KR20170128642A - 금속 공기 전지 유닛 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 공기 전지 유닛에 관한 것으로, 전해질 내에서 산소와 반응하는 금속볼이 수용되는 복수개의 음극 케이싱; 전해질이 유입되는 유입구와 배출구를 각각 구비하고, 복수개의 음극 케이싱을 각각 수용할 수 있도록 복수개의 수용공간을 구비한 하우징; 일측은 유입구에 접속되고 타측은 배출구에 접속되며, 하우징으로부터 배출된 전해질이 수용될 수 있는 전해질 공간을 구비하며, 전해질 공간을 2분할시키는 위치에 마련된 다공질 필터를 포함하는 전해질 순환 케이싱; 및 다공질 필터에 의해 구획된 전해질 순환 케이싱의 일측 공간에 산소를 강제 주입시켜 주는 마이크로 버블 유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 금속 공기 전지 유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전해질 내에서 산소와 반응하는 금속볼이 수용되는 음극 케이싱에 지속적으로 전해질과 산소를 공급하되, 산소를 공급하는 마이크로 버블 유닛과 음극 케이싱 사이의 순환관을 없애 금속 공기 전지 유닛의 소형화를 제공하는 동시에, 음극 케이싱 또는 마이크로 버블 유닛의 교체가 용이하도록, 구조가 개선된 금속 공기 전지 유닛에 관한 것입니다.
최근에 자연을 보존하고자 하는 환경정책과 그린 에너지 정책에 부합하여 매연이 발생되지 않는 전기자동차, 모터바이크, 전기버스 등이 화제가 되고 있는 실정이다.
금속 공기 전지 유닛은 전해질 내에서 아연과 공기 중의 산소가 반응하여 생성되는 전자를 집전하여 전기를 생성하는 것으로, 근자에 연료에서 생성되는 수소를 이용하여 전기를 생성하는 전통적인 연료전지를 대체하는 연료 전지로서 개발이 활발하게 이루어지고 있는 추세이다.
상기 금속 공기 전지 유닛은 전자 생성을 위한 반응계의 구조가 간소하여 경량화 및 전력소비 절감을 통해 고용량 배터리의 구현을 통해 사용효율을 높이고자 하는 전기자동차의 개발추세에 부합하는 것으로 부각되고 있다.
이러한 금속 공기 전지 유닛의 일례인 아연-공기 전지 유닛이 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 아연 공기 전지 유닛은 미국등록특허 US 6,153,328호에 개시된 기술로서, 복수의 반응셀이 나란하게 배열되어 있는 수평형 스택 구조가 채택되었다.
이러한 금속 공기 전지 유닛은, 애노드 전극 측에서 집전된 전자가 캐소드 전극으로 이동하면서 전류를 발생시키고, 발생된 전류를 배터리에 저장되게 한다. 여기서, 금속 공기 전지 유닛은, 애노드 측과 캐소드측에서 아래와 같은 반응에 의해 전기의 생성을 가능하게 한다.
애노드측: Zn+2OH- ===> ZnO+H₂O+2e-
캐소드측: ½O₂+ H₂O +2e- ===> 2OH-
이러한 종래기술에 의한 금속 공기 전지 유닛은, 공기 중의 산소가 캐소드 측에 공급되어야 하는데, 이러한 산소의 유입은 공기를 막 투과 방식으로 상기 캐소드 측에 투과시킴으로써 산소와 금속 간의 반응을 가능하게 한다.
그러나, 이러한 방식에 의하면 산소가 상기 캐소드를 형성하는 하우징의 표면을 경유하여 상기 금속과 반응을 하도록 되어 있기 때문에, 산소와 금속간의 반응효율이 낮아 결국 전기 생성 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 위해, 산소가 금속과 지속적으로 반응할 수 있도록 전해질에 산소를 주입시켜 금속에 순환 공급하면서도, 전해질 순환 구조를 단순화시킬 수 있는 금속 공기 전지 유닛을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 산소를 전해질에 공급하는 유닛과 음극볼을 수용하는 음극 케이싱의 교체가 용이한 금속 공기 전지 유닛을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전해질 내에서 산소와 반응하는 금속볼이 수용되는 복수개의 음극 케이싱; 전해질이 유입되는 유입구와 배출구를 각각 구비하고, 상기 복수개의 음극 케이싱을 각각 수용할 수 있도록 복수개의 수용공간을 구비한 하우징; 일측은 상기 유입구에 접속되고 타측은 상기 배출구에 접속되며, 상기 하우징으로부터 배출된 전해질이 수용될 수 있는 전해질 공간을 구비하며, 상기 전해질 공간을 2분할시키는 위치에 마련된 다공질 필터를 포함하는 전해질 순환 케이싱; 및 상기 다공질 필터에 의해 구획된 상기 전해질 순환 케이싱의 일측 공간에 산소를 강제 주입시켜 주는 마이크로 버블 유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 다공질 필터에 의해 구획된 상기 전해질 순환 케이싱의 일측 공간과 상기 유입구를 소통시킬 수 있도록, 일측은 상기 전해질 순환 케이싱에 접속되고 타측은 상기 유입구에 접속되는 제1연결부재; 및 상기 다공질 필터를 사이에 두고 상기 일측 공간과 반대측에 위치한 타측 공간과 상기 배출구를 소통시킬 수 있도록, 일측은 상기 전해질 순환 케이싱에 접속되고 타측은 상기 배출구에 접속되는 제2연결부재;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 산소가 금속과 지속적으로 반응할 수 있도록 전해질에 산소를 주입시켜 금속에 순환 공급하면서도, 전해질 순환 구조를 단순화시킬 수 있음에 따라, 금속 공기 전지 유닛을 컴팩트하게 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 금속 공기 전지 유닛의 일례인 아연-공기 전지 유닛을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기 전지 유닛의 분리 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기 전지 유닛의 사시도.
도 4는 도 3의 Ⅲ-Ⅲ의 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기 전지 유닛의 사용 상태도이다
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기 전지 유닛의 분리 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기 전지 유닛의 사시도.
도 4는 도 3의 Ⅲ-Ⅲ의 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기 전지 유닛의 사용 상태도이다
이하, 하기에서는 본 발명의 일 실싱예에 따른 금속 공기 전지 유닛에 대하여 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기 전지 유닛의 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기 전지 유닛의 사시도이며, 도 4는 도 3의 Ⅲ-Ⅲ의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기 전지 유닛의 사용 상태도이다
상기 도면들에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기 전지 유닛은 음극 케이싱(100), 하우징(200), 전해질 순환 케이싱(300) 및 마이크로 버블 유닛(400)을 포함하여 이루어진다.
음극 케이싱(100)은 전해질 내에서 산소와 반응하는 금속볼(101)이 수용되고 하우징(200)의 수용공간에 수용된다. 이러한, 음극 케이싱(100)는 전지의 음극 역할을 하는 것으로 예컨대 볼(ball) 형태의 아연과 같은 금속볼(101)이 채워지는 것이 바람직하다. 즉, 음극 케이싱(100)는 복수의 금속볼(101)들이 내부에 채워진 후 빠져 나가지 못하도록 포켓(케이싱) 형상으로 이루어지고, 외부에서 수용공간 측으로 산소 및 전해질의 유입이 가능하도록 복수의 구멍들이 형성될 수도 있다.
한편, 음극 케이싱(100)의 일부를 집전체 역할을 하도록 구성하는 것도 가능하고, 음극 케이싱(100)의 수용공간에 그 음극 케이싱(100)와 동일한 재질의 집전체(미도시)가 마련되게 하는 것도 가능하다. 여기서 상기 집전체는, 음극 케이싱(100) 내부에 그 음극 케이싱(100)와 통전 가능하게 배치됨으로써, 전해질 내에서의 아연볼과 산소 간의 반응에 의해 발생되는 전자를 집전하게 된다.
음극 케이싱(100)와 집전체는, 각각 집전이 가능하도록 구리, 황동, 청동, 니켈 등 전도성 재질로 이루어지고, 내식성 및 전자 집전 능력을 향상시키기 위해, 금, 은, 백금 등 도금 처리되는 것이 바람직하다.
하우징(200)은 전해질이 유입되는 유입구(210)와 전해질이 배출되는 배출구(220)를 각각 일측에 구비하고, 상기 복수개의 음극 케이싱(100)을 각각 수용할 수 있도록 복수개의 수용공간을 구비한다. 본 발명의 일 실시예에서는 유입구(210)와 배출구(220)가 하우징(200) 하부에 배치되는 것이 바람직하다.
그리고, 전해질 순환 케이싱(300)은 일측이 제1연결관(310)에 의해 유입구(210)에 접속되고, 타측이 제2연결관(320)에 의해 배출구(220)에 접속되며, 상기 하우징(200)으로부터 배출된 전해질이 수용될 수 있는 전해질 공간을 구비하되, 상기 전해질 공간을 2분할시키는 위치에 마련된 다공질 필터(330)를 포함하여 이루어진다.
또한, 마이크로 버블 유닛(400)은 다공질 필터(330)에 의해 구획된 상기 전해질 순환 케이싱(300)의 일측 공간에서 산소를 강제 주입시켜 주는 역할을 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 산소가 금속볼과 지속적으로 반응할 수 있도록, 전해질에 산소를 주입시켜 금속볼에 전해질을 순환 공급하면서도, 전해질의 순환 구조를 단순화시킬 수 있음에 따라 금속 공기 전지 유닛을 컴팩트하게 제조할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 공기 전지 유닛의 동작 과정을 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
복수개의 음극 케이싱(100)을 수용하는 하우징(200)이 상부에 위치하고 하부에는 전해질 순환 케이싱(300)이 제1연결관(310)과 제2연결관(320)을 통해 상부의 하우징(200)과 연결된다. 이EO, 전해질 순환 케이싱(300)은 다공질 필터(300)에 의해 전해질 공간이 2 분할된다.
이렇게 2 분할된 공간 중 하우징(200)의 유입구(210)가 위치한 공간 내에는 마이크로 버블 유닛(400)이 구비되어, 마이크로 버블 유닛(400)이 전해질에 산소를 유입시키는 동시에 제1연결관(310)을 통해 하우징(200) 내측으로 전해질을 공급하는 역할을 한다.
이후, 제1연결관(310) 및 유입구(210)를 따라, 하우징(200) 내측으로 유입되는 전해질은 음극 케이싱(100) 내부에 수용된 음극볼과 반응한 후 하우징(200)의 배출구(220)와 제2연결관(320)을 통해 다시 전해질 순환 케이싱(300)에 유입되어 임시 저장된다.
이때, 전해질 순환 케이싱(300) 내부에 임시 저장되는 전해질에는 산화 금속이 포함되어 있기, 전해질 순환 케이싱(300)을 2 분할하는 다공질 필터(330)를 의해 전해질 내에 포함된 산화 금속이 필터링되고, 난 후 필터링된 전해질이 다시 마이크로 버블 유닛(400)이 위치한 수용 공간으로 이동된다.
따라서, 전해질은 전해질 순환 케이싱(300) 내부에서 산소가 주입된 후 제1연결관과 유입부를 통해 하우징 내부의 음극 케이싱에 전달되고, 음극 케이싱 내부의 음극볼과 산소가 반응하여 생성된 산화 금속과 같이 배출구 및 제2연결관을 통해 다시 전해질 순환 케이싱(300)에 유입된 후 필터에 의해 산화 금속이 필터링되어 마이크로 버블 유닛이 위치한 수용공간으로 유입되면서 순환된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전해질에 산소가 지속적으로 공급되면서도, 금속 공기 전지 유닛의 구조를 간편화할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 채용된 마이크로 버블 유닛(400)은, 에어펌프(401), 버블 케이스(410), 연결보스(420) 및 다공성 막(430)을 포함하여 이루어진다.
그리고, 에어펌프(401)는 산소를 발생시키고, 버블 케이스(410)에 임시 저장된 전해질에 발생시킨 산소를 공급할 수 있도록, 버블 케이스(410) 하부와 연결된다.
또한, 버블 케이스(410)는 에어펌프(401)를 통해 공급되는 산소가 전해질에 녹아들도록 필터(330)를 통해 유입된 전해질을 임시 저장하는 역할을 한다. 이러한, 버블 케이스(410)에는 에어펌프(401)를 통해 공급되는 산소가 버블 형태로 전해질에 공급될 수 있도록, 에어펌프(401) 종단에 다공성 막(430)이 구비되고, 상기 다공성 막(430)이 설치되는 연결보스(420)가 에어펌프(401)와 연통되도록 내측에 형성된다.
한편, 다공성 막(430)은 복수개의 다공이 형성되어, 연결보스(420)을 감싸도록 형성되어, 멤브레인 구조를 갖는다. 이에, 본 발명의 다공성 막에 따르면, 버블 케이스(410)에 저장된 전해질이 에어펌프(401)로 유입되지 않고, 에어펌프(401)를 통해 공급되는 산소만 버블 케이스(410) 내부의 전해질에 공급될 수 있게 하는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 하우징(200)과 전해질 순환 케이싱(300)을 연결하기 위한 제1연결부재(510)는 다공질 필터(330)에 의해 구획된 상기 전해질 순환 케이싱(300)의 일측 공간과 상기 유입구(210)를 소통시킬 수 있도록, 일측은 상기 전해질 순환 케이싱(300)에 접속되고 타측은 상기 유입구(210)에 접속된다. 본 발명의 일 실시예에서는 제1연결부재(510)가 유입구(210)에 나사결합을 통해 체결되는 것이 바람직하나 이를 한정하는 것은 아니다.
그리고, 제2연결부재(520)는 다공질 필터(330)를 사이에 두고 상기 일측 공간과 반대측에 위치한 타측 공간과 상기 배출구(220)를 소통시킬 수 있도록, 일측은 상기 전해질 순환 케이싱(300)에 접속되고 타측은 상기 배출구(220)에 접속된다. 본 발명의 일 실시예에서는 제2연결부재(520)가 배출구(220)에 나사결합을 통해 체결되는 것이 바람직하나 이를 한정하는 것은 아니다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 하우징과 전해질 순환 케이싱(300)을 연결하기 위해, 제1연결부재와 제2연결부재를 통해 분리 가능하도록 연결함으로써, 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징 또는 전해질 순환 케이싱의 교체가 용이한 장점이 있다.
이상, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며 본 발명 속하는 기술분야에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있음은 자명하다.
100 : 음극 케이싱 200 : 하우징
300 : 전해질 순환 케이싱 400 : 마이크로 버블 유닛
510 : 제1연결부재 520 : 제2연결부재
300 : 전해질 순환 케이싱 400 : 마이크로 버블 유닛
510 : 제1연결부재 520 : 제2연결부재
Claims (2)
- 전해질 내에서 산소와 반응하는 금속볼이 수용되는 복수개의 음극 케이싱;
전해질이 유입되는 유입구와 배출구를 각각 구비하고, 상기 복수개의 음극 케이싱을 각각 수용할 수 있도록 복수개의 수용공간을 구비한 하우징;
일측은 상기 유입구에 접속되고 타측은 상기 배출구에 접속되며, 상기 하우징으로부터 배출된 전해질이 수용될 수 있는 전해질 공간을 구비하며, 상기 전해질 공간을 2분할시키는 위치에 마련된 다공질 필터를 포함하는 전해질 순환 케이싱; 및
상기 다공질 필터에 의해 구획된 상기 전해질 순환 케이싱의 일측 공간에 산소를 강제 주입시켜 주는 마이크로 버블 유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 공기 전지 유닛. - 제1항에 있어서,
상기 다공질 필터에 의해 구획된 상기 전해질 순환 케이싱의 일측 공간과 상기 유입구를 소통시킬 수 있도록, 일측은 상기 전해질 순환 케이싱에 접속되고 타측은 상기 유입구에 접속되는 제1연결부재; 및
상기 다공질 필터를 사이에 두고 상기 일측 공간과 반대측에 위치한 타측 공간과 상기 배출구를 소통시킬 수 있도록, 일측은 상기 전해질 순환 케이싱에 접속되고 타측은 상기 배출구에 접속되는 제2연결부재;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 공기 전지 유닛.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160055393A KR20170128642A (ko) | 2016-05-04 | 2016-05-04 | 금속 공기 전지 유닛 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160055393A KR20170128642A (ko) | 2016-05-04 | 2016-05-04 | 금속 공기 전지 유닛 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170128642A true KR20170128642A (ko) | 2017-11-23 |
Family
ID=60809522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160055393A KR20170128642A (ko) | 2016-05-04 | 2016-05-04 | 금속 공기 전지 유닛 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20170128642A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102266441B1 (ko) * | 2020-03-26 | 2021-06-18 | 선광엘티아이(주) | 다량의 금속공기전지를 위한 전해질 처리장치 |
-
2016
- 2016-05-04 KR KR1020160055393A patent/KR20170128642A/ko active Search and Examination
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102266441B1 (ko) * | 2020-03-26 | 2021-06-18 | 선광엘티아이(주) | 다량의 금속공기전지를 위한 전해질 처리장치 |
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