KR950002959B1 - 합성 이온-전도성 전해질 부재 - Google Patents

합성 이온-전도성 전해질 부재 Download PDF

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알. 히글리 린
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휴우즈 에어크라프트 캄파니
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Abstract

내용 없음.

Description

합성 이온-전도성 전해질 부재
도면은 본 발명의 특징을 구현하는 합성 전해질 부재를 개략적으로 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 전해질 부재 12 : 제2층
14 : 제1층 16, 18, 22 : 주요 표면
20 : 애노드 24 : 캐소드
본 발명은 일반적으로 전기화학전지에 관한 것으로, 더욱 상세히 말하자면 고온에서 동작하는 전지에 특히 유용한 고체 이온-전도성 전해질 부재를 구비한 예를 들어 Na/S 또는 Na/MCl2전지등의 전기화학전지에 관한 것이다.
고체 이온-전도성 전해질 부재를 전기화학전지에 이용하는 것은 널리 공지되어 있다. 특히, Na/S(나트륨-황) 및 Na/MCl2(나트륨-금속 염화물)과 같은 고온 전지에 전형적으로 이용되는 고체 전해질 부재는 다우앤드 아르곤 내쇼날 랩스(Dow and Argonne National Labs)에 의해 개발되어 ANL 유리로 일반적으로 알려진 베타형 알루미나, 또는 이온 전도 유리로 구성된다. 이러한 물질들로 구성된 전해질 부재는 일부의 응용분야에서는 적절하게 작동하지만, 그 밖의 다른 응용시에는 전해질 부재가 이용된 전지의 성능, 내구성, 수명 및 신뢰성을 과도하게 제한하는 결점을 갖고 있다.
특히, 베타형 알루미나 및 ANL 유리는 상당히 높은 전기 저항을 가지며, 이 전기 저항은 당연히 물질두께 증가의 함수로서 증가한다. 전지의 전체 성능은 내부 전지 저항이 증가함에 의해 좋지 못한 영향을 받기 때문에, 전지에 이용되는 베타형 알루미나 또는 ANL 유리 전해질 부재의 두께를 최소화하는 것이 매우 바람직하다. 그러나, 한편으로 실제적인 전지응용시에 고체 전해질 부재는 내부적으로 발생된 부하, 예를들어 전지의 열 및 충전/방전 순환 사이클에 의해 야기된 형태의 부하와 외부적으로 발생된 부하, 예를 들어 기계적 충격과 진동, 및 외부 토오크 부하에 기인하는 상당한 장기간의 기계 및 열부하 조건에 견딜 수 있도록 구조적으로 충분히 강해야 한다. 물론, 고체 전해질 부재의 구조적 강도는 전해질 부재의 두께의 함수로서 증가하므로, 전해질 부재의 구조적 강도를 증가시키기 위하여 전해질 부재의 두께를 증가시키는 것이 바람직하다. 그러므로, 이러한 서로 상층되는 요소들, 즉 최소 전기 저항 대 최대 구조적 강도때문에, 한편으로는 전지의 특정 에너지 및 전력 밀도를, 다른 한편으로는 전지의 내구성, 수명, 및 신뢰도를 고려하여 절충하여야 한다.
소정의 응용, 예를 들어 우주선 응용시에 이러한 단점들은 악화되고 특히 심해진다. 이러한 응용에 있어서는 전지는 예를 들어 10년 이상의 장기적인 사용 기간에 걸쳐 성능이 감소되지 않고 유지되어야 하는데, 전지가 배치되는 우주선의 각각의 주축들에는 예를 들어 30g, 하프 사인(half sine), 8밀리초 정도의 기계적 충격과 또 30,000 충전/방전 사이클까지를 포함하는 10년 이상의 서비스 기간동안 100℃/분의 온도 구배로 25。-600℃사이에서 반복되는 온도 조건등의 다소 격심한 기계적 및 열 부하 조건하에서 유지되어야 한다.
상술된 베타형 알루미나 또는 ANL 유리 이외의 다른 유리의 다양한 변형으로 구성된 고체 전해질 부재가 예를 들어 루드위그(Ludwing)에게 허여된 미합중국 특허 제3,966,492호등에 기재되어 있지만, 변형되지 않은 베타(또는 베타") 알루미나와 ANL 유리가 현재 시판중인 Na/S 및 Na/MCl계 전지용 고체 전해질 구성에 거의 독점적으로 사용되는 물질이기 때문에, 이들은 넓게 보급되거나 광범위하게 응용되지 못했다.
궁극적으로, 전해질 부재의 전기적 또는 구조적 특성을 과도하게 손상시키지 않고 현재 시판중인 고체 이온-전도성 전해질 부재보다 전기 저항이 작고 구조적 강도가 큰 고체 이온-전도성 전해질 부재가 필요해 진다. 본 발명은 이러한 필요성을 충족시키고 있다.
본 발명은 함께 접합된 제1층과 제2층으로 구성된 고체 합성 이온-전도성 전해질 부재를 포함하는데, 제1층은 유리 및/또는 다결정 세라믹, 예를 들어 ANL 유리 또는 베타형 알루미나와 같은 이온-전도성물질로 구성되고, 제2층은 전기 전도성인 물질로 구성되며 전해질 부재가 사용되는 전기화학전지의 애노드내부에 구비된 화학 반응물에 매우 저항력이 크다. 제2층을 구성하는 물질은 바람직하게는 전해질 부재의 주요 부하 지지 구성 요소로서 작용하도록 구조적으로 충분히 강하다. 또한, 제2층을 구성하는 물질은 바람직하게는 제1층을 구성하는 이온-전도성 물질의 열팽창 계수(CTE)의 최소한 약 25% 이내, 가장 바람직하게는 약 5%-10% 이내인 열팽창 계수에 의해 특징지워진다. 제2층 물질은 적절하게는 상술된 필요특성을 갖고 있는 소정의 전기 전도성 세라믹 또는 금속 물질, 예를 들어 알루미늄 실리콘 카아바이드, 흑연, 도프된 산화 주석등, 또는 이러한 물질들의 소정의 합성물, 화합물 또는 조성물일 수 있다. 가장 바람직하게, 제2층 물질은 티타늄 산화물계 바람직하게는 이산화티타늄(TiO2) 및 이와 관련된 아산화물(TiNO2N-1) (여기에서, N은 4이상 10이하의 범위에서 선택된 임의의 수이다)로 구성되는 그룹으로부터 선택된다. 현재 생각할 수 있는 본 발명의 최적의 실시예에 있어서, 제1층은 베타" 알루미나로 구성되고 제2층은 루틸(rutile)로 구성되는데, 이것은 이러한 2가지 물질들의 열팽창 계수 사이의 거의 완벽한 CTE 정합의 이점을 완벽히 활용하기 위해서이다. 제1층 및 제2층은 다음 방법들 중 소정의 한 방법에 의해 바람직하게 서로 밀접하게 접합된다.
(1) 전기 영동 증착법(electrophoretic deposition process);
(2) 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition process);
(3) 플라즈마 분사 증착법(plasma spraying deposition process);
(4) 열 분해 증착법(pyrolitic deposition process);
(5) 유리 프릿 접합법(glass frit bonding process) 또는
(6) 압축 및 소결법(pressing and sintering process).
본 발명의 합성 전해질 부재는 전기화학전지, 특히 Na/S 및 Na/MCl2전지와 같은 고온 전기화학전지, 예를 들어 관형 또는 평면형의 전지에 사용하기에 적합하다. 전해질 부재의 제1층은 음극 반응물, 예를 들어 용융 황/나트륨 다황화물과 접촉하고, 제2층은 전지의 양극 반응물과 접촉한다. 제1층은 바람직하게는제2층보다 상당히 얇다. 제2층은 바람직하게는 양극 반응물의 규정된 최대 유동보다 크지 않고 최소한 규정된 최소유동을 가능하게 하여 제2층을 통하여 제1층으로 유동할 수 있도록 충분히 기공성이고, 규정된 최소 유동은 전지의 규정된 방전속도를 촉진하도록 선택되며 규정된 최대 유동은 제1층이 고장난 경우에 심각한 손상으로부터 전지를 보호하기 위해 선택된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하겠다.
본 발명은 새로운 구조의 고체 이온-전도성 전해질 부재에 관한 것으로서, 현재로서는 Na/S 전지에 특히 유용하다고 생각되지만 본 발명이 특정 형태의 전지에 한정되는 것은 아님이 명백히 이해되어야 하며, 예를 들어 본 발명은 고온 전기화학전지, 예를 들어 Na/MCl2전지등의 다른 형태의 전지에서 특별히 이용될 수도 있다.
도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예를 구성하는 고체 이온-전도성 전해질 부재(10)이 도시되어있다. 광의의 본 발명에 있어서, 전해질 부재(10)은 전해질 부재(10)이 이용되는 전기화학전지(도시되지 않음)의 양극 반응물의 양이온에 관련하여 선택적으로 이온적으로 전도성이고, 전지의 음극 반응물내에 저장될 수 있는 그밖의 다른 이온들에 관련하여 이온적으로 비전도성이거나 불투과성인 물질로 구성된 제1층(14), 및 전지의 양극 반응물에 대한 저항력이 높고, 바람직하게는 전해질 부재(10)의주요 부하 지지 구성요소로써 제2층이 작용할 수 있도록 충분한 구조적 강도를 가지는 전기 전도성 물질로 구성된 접합된 제2층(12)를 포함한다. 또한, 제2층(12)를 구성하는 물질은 바람직하게는 제1층(14)를 구성하는 이온-전도성 물질의 열 팽창 계수(CTE)의 최소한 약 25%이내, 가장 바람직하게는 약 5%-10% 이내(이상적으로 0%)인 열 팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 한다. 이와 관련하여, 제2층(12)를 구성하는 물질은 적절하게는 상술된 필요조건 및 선호되는 특성을 갖고 있는 소정의 전기 전도성 세라믹 또는 금속 물질, 예를 들어 알루미늄 실리콘 카아바이드, 도프된 산화 주석, 흑연 등, 또는 이 물질들의 합성물, 화합물, 혼합물, 및/또는 조성물일 수 있다. 바람직하게, 제2층(12)를 구성하는 물질은 헤이필드(Hayfield)에게 허여된 미합중국 특허 제4,422,917호에 기재되어 있는 티타늄 산화물계, 예를 들어 TiO물질로 구성되는 그룹으로부터 선택된다. "티타늄 산화물계"라는 용어는 적절하게 도프된 TiO 물질, 예를 들어 탄탈(tantalum) 또는 니오브(niobium)가 도프된 TiO 물질로서, 예를 들어 루드위그(Ludwing)에게 허여된 미합중국 특허 제3,985,575호에 기재되어 있는 물질을 포함하는 의미로 사용된 것이다. 가장 바람직하게, 제2층(12)는 이산화티타늄(TiO2) 또는 이와 관련된 아산화물(TiNO2N-1), (여기에서, N은 4이상 10이하의 범위의 임의의 정수일 수 있다)로 구성된다.
제1층(14)용으로 선택된 특정 물질은 본 명세서에 기재된 광의의 본 발명의 개념을 제한하지 않는다. 예를 들어, 선튼(Thornton)에게 허여된 미합중국 특허 제4,135,040호 및 이미 언급한 미합중국 특허 제3,966,492호에 기재되어 있는 소정의 유리(즉, ANL 유리) 및/또는 다결정성 물질(즉, 베타형 알루미나)는 편리하게 이용될 수 있다. Na/S 전지와 같은 고온(예를 들어, 350℃) 전기화학전지에 특히 필요한 제1층(14)고와 제2층(12) 사이의 견고하고 밀접한 접합을 달성하기 위하여, 제2층(12)를 구성하는 물질은 바람직하게는 적절한 피복법의 실행에 의해 제1층(14)를 구성하는 이온-전도성 물질이 제2층(12)를 구성하는 물질내로 관통할 수 있도록 충분한 기공성(예를 들어, 20%-60% 기공도)를 갖는다. 적절한 피복법은 화학증착법(CVD), 전기 영동 중착법(EPD), 플라즈마 분사법, 열 분해 증착법, 유리 프릿 접합법, 및 제자리 압축 및 소결법을 포함한다. 일반적으로, 제1층(14)를 제조하기 위하여 선택된 이온-전도성 물질이 베타형 알루미나와 같은 세라믹(상대 유리) 물질인 경우, 이 물질은 바람직하게 제2층(12)상에 증착되고, 이 제2층은 CVD, EDP, 또는 플라즈마 분사법에 있어서 미리 형성된 기판으로서 작용한다. 선택적으로, 제2층(12)를 구성하는 물질은 제1층(14)상에 상기 방법들 중 한 방법으로 증착될 수 있으며, 이 제1층은 일반적으로 증착 공정이 완료된 후에 이들로부터 분리될 수 있는 배면층(도시되지 않음)으로 지지되어 미리형성된 양호한 기판으로서 작용한다. ANL 유리가 제1층(14)용 이온-전도성 물질로서 이용되면, 이 물질은 바람직하게는 열 분해 증착법에 의해 제2층(12)의 주요 표면(18)상에 증착되고, 예를 들어 ANL 유리는 제2층(12)의 주요 표면(18)상에 피복되어 소성될 수 있다.
제1층의 2가지 실시예 모두(즉, 유리 또는 세라믹)에 있어서, 물방울 무늬의 그리드 또는 열 분해 유리프시 클리트의 매트릭스 또는 비이드(도시되지 않음)가 제1층(14)와 제2층(12)의 접촉면의 한쪽 또는 양쪽에 증착되며 제1층(l4)와 제2층(12)가 함께 압착되고, 제1층(14) 및 제2층(12)는 유리 프릿 접합법에의해 견고하게 서로 접합되거나 결합될 수 있다. 물론, 유리가 경화될 때, 집합이 달성된다. 바람직하게, 유리 비이드는 약 50% 미만의 표면 적용 범위를 보장하기에 충분한 양만큼 서로 떨어져 있지만, 이것은 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 물론, 유리 프릿은 제1층(14) 및 제2층(12) 모두와 직접 접촉하기 때문에, 유리 프릿은 이 층들을 구성하는 물질의 CTE의 최소한 야 25% 이내의 CTE를 갖고 있는 유리 조성물로 구성되어야 한다. 적절한 유리는 미합중국 특허 제4,347,295호, 제4,29l,107호, 및 제4,341,849호에 기재되어 있다. 전해질 부재(l0)온 제1층(l4) 및 제2층(12)를 구성하는 물질의 분말형 조성제를 압축한 다음 조성물을 형성하기 위해 제자리에 소결시킴으로써 제조될 수 있다,
현재 생각되어지는 본 발명의 최상의 실시예에 있어서, 2개의 접합층들 사이에 거의 완벽한 CTE 정합을 달성하기 위해, 제1층(14)는 베타" 알루미나로 구성되고 제2층(l2)는 산학 티타늄으로 구성되므로, 장기간 동안 국도의 열 조건하에서도 전해질 부재(1O)의 박리(delamination) 가능성을 최소화한다. 본 명세서에 기재된 대부분의 설명이 본 발명의 그밖의 다른 양호한 실시예와 선택적인 실시예에 동일하게 적용될 수있지만, 본 명세서의 나머지 대부분은 본 발명의 최상의 실시예에 근거를 두겠다,
도면에서 알 수 있는 바와 같이, 이산화 티타늄으로 구성된 제2층(12)는 전기화학전지(도시되지 않음), 예를 들어 Na/S 전지내에서 전해질 부재(10)이 이용될 때에 전지의 애노드(20), 예를 들어 용융 나트륨과 접촉하는 주 표면(16)을 갖고 있다. 또한, 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 베다" 알루미나로 구성된 이온전도성 제1층(14)는 전기화학전지(도시되지 않음), 예를 들어 Na/S 전지내에서 전해질 부재(10)의 이용시에 전지의 캐소드(24), 예를 들어 용융 황/나트륨 다황화물과 접촉하는 외부 주 표면(22)를 갖고 있다. 전기화학전지, 예를 들어 Na/S 전지의 구조 및 동작의 원리 및 여기에 사용된 고체 이온-전도성 전해질의 기능에 대해서는 본 분야에 널리 공지되어 있으므로 더 이상 기술하지 않겠다. 예를 들어, Na/S 전지의 구조 및 동작을 포괄적으로 이해하기 위해서는 Advan. Chem. Ser. No.140,216(1975)호에 기재된 마르코스(Marcoux) 및 수(Soo)의 "나트륨-황 배터리", 1985년 뉴욕에 소재하는 채프만 앤드 홀(Chapman and Hal1)사에 의해 출판된 제이. 엘. 서드워스(J. L. Sudworth) 및 에이. 알. 틸리(A. R. Tilley)의 "나트륨-황 배터리", 노이스 메이터 코포레이숀(Noyes Data Corporation)사에 의해 1980년 출판된 로버트 더블유.그라함(Robert W, Graham)의 "재층전 가능 배터리의 1977년 이레외 진보"(Library of Congress Catalog Card Number : 80-13152(ISBN : 0-8155-0802-6) 등의 문헌들을 참조하면 된다.
본 발명의 상술된 합성 전해질 부재(l0)은 현재 시판중인 전해질 부재보다 상당한 이점을 제공한다. 특히, 이산화 티타늄이 두께가 비교적 전기저항에 의한 제한을 받지 않으므로 베타" 알루미나보다 구조적 완전성이 크도록 만들어질 수 있으므로, 본 발명의 전해질 부재(10)은 내부 전지 저항을 포함하지 않고 구조적으로 부하 지지물이 되도록 제조될 수 있다. 더욱이, 루틸은 베타" 알루미나보다 전기 저항이 상당히 작기 때문에, 본 발명의 전해질 부재(10)의 전체 전기 저항율은 현재 시판중인 전해질 부재의 저항율보다 상당히 낮게 제조될 수 있다. 그러므로, Na/S 전지와 같은 전기화학전지의 고체 전해질의 전기 저항이 전체내부 전기 저항의 상당한 부분(예를 들어, 60%)을 점유하기 때문에, 본 발명의 고체 전해질(10)은 이러한 전지의 전체 성능면에서 대단히 긍정적인 영향을 미칠 수 있으며, 예를 들어 이러한 전지의 전력 밀도 및 최대 전력 능력을 20-25% 증가시킬 수 있다. 더욱이, 본 발명의 고체 전해질(10)에 의해 제공되는 보다커진 전체 구조 강도는 Na/S 전지등과 같이 현재 시판중인 전기화학전지 고장의 주요 원인이 되는 전해질의 기계적 고장으로 인한 전지의 고장 또는 받아들일 수 없는 정도의 성능 강하의 확률을 많이 감소시킨다. 또한, 본 발명의 전해질 부재(10)을 사용한 전지의 탁월한 구조적 완전성은 전지에 사용된 전해질 부재의 신뢰성, 내구성, 및 수명의 부족으로 인하여 인해 시판중인 전지로는 실행할 수 없는 다수의 응용, 예를 들어 우주선 응용에 상기 전지를 사용할 수 있도록 한다.
현재 생각할 수 있는 본 발명의 실시예에 있어서, 이온-전도성 제1층(14)는 바람직하게는 제2층(12)에 비해 얇은데, 그 이유는 상술된 바와 같이 전체 내부 전지 저항 및 따라서 전해질 부재가 사용되는 전지의 성능을 상당히 조절하는 전해질 부재(10)의 전기저항이 전해질 부재(10)의 제1층(14)를 구성하는 세라믹 또는 유리 이온-전도성 물질, 예를 들어 베타형 알루미나 또는 ANL 유리의 두께의 함수로서 바람직하지못하게 증가하기 때문이다. 더욱 바람직하게, 제1층(14)는 제2층(12)브다 훨씬 얇은데, 그 이유는 최적한전지 성능(즉, 최소 내부 전지 저항)은 가능한 한 얇은 제1층(14)를 형성함으로써 달성되기 때문이다. 이러한 목적은 제2층(12)가 본 발명의 전해질 부재(10)의 주요 부하 지지 구성 요소로서 작용하기 때문에 본 발명에 의해 가능해진다. 그러나, 고체 전해질 부재(10) 및 이것외 구성 요소[즉, 제1층(14) 및 제2층(12)]의 특정한 치수, 형태, 크기, 및/또는 구조는 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 오히려, 본 분야에 숙련된 기술자들이라면 용이하게 실시할 수 있는 바와 같이, 이러한 물리적 파라미터들은 전지 자체의 구조및 형태뿐만 아니라 전해질 부재(10)이 사용되는 전지의 성능 필요 조건 및 특정한 응용에 따라 변화할 수 있다.
예를 들어, 전해질 부재(10)이 평판 또는 평면 전지, 예를 들어 기브슨(Gibson) 등에게 허여된 미합중국 특허 제3,783,024호 및 믹커(Mikkor)에게 허여된 미합중국 특허 제4,226,923호, 및 선카(Sernka)와 테나카(Taenaka)에 의해 "평면 나트륨-황 축전지"란 명칭으로 1990년 4월 20일 출원되어 현재 계류중인 미합중국 특허 출원 제0/506,748호에 기재되어 있는 평면 Na/s 전지같은 평면 또는 평면 전지에 이용되는 경우, 전해질 부재(10)의 전체적 구조는 일반적으로 평면이다. 이와 마찬가지로, 전해질 부재(10)이 본 발명에 참조 문헌으로 사용되고 담로우(Damrow) 등에게 허여된 미합중국 특허 제4,460,662호 또는 소정의 다수 특허 목록표 1에 기재되어 있는 Na/S 전지 형태와 같은 종래의 일반적인 원통형 전지에 이용된 경우, 전해질 부재(10)의 구조는 일반적으로 고리형이거나 관형이다.
부수적으로, 루틸은 용이하게 기계적으로 가공될 수 있고 형성될 수 있는 물질이기 때문에, 층(14)에 접합된 제2층(12)의 주요 표면(18)[및, 필요한 경우, 주요 표면(16)]은 편리하게 조직화(textured)되거나 형태화되어 캐소드(24)와 접촉하는 전해질 부재(10)의 실제 표면적을 증가시킬 수 있는데, 이는 제1층(14)의 윤곽선은 기판(12)의 주요 표면(l8)의 윤곽선과 일치하기 매문이다. 이러한 방식에 있어서, 본 분야에 공지되어 있는 바와 같이, 전체 전지 성능을 개량된다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 제2층(12)의 주표면(18)과 제2층(12)에 접합된 제1층(l4)의 주 표면(22,23)은 적절하게 이랑 형태 또는 주름 형태로 될 수 있다. 그러나, 도면에 도시되어 있는 특정 형태가 아닌 다수의 형태 조직 또는 윤곽, 예를 들어 본 발명에 참조 문헌으로 사용되고 선튼(Thornton)에게 허여된 미합중국 특허 제4,135,040호에 나타나 있고 기재되어 있는 소정의 형태가 선택적으로 이용될 수 있다
본 명세서에 기재뇐 광의의 본 발명의 개념을 제한하는 것은 아니지만, 전해질 부재(10)이 Na/S 전지(도시되지 않음)에 사용되는 경우, 제2층(12)는, 전해질 부재(10)의 제1층(14)의 고장시에 전지내의 제어되지 않은 전기화학 반응물의 발생으로 인하여, 예를 들어 전지로부터 용융 나트륨 또는 용융 황/나트륨 다황화물이 누설에 의해 전지가 불안전하게 되게 하는 성질의 Na/S 전지의 심각한 손상(즉, 파괴 또는 파열)을 방지하도록 이온-전도성 제1층(14)의 기계적 고장(예를 들어, 층(14)의 균열, 파괴, 또는 분열)의 경우에 용융 나트륨의 과도한 흐름을 방지하는 동시에 Na/S 전지의 규정되고 요구된 방전 속도를 촉진하기 위해 애노드(20)을 구성하는 용융 나트륨이 제2층(12)를 통하여 이온-전도성 제1층(l4)로 충분히 유동할 수 있는 기공도(예를 들어, 약 5-20미크론의 기공 크기를 갖는 20%-60％ 기공도)를 갖고 있다. 그러므로, 본 발명의 고체 전해질 부재(10)의 특정 구조는 고체 전해질 부재가 사용된 전지의 주된 안전용 메카니즘을 구성한다. 최적한 특정 기공 크기 및 기공도 비율은 제2층(12)에 사용된 특정 물질에 따라 변할 수 있으므로, 본 발명의 광의의 실시 상태를 제한하는 것은 아니다.
전기화학 배터리에 숙련된 기술자들은 본 명세서에서 제공된 정보에 의해 소정의 주어진 전지 구성 및 응용에 척절한 특정한 크기, 기공도, 및 물질을 용이하게 결정할 수 있을 것이다. 지금까지, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 기본 개념은 본 분야에 숙련된 기술자들에 의해 본발명의 의의 및 범위내에서 여러가지로 변형할 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구 범위에 따라 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 전기화학전지에 있어서, 양극 반응물을 구비하는 애노드, 음극 반응물을 구비하는 캐소드, 및 합성이온 전도성 전해질 부재를 포함하며, 상기 합성 이온 전도성 전해질 부재는 이온 전도성 물질로 구성된 제1층, 및 전지의 양극 반응물에 대한 저항력이 높은 전기 전도성 물질로 구성되고 양극 반응물이 상기 제1층에 접촉하기 위해 유동할 수 있도록 충분히 기공성이고 상기 제l층에 접합된 제2층을 포함하며, 상기 제1층이 전지의 캐소드와 접촉 배치되고 상기 제2층이 전지의 애노드와 접촉 배치되는 것을 특징으로 하는 전기화학전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2층을 구성하는 물질이, 상기 제2층이 전해질 부재의 주요 부하 지지 구성 요소로서 작용할 수 있도록 층분한 구조적 강도를 가지는 것을 특징으로 하는 전기화학전지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2층을 구성하는 물질의 열팽창계수가 상기 제1층을 구성하는 이욘-전도성 물질의 열팽창 계수의 25% 이내인 것을 특징으로 하는 전기화학전지.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제2층을 구성하는 상기 물질의 열팽창 계수가 상기 제1층을 구성하는 상기이온-전도성 물질의 열팽창 계수의 최소한 약 10% 이내인 것을 특징으로 하는 전기화학전지,
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2층을 구성하는 믈질이 세라믹인 것을 특징으로 하는 전기화학전지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1층을 구성하는 이온-전도성 물질이 베타형 알루미나 및 ANL 유리로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기화학전지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2층이 전기 영동 증착법(electrophoretic deposition process)에 의해 상기 제1층에 밀접하게 접합되는 것을 특징으로 하는 전기화학전지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1층을구성하는 상기 이온--전도성 물질이 유리 및 다결정 세라믹으로 구성되는 그릅으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기화학전지.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2층이 화학 기상 증착법(Chemical vapor deposition porcess)에 의해 상기 제1층에 밀접하게 접합되는 것을 특징으로 하는 전기화학전지.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2층이 접착 유리 프릿 접합법(adhesive glass frit bonding process)에 의해 상기 제1층에 견고하게 접합되는 것을 특징으로 하는 전기화학전지.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2층을 구성하는 상기 물질이 티타늄 산화물계로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기화학전지.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제2층을 구성하는 상기 물질이 TiO2및 TiNO2N-1(N은 4이상10이하의 범위에서 선택되는 임의의 수)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기화학전지.
  13. 제3항에 있어서, 상기 제2층을 구성하는 상기 물질이 세라믹, 금속 및 이러한 룰질들의 합성물, 화합물, 혼합물 및 조성물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기화학전지.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제2층을 구성하는 물질이 이산화 티타늄을 포함하고, 상기 제1층을 구성하는 물질이 베타형 암루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학전지.
  15. 제1항에 있이서, 상기 제2층이 플라즈마 분사법(plasma-spraying process)에 의해 상기 제1층에 밀접하게 접합되는 것을 특징으로 하는 전기화학전지.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제2층이 열 분해 증착법(pyrolitic deposition process)에 의해 상기 제l층에 밀접하게 접합되는 것을 특징으로 하는 전기화학전지
  17. 제2항에 있어서, 상기 제1층이 상기 제2층보다 얇은 것을 특징으로 하는 전기화학전지.
  18. 제2항에 있어서, 상기 캐소드와 접촉 배치되는 상기 제1층의 주요 표면이 텍스쳐(texture)된 것을 특징으로 하는 전기화학전지.
  19. 제1항에 있어서, 상기 제1층과 제2층의 접촉하는 주 표면 및 상기 캐소드와 접촉하는 상기 제1층의 주 표면이 텍스쳐된 것을 특징으로 하는 전기화학전지.
  20. 제1항에 있어서, 상기 양극 반옹물이 용융되고, 상기 양극 반응물이 제2층을 통하여 제1층으로 규정된 최소 유동 이상, 규정된 최대 유동 이하로 유동할 수 있도록 상기 제2층이 충분히 기공성이며, 상기 규정된 최소 유동은 상기 전지의 규정된 방전 속도를 촉진시키도록 선택되고, 상기 규정된 최대 유동은 상기 제1층이 고장난 경우에 심각한 손상으로부터 전지를 보호하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 전기화학전지.
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