용할 수 있게 된다.In the present embodiment, the electrolyte tube 10 has a width that is longer than the thickness of the electrolyte tube 10 so that the front and rear surfaces thereof are flat, and both ends connected to the front and rear surfaces are curved. This structure allows the conventional cylindrical electrolyte tube 10 to accommodate more sodium in the electrolyte tube 10 with a structure that is elongated in the width direction.

상기 전해질관(10)은 상기한 구조 외에, 직사각형 단면구조 또는 타원형태 등 두께에 대해 폭의 길이가 긴 구조면 모두 적용가능하다.In addition to the above-described structure, the electrolyte tube 10 can be applied to any structure having a long width, such as a rectangular cross-sectional structure or an elliptical shape.

이와 같이 전해질관(10)은 측면이 평면을 이루는 평면관 형태를 이룸에 따라 반응면적을 보다 증대시킬 수 있게 된다. As described above, since the electrolyte pipe 10 has a planar shape with a flat side face, the reaction area can be further increased.

상기 음극용기는 전해질관(10) 내부에 배치되며 전해질관(10)과 대응되는 형태로 이루어진다. The cathode vessel is disposed inside the electrolyte tube 10 and corresponds to the electrolyte tube 10.

또한, 상기 양극용기(14)는 상기 전해질관(14)과 대응되도록 두께에 대해 폭의 길이가 긴 직사각형 단면구조로 이루어진다.In addition, the positive electrode container 14 has a rectangular cross-sectional structure with a long width corresponding to the thickness of the electrolyte pipe 14.

한편, 도 4는 나트륨 유황 전지의 또다른 실시예를 도시하고 있다.On the other hand, Fig. 4 shows another embodiment of the sodium sulfur battery.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 나트륨 유황 전지는 상기 전해질관(10) 내부를 복수개의 영역(22)으로 분할하는 적어도 하나 이상의 격벽(20)을 더 포함한다. 상기 전해질관(10)은 언급한 바와 같이 폭방향으로 길게 연장되어 있어서, 상기 격벽(20)은 전해질관(10)의 폭 방향을 따라 간격을 두고 형성된다. 또한, 상기 각 격벽(20)은 전해질관(10)의 바닥에 연결되고 상부로 연장된다.As shown in FIG. 4, the sodium sulfur battery of the present embodiment further includes at least one partition 20 dividing the inside of the electrolyte tube 10 into a plurality of regions 22. As described above, the electrolyte pipe 10 is elongated in the width direction so that the barrier ribs 20 are formed at intervals along the width direction of the electrolyte pipe 10. The partition walls 20 are connected to the bottom of the electrolyte pipe 10 and extend upward.

상기 격벽(20)은 전해질관(10)과 동일한 재질로 이루어지며, 전해질관(10)에 일체로 형성될 수 있다. 상기 격벽(20)은 전해질관(10) 제조시 전해질관과 함께 성형하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 전해질관은 베타알루미나 세라믹 분말을 소성가공하여 성형하는 데, 이 과정에서 전해질관 내에 격벽(20)을 같이 성형하고 이를 소성하여 제조할 수 있다.The partition wall 20 is made of the same material as the electrolyte pipe 10 and can be formed integrally with the electrolyte pipe 10. The partition wall 20 may be manufactured by molding the electrolyte pipe 10 together with the electrolyte pipe. For example, the electrolytic tube is formed by baking and processing the beta alumina ceramic powder. In this process, the partition wall 20 may be formed in the electrolyte tube and fired.

상기 격벽(20)은 폭방향으로 길게 연장된 전해질관(10) 내부를 대략 유사한 크기의 영역(22)으로 분할하게 된다. 이에 상기 전해질관(10)은 폭방향으로 연장된 구조임에도 불구하고 내부에 형성된 격벽(20)에 의해 지지되어 내부 강성을 유지할 수 있게 된다.The partition wall 20 divides the interior of the electrolyte tube 10 extending in the width direction into regions 22 of substantially similar size. Therefore, the electrolyte pipe 10 is supported by the partition 20 formed inside the electrolyte pipe 10 in spite of the structure extending in the width direction, so that the internal rigidity can be maintained.

본 실시예에서, 상기 격벽(20)은 두 개가 간격을 두고 구비되어 전해질관(10) 내부를 3개의 영역(22)으로 분할하는 구조로 되어 있다. 상기 격벽(20)의 형성 개수나 이에 따라 전해질관(10) 내의 분할 영역(22)의 개수에 대해서는 이에 한정되지 않으며 다양하게 변형가능하다.In the present embodiment, the partition walls 20 are provided with two spaced apart portions, and the inside of the electrolyte pipe 10 is divided into three regions 22. The number of the partition walls 20 and the number of the divided regions 22 in the electrolyte pipe 10 are not limited to these, and may be variously modified.

상기 전해질관(10)은 폭방향으로 길게 연장된 형태를 이루나, 내부는 격벽(20)에 의해 3개의 영역(22)으로 나누어진 상태가 된다. 이에 본 실시예의 전지는 하나의 양극용기 내에서 다수개의 영역(22)을 갖는 전해질관(10)이 배치되어 각 영역(22)이 유황과 접하여 충방전을 하게 된다. 이러한 구조는 마치 원통형태의 전해질관(10) 3개가 일렬로 배치된 것과 유사하다. Although the electrolyte tube 10 is elongated in the width direction, the inside of the electrolyte tube 10 is divided into three regions 22 by the partition 20. Accordingly, in the battery of this embodiment, the electrolyte tube 10 having a plurality of regions 22 is disposed in one positive electrode container, and each region 22 is in contact with sulfur to charge and discharge. This structure is similar to the case where three cylindrical electrolytic tubes 10 are arranged in a line.

여기서 상기 격벽(20)에 의해 분할된 전해질관(10)의 각 영역(22)에는 나트륨이 수용된 음극용기(12)가 배치된다.Here, in each region 22 of the electrolyte tube 10 divided by the partition 20, a negative electrode container 12 containing sodium is disposed.

이를 위해, 상기 음극용기(12)는 상기 복수개의 영역(22)에 대응되는 개수로 구비되어 각 영역(22)에 수용되는 구조일 수 있다. 상기 음극용기는 이와 같이 3개가 별도로 구비될 수 있으며, 이와 달리, 하나의 음극용기의 하단이 각 영역(22)에 맞춰 분할된 구조일 수 있다. For this purpose, the cathode vessels 12 may be provided in a number corresponding to the plurality of regions 22 and accommodated in the respective regions 22. Alternatively, three cathodes may be separately provided, and the lower end of one cathode may be divided into the regions 22.

상기 복수개의 영역(22)에 수용되는 음극용기는 전해질관(10)의 각 영역(22)에 간격을 두고 배치되며 각 영역(22)의 형태와 대응되는 형태로 이루어질 수 있다.The cathode vessels accommodated in the plurality of regions 22 may be disposed at intervals in the respective regions 22 of the electrolyte tube 10 and correspond to the shapes of the regions 22.

상기 각 음극용기(12)는 나트륨이 수용되며, 양극용기(14)와 동일하게 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속 소재로 이루어질 수 있다. 음극용기(12)의 표면에는 크롬, 몰리브덴 등을 주성분으로 하는 내식층이 코팅될 수 있다. 상기 음극용기(12)는 음극의 외부 단자의 역할도 수행한다.Each of the cathode containers 12 may be made of a metal material such as aluminum, stainless steel, or the like, similar to the anode container 14, The surface of the negative electrode container 12 may be coated with a corrosion resistant layer composed mainly of chromium, molybdenum, or the like. The cathode vessel 12 also serves as an external terminal of the cathode.

또한, 상기 전해질관(10) 내부 영역(22)에 구비되는 각 음극용기(12)의 하단에는 음극용기(12)에 채워진 나트륨이 전해질관(10)과 접촉할 수 있도록 나트륨이 빠져나올 수 있는 개구부(13)가 형성된다. 상기 개구부(13)를 통해 나온 나트륨은 전해질관(10)과 음극용기(12) 사이에 채워져 전해질관(10)의 내벽과 접촉한다.At the lower end of each of the cathode vessels 12 provided in the inner region 22 of the electrolyte tube 10, the sodium filled in the cathode vessel 12 may be discharged to allow the sodium to escape from the electrolyte tube 10 An opening 13 is formed. Sodium which has passed through the opening 13 is filled between the electrolyte tube 10 and the cathode vessel 12 and comes into contact with the inner wall of the electrolyte tube 10.

이와 같이 본 나트륨 유황 전지(100)는 나트륨이 수용되는 전해질관(10)을 폭방향으로 길게 연장시킴으로써, 유황과 반응하는 나트륨의 수용량을 증대시킬 수 있게 된다. 따라서 전지 내에서 반응할 나트륨과 유황의 양이 비례하여 전지 효율을 높이고 전지의 출력을 증가시킬 수 있게 된다.As described above, the sodium-sulfur battery 100 can increase the capacity of the sodium reacting with sulfur by extending the electrolyte pipe 10 in which the sodium is contained, in the width direction. Accordingly, the amount of sodium and sulfur to be reacted in the cell is proportional to increase the cell efficiency and increase the output of the cell.

또한, 나트륨 유황 전지(100)에 있어서 전지 효율은 맴브레인 역할을 하는 전해질관(10)의 표면적에 비례한다. 즉, 나트륨 유황 전지(100)는 베타알루미나 세라믹의 표면 반응을 통해 전지(100)로 기능하게 되므로, 표면반응이 일어나는 표면적을 증대시키는 경우 전지의 효율이 높아지게 된다. 이에 본 전지는 상기와 같이, 전해질관(10)이 폭방향으로 길게 연장되어 비표면적이 증대된다. 따라서 음극의 나트륨과 양극의 유황은 전해질관의 증대된 표면에 접촉된다. 이에 접촉면적은 증대되고 이에 비례하여 전해질관(10)과 양극 및 음극의 반응성은 커지게 된다. 따라서 전지(100)의 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.Further, in the sodium sulfur battery 100, the cell efficiency is proportional to the surface area of the electrolyte tube 10 serving as a membrane. That is, since the sodium sulfur battery 100 functions as the battery 100 through the surface reaction of the beta alumina ceramics, the efficiency of the battery increases when the surface area where the surface reaction occurs is increased. Thus, as described above, the electrolyte tube 10 is elongated in the width direction to increase the specific surface area. Thus, the sodium in the cathode and the sulfur in the anode are in contact with the increased surface of the electrolyte tube. The contact area is increased and the reactivity between the electrolyte pipe 10 and the anode and the cathode is increased in proportion thereto. Therefore, the efficiency of the battery 100 can be maximized.

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 : 전해질관 12 : 음극용기
13 : 개구부 14 : 양극용기
16 : 절연체 18 : 펠트집전체
20 : 격벽 22 : 영역10: Electrolyte tube 12: Negative electrode container
13: opening 14: positive electrode container
16: Insulator 18: Felt collector
20: partition wall 22:

Claims (6)

유황을 수용하도록 적용된 양극용기와, 나트륨을 수용하도록 적용된 음극용기, 양극용기와 음극용기 사이에 설치되고 나트륨 이온만을 선택적으로 이동시키는 전해질관, 음극용기와 양극용기 사이에 설치되어 음극용기와 양극용기를 절연시키는 절연체를 포함하고,
상기 전해질관은 두께에 대해 폭의 길이가 상대적으로 긴 구조의 나트륨 유황 전지.A negative electrode container adapted to receive sodium; a negative electrode plate disposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate and selectively moving only sodium ions; a negative electrode plate disposed between the negative electrode plate and the positive electrode plate, And an insulator,
Wherein the electrolyte tube has a relatively long width with respect to the thickness. 제 1 항에 있어서,
상기 전해질관은 폭방향 양 측단이 호형태로 만곡된 구조의 나트륨 유황 전지.The method according to claim 1,
Wherein the electrolytic tube is curved at both ends in the width direction in an arc shape. 제 2 항에 있어서,
상기 음극용기 또는 상기 양극용기는 상기 전해질관과 대응되는 형태로 이루어진 나트륨 유황 전지.3. The method of claim 2,
Wherein the negative electrode container or the positive electrode container has a shape corresponding to the electrolyte pipe. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전해질관은 내부를 복수개의 영역으로 분할하는 적어도 하나 이상의 격벽을 더 포함하는 나트륨 유황 전지.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the electrolyte tube further comprises at least one partition wall dividing the inside into a plurality of regions. 제 4 항에 있어서,
상기 격벽은 전해질관의 폭 방향을 따라 간격을 두고 배치된 나트륨 유황 전지.5. The method of claim 4,
Wherein the barrier ribs are disposed at intervals along the width direction of the electrolyte tube. 제 5 항에 있어서,
상기 음극용기는 상기 복수개의 영역에 대응되는 개수로 구비되어 각 영역에 수용되는 구조의 나트륨 유황 전지.6. The method of claim 5,
Wherein the negative electrode container is provided in a number corresponding to the plurality of regions and is accommodated in each region.
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