KR102575622B1 - 액체 금속 전지 구조체 및 액체 금속 전지 구조체의 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
액체 금속 전지 구조체가 제공된다. 상기 액체 금속 전지 구조체는, 챔버, 상기 챔버 내부가 제공하는 제2 내부 공간에 배치되고, 전기적으로 직렬로 연결되는 복수의 액체 금속 전지 유닛을 포함하되, 상기 액체 금속 전지 유닛은, 서로 결합하는 제1 하우징 및 제2 하우징, 상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징의 결합에 의하여 제공되는 제1 내부 공간에 마련되어 액체 금속 상태에서 동작하는 단전지, 및 상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징의 결합 계면에 마련되고, 상기 제1 내부 공간과 상기 결합된 제1 및 제2 하우징의 외부 공간을 연통시키는 유로를 제공하는 유로부를 가지는 개스킷(gasket)을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 액체 금속 전지 구조체 및 액체 금속 전지 구조체의 동작 방법에 관련된 것이다.
전지는 물질의 화학적 또는 물리적 반응을 이용하여, 이들의 변화로 방출되는 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치를 말한다. 화학반응을 이용한 전지를 화학전지, 물리반응을 이용한 전지를 물리전지라 하며, 일반적으로 화학전지가 더 보편적이다. 화학전지는 1차 전지와 2차 전지로 나눌 수 있다. 1차 전지는 작용물질을 전극 가까이에 미리 넣어 두고, 이 물질의 화학변화에 의해 생기는 전기에너지를 이용한다. 작용물질의 화학변화가 끝나면 수명이 다하여 재생할 수 없고, 건전지로 널리 사용된다.
2차 전지는 전기에너지를 방출하여 작용물질이 변화한 후에도 다시 전지에 전기에너지를 공급, 즉 충전하면 작용물질이 재생되어 이를 되풀이할 수 있어, 축전지로 많이 사용된다. 최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 하나의 전지 셀(battery cell)이 팩(pack) 형태로 포장된 저 용량 전지의 경우 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원의 경우 에는 상기 전지 셀을 수십 개 직렬 또는 병렬로 연결하여 대용량의 이차 전지 패키지를 구성하게 된다.
특히, 대용량의 이차 전지와 관련하여, 더욱더 많은 양의 에너지를 저장하고, 대량의 전력을 방출할 수 있는 방법에 대한 많은 연구개발이 진행되고 있다. 예를 들어, 대한 민국 특허 공개 번호 10-2012-0025097(출원번호: 10-2010-0087270, 출원인: 주식회사 엘지화학)에는, 전극단자들이 단위셀의 양단에 각각 형성되어 있고, 전극단자들이 동일한 방향으로 배향되도록 측면으로 배열되어 있는 둘 이상의 단위셀들; 상기 단위셀들의 전극단자에 용접 방식으로 접속되는 도전성의 제 1 판상 접속부, 및 상기 제 1 판상 접속부의 외면에 결합되어 있고 전지셀과 제 1 판상 접속부의 용접을 위한 용접봉이 삽입될 수 있는 관통구가 형성되어 있는 제 2 판상 접속부로 이루어진 접속부재들; 및 상기 단위셀들과 접속부재의 외면을 감싸는 팩 케이스;를 포함하는 고출력 대용량의 전지팩이 개시되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 구동 전압이 향상된 액체 금속 전지 구조체 및 액체 금속 전지 구조체의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 에너지 밀도가 향상된 액체 금속 전지 구조체 및 액체 금속 전지 구조체의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 용량 제어가 용이한 액체 금속 전지 구조체 및 액체 금속 전지 구조체의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 외부 공기와의 반응이 차단되어, 폭발의 위험성이 감소된 액체 금속 전지 구조체 및 액체 금속 전지 구조체의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 액체 금속 전지 구조체를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 액체 금속 전지 구조체는 제1 하우징, 상기 제1 하우징과 결합하는 제2 하우징, 상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징의 결합에 의하여 제공되는 제1 내부 공간에 마련되어 액체 금속 상태에서 동작하는 단전지, 및 상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징의 결합 계면에 마련되고, 상기 제1 내부 공간과 상기 결합된 제1 및 제2 하우징의 외부 공간을 연통시키는 유로를 제공하는 유로부를 가지는 개스킷(gasket)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 액체 금속 전지 구조체는 상기 결합된 제1 및 제2 하우징을 수용하는 챔버, 및 상기 챔버의 내부와 상기 결합된 제1 및 제2 하우징의 외부로 사이의 공간으로 정의되는 제2 내부 공간으로 가스를 유입 또는 유출시키는 가스라인을 더 포함하고, 상기 가스라인은, 상기 챔버가 제공하는 제2 내부 공간과 상기 개스킷의 유로부를 통하여 상기 제1 및 제2 하우징의 결합에 의하여 제공되는 제1 내부 공간과 연통할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 액체 금속 전지 구조체는 상기 챔버의 외부에서 상기 챔버가 제공하는 제2 내부공간을 관통하는 제1 전류 콜렉터, 상기 챔버의 외부에 마련된 제1 전류 콜렉터의 외주면을 감싸는 절연체, 및 상기 챔버의 외부에 마련된 제1 전류 콜렉터와 상기 절연체 사이의 틈을 밀봉하는 밀봉부를 더 포함하고, 상기 챔버가 제공하는 제2 내부 공간과 상기 가스라인은, 상기 절연체의 외주면과 상기 제1 전류 콜렉터 사이의 틈을 통하여 연통할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 가스라인은, 상기 단전지와 전기적으로 연결된 상기 챔버의 일면과 전기적으로 연결됨으로써, 상기 제1 전류 콜렉터와 다른 전위의 전류를 집전하는 제2 전류 콜렉터로 동작할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 가스라인을 통하여 유입되는 가스는 불활성 기체이고, 상기 가스라인을 통하여 유출되는 가스는 공기일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 액체 금속 전지 구조체는, 챔버, 및 상기 챔버 내부가 제공하는 제2 내부 공간에 배치되고, 전기적으로 직렬로 연결되는 복수의 액체 금속 전지 유닛을 포함하되, 상기 액체 금속 전지 유닛은, 서로 결합하는 제1 하우징 및 제2 하우징, 상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징의 결합에 의하여 제공되는 제1 내부 공간에 마련되어 액체 금속 상태에서 동작하는 단전지, 및 상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징의 결합 계면에 마련되고, 상기 제1 내부 공간과 상기 결합된 제1 및 제2 하우징과 상기 챔버 사이의 공간으로 정의되는 제2 내부 공간을 연통시키는 유로를 제공하는 유로부를 가지는 개스킷(gasket)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛에 포함된 개스킷의 유로부는 서로 다른 방향으로 유로를 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛에 포함된 각각의 개스킷의 유로부는 서로 다른 방향으로 유로를 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 액체 금속 전지 유닛의 제2 하우징은 상기 단전지와 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛 중 일단에 위치하는 액체 금속 전지 유닛에 포함된 제2 하우징의 바닥면 및 측면은, 각각 상기 챔버의 바닥면 및 측면과 전기적으로 접촉할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 액체 금속 전지 유닛의 제2 하우징은 상기 단전지와 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛의 제2 하우징들은 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛들이 전기적으로 직렬로 연결되는 방향을 따라, 상기 챔버와 서로 다른 지점에서 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 액체 금속 전지 유닛의 제2 하우징은 상기 단전지와 전기적으로 연결되고, 서로 인접한 상기 액체 금속 전지 유닛의 제2 하우징들은 각각 상기 챔버의 서로 다른 측벽과 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛에 포함된 개스킷들의 유로부들은 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛들이 전기적으로 직렬로 연결되는 방향을 따라, 유로를 제공하는 방향이 다를 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛에 포함된 각각의 개스킷들의 유로부들이 제공하는 유로의 방향은, 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛의 각각의 제2 하우징들이 상기 챔버와 연결되는 지점과 서로 반대되는 방향인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛들은, 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛 각각의 제1 및 제2 하우징들을 관통하는 결합 로드에 의해 연결되되, 상기 결합 로드는 양 끝단에 마련된 가압 너트를 포함하고, 상기 가압 너트는 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛들에 압력을 가하여 스태킹(stacking)되도록 하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛들 중 서로 인접하는 제1 액체 금속 전지 유닛의 제2 하우징과 제2 액체 금속 전지 유닛의 제1 하우징은, 전도성 나사에 의하여 나사 결합될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 단전지는 밀도가 낮은 순서로 애노드(anode), 전해질 및 캐소드(cathode) 을 포함하되, 상기 전해질은 상기 애노드 측면의 적어도 일부를 함침시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전해질은 상기 애노드 측면뿐 아니라 상기 애노드의 상면까지 함침시킬 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 액체 금속 전지 구조체의 동작 방법을 제공한다.
일 실시 에에 따르면, 상기 액체 금속 전지 구조체의 동작 방법은, 적어도 하나의 액체 금속 전치 유닛이 배치되는 챔버 내부의 공기를 제거하되, 상기 액체 금속 전지 유닛 내부의 공기를 제거하는, 공기 제거 단계, 상기 공기 제거 단계 이후에, 불활성 가스를 상기 액체 금속 전지 유닛 내부에 제공하는, 불활성 가스 제공 단계를 포함하되, 상기 공기 제거 단계에 있어서, 공기는, 상기 액체 금속 전지 유닛의 내부로 정의되는 제1 내부공간에서, 상기 액체 금속 전지 유닛의 외부와 상기 챔버의 내부로 정의되는 제2 내부공간을 통하여 제거되고, 상기 불활성 가스 제공 단계에 있어서, 불활성 가스는 상기 제2 내부공간에서, 상기 제1 내부공간으로 제공되고, 상기 액체 금속 전지 유닛은, 상기 제1 내부 공간과 상기 제2 내부 공간을 연통시키는 유로부를 가지는 개스킷을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛에 포함된 개스킷의 유로부는 서로 다른 방향으로 유로를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체는, 액체 금속 전지 유닛, 상기 액체 금속 전지 유닛이 수용되는 챔버, 상기 챔버 내부로 가스를 유입 또는 유출시키는 가스라인을 포함할 수 있다. 상기 액체 금속 전지 유닛의 개스킷이 포함하는 유로부는, 제1 하우징과 제2 하우징의 결합에 의해 제공되는 제1 내부 공간 및 상기 챔버의 내부와 상기 결합된 제1 및 제2 하우징의 외부로 사이의 공간으로 정의되는 제2 내부 공간을 연통시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 가스라인을 통해 상기 제2 내부 공간 및 상기 제1 내부 공간은 공기가 제거되나, 불활성 기체가 주입되고, 이로 인해, 상기 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체는, 폭발의 위험성이 감소될 수 있다.
또한, 상기 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체는, 복수의 액체 금속 전지 유닛들이 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 액체 금속 전지 구조체는 구동 전압이 향상될 수 있다.
또한, 상기 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체는, 복수의 액체 금속 전지 유닛들의 개스킷들이 가지는 유로부들은 방향이 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 제1 내부 공간들과 제2 내부 공간들 사이에 가스가 유입 또는 유출되는 경우, 병목현상이 줄어들어, 가스가 보다 용이하게 유입 또는 유출될 수 있다.
또한, 상기 실시 에에 따른 액체 금속 전지 구조체는, 상기 제2 하우징들이 상기 단전지들과 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛들이 전기적으로 직렬로 연결되는 방향을 따라, 상기 챔버와 서로 다른 지점에서 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 액체 금속 전지 구조체는 저항이 감소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 단위 액체 금속 전지 유닛을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속 전지 유닛이 포함하는 개스킷을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속 전지 유닛에 포함되는 단전지를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체가 포함하는 가스켓들과 유로부들을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 다른 액체 금속 전지 구조체의 전기적 연결을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체의 저항을 낮추기 위한 방법을 나타내는 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 도 8에서 설명된 액체 금속 전지 구조체의 유로부들을 나타내는 도면들이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체의 동작 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속 전지 유닛이 포함하는 개스킷을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속 전지 유닛에 포함되는 단전지를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체가 포함하는 가스켓들과 유로부들을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 다른 액체 금속 전지 구조체의 전기적 연결을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체의 저항을 낮추기 위한 방법을 나타내는 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 도 8에서 설명된 액체 금속 전지 구조체의 유로부들을 나타내는 도면들이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체의 동작 방법을 설명하는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체는 적어도 하나의 액체 금속 전지 유닛들을 포함하여 이루어질 수 있고, 예를 들어, 복수의 액체 금속 전지 유닛들이 직렬로 연결되어 구성될 수 있다. 상기 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체를 설명하기에 앞서, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 상기 액체 금속 전지 유닛이 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 단위 액체 금속 전지 유닛을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속 전지 유닛이 포함하는 개스킷을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속 전지 유닛에 포함되는 단전지를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 액체 금속 전지 유닛(100)은, 제1 하우징(102), 제2 하우징(104), 단전지(110), 개스킷(gasket, 120), 제1 전류 콜렉터(130), 결합 로드(150), 및 가압 너트(160)로 구성될 수 있다.
상기 제1 하우징(102) 및 상기 제2 하우징(104)은 결합될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 하우징(102)은 원형의 판(plate) 형태일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 하우징(104)은 내부에 공간이 형성되고, 상부가 개방된 용기(container) 형태일 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 하우징(102) 및 상기 제2 하우징(104)이 결합되어, 제1 내부 공간(S1)이 제공될 수 있다. 즉, 상기 제1 내부 공간(S1)은 상기 제2 하우징(104) 내부에 형성된 공간이, 상기 제1 하우징(102)에 의해 밀폐된 공간으로 이해될 수 있다.
상기 단전지(110)는, 상기 제1 내부 공간(S1)에 마련될 수 있다. 상기 단전지(110)는 애노드(anode, 112), 캐소드(cathode, 114), 및 전해질(116)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 애노드(112)는 액체 금속일 수 있다. 예를 들어, 상기 애노드(112)는 액체 리튬(Li)일 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 애노드(112)는 액체 나트륨(Na), 액체 칼슘(Ca)등일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 캐소드(114)는 액체 금속일 수 있다. 예를 들어, 상기 캐소드(114)는, 액체 비스무스(Bi)일 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 캐소드(114)는, 액체 안티몬(Sb), 액체 납(Pb), 액체 주석(Sn)등일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전해질(116)은 액체일 수 있다. 예를 들어, 상기 전해질(116)은 LiCl 및 LiF가 70 mol% : 30 mol%의 비율로 혼합된 용액일 수 있다.
상기 애노드(112), 상기 캐소드(114), 및 상기 전해질(116)은 서로 밀도가 다를 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 애노드(112), 상기 전해질(116), 및 상기 캐소드(114)의 순서대로 밀도가 클 수 있다. 이에 따라, 상기 캐소드(114), 상기 전해질(116), 및 상기 애노드(112)가 순차적으로 적층된 형태로 상기 제1 내부 공간(S1)에 배치될 수 있다.
상기 제1 전류 콜렉터(130)는, 상기 제1 및 제2 하우징(102, 104)의 외부에서, 상기 제1 하우징(102), 상기 제2 하우징(104), 및 상기 제1 내부 공간(S1)을 순차적으로 관통할 수 있다. 상기 제1 전류 콜렉터(130)는 전도성 나사(130t)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전도성 나사(130t)는 상기 제1 전류 콜렉터(130)의 외주면에서 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 상기 전도성 나사(130t)는 상기 제1 하우징(102)과 나사 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 전류 콜렉터(130)는 상기 제1 하우징(102)에 고정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전류 콜렉터(130)의 말단은 상기 애노드(112)를 포함하는 함침부(132)에 함침될 수 있다. 예를 들어, 상기 함침부는 탄소(carbon), 흑연(graphite), 또는 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 전도성 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 함침부는 폼(foam), 매시(mesh), 팰트(felt), 판(plate), 또는 시트(sheet) 중 적어도 어느 하나의 형태일 수 있다.
도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 함침부(132)는 상기 전해질(116)에 함침될 수 있다. 이에 따라, 상기 애노드(112)도 상기 전해질(116)에 함침될 수 있다.
도 3의 (a)를 참조하면, 상기 전해질(116)은 상기 애노드(112) 측면의 적어도 일부를 함침시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 캐소드(114)와 상기 전해질(116)의 경계면에서 상기 전해질(116)의 상부면 까지 높이(h1) 및 상기 캐소드(114)와 상기 전해질(116)의 경계면에서 상기 애노드(112)의 상부면 까지 높이(h2)가 서로 같도록, 상기 전해질(116)은 상기 애노드(112)를 함침시킬 수 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, 상기 전해질(116)은 상기 애노드(112) 측면뿐 아니라 상기 애노드(112)의 상면까지 함침시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 캐소드(114)와 상기 전해질(116)의 경계면에서 상기 전해질(116)의 상부면 까지 높이(h1)가, 상기 캐소드(114)와 상기 전해질(116)의 경계면에서 상기 애노드(112)의 상부면 까지 높이(h2)보다 높도록, 상기 전해질(116)은 상기 애노드(112)를 함침시킬 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 개스킷(120)은, 상기 제1 하우징(102)과 상기 제2 하우징(104)의 결합 계면에 마련될 수 있다. 즉, 상기 제1 하우징(102)과 상기 제2 하우징(104)은, 상기 개스킷(120)을 사이에 두고 결합될 수 있다.
상기 개스킷(120)에는 개스킷 홀(120h) 및 유로부(122)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 개스킷(120)은, THERMICULITE 866일 수 있다.
상기 개스킷 홀(120h)은 상기 개스킷(120)의 내부 공간일 수 있다. 상기 개스킷 홀(120h)은 상기 제1 전류 콜렉터(130)가 관통되는 공간일 수 있다. 상기 개스킷 홀(120h)의 직경은, 상기 제1 내부 공간(S1)의 직경보다 작을 수 있다.
상기 유로부(122)는 상기 제1 내부 공간(S1)과 상기 결합된 제1 및 제2 하우징(102, 104)의 외부 공간을 연통시킬 수 있다. 다시 말해, 상기 유로부(122)는 상기 제1 및 제2 하우징(102, 104)이 결합됨에 따라 분리되는 내부 공간과 외부 공간을 연통시킬 수 있다.
상기 결합 로드(150)는 상기 제1 하우징(102) 및 상기 제2 하우징(104)을 관통하여 연결시킬 수 있다. 상기 결합 로드(150)는 양 끝단에 마련된 가압 너트(160)를 포함할 수 있다. 상기 가압 너트(160)는 상기 제1 하우징(102) 및 상기 제2 하우징(104)에 압력을 가하여 상기 제1 하우징(102) 및 상기 제2 하우징(104)이 결합되도록 할 수 있다.
상술된 실시 예에 따른 액체 금속 전지 유닛은, 전극 및 전해질이 모두 액체로 이루어짐에 따라, 공기와 접촉하여 폭발될 위험성이 있을 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체는, 폭발의 위험성을 감소시키기 위하여, 공기가 제거되고 불활성 기체의 환경이 유지되는 챔버 내에 상술된 액체 금속 전지 유닛이 배치된다. 이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체가 설명된다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 제1 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체는, 상기 실시 예에 따른 액체 금속 전지 유닛(100)이 챔버(200)내에 수용된 구조를 가질 수 있다. 상기 챔버(200)는, 가스라인(210), 절연체(220), 및 밀봉부(230)를 포함할 수 있다.
상기 챔버(200)는 상기 단전지(110)와 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 전류 콜렉터(130)는 상기 챔버(200)의 외부에서 상기 제2 내부 공간(S2)을 관통하도록 연결되어, 상기 제1 전류를 집전할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전류는 음(-)전류 일 수 있다. 상기 가스라인(210)은 상기 챔버(200)의 일면과 연결되어, 제2 전류를 집전할 수 있다. 상기 제2 전류는, 상기 제1 전류와 다른 전위의 전류일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 전류는 양(+)전류 일 수 있다. 다시 말해, 상기 가스라인(210)은 제2 전류 콜렉터로 동작될 수 있다.
상기 가스라인(210)은, 상기 제2 전류 콜렉터로 동작될 뿐만 아니라, 상기 챔버(200)가 제공하는 제2 내부 공간(S2)으로 가스를 유입 또는 유출시킬 수 있다. 상기 제2 내부 공간(S2)은 상기 챔버(200)의 내부와 상기 결합된 제1 및 제2 하우징(102, 104)의 외부로 사이의 공간으로 정의될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 유입되는 가스는 불활성 기체일 수 있다. 예를 들어, 상기 불활성 기체는 아르곤(Ar)일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 유출되는 가스는 공기(air)일 수 있다.
상기 가스라인(210)은 스위칭 밸브(212)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 가스라인(210)은 하나의 라인에서 서로 다른 가스를 유입 또는 유출시킬 수 있다.
상기 가스라인(210)은, 상기 제2 내부 공간(S2)과 상기 가스켓(210)의 상기 유로부(122)를 통하여, 상기 제1 내부 공간(S1)과 연통될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 내부 공간(S1)의 가스는, 상기 유로부(122)를 통해 상기 제2 내부 공간(S2)으로 유출될 수 있다. 또한, 상기 제2 내부 공간(S2)으로 유입된 가스는, 상기 유로부(122)를 통해 상기 제1 내부 공간(S1)으로 유입될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 가스라인(210)에 펌프를 연결하여 상기 챔버(200) 내부의 공기를 제거하는 경우, 상기 가스라인(210)을 통해 상기 제2 내부 공간(S2)의 공기가 제거될 수 있다. 이때, 상기 제2 내부 공간(S2)과 상기 제1 내부 공간(S1)은 상기 유로부(122)로 인해 연통됨에 따라, 상기 제1 내부 공간(S1)의 공기도 제거될 수 있다.
또한, 상기 가스라인(210)에 기체 주입장치를 연결하여 상기 챔버(200) 내부에 불활성 기체를 주입하는 경우, 상기 가스라인(210)을 통해 상기 제2 내부 공간(S2)에 상기 불활성 기체가 주입될 수 있다. 이때, 상기 제2 내부 공간(S2)과 상기 제1 내부 공간(S1)은 상기 유로부(122)로 인해 연통됨에 따라, 상기 제1 내부 공간(S1)또한 상기 불활성 기체가 주입될 수 있다.
상기 절연체(220) 및 상기 밀봉부(230)는 상기 챔버의 외부에 마련될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 절연체(220)는 산화알루미늄(Al2O3)일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 밀봉부(230)는 Epoxy resin일 수 있다.
상기 절연체(220)는 상기 제1 전류 콜렉터(130)의 외주면을 감쌀 수 있다. 상기 밀봉부(230)는 상기 제1 전류 콜렉터(130)와 상기 절연체(220) 사이의 틈을 밀봉할 수 있다. 이에 따라, 상기 절연체(220)는 상기 제1 전류 콜렉터(130)와 상기 가스라인(130)의 접촉을 방지할 수 있고, 상기 밀봉부(230)는 상기 챔버(200) 내부에 주입된 상기 불활성 기체가 외부로 빠져나오는 것을 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 가스라인(210)은 상기 절연체(220)의 측면에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 내부 공간(S2)과 상기 가스라인(210)은, 상기 절연체(220)의 외주면과 상기 제1 전류 콜렉터(130) 사이의 틈을 통하여 연통될 수 있다.
상술된 본 발명의 제1 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체는, 상기 액체 금속 전지 유닛(100), 상기 액체 금속 전지 유닛이 수용되는 챔버(200), 상기 챔버(200) 내부로 가스를 유입 또는 유출시키는 상기 가스라인(210)을 포함할 수 있다. 상기 액체 금속 전지 유닛(100)의 상기 개스킷(120)이 포함하는 상기 유로부(122)는, 상기 제1 하우징(102)과 상기 제2 하우징(104)의 결합에 의해 제공되는 상기 제1 내부 공간(S1) 및 상기 챔버(200)의 내부와 상기 결합된 제1 및 제2 하우징(102, 104)의 외부로 사이의 공간으로 정의되는 상기 제2 내부 공간(S2)을 연통시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 가스라인(210)을 통해 상기 제2 내부 공간(S2) 및 상기 제1 내부 공간(S1)은 공기가 제거되나, 불활성 기체가 주입되고, 이로 인해, 상기 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체는, 폭발의 위험성이 감소될 수 있다.
상술된 제1 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체의 구동 전압을 향상시키기 위하여, 상기 실시 예에 따른 액체 금속 전지 유닛들은 전기적으로 직렬로 연결되어 상기 챔버 내에 배치될 수 있다. 이하, 도 5 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체가 설명된다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 도 5를 참조하면, 상기 제2 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체는, 상기 실시 예에 따른 복수의 액체 금속 전지 유닛(100a, 100b, 100c)들이 챔버(200)내에 수용될 수 있다. 구체적으로, 제1 액체 금속 전지 유닛(100a), 제2 액체 금속 전지 유닛(100b), 및 제3 액체 금속 전지 유닛(100c)이 상기 챔버(200) 내에 수용될 수 있다. 도 5를 참조하여 설명하는 제2 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체가 3개의 액체 금속 전지 유닛을 가지는 경우를 상정하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 액체 금속 전지 유닛의 수에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 제한되는 것은 아니다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 챔버(200)에는, 가스라인(210), 절연체(220), 및 밀봉부(230)가 마련될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛들(100a, 100b, 100c)은 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛(100a, 100b, 100c)들은, 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛들(100a, 100b, 100c) 각각의 제1 및 제2 하우징(102a, 102b, 102c, 104a, 104b, 104c)들을 관통하는 상기 결합 로드(150)에 의해 결합될 수 있다.
구체적으로, 상기 결합 로드(150)는 상기 제1 액체 금속 전지 유닛(100a)의 제1 및 제2 하우징(102a, 104a), 상기 제2 액체 금속 전지 유닛(100b)의 제1 및 제2 하우징(102b, 104b), 및 상기 제3 액체 금속 전지 유닛(100c)의 제1 및 제2 하우징(102c, 104c)를 관통하여, 상기 제1 내지 제3 액체 금속 전지 유닛(100a, 100b, 100c)를 결합할 수 있다.
상기 결합 로드(150)는 양 끝단에 마련된 가압 너트(160)를 포함할 수 있다. 상기 가압 너트(160)는 상기 제1 내지 제3 액체 금속 전지 유닛(100a, 100b, 100c)들에 압력을 가하여 스태킹(stacking)되도록 할 수 있다. 구체적으로, 상기 가압 너트(160)는 상기 제1 액체 금속 전지의 제1 하우징(102a) 상부 및 상기 제3 액체 금속 전지의 제2 하우징(104c) 하부에 배치되어, 상기 제1 내지 제3 액체 금속 전지 유닛(100a, 100b, 100c)들을 가압할 수 있다.
또한, 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛(100a, 100b, 100c)들이 전기적으로 직렬로 연결됨에 따라, 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛(100a, 100b, 100c)들 중 서로 인접하는 하우징들은 나사 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 액체 금속 전지 유닛(100a)의 제2 하우징(104a)과 상기 제2 액체 금속 전지 유닛(100b)의 제1 하우징(102b)은 나사 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 액체 금속 전지 유닛(100a)의 제2 하우징(104a)과 상기 제2 액체 금속 전지 유닛(100b)의 제1 하우징(102b)은, 상기 제2 액체 금속 전지 유닛(100b)의 제1 전류 콜렉터(130b)에 형성된 전도성 나사(130tb)에 의하여 결합될 수 있다.
동일한 방식으로, 상기 제2 액체 금속 전지 유닛(100b)의 제2 하우징(104b)과 상기 제3 액체 금속 전지(100c)의 제1 하우징(102c)도 나사 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 액체 금속 전지 유닛(100b)의 제2 하우징(104b)과 상기 제3 액체 금속 전지 유닛(100c)의 제1 하우징(102c)은, 상기 제3 액체 금속 전지 유닛(100c)의 제1 전류 콜렉터(130c)에 형성된 전도성 나사(130tc)에 의하여 결합될 수 있다.
한편, 상술된 제2 및 제3 액체 금속 전지 유닛(100b, 100c)의 상기 제1 전류 콜렉터들(130b, 130c)과 달리, 상기 제1 액체 금속 전지 유닛(100a)의 제1 전류 콜렉터(130a)는 상기 챔버(200)의 외부에서 상기 제2 내부 공간 및 상기 제1 액체 금속 전지 유닛(100a)의 제1 하우징(102a)을 관통할 수 있다. 이때, 상기 제1 액체 금속 전지 유닛(100a)의 상기 제1 전류 콜렉터(130a)에 형성된 전도성 나사(130ta)는, 상기 제1 액체 금속 전지 유닛(100a)의 제1 하우징(102a)과 나사 결합될 수 있다.
도 4를 참조하여 설명된 상기 제1 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체와 같이, 상기 가스 라인(210)은 상기 챔버(200)의 외부에 배치되어, 상기 제2 내부 공간(S2)으로 가스를 유입 또는 유출시킬 수 있다. 상기 절연체(220)는 상기 제1 액체 금속 전지 유닛(100a)의 상기 제1 전류 콜렉터(130a)의 외주면을 감쌀 수 있다. 상기 밀봉부(230)는 상기 제1 액체 금속 전지 유닛(100a)의 상기 제1 전류 콜렉터(130a)와 상기 절연체(220) 사이의 틈을 밀봉할 수 있다.
상술된 제2 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체는, 상기 제1 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체와 같이 상기 제1 내지 제3 액체 금속 전지 유닛들(100a, 100b, 100c)이 포함하는 각각의 가스켓들(120a, 120b, 120c)에 의해 상기 제2 내부 공간(S2)과 상기 제1 내부 공간(S1a, S1b, S1c)이 연통될 수 있다. 이하, 도 6을 참조하여, 상기 제2 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체가 포함하는 각각의 가스켓들에 대하여 설명된다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체가 포함하는 가스켓들과 유로부들을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 제1 내지 제3 액체 금속 전지 유닛(100a, 100b, 100c)에 포함된 개스킷들(120a, 120b, 120c)의 유로부들(122a, 122b, 122c)은 서로 다른 방향으로 유로를 제공할 수 있다. 다른 관점에서, 유로부들(122a, 122b, 122c)은 상기 챔버(200)의 평면에서 바라본 방향에서 서로 다른 방향으로 유로를 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 액체 금속 전지 유닛(100a, 100b, 100c)에 포함된 개스킷들(120a, 120b, 120c)의 유로부들(122a, 122b, 122c)은 모두 각각 다른 방향으로 유로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 액체 금속 전지 유닛(100a)에 포함된 개스킷(120a)의 유로부(122a)와 상기 제2 액체 금속 전지 유닛(100b)에 포함된 개스킷(120b)의 유로부(122b)는 120°의 각도를 이루도록 유로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 상기 제2 액체 금속 전지 유닛(100b)에 포함된 개스킷(120b)의 유로부(122b)와 상기 제3 액체 금속 전지 유닛(100c)에 포함된 개스킷(120c)의 유로부(122c)는 120°의 각도를 이루도록 유로를 제공할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 액체 금속 전지 유닛(100a, 100b, 100c)에 포함된 개스킷들(120a, 120b, 120c)의 유로부들(122a, 122b, 122c)의 일부는 같은 방향으로 유로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 액체 금속 전지 유닛(100a)에 포함된 개스킷(120a)의 유로부(122a)와 상기 제2 액체 금속 전지 유닛(100b)에 포함된 개스킷(120b)의 유로부(122b)는 서로 같은 방향으로 유로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 액체 금속 전지 유닛(100c)에 포함된 개스킷(120c)의 유로부(122c)는 상기 제1 및 제2 액체 금속 전지 유닛(100a, 100b)에 포함된 개스킷(120a, 120b)의 유로부(120a, 120b)와 120°의 각도를 이루도록 유로를 제공할 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 내지 제3 액체 금속 전지 유닛(100a, 100b, 100c)의 제1 내부 공간들(S1a, S1b, S1c)과 상기 제2 내부 공간(S2) 사이에 가스가 유입 또는 유출되는 경우, 상기 유로부들(122a, 122b, 122c)의 방향이 다름에 따라, 가스 유로의 병목현상이 줄어들어, 가스가 보다 용이하게 유입 또는 유출될 수 있다.
보다 구체적으로 말하면, 상기 유로부들(122a, 122b, 122c)의 방향이 모두 같은 경우, 제1 내부 공간들(S1a, S1b, S1c)에 유입 또는 유출되는 가스가, 모두 같은 방향으로 유입 또는 유출됨에 따라, 각각의 상기 제1 내부 공간들(S1a, S1b, S1c)에 용이하게 유입 또는 유출되지 않을 수 있다. 하지만, 상기 유로부들(122a, 122b, 122c)의 방향이 서로 다른 경우, 제1 내부 공간들(S1a, S1b, S1c)에 유입 또는 유출되는 가스가 서로 다른 방향으로 유입 또는 유출됨에 따라, 각각의 상기 제1 내부 공간들(S1a, S1b, S1c)에 용이하게 유입 또는 유출 될 수 있다. 따라서, 가스 유입 또는 유출의 시간을 줄일 수 있다.
이하, 상기 제2 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체의 전기적 연결을 도 7을 참조하여 설명되고, 상기 제2 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체의 저항을 낮추기 위한 방법 및 이때의 유로부들의 방향이 도 8 및 도 9를 참조하여 설명된다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 다른 액체 금속 전지 구조체의 전기적 연결을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 제1 내지 제3 액체 금속 전지 유닛(100a, 100b, 100c)의 제1 전류 콜렉터들(130a, 130b, 130c) 및 제2 하우징들(104a, 104b, 104c)은 상기 제1 내지 제3 액체 금속 전지 유닛(100a, 100b, 100c)의 단전지들(110a, 110b, 110c)과 전기적으로 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 단전지들(110a, 110b, 110c)의 애노드들(112a, 112b, 112c)은 상기 제1 전류 콜렉터들(130a, 130b, 130c)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 단전지들(110a, 110b, 110c)의 캐소드들(114a, 114b, 114c)은 상기 제2 하우징들(104a, 104b, 104c)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 하우징들(104a, 104b, 104c)은 상기 가스라인(210)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 따라, 상기 단전지들(110a, 110b, 110c)에서 발생하는 제1 전류는 상기 제1 전류 콜렉터들(130a, 130b, 130c)을 통해 집전될 수 있고, 상기 단전지들(110a, 110b, 110c)에서 발생하는 제2 전류는 상기 제2 하우징들(104a, 104b, 104c) 및 상기 가스라인(210)을 통해 집전될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제3 액체 금속 전지 유닛(100c)에 포함된 제2 하우징(104c)의 바닥면 및 측면은 각각 상기 챔버(200)의 바닥면(P2) 및 측면(P1)과 전기적으로 접촉하여, 캐소드(114c)에서 발생된 제2 전류들 상기 제2 하우징(104c) 을 통해 상기 가스라인(210)으로 집전할 수 있다.
도 7에 도시되지는 않았지만, 상기 제1 및 제2 액체 금속 전지 유닛(100c)에 포함된 제2 하우징들(104a, 104b)의 측면은 각각 상기 챔버(200)의 측면과 전기적으로 접촉하여, 각각의 캐소드들(114a, 114b)에서 발생된 제2 전류들을 상기 제2 하우징들(104a, 104b)을 통해 상기 가스라인(210)으로 집전할 수 있다. 이하 도 8을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체의 저항을 낮추기 위한 방법을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 상기 액체 금속 전지 구조체의 저항을 낮추기 위해, 상기 제2 하우징들(104a, 104b, 104c)이 각각 상기 챔버(200)와 서로 다른 지점에서 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 하우징들(104a, 104b, 104c)은 각각 상기 챔버(200)의 제1 내지 제3 지점(L1, L2, L3)에서 연결될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 지점(L1, L2, L3)은 상기 제1 내지 제3 액체 금속 전지 유닛(100a, 100b, 100c)들이 전기적으로 직렬로 연결되는 방향(D1)을 따라, 상기 제2 하우징들(104a, 104b, 104c)이 상기 챔버(200)의 측면과 전기적으로 접촉하는 지점일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 서로 인접한 상기 액체 금속 전지 유닛의 상기 제2 하우징들은 각각 상기 챔버(200)의 서로 다른 측벽(200a, 200b)과 전기적으로 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 액체 금속 전지 유닛(100a) 및 상기 제2 액체 금속 전지 유닛(100b)의 상기 제2 하우징들(104a, 104b)은 각각 상기 챔버(200)의 서로 다른 측벽과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 액체 금속 전지 유닛(100a)의 제2 하우징(104a)은 상기 챔버(200)의 제2 측벽(200b)과 연결되고, 상기 제2 액체 금속 전지 유닛(100b)의 제2 하우징(104b)은 상기 챔버(200)의 제1 측벽(200a)과 연결될 수 있다.
또한, 상기 제2 액체 금속 전지 유닛(100b) 및 상기 제3 액체 금속 전지 유닛(100c)의 상기 제2 하우징들(104b, 104c)은 각각 상기 챔버(200)의 서로 다른 측벽과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 액체 금속 전지 유닛(100b)의 제2 하우징(104b)은 상기 챔버(200)의 제1 측벽(200a)과 연결되고, 상기 제3 액체 금속 전지 유닛(100c)의 제2 하우징(104b)은 상기 챔버의 제2 측벽(200b)과 연결될 수 있다.
이에 따라, 상기 캐소드들(114a, 114b, 114c)에서 발생된 제2 전류들의 흐름의 중첩이 최소화 되고, 결과적으로 상기 액체 금속 전지 구조체의 저항은 낮아질 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 도 8에서 설명된 액체 금속 전지 구조체의 유로부들을 나타내는 도면들이다.
도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 상기 제2 하우징들(104a, 104b, 104c)이 각각 상기 챔버(200)와 서로 다른 지점에서 전기적으로 연결되는 경우, 상기 제1 내지 제3 액체 금속 전지 유닛(100a, 100b, 100c)에 포함된 각각의 개스킷들(120a, 120b, 120c)의 유로부들(122a, 122b, 122c)이 제공하는 유로의 방향은, 상기 제2 하우징들(104a, 104b, 104c)이 상기 챔버(200)와 연결되는 지점(L1, L2, L3)들과 각각 서로 반대되는 방향일 수 있다.
이에 따라, 상기 유로부들(122a, 122b, 122c)이 제공하는 유로의 방향이 서로 다르게 되고, 도 6을 참조하여 상술한 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 액체 금속 전지 유닛(100a, 100b, 100c)의 제1 내부 공간들(S1a, S1b, S1c)과 상기 제2 내부 공간(S2) 사이에 가스가 유입 또는 유출되는 경우, 병목현상이 줄어들어, 가스가 보다 용이하게 유입 또는 유출될 수 있다. 즉, 가스와 전기 통로를 구분함으로써, 가스의 유동에 따른 전기 통로의 열화 현상을 최소화할 수 있으므로 수명을 향상시킬 수 있다.
상술된 본 발명의 제2 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체는, 상기 챔버(200), 상기 챔버 내부가 제공하는 상기 제2 공간(S2)에 배치되고, 전기적으로 직렬로 연결되는 상기 제1 내지 제3 액체 금속 전지 유닛(100a, 100b, 100c)들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 액체 금속 전지 구조체는 구동 전압이 향상될 수 있다.
또한, 상기 제2 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체는, 상기 개스킷들(120a, 120b, 120c)의 상기 유로부들(122a, 122b, 122c)의 방향이 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 제1 내부 공간들(S1a, S1b, S1c)과 상기 제2 내부 공간(S2) 사이에 가스가 유입 또는 유출되는 경우, 병목현상이 줄어들어, 가스가 보다 용이하게 유입 또는 유출될 수 있다.
또한, 상기 제2 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체는, 상기 제2 하우징들(104a, 104b, 104c)들이 상기 단전지들(110a, 110b, 110c)과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 내지 제3 액체 금속 전지 유닛들(100a, 100b, 100c)이 전기적으로 직렬로 연결되는 방향을 따라, 상기 챔버(200)와 서로 다른 지점(L1, L2, L3)에서 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 액체 금속 전지 구조체는 저항이 감소될 수 있다.
이하, 상술된 실시 예들에 따른 액체 금속 전지 구조체의 동작 방법이 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명된다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체의 동작 방법을 설명하는 순서도이다.
도 10을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 액체 금속 전지 구조체의 동작 방법은, 공기 제거 단계(S100) 및 불활성 가스 제공 단계(S200)를 포함할 수 있다.
상기 공기 제거 단계(S100)는, 적어도 하나의 액체 금속 전지 유닛이 배치되는 챔버 내부의 공기를 제거하되, 상기 액체 금속 전지 유닛 내부의 공기를 제거할 수 있다.
도 11을 참조하면, 구체적으로, 상기 공기 제거 단계(S100)는, 공기 제거 펌프를 작동시키는 단계(S110), 제2 내부 공간의 공기가 제거되는 단계(S120), 및 제1 내부 공간의 공기가 제거되는 단계(S130)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내부 공간은, 상기 액체 금속 전지 유닛의 내부로 정의될 수 있다. 상기 제2 내부 공간은, 상기 액체 금속 전지 유닛의 외부와 상기 챔버의 내부로 정의될 수 있다. 상기 제1 내부 공간과 상기 제2 내부 공간은 상기 액체 금속 전지 유닛이 포함하는 개스킷이 가지는 유로부로 연통될 수 있다.
다시 말해, 상기 제1 내부 공간의 공기는, 상기 공기 제거 펌프를 작동시키는 경우, 상기 유로부 및 상기 제2 내부 공간을 순차적으로 통과하여 제거될 수 있다.
상기 불활성 가스 제공 단계(S200)는, 적어도 하나의 액체 금속 전지 유닛이 배치되는 챔버 내부에 불활성 가스를 제공하되, 상기 액체 금속 전지 유닛 내부에도 불활성 가스를 제공할 수 있다.
도 12를 참조하면, 구체적으로, 상기 불활성 가스 제공 단계(S200)는, 불활성 가스 주입 펌프를 작동시키는 단계(S210), 상기 제2 내부 공간에 불활성 가스가 제공되는 단계(S220), 및 상기 제1 내부 공간에 불활성 가스가 제공되는 단계(S230)를 포함할 수 있다. 다시 말해, 상기 불활성 가스 주입 펌프를 작동시키는 경우, 불활성 가스는, 상기 제2 내부 공간 및 상기 유로부를 순차적으로 통과하여 상기 제1 내부 공간에 제공될 수 있다.
상기 챔버 내에 상기 액체 금속 전지 유닛이 복수개 제공되는 경우, 상기 공기 제거 단계(S100) 및 상기 불활성 가스 제공 단계(S200)는, 복수의 상기 액체 금속 전지 유닛에 포함된 개스킷의 유로부들이 서로 다른 방향으로 유로를 제공할 수 있다. 이에 따라, 도 6을 참조하여 상술된 바와 같이, 병목 현상이 줄어들어, 가스가 보다 용이하게 유입 또는 유출될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 액체 금속 전지 유닛
100a, 100b, 100c: 제1, 제2, 제3 액체 금속 전지 유닛
102: 제1 하우징
104: 제2 하우징
110: 단전지
112: 애노드
114: 캐소드
116: 전해질
120: 개스킷
120h: 개스킷 홀
122: 유로부
130: 제1 전류 콜렉터
130t: 전도성 나사
150: 결합 로드
160: 가압 너트
210: 가스 라인
212: 스위칭 밸브
220: 절연체
230: 밀봉부
S1: 제1 내부 공간
S2: 제2 내부 공간
100a, 100b, 100c: 제1, 제2, 제3 액체 금속 전지 유닛
102: 제1 하우징
104: 제2 하우징
110: 단전지
112: 애노드
114: 캐소드
116: 전해질
120: 개스킷
120h: 개스킷 홀
122: 유로부
130: 제1 전류 콜렉터
130t: 전도성 나사
150: 결합 로드
160: 가압 너트
210: 가스 라인
212: 스위칭 밸브
220: 절연체
230: 밀봉부
S1: 제1 내부 공간
S2: 제2 내부 공간
Claims (19)
- 제1 하우징;
상기 제1 하우징과 결합하는 제2 하우징;
상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징의 결합에 의하여 제공되는 제1 내부 공간에 마련되어 액체 금속 상태에서 동작하는 단전지;
상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징의 결합 계면에 마련되고, 상기 제1 내부 공간과 상기 결합된 제1 및 제2 하우징의 외부 공간을 연통시키는 유로를 제공하는 유로부를 가지는 개스킷(gasket);
상기 결합된 제1 하우징 및 제2 하우징을 수용하는 챔버; 및
상기 챔버의 내부와 상기 결합된 제1 하우징 및 제2 하우징의 외부 사이의 공간으로 정의되는 제2 내부 공간으로 가스를 유입 또는 유출시키는 가스라인;을 포함하는 액체 금속 전지 구조체.
- 제1 항에 있어서,
상기 가스라인은, 상기 챔버가 제공하는 제2 내부 공간과 상기 개스킷의 유로부를 통하여 상기 제1 및 제2 하우징의 결합에 의하여 제공되는 제1 내부 공간과 연통하는 액체 금속 전지 구조체.
- 제1 항에 있어서,
상기 챔버의 외부에서 상기 챔버가 제공하는 제2 내부 공간을 관통하는 제1 전류 콜렉터;
상기 챔버의 외부에 마련된 제1 전류 콜렉터의 외주면을 감싸는 절연체; 및
상기 챔버의 외부에 마련된 제1 전류 콜렉터와 상기 절연체 사이의 상부 틈을 밀봉하는 밀봉부;를 더 포함하고,
상기 가스라인은, 상기 절연체의 외주면으로부터, 상기 절연체의 내주면과 상기 제1 전류 콜렉터의 외주면 사이의 틈을 통하여, 상기 제2 내부 공간으로 가스를 유입 또는 유출하도록 연통되는, 액체 금속 전지 구조체.
- 제3 항에 있어서,
상기 가스라인은,
상기 단전지와 전기적으로 연결된 상기 챔버의 일면과 전기적으로 연결됨으로써, 상기 제1 전류 콜렉터와 다른 전위의 전류를 집전하는 제2 전류 콜렉터로 동작하는, 액체 금속 전지 구조체.
- 제1 항에 있어서,
상기 가스라인에는 상기 가스 유입 또는 상기 가스 유출을 위하여 열리고 닫히는 스위칭 밸브가 마련되고,
상기 가스라인에는 상기 챔버의 외부로부터 내부로 가스를 유입시키는 기체 주입장치가 연결되되, 상기 가스라인을 통하여 유입되는 가스는 불활성 기체이고,
상기 가스라인에는 상기 챔버의 내부로부터 외부로 가스를 유출시키는 펌프가 연결되되, 상기 가스라인을 통하여 유출되는 가스는 공기인, 액체 금속 전지 구조체.
- 챔버; 및
상기 챔버 내부가 제공하는 제2 내부 공간에 배치되고, 전기적으로 직렬로 연결되는 복수의 액체 금속 전지 유닛을 포함하되,
상기 액체 금속 전지 유닛은,
서로 결합하는 제1 하우징 및 제2 하우징;
상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징의 결합에 의하여 제공되는 제1 내부 공간에 마련되어 액체 금속 상태에서 동작하는 단전지;
상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징의 결합 계면에 마련되고, 상기 제1 내부 공간과 상기 결합된 제1 및 제2 하우징과 상기 챔버 사이의 공간으로 정의되는 제2 내부 공간을 연통시키는 유로를 제공하는 유로부를 가지는 개스킷(gasket); 및
상기 제2 내부 공간으로 가스를 유입 또는 유출시키는 가스라인;을 포함하는 액체 금속 전지 구조체.
- 제6 항에 있어서,
상기 복수의 액체 금속 전지 유닛에 포함된 개스킷의 유로부는 서로 다른 방향으로 유로를 제공하는 액체 금속 전지 구조체.
- 제6 항에 있어서,
상기 복수의 액체 금속 전지 유닛에 포함된 각각의 개스킷의 유로부는 서로 다른 방향으로 유로를 제공하는 액체 금속 전지 구조체.
- 제6 항에 있어서,
상기 액체 금속 전지 유닛의 제2 하우징은 상기 단전지와 전기적으로 연결되고,
상기 복수의 액체 금속 전지 유닛 중 일단에 위치하는 액체 금속 전지 유닛에 포함된 제2 하우징의 바닥면 및 측면은, 각각 상기 챔버의 바닥면 및 측면과 전기적으로 접촉하는 액체 금속 전지 구조체.
- 제6 항에 있어서,
상기 액체 금속 전지 유닛의 제2 하우징은 상기 단전지와 전기적으로 연결되고,
상기 복수의 액체 금속 전지 유닛의 제2 하우징들은 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛들이 전기적으로 직렬로 연결되는 방향을 따라, 상기 챔버와 서로 다른 지점에서 전기적으로 연결되는, 액체 금속 전지 구조체.
- 제10 항에 있어서,
상기 액체 금속 전지 유닛의 제2 하우징은 상기 단전지와 전기적으로 연결되고,
서로 인접한 상기 액체 금속 전지 유닛의 제2 하우징들은 각각 상기 챔버의 서로 다른 측벽과 전기적으로 연결되는 액체 금속 전지 구조체.
- 제10 항에 있어서,
상기 복수의 액체 금속 전지 유닛에 포함된 개스킷들의 유로부들은 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛들이 전기적으로 직렬로 연결되는 방향을 따라, 유로를 제공하는 방향이 다른, 액체 금속 전지 구조체.
- 제12 항에 있어서,
상기 복수의 액체 금속 전지 유닛에 포함된 각각의 개스킷들의 유로부들이 제공하는 유로의 방향은, 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛의 각각의 제2 하우징들이 상기 챔버와 연결되는 지점과 서로 반대되는 방향인 것을 포함하는 액체 금속 전지 구조체.
- 제6 항에 있어서,
상기 복수의 액체 금속 전지 유닛들은, 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛 각각의 제1 및 제2 하우징들을 관통하는 결합 로드에 의해 연결되되,
상기 결합 로드는 양 끝단에 마련된 가압 너트를 포함하고,
상기 가압 너트는 상기 복수의 액체 금속 전지 유닛들에 압력을 가하여 스태킹(stacking)되도록 하는 것을 포함하는 액체 금속 전지 구조체.
- 제6 항에 있어서,
상기 복수의 액체 금속 전지 유닛들 중 서로 인접하는 제1 액체 금속 전지 유닛의 제2 하우징과 제2 액체 금속 전지 유닛의 제1 하우징은, 전도성 나사에 의하여 나사 결합되는, 액체 금속 전지 구조체.
- 제6 항에 있어서,
상기 단전지는 밀도가 낮은 순서로 애노드(anode), 전해질 및 캐소드(cathode) 을 포함하되,
상기 전해질은 상기 애노드 측면의 적어도 일부를 함침시키는 액체 금속 전지 구조체.
- 제16 항에 있어서,
상기 전해질은 상기 애노드 측면뿐 아니라 상기 애노드의 상면까지 함침시키는 액체 금속 전지 구조체.
- 적어도 하나의 액체 금속 전지 유닛이 배치되는 챔버 내부의 공기를 제거하되, 상기 액체 금속 전지 유닛 내부의 공기를 제거하는, 공기 제거 단계;
상기 공기 제거 단계 이후에, 불활성 가스를 상기 액체 금속 전지 유닛 내부에 제공하는, 불활성 가스 제공 단계;를 포함하되,
상기 공기 제거 단계에 있어서, 공기는, 상기 액체 금속 전지 유닛의 내부로 정의되는 제1 내부 공간에서, 상기 액체 금속 전지 유닛의 외부와 상기 챔버의 내부로 정의되는 제2 내부 공간을 통하여 제거되고,
상기 불활성 가스 제공 단계에 있어서, 불활성 가스는 상기 제2 내부 공간에서, 상기 제1 내부 공간으로 제공되고,
상기 액체 금속 전지 유닛은, 상기 제1 내부 공간과 상기 제2 내부 공간을 연통시키는 유로부를 가지는 개스킷을 포함하는, 액체 금속 전지 구조체의 동작 방법.
- 제18 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 액체 금속 전지 유닛에 포함된 개스킷의 유로부는 서로 다른 방향으로 유로를 제공하는 액체 금속 전지 구조체의 동작 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020170101819A KR102575622B1 (ko) | 2017-08-10 | 2017-08-10 | 액체 금속 전지 구조체 및 액체 금속 전지 구조체의 동작 방법 |
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