KR20200095836A - 광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충전시 광전극이 이용하는 해수 전지의 지그에 관한 것이다.
본 발명에 따른 광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그는 해수가 저수될 수 있는 해수저수부를 갖는 본체와, 상기 본체의 일측에 마련되며, 유기전해질에 함침되는 애노드(anode)를 지지하는 음극지지부와, 상기 해수저수부에 저수된 해수에 함침될 수 있도록 제1 캐소드(cathode) 및 제2 캐소드를 지지하는 제1 양극지지부 및 제2 양극지지부를 포함한다.

Description

광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그 {JIG FOR SOLAR-SEAWATER BATTERY SYSTEM}
본 발명은 광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충전시 광전극이 이용하는 해수 전지의 지그에 관한 것이다.
재생 가능한 에너지원의 효과적 사용은 지속 가능한 사회를 달성하기 위해 해결해야 할 가장 필수적인 문제들 중 하나이다. 바람, 태양, 수력, 바이오 매스 및 지열 에너지와 같은 재생 가능 에너지원은 안정적으로 전기를 생산하지 못한다. 결과적으로, 현재 에너지 소비를 충족시킬 수 있는 일관된 전력 공급 장치에 간헐적으로 발생하는 에너지를 축적하기 위해서는 대규모 에너지 저장 장치가 필수적이며, 고 에너지 리튬-이온 배터리가 솔루션으로 기여할 것으로 예상된다. 그러나, 리튬 비용의 증가에 따라 최근 해수 전지가 대규모 용도로 기존의 리튬 이온 배터리 기술을 대체할 수 있는 저비용/고효율 기술로 간주됨에 따라, 해수 전지에 대한 연구 및 개발 시도가 활성화되었다.
한국공개특허 제10-2016-0062616호
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 충전 시 광전극을 이용할 수 있는 해수전지용 지그를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 충전극의 위치를 필요에 따라 조절 및 고정할 수 있어서 충전 효율을 높일 수 있는 광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그는 해수가 저수될 수 있는 해수저수부를 갖는 본체와, 상기 본체의 일측에 마련되며, 유기전해질에 함침되는 애노드(anode)를 지지하는 음극지지부와, 상기 해수저수부에 저수된 해수에 함침될 수 있도록 제1 캐소드(cathode) 및 제2 캐소드를 지지하는 제1 양극지지부 및 제2 양극지지부를 포함한다.
상기 제1 캐소드는 광전극이고, 상기 제1 양극지지부는 상기 광전극인 제1 캐소드를 지지하도록 상기 본체에 결합되는 것이 바람직하다.
상기 제1 양극지지부는 상기 본체의 상단에 고정되는 제1 본체고정부와, 상기 제1 본체고정부의 단부로부터 상기 해수저수부를 향해 하방으로 연장되는 연장부와, 상기 연장부의 하단에 형성되고 상기 제1 캐소드를 지지하는 제1 양극지지체를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제2 양극지지부는 상기 음극지지부와 인접하는 본체의 상단에 결합되는 제2 본체고정부와, 상기 제2 본체고정부의 단부에서 상기 해수저수부를 향해 하방으로 연장되며, 상기 제2 캐소드를 지지하는 제2 양극지지체를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 음극지지부는 상기 해수저수부로 노출되는 단부에 상기 제1 캐소드와 제2 캐소드를 포함하는 양극부와 상기 애노드를 포함하는 음극부를 분리하는 고체전해질이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 제1 본체고정부는 상기 제1 양극지지체가 상기 음극지지부와 이격되는 이격거리를 조절하기 위한 제1 길이조절부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1 본체고정부에 길이방향을 따라 상하면을 관통하도록 연장되어 있는 장공이 형성되어 있고, 상기 제1 길이조절부는 상기 본체의 상단에 상기 장공을 관통해 제1 본체고정부의 상방으로 돌출될 수 있도록 형성된 제1 고정볼트와, 상기 제1 본체고정부의 상방으로 돌출딘 상기 제1 고정볼트에 체결되어 상기 제1 본체고정부를 상기 본체에 고정하는 제1 고정너트를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 연장부는 상기 제1 양극지지체가 해수저수부에 저수된 해수의 수면으로부터 이격된 거리를 조절할 수 있도록 길이가 신축 가능하게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 연장부는 상기 제1 본체고정부에서 하방으로 연장되는 제1 연장부재와, 상기 제1 연장부재의 전면 또는 후면에 포개지도록 결합되며, 하단에 상기 제1 양극지지체가 연결되는 제2 연장부재와, 상기 제1 연장부재 및 제2 연장부재를 상호 결합하는 제2 길이조절부를 포함하되, 상기 제2 연장부재는 상기 제1 연장부재에 대하여 상하로 이동하면서 결합위치를 선택할 수 있도록 형성될 수 있다.
상기 제2 길이조절부는 상기 제1 연장부재에 상기 제1 연장부재의 폭방향으로 소정거리 이격된 두 개의 제2 고정볼트와, 상기 제2 연장부재를 관통해 돌출되는 상기 제2 고정볼트에 체결되는 제2 고정너트를 포함하되, 상기 제2 연장부재에는 상기 제2 고정볼트가 관통할 수 있으며, 상하 길이방향을 따라 소정거리 이격되어 있는 복수개의 조절공들이 형성될 수 있다.
상기 본체에는 상기 본체에는 기준전극과 상대전극이 상기 제1 캐소드와 일정거리 이격된 상태로 장착되도록 하는 제1 전극지지부 및 제2 전극지지부가 형성될 수 있다.
아울러 상기 해수저수부에 저수되는 해수의 부피가 650㎤이하인 경우, 상기 제1 캐소드는 면적이 1㎠ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그는 충전시에 광전극을 이용함으로써 충전에 필요한 충전 전압을 감소할 수 있으며, 별도의 외부 인가 전압 없이 충전을 실시할 수 있는 이점이 있다.
아울러 본 발명의 광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그는 충전극의 위치를 음극부와 최적의 거리로 이동 및 조절할 수 있어 충전 효율이 극대화되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그의 일 실시예의 사시도,
도 2는 도 1의 광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그의 단면도,
도 3은 본 발명의 광전극 기반의 해수전지 시스템의 개념도,
도 4는 제1 양극지지부를 발체 도시한 사시도.
도 5는 제1 캐소드가 음극부로부터 이격되는 이격거리에 따른 전류밀도에 대한 그래프,
도 6은 제1 캐소드의 장착 깊이에 따른 전류밀도에 대한 그래프,
도 7은 제1 캐소드의 크기에 따른 특성 차이를 보여주는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 내지 도 2를 참조하면 본 발명의 광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그(100)는 해수를 통해 충방전을 실시할 수 있는 해수전지 시스템으로서, 해수가 저수될 수 있도록 된 본체(110)와, 본체(110)에 설치되는 음극지지부(120)와 제1 양극지지부(130) 및 제2 양극지지부(190)를 포함한다.
상기 본체(110)는 외관이 육면체 형상으로 되어 있으며, 상면에 하방으로 원통형의 해수저수부(111)가 형성되어 있다. 상기 해수저수부(111)는 해수가 저수될 수 있는 소정의 저수공간을 제공하는 것이며, 원통형으로 삽입 형성되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 원형 외에도 다양한 형태의 단면 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 본체(110)의 일측과 타측에는 기준전극과 상대전극을 지지하기 위한 제1 전극지지부(112)와 제2 전극지지부(113)가 형성되어 있다.
해수에서의 광전극 고유의 특성 확인을 위해 3전극 IV 실험을 실시하는 경우 기준전극과 상대전극의 위치에 따라 빛 조사에 대한 방해가 발생할 수 있고, 광전극과의 거리차가 발생하여 실험 결과의 특성에 차이가 발생할 수 있다. 이 경우 정확한 테스트가 이루어질 수 없으므로 기준전극과 상대전극이 작업전극이 되는 광전극과 일정한 거리와 위치에 위치할 수 있도록 제1 전극지지부(112)와 제2 전극지지부(113)에 지지되도록 설치함으로써 기준전극과 상대전극의 위치에 따른 변수가 발생하는 것을 방지한다.
본 실시예의 경우 3전극 IV 실험을 위해 기준전극과 상대전극이 지지될 수 있도록 두 개의 전극지지부가 마련되어 있으나, 2전극 실험의 경우 상대전극이 생략되므로 제2 전극지지부에는 고무 등 절연재로 형성되는 전극대체부재가 장착된다.
상기 음극지지부(120)는 음극부(10)를 형성하기 위한 것이며, 유기전해질(예: TEGDME의 1M NaCF3SO3)에 함침되는 애노드(11)(anode)을 포함할 수 있다.
애노드(11)는 음극 집전체 및 음극 집전체 상에 위치하는 활물질층을 포함할 수 있으며, 상기 활물질층으로 나트륨 금속이 사용될 수 있다.
충전 상황에서 음극부(10)에서는 하기 <화학식 1>과 같은 반응이 발생할 수 있다. 즉, 충전 시 음극부(10)에서는 나트륨 이온과 전자가 결합함으로써, 나트륨 금속에 전기 에너지가 저장될 수 있다.
Figure pat00001
음극지지부(120)의 선단부에는 음극부(10)와 후술하는 양극부(30)로서 사용되는 제1 양극지부와 제2 양극지부를 분리하는 고체전해질(20)이 마련된다. 상기 고체전해질(20)은 해수전지의 충방전시에 나트륨 이온(Na+)을 통과시키는 것으로 본 실시예의 경우 NASICON이 적용되었다. 충전상태에서 나트륨 이온은 양극부(30)에서 고체전해질(20)을 통해 음극부(10)로 이동하고, 방전시에 나트륨 이온이 음극부(10)에서 고체전해질(20)을 통해 양극부(30)로 이동하게 된다.
상기 제1 양극지지부(130)는 제1 캐소드(31)를 지지하기 위한 것이다. 제1 캐소드(31)는 광전극이고, 전도성기판 및 전도성 기판 상에 위치하는 광흡수층을 포함할 수 있다.
제1 캐소드(31)는 광전극으로서 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 변환된 전기에너지를 해수 전지의 충전 시 필요한 충전전압의 일부로 사용한다. 해수전지의 충전시에 제1 캐소드(31)에 의해 공급되는 전압을 광충전(photo-charge) 전압이라 지칭하면, 제1 캐소드(31)를 통해 광충전 전압을 공급함으로써 해수 전지의 충전시 필요한 충전 전압을 낮출 수 있다.
상기 제1 캐소드(31)에 빛이 조사되면, 전자와 정공이 생성되며, 산소가 발생된다. 충전 시 제1 캐소드(31)에서 발생된 전자는 제1 캐소드(31)와 전기적으로 연결된 외부 회로를 통해 음극부(10)로 전달된다.
충전 시에 상기 제1 캐소드(31)에서는 하기 <화학식 2>와 같은 반응이 발생할 수 있다. 즉, 충전 시 제1 캐소드(31)에서는 물이 분해되어 산소, 수소 및 전자가 생성되고, 생성된 전자는 음극부(10)로 전달될 수 있다.
Figure pat00002
다른 실시예에서, 충전 시 제1 캐소드(31)에서는 물이 분해되어 수소(H2)와 산소(O2)가 2:1로 생성될 수 있다.
광흡수층은 TiO2, ZnO, C3N4, WO3, Bi2WO6, BiVO4, CdS, TaON, CuWO4, ZnFe2O4, Fe2O3, Ta3N5 및 CaFe2O4 중 적어도 하나로 구성된 반도체를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전도성 기판은 FTO(F-doped SnO2 glass)로 구성되고, 광흡수층은 Mo로 도핑된 BiVO4를 포함할 수 있다.
상기 제1 캐소드(31)는 해수에 포함된 물을 분해하여 충전을 수행하기 때문에, 제1 캐소드(31)에 대한 전도대(conduction band, CB)와 가전자대(valence band, VB) 사이에 물 분해가 일어나는 전위가(O2/H2O) 위치해야한다. 제1 캐소드(31)에 대한 전도대와 가전자대 간 밴드갭(band gap)은 물 분해가 일어나는 전위를 포함할 수 있다.
상기 제1 양극지지부(130)는 제1 캐소드(31)가 해수전지의 충전시 충전효율이 양호하게 유지될 수 있도록 적정 위치에 위치하도록 지지하는 것이며, 본체(110)의 상단에 고정되는 제1 본체고정부(131), 제1 본체고정부(131)의 단부로부터 하방으로 연장되는 연장부(150) 및 연장부(150)의 하단에 형성되고 제1 캐소드(31)를 지지하는 제1 양극지지체(180)를 포함한다.
제1 본체고정부(131)는 상술한 것처럼 본체(110)의 상단 일측에 고정되는데, 제1 캐소드(31)를 지지하는 제1 양극지지체(180)가 음극지지부(120)로부터 이격되는 이격거리를 조절하기 위하여 제1 길이조절부(140)가 마련된다.
제1 본체고정부(131)는 길이방향을 따라 연장되며 상하면을 관통하는 장공(132)이 형성되어 있다. 상기 장공(132)이 연장되는 길이방향은 제1 양극지지체(180)가 음극지지부(120)로부터 멀어지거나 가까워지는 방향과 일치한다.
상기 제1 길이조절부(140)는 본체(110)의 상단에 형성되어 상기 장공(132)을 관통해 제1 본체고정부(131)의 상방으로 돌출되는 제1 고정볼트(141)와, 제1 고정볼트(141)에 체결되는 제1 고정너트(142)를 포함한다.
상기 제1 고정볼트(141)가 장공(132)을 통과한 상태에서 제1 본체고정부(131)를 장공(132)의 길이방향을 따라 이동시켜 제1 양극지지체(180)가 음극지지부(120)로부터 이격되는 이격거리를 조절한 상태에서 상기 제1 고정너트(142)를 제1 본체고정부(131)의 상부로 노출된 제1 고정볼트(141)에 체결하여 제1 본체고정부(131)를 고정한다.
본 실시예에서는 제1 고정볼트(141)가 한 개만 형성되어 있는 것으로 도시되었으나, 상기 제1 본체고정부(131)가 진퇴하는 방향을 따라 소정거리 이격되도록 두 개가 마련되고 제1 고정너트(142)가 두 개의 제1 고정볼트(141)에 각각 체결되도록 함으로써 제1 본체고정부(131)가 회전하지 않고 일정한 방향을 따라 진퇴 가능하게 되도록 유도할 수 있다.
상기 연장부(150)는 제1 본체고정부(131)의 단부로부터 해수저수부(111)의 바닥을 향해 하방으로 소정길이 연장되는 것이며, 길이가 신축 가능하도록 제1 연장부재(151)와 제2 연장부재(152)를 포함한다.
상기 제1 연장부재(151)는 제1 본체고정부(131)의 단부로부터 하방으로 연장되어 있고, 제2 연장부재(152)는 제1 연장부재(151)의 전면에 후술하는 제2 길이조절부(170)를 통해 결합될 수 있도록 형성되어 있는데, 제2 연장부재(152)에는 상하로 이격된 복수개의 조절공(153)들이 형성되어 있다.
제2 연장부재(152)가 제1 연장부재(151)의 전면에 포개어 지고, 상하로 이동할 수 있기 때문에 제2 연장부재(152)의 하단에 형성된 제1 양극지지체(180)의 높이를 연장부(150)를 통해 조절하는 것이 가능하다.
상기 제1 연장부재(151)와 제2 연장부재(152)는 제2 길이조절부(170)를 통해 연장부(150) 전체의 길이를 조절하면서 결합이 이루어질 수 있는데, 제2 길이조절부(170)는 제1 연장부재(151)에 형성된 제2 고정볼트(171)와, 제2 고정볼트(171)에 체결되는 제2 고정너트(172)를 포함한다.
상기 제2 고정볼트(171)는 제1 연장부재(151)의 전면에 두 개가 형성되는데, 제1 연장부재(151)의 폭방향을 따라 상호 소정거리 이격되어 있다.
상기 조절공(153)들은 두 개의 제2 고정볼트(171)가 관통할 수 있도록 제2 고정볼트(171)의 이격거리에 대응하도록 두 개씩 쌍을 이루어 상하로 복수개가 형성되어 있다.
상기 제2 고정너트(172)는 제2 연장부재(152)의 조절공(153)을 통과해 돌출된 제2 고정볼트(171)에 체결되는 것이며, 제2 고정볼트(171)가 관통하는 조절공(153)의 선택을 통해 제1 양극지지체(180)의 높이를 조절할 수 있다.
상기 제1 양극지지체(180)는 제1 캐소드(31)를 지지하는 것으로 상기 제2 연장부재(152)의 하단에 형성되며, 상기 제1 본체고정부(131)와 연장부(150)를 통해 각각 음극부(10)로부터의 이격거리와 해수면에 대한 깊이 조절이 가능하게 된다.
상기 연장부(150)와 제1 본체고정부(131)에는 제1 캐소드(31)로부터 연장되는 전선이 끼워질 수 있는 케이블고리(160)가 마련되어 있어서, 상기 제1 캐소드(31)로부터 연장되는 전선이 정리된 상태를 유지하면서 단선이나 변형되는 것을 방지한다.
도 5는 제1 캐소드(31)가 음극부(10)로부터 이격되는 이격거리에 따른 전류밀도에 대한 그래프로서, 제1 캐소드(31)가 음극부(10)로부터 멀 때보다 가깝거나 보통 거리를 유지할 때 더 나은 전류밀도를 보인다.
또한 도 6은 제1 캐소드(31)의 장착 깊이에 따른 전류밀도에 대한 그래프로, 제1 캐소드(31)가 바닥보다는 해수면에 가까울 때 더 나은 전류밀도를 보이는 것을 확인할 수 있다.
따라서 본 발명의 제1 양극지지부(130)가 제1 길이조절부(140)를 통해 제1 양극지지체(180)에 지지된 제1 캐소드(31)가 음극부(10)로부터 이격되는 이격거리를 조정 및 고정하고, 연장부(150)를 통해 제1 캐소드(31)의 장착 깊이를 조절하도록 함으로써 가장 좋은 전류밀도를 유지하여 충전효유을 높일 수 있다.
상기 제2 양극지지부(190)는 제2 캐소드(32)를 지지하기 위한 것으로, 상기 음극지지부(120)와 인접하는 본체(110)의 상단에 결합되는 제2 본체고정부(191)와, 상기 제2 본체고정부(191)의 단부에서 상기 해수저수부(111)를 향해 하방으로 연장되며, 상기 제2 캐소드(32)를 지지하는 제2 양극지지체(192)를 포함한다.
상기 제2 캐소드(32)는 방전시에 이용되는 것으로, 방전시에 제2 캐소드(32)는 음극부(10)로부터 전자를 전달받는다. 제2 캐소드(32)는 카본 펠트, 카본 페이퍼, 카본 파이버, 금속 박막/폼(foam) 또는 이들의 조합일 수 있는 양극 집전체 및 양극 집전체 상에 마련된 촉매층을 포함할 수 있다.
도 7은 광전극인 제1 캐소드(31)의 크기에 따른 특성 차이를 보여주는 그래프이다.
제1 캐소드(31) 즉, 광전극의 특성을 확인하기 위해 3전극 실험을 실시하며, 해수전지와의 연결 실험을 위해서 2전극 실험을 실시하게 되는데, 그래프에서 볼 수 있는 것처럼 광전극의 크기가 2×2㎠인 경우 1×1㎠인 경우에 비해 특성 감소 비율이 커진다. 따라서 광전극의 크기가 2×2㎠인 경우 1×1㎠인 경우에 비해 광전극 고유의 특성 확인이 더욱 어렵다는 것을 알 수 있다.
이와 같은 이유로 광전극의 크기는 충전극의 특성 감소가 이루어지지 않는 선에서 결정되어야 하는데, 본체(110)에 형성되는 해수저수부(111)의 부피가 650㎤ 이하인 경우 광전극인 제1 캐소드(31)의 면적은 1㎠ 이하가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 본 발명의 광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그(100)는 해수전지 시스템의 구동에 영향을 미칠 수 있는 요인들 즉, 광전극으로 사용되는 제1 캐소드(31)가 음극부(10)로부터 이격되는 거리나 해수면에 대한 높이를 일정하게 유지하면서 효율적인 거리와 높이가 되도록 용이하게 조절할 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
10: 음극부 11: 애노드
20: 고체전해질 30: 양극부
31: 제1 캐소드 32: 제2 캐소드
100: 광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그
110: 본체 111: 해수저수부
112: 제1 전극지지부 113: 제2 전극지지부
120: 음극지지부 130: 제1 양극지지부
131: 제1 본체고정부 132: 장공
140: 제1 길이조절부 141: 제1 고정볼트
142: 제1 고정너트 150: 연장부
151: 제1 연장부재 152: 제2 연장부재
153: 조절공 160: 케이블고리
170: 제2 길이조절부 171: 제2 고정볼트
172: 제2 고정너트 180: 제1 양극지지체
190: 제2 양극지지부 191: 제2 본체고정부
192: 제2 양극지지체

Claims (12)

  1. 해수가 저수될 수 있는 해수저수부를 갖는 본체와;
    상기 본체의 일측에 마련되며, 유기전해질에 함침되는 애노드(anode)를 지지하는 음극지지부와;
    상기 해수저수부에 저수된 해수에 함침될 수 있도록 제1 캐소드(cathode) 및 제2 캐소드를 지지하는 제1 양극지지부 및 제2 양극지지부를 포함하는
    광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 캐소드는 광전극이고,
    상기 제1 양극지지부는 상기 광전극인 제1 캐소드를 지지하도록 상기 본체에 결합되는 것을 특징으로 하는
    광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 양극지지부는 상기 본체의 상단에 고정되는 제1 본체고정부와,
    상기 제1 본체고정부의 단부로부터 상기 해수저수부를 향해 하방으로 연장되는 연장부와,
    상기 연장부의 하단에 형성되고 상기 제1 캐소드를 지지하는 제1 양극지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는
    광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제2 양극지지부는 상기 음극지지부와 인접하는 본체의 상단에 결합되는 제2 본체고정부와,
    상기 제2 본체고정부의 단부에서 상기 해수저수부를 향해 하방으로 연장되며, 상기 제2 캐소드를 지지하는 제2 양극지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는
    광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 음극지지부는 상기 해수저수부로 노출되는 단부에 상기 제1 캐소드와 제2 캐소드를 포함하는 양극부와 상기 애노드를 포함하는 음극부를 분리하는 고체전해질이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 본체고정부는 상기 제1 양극지지체가 상기 음극지지부와 이격되는 이격거리를 조절하기 위한 제1 길이조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 본체고정부에 길이방향을 따라 상하면을 관통하도록 연장되어 있는 장공이 형성되어 있고,
    상기 제1 길이조절부는 상기 본체의 상단에 상기 장공을 관통해 제1 본체고정부의 상방으로 돌출될 수 있도록 형성된 제1 고정볼트와,
    상기 제1 본체고정부의 상방으로 돌출딘 상기 제1 고정볼트에 체결되어 상기 제1 본체고정부를 상기 본체에 고정하는 제1 고정너트를 포함하는 것을 특징으로 하는
    광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 연장부는 상기 제1 양극지지체가 해수저수부에 저수된 해수의 수면으로부터 이격된 거리를 조절할 수 있도록 길이가 신축 가능하게 형성된 것을 특징으로 하는
    광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 연장부는 상기 제1 본체고정부에서 하방으로 연장되는 제1 연장부재와,
    상기 제1 연장부재의 전면 또는 후면에 포개지도록 결합되며, 하단에 상기 제1 양극지지체가 연결되는 제2 연장부재와,
    상기 제1 연장부재 및 제2 연장부재를 상호 결합하는 제2 길이조절부를 포함하되,
    상기 제2 연장부재는 상기 제1 연장부재에 대하여 상하로 이동하면서 결합위치를 선택할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는
    광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제2 길이조절부는 상기 제1 연장부재에 상기 제1 연장부재의 폭방향으로 소정거리 이격된 두 개의 제2 고정볼트와,
    상기 제2 연장부재를 관통해 돌출되는 상기 제2 고정볼트에 체결되는 제2 고정너트를 포함하되,
    상기 제2 연장부재에는 상기 제2 고정볼트가 관통할 수 있으며, 상하 길이방향을 따라 소정거리 이격되어 있는 복수개의 조절공들이 형성된 것을 특징으로 하는
    광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 본체에는 기준전극과 상대전극이 상기 제1 캐소드와 일정거리 이격된 상태로 장착되도록 하는 제1 전극지지부 및 제2 전극지지부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 해수저수부에 저수되는 해수의 부피가 650㎤이하인 경우, 상기 제1 캐소드는 면적이 1㎠ 이하인 것을 특징으로 하는
    광전극 기반의 해수전지 시스템용 지그.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090061300A (ko) * 2007-12-11 2009-06-16 삼성전자주식회사 복합형 리튬 2차 전지 및 이를 채용한 전자 장치
KR20110136196A (ko) * 2010-06-14 2011-12-21 주식회사 엑스에프씨 해수전해설비에서 발생되는 폐수소를 활용한 연료전지 시스템
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KR20170016654A (ko) * 2015-08-04 2017-02-14 신라대학교 산학협력단 미생물을 이용한 연료전지 장치
KR20190004072A (ko) * 2017-07-03 2019-01-11 울산과학기술원 해수전지용 고체전해질 및 그 제조방법, 이를 이용한 해수전지

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090061300A (ko) * 2007-12-11 2009-06-16 삼성전자주식회사 복합형 리튬 2차 전지 및 이를 채용한 전자 장치
KR20110136196A (ko) * 2010-06-14 2011-12-21 주식회사 엑스에프씨 해수전해설비에서 발생되는 폐수소를 활용한 연료전지 시스템
KR20160062616A (ko) 2014-11-25 2016-06-02 울산과학기술원 하이브리드 자가 충전 전지 및 이의 제조방법
KR20170016654A (ko) * 2015-08-04 2017-02-14 신라대학교 산학협력단 미생물을 이용한 연료전지 장치
KR20190004072A (ko) * 2017-07-03 2019-01-11 울산과학기술원 해수전지용 고체전해질 및 그 제조방법, 이를 이용한 해수전지

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