KR20190019412A - Electrolyte for a lead storage battery and lead storage battery comprising it - Google Patents

Electrolyte for a lead storage battery and lead storage battery comprising it Download PDF

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심진용
박준형
진재은
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현대자동차주식회사
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Abstract

The present invention relates to an electrolyte for a lead storage battery and a lead storage battery comprising the same. More particularly, the present invention relates to an electrolyte for a lead storage battery and a lead storage battery comprising the same. According to the present invention, it is possible to obtain an effect for reducing a stratification phenomenon by adding a specific ionic liquid to an electrolyte containing distilled water and sulfuric acid (H_2SO_4) to lower the hydrogen and oxygen generation overvoltage and promote bubble generation.

Description

납축전지용 전해액 및 이를 포함하는 납축전지{Electrolyte for a lead storage battery and lead storage battery comprising it}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrolytic solution for a lead-acid battery, and a lead-

본 발명은 납축전지용 전해액 및 이를 포함하는 납축전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 증류수와 황산(H2SO4)을 포함하는 전해액에 추가로 특정의 이온성 액체를 첨가함으로써 수소 및 산소 발생 과전압을 낮춰 기포 발생을 촉진하여 성층화 현상을 저감하는 효과를 얻게 되는 납축전지용 전해액 및 이를 포함하는 납축전지에 관한 것에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrolytic solution for a lead-acid battery and a lead-acid battery including the same, and more particularly, to an electrolytic solution for electrolytic solution containing hydrogen and oxygen generation overvoltage by adding a specific ionic liquid to an electrolytic solution containing distilled water and sulfuric acid (H 2 SO 4 ) To thereby reduce the stratification phenomenon. The present invention also relates to a lead-acid battery including the same.

종래의 자동차용 납축전지는 주로 SLI(Starting, Lighting, Ignition)를 주 기능으로 사용되어 왔다. 최근에는 연비 향상 니즈(Needs)의 증가로 인해 아이들링 스탑 시스템(ISG), 알터네이터의 발전량을 억제하고 엔진 효율을 향상시키는 충전 제어 시스템(발전제어), 차량 감속시 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 에너지를 축적하는 회생 제동 시스템(RBS)과 같은 다양한 연비 향상 기술의 적용이 확대되는 추세에 있다. 특히 아이들링 스탑 시스템(ISG) 하에서의 납축전지는 깊은 방전과 잦은 충전이 빈번하게 발생하게 되고, 완전히 충전되지 않는 부분 충전(PSOC) 상태가 주로 유지되기 때문에 종래 시스템의 차량에 비해 납축전지로의 충전량이 줄어든다.Conventional lead-acid batteries for automobiles have mainly used SLI (Starting, Lighting, Ignition). Recently, due to an increase in fuel efficiency improvement needs, a charging control system (power generation control) for suppressing the generation amount of an idling stop system (ISG), an alternator and an engine efficiency is developed, and kinetic energy is converted into electric energy Such as a regenerative braking system (RBS), which accumulates a large amount of fuel. In particular, the lead-acid battery under the idling stop system (ISG) frequently experiences a deep discharge and frequent charging, and the state of partial charge (PSOC) which is not fully charged is mainly maintained. It decreases.

납축전지는 양극의 이산화납(PbO2), 음극의 납(Pb) 및 전해액인 묽은 황산(H2SO4)으로 구성된다. 납축전지의 방전 반응에 의하면 양극 및 음극에서는 황산납(PbSO4)이 생성되고, 전해액 중에는 물(H2O)이 생성된다. 또한, 납축전지의 충전 반응에 의하면 양극 및 음극에서는 방전 생성물인 황산납(PbSO4)을 이산화납(PbO2)과 납(Pb)으로 각각 되돌리고, 전해액에는 황산(H2SO4)이 생성된다. Lead batteries consist of lead dioxide (PbO 2 ) in the anode, lead (Pb) in the cathode, and diluted sulfuric acid (H 2 SO 4 ) in the electrolyte. According to the discharge reaction of the lead-acid battery, lead sulfate (PbSO 4 ) is produced in the positive electrode and the negative electrode, and water (H 2 O) is produced in the electrolyte. According to the charging reaction of the lead-acid battery, lead sulfate (PbSO 4 ) as a discharge product is returned to lead dioxide (PbO 2 ) and lead (Pb) respectively in the positive electrode and negative electrode, and sulfuric acid (H 2 SO 4 ) is generated in the electrolyte .

[납축전지의 충/방전시 화학반응][Chemical reaction at charge / discharge of lead accumulator]

PbO2(양극) + Pb(음극) + 2 H2SO4 ↔ 2 PbSO4 + 2 H2OPbO 2 (anode) + Pb (cathode) + 2 H 2 SO 4 ↔ 2 PbSO 4 + 2 H 2 O

이러한 충/방전이 반복되는 경우 방전반응에서 생성된 황산납(PbSO4)이 완전히 분해되지 않아 황산납(PbSO4) 결정으로서 전극에 피막을 형성하게 되고, 전극에 형성된 황산납(PbSO4)으로 인해 납축전지의 전압이 저하되고, 전류의 흐름은 감소되어 납축전지 성능이 저하되는 문제가 있다. When the charge / discharge is repeated, the lead sulfate (PbSO 4 ) produced in the discharge reaction is not completely decomposed to form a film on the electrode as lead sulfate (PbSO 4 ) crystals, and lead sulfate (PbSO 4 ) The voltage of the lead-acid battery is lowered, and the flow of the current is reduced, thereby deteriorating the performance of the lead-acid battery.

또한, 황산납(PbSO4)은 물 분자보다 무거우므로 중력에 의해 전해액 하부로 침강하게 되고, 이로써 전해액 하부의 농도는 높아지고 상부의 농도는 낮아지는 현상 즉, '성층화(stratification)'가 발생하게 된다.In addition, since lead sulfate (PbSO 4 ) is heavier than water molecules, it precipitates to the bottom of the electrolyte due to gravity, thereby causing a phenomenon in which the concentration at the bottom of the electrolyte increases and the concentration at the top decreases. do.

납축전지 성층화 현상은 물(OH-) 보다 비중이 큰 황산이온(SO4 2-)이 중력에 의해 배터리 하부로 가라앉아, 배터리 상/하부간 전해액 비중차가 발생하는 현상이다. 성층화 현상이 발생하기 전에는 배터리 상/하부 간 비중은 균일하게 유지되지만, 성층화 현상이 발생하게 되면 상부는 저비중화가 되고, 하부는 고비중화가 된다. 전해액 하부의 황산 농도가 높아지게 되면 상/하부간의 충/방전 반응이 불균일하게 된다. 즉, 하부쪽 반응성이 상부쪽 반응성에 비해 더 크다. 결과적으로 상부 대비 하부에 반응 생성물인 황산납(PbSO4)이 다량 생성되어, 상/하부간 반응 편차가 발생한다. 또한, 하부에 다량 생성된 황산납(PbSO4)은 충전 시 원래의 활물질(양극: PbO2, 음극: Pb) 상태로 복원되지 못하고 축적된다. 하부는 다량의 황산납(PbSO4)이 고착화되어 충/방전 반응에 비활성 상태가 되고, 전체적인 반응 비표면적이 감소하게 된다. 이로써 반응 비표면적의 감소는 결국 용량 감소로 이어져, 배터리 내구 수명의 감소를 초래한다. The lead-acid battery stratification phenomenon is a phenomenon in which sulfuric acid ion (SO 4 2- ) having a specific gravity larger than water (OH - ) sinks to the bottom of the battery due to gravity and a difference in electrolyte specific gravity between the battery and the lower battery occurs. Until the stratification phenomenon occurs, the specific gravity between the upper and lower portions of the battery is maintained uniformly. However, when stratification occurs, the upper portion becomes low specific gravity and the lower portion becomes high gravity. When the concentration of sulfuric acid in the lower portion of the electrolyte is increased, the charge / discharge reaction between the upper and lower portions becomes uneven. That is, the lower side reactivity is larger than the upper side reactivity. As a result, a large amount of lead sulfate (PbSO 4 ), which is a reaction product, is generated in the lower portion of the upper portion, resulting in a reaction deviation between the upper portion and the lower portion. In addition, lead sulfate (PbSO 4 ) produced in a large amount at the bottom accumulates without being restored to the original active material (anode: PbO 2 , cathode: Pb) upon charging. A large amount of lead sulfate (PbSO 4 ) is adhered to the lower part to become inactive in the charge / discharge reaction, and the overall reaction specific surface area is reduced. This results in a reduction in the reaction specific surface area, which leads to a decrease in the capacity, resulting in a reduction in the battery endurance life.

납축전지의 주요 수명 종료 원인인 전해액 성층화 현상을 해결하기 위해, 성층화 자체를 억제하는 방법으로서 양극, 음극 및 유리 섬유제의 격리판을 적층하는 방법(특허문헌 1)이 제안되어 있다. 상기 특허문헌 1에서 제시한 방법에서는 양극 및 음극에 유리 섬유 재질의 격리판을 적층하는 구조로써, 전지의 내부 저항이 급격하게 증가하는 치명적인 단점을 지니게 되며, 성층화 현상 개선 효과 또한 크지 않다.
In order to solve the electrolytic solution stratification phenomenon which is the main life end of the lead acid battery, a method of laminating a separator of positive electrode, negative electrode and glass fiber as a method of suppressing stratification itself has been proposed (Patent Document 1). The method disclosed in Patent Document 1 has a structure in which a separator made of a glass fiber is laminated on the positive electrode and the negative electrode, which has a fatal disadvantage that the internal resistance of the battery increases sharply, and the effect of improving the stratification phenomenon is not significant.

일본공개특허공보 제2001-102027호Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-102027

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 납축전지의 전극에 형성된 황산납(PbSO4)으로 인해 전지의 성능이 저하되고 수명이 단축되는 문제를 해결할 수 있는 새로운 납축전지용 전해액과 이를 포함하는 납축전지를 제공하는 것이다,
The present invention is directed to a novel lead-acid battery electrolyte and a lead-acid battery containing the same, which can solve the problem that the performance of the battery is deteriorated and the service life is shortened due to lead sulfate (PbSO 4 ) formed on the electrode of the lead- To provide,

상기한 기술적 과제 해결을 위하여, 본 발명은 증류수 및 황산(H2SO4)을 포함하는 납축전지용 전해액에 있어서, 모노-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (mono-BAHS), 다이-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (di-BAHS), 트리-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (tri-BAHS), 테트라-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (tetra-BAHS) 및 이소펜틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (IPAHS)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 이온성 액체가 더 포함되어 있는 납축전지용 전해액을 제공한다.In order to solve the above-described technical problem, the present invention provides an electrolytic solution for a lead-acid battery including distilled water and sulfuric acid (H 2 SO 4 ), wherein mono-butylammonium hydrogensulfate (mono-BAHS), di-butylammonium hydrogensulfate at least one ion selected from the group consisting of di-BAHS, tri-butylammonium hydrogensulfate (tri-BAHS), tetra-butylammonium hydrogensulfate (tetra-BAHS) and isopentylammonium hydrogensulfate (IPAHS) Thereby providing an electrolytic solution for a lead-acid battery.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 의하면, 전해액 중에는 상기 이온성 액체가 0.001 ~ 2 중량%의 함량으로 포함될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the ionic liquid may be contained in an amount of 0.001 to 2% by weight in the electrolytic solution.

본 발명에 따른 보다 바람직한 실시예에 의하면, 전해액 중에는 상기 이온성 액체가 0.1 ~ 0.5 중량%의 함량으로 포함될 수 있다.According to a more preferred embodiment of the present invention, the ionic liquid may be contained in an amount of 0.1 to 0.5% by weight in the electrolytic solution.

본 발명에 따른 보다 바람직한 실시예에 의하면, 전해액 중에는 상기 이온성 액체로서 모노-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (BAHS)가 0.1 ~ 0.5 중량% 함량으로 포함될 수 있다.According to a more preferred embodiment of the present invention, mono-butylammonium hydrogen sulfate (BAHS) as the ionic liquid may be contained in an amount of 0.1 to 0.5% by weight in the electrolytic solution.

또한, 상기한 기술적 과제 해결을 위하여 본 발명은 상기한 전해액을 포함하고 있는 납축전지를 제공한다.
In order to solve the above-mentioned technical problem, the present invention provides a lead-acid battery including the electrolyte.

본 발명이 제공하는 전해액은 특정의 이온성 액체를 더 포함하고 있음으로써 수소 및 산소 발생 과전압을 낮춰 기포 발생을 촉진하여 성층화 현상을 저감하는 효과를 얻고 있다. The electrolytic solution provided by the present invention further includes a specific ionic liquid, thereby lowering hydrogen and oxygen generation overvoltage, promoting bubble generation, and reducing the stratification phenomenon.

본 발명에서는 성층화 현상 개선을 통하여 종래의 납축전지 대비 내구력을 25% 향상 (내구싸이클 성능 평가 기준) 시키는 효과를 얻고 있다. 이러한 납축전지의 내구력 향상에 의해 배터리 시동 불량으로 인한 클레임을 줄일 수 있고, 발전제어 시스템 적용 차량에 적용중인 고가의 AGM 배터리 대체를 통한 원가 절감의 효과도 얻을 수 있다.
According to the present invention, improvement of the stratification phenomenon achieves an effect of improving the durability by 25% (evaluation criteria of the durability cycle performance) compared with the conventional lead-acid battery. By improving the durability of these lead acid batteries, it is possible to reduce the claim due to battery starting failure, and it is also possible to reduce the cost by replacing the expensive AGM battery applied to the power generation control system application vehicle.

도 1은 종래 전해액 시스템 또는 본 발명이 제안하는 이온성 액체가 포함된 전해액 시스템을 가진 납축전지에서, 수소 및 산소 발생 전위를 비교한 그래프이다.
도 2는 (A)종래 전해액 시스템 또는 (B)본 발명이 제안하는 이온성 액체가 포함된 전해액 시스템을 가진 납축전지에서, 활물질 내 존재하는 황산납(PbSO4) 결정을 확인하기 위한 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
도 3은 전해액에 포함된 이온성 액체의 종류 및 함량에 따른 수소 발생 과전압을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 이온성 액체의 종류별로 전해액 상/하부 비중차 변화를 확인하기 위한 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a graph comparing hydrogen and oxygen generating potentials in a lead acid battery having a conventional electrolyte system or an electrolytic solution system containing an ionic liquid proposed by the present invention. FIG.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of lead sulfate (PbSO 4 ) present in the active material and the amount of lead sulfate (PbSO 4 ) present in a lead acid battery having an electrolytic solution system containing (A) a conventional electrolytic solution system or (B) (TEM) photograph.
FIG. 3 is a graph showing the hydrogen generation overvoltage according to the kind and content of the ionic liquid contained in the electrolytic solution.
4 is a graph for confirming the change in the difference between the specific gravity of the electrolyte and the specific gravity of the electrolyte according to the type of the ionic liquid.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본 발명에서는 증류수 및 황산(H2SO4)을 포함하는 납축전지용 전해액에 특정의 이온성 액체를 더 포함시켜 납축전지의 내구력 저하 요소인 성층화 현상을 개선하였다. 또한 납축전지 방전 시 극판에 생성되는 황산납(PbSO4) 결정의 크기를 감소시켜 충전 시에 이산화납(PbO2) 상태로의 가역성을 증가시켜 전반적인 내구 성능을 증가시켰다.In the present invention, a specific ionic liquid is further contained in an electrolytic solution for a lead-acid battery containing distilled water and sulfuric acid (H 2 SO 4 ) to improve a stratification phenomenon which is a durability deterioration factor of the lead-acid battery. In addition, the size of lead sulfate (PbSO 4 ) crystals formed on the electrode plate during lead battery discharge was reduced to increase the reversibility to lead dioxide (PbO 2 ) state during charging, thereby increasing overall durability.

본 발명에 따른 전해액은 증류수, 황산(H2SO4) 및 특징의 이온성 액체를 포함한다. 구체적으로, 증류수에 황산(H2SO4)을 첨가하여 황산용액을 제조하고, 여기에 이온성 액체를 첨가하여 전해액을 제조한다. 상기 황산용액은 농도가 30 ~ 40 중량% 되도록 조절하면서 제조한다.The electrolyte according to the invention comprises distilled water, sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and an ionic liquid of character. Specifically, sulfuric acid (H 2 SO 4 ) is added to distilled water to prepare a sulfuric acid solution, and an ionic liquid is added thereto to prepare an electrolytic solution. The sulfuric acid solution is prepared so as to have a concentration of 30 to 40 wt%.

본 발명에 사용된 이온성 액체는 모노-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (mono-BAHS), 다이-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (di-BAHS), 트리-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (tri-BAHS), 테트라-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (tetra-BAHS) 및 이소펜틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (IPAHS)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함한다. 보다 바람직하기로는 모노-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (mono-BAHS)를 포함한다.The ionic liquids used in the present invention are mono-butylammonium hydrogensulfate (mono-BAHS), di-butylammonium hydrogen sulfate (di-BAHS), tri-butylammonium hydrogensulfate (tri- Butylammonium hydrogensulfate (tetra-BAHS) and isopentylammonium hydrogen sulfate (IPAHS). And more preferably mono-butylammonium hydrogen sulfate (mono-BAHS).

상기 이온성 액체는 양이온과 음이온의 크기의 비대칭성으로 인해 결정체를 이루지 못하고 액체 상태로 존재하며, 넓은 온도 범위에서 액체 상태를 유지한다. 또한, 이온성 액체는 증기압이 거의 제로(zero)이며, 보통 용매가 증발하는 고온(400℃)에서도 액체 상태로 안전하게 존재한다. 또한, 이온성 액체는 화학적으로 안정하며, 불휘발성이기 때문에 유기물임에도 불구하고 불연성인 특징을 지닌다. 고밀도의 이온의 운동성이 높아 우수한 이온 전도성을 갖으며, 전기화학적으로 안정한 특성을 갖는다. 이처럼 이온성 액체는 높은 이온 전도성을 가지고 있고, 폭넓은 온도 영역에서 액상을 유지하며, 불연성이고, 전위폭(Potential window)도 넓고, 전기화학적으로 안정한 특징을 가지고 있다.The ionic liquid does not form crystals due to the asymmetry of the sizes of cations and anions, is present in a liquid state, and maintains a liquid state in a wide temperature range. Further, the ionic liquid has a vapor pressure of almost zero, and is safely present in a liquid state even at a high temperature (400 DEG C) where the solvent usually evaporates. Further, the ionic liquid is chemically stable and nonflammable in spite of being an organic material because it is nonvolatile. High mobility of ions, high ionic conductivity, and electrochemically stable characteristics. The ionic liquid has high ionic conductivity, maintains liquid state in a wide temperature range, is nonflammable, has a wide potential window, and is electrochemically stable.

상기 이온성 액체는 전해액 중에 0.001 ~ 2 중량% 범위로, 바람직하기로는 1.0 ~ 0.5 중량%의 범위로 포함될 수 있다. 상기 이온성 액체의 함량이 0.001 중량% 미만으로 소량이 포함되면 이의 첨기효과를 거의 기대할 수 없다. 반면에 이온성 액체의 함량이 2 중량%를 초과하면 오히려 -이온의 양이 너무 많아져 전기화학 반응 속도를 저하시킬 수 있다.The ionic liquid may be contained in the electrolytic solution in the range of 0.001 to 2 wt%, preferably 1.0 to 0.5 wt%. If the content of the ionic liquid is less than 0.001% by weight and a small amount of the ionic liquid is contained, the effect of the additive can hardly be expected. On the other hand, if the content of the ionic liquid exceeds 2% by weight, the amount of - ions may be excessively increased and the electrochemical reaction rate may be lowered.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 하기의 실험예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
The present invention will now be described in more detail with reference to the following experimental examples, but the present invention is not limited thereto.

[실험예][Experimental Example]

실험예 1. 종래 황산 납축전지의 충/방전 단계별 상/하부간 비중 편차 비교Experimental Example 1. Comparison of the specific gravity difference between the upper and lower portions of the conventional sulfuric acid lead acid battery by the charge / discharge step

하기 표 1에는 38 중량% 황산용액의 전해액 시스템을 가진 종래의 납축전지에 대하여 충/방전 과정 중에 각 단계별로 납축전지의 전해액 비중을 측정하여 나타내었다.
In Table 1, the specific gravity of the electrolyte of the lead-acid battery was measured and shown in each step during charging / discharging of the conventional lead acid battery having the electrolyte system of the 38 wt% sulfuric acid solution.

Figure pat00001
Figure pat00001
구 분division 단계 별 전해액 비중 편차Variation of electrolyte ratio by stages 단계①Step ① 단계②Step 단계③Step 단계④Step (4) 상부Top 1.2801.280 1.1851.185 1.1871.187 1.2521.252 하부bottom 1.2801.280 1.1921.192 1.2151.215 1.3421.342 상/하부 편차Top / bottom deviation 00 0.0070.007 0.0280.028 0.1270.127

상기 표 1에 의하면, 납축전지가 방전과정인 단계① 및 단계②에서는 전지의 상/하부 간 비중 편차가 거의 발생하지 않았다. 그러나, 충전과정인 단계③ 및 단계④에서는 전지의 상/하부 간 비중편차가 가속화되어 성층화 현상이 진행될 정도에 있는 것을 확인할 수 있다.According to the above Table 1, in the step (1) and the step (2) in which the lead-acid battery is a discharging process, the specific gravity deviation between the upper and lower portions of the battery hardly occurred. However, in step 3 and step 4, which are the charging processes, the deviation of the specific gravity between the upper and lower portions of the battery is accelerated and the stratification phenomenon progresses.

성층화 현상을 억제하기 위한 방법으로서, 충전과정 동안에 전해액 하부 비중이 증가하지 않도록 전해액을 교반할 수도 있다. 또한, 전해액 성층화 현상을 억제하는 방법으로서 액순환 장치를 적용하거나 PP+GLASS MAT 격리판을 적용하는 등의 물리적인 조작방법이 알려져 있다. 하지만, 이러한 물리적 조작방법은 설계 구조 변경에 따른 제조원가가 과다 상승되거나, 상승 원가 대비 효과가 미미하다는 단점을 지니고 있다. 이에 반하여, 본 발명은 전해액에 이온성 액체를 첨가하여 성층화 현상을 개선하므로, 별도의 설계 구조 변경 및 제조공정 변경이 불필요하므로, 원가 상승도 최소화 할 수 있고, 그에 따른 개선 효과도 물리적인 조작방법에 비해 크다.
As a method for suppressing the stratification phenomenon, the electrolytic solution may be stirred so that the specific gravity of the electrolyte solution does not increase during the charging process. Further, as a method for suppressing the phenomenon of electrolyte stratification, a physical operation method such as applying a liquid circulation device or applying a PP + GLASS MAT separator is known. However, these physical manipulation methods have a disadvantage in that the manufacturing cost is excessively increased due to a change in the design structure, and the effect is insignificant compared to the rising cost. On the contrary, the present invention improves the stratification phenomenon by adding an ionic liquid to the electrolytic solution, so that it is unnecessary to change the design structure and manufacturing process separately, so that the cost increase can be minimized, .

실험예 2. 납축전지의 충/방전 과정에서의 수소 및 산소 발생 전위 비교Experimental Example 2 Comparison of Hydrogen and Oxygen Generating Potentials in Charging / Discharging Process of Lead Acid Batteries

도 1은 본 발명이 제안하는 이온성 액체가 포함된 전해액 시스템 또는 종래의 황산 전해액 시스템을 가진 납축전지 각각에 대하여 전지 충/방전 반응 과정에서의 수소 및 산소 발생 전위를 비교한 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a graph comparing hydrogen and oxygen generation potentials in a battery charge / discharge reaction process for each of an electrolytic solution system containing an ionic liquid or a lead acid battery having a conventional sulfuric acid electrolytic solution proposed by the present invention.

본 실험에서는 Pb-Sn-2.1%Sb 합금 기판에 활물질이 도포된 극판을 사용하였고, 38 중량% 황산용액 하에서 순환 전압전류법을 이용하여 실시하였다. 종래 전해액 시스템으로는 38 중량% 황산용액을 이용하였다. 그리고, 본 발명이 제안하는 이온성 액체가 포함된 전해액 시스템은 38 중량% 황산용액 100 mL에 모노-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (BAHS) 1 g을 첨가하여 제조된 것으로, 전해액 중에는 이온성 액체가 0.1 중량% 포함되어 있다.In this experiment, an electrode plate coated with an active material on a Pb-Sn-2.1% Sb alloy substrate was used, and a cyclic voltammetry was performed under a 38 wt% sulfuric acid solution. A 38 wt% sulfuric acid solution was used as a conventional electrolyte solution system. The electrolytic solution system containing the ionic liquid proposed by the present invention is prepared by adding 1 g of mono-butylammonium hydrogen sulfate (BAHS) to 100 mL of a 38 wt% sulfuric acid solution. The electrolytic solution has an ionic liquid of 0.1 Weight%.

도 1에서 ①은 음극의 납(Pb)이 방전에 의해 황산납(PbSO4)으로 변환되는 영역이다. ②는 양극의 이산화납(PbO2)이 방전에 의해 황산납(PbSO4)으로 변환되는 영역이다. ③은 방전된 황산납(PbSO4)이 납(Pb)과 이산화납(PbO2)으로 각각 환원되는 영역이다. 1, (1) is a region where lead (Pb) of the negative electrode is converted into lead sulfate (PbSO 4 ) by discharge. ( 2 ) is a region where lead dioxide (PbO 2 ) of the anode is converted into lead sulfate (PbSO 4 ) by discharge. ③ is a region where discharged lead sulfate (PbSO 4 ) is reduced by lead (Pb) and lead dioxide (PbO 2 ), respectively.

종래 황산 전해액 시스템에 대비하여 이온성 액체가 포함된 전해액 시스템을 가진 납축전지의 경우, ①, ② 영역에서 방전 과정 중의 전류 밀도가 낮은 것을 확인할 수 있다. 이는 방전 생성물인 황산납(PbSO4)이 기존 전해액 시스템 대비 작은 입자로 형성된 것을 의미한다. 또한, 종래 전해액 시스템에 대비하여 이온성 액체가 포함된 전해액 시스템을 가진 납축전지의 경우, ③ 영역에서도 전류 밀도가 낮아 황산납(PbSO4)의 환원 전류밀도가 낮아진 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 납축전지 전해액에 포함된 이온성 액체가 충/방전 과정에서 활물질의 표면 에너지를 낮춰줌으로써 입자 간 균일한 전류가 인가되어 화학반응에 필요한 전류가 감소하게 되고, 이는 전지의 충/방전에 필요한 에너지의 감소로 이어져 전지 내구력이 향상된 그 이유가 있다. In the case of a lead acid battery having an electrolytic solution system containing an ionic liquid in contrast to the conventional sulfuric acid electrolytic solution system, it can be confirmed that the current density during the discharging process in the regions ① and ② is low. This means that the discharge product, lead sulfate (PbSO 4 ), is formed of small particles compared to the conventional electrolyte system. In addition, in the case of a lead acid battery having an electrolyte system containing an ionic liquid in contrast to the conventional electrolyte system, it is confirmed that the reduction current density of lead sulfate (PbSO 4 ) is lowered in the region ③ because the current density is low. These results show that the ionic liquid contained in the lead-acid battery electrolyte lowers the surface energy of the active material during the charging / discharging process, so that the current required for the chemical reaction is reduced by applying a uniform current between the particles. There is a reason that the durability of the battery is improved by reducing the energy required.

또한, 도 1의 그래프 좌측의 수소 발생 영역을 살펴보면, 종래 황산 전해액 시스템에 대비하여 이온성 액체가 포함된 전해액 시스템을 가진 납축전지의 수소(H2) 발생 과전압이 낮다는 것을 확인할 수 있다. 도 1의 그래프 우측의 산소 발생 영역을 살펴보면, 마찬가지로 종래 황산 전해액 시스템에 대비하여 이온성 액체가 포함된 전해액 시스템을 가진 납축전지의 산소(O2) 발생 과전압이 낮다는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과로부터 납축전지가 충/방전 반응을 진행함에 있어서 이온성 액체가 포함된 전해액 시스템은 보다 낮은 과전압 하에서도 기체 발생을 촉진하고, 이로써 전해액 교반 효과를 일으켜 성층화 현상을 개선함을 확인할 수 있다.
In addition, the hydrogen generation region on the left side of the graph of FIG. 1 shows that the hydrogen (H 2 ) generation and overvoltage of the lead acid battery having the electrolyte system including the ionic liquid is low compared to the conventional sulfuric acid electrolyte system. As can be seen from the oxygen generating region on the right side of the graph of FIG. 1, it can be seen that the oxygen (O 2 ) generation and overvoltage of the lead acid battery having the electrolytic solution system containing the ionic liquid is low in comparison with the conventional sulfuric acid electrolytic solution system. From these results, it can be seen that the electrolytic solution system containing the ionic liquid in the charging / discharging reaction of the lead accumulator accelerates the gas generation even at the lower overvoltage, thereby causing the electrolytic solution stirring effect and improving the stratification phenomenon.

실험예 3. 활물질 내 황산납(PbSO4) 결정 비교Experimental Example 3. Comparison of lead sulfate (PbSO 4 ) crystals in the active material

도 2는 상기 실험예 2에서 사용된 납축전지의 활물질을 투과전자현미경(TEM)으로 관찰한 사진이다. FIG. 2 is a photograph of the active material of the lead acid battery used in Experimental Example 2 by a transmission electron microscope (TEM). FIG.

본 발명이 제안하는 이온성 액체가 포함된 전해액 시스템(B)은 납축전지의 충/방전 반응 중에 활물질의 표면 에너지를 낮추어 균일한 전류 인가를 도와줌으로써, 황산납(PbSO4) 입자들이 서로 응집되지 않고 미세하고 균일한 입자로 존재함을 확인할 수가 있다. 이에 반하여, 종래 황산 전해액 시스템(A)에서는 활물질의 방전 생성물인 황산납(PbSO4)이 조대한 입자로 성장하였다. The electrolytic solution system (B) including the ionic liquid proposed by the present invention lowers the surface energy of the active material during the charging / discharging reaction of the lead acid battery to help uniform current application so that the lead sulfate (PbSO 4 ) It can be confirmed that the particles exist as fine and uniform particles. On the other hand, in the conventional sulfuric acid electrolyte system (A), lead sulfate (PbSO 4 ), which is a discharge product of the active material, grew as coarse particles.

따라서 본 발명이 제안하는 이온성 액체가 포함된 전해액 시스템을 가진 납축전지는 활물질의 반응 비표면적이 증가되어 전지 용량이 증가되고, 내구 싸이클 특성 역시 증가한다는 것을 확인할 수 있다.
Therefore, it can be seen that the lead acid battery having the electrolyte system including the ionic liquid proposed by the present invention has an increased reaction specific surface area of the active material, thereby increasing the battery capacity and the durability cycle characteristics.

실험예 4. 이온성 액체의 조성별 수소 발생 과전압 비교Experimental Example 4. Comparison of Hydrogen Generation Overvoltage According to Composition of Ionic Liquid

도 3은 황산 용액에 이온성 액체를 종류별로 첨가하고, 이온성 액체의 첨가량을 0 내지 20 ㎎/mL로 변화시키면서 수소 발생 과전압을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 이때, 이온성 액체로는 모노-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (mono-BAHS), 다이-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (di-BAHS), 트리-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (tri-BAHS), 테트라-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (tetra-BAHS), 이소펜틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (IPAHS)를 사용하였다.FIG. 3 is a graph showing the results of measuring the hydrogen generation overvoltage while adding the ionic liquid to the sulfuric acid solution and varying the addition amount of the ionic liquid to 0 to 20 mg / mL. As the ionic liquid, mono-butylammonium hydrogen sulfate (mono-BAHS), di-butylammonium hydrogen sulfate (di-BAHS), tri-butylammonium hydrogensulfate (tri-BAHS), tetra-butylammonium Hydrogen sulfates (tetra-BAHS), isopentylammonium hydrogen sulfate (IPAHS) were used.

도 3에 의하면 이온성 액체가 첨가됨으로써 전반적으로 수소 발생 전압이 감소하는 것으로 확인할 수 있다. 이온성 액체 중에서도 모노-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (mono-BAHS)를 첨가하였을 때, 수소 발생 전압이 가장 낮음을 알 수 있으며, 그 첨가량이 15 mg/mL인 경우 가장 낮은 과전압을 나타내었다. 3, it can be confirmed that the hydrogen generation voltage is decreased overall by the addition of the ionic liquid. When mono-butylammonium hydrogensulfate (mono-BAHS) was added in the ionic liquid, the hydrogen generation voltage was the lowest, and the lowest overvoltage was shown when the addition amount was 15 mg / mL.

이러한 결과로부터 전해액 시스템에 이온성 액체가 첨가됨으로써 전지 충/방전 과정에서 수소 발생 과전압을 낮추므로 기포 발생량이 증대되어 전해액 교반 효과가 극대화되고 이로써 성층화 현상을 개선하게 됨을 확인할 수 있다.
From these results, it can be confirmed that the ionic liquid is added to the electrolyte system to lower the hydrogen generation overpotential during the charge / discharge cycle of the battery, thereby increasing the amount of bubbles generated, thereby maximizing the effect of stirring the electrolyte and improving the stratification.

실험예 5. 이온성 액체의 조성별 수소 발생 과전압 비교Experimental Example 5. Comparison of Hydrogen Generation Overvoltage According to Composition of Ionic Liquid

본 발명이 제안하는 이온성 액체가 포함된 전해액 시스템과 종래 황산 전해액 시스템을 가진 납축전지 각각에 대하여 충/방전 반응 과정에서 전해액의 상/하부 간 비중차를 측정한 결과는 하기 표 2와 도 4에 각각 나타내었다.The results of measurement of the difference in specific gravity between the upper and lower portions of the electrolyte in the charge / discharge reaction process for the electrolyte system including the ionic liquid and the lead acid battery having the conventional sulfuric acid electrolyte system proposed by the present invention are shown in Tables 2 and 4 Respectively.

구분division 이온성 액체Ionic liquid 싸이클 수별로 측정된 배터리 전해액 상/하부 비중 편차Battery electrolyte up / down weight deviation measured by cycle number 종류Kinds 함량
(중량%)
content
(weight%)
1회1 time 2회Episode 2 3회3rd time 4회4 times 5회5 times 6회6 times 7회7 times 8회8 times 9회9 times 10회10 times
비교예
(종래 납축전지)
Comparative Example
(Conventional lead acid battery)
-- -- 0.1310.131 0.1340.134 0.1420.142 0.1540.154 0.1780.178 0.1850.185 0.1940.194 0.2020.202 0.2180.218 0.2320.232
실시예1Example 1 mono-BAHSmono-BAHS 0.100.10 0.1290.129 0.1310.131 0.1390.139 0.1430.143 0.1470.147 0.1540.154 0.1620.162 0.1760.176 0.1790.179 0.1830.183 실시예2Example 2 mono-BAHSmono-BAHS 0.150.15 0.1290.129 0.1320.132 0.1340.134 0.1380.138 0.1360.136 0.1390.139 0.1420.142 0.1490.149 0.1510.151 0.1590.159 실시예3Example 3 mono-BAHSmono-BAHS 0.200.20 0.1270.127 0.1330.133 0.1340.134 0.1360.136 0.1380.138 0.1440.144 0.1490.149 0.1570.157 0.1640.164 0.1720.172 실시예4Example 4 IPAHSIPAHS 0.100.10 0.1260.126 0.1290.129 0.1330.133 0.1410.141 0.1420.142 0.1490.149 0.1570.157 0.1640.164 0.1820.182 0.1790.179 실시예5Example 5 IPAHSIPAHS 0.150.15 0.1280.128 0.1300.130 0.1360.136 0.1430.143 0.1460.146 0.1520.152 0.1550.155 0.1590.159 0.1720.172 0.1820.182 실시예6Example 6 IPAHSIPAHS 0.200.20 0.1320.132 0.0360.036 0.1390.139 0.1420.142 0.1490.149 0.1540.154 0.1620.162 0.1790.179 0.1860.186 0.1960.196 실시예7Example 7 Tri-BAHSTri-BAHS 0.100.10 0.1360.136 0.1340.134 0.1460.146 0.1480.148 0.1550.155 0.1590.159 0.1670.167 0.1740.174 0.1890.189 0.2010.201 실시예8Example 8 Tri-BAHSTri-BAHS 0.150.15 0.1320.132 0.1380.138 0.1440.144 0.1490.149 0.1530.153 0.1630.163 0.1750.175 0.1920.192 0.1890.189 0.1980.198 실시예9Example 9 Tri-BAHSTri-BAHS 0.200.20 0.1290.129 0.1340.134 0.1470.147 0.1560.156 0.1630.163 0.1790.179 0.1940.194 0.2020.202 0.2120.212 0.2240.224 실시예10Example 10 Di-BAHSDi-BAHS 0.100.10 0.1310.131 0.1290.129 0.1390.139 0.1460.146 0.1530.153 0.1590.159 0.1690.169 0.1740.174 0.1890.189 0.1970.197 실시예11Example 11 Di-BAHSDi-BAHS 0.150.15 0.1340.134 0.1320.132 0.1490.149 0.1470.147 0.1530.153 0.1590.159 0.1640.164 0.1740.174 0.1840.184 0.1990.199 실시예12Example 12 Di-BAHSDi-BAHS 0.200.20 0.130.13 0.1340.134 0.1450.145 0.1490.149 0.1570.157 0.1640.164 0.1750.175 0.1890.189 0.1980.198 0.2090.209 실시예13Example 13 Tetra-BAHSTetra-BAHS 0.100.10 0.1340.134 0.1420.142 0.1490.149 0.1580.158 0.1660.166 0.1760.176 0.1890.189 0.1940.194 0.2040.204 0.2150.215 실시예14Example 14 Tetra-BAHSTetra-BAHS 0.150.15 0.1360.136 0.1390.1460.1390.146 0.1520.152 0.1660.166 0.1780.178 0.1820.182 0.1970.197 0.2010.201 0.2090.209 0.2210.221 실시예15Example 15 Tetra-BAHSTetra-BAHS 0.200.20 0.1360.136 0.1340.134 0.1510.151 0.1490.149 0.1550.155 0.1610.161 0.1660.166 0.1760.176 0.1860.186 0.2010.201

상기 표 2에 의하면, 이온성 액체가 포함된 전해액 시스템을 가진 납축전지는 종래 납축전지에 대비하여 전해액 상/하부 간의 비중 편차가 감소하였고, 이로써 성층화 현상 발생 정도가 감소된 것을 확인할 수 있다. 특히, 실시예 2에 나타낸 바와 같이 이온성 액체로서 모노-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (mono-BAHS)가 0.15 중량% 첨가된 경우, 비교예 대비 성층화 현상 진행 정도가 32% 개선되었음을 확인할 수 있다. According to Table 2, the lead acid battery having the electrolyte system including the ionic liquid has a reduced specific gravity deviation between the electrolyte solution and the lower electrolyte solution compared to the conventional lead acid battery, and the degree of occurrence of the stratification phenomenon is reduced. Particularly, as shown in Example 2, when 0.15 wt% of mono-butylammonium hydrogensulfate (mono-BAHS) was added as an ionic liquid, it was confirmed that the progress of stratification development was improved by 32% compared to the comparative example.

또한, 도 4의 그래프를 참고하면 싸이클 수가 증가할수록 전해액 상/하부 간의 비중편차는 증가하는 경향을 보이고 있고, 종래 납축전지에 대비하여 이온성 액체가 포함된 전해액 시스템을 가진 납축전지는 성층화 현상 발생 정도가 낮다는 것을 확인할 수 있다. 특히, 모노-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (mono-BAHS)가 0.15 중량% 첨가된 실시예 2의 경우, 충/방전 10 싸이클 후에도 성층화 저감 효과가 가장 우수하다는 것을 확인할 수 있다.
Also, referring to the graph of FIG. 4, as the number of cycles increases, the specific gravity deviation between the electrolyte and the lower electrolyte tends to increase. In contrast to conventional lead acid batteries, lead acid batteries having an electrolyte system containing an ionic liquid, Is low. Particularly, in the case of Example 2 in which 0.15 wt% of mono-butylammonium hydrogensulfate (mono-BAHS) was added, it can be confirmed that the stratification reduction effect is most excellent even after 10 charge / discharge cycles.

실험예 6. 초기 성능 비교Experimental Example 6. Initial Performance Comparison

본 발명이 제안하는 이온성 액체가 포함된 전해액 시스템과 종래 전해액 시스템을 가진 납축전지 각각에 대하여 하기와 같은 방법으로 성능을 평가하였다. 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.The performance of each of the electrolytic solution system containing the ionic liquid proposed by the present invention and the lead acid battery having the conventional electrolytic solution system was evaluated in the following manner. The results are shown in Table 3 below.

<성능 평가 방법><Performance evaluation method>

(1) 보유용량(RC)(1) Holding capacity (RC)

보유용량은 만충전 후, 1시간 이상 방치한 다음 상온에서 25A의 방전전류로 방전하여 종지 전압인 10.5V 도달 시까지의 방전 가능 지속시간을 측정하였다. 보유용량은 시동이 정지된 상태에서 전장품 등의 부하를 작동시키는데 필요한 최대 시간을 의미한다.The storage capacity was allowed to stand for 1 hour or more after full charge, then discharged at a discharge current of 25 A at room temperature, and the discharge sustainable time until the end voltage of 10.5 V was measured. The storage capacity refers to the maximum time required to operate a load such as an electrical component in a state where startup is stopped.

(2) 저온시동성(CCA)(2) Cold startability (CCA)

저온시동성은 저온에서의 자동차 시동 능력을 평가하기 위한 고율방전시험으로써, 만충전 후 -18℃에서 600A로 30초 방전시의 전압을 측정하였다. 30초 때의 유지 전압이 7.2V 이상이어야 하며, 그 값이 높을수록 저온시동성이 우수한 것으로 평가한다.The low temperature startability was a high rate discharge test for evaluating the starting ability of a car at low temperature and the voltage at a discharge time of 30 seconds at -18 ° C to 600 A after full charge was measured. The holding voltage at 30 seconds should be at least 7.2 V, and the higher the value, the better the cold startability.

(3) 20HR 용량(3) 20HR capacity

20HR 용량은 저율방전 특성을 알아보기 위한 것으로서, 전지 용량에 대해 비교적 낮은 전류값인 3.5A로 연속 방전시켜서 10.5V에 도달할 때까지의 방전용량(AH)을 측정하였다.
The 20HR capacity was used to evaluate low-rate discharge characteristics. The discharge capacity (AH) was measured until the battery capacity reached 10.5 V by continuously discharging at 3.5 A, which is a comparatively low current value.

구분 division 이온성 액체Ionic liquid 성능 평가Performance evaluation 종류Kinds 함량
(중량%)
content
(weight%)
보유용량
(RC)
Capacity
(RC)
저온시동성
(CCA)
Cold startability
(CCA)
20HR 용량20HR capacity
요구기준Requirement standard 130분130 minutes 7.2V 이상7.2V or more 70AH70AH 비교예
(종래 납축전지)
Comparative Example
(Conventional lead acid battery)
- - - - 130.44130.44 7.237.23 70.270.2
실시예1 Example 1 mono-BAHS mono-BAHS 0.100.10 130.12130.12 7.287.28 72.472.4 실시예2 Example 2 mono-BAHS mono-BAHS 0.150.15 131.8131.8 7.437.43 75.375.3 실시예3 Example 3 mono-BAHS mono-BAHS 0.200.20 131.2131.2 7.397.39 74.274.2 실시예4 Example 4 IPAHS IPAHS 0.100.10 131.2131.2 7.327.32 73.673.6 실시예5 Example 5 IPAHS IPAHS 0.150.15 131.3131.3 7.317.31 73.673.6 실시예6 Example 6 IPAHS IPAHS 0.200.20 130.46130.46 7.267.26 71.471.4 실시예7 Example 7 Tri-BAHS Tri-BAHS 0.100.10 130.5130.5 7.257.25 73.273.2 실시예8 Example 8 Tri-BAHS Tri-BAHS 0.150.15 130.82130.82 7.297.29 70.870.8 실시예9 Example 9 Tri-BAHS Tri-BAHS 0.200.20 131.2131.2 7.317.31 71.471.4 실시예10 Example 10 Di-BAHS Di-BAHS 0.100.10 131.04 131.04 7.327.32 72.272.2 실시예11 Example 11 Di-BAHS Di-BAHS 0.150.15 130.88130.88 7.287.28 72.872.8 실시예12 Example 12 Di-BAHS Di-BAHS 0.200.20 130.7 130.7 7.257.25 73.473.4 실시예13 Example 13 Tetra-BAHS Tetra-BAHS 0.100.10 130.64130.64 7.367.36 73.673.6 실시예14 Example 14 Tetra-BAHS Tetra-BAHS 0.150.15 131.6131.6 7.327.32 72.472.4 실시예15 Example 15 Tetra-BAHS Tetra-BAHS 0.200.20 131.2131.2 7.287.28 71.871.8

상기 표 3의 결과에 의하면, 보유용량(RC)은 비교예와 실시예 1 내지 15는 서로 유사한 수준을 보이고 있다. 저온시동성(CCA)은 이온성 액체가 포함된 전해액 시스템을 가진 납축전지는 비교예 대비 0.5 ~ 2.8% 가량 성능이 향상됨을 확인할 수 있다. 20HR 용량에 있어서도 이온성 액체가 포함된 전해액 시스템을 가진 납축전지는 비교예 대비 약 1 ~ 7% 가량 성능이 향상됨을 확인할 수 있다.
According to the results shown in Table 3, the retention capacity RC is comparable to that of the Comparative Example and Examples 1 to 15. It can be seen that the lead-acid battery having an electrolytic solution system containing an ionic liquid has improved performance by 0.5 to 2.8% compared to the comparative example at low temperature start-up performance (CCA). It can be confirmed that the lead-acid battery having the electrolyte system including the ionic liquid improves the performance by about 1 to 7% as compared with the comparative example.

실험예 7. 충/방전 싸이클 수명 비교Experimental example 7. Comparison of charge / discharge cycle life

본 발명이 제안하는 이온성 액체가 포함된 전해액 시스템과 종래 전해액 시스템을 가진 납축전지 각각에 대하여 충/방전 싸이클 수명(SAE J240 at 75℃)을 평가하였다. The charge / discharge cycle life (SAE J240 at 75 DEG C) of each of the electrolytic solution system containing the ionic liquid proposed by the present invention and the lead acid battery having the conventional electrolytic solution system was evaluated.

충/방전 싸이클 수명 평가는 만충전 후 25A로 4분 방전시킨 후, 10분 14.8V 최대 25A 전류 제한 조건으로 충전하는 과정을 1유닛(480회) 반복하고, 그 후 56시간 정치 후, 600A로 고율방전하여 30초 전압을 측정함으로써 수명을 판정하였다. 30초 전압이 7.2V 이상이면 유닛을 추가적으로 반복 진행하고, 7.2V 미만이면 수명 종료로 판단하여 시험을 종료하였다. 그 결과는 하기 표 4에 나타내었다.
The charging / discharging cycle lifetime was evaluated by repeating a cycle of discharging at 25 A for 4 minutes and then charging for 10 minutes at a current limit of 14.8 V and a maximum current of 25 A for 1 unit (480 times) And the lifetime was determined by measuring the voltage for 30 seconds by discharging at a high rate. If the 30 second voltage was 7.2 V or more, the unit was further repeatedly operated. If the voltage was less than 7.2 V, it was determined that the life was over, and the test was terminated. The results are shown in Table 4 below.

구분 division 이온성 액체Ionic liquid 30초 전압 (V)/싸이클 수30 seconds Voltage (V) / number of cycles 수명
판정
life span
Judgment
종류Kinds 함량
(중량%)
content
(weight%)
480480 960960 14401440 19201920 24402440
비교예
(종래 납축전지)
Comparative Example
(Conventional lead acid battery)
- - - - 8.898.89 8.648.64 7.947.94 4.834.83 19201920
실시예1 Example 1 mono-BAHS mono-BAHS 0.100.10 9.029.02 8.688.68 8.028.02 7.127.12 19201920 실시예2 Example 2 mono-BAHS mono-BAHS 0.150.15 9.129.12 8.948.94 8.468.46 7.547.54 7.067.06 24402440 실시예3 Example 3 mono-BAHS mono-BAHS 0.200.20 9.069.06 8.878.87 8.388.38 7.417.41 6.956.95 24402440 실시예4 Example 4 IPAHS IPAHS 0.100.10 9.089.08 8.728.72 8.248.24 7.327.32 4.344.34 24402440 실시예5 Example 5 IPAHS IPAHS 0.150.15 9.039.03 8.698.69 7.987.98 7.197.19 19201920 실시예6 Example 6 IPAHS IPAHS 0.200.20 9.069.06 8.728.72 8.048.04 7.247.24 5.895.89 24402440 실시예7 Example 7 Tri-BAHS Tri-BAHS 0.100.10 9.049.04 8.748.74 8.068.06 7.297.29 6.026.02 24402440 실시예8 Example 8 Tri-BAHS Tri-BAHS 0.150.15 9.089.08 8.688.68 7.997.99 7.347.34 5.485.48 24402440 실시예9 Example 9 Tri-BAHS Tri-BAHS 0.200.20 9.049.04 8.768.76 8.058.05 7.167.16 19201920 실시예10 Example 10 Di-BAHS Di-BAHS 0.100.10 9.109.10 8.798.79 8.148.14 7.227.22 6.896.89 24402440 실시예11 Example 11 Di-BAHS Di-BAHS 0.150.15 9.089.08 8.848.84 8.218.21 7.327.32 6.426.42 24402440 실시예12 Example 12 Di-BAHS Di-BAHS 0.200.20 9.069.06 8.828.82 8.198.19 7.287.28 6.746.74 24402440 실시예13 Example 13 Tetra-BAHS Tetra-BAHS 0.100.10 9.049.04 8.788.78 8.068.06 7.217.21 5.655.65 24402440 실시예14 Example 14 Tetra-BAHS Tetra-BAHS 0.150.15 9.029.02 8.908.90 8.168.16 7.207.20 5.925.92 24402440 실시예15 Example 15 Tetra-BAHS Tetra-BAHS 0.200.20 9.069.06 8.928.92 8.228.22 7.277.27 6.246.24 24402440

상기 표 4에 의하면, 이온성 액체가 포함된 전해액 시스템을 가진 납축전지는 비교예 대비하여 수명이 향상되었음을 확인할 수 있다. 특히, 실시예 2의 경우 검증 전압이 가장 높게 유지되었고, 전지 내구 성능 향상 폭이 가장 우수한 것을 확인하였다.According to Table 4, it can be seen that the life of the lead acid battery having the electrolytic solution system containing the ionic liquid is improved compared to the comparative example. Particularly, in the case of Example 2, it was confirmed that the verify voltage was maintained at the highest level, and the performance improvement of the battery endurance was the most excellent.

Claims (5)

증류수 및 황산(H2SO4)을 포함하는 납축전지용 전해액에 있어서,
모노-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (mono-BAHS), 다이-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (di-BAHS), 트리-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (tri-BAHS), 테트라-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (tetra-BAHS) 및 이소펜틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (IPAHS)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 이온성 액체가 더 포함되어 있는 납축전지용 전해액.
In an electrolytic solution for a lead-acid battery comprising distilled water and sulfuric acid (H 2 SO 4 )
(Mono-BAHS), di-butylammonium hydrogensulfate (di-BAHS), tri-butylammonium hydrogensulfate (tri-BAHS), tetra-butylammonium hydrogensulfate ) And isopentylammonium hydrogensulfate (IPAHS). &Lt; / RTI &gt;
제 1 항에 있어서,
상기 이온성 액체는 전해액 중에 0.001 ~ 2 중량%의 함량으로 포함되어 있는 납축전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the ionic liquid is contained in an amount of 0.001 to 2% by weight in the electrolytic solution.
제 1 항에 있어서,
상기 이온성 액체는 전해액 중에 0.1 ~ 0.5 중량%의 함량으로 포함되어 있는 납축전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the ionic liquid is contained in an amount of 0.1 to 0.5% by weight in the electrolytic solution.
제 1 항에 있어서,
전해액 중에 모노-부틸암모늄 하이드로겐 설페이트 (BAHS)가 0.1 ~ 0.5 중량% 함량으로 포함되어 있는 납축전지용 전해액.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolytic solution contains mono-butylammonium hydrogensulfate (BAHS) in an amount of 0.1 to 0.5 wt%.
제 1 항 내지 제 4 항 중에서 선택된 어느 한 항의 전해액이 포함되어 있는 납축전지.
A lead-acid battery containing an electrolyte according to any one of claims 1 to 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001102027A (en) 1999-09-30 2001-04-13 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd Enclosed lead battery

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