KR20170006490A - 금속 공기 전지 시스템 및 그 작동 방법 - Google Patents

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Abstract

금속 공기 전지 시스템 및 그 작동 방법이 개시된다. 개시된 금속 공기 전지 시스템은 외부로부터 유입된 공기로부터 산소를 분리하여 배출하는 산소 공급 유닛과, 산소를 공급받아 방전 반응을 수행하는 금속 공기 전지 모듈과, 보조 전원을 포함한다. 여기서, 보조 전원은 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 시 상기 금속 공기 전지 모듈을 충전시킴으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 방전 생성물의 적어도 일부를 제거한다.

Description

금속 공기 전지 시스템 및 그 작동 방법{Metal air battery system and method for operating the same}
금속 공기 전지 시스템 및 그 작동 방법에 관한 것이다.
금속 공기 전지는 이온의 흡장 및 방출이 가능한 음극과 공기 중의 산소를 활물질로서 사용하는 양극을 포함한다. 양극에서는 외부로부터 유입되는 산소의 환원 및 산화 반응이 일어나고 음극에서는 금속의 산화 및 환원 반응이 일어나며, 이때 발생하는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시켜 추출한다. 예를 들어, 금속 공기 전지는 방전시에는 산소를 흡수하고 충전시에는 산소를 방출한다. 이와 같이 금속 공기 전지가 공기 중에 존재하는 산소를 이용하기 때문에, 전지의 에너지 밀도를 비약적으로 향상시킬 수 있다. 한편, 금속 공기 전지에서는 방전 중에 발생되는 방전 생성물이 전지를 열화(deterioration)시키는 요인으로 작용할 수 있다.
예시적인 실시예는 금속 공기 전지 시스템 및 그 작동 방법을 제공한다.
일 측면에 있어서,
외부로부터 유입된 공기로부터 산소를 분리하여 배출하는 산소 공급 유닛(oxygen supplying unit);
상기 산소 공급 유닛으로부터 산소를 공급받아 방전 반응을 수행하는 금속 공기 전지 모듈; 및
상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 시 상기 금속 공기 전지 모듈을 충전시킴으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 방전 생성물의 적어도 일부를 제거하는 보조 전원(auxiliary power source);을 포함하는 금속 공기 전지 시스템이 제공된다.
상기 산소 공급 유닛은 외부로부터 유입된 공기를 정화하는 정화기(purifier); 및 상기 정화기에 의해 정화된 공기를 산소와 질소로 분리하는 분리기(separator);를 포함할 수 있다.
상기 보조 전원은 상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 시 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 분리기에 의해 분리되어 배출되는 질소를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거할 수 있다.
상기 보조 전원은 상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 시 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 정화기에 의해 정화된 공기를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거할 수 있다.
상기 금속 공기 전지 시스템은 상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 시 상기 산소 공급 유닛을 구동시키는 다른 보조 전원을 더 포함할 수 있다.
상기 금속 공기 전지 시스템은 상기 산소 공급 유닛으로부터 분리되어 배출된 질소를 저장하며, 상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 시 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 질소를 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 질소 저장고를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 보조 전원은 상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 시 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 분리기에 의해 분리되어 배출되는 질소를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소를 추가적으로 제거할 수 있다. 또한, 상기 보조 전원은 상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 시 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 정화기에 의해 정화된 공기를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소를 추가적으로 제거할 수도 있다.
상기 금속 공기 전지 시스템은 상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 시 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 불활성 가스(inert gas)를 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 불활성 가스 공급 유닛을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 불활성 가스는 예를 들면 아르곤, 헬륨 또는 질소를 포함할 수 있다. 한편, 상기 불활성 가스 공급 유닛은 상기 불활성 가스가 포함된 전해액을 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급할 수도 있다.
상기 방전 생성물은 예를 들면, Li2O2, LiOH 및 Li2CO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 방전 생성물은 Li2O2를 포함할 수 있다.
상기 금속 공기 전지 모듈은 적어도 하나의 전지 셀을 포함하고, 상기 전지셀 각각은 양극, 음극 및 전해질을 포함할 수 있다. 상기 보조 전원은 적어도 하나의 전기 에너지 발생 및/또는 저장장치를 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
산소 공급 유닛으로부터 산소를 공급받아 방전 반응을 수행하는 금속 공기 전지 모듈을 포함하는 금속 공기 전지 시스템을 작동하는 방법에 있어서,
상기 산소 공급 유닛 및 상기 금속 공기 전지 모듈의 작동을 정지시키는 단계;
보조 전원을 이용하여 상기 금속 공기 전지 모듈을 충전시킴으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 방전 생성물의 적어도 일부를 제거하는 단계; 및
상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 단계;를 포함하는 금속 공기 전지 시스템의 작동 방법이 제공된다.
상기 금속 공기 전지 모듈 내의 산소를 제거하는 단계는, 상기 보조 전원이 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 분리기에 의해 분리되어 배출된 질소를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 금속 공기 전지 모듈 내의 산소를 제거하는 단계는, 상기 보조 전원이 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 정화기에 의해 정화된 공기를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 금속 공기 전지 모듈 내의 산소를 제거하는 단계는, 다른 보조 전원이 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 중 상기 산소 공급 유닛으로부터 분리되어 배출된 질소를 질소 저장고에 저장하는 단계가 더 포함될 수 있다. 상기 금속 공기 전지 모듈 내의 산소를 제거하는 단계는, 상기 질소 저장고 내에 저장된 질소를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 보조 전원이 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 분리기에 의해 분리되어 배출되는 질소를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소를 추가적으로 제거하는 단계가 더 포함될 수 있다. 또는, 상기 보조 전원이 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 정화기에 의해 정화된 공기를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소를 추가적으로 제거하는 단계가 더 포함될 수 있다. .
상기 금속 공기 전지 모듈 내의 산소를 제거하는 단계는, 불활성 가스 공급유닛을 이용하여 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 불활성 가스를 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 한편, 상기 불활성 가스 공급 유닛은 상기 불활성 가스가 포함된 전해액을 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급할 수도 있다.
상기 방전 생성물 및 상기 산소를 제거한 다음, 상기 금속 공기 전지 모듈을 밀폐하여 보관하는 단계가 더 포함될 수 있다.
예시적인 실시예들에 의하면, 보조 전원이 금속 공기 전지 모듈을 충전함으로써 금속 공기 전지 모듈의 내부에 남아 있는 방전 생성물을 제거하고, 금속 공기 전지 모듈의 내부에 남아 있는 산소는 퍼징에 의해 제거함으로써 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 중에 금속 공기 전지 모듈의 구성 요소들이 열화되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 산소로 포화된 전해질과 아르곤으로 포함된 전해질의 전기화학적 안정성을 순환전류 주사법을 측정한 결과이다.
도 2a는 Li2O2를 포함하는 전해질을 전위 주사법 및 시간 대 개방회로 전위법을 이용하여 측정한 결과이다.
도 2b는 전하량으로 표현된 Li2O2의 양이 시간에 따라 줄어들고 있는 모습을지를 보여주는 것이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 12는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 13은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 14는 Li2O2를 포함하는 전해질과 Li2O2가 제거된 전해질의 전기화학적 안정성을 2시간 경과 후 선형주사전위법(LSV)으로 측정한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 구성요소가 기판에 존재한다고 설명될 때, 그 구성요소는 기판에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 구성요소가 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 구성요소를 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
금속 공기 전지의 일종인 리튬 공기 전지는 음극으로 리튬을 사용하고 양극은 활물질로서 공기 중의 산소를 이용하며, 양극과 음극 사이에는 전해질이 마련되어 있다. 비수계(nonaqueous) 전해질을 사용하는 리튬 공기 전지의 경우 전지 셀 내부에서의 반응식은 다음과 같다.
Figure pat00001
리튬 공기 전지에서는 방전 반응시 리튬 금속의 산화 반응에 의해 리튬 이온과 전자가 생성되고, 리튬 이온은 전해질을 통해 이동하고, 전자는 외부 도선을 따라 양극으로 이동하게 된다. 그리고, 외부 공기에 포함된 산소가 양극으로 유입된 다음 도선을 따라 이동한 전자에 의해 환원되면 방전 생성물인 Li2O2가 생성된다. 그리고, 충전 반응은 방전 반응과 반대 방향으로 진행되게 된다.
리튬 공기 전지가 가동되지 않는 경우에는 리튬 공기 전지 내에는 Li2O2 및 O2가 남아 있게 되며, 이러한 Li2O2 및 O2는 리튬 공기 전지의 구성요소들, 예를 들면, 전해질이나 양극 재료 등을 열화시킬 수 있다. 또한, 방전 생성물인 Li2O2가 탄소 및 산소 분위기에서는 Li2CO3 등과 같은 부산물을 생성하게 되며, 이러한 부산물 또한 리튬 공기 전지의 구성요소들을 열화시킬 수 있다. 한편, 수계 전해질을 사용하는 리튬 공기 전지에서는 방전 생성물로 LiOH가 형성되는데 이러한 LiOH 또한 리튬 공기 전지의 구성요소들을 열화시킬 수 있다.
도 1은 산소로 포화된 전해질과 아르곤으로 포함된 전해질의 전기화학적 안정성을 순환전류 주사법을 측정한 결과이다. 여기서, 전해질로는 0.5M LiTFSI를 포함한 이온성 액체(ionic liquid with LiTFSI 0.5M)가 사용되었다.
도 1을 참조하면, 산소로 포화된 전해질이 불활성 기체인 아르곤으로 포화된 전해질 보다 산화 전위가 대략 400mV 정도 높아지는 것을 알 수 있다. 이는 아르곤으로 포화된 전해질이 산화에 대해 더 안정함을 나타내는 것으로, 이로부터 리튬 공기 전지가 산소로 포화되었을 때 보다 불활성 기체로 포화되었을 때 전지가 더 안정적임을 알 수 있다.
도 2a는 Li2O2를 포함하는 전해질을 전위 주사법 및 시간 대 개방회로 전위법을 이용하여 측정한 결과이다. 도 2a는 같은 양으로 생성된 Li2O2(peak at -1.3V)가 전해질 내에서 시간에 따라 어떻게 분해(peak at -0.2V)되고, 분해 산물이 어떻게 축적(peak at 1.4V)되는지를 보여준다. 그리고, 도 2b는 전하량으로 표현된 Li2O2의 양(area under the peak -0.2V)이 시간에 따라 어떻게 줄어들고 있는지를 보여준다. 이러한 도 2a 및 도 2b에 도시된 결과로부터 전해질 내의 Li2O2는 시간에 따라 전해질과 반응하여 분해 산물을 생성하고 있음을 알 수 있으며, Li2O2를 제거하게 되면 전해질의 분해 반응을 억제할 수 있음을 알 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 금속 공기 전지 시스템(100)은 산소 공급 유닛(oxygen supplying unit,110)과, 금속 공기 전지 모듈(metal air battery module,120)과, 보조 전원(auxiliary power source,130)을 포함한다. 산소 공급 유닛(110)은 외부로부터 유입된 공기로부터 산소를 분리하고, 분리된 산소를 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 공급한다. 이러한 산소 공급 유닛(110)은 정화기(purifier,111) 및 분리기(separator,112)를 포함할 수 있다. 여기서, 정화기(111)는 외부로부터 유입된 공기로부터 수분 및 불순물을 제거함으로써 정화된 공기를 분리기(112)에 공급한다. 통상적으로, 공기에는 약 21%의 산소, 약 77%의 질소 및 약 2%의 기타 가스가 포함될 수 있다. 그리고, 분리기(112)는 정화기(111)에 의해 정화되어 공급된 공기를 질소와 산소로 분리하게 된다.
금속 공기 전지 모듈(120)은 복수개의 전지 셀(battery cell,미도시)을 포함할 수 있으며, 이러한 전지 셀들 각각은 산소 공급 유닛(110)으로부터 공급받은 산소를 이용하여 방전 반응을 수행하게 된다. 전지 셀들 각각은 양극(cathode), 음극(anode), 및 전해질(electrolyte)을 포함할 수 있다. 여기서, 양극은 산소를 활물질로 사용하여 산소의 산화 환원 반응이 일어나며, 음극은 금속의 산화 환원 반응이 일어난다. 그리고, 전해질은 양극과 음극 사이의 금속 이온의 전도를 가능하게 한다.
양극은 다공성의 도전성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 양극은 카본 블랙, 그라파이트, 그래핀, 활성탄, 탄소나노튜브, 탄소 섬유 등과 같은 다공성 탄소계 재료를 포함할 수 있다. 또한, 양극은 예를 들어 금속 섬유, 금속 메쉬 등과 같은 금속성 도전성 재료 또는 구리, 은, 니켈, 알루미늄 등의 금속성 분말을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 양극은 다른 다양한 도전성 재료를 포함할 수 있다. 이러한 도전성 재료들은 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 한편, 양극에는 바인더, 수계 전해질(aqueous electrolyte) 또는 비수계 전해질(non-aqueous electrolyte) 또는 산화 환원을 돕기 위한 촉매 등이 더 포함될 수도 있다.
음극은 금속 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 이러한 음극은 예를 들어 리튬(Li), 나트륨(Na), 아연(Zn), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 철(Fe), 알루미늄(Al) 또는 이들 중 2 이상으로 이루어진 합금을 포함할 수 있다. 그리고, 전해질은 금속 이온을 전도시킬 수 있는 물질로서, 비수계 전해질, 수계 전해질 또는 고체 전해질(solid electrolyte)을 포함할 수 있다.
보조 전원(130)은 후술하는 바와 같이 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 경우에 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 보조 전원(130)은 방전 생성물을 제거하기 위해 금속 공기 전지 모듈의 적어도 일부를 충전시킬 수 있다. 보조 전원(130)은 적어도 하나의 전기에너지 발생 및/또는 저장 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 보조 전원(130)은 1차 전지, 2차 전지, 태양 전지, 또는 캐퍼시터(capacitor) 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 이외에도 보조 전원(130)은 다양한 종류의 에너지 발생 및/또는 저장 장치를 포함할 수 있다.
보조 전원(130)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 경우에 산소 공급 유닛(110)도 추가적으로 구동시킬 수 있다. 이와 같이, 보조 전원(130)이 산소 공급 유닛(110)을 구동시키게 되면 산소 공급 유닛(110)으로부터 질소가 분리되어 배출될 수 있으며, 이렇게 배출된 질소가 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급되면 퍼징(purging)에 의해 금속 공기 전지 모듈(120) 내에 남아 있는 산소의 적어도 일부를 제거할 수 있게 된다.
이하에서는 도 3에 도시된 금속 공기 전지 시스템(100)을 작동하는 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 금속 공기 전지 모듈(120)이 작동하여 방전 반응을 수행하는 경우에 금속 공기 전지 시스템(100)을 작동하는 방법을 설명한다. 도 3에서는 점선으로 표시된 화살표가 금속 공기 전지 모듈(120)이 방전 반응을 수행하는 동안 금속 공기 전지 시스템(100)의 작동 과정을 나타내고 있다. 이는 이하의 도면들에서도 동일하다.
먼저, 외부의 공기가 산소 공급 유닛(110)으로 유입되게 되면 산소 공급 유닛(110)의 정화기(111)는 유입된 공기에서 수분 및 불순물을 제거함으로써 정화된 공기를 배출한다. 그리고, 분리기(112)는 정화기(111)에 의해 정화된 공기를 질소와 산소로 분리한 다음, 분리되어 배출된 산소를 금속 공기 전지 모듈(120)로 공급하게 된다.
다음으로, 금속 공기 전지 모듈(120)은 산소 공급 유닛(110)으로부터 공급된 산소를 이용하여 방전 반응을 수행하게 된다.
예를 들어, 비수계 전해질을 사용하는 리튬 공기 전지의 경우, 전지 셀 내부에서의 방전 반응식은 다음과 같다.
<방전 반응식>
2Li + O2 ---> Li2O2
이와 같이, 전지 셀이 방전 반응을 수행하게 되면 Li2O2 방전 생성물이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 방전 반응을 통해 발생되는 전기에너지는 다양한 종류의 부하(load,140)를 구동시키는 데 사용될 수 있다. 한편, 수계 전해질이 사용되는 경우에는 LiOH 방전 생성물이 형성될 수 있다.
필요에 따라 리튬 공기 전지 모듈의 작동이 정지되는 경우가 있을 수 있다. 이와 같이, 리튬 공기 전지 모듈의 작동이 정지된 경우에는 리튬 공기 전지 모듈의 내부에는 Li2O2 또는 LiOH 등과 같은 방전 생성물 및 산소가 남아 있을 수 있으며, 이러한 방전 생성물 및 산소는 리튬 공기 전지 모듈의 구성요소들은 열화시킬 수 있다. 그리고, 리튬 공기 전지에서는 방전 생성물인 Li2O2가 탄소 및 산소 분위기에서 Li2CO3 등과 같은 부산물도 생성할 수 있으며, 이러한 부산물 또한 리튬 공기 전지의 구성요소들을 열화시킬 수 있다. 따라서, 리튬 공기 전지 모듈의 작동이 정지된 경우에는 리튬 공기 전지 모듈의 내부에 남아 있는 방전 생성물, 산소 및 부산물들이 제거되어야 할 필요가 있다.
이하에서는 금속 공기 전지 모듈(12)의 작동이 정지된 경우에 금속 공기 전지 시스템(100)의 작동 방법을 설명한다. 도 3에서는 실선으로 표시된 화살표가 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 경우에 금속 공기 전지 시스템(100)의 작동 과정을 나타내고 있다. 이는 이하의 도면들에서도 동일하다.
금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지되면 산소 공급 유닛(110)도 그 작동을 정지함으로써 더 이상 산소 공급 유닛(110)으로부터 금속 공기 전지 모듈(120)로 산소가 공급되지 않게 된다.
금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 상태에서 보조 전원(130)은 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전시킴으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물의 적어도 일부를 제거할 수 있다. 여기서, 방전 생성물을 최대한 제거하기 위해서는 보조 전원(130)이 금속 공기 전지 모듈(120)을 최대로 충전시킬 수 있다.
예를 들어, 비수계 전해질을 사용하는 리튬 공기 전지의 경우, 보조 전원(130)에의해 전지 셀 내부에서 일어나는 충전 반응식은 다음과 같다.
<충전 반응식>
Li2O2 ---> 2Li + O2
이와 같이, 전지 셀이 보조 전원(130)에 의해 충전되게 되면 Li2O2 방전 생성물이 줄어들게 된다. 또한, Li2O2 방전 생성물이 제거됨에 따라 Li2CO3 등과 같은 부산물을 생성도 억제될 수 있다. 한편, 수계 전해질이 사용되는 경우에는 LiOH 방전 생성물이 줄어들 수 있다.
이러한 금속 공기 전지 모듈(120)의 충전 과정에서 방전 생성물의 적어도 일부가 제거될 수 있다. 한편, 이 과정에서 금속 공기 전지 모듈(120) 내에는 산소의 양이 증대될 수 있으며, 이러한 산소를 금속 공기 전지 모듈(120)의 구성요소들을 열화시킬 수 있다. 그러므로, 금속 공기 전지 모듈(120) 내에 남아 있는 산소도 제거될 필요가 있다. 이를 위해, 보조 전원(130)은 산소 공급 유닛을 추가적으로 구동함으로써 산소 공급 유닛(110)으로부터 질소를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급할 수 있다. 즉, 보조 전원(130)이 산소 공급 유닛(110)을 구동시키면, 외부의 공기는 정화기(111)에서 정화된 다음, 분리기(112)에 의해 질소와 산소로 분리된다. 그리고, 분리기(112)에서 분리되어 배출되는 질소를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급하게 되면 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있던 산소는 퍼징(pursing)에 의해 외부로 배출되면서 제거될 수 있다.
이와 같이, 보조 전원(130)이 산소 공급 유닛(110)을 구동함으로써 금속 공기 전지 모듈(120) 내에 남아 있는 산소의 적어도 일부를 제거할 수 있다. 이어서, 방전 생성물 및 산소가 제거된 금속 공기 전지 모듈(120)은 외부로부터 밀폐(closing)되어 보관될 수 있다.
이상과 같이, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 보조 전원(130)이 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물을 제거하게 되고, 보조 전원(120)이 산소 공급 유닛(110)을 추가적으로 구동하여 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 질소를 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소를 제거할 수 있다. 따라서, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 중에 금속 공기 전지 모듈(120)의 구성 요소들이 방전 생성물이나 산소에 의해 열화되는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 도 4에 도시된 금속 공기 전지 시스템(200)은 보조 전원(130)이 산소 공급 유닛(110)을 구동하여 산소 공급 유닛(110)으로부터 정화된 공기를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급한다는 점을 제외하면 도 3에 도시된 금속 공기 전지 시스템(100)과 동일하다.
도 4를 참조하면, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 경우에 보조 전원(130)은 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전시킬 수 있다. 이러한 금속 공기 전지 모듈(120)의 충전 과정을 통해 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물의 적어도 일부가 제거될 수 있다. 이러한 보조 전원(130)은 방전 생성물의 제거를 위해 예를 들면 금속 공기 전지 모듈(120)을 최대로 충전시킬 수 있다. 보조 전원(130)은 적어도 하나의 전기에너지 발생 및/또는 저장 장치를 포함할 수 있다.
금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 경우에 보조 전원(130)은 산소 공급 유닛(110)을 추가적으로 구동시킬 수 있다. 여기서, 보조 전원(130)은 산소 공급 유닛(110)의 정화기(111)를 구동시킴으로써 정화기(111)에 의해 정화된 공기를 배출시킬 수 있다. 그리고, 이렇게 배출된 공기를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급하게 되면 금속 공기 전지 모듈(120) 내에 있는 산소의 양을 줄일 수 있다.
이상과 같이, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 보조 전원(130)이 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물을 제거하게 되고, 보조 전원(130)이 산소 공급 유닛(110)을 추가적으로 구동하여 금속 공기 전지 모듈(120)에 공기를 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소의 양을 줄일 수 있다. 이에 따라, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 중에 금속 공기 전지 모듈(120)의 구성 요소들이 방전 생성물이나 산소에 의해 열화되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 도 5에 도시된 금속 공기 전지 시스템(300)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 산소 공급 유닛(110)을 구동하는 다른 보조 전원(132)이 마련되어 있다는 점을 제외하면 도 3 또는 도 4에 도시된 금속 공기 전지 시스템(100,200)과 동일하다.
도 5를 참조하면, 금속 공기 전지 시스템(300)은 산소 공급 유닛(110)과, 금속 공기 전지 모듈(120)과, 제1 보조 전원(131)과, 제2 보조 전원(132)을 포함한다. 산소 공급 유닛(110)은 외부로부터 유입된 공기로부터 수분 및 불순물을 제거하는 정화기(111) 및 이 정화기에 의해 정화된 공기를 질소 및 산소로 분리하는 분리기(112)를 포함할 수 있다. 금속 공기 전지 모듈(120)은 복수개의 전지 셀(미도시)을 포함할 수 있으며, 이러한 전지 셀들 각각은 산소 공급 유닛(110)으로부터 공급받은 산소를 이용하여 방전 반응을 수행하게 된다.
제1 보조 전원(131)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전시키는 역할을 한다. 이러한 제1 보조 전원(131)은 방전 생성물의 제거를 위해 예를 들면 금속 공기 전지 모듈(120)을 최대로 충전시킬 수 있다. 제1 보조 전원(131)은 적어도 하나의 전기에너지 발생 및/또는 저장 장치를 포함할 수 있다.
제2 보조 전원(132)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 산소 공급 유닛(110)을 구동시키는 역할을 한다. 여기서, 제2 보조 전원(132)은 제1 보조 전원(131)과 마찬가지로 적어도 하나의 전기에너지 발생 및/또는 저장 장치를 포함할 수 있다. 제2 보조 전원(132)이 산소 공급 유닛(110)을 구동시키게 되면 산소 공급 유닛(110)으로부터 질소 또는 공기를 배출시킬 수 있으며, 이렇게 배출된 질소 또는 공기를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120) 내에 남아있는 산소의 적어도 일부를 제거할 수 있다.
이하에서는 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 금속 공기 전지 시스템(300)의 작동 방법을 설명한다.
금속 공기 전지 모듈(120)이 작동을 정지하게 되면 산소 공급 유닛(110)도 그 작동을 정지함으로써 더 이상 산소 공급 유닛(110)으로부터 금속 공기 전지 모듈(120)로 산소가 공급되지 않게 된다. 이와 같이, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 상태에서 제1 보조 전원(131)이 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전시키게 되면, 이에 따라 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물의 적어도 일부가 제거될 수 있다. 여기서, 방전 생성물의 제거를 위해 제1 보조 전원(131)은 금속 공기 전지 모듈(120)을 최대로 충전시킬 수 있다.
또한, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 상태에서 제2 보조 전원(132)이 산소 공급 유닛(110)을 구동함으로써 금속 공기 전지 모듈(120) 내에 남아 있는 산소의 적어도 일부를 제거시킬 수 있다. 여기서, 산소 공급 유닛(110)의 분리기(112)로부터 배출되는 질소를 금속 공기 전지 모듈(120)로 공급하거나 또는 산소 공급 유닛(110)의 정화기(111)로부터 배출되는 정화된 공기를 금속 공기 전지 모듈(120)로 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120) 내의 산소를 제거할 수 있다. 이어서, 방전 생성물 및 산소가 제거된 금속 공기 전지 모듈(120)은 외부로부터 밀폐되어 보관될 수 있다.
이상과 같이, 제1 보조 전원(131)이 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물을 제거하고, 제2 보조 전원(132)이 산소 공급 유닛(110)을 구동하여 금속 공기 전지 모듈(120)에 질소 또는 공기를 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소를 제거함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 중에 구성 요소들이 열화되는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 금속 공기 전지 시스템(400)은 산소 공급 유닛(110)과, 질소 저장고(nitrogen reservoir,150)와, 금속 공기 전지 모듈(120)과, 보조 전원(130)을 포함한다. 산소 공급 유닛(110)은 외부로부터 유입된 공기에서 수분 및 불순물을 제거하는 정화기(111) 및 이 정화기(111)에 의해 정화된 공기를 질소 및 산소로 분리하는 분리기(112)를 포함할 수 있다.
질소 저장고(150)는 금속 공기 전지 모듈(120)이 작동하는 동안 산소 공급 유닛(110)의 분리기(112)로부터 분리되어 배출되는 질소를 저장할 수 있다. 이러한 질소 저장고(150) 내에 저장된 질소는 후술하는 바와 같이 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급되어 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소를 제거하는 역할을 한다.
금속 공기 전지 모듈(120)은 복수개의 전지 셀(미도시)을 포함할 수 있으며, 이러한 전지 셀들 각각은 산소 공급 유닛(110)으로부터 공급받은 산소를 이용하여 방전 반응을 수행하게 된다. 전지 셀들 각각은 양극, 음극, 및 전해질을 포함할 수 있다. 여기서, 양극은 산소를 활물질로 사용하여 산소의 산화 환원 반응이 일어나며, 음극은 금속의 산화 환원 반응이 일어난다. 그리고, 전해질은 양극과 음극 사이의 금속 이온의 전도를 가능하게 한다.
보조 전원(130)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 보조 전원(130)은 방전 생성물의 제거를 위해 예를 들면 금속 공기 전지 모듈(120)을 최대로 충전시킬 수 있다. 보조 전원(130)은 적어도 하나의 전기에너지 발생 및/또는 저장 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 보조 전원(130)은 1차 전지, 2차 전지, 태양 전지, 또는 캐퍼시터 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 이외에도 보조 전원(130)은 다양한 종류의 에너지 발생 및/또는 저장 장치를 포함할 수 있다.
이하에서는 도 6에 도시된 금속 공기 전지 시스템(400)을 작동하는 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 금속 공기 전지 모듈(120)이 작동하여 방전 반응을 수행하는 경우에 금속 공기 전지 시스템(400)을 작동하는 방법을 설명한다. 외부의 공기가 산소 공급 유닛(110)으로 유입되게 되면 산소 공급 유닛(110)의 정화기(111)는 유입된 공기에서 수분 및 불순물을 제거함으로써 정화된 공기를 배출한다. 그리고, 분리기(112)는 정화기(111)에 의해 정화된 공기를 질소와 산소로 분리한다. 여기서, 산소 공급 유닛(110)으로부터 분리되어 배출된 산소는 금속 공기 전지 모듈(110)에 공급된다. 그리고, 산소 공급 유닛(110)으로부터 분리되어 배출된 질소는 질소 저장고(150)에 저장될 수 있다.
금속 공기 전지 모듈(120)은 산소 공급 유닛(110)으로부터 공급된 산소를 이용하여 방전 반응을 수행하게 된다. 이러한 방전 반응을 수행하게 되면 금속 공기 전지 모듈(120) 내에는 Li2O2 또는 LiOH 등과 같은 방전 생성물이 생성될 수 있다.
다음으로, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 금속 공기 전지 시스템(400)의 작동 방법을 설명한다.
금속 공기 전지 모듈(120)이 작동을 정지하게 되면 산소 공급 유닛(110)도 그 작동을 정지함으로써 더 이상 산소 공급 유닛(110)으로부터 금속 공기 전지 모듈(120)로 산소가 공급되지 않게 된다. 이와 같이, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 상태에서 보조 전원(130)은 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전시키게 되며, 이에 따라 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물의 적어도 일부를 제거할 수 있다. 여기서, 방전 생성물의 제거를 위해서 보조 전원(130)은 금속 공기 전지 모듈(120)을 최대로 충전시킬 수 있다.
한편, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 상태에서, 방전 과정 중에 질소 저장고(150)에 저장되었던 질소는 금속 공기 전지 모듈(120)애 공급될 수 있다. 이에 따라, 금속 공기 전지 모듈(120) 내에 남아 있던 산소의 적어도 일부가 퍼징에 의해 외부로 배출되면서 제거될 수 있다. 이와 같이, 질소 저장고(150) 내의 질소를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 산소의 적어도 일부를 제거할 수 있다. 이어서, 방전 생성물 및 산소가 제거된 금속 공기 전지 모듈(120)은 외부로부터 밀폐되어 보관될 수 있다.
이상과 같이, 보조 전원(130)이 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물을 제거하고, 질소 저장고(150) 내에 저장된 질소를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소를 제거할 수 있다. 이에 따라, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 중에 금속 공기 전지 모듈(120)의 구성 요소들이 열화되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 도 7에 도시된 금속 공기 전지 시스템(500)은 보조 전원(130)이 산소 공급 유닛(110)을 구동하여 산소 공급 유닛(110)으로부터 질소를 금속 공기 전지 모듈(120)에 추가적으로 공급한다는 점을 제외하면 도 6에 도시된 금속 공기 전지 시스템(400)과 동일하다.
도 7을 참조하면, 질소 저장고(150)는 금속 공기 전지 모듈(120)이 작동하는 동안 산소 공급 유닛(110)의 분리기(112)로부터 분리되어 배출되는 질소를 저장할 수 있다. 이러한 질소 저장고(150) 내에 저장된 질소는 후술하는 바와 같이 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 금속 공기 전지 모듈(120)로 공급됨으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소를 제거하는 역할을 한다.
보조 전원(130)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 경우에 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 금속 공기 전지 모듈(1120)의 충전 과정을 통해 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물의 적어도 일부가 제거될 수 있다. 한편, 이러한 보조 전원(130)은 방전 생성물의 제거를 위해 예를 들면 금속 공기 전지 모듈(120)을 최대로 충전시킬 수 있다. 보조 전원(130)은 적어도 하나의 전기에너지 발생 및/또는 저장 장치를 포함할 수 있다.
금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지 시 보조 전원(130)은 산소 공급 유닛(110)을 추가적으로 구동시킬 수 있다. 여기서, 보조 전원(130)이 산소 공급 유닛(110)을 구동시키면, 분리기(112)에 의해 질소가 분리되어 배출되며, 이렇게 배출된 질소를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소를 추가적으로 제거할 수 있다.
이하에서는 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 금속 공기 전지 시스템(500)의 작동 방법을 설명한다.
금속 공기 전지 모듈(120)이 작동을 정지하게 되면 산소 공급 유닛(110)도 그 작동을 정지함으로써 더 이상 산소 공급 유닛(110)으로부터 금속 공기 전지 모듈(120)로 산소가 공급되지 않게 된다. 이와 같이, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 상태에서 보조 전원(130)이 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전시키게 되면, 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물의 적어도 일부가 제거될 수 있다. 여기서, 방전 생성물의 제거를 위해서 보조 전원(130)은 금속 공기 전지 모듈(120)을 최대로 충전시킬 수 있다.
금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 상태에서 질소 저장고(150) 내에 저장된 질소를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있던 산소를 퍼징에 의해 제거할 수 있다. 여기서, 보조 전원(130)이 산소 공급 유닛(110)을 추가적으로 구동함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있던 산소를 추가적으로 제거할 수 있다. 즉, 보조 전원(130)이 산소 공급 유닛(110)을 구동하게 되면 산소 공급 유닛(110)의 분리기(112)에 의해 분리되어 배출되는 질소를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급할 수 있으며, 그 결과, 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있던 산소가 추가적으로 제거될 수 있다. 이어서, 방전 생성물 및 산소가 제거된 금속 공기 전지 모듈(120)은 외부로부터 밀폐되어 보관될 수 있다.
이상과 같이, 보조 전원(130)이 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물을 제거할 수 있다. 그리고, 질소 저장고(150)에 저장된 질소 및 보조 전원(130)에 의해 구동되어 산소 공급 유닛(110)으로부터 배출된 질소를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소를 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
도 8은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 도 8에 도시된 금속 공기 전지 시스템(600)은 보조 전원(130)이 산소 공급 유닛(110)을 구동하여 산소 공급 유닛(110)으로부터 정화된 공기를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급한다는 점을 제외하면 도 7에 도시된 금속 공기 전지 시스템(500)과 동일하다.
도 8을 참조하면, 질소 저장고(150)는 금속 공기 전지 모듈(120)이 작동하는 동안 산소 공급 유닛(110)의 분리기(112)로부터 분리되어 배출되는 질소를 저장할 수 있다. 이러한 질소 저장고(150) 내에 저장된 질소는 후술하는 바와 같이 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급되어 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 역할을 한다.
보조 전원(130)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 금속 공기 전지 모듈(120)의 충전 과정을 통해 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물의 적어도 일부가 제거될 수 있다. 이러한 보조 전원(130)은 적어도 하나의 전기에너지 발생 및/또는 저장 장치를 포함할 수 있다.
금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 보조 전원(130)은 산소 공급 유닛(110)을 추가적으로 구동시킬 수 있다. 여기서, 보조 전원(130)은 산소 공급 유닛(110)을 구동시킴으로써 정화기(111)에 의해 정화된 공기가 배출되며, 이렇게 배출된 정화된 공기를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소를 추가적으로 제거할 수 있다.
이상과 같이, 보조 전원(130)이 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물을 제거할 수 있다. 그리고, 질소 저장고(150)에 저장된 질소 및 보조 전원(130)에 의해 구동되는 산소 공급 유닛(110)으로부터 배출된 공기를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소를 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
도 9는 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 도 9에 도시된 금속 공기 전지 시스템(700)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 산소 공급 유닛(110)을 구동하는 다른 보조 전원(132)이 마련되어 있다는 점을 제외하면 도 7 또는 도 8에 도시된 금속 공기 전지 시스템(500,600)과 동일하다.
도 9를 참조하면, 금속 공기 전지 시스템(700)은 산소 공급 유닛(100)과, 질소 저장고(150)와, 금속 공기 전지 모듈(120)과, 제1 보조 전원(131)과, 제2 보조 전원(132)을 포함한다. 산소 공급 유닛(110)은 외부로부터 유입된 공기로부터 수분 및 불순물을 제거하는 정화기(111) 및 이 정화기(111)에 의해 정화된 공기를 질소 및 산소로 분리하는 분리기(112)를 포함할 수 있다.
질소 저장고(150)는 금속 공기 전지 모듈(120)이 작동하는 동안 산소 공급 유닛(110)의 분리기(112)로부터 분리되어 배출되는 질소를 저장할 수 있다. 이러한 질소 저장고(150) 내에 저장된 질소는 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급되어 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 역할을 한다. 금속 공기 전지 모듈(120)은 복수개의 전지 셀(미도시)을 포함할 수 있으며, 이러한 전지 셀들 각각은 산소 공급 유닛으로부터 공급받은 산소를 이용하여 방전 반응을 수행하게 된다.
제1 보조 전원(131)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 경우에 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 제1 보조 전원(131)은 적어도 하나의 전기에너지 발생 및/또는 저장 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 보조 전원(131)은 1차 전지, 2차 전지, 태양 전지, 또는 캐퍼시터 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 이외에도 제1 보조 전원(131)은 다양한 종류의 에너지 발생 및/또는 저장 장치를 포함할 수 있다.
제2 보조 전원(132)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 경우에 산소 공급 유닛(110)을 구동시키는 역할을 할 수 있다. 여기서, 제2 보조 전원(132)은 제1 보조 전원(131)과 마찬가지로 적어도 하나의 전기에너지 발생 및/또는 저장 장치를 포함할 수 있다. 제2 보조 전원(132)이 산소 공급 유닛(110)을 구동시키게 되면 산소 공급 유닛(110)으로부터 질소 또는 공기를 배출시킬 수 있으며, 이렇게 배출된 질소 또는 공기를 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부로 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120) 내에 남아 있는 산소의 적어도 일부를 제거할 수 있다.
이하에서는 도 9에 도시된 금속 공기 전지 시스템(700)의 작동 방법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 금속 공기 전지 모듈(120)이 작동하여 방전 반응을 수행하는 경우에 금속 공기 전지 시스템(700)의 작동 방법을 설명한다. 외부의 공기가 산소 공급 유닛(110)으로 유입되게 되면 산소 공급 유닛(110)의 정화기(111)는 유입된 공기에서 수분 및 불순물을 제거함으로써 정화된 공기를 배출한다. 그리고, 분리기(112)는 정화기(111)에 의해 정화된 공기를 질소와 산소로 분리한다. 여기서, 산소 공급 유닛(110)으로부터 분리되어 배출된 산소는 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급된다. 그리고, 산소 공급 유닛(110)으로부터 분리되어 배출된 질소는 질소 저장고(150)에 저장되게 된다.
금속 공기 전지 모듈(120)은 산소 공급 유닛(110)으로부터 공급된 산소를 이용하여 방전 반응을 수행하게 된다. 이러한 방전 반응을 수행하게 되면 금속 공기 전지 모듈(120) 내에는 Li2O2 또는 LiOH 등과 같은 방전 생성물이 생성될 수 있다.
다음으로, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 금속 공기 전지 시스템(700)의 작동 방법을 설명한다.
금속 공기 전지 모듈(120)이 작동을 정지하게 되면 산소 공급 유닛(110)도 그 작동을 정지함으로써 더 이상 산소 공급 유닛(110)으로부터 금속 공기 전지 모듈(120)로 산소가 공급되지 않게 된다. 이와 같이, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 상태에서 제1 보조 전원(131)은 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전시키게 되고, 이에 따라 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물의 적어도 일부가 제거될 수 있다. 여기서, 방전 생성물의 제거를 위해서 제1 보조 전원(131)은 금속 공기 전지 모듈(120)을 최대로 충전시킬 수 있다.
한편, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 상태에서, 방전 과정 중에 질소 저장고(150)에 저장되었던 질소를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급하게 된다. 이에 따라, 금속 공기 전지 모듈(120) 내에 남아 있던 산소의 적어도 일부가 외부로 배출되면서 제거될 수 있다.
또한, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 상태에서 제2 보조 전원(132)이 산소 공급 유닛(110)을 구동함으로써 금속 공기 전지 모듈(120) 내에 남아 있던 산소를 추가적으로 제거시킬 수 있다. 여기서, 산소 공급 유닛(110)의 분리기(112)로부터 배출되는 질소를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급하거나 또는 산소 공급 유닛(110)의 정화기(111)로부터 배출되는 정화된 공기를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120) 내의 산소를 추가적으로 제거할 수 있다. 이어서, 방전 생성물 및 산소가 제거된 금속 공기 전지 모듈(120)은 외부로부터 밀폐되어 보관될 수 있다.
이상과 같이, 제1 보조 전원(131)이 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물을 제거할 수 있다. 그리고, 질소 저장고(150)에 저장된 질소 및 제2 보조 전원(132)에 의해 구동되는 산소 공급 유닛(110)으로부터 배출된 질소 또는 공기를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소를 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
도 10은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 금속 공기 전지 시스템(800)은 산소 공급 유닛(110)과, 불활성 가스공급 유닛(inert gas supplying unit,160)와, 금속 공기 전지 모듈(120)과, 보조 전원(130)을 포함한다. 산소 공급 유닛(110)은 외부로부터 유입된 공기에서 수분 및 불순물을 제거하는 정화기(111) 및 이 정화기(111)에 의해 정화된 공기를 질소 및 산소로 분리하는 분리기(112)를 포함할 수 있다.
불활성 가스공급 유닛(160)은 후술하는 바와 같이 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 불활성 가스를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 역할을 한다. 불활성 가스는 예를 들면, 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 질소(N2)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 불활성 가스 공급 유닛(160)은 불활성 가스가 포함된 전해액을 금속 공기 전지 모듈(120) 내에 보충함으로써 불활성 가스를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급할 수도 있다. 여기서, 상기 불활성 가스는 전해액 내에 예를 들면 가스 상태 또는 에어로졸 상태로 포함될 수 있다.
금속 공기 전지 모듈(120)은 복수개의 전지 셀(미도시)을 포함할 수 있으며, 이러한 전지 셀들 각각은 산소 공급 유닛으로부터 공급받은 산소를 이용하여 방전 반응을 수행하게 된다. 전지 셀들 각각은 양극, 음극, 및 전해질을 포함할 수 있다. 여기서, 양극은 산소를 활물질로 사용하여 산소의 산화 환원 반응이 일어나며, 음극은 금속의 산화 환원 반응이 일어난다. 그리고, 전해질은 양극과 음극 사이의 금속 이온의 전도를 가능하게 한다.
보조 전원(130)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 경우에 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 보조 전원(130)은 적어도 하나의 전기에너지 발생 및/또는 저장 장치를 포함할 수 있다.
이하에서는 도 10에 도시된 금속 공기 전지 시스템(800)의 작동 방법에 대해 설명한다.
먼저, 금속 공기 전지 모듈(120)이 작동하여 방전 반응을 수행하는 경우에 금속 공기 전지 시스템(800)의 작동 방법을 설명한다. 외부의 공기가 산소 공급 유닛(110)으로 유입되게 되면 산소 공급 유닛(110)의 정화기(111)는 유입된 공기에서 수분 및 불순물을 제거함으로써 정화된 공기를 배출한다. 그리고, 분리기(112)는 정화기(111)에 의해 정화된 공기를 질소와 산소로 분리한다. 여기서, 산소 공급 유닛(110)으로부터 분리되어 배출된 산소는 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급된다.
금속 공기 전지 모듈(120)은 산소 공급 유닛(110)으로부터 공급된 산소를 이용하여 방전 반응을 수행하게 된다. 이러한 방전 반응을 수행하게 되면 금속 공기 전지 모듈(120) 내에는 Li2O2 또는 LiOH 등과 같은 방전 생성물이 생성될 수 있다.
다음으로, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 금속 공기 전지 시스템(800)의 작동 방법을 설명한다.
금속 공기 전지 모듈(120)이 작동을 정지하게 되면 산소 공급 유닛(110)도 그 작동을 정지함으로써 더 이상 산소 공급 유닛(110)으로부터 금속 공기 전지 모듈(120)에 산소가 공급되지 않게 된다. 이와 같이, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 상태에서 보조 전원(130)이 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전시키게 되고, 이에 따라 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물의 적어도 일부가 제거될 수 있다. 여기서, 방전 생성물의 제거를 위해서 보조 전원(130)은 금속 공기 전지 모듈(120)을 최대로 충전시킬 수 있다.
한편, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 상태에서, 불활성 가스 공급 유닛(160)으로부터 불활성 가스를 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부로 공급하게 된다. 이에 따라, 금속 공기 전지 모듈(120) 내에 남아 있던 산소가 퍼징에 의해 외부로 배출되면서 제거될 수 있다. 이와 같이, 불화성 가스 공급 유닛(160)으로부터 불활성 가스를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120) 내에 남아 있는 산소의 적어도 일부가 제거될 수 있다. 이어서, 방전 생성물 및 산소가 제거된 금속 공기 전지 모듈(120)은 외부로부터 밀폐되어 보관될 수 있다. 한편, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 상태에서 불활성 가스 공급 유닛(160)은 불활성 가스가 포함된 전해액을 금속 공기 전지 모듈(120) 내에 보충함으로써 불활성 가스를 금속 공기 전지 모듈(120) 내에 공급할 수도 있다.
이상과 같이, 보조 전원(130)이 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물을 제거하게 되고, 불활성 가스 공급 유닛(160)으로부터 불활성 가스를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소를 제거할 수 있다. 이에 따라, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 중에 금속 공기 전지 모듈(120)의 구성 요소들이 방전 생성물 및 산소에 의해 열화되는 것을 방지할 수 있다.
도 11은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 도 11에 도시된 금속 공기 전지 시스템(900)은 보조 전원(130)이 산소 공급 유닛(110)을 구동하여 산소 공급 유닛(110)으로부터 질소를 금속 공기 전지 모듈(120)에 추가적으로 공급한다는 점을 제외하면 도 10에 도시된 금속 공기 전지 시스템(800)과 동일하다.
도 11을 참조하면, 불활성 가스 공급 유닛(160)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 불활성 가스를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 역할을 한다. 한편, 불활성 가스 공급 유닛(160)은 불활성 가스가 포함된 전해액을 금속 공기 전지 모듈(120) 내에 보충함으로써 불활성 가스를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급할 수도 있다.
보조 전원(130)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 경우에 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 금속 공기 전지 모듈(120)의 충전 과정을 통해 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물의 적어도 일부가 제거될 수 있다. 이러한 보조 전원(130)은 적어도 하나의 전기에너지 발생 및/또는 저장 장치를 포함할 수 있다.
보조 전원(130)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 경우에 산소 공급 유닛(110)을 추가적으로 구동시킬 수 있다. 여기서, 보조 전원(130)은 산소 공급 유닛(110)을 구동시킴으로써 분리기(112)에 의해 질소가 분리되어 배출되며, 이렇게 배출된 질소를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소를 추가적으로 제거할 수 있다.
이하에서는 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 금속 공기 전지 시스템(900)의 작동 방법을 설명한다.
금속 공기 전지 모듈(120)이 작동을 정지하게 되면 산소 공급 유닛(110)도 그 작동을 정지함으로써 더 이상 산소 공급 유닛(110)으로부터 금속 공기 전지 모듈(120)에 산소가 공급되지 않게 된다. 이와 같이, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 상태에서 보조 전원(130)이 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전시키게 되며, 이에 따라 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물의 적어도 일부가 제거될 수 있다.
금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 상태에서 불활성 가스 공급 유닛(160)은 불활성 가스를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있던 산소의 적어도 일부를 제거할 수 있다. 또한, 보조 전원(130)이 산소 공급 유닛(110)을 구동함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있던 산소를 추가적으로 제거할 수 있다. 즉, 보조 전원(130)이 산소 공급 유닛(110)을 구동하게 되면 산소 공급 유닛(110)의 분리기(112)에 의해 분리되어 배출되는 질소를 금속 공기 전지 모듈로 공급할 수 있으며, 이에 따라, 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있던 산소가 추가적으로 제거될 수 있다. 이어서, 방전 생성물 및 산소가 제거된 금속 공기 전지 모듈(120)은 외부로부터 밀폐되어 보관될 수 있다.
이상과 같이, 보조 전원(130)이 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물을 제거할 수 있다. 그리고, 불활성 가스 유닛(160)에서 방출되는 불활성 가스 및 보조 전원(130)에 의해 구동되는 산소 공급 유닛(110)으로부터 배출된 질소를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소를 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
도 12는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 도 12에 도시된 금속 공기 전지 시스템(1000)은 보조 전원(130)이 산소 공급 유닛(110)을 구동하여 산소 공급 유닛(110)으로부터 정화된 공기를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급한다는 점을 제외하면 도 11에 도시된 금속 공기 전지 시스템(900)과 동일하다.
도 12를 참조하면, 불활성 가스 유닛(160)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 불활성 가스를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급하여 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소의 적어도 일부를 제거할 수 있다. 한편, 불활성 가스 공급 유닛(160)은 불활성 가스가 포함된 전해액을 금속 공기 전지 모듈(120) 내에 보충함으로써 불활성 가스를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급할 수도 있다.
보조 전원(130)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 경우에 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 금속 공기 전지 모듈(120)의 충전 과정을 통해 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물의 적어도 일부가 제거될 수 있다. 이러한 보조 전원(130)은 적어도 하나의 전기에너지 발생 및/또는 저장 장치를 포함할 수 있다.
보조 전원(130)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 경우에 산소 공급 유닛(110)을 추가적으로 구동시킬 수 있다. 여기서, 보조 전원(130)은 산소 공급 유닛(110)을 구동시킴으로써 정화기(112)에 의해 정화된 공기가 배출되며, 이렇게 배출된 정화된 공기를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소를 추가적으로 제거할 수 있다.
이상과 같이, 보조 전원(130)이 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물을 제거할 수 있다. 그리고, 불활성 가스 유닛(160)으로부터 방출되는 불활성 가스 및 보조 전원(130)에 의해 구동되는 산소 공급 유닛(110)으로부터 배출된 공기를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소를 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
도 13은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 공기 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 도 13에 도시된 금속 공기 전지 시스템(1100)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 산소 공급 유닛(110)을 구동하는 다른 보조 전원(132)이 마련되어 있다는 점을 제외하면 도 11 또는 도 12에 도시된 금속 공기 전지 시스템(900,1000)과 동일하다.
도 13을 참조하면, 금속 공기 전지 시스템(1100)은 산소 공급 유닛(110)과, 불활성 가스공급 유닛(160)과, 금속 공기 전지 모듈(120)과, 제1 보조 전원(131)과, 제2 보조 전원(132)을 포함한다. 산소 공급 유닛(110)은 외부로부터 유입된 공기에서 수분 및 불순물을 제거하는 정화기(111) 및 이 정화기(111)에 의해 정화된 공기를 질소 및 산소로 분리하는 분리기(112)를 포함할 수 있다.
불활성 가스 유닛(160)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 불활성 가스를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급하여 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소의 적어도 일부를 제거할 수 있다. 한편, 불활성 가스 공급 유닛(160)은 불활성 가스가 포함된 전해액을 금속 공기 전지 모듈(120) 내에 보충함으로써 불활성 가스를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급할 수도 있다.
금속 공기 전지 모듈(120)은 복수개의 전지 셀(미도시)을 포함할 수 있으며, 이러한 전지 셀들 각각은 산소 공급 유닛(110)으로부터 공급받은 산소를 이용하여 방전 반응을 수행하게 된다.
제1 보조 전원(131)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 제1 보조 전원(131)은 적어도 하나의 전기에너지 발생 및/또는 저장 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 보조 전원(131)은 1차 전지, 2차 전지, 태양 전지, 또는 캐퍼시터 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 이외에도 제1 보조 전원(131)은 다양한 종류의 에너지 발생 및/또는 저장 장치를 포함할 수 있다.
제2 보조 전원(132)은 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 경우에 산소 공급 유닛(110)을 구동시킬 수 있다. 여기서, 제2 보조 전원(132)은 제1 보조 전원(131)과 마찬가지로 적어도 하나의 전기에너지 발생 및/또는 저장 장치를 포함할 수 있다. 제2 보조 전원(132)이 산소 공급 유닛(110)을 구동시키게 되면 산소 공급 유닛(110)으로부터 질소 또는 공기를 배출시킬 수 있으며, 이렇게 배출된 질소 또는 공기를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120) 내의 산소를 제거할 수 있다.
이하에서는 도 13에 도시된 금속 공기 전지 시스템(1100)의 작동 방법을 설명한다.
먼저, 금속 공기 전지 모듈(120)이 작동하여 방전 반응을 수행하는 경우에 금속 공기 전지 시스템(1100)의 작동 방법을 설명한다. 외부의 공기가 산소 공급 유닛(110)으로 유입되게 되면 산소 공급 유닛(110)의 정화기(111)는 유입된 공기에서 수분 및 불순물을 제거함으로써 정화된 공기를 배출한다. 그리고, 분리기(112)는 정화기(111)에 의해 정화된 공기를 질소와 산소로 분리한다. 여기서, 산소 공급 유닛(110)으로부터 분리되어 배출된 산소는 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급된다.
금속 공기 전지 모듈(120)은 산소 공급 유닛(110)으로부터 공급된 산소를 이용하여 방전 반응을 수행하게 된다. 이러한 방전 반응을 수행하게 되면 금속 공기 전지 모듈(120) 내에는 Li2O2 또는 LiOH 등과 같은 방전 생성물이 생성될 수 있다.
다음으로, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동 정지 시 금속 공기 전지 시스템(1100)의 작동 방법을 설명한다.
금속 공기 전지 모듈(120)이 작동을 정지하게 되면 산소 공급 유닛(110)도 그 작동을 정지함으로써 더 이상 산소 공급 유닛(110)으로부터 금속 공기 전지 모듈(120)로 산소가 공급되지 않게 된다. 이와 같이, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 상태에서 제1 보조 전원(131)은 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전시키게 되며, 이에 따라 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물의 적어도 일부가 제거될 수 있다. 여기서, 방전 생성물의 제거를 위해 제1 보조 전원(131)은 금속 공기 전지 모듈(120)을 최대로 충전시킬 수 있다.
한편, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 상태에서, 불활성 가스 공급 유닛(160)은 불활성 가스를 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부로 공급하게 된다. 이에 따라, 금속 공기 전지 모듈(120) 내에 남아 있던 산소의 적어도 일부가 외부로 배출되면서 제거될 수 있다.
또한, 금속 공기 전지 모듈(120)의 작동이 정지된 상태에서 제2 보조 전원(132)이 산소 공급 유닛(110)을 구동함으로써 금속 공기 전지 모듈(120) 내의 산소를 추가적으로 제거시킬 수 있다. 여기서, 산소 공급 유닛(110)의 분리기(112)로부터 배출되는 질소를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급하거나 또는 산소 공급 유닛(110)의 정화기(111)로부터 배출되는 정화된 공기를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120) 내의 산소를 추가적으로 제거할 수 있다. 이어서, 방전 생성물 및 산소가 제거된 금속 공기 전지 모듈(120)은 외부로부터 밀폐되어 보관될 수 있다.
이상과 같이, 제1 보조 전원(131)이 금속 공기 전지 모듈(120)을 충전함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 방전 생성물을 제거할 수 있다. 그리고, 불활성 가스 공급 유닛(160)으로부터 방출되는 불활성 가스 및 제2 보조 전원(132)에 의해 구동되는 산소 공급 유닛(110)으로부터 배출된 질소 또는 공기를 금속 공기 전지 모듈(120)에 공급함으로써 금속 공기 전지 모듈(120)의 내부에 남아 있는 산소를 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
도 14는 Li2O2를 포함하는 전해질과 Li2O2를 포함하지 않는 전해질의 전기화학적 안정성을 2시간 경과 후 선형주사전위법(LSV;Linear Sweep Voltammetry)으로 측정한 것이다.
도 14에서 A 곡선이 Li2O2를 포함하는 전해질의 전기화학적 안정성을 나타낸 것이며, B 곡선이 Li2O2가 제거된 전해질의 전기화학적 안정성을 나타낸 것이다. 도 14를 참조하면, Li2O2를 포함하지 않는 전해질에서 부반응(side reaction)이 일어나지 않아 Li2O2를 포함하는 전해질에 비해서 높은 안정성을 보여주고 있다. 이러한 결과로부터, 전해질 내에 방전 생성물인 Li2O2를 제거하여 주는 것이 금속 공기 전지 모듈의 안정성을 높여주는 것임을 알 수 있다.
이상의 실시들에 따르면, 보조 전원이 금속 공기 전지 모듈을 충전함으로써 금속 공기 전지 모듈의 내부에 남아 있는 방전 생성물을 제거하고, 금속 공기 전지 모듈의 내부에 남아 있는 산소는 퍼징에 의해 제거함으로써 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 중에 금속 공기 전지 모듈의 구성 요소들이 열화되는 것을 방지할 수 있다.
110.. 산소 공급 유닛
111.. 정화기
112.. 분리기
120.. 금속 공기 전지 모듈
130.. 보조 전원
131.. 제1 보조 전원
132.. 제2 보조 전원
140.. 부하
150.. 질소 저장고
160.. 불활성 가스 공급 유닛

Claims (33)

  1. 외부로부터 유입된 공기로부터 산소를 분리하여 배출하는 산소 공급 유닛(oxygen supplying unit);
    상기 산소 공급 유닛으로부터 산소를 공급받아 방전 반응을 수행하는 금속 공기 전지 모듈; 및
    상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 시 상기 금속 공기 전지 모듈을 충전시킴으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 방전 생성물의 적어도 일부를 제거하는 보조 전원(auxiliary power source);을 포함하는 금속 공기 전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 공급 유닛은 외부로부터 유입된 공기를 정화하는 정화기(purifier); 및 상기 정화기에 의해 정화된 공기를 산소와 질소로 분리하는 분리기(separator);를 포함하는 금속 공기 전지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보조 전원은 상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 시 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 분리기에 의해 분리되어 배출되는 질소를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 금속 공기 전지 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 보조 전원은 상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 시 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 정화기에 의해 정화된 공기를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 금속 공기 전지 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 시 상기 산소 공급 유닛을 구동시키는 다른 보조 전원을 더 포함하는 금속 공기 전지 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 산소 공급 유닛으로부터 분리되어 배출된 질소를 저장하며, 상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 시 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 질소를 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 질소 저장고를 더 포함하는 금속 공기 전지 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 보조 전원은 상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 시 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 분리기에 의해 분리되어 배출되는 질소를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소를 추가적으로 제거하는 금속 공기 전지 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 보조 전원은 상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 시 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 정화기에 의해 정화된 공기를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소를 추가적으로 제거하는 금속 공기 전지 시스템.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 시 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 불활성 가스(inert gas)를 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 불활성 가스 공급 유닛을 더 포함하는 금속 공기 전지 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 불활성 가스는 아르곤, 헬륨 또는 질소를 포함하는 금속 공기 전지 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 불활성 가스 공급 유닛은 상기 불활성 가스가 포함된 전해액을 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급하는 금속 공기 전지 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 보조 전원은 상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 시 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 분리기에 의해 분리되어 배출되는 질소를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소를 추가적으로 제거하는 금속 공기 전지 시스템.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 보조 전원은 상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 정지 시 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 정화기에 의해 정화된 공기를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소를 추가적으로 제거하는 금속 공기 전지 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전 생성물은 Li2O2, LiOH 및 Li2CO3 중 적어도 하나를 포함하는 금속 공기 전지 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전 생성물은 Li2O2를 포함하는 금속 공기 전지 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 공기 전지 모듈은 적어도 하나의 전지 셀(battery cell)을 포함하고, 상기 전지 셀들 각각은 양극, 음극 및 전해질을 포함하는 금속 공기 전지 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 전원은 적어도 하나의 전기 에너지 발생 및/또는 저장장치를 포함하는 금속 공기 전기 시스템.
  18. 산소 공급 유닛으로부터 산소를 공급받아 방전 반응을 수행하는 금속 공기 전지 모듈을 포함하는 금속 공기 전지 시스템을 작동하는 방법에 있어서,
    상기 산소 공급 유닛 및 상기 금속 공기 전지 모듈의 작동을 정지시키는 단계;
    보조 전원을 이용하여 상기 금속 공기 전지 모듈을 충전시킴으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 방전 생성물의 적어도 일부를 제거하는 단계; 및
    상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 단계;를 포함하는 금속 공기 전지 시스템의 작동 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속 공기 전지 모듈 내의 산소를 제거하는 단계는, 상기 보조 전원이 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 분리기에 의해 분리되어 배출된 질소를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는 금속 공기 전지 시스템의 작동 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속 공기 전지 모듈 내의 산소를 제거하는 단계는, 상기 보조 전원이 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 정화기에 의해 정화된 공기를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는 금속 공기 전지 시스템의 작동 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속 공기 전지 모듈 내의 산소를 제거하는 단계는, 다른 보조 전원이 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는 금속 공기 전지 시스템의 작동 방법.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속 공기 전지 모듈의 작동 중 상기 산소 공급 유닛으로부터 분리되어 배출된 질소를 질소 저장고에 저장하는 단계를 더 포함하는 금속 공기 전지 시스템의 작동 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 금속 공기 전지 모듈 내의 산소를 제거하는 단계는, 상기 질소 저장고 내에 저장된 질소를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는 금속 공기 전지 시스템의 작동 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 보조 전원이 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 분리기에 의해 분리되어 배출되는 질소를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소를 추가적으로 제거하는 단계를 더 포함하는 금속 공기 전지 시스템의 작동 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 보조 전원이 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 정화기에 의해 정화된 공기를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소를 추가적으로 제거하는 단계를 더 포함하는 금속 공기 전지 시스템의 작동 방법.
  26. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속 공기 전지 모듈 내의 산소를 제거하는 단계는, 불활성 가스 공급유닛을 이용하여 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 불활성 가스를 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는 금속 공기 전지 시스템의 작동 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 불활성 가스는 아르곤, 헬륨 또는 질소를 포함하는 금속 공기 전지 시스템의 작동 방법.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 불활성 가스 공급 유닛은 상기 불활성 가스가 포함된 전해액을 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급하는 금속 공기 전지 시스템의 작동 방법.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 보조 전원이 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 분리기에 의해 분리되어 배출되는 질소를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소를 추가적으로 제거하는 단계를 더 포함하는 금속 공기 전지 시스템의 작동 방법.
  30. 제 26 항에 있어서,
    상기 보조 전원이 상기 산소 공급 유닛을 구동시켜 상기 산소 공급 유닛의 정화기에 의해 정화된 공기를 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 공급함으로써 상기 금속 공기 전지 모듈 내에 있는 산소를 추가적으로 제거하는 단계를 더 포함하는 금속 공기 전지 시스템의 작동 방법.
  31. 제 18 항에 있어서,
    상기 방전 생성물 및 상기 산소를 제거한 다음, 상기 금속 공기 전지 모듈을 밀폐하여 보관하는 단계를 더 포함하는 금속 공기 전지 시스템의 작동 방법.
  32. 제 18 항에 있어서,
    상기 방전 생성물은 Li2O2, LiOH 및 Li2CO3 중 적어도 하나를 포함하는 금속 공기 전지 시스템의 작동 방법.
  33. 제 18 항에 있어서,
    상기 보조 전원은 적어도 하나의 전기 에너지 발생 및/또는 저장장치를 포함하는 금속 공기 전기 시스템의 작동 방법.
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