KR20180073732A - Metal air fuel cell including roll anode - Google Patents

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Abstract

A metal air cell having a roll-type cathode according to an embodiment includes a tube-type air anode electrode having an inner space; a cathode electrode which is located in the inner space and has a rolled thin metal plate; and a separator disposed between the air anode electrode and the cathode electrode. The thin metal plate has a plurality of perforated openings and the protrusion part of the thin metal plate due to the perforation at the periphery of the openings. The protrusion part maintains a gap between the rolled cathode electrodes. It is possible to obtain excellent power characteristic and discharge efficiency.

Description

감겨진 형태의 음극을 구비하는 금속 공기 전지{METAL AIR FUEL CELL INCLUDING ROLL ANODE}METAL AIR FUEL CELL INCLUDING ROLL ANODE [0002]

본 발명은 금속 공기 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 감겨진 형태의 음극을 구비하는 금속 공기 전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal air cell, and more particularly, to a metal air cell having a negative electrode in a wound form.

일반적으로, 금속 공기 전지는, 음극으로 철, 아연, 마그네슘, 알루미늄 등의 금속을 적용하고, 양극으로 산소 전극과 같은 공기확산 전극을 적용하는 전지를 말한다. 공기 중의 산소를 양극의 활성 물질로 적용함으로써, 무게가 가벼운 장점이 있으며, 음극 재료는 상대적으로 안전하고 값싼 금속을 적용하기 때문에 높은 에너지를 구현할 수 있을 것으로 전망되고 있다. Generally, a metal air cell refers to a cell to which a metal such as iron, zinc, magnesium, or aluminum is applied to a cathode and an air diffusion electrode such as an oxygen electrode is applied to the anode. By applying oxygen in the air as the active material of the anode, it is advantageous in that it is light in weight, and cathode material is expected to realize high energy because it is applied with relatively safe and cheap metal.

이 중에서도 아연을 연료로서 사용하는 아연 공기 전지의 산업상 활용예가 많은데, 이러한 아연 공기 전지의 한 형태로서, 아연 분말을 포함하는 겔을 음극 전극에 적용하는 구조가 있다. 이러한 구조는, 전지의 방전 반응이 진행되면서, 아연이 소모됨에 따라 아연 간의 접촉 저항이 증가하여 출력이 감소할 수 있다. 특히, 방전 전류가 커지면 이러한 현상은 증대하여, 결국 내부 저항의 증가로 인해 출력이 감소하고 방전 효율이 저하될 수 있다.Among them, there are many industrial applications of zinc air cells using zinc as a fuel. As a form of such a zinc air cell, there is a structure in which a gel containing zinc powder is applied to a cathode electrode. With such a structure, as the discharge reaction of the battery progresses, the contact resistance between the zinc increases and the output decreases as the zinc is consumed. In particular, as the discharge current increases, this phenomenon increases, and as a result, the output decreases and the discharge efficiency decreases due to the increase of the internal resistance.

한편, 아연 분말을 포함하는 겔은 진동이나 충격에 약하여, 이동 기기에 사용이 부적합할 수 있다. 또, 상기 구조는 전해액을 주입한 상태에서는 지속적인 자가 방전이 있으며, 이에 따라 공기와의 접촉을 차단할 필요가 있다. 구체적으로, 공기와의 접촉을 차단하기 위해, 공기 차단 필름을 이용하여 밀폐하는 것을 요구한다. 이러한 단점은 아연 공기 전지의 대형화 또는 비상용 전원으로서의 적용 가능성을 제한할 수 있다.On the other hand, the gel containing zinc powder is vulnerable to vibration or shock, and may not be suitable for use in mobile equipment. In the above structure, there is a continuous self-discharge in the state where the electrolyte is injected, and accordingly, it is necessary to prevent contact with air. Specifically, in order to block the contact with air, it is required to seal with an air-shielding film. This disadvantage can limit the possibility of enlargement of the zinc air cell or its application as an emergency power source.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 비상용 또는 이동용 전원으로서, 종래에 비해 우수한 전력 특성과 방전 효율을 구비하는 금속 공기 전지를 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a metallic air cell having an excellent power characteristic and a discharge efficiency as compared with the prior art as an emergency or mobile power source.

일 측면에 따르는 감겨진 형태의 음극 전극을 구비하는 금속 공기 전지가 개시된다. 상기 금속 공기 전지는 내부 공간을 가지는 튜브 형태의 공기 양극 전극; 상기 내부 공간에 위치하며, 금속 박판이 감겨져 배치되는 음극 전극; 및 상기 공기 양극 전극과 상기 음극 전극 사이에 배치되는 분리막을 포함한다. 상기 금속 박판은 복수의 타공된 개구, 및 상기 개구의 주변부에 상기 타공으로 인한 상기 금속 박판의 돌출부를 구비한다. 상기 돌출부는 상기 감겨진 음극 전극 간의 간격을 유지시키는 것을 특징으로 한다.A metal air cell having a negative electrode wound in one side surface is disclosed. Wherein the metal air cell comprises: an air anode electrode in the form of a tube having an internal space; A negative electrode disposed in the inner space and having a metal thin plate wound and disposed; And a separation membrane disposed between the air anode electrode and the cathode electrode. The thin metal plate has a plurality of perforated openings and protrusions of the thin metal plate due to the perforations at the periphery of the apertures. And the projecting portion maintains a gap between the wound cathode electrodes.

일 실시 예에 있어서, 상기 금속 박판은 0.05 내지 1 mm의 두께를 가지는 아연 재질로 이루어질 수 있다.In one embodiment, the metal foil may be made of a zinc material having a thickness of 0.05 to 1 mm.

다른 실시 예에 있어서, 상기 음극 전극은 상기 금속 박판이 나선형으로 감겨진 형태를 가질 수 있다.In another embodiment, the cathode electrode may have a spiral wound metal foil.

또다른 실시 예에 있어서, 상기 금속 박판은, 상기 내부 공간의 중심부에 위치하는 일 단부로부터 상기 내부 공간의 외곽부에 위치하는 타단부에 이르도록, 복수회 감져질 수 있다.In another embodiment, the thin metal plate may be retracted a plurality of times from one end located at the center of the inner space to the other end located at the outer edge of the inner space.

또다른 실시 예에 있어서, 상기 금속 박판의 상기 일단부와 결합되고, 상기 공기 양극 전극의 높이 방향을 따라 연장되는 음극 단자를 더 포함할 수 있다.In yet another embodiment, the apparatus may further include a negative terminal coupled to the one end of the thin metal plate and extending along a height direction of the air positive electrode.

또다른 실시 예에 있어서, 상기 내부 공간에 채워지며, 상기 공기 양극 전극 및 상기 상부 및 하부 절연 구조물에 의해 외부로부터 밀폐되는 전해액을 더 포함할 수 있다.In yet another embodiment, the apparatus may further include an electrolyte filled in the inner space and sealed from the outside by the air anode electrode and the upper and lower insulating structures.

또다른 실시 예에 있어서, 상기 개구는 직경 1 내지 5 mm의 크기를 가지며, 일정 간격으로 배열될 수 있다.In yet another embodiment, the apertures have a size of 1-5 mm in diameter and may be arranged at regular intervals.

또다른 실시 예에 있어서, 상기 개구는 1 내지 10 mm 간격으로 배열될 수 있다.In yet another embodiment, the openings may be arranged at intervals of 1 to 10 mm.

또다른 실시 예에 있어서, 상기 돌출부는 상기 금속 박판과 동일 재질일 수 있다.In another embodiment, the projecting portion may be made of the same material as the thin metal plate.

또다른 실시 예에 있어서, 상기 공기 양극 전극은 10 내지 50 mm의 직경을 가질 수 있다.In another embodiment, the air anode electrode may have a diameter of 10 to 50 mm.

또다른 실시 예에 있어서, 상기 분리막은 상기 공기 양극 전극과 상기 음극 전극이 직접 접촉하는 것을 방지하도록 배치될 수 있다.In another embodiment, the separation membrane may be arranged to prevent direct contact between the air anode electrode and the cathode electrode.

본 발명의 일 실시 예의 금속 공기 전지에 따르면, 내부 공간을 가지는 튜브 형태를 가지는 공기 양극 전극을 배치하고, 상기 내부 공간 내에 금속 박판이 감져져 있는 형태로 음극 전극을 배치한다. 상기 금속 공기 전지의 구동 시에는 상기 내부 공간 내에 전해액을 채운 상태에서 상기 튜브의 상부 및 하부를 밀폐하고, 외부로부터 상기 공기 양극 전극을 통해 전지 내부로 유입되는 공기와 전지 내부의 전해액 및 음극 전극을 이용하여 전지의 방전 반응을 진행시킬 수 있다. According to the metal air cell of the embodiment of the present invention, the air anode electrode having a tube shape having an internal space is disposed, and the cathode electrode is disposed in a shape in which a thin metal plate is wound in the internal space. When the metal air cell is driven, the upper and lower portions of the tube are sealed with the electrolyte filled in the inner space, and the air introduced into the battery through the air positive electrode from the outside and the electrolyte and the negative electrode inside the battery The discharge reaction of the battery can be promoted.

본 발명의 실시예에서는, 상기 금속 박판에 복수의 개구 및 돌출부를 형성함으로써, 음극 전극의 반응 표면적을 충분히 증가시키면서도, 기계적 진동이나 충격에 견딜 수 있는 견고한 전지 구조물을 형성할 수 있다. 또한, 금속 박판의 상기 개구 주변부에 형성되는 돌출부를 이용하여, 상기 금속 박판 간 간격을 일정하게 유지시킴으로써, 전지 내부에서 전해질의 흐름을 용이하게 할 수 있다. In the embodiment of the present invention, by forming a plurality of openings and protrusions on the thin metal plate, it is possible to form a rigid battery structure that can withstand the mechanical vibration and impact while sufficiently increasing the reaction surface area of the cathode electrode. Further, by using the protrusions formed in the periphery of the opening of the metal thin plate, the gap between the metal thin plates is kept constant, so that the flow of the electrolyte in the battery can be facilitated.

또한, 전지를 구동하지 않는 경우에 전해액을 격리하여 보관할 수 있다. 이로써, 건조 보관되는 음극 전극은 보관하는 동안 전기화학적 반응이 억제될 수 있다. 그 결과, 종래의 경우 보관상의 문제점인 금속 아연의 자가 방전과 전해액의 변질을 방지할 수 있다. In addition, when the battery is not driven, the electrolytic solution can be kept isolated. Thereby, the electrochemical reaction can be suppressed during the storage of the cathode electrode to be dried and stored. As a result, it is possible to prevent the self-discharge of metal zinc and deterioration of the electrolytic solution, which is a problem in storage in the past.

또한, 음극 전극으로서 금속 박판을 적용함으로써, 종래의 분말, 구슬, 펠렛을 음극 활성체로 적용할 때 전지 반응이 진행됨에 따라 상기 음극 활성체 간의 전기적 접촉 불량이 발생하는 문제를 해결할 수 있다. 이에 따라, 종래의 분말, 구슬, 펠렛을 적용하는 경우와 대비하여, 전지 출력을 높일 수 있고 지속적인 방전을 발생시킬 수 있다. Further, by applying a thin metal plate as the cathode electrode, it is possible to solve the problem that electrical contact failure occurs between the anode active materials as the battery reaction progresses when conventional powders, beads and pellets are applied to the anode active material. Accordingly, compared with the case of applying conventional powder, beads, and pellets, the battery output can be increased and sustained discharge can be generated.

도 1a은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 감겨진 형태의 음극 전극을 구비하는 금속 공기 전지를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 금속 공기 전지의 투시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 음극 전극을 개략적으로 나타내는 전개 평면도이다.
도 3은 도 2의 음극 전극의 두께 방향의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 금속 공기 전지의 전류 용량 대비 셀 전압을 측정한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 금속 공기 전지의 전류 용량 대비 셀 전압을 측정한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 비교예에 따르는 금속 공기 전지의 전류 용량 대비 셀 전압을 측정한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제공 전류의 크기에 따라 시간 별 셀 전압 크기를 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제공 전류의 크기에 따라 시간 별 셀 전압 크기를 측정한 그래프이다.FIG. 1A is a perspective view schematically illustrating a metal air cell having a negative electrode of a wound type according to an embodiment of the present invention. FIG.
1B is a perspective view of the metal air cell of FIG. 1A.
2 is an exploded plan view schematically illustrating a cathode electrode according to an embodiment of the present invention.
3 is a sectional view of the cathode electrode in Fig. 2 in the thickness direction.
4 is a graph illustrating cell voltage versus current capacity of a metal air cell according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph illustrating cell voltage versus current capacity of a metal air cell according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing cell voltage versus current capacity of a metal air cell according to a comparative example of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a graph illustrating a cell voltage magnitude according to time according to a magnitude of a supplied current in an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph illustrating a cell voltage magnitude according to time according to a magnitude of a provided current in an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시 예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 위에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 위에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the width, thickness, and the like of the components are enlarged in order to clearly illustrate the components of each device. It is to be understood that when an element is described as being located on another element, it is meant that the element is directly on top of the other element or that additional elements can be interposed between the elements .

복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다. 또, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. Like numbers refer to like elements throughout the several views. It is to be understood that the singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise, and the terms "comprise" Or combinations thereof, and does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

상술한 바와 같은 종래의 아연 분말을 포함하는 겔이 가지는 단점을 극복하기 위한 한가지 방안으로, 전해액을 격리 보관하는 형태의 구조가 있다. 이러한 구조의 경우, 아연 공기 전지 내의 공기 유입이나 이로 인한 전극의 손실을 방지할 수 있다. 즉, 전지의 구성물들이 모두 건조 보관 상태이므로, 공기와의 접촉에 의해 손실이 일어나지 않도록 할 수 있다. 다만, 이 경우에도 분말 형태로 적용시, 전해액이 주입될 때, 상기 분말이 전해액의 주입 속도를 더디게 하거나 전해액 주입 통로를 막는 경우가 발생할 수 있다. 또한, 분말의 부식도 진행될 수 있다. 이 결과, 아연 분말의 경우, 대용량의 전지와 전해액 격리 보관형 전지로의 적용이 부적합할 수 있다. In order to overcome the disadvantages of the gel containing the conventional zinc powder as described above, there is a structure for isolating and storing the electrolytic solution. With such a structure, it is possible to prevent air inflow in the zinc air cell and loss of the electrode due to this. That is, since all of the components of the battery are in a dry storage state, it is possible to prevent loss due to contact with air. In this case, however, when the powder is applied in the form of powder, the powder may slow down the electrolyte injection rate or block the electrolyte injection path when the electrolyte is injected. In addition, corrosion of the powder can also proceed. As a result, in the case of zinc powder, application to a large-capacity battery and an electrolyte-isolating storage type battery may be unsuitable.

상술한 바와 같은 아연 분말을 포함하는 겔이 가지는 단점을 극복하기 위해 본 발명의 발명자는 판상의 아연 전극을 적용하는 것을 제안한다. 그런데, 판상의 아연 전극의 경우, 비 표면적이 작아 전지 동작 중 표면이 쉽게 부도체화(passivation)될 수 있으며, 아연 전극의 표면이 부도체화하는 경우, 남아 있는 아연 금속을 음극 활성체로 적용할 수 없다는 문제가 있다는 것을 인지하였다.In order to overcome the disadvantages of the gel containing the zinc powder as described above, the inventor of the present invention proposes applying a plate-shaped zinc electrode. However, in the case of a zinc electrode in the form of a plate, the surface area of the zinc electrode can be easily passivated during operation of the battery, and the remaining zinc metal can not be applied to the anode active material when the surface of the zinc electrode becomes non- I realized there was a problem.

한편, 아연 금속을 펠렛(Pellet)과 구슬(bead)의 형태로 적용하는 경우에 있어서도, 아연 분말을 사용하는 경우에 발생하는 문제점들을 가질 수 있다. 상기 구슬은 통상 용융 아연으로부터 제조되는데, 이 경우, 구슬의 비중이 높아 진동에 의해 셀 내부를 심각하게 훼손할 수 있으므로, 비상용이나 이동형 전지로서는 부적합하다는 것을 인지하였다.On the other hand, even when zinc metal is applied in the form of pellets and beads, it may have problems that occur when zinc powder is used. The beads are usually produced from molten zinc. In this case, it is recognized that the beads are unsuitable as a non-emergency or mobile battery because the specific gravity of the beads is high and the inside of the cell can be severely damaged by vibration.

이하에서는, 상술한 단점들을 보완할 수 있으며, 비상용 또는 이동용 전원으로서, 종래에 비해 우수한 전력 특성과 방전 효율을 구비하는 새로운 금속 공기 전지 구조를 제안한다. Hereinafter, a new metal air cell structure is proposed, which can overcome the above-mentioned drawbacks and has excellent power characteristics and discharge efficiency as compared with the prior art as an emergency or mobile power source.

도 1a은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 감겨진 형태의 음극 전극을 구비하는 금속 공기 전지를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 1b는 도 1a의 금속 공기 전지의 투시도이다. FIG. 1A is a perspective view schematically illustrating a metal air cell having a negative electrode of a wound type according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a perspective view of the metal air cell of FIG. 1A.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 금속 공기 전지(10)는 공기 양극 전극(110), 음극 전극(120), 분리막(130)을 포함한다. 1A and 1B, a metal air cell 10 includes an air anode electrode 110, a cathode electrode 120, and a separator 130.

공기 양극 전극(110)은 내부 공간을 가지는 튜브 형태를 가질 수 있다. 공기 양극 전극(110)은 도시되는 바와 같이 상하부가 개방된 원통형 또는 타원형의 구조를 가질 수 있다. 공기 양극 전극(110)은 일 실시 예에서 다음과 같이 제조될 수 있다. 이산화망간을 촉매로 적용한 카본 블랙과 불소 수지의 혼합물을 준비한다. 또한, 니켈 재질의 메쉬(meash) 또는 폼(foam) 구조물을 준비한다. 상기 혼합물을 상기 메쉬 또는 폼 구조물에 코팅한 후에, 상기 코팅된 메쉬 또는 폼 구조물을 원통형 또는 타원형으로 말아서, 공기 양극 전극(110)을 형성할 수 있다. The air anode electrode 110 may have a tubular shape having an internal space. The air anode electrode 110 may have a cylindrical or elliptical structure with upper and lower openings as shown. The air anode electrode 110 may be manufactured as follows in one embodiment. A mixture of carbon black and fluorine resin is prepared by applying manganese dioxide as a catalyst. In addition, a nickel meash or foam structure is prepared. After coating the mixture on the mesh or foam structure, the coated mesh or foam structure may be rolled into a cylindrical or elliptical shape to form the air anode electrode 110.

도 1a에 도시되는 바와 같이, 공기 양극의 직경(Dc)은 일 예로서, 10 내지 50 mm의 크기를 가지면, 공기 양극의 높이(Hc)는 일 예로서, 80 내지 150 mm 의 크기를 가질 수 있다.As shown in Figure 1a, the diameter of the air cathode (D c) is one example, 10 to Having a size of 50 mm, a height of the air cathode (H c) is a size of one example, 80 to 150 mm Lt; / RTI >

음극 전극(120)은 공기 양극 전극(110)의 내부 공간에 위치하며, 금속 박판이 감겨진 형태를 가진다. 일 실시 예에서, 상기 금속 박판은 0.05 내지 1 mm의 두께를 가지는 아연 재질로 이루어질 수 있다.The cathode electrode 120 is located in the inner space of the air anode electrode 110 and has a thin metal foil. In one embodiment, the metal foil may be made of a zinc material having a thickness of 0.05 to 1 mm.

도 1b를 참조하면, 상기 금속 박판은 복수회 감겨진 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 금속 박판은 나선형으로 감겨진 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 박판은, 상기 내부 공간의 중심부에 위치하는 일 단부(122)로부터 상기 내부 공간의 외곽부에 위치하는 타단부(124)에 이르도록, 복수회 감져질 수 있다.Referring to FIG. 1B, the metal thin plate may have a plurality of turns. Further, the metal thin plate may have a spiral wound form. Specifically, the thin metal plate may be retracted a plurality of times from one end 122 located at the center of the inner space to the other end 124 located at the outer periphery of the inner space.

도시되지는 않았지만, 상기 금속 박판 상에는 복수의 타공된 개구가 형성될 수 있다. 또한, 상기 개구의 주변부에는 상기 타공으로 인한 상기 금속 박판의 돌출부가 형성될 수 있다. 상기 돌출부는 상기 감겨진 금속 박판 사이의 간격을 유지시키는 기능을 수행할 수 있다. 이하, 도 2 및 도 3의 도면을 이용하여 상술하기로 한다.Although not shown, a plurality of perforated openings may be formed on the thin metal plate. The protrusion of the thin metal plate due to the punch may be formed in the periphery of the opening. The protrusions may function to maintain a space between the wound metal foil plates. Hereinafter, description will be made in detail with reference to Figs. 2 and 3.

상기 내부 공간의 중심부에 위치하는 일 단부(122)는 공기 양극 전극(110)의 높이 방향(즉, z 방향)을 따라 연장되는 음극 단자(140)와 결합될 수 있다. 음극 단자(140)는 봉 형태를 가지는 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 일 예로서, 용접 공정에 의해 상기 금속 박판의 일 단부(122)과 결합될 수 있다.One end portion 122 located at the center of the inner space may be coupled with the negative electrode terminal 140 extending along the height direction (i.e., z direction) of the air anode electrode 110. The anode terminal 140 may be made of a metal material having a rod shape, and may be joined to the one end 122 of the thin metal plate, for example, by a welding process.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 튜브 형태의 공기 양극 전극(110)의 상부 및 하부에는 상부 및 하부 절연 구조물(150, 160)이 배치된다. 도 1b에서는, 상부 절연 구조물(150)이 설명의 편의상 생략되었다.1A and 1B, upper and lower insulating structures 150 and 160 are disposed at upper and lower portions of a tube-shaped air cathode electrode 110, respectively. In Fig. 1B, the upper insulating structure 150 is omitted for convenience of explanation.

상부 및 하부 절연 구조물(150, 160)은 음극 전극(120)을 외부 환경으로부터 밀폐시킬 수 있다. 다만, 음극 단자(140)는 상부 절연 구조물(150) 또는 하부 절연 구조물(160)의 외부로 노출되어, 금속 공기 전지(10)의 전극 단자로서의 기능을 수행할 수 있다. 한편, 도시되지는 않았지만, 공기 양극 전극(110)에는 양극 단자가 배치될 수 있다. 상기 양극 단자와 음극 단자(140)를 부하에 연결함으로써, 전지 반응이 발생할 수 있다.The upper and lower insulating structures 150 and 160 may seal the cathode electrode 120 from the external environment. The negative electrode terminal 140 may be exposed to the outside of the upper insulating structure 150 or the lower insulating structure 160 to function as an electrode terminal of the metal air cell 10. On the other hand, although not shown, a positive electrode terminal may be disposed on the air anode electrode 110. By connecting the positive electrode terminal and the negative electrode terminal 140 to the load, a battery reaction may occur.

도 1a 및 도 1b를 다시 참조하면, 공기 양극 전극(110)과 음극 전극(120) 사이에는 분리막(130)이 배치될 수 있다. 분리막(130)은 공기 양극 전극(110)과 음극 전극(120)이 접촉하는 것을 방지하도록, 공기 양극 전극(110)의 내주면을 따라 배치될 수 있다.Referring again to FIGS. 1A and 1B, a separation membrane 130 may be disposed between the air cathode electrode 110 and the cathode electrode 120. The separation membrane 130 may be disposed along the inner circumferential surface of the air anode electrode 110 to prevent the air anode electrode 110 and the cathode electrode 120 from contacting each other.

분리막(130)은 일 예로서, 폴리비닐알콜(PVA), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 불소 수지와 같은 재질로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 분리막(130)은 폴리비닐알콜계 멤브레인으로 이루어질 수 있다. 분리막(130)의 형태로는, 다공성 필름, 망사, 또는 부직포와 같은 형태일 수 있으나 반드시 이에 한정되지는 않고, 전해액이 통과할 수 있는 재질이라면, 공지의 다양한 재질을 적용할 수 있다.The separator 130 may be made of a material such as polyvinyl alcohol (PVA), polypropylene, polyethylene, or fluororesin. As an example, the separation membrane 130 may be formed of a polyvinyl alcohol-based membrane. The separator 130 may be in the form of a porous film, a mesh, or a nonwoven fabric. However, the separator 130 is not limited thereto, and various known materials may be used as long as the electrolyte can pass therethrough.

본 발명의 일 실시 예에 따르는 금속 공기 전지는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 상태로 보관될 수 있다. 이때, 음극 전극(120)은 건조된 상태를 유지할 수 있으며, 밀폐되지 않거나, 또는 밀폐된 상태로 보관될 수 있다.The metal air cell according to an embodiment of the present invention may be stored in the state shown in Figs. 1A and 1B. At this time, the cathode electrode 120 can be maintained in a dried state, and can be stored in an unsealed or sealed state.

한편, 비상용 또는 이동용 전원으로서, 전지 구동이 필요한 경우에, 공기 양극 전극(110)의 내부 공간 내에, 음극 전극(120) 및 분리막(130)과 접촉하도록 전해액을 채울 수 있다. 이를 위해, 도 1a 및 도 1b에 도시되는 상부 절연 구조물(150) 또는 하부 절연 구조물(160) 중 적어도 하나가 개방될 수 있다. 상기 전해액이 공급된 후에, 상부 절연 구조물(150) 또는 하부 절연 구조물(160)이 공기 양극 전극(110)의 상부 또는 하부를 밀폐할 수 있다. 상기 전해액은 공기 양극 전극(110) 및 상부 및 하부 절연 구조물(150, 160)에 의해 외부 환경으로부터 밀폐될 수 있다. 상기 전해액은 분리막(130)을 통과하여, 공기 양극 전극(110) 및 음극 전극(120) 사이를 이동할 수 있으나, 공기 양극 전극(110)을 통과하여 외부로 누출되지는 않을 수 있다.On the other hand, when the battery is required to be driven as an emergency or mobile power source, the electrolytic solution can be filled in the internal space of the air anode electrode 110 so as to be in contact with the cathode electrode 120 and the separator 130. To this end, at least one of the upper insulating structure 150 or the lower insulating structure 160 shown in FIGS. 1A and 1B may be opened. After the electrolytic solution is supplied, the upper insulating structure 150 or the lower insulating structure 160 may seal the upper or lower portion of the air cathode electrode 110. The electrolyte can be sealed from the external environment by the air anode electrode 110 and the upper and lower insulating structures 150 and 160. The electrolyte may pass through the separator 130 and move between the air anode 110 and the cathode 120 but may not leak to the outside through the air anode 110. [

일 실시 예에 있어서, 상부 및 하부 절연 구조물(150, 160)은 플라스틱 또는 폴리머 재질을 가질 수 있다. 상부 및 하부 절연 구조물(150, 160)이, 공기 양극 전극(110)의 상부 또는 하부를 밀폐하는 방법은, 일 예로서, 원반형의 플라스틱 절연물로 공기 양극 전극(110)의 상부 및 하부를 덮고, 밴드 등과 같은 물리적 결합 수단을 이용하여 밀폐하거나, 접착제 등과 같은 화학적 결합 수단을 이용하여 밀폐하는 방법을 적용할 수 있다.In one embodiment, the upper and lower insulating structures 150, 160 may have a plastic or polymeric material. The upper and lower insulating structures 150 and 160 seal the upper or lower portion of the air anode electrode 110 by covering the upper and lower portions of the air anode electrode 110 with a disk- A method of sealing by using a physical coupling means such as a band or sealing by using a chemical coupling means such as an adhesive may be applied.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 음극 전극을 개략적으로 나타내는 전개 평면도이다. 도 3은 도 2의 음극 전극의 두께 방향의 단면도이다. 일 실시 예에서, 음극 전극(120)은 도 3에 도시되는 바와 같이, 0.05 내지 1mm의 두께(t)를 가지는 아연 재질의 금속 박판(120a)이 감겨져서 형성될 수 있다.2 is an exploded plan view schematically illustrating a cathode electrode according to an embodiment of the present invention. 3 is a sectional view of the cathode electrode in Fig. 2 in the thickness direction. In one embodiment, the cathode electrode 120 may be formed by winding a thin metal sheet 120a of zinc having a thickness t of 0.05 to 1 mm, as shown in FIG.

도 2를 참조하면, 음극 전극(120)을 이루는 금속 박판(120a)은 제1 단부(121), 제2 단부(122), 제3 단부(123), 및 제4 단부(124)을 가지는 직사각형의 평면 형상을 가질 수 있다. 일 예로서, 금속 박판(120a)은 80 내지 150 mm의 폭(Wa)과 400 내지 1000 mm의 길이(La)를 가질 수 있다.2, the thin metal plate 120a constituting the cathode electrode 120 includes a rectangular shape having a first end 121, a second end 122, a third end 123 and a fourth end 124, As shown in FIG. As an example, the metal foil 120a may have a width Wa of 80 to 150 mm and a length La of 400 to 1000 mm.

금속 박판(120a)은 복수의 타공된 개구(125)를 가질 수 있다. 상기 개구(125)는 일 예로서, 약 1 내지 5mm의 직경 크기를 가질 수 있으며, 일정 간격으로 배열될 수 있다. 개구(125)는 일 예로서, 1 내지 10 mm의 간격으로 배열될 수 있다.The metal foil 120a may have a plurality of perforated openings 125. The openings 125 may, for example, have a diameter size of about 1 to 5 mm and may be arranged at regular intervals. The openings 125 may, for example, be arranged at intervals of 1 to 10 mm.

일 실시 예에 있어서, 금속 박판(120a)에 개구(125)를 형성하는 방법은, 소정의 직경을 가지는 원형 침 또는 정사각형 단면을 가지는 침을 이용하여, 금속 박판(120a)에 압력을 가하여, 상기 침이 금속 박판(120a)을 관통하도록 타공하여, 형성하는 방법을 적용할 수 있다. 일 예로서, 상기 침은 직경이 약 1 mm 내지 5 mm의 원형 침일 수 있다. 다른 예로서, 상기 침은 단면상에서, 한 변의 길이가 약 1 내지 5 mm인 정사각형 침일 수 있다. In one embodiment, a method of forming the opening 125 in the thin metal plate 120a may include applying a pressure to the thin metal plate 120a using a circular needle having a predetermined diameter or a needle having a square cross section, It is possible to apply a method of piercing the needle to penetrate the thin metal plate 120a. As an example, the needle may be a circular needle having a diameter of about 1 mm to 5 mm. As another example, the needle may be a square needle having a length of about 1 to 5 mm on one side, in cross section.

또한, 금속 박판(120a)은, 폭 방향을 따라, 개구(125)가 형성된 영역인 타공부(A, C)와 개구(125)가 형성되지 않은 비타공부(B)를 구비할 수 있다. 비타공부(120b)는 금속 박판(120a)이 감겨서 음극 전극(120)을 구성할 때, 음극 전극(120)의 구조적 안정성을 위해, 개구(125)를 형성하지 않은 영역이다. 비타공부(B)은 폭 방향을 따라, 타공부(A, C) 사이에 배치되며, 비타공부(B)의 폭은 전체 폭(Wa)의 약 1/5 내지 1/2의 크기를 가질 수 있다.The metal thin plate 120a may include a tread A and a region C along which the opening 125 is formed along the width direction and a non-penetration B where the opening 125 is not formed. The biting portion 120b is an area where the opening 125 is not formed for the structural stability of the cathode electrode 120 when the thin metal plate 120a is wound to form the cathode electrode 120. [ The non-penetration B is disposed between the rubbers A and C along the width direction, and the width of the non-penetration B is about 1/5 to 1/2 of the entire width Wa. have.

한편, 도 3을 참조하면, 금속 박판(120a)은 타공된 개구(125)의 주변부에 상기 타공으로 인해 형성되는 금속 박판(120a)의 돌출부(120b)를 구비할 수 있다. 상기 돌출부(120b)는 다음과 같은 공정을 진행함으로써 획득할 수 있다. 상기 침을 금속 박판(120a)에 관통시켜 개구(125)를 형성할 때, 상기 침이 뚫고 나오면서 형성되는 금속 박판(120a)의 칩(chip)이 제거되지 않고 개구(125)의 주변부에 그대로 돌출되어 붙어 있는 상태를 유지하도록 타공한다. 이어서, 압연 롤러를 적용하여, 상기 개구(125)의 주변부에 붙어 있는 상기 칩을 다듬어서 균일한 높이를 가지도록 한다. 이와 같이, 개구(125)의 주변부에, 금속 박판(120a)의 돌출부(120b)가 유지됨으로써, 금속 박판(120a)의 질량 손실은 발생하지 않을 수 있다.3, the metal thin plate 120a may include a protrusion 120b of a metal thin plate 120a formed by the perforations in the periphery of the perforated opening 125. [ The protrusion 120b can be obtained by performing the following process. The chip of the thin metal plate 120a formed while the needles penetrate through the thin metal plate 120a is formed in the peripheral portion of the opening 125 without being removed, So as to maintain the attached state. Then, a rolling roller is applied to trim the chip attached to the periphery of the opening 125 so as to have a uniform height. As described above, the protrusion 120b of the thin metal plate 120a is held at the periphery of the opening 125, so that mass loss of the thin metal plate 120a may not occur.

도 3을 참조하면, 개구(125)는 직경(Dp)이 약 1 내지 5 mm의 크기를 가지며, 일 예로서, 개구(125)와 개구(125) 사이의 간격(Sp)이 약 1 내지 10 mm을 유지하도록 배열될 수 있다.3, the opening 125 has a diameter Dp of about 1 to 5 mm, and in one example, the distance Sp between the opening 125 and the opening 125 is about 1 to 10 mm. < / RTI >

본 발명의 실시 예에 따르면, 개구(125) 및 돌출부(120b)는 음극 전극(120)의 표면적을 증가시켜, 전지의 음극 반응의 효율을 증가시킬 수 있다. 돌출부(120b)는 금속 박판(120a)이 감겨져서 음극 전극(120a)을 형성할 때, 감겨진 금속 박판(120a) 사이의 간격을 일정하게 유지시킬 수 있다. 이를 통해, 전해액의 침투 및 전기적 방전을 용이하게 할 수 있다. 전지의 방전 반응은, 공기 양극 전극(110)으로부터 유입된 공기가 접촉하는 감겨진 금속 박판(120a)의 최외곽부로부터 진행될 수 있다. 방전 반응이 진행될수록, 감겨진 금속 박판(120a)의 소모가 외곽부로부터 중심부로 진행될 수 있다. 최종적으로, 중심부에 배치되는 음극 단자(140)만 잔존하게 되며, 전지의 방전 반응이 종료된 후에 음극 단자(140)만 쉽게 교체하여, 금속 공기 전지를 재활용할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the opening 125 and the protrusion 120b can increase the surface area of the cathode electrode 120, thereby increasing the efficiency of the cathode reaction of the battery. The projecting portion 120b can maintain a constant interval between the rolled metal thin plates 120a when the thin metal plate 120a is wound to form the cathode electrode 120a. This makes it possible to facilitate the penetration of the electrolytic solution and the electric discharge. The discharging reaction of the battery can proceed from the outermost portion of the rolled metal thin plate 120a in which air introduced from the air positive electrode 110 is in contact. As the discharge reaction progresses, the consumption of the rolled metal thin plate 120a can proceed from the outer portion to the central portion. Finally, only the negative electrode terminal 140 disposed at the center portion remains, and after the discharge reaction of the battery is completed, only the negative electrode terminal 140 can be easily replaced and the metal air battery can be recycled.

본 발명의 일 실시 예의 금속 공기 전지에 따르면, 내부 공간을 가지는 튜브 형태를 가지는 공기 양극 전극을 배치하고, 상기 내부 공간 내에 금속 박판이 감져져 있는 형태로 음극 전극을 배치한다. 상기 금속 공기 전지의 구동 시에는 상기 내부 공간 내에 전해액을 채운 상태에서 상기 튜브의 상부 및 하부를 밀폐하고, 외부로부터 상기 공기 양극 전극을 통해 전지 내부로 유입되는 공기와 전지 내부의 전해액 및 음극 전극을 이용하여 전지의 방전 반응을 진행시킬 수 있다. According to the metal air cell of the embodiment of the present invention, the air anode electrode having a tube shape having an internal space is disposed, and the cathode electrode is disposed in a shape in which a thin metal plate is wound in the internal space. When the metal air cell is driven, the upper and lower portions of the tube are sealed with the electrolyte filled in the inner space, and the air introduced into the battery through the air positive electrode from the outside and the electrolyte and the negative electrode inside the battery The discharge reaction of the battery can be promoted.

본 발명의 실시예에서는, 상기 금속 박판에 복수의 개구 및 돌출부를 형성함으로써, 음극 전극의 반응 표면적을 충분히 증가시키면서도, 기계적 진동이나 충격에 견딜 수 있는 견고한 전지 구조물을 형성할 수 있다. 또한, 금속 박판의 상기 개구 주변부에 형성되는 돌출부를 이용하여, 상기 금속 박판 간 간격을 일정하게 유지시킴으로써, 전지 내부에서 전해질의 흐름을 용이하게 할 수 있다. In the embodiment of the present invention, by forming a plurality of openings and protrusions on the thin metal plate, it is possible to form a rigid battery structure that can withstand the mechanical vibration and impact while sufficiently increasing the reaction surface area of the cathode electrode. Further, by using the protrusions formed in the periphery of the opening of the metal thin plate, the gap between the metal thin plates is kept constant, so that the flow of the electrolyte in the battery can be facilitated.

또한, 전지를 구동하지 않는 경우에 전해액을 격리하여 보관할 수 있다. 이로써, 건조 보관되는 음극 전극은 보관하는 동안 전기화학적 반응이 억제될 수 있다. 그 결과, 종래의 경우 보관상의 문제점인 금속 아연의 자가 방전과 전해액의 변질을 방지할 수 있다. In addition, when the battery is not driven, the electrolytic solution can be kept isolated. Thereby, the electrochemical reaction can be suppressed during the storage of the cathode electrode to be dried and stored. As a result, it is possible to prevent the self-discharge of metal zinc and deterioration of the electrolytic solution, which is a problem in storage in the past.

또한, 음극 전극으로서 금속 박판을 적용함으로써, 종래의 분말, 구슬, 펠렛을 음극 활성체로 적용할 때 전지 반응이 진행됨에 따라 상기 음극 활성체 간의 전기적 접촉 불량이 발생하는 문제를 해결할 수 있다. 이에 따라, 종래의 분말, 구슬, 펠렛을 적용하는 경우와 대비하여, 전지 출력을 높일 수 있고 지속적인 방전을 발생시킬 수 있다. Further, by applying a thin metal plate as the cathode electrode, it is possible to solve the problem that electrical contact failure occurs between the anode active materials as the battery reaction progresses when conventional powders, beads and pellets are applied to the anode active material. Accordingly, compared with the case of applying conventional powder, beads, and pellets, the battery output can be increased and sustained discharge can be generated.

이하에서는, 본 발명의 사상을 보다 구체적으로 파악할 수 있는 실시예를 기재하기로 한다.Hereinafter, an embodiment capable of grasping the idea of the present invention in more detail will be described.

실시예Example

0.3 mm 두께를 가지며, 80mm의 폭 및 400mm의 길이를 가지는 아연 박판을 준비하였다. 이때, 상기 아연 박판의 무게는 68g 이었다. 또한, 0.1 mm의 두께를 가지며, 80mm의 폭 및 1000mm의 길이를 가지는 아연 박판을 준비하였다. 이때, 상기 아연 박판의 무게는 57g 이었다. A zinc thin plate having a thickness of 0.3 mm, a width of 80 mm and a length of 400 mm was prepared. At this time, the weight of the zinc thin plate was 68 g. Further, a zinc thin plate having a thickness of 0.1 mm, a width of 80 mm and a length of 1000 mm was prepared. At this time, the weight of the zinc thin plate was 57 g.

상기 0.3 mm 및 0.1 mm의 아연 박판에 대해, 각각 3mm의 원형 침으로 4 mm 간격으로 타공을 실시한 경우의 시편들과, 타공을 실시하지 않은 시편들을 준비하였다. For the 0.3 mm and 0.1 mm zinc thin sheets, specimens were prepared by punching at intervals of 4 mm with a circular needle of 3 mm each, and specimens without punching were prepared.

상기 시편들을 나선형으로 복수회 감아서, 음극 전극을 형성하였다.The specimens were spirally wound several times to form a cathode electrode.

내부공간을 구비하는 튜브 형태의 공기 양극 전극을 준비하고, 상기 내부 공간에 상기 음극 전극을 배치하였다. 공기 양극 전극과 상기 음극 전극 사이에는 분리막을 배치시켰다. 그리고, 45% KOH 용액 80g을 전해액으로 상기 내부 공간에 채웠다. A tube-shaped air positive electrode having an internal space was prepared, and the negative electrode was disposed in the internal space. A separation membrane was disposed between the air anode electrode and the cathode electrode. Then, 80 g of a 45% KOH solution was filled into the internal space with an electrolytic solution.

이어서, 전지의 방전 반응을 진행시키고, 일정 전류가 흐를 때의 셀 전압 및 전류 용량을 측정하였다.Then, the discharging reaction of the cell was advanced, and the cell voltage and current capacity at the time when a constant current flowed were measured.

비교예Comparative Example

Zn-KOH 겔을 음극 활성체로 적용한 경우와 비교하였다. 먼저, 아크릴 수지의 일종인 CARBOPOLⓡ 2g, KOH 45% 100g, 물 25g, 아연 분말 150g을 섞은 겔을 제조하였다. 상기 겔의 아연 함량은 54.2 중량% 였다. 만들어진 겔을 154g씩 음극 활성체로 투입한 후에, 전지의 방전 반응을 진행시키고, 일정 전류가 흐를 때의 셀 전압 및 전류 용량을 측정하였다. Zn-KOH gel was applied to the anode active material. First, a gel mixture of a type of CARBOPOL ⓡ 2g, 45% KOH 100g, water, 25g, 150g zinc powder of the acrylic resin was prepared. The zinc content of the gel was 54.2 wt%. After 154 g of the prepared gel was charged into the negative electrode active material, the discharging reaction of the battery was allowed to proceed, and the cell voltage and current capacity at the time of the constant current flow were measured.

고찰Review

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 금속 공기 전지의 전류 용량 대비 셀 전압을 측정한 그래프이다. 410 그래프는 0.3mm 두께의 아연 박판을 적용하되, 개구를 형성하지 않은 박판을 감아서 음극 전극으로 적용한 예의 방전 그래프이며, 420 그래프는 0.3mm 두께의 아연 박판을 적용하되, 개구를 형성한 박판을 감아서 음극 전극으로 적용한 예의 방전 그래프이다. 두 경우 모두, 4A의 일정 전류를 제공한 후에, 전류 용량 대비 셀 전압을 측정한 결과이다. 4 is a graph illustrating cell voltage versus current capacity of a metal air cell according to an embodiment of the present invention. 410 is a discharge graph of a zinc thin plate of 0.3 mm thick applied to a negative electrode by winding a thin plate without an opening, and the graph of 420 is a zinc thin plate of 0.3 mm thick, And is applied to a cathode electrode. In both cases, a constant current of 4 A was provided, and then the cell voltage versus current capacity was measured.

타공한 경우가, 셀 전압 0.8V 이상을 유지하는 상태에서의 전류 용량이 상대적으로 크게 측정되었다. 방전 효율은 타공을 하지 않은 경우가 약 20%, 타공을 한 경우가 약 42%로 측정되어, 타공을 한 경우가 상대적으로 우수한 방전 성능을 나타내었다.The current capacity in the state where the cell voltage was maintained at 0.8 V or more was relatively large. The discharge efficiency was about 20% for non-punctured and 42% for punctured, and the punctured discharge performance was relatively good.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 금속 공기 전지의 전류 용량 대비 셀 전압을 측정한 그래프이다. 510 그래프는 0.1mm 두께의 아연 박판을 적용하되, 개구를 형성하지 않은 박판을 감아서 음극 전극으로 적용한 예의 방전 그래프이며, 520 그래프는 0.1mm 두께의 아연 박판을 적용하되, 개구를 형성한 박판을 감아서 음극 전극으로 적용한 예의 방전 그래프이다.5 is a graph illustrating cell voltage versus current capacity of a metal air cell according to another embodiment of the present invention. 510 is a discharge graph of a zinc thin plate with a thickness of 0.1 mm applied to a negative electrode by winding a thin plate without an opening. The graph 520 shows a zinc thin plate with a thickness of 0.1 mm, And is applied to a cathode electrode.

도시되는 바와 같이, 타공한 경우가, 셀 전압 0.8V 이상을 유지하는 상태에서의 전류 용량이 상대적으로 크게 측정되었다. 방전 효율은 타공을 하지 않은 경우가 약 17%, 타공을 한 경우게 약 80%로 측정되어, 타공을 한 경우가 상대적으로 우수한 방전 성능을 나타내었다.As shown in the figure, the current capacity in a state where the cell voltage is 0.8 V or more is measured relatively large in the case where the cell is punctured. The discharge efficiency was measured to be about 17% for non-punctured and 80% for punctured. The puncture efficiency was relatively good.

도 6은 본 발명의 일 비교예에 따르는 금속 공기 전지의 전류 용량 대비 셀 전압을 측정한 그래프이다. 610 그래프는 Zn-KOH 겔을 음극 활성체로 적용한 경우, 4A의 일정 전류를 금속 공기 전지에 제공한 경우의, 전류 용량 대비 셀 전압을 측정한 그래프이다. 620 그래프는 Zn-KOH 겔을 음극 활성체로 적용한 경우, 1A의 일정 전류를 금속 공기 전지에 제공한 경우의, 전류 용량 대비 셀 전압을 측정한 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing cell voltage versus current capacity of a metal air cell according to a comparative example of the present invention. FIG. 610 is a graph of cell voltage versus current capacity when a constant current of 4 A is applied to a metal air cell when Zn-KOH gel is applied to an anode active material. 620 is a graph of cell voltage versus current capacity when a constant current of 1A was applied to a metal air cell when Zn-KOH gel was applied as an anode active material.

도 6에 도시되는 바와 같이, 4A의 전류를 제공하는 경우, 방전 효율이 약 21% 이며, 1A의 전류를 제공하는 경우에도, 방전 효율이 약 47%로 나타났다. 이것은, 전지의 방전 반응이 진행됨에 따라, 아연 분말의 소모에 따라, 아연 분말 사이의 접촉 저항이 증가하기 때문이고, 본 비교예에서와 같이, 튜브 형태의 공기 양극 전극을 가지는 전지 구조에서, 아연 분말의 소모에 따라, 양극 전극과 음극 활성체 간의 거리가 증가하여 내부 저항이 증가했기 때문으로 판단된다.As shown in Fig. 6, when the current of 4 A is provided, the discharge efficiency is about 21%, and even when the current of 1A is provided, the discharge efficiency is about 47%. This is because the contact resistance between the zinc powders increases with the consumption of the zinc powder as the discharge reaction of the battery progresses. In the battery structure having the tube-shaped air cathode electrode as in this comparative example, It is judged that the internal resistance increases due to an increase in the distance between the anode electrode and the cathode active material depending on the consumption of the powder.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제공 전류의 크기에 따라 시간 별 셀 전압 크기를 측정한 그래프이다. 도 7에서는, 0.3mm 두께의 아연 박판을 적용하되, 개구를 형성한 박판을 감아서 음극 전극으로 적용한 경우, 금속 공기 전지에 제공되는 전류를 1A로부터 8A까지 일정하게 유지한 상태에서 셀 전압을 측정하였다. FIG. 7 is a graph illustrating a cell voltage magnitude according to time according to a magnitude of a supplied current in an embodiment of the present invention. In FIG. 7, when a thin zinc plate having a thickness of 0.3 mm is applied, when a thin plate with an opening is wound and applied as a cathode electrode, the cell voltage is measured while the current supplied to the metal air cell is kept constant from 1 A to 8 A Respectively.

구체적으로, 1A의 전류로부터, 전류를 1A씩 올리면서, 각 전류 조건마다 10분간 방전을 진행하였다. 그래프에 따르면, 8A의 전류 조건부터 시간에 따라 셀 전압이 감소하는 경향을 보이는데, 이는 음극 전극이 전극 반응 부산물에 의해 패시베이션되어 전극 반응이 감소하기 때문인 것으로 판단된다.Specifically, discharge was performed for 10 minutes in each current condition while increasing the current by 1 A from the current of 1A. According to the graph, the cell voltage tends to decrease with time from the current condition of 8A, which is considered to be due to the passivation of the cathode electrode by the electrode reaction byproduct and the decrease of the electrode reaction.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제공 전류의 크기에 따라 시간 별 셀 전압 크기를 측정한 그래프이다. 도 8에서는, 0.1mm 두께의 아연 박판을 적용하되, 개구를 형성한 박판을 감아서 음극 전극으로 적용한 경우, 금속 공기 전지에 제공되는 전류를 1A로부터 9A까지 일정하게 유지한 상태에서 셀 전압을 측정하였다. FIG. 8 is a graph illustrating a cell voltage magnitude according to time according to a magnitude of a provided current in an embodiment of the present invention. In FIG. 8, when a zinc thin plate having a thickness of 0.1 mm is applied, when a thin plate with an opening is wound and applied as a cathode electrode, the cell voltage is measured while keeping the current supplied to the metal air cell constant from 1 A to 9 A Respectively.

구체적으로, 1A의 전류로부터, 전류를 1A씩 올리면서, 각 전류 조건마다 10분간 방전을 진행하였다. 그래프에 따르면, 9A의 전류 조건부터 시간에 따라 셀 전압이 감소하는 경향을 보이는데, 이는 음극 전극이 전극 반응 부산물에 의해 패시베이션되어 전극 반응이 감소하기 때문인 것으로 판단된다.Specifically, discharge was performed for 10 minutes in each current condition while increasing the current by 1 A from the current of 1A. According to the graph, the cell voltage tends to decrease with time from the current condition of 9A because the cathode electrode is passivated by the electrode reaction by-products and the electrode reaction is decreased.

이상에서는 도면 및 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당 업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 출원의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원에 개시된 실시예들을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims. It will be understood that the present invention can be changed.

10: 금속 공기 전지, 110: 공기 양극 전극, 120: 음극 전극,
120a: 금속 박판, 120b: 돌출부,
121 122 123 124: 제1 ~ 제4 단부, 125: 개구,
130: 분리막, 140: 음극 단자,
150: 상부 절연 구조물, 160: 하부 절연 구조물.10: metal air cell, 110: air anode electrode, 120: cathode electrode,
120a: metal thin plate, 120b: projection,
121 122 123 124: first to fourth ends, 125: opening,
130: separator, 140: cathode terminal,
150: upper insulating structure, 160: lower insulating structure.

Claims (12)

내부 공간을 가지는 튜브 형태의 공기 양극 전극;
상기 내부 공간에 위치하며, 금속 박판이 감겨져 배치되는 음극 전극; 및
상기 공기 양극 전극과 상기 음극 전극 사이에 배치되는 분리막을 포함하되,
상기 금속 박판은 복수의 타공된 개구, 및 상기 개구의 주변부에 상기 타공으로 인한 상기 금속 박판의 돌출부를 구비하고,
상기 돌출부는 상기 감겨진 음극 전극 간의 간격을 유지시키는 것을 특징으로 하는
감겨진 형태의 음극 전극을 구비하는 금속 공기 전지.
A tubular air anode electrode having an internal space;
A negative electrode disposed in the inner space and having a metal thin plate wound and disposed; And
And a separation membrane disposed between the air anode electrode and the cathode electrode,
Wherein the metal thin plate has a plurality of perforated openings and protrusions of the thin metal plate due to the perforations in the periphery of the openings,
And the projecting portion maintains a gap between the wound cathode electrodes
A metal air cell comprising a wound anode electrode.
제1 항에 있어서,
상기 금속 박판은 0.05 내지 1 mm의 두께를 가지는 아연 재질로 이루어지는
감겨진 형태의 음극 전극을 구비하는 금속 공기 전지.
The method according to claim 1,
The metal thin plate is made of a zinc material having a thickness of 0.05 to 1 mm
A metal air cell comprising a wound anode electrode.
제1 항에 있어서,
상기 음극 전극은
상기 금속 박판이 나선형으로 감겨진 형태를 가지는
감겨진 형태의 음극 전극을 구비하는 금속 공기 전지.
The method according to claim 1,
The cathode electrode
Wherein the metal thin plate has a spiral wound form
A metal air cell comprising a wound anode electrode.
제3 항에 있어서,
상기 금속 박판은, 상기 내부 공간의 중심부에 위치하는 일 단부로부터 상기 내부 공간의 외곽부에 위치하는 타단부에 이르도록, 복수회 감져지는
감겨진 형태의 음극 전극을 구비하는 금속 공기 전지.
The method of claim 3,
The metal thin plate is arranged so as to extend from one end located at the center of the inner space to the other end located at the outer portion of the inner space,
A metal air cell comprising a wound anode electrode.
제4 항에 있어서,
상기 금속 박판의 상기 일단부와 결합되고, 상기 공기 양극 전극의 높이 방향을 따라 연장되는 음극 단자를 더 포함하는
감겨진 형태의 음극 전극을 구비하는 금속 공기 전지.
5. The method of claim 4,
And a negative terminal coupled to the one end of the thin metal plate and extending along a height direction of the air positive electrode
A metal air cell comprising a wound anode electrode.
제1 항에 있어서,
튜브 형태의 공기 양극 전극의 상부 및 하부에 결합하여, 상기 음극 전극을 밀폐시키는 상부 및 하부 절연 구조물을 더 포함하는
감겨진 형태의 음극 전극을 구비하는 금속 공기 전지.
The method according to claim 1,
Further comprising an upper and a lower insulation structure coupled to the upper and lower portions of the tube-shaped air anode electrode to seal the cathode electrode,
A metal air cell comprising a wound anode electrode.
제6 항에 있어서,
상기 내부 공간에 채워지며, 상기 공기 양극 전극 및 상기 상부 및 하부 절연 구조물에 의해 외부로부터 밀폐되는 전해액을 더 포함하는
감겨진 형태의 음극 전극을 구비하는 금속 공기 전지.
The method according to claim 6,
Further comprising an electrolyte filled in the inner space and sealed from the outside by the air anode electrode and the upper and lower insulating structures
A metal air cell comprising a wound anode electrode.
제1 항에 있어서,
상기 개구는 직경 1 내지 5 mm의 크기를 가지며, 일정 간격으로 배열되는
감겨진 형태의 음극 전극을 구비하는 금속 공기 전지.
The method according to claim 1,
The openings have a size of 1 to 5 mm in diameter and are arranged at regular intervals
A metal air cell comprising a wound anode electrode.
제8 항에 있어서,
상기 개구는 1 내지 10 mm 간격으로 배열되는
감겨진 형태의 음극 전극을 구비하는 금속 공기 전지.
9. The method of claim 8,
The openings are arranged at intervals of 1 to 10 mm
A metal air cell comprising a wound anode electrode.
제1 항에 있어서,
상기 돌출부는 상기 금속 박판과 동일 재질인
감겨진 형태의 음극 전극을 구비하는 금속 공기 전지.
The method according to claim 1,
The protruding portion is made of the same material as the metal thin plate
A metal air cell comprising a wound anode electrode.
제1 항에 있어서,
상기 공기 양극 전극은 10 내지 50 mm의 직경을 가지는
감겨진 형태의 음극 전극을 구비하는 금속 공기 전지.
The method according to claim 1,
The air anode electrode has a diameter of 10 to 50 mm
A metal air cell comprising a wound anode electrode.
제1 항에 있어서,
상기 분리막은
상기 공기 양극 전극과 상기 음극 전극이 직접 접촉하는 것을 방지하도록 배치되는
감겨진 형태의 음극 전극을 구비하는 금속 공기 전지.The method according to claim 1,
The separation membrane
And is arranged to prevent direct contact between the air anode electrode and the cathode electrode
A metal air cell comprising a wound anode electrode.
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