KR20140081949A - 나트륨 2차 전지용 전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
나트륨 2차 전지용 전지 모듈을 제공한다. 본 발명에 따르면, 나트륨 2차 전지의 나트륨 베이스 전지 모듈에 있어서, 상기 전지 모듈의 단열을 위하여 상, 하부에서 각각 상기 전지 모듈을 덮어주기 위한 상부 커버와 하부 커버; 및 상기 상부 커버와 상기 하부 커버의 내부에 설치되는 단위전지를 포함하고, 상기 상부 커버와 상기 하부 커버의 내부에는 상기 전지 모듈의 열손실을 최소화함과 아울러 외부의 충격 등에 의한 구조의 강성을 확보할 수 있도록 하기 위한 제1, 제2 열손실 방지 및 강성 보강 물질이 충진된다.
Description
본 발명은 나트륨 2차 전지용 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조적인 강성을 높이고 단위전지 파손 시 재해 발생 등의 안전성을 확보하면서 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 나트륨 2차 전지용 전지 모듈에 관한 것이다.
최근, 에너지 밀도 및 충방전 효율이 높고 자기 방전이 없으며, 불규칙적인 충방전에도 성능의 저하가 없는 특성으로, 대용량의 전력을 저장할 수 있는 2차 전지로서 나트륨(Na) 2차 전지 등의 고온형 나트륨 2차 전지가 개발되고 있다.
이러한 고온형 나트륨 2차 전지는 무기 활물질 또는 무기 전해질의 어느 한쪽이 용융 상태로 되어 작동하는 2차 전지로서, 대체로 270℃~350℃의 고온에서 작동한다.
이러한 나트륨 2차 전지의 나트륨 베이스 전지 모듈의 구조는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 단열을 위하여 상, 하부에 각각 위치한 상부 커버(10)와 하부 커버(20)와, 상기 상부 커버(10)와 하부 커버(20)의 내부에 설치된 단위전지(30)로 구성되어 있다.
상기 나트륨 베이스 전지 모듈은, 상기 단위전지(30) 파손 시 음극과 양극 활물질의 화학반응으로 인하여 높은 반응열이 발생되고, 나트륨(Na)이 외부 공기와 반응하여 화재 등의 재해가 발생될 수 있다. 이러한 재해를 방지하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 상기 상부 커버 또는 상기 하부 커버 내측 일부분에 입상 방화재(40)가 충전되어 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 모듈 내부에 방화사(50)인 규사가 충진되어 있었다.
또한, 상기 상부 커버(10)와 상기 하부 커버(20)는 외부로 열손실을 최소화 하기 위하여 진공단열재(Vacuum Insulation)가 적용되어 있었다.
그러나, 상기 단위전지(30) 파손 시 재해를 방지하기 위하여 상기 상부 커버(10)와 상기 하부 커버(20)의 내부에 입상 방화재(40)를 사용하면 재해는 방지할 수 있지만, 상기 입상 방화재(40)의 단열 성능이 낮기 때문에 모듈 외부로 열손실이 많이 발생되어 모듈 효율이 떨어지는 문제점이 발생되었다.
또한, 상기 상부 커버(10)와 상기 하부 커버(20)는 진공단열재로 구성되어 있으므로, 구조적인 강성이 낮고 외부 충격 등에 따라 진공도가 변화되어 단열 성능이 낮아지는 문제점이 발생되었다.
또한, 상기 모듈 내부에는 방화사(50)인 규사가 충진되어 있다.
본 발명은 구조적인 강성을 높이고 단위전지 파손 시 재해 발생 등의 안전성을 확보하면서 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 나트륨 2차 전지용 전지 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 나트륨 2차 전지의 나트륨 베이스 전지 모듈에 있어서,
상기 전지 모듈의 단열을 위하여 상, 하부에서 각각 상기 전지 모듈을 덮어주기 위한 상부 커버와 하부 커버; 및
상기 상부 커버와 상기 하부 커버의 내부에 설치되는 단위전지를 포함하고,
상기 상부 커버와 상기 하부 커버의 내부에는 상기 전지 모듈의 열손실을 최소화함과 아울러 외부의 충격 등에 의한 구조의 강성을 확보할 수 있도록 하기 위한 제1, 제2 열손실 방지 및 강성 보강 물질이 충진되는 나트륨 2차 전지용 전지 모듈이 제공될 수 있다.
이 때, 상기 제1 열손실 방지 및 강성 보강 물질은 미세 기공(Microporous) 단열재로 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 제2 열손실 방지 및 강성 보강 물질은 미세 기공(Microporous) 단열재로 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 전지 모듈의 내부에는 높은 잠열을 가지고 전지 모듈 작동 온도 이상에서 상변화하는 상변화 물질(Phase Change Material: PCM)이 충진될 수 있다.
이 때, 상기 상변화 물질(PCM)은 단위전지 파손시 보다 높은 안전성을 확보하면서 에너지 효율을 보다 향상시킬 수 있도록 상기 단위전지를 완전히 감싸도록 충진될 수 있다.
이 때, 상기 상변화 물질은 염화나트륨(NaCl) 또는 염화나트륨 혼합물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 나트륨 2차 전지의 나트륨 베이스 전지 모듈에 있어서,
상기 전지 모듈의 단열을 위하여 상, 하부에서 각각 상기 전지 모듈을 덮어주기 위한 상부 커버와 하부 커버; 및
상기 상부 커버와 상기 하부 커버의 내부에 설치되는 단위전지를 포함하고,
상기 전지 모듈의 내부에는 높은 잠열을 가지고 전지 모듈 작동 온도 이상에서 상변화하는 상변화 물질(Phase Change Material: PCM)이 충진되는 나트륨 2차 전지용 전지 모듈이 제공될 수 있다.
이 때, 상기 상변화 물질(PCM)은 단위전지 파손시 보다 높은 안전성을 확보하면서 에너지 효율을 보다 향상시킬 수 있도록 상기 단위전지를 완전히 감싸도록 충진될 수 있다.
이 때, 상기 상변화 물질(PCM)은 염화나트륨(NaCl) 또는 염화나트륨 혼합물을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 나트륨 베이스 전지 모듈의 상부/하부 커버 내부에 진공단열용기와 단열성이 유사한 미세 기공 단열재 적용으로 외부적인 충격 등에 의한 구조적인 강성을 높이고, 진공단열재의 시간에 따른 진공도 변화로 인한 단열성능 저하 등의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 전지 모듈의 내부에 모래(규사)가 아닌 일정한 온도이상에서 높은 잠열을 가지는 상변화 물질(PCM)을 충전하여 단전지 파손 시 재해 방지 및 에너지효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나트륨 2차 전지용 전지 모듈 내부의 개략적인 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나트륨 2차 전지용 전지 모듈 내부의 개략적인 평면도이다.
도 3은 종래기술에 따른 나트륨 2차 전지용 전지 모듈 내부의 개략적인 측면도이다.
도 4는 종래기술에 따른 나트륨 2차 전지용 전지 모듈 내부의 개략적인 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나트륨 2차 전지용 전지 모듈 내부의 개략적인 평면도이다.
도 3은 종래기술에 따른 나트륨 2차 전지용 전지 모듈 내부의 개략적인 측면도이다.
도 4는 종래기술에 따른 나트륨 2차 전지용 전지 모듈 내부의 개략적인 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는” 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나트륨 2차 전지용 전지 모듈 내부의 개략적인 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나트륨 2차 전지용 전지 모듈 내부의 개략적인 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나트륨 2차 전지의 나트륨 베이스 전지 모듈(100)에 있어서,
상기 전지 모듈(100)의 단열을 위하여 상, 하부에서 각각 상기 전지 모듈(100)을 덮어주기 위한 상부 커버(110)와 하부 커버(120); 및
상기 상부 커버(110)와 상기 하부 커버(120)의 내부에 설치되는 단위전지(200)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 상부 커버(110)의 내부에는 전지 모듈(100) 내부 온도를 전지 모듈 작동 온도로 유지하기 위하여 전지 모듈(100)의 열손실을 최소화함과 아울러 외부의 충격 등에 의한 구조의 강성을 확보할 수 있도록 하기 위한 제1 열손실 방지 및 강성 보강 물질(111)을 충진할 수 있다.
상기 제1 열손실 방지 및 강성 보강 물질(111)은 외부 충격 등에 의한 구조의 보다 견고한 강성을 확보하면서 상기 전지 모듈(100)의 열손실을 보다 최소화할 수 있도록 미세 기공(Microporous) 단열재 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 하부 커버(120)의 내부에는 전지 모듈(100) 내부 온도를 전지 모듈 작동 온도로 유지하기 위하여 전지 모듈(100)의 열손실을 최소화함과 아울러 외부의 충격 등에 의한 구조의 강성을 확보할 수 있도록 하기 위한 제2 열손실 방지 및 강성 보강 물질(121)을 충진할 수 있다.
상기 제2 열손실 방지 및 강성 보강 물질(121)은 전지 모듈(100)의 열손실을 효율적으로 최소화함과 아울러 외부의 충격 등에 의한 구조의 강성을 용이하게 확보할 수 있도록 상기 제1 열손실 방지 및 강성 보강 물질(111)과 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 열손실 방지 및 강성 보강 물질(121)은 외부 충격 등에 의한 구조의 보다 견고한 강성을 확보하면서 상기 전지 모듈(100)의 열손실을 보다 최소화할 수 있도록 미세 기공(Microporous) 단열재로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전지 모듈(100)의 내부에는 단위전지 파손시 높은 안전성을 확보하면서 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 높은 잠열을 가지고 전지 모듈(100) 작동 온도 이상에서 상변화하는 상변화 물질(Phase Change Material: PCM)(300)을 충진할 수 있다.
상기 상변화 물질(PCM)(300)은 단위전지(200) 파손시 보다 높은 안전성을 확보하면서 에너지 효율을 보다 향상시킬 수 있도록 상기 단위전지(00)를 완전히 감싸도록 충진될 수 있다.
상기 상변화 물질(PCM)(300)은 상기 단위전지(200)의 내부 활물질과 반응하여 문제가 발생되지 않도록 염화나트륨(NaCl) 또는 염화나트륨 혼합물 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 상변화 물질(300)은 녹는점이 상기 전지 모듈(100)의 작동 온도인 270℃~350℃인 물질로 이루어질 수 있다.
이하에서, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 나트륨 2차 전지용 전지 모듈의 작동에 대해서 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나트륨 2차 전지용 전지 모듈은, 상기 상부 커버(110)와 상기 하부 커버(120)의 내부에는 상기 제1, 제2 열손실 방지 및 강성 보강 물질(111, 121)이 충전되어 있으며, 또한, 상기 제1, 제2 열손실 방지 및 강성 보강 물질(111, 121)은 미세 기공(Microporous) 단열재로 이루어져 있으므로, 상기 전지 모듈(100)의 열손실을 최소화 할 수 있기 때문에 상기 전지 모듈(100) 내부 온도를 전지 모듈 작동 온도로 유지할 수 있으며, 아울러 외부의 충격 등에 의한 구조의 강성을 확보할 수 있다.
따라서, 상기 단위전지(200) 파손 시 재해를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 전지 모듈(100) 외부로 열손실이 최소화되어 전지 모듈 효율이 크게 증가되고, 구조적인 강성이 높아 외부 충격 등에 따라 진공도가 변화되지 않아 단열 성능이 크게 향상될 수 있게 되는 것이다.
또한, 상기 전지 모듈(100)의 내부에는 전지 모듈(100) 작동 온도 이상에서 상변화하는 상변화 물질(Phase Change Material: PCM)(300)이 충진되어 있고, 상기 상변화 물질(PCM)(300)은 상기 단위전지(200)를 완전히 감싸도록 충진되어 있으며, 상기 상변화 물질(PCM)(300)은 상기 단위전지(200)의 내부 활물질과 반응하여 문제가 발생되지 않도록 염화나트륨(NaCl) 또는 염화나트륨 혼합물 등을 포함하고 있으므로, 상기 단위전시(200) 파손 시 양극과 음극 활물질 등의 반응으로 모듈 내부온도가 1000℃ 이상으로 상승하여 화재가 발생되어도 보다 높은 안전성을 확보하면서 에너지 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
100: 전지 모듈 110: 상부 커버
120: 하부 커버 200: 단위 전지
300: 상변화 물질
120: 하부 커버 200: 단위 전지
300: 상변화 물질
Claims (9)
- 나트륨 2차 전지의 나트륨 베이스 전지 모듈에 있어서,
상기 전지 모듈의 단열을 위하여 상, 하부에서 각각 상기 전지 모듈을 덮어주기 위한 상부 커버와 하부 커버; 및
상기 상부 커버와 상기 하부 커버의 내부에 설치되는 단위전지
를 포함하고,
상기 상부 커버와 상기 하부 커버의 내부에는 상기 전지 모듈의 열손실을 최소화함과 아울러 외부의 충격 등에 의한 구조의 강성을 확보할 수 있도록 하기 위한 제1, 제2 열손실 방지 및 강성 보강 물질이 충진되는 나트륨 2차 전지용 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제1 열손실 방지 및 강성 보강 물질은 미세 기공(Microporous) 단열재로 이루어지는 나트륨 2차 전지용 전지 모듈. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 열손실 방지 및 강성 보강 물질은 미세 기공(Microporous) 단열재로 이루어지는 나트륨 2차 전지용 전지 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 전지 모듈의 내부에는 높은 잠열을 가지고 전지 모듈 작동 온도 이상에서 상변화하는 상변화 물질(Phase Change Material: PCM)이 충진되는 나트륨 2차 전지용 전지 모듈. - 제4항에 있어서,
상기 상변화 물질(PCM)은 단위전지 파손시 보다 높은 안전성을 확보하면서 에너지 효율을 보다 향상시킬 수 있도록 상기 단위전지를 완전히 감싸도록 충진되는 나트륨 2차 전지용 전지 모듈. - 제6항에 있어서,
상기 상변화 물질은 염화나트륨(NaCl) 또는 염화나트륨 혼합물을 포함하는 나트륨 2차 전지용 전지 모듈. - 나트륨 2차 전지의 나트륨 베이스 전지 모듈에 있어서,
상기 전지 모듈의 단열을 위하여 상, 하부에 각각 위치한 상부 커버와 하부 커버; 및
상기 상부 커버와 상기 하부 커버의 내부에 설치되는 단위전지
를 포함하고,
상기 전지 모듈의 내부에는 높은 잠열을 가지고 전지 모듈 작동 온도 이상에서 상변화하는 상변화 물질(Phase Change Material: PCM)이 충진되는 나트륨 2차 전지용 전지 모듈. - 제7항에 있어서,
상기 상변화 물질(PCM)은 단위전지 파손시 보다 높은 안전성을 확보하면서 에너지 효율을 보다 향상시킬 수 있도록 상기 단위전지를 완전히 감싸도록 충진되는 나트륨 2차 전지용 전지 모듈. - 제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 상변화 물질(PCM)은 염화나트륨(NaCl) 또는 염화나트륨 혼합물을 포함하는 나트륨 2차 전지용 전지 모듈.
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2012
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