KR20220030364A - 분리가 용이한 금속공기전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 분리가 용이한 금속공기전지는, 전면과 후면에는 공기양극 지지체(60)를 수용할 수 있도록 상부와 하부 사이의 개구된 수용부(11)가 형성되고, 상부에 금속음극(20)이 삽입되는 삽입공(15)이 형성된 몸체(10)와; 몸체(10)의 내부로 삽입되도록 설치되는 금속음극(20)와; 개구된 몸체(10)의 상부를 개폐되면서 금속음극(20)을 고정시키는 뚜껑(30)과; 뚜껑(30)의 상부면에 위치하면서 금속음극(20)에 체결되는 음극단자(40)와; 공기의 출입은 가능하지만 전해질은 밖으로 유출되지 않으며 몸체(10) 양측면의 수용부(11)에 밀착되는 공기양극(50)과; 몸체(10)의 수용부(11)에 대응되는 크기를 갖으며 공기양극(50)의 외면을 지지하면서 공기양극(50)이 몸체(10)의 수용부(11)에 고정시키며 공기양극(50)의 외면이 외부에 노출되도록 관통공(61)이 형성된 공기양극 지지체(60)와; 몸체의 측면에서 외부로 연장된 돌출부(71)와, 공기양극 지지체(50)의 후면 끝단에서 외부로 돌출된 고정턱(72)과, 일단이 돌출부(71)에 회전가능하게 체결되고 타단이 외측으로 연장된 회전체(73)와, 일단이 공기양극 지지체(50)의 고정턱(72)에 밀착되도록 걸림턱이 형성되고 타단이 몸체의 측면으로 연장되어 회전체(73)에 회전가능하게 체결되는 걸림부(74)로 이루어진 지지체 고정부(70)와; 몸체(10)의 측면을 감싸면서 일단과 타단이 공기양극(50)의 외측면에 밀착되는 양극단자(80);를 포함한다.

Description

분리가 용이한 금속공기전지{Metal air battery that is easy to separate}
본 발명은 공기양극을 지지하는 공기양극 지지체를 몸체에 완전히 밀착되도록 체결할 수 있으면서 간단하게 분리할 수 있도록 하여 공기양극을 손쉽게 교체할 수 있는 분리가 용이한 금속공기전지에 관한 것이다.
일반적으로 금속공기전지는 금속을 음극 활물질로 하고 공기를 양극활물질로 하는 전지로서 매우 높은 전기적 퍼텐셜을 갖고 있다. 또한, 다른 수소연료전지와 달리 귀금속 촉매를 사용하지 않으면서 값싼 전해질을 매질로 사용하기 때문에 제작비가 저렴하고 환경적으로 깨끗하며 유해가스의 발생이 없는 청정 에너지원으로 알려져 있다.
금속공기전지의 성능은 공기양극의 에너지밀도와 금속음극과 전해질과의 반응특성에 따라서 크게 영향을 받게 되므로 금속종류와 전해질과의 상관관계를 고려한 금속재료들이 사용되고 있다. 알루미늄 금속인 경우 수산화나트륨계 전해질에서 가장 우수한 출력특성을 나타내고 있으며, 마그네슘금속인 경우는 염화나트륨 전해질에서 가장 우수한 출력특성을 나타내고 있고, 아연금속인 경우는 수산화칼륨 전해질에서 가장 우수한 출력특성을 나타내는 것으로 보고되었으며 또한 유해물질의 생성이 거의 없고 화학적으로 안정되므로 사용면에서 매우 안전한 전지로 평가되고 있다.
특히, 알루미늄-공기연료전지, 마그네슘-공기연료전지, 아연-공기연료전지는 에너지밀도가 높아 고용량 전지 제조가 가능하고 반응물질인 알루미늄, 마그네슘, 및 아연과 전해질 용액인 수산화나트륨용액, 소금물, 및 수산화칼륨용액은 가격이 저렴하고 친환경적인 장점이 있어서 전기 자동차, 에너지 저장 시스템 등을 위한 대용량 전지로 사용 가능할 것으로 예상되고 있다.
이러한 금속공기전지는 전해질이 채워지는 단위전지의 바디, 공기의 출입은 가능하지만 전해질은 밖으로 유출되지 않는 공기양극, 단위전지의 바디 내에 설치되는 금속음극, 공기양극에 연결된 양극단자와, 공기양극의 외측면 밀착되어 손상을 방지하는 구조체와, 바디와 구조체를 고정시킴과 동시에 전해질 유출을 막기 위한 단위전지 뚜껑을 구비하고 있다.
이러한 금속공기전지용 공기양극은 내구성이 약하고 쉽게 크랙이 발생하는 단점을 갖고 있으며, 공기양극의 크랙 발생시에 금속공기전지의 뚜껑을 바디에서 분리하고 다시 공기양극을 분리해야 하기 때문에 유지보수에 많은 시간이 소요되었다.
또한, 공기양극의 일단에 연결된 양극전극이 뚜껑을 통해 외부로 노출되기 때문에 고출력의 도전성을 확보하기 어려운 한계가 있었다.
한국등록특허 제10-1751707호(7.06.22)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공기양극을 지지하는 공기양극 지지체를 몸체에 완전히 밀착되도록 체결할 수 있으면서 간단하게 분리할 수 있도록 하여 공기양극을 손쉽게 교체할 수 있는 분리가 용이한 금속공기전지를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 분리가 용이한 금속공기전지는, 전면과 후면에는 공기양극 지지체(60)를 수용할 수 있도록 상부와 하부 사이의 개구된 수용부(11)가 형성되며, 상부에 금속음극(20)이 삽입되는 삽입공(15)이 형성된 몸체(10)와; 몸체(10)의 내부로 삽입되도록 설치되는 금속음극(20)와; 개구된 몸체(10)의 상부를 개폐되면서 금속음극(20)을 고정시키는 뚜껑(30)과; 뚜껑(30)의 상부면에 위치하면서 금속음극(20)에 체결되는 음극단자(40)와; 공기의 출입은 가능하지만 전해질은 밖으로 유출되지 않으며 몸체(10) 양측면의 수용부(11)에 밀착되는 공기양극(50)과; 몸체(10)의 수용부(11)에 대응되는 크기를 갖으며 공기양극(50)의 외면을 지지하면서 공기양극(50)이 몸체(10)의 수용부(11)에 고정시키며 공기양극(50)의 외면이 외부에 노출되도록 관통공(61)이 형성된 공기양극 지지체(60)와; 몸체의 측면에서 외부로 연장된 돌출부(71)와, 공기양극 지지체(50)의 후면 끝단에서 외부로 돌출된 고정턱(72)과, 일단이 돌출부(71)에 회전가능하게 체결되고 타단이 외측으로 연장된 회전체(73)와, 일단이 공기양극 지지체(50)의 고정턱(72)에 밀착되도록 'ㄱ'형상의 걸림턱이 형성되고 타단이 몸체의 측면으로 연장되어 회전체(73)에 회전가능하게 체결되는 걸림부(74)로 이루어진 지지체 고정부(70)와; 몸체(10)의 측면을 감싸면서 일단과 타단이 공기양극(50)의 외측면에 밀착되는 양극단자(80);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 몸체(10)의 측면의 상단에는 전해질이 유입되는 전해질 유입구(13)가 형성되고, 하단에는 전해질이 배출되는 전해질 배출구(14)가 형성된 가 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 몸체(10)의 상부면과 몸체(10)의 수용부(11)에는 전해질이 외부로 배출되는 것을 방지하는 제1,2 밀폐링(18,19)이 위치하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 뚜껑(30)의 상부에 음극단자(40)가 위치하는 단자안착홈(31)이 형성되고, 뚜껑의 하부에는 금속음극(20)이 삽입되는 금속음극 고정홈(32)이 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 몸체(10)의 상부의 삽입공의 외측면에는 고정홈이 형성되고, 뚜껑(30)의 하부면에는 몸체(10)의 고정홈에 삽입되는 고정돌기가 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 음극단자(40)는 'ㄴ'형상의 가로판과 세로판으로 이루어지는 뚜껑(30)의 단자안착홈(31)에 위치하며, 나사결합으로 뚜껑(30), 음극단자(40) 및 금속음극(20)이 일체형으로 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 금속공기전지는 공기양극의 외면을 지지하는 공기양극 지지체가 몸체의 외면에 완전히 밀착되도록 체결할 수 있으면서 간단하게 분리할 수 있도록 하여 공기양극을 손쉽게 교체할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 분리가 용이한 금속공기전지의 분해 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 분리가 용이한 금속공기전지의 결합사시도.
도 3a 내지 도 3는 본 발명에 따른 지지체 고정부(70)의 체결과정을 나타내는 사시도.
이하의 본 발명에 대한 상세한 설명들은 본 발명이 실시될 수 있는 실시예이고 해당 실시예에 대한 예시로써 도시된 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시하기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한 각각의 기재된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
따라서 후술되는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 발명에서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 분리가 용이한 금속공기전지는 몸체(10), 금속음극(20), 뚜껑(30), 음극단자(40), 공기양극(50), 공기양극 지지체(60), 지지체 고정부(70), 양극단자(80)를 포함한다.
몸체(10)는 육면체 형상으로 상부에는 금속음극(20)이 삽입되는 삽입공(15)이 형성되고, 전면과 후면에는 공기양극 지지체(60)를 수용할 수 있도록 상부와 하부 사이의 내측으로 수용부(11)가 형성되며, 수용부(11)에서 소정거리 이격된 부분은 개구(12)되어 있다. 그리고, 측면의 상단에는 전해질이 유입되는 전해질 유입구(13)가 형성되고, 하단에는 전해질이 배출되는 전해질 배출구(14)가 형성되어 내부에 전해질이 채워진다. 또한, 몸체(10)의 상부면과 몸체(10)의 수용부(11)에는 전해질이 외부로 배출되는 것을 방지하는 제1,2 밀폐링(16,17)이 위치하고, 몸체 상부의 삽입공(15)의 외측에는 고정홈(번호미부여)이 형성된다.
금속음극(20)은 몸체(10)의 내부로 삽입되도록 설치된다. 이러한, 금속음극(20)는 마그네슘, 마그네슘 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 아연, 아연합금 중에 선택된 하나의 판이다.
뚜껑(30)은 개구된 몸체(10)의 상부를 개폐되면서 금속음극(20)을 고정시킴과 동시에 전해질이 유출되는 것을 방지하는 것으로 뚜껑(30)의 상부에는 음극단자(40)가 위치하는 단자안착홈(31)이 형성되고, 뚜껑의 하부에는 금속음극(20)이 삽입되는 금속음극 고정홈(32)이 형성된다. 그리고, 뚜껑(30)의 하부면에는 몸체(10)의 고정홈에 삽입되는 고정돌기가 형성된다. 이러한 뚜껑(30)은 단자안착홈(31)에 음극단자(40)가 위치시키고, 금속음극 고정홈(32)에 금속음극(20)을 위치시킨 상태에서 뚜껑(30)의 고정돌기를 몸체(10)의 고정홈에 삽입하면서 나사결합으로 고정시킬 수 있게 된다.
음극단자(40)는 'ㄴ'형상의 가로판과 세로판으로 이루어지는 뚜껑(30)의 단자안착홈(31)에 위치한다. 가로판에는 나사가 체결되도록 관통되는 관통공(41)이 형성되고, 가로판의 끝단은 뚜껑(30)의 상부로 연장된다. 이러한 음극단자(40)를 뚜껑(30)의 단자안착홈(31)에 위치시키고 나사를 관통공(41)을 따라 금속양극으로 연장시켜 체결하면 뚜껑(30), 음극단자(40) 및 금속음극(20)을 일체형으로 결합시킬 수 있게 된다.
공기양극(50)은 공기의 출입은 가능하지만 전해질은 밖으로 유출되지 않으며 몸체(10) 양측면의 수용부(11)에 밀착된다. 공기양극(50)은 시트형상으로 구성되어, 몸체(10) 내부에 주입된 전해액이 외부로 흘러나가지 않도록 하고, 양극단자(80)를 통해 공급된 전자에 의해 수산기와 산소가 상호 반응하도록 하는 촉매기능을 수행한다. 이때, 공기양극(50)은 카본을 시트형상으로 제작한 카본시트와, 카본시트의 외측면에 매입되어 카본시트의 전기전도성을 개선함과 동시에 카본시트를 보강하는 다공성 금속층로 이루어지며, 카본시트는 내부를 향하게 하고 다공성 금속층은 외부를 향하게 진다. 또한, 외부에는 도전성 물질이 코팅되어 전도성을 향상시킬 수 있다.
공기양극 지지체(60)는 몸체(10)의 수용부(11)에 대응되는 크기를 갖으며 공기양극(50)의 외면을 지지하면서 공기양극(50)이 몸체(10)의 수용부(11)에 고정되며, 공기양극(50)의 외면이 외부에 노출되도록 관통공(61)이 형성된다. 공기양극 지지체(60)의 상부와 하부는 나사결합으로 몸체(10)의 수용부(11)에 고정될 수 있다.
지지체 고정부(70)는 몸체의 측면에서 외부로 연장된 돌출부(71)와, 공기양극 지지체(50)의 후면 끝단에서 외부로 돌출된 고정턱(72)과, 일단이 돌출부(71)에 회전가능하게 체결되고 타단이 외측으로 연장된 회전체(73)와, 일단이 공기양극 지지체(50)의 고정턱(72)에 밀착되도록 'ㄱ'형상의 걸림턱이 형성되고 타단이 몸체의 측면으로 연장되어 회전체(73)에 회전가능하게 체결되는 걸림부(74)로 이루어진다. 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 이러한 지지체 고정부(70)는 공기양극 지지체(60)를 몸체(10)의 수용부(11)에 위치하면 걸림부(74)의 일단에 형성된 걸림턱으로 공기양극 지지체(50)의 고정턱(72)에 위치시킨 상태에서 걸림부(74)의 타단을 몸체(10)의 측면에 평행하도록 누르게 되면 걸림부(74)의 걸림턱이 공기양극 지지체(50)의 고정턱(72)에 밀착되면서 견고하게 고정된다. 이와 같은 지지체 고정부(70)를 몸체의 측면에 각각 2개씩 위치시키면 공기양극 지지체(50)의 양측면을 고정할 수 있으며 공기양극의 교체시에 간단하게 분리할 수 있게 된다.
양극단자(80)는 몸체(10)의 측면을 감싸면서 일단과 타단이 공기양극(50)의 외면에 밀착된다. 이때, 양극단자(80)의 각 끝단은 공기양극(50)의 외면에 스팟용접으로 부착되는 것이 바람직하고, 양극단자(80)의 중앙부분은 나사결합으로 몸체(10)의 측면에 체결할 수도 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 몸체 11 : 수용부
13 : 전해질 유입구 14 : 전해질 배출구
15 : 삽입공 16 : 제1 밀폐링
17 : 제2 밀폐링 20 : 금속음극
30 : 뚜껑 31 : 단자안착홈
32 : 금속음극 고정홈
40 : 음극단자 50 : 공기양극
60 : 공기양극 지지체 61 : 관통공
70 : 지지체 고정부 71 : 돌출부
72 : 고정턱 73 : 회전체
74 : 걸림부 80 : 양극단자

Claims (7)

  1. 전면과 후면에는 공기양극 지지체(60)를 수용할 수 있도록 상부와 하부 사이의 개구된 수용부(11)가 형성되고, 상부에 금속음극(20)이 삽입되는 삽입공(15)이 형성된 몸체(10)와;
    몸체(10)의 내부로 삽입되도록 설치되는 금속음극(20)와;
    개구된 몸체(10)의 상부를 개폐되면서 금속음극(20)을 고정시키는 뚜껑(30)과;
    뚜껑(30)의 상부면에 위치하면서 금속음극(20)에 체결되는 음극단자(40)와;
    공기의 출입은 가능하지만 전해질은 밖으로 유출되지 않으며 몸체(10) 양측면의 수용부(11)에 밀착되는 공기양극(50)과;
    몸체(10)의 수용부(11)에 대응되는 크기를 갖으며 공기양극(50)의 외면을 지지하면서 공기양극(50)이 몸체(10)의 수용부(11)에 고정시키며 공기양극(50)의 외면이 외부에 노출되도록 관통공(61)이 형성된 공기양극 지지체(60)와;
    몸체의 측면에서 외부로 연장된 돌출부(71)와, 공기양극 지지체(50)의 후면 끝단에서 외부로 돌출된 고정턱(72)과, 일단이 돌출부(71)에 회전가능하게 체결되고 타단이 외측으로 연장된 회전체(73)와, 일단이 공기양극 지지체(50)의 고정턱(72)에 밀착되도록 'ㄱ'형상의 걸림턱이 형성되고 타단이 몸체의 측면으로 연장되어 회전체(73)에 회전가능하게 체결되는 걸림부(74)로 이루어진 지지체 고정부(70)와;
    몸체(10)의 측면을 감싸면서 일단과 타단이 공기양극(50)의 외측면에 밀착되는 양극단자(80);를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리가 용이한 금속공기전지.
  2. 청구항 1에 있어서, 몸체(10)의 측면의 상단에는 전해질이 유입되는 전해질 유입구(13)가 형성되고, 하단에는 전해질이 배출되는 전해질 배출구(14)가 형성된 것을 특징으로 하는 분리가 용이한 금속공기전지.
  3. 청구항 1에 있어서, 몸체(10)의 상부면과 몸체(10)의 수용부(11)에는 전해질이 외부로 배출되는 것을 방지하는 제1,2 밀폐링(18,19)이 위치하는 것을 특징으로 하는 분리가 용이한 금속공기전지.
  4. 청구항 1에 있어서, 뚜껑(30)의 상부에 음극단자(40)가 위치하는 단자안착홈(31)이 형성되고, 뚜껑의 하부에는 금속음극(20)이 삽입되는 금속음극 고정홈(32)이 형성된 것을 특징으로 하는 분리가 용이한 금속공기전지.
  5. 청구항 1에 있어서, 몸체(10)의 상부의 삽입공의 외측면에는 고정홈이 형성되고, 뚜껑(30)의 하부면에는 몸체(10)의 고정홈에 삽입되는 고정돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 분리가 용이한 금속공기전지.
  6. 청구항 1에 있어서, 음극단자(40)는 'ㄴ'형상의 가로판과 세로판으로 이루어지는 뚜껑(30)의 단자안착홈(31)에 위치하며, 나사결합으로 뚜껑(30), 음극단자(40) 및 금속음극(20)이 일체형으로 결합되는 것을 특징으로 하는 분리가 용이한 금속공기전지.
  7. 청구항 1에 있어서, 양극단자(70)의 각 끝단은 공기양극(50)의 외면에 스팟용접으로 부착되고, 양극단자(70)의 중앙부분은 나사결합으로 몸체(10)의 측면에 체결되는 것을 특징으로 하는 자석을 이용한 금속공기전지.
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