KR20210101958A - Seawater battery system and seawater battery discharge method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 해수전지 시스템 및 이를 이용한 해수전지 방전방법에 관한 것으로, 상세하게는 낙하식 해수 순환법을 이용한 해수전지 시스템 및 이를 이용한 해수전지 방전방법에 관한 것이다.The present invention relates to a seawater battery system and a seawater battery discharge method using the same, and more particularly, to a seawater battery system using a drop-type seawater circulation method and a seawater battery discharge method using the same.
현대사회에서는 기술발전과 함께 에너지의 중요성도 커지고 있으며, 화석에너지처럼 연료고갈문제 및 환경오염 문제없이 지속적으로 이용 가능하며 친환경적인 에너지를 개발하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그 결과 바람, 태양, 수력, 바이오 매스 및 지열 에너지와 같은 재생 가능 에너지원을 이용한 개발이 진행되었다. 그러나 상기한 재생 가능한 에너지원들은 현재 에너지 소비를 충족시킬 수 있는 일관된 전력 공급이 어려워, 간헐적으로 발생하는 에너지를 축적하기 위해서 대규모 에너지를 저장하는 기술의 중요성 또한 증가하고 있다. In modern society, the importance of energy is increasing along with technological development, and research is being conducted to develop environmentally friendly energy that can be used continuously without problems of fuel depletion and environmental pollution like fossil energy. As a result, developments using renewable energy sources such as wind, solar, hydro, biomass and geothermal energy have progressed. However, since it is difficult for the above-mentioned renewable energy sources to supply consistent power to meet current energy consumption, the importance of large-scale energy storage technology for accumulating intermittent energy is also increasing.
에너지 저장방법으로 대표적인 것으로 리튬 이온전지를 들 수 있는데, 이 전지는 원료인 리튬이 비싸고 양이 한정되어 있다는 단점이 있다. 따라서 최근에는 리튬이온전지를 대체하기 위한 기술로 해수전지에 대한 기술 개발이 부각되고 있다. A typical example of an energy storage method is a lithium ion battery, which has the disadvantage that lithium, a raw material, is expensive and the amount is limited. Therefore, in recent years, technology development for seawater batteries has been highlighted as a technology to replace lithium-ion batteries.
해수전지는 해수(바닷물)로부터 용이하게 얻을 수 있는 나트륨을 이용하여 전기를 저장하고, 저장된 에너지를 제공하는 이차전지의 일종이다. 지구 표면적은 약 70%가 바다로 이루어져 있고, 그 중 약 3.5%가 이온으로 이루어져 있으며, 상기 3.5% 이온 중 나트륨 이온은 약 30.6%가 존재한다. 따라서 해수전지에 필요한 나트륨 이온의 고갈염려 없이 저비용으로 쉽게 얻을 수 있는 점이 중요한 장점 중 하나이다.A seawater battery is a type of secondary battery that stores electricity using sodium, which can be easily obtained from seawater (seawater), and provides stored energy. About 70% of the earth's surface area consists of the ocean, of which about 3.5% consists of ions, and about 30.6% of sodium ions among the 3.5% ions are present. Therefore, one of the important advantages is that it can be easily obtained at low cost without worrying about the depletion of sodium ions required for seawater batteries.
하지만, 해수전지는 해수면 아래로 침잠시킨 뒤 방전을 진행하는 것으로, 방전 시 산소를 소모하는 반응이 진행되게 되는데, 해수면에서 점차 멀어지는 하단부의 해수일수록 외부 공기로부터 산소 공급이 제한되게 되어 방전 출력이 작아지게 된다. 이에, 방전출력이 향상된 해수전지에 대한 연구 및 개발이 진행되고 있다. However, the seawater battery is immersed below the sea level and then discharged, and a reaction that consumes oxygen during discharge proceeds. will lose Accordingly, research and development on a seawater battery with improved discharge output is in progress.
본 발명의 일 목적은 해수전지 시스템 및 이를 이용한 해수전지 방전방법을 제공하는 것으로, 상세하게는 방전 출력이 향상된 해수전지 시스템 및 해수전지 방전방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. One object of the present invention is to provide a seawater battery system and a seawater battery discharge method using the same, and more particularly, to provide a seawater battery system and a seawater battery discharge method with improved discharge output.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereto.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 해수전지 셀을 포함하는 해수전지부, 상기 해수전지부로 해수를 공급하는 해수부, 및 상기 해수부로부터 해수를 공급하는 해수 공급부를 포함하는 것인 해수전지 시스템을 제공한다. According to one aspect of the present invention for achieving the above object, it comprises a seawater battery unit including a seawater battery cell, a seawater unit for supplying seawater to the seawater battery unit, and a seawater supply unit for supplying seawater from the seawater unit. A seawater battery system is provided.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 해수전지부는 음극부 및 양극부를 포함하고, 상기 음극부 및 상기 양극부는 상기 해수전지부의 상부에 위치하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the seawater battery unit may include a negative electrode part and a positive electrode part, and the negative electrode part and the positive electrode part may be positioned above the seawater battery part.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극부는 상기 해수와 접촉하지 않도록 방수처리 하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the negative electrode part may be waterproofed so as not to come into contact with the seawater.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 해수전지부는 상기 해수전지 셀이 단일 또는 복수개가 배치되는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the seawater battery unit may be one in which a single or a plurality of seawater battery cells are disposed.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수의 해수전지 셀은 직렬 또는 병렬로 연결되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plurality of seawater battery cells may be connected in series or in parallel.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 해수전지부는 상기 해수부의 해수면과 접촉하지 않도록 상기 해수부의 상부에 위치하도록 배치하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the seawater battery unit may be disposed to be positioned above the seawater unit so as not to contact the sea level of the seawater unit.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 해수전지부의 전체가 공기에 노출되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the entire seawater battery unit may be exposed to air.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 해수부는 상기 해수전지셀에 각 각의 서로 다른 양극원으로 작용하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the seawater unit may act as each different anode source for the seawater battery cell.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 해수 공급부는 상기 해수부의 해수를 상기 해수전지부의 상부로 공급하는 해수펌프, 상기 해수가 이동하는 해수 이동부 및 상기 해수를 상기 해수전지부로 분사하는 해수 분사부를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the seawater supply unit is a seawater pump for supplying the seawater of the seawater unit to the upper part of the seawater battery unit, a seawater moving unit through which the seawater moves, and seawater injection for spraying the seawater to the seawater battery unit. It may include wealth.
본 발명의 또 다른 일 관점에 따르면, 해수전지 시스템을 이용한 해수전지 방전방법에 관한 것으로, 해수부로부터 해수를 이송하는 단계 및 해수전지부로 상기 해수를 분사하는 단계를 포함하고, 상기 해수전지부는 하기 반응식 1 내지 반응식 3으로 표시되는 방전반응이 이루어지는 것인 해수전지 방전방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for discharging a seawater battery using a seawater battery system, comprising the steps of transferring seawater from a seawater unit and spraying the seawater to the seawater battery unit, wherein the seawater battery unit includes the following reaction formula It provides a method for discharging a seawater battery in which the discharge reaction represented by Schemes 1 to 3 is performed.
[반응식 1][Scheme 1]
Na → Na+ + e- Na → Na + + e -
[반응식 2][Scheme 2]
O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4OH -
[반응식 3][Scheme 3]
4Na + O2 + 2H2O → 4NaOH4Na + O 2 + 2H 2 O → 4NaOH
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 해수를 이송하는 단계는, 상기 해수전지 시스템의 하부에 위치하는 해수부로부터 상기 해수전지부의 상부로 이송하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the transferring of the seawater may include transferring the seawater from the seawater unit located at the lower part of the seawater battery system to the upper part of the seawater battery unit.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 해수를 분사하는 단계는, 상기 해수전지부의 상부에서 하부로 해수를 분사하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the spraying of the seawater may include spraying the seawater from the upper part of the seawater battery unit to the lower part.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분사된 해수는 상기 해수전지부의 표면을 따라 상부에서 하부로 흘러내리고, 상기 흘러내린 해수는 상기 해수부로 재공급되어 재순환되는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the sprayed seawater may flow down from the top to the bottom along the surface of the seawater battery unit, and the flowed seawater may be re-supplied to the seawater unit and recirculated.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 해수전지부는 상기 해수에 의해 젖어있는 상태를 유지하도록 이루어지는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the seawater battery unit may be configured to maintain a wet state by the seawater.
본 발명에 따른 이 해수전지 시스템 및 이를 이용한 해수전지 방전방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effect of the seawater battery system and the seawater battery discharge method using the same according to the present invention will be described as follows.
본 발명의 해수전지 시스템 및 이를 이용한 해수전지 방전방법에 따르면, 해수전지-해수-공기의 접합거리를 최소화하여 접합면적을 최대화함으로써 방전 출력을 향상시키는 효과가 있다.According to the seawater battery system of the present invention and the seawater battery discharge method using the same, there is an effect of improving the discharge output by minimizing the seawater battery-seawater-air junction distance and maximizing the junction area.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해 질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.Further scope of applicability of the present invention will become apparent from the following detailed description. However, it should be understood that the detailed description and specific embodiments such as the preferred embodiments of the present invention are given by way of illustration only, since various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention may be clearly understood by those skilled in the art.
도 1은 종래의 해수전지 시스템의 방전방식을 나타낸 개략도이다.
도 2는 종래의 복수개의 해수전지 시스템의 방전방식을 나타낸 개략도이다.
도 3은 일 실시예에 따른, 해수전지 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 4는 일 실시예에 따른, 해수전지 시스템의 방전방식을 나타낸 개략도이다.
도 5는 일 실시예에 따른, 해수전지 시스템의 이미지이다.
도 6은 일 실시예 및 비교예에 따른, 해수전지 방전 출력을 나타낸 그래프이다.1 is a schematic diagram showing a discharge method of a conventional seawater battery system.
2 is a schematic diagram showing a discharge method of a plurality of conventional seawater battery systems.
3 is a schematic diagram illustrating a seawater battery system according to an embodiment.
4 is a schematic diagram illustrating a discharge method of a seawater battery system according to an embodiment.
5 is an image of a seawater battery system, according to an embodiment.
6 is a graph showing discharge output of a seawater battery according to an embodiment and a comparative example.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 지시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는 다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings of the present invention. These examples are merely illustrative to explain the present invention in more detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples. will be.
또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다. Further, unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and in case of conflict, this specification, including definitions description will take precedence.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 “부”한, 특정 기능을 수행하는 한 개의 단위 또는 블록을 의미한다.In order to clearly explain the invention proposed in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification. And, when a part "includes" a component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated. In addition, as described in the specification, “subordinate” refers to one unit or block that performs a specific function.
각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.In each step, the identification number (first, second, etc.) is used for convenience of description, and the identification number does not describe the order of each step, and each step does not clearly describe a specific order in context. It may be performed differently from the order specified above.
즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.That is, each step may be performed in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
도 1은 종래의 해수전지 시스템의 방전방식을 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a discharge method of a conventional seawater battery system.
도 1을 참고하면, 종래의 해수전지 시스템은 해수전지 셀을 해수에 완전히 침잠하는 것으로, 상세하게는 해수전지의 음극단자를 제외한 해수전지 셀의 실링 된 음극부와 고체전해질(NASICON)부, 양극 집전체(카본소재)를 모두 해수면 아래로 침잠시킨 뒤 방전을 진행하게 된다. 이때, 방전 시 산소를 소모하는 반응이 진행되게 되는데, 해수면에서 점차 멀어지는 하단부의 해수일수록 외부 공기로부터 산소 공급이 제한되어 방전 출력이 작아지게 된다. Referring to FIG. 1, the conventional seawater battery system immerses the seawater battery cell completely in seawater, and in detail, the sealed anode part of the seawater battery cell except for the anode terminal of the seawater battery, a solid electrolyte (NASICON) part, and a positive electrode Discharge proceeds after the current collector (carbon material) is all submerged below the sea level. At this time, a reaction that consumes oxygen during discharge proceeds. As the seawater at the lower end gradually moves away from the sea level, the supply of oxygen from the outside air is restricted and the discharge output becomes smaller.
또한, 도 2는 종래의 복수의 해수전지셀을 포함하는 해수전지 시스템의 방전방식을 나타낸 개략도로, 복수의 해수전지 셀이 해수면 아래로 모두 침잠될 경우 전기화학적으로 복수의 해수전지셀이 하나의 양극원(해수)에서 이온을 공급받게 된다. 이에, 전지 간 연결방식이 병렬연결로 한정되고, 직렬연결이 불가능하다.In addition, FIG. 2 is a schematic diagram showing a discharge method of a conventional seawater battery system including a plurality of seawater battery cells. It receives ions from the anode source (seawater). Accordingly, the connection method between the batteries is limited to a parallel connection, and a serial connection is impossible.
이에, 본 발명에서는 각 각의 해수전지 셀로부터 방전출력을 향상시킨 해수전지 시스템 및 해수전지 시스템을 이용한 해수전지 방전방법에 대하여 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention intends to provide a seawater battery system with improved discharge output from each seawater battery cell and a seawater battery discharge method using the seawater battery system.
도 3은 일 실시예에 따른, 해수전지 시스템(100)을 나타낸 개략도이며, 도 4는 일 실시예에 따른, 해수전지 시스템의 방전방식을 나타낸 개략도이다. 3 is a schematic diagram illustrating the
도 3을 참고하면, 상기 해수전지 시스템(100)은 해수전지부(110), 해수부(120) 및 해수 공급부(130)를 포함하는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 3 , the
상기 해수전지부(110)는 해수전지셀(111)을 포함하는 것으로, 상기 해수전지셀(111)은 음극부, 양극부 및 고체전해질로 구성되는 것이 바람직하다. The
상기 음극부는 나트륨 금속을 외부 도선과 연결하는 금속계 집전체, 이를 둘러싸는 나트륨계 전해액 및 나트륨 이온을 선택적으로 이동시키면서 다른 물질은 물리적으로 차단하는 세라믹계 Na+ 이온 투과막을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 세라믹계 Na+ 이온 투과막은 Na1+xZr2SixP3-xO12을 포함할 수 있다.The negative electrode part comprises a metal-based current collector that connects sodium metal to an external conductor, a sodium-based electrolyte surrounding it, and a ceramic-based Na + ion permeable membrane that selectively moves sodium ions and physically blocks other materials. In this case, the ceramic-based Na + ion permeable membrane may include Na 1+x Zr 2 Si x P 3-x O 12 .
또한, 상기 양극부는 전기 전도성을 가지며 전기 화학반응이 발생하는 것으로, 전기 화학반응이 가능한 소재를 사용하는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 상기 양극부는 탄소 섬유 전극을 포함할 수 있다. In addition, the anode part has electrical conductivity and an electrochemical reaction occurs, and it is characterized by using a material capable of electrochemical reaction. For example, the anode part may include a carbon fiber electrode.
상기 음극부 및 상기 양극부는 상기 해수전지부(110)의 상부에 위치하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 음극부는 상기 해수와 접촉하지 않도록 방수처리 하는 것으로, 상기 음극부를 방수처리함으로써 충전과정에서 환원된 나트륨 금속이 해수와 접촉 후 반응하여 자가방전되는것을 방지 할 수 있다.The negative electrode part and the positive electrode part are positioned above the
상기 해수전지셀(111)은 해수로부터 공급받은 나트륨이온 및 전자의 이동을 통하여 충전반응 및 방전반응이 이루어지게 된다.The
상기 충전반응은 상기 양극부를 통하여 해수로부터 나트륨이온을 추출하는 것으로, 해수에 포함되어 있는 물분자 또는 염소이온이 산화되는 동시에 나트륨이온이 해수로부터 추출하게 된다. 이후, 양극부에서 추출된 나트륨이온은 고체전해질을 통과하여 상기 음극부로 이동하게 된다. 이후, 음극부로 이동한 나트륨 이온은 나트륨 금속으로 환원되게 된다.In the charging reaction, sodium ions are extracted from seawater through the anode, and water molecules or chlorine ions contained in the seawater are oxidized and sodium ions are extracted from the seawater. Thereafter, the sodium ions extracted from the anode part pass through the solid electrolyte and move to the cathode part. Thereafter, the sodium ions that have moved to the cathode are reduced to sodium metal.
상기 방전반응은 상기 음극부에서 반응식 1의 반응이 이루어지는 것으로, 나트륨 금속이 나트륨으로 산화하여 해수부로 방출되는 반응이 이루지게 된다. 이와 동시에 양극부에서는 반응식 2의 반응이 이루어지는 것으로, 물을 분해하고 산소를 환원하는 물분해 산소 환원 반응이 이루어지게 된다. ‘In the discharge reaction, the reaction of Reaction Formula 1 is made in the cathode part, and sodium metal is oxidized to sodium and released to the seawater part. At the same time, the reaction of Scheme 2 is performed in the anode part, and a water decomposition oxygen reduction reaction of decomposing water and reducing oxygen is performed. ‘
결론적으로, 상기 해수전지셀(111)에서는 반응식 3의 반응이 이루어지는 것으로 수산화나트륨 형성 반응이 이루어지게 된다. As a result, in the
[반응식 1][Scheme 1]
Na → Na+ + e- Na → Na + + e -
[반응식 2][Scheme 2]
O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4OH -
[반응식 3][Scheme 3]
4Na + O2 + 2H2O → 4NaOH4Na + O 2 + 2H 2 O → 4NaOH
즉, 상기에 개시한 바와 같이 상기 해수전지셀(111)의 방전반응 시 많은 양의 산소를 소모하게 되는 것으로, 상기 방전반응을 촉진하기 위하여 상기 해수전지셀(111)과 산소와의 접촉면적이 넓어지는 것이 바람직하다.That is, as described above, a large amount of oxygen is consumed during the discharge reaction of the
이에, 도 4에 개시한 바와 같이, 상기 해수전지부(110)는 상기 해수면(121)과 접촉하지 않도록 상기 해수부(120)의 상부에 위치하도록 배치하는 것을 특징으로 한다. Accordingly, as shown in FIG. 4 , the
상세하게는 상기 해수전지부(110)는 상기 해수전지부(110)의 하부가 상기 해수면(121)과 직접적으로 접촉하지 않는 것으로, 상기 해수전지부(110)의 전체가 외부공기에 노출되는 것이 바람직하다. In detail, in the
즉, 상기 해수전지부(110)는 해수면 아래로 침지되지 않고, 상기 해수전지부(110)의 전체가 외부공기에 노출됨으로써 상기 해수전지부(110)와 외부공기 중의 산소와의 접촉면적이 증가하게 된다. That is, the
다시 말해, 상기 해수전지부(110)가 해수부(120)와 직접적으로 접촉하지 않음으로써 해수전지부(110), 해수 및 외부공기 사이의 접합거리가 최소화되며, 상기 외부공기 중의 산소와의 접합면적이 최대화된다. 이에, 상기 해수전지셀(111)에서 상기 반응식 2의 물을 분해하고 산소를 환원하는 물 분해 산소 환원 반응인 방전반응에서 산소를 소모하는 반응이 촉진됨에 따라 방전 출력특성이 향상되게 된다.In other words, since the
상기 해수전지부(110)를 침지시키지 않고 해수를 공급하기 위하여 상기 해수전지 시스템(100)을 이용한 해수전지 방전방법은, 해수부(120)로부터 해수를 이송하는 단계 및 상기 해수전지부(110)로 상기 해수를 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The seawater battery discharge method using the
상기 해수를 이송하는 단계는 상기 해수전지 시스템(100)의 하부에 위치하는 해수부(120)로부터 상기 해수전지부(110)의 상부로 해수를 이송하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 해수를 분사하는 단계는, 상기 해수를 이송하는 단계로부터 이송된 해수를 상기 해수전지부(110)의 상부에서 하부로 분사하는 것을 특징으로 한다.The transferring of the seawater is characterized in that the seawater is transferred from the
이때, 상기 해수를 이송 및 분사하기 위하여 상기 해수 공급부(130)는 상기 해수부(120)의 해수를 상기 해수전지부(110)의 상부로 공급하는 해수펌프(131), 상기 해수가 이동하는 해수 이동부(132) 및 상기 해수를 분사하는 해수 분사부(132)를 포함하며, 상기 해수 분사부(132)는 상기 해수전지부(110)의 상부에 배치되는 것을 특징으로 한다. At this time, in order to transport and spray the seawater, the
즉, 상기 해수가 상기 해수 분사부(132)를 통하여 상기 해수전지부(110)의 상부에서 하부로 분사됨에 따라 상부에서 분사된 해수는 상기 해수전지부(110)의 표면을 따라 상부에서 하부로 흘러내리고, 상기 흘러내린 해수는 상기 해수부(120)로 재공급되게 되며, 재공급된 해수는 상기 해수전지부(110)로 재분사되게 된다. That is, as the seawater is sprayed from the top to the bottom of the
즉, 상기 해수전지 시스템(100)의 해수는 순환되어 상기 해수전지부(110)로 계속적으로 공급되며, 상기 해수가 순환됨에 따라 상기 해수전지부(110)는 상기 해수에 의해 항상 젖어있는 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다. That is, the seawater of the
이때, 상기 해수전지부(110)가 젖어있는 상태를 유지함으로써 상기 해수전지부(110)는 해수에 침지되어 있는 것과 같은 유사하게 작용하여 방전반응이 이루어지게 된다.At this time, by maintaining the state in which the
상기 해수전지부(110)는, 상기 해수전지셀(111)을 단일 또는 복수개를 포함하는 것으로, 상기 해수전지부(110)는 상기 해수전지셀(111)을 두 개 이상 포함하는 것을 특징으로 한다. The
또한, 상기 해수부(120)는 상기 해수전지부(110)로 공급하기 위한 해수를 포함하는 것으로, 상기 해수부(120)는 상기 해수전지셀(111)에 양극원으로 작용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
즉, 상기 해수부(120)는 상기 해수전지부(110)에 포함되는 해수전지셀(111)의 개수에 따라 각각 서로 다른 양극원으로 작용하는 것을 특징으로 한다.That is, the
상세하게는, 상기 해수부(120)는 앞서 설명한 바와 같이, 상기 해수면(121)과 상기 해수전지셀(111) 직접적으로 접촉하지 않음으로써, 상기 복수의 해수전지셀(111)은 양극이 분리되어 있는 상태이다.In detail, as described above, the
이때, 상기 해수가 상부로부터 분사되어 상기 해수전지부(110)의 표면을 따라 흘러내림에 따라 상기 복수의 해수전지셀(111)의 각 각의 양극은 해수와 각 각 접촉하게 되며, 상기 해수는 복수의 해수전지셀(111)에 각각의 서로 다른 양극원으로 작용하게 된다. At this time, as the seawater is sprayed from the top and flows down along the surface of the
이에, 상기 복수의 해수전지셀(111)은 직렬 또는 병렬로 연결하는 것을 특징으로 한다. 상기 복수의 해수전지셀(111)을 병렬로 연결할 경우 배터리 용량을 극대화하여 장시간 사용할 수 있다.Accordingly, the plurality of
또한, 직렬로 연결할 경우 복수의 해수전지 셀 묶음의 전체 전압을 극대화하여 출력을 증가시킬 수 있는 것으로, 에너지를 공급받는 장치의 저항의 영향을 최소화 할 수 있다. 즉, 직렬로 연결할 경우 셀 묶음 전체 전압을 극대화하여 방전 출력의 증가를 통해 방전특성이 향상될 수 있다.In addition, when connected in series, the output can be increased by maximizing the total voltage of a plurality of seawater battery cell bundles, and the influence of the resistance of the device receiving the energy can be minimized. That is, when connected in series, the discharge characteristics can be improved through the increase of the discharge output by maximizing the total voltage of the cell bundle.
이에, 상기 해수전지셀(111)은 사용목적에 따라 직렬 또는 병렬로 연결이 가능하다.Accordingly, the
이하 본 발명을 실시예 및 실험예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through Examples and Experimental Examples. However, the following Examples and Experimental Examples only illustrate the present invention, and the present invention is not limited by the following Examples and Experimental Examples.
실시예 1Example 1
본 발명에 따른 해수전지 시스템을 제조하고, 상기 해수전지 시스템을 이용하여 30mA의 전류를 사용하여 방전반응을 진행하였다. 구체적으로는 해수전지부의 음극 단자에 물이 접촉하지 않도록 외부 보호막을 씌우고, 하향식 해수 공급장치를 이용하여 양극부의 탄소계 섬유를 지속적으로 상부부터 완전히 적실 수 있도록 하였다. 또한 해수전지부가 해수부의 해수면에 닿지 않도록 하여, 배터리 셀 묶음의 직렬 연결이 가능한 상황을 모사하였다.A seawater battery system according to the present invention was prepared, and a discharge reaction was performed using a current of 30 mA using the seawater battery system. Specifically, an external protective film was applied to prevent water from contacting the anode terminal of the seawater battery part, and the carbon-based fiber of the anode part was continuously and completely wetted from the top using a top-down seawater supply device. In addition, by preventing the seawater battery unit from touching the sea level, a situation in which battery cell bundles can be connected in series was simulated.
비교예 1Comparative Example 1
해수전지 시스템 전체를 해수에 침지하여 20mA의 전류를 사용하여 방전반응을 진행하였다. The entire seawater battery system was immersed in seawater to conduct a discharge reaction using a current of 20mA.
비교예 2Comparative Example 2
해수전지 시스템 전체를 해수에 침지하여 25mA의 전류를 사용하여 방전반응을 진행하였다. The entire seawater battery system was immersed in seawater to conduct a discharge reaction using a current of 25mA.
비교예 3Comparative Example 3
해수전지 시스템 전체를 해수에 침지하여 30mA의 전류를 사용하여 방전반응을 진행하였다. The entire seawater battery system was immersed in seawater to conduct a discharge reaction using a current of 30mA.
도 5는 일 실시예에 따른, 해수전지 시스템의 이미지이다. 도 5를 참고하면, 상부에서 해수를 지속적으로 공급하고, 상기 해수전지셀인 각형 단셀이 해수에 의해 젖어있는 상태를 유지하는 것을 확인할 수 있다.5 is an image of a seawater battery system, according to an embodiment. Referring to FIG. 5 , it can be seen that seawater is continuously supplied from the upper portion, and the prismatic unit cell, which is the seawater battery cell, maintains a wet state by seawater.
도 6은 일 실시예 및 비교예에 따른, 해수전지 방전 출력을 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing discharge output of a seawater battery according to an embodiment and a comparative example.
도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 해수 낙하식 방전법을 이용하여 방전을 진행할 경우 30mA의 전류를 사용하였을 때 방전이 되는 것을 확인 할 수 있다.Referring to FIG. 6 , when discharging is performed using the seawater drop discharging method according to the present invention, it can be confirmed that the discharging occurs when a current of 30 mA is used.
하지만, 해수전지 각형셀 방전 시 종래의 침지식 방전을 이용하였을 경우, 25mA 및 30mA의 전류를 사용하여 방전하였을 때 전압강하가 발생하며 배터리 방전이 이루어지지 않는 것을 확인 할 수 있다. 또한, 20mA의 전류를 사용하였을 경우 방전이 이루어지는 것을 확인 할 수 있다.However, when discharging a seawater battery prismatic cell using a conventional immersion type discharge, when discharging using currents of 25mA and 30mA, a voltage drop occurs and it can be seen that the battery is not discharged. In addition, it can be confirmed that the discharge occurs when a current of 20 mA is used.
즉, 이를 통하여 낙하식 방전법을 이용하였을 경우 양극부에서 발생하는 반응이 촉진되어 높은 전류에서도 배터리가 구동되어 방전특성이 향상되는 것을 확인 할 수 있다.That is, it can be confirmed that, when the drop-type discharging method is used, the reaction occurring at the anode part is promoted, and the battery is driven even at a high current, thereby improving the discharge characteristics.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.In this specification, only a few examples among the various embodiments performed by the present inventors will be described, but the technical spirit of the present invention is not limited or limited thereto, and it is of course that it may be modified and variously implemented by those skilled in the art.
100: 해수전지 시스템
110: 해수전지부, 111: 해수전지셀
120: 해수부, 121: 해수면
130: 해수 공급부, 131:해수펌프, 132: 해수 이동부, 133: 해수 분사부100: seawater battery system
110: seawater battery unit, 111: seawater battery cell
120: Ministry of Oceans and Fisheries, 121: sea level
130: seawater supply unit, 131: seawater pump, 132: seawater moving unit, 133: seawater injection unit
Claims (14)
상기 해수전지부로 공급하기 위한 해수를 포함하는 해수부; 및
상기 해수부로부터 상기 해수전지부로 해수를 공급하는 해수 공급부;를 포함하는 것인,
해수전지 시스템.A seawater battery unit including a seawater battery cell;
a seawater unit including seawater for supplying to the seawater battery unit; and
A seawater supply unit for supplying seawater from the seawater unit to the seawater battery unit;
Seawater battery system.
상기 해수전지부는,
음극부 및 양극부를 포함하고,
상기 음극부 및 상기 양극부는 상기 해수전지부의 상부에 위치하는 것인,
해수전지 시스템.According to claim 1,
The seawater battery unit,
including a negative electrode and an anode;
The negative electrode part and the positive electrode part will be located on the upper part of the seawater battery part,
Seawater battery system.
상기 음극부는,
상기 해수와 접촉하지 않도록 방수처리 하는 것인,
해수전지 시스템.3. The method of claim 2,
The cathode part,
It is to be waterproofed so as not to come into contact with the seawater,
Seawater battery system.
상기 해수전지부는,
상기 해수전지 셀이 단일 또는 복수개로 배치되는 것인,
해수전지 시스템.According to claim 1,
The seawater battery unit,
That the seawater battery cells are arranged in single or in plurality,
Seawater battery system.
상기 복수의 해수전지셀은 직렬 또는 병렬로 연결되는 것인,
해수전지 시스템. 5. The method of claim 4,
The plurality of seawater battery cells will be connected in series or in parallel,
Seawater battery system.
상기 해수전지부는,
상기 해수부의 해수면과 접촉하지 않고 상기 해수부의 상부에 위치하도록 배치하는 것인,
해수전지 시스템.According to claim 1,
The seawater battery unit,
It will be arranged to be located in the upper part of the seawater without contacting the sea level of the seawater part,
Seawater battery system.
상기 해수전지부의 전체가 외부공기에 노출되는 것인,
해수전지 시스템. 7. The method of claim 6,
That the whole seawater battery part is exposed to the outside air,
Seawater battery system.
상기 해수부는,
상기 해수전지셀에 각 각의 서로 다른 양극원으로 작용하는 것인,
해수전지 시스템.According to claim 1,
The seawater unit,
Acting as each different anode source in the seawater battery cell,
Seawater battery system.
상기 해수 공급부는,
상기 해수부의 해수를 상기 해수전지부의 상부로 공급하는 해수펌프;
상기 해수가 이동하는 해수 이동부; 및
상기 해수를 분사하는 해수 분사부;를 포함하는 것인,
해수전지 시스템.According to claim 1,
The seawater supply unit,
a seawater pump for supplying seawater of the seawater unit to an upper portion of the seawater battery unit;
a seawater moving unit to which the seawater moves; and
Which includes; a seawater spraying unit for spraying the seawater.
Seawater battery system.
해수부로부터 해수를 이송하는 단계; 및
해수전지부로 상기 해수를 분사하는 단계;를 포함하고,
상기 해수전지부는 하기 반응식 1 내지 반응식 3으로 표시되는 방전 반응이 이루어지는 것인,
해수전지 방전방법.
[반응식 1]
Na → Na+ + e-
[반응식 2]
O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
[반응식 3]
4Na + O2 + 2H2O → 4NaOHIt relates to a seawater battery discharge method using the seawater battery system of claim 1,
transferring seawater from the seawater department; and
Including; spraying the seawater to the seawater battery unit;
The seawater battery unit will undergo a discharge reaction represented by the following Reaction Schemes 1 to 3,
Seawater battery discharge method.
[Scheme 1]
Na → Na + + e -
[Scheme 2]
O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4OH -
[Scheme 3]
4Na + O 2 + 2H 2 O → 4NaOH
상기 해수를 이송하는 단계는,
상기 해수를 상기 해수전지 시스템의 하부에 위치하는 해수부로부터 상기 해수전지부의 상부로 이송하는 것인,
해수전지 방전방법.11. The method of claim 10,
The step of transporting the seawater,
That the seawater is transferred from the seawater part located at the lower part of the seawater battery system to the upper part of the seawater battery part,
Seawater battery discharge method.
상기 해수를 분사하는 단계는,
상기 해수전지부의 상부에서 하부로 해수를 분사하는 것인,
해수전지 방전방법.10. The method of claim 9,
The step of spraying the seawater,
That the seawater is sprayed from the upper part to the lower part of the seawater battery part,
Seawater battery discharge method.
상기 분사된 해수는 상기 해수전지부의 표면을 따라 상부에서 하부로 흘러내리고,
상기 흘러내린 해수는 상기 해수부로 재공급되어 재순환되는 것인,
해수전지 방전방법.13. The method of claim 12,
The sprayed seawater flows down from the top to the bottom along the surface of the seawater battery part,
The flowed seawater is re-supplied to the seawater unit and recycled,
Seawater battery discharge method.
상기 해수전지부는 상기 해수에 의해 젖어있는 상태를 유지하도록 이루어지는 것인,
해수전지 방전방법.13. The method of claim 12,
The seawater battery unit will be made to maintain a wet state by the seawater,
Seawater battery discharge method.
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|---|---|---|---|---|
| KR20230090159A (en) | 2021-12-14 | 2023-06-21 | 울산과학기술원 | Carbon electrode, preparation method thereof, and seawater battery comprising the same |
| KR20240033970A (en) | 2022-09-06 | 2024-03-13 | 울산과학기술원 | Complex-transition metal dichalcogenide-based catalyst electrode manufacturing method and complex-transition metal dichalcogenide-based catalyst electrode |
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