KR20150076455A - Sodium-sulfur rechargeable battery - Google Patents
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Abstract
Description
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 베타알루미나를 사용한다. 나트륨 유황 전지는 전해질관 및 전해질관을 둘러싸는 양극용기를 포함한다. 상기 전해질관은 나트륨 이온만을 통과시키는 성질을 가진 베타알루미나를 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 (Na) as a cathode, sulfur (S) as an anode, and beta-alumina as a solid electrolyte having sodium ion conductivity as an 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 beta alumina 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, 열이나 기계적 진동 등의 충격에 의해 파손될 가능성이 큰 문제점이 있었다. In this case, since the conventional battery has a cylindrical shape and the electrolyte tube also has a circular tube shape, there is a great possibility that the electrolyte tube is damaged due to impact such as heat or mechanical vibration.
본 발명의 일 실시예는, 외부 충격에 대한 내구성이 향상된 나트륨 유황 전지를 제공하는 것이다.An embodiment of the present invention is to provide a sodium sulfur battery having improved durability against an external impact.
본 발명의 일 측면은 유황을 수용하도록 적용된 양극용기, 나트륨을 수용하도록 적용된 음극용기, 양극용기와 음극용기 사이에 설치되고 나트륨 이온만을 선택적으로 이동시키는 전해질관, 음극용기와 양극용기 사이에 설치되어 음극용기와 양극용기를 절연시키는 절연링을 포함하고, 상기 절연링은, 상기 전해질관이 삽입되는 제1 삽입홀을 형성하는 절연 본체, 및 상기 제1 삽입홀의 테두리로부터 상측 방향으로 돌출되어 상기 전해질관이 삽입되는 제2 삽입홀을 형성하는 절연 돌출부를 포함하는 나트륨 유황 전지를 제공한다.One aspect of the present invention provides a positive electrode comprising a positive electrode vessel adapted to receive sulfur, a negative electrode vessel adapted to receive sodium, an electrolyte tube disposed between the positive electrode vessel and the negative electrode vessel and selectively transferring only sodium ions, And an insulating ring for insulating the cathode container and the positive electrode container, wherein the insulating ring includes: an insulating main body that forms a first insertion hole into which the electrolyte pipe is inserted; and a second protrusion protruding upward from a rim of the first insertion hole, And an insulating protrusion for forming a second insertion hole into which the tube is inserted.
상기 절연 돌출부는 상기 절연 본체 대비 작은 너비를 가질 수 있다.The insulation protrusion may have a smaller width than the insulation body.
상기 제1 삽입홀 및 상기 제2 삽입홀은 연통할 수 있다.The first insertion hole and the second insertion hole can communicate with each other.
상기 전해질관의 상측 부분의 양 측단은 만곡된 호 형태를 가지며, 하측 부분은 원기둥 형태를 가질 수 있다.Both ends of the upper portion of the electrolyte pipe may have a curved arc shape and the lower portion may have a cylindrical shape.
상기 절연링은 상기 전해질관의 길이 방향의 중심 부분 이상을 커버할 수 있다.The insulating ring may cover more than a center portion in the longitudinal direction of the electrolyte pipe.
본 발명의 일 실시예는, 외부 충격에 대한 내구성이 향상된 나트륨 유황 전지를 제공한다.An embodiment of the present invention provides a sodium sulfur battery having improved durability against an external impact.
도 1은 본 일 실시예에 따른 나트륨 유황 전지의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전해질관과 절연링을 나타낸 사시도이다.1 is a cross-sectional view of a sodium sulfur battery according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing the electrolyte pipe and the insulating ring shown in FIG. 1. FIG.
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.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 나트륨 유황 전지를 설명한다.Hereinafter, a sodium sulfur battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
도 1은 본 일 실시예에 따른 나트륨 유황 전지의 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 전해질관과 절연링을 나타낸 사시도이다.1 is a cross-sectional view of a sodium sulfur battery according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing the electrolyte pipe and the insulating ring shown in FIG. 1. FIG.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 나트륨 유황 전지(100)는 나트륨 이온을 통과시킬 수 있는 베타알루미나로 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 절연링(16)을 포함한다.1 and 2, the
상기 양극용기(14)는 전해질관(10) 외측에 배치되며, 내부에는 전해질관(10)과의 사이에 유황을 포함하는 펠트집전체(18)가 채워진다. 펠트집전체(18)는 예를 들어, 내부에 기공이 형성된 탄소펠트로, 기공 내에 유황이 담기게 된다. 음극용기(12)와 양극용기(14) 사이에는 절연링(16)이 설치되어 음극용기(12)와 양극용기(14)를 절연시킨다. The
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
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
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
상기 절연링(16)은 알파알루미나로 이루어지며 양극용기(14)와 음극용기(12)를 절연시킨다. 여기서, 알파알루미나는 양극용기(14)와 음극용기(12) 각각에 높은 전류가 흐름으로 인하여 고성능의 절연성을 가지고 있으며, 양극용기(14)와 음극용기(12) 각각과 접합이 이루어지는 부분은 고강도와 고인성의 특성을 가지고 있다.The insulating
상기 절연링(16)은 전해질관(10)과 세라믹접합 또는 유리질접합에 의해 접합될 수 있다. 상기 양극용기(14)는 알루미늄 재질로 이루어지고 알파알루미나인 절연링(16)와는 열간 압입에 의해서 접합될 수 있다.The insulating
절연링(16)은 절연 본체(16a) 및 절연 돌출부(16b)를 포함한다.The
절연 본체(16a)는 전해질관(10)이 삽입되는 제1 삽입홀(IH1)을 형성하며, 이 제1 삽입홀(IH1)에는 절연 본체(16a)의 하측 부분이 지지된다.The
절연 돌출부(16b)는 절연 본체(16a)의 제1 삽입홀(IH1)의 테두리로부터 상측 방향으로 돌출되어 있으며, 전해질관(10)이 삽입되는 제2 삽입홀(IH2)을 형성한다. 절연 돌출부(16b)의 제2 삽입홀(IH2)에는 절연 본체(16a)의 중앙측 부분이 지지된다. 절연 돌출부(16b)는 절연 본체(16a) 대비 작은 너비를 가지고 있으며, 이로 인해 절연 돌출부(16b)는 절연 본체(16a)의 중앙 부분 표면으로부터 상측 방향으로 돌출 연장된 형태를 가지고 있다. 절연 돌출부(16b)의 제2 삽입홀(IH2)은 제1 삽입홀(IH1)과 연통하며, 제2 삽입홀(IH2)을 거쳐 제1 삽입홀(IH1)까지 전해질관(10)이 삽입되어 있다.The
절연링(16)이 절연 본체(16a) 및 절연 돌출부(16b)를 포함함으로써, 절연링(16) 전체는 전해질관(10)의 길이 방향의 중심 부분 이상을 커버하여 전해질관(10)을 지지하기 때문에, 전해질관(10)의 전체 표면 중 절반 이상의 표면이 절연링(16)에 의해 지지된다.Since the
이로 인해, 전해질관(10)이 원기둥 형태로 이루어져 종횡비가 크게 형성되더라도, 전해질관(10)의 전체 표면 중 절반 이상의 표면이 절연링(16)에 의해 지지되기 때문에, 열이나 기계적 진동 등의 충격에 의해 전해질관(10)이 파손되는 것이 억제된다. 즉, 취급 신뢰성이 향상된 나트륨 유황 전지(100)가 제공된다. Therefore, even if the
상기 전해질관(10)은 나트륨 이온을 통과시킬 수 있는 베타알루미나로 이루어진다. 여기서 베타알루미나는 Na2O11Al2O3 조성의 알루미나와 Na2O5Al2O3~3Na2O16Al2O3 조성의 알루미나 등을 포함할 수 있다. 상기 전해질관(10)은 바닥이 있는 용기 형태로, 소정 간격을 두고 음극용기(12)를 감싸며 설치된다. 전해질관(10)의 상측 부분은 돔 형태를 가지며, 하측 부분은 원기둥 형태를 가지고 있다.The
본 나트륨 유황 전지(100)는 음극으로 나트륨을 사용하고 양극으로 유황을 사용한다. 이에 본 나트륨 유황 전지(100)는 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 이루어질 수 있다.This sodium sulfur battery (100) uses sodium as a cathode and sulfur as an anode. In the sodium-
이상과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 나트륨 유황 전지(100)는 전해질관(10)이 원기둥 형태로 이루어져 전해질관(10)의 종횡비가 크게 형성되더라도, 절연링(16)이 절연 본체(16a) 및 절연 돌출부(16b)를 포함함으로써, 절연링(16) 전체가 전해질관(10)의 전체 표면 중 절반 이상의 표면을 지지하기 때문에, 전해질관(10)의 강도가 절연링(16)에 의해 보강된다. 즉, 전해질관(10)의 강도가 절연링(16)에 의해 보강됨으로써, 열이나 기계적 진동 등의 충격에 의해 전해질관(10)이 파손되는 것이 억제된다. 이에, 취급 중 전해질관(10)이 파손되는 것이 억제된 신뢰성이 향상된 나트륨 유황 전지(100)가 제공된다.As described above, in the
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.
양극용기(14), 음극용기(12), 전해질관(10), 절연링(16), 제1 삽입홀(IH1), 절연 본체(16a), 제2 삽입홀(IH2), 절연 돌출부(16b)The first insertion hole IH1, the
Claims (5)
상기 절연링은,
상기 전해질관이 삽입되는 제1 삽입홀을 형성하는 절연 본체, 및
상기 제1 삽입홀의 테두리로부터 상측 방향으로 돌출되어 상기 전해질관이 삽입되는 제2 삽입홀을 형성하는 절연 돌출부
를 포함하는 나트륨 유황 전지.A negative electrode container adapted to receive sodium; a negative electrode container disposed between the positive electrode container 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 container, Insulated ring,
Wherein the insulating ring comprises:
An insulating body forming a first insertion hole into which the electrolyte tube is inserted,
And an insulating protrusion part protruding upward from a rim of the first insertion hole to form a second insertion hole into which the electrolyte pipe is inserted,
≪ / RTI >
상기 절연 돌출부는 상기 절연 본체 대비 작은 너비를 가지는 나트륨 유황 전지.The method of claim 1,
Wherein the insulation protrusion has a smaller width than the insulation body.
상기 제1 삽입홀 및 상기 제2 삽입홀은 연통하는 나트륨 유황 전지.The method according to claim 1,
And the first insertion hole and the second insertion hole communicate with each other.
상기 전해질관의 상측 부분의 양 측단은 만곡된 호 형태를 가지며, 하측 부분은 원기둥 형태를 가지는 나트륨 유황 전지.The method of claim 1,
Wherein both ends of the upper portion of the electrolyte tube have a curved arc shape and the lower portion has a cylindrical shape.
상기 절연링은 상기 전해질관의 길이 방향의 중심 부분 이상을 커버하는 나트륨 유황 전지.The method according to claim 1,
Wherein the insulating ring covers at least a central portion in the longitudinal direction of the electrolyte pipe.
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2013
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