KR20200051402A - 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛 및 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법 - Google Patents

금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛 및 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛 및 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 하단부와 체결 구조를 갖는 상단부; 전지 셀을 내부에 수용하기 위한 수용 공간을 갖는 셀 수용부를 포함하는 하단부; 및 상기 전지 셀의 온도 조절을 위한 온도 조절부; 를 포함하고, 상기 온도 조절부의 적어도 일부분은, 상기 하단부 내에 구비되어 상기 전지 셀을 가온하는 열전도부 가열 수단을 포함하는 것인, 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛 및 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법에 관한 것이다.

Description

금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛 및 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법{CELL UNIT AND METHOD FOR MEASURING ELECTROCHEMICAL PERFORMANCE OF METAL-AIR SECONDARY BATTERY}
본 발명은, 고온에서 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛 및 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법에 관한 것이다.
전기 기기에 대한 전력 공급을 위한 수단으로 전지(battery)가 널리 사용되는데, 이러한 전지로는 망간 건전지, 알칼리 망간 건전지, 아연-공기 (zinc-air)전지 등의 일차 전지와, 니켈 카드뮴(Ni-Cd)전지, 니켈 수소(Ni-MH) 전지, 리튬 이온 전지 등의 이차 전지가 있다.
최근에는 리튬 이온 전지가 가장 널리 사용되는 이차 전지인데, 아직 해결해야할 문제점이 많이 있으며, 상대적으로 낮은 이론적 에너지 단위 밀도, 리튬의 천연 매장량 등 여러 가지 한계점이 있다. 리튬 이온 이차 전지를 대체할 수 있는 고성능을 발휘하면서 제조원가도 절감할 수 있는 차세대 이차 전지에 대한 필요성으로 리튬-공기 전지(Li-air battery)등과 같은 금속-공기 전지가 제안되었다.
금속-공기 전지는 양극 활성 물질로서 이산화망간 등의 산화제 대신에 공기 중의 산소를 이용하여 아연 또는 알루미늄 등의 음극 활성 물질을 산화함으로써 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 전지이다.
금속-공기 전지는 성능 및 안정성 향상을 위하여 다공질 탄소의 양극, 금속 리튬, 아연, 나트륨 등의 음극, 전해질 물질을 중심으로 연구개발이 활발하게 진행되고 있으며, 이러한 금속-공기 전지의 소재 개발과 안정성 및 성능의 개선을 위해서는, 전기화학 반응의 규명과 전지 내에서 열화하지 않은 대체 전해질의 개발이 필요하다. 하지만, 기존의 전기화학 반응의 분석 시 고온에서 안정적이고 일정하게 유지하는 것이 어렵고, 외부 환경에 노출되는 경우가 빈번하여 정밀하고 정확한 분석이 어려운 문제점이 있다. 이에, 금속-공기 이차전지를 효율적으로 고온으로 가온시키고, 안정적인 고온 분위기를 형성하여 정확한 전기화학적 성능 분석 및 평가를 실현할 수 있는 금속-공기 이차전지의 전기화학 분석 방법 및 이를 위한 장비 또는 시스템이 필요하다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은, 효율적으로 배터리를 가온하여 배터리 온도 조절을 통해 고온 금속-공기 이차전지의 전기화학 반응의 유도 및 특성을 평가할 수 있는, 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛을 이용하여, 고온에서 정확하고 정밀한 성능 평가를 수행할 수 있는, 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 하단부와 체결 구조를 갖는 상단부; 전지 셀을 내부에 수용하기 위한 수용 공간을 갖는 셀 수용부를 포함하는 하단부; 및 상기 전지 셀의 온도 조절을 위한 온도 조절부;를 포함하고, 상기 온도 조절부의 적어도 일부분은, 상기 하단부 내에 구비되어 상기 전지 셀을 가온하는 열전도부 가열 수단을 포함하는 것인, 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 온도 조절부는, 상기 전지 셀의 온도를 상온 내지 200 ℃의 온도로 유지 가능한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 상기 하단부와 상기 상단부는 체결되어 상기 전지 셀을 밀봉시키는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 상단부 및 상기 하단부는, 각각 복수개의 고정돌기 및 상기 고정돌기에 상응하는 복수개의 고정홈이 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 상단부 및 상기 하단부를 체결하는 외부 체결부를 더 포함하고, 상기 외부 체결부는 나사 방식으로 체결하는 링 형상을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 하단부는 외주에 나사 체결부를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 외부 체결부에 고무 오링을 삽입하여 상기 상단부 및 하단부를 체결하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 하단부에 삽입되는 열전대를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 상단부는 가스 주입부 및 가스 배출부를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전지 셀은, 나트륨, 리튬 또는 아연-공기 이차전지인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 전지 셀이 장착되고, 밀봉된 본 발명에 의한 셀 유닛을 준비하는 단계; 상기 셀 유닛의 온도 조절부를 작동하여 상기 셀 유닛 내부에서 상기 전지 셀을 가온하는 단계; 및 상기 전지 셀의 충전 및 방전을 반복적으로 수행하여 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계; 를 포함하는, 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 가온하는 단계는, 50 ℃ 내지 200 ℃의 온도까지 가온하고 온도를 유지하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계는, 정전류 충방전법 (galvanostatic charge-discharge), 순환전압 주사법 (cyclic voltammetry, CV), 선형주사전위법 (linear sweep voltammetry) 및 임피던스측정 (electrochemical impedance spectroscopy, EIS)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 전기화학적 검출신호를 측정하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계는, 상기 전지 셀에서 발생되는 가스의 정량 및 정성 분석을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은, 셀 유닛 내에 가열 수단을 구비하여 고온에서 안정적으로 구동하고, 정밀한 전기화학 측정이 가능한 고온 구동이 가능한 금속-공기 이차전지의 셀 유닛을 제공할 수 있다.
본 발명은 고온에서 금속-공기 이차전지의 전기화학적 반응 및 성능을 정밀하고 안정적으로 평가할 수 있고, 이를 이용하여 금속-공기 이차전지의 성능 및 소재 개선에 활용할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 금속-공기 이차전지의 셀 유닛의 구성을 예시적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 2a는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 금속-공기 이차전지의 셀 유닛을 예시적으로 나타낸 정단면도이다.
도 2b는, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 본 발명에 의한 금속-공기 이차전지의 셀 유닛을 예시적으로 나타낸 정단면도이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 금속-공기 이차전지의 셀 유닛의 구성을 예시적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법에 의한 평가 결과를 나타낸 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명은, 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 셀 유닛은 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1에서 셀 유닛은 내부에 공간이 형성된 상단부(100) 및 하단부(200)로 이루어진 케이스를 포함하고, 상단부(100) 및 하단부(200)를 연결시켜 체결하는 외부 체결부(300)를 더 포함할 수 있다.
상단부(100)는 하단부(200)와 체결하여 삽입된 전지 셀을 밀봉시키는 체결 구조를 형성할 수 있다. 상단부(100)는 삽입된 전지 셀을 둘러싸거나 수용하기 위한 내부 공간이 형성될 수 있다. 상기 내부 공간은, 상단부(100)의 전체 부피의 10 % 이상; 30 % 이상; 또는 30 % 내지 70 %의 부피비로 형성될 수 있다. 상기 부피 비 내에 포함되면, 전지 셀의 가온 및 가온 분위기를 안정적이고 효율적으로 형성할 수 있다.
상단부(100)는, 상단부(100)의 길이 방향에 수직으로 외주면에 도출된 돌출부(110)가 형성될 수 있다. 돌출부(110)는 상단부(100)의 전체 길이의 0 % 내지 50 %의 위치에서 형성될 수 있다. 즉, 도 2a를 참조하면, 돌출부(110)가 상단부(100)의 하단의 외주면(길이의 0%)에 형성될 경우에, 돌출부(110)는 하단부(200) 상에 안착될 수 있다. 다른 예로, 도 2B를 참조하면, 돌출부(110)가 상단부(100)의 하단에서부터 일정 높이의 외주면(길이의 0% 초과)에 형성될 경우에, 상단부(100)의 하단은 하단부(200) 내에 삽입 및 고정되는 돌출된 결합부(A)를 형성하고, 하단부(200)는 결합부(A)를 수용하거나 상응하는 내부 공간 또는 고정홈이 형성되고, 돌출부(110)는 하단부(200) 상에 안착된다. 돌출부(110)는 상단부(100)와 하단부(200)를 안정적으로 체결하여 전지 셀를 밀폐시키고 외부에 영향을 최소화하여 안정적인 환경을 제공할 수 있다.
더욱이, 돌출부(110)는, 외부 체결부(300)의 적용 시 외부 체결부(300) 내에 끼워진 상단부(100)에서 외부 체결부(300)의 상단과 결착되어 상단부(100)를 견고하게 고정시키는 체결부재로 적용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상단부(100)는 내부 상단 영역에 돌출된 돌기(120)를 포함하고, 돌기(120)는 링 형상이고, 돌기(120)의 내주의 바닥면(121)은 평평하거나 또는 홈이 형성될 수 있다. 또한, 돌기(120)의 내주의 바닥면에 가스 주입부(400) 및 가스 배출부(400')가 더 형성될 수 있다. 예를 들어, 가스 배출부(400) 및 가스 주입부(400')의 가스관, 또는 가스 라인의 삽입을 위한 주입구가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 셀 유닛은 가스 배출부(400) 및 가스 주입부(400')를 더 포함할 수 있다. 가스 배출부(400) 및 가스 주입부(400')는, 전지 셀의 전기화학적 반응을 유도하기 위한 가스를 주입하고, 전기화학적 반응에 의해 생성된 가스를 배출하는 것이다. 예를 들어, 가스 배출부(400) 및 가스 주입부(400')는 가스 주입관 및 가스 배출관이 상단부(100) 내에 삽입되고, 이들은 가스 라인으로 더 연결될 수 있다. 즉, 상기 가스 주입관 및 가스 배출관은, 펌프와 연결되어 전기화학적 반응에 필요한 가스를 주입 및 배출하고, 진공 분위기도 형성할 수 있다. 또한, 가스 주입관 및 가스 배출관은 가스 분석 장치에 연결되어 전기화학적 반응에 의해 생성된 가스를 분석할 수 있다.
하단부(200)는, 전지 셀을 수용하고, 상기 전지 셀의 온도 조절을 위한 온도 조절부의 적어도 일부분이 삽입되고, 셀 유닛 내부에서 전지 셀을 가온하거나 가온된 분위기를 형성하여 고온에서 전기화학적 반응을 유도할 수 있다. 도 1을 참조하면, 하단부(200)는, 전지 셀을 내부에 수용하고, 이를 고정하기 위한 수용 공간(211)을 포함하는 셀 수용부(210) 포함할 수 있다. 수용 공간(211)은 전지 셀의 고정을 위해서 전지 셀의 크기 및 형태 등에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다.
셀 수용부(210)는, 하단부(200)의 상단에 위치하고, 수용 공간(211)을 둘러싸고 삽입된 전지 셀을 고정하는 벽(212)을 포함하고, 벽(212)은 수용 공간(211)의 형태에 따라 변형될 수 있다. 다른 예로, 셀 수용부(210)는, 하단부(200)의 깊이 방향으로 적어도 일부분이 삽입될 수 있다.
도 2a를 참조하면, 온도 조절부(220)는, 전지 셀을 가온하는 단일 또는 복수개의 열전도부 가열 수단(221), 예를 들어, 히터 및 단일 또는 복수개의 열전도대를 포함하고, 이들이 하단부(200)에 형성된 삽입구를 통하여 하단부(200) 내에 도입되거나 또는 일체로 형성되어 하단부(200) 내에 도입될 수 있다. 열전도부 가열 수단(221)의 셀 유닛 내에 삽입되므로, 효율적이고 안정적으로 전지 셀을 가온하고 유지하여 고온에서 전기화학적 반응을 안정적으로 유도할 수 있다.
온도 조절부(220)는, 상온 이상; 50 ℃ 내지 250 ℃; 또는 50 ℃ 내지 200 ℃까지 가온하고, 특정 온도를 1분 이상; 10 분 이상; 1시간 이상; 또는 1시간 내지 50 시간 동안 유지할 수 있다.
온도 조절부(220)는, 하단부(200)에 삽입되는 단일 또는 복수개의 열전대(222)를 더 포함할 수 있다.
하단부(200)는, 외주면에 외부 체결부(300)를 이용하여 나사 방식으로 상단부(100)와 체결하기 위한 나사체결부(230)을 더 포함할 수 있다.
외부 체결부재(300)는, 나사 방식으로 체결하는 링 형상을 갖고, 상단부(100)와 하단부(200)를 나사 방식으로 체결하여 이들이 일체로 체결되고 밀봉된 구조를 갖는 셀 유닛의 케이스를 형성할 수 있다. 이러한 체결에 의해서 하단부(200)의 수용 공간(211)은 외부와 밀폐되고 수용된 전지 셀이 밀폐된 상태에서 외부 환경에 영향을 받지 않고 안정적으로 전기화학적 반응을 유도할 수 있는 환경을 제공할 수 있다. 즉, 상단부(100)를 하단부(200) 상에 안착시키고, 외부 체결부재(300)는 상단부(100)를 끼우고 하단부(200)에 형성된 나사체결부(230)를 이용하여 나사방식으로 이들을 고정할 수 있다.
상단부(100) 및 하단부(200)는, 각각 복수개의 고정돌기 및 상기 고정돌기에 상응하는 복수개의 고정홈이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 3을 참조하면, 상단부(100)의 돌출부(110)에 복수 개의 고정홈(130)이 형성되고, 하단부(200)는, 상단부(100)와 접촉하는 영역에 고정홈(130)에 상응하는 복수 개의 고정돌기(240)가 형성될 수 있다. 고정돌기(240)는 상단부(100)의 고정홈(130)에 삽입되어 셀 유닛의 결합을 가이드하고 상단부(100) 및 하단부(200)를 안정적으로 체결시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 도 3을 참조하면, 상기 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛은, 외부 공기를 차단하여 셀 유닛을 밀봉하기 위해서 단일 또는 복수개의 고무 오링(500)을 더 포함할 수 있다. 고무 오링(500, 500')은 외부 공기를 차단하여 삽입된 전시 셀의 밀봉을 더 견고하게 하여 외부 환경에 영향을 받지 않고 안정적으로 전기화학적 반응을 유도할 수 있는 환경을 제공할 수 있다. 예를 들어, 고무 오링(500)은, 상단부(100) 및 하단부(200)가 체결하는 영역, 즉, 외부 체결부(300)의 나사체결부에 끼워져 하단부(200)와 체결되고, 상단부(100) 내부의 돌기(120)에 끼워질 수 있다.
상기 셀 유닛은, 전기화학적 반응의 유도 및 평가하기 위해 온도 조절부, 가스 주입부 및 가스 배출부, 전지 셀의 작동, 전기화학적 반응의 신호의 검출 등은 소프트웨어적으로 제어하고 결과를 분석하는 측정 장치 및 컴퓨터 등을 포함하는 분석부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 전지 셀은, 금속-공기 이차전지라면 제한 없이 적용될 수 있고, 예를 들어, 마그네슘, 철, 알루미늄, 아연, 리튬 또는 나트륨 연-공기 이차전지를 포함하고, 코인형 등일 수 있다.
본 발명은, 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 평가 방법은, 본 발명에 의한 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛을 이용하여 고온에서 정확하고 정밀한 전기화학적 반응을 분석 및 평가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 평가 방법은, 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법의 흐름도를 나타낸 것으로, 상기 평가 방법은, 밀봉된 셀 유닛을 준비하는 단계(210); 셀 유닛 내부에서 전지 셀을 가온하는 단계(220); 및 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계(230)를 포함할 수 있다.
밀봉된 셀 유닛을 준비하는 단계(210)는, 온도 조절부가 삽입된 셀 유닛 내에 전지 셀을 장착하고, 상단부 및 하단부를 체결하여 밀봉된 셀 유닛을 준비하는 단계이며, 상기 언급한 바와 같이 고무 오링을 더 장착하여 외부로부터 전지 셀의 밀봉을 더 견고하게 할 수 있다.
셀 유닛 내부에서 상기 전지 셀을 가온하는 단계(220)는, 상기 셀 유닛의 온도 조절부를 작동하여 상기 셀 유닛 내부에서 상기 삽입된 전지 셀을 가온하는 단계이다.
가온하는 단계(220)는, 상온 이상; 또는 50 ℃ 내지 200 ℃까지 가온 및 온도를 유지하는 것일 수 있다.
전기화학적 검출신호를 측정하는 단계(230)는, 가온된 상기 전지 셀의 충분 및 방전을 반복적으로 수행하여 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계이다.
상기 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계는, 정전류 충방전법 (galvanostatic charge-discharge), 순환전압 주사법 (cyclic voltammetry, CV), 선형주사전위법 (linear sweep voltammetry) 및 임피던스측정 (electrochemical impedance spectroscopy, EIS)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 전기화학적 검출신호를 측정할 수 있다. 또한, 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계는, 가스 분석 시스템을 도입하여 고온에서 전지 셀의 작동 시 배출되는 가스를 정량적으로 분석하여 전지 셀의 물성 변화 및 전기화학적 성능의 평가에 활용할 수 있다. 이러한 가스 분석은, 셀 유닛을 밀봉하여 외부 공기의 유입을 차단함으로써, 정밀하고 정확한 가스 분석이 이루어질 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 하단부의 수용 공간에 리튬-산소 이차전지의 2032 코인셀을 장착하고 상단부 및 하단부를 체결하여 밀봉된 유닛 셀을 제조하였다. 다음으로, 150 ℃ 온도에서 정전류 충방전법(galvanostatic charge-discharge)으로 전류값은 ±200 μA와 충방전 각각 5 시간씩 진행하여 전기화학적 성능을 평가하였다. 전기화학적 성능을 평가하여 도 5에 나타내었다.
도 5를 살펴보면, 150 ℃ 온도에서 코인 셀을 구동시켜 정밀하고 정확한 전기화학적 성능의 평가가 이루어진 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (14)

  1. 하단부와 체결 구조를 갖는 상단부;
    전지 셀을 내부에 수용하기 위한 수용 공간을 갖는 셀 수용부를 포함하는 하단부; 및
    상기 전지 셀의 온도 조절을 위한 온도 조절부;
    를 포함하고,
    상기 온도 조절부의 적어도 일부분은, 상기 하단부 내에 구비되어 상기 전지 셀을 가온하는 열전도부 가열 수단을 포함하는 것인,
    금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도 조절부는, 상기 전지 셀의 온도를 상온 내지 200 ℃의 온도로 유지 가능한 것인,
    금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하단부와 상기 상단부는 체결되어 상기 전지 셀을 밀봉시키는 것인,
    금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상단부 및 상기 하단부는, 각각 복수개의 고정돌기 및 상기 고정돌기에 상응하는 복수개의 고정홈이 형성된 것인,
    금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상단부 및 상기 하단부를 체결하는 외부 체결부를 더 포함하고,
    상기 외부 체결부는 나사 방식으로 체결하는 링 형상을 갖는 것인,
    금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하단부는 외주에 나사 체결부를 더 포함하는 것인,
    금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 외부 체결부에 고무 오링을 삽입하여 상기 상단부 및 하단부를 체결하는 것인,
    금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하단부에 삽입되는 열전대를 더 포함하는 것인,
    금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상단부는 가스 주입부 및 가스 배출부를 더 포함하는 것인,
    금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전지 셀은, 나트륨, 리튬 또는 아연-공기 이차전지인 것인,
    금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛.
  11. 전지 셀이 장착되고, 밀봉된 제1항의 셀 유닛을 준비하는 단계;
    상기 셀 유닛의 온도 조절부를 작동하여 상기 셀 유닛 내부에서 상기 전지 셀을 가온하는 단계; 및
    상기 전지 셀의 충전 및 방전을 반복적으로 수행하여 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계;
    를 포함하는,
    금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가온하는 단계는, 50 ℃ 내지 200 ℃의 온도까지 가온하고 온도를 유지하는 것인,
    금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계는, 정전류 충방전법 (galvanostatic charge-discharge), 순환전압 주사법 (cyclic voltammetry, CV), 선형주사전위법 (linear sweep voltammetry) 및 임피던스측정 (electrochemical impedance spectroscopy, EIS)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 전기화학적 검출신호를 측정하는 것인,
    금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계는, 상기 전지 셀에서 발생되는 가스의 정량 및 정성 분석을 더 포함하는 것인,
    금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160134124A (ko) * 2015-05-14 2016-11-23 주식회사 엘지화학 이차 전지용 카트리지를 포함하는 배터리 팩
KR20170083214A (ko) * 2016-01-08 2017-07-18 주식회사 엘지화학 코인셀을 이용한 내부 가스 발생량 측정 장치
KR20180012446A (ko) * 2016-07-27 2018-02-06 주식회사 씨엔엘에너지 버튼 셀 홀더
KR20180047359A (ko) * 2016-10-31 2018-05-10 주식회사 엘지화학 이차전지용 가스분석장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160134124A (ko) * 2015-05-14 2016-11-23 주식회사 엘지화학 이차 전지용 카트리지를 포함하는 배터리 팩
KR20170083214A (ko) * 2016-01-08 2017-07-18 주식회사 엘지화학 코인셀을 이용한 내부 가스 발생량 측정 장치
KR20180012446A (ko) * 2016-07-27 2018-02-06 주식회사 씨엔엘에너지 버튼 셀 홀더
KR20180047359A (ko) * 2016-10-31 2018-05-10 주식회사 엘지화학 이차전지용 가스분석장치

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