KR20160108938A - Fabric type metal anode to metal air fuel cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속공기연료전지에 적용되는 섬유형 금속음극에 관한 것으로, 스테인레스 등으로 이루어진 섬유형태의 메쉬망을 지지체로 하고 상기 지지체를 용융된 활성 금속(마그네슘, 아연 또는 알루미늄 등)에 디핑하거나 또는 용융된 활성 금속을 지지체에 분사하여 섬유형태의 금속음극을 제작함으로써, 금속음극의 표면적(반응 면적)이 증가됨에 따라 에너지밀도, 시간당 발전량, 충전 용량 등을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자유로이 휘어지는 유연성을 확보할 수 있으면서도 그 제조공정을 단순화시킬 수 있으며, 이로 인해 군용, 아웃도어용, 비상안전용 등 그 사용분야의 제한 없이 널리 이용될 수 있도록 하며, 아울러, 상기와 같이 제작되는 섬유형 금속음극을 여러겹 적층하여 적용할 경우, 고용량의 발전 시 메쉬망의 공극으로 전해질이 함침되어 외부의 충격 등에 안정적인 구조를 유지할 수 있도록 하는, 금속공기연료전지에 적용되는 섬유형 금속음극에 관한 것이다.The present invention relates to a fibrous metal anode applied to a metal air fuel cell, and more particularly to a fibrous metal anode applicable to a metallic air fuel cell, which comprises a mesh net made of a stainless steel or the like as a support and dipping the support into a molten active metal (magnesium, zinc or aluminum) As the surface area (reaction area) of the metal cathode is increased by spraying the molten active metal on a support to produce a metal cathode in the form of a fiber, not only the energy density, the amount of electricity generated per hour and the charging capacity can be improved, The manufacturing process can be simplified and can be widely used without limitations in the fields of use such as military, outdoor, and emergency safety. In addition, the fiber-type metal cathode When the electrolyte is applied to the pores of the mesh net in a high-capacity power generation, It is, on the fiber-like metal cathode is applied to the metal air fuel cell, to maintain a stable structure such as an external impact.
Description
본 발명은 스테인레스 등으로 이루어진 섬유형태의 메쉬망을 지지체로 하고 상기 지지체를 용융된 활성 금속(마그네슘, 아연 또는 알루미늄 등)에 디핑하거나 또는 용융된 활성 금속을 지지체에 분사하여 금속음극을 섬유형태로 제작함으로써, 금속음극의 표면적(반응 면적)이 증가됨에 따라 에너지밀도, 시간당 발전량, 충전 용량 등을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자유로이 휘어지는 유연성을 확보할 수 있고 또한 그 제조공정을 단순화시킬 수 있으며, 이로 인해 군용, 아웃도어용, 비상안전용 등 그 사용분야의 제한 없이 널리 이용될 수 있도록 하는, 금속공기연료전지에 적용되는 섬유형 금속음극에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a metal anode, which comprises the steps of dipping the support into a molten active metal (such as magnesium, zinc or aluminum) or spraying a molten active metal on a support, As the surface area (reaction area) of the metal cathode is increased, the energy density, the amount of electricity generated per hour, the charge capacity, and the like can be improved, flexibility can be flexed freely and the manufacturing process can be simplified, The present invention relates to a fiber-type metal cathode for use in a metal air fuel cell, which can be widely used without limitation in military, outdoor and emergency safety applications.
화석연료의 고갈 및 지구 온난화 문제로 인해 새로운 에너지원의 확보가 전 세계적인 화두로 등장하였고, 이를 위해서는 신재생 에너지원의 개발과 함께 효율적인 에너지 사용을 위한 에너지 저장 방식 및 수단에 대한 중요성이 대두되고 있다.
Due to the depletion of fossil fuels and global warming, securing of new energy sources has emerged as a global issue, and the importance of energy storage methods and means for efficient energy use has been emerging along with the development of new and renewable energy sources .
특히, 2차 전지(Ni-MH, Li ion, Li polymer) 시스템은 용량의 한계성에 문제가 지속적으로 지적되고 있으며, 이로 인해 보다 고용량의 미래형 이차전지가 요구되고 있다.
In particular, the secondary battery (Ni-MH, Li ion, Li polymer) system has been continuously pointed out the problem of capacity limitations, and therefore, a future high capacity secondary battery is required.
따라서, 최근 금속공기연료전지(Metal Air Fuel Cell, MAFC)에 대한 연구가 활발하게 진행되기 시작하였으며, 상기 금속공기연료전지는 알루미늄, 아연, 마그네슘과 같은 금속을 공기 중 산소와 결합시켜 전기를 저장하고 발생시키는 이차 전지(Secondary battery)를 말한다. 즉, 음극에 활성금속을 사용하고, 양극에는 탄소, 백금 또는 니켈과 같은 촉매 존재 하에 활물질로 공기 중의 산소를 이용하는 전지이다.
Recently, metal air fuel cells (MAFCs) have been actively studied, and the metal air fuel cells have been known to combine metals such as aluminum, zinc, and magnesium with oxygen in air to store electricity And generates secondary battery (secondary battery). That is, an active metal is used for a cathode, and an anode uses oxygen in the air as an active material in the presence of a catalyst such as carbon, platinum or nickel.
일반적으로 상기 금속공기연료전지는 기존 리튬 이온전지의 흡착 양극(intercalation cathode) 대신에 촉매성 공기 양극(air cathode)을 사용하여 대기 중의 공기를 직접 이용함으로써 높은 이론 에너지 용량을 가지며, 리튬 이온전지의 용량은 양극 및 음극 소재의 이론적 용량에 의해 제한을 받지만 금속공기연료전지는 양극으로 공기를 사용하기 때문에 에너지 밀도가 매우 높다.
Generally, the metal air fuel cell has a high theoretical energy capacity by directly using air in the atmosphere by using a catalytic air cathode instead of an intercalation cathode of a conventional lithium ion battery, The capacity is limited by the theoretical capacity of the anode and cathode materials, but the metal-air fuel cell uses air as the anode, so the energy density is very high.
통상 기존 이차 전지는 중량당 에너지가 30～140 Wh/kg이지만 금속공기연료전지는 200～500 Wh/kg에 달해 훨씬 더 많은 전기를 생산할 수 있다. 따라서, 상기 금속공기연료전지는 높은 에너지 밀도를 갖기 때문에 전지의 부피와 무게를 획기적으로 줄일 수 있으므로 최근 들어 널리 개발되고 있다.
Conventional rechargeable batteries typically have an energy per unit weight of 30 to 140 Wh / kg, while metallic air-fuel cells reach 200 to 500 Wh / kg, which can produce much more electricity. Therefore, since the metal air fuel cell has a high energy density, the volume and weight of the battery can be remarkably reduced, and thus it has been widely developed in recent years.
상기와 같은 금속공기연료 전지의 가장 일반적인 형태로는 특허문헌 1에서와 같이, 금속 음극(anode), 상기 금속 음극 상에 적층된 전해질층, 및 상기 전해질층 상에 적층된 공기 양극(cathode)을 포함하여 구성되며, 이를 간략화 하면 도 1과 같다.
The most common type of the above-described metal air fuel cell includes a metal anode, an electrolyte layer stacked on the metal cathode, and an air cathode stacked on the electrolyte layer, And is simplified as shown in FIG.
즉, 일반적인 금속공기연료 전지는 도 1에 도시된 바와 같이, 알루미늄, 아연 또는 마그네슘 등과 같은 활성 금속 또는 그 분말을 성형하여 이루어지는 금속 음극(M)과, 해수, 염수 또는 염화나트륨(NaCl) 수용액과 같은 전해액을 공급받아 이를 스폰지, 겔형 고분자 전해질 또는 별도의 보관통 등에 흡수하거나 충진하여 이루어지는 전해액층(E)과, 탄소, 백금 또는 니켈과 같은 촉매를 담지한 다공성 시트로 이루어지는 공기 양극(A)을 포함하여 구성되고, 금속 음극(M)에 전해액층(E) 및 공기 양극(A)이 적층되어 이루어진다.
That is, as shown in FIG. 1, a general metal air fuel cell includes a metal anode M formed by molding an active metal such as aluminum, zinc, or magnesium or a powder thereof, and a water solution such as sea water, brine or sodium chloride (A) composed of an electrolyte layer (E) which is supplied with an electrolyte solution and absorbed or filled in a sponge, a gel-type polymer electrolyte or another storage container, and a porous sheet carrying a catalyst such as carbon, platinum or nickel, , And an electrolyte layer (E) and an air anode (A) are laminated on the metal cathode (M).
따라서, 상기 금속 음극(M)의 금속이 전해액의 수산기(OH-)와 반응하여 전자를 발생하는 음극(anode)이 되면서 전기가 통하지 않는 수산화금속으로 변하게 되고, 전극의 부식반응에 의해 수소도 발생시키게 된다. 반면, 전자를 받아들이는 양극(cathode)에서는 공기 중의 산소와 반응하여 수산기(OH-)를 만들어 내며, 이러한 수산기(OH-)는 다시 금속과 반응하여 전자를 발생시키고, 통상의 접속단자를 통해 금속공기연료전지의 전력을 외부의 전자제품으로 공급한다.
Therefore, the metal of the metal cathode M reacts with the hydroxyl group (OH - ) of the electrolytic solution to become an anode which generates electrons, and becomes a metal hydroxide which does not pass electricity, and hydrogen is also generated by the corrosion reaction of the electrode . On the other hand, at the cathode that accepts electrons, it reacts with oxygen in the air to produce a hydroxyl group (OH - ). The hydroxyl group (OH - ) reacts with the metal again to generate electrons, And supplies the electric power of the air fuel cell to an external electronic product.
하지만, 상기와 같은 종래 기술의 경우, 금속 음극이 알루미늄, 아연 또는 마그네슘 등과 같은 활성 금속 또는 그 분말 등으로 단순히 판형이나 블럭형태로 성형되어 이루어짐에 따라 금속음극의 반응 면적이 협소하여 그 효율이 저하될 뿐만 아니라 유연성이 극히 미비하여 그 사용분야가 극히 제한되는 문제점이 있었다.
However, in the case of the above-described conventional techniques, since the metal cathode is simply formed into a plate or block form with an active metal such as aluminum, zinc or magnesium, or powder thereof, the reaction area of the metal cathode is narrowed, But also the flexibility is extremely low and the field of use thereof is extremely limited.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속공기연료전지에 적용되는 금속음극을 섬유형태로 제작함으로써, 금속음극의 표면적(반응 면적)이 증가됨에 따라 에너지밀도, 시간당 발전량, 충전 용량 등을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자유로이 휘어지는 유연성을 확보할 수 있음에 따라 군용, 아웃도어용, 비상안전용 등 그 사용분야의 제한 없이 널리 이용될 수 있도록 함을 과제로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a metal air fuel cell, It is possible to improve the flexibility and flexibility of the vehicle, and thus it can be widely used without limitation in the field of use such as military, outdoor, emergency safety, and the like.
좀 더 구체적으로는 스테인레스 등으로 이루어진 섬유형태의 메쉬망을 지지체로 하고 상기 지지체를 용융된 활성 금속(마그네슘, 아연 또는 알루미늄 등)에 디핑하거나 또는 용융된 활성 금속을 지지체에 분사하여 금속음극을 섬유형태로 제작함으로써, 상기와 같은 기능(효율, 유연성 등의 향상)을 구현할 수 있으며 또한 그 제조공정을 단순화시킬 수 있도록 하는 섬유형태의 금속음극을 제작함을 다른 과제로 한다.
More specifically, a mesh network of a fiber type made of stainless steel or the like is used as a support, and the support is dipped in a molten active metal (magnesium, zinc or aluminum or the like), or the molten active metal is sprayed on a support, Another object of the present invention is to provide a metal cathode having a fiber shape capable of realizing the above-mentioned functions (efficiency, flexibility, etc.) and simplifying the manufacturing process.
아울러, 상기와 같이 제작되는 섬유형 금속음극을 여러겹 적층하여 적용할 경우, 고용량의 발전 시 메쉬망의 공극으로 전해질이 함침되어 외부의 충격 등에 안정적인 구조를 유지할 수 있도록 함을 또 다른 과제로 한다.
Another object of the present invention is to provide a method for fabricating a fiber-type metal anode, which comprises the steps of: (a) .
본 발명은 금속공기연료전지에 적용되는 금속음극에 있어서, 섬유형태의 메쉬망으로 이루어진 지지체(10)에 활성 금속(20)이 도포되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 금속공기연료전지에 적용되는 섬유형 금속음극을 과제의 해결 수단으로 한다.
The present invention relates to a metal anode to be applied to a metallic air fuel cell, characterized in that an active metal (20) is applied to a support (10) The metal cathode is the solution to the problem.
좀 더 구체적으로 본 발명은 용융된 활성 금속(20)에 상기 지지체(10)가 디핑되어 도포되거나 또는, 용융된 활성 금속(20)이 상기 지지체(10)에 분사되어 도포되는 것이 바람직하다.
More specifically, it is preferred that the present invention is such that the
이때, 상기 지지체(10)는, 스테인레스, 구리, 은 또는 금으로 이루어지며, 상기 활성 금속(20)은, 마그네슘, 아연 또는 알루미늄으로 이루어지는 것이 바람직하다.
At this time, the
본 발명은 금속음극의 표면적(반응 면적)이 증가됨에 따라 에너지밀도, 시간당 발전량, 충전 용량 등을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자유로이 휘어지는 유연성을 확보할 수 있음에 따라 군용, 아웃도어용, 비상안전용 등 그 사용분야의 제한 없이 널리 이용될 수 있도록 하는 효과가 있으며, 아울러, 상기와 같이 제작되는 섬유형 금속음극을 여러겹 적층하여 적용할 경우, 고용량의 발전 시 메쉬망의 공극으로 전해질이 함침되어 외부의 충격 등에 안정적인 구조를 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
As the surface area (reaction area) of the metal cathode is increased, not only the energy density, the amount of electricity generated per hour, the charging capacity, and the like can be improved, but flexibility can be flexed freely, In addition, when a plurality of fiber-type metal cathodes are fabricated as described above, the electrolyte is impregnated into the pores of the mesh net during a high-capacity power generation, So that it is possible to maintain a stable structure such as an external impact.
도 1은 일반적인 금속공기연료전지를 나타낸 사시도
도 2는 본 발명의 섬유형 금속음극이 적용된 금속공기연료전지의 사시도
도 3은 본 발명의 섬유형 금속음극이 적용된 금속공기연료전지의 분해사시도
(도 2 및 3의 전지 형태는 휘어질 수 있음을 표시하기 위해 굴곡형태로 도시함)
도 4는 본 발명의 섬유형 금속음극의 단면도1 is a perspective view showing a general metal air fuel cell
2 is a perspective view of a metal air fuel cell to which a fibrous metal anode of the present invention is applied;
3 is an exploded perspective view of a metal air fuel cell to which the fibrous metal anode of the present invention is applied
(The battery configuration of Figures 2 and 3 is shown in flexure form to indicate that it can be bent)
4 is a cross-sectional view of the fibrous metal anode of the present invention
본 발명은 금속공기연료전지에 적용되는 섬유형 금속음극에 관한 것으로써, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
The present invention relates to a fibrous metal anode applied to a metal-air fuel cell, wherein only parts necessary for understanding the technical structure of the present invention are explained, and the description of the other parts will be omitted so as not to disturb the gist of the present invention .
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 금속공기연료전지에 적용되는 섬유형 금속음극을 상세히 설명하면 다음과 같다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a fibrous metal anode applied to a metal air fuel cell according to the present invention will be described in detail.
도 2는 본 발명의 섬유형 금속음극이 적용된 금속공기연료전지의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 섬유형 금속음극이 적용된 금속공기연료전지의 분해사시도이며, 도 4는 본 발명의 섬유형 금속음극의 단면도이다.
FIG. 2 is a perspective view of a metal air fuel cell to which the fibrous metal anode of the present invention is applied, FIG. 3 is an exploded perspective view of the metal air fuel cell to which the fibrous metal anode of the present invention is applied, Sectional view of the cathode.
도 2 및 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 섬유형 금속음극(100)은 전해액이 충전된 방수천 백(bag)(E) 내에 삽입되어 구성되며, 상기 방수천 백(E)의 외부면에는 공기양극(A)이 적층된다.
2 and 3, the
여기서, 상기 방수천 백(E) 및 공기양극(A)은 이미 공지된 수단으로써 특정 재료나 구조에 한정하지 않고 이미 공지된 다양한 재료나 구조를 적용할 수 있다. 예를 들면, 전해액은 해수, 염수 또는 염화나트륨(NaCl) 수용액과 같은 전해액을 공급받아 이를 방수천(E)에 충전(흡수 또는 충진 등)하여 이루어지고, 상기 공기 양극(A)은 탄소, 백금 또는 니켈과 같은 촉매를 담지한 다공성 시트로 이루어질 수 있지만, 상술한 바와 같이 여기에 한정되는 것은 아니고 이미 공지된 다양한 재료나 구조를 적용할 수 있다.
Here, the waterproof cloth bag (E) and the air anode (A) are not limited to specific materials or structures by means already known, and various well-known materials and structures can be applied. For example, the electrolytic solution is obtained by supplying an electrolytic solution such as seawater, brine or an aqueous NaCl solution to the waterproof cloth E, and the air cathode A is made of carbon, And a porous sheet carrying a catalyst such as nickel. However, as described above, the present invention is not limited thereto, and various well-known materials and structures can be applied.
즉, 본 발명은 상기와 같은 금속공기연료전지에 적용되는 금속음극이 섬유형태로 제작되어 이루어지며, 좀 더 구체적으로는 도 4에 도시된 바와 같이, 섬유형태의 메쉬망으로 이루어진 지지체(10)에 활성 금속(20)이 도포되어 이루어진다.
That is, according to the present invention, a metal anode applied to the metal air fuel cell is fabricated in a fiber form, and more specifically, as shown in FIG. 4, a
따라서, 상기 지지체(10)에 의해 전기가 통하게 되고, 상기 활성 금속(20)은 연료가 되며, 이를 위해 상기 지지체(10)는 스테인레스, 구리, 은 또는 금으로 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 활성 금속(20)은, 마그네슘, 아연 또는 알루미늄으로 이루어지는 것이 바람직하다.
The
하지만, 상기 지지체(10)와 활성 금속(20)의 재료가 상기 나열한 재료에 한정되는 것은 아니고, 지지체(10)의 경우 전도성을 가진다는 전제하에서 다양한 재료를 사용할 수 있으며, 활성 금속(20)의 경우 금속공기연료전지의 연료가 된다는 전제하에서 다양한 재료를 사용할 수 있다.
However, the material of the
아울러, 상기와 같이 이루어지는 섬유형 금속음극(100)의 경우 단독으로 사용할 수도 있고, 또는 여러겹을 적층하여 사용할 수도 있다.
In addition, the fiber-
따라서, 본 발명은 금속공기연료전지에 적용되는 금속음극(100)을 상기와 같은 구조의 섬유형태로 제작함으로써, 금속음극(100)의 표면적(반응 면적)이 증가됨에 따라 에너지밀도, 시간당 발전량, 충전 용량 등을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자유로이 휘어지는 유연성을 확보할 수 있음에 따라 군용, 아웃도어용, 비상안전용 등 그 사용분야의 제한 없이 널리 이용될 수 있도록 하며, 특히 스테인레스 등으로 이루어진 섬유형태의 메쉬망을 지지체(10)로 하고 상기 지지체(10)를 용융된 활성 금속(20)(마그네슘, 아연 또는 알루미늄 등)에 디핑하거나 또는 용융된 활성 금속(20)을 지지체에 분사하여 상기와 같은 기능(효율, 유연성 등의 향상)을 구현할 수 있으며 또한 그 제조공정을 단순화시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라, 상기와 같이 제작되는 섬유형 금속음극(100)을 여러겹 적층하여 적용할 경우, 고용량의 발전 시 메쉬망의 공극으로 전해질이 함침되어 외부의 충격 등에 안정적인 구조를 유지할 수 있게 되는 것이다.
Accordingly, the present invention can produce a
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 금속공기연료전지에 적용되는 섬유형 금속음극은 상기의 바람직한 실시 예를 통해 설명하고, 그 우수성을 확인하였지만 해당 기술 분야의 당업자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
As described above, the fibrous metal anode used in the metal air fuel cell according to the present invention has been described through the preferred embodiments, and its superiority has been confirmed. However, those skilled in the art will appreciate that, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.
100 : 섬유형 금속 음극
10 : 지지체
20 : 활성 금속
E : 방수천 백
A : 공기 양극
100: fibrous metal cathode 10: support
20: active metal E: waterproof cloth bag
A: air anode
Claims (3)
섬유형태의 메쉬망으로 이루어진 지지체(10)에 활성 금속(20)이 도포되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 금속공기연료전지에 적용되는 섬유형 금속음극.
A metal cathode for a metal-air fuel cell,
A fibrous metal anode applied to a metal air fuel cell, characterized in that an active metal (20) is applied to a support (10) made of a mesh net of fiber type.
상기 활성 금속(20)이 용융된 상태에서,
용융된 활성 금속(20)에 상기 지지체(10)가 디핑되어 도포되거나 또는,
용융된 활성 금속(20)이 상기 지지체(10)에 분사되어 도포되는 것을 특징으로 하는, 금속공기연료전지에 적용되는 섬유형 금속음극.
The method according to claim 1,
With the active metal 20 in a molten state,
The support 10 is dipped in the molten active metal 20 and applied,
Characterized in that the molten active metal (20) is sprayed onto the support (10) and applied.
상기 지지체(10)는, 스테인레스, 구리, 은 또는 금으로 이루어지며,
상기 활성 금속(20)은, 마그네슘, 아연 또는 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 금속공기연료전지에 적용되는 섬유형 금속음극.The method according to claim 1,
The support 10 is made of stainless steel, copper, silver or gold,
Wherein the active metal (20) is made of magnesium, zinc or aluminum.
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| KR20210091417A (en) * | 2020-01-14 | 2021-07-22 | 재단법인 한국탄소산업진흥원 | An electrode for metal air fuel cell and the metal air fuel cell including the same |
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- 2015-03-09 KR KR1020150032412A patent/KR20160108938A/en not_active Application Discontinuation
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