KR20210137827A - Neutral electrolyte based metal air battery comprising sparked graphene oxide cathode - Google Patents

Neutral electrolyte based metal air battery comprising sparked graphene oxide cathode Download PDF

Info

Publication number
KR20210137827A
KR20210137827A KR1020200056150A KR20200056150A KR20210137827A KR 20210137827 A KR20210137827 A KR 20210137827A KR 1020200056150 A KR1020200056150 A KR 1020200056150A KR 20200056150 A KR20200056150 A KR 20200056150A KR 20210137827 A KR20210137827 A KR 20210137827A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pores
graphene oxide
metal
liquid electrolyte
air battery
Prior art date
Application number
KR1020200056150A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102329283B1 (en
Inventor
허태욱
심우영
최상진
Original Assignee
국방과학연구소
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국방과학연구소, 연세대학교 산학협력단 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020200056150A priority Critical patent/KR102329283B1/en
Publication of KR20210137827A publication Critical patent/KR20210137827A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102329283B1 publication Critical patent/KR102329283B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/04Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624Electric conductive fillers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8663Selection of inactive substances as ingredients for catalytic active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/8673Electrically conductive fillers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/96Carbon-based electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0002Aqueous electrolytes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

According to an embodiment of the present invention, a metal-air battery includes: an anode comprising a metallic material; a cathode including sparked graphene oxide (sGO) in which a plurality of pores having different diameters are formed by thermal shock applied to the graphene oxide (GO); and a separator disposed between the anode and the cathode and comprising a predetermined liquid electrolyte. In the cathode, different volumes of liquid electrolytes are introduced into the plurality of pores according to the diameters of the plurality of pores, and thus a three-phase interface composed of oxygen, liquid electrolytes and sparked graphene oxide (sGO) can be formed. The present invention provides the metal-air battery with a reduced risk of explosion by using a stable neutral electrolyte.

Description

스파크된 산화그래핀 환원극을 포함하는 중성 전해질 기반 금속공기전지 {NEUTRAL ELECTROLYTE BASED METAL AIR BATTERY COMPRISING SPARKED GRAPHENE OXIDE CATHODE}Neutral Electrolyte-Based Metal-Air Battery Containing Sparked Graphene Oxide Reduction Electrode {NEUTRAL ELECTROLYTE BASED METAL AIR BATTERY COMPRISING SPARKED GRAPHENE OXIDE CATHODE}

실시예들은 스파크된 산화그래핀 환원극을 포함하는 중성 전해질 기반 금속공기전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.Embodiments relate to a neutral electrolyte-based metal-air battery including a sparked graphene oxide anode and a method for manufacturing the same.

근래 전지 분야의 기술 발달로 전기자동차의 상용화가 가시화되면서 그에 사용될 대용량 배터리 시장이 크게 성장하고 있다. In recent years, as the commercialization of electric vehicles is visualized due to technological development in the battery field, the market for large-capacity batteries to be used therein is growing significantly.

현재 상용화된 전기자동차의 절대다수는 기존의 여타 전자기기에 널리 사용되고 있는 리튬이온전지를 에너지원으로 사용하고 있다. 하지만 리튬이온전지의 이론적 에너지 밀도 한계로 인해 기존 내연기관 기반의 자동차에 비해 짧은 주행거리를 지닐 수밖에 없다는 문제가 있다.Currently, the absolute majority of commercialized electric vehicles use lithium-ion batteries, which are widely used in other electronic devices, as an energy source. However, due to the theoretical energy density limit of lithium-ion batteries, there is a problem in that they have no choice but to have a shorter mileage compared to conventional internal combustion engine-based vehicles.

이를 극복하기 위해 리튬이온전지를 대체할 후보군으로 금속공기전지가 2000년대 이후 급부상하였으며, 그중에서도 리튬, 아연, 알루미늄을 산화극으로 사용한 금속공기전지가 가장 활발하게 연구되어왔다. To overcome this, metal-air batteries have emerged as a candidate to replace lithium-ion batteries since the 2000s.

금속공기전지의 대표적인 예로는 알루미늄공기전지가 있다. 알루미늄공기전지는 전지의 환원극(cathode)을 통해 들어온 대기 중의 산소가 전해질에 존재하는 물과 반응하고, 산화극(anode)에서 알루미늄이 산화하여 작동되는 금속공기전지이다. 알루미늄공기전지는 산화극 활물질로 알루미늄, 환원극 반응 물질로 공기 중의 산소를 사용한다.A typical example of a metal-air battery is an aluminum-air battery. An aluminum-air battery is a metal-air battery that operates by oxidizing aluminum at the anode and oxygen in the atmosphere, which is introduced through the cathode of the battery, reacts with water present in the electrolyte. Aluminum-air batteries use aluminum as the active material for the anode and oxygen in the air as the reactant for the cathode.

금속공기전지의 환원극에서 일어나는 산소환원반응은 기체(산소), 액체(전해질), 고체(전극 및 전자)의 3상이 만나 일어나는 반응으로, 3개의 상이 만날 수 있는 계면의 면적에 따라 반응속도가 결정될 수 있다.The oxygen reduction reaction that occurs at the reduction electrode of a metal-air battery is a reaction that occurs when three phases of gas (oxygen), liquid (electrolyte), and solid (electrode and electron) meet. can be decided.

또한, 반응속도는 전해질의 종류에 따라 달라질 수 있다. 금속공기전지에 사용되는 전해질은 중성의 염화나트륨, 염기성의 수산화칼륨 수용액 등이 있다. 그 중, 염기성 전해질은 산소환원반응의 반응속도가 비교적 빠른 반면, 산화극에 포함된 금속인 알루미늄 등이 자가 부식되는 문제점이 존재한다. In addition, the reaction rate may vary depending on the type of electrolyte. Electrolytes used in metal-air batteries include neutral sodium chloride and basic potassium hydroxide aqueous solution. Among them, the basic electrolyte has a relatively fast reaction rate of the oxygen reduction reaction, but there is a problem in that aluminum, which is a metal included in the oxide electrode, is self-corroded.

중성 전해질을 사용하면 금속공기전지의 안전성이 뛰어난 장점이 있으나, 산소환원반응의 반응속도가 비교적 느리다는 문제점이 있다. 또한, 중성 전해질을 사용하는 경우는 산성이나 염기성 전해질을 사용하는 경우와 달리 산소환원반응을 촉진시킬 수 있는 촉매가 드물어 반응 속도를 향상시키는데 있어 제약이 존재한다. The use of a neutral electrolyte has the advantage of excellent safety of the metal-air battery, but has a problem in that the reaction rate of the oxygen reduction reaction is relatively slow. In addition, in the case of using a neutral electrolyte, unlike the case of using an acidic or basic electrolyte, a catalyst capable of accelerating the oxygen reduction reaction is rare, so there is a limitation in improving the reaction rate.

따라서, 중성 전해질을 사용하여 금속공기전지의 안정성을 보장하는 동시에, 전지 전체의 출력을 향상시키기 위한 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. Therefore, research on a method for improving the overall output of the battery while ensuring the stability of the metal-air battery by using a neutral electrolyte is in progress.

실시예들을 통하여 해결하고자 하는 과제는 서로 다른 직경을 가진 복수의 기공에 상이한 부피의 액체 전해질이 기공들에 유입됨으로써, 산소, 액체 전해질 및 스파크된 산화그래핀(sGO)으로 구성된 3상 계면이 형성된 금속 공기 전지를 제공하는 것이다.The problem to be solved through the embodiments is that a three-phase interface composed of oxygen, a liquid electrolyte, and sparked graphene oxide (sGO) is formed by introducing a liquid electrolyte of different volumes into a plurality of pores having different diameters into the pores. To provide a metal-air battery.

실시예들을 통해 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved through the embodiments are not limited to the above-described problems, and the problems not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the present specification and the accompanying drawings. will be.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 일 실시예에 따른 금속 공기 전지는, 금속 물질을 포함하는 산화극, 산화그래핀(Graphene Oxide; GO)에 가해진 열 충격에 의해, 직경이 상이한 복수의 기공들이 형성된 스파크된 산화그래핀(Sparked Grpahene Oxide; sGO)을 포함하는 환원극 및 산화극과 환원극 사이에 배치되며 소정의 액체 전해질을 포함하는 분리막을 포함하고, 환원극에는 복수의 기공들의 직경에 따라 상이한 부피의 액체 전해질이 복수의 기공들에 유입됨으로써, 산소, 액체 전해질 및 스파크된 산화그래핀(sGO)으로 구성된 3상 계면이 형성될 수 있다.As a technical means for achieving the above-described technical problem, a metal-air battery according to an embodiment, an oxide electrode including a metal material, a plurality of different diameters by thermal shock applied to graphene oxide (GO) A cathode comprising sparked graphene oxide (sGO) in which pores of A three-phase interface composed of oxygen, a liquid electrolyte, and sparked graphene oxide (sGO) may be formed by introducing a liquid electrolyte of different volumes according to the diameter into the plurality of pores.

또한 스파크된 산화그래핀(sGO)은 열 충격이 산화그래핀(GO)의 일 영역에 국소적으로 인가되어, 제1 직경으로 형성되는 제1 영역의 기공, 제1 직경보다 큰 제2 직경으로 형성되는 제2 영역의 기공을 포함할 수 있다.In addition, the sparked graphene oxide (sGO) is locally applied to a region of the graphene oxide (GO) by thermal shock, so that the pores of the first region formed with a first diameter, and a second diameter larger than the first diameter The second region to be formed may include pores.

또한 제1 영역의 기공에는 모세관 현상에 의하여 제2 영역의 기공보다 액체 전해질이 우선적으로 유입되어, 제1 영역의 기공에는 액체 전해질이 제1 비율만큼 유입되고, 제2 영역의 기공에는 액체 전해질이 제1 비율보다 작은 제2 비율만큼 유입될 수 있다.In addition, the liquid electrolyte is preferentially introduced into the pores of the first region over the pores of the second region due to capillary action, the liquid electrolyte flows into the pores of the first region by a first ratio, and the liquid electrolyte is supplied into the pores of the second region A second ratio smaller than the first ratio may be introduced.

또한 분리막에 흡수된 전해질의 부피는, 스파크된 산화그래핀(sGO)의 중량 대비 25.71μL/mg 내지 45 μL/mg일 수 있다.In addition, the volume of the electrolyte absorbed into the separator may be 25.71 μL/mg to 45 μL/mg relative to the weight of the sparked graphene oxide (sGO).

또한 복수의 기공들의 부피 대비 복수의 기공들에 채워진 액체 전해질의 부피 비율은, 70% 내지 80%일 수 있다.In addition, the volume ratio of the liquid electrolyte filled in the plurality of pores to the volume of the plurality of pores may be 70% to 80%.

또한 열 충격은 액체 소듐에 의해 제1 온도범위로 산화그래핀(GO)의 일 영역에 국소적으로 열을 가하는 것일 수 있다.In addition, the thermal shock may be to apply heat locally to a region of graphene oxide (GO) in the first temperature range by liquid sodium.

또한 열 충격은 인두에 의해 제2 온도범위로 산화그래핀(GO)의 일 영역에 국소적으로 열을 가하는 것일 수 있다.In addition, the thermal shock may be to apply heat locally to a region of graphene oxide (GO) in the second temperature range by an iron.

또한 전해질은 중성전해질인 KCL, NaCL 또는 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.In addition, the electrolyte may include at least one selected from the neutral electrolyte KCL, NaCL, or a combination thereof.

또한 전해질의 농도는 5wt% 이상 20wt% 이하일 수 있다.In addition, the concentration of the electrolyte may be 5 wt% or more and 20 wt% or less.

또한 은(Ag)을 포함하고, 산화극에 부착되는 제1 전극 및 은(Ag)을 포함하고, 환원극에 부착되는 제2 전극을 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include a first electrode including silver (Ag) and attached to the anode and a second electrode including silver (Ag) and attached to the cathode.

다른 실시예에 따른 금속공기전지는 상술한 실시예에 관한 금속공기전지를 하나의 단위 전지로 하여 금속공기전지가 복수 개 포함되며, 복수 개의 금속공기전지는, 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다. The metal-air battery according to another embodiment includes a plurality of metal-air batteries by using the metal-air battery according to the above-described embodiment as one unit cell, and the plurality of metal-air batteries includes a first electrode and the second electrode. through which they can be electrically connected to each other.

실시예들에 관한 금속공기전지는 스파크된 산화그래핀 환원극에 포함된 서로 다른 직경을 가진 복수의 기공에 상이한 부피의 전해질이 유입되게 하여, 산소환원반응이 일어나는 3상 계면의 면적을 극대화할 수 있다. 이에 따라 환원극의 산소환원반응 속도가 향상됨으로써, 에너지밀도가 증가하고, 경제성이 우수하며, 안정한 중성 전해질을 사용하여 폭발의 위험이 감소한 금속공기전지를 제공할 수 있다. The metal-air battery according to the embodiments allows electrolytes of different volumes to be introduced into a plurality of pores having different diameters included in the sparked graphene oxide anode to maximize the area of the three-phase interface where the oxygen reduction reaction occurs. can Accordingly, by improving the oxygen reduction reaction rate of the cathode, it is possible to provide a metal-air battery with increased energy density, excellent economic feasibility, and reduced risk of explosion by using a stable neutral electrolyte.

실시예들의 효과는 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the embodiments are not limited to the above-described effects, and the effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains from the present specification and accompanying drawings.

도 1은 일 실시예에 따른 금속공기전지의 모식도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 스파크된 산화그래핀을 생성하기 위한 스파크 반응 과정을 나타낸 모식도이다.
도 3은 일 비교예에 따른 산화그래핀에 액체 전해질이 유입된 상태와, 일 실시예에 따른 스파크된 산화그래핀에 액체 전해질이 유입된 모습을 비교한 도면이다.
도 4는 (a)일 비교예에 따른 액체 전해질이 유입된 산화그래핀에 형성된 3상 계면과, (b)일 실시예에 따른 액체 전해질이 유입된 스파크된 산화그래핀에 형성된 3상 계면을 비교한 모식도이다.
도 5는 산화그래핀, 스파크된 산화그래핀 및 액체 전해질이 기공에 유입된 스파크된 산화그래핀의 모식도와 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 6은 산화그래핀과 스파크된 산화그래핀의 (a) X - ray 회절분석법(XRD), (b) X선 광전자 분광(XPS), (c) Raman 및 (d) FT-IR 분석 데이터이다.
도 7은 스파크된 산화그래핀과 하이드라진 증기로 환원된 산화그래핀(hGO)의 BET 분석 데이터이다.
도 8은 3상 계면의 밀도와 기공에 채워진 액체 전해질의 부피 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 따른 금속공기전지의 액체 전해질 부피에 따른 출력에 관한 그래프이다.
도 10은 일 실시예에 따른 금속공기전지와 하이드라진 증기로 환원된 산화그래핀(hGO) 박막을 포함하는 금속공기전지의 (a) 분극 곡선, (b) 전류-출력 곡선 및 (c) 방전 곡선에 관한 그래프이다.
도 11은 일 실시예에 따른 금속공기전지의 방전 전류에 따른 방전 곡선에 관한 그래프이다.
도 12는 일 실시예에 따른 복수의 금속공기전지를 직렬 또는 병렬 연결했을 때의 분극 곡선에 관한 그래프이다.
도 13은 일 실시예에 따른 금속공기전지를 직렬 연결한 것을 손상을 시킨 후, 금속공기전지의 작동 가능 여부에 관한 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 금속공기전지의 인체 무해성 여부를 실험한 것에 관한 도면이다.
1 is a schematic diagram of a metal-air battery according to an embodiment.
2 is a schematic diagram showing a spark reaction process for generating sparked graphene oxide according to an embodiment.
3 is a view comparing a state in which a liquid electrolyte is introduced into graphene oxide according to a comparative example and a state in which a liquid electrolyte is introduced into sparked graphene oxide according to an embodiment.
4 shows (a) a three-phase interface formed on graphene oxide into which a liquid electrolyte is introduced according to a comparative example, and (b) a three-phase interface formed on sparked graphene oxide into which a liquid electrolyte according to an embodiment is introduced. It is a comparative diagram.
5 is a schematic diagram and a scanning electron microscope (SEM) image of graphene oxide, sparked graphene oxide, and sparked graphene oxide in which a liquid electrolyte is introduced into the pores.
6 is (a) X-ray diffraction analysis (XRD), (b) X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), (c) Raman and (d) FT-IR analysis data of graphene oxide and sparked graphene oxide. .
7 is BET analysis data of sparked graphene oxide and graphene oxide reduced with hydrazine vapor (hGO).
8 is a graph showing the relationship between the density of the three-phase interface and the volume of the liquid electrolyte filled in the pores.
9 is a graph relating to the output according to the liquid electrolyte volume of the metal-air battery according to an embodiment.
10 is (a) a polarization curve, (b) a current-output curve, and (c) a discharge curve of a metal-air battery and a metal-air battery including a thin film of graphene oxide (hGO) reduced with hydrazine vapor according to an embodiment; is a graph about
11 is a graph of a discharge curve according to a discharge current of a metal-air battery according to an embodiment.
12 is a graph showing a polarization curve when a plurality of metal-air batteries according to an embodiment are connected in series or in parallel.
13 is a view showing whether a metal-air battery can be operated after damage to a series-connected metal-air battery according to an embodiment;
14 is a diagram relating to an experiment on whether a metal-air battery according to an embodiment is harmless to the human body.

본 명세서에서 다양한 곳에 등장하는 "일부 실시 예에서" 또는 "일 실시 예에서" 등의 어구는 반드시 모두 동일한 실시 예를 가리키는 것은 아니다.Phrases such as “in some embodiments” or “in one embodiment” appearing in various places in this specification are not necessarily all referring to the same embodiment.

실시예들에서 사용되는 용어는 본 실시예들에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 실시예들이 속하는 기술 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 실시예들에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 실시예들 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. The terms used in the embodiments are selected as currently widely used general terms as possible while considering the functions in the embodiments, but these are the intentions or precedents of those skilled in the art to which the embodiments belong, the emergence of new technologies, etc. may vary depending on In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the relevant part. Therefore, terms used in the embodiments should be defined based on the meaning of the terms and the contents throughout the embodiments, rather than the simple names of terms.

실시예들은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 일부 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 실시예들을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시예들의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 명세서에서 사용한 용어들은 단지 실시예들의 설명을 위해 사용된 것으로, 실시예들을 한정하려는 의도가 아니다.Since the embodiments may have various changes and may have various forms, some embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the embodiments to a specific disclosure form, and it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the embodiments. Terms used in the specification are used only for description of the embodiments, and are not intended to limit the embodiments.

실시예들에 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 실시예들에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다. Unless otherwise defined, terms used in the embodiments have the same meanings as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the embodiments belong. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the embodiments, interpreted in an ideal or excessively formal meaning shouldn't be

도 1은 일 실시예에 따른 금속공기전지(100)의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a metal-air battery 100 according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 금속공기전지(100)는 금속 물질을 포함하는 산화극(110), 산화그래핀(Graphene Oxide; GO)에 가해진 열 충격에 의해, 직경이 상이한 복수의 기공(171)들이 형성된 스파크된 산화그래핀(Sparked Grpahene Oxide; sGO, 170)을 포함하는 환원극 (120) 및 산화극(110)과 환원극(120) 사이에 배치되며 소정의 액체 전해질(180)(electrolyte)을 흡수한 분리막(separator, 130)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , in the metal-air battery 100 , a plurality of pores 171 having different diameters are formed by thermal shock applied to an oxide electrode 110 including a metal material and graphene oxide (GO). It is disposed between the anode 120 and the anode 110 and the cathode 120 including the sparked graphene oxide (sGO, 170) formed and a predetermined liquid electrolyte 180 (electrolyte). It may include an absorbed separator (130).

산화극(110)의 소재는 금속공기전지 기술 분야에서 이용되는 다양한 소재들을 제한없이 포함할 수 있으며, 일 실시예에 따르면, 산화극(110)은 알루미늄 박막이고, 금속공기전지(100)는 알루미늄공기전지이다.The material of the oxide electrode 110 may include, without limitation, various materials used in the field of metal-air battery technology. According to one embodiment, the oxide electrode 110 is an aluminum thin film, and the metal-air battery 100 is aluminum. It is an air battery.

제1 전극(140)은 은(Ag) 페이스트(paste)를 포함하고, 은 페이스트를 통해 산화극(110)에 부착되고, 제2 전극(150)은 은 페이스트를 통해 환원극(120)에 부착될 수 있다 The first electrode 140 includes silver (Ag) paste, and is attached to the anode 110 through the silver paste, and the second electrode 150 is attached to the cathode 120 through the silver paste. can be

밀봉부(160)는 비닐 팩 또는 파우치 셀(pouch cell)로서, 산화극(110), 환원극(120), 분리막(130) 및 전극들(140, 150)을 밀봉하되, 전극들(140, 150)은 밀봉부(160) 밖으로 돌출됨으로써, 외부 전자 기기에 전력을 공급할 수 있다.The sealing unit 160 is a plastic pack or pouch cell, and sealing the oxide electrode 110 , the reducing electrode 120 , the separator 130 and the electrodes 140 and 150 , but the electrodes 140 , 150 , by protruding out of the sealing unit 160 , may supply power to an external electronic device.

산화극(110), 환원극(120), 분리막(130) 및 전극들(140, 150)은 금속공기전지(100)를 구성하는 단위체인 셀로 이용될 수 있다. 금속공기전지(100)는 복수의 셀이 직렬 또는 병렬로 연결되어 구성될 수 있다. 이 때, 각 산화극(110) 및 각 환원극(120)들은 전도성 텍스타일 및 은 페이스트를 통해 직렬 또는 병렬로 연결된다.The oxide electrode 110 , the reduction electrode 120 , the separator 130 , and the electrodes 140 , 150 may be used as cells constituting the metal-air battery 100 . The metal-air battery 100 may be configured by connecting a plurality of cells in series or in parallel. At this time, each anode 110 and each cathode 120 are connected in series or in parallel through a conductive textile and silver paste.

환원극(120)은 스파크된 산화그래핀(170)을 포함할 수 있다. 스파크된 산화그래핀(170)은 열 충격이 산화그래핀(GO)의 일 영역에 국소적으로 인가되어 생성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 환원극(120)은 열 충격이 인가되지 않은 다른 영역에서 산화그래핀을 포함할 수 있다.The cathode 120 may include sparked graphene oxide 170 . Sparked graphene oxide 170 may be generated by locally applying thermal shock to one region of graphene oxide (GO). According to an embodiment, the cathode 120 may include graphene oxide in another region to which thermal shock is not applied.

열 충격은 가열 수단에 의하여 산화그래핀의 일 영역에 국소적으로 열을 가하는 스파크 반응 과정일 수 있다. 예를 들어, 열 충격은 액체 소듐에 의해 제1 온도범위로 열을 가하는 것일 수 있다. 이 때, 제1 온도범위는 200℃ 내지 350℃일 수 있다. 또한, 열 충격은 인두에 의해 제2 온도범위로 열을 가하는 것일 수 있다. 이때 제2 온도범위는 400℃ 내지 450℃일 수 있다. 다만, 가열 수단 및 온도범위는 상술한 바에 제한되지 않는다. Thermal shock may be a spark reaction process in which heat is locally applied to a region of graphene oxide by a heating means. For example, the thermal shock may be the application of heat to the first temperature range by liquid sodium. At this time, the first temperature range may be 200 ℃ to 350 ℃. In addition, the thermal shock may be applying heat to the second temperature range by an iron. In this case, the second temperature range may be 400°C to 450°C. However, the heating means and the temperature range are not limited to the above.

도 2는 스파크 반응 과정을 나타낸 모식도이다.2 is a schematic diagram showing the spark reaction process.

도 2(a)는 산화그래핀으로서, 그래핀 층 간에 산소 및 수소 기능기들이 배치되는 것을 볼 수 있다. 이후 도 2(b) 및 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 산화 그래핀에 열적 충격이 인가되면, 산화그래핀의 층 간 간격 및 기공(171)의 직경 등이 증가하고, 산소 기능기들이 이탈함으로써, 환원이 용이해질 수 있다.Figure 2 (a) is graphene oxide, it can be seen that oxygen and hydrogen functional groups are disposed between the graphene layers. Thereafter, as shown in FIGS. 2(b) and 2(c), when a thermal shock is applied to graphene oxide, the interlayer spacing and the diameter of pores 171 of graphene oxide increase, and oxygen functional groups As they leave, reduction can be facilitated.

성분비(%)Ingredients (%) 산화그래핀(GO)Graphene Oxide (GO) 스파크된 산화그래핀(sGO,170)Sparked graphene oxide (sGO, 170) C(%)C (%) 55.8255.82 81.3381.33 O(%)O(%) 44.1844.18 18.6718.67 비율(C/O)Ratio (C/O) 1.2631.263 4.3564.356

표 1은 산화그래핀을 스파크 반응을 과정 거쳐 스파크된 산화그래핀(170)으로 변형시킨 후, 산화그래핀의 성분비 및 스파크된 산화그래핀(170)의 성분비를 비교한 것이다. 스파크된 산화그래핀(170)의 산소 대비 탄소의 비율이 4.356이 되어 산소 기능기들이 이탈되었음을 확인할 수 있다. 이에 따라, 스파크된 산화그래핀(170)의 전기 전도율도 상승할 수 있다. Table 1 compares the component ratio of graphene oxide and the sparked graphene oxide 170 after transforming graphene oxide into sparked graphene oxide 170 through a spark reaction. It can be seen that the ratio of carbon to oxygen of the sparked graphene oxide 170 becomes 4.356, so that the oxygen functional groups are separated. Accordingly, the electrical conductivity of the sparked graphene oxide 170 may also increase.

도 3은 일 비교예에 따른 산화그래핀(200)에 액체 전해질(180)이 유입된 상태와, 일 실시예에 따른 스파크된 산화그래핀(170)에 액체 전해질(180)이 유입된 모습을 비교한 도면이다.3 shows a state in which the liquid electrolyte 180 is introduced into the graphene oxide 200 according to a comparative example, and a state in which the liquid electrolyte 180 is introduced into the sparked graphene oxide 170 according to an embodiment. It is a comparative drawing.

도 3(a)를 참조하면, 일 비교예에 따른 산화그래핀(200)은 적층된 평면들 사이에 형성된 기공(271)들을 포함할 수 있다. 각각의 기공(271)의 직경의 차이가 비교적 작은 경우, 각각의 기공(271)들에 액체 전해질(180)이 유사한 부피만큼 유입될 수 있다. 이로써, 각각의 기공(271)들에 유입된 액체 전해질(180)들은 균일한 분포를 이룬다.Referring to FIG. 3A , graphene oxide 200 according to a comparative example may include pores 271 formed between stacked planes. When the difference in diameter of each of the pores 271 is relatively small, the liquid electrolyte 180 may be introduced into each of the pores 271 by a similar volume. Accordingly, the liquid electrolyte 180 introduced into each of the pores 271 forms a uniform distribution.

도 3(b)을 참조하면, 스파크된 산화그래핀(170)은 적층된 평면들 사이에 서로 다른 직경을 가진 복수의 기공(171)들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 열 충격이 산화그래핀의 일부에 국소적으로 가해지므로, 불균일하게 층간 간격 및 기공(171)의 직경이 확장되어 복수의 기공(171)들의 직경이 서로 다를 수 있다.Referring to FIG. 3B , the sparked graphene oxide 170 may include a plurality of pores 171 having different diameters between the stacked planes. Specifically, since the thermal shock is locally applied to a portion of the graphene oxide, the interlayer spacing and the diameter of the pores 171 may be non-uniformly expanded, so that the diameters of the plurality of pores 171 may be different from each other.

기공(171)은 산소를 포함하는 공기를 수용할 수 있다. 또한, 기공(171) 내부에 액체 전해질(180)이 유입될 수 있다. 기공(171)에는 액체 전해질(180) 및 기체인 산소가 동시에 유입될 수 있다.The pores 171 may accommodate air containing oxygen. Also, the liquid electrolyte 180 may be introduced into the pores 171 . The liquid electrolyte 180 and gas, oxygen, may be simultaneously introduced into the pores 171 .

서로 다른 직경을 가진 복수의 기공(171)들에 각각 서로 다른 부피의 액체 전해질(180)이 유입될 수 있다. 이 때, 모세관 현상에 의하여 작은 직경의 기공(174)에는 큰 직경의 기공(172)보다 우선적으로 액체 전해질(180)이 유입될 수 있다.Liquid electrolyte 180 having different volumes may be introduced into the plurality of pores 171 having different diameters, respectively. At this time, the liquid electrolyte 180 may be preferentially introduced into the small-diameter pores 174 than the large-diameter pores 172 due to the capillary phenomenon.

도 4는 (a)일 비교예에 따른 액체 전해질(180)이 유입된 산화그래핀(200)에 형성된 3상 계면과, (b)일 실시예에 따른 액체 전해질(180)이 유입된 스파크된 산화그래핀(170)에 형성된 3상 계면을 비교한 모식도이다.4 shows (a) a three-phase interface formed in the graphene oxide 200 into which the liquid electrolyte 180 according to a comparative example is introduced, and (b) a sparked liquid electrolyte 180 according to an embodiment. It is a schematic diagram comparing the three-phase interface formed on the graphene oxide 170.

3상 계면은 기체인 산소, 액체인 액체 전해질(180) 및 고체인 스파크된 산화그래핀(170)으로 구성된 계면을 의미한다. 3상 계면은 금속공기전지(100)의 환원극(120)에서 산소, 액체 전해질(180) 및 스파크된 산화그래핀(170)이 만나 산소 환원 반응이 일어나는 곳이라 할 수 있다. 3상 계면의 면적이 넓을수록, 산소환원반응의 반응 속도가 증가하여 금속공기전지(100)의 출력이 높아질 수 있다.The three-phase interface means an interface composed of oxygen as a gas, a liquid electrolyte 180 as a liquid, and sparked graphene oxide 170 as a solid. The three-phase interface can be said to be a place where oxygen, the liquid electrolyte 180, and the sparked graphene oxide 170 meet at the reducing electrode 120 of the metal-air battery 100 to cause an oxygen reduction reaction. As the area of the three-phase interface increases, the reaction rate of the oxygen reduction reaction may increase, thereby increasing the output of the metal-air battery 100 .

도 4(a)를 참조하면, 나란히 배치된 기공(271)들의 직경이 서로 같은 경우, 각각의 기공(271)에 액체 전해질(180)이 같은 부피만큼 유입될 수 있다. 이에 따라, 기공(271)에 액체 전해질(180)이 유입된 영역(271b)이 형성될 수 있다. 또한, 각각의 기공(271)에 산소가 유입되어 산소가 유입된 영역(271a)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4A , when the diameters of the pores 271 arranged side by side are the same, the liquid electrolyte 180 may be introduced into each of the pores 271 by the same volume. Accordingly, a region 271b into which the liquid electrolyte 180 is introduced may be formed in the pores 271 . In addition, oxygen is introduced into each pore 271 to form a region 271a into which oxygen is introduced.

3상 계면은 기공(271)에 액체 전해질(180)이 유입된 영역(271b)과 기공(271)에 산소가 유입된 영역(271a)의 경계에서 둘레(271c)를 따라 형성될 수 있다.The three-phase interface may be formed along the circumference 271c at the boundary between the region 271b in which the liquid electrolyte 180 is introduced into the pores 271 and the region 271a in which oxygen is introduced into the pores 271 .

도 4(b)를 참조하면, 스파크된 산화그래핀(170)은 상이한 직경을 가진 기공(171)을 포함할 수 있다. 스파크된 산화그래핀(170)은 직경이 작은 기공(174)과 그와 인접한 직경이 큰 기공(172)을 포함할 수 있다. 기공들(172,174)의 직경이 상이한 경우, 모세관 현상에 의하여 각각의 기공(172,174)에 상이한 부피만큼 액체 전해질(180)이 유입될 수 있다. Referring to FIG. 4B , the sparked graphene oxide 170 may include pores 171 having different diameters. The sparked graphene oxide 170 may include small-diameter pores 174 and large-diameter pores 172 adjacent thereto. When the diameters of the pores 172 and 174 are different, the liquid electrolyte 180 may be introduced by a different volume into each of the pores 172 and 174 due to capillary action.

직경이 작은 기공(174)에 액체 전해질(180) 및 산소가 유입되어 액체 전해질(180)이 유입된 영역(174b) 및 산소가 유입된 영역(174a)이 형성될 수 있다. 직경이 큰 기공(172)에는 직경이 작은 기공(174)과 상이한 부피의 액체 전해질(180) 및 산소가 유입되어, 액체 전해질(180)이 유입된 영역(172b) 및 산소가 유입된 영역(172a)이 형성될 수 있다. The liquid electrolyte 180 and oxygen are introduced into the pores 174 having a small diameter to form a region 174b into which the liquid electrolyte 180 is introduced and a region 174a into which oxygen is introduced. The large-diameter pores 172 have different volumes of the liquid electrolyte 180 and oxygen from those of the small-diameter pores 174, so that the liquid electrolyte 180 is introduced into the region 172b and oxygen is introduced into the region 172a. ) can be formed.

인접한 기공들(172,174) 사이에서, 직경이 작은 기공(174)에 액체 전해질(180)이 유입된 영역(174b)의 측면(174d)은 직경이 큰 기공(172)의 산소가 유입된 영역(172a)의 산소에 노출되기 용이하다. 이에 따라, 3상 계면이 직경이 작은 기공(174)의 측면(174d)을 따라 형성될 수 있다. 또한, 3상 계면은 액체 전해질(180)이 유입된 영역(172b, 174b)과 산소가 유입된 영역(172a, 174a)의 경계에서 둘레(172c, 174c)를 따라 형성될 수 있다.Between the adjacent pores 172 and 174, the side surface 174d of the region 174b in which the liquid electrolyte 180 is introduced into the small-diameter pores 174 is the region 172a in which the oxygen of the large-diameter pores 172 is introduced. ) is easily exposed to oxygen. Accordingly, a three-phase interface may be formed along the side surface 174d of the pores 174 having a small diameter. In addition, the three-phase interface may be formed along the circumferences 172c and 174c at the boundary between the regions 172b and 174b into which the liquid electrolyte 180 is introduced and the regions 172a and 174a into which oxygen is introduced.

즉, 스파크된 산화그래핀(170)에서 3상 계면은 액체 전해질(180)이 유입된 영역(172b, 174b)과 산소가 유입된 영역(172a, 174a)의 경계의 둘레(172c, 174c) 및 직경이 작은 기공(174)의 측면(174d)을 따라 형성될 수 있다.That is, in the sparked graphene oxide 170, the three-phase interface is the perimeter of the boundary between the regions 172b and 174b into which the liquid electrolyte 180 is introduced and the regions 172a and 174a into which oxygen is introduced. It may be formed along the side surface 174d of the small-diameter pore 174 .

이에 따라, 일 실시예에 따른 스파크된 산화그래핀(170)은 상이한 직경의 기공(171)을 포함하고 있어 일 비교예에 따른 산화그래핀(200)에 비해 넓은 면적의 3상 계면이 형성될 수 있다.Accordingly, the sparked graphene oxide 170 according to an embodiment includes pores 171 of different diameters, so that a three-phase interface of a larger area is formed than the graphene oxide 200 according to a comparative example. can

도 5는 산화그래핀, 스파크된 산화그래핀(170) 및 액체 전해질(180)이 기공(171)에 유입된 스파크된 산화그래핀(170)의 모식도와 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.5 is a schematic diagram and a scanning electron microscope (SEM) image of graphene oxide, sparked graphene oxide 170 and sparked graphene oxide 170 in which liquid electrolyte 180 is introduced into pores 171 .

도 5(a) 및 5(b)를 참조하면, 스파크된 산화그래핀(170)의 층간 간격은 산화그래핀에 비하여 증가하고, 복수의 서로 다른 직경의 기공(171)들이 형성되었음을 알 수 있다. 또한, 도 5(c)를 참조하면, 복수의 기공(171)들의 일부에 액체 전해질(180)이 유입되어 있음을 알 수 있다. Referring to FIGS. 5A and 5B , it can be seen that the interlayer spacing of the sparked graphene oxide 170 is increased compared to that of the graphene oxide, and a plurality of pores 171 of different diameters are formed. . Also, referring to FIG. 5C , it can be seen that the liquid electrolyte 180 is introduced into some of the plurality of pores 171 .

도 6은 산화그래핀과 스파크된 산화그래핀(170)의 (a) X - ray 회절분석법(XRD), (b) X선 광전자 분광(XPS), (c) Raman 및 (d) FT-IR 분석 데이터이다.6 shows (a) X-ray diffraction analysis (XRD), (b) X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), (c) Raman, and (d) FT-IR of graphene oxide and sparked graphene oxide 170 analysis data.

도 6(a)를 참조하면, 산화그래핀 및 스파크된 산화그래핀(170)에 포함된 층간 간격을 확인할 수 있다. 열 충격에 의해 스파크된 산화그래핀(170)의 층간 간격은 0.38nm임을 확인할 수 있다.Referring to Figure 6 (a), it can be confirmed that the interlayer gap included in the graphene oxide and the sparked graphene oxide 170. It can be seen that the interlayer spacing of the graphene oxide 170 sparked by thermal shock is 0.38 nm.

도 6(b)를 참조하면, 산화그래핀 및 스파크된 산화그래핀(170)의 결합에너지를 확인할 수 있다. 스파크 반응 이후 탄소-산소 결합이 감소하고, 탄소-탄소 결합은 증가한 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 스파크된 산화그래핀(170)의 전기 전도율은 산화그래핀의 전기전도율보다 우수함을 예상할 수 있다.Referring to FIG. 6(b) , the binding energy of the graphene oxide and the sparked graphene oxide 170 can be confirmed. It can be seen that the carbon-oxygen bond decreases and the carbon-carbon bond increases after the spark reaction. Accordingly, the electrical conductivity of the sparked graphene oxide 170 can be expected to be superior to the electrical conductivity of the graphene oxide.

또한, 도 6(c)를 참조하면, 산화그래핀의 G 피크가 스파크 반응 이후 왼쪽으로 이동한 것을 확인할 수 있는데, 이는 산화그래핀이 환원되며 sp2 graphitic domain이 복원되면서 생기는 현상으로 해석할 수 있다.In addition, referring to FIG. 6( c ), it can be confirmed that the G peak of graphene oxide shifted to the left after the spark reaction, which can be interpreted as a phenomenon that occurs when graphene oxide is reduced and the sp2 graphitic domain is restored. .

또한, 도 6(d)를 참조하면, 산화그래핀 및 스파크된 산화그래핀(170)의 작용기를 확인할 수 있다. 스파크 반응 이후 -OH 그룹에 해당하는 피크가 사라지는 것으로 보아 열 충격에 의해 -OH 그룹 및 물 분자들이 날아간 것을 알 수 있으며, C=C 결합에 해당하는 피크가 반응 후 나타난 것으로 보아 sp2 graphitic domain이 복원된 것을 알 수 있다.In addition, referring to FIG. 6( d ), functional groups of graphene oxide and sparked graphene oxide 170 can be confirmed. As the peak corresponding to the -OH group disappears after the spark reaction, it can be seen that the -OH group and water molecules are blown away by thermal shock. it can be seen that

도 7은 스파크된 산화그래핀(170)과 하이드라진 증기로 환원된 산화그래핀(hGO)의 BET 분석 데이터이다.7 is BET analysis data of sparked graphene oxide 170 and graphene oxide reduced with hydrazine vapor (hGO).

도 7(a)를 참조하면, 비교군으로 사용한 하이드라진 증기로 환원된 산화그래핀(hGO)의 기공(171)의 직경에 따른 분포를 확인할 수 있다. hGO에는 0.7 nm의 직경을 갖는 기공(171)들이 가장 많이 분포하고 있으며, 기공(171)들의 직경은 30nm에 걸쳐 분포되어 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 7( a ), the distribution according to the diameter of the pores 171 of graphene oxide (hGO) reduced with hydrazine vapor used as a comparison group can be confirmed. It can be seen that the pores 171 having a diameter of 0.7 nm are most distributed in hGO, and the diameter of the pores 171 is distributed over 30 nm.

도 7(b)를 참조하면, 스파크된 산화그래핀(170)의 기공(171)의 직경에 따른 분포를 확인할 수 있다. 기공(171)이 수 nm에서 수십 nm 의 다양한 직경을 가지며 분포되어있음을 알 수 있으며, 이와 같은 다양한 사이즈의 기공(171)의 분포는 상술한 바와 같이 3상 계면 형성에 있어 중요한 역할을 할 수 있다.Referring to Figure 7 (b), it can be confirmed the distribution according to the diameter of the pores 171 of the sparked graphene oxide 170. It can be seen that the pores 171 have various diameters from several nm to several tens of nm and are distributed, and the distribution of the pores 171 of various sizes can play an important role in the formation of the three-phase interface as described above. have.

스파크된 산화그래핀(170)의 기공(171)의 직경에 따른 분포는 BET 데이터에 기초하여 5nm 내지 15nm, 15nm 내지 25nm, 25nm 내지 35nm, 35nm 내지 45nm, 45nm 내지 55nm, 55nm 내지 65nm, 65nm 내지 75nm의 7개의 구획으로 나눌 수 있다. 직경이 5nm 내지 15nm인 기공(171)은 전체 기공(171) 분포 중에 가장 많은 비율을 차지한다.The distribution along the diameter of the pores 171 of the sparked graphene oxide 170 is 5 nm to 15 nm, 15 nm to 25 nm, 25 nm to 35 nm, 35 nm to 45 nm, 45 nm to 55 nm, 55 nm to 65 nm, 65 nm to based on the BET data. It can be divided into 7 compartments of 75 nm. The pores 171 having a diameter of 5 nm to 15 nm occupy the largest proportion of the distribution of the entire pores 171 .

스파크된 산화그래핀(170)의 제1 영역의 기공(171)은 제1 직경으로 형성되고, 제2 영역의 기공(171)은 제1 직경보다 큰 제2 직경으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 직경은 5nm 내지 15nm이고, 제2 직경은 15nm보다 큰 직경을 포함할 수 있다. 또한, 제1,2 영역은 연속적으로 형성되지 않을 수 있다. The pores 171 of the first region of the sparked graphene oxide 170 may have a first diameter, and the pores 171 of the second region may have a second diameter greater than the first diameter. For example, the first diameter may be between 5 nm and 15 nm, and the second diameter may include a diameter greater than 15 nm. Also, the first and second regions may not be continuously formed.

제1 영역의 기공(171)에는 액체 전해질(180)이 제1 비율만큼 유입되고, 제2 영역의 기공(171)에는 액체 전해질(180)이 제1 비율 보다 작은 제2 비율만큼 유입될 수 있다. 예를 들어, 제1 비율은 기공(171) 전체에 액체 전해질(180)이 유입된 상태인 90% 내지 100%일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 제2 비율보다 큰 비율을 의미할 수 있다.The liquid electrolyte 180 may flow into the pores 171 of the first region by a first ratio, and the liquid electrolyte 180 may flow into the pores 171 of the second region by a second ratio smaller than the first ratio. . For example, the first ratio may be 90% to 100% of the state in which the liquid electrolyte 180 is introduced into the entire pores 171 , but is not limited thereto and may mean a ratio greater than the second ratio.

기공(171)에 액체 전해질(180)을 유입시키는 방법은 분리막(130)에 액체 전해질(180)을 침지시키고, 분리막(130)을 통하여 환원극(120)으로 침지된 액체 전해질(180)이 이동하도록 하는 방법이 있으나, 상술한 바에 의하여 제한되지 않는다.In the method of introducing the liquid electrolyte 180 into the pores 171 , the liquid electrolyte 180 is immersed in the separator 130 , and the liquid electrolyte 180 immersed in the cathode 120 through the separator 130 moves. There is a method to do so, but it is not limited by the above-mentioned bar.

도 8은 3상 계면의 밀도와 기공(171)에 채워진 액체 전해질(180)의 부피 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing the relationship between the density of the three-phase interface and the volume of the liquid electrolyte 180 filled in the pores 171 .

기공(171)에 유입된 액체 전해질(180)을 측정하는 것은 액체 전해질(180)에 침지된 스파크된 산화그래핀(170)의 중량 변화를 통해 측정할 수 있다.The measurement of the liquid electrolyte 180 introduced into the pores 171 may be measured through the change in weight of the sparked graphene oxide 170 immersed in the liquid electrolyte 180 .

스파크된 산화그래핀(170)을 액체 전해질(180)에 침지시키기 전의 중량을 측정하고, 액체 전해질(180)에 침지시켜 증가한 중량 변화를 측정하면, 스파크된 산화그래핀(170)에 유입된 액체 전해질(180)의 부피를 확인할 수 있다. 스파크된 산화그래핀(170)의 기공(171)의 전체 부피는 스파크된 산화그래핀(170)을 충분히 많은 양의 액체 전해질(180)에 침지시킨 뒤 중량 변화를 측정하여 확인할 수 있다. 다만, 스파크된 산화그래핀(170)에 침지된 액체 전해질(180)의 부피를 측정하는 것은 상술한 바에 의하여 제한되지 않고 다양한 방법으로 이루어 질 수 있다.When the weight of the sparked graphene oxide 170 is measured before being immersed in the liquid electrolyte 180, and the increased weight change is measured by immersion in the liquid electrolyte 180, the liquid introduced into the sparked graphene oxide 170 is measured. The volume of the electrolyte 180 can be confirmed. The total volume of the pores 171 of the sparked graphene oxide 170 can be confirmed by measuring the weight change after immersing the sparked graphene oxide 170 in a sufficiently large amount of the liquid electrolyte 180 . However, measuring the volume of the liquid electrolyte 180 immersed in the sparked graphene oxide 170 is not limited by the above description and may be made in various ways.

도 8을 참조하면, 기공(171)에 유입된 액체 전해질(180)의 부피비와 3상 계면의 밀도와의 관계를 확인할 수 있다. 3상 계면의 밀도는 3상 계면의 면적과 비례할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the relationship between the volume ratio of the liquid electrolyte 180 introduced into the pores 171 and the density of the three-phase interface can be confirmed. The density of the three-phase interface may be proportional to the area of the three-phase interface.

기공(171)에 유입된 액체 전해질(180)의 부피비는 전체 기공(171)의 부피 대비 기공(171)에 유입된 액체 전해질(180)의 부피를 의미한다.The volume ratio of the liquid electrolyte 180 introduced into the pores 171 means the volume of the liquid electrolyte 180 introduced into the pores 171 compared to the volume of all pores 171 .

액체 전해질(180)의 부피가 증가할수록, 기공(171)에 유입된 액체 전해질(180)의 부피비가 증가한다. 기공(171)에 유입된 액체 전해질(180)의 부피비가 증가할수록, 3상 계면의 밀도가 증가할 수 있다. 기공(171)에 유입된 액체 전해질(180)의 부피비가 70% 내지 80%인 구간에서, 3상 계면의 밀도가 증가하다가 감소하는 것을 확인할 수 있다.As the volume of the liquid electrolyte 180 increases, the volume ratio of the liquid electrolyte 180 introduced into the pores 171 increases. As the volume ratio of the liquid electrolyte 180 introduced into the pores 171 increases, the density of the three-phase interface may increase. In the section where the volume ratio of the liquid electrolyte 180 introduced into the pores 171 is 70% to 80%, it can be seen that the density of the three-phase interface increases and then decreases.

다시 도 4를 참조하면, 액체 전해질(180)의 기공(171)에 대한 유입이 시작되면, 3상 계면이 도 4(b)와 같이 형성될 수 있다. 모세관 현상에 의해 직경이 작은 기공(174)에 대한 액체 전해질(180)의 유입이 완료되면, 상대적으로 직경이 큰 기공(172)에 대한 유입이 활발해질 수 있다. 이에 따라, 직경이 작은 기공(174)의 측면(174d)에 대응되는 영역이 감소하여 도 4(a)와 같이 3상 계면이 형성되어 3상 계면이 감소할 수 있다.Referring back to FIG. 4 , when the inflow into the pores 171 of the liquid electrolyte 180 starts, a three-phase interface may be formed as shown in FIG. 4(b). When the inflow of the liquid electrolyte 180 into the small-diameter pores 174 is completed due to the capillary phenomenon, the inflow into the relatively large-diameter pores 172 may be active. Accordingly, the area corresponding to the side surface 174d of the small-diameter pore 174 is reduced, so that a three-phase interface is formed as shown in FIG. 4(a), so that the three-phase interface can be reduced.

즉, 3상 계면이 증가하다가 감소하는 임계점은 직경이 작은 기공(174)에 대한 액체 전해질(180)의 유입이 완료되는 지점일 수 있다. 기공(171)에 유입된 액체 전해질(180)의 부피비가 70% 내지 80%인 구간은 직경이 작은 기공(174)에 대한 액체 전해질(180)의 유입이 완료되는 구간일 수 있다. 예를 들어, 직경이 5nm 내지 15nm인 기공(171)에 대한 액체 전해질(180)의 유입이 완료되는 지점일 수 있다. That is, the critical point at which the three-phase interface increases and then decreases may be the point at which the introduction of the liquid electrolyte 180 into the small-diameter pores 174 is completed. The section in which the volume ratio of the liquid electrolyte 180 introduced into the pores 171 is 70% to 80% may be a section in which the introduction of the liquid electrolyte 180 into the pores 174 having a small diameter is completed. For example, it may be a point at which the introduction of the liquid electrolyte 180 into the pores 171 having a diameter of 5 nm to 15 nm is completed.

정리하면, 금속공기전지(100)의 높은 출력을 위한 조건은, 복수의 기공(171)들의 전체 부피 대비 복수의 기공(171)들에 채워진 액체 전해질(180)의 부피 비율이 70% 내지 80%임을 확인할 수 있다. 기공(171)에 유입되는 액체 전해질(180)은 중성전해질인 KCL, NaCL 또는 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In summary, the condition for high output of the metal-air battery 100 is that the volume ratio of the liquid electrolyte 180 filled in the plurality of pores 171 to the total volume of the plurality of pores 171 is 70% to 80% It can be confirmed that The liquid electrolyte 180 flowing into the pores 171 may include at least one selected from neutral electrolytes KCL, NaCL, or a combination thereof, but is not limited thereto.

또한, 액체 전해질(180)의 농도는 5wt% 이상 20wt% 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In addition, the concentration of the liquid electrolyte 180 may be 5 wt% or more and 20 wt% or less, but is not limited thereto.

다시 도 8(b)를 참조하면, 도 8(b)의 그래프에서 분리막(130)에 흡수된 액체 전해질(180)의 부피에 따른 기공(171)에 유입된 액체 전해질(180)의 부피비 및 3상 계면의 밀도를 확인할 수 있다. Referring back to FIG. 8(b), in the graph of FIG. 8(b), the volume ratio of the liquid electrolyte 180 introduced into the pores 171 according to the volume of the liquid electrolyte 180 absorbed in the separator 130 and 3 The density of the phase interface can be confirmed.

도 9는 일 실시예에 따른 금속공기전지(100)의 액체 전해질(180)의 부피에 따른 출력에 관한 그래프이다.9 is a graph regarding the output according to the volume of the liquid electrolyte 180 of the metal-air battery 100 according to an embodiment.

도 9를 참조하면, 분리막(130)에 흡수된 액체 전해질(180)의 부피에 따른 금속공기전지(100)의 출력을 비교할 수 있다. 분리막(130)에 흡수된 액체 전해질(180)의 부피가 180 μL 내지 315 μL, 바람직하게는 270 μL인 경우에 금속공기전지(100)의 출력이 우수하게 확보됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9 , the output of the metal-air battery 100 according to the volume of the liquid electrolyte 180 absorbed in the separator 130 may be compared. When the volume of the liquid electrolyte 180 absorbed by the separator 130 is 180 μL to 315 μL, preferably 270 μL, it can be confirmed that the output of the metal-air battery 100 is excellently secured.

따라서, 3상 계면의 면적을 확보하면서 금속공기전지(100)의 출력이 우수하게 확보되는 액체 전해질(180)의 부피는 180 μL 내지 315 μL임을 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that the volume of the liquid electrolyte 180, which ensures excellent output of the metal-air battery 100 while ensuring the area of the three-phase interface, is 180 μL to 315 μL.

측정에 사용한 스파크된 산화그래핀(170)의 중량은 7mg이므로, 분리막(130)에 흡수된 액체 전해질(180)의 부피가 스파크된 산화그래핀(170)의 중량 대비 25.71μL/mg 내지 45 μL/mg인 경우에 출력이 우수한 금속공기전지(100)를 확보할 수 있다. Since the weight of the sparked graphene oxide 170 used for measurement is 7 mg, the volume of the liquid electrolyte 180 absorbed in the separator 130 is 25.71 μL/mg to 45 μL compared to the weight of the sparked graphene oxide 170 In the case of /mg, it is possible to secure the metal-air battery 100 with excellent output.

또한, 액체 전해질(180)의 부피가 270 μL인 경우, 측정된 출력이 가장 우수함을 확인할 수 있다. 이는 전체 기공(171)의 부피 대비 기공(171)에 흡수된 액체 전해질(180)의 부피 비율이 72.55%인 경우로서, 상술한 부피비 70% 내지 80%의 구간에 포함된다.In addition, when the volume of the liquid electrolyte 180 is 270 μL, it can be confirmed that the measured output is the best. This is a case in which the volume ratio of the liquid electrolyte 180 absorbed in the pores 171 to the volume of the entire pores 171 is 72.55%, and is included in the range of 70% to 80% of the volume ratio described above.

도 10은 일 실시예에 따른 금속공기전지(100)와 하이드라진 증기로 환원된 산화그래핀(hGO)을 환원극(120)에 포함하는 금속공기전지의 (a) 분극 곡선, (b) 전류-출력 곡선 및 (c) 방전 곡선에 관한 그래프이다.10 shows (a) a polarization curve, (b) current- It is a graph relating to the output curve and (c) the discharge curve.

도 10(a)와 도 10(b)를 참조하면, 하이드라진 증기로 환원된 산화그래핀 박막을 포함하는 금속공기전지에 비해 스파크된 산화그래핀(170) 박막을 포함하는 금속공기전지가 월등히 높은 단락 전류, 최대 출력, 비용량을 나타냈다. 하이드라진 증기로 환원된 산화그래핀은 스파크된 산화그래핀(170)과 유사한 기공(171) 구조를 가지고 있지만 소수성 물질이으로, 액체 전해질(180)을 충분히 흡수하지 못하여 더 열등한 성능을 보인다.Referring to FIGS. 10 ( a ) and 10 ( b ), the metal-air battery including the sparked graphene oxide 170 thin film is significantly higher than the metal-air battery including the graphene oxide thin film reduced with hydrazine vapor. Short-circuit current, maximum output, and specific capacity are shown. Graphene oxide reduced with hydrazine vapor has a pore 171 structure similar to that of the sparked graphene oxide 170, but is a hydrophobic material, and does not sufficiently absorb the liquid electrolyte 180, and thus exhibits inferior performance.

도 11은 일 실시예에 따른 금속공기전지(100)의 방전 전류에 따른 방전 곡선에 관한 그래프이다.11 is a graph of a discharge curve according to a discharge current of the metal-air battery 100 according to an embodiment.

도 11을 참조하면, 도 11은 스파크된 산화그래핀(170) 박막을 포함하는 금속공기전지(100)의 방전 전류에 따른 방전 곡선에 관한 그래프이다. 금속공기전지(100)의 산화극(110)에 알루미늄이 포함된 경우, 주 반응인 알루미늄의 산화 반응과 부 반응인 알루미늄의 부식 반응이 경쟁적으로 일어나게 된다. 따라서, 금속공기전지(100)의 방전 전류가 높을수록 오히려 용량이 크게 나오는 것을 확인할 수 있다. 금속공기전지(100)는 160 μA/cm2의 방전 전류에서 2392 mAh/g의 최대 용량을 나타냈다.Referring to FIG. 11 , FIG. 11 is a graph of a discharge curve according to a discharge current of a metal-air battery 100 including a sparked graphene oxide 170 thin film. When aluminum is included in the oxide electrode 110 of the metal-air battery 100, an oxidation reaction of aluminum as a main reaction and a corrosion reaction of aluminum as a side reaction occur competitively. Therefore, it can be seen that the higher the discharge current of the metal-air battery 100 is, the larger the capacity is. The metal-air battery 100 exhibited a maximum capacity of 2392 mAh/g at a discharge current of 160 μA/cm 2 .

도 12는 일 실시예에 따른 복수의 금속공기전지(100)를 직렬 또는 병렬 연결했을 때의 분극 곡선에 관한 그래프이다.12 is a graph relating to a polarization curve when a plurality of metal-air batteries 100 according to an embodiment are connected in series or in parallel.

도 12(a)를 참조하면, 2개, 4개의 금속공기전지(100)를 직렬 연결할 경우 개방회로전압이 약 2배, 4배 증가하였음을 알 수 있다. 도 12(b)를 참조하면, 2개, 4개의 금속공기전지(100)를 병렬 연결할 경우 단락 전류가 약 2배, 4배 증가했다. 이에 따라, 일 실시예에 따른 금속공기전지(100)는 희망하는 바에 따라 복수 개의 금속공기전지(100)를 직렬 또는 병렬 연결하여 사용할 수 있다.Referring to FIG. 12( a ), when two or four metal-air batteries 100 are connected in series, it can be seen that the open circuit voltage is increased by about 2 times and 4 times. Referring to FIG. 12( b ), when two or four metal-air batteries 100 are connected in parallel, the short-circuit current is increased by about 2 times and 4 times. Accordingly, the metal-air battery 100 according to an embodiment may be used by connecting a plurality of metal-air batteries 100 in series or in parallel as desired.

도 13은 일 실시예에 따른 금속공기전지를 직렬 연결한 것을 손상을 시킨 후, 금속공기전지의 작동 가능 여부에 관한 도면이다.13 is a view showing whether a metal-air battery can be operated after damage to a series-connected metal-air battery according to an embodiment.

도 13을 참조하면, 스파크된 산화그래핀(170)을 포함하는 금속공기전지(100)를 직렬 연결한 뒤, 손상이 된 상태(예를 들어, 바늘로 꿰뚫은 상태)에서 금속공기전지(100)가 정상적으로 작동함을 알 수 있다. 또한, 금속공기전지(100) 4개를 직렬로 연결했을 때, 19개의 병렬 연결된 LED를 켤 수 있고, 금속공기전지(100)를 바늘로 꿰뚫은 상태에서도 변함없이 LED가 켜짐을 확인할 수 있다. 이에 따라, 금속공기전지(100)가 손상이 된 상태에서도 금속공기전지(100)의 출력이 안정적으로 유지되었음을 알 수 있다.Referring to FIG. 13 , after the metal-air battery 100 including the sparked graphene oxide 170 is connected in series, the metal-air battery 100 is in a damaged state (eg, pierced with a needle). It can be seen that is working normally. In addition, when four metal-air batteries 100 are connected in series, 19 parallel-connected LEDs can be turned on, and it can be confirmed that the LEDs are turned on without change even when the metal-air battery 100 is pierced with a needle. Accordingly, it can be seen that the output of the metal-air battery 100 is stably maintained even in a state in which the metal-air battery 100 is damaged.

도 14는 일 실시예에 따른 금속공기전지(100)의 인체 무해성 여부를 실험한 것에 관한 도면이다.14 is a diagram related to an experiment on whether the metal-air battery 100 according to an embodiment is harmless to the human body.

도 14를 참조하면, 구멍이 뚫린 금속공기전지(100)를 인체에 3일간 부착한 뒤 제거했을 때 인체에 아무런 위해를 가하지 않았음을 확인하는 사진이다. 일 실시예에 따른 금속공기전지(100)가 중성 전해질을 사용함으로써, 산성이나 염기성 전해질을 사용하는 일 비교예에 따른 금속공기전지에 비해 인체에게 무해함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 14 , it is a photograph confirming that no harm is done to the human body when the perforated metal-air battery 100 is attached to the human body for 3 days and then removed. Since the metal-air battery 100 according to an embodiment uses a neutral electrolyte, it can be confirmed that it is harmless to the human body as compared to the metal-air battery according to a comparative example using an acidic or basic electrolyte.

한편, 실시예들과 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.On the other hand, those of ordinary skill in the technical field related to the embodiments will understand that it may be implemented in a modified form within a range that does not deviate from the essential characteristics of the above description. Therefore, the disclosed methods are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the invention is indicated in the claims rather than in the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the invention.

100: 금속공기전지
110: 산화극
120: 환원극
130: 분리막
140: 제1 전극
150: 제2 전극
160: 밀봉부
170: 스파크된 산화그래핀
171: 기공
172: 직경이 큰 기공
174: 직경이 작은 기공
180: 액체 전해질
200: 산화그래핀
271: 기공
100: metal air battery
110: oxide electrode
120: cathode
130: separator
140: first electrode
150: second electrode
160: seal
170: sparked graphene oxide
171: Qigong
172: large diameter pores
174: small diameter pores
180: liquid electrolyte
200: graphene oxide
271: Qigong

Claims (11)

금속 물질을 포함하는 산화극;
산화그래핀(Graphene Oxide; GO)에 가해진 열 충격에 의해, 직경이 상이한 복수의 기공들이 형성된 스파크된 산화그래핀(Sparked Grpahene Oxide; sGO)을 포함하는 환원극; 및
상기 산화극과 상기 환원극 사이에 배치되며 소정의 액체 전해질을 포함하는 분리막; 을 포함하고,
상기 환원극에는, 상기 복수의 기공들의 직경에 따라 상이한 부피의 상기 액체 전해질이 상기 복수의 기공들에 유입됨으로써, 산소, 액체 전해질 및 스파크된 산화그래핀(sGO)으로 구성된 3상 계면이 형성된, 금속공기전지.
an oxide electrode comprising a metal material;
a cathode including sparked graphene oxide (sGO) in which a plurality of pores having different diameters are formed by thermal shock applied to graphene oxide (GO); and
a separator disposed between the anode and the cathode and comprising a predetermined liquid electrolyte; including,
In the cathode, the liquid electrolyte of different volumes according to the diameter of the plurality of pores is introduced into the plurality of pores, whereby a three-phase interface composed of oxygen, liquid electrolyte and sparked graphene oxide (sGO) is formed, metal air battery.
제1 항에 있어서,
상기 스파크된 산화그래핀(sGO)은
상기 열 충격이 상기 산화그래핀(GO)의 일 영역에 국소적으로 인가되어,
제1 직경으로 형성되는 제1 영역의 기공;
상기 제1 직경보다 큰 제2 직경으로 형성되는 제2 영역의 기공;을 포함하는, 금속공기전지.
According to claim 1,
The sparked graphene oxide (sGO) is
The thermal shock is locally applied to a region of the graphene oxide (GO),
pores in the first region formed with a first diameter;
A metal-air battery comprising a; pores in the second region formed with a second diameter greater than the first diameter.
제2 항에 있어서,
상기 제1 영역의 기공에는 모세관 현상에 의하여 상기 제2 영역의 기공보다 상기 액체 전해질이 우선적으로 유입되어,
상기 제1 영역의 기공에는 상기 액체 전해질이 제1 비율만큼 유입되고,
상기 제2 영역의 기공에는 상기 액체 전해질이 상기 제1 비율보다 작은 제2 비율만큼 유입되는, 금속공기전지.
3. The method of claim 2,
The liquid electrolyte is preferentially introduced into the pores of the first region than the pores of the second region due to capillary action,
The liquid electrolyte is introduced into the pores of the first region by a first ratio,
The liquid electrolyte is introduced into the pores of the second region by a second ratio smaller than the first ratio, a metal-air battery.
제1 항에 있어서,
상기 분리막에 흡수된 액체 전해질의 부피는, 상기 스파크된 산화그래핀(sGO)의 중량 대비 25.71μL/mg 내지 45μL/mg인, 금속공기전지.
According to claim 1,
The volume of the liquid electrolyte absorbed into the separator is 25.71 μL/mg to 45 μL/mg based on the weight of the sparked graphene oxide (sGO), a metal-air battery.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 기공들의 부피 대비 상기 복수의 기공들에 유입된 상기 액체 전해질의 부피 비율은, 70% 내지 80%인, 금속공기전지.
According to claim 1,
A volume ratio of the liquid electrolyte introduced into the plurality of pores relative to the volume of the plurality of pores is 70% to 80%, a metal-air battery.
제2 항에 있어서,
상기 열 충격은 액체 소듐에 의해 제1 온도범위로 상기 산화그래핀(GO)의 일 영역에 국소적으로 열을 가하는 것인, 금속공기전지.
3. The method of claim 2,
The thermal shock is to apply heat locally to a region of the graphene oxide (GO) in a first temperature range by liquid sodium.
제2 항에 있어서,
상기 열 충격은 인두에 의해 제2 온도범위로 상기 산화그래핀(GO)의 일 영역에 국소적으로 열을 가하는 것인, 금속공기전지.
3. The method of claim 2,
The thermal shock is to apply heat locally to a region of the graphene oxide (GO) in a second temperature range by an iron, a metal-air battery.
제1 항에 있어서,
상기 액체 전해질은 중성전해질인 KCL, NaCL 또는 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 금속공기전지.
According to claim 1,
The liquid electrolyte comprises at least one selected from the neutral electrolyte KCL, NaCL, or a combination thereof, a metal-air battery.
제1 항에 있어서,
상기 액체 전해질의 농도는 5wt% 이상 20wt% 이하인, 금속공기전지.
According to claim 1,
The concentration of the liquid electrolyte is 5 wt% or more and 20 wt% or less, a metal-air battery.
제1 항에 있어서,
은(Ag)을 포함하고, 상기 산화극에 부착되는 제1 전극; 및
은(Ag)을 포함하고, 상기 환원극에 부착되는 제2 전극;을 더 포함하는, 금속공기전지.
According to claim 1,
a first electrode comprising silver (Ag) and attached to the anode; and
Containing silver (Ag), the second electrode is attached to the cathode; further comprising a metal-air battery.
제10 항에 있어서,
상기 금속공기전지를 하나의 단위 전지로 하여 상기 금속공기전지가 복수 개 포함되며,
상기 복수 개의 금속공기전지는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통하여 서로 전기적으로 연결되는, 금속공기전지.

11. The method of claim 10,
A plurality of metal-air batteries are included by using the metal-air battery as one unit battery,
The plurality of metal-air batteries are electrically connected to each other through the first electrode and the second electrode.

KR1020200056150A 2020-05-11 2020-05-11 Neutral electrolyte based metal air battery comprising sparked graphene oxide cathode KR102329283B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200056150A KR102329283B1 (en) 2020-05-11 2020-05-11 Neutral electrolyte based metal air battery comprising sparked graphene oxide cathode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200056150A KR102329283B1 (en) 2020-05-11 2020-05-11 Neutral electrolyte based metal air battery comprising sparked graphene oxide cathode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210137827A true KR20210137827A (en) 2021-11-18
KR102329283B1 KR102329283B1 (en) 2021-11-22

Family

ID=78717395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200056150A KR102329283B1 (en) 2020-05-11 2020-05-11 Neutral electrolyte based metal air battery comprising sparked graphene oxide cathode

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102329283B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010257839A (en) * 2009-04-27 2010-11-11 Toyota Motor Corp Positive electrode for air battery, and air battery
KR20160046102A (en) * 2014-10-20 2016-04-28 현대자동차주식회사 The positive electrode of lithium-air batteries
KR20180106653A (en) * 2017-03-21 2018-10-01 연세대학교 산학협력단 Foldable electrode assembly for aluminum-air battery, method for fabricating the same and aluminum-air battery comprising the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010257839A (en) * 2009-04-27 2010-11-11 Toyota Motor Corp Positive electrode for air battery, and air battery
KR20160046102A (en) * 2014-10-20 2016-04-28 현대자동차주식회사 The positive electrode of lithium-air batteries
KR20180106653A (en) * 2017-03-21 2018-10-01 연세대학교 산학협력단 Foldable electrode assembly for aluminum-air battery, method for fabricating the same and aluminum-air battery comprising the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Sangjin Choi et al. 'Aluminum-Air batteries with Ultrahigh Energy Density'. SYMPOSIUM ET07, 2018, ET07.03.08. *

Also Published As

Publication number Publication date
KR102329283B1 (en) 2021-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016201101A1 (en) Sulfur-containing carbon nanotube arrays as electrodes
EP3208880A1 (en) Electrochemical hydrogen pump
Xie et al. Electrochemical performance of carbon paper supercapacitor using sodium molybdate gel polymer electrolyte and nickel molybdate electrode
JP2006093128A (en) Acid type fuel for direct liquid supply fuel cell
US11444347B2 (en) Three-dimensional rechargeable battery with solid-state electrolyte
Liu et al. High performance asymmetric V 2 O 5–SnO 2 nanopore battery by atomic layer deposition
US10541456B2 (en) Metal-air battery apparatus and method of operating the same
Tan et al. Analysis of the polypropylene-based aluminium-air battery
Xu et al. Energy storage performance enhancement by surface engineering of electrode materials
KR102647045B1 (en) Anode active material for lithium secondary battery and secondary battery including the same
KR102329283B1 (en) Neutral electrolyte based metal air battery comprising sparked graphene oxide cathode
US20120088182A1 (en) Nano-material catalyst device
JPH0529006A (en) Fuel cell
Wang et al. Experimental studies of carbon electrodes with various surface area for Li–O2 batteries
KR102163165B1 (en) Method for preparing graphene-activated carbon composite and graphene-activated carbon composite prepared by the same
US10446332B2 (en) Ultrathin asymmetric nanoporous-nickel graphene-copper based supercapacitor
US20070042252A1 (en) Solid state, thin film proton exchange membrane for fuel cells
KR101671108B1 (en) Negative active material having zinc oxide, and zinc-air secondary battery using the same
JP2001043865A (en) Solid polymer electrolyte type fuel cell
KR102028677B1 (en) Multilayer lithium-ion capacitor comprising graphene electrode
KR102202630B1 (en) Metal air battery comprising sparked graphene oxide - silver cathode and method producing thereof
KR101743567B1 (en) Porous felt electrode for redox flow battery and Manufacturing method thereof
JP4637460B2 (en) Manufacturing method of fuel cell
Arnold et al. Direct writing of planar ultracapacitors by laser forward transfer processing
KR20200067395A (en) F-Doping Carbon Cathode and Method for Producing Lithium-Air Battery Using the same

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant