KR20140087284A - 나트륨 유황 전지 - Google Patents

Abstract

안전관을 통한 안전성 확보의 한계를 극복하고, 전지의 안전성을 보다 높일 수 있으며, 전해질관 파손시 나트륨이나 유황을 전지에서 제거하여 전지의 안전성을 확보할 수 있도록, 나트륨을 담지하며 하부에 용융된 나트륨을 배출하는 배출공이 형성된 카트리지관, 상기 카트리지관을 수용하며 나트륨 이온을 통과시키는 고체전해질관, 상기 고체전해질관과 유황을 수용하는 양극용기, 상기 고체전해질관과 상기 양극용기를 상호 접합하면서 상기 고체전해질관과 상기 양극용기 사이의 공간을 폐쇄하는 절연부재, 상기 카트리지관 또는 양극용기로부터 나트륨 또는 유황을 선택적으로 제거하는 제거부를 포함하는 본 나트륨 유황 전지를 제공한다.

Description

나트륨 유황 전지{SODIUM-SULFUR RECHARGEABLE BATTERY}

본 발명은 나트륨 유황 전지에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 안전성을 높인 나트륨 유황 전지에 관한 것이다.

일반적으로, 나트륨 유황 전지는 에너지밀도 및 충방전 효율이 높고 자기방전이 없으며, 불규칙적인 충방전에도 성능의 저하가 없는 특성으로, 대용량 전력 저장용 전지로서 개발되고 있다.

나트륨 유황 전지는 음극 활물질로 나트륨(Na)을 사용하고, 양극 활물질로는 유황(S)을 사용하며, 고체 전해질로 나트륨 이온 전도성을 갖는 베타 알루미나를 사용한다. 나트륨 유황 전지는 고체전해질관 및 고체전해질관을 둘러싸는 양극용기를 포함한다. 상기 고체전해질관은 나트륨 이온만을 통과시키는 성질을 가진 베타 알루미나를 이용하여 한쪽 끝이 막힌 관(Tube) 형태로 제조된다. 음극용기의 내부는 나트륨으로 채워지고, 고체전해질관과 양극용기 사이에는 유황이 함침된 탄소펠트가 위치한다. 이에 나트륨 이온이 베타알루미나 전해질관을 통과하여 음극과 양극간을 이동함으로써 충방전이 이루어진다.

나트륨 유황전지에 고체전해질관으로 사용되는 베타 알루미나는 세라믹으로 전성과 연성이 매우 낮기 때문에, 약간의 균열만 있어도 쉽게 균열이 전파하며, 궁극적으로 전해질관 자체의 파괴를 유발할 가능성이 있다. 따라서 나트륨 유황전지를 구동하는 중에 전해질관에 균열이 가게 되면, 음극의 나트륨이 전해질관의 파손 부위를 통하여 양극부로 흘러 들어가 양극의 유황과 직접 접촉하게된다. 만약 유황과 나트륨이 직접 접촉하여 반응하게 되면, 다황화나트륨(Na₂S_x) 반응물을 생성하게 된다. 이러한 다황화나트륨의 생성반응은 엔탈피 변화가 300℃에서 -380 ~ -470kJ/mole의 값을 갖는 발열반응이다. 따라서, 나트륨 유황 전지에서 양극의 유황과 음극의 나트륨이 다량으로 반응하게 되면 나트륨 유황 전지는 정상 작동온도 이상으로 과열하게 되어 화재 및 폭발의 위험이 있다. 나트륨 유황 전지는 전지용량에 따라 다르지만 최고 약 700 ~ 800g의 나트륨을 전지 내에 담고 있다. 이와 같은 경우 전지 내의 모든 나트륨과 유황이 반응한다고 가정하면 최고 약 6 ~ 7MJ의 에너지를 발산하여 전지의 온도는 순간적으로 1000℃ 이상으로 상승하게 되고, 이는 화재 또는 폭발로 이어질 수 있다.

종래에는 상기와 같은 급격한 온도 상승을 방지하기 위해, 고체전해질관의 내측과 음극용기 사이에 소정의 간극을 두고 원통형 안전관이 설치된다. 나트륨은 안전관과 고체전해질관 사이에 형성된 간극 사이로 유입되어 전해질관에 접촉하게 된다. 이러한 안전관은 통상 열팽창계수가 큰 금속재, 예를 들어 알루미늄을 사용하여 제조된다.

상기 금속재 안전관의 열팽창계수(약 24ppm/K)는 베타알루미나(약 7.2ppm/K)에 비해 큰 열팽창계수를 가지므로, 고체전해질관이 파손될 경우 나트륨과 유황이 직접 접촉하여 발열반응이 일어나고 이로 인해 온도가 상승하면, 방사상으로 팽창되어 전해질관의 내벽에 밀착됨으로써 나트륨의 흐름을 차단하는 개념으로 설계되었다. 이에 추가적인 화학반응 및 이로 인한 발열을 막을 수 있게 된다.

이러한 종래의 구조는 금속재 안전관을 가공할 때 안전관과 고체전해질관 사이의 간극을 100㎛ 이내로 균일하게 유지할 수 있도록 금속관의 사이즈를 정밀하게 가공하여야 하므로 복잡한 설비의 구축이 요구되어 제조 비용이 높아지는 단점이 있으며, 가공오차로 인하여 간극이 허용치보다 크게 가공될 경우 온도 상승시에도 완전히 차단되지 않을 수 있으므로 안전성을 완벽하게 보장하지는 못한다.

또한, 상기한 종래의 전지는 고체전해질관의 파손부위가 커서 순간적인 대량 발열로 온도가 급격히 상승할 경우, 금속재 안전관 자체가 용융되어 그 형상을 유지할 수 없기 때문에 안전관으로서의 역할을 수행하지 못하는 경우가 발생된다.

또한, 나트륨 유황 전지는 통상 베타 알루미나로 제작된 고체전해질관 상부를 알파 알루미나로 제작된 절연링으로 접합을 한다. 이때 베타 알루미나와 알파 알루미나는 유리밀봉재로 접합을 하는 데, 이 유리질 접합부는 온도가 상승할 경우 파손하게 되어 음극용기 내부에 있는 대량의 나트륨과 유황의 직접 반응으로 인한 급격한 발열은 차단할 수 없다는 문제점을 내포하고 있다.

이에, 전지의 안전성을 확보할 수 있도록 된 나트륨 유황 전지를 제공한다.

또한, 기존의 구조로는 단전지의 온도 상승을 제한할 수 없는 상황이 발생할 경우에도 카트리지관 내부에 잔존하는 다량의 나트륨과 유황의 반응을 제한함으로써 나트륨과 유황의 추가반응을 방지할 수 있도록 된 나트륨 유황 전지를 제공한다.

또한, 전해질관 파손시 나트륨의 공급을 원천적으로 차단하여 전지의 안전성을 확보할 수 있도록 된 나트륨 유황 전지를 제공한다.

이를 위해 본 나트륨 유황 전지는, 나트륨을 담지하며 하부에 용융된 나트륨을 배출하는 배출공이 형성된 카트리지관, 상기 카트리지관을 수용하며 나트륨 이온을 통과시키는 고체전해질관, 상기 고체전해질관과 유황을 수용하는 양극용기, 상기 고체전해질관과 상기 양극용기 사이에 설치되는 절연부재, 상기 카트리지관 또는 양극용기로부터 나트륨 또는 유황을 선택적으로 제거하는 제거부를 포함할 수 있다.

상기 제거부는 상기 카트리지관에 연결되고 양극용기 외측으로 연장되어 나트륨이 이송되는 배출관과, 상기 배출관에 연결되고 내부에 진공압이 형성된 진공탱크와, 상기 배출관 일측에 설치되어 배출관을 개폐하는 개폐밸브를 포함하여 카트리지관으로부터 나트륨을 제거하는 구조일 수 있다.

상기 배출관은 그 선단이 카트리지관의 내측 바닥으로 연장된 구조일 수 있다.

상기 제거부는 상기 양극용기에 연결되고 양극용기 외측으로 연장되어 유황이 이송되는 배출관과, 상기 배출관에 연결되고 내부에 진공압이 형성된 진공탱크와, 상기 배출관 일측에 설치되어 배출관을 개폐하는 개폐밸브를 포함하여 양극용기로부터 유황을 제거하는 구조일 수 있다.

상기 제거부는 상기 전지의 온도를 검출하는 온도센서와, 상기 온도센서의 검출값을 연산하여 상기 개폐밸브를 제어작동하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.

상기 양극용기에 연결되는 배출관은 양극용기의 하부에 연결되는 구조일 수 있다.

상기 카트리지관과 상기 고체전해질관 사이에 설치되는 안전관을 더 포함할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 고체전해질 파손과 같은 비정상적인 상황에서 전지 내부의 나트륨 또는 유황을 전지 외부로 제거함으로써 나트륨과 유황의 반응을 원천적으로 차단할 수 있게 된다.

이에, 나트륨과 유황의 급속한 반응으로 인한 전지 온도 상승과 폭발의 위험을 낮추고 전지의 안전성을 높일 수 있게 된다.

또한, 안전관 없이도 전지의 안전성을 높일 수 있게 되며, 안전관의 작동과 병행하여 사용될 수 있다.

또한, 안전관이나 고체전해질관 등의 부품간 미세 틈 조절이 불량하거나 조립의 정밀도를 높이지 않아도 전지의 안전성을 충분히 확보할 수 있어, 전지의 제조원가를 낮춰 원가 경쟁력을 높일 수 있게 된다.

또한, 안전관 조립을 위한 복잡한 공정이 불필요하여 제조 공정을 단순화하고, 제조시 발생될 수 있는 고체전해질관 파손 가능성을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 베타 알루미나관과 알파 알루미나 절연링 간의 유리질 접합부가 파손될 경우에도 전지의 온도를 활물질의 누출 및 화재가 발생하지 않는 온도범위로 억제할 수 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 또다른 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 도시한 단면도이다.

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.

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.

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.

도 1은 본 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 도시하고 있다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 나트륨 유황 전지(100)(이하, 전지라 한다)는 베타 알루미나 세라믹으로 제조된 고체전해질관(10)과, 고체전해질관(10)의 내부에 위치하고 나트륨(Na)이 채워진 카트리지관(12)과, 고체전해질관(10)의 외부에 위치하며 유황(S)을 수용하는 양극용기(14), 상기 카트리지관(12)과 양극용기(14) 사이를 절연하는 절연부재(16)를 포함한다.

상기 양극용기(14)는 고체전해질관(10) 외측에 배치되며, 내부에는 고체전해질관(10)과의 사이에 유황이 담겨진 탄소펠트(18)가 채워진다. 탄소펠트(18)는 내부에 기공이 형성되고, 기공 내에 유황이 담겨지게 된다. 상기 양극용기(14)는 원통 형태로 이루어지며, 예를 들어, 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속 소재로 제조된다. 본 실시예에서 상기 양극용기는 Al 3003 합금으로 이루어질 수 있다. 상기 Al 3003 합금은 Al-Mn이 주성분인 합금이며, 상기 합금 외에 다른 Al 합금으로 이루어질 수 있다. 또한 양극용기(14)의 표면에는 크롬, 몰리브덴 등을 주성분으로 하는 내식층이 코팅될 수 있다. 상기 양극용기(14)는 양극의 외부 단자의 역할을 수행할 수 있다.

상기 고체전해질관(10)은 나트륨 이온을 통과시킬 수 있는 베타 알루미나 세라믹으로 이루어진다. 상기 고체전해질관(10)은 튜브 형태로 이루어져 소정 간격을 두고 카트리지관(12)을 감싸며 설치된다.

상기 카트리지관(12)는 나트륨이 수용되며, 내측 상부 공간에는 질소 가스나 아르곤 가스 등의 불활성가스가 소정의 압력으로 채워질 수 있다. 상기 카트리지관(12)은 원통형태로 이루어지며, 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속 소재로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서 상기 카트리지관(12)은 SUS 304 합금으로 이루질 수 있다. SUS 306 합금은 니켈이 포함되어 내부식성 특성을 갖는다.

카트리지관(12)의 표면에는 크롬, 몰리브덴 등을 주성분으로 하는 내식층이 코팅될 수 있다. 또한, 상기 카트리지관은 고온 다황화 나트륨에 대한 내부식성 향상을 위해 외벽에 흑연을 코팅하거나, 외벽에 흑연 포일을 압착한 구조일 수 있다.

상기 카트리지관(12) 상부는 나트륨 주입구가 형성된 음극 덮개(17)가 설치되어 카트리지관을 밀폐한다. 상기 카트리지관(12)의 음극 덮개(17)는 음극의 외부 단자 역할도 수행할 수 있다.

상기 카트리지관(12)의 하단에는 카트리지관(12)에 채워진 나트륨이 빠져나올 수 있는 배출공(13)이 형성된다. 상기 배출공(13)을 통해 유출된 나트륨은 고체전해질관(10)과 카트리지관(12) 사이에 채워져 고체전해질관(10)의 내벽과 접촉한다. 이하 설명에서 상부 또는 상단이라 함은 배출공이 지면을 향하도록 하여 전지를 세웠을 때를 기준으로 위쪽을 의미하며, 하부 또는 하단이라 함은 그 반대쪽을 의미한다.

상기 카트리지관(12)과 상기 고체전해질관(10) 사이의 간격은 50㎛ ~ 3mm 로 형성될 수 있다.

상기 카트리지관(12)과 양극용기(14) 사이에는 음극과 양극의 쇼트(short)를 방지하기 위한 절연부재(16)가 설치되어 카트리지관(12)과 양극용기(14)를 절연시킨다. 상기 절연부재(16)는 알파알루미나 세라믹으로 이루어진 링 형태의 구조물로, 절연부재(16)에 고체전해질관(10)의 상단과 양극용기(14)의 상단 사이에 접합된다. 상기 절연부재(16)의 내측면에 고체전해질관(10)이 유리 접합 공정을 통해 접합되며, 외측면에 금속으로 제작된 양극용기(14)가 열압축접합 공정을 통해 접합된다. 그리고 카트리지관(12)에 결합되는 음극덮개(17)가 고체전해질관 및 양극용기와 이격되어 상기 절연부재(16)에 접합된다.

본 실시예의 전지는 카트리지관(12)를 감싸며 고체전해질관(16)과 카트리지관(12) 사이에 설치되어 고체전해질관(16) 내면에 선택적으로 밀착되는 안전관(19)을 더 포함할 수 있다.

상기 안전관(19)은 고체전해질관(10)과 카트리지관(12) 사이에서 카트리지관(12)를 감싸며 설치된다. 상기 안전관(19)은 상단이 개구된 튜브형 구조물로, 카트리지관(12)과 고체전해질관(10) 사이에서 틈새를 유지하며 배치된다. 본 실시예에서 카트리지관(12)의 나트륨은 하단의 배출공(13)을 통해 배출되어 안전관(19)과 카트리지관(12) 사이로 유입되고, 안전관(19)의 상부에 형성된 구멍을 통해 흘러나가 안전관(19)과 고체전해질관(10) 사이로 유입된다.

상기 안전관(19)은 열팽창계수가 큰 금속재로 이루어진다. 따라서 상기 안전관(19)은 고체전해질관의 파손시 유황과 나트륨의 발열반응에 의한 온도 상승으로 팽창되어 고체전해질관(10)의 내면에 밀착된다. 이에, 안전관(19)은 고체전해질관의 파손부위를 막아 나트륨과 유황의 접촉을 차단함으로써, 추가적인 화학반응과 발열을 막게 된다.

본 실시예의 전지(100)는 제거부(20)를 더 포함하여, 필요한 경우 상기 카트리지관(12)의 나트륨을 제거하는 구조로 되어 있다.

이를 위해, 상기 제거부(20)는 상기 카트리지관(12)에 연결되고 양극용기(14) 외측으로 연장되어 나트륨이 이송되는 배출관(22)과, 상기 배출관(22)에 연결되고 내부에 진공압이 형성된 진공탱크(24)와, 상기 배출관(22) 일측에 설치되어 배출관(22)을 개폐하는 개폐밸브(26)를 포함한다.

이에, 전지 이상으로 나트륨과 유황이 급격히 반응하는 경우, 상기 개폐밸브(26)를 개방함으로써 진공탱크(24)의 진공압을 이용하여 카트리지관(12)에 있는 나트륨을 전지 외부로 강제 배출할 수 있게 된다. 이와 같이, 긴급 상황에서 카트리지관(12)로부터 나트륨을 진공탱크(24)로 강제 배출함으로써, 전지 내에 나트륨이 잔존하지 않아 나트륨과 유황의 반응을 최소화할 수 있게 된다.

상기 진공탱크(24)는 내부에 진공을 형성한 상태에서 밀폐된 구조로 개폐밸브(26)가 폐쇄작동되어 진공상태를 유지하게 된다. 상기 진공탱크(24) 내부에 걸려있는 진공압은 카트리지관(12) 내의 나트륨을 충분히 흡입할 수 있는 정도면 특별히 한정되지 않는다. 본 실시예에서 상기 진공탱크(24)는 전지 상부에 배치되는 데, 상기 진공탱크의 설치 위치는 특별히 한정되지 않는다. 상기 진공탱크(24)의 내부 용적은 상기 전지에 사용되는 나트륨을 모두 수용할 수 있는 정도면 충분하며 특별히 한정되지 않는다.

상기 진공탱크(24)의 온도는 전지 온도에 비해 낮기 때문에, 진공탱크(24)로 수거된 나트륨은 비교적 단시간 내에 진공탱크 내부에서 응고되거나 냉각된다. 이와 같이 나트륨이 냉각되거나 응고됨에 따라 반응성이 낮아져 전지 안전성을 높일 수 있게 된다.

상기 배출관(22)은 상기 카트리지관(12) 상부를 통해 내부로 삽입되어 카트리지관 바닥으로 연장된다. 본 실시예에서, 상기 배출관(22)은 전지 상단의 음극덮개(17)를 지나 아래로 연장되어 배출관의 선단이 카트리지관(12)의 바닥 근처에 위치하게 된다. 나트륨은 중력에 의해 카트리지관(12) 바닥으로 모이게 되므로, 카트리지관(12) 바닥에 연결된 배출관(22)을 통해 카트리지관(12) 내의 거의 모든 나트륨을 배출시킬 수 있게 된다. 상기 음극덮개를 지나 전지 외측으로 연장된 배출관(22)은 양극용기 외부에 배치된 진공탱크(24)에 연결된다.

상기 배출관(22)의 내측 선단 위치는 카트리지관 내부의 나트륨 수위 즉, 나트륨의 배출량을 결정한다. 카트리지관 내의 나트륨 수위가 배출관 내측 선단 아래로 내려가면 나트륨의 배출은 중단된다. 따라서 제거해야할 나트륨의 양에 따라 카트리지관 바닥에 대한 배출관의 선단 위치가 적절히 정해진다. 또한, 상기 배출관(22)은 카트리지관(12)과 고체전해질관(10) 사이에도 연결될 수 있다. 이러한 구조의 경우 카트리지관과 고체전해질관 사이로 유입된 나트륨도 제거할 수 있어 전지의 안전성을 더욱 높일 수 있게 된다.

본 실시예에서 상기 개폐밸브(26)는 전지의 급격한 반응으로 고열이 발생된 경우 제어 작동되는 구조로 되어 있다. 이를 위해 상기 제거부는 상기 전지의 온도를 검출하는 온도센서(30)와, 상기 온도센서(30)의 검출값을 연산하여 상기 개폐밸브(26)를 제어작동하는 컨트롤러(32)를 더 포함한다. 상기, 온도센서(30)는 전지의 급격한 온도 변화를 정확히 검출할 수 있는 위치에 설치될 수 있다.

이와 같이, 본 전지는 카트리지관(12)에서 나트륨을 제거함으로써, 전지의 안전성을 높일 수 있게 된다.

한편, 도 2는 나트륨 유황 전지의 또 다른 실시예를 도시하고 있다.

본 실시예의 전지(100)는 제거부의 구조를 제외하고 나머지 구성는 위에서 언급한 다른 실시예와 동일하다. 이에 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하며, 그 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예의 전지(100)는 제거부(40)를 포함하여, 필요한 경우 상기 양극용기(14)에서 유황을 제거하는 구조로 되어 있다.

이를 위해, 상기 제거부(40)는 상기 양극용기(14)에 연결되고 양극용기(14) 외측으로 연장되어 유황이 이송되는 배출관(42)과, 상기 배출관(42)에 연결되고 내부에 진공압이 형성된 진공탱크(44)와, 상기 배출관(42) 일측에 설치되어 배출관(42)을 개폐하는 개폐밸브(46)를 포함한다.

이에, 전지 이상으로 유황과 나트륨이 급격히 반응하는 경우, 상기 개폐밸브(46)를 개방함으로써 진공탱크(44)의 진공압을 이용하여 양극용기(14)에 있는 유황을 전지 외부로 강제 배출할 수 있게 된다. 이와 같이, 긴급 상황에서 양극용기(14)로부터 유황을 진공탱크(44)로 강제 배출함으로써, 전지 내에 유황이 잔존하지 않아 나트륨과 유황의 반응을 최소화할 수 있게 된다.

상기 진공탱크(44)는 내부에 진공을 형성한 상태에서 밀폐된 구조로 개폐밸브(46)가 폐쇄작동되어 진공상태를 유지하게 된다. 상기 진공탱크(44) 내부에 걸려있는 진공압은 양극용기(14) 내의 유황을 충분히 흡입할 수 있는 정도면 특별히 한정되지 않는다. 본 실시예에서 상기 진공탱크(44)는 전지 하부에 배치되는 데, 상기 진공탱크의 설치 위치는 특별히 한정되지 않는다. 상기 진공탱크(44)의 내부 용적은 상기 전지에 사용되는 유황을 모두 수용할 수 있는 정도면 충분하며 특별히 한정되지 않는다.

상기 진공탱크(24)의 온도는 전지 온도에 비해 낮기 때문에, 진공탱크(24)로 수거된 유황은 비교적 단시간 내에 진공탱크 내부에서 응고되거나 냉각된다. 이와 같이 유황이 냉각되거나 응고됨에 따라 반응성이 낮아져 전지 안전성을 높일 수 있게 된다.

본 실시예에서 상기 배출관(42)은 상기 양극용기(14) 하부에 연결된다. 유황은 상기 양극용기(14) 내부에서 탄소 펠트에 함침된 형태로 존재하므로, 상기 배출관(42)의 선단 위치는 탄소 펠트와 간섭되지 않는 위치에 설치될 필요가 있다. 이에, 배출관(42)의 선단은 탄소 펠트가 존재하지 않으며, 유황의 수거가 용이한 양극용기(14) 하부에 위치한다.

본 실시예에서 상기 개폐밸브(46)는 전지의 급격한 반응으로 고열이 발생된 경우 제어 작동되는 구조로 되어 있다. 이를 위해 상기 제거부는 상기 전지의 온도를 검출하는 온도센서(30)와, 상기 온도센서(30)의 검출값을 연산하여 상기 개폐밸브(46)를 제어작동하는 컨트롤러(32)를 더 포함한다. 상기, 온도센서(30)는 전지의 급격한 온도 변화를 정확히 검출할 수 있는 위치에 설치될 수 있다.

이와 같이, 본 전지는 양극용기(14)에서 유황을 제거함으로써, 전지의 안전성을 높일 수 있게 된다.

이하, 도 1의 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 참조하여 그 작용을 살펴보면 다음과 같다. 도 2에 예시된 실시예의 전지 역시 그 작용은 동일하다.

전지 구동에 따라 고체전해질 등의 파손에 의해 카트리지관 내의 나트륨이 양극용기의 유황과 직접 반응하게 되면, 급격한 반응으로 고열이 발생된다. 전지 내부에서 고열이 발생되면 본 장치의 온도센서(30)가 이를 검출하게 되고, 상기 온도센서(30)의 검출값을 연산한 컨트롤러(32)는 개폐밸브(26)를 개방작동하게 된다.

개폐밸브(26)가 개방작동됨에 따라 배출관(22)을 통해 진공탱크(24)와 전지의 카트리지관(12)이 연통된다. 상기 진공탱크(24)는 내부에 진공압이 형성되어 있어서, 카트리지관(12)에는 배출관(22)을 통해 진공탱크의 진공압이 걸리게 된다. 따라서 카트리지관(12) 내부의 나트륨이 배출관(22)을 통해 진공탱크(24)로 순식간에 빨려나가게 된다.

이와 같이, 카트리지관 내부의 나트륨이 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.

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.

10 : 고체전해질관 12 : 카트리지관
14 : 양극용기 16 : 절연부재
18 : 펠트집전체 19 : 안전관
20,40 : 제어부 22,42 : 배출관
24,44 : 진공탱크 26,46 : 개폐밸브
30 : 온도센서 32 : 컨트롤러

Claims (7)

1. 나트륨을 담지하며 하부에 용융된 나트륨을 배출하는 배출공이 형성된 카트리지관, 상기 카트리지관을 수용하며 나트륨 이온을 통과시키는 고체전해질관, 상기 고체전해질관과 유황을 수용하는 양극용기, 상기 고체전해질관과 상기 양극용기 사이에 설치되는 절연부재, 상기 카트리지관 또는 양극용기로부터 나트륨 또는 유황을 선택적으로 제거하는 제거부를 포함하는 나트륨 유황 전지.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제거부는 상기 카트리지관에 연결되고 양극용기 외측으로 연장되어 나트륨이 이송되는 배출관과, 상기 배출관에 연결되고 내부에 진공압이 형성된 진공탱크와, 상기 배출관 일측에 설치되어 배출관을 개폐하는 개폐밸브를 포함하여 카트리지관으로부터 나트륨을 제거하는 구조의 나트륨 유황 전지.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 카트리지관과 상기 고체전해질관 사이에 설치되는 안전관을 더 포함하는 나트륨 유황 전지.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 배출관은 그 선단이 카트리지관의 내측 바닥으로 연장된 구조의 나트륨 유황 전지.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제거부는 상기 양극용기에 연결되고 양극용기 외측으로 연장되어 유황이 이송되는 배출관과, 상기 배출관에 연결되고 내부에 진공압이 형성된 진공탱크와, 상기 배출관 일측에 설치되어 배출관을 개폐하는 개폐밸브를 포함하여 양극용기로부터 유황을 제거하는 구조의 나트륨 유황 전지.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제거부는 상기 전지의 온도를 검출하는 온도센서와, 상기 온도센서의 검출값을 연산하여 상기 개폐밸브를 제어작동하는 컨트롤러를 더 포함하는 나트륨 유황 전지.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 양극용기에 연결되는 배출관은 양극용기의 하부에 연결되는 구조의 나트륨 유황 전지.

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