KR20230116321A - 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조 - Google Patents

나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조 Download PDF

Info

Publication number
KR20230116321A
KR20230116321A KR1020220013101A KR20220013101A KR20230116321A KR 20230116321 A KR20230116321 A KR 20230116321A KR 1020220013101 A KR1020220013101 A KR 1020220013101A KR 20220013101 A KR20220013101 A KR 20220013101A KR 20230116321 A KR20230116321 A KR 20230116321A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sodium solution
waterway
battery
solution battery
sodium
Prior art date
Application number
KR1020220013101A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102615283B1 (ko
Inventor
이재규
최중인
Original Assignee
재단법인차세대융합기술연구원
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 재단법인차세대융합기술연구원 filed Critical 재단법인차세대융합기술연구원
Priority to KR1020220013101A priority Critical patent/KR102615283B1/ko
Publication of KR20230116321A publication Critical patent/KR20230116321A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102615283B1 publication Critical patent/KR102615283B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/70—Arrangements for stirring or circulating the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4214—Arrangements for moving electrodes or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/253—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders adapted for specific cells, e.g. electrochemical cells operating at high temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy 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)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Filling, Topping-Up Batteries (AREA)

Abstract

본 발명은 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조에 관한 것이다. 보다 자세하게는 나트륨용액전지 셀, 수로구조체 그리고 커버를 하나의 나트륨용액전지 스택으로 하고, 나트륨용액전지 스택이 서로 연결될 수 있도록 모듈화하며, 이렇게 모듈화된 나트륨용액전지에 양극재로 사용되는 나트륨 용액이 투입되면 투입된 나트륨 용액이 폐루프 모듈구조에 의하여 계속 순환되도록 한 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조에 관한 것이다.

Description

나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조{CLOSED-LOOP MODULE STRUCTURE OF SECONDARY BATTERY USING SODIUM SOLUTION}
본 발명은 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조에 관한 것이다. 보다 자세하게는 나트륨용액전지 셀, 수로구조체 그리고 커버를 하나의 나트륨용액전지 스택으로 하고, 나트륨용액전지 스택이 서로 연결될 수 있도록 모듈화하며, 이렇게 모듈화된 나트륨용액전지에 양극재로 사용되는 나트륨 용액이 투입되면 투입된 나트륨 용액이 폐루프 모듈구조에 의하여 계속 순환되도록 한 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조에 관한 것이다.
해수전지는 해수를 양극으로 사용하여 충방전이 가능한 이차전지이다.
해수전지는 양극재인 해수만 있으면 언제 어디서든 전기를 충방전 시킬 수 있고, 무한한 자원이라고 불려지는 해수를 자원으로 활용하기에 친환경 에너지 저장장치로도 불려지고 있다.
이러한 해수전지는 현재 셀(Cell)형태의 소형의 전지로 활용되고 있는데 예를 들어 바닷물에 자주 접촉되는 구명조끼, 부표 등에 셀 형태의 해수전지가 장착되어 구명조끼의 위치를 추적하는 GPS에 전기를 제공하기 위한 용도, 부표에 구비된 LED가 디스플레이 될 수 있도록 전기를 제공하는 용도 등으로 활용되고 있다.
하지만, 이러한 해수전지는 해수전지 전체가 바닷물에 잠긴 채 사용되기 때문에 해조류 부착, 미생물, 불순물 접촉 등의 문제점이 발생하여 해수전지의 수명이 단축되는 문제가 있으며, 뿐만 아니라 현재 개발된 해수전지는 소량의 전기만 충전 또는 생산할 수 있고 중/대규모의 전기 에너지를 저장 및 생산하기에는 용량이 매우 부족하다는 문제점도 안고 있다.
이에 따라, 해수전지를 바닷물에 담가 해수를 보충 또는 공급하는 방법 이외의 해수가 아닌 또 다른 양극재 활용 방법과 소량의 전기만 충전 또는 생산하는 해수전지를 중/대규모의 전기에너지 저장장치로 활용할 수 있는 구조 또는 방법의 필요성이 제고되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 나트륨용액전지 셀, 수로구조체 그리고 커버를 하나의 나트륨용액전지 스택으로 하고, 사용자가 원하는 전력을 얻을 수 있도록 상기 나트륨용액전지 스택을 연결하여 모듈화 시킬 수 있는 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 나트륨용액전지 셀을 바닷물에 담그지 않아도 나트륨 이온을 보충할 수 있고, 나트륨용액전지 셀을 외부로 노출시키지 않는 폐루프 방식으로 전기를 충방전 시킬 수 있는 나트륨용액전지를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 사용자가 저장탱크에 나트륨 용액을 투입하면, 투입된 나트륨 용액이 저장탱크 내에 배치된 펌프에 의하여 제 1 나트륨용액전지 스택의 용액출입구로 이동 되고, 제 1 나트륨용액전지 스택의 수로가이드에 나트륨 용액으로 가득 차게 되면, 나트륨 용액이 제 1 나트륨용액전지 스택 옆에 배치된 제 2 나트륨용액전지 스택의 용액출입구로 이동되며, 마지막 나트륨용액전지 스택의 수로가이드에 나트륨 용액으로 가득 차게 되면, 나트륨 용액이 다시 저장탱크에 저장되고, 저장된 나트륨 용액이 펌프에 의하여 다시 제 1 나트륨용액전지 스택의 용액출입구로 이동되면서 나트륨 용액이 순환되는 방식을 구현해 내는 데에 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 수로구조체 내부의 수로가이드가 지그재그 형태로 마련되어, 수로구조체 내부에 수용된 나트륨 용액이 여러 방향으로 흐를 수 있도록 유도하여 수로구조체 내부가 마치 바다환경과 같은 환경이 조성될 수 있도록 하는 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 수로가이드의 말단 양쪽을 관통하는 기둥인 수로지지대를 구비시킴으로써 수로가이드 내부를 흐르는 해수에 의하여 수로가이드 형상이 변형될 수 있는 것을 방지해주는 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 수로지지대 외면에 와류를 생성시켜주는 와류생성부재를 구비시킴으로써 나트륨 용액가 잘 섞여 전기화학반응이 잘 이루어질 수 있도록 유도하는 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조를 제공함에 그 목적이 있다.
한편, 본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 폐루프 모듈구조의 나트륨용액 전지는 적어도 둘 이상의 나트륨용액전지 스택들이 결합된 폐루프 모듈구조의 나트륨용액전지에 있어서, 상기 나트륨용액전지 스택은 양 전극을 포함하고 나트륨 용액을 양극재로 하여 전기를 충전 또는 방전하는 면(面)형의 나트륨용액전지 셀, 상기 나트륨용액전지 셀의 적어도 일면과 접하고, 나트륨 용액을 수용하며, 내부에 수로가 형성된 수로구조체 및 상기 나트륨용액전지 셀 및 수로구조체를 덮는 커버를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 나트륨용액전지 스택은 상기 수로구조체가 중심에 배치되고, 상기 수로구조체의 양 면에 각각 나트륨용액전지 셀이 배치되며, 상기 나트륨용액전지 셀이 상기 커버에 내입되고, 상기 수로구조체와 상기 커버는 연결부재에 의하여 결합된 형태를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 수로구조체 내부에 형성된 수로는 지그재그 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 수로구조체는 수로가이드들을 지지하기 위한 것으로서, 상기 수로가이드들을 관통하는 수로지지대, 상기 수로지지대의 외표면에 돌출 형성된 와류생성부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수로구조체의 테두리 상단부 및 테두리 하단부에는 나트륨 용액이 유입 및 배출되는 용액출입구가 배치되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 폐루프 모듈구조의 나트륨용액전지는 나트륨 용액을 저장하는 저장탱크, 상기 저장탱크 및 상기 나트륨용액전지 스택과 연결되어 나트륨 용액을 이동가능하게 하는 호스, 상기 저장된 나트륨 용액에 압력을 가하여, 상기 나트륨 용액이 상기 수로구조체의 테두리 하단부에 위치한 용액출입구로 유입시키는 펌프를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 본 발명은 나트륨용액전지 셀, 수로구조체 그리고 커버를 하나의 나트륨용액전지 스택으로 하고, 사용자가 원하는 전력을 얻을 수 있도록 상기 나트륨용액전지 스택을 연결될 수 있도록 함으로써, 본 발명의 나트륨용액전지가 가정용, 공업용 그리고 유틸리티 용으로 활용될 수 있으며, 중/대용량의 ESS(에너지 저장시스템)으로 활용될 수 있도록 하는 등 활용도를 높이는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 나트륨용액전지 셀을 바닷물에 담그지 않아도 나트륨 용액을 보충할 수 있고, 나트륨용액전지 셀을 외부로 노출시키지 않는 폐루프 방식을 채택함으로써, 나트륨용액전지 셀에 해조류, 미생물, 먼지 등의 접촉을 사전에 방지하여 나트륨용액전지 셀의 수명을 늘릴 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 나트륨용액전지 셀을 바닷물에 담그지 않아도 나트륨 용액를 보충할 수 있도록 함으로 써, 기온변화에 의하여 바닷물의 농도가 변화하여 나트륨용액전지의 성능을 저하시킬 수 있는 문제점을 해소할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 수로구조체 내부의 수로가이드가 지그재그 형태로 마련되어, 수로구조체 내부에 수용된 나트륨 용액이 여러 방향으로 흐를 수 있도록 유도함으로써, 나트륨 용액이 나트륨용액전지 셀에 용이하게 공급되도록 하고, 수로구조체 내에 수용된 나트륨 용액가 잘 섞이도록 하는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조의 나트륨용액전지 모듈과 나트륨용액전지 스택의 모식도를 나타낸 도면이다.
도 2는 나트륨용액전지의 작동원리를 개념적으로 설명한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 나트륨용액전지 셀의 기초가 되는 선행기술을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조의 나트륨용액전지 스택을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도5는 본 발명의 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조의 수로구조체를 나타낸 도면이다.
도6은 본 발명의 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조의 수로구조체의 일부를 확대한 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조의 나트륨 용액 순환 방식을 개념적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "포함한다 (Comprises)" 및/또는 "포함하는 (Comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
나트륨용액전지는 나트륨 용액을 양극재로 사용하여 충전 또는 방전이 가능하도록 설계된 이차전지이다.
도 1을 참고하면, 본 발명은 이러한 나트륨용액전지를 셀(Cell)형태로 구현하고, 셀 형태의 나트륨용액전지(110)와 수로구조체(120) 그리고 이를 감싸는 커버(130)가 하나의 나트륨용액전지 스택(Stack: 100)으로 구성되도록 하며, 이렇게 구성된 복수의 나트륨용액전지 스택(100)들을 적층하여 폐루프 구조로 모듈화시켜 나트륨용액전지 모듈(200)이 형성되도록 하고, 이러한 나트륨용액전지 모듈(200)을 다양한 중/대규모 에너지 저장장치로 활용될 수 있도록 설계한 발명이다.
참고로, 여기서 말하는 ‘셀’이란 물질의 화학적, 물리적 반응을 이용하여 방출된 에너지를 전기 에너지로 변환하는 소형의 장치를 뜻하며 태양전지의 ‘셀’을 생각하면 이해하기 쉬울 것이다. 본 발명은 이러한 소형의 셀의 크기를 확장시키거나 형상을 변환시켜 다양한 중/대규모 에너지 저장장치로 활용될 수 있도록 한다.
이러한 ‘셀 형태의 나트륨용액전지(이하, 나트륨용액전지 셀(110)이라 약칭함)’와 폐루프 모듈 구조를 설명하기 앞서, 나트륨용액전지의 작동원리에 대하여 간략히 살펴보도록 한다.
[나트륨용액전지의 작동원리]
도2는 나트륨용액전지의 작동원리를 설명하기 위하여 평상 시의 나트륨용액전지의 모습, 나트륨용액전지가 충전되었을 때(Charging)와 방전되었을 때(Discharging) 모습을 개념적으로 나타낸 도면이다.
먼저, 도1을 참고하여 평상 시의 나트륨용액전지(a)를 살펴보면, 나트륨용액전지는 양극집전체, 고체전해질, 유기전해질, 음극 물질을 포함하며, 나트륨용액전지의 양극재로 사용되는 나트륨용액 투입시켜 상기 양극집전체 주변에 수용되도록 한다.
여기서, 고체전해질은 세라믹 소재의 ‘나시콘(NASICON)’으로서, 상기 양극집전체 주변에 수용된 나트륨 용액이 무분별하게 유기전해질과 음극물질로 이동되는 것을 방지하도록 분리막 형태로 마련된다.
이러한 고체전해질은 나트륨용액전지가 전기에너지를 받았을 때에 나트륨 이온만 선택적으로 이동시킨다. 다시 말해, 나트륨 용액이 전기에너지를 받게 되면 전기화학 반응이 발생하게 되고, 이러한 전기화학 반응에 의하여 나트륨 용액의 포함된 이온들이 이동하게 되며, 고체전해질은 나트륨 용액의 포함된 이온들 중 나트륨 이온만 선택적으로 통과시킨다.
유기전해질은 고체전해질을 통해 선택적으로 이동된 나트륨 이온이 음극 물질로 도달할 수 있도록 유도하는 전해질이다. 구체적으로, 양이온(+)인 나트륨 이온은 음극을 띠는 물질로 이동하려는 성질을 가지고 있으며, 유기 전해질은 이러한 성질을 지닌 나트륨 이온을 음극 물질로 이동시키는 역할을 수행한다.
음극 물질은 용어 그대로 음극을 띠는 물질로서, 유기전해질을 통해 이동된 나트륨 이온들이 축적되는 곳이며, 이렇게 음극 물질에 나트륨 이온들이 축적되면서 나트륨용액전지가 충전된다(b).
이렇게 전기에너지가 충전된 나트륨용액전지 즉, 음극물질에 나트륨 이온이 축적된 나트륨용액전지는 작동기기가 연결되면 방전된다(C). 구체적으로, 전기에너지가 충전된 나트륨용액전지에 작동기기가 연결되면, 음극 물질에 저장된 전자가 연결된 도선을 타고 양극집전체로 이동됨과 동시에 음극 물질에 저장된 나트륨 이온이 고체전해질을 통과하여 다시금 나트륨 용액과 양극집전체로 이동되면서 전기가 만들어지면서 방전된다.
[나트륨 용액]
본 발명의 나트륨용액전지는 양극재로서 해수를 포함한 나트륨 용액이 활용된다. 다시 말해, 나트륨용액전지는 양극재로서 바닷물뿐만 아니라 나트륨용액전지를 통하여 전기를 충전하고 방전시킬 수 있는 나트륨 이온이 포함된 소금물이 활용될 수 있다는 것이다.
본 발명이 나트륨용액전지에 사용되는 양극재로 해수뿐만 아니라 소금물도 활용 가능하게 설계한 이유는 나트륨용액전지의 활용성을 높이기 위함이다. 예를 들어, 나트륨용액전지의 사용이 상용화되어 자동차에도 활용될 수 있는데, 가령 자동차 운전 중 나트륨용액전지의 양극재인 해수가 고갈되어 갑자기 자동차의 시동이 꺼졌을 때에 운전자는 양극재인 해수를 사전에 구비해두고 있지 않는 한 나트륨용액전지 내에 해수를 보충할 수 없으며, 주변에 바다가 없는 한 손쉽게 해수를 구하기에는 어려움이 있을 것이다. 하지만, 나트륨용액전지의 양극재로서 소금물이 활용될 수 있도록 하면, 소금물은 해수에 비해 비교적 구하기 쉽고, 이후에 물에 나트륨 이온이 포함된 가루(예: 소금 또는 나트륨용액전지의 양극재로 활용될 수 있는 일정한 성분을 지니는 가루)를 타 나트륨 용액(소금물)을 제조하는 방법이 개발되어 활용될 수도 있기에, 나트륨용액전지에 사용되는 양극재를 해수로 사용하는 것보다 일정한 품질과 농도를 지닌 소금물을 사용하면 가정, 상공업, 유틸리티용으로도 활용될 수 있다는 것이다.
한편, 나트륨용액전지에 사용되는 양극재를 해수뿐만 아니라 소금물도 활용할 수 있도록 설계한 또 다른 이유는 나트륨용액전지를 바닷물에 담가 사용하는 방법의 문제점을 해소시키기 위함이다. 나트륨용액전지를 바닷물에 담가 사용하는 방법의 문제점은 해조류가 나트륨용액전지에 달라붙는 것에 기인한 문제, 그리고 기온 변화에 따른 해수의 농도가 변화하는 것에 기인한 문제들일 수 있는데, 이러한 문제점을 해소하고자 나트륨용액전지의 양극재로 해수뿐만 아니라 나트륨 용액이 활용될 수 있다.
이상, 나트륨용액전지의 작동원리에 대하여 간략히 살펴보았다.
다음으로, 본 발명에 따른 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조에 사용되는 나트륨용액전지 셀(110)에 대하여 자세히 살펴보도록 한다.
[나트륨용액전지 셀(110)]
본 발명의 나트륨용액전지 셀(110)은 도 3과 같은 모양의 ‘이차전지용 양극 및 이차전지’를 모듈로서 사용될 수 있도록 일부 변형한 것이다. 도 3은 이러한 나트륨용액전지 셀(110)의 모습을 개념적으로 나타낸 것인데, 도 3을 참고하면, 나트륨용액전지 셀(110)은 기존의 상용화되어 있던 동전 형상 나트륨용액전지의 한계를 극복하기 위하여 나트륨 용액과 집전체 또는 전극과의 접촉 면적을 넓히고자 설계된 사각형상의 나트륨용액전지일 수 있다.
나트륨용액전지 셀(110)은 양극 전극(111)과 음극 전극(112)을 포함하고, 앞서 한번 설명한 유기전해질(미도시)과 고체전해질(미도시)이 내부에 구비되어 있으며, 나트륨용액전지 셀(110)은 이러한 구성요소를 통하여 전기를 충전하고 방전할 수 있다. 구체적으로, 나트륨용액전지 셀(110)은 둘레를 따라 형성된 용액출입구(123: 도 4 참고)를 통해 나트륨 용액이 공급되고 나트륨 용액이 공급된 상태에서 외부로부터 전기에너지를 받게 되면, 나트륨 용액에 포함된 나트륨 이온이 고체전해질을 통과하게 되고 고체전해질을 통과한 나트륨 이온은 유기전해질을 통해 음극 전극(112)에 축적되어 전기가 충전되고, 전기가 충전된 나트륨용액전지 셀(110)에 작동되는 기기를 연결하면 음극 전극(112)에 저장된 전자가 양극 전극(111)으로 이동됨과 동시에 음극 전극(112)에 축적된 나트륨 이온이 고체전해질을 통과하여 다시금 나트륨 용액과 양극 전극(111)으로 이동되면서 전기가 생산되고 방전된다.
이렇듯 나트륨용액전지 셀(110)은 기존의 나트륨용액전지들과 유사한 작동원리를 가지며, 나트륨용액전지 셀(110)과 양극재인 나트륨 용액만 있으면 언제든지 전기를 충전하고 이용할 수 있다.
이상, 본 발명의 나트륨용액전지 셀(110)에 대하여 자세히 살펴보았다.
다음으로, 본 발명의 폐루프 모듈 구조를 이용한 나트륨용액전지의 폐루프 모듈 구조를 이루는 기본 단위인 나트륨용액전지 스택에 대하여 살펴보도록 한다.
[나트륨용액전지 스택]
도 4는 본 발명의 폐루프 모듈 구조를 이용한 나트륨용액전지의 폐루프 모듈 구조를 이루는 기본 단위인 나트륨용액전지 스택(100)의 구성을 개념적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 나트륨용액전지 스택(100)은 나트륨용액전지 셀(110), 수로구조체(120) 및 커버(130)로 구성되며, 보다 구체적으로 나트륨용액전지 스택(100)은 수로구조체(120)를 중심으로 하여 수로구조체(120) 양면에 두 개의 나트륨용액전지 셀(110)이 배치되고, 이러한 배치 상태에서 양 끝에 두 개의 커버(130)가 배치된 구성을 말한다.
이러한 구성을 지닌 나트륨용액전지 스택(100)은 각 구성요소들이 적층(積層)되어 결합되면서 하나의 나트륨용액전지 스택(100)으로 사용되며, 나트륨용액전지 스택(100)의 구성요소들이 적층될 때에 나트륨용액전지 셀(100)은 수로구조체(120)와 커버(130) 사이에 내입된다. 참고로, 나트륨용액전지 스택(100)의 구성요소들이 결합될 때에 나트륨용액전지 셀(100)이 수로구조체(120)와 커버(130) 사이에 내입되는 이유는 나트륨용액전지 셀(100)이 충전과 방전될 때에 공기, 이물질 등이 침투되는 것을 방지하여 나트륨용액전지 셀(100)이 제대로 작동될 수 있게 하기 위함이며, 동시에 나트륨용액전지 셀(100)의 수명 단축을 방지하기 위함이다.
나트륨용액전지 스택(100)의 배치와 구성은 상기 언급한 것으로 한정되지 않으며 배치 순서가 변경되거나 나트륨용액전지 스택(100)을 구성하는 구성요소들이 추가 또는 제외될 수 있다. 예를 들면, 하나의 나트륨용액전지 스택(100)에 공급되는 나트륨 용액의 양을 늘리기 위해 양쪽 끝 커버(13)와 나트륨용액전지 셀(110) 사이에 수로구조체(120)가 하나씩 추가로 배치될 수 있다. 다시 말해, 커버(130)-수로구조체(120)-나트륨용액전지 셀(110)-수로구조체(120)-나트륨용액전지 셀(110)-수로구조체(120)-커버(130)가 하나의 나트륨용액전지 스택(100)으로 구성될 수 있다. 또한, 하나의 나트륨용액전지 스택(100)이 충전 또는 방전되는 전기의 양을 늘리기 위해 나트륨용액전지 셀(110)이 추가로 구성될 수도 있다. 다시 말해, 양 끝의 커버(130)와 중심의 수로구조체(120) 사이에 나트륨용액전지 셀(110)이 하나씩 추가로 배치되어, 기존의 두 개였던 나트륨용액전지 셀(110)이 4개로 배치될 수 있다는 것이다.
이상, 나트륨용액전지 스택(100)의 구성과 구성요소들의 배치에 대하여 살펴보았다.
다음으로, 나트륨용액전지 스택(100)의 각 구성요소들에 대하여 살펴보도록 하며, 나트륨용액전지 셀(110)에 대한 설명은 앞서 한번 설명하였기에 중복 설명을 방지하고자 생략하도록 한다.
[수로구조체(120)]
도 5는 본 발명의 수로구조체(120), 및 이에 포함된 구성요소들을 나타낸 도면이다.
수로구조체(120)는 수로구조체 테두리(121), 연결부재(122), 용액출입구(123), 수로가이드(124), 수로지지대(125), 와류생성부(126), 배수구(127) 및 솔레노이드 밸브(128)를 포함한다.
수로구조체 테두리(121)는 커버 테두리(131: 도 4 참고)와 형상이 동일하나 사용목적에 일부 차이가 있다. 구체적으로, 수로구조체 테두리(121)와 커버 테두리(131)에는 나트륨용액전지 스택(100)으로 결합되었을 때에 각각의 연결부재(122,132)를 통하여 연결되어 나트륨용액전지 스택(100)으로 결합될 수 있도록 각각의 연결부재(122,132)의 배치 위치나 테두리(121,131)의 두께, 길이 등이 동일하게 형성될 수 있다. 하지만, 수로구조체 테두리(121)는 수로구조체(120)가 나트륨용액전지 스택(100)으로 결합되었을 때에 수로구조체(120) 내의 구성요소인 수로가이드(124)와 수로지지대(125)가 외부로 노출되지 않도록 막아주는 목적으로 사용되는 반면, 커버 테두리(131)는 나트륨용액전지 스택(100)으로 결합되었을 때에 나트륨용액전지 셀(110)을 내입시키고 나트륨용액전지 셀(110)이 외부로 노출되지 않도록 막아주는 목적으로 사용된다는 것에서 차이가 있다.
연결부재(122)는 수로구조체 테두리(121) 곳곳에 소정의 간격을 두고 적어도 하나 이상 배치된 부재이다. 이러한 연결부재(122)는 하나의 나트륨용액전지 스택(100)을 연결하여 결합시키는 것에 사용되며, 나트륨용액전지 스택(100)들 사이를 연결할 때에 사용될 수도 있다. 이러한 사용 예에 따라 후술할 나트륨용액전지 모듈(200)이 만들어질 수 있는 것이다.
연결부재(122)는 도 5와 같이 연결부재(122)가 일부 관통되어 홀(122a)이 형성되고, 상기 홀(122a)에 특수 제작된 연결로드(미도시)를 통과시켜 각각의 연결부재(122,132)를 연결하는 방식으로 활용될 수 있다.
한편, 연결부재(122)는 암컷연결부재(미도시)와 수컷연결부재(미도시)로 나누어져 서로가 대응되어 결합되는 방식으로 활용될 수도 있다. 구체적으로, 수로구조체(120)의 연결부재(122)와 커버(130)의 연결부재(132) 중 하나는 도 5와 같이 일부가 관통되어 암컷연결부재로 설계될 수 있으며, 나머지 하나는 상기 암컷연결부재에 체결될 수 있도록 대응되는 형상을 지닌 수컷연결부재로 설계되어 각각의 연결부재(122,132)를 연결하는 방식으로 활용될 수 있다.
도 5를 참고할 때, 용액출입구(123)는 저장탱크(300: 도 7 참고)와 펌프(310: 도 7 참고)에 의하여 나트륨 용액이 공급되면 공급된 나트륨 용액이 수로구조체(120)내부로 유입될 수 있도록 마련된 홀(Hole)이다.
용액출입구(123)는 수로구조체 테두리(121)의 상단부, 하단부 각각 하나씩 마련될 수 있으며, 수로구조체 테두리(121) 하단부에 위치한 용액출입구(123)로 나트륨 용액이 먼저 유입되도록, 그리고 수로구조체 테두리(121) 상단부에 위치한 용액출입구(123)를 통해 나트륨 용액이 다른 수로구조체(120)로 배출될 수 있도록 출구역할을 수행한다. 이러한 용액출입구(123)를 통한 나트륨 용액의 유입 또는 배출 방식의 순환 방식은 도 7의 나트륨용액전지 모듈(10)의 나트륨 용액 순환 방식을 설명할 때에 보다 자세히 살펴보도록 한다.
한편, 용액출입구(123)가 수로구조체(120)의 상단부 및 하단부 각각에 배치된 이유는 수로구조체(120)의 하단부를 통해서만 나트륨 용액이 공급되도록 하고 수로구조체(120)의 상단부를 통해서만 다음 스택으로 나트륨 용액이 이동되도록 함으로써 거품의 발생을 최소화 하기 위함이다. 구체적으로, 나트륨 용액이 이동할 때에 거품이 발생하면 나트륨 용액의 전기화학반응을 방해할 수 있고, 거품이 나트륨용액전지 셀(110)에 달라붙어 나트륨용액전지 셀(110)의 수명을 단축시킬 수 있다. 이러한 거품은 나트륨 용액이 이동할 때에 무언가와 부딪히면 발생하게 되며, 특히, 나트륨 용액이 위에서 아래로 이동하게 되면 중력의 힘까지 더해져 더 많은 거품이 발생하게 된다. 이에 따라 본 발명은 나트륨용액전지 스택(100)에 나트륨 용액을 공급시킬 때에 수로구조체(120)의 하단부를 통해서만 나트륨 용액이 공급되도록 하여 아래에서 위로 차오를 수 있도록 하며, 나트륨 용액을 다음 나트륨용액전지 스택(100)으로 이동시킬 때에는 수로구조체(120)의 상단부에서 배출되어 호스(400: 도 7 참고)를 통하여 위에서 아래로 이동시켜 거품 없이 나트륨 용액이 순환되도록 하는 것이다.
수로는 용액출입구(123)로부터 수로구조체(120) 내에 유입된 나트륨 용액이 이동되는 통로이며, 이러한 수로는 수로가이드(124)의 구조를 따라 형성될 수 있다. 수로가이드(124)는 수로구조체(120) 내부로 유입된 나트륨 용액으로 하여금 바다 환경과 같이 활용하기 위하여 특수한 구조를 가진다. 여기서 특수한 구조는 도 5에서 살펴볼 수 있는 지그재그(ZigZag)구조 일 수 있다. 수로의 구조, 더 정확하게는 수로가이드(124)의 배치에 의해 형성되는 수로의 구조가 지그재그와 같은 구조를 가지면 단순히 수로구조체(120)에 나트륨 용액이 차올라 한 방향으로 상승되거나 하강되는 것과 달리 지그재그 즉, 나트륨 용액이 수로구조체(120) 내부에 마치 여러 방향으로 흐르도록 하여 나트륨 용액이 흐르는 바다환경과 같은 환경이 조성될 수 있다.
참고로, 수로가이드(124)의 구조는 도 5와 같이 지그재그(ZigZag) 구조일수도 있지만 이에 한정되지 않으며, 수로구조체(120) 내부에 수용된 나트륨 용액이 여러 방향으로 흐를 수 있도록 하는 구조라면 어떠한 것이든 수로가이드(124)의 구조로 활용할 수 있다. 또한, 수로가이드(124)는 나트륨용액전지 셀(110)과의 접촉면을 넓게 위하여 수로가이드(124) 사이의 경계를 최대한 얇게(1mm 내지 2mm)하여 설계될 수 있다.
한편, 수로가이드(124)를 통하여 나트륨 용액이 이동하다 보면 수로가이드(124)가 나트륨 용액의 수압을 못 이기고 형상이 변형되거나 수로가이드(124)의 구조가 훼손될 수 있다. 이러한 수로가이드(124)의 형상변형 또는 훼손을 방지하기 위해 수로구조체(120) 내부에는 수로가이드(124)를 지지해주는 수로지지대(125)가 추가로 구비될 수 있다.
도 5 내지 6을 참고하면, 수로지지대(125)는 수로가이드(124)의 좌우 말단 부분에 관통된 기둥형상의 지지대이다.
수로지지대(125) 역시 수로가이드(124)와 마찬가지로 수로구조체 내부에서 나트륨 용액이 흐르는 것을 방해하지 않도록 얇은 두께(1mm 내지 2mm)로 설계될 수 있으며, 또한 그 형상이 유선형으로 설계될 수 있다.
한편, 나트륨용액전지 셀(110)이 전기를 충전하거나 생산하려면 나트륨 용액의 나트륨이온의 공급이 원활히 이루어져야 하며, 나트륨이온의 공급이 원활이 이루어지지 않는다면 나트륨용액전지 셀(110)의 성능이 확연히 떨어지게 된다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 수로지지대(125) 외표면에 와류생성부(126)를 돌출 형성시켜 나트륨 용액의 흐름 경로를 일시적으로 변경시키고 와류(Vortex)가 생성되도록 할 수 있다. 이로써 나트륨 용액에 포함된 나트륨이온의 이동성을 향상시켜 나트륨이온이 나트륨용액전지 셀(110)에 원활하게 공급될 수 있도록 한다.
이러한 와류생성부(126)는 도 6에 도시된 바와 같이 뿔형상으로 설계될 수 있으며, 수로가이드(124)를 따라 한 방향으로 흐르던 나트륨 용액이 뿔형상의 와류생성부(126)에 의해 적어도 두 갈래로 나뉘어 흐를 수 있게 유도될 수 있다. 또한 갈래로 나뉘어 흐르던 나트륨 용액은 흐르는 방향에서 마주하는 수로가이드(124)와 다시 한번 부딪히게 되어 나선형의 흐름을 갖는 와류(Vortex)를 형성시킬 수 있다.
참고로, 와류생성부(126)의 형상은 앞서 언급한 뿔형상에 한정되지 않으며, 수로 가이드(124)를 통하여 한 방향으로 흐르던 나트륨 용액이 부딪혔을 때에 여러 갈래로 흐를 수 있도록 하는 한 다양한 형상으로 설계될 수 있다.
한편, 수로구조체(120)를 통하여 양극재인 나트륨 용액과 접촉되는 나트륨용액전지는 나트륨 용액과의 접촉이 길어질수록 나트륨용액전지의 수명이 단축될 수 있다. 이러한 이유로 오랜 시간 동안 나트륨용액전지를 사용하지 않을 때에는 수로구조체(120)에 수용된 나트륨 용액을 배출시키는 것이 바람직한데, 본 발명은 사용자가 나트륨용액전지를 사용하지 않을 때에 선택적으로 수로구조체(120)에 수용된 나트륨 용액을 배출시킬 수 있도록 배수구(127)와 솔레노이드 밸브(128)를 포함할 수 있다.
배수구(127)는 수로구조체 테두리(121) 하단부에 배치된 것으로, 수로구조체(120)에 수용된 나트륨 용액을 배출하기 위하여 마련된 홀(Hole)이다. 솔레노이드 밸브(128)는 배수구(127)와 체결된 밸브로서, 전류를 이용하여 나트륨 용액의 흐름을 제어할 수 있어 사용자가 선택적으로 수로구조체(120)내에 수용된 나트륨 용액을 배출 시킬 수 있도록 유도한다. 구체적으로, 솔레노이드 밸브(128)는 소정의 전류를 받아야만 밸브가 열리도록 설계되어 있고, 솔레노이드 밸브(128) 내부는 개스킷(Gasket)구조로 마련되어 밸브가 열리면 나트륨 용액을 한 방향으로만 흐르도록 한다. 이러한 솔레노이드 밸브(128) 구조와 원리를 활용하면, 사용자는 수로구조체(120) 내에 수용된 나트륨 용액을 배출 시키려고 할 때에 솔레노이드 밸브(128) 내에 전류가 흐르도록 함으로써 밸브를 열여 나트륨 용액이 배수구(127)를 통하여 수로구조체(120) 바깥쪽으로 배출시킬 수 있다. 또한 사용자가 나트륨용액전지를 이용하여 전기를 충방전 시키려고 할 때에 상기 솔레노이드 밸브(128)내 전류가 흐르지 않도록 차단함으로써 밸브가 닫히게 하여 나트륨 용액의 누수를 방지할 수 있으며, 이런 방식으로 사용자는 솔레노이드 밸브(128)를 활용하여 수로구조체(120)내에 수용된 나트륨 용액을 선택적으로 배출 시킬 수 있다.
[커버]
다시 도 4 를 참고하면, 커버(130)는 나트륨용액전지 스택(110)의 나머지 구성요소들을 덮어 보호하는 역할을 수행한다.
커버(130)는 커버 테두리(131) 및 연결부재(132)를 포함할 수 있으며, 상기 커버 테두리(131)와 연결부재(132)에 대한 설명은 앞서 수로구조체 테두리(121)와 연결부재(122)를 설명할 때에 같이 설명하였으므로 생략하도록 한다.
커버(130) 내부에는 나트륨용액전지 셀(110)이 내입될 수 있는 공간이 마련되어 있으나, 나트륨용액전지 셀(110)의 양극(111)과 음극(112)는 외부로 노출될 수 있도록 설계될 수 있다.
이상, 나트륨용액전지 스택(100)의 각 구성요소들에 대하여 살펴보았다.
다음으로, 복수의 나트륨용액전지 스택(100)이 모듈화된 나트륨용액전지 모듈(200)과 나트륨 용액이 나트륨용액전지 모듈(200) 내에서 폐루프로 순환되는 방식에 대하여 살펴보도록 한다.
[나트륨용액전지 모듈(200)]
다시 도 1을 참고하면, 나트륨용액전지 모듈(200)은 적어도 2개 이상의 나트륨용액전지 스택(100)이 면대면(面對面)으로 결합된 것을 말한다. 구체적으로 나트륨용액전지 모듈(200)은 각각의 나트륨용액전지 스택(100)에 구성된 수로구조체(120)와 커버(130)의 연결부재(122,132)가 서로를 연결하면서 형성된 것을 말한다.
이처럼, 복수의 나트륨용액전지 스택(100)을 결합하여 나트륨용액전지 모듈(200)로 만든 이유는, 하나의 나트륨용액전지 스택(100)이 충전 또는 생산해 낼 수 있는 약 6V내지7V급의 능력은 활용도가 떨어지기 때문에 이들을 직렬 결합시킴으로써 약 50V급의 전지를 구현해 내기 위함이다. 참고로, 도 1은 나트륨용액전지 스택(100) 7개(나트륨용액전지 셀(100) 14개)를 직렬로 연결한 모습을 나타낸 것이며 약 42V 내지 49V의 전기를 충전 또는 생산할 수 있다.
[폐루프 모듈 구조]
한편, 본 발명은 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조에 관한 것이며, 폐루프 모듈구조란, 나트륨용액전지 모듈(200)이 양극재인 나트륨 용액을 사용한 이후에 사용된 나트륨 용액이 다시 순환되어 돌아올 수 있도록 루프(Loop)형 구조로 설계된 것을 말한다. 여기서 폐루프 모듈구조의 ‘폐(閉)’는 종래의 나트륨용액전지를 통하여 전기를 충전 또는 생산하고자 상기 나트륨용액전지를 바닷물에 담가 양극재인 나트륨 용액을 보충해왔던 개방 방식과 달리, 본 발명의 폐루프 모듈구조는 나트륨 용액을 저장탱크(300: 도 7 참고)에 투입하여 나트륨용액전지 셀(110)이 외부로 노출되지 않은 상태에서 나트륨 용액을 보충 받을 수 있는 구조를 의미한다.
도 7은 이러한 폐루프 모듈 구조에서 나트륨 용액이 순환하는 방식을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 7을 참고하면, 나트륨용액전지 모듈(200) 하부에는 저장탱크(300)가 배치되어 있다. 나트륨용액전지 모듈(200)과 저장탱크(300)는 별도의 체결부재(미도시)에 의하여 결합되어 있을 수 있다.
저장탱크(300)는 용어 그대로 나트륨 용액을 저장하는 구성요소로서, 저장탱크(300)에 나트륨 용액이 투입되는 투입구(310)와 나트륨 용액이 호스(400)로 이동될 수 있도록 소정의 압력 발생시키는 펌프(320), 그리고 저장탱크(300) 내에 나트륨 용액의 수위를 측정하는 수위감지센서(미도시)를 포함할 수 있다. 참고로, 저장탱크(300)의 상단부 곳곳에는 나트륨 용액포집구(미도시)가 마련되어 나트륨용액전지 모듈(200)에서 누수 될 수 있는 나트륨 용액을 저장탱크(300) 내에 포집하는 용도로 활용될 수 있다.
한편, 호스(400)는 저장탱크(300) 내외부와 연결되어 있으며, 수로구조체(120)의 용액출입구(123)와도 연결되어 폐루프 모듈 구조에 의하여 나트륨 용액이 순환되도록 한다.
이러한 폐루프 모듈구조에 의한 나트륨 용액의 순환경로를 도 7을 참고하여 자세히 살펴보면, 먼저, 나트륨 용액이 저장탱크(300)의 투입구(310)에 투입된다(도 7-①).
나트륨 용액이 투입되면 저장탱크(300)에 나트륨 용액이 저장되고, 펌프(320)가 기 설정된 시간마다 소정의 압력을 발생시켜 나트륨 용액을 제 1 나트륨용액전지 스택(100)의 수로구조체(120) 하단부에 배치된 용액출입구(123)로 펌핑시킨다(도7-②).
펌프(320)가 소정의 압력을 발생시켜 나트륨 용액을 제1나트륨용액전지 스택(100)의 수로구조체(120)로 이동시킨 경우, 상기 제 1 나트륨용액전지 스택(100)의 수로구조체(120)가 나트륨 용액으로 가득 차게 되어 제 1 나트륨용액전지 스택(100)의 수로구조체(120) 상단부에 배치된 용액출입구(123)를 통해 나트륨 용액이 배출될 수 있다. 이렇게 배출된 나트륨 용액은 호스(400)를 통하여 제 1 나트륨용액전지 스택(100) 다음에 배치된 제 2 나트륨용액전지 스택(100)의 수로구조체(120) 하단부에 배치된 용액출입구(123)로 이동된다(도7-③).
이러한 방식으로, 마지막 나트륨용액전지 스택(100)의 수로구조체(120)까지 나트륨 용액으로 가득 차게 된다면, 마지막 나트륨용액전지 스택(100)의 수로구조체(120) 상단부에 배치된 용액출입구(123)가 나트륨 용액을 배출하게 되며, 배출된 나트륨 용액은 호스(400)를 통하여 다시 저장탱크(300)로 이동될 수 있다.
이렇게 다시 저장탱크(300)로 이동된 나트륨 용액은 펌프(310)에 의하여 다시 첫 번째 나트륨용액전지 스택(100)의 수로구조체(120)로 이동되면서 순환하게 된다(도7-④).
이상, 폐루트 모듈구조를 이용한 나트륨용액전지에 대한 실시 예를 모두 살펴보았다.
한편, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예 및 응용 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 구별되어 이해되어서는 안 될 것이다.
나트륨용액전지 스택(100) 커버(130)
나트륨용액전지 셀(110) 커버 테두리(131)
양극(111) 나트륨용액전지 모듈(200)
음극(112) 저장탱크(300)
수로구조체(120) 투입구(310)
수로구조체 테두리(121) 펌프(320)
연결부재(122,132) 호스(400)
용액출입구(123)
수로가이드(124)
수로지지대(125)
와류생성부(126)
배수구(127)
솔레노이드 밸브(128)
커버(130)

Claims (6)

  1. 나트륨용액전지에 있어서,
    상기 나트륨용액전지 스택은,
    양 전극을 포함하고 나트륨 용액을 양극재로 하여 전기를 충전 또는 방전하는 면(面)형의 나트륨용액전지 셀;
    상기 나트륨용액전지 셀의 적어도 일면과 접하고, 나트륨 용액을 수용하며, 내부에 수로가 형성된 수로구조체; 및
    상기 나트륨용액전지 셀 및 수로구조체를 덮는 커버;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    폐루프 모듈구조의 나트륨용액전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 나트륨용액전지 스택은,
    상기 수로구조체가 중심에 배치되고, 상기 수로구조체의 양 면에 각각 나트륨용액전지 셀이 배치되며, 상기 나트륨용액전지 셀이 상기 커버에 내입되고, 상기 수로구조체와 상기 커버는 연결부재에 의하여 결합된 형태를 가지는 것을 특징으로 하는,
    폐루프 모듈구조의 나트륨용액전지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수로구조체 내부에 형성된 수로는,
    지그재그 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
    폐루프 모듈구조의 나트륨용액전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 수로구조체는,
    수로가이드들을 지지하기 위한 것으로서, 상기 수로가이드들을 관통하는 수로지지대; 및
    상기 수로지지대의 외표면에 돌출 형성된 와류생성부재;
    를 포함하는,
    폐루프 모듈구조의 나트륨용액전지.
  5. 상기 수로구조체의 테두리 상단부 및 테두리 하단부에는,
    나트륨 용액이 유입 및 배출되는 용액출입구가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는,
    폐루프 모듈구조의 나트륨용액전지.
  6. 제 5항에 있어서,
    나트륨 용액을 저장하는 저장탱크;
    상기 저장탱크 및 상기 나트륨용액전지 스택과 연결되어 나트륨 용액을 이동가능하게 하는 호스; 및
    상기 저장된 나트륨 용액에 압력을 가하여, 상기 나트륨 용액이 상기 수로구조체의 테두리 하단부에 위치한 용액출입구로 유입시키는 펌프;
    를 포함하는,
    폐루프 모듈구조의 나트륨용액전지.

KR1020220013101A 2022-01-28 2022-01-28 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조 KR102615283B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220013101A KR102615283B1 (ko) 2022-01-28 2022-01-28 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220013101A KR102615283B1 (ko) 2022-01-28 2022-01-28 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230116321A true KR20230116321A (ko) 2023-08-04
KR102615283B1 KR102615283B1 (ko) 2023-12-19

Family

ID=87568651

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220013101A KR102615283B1 (ko) 2022-01-28 2022-01-28 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102615283B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007157724A (ja) * 2005-12-08 2007-06-21 Hoko Koka Daigakko 固体酸化物燃料電池モジュール、及びこれを利用した燃料電池並びにその製作方法
KR100933856B1 (ko) * 2007-08-20 2009-12-24 삼성에스디아이 주식회사 연료전지 시스템
JP2017216153A (ja) * 2016-05-31 2017-12-07 古河電池株式会社 注液型電池システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007157724A (ja) * 2005-12-08 2007-06-21 Hoko Koka Daigakko 固体酸化物燃料電池モジュール、及びこれを利用した燃料電池並びにその製作方法
KR100933856B1 (ko) * 2007-08-20 2009-12-24 삼성에스디아이 주식회사 연료전지 시스템
JP2017216153A (ja) * 2016-05-31 2017-12-07 古河電池株式会社 注液型電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
KR102615283B1 (ko) 2023-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5487955A (en) Cooled zinc-oxygen battery
US10886552B2 (en) Electrochemical system for storing electricity in metals
US7547487B1 (en) Multi-cell battery assembly
EP2617087B1 (en) Electrochemical cell system with a progressive oxygen evolving electrode / fuel electrode
US20200411932A1 (en) Device architectures for metal-air batteries
ES2751106T3 (es) Cátodo de oxidante gaseoso sumergible para sistema de célula electroquímica
KR101327777B1 (ko) 배터리 모듈
KR20230116321A (ko) 나트륨 용액을 이용한 이차전지의 폐루프 모듈 구조
KR100918309B1 (ko) 안정한 구조의 직접 메탄올 연료전지용 물 조절기 시스템
CN109103478A (zh) 一种氧化还原液流电池一体化端框板
KR20200041121A (ko) 레독스 흐름전지
TW201911623A (zh) 電池框、電池組及氧化還原液流電池
KR102216144B1 (ko) 레독스 흐름전지
RU2344517C1 (ru) Первичный гальванический элемент
CN209880770U (zh) 金属空气电池系统及车辆
JP2019029106A (ja) セルフレーム、セルスタック、およびレドックスフロー電池
KR20160079965A (ko) 금속 공기 배터리용 스택 세척장치
KR200423897Y1 (ko) 등 부표용 축전지
KR200469828Y1 (ko) 등부표용 축전지
CN217823012U (zh) 一种具有溶解机构的电池壳体、电池及大容量电池
CN110828855B (zh) 柔性自供氧可充电锌空气电池组模块
KR102673209B1 (ko) 배터리 시스템 및 이를 포함하는 작업기계
WO2009009172A2 (en) Biological battery or fuel cell utilizing mitochondria
CN1182615C (zh) 非循环电解液锌溴电池
JPS58166652A (ja) 燃料電池の電解液補給装置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant