WO2020175852A2 - 수소 생산을 위한 이차 전지 - Google Patents

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WO2020175852A2
WO2020175852A2 PCT/KR2020/002494 KR2020002494W WO2020175852A2 WO 2020175852 A2 WO2020175852 A2 WO 2020175852A2 KR 2020002494 W KR2020002494 W KR 2020002494W WO 2020175852 A2 WO2020175852 A2 WO 2020175852A2
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이진호
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Abstract

본 발명은 충방전 과정을 통해 전기를 생산함과 동시에 수소를 생산하기 위한 이차 전지에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 유기 전해질에 함침되는 애노드(anode)를 포함하는 음극부; 나트륨 함유 용액에 함침되는 캐소드(cathode)를 포함하는 양극부; 및 상기 양극부와 상기 음극부 사이에 위치하여 상기 양극부와 상기 음극부를 분리하는 고체 전해질;을 포함하고, 방전 전류를 조절함에 따라, 방전 반응을 통해 상기 양극부에서 수소가 생성될 수 있다.

Description

2020/175852 1»（：1/10公020/002494 명세서
발명의명칭:수소생산을위한이차전지 기술분야
[I] 본발명은이차전지에관한것으로,더욱상세하게는충방전과정을통해 전기를생산함과동시에수소를생산하기위한이차전지에관한것이다.
四
배경기술
[3] 청정신에너지기술개발로수소연료가각광받고있으며 ,이에따라여러가지 수소저장시스템에개발되고있다.
[4] 수소저장기술중하나는금속또는그화합물이수소와반응하여금속
수소화물을형성하는고체상태의저장방식이다.그러나,이러한금속 수소화물은상대적으로낮은중량수소밀도,제한된탈수소화속도,낮은 가역효율및수소방출에필요한고온으로인해효과적인수소저장시스템으로 간주될수없다.
[5] 또다른수소저장기술중하나는유기/무기화학수소화물을이용한수소 운동및저장방식이다.다만,유기/무기화학수소화물의가역성은상당히 낮으며 ,액체유기수소운반체는토양유기물에유해하므로환경에약영향을 미칠수있다.
[6] 또한,수소생성기술로알칼리금속과물의화학반응을이용하는방식이 있으나,이는비가역성의문제가있다.여기서,비가역성은수소생산을위해 알칼리금속을재사용할수없음을의미한다.또한,알칼리금속기반의수소 생성기술은의경우,알칼리금속이대기및습기와접촉할대쉽게금속산화물 및수산화물을형성하여보관및사용에특별한시설및보호가필요로하는 문제점이 있다.
[7]
발명의상세한설명
기술적과제
[8] 본발명은전술한문제점을해결하기위하여창출된것으로,충방전과정을 통해전기를생산함과동시에수소를생산하기위한이차전지를제공하는것을 그목적으로한다.
[9] 또한,본발명은고전류의방전전류로방전과정을진행함으로써,전기생산과 동시에수소를생산할수있는이차전지를제공하는것을그목적으로한다.
[1이 또한,본발명은음극부의애노드로므£32애노드를사용하여충전전압을
낮춤으로써,태양광충전을통한자가충전시스템을구현하는이차전지를 제공하는것을그목적으로한다.
[I I] 본발명의목적들은이상에서언급한목적들로제한되지않으며,언급되지 2020/175852 1»（：1^1{2020/002494 않은또다른목적들은아래의 기재로부터 명확하게 이해될수있을것이다.
[12]
과제해결수단
[13] 상기한목적들을달성하기위하여,본발명의 일실시예에따른이차전지는 유기 전해질에함침되는애노드（ 0此）를포함하는음극부;나트륨함유용액에 함침되는캐소드（대出0此）를포함하는양극부;및상기 양극부와상기 음극부 사이에 위치하여상기 양극부와상기 음극부를분리하는고체전해질;을 포함하고,방전전류를조절함에 따라,방전반응을통해상기 양극부에서 수소가생성될수있다.
[14] 실시예에서 ,상기방전전류의크기는, 0.05111쇼/0112내지 2^/0112일수있다.
[15] 실시예에서,상기 양극부는,상기 방전과정을통해생성된수소가배출되는 배줄부;를포함할수있다.
[16] 실시예에서,상기 양극부는,상기 양극부내부에불활성기체를주입하기위한 유입부;를포함할수있다.
[17] 실시예에서,상기나트륨함유용액은,해수 &\¥ 버를포함할수있다.
[18] 실시예에서 ,상기 애노드는,나트륨애노드및므£32애노드중적어도하나를 포함할수있다.
[19] 실시예에서,상기 이차전지는나트륨함유용액에함침되는다른캐소드를 포함하는다른양극부;를더포함할수있다.
[2이 실시예에서 ,상기 캐소드는,상기 이차전지의방전반응에서사용되고,상기 다른캐소드는,태양전지를통한상기 이차전지의충전반응에서사용될수 있다.
[21] 실시예에서，상기 양극부는,리튬함유용액에 함침되는상기 캐소드를포함할 수있다.
[22]
[23] 상기한목적들을달성하기위한구체적인사항들은첨부된도면과함께
상세하게후술될실시예들을참조하면명확해질것이다.
[24] 그러나,본발명은이하에서 개시되는실시예들에 한정되는것이아니라,서로 다른다양한형태로구성될수있으며 ,본발명의 개시가완전하도록하고본 발명이속하는기술분야에서통상의지식을가진자（이하, "통상의
기술자”）에게발명의범주를완전하게알려주기 위해서제공되는것이다.
[25]
발명의효과
[26] 본발명의 일실시예에 의하면,양극전해액으로
Figure imgf000004_0001
용하고 고전류의 방전전류로방전과정을진행함으로써,전기 생산과동시에수소를 생산할수있고,해수를냉각제로사용하여수소생산시 발생하는고온을 제어하고열적위험을최소화할수있다. 2020/175852 1»（：1^1{2020/002494
[27] 본발명의효과들은상술된효과들로제한되지않으며，본발명의기술적
특징들에의하여기대되는잠정적인효과들은아래의기재로부터명확하게 이해될수있을것이다.
[28]
도면의간단한설명
[29] 도 1은본발명의일실시예에따른이차전지의기능적구성을도시한
도면이다.
[3이
Figure imgf000005_0001
다양한종류의애노드를사용한
경우의수소생성량그래프를도시한도면이다.
[31] 도 는본발명의일실시예에따른양극전해액으로해수를사용한경우의 이차전지의성능그래프를도시한도면이다.
[32] 도 는본발명의일실시예에따른양극전해액으로황산나트륨을사용한 경우의이차전지의성능그래프를도시한도면이다.
[33]
Figure imgf000005_0002
충방전전압
그래프를도시한도면이다.
[34] 도 및 는본발명의일실시예에따른각사이클에대한패러데이효율및 수소생성량그래프를도시한도면이다.
[35] 도 는본발명의일실시예에따른충방전전압그래프를도시한도면이다.
[36] 도해는본발명의일실시예에따른방전전압그래프및수소생성율그래프를 도시한도면이다.
[37] 도 %및개는본발명의일실시예에따른다양한방전전류에대한충방전
전압그래프및수소생산성능그래프를도시한도면이다.
[38] 도 8은본발명의일실시예에따른방전전류에대한패러데이효율그래프를 도시한도면이다.
[39] 도 9는본발명의일실시예에따른이차전지의다른기능적구성을도시한 도면이다.
[4이 도 은본발명의일실시예에따른므£32애노드를사용한경우의이차전지의 성능그래프를도시한도면이다.
[41]
발명의실시를위한최선의형태
[42] 본발명은다양한변경을가할수있고,여러가지실시예들을가질수있는바, 특정실시예들을도면에 예시하고이를상세히설명하고자한다.
[43] 청구범위에개시된발명의다양한특징들은도면및상세한설명을고려하여 더잘이해될수있을것이다.명세서에개시된장치 ,방법，제법및다양한 실시예들은예시를위해서제공되는것이다.개시된구조및기능상의특징들은 통상의기술자로하여금다양한실시예들을구체적으로실시할수있도록하기 위한것이고,발명의범위를제한하기위한것이아니다.개시된용어및 2020/175852 1»（：1^1{2020/002494 문장들은개시된발명의다양한특징들을이해하기 쉽게설명하기위한것이고, 발명의 범위를제한하기 위한것이 아니다.
[44] 본발명을설명함에 있어서,관련된공지기술에 대한구체적인설명이본
발명의요지를불필요하게흐릴수있다고판단되는경우,그상세한설명을 생략한다.
[45] 이하,본발명의 일실시예에 따른충방전과정을통해 전기를생산함과동시에 수소를생산하기위한이차전지를설명한다.
[46]
[47] 도 1은본발명의 일실시예에 따른이차전지 (100)의기능적구성을도시한
도면이다.
[48] 도 1을참고하면,이차전지 (100)는양극부 (110),음극부 (120)및고체
전해질 (130)을포함할수있다.
[49] 양극부 (110)는나트륨함유용액에함침되는캐소드仁 110(노)(112)와나트륨 함유용액이담기는수조를포함할수있다.여기서,나트륨함유용액은 양극부 ( 0)의 양극전해액으로이용된다.예를들어,나트륨함유용액은 해수 및황산나트륨 ( 2304)수용액중적어도하나를포함할수있다.
[5이 일실시예에서,양극부 ( 0)는일측면에 양극부 ( 0)내부로나트륨함유
용액이유입되거나배출되는배관부 (114)를포함할수있다.
[51] 예를들어,캐소드 (112)는카본펠트,카본페이퍼,카본파이버,금속박막또는 이들의조합일수있는양극집전체및 양극집전체상에마련된촉매층을 포함할수있다.즉,캐소드 (112)는카본소재로구성된카본캐소드를포함할수 있다.
[52] 음극부 (120)는유기 전해질 (예 : TEGDME)에함침되는애노드 ( 0(노)(122)를 포함할수있다.예를들어,애노드 (122)는나트륨금속으로구성된나트륨 애노드,리튬금속으로구성된리튬애노드및므£32로구성된므£32애노드중 적어도하나를포함할수있으나,애노드 (122)는다양한소재가적용될수있으며 애노드 (122)의소재종류는이에 제한되지 않는다.
[53] 일실시예에서,음극부 (120)의 애노드 (122)가리튬금속으로구성되는경우, 양극부 (:나0)의 양극전해액은리튬함유수용액이사용될수있다.예를들어, 리튬함유수용액은황산리튬 (02304)수용액을포함할수있다.
[54] 일실시예에서 ,애노드 ( 122)는음극집전체및음극집전체상에위치하는
활물질층을포함할수있다.일실시예에서,활물질층은하드카본 (1131(1 0^15011, ^),유기물계 재료,또는합금계 재료로구성될수있다.
[55] 일실시예에서，충전시,양극부 (110)에서는전기 에너지를충전하는하기
＜화학식 1＞과같은반응이 발생할수있다.
[56] [화학식 1]
40H~ (aq) ® 02 + 2/#20 + 461
Figure imgf000006_0001
[57] 일실시예에서,방전시,양극부 (no)에서는전기에너지를방전하면서수소를 발생시키는하기＜화학식 2＞와같은반응이발생할수있다.
[58] [화학식 2]
Figure imgf000007_0001
[59] 일실시예에서 ,충방전시 ,음극부 (120)에서는하기＜화학식 3＞과같은반응이 발생할수있다.
[6이 [화학식 3]
Charge
Na+ + e- 7 _{s); r = -2J1V vs.NHE
Discharge
[61] 즉,충전시,이차전지 (WO)의전체화학식은하기＜화학식 4＞와같이표현될수 있다.
[62] [화학식 4]
4Na(s) + 2H20(l) + DO{aq) ® 4NaOH(aq); £ 广 3.48F vs.Na*/Na mpH 8
[63]
[64] 또한,방전시,이차전지 (100)의전체화학식은하기＜화학식 5＞와같이표현될 수있다.
[65] [화학식 5]
2Na(s) + 2#¾0(1) ® H2(g) + 2Na* + OH (aq); Em„ = 2.241 vs. NHE at pH 8
[66] 이때,종래의경우양극부의캐소드표면에존재하는산소에의해 ORR(oxygen reduction reaction)반응이진행되었으나,상기＜화학식 5＞를참고하면,본발명의 일실시예에따른이차전지 (100)의경우,고전류로방전과정을진행함으로써, 산소가양극부 (H0)의캐소드 (112)표면에위치하기도전에방전과정이 일어남에따라산소가있음에도불구하고산소가없는환경처럼산소를 이용하지못하고바로수소생성반응 (HER(hydrogen evolution reaction))이 진행될수있다.즉,본발명의일실시예에따른이차전지 (W0)의경우,수소생성 반응이일어나도록방전전류를조절함에따라,방전반응을통해
양극부 (H0)에서수소가생성될수있다.
[67] 이경우,고전류는방전전류를의미할수있으며,수소생성반응이일어날수 있는방전전류의범위는 0.05mA/cm2내지 2mA/cm2일수있다.여기서,방전 전류는전류밀도를의미할수있으며,고체전해질 (130)의단면적대비발생되는 전류를나타낼수있다.따라서,이차전지 (100)의형태가코인형 (coin-type),사각 팩형 (pack-type)등다양하더라도수소생성반응을위하여동일한범위의방전 전류가적용될수있다.
[68] 일실시예에서,방전전류가설정되었을때,방전용량이누적되면서동시에 수소생산량또한누적될수있다. [69]
P이 일실시예에서 ,방전전류를조절함에따라,방전반응을통해생성되는수소 생성량은하기＜수학식 1＞과같이패러데이효율 (faradaic efficiency)로표현될수 있다.예를들어,수소생성량은생성된수소의몰농도를의미할수있다.
m] [수식 1]
FE = nF[H£ /IT
[72] 여기서 , FE는패러데이효율, n은물환원 (water reduction)에필요한전자의수, F는패러데이상수 (96485C/mol), ¾는수소의몰농도, I는방전전류, T는방전 시간을의미할수있다.
3] 따라서，본발명의일실시예에따른이차전지 (100)의양극부 (110)에서는방전 과정을통해수소가발생될수있다.일실시예에서,양극부 (H0)는방전과정을 통해생성된수소가배출되는배출부 (116)를포함할수있다.
4] 일실시예에서,양극부 (no)는양극부 (no)내부에불활성기체 (예:아르곤 가스 (쇼대를주입하기위한유입부 (118)를포함할수있다.이경우,불활성 기체를주입함으로써,양극부 (H0)내부의밀폐구조안에존재하는산소를 제거할수있다.
5] 양극부 (110)와음극부 (120)사이에는,양극부 (110)와음극부 (120)를
분리하면서,이차전지 (100)의충방전반응에서,나트륨이온을통과시키는고체 전해질 (130)이위치할수있다.예를들어,고체전해질은나시콘 (NASICON) 또는리시콘 (LISICON)을포함할수있다.
P6]
7] 도 2a및 2b는본발명의일실시예에따른다양한종류의애노드를사용한 경우의수소생성량그래프를도시한도면이다.
8] 도 2a를참고하면,본발명의일실시예에따른이차전지 (100)는양극부 (110)의 양극전해액으로해수를사용하고,음극부 (120)의애노드 (122)로나트륨 금속으로구성된나트륨애노드를사용할수있다.이경우,방전
용량 (capacity)이 l.OmAh까지는증가할수록수소생성량이증가함을확인할수 있다.이때,패러데이효율은 95.0%일수있다.
9] 도 2b를참고하면,본발명의일실시예에다른이차전지 (100)는양극부 (110)의 양극전해액으로황산리튬수용액을사용하고,음극부 (120)의애노드 (122)로 리튬금속으로구성된리튬애노드를사용할수있다.이경우또한,방전용량이 l.OmAh까지는증가할수록수소생성량이증가함을확인할수있다.이때, 패러데이효율은 90.2%일수있다.
[8이 즉,도 2a및 2b를참고하면,본발명의일실시예에따른이차전지 (100)는
l.OmAh용량까지방전하여전기를생산할수있고,동시에수소생산도 가능함을확인할수있다. [82] 도 3a는본발명의일실시예에따른양극전해액으로해수를사용한경우의 이차전지의성능그래프를도시한도면이다.
[83] 도 3a를참고하면, 0.05mA/cm2의방전전류에대한방전전압그래프,
양극부 (H0)의양극전해액으로해수를사용하고,음극부 (120)의애노드 (122)로 나트륨애노드를사용한이차전지 (100)의수소생성율그래프및수소생성량 그래프를확인할수있다.
[84] 이경우,방전용량이 0.5mAh까지는방전전압의평탄부를확인할수있다. 또한,방전용량이 0.5mAh까지는방전용량이증가할수록수소생성량이 증가함을확인할수있다.즉,본발명의일실시예에따른이차전지 (100)는 0.5mAh용량까지방전하여전기를생산할수있고,동시에수소생산도 가능함을확인할수있다.이때,패러데이효율은 99.7%일수있다.
[85]
[86] 도 3b는본발명의일실시예에따른양극전해액으로황산나트륨을사용한 경우의이차전지의성능그래프를도시한도면이다.
[87] 도 3b를참고하면, 0.05mA/cm2의방전전류에대한방전전압그래프,
양극부 (H0)의양극전해액으로황산나트륨을사용하고,음극부 (120)의 애노드 (122)로나트륨애노드를사용한이차전지 (100)의수소생성율그래프및 수소생성량그래프를확인할수있다.
[88] 이경우,방전용량이 0.5mAh까지는방전전압의평탄부를확인할수있다. 또한,방전용량이 0.5mAh까지는방전용량이증가할수록수소생성량이 증가함을확인할수있다.즉,본발명의일실시예에따른이차전지 (100)는 0.5mAh용량까지방전하여전기를생산할수있고,동시에수소생산도 가능함을확인할수있다.이때,패러데이효율은 91.8%일수있다.
[89]
[9이 도 4a및 4b는본발명의일실시예에따른각사이클에대한충방전전압
그래프를도시한도면이다.
[91] 도 4a를참고하면,각각 6시간동안 0.5mA/cm2의전류에서이차전지 (100)의 정전류충방전전압그래프를확인할수있다.각사이클에서,충전과정동안 해수산화 (산소발생및/또는염화물산화반응)및방전과정동안해수환원 (즉, 수소발생)결과로충전및방전전압평탄부를확인할수있다.
[92] 도 4b를참고하면, 70시간동안안정적인충방전전압그래프를확인할수
있으며,이를통해,본발명의일실시예에따른이차전지 (100)는금속수화학 반응가역 H2저장 (metal water chemical reaction reversible H2 storage)이가능함을 확인할수있다.
[93]
[94] 도 5a및 5b는본발명의일실시예에따른각사이클에대한패러데이효율및 수소생성량그래프를도시한도면이다.
[95] 도 5a및 5b를참고하면,각사이클에대하여 ,패러데이효율값은초기에 점진적인증가하는것을확인할수있지만,일정시간방전된후패러데이효율 값의일정한것을확인할수있다.이경우,이러한각사이클의주기적시험에서, 82.6%의최대패러데이효율이달성될수있다.
[96] 수소생성량의경우,각사이클마다방전시간에따른일정한수소생산량을 확인할수있다.이를통해,본발명의일실시예에따른이차전지 (100)는충방전 사이클이진행되더라도패러데이효율및수소생성량성능이유지됨을확인할 수있다.
[97]
[98] 도 6a는본발명의일실시예에따른충방전전압그래프를도시한도면이다.도 6b는본발명의일실시예에따른방전전압그래프및수소생성율그래프를 도시한도면이다.
[99] 도 6a를참고하면, 20mA/g의전류레이트 (current rate)에서 ,음극부 (120)의
애노드 (122)로 FeS2전극을사용한이차전지 (100) (예:하프-셀)의정전류충방전 전압그래프를확인할수있다.즉,표면상에고체전해질중간계 (interphase) 형성으로인한최초의비가역사이클링이후 (쿨롱효율〜 75%), FeS2전극은후속 사이클동안 ~380mAh/g의특정용량을갖는가역적인충방전동작을확인할수 있다.
[100] 도 6b를참고하면,음극부 (120)의애노드 (122)로 FeS2전극을사용하고,충전시 용량컷 -오프 (250 mAh/g)및방전시전압컷 -오프 (0V)를갖는 0.1 mA/cm2의 전류밀도에서사이클링을수행하는경우, 83.9%의패러데이효율과함께 대량의 H2생성을확인할수있다.
[101] 이경우,패러데이효율은나트륨애노드의효율보다낮지만,결과는분명히 마이크로스케일의 FeS2전극을이차전지 (100)의음극부 (120)의애노드 (122)로 적용가능하다는것을확인할수있다.또한,이경우,나트륨애노드를사용하는 경우에비해동작전압이 IV이상감소함을알수있다.
[102]
[103] 도 7a및개는본발명의일실시예에따른다양한방전전류에대한충방전
전압그래프및수소생산성능그래프를도시한도면이다.
[104] 도 7a및 7f를참고하면,자연환경 (natural environment)에서 ,즉, Ar가스로
이차전지 (100)를퍼징 (purge)시키지않고이차전지 (100)의성능을확인하기 위해, 6시간동안 0.05, 0.1, 0.5, 1.0, 1.5및 2.0 mA/cm2의방전전류로실험을 수행하였다.
[105] 이경우,대기중에서도이차전지 (W0)의성능이우수함을확인할수있다.즉, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0, 1.5및 2.0mA/cm2각각에서방전하는동안달성된최대 패러데이효율은각각약 8, 28, 49, 64, 75및 77%였다.따라서 ,자연환경에서도 패러데이효율은높은방전전류에서높아짐을확인할수있다.이경우,도 8을 참고하면,방전전류가높아짐에따라패러데이효율이증가함을확인할수 있다. 2020/175852 1»（：1^1{2020/002494
[106]
[107] 도 9는본발명의일실시예에따른이차전지 (900)의다른기능적구성을
도시한도면이다.
[108] 도 9를참고하면,이차전지 (900)는제 1양극부 (910),음극부 (920),제 1고체
전해질 (930),제 2양극부 (940)및제 2고체전해질 (950)을포함할수있다.
[109] 제 1양극부 (이 0)는나트륨함유용액에함침되는제 1캐소드 (912)및나트륨 함유용액이담기는수조를포함할수있다.일실시예에서,제 1양극부 (이 0)는일 측면에제 1양극부 (910)내부로나트륨함유용액이유입되거나배출되는 배관부 (914)를포함할수있다.
[110] 예를들어,제 1캐소드 (912)는카본펠트,카본페이퍼,카본파이버,금속박막 또는이들의조합일수있는양극집전체및양극집전체상에마련된촉매층을 포함할수있다.즉,제 1캐소드 (912)는카본소재로구성된카본캐소드를포함할 수있다.
[111] 일실시예에서,제 1양극부 (910)는발생된산소를외부로배출하기위한
배출부 (916)를포함할수있다.또한,충전시제 1캐소드 (912)에서발생된전자는 제 1캐소드 (912)와전기적으로연결된외부회로를통해음극부 (920)로전달될 수있다.즉,제 1양극부 (910)의제 1캐소드 (912)는이차전지 (900)의충전 반응에서사용될수있다.
[112] 일실시예에서,충전시,이차전지 (900)의전체화학식은하기＜화학식 6＞과 같이표현될수있다.
[113] [화학식 6]
Figure imgf000011_0001
[114]
[115] 음극부 (920)는유기전해질 (예: TEGDME)에함침되는애노드 (922)를포함할수 있다.애노드 (922)는음극집전체및음극집전체상에위치하는활물질층을 포함할수있다.예를들어,애노드 (922)는나트륨금속으로구성된나트륨 애노드,리튬금속으로구성된리튬애노드및므£32로구성된므£32애노드중 적어도하나를포함할수있으나,애노드 (922)는다양한소재가적용될수있으며 애노드 (922)의소재종류는이에제한되지않는다.
[116] 일실시예에서,애노드 (922)로나트륨애노드를사용하는경우충전전압이 ~3.48¥일수있다.즉,충전시 3.48\^의높은전압을가해야만이차전지 (100)의 충전이가능하다.하지만,나트륨애노드대비므£32애노드를사용하는경우, 충전전압이 ~2.4¥로낮아질수있으며,이경우,충전전압이낮아짐에따라 이차전지 (900)는태양전지 (960)를통한광충전을수행할수있어충전전압을 낮추거나외부인가전원없이자가충전시스템을구현하면서,동시에수소 생성시스템을구현할수있다.
[117] 일실시예에서 ,충방전시음극부 (920)에서는하기＜화학식 7＞과같은반응이 2020/175852 1»（：1/10公020/002494 발생할수있다.
[118] [화학식7]
Figure imgf000012_0001
[119] 제 1양극부 (910)와음극부 (920)사이에는,제 1양극부 (910)와음극부 (920)를 분리하면서,이차전지 (900)의충전반응시,나트륨이온어버을통과시켜제 1 양극부 (910)로부터음극부 (920)로이동시키는제 1고체전해질 (930)이위치할수 있다.
[12이 제 2양극부 (940)는나트륨함유용액에함침되는제 2캐소드 (942)및나트륨 함유용액이담기는수조를포함할수있다.일실시예에서,제 2양극부 (940)는일 측면에제 2양극부 (940)내부로나트륨함유용액이유입되거나배출되는 배관부 (944)를포함할수있다.
[121] 제 2캐소드 (942)는이차전지 (900)의방전시제 2양극부 (940)에서이용되는 캐소드를의미할수있다.이경우,방전시제 2캐소드 (942)는음극부 (920)로부터 전자를전달받을수있다.즉,제 2양극부 (940)의제 2캐소드 (942)는
이차전지 (900)의방전반응에서사용될수있다.
[122] 예를들어,제 2캐소드 (942)는카본펠트,카본페이퍼,카본파이버 ,금속박막 또는이들의조합일수있는양극집전체및양극집전체상에마련된촉매층을 포함할수있다.즉,제 2캐소드 (942)는카본소재로구성된카본캐소드를포함할 수있다.
[123] 또한,방전시,이차전지 (900)의전체화학식은하기＜화학식 8＞과같이표현될 수있다.
[124] [화학식 8]
2· (多) + 2^0(0 ® ■2 (、0') + 2 . + ◎■，｛後 4)
[125] 본발명의일실시예에따른이차전지 (900)의제 2양극부 (940)에서는방전 과정을통해수소가발생될수있다.일실시예에서,제 2양극부 (940)는방전 과정을통해생성된수소가배출되는배출부 (946)를포함할수있다.
[126] 일실시예에서,제 2양극부 (940)는양극부 (920)내부에불활성기체 (예:아르곤 가스 ]·))를주입하기위한유입부 (948)를포함할수있다.이경우,불활성 기체를주입함으로써,제 2양극부 (940)내부의밀폐구조안에존재하는산소를 제거할수있다.
[127] 제 2양극부 (940)와음극부 (920)사이에는,제 2양극부 (940)와음극부 (920)를 분리하면서,이차전지 (900)의방전반응시,나트륨이온어버을통과시켜 음극부 (920)로부터제 2양극부 (940)로이동시키는제 2고체전해질 (950)이 위치할수있다. 2020/175852 1»（：1^1{2020/002494
[129] 도 은본발명의 일실시예에 따른므£32애노드를사용한경우의 이차전지의 성능그래프를도시한도면이다.
[13이 도 을참고하면, 0.05111쇼/0112의 방전전류에 대한방전전압그래프,
양극부 ( 0)의 양극전해액으로해수를사용하고,음극부 (120)의 애노드 (122)로 므 32애노드를사용한이차전지의수소생성율그래프및수소생성량그래프를 확인할수있다.
[131] 이경우,방전용량이 250111쇼11 까지는방전전압의 평탄부를확인할수있다. 또한,방전용량이 250å11쇼11 까지는방전용량이증가할수록수소생성량이 증가함을확인할수있다.즉,본발명의 일실시예에 따른이차전지는 250111쇼11 용량까지 방전하여 전기를생산할수있고,동시에수소생산도가능함을확인할 수있다.이 때,패러데이 효율은 74.9%일수있다.
[132]
[133] 이상의설명은본발명의 기술적사상을예시적으로설명한것에불과한
것으로,통상의 기술자라면본발명의본질적인특성이벗어나지 않는범위에서 다양한변경 및수정이가능할것이다.
[134] 따라서,본명세서에 개시된실시예들은본발명의 기술적사상을한정하기 위한것이아니라,설명하기 위한것이고,이러한실시예들에의하여본발명의 범위가한정되는것은아니다.
[135] 본발명의보호범위는청구범위에 의하여해석되어야하며,그와동등한범위 내에 있는모든기술사상은본발명의 권리범위에포함되는것으로이해되어야 한다.

Claims

2020/175852 1»（：1/10公020/002494 청구범위
[청구항 1] 유기전해질에함침되는애노드（ 0此）를포함하는음극부;
나트륨함유용액에함침되는캐소드 此）를포함하는양극부;및 상기양극부와상기음극부사이에위치하여상기양극부와상기 음극부를분리하는고체전해질;
을포함하고,
방전전류를조절함에따라,방전반응을통해상기양극부에서수소가 생성되는,
이차전지.
[청구항 2] 제 1항에 있어서,
상기방전전류의크기는, 0.0511^/ 112내지 2!11쇼/ 112인, 이차전지.
[청구항 3] 제 1항에 있어서,
상기양극부는,상기방전과정을통해생성된수소가배출되는배출부; 를포함하는,
이차전지.
[청구항 4] 제 1항에 있어서,
상기양극부는,상기양극부내부에불활성기체를주입하기위한유입부; 를포함하는,
이차전지.
[청구항 5] 제 1항에 있어서,
상기나트륨함유용액은,해수（86&\¥ ）를포함하는,
이차전지.
[청구항 6] 제 1항에 있어서,
상기애노드는,나트륨애노드및므632애노드중적어도하나를
포함하는,
이차전지.
[청구항 7] 제 1항에 있어서,
나트륨함유용액에함침되는다른캐소드를포함하는다른양극부;
를더포함하는,
이차전지.
[청구항 8] 제 7항에 있어서,
상기캐소드는,상기이차전지의방전반응에서사용되고, 상기다른캐소드는,태양전지를통한상기이차전지의충전반응에서 사용되는,
이차전지.
[청구항 9] 제 1항에 있어서, 2020/175852 1»（：1/10公020/002494 상기양극부는,리튬함유용액에함침되는상기캐소드를포함하는, 이차전지.
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