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KR100963013B1 - 연료 카트리지 및 이를 이용한 직접 금속 연료전지 장치 - Google Patents

연료 카트리지 및 이를 이용한 직접 금속 연료전지 장치 Download PDF

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KR100963013B1
KR100963013B1 KR1020080049070A KR20080049070A KR100963013B1 KR 100963013 B1 KR100963013 B1 KR 100963013B1 KR 1020080049070 A KR1020080049070 A KR 1020080049070A KR 20080049070 A KR20080049070 A KR 20080049070A KR 100963013 B1 KR100963013 B1 KR 100963013B1
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South Korea
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electrolyte
fuel cell
fuel cartridge
terminal
air
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이치노세토시히코
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 연료 카트리지 및 이를 이용하는 직접 금속 연료전지 장치에 관한 것이다. 본 발명의 직접 금속 연료전지 장치는 적어도 하나의 공간에 전해질을 저장하며 그 공간의 마주하는 양면에 미세망상구조를 구비하는 전해질 팩과, 미세망상구조를 통해 전해질과 접하도록 전해질 팩의 일면에 설치되는 애노드용 금속 재료와, 금속 재료와 마주하도록 전해질 팩의 타면에 설치되는 캐소드 부재를 포함하는 연료 카트리지, 및 연료 카트리지가 착탈식으로 결합하는 케이스를 포함한다. 여기서, 케이스는 캐소드 부재가 내부 공간에 노출되도록 연료 카트리지를 수용하는 적어도 하나의 탑재공간, 및 내부 공간에 대한 외부 공기의 유입을 조절하는 적어도 하나의 창개폐부를 구비한다.
연료전지, 공기전지, 금속공기전지, 연료 카트리지, 전해질 팩

Description

연료 카트리지 및 이를 이용한 직접 금속 연료전지 장치{Fuel Cartridge and Direct Metal Fuel Cell Device Using the Same}
본 발명은 연료 카트리지 및 이를 이용하는 직접 금속 연료전지 장치에 관한 것이다.
연료전지는 천연가스, 액화석유가스, 등유, 석탄, 나프타, 메탄올, 하이드라이드, 폐기물 가스 등의 다양한 연료가 가진 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환하기 때문에 차세대 청정 발전 시스템 중의 하나로 주목받고 있다. 연료전지는 사용되는 전해질(electrolyte)에 따라 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC), 인산형 연료전지(PAFC), 알칼리 연료전지(AFC) 등으로 구분될 수 있으며, 기본적으로 같은 원리에 의해 작동된다.
고체 고분자로 만들어진 이온 교환막을 전해질로 사용하는 연료전지는 전해질에 의한 부식이나 증발의 위험이 없으며, 단위면적당 높은 전류밀도를 얻을 수 있고, 게다가 다른 연료전지에 비해 출력 특성이 월등히 높고 작동 온도가 낮다. 그래서 그것은 노트북 등의 소형 전자기기 등에 전력을 공급하기 위한 휴대용 전원뿐만 아니라 자동차, 요트 등에 전력을 공급하기 위한 전원, 주택이나 공공건물 등 에 전력을 공급하기 위한 전원으로서 활발히 연구개발되고 있다.
고분자막을 전해질로 이용하는 연료전지는 메탄올과 같은 액체 연료와 공기를 연료로 이용하는 직접 메탄올형 연료전지(direct methanol type fuel cell, DMFC)나 수소와 공기를 연료로 이용하는 고분자 전해질형 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell or proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)가 있다. 직접 메탄올형 연료전지는 개질기를 사용하지 않기 때문에 통상 고분자 전해질형 연료전지보다 소형화에 유리하다고 말하지만, 시스템 효율의 향상을 위해 물관리나 열관리를 위한 부가 장치를 포함함으로써 실제로 시스템이 복잡하고 소형화하기 어려우며 가격이 비싸다는 문제가 있다.
한편, 연료전지는 넓은 의미에서 공기 연료를 이용하여 발전하는 금속공기 전지를 포함할 수 있다. 현재, 금속공기전지는 에너지 밀도가 매우 높고 간단한 구성을 갖지만 출력 전류가 작고 자기 방전이 크기 때문에 그 실용적이 매우 제한적이다.
본 발명의 목적은 고분자 전해질형 연료전지나 직접 메탄올형 연료전지와 같이 복잡한 시스템 구성을 필요로 하지 않고 금속공기전지의 에너지 밀도가 높은 특징을 이용하며, 대전류가 가능하고, 자기 방전이 작은 직접 금속 연료전지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전술한 직접 금속 연료전지 장치에 이용되는 연료 카트리지를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 온/오프 및 출력을 용이하게 제어할 수 있는 직접 금속 연료전지 장치를 제공하는 것이다.
전술한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 의하면, 적어도 하나의 공간에 전해질을 저장하며 적어도 상기 공간의 마주하는 양면에 미세망상구조를 구비하는 전해질 팩; 미세망상구조를 통해 전해질과 접하도록 전해질 팩의 일면에 설치되는 애노드용 금속 재료; 및 금속 재료와 마주하도록 전해질 팩의 타면에 설치되는 캐소드 부재를 포함하는 직접 금속 연료전지용 연료 카트리지가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 적어도 하나의 공간에 전해질을 저장하며 적어도 상기 공간의 마주하는 양면에 미세망상구조를 구비하는 전해질 팩; 미세망상구조를 통해 전해질과 접하도록 전해질 팩의 일면에 설치되는 애노드용 금속 재료; 및 금속 재료와 마주하도록 전해질 팩의 타면에 설치되는 캐소드 부재를 포함하는 연료 카트리지; 및 연료 카트리지가 착탈식으로 결합하는 케이스를 포함하는 직접 금속 연료전지 장치가 제공된다. 여기서, 케이스는, 캐소드 부재가 내부 공간에 노출되도록 연료 카트리지를 수용하는 적어도 하는 탑재공간; 및 상기 내부 공간에 대한 외부 공기의 유입을 조절하는 적어도 하나의 창개폐부를 구비한다.
바람직하게, 금속 재료는 마그네슘, 알루미늄, 아연, 철 중 적어도 어느 하나 또는 이들 중 어느 하나의 합금이다. 캐소드 부재는 전도성 다공질 재료를 포함한다. 전해질은 흡수성 폴리머를 포함한다.
연료 카트리지는 상기 공간을 형성하는 형태 및/또는 격벽을 가지고 전해질 팩을 지지하는 절연성 프레임 부재를 더 포함할 수 있다.
연료 카트리지는 캐소드 부재 상에 설치되며 공기가 투과하는 홀을 구비하는 집전체를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 직접 금속 연료전지 장치는 케이스에 고정되며 연료 카트리지의 장착시 접전체에 접하는 제1 단자; 및 케이스에 고정되며 연료 카트리지의 장착시 금속 재료에 접하는 제2 단자를 더 포함한다. 또한, 제1 단자는 포지티브 출력 단자에 전기적으로 연결되고 제2 단자는 네거티브 출력 단자에 전기적으로 연결된다.
직접 금속 연료전지 장치는 케이스에 고정되며 내부 공간에서 캐소드 부재에 접하고 공기가 투과하는 홀을 구비하는 집전체를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 직접 금속 연료전지 장치는 케이스에 고정되며 연료 카트리지의 장착시 금속 재료에 접하는 제2 단자를 더 포함한다. 이때, 접전체는 연료 카트리지의 장착시 캐소드 부재에 접하는 제1 단자로 기능한다.
직접 금속 연료전지 장치는 제1 단자와 포지티브 출력 단자 사이 및 제2 단자와 네거티브 출력 단자 사이에 설치되며 복수의 셀들을 전기적으로 직렬 연결하는 배선을 더 포함할 수 있다.
직접 금속 연료전지 장치는 케이스에 결합하며 창개폐부로 유입되는 외부 공기의 흐름을 제어하는 공기조절부를 더 포함할 수 있다. 또한, 직접 금속 연료전지 장치는 공기조절부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
제어부는 포지티브 출력 단자와 네거티브 출력 단자 사이에 인가되는 전압을 감지하고, 감지된 전압이 기준 전압보다 낮을 때 외부 공기의 흐름이 증가하도록 공기조절부를 제어하며, 감지된 전압이 기준 전압보다 높을 때 외부 공기의 흐름이 감소하도록 공기조절부를 제어할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 고분자 전해질형 연료전지나 직접 메탄올형 연료전지와 같이 연료를 공급하고 효율을 높이기 위한 복잡한 시스템 구성을 필요로 하지 않는 직접 금속 연료전지 장치를 제공할 수 있다.
또한, 고가의 촉매를 사용할 필요가 없으므로 가격이 저렴한 연료전지 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예의 직접 금속 연료전지 장치는 스택과 합체된 연료 카트리지를 이용한다. 다시 말하면, 연료를 교환할 때에 스택 자체도 교환함으로써 실질적으로 직접 금속 연료전지 장치의 수명의 열화가 없다. 즉, 본 실시예의 직접 금속 연료전지 장치는 높은 에너지 밀도로 장시간 사용할 수 있다.
또한, 창개폐부를 이용함으로써, 장치의 온/오프를 용이하게 조절할 수 있고, 아울러 장치의 자기 방전을 방지할 수 있다.
또한, 공기조절부 및/또는 제어부를 이용함으로써, 장치의 출력을 용이하게 제어할 수 있고, 아울러 사용자 편의성을 향상시킬 수 있다.
또한, 겔상의 흡수성 고분자에 흡수되어 있는 물을 이용함으로써, 방향성에서 자유로운 이점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 본 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 충분히 이해하도록 하기 위한 것이다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 카트리지의 평면도이다. 도 1b는 도 1a의 연료 카트리지의 I-I 선에 의한 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 연료 카트리지(10)는 프레임 부재(12), 금속 재료(14), 전해질 팩(16) 및 캐소드 부재(18)를 포함한다.
전해질 팩(16)은 미세망상구조 또는 다공질 구조를 갖는 재료로 만들어진다. 다공질 재료는 흡수성이 있는 재료를 가리키며, 예컨대, 흡수성 폴리머를 포함한다.
흡수성 폴리머는 통상 종이 기저귀나 여성의 생리용품 안에 사용되며, 소위 고흡수 폴리머 또는 고분자 전해질 등으로 불린다. 흡수성 폴리머는 자체 부피의 2000배에 달하는 수분을 흡수할 수 있다. 흡수성 폴리머는 고분자 화합물이지만, 분자 내에 카르복실기가 이온이 된 것(-COO-)과 나트륨 이온(Na+)을 포함하고 있다. 두 이온 모두 물과 친화성이 높고, 물과 만나면 나트륨 이온이 분리되어 떨어져 나가고, 폴리머에 연결되어 있는 카르복실기 이온이 서로 반발한다. 이러한 이유로, 분자 간에 스페이스가 생기고, 그 스페이스에 물이 들어가면 폴리머 자체가 팽윤한다. 폴리머의 쇠사슬 부분은 가교되어 있으므로 폴리머는 용해하지 않고 고분자 겔(gel) 상태가 된다.
본 실시예의 전해질 팩(16)은 흡수성 고분자에 흡수되어 있는 물이 전해질 역할을 하는 겔상 전해질을 포함한다. 이 경우, 겔상 전해질인 물은 고체나 액체 상태의 전해질보다 방향성에 자유로운 이점이 있다.
금속 재료(14)는 마그네슘, 알루미늄, 아연, 철 중 적어도 어느 하나 또는 이들 중 어느 하나의 합금을 포함한다. 금속 재료(14)는 전지의 애노드로서 작용한다.
캐소드 부재(18)는 도전성 다공질 재료로 만들어진다. 도전성 다공질 재료는 다공성 탄소층을 포함한다. 또한, 캐소드 부재(18)는 전지 또는 연료전지에서 캐소드용으로 사용되고 있는 다양한 형태 및 구조에서 선택될 수 있다.
프레임 부재(12)는 전해질 팩(16)을 지지하며, 소정의 강도를 갖는 재료로 만들어진다. 예컨대, 프레임 부재(12)는 나무, 금속, 플라스틱, 세라믹, 고분자 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있다. 프레임 부재(12)는 전해질 팩(16)과 일체로 형성될 수 있으며, 그 경우, 적어도 금속 재료(14)가 접하는 부분과 캐소드 부 재(18)가 접하는 부분에는 전해질 팩(16)이 노출되도록 구성된다. 한편, 프레임 부재(12)는 전해질 팩(16)이 자체적으로 소정의 형태를 갖거나 굳이 형태를 가질 필요가 없는 경우 생략될 수 있다.
전해질 팩(16)과 그 양면에 설치되는 금속 재료(14) 및 캐소드 부재(18)의 구조는 금속공기전지를 형성하여, 금속 재료(14), 전해질 팩(16) 및 캐소드 부재(18)의 적층 구조는 전기를 발생시키는 셀을 구성하고, 스택으로 언급될 수 있다.
본 실시예의 연료 카트리지(10)는 금속공기전지 방식으로 동작하는 복수의 셀들을 구비한다. 복수의 셀들은 동일 평면상에 동일한 형태로 배치되며, 서로 전기적으로 분리되어 있다. 프레임 부재(12)를 사용하는 경우, 프레임 부재(12)는 복수의 셀들 간에 원하지 않는 단락 회로가 형성되는 것을 방지하기 위하여 절연성을 구비한다.
이하의 설명에서는 설명의 편의상 복수의 셀들을 구비한 연료 카트리지가 있을 때, 하나의 셀에 대하여만 설명하고, 필요한 경우에만 복수의 셀들을 언급하기로 한다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 카트리지를 이용하는 직접 금속 연료전지 장치의 개략적인 단면도이다. 도 2b는 도 2a의 직접 금속 연료전지 장치에서 연료 카트리지를 탈착한 상태를 보여주는 단면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 직접 금속 연료전지 장치(30)는 연료 카트리지(10)를 장착 및 탈착할 수 있는 케이스(36)를 포함한다. 케이스(36)에는 연료 카 트리지(10)의 장착시 캐소드 부재(18)가 내부 공간에 노출되도록 연료 카트리지(10)을 수용하는 탑재공간이 구비된다. 또한, 케이스(36)에는 내부 공간에 대한 외부 공기의 유입을 조절하는 적어도 하나의 창개폐부(34)가 구비된다. 본 실시예에서 창개폐부(34)는 수동으로 조작할 수 있도록 설치된다.
참고로, 도 2a 및 도 2b에서는 두 개의 창개폐부(34)를 도시하였지만, 본 실시예의 직접 금속 연료전지 장치(30)는 어느 하나의 창개폐부만을 구비하도록 구현될 수 있다.
또한, 직접 금속 연료전지 장치(30)는 일정 강도를 구비하고 도전성 재료로 이루어지는 집전체(20)를 구비한다. 본 실시예에서 집전체(20)는 케이스(36)에 고정되며, 연료 카트리지(10)가 장착되었을 때 캐소드 부재(18)에 접촉한다. 또한, 집전체(20)는 내부 공간에 유입된 공기가 캐소드 부재(18)로 유동할 수 있도록 홀(20a)을 구비한다.
또한, 직접 금속 연료전지 장치(30)는 제1 단자(32b) 및 제2 단자(32a)를 구비한다. 본 실시예에서 제1 단자(32b)는 집전체(20)에 고정적으로 결합한다. 제1 단자(32b)는 생략될 수 있는데, 그 경우, 집전체(20)가 그 기능을 대신할 수 있다. 제2 단자(32a)는 케이스(36)에 고정되며, 연료 카트리지(10)가 장착되었을 때 애노드용 금속 재료(14)에 접촉한다. 제1 단자(32b)는 포지티브 출력 단자(+)에 전기적으로 연결되고, 제2 단자(32a)는 네거티브 출력 단자(-)에 전기적으로 연결된다.
또한, 직접 금속 연료전지 장치(30)는 복수의 셀들을 전기적으로 직렬 연결하기 위한 배선(32)을 구비한다.
본 실시예의 직접 금속 연료전지 장치에 의하면, 이미 잘 알려진 고에너지 밀도 전지인 공기전지를 착탈식 연료 카트리지 형태로 구성함으로써 전해질과 금속 재료를 손쉽게 보충하면서 전해질 팩에 생성된 반응 부산물을 손쉽게 제거할 수 있고, 그것에 의해 연료전지와 같이 외부에서 연료 공급이 가능한 형태로 지속적으로 사용할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 카트리지의 평면도이다. 도 3b는 도 3a의 연료 카트리지의 Ⅱ-Ⅱ 선에 의한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 연료 카트리지(10a)는 프레임 부재(12), 금속 재료(14), 전해질 팩(16), 캐소드 부재(18) 및 집전체(20)를 포함한다.
집전체(20)는 캐소드 부재(18)에 접하도록 설치되며 공기가 통과하는 홀(20a)을 구비한다.
본 실시예의 연료 카트리지(10a)는 캐소드 부재(18) 상에 설치된 집전체(20)를 제외하고 실질적으로 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 연료 카트리지(10)와 동일하다.
프레임 부재(12)가 사용되는 경우, 집전체(20)는 프레임 부재(12)에 고정될 수 있다.
도 4a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 카트리지를 이용하는 직접 금속 연료전지 장치의 개략적인 단면도이다. 도 4b는 도 4a의 직접 금속 연료전지 장치에서 연료 카트리지를 탈착한 상태를 보여주는 단면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 직접 금속 연료전지 장치(30a)는 연료 카트리 지(10a)를 장착 및 탈착할 수 있는 케이스(36a)를 포함한다.
본 실시예의 케이스(36a)는 연료 카트리지(10a)의 장치시 캐소드 부재(18)에 접하는 집전체를 구비하지 않는다. 그것은 연료 카트리지(10a)의 캐소드 부재(18) 상에 이미 집전체(20)가 설치되어 있기 때문이다. 다만, 본 실시예의 직접 금속 연료전지 장치(30a)의 케이스(36a)에는 연료 카트리지(10a)의 장착시 집전체(20)와 접촉하는 제1 단자(32b)가 구비된다.
나머지 요소들와 이들의 결합관계는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 앞서 설명한 제1 실시예의 직접 금속 연료전지 장치(30)와 실질적으로 동일하다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 카트리지를 이용하는 직접 금속 연료전지 장치의 개략적인 단면도이다.
도 5를 참조하면, 직접 금속 연료전지 장치(30b)는 연료 카트리지(10a)를 장착 및 탈착할 수 있는 케이스(36b) 및 공기조절부(38)를 포함한다.
케이스(36b)는 창개폐부(34)에 인접한 내부 공간에 공기조절부(38)를 수용할 수 있도록 구성된다.
공기조절부(38)는 케이스(36b)에 고정되며, 창개폐부(34)로 유입되는 외부 공기의 흐름을 제어한다. 공기조절부(38)는 팬으로 구현될 수 있다.
본 실시예의 직접 금속 연료전지 장치(30b)에 의하면, 공기조절부(38)를 이용하여 장치의 출력을 증가시킬 수 있다.
나머지 요소들와 이들의 결합관계는 도 4a 및 도 4b를 참조하여 앞서 설명한 제2 실시예의 직접 금속 연료전지 장치(30a)와 실질적으로 동일하다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 카트리지를 이용하는 직접 금속 연료전지 장치의 개략적인 단면도이다.
도 6을 참조하면, 직접 금속 연료전지 장치(30c)는 연료 카트리지를 장착 및 탈착할 수 있는 케이스(36c), 공기조절부(38), 및 제어부(40)를 포함한다.
제어부(40)는 케이스(36c)에 고정될 수 있다. 또한, 제어부(40)는 셀의 출력 전압을 감지할 수 있다. 또한, 제어부(40)는 창개폐부(34)를 제어하도록 구현될 수 있다. 또한, 제어부(40)는 포지티브 출력 단자와 네거티브 출력 단자 사이에 인가되는 전압을 감지하고, 감지된 전압이 기준 전압보다 낮을 때 외부 공기의 흐름이 증가하도록 공기조절부를 제어하며, 감지된 전압이 기준 전압보다 높을 때 외부 공기의 흐름이 감소하도록 공기조절부를 제어할 수 있다.
본 실시예의 직접 금속 연료전지 장치(30c)에 의하면, 셀의 출력 전압 또는 출력 전류에 따라 공기조절부(38)를 제어함으로써 장치의 출력을 용이하게 제어할 수 있다. 아울러, 장치를 사용하지 않을 때, 제어부(40)를 통해 자동적으로 창개폐부(34)를 닫음으로써, 셀 동작을 정지시킬 수 있고, 그것에 의해 불필요한 전력 소모를 방지할 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그것들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정해지는 것이 아니고 특허청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정해져야 한다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 카트리지의 평면도.
도 1b는 도 1a의 연료 카트리지의 I-I 선에 의한 단면도.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 카트리지를 이용하는 직접 금속 연료전지 장치의 개략적인 단면도.
도 2b는 도 2a의 직접 금속 연료전지 장치에서 연료 카트리지를 탈착한 상태를 보여주는 단면도.
도 3a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 카트리지의 평면도.
도 3b는 도 3a의 연료 카트리지의 Ⅱ-Ⅱ 선에 의한 단면도.
도 4a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 카트리지를 이용하는 직접 금속 연료전지 장치의 개략적인 단면도.
도 4b는 도 4a의 직접 금속 연료전지 장치에서 연료 카트리지를 탈착한 상태를 보여주는 단면도.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 카트리지를 이용하는 직접 금속 연료전지 장치의 개략적인 단면도.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 카트리지를 이용하는 직접 금속 연료전지 장치의 개략적인 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 10a : 연료 카트리지
12 : 프레임 부재
14 : 금속 재료
16 : 전해질 팩
18 : 캐소드 부재
20 : 집전체
30, 30a, 30b, 30c : 직접 금속 연료전지 장치
32 : 배선
34 : 창개폐부
36, 36a, 36b : 케이스
38 : 공기조절부
40 : 제어부

Claims (19)

  1. 적어도 하나의 공간에 전해질을 저장하며 적어도 상기 공간의 마주하는 양면에 미세망상구조를 구비하는 전해질 팩;
    상기 미세망상구조를 통해 상기 전해질과 접하도록 상기 전해질 팩의 일면에 설치되는 애노드용 금속 재료;
    상기 금속 재료와 마주하도록 상기 전해질 팩의 타면에 설치되는 캐소드 부재; 및
    상기 캐소드 부재 상에 설치되며 공기가 투과하는 홀을 구비하는 집전체:를 포함하는 직접 금속 연료전지용 연료 카트리지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 재료는 마그네슘, 알루미늄, 아연, 철 중 적어도 어느 하나 또는 이들 중 어느 하나의 합금인 직접 금속 연료전지용 연료 카트리지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 캐소드 부재는 전도성 다공질 재료인 직접 금속 연료전지용 연료 카트리지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전해질 팩은 흡수성 폴리머인 직접 금속 연료전지용 연료 카트리지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전해질 팩을 지지하는 절연성 프레임 부재를 더 포함하는 직접 금속 연료전지용 연료 카트리지.
  6. 삭제
  7. 적어도 하나의 공간에 전해질을 저장하며 적어도 상기 공간의 마주하는 양면에 미세망상구조를 구비하는 전해질 팩; 상기 미세망상구조를 통해 상기 전해질과 접하도록 상기 전해질 팩의 일면에 설치되는 애노드용 금속 재료; 및 상기 금속 재료와 마주하도록 상기 전해질 팩의 타면에 설치되는 캐소드 부재를 포함하는 연료 카트리지; 및
    상기 연료 카트리지가 착탈식으로 결합하는 케이스를 포함하되,
    상기 케이스는,
    상기 캐소드 부재가 내부 공간에 노출되도록 상기 연료 카트리지를 수용하는 탑재공간; 및
    상기 내부 공간에 대한 외부 공기의 유입을 조절하는 적어도 하나의 창개폐부를 구비하는 직접 금속 연료전지 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 금속 재료는 마그네슘, 알루미늄, 아연, 철 중 적어도 어느 하나 또는 이들 중 어느 하나의 합금인 직접 금속 연료전지 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 캐소드 부재는 전도성 다공질 재료인 직접 금속 연료전지 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 전해질 팩은 흡수성 폴리머인 직접 금속 연료전지 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 연료 카트리지는 상기 전해질 팩을 지지하는 절연성 프레임 부재를 더 포함하는 직접 금속 연료전지 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 연료 카트리지는 상기 캐소드 부재 상에 설치되며 공기가 투과하는 홀을 구비하는 집전체를 더 구비하는 직접 금속 연료전지 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 케이스에 고정되며 상기 연료 카트리지의 장착시 상기 접전체에 접하는 제1 단자; 및 상기 케이스에 고정되며 상기 연료 카트리지의 장착시 상기 금속 재료에 접하는 제2 단자를 더 포함하고,
    상기 제1 단자는 포지티브 출력 단자에 전기적으로 연결되고 상기 제2 단자는 네거티브 출력 단자에 전기적으로 연결되는 직접 금속 연료전지 장치.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 케이스에 고정되며 상기 내부 공간에서 상기 캐소드 부재에 접하고 공기가 투과하는 홀을 구비하는 집전체를 더 포함하는 직접 금속 연료전지 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 케이스에 고정되며 상기 연료 카트리지의 장착시 상기 금속 재료에 접하는 제2 단자를 더 포함하고,
    상기 접전체는 상기 연료 카트리지의 장착시 상기 캐소드 부재에 접하는 제1 단자로 기능하며,
    상기 제1 단자는 포지티브 출력 단자에 전기적으로 연결되고 상기 제2 단자는 네거티브 출력 단자에 전기적으로 연결되는 직접 금속 연료전지 장치.
  16. 제13항 또는 제15항에 있어서,
    상기 제1 단자와 상기 포지티브 출력 단자 사이 및 상기 제2 단자와 상기 네거티브 출력 단자 사이에 설치되며 복수의 셀을 전기적으로 직렬 연결하는 배선을 더 포함하는 직접 금속 연료전지 장치.
  17. 제7항에 있어서,
    상기 케이스에 결합하며 상기 창개폐부로 유입되는 외부 공기의 흐름을 제어하는 공기조절부를 더 포함하는 직접 금속 연료전지 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 공기조절부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 직접 금속 연료전지 장치.
  19. 제13항 또는 제15항에 있어서,
    상기 케이스에 결합하며 상기 창개폐부로 유입되는 외부 공기의 흐름을 제어하는 공기조절부; 및 상기 공기조절부를 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 포지티브 출력 단자와 상기 네거티브 출력 단자 사이에 인가되는 전압을 감지하고, 감지된 전압이 기준 전압보다 낮을 때 상기 외부 공기의 흐름이 증가하도록 상기 공기조절부를 제어하며, 상기 감지된 전압이 상기 기준 전압보다 높을 때 상기 외부 공기의 흐름이 감소하도록 상기 공기조절부를 제어하는 직접 금속 연료전지 장치.
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