KR20170056821A - 공기-아연 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기-아연 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로 내부에 밀폐된 공간을 형성하는 수용부, 상기 수용부 내의 일 영역에 위치하고, 공기 또는 산소 배출이 가능한 가스저장부 및 상기 수용부 내의 다른 일 영역에 위치하고, 공기 또는 산소 공급 시 전기를 발생시키는 공기-아연 전지셀을 적어도 하나 이상 포함하는 공기-아연 전지부;를 포함한다.

Description

공기-아연 전지 모듈 {ZINC-AIR CELL MODULE}
본 발명은 수중 환경에서도 사용이 가능하고, 장기 보관 안정성이 우수한 공기-아연 전지모듈에 관한 것이다.
종래에 전기 기기에 대한 전력 공급을 위한 수단으로서 전지(battery)가 널리 사용되었다. 종래에는 전지로서 망간 건전지, 알칼리 망간 건전지, 공기-아연 (zinc-air) 전지 등의 1차 전지와, 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈 수소(Ni-H) 전지, 리튬 이온 전지 등의 2차 전지가 사용되었다. 이들 중 공기-아연 전지는 1.4 V 의 상대적으로 높은 전압을 제공하며, 에너지 밀도가 높고 방전 용량이 크다는 장점을 갖는다. 또한, 전지의 방전이 완료될 때까지 거의 일정한 방전 특성을 나타내어, 중금속의 함유로 사용이 억제되고 있는 수은 전지를 대체할 수 있는 건전지로 생각되고 있다.
상기와 같은 이점으로 인해 공기-아연 전지는 특히 군용무기 또는 장비에 활발히 적용되고 있으나, 수중 환경에서 작동하는 군용무기(ex: 어뢰 등)나 장비에 적용하기에는 공기 공급이 차단되기 때문에 적용에 무리가 있어왔다.
한편, 상기와 같은 문제를 극복하기 위해 공기 공급이 필요하지 않는 리튬이온전지를 적용하는 것도 고려할 수 있으나, 상기 리튬이온전지는 평상시에 지속적으로 방전이 이루어지므로, 정작 전기 발생이 필요한 시점에는 상기 리튬이온전지의 지나친 방전으로 인해 무기 또는 장비의 작동 불량을 초래할 수 있는 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제2000-0059195호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 공기 공급이 차단된 물속 환경에서도 사용이 가능하고, 장기 보관 안정성이 우수한 공기-아연 전지 모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 내부에 밀폐된 공간을 형성하는 수용부; 상기 수용부의 내부 또는 외부에 위치하고, 수용부 내에 공기 또는 산소 주입이 가능한 가스저장부; 및 상기 수용부 내의 일 영역에 위치하고, 공기 또는 산소 공급 시 전기를 발생시키는 공기-아연 전지셀을 적어도 하나 이상 포함하는 공기-아연 전지부;에 의해 달성된다.
또한, 상기 수용부는 하드 케이스 형태일 수 있다.
또한, 상기 수용부는 플렉서블(flexible) 팩 형태일 수 있다.
또한, 상기 가스저장부는 폐쇄된 상태로 유지되다가 사용자의 개방 신호 또는 개방 행위에 의해 공기 또는 산소가 배출될 수 있다.
또한, 상기 가스저장부는 폐쇄된 상태로 유지되다가 외부로부터 전달되는 전기적 신호 또는 물리적 압력에 의해 개방되어 공기 또는 산소가 배출될 수 있다.
본 발명의 공기-아연 전지 모듈은 밀폐된 공간을 형성하는 수용부에 의해 물속에서 사용하더라도 수분의 내부 침투를 차단할 수 있으며, 수용부 내부에 구비된 가스저장부에 의해 필요한 때에 공기 또는 산소 공급이 가능하므로 기존의 공기-아연 전지와는 달리 물속과 같이 공기 공급이 불가능한 환경에서도 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 공기-아연 전지 모듈은 평상시에는 외부 공기의 유입 차단으로 방전이 거의 일어나지 않으므로 장기 보관성이 매우 우수하다.
도 1은 본 발명의 일예에 따른 공기-아연 전지 모듈의 구조를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 예에 따른 공기-아연 전지 모듈의 구조를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 예에 따른 공기-아연 전지 모듈의 개념도를 나타낸 것이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 공기-아연 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로 내부에 밀폐된 공간을 형성하는 수용부, 상기 수용부의 내부 또는 외부에 위치하고, 수용부 내에 공기 또는 산소 주입이 가능한 가스저장부 및 상기 수용부 내의 다른 일 영역에 위치하고, 공기 또는 산소 공급 시 전기를 발생시키는 공기-아연 전지셀을 적어도 하나 이상 포함하는 공기-아연 전지부;를 포함한다.
본 발명에서 상기 수용부는 내부에 밀폐된 공간을 형성하는 것이라면 어떠한 형태라도 무방하며, 예를 들면 하드 케이스 형태, 플렉서블(flexible) 팩 형태 등일 수 있다. 상기 수용부가 하드 케이스 형태일 경우에는 소재로 금속, 고분자 수지 등 다양한 소재로 이루어질 수 있으며, 외부의 충격으로부터 수용부 내부에 위치하는 가스저장부 및 공기-아연 전지부를 어느 정도 보호할 수 있어 전지 모듈의 보관 안정성이 우수한 장점이 있다. 반면, 상기 수용부가 플렉서블(flexible) 팩 형태일 경우에는 소재로 고무 등 다양한 유연한 소재로 이루어질 수 있으며, 전지 모듈의 보관 안정성은 상기 하드 케이스 형태에 비해 떨어질 수 있으나, 외형의 변형이 유연하여 원하는 위치에 용이하게 장착할 수 있어 공간 활용성이 높은 이점이 있다.
본 발명에 따른 공기-아연 전지 모듈은 상기 수용부가 내부에 밀폐된 공간을 형성함으로써, 물속에 잠기더라도 전지 모듈 내로 수분이 유입되는 것을 차단할 수 있다.
본 발명에서 수용부의 내부 또는 외부에 위치하면서 수용부 내로 공기 또는 산소 주입이 가능한 상기 가스저장부는 내부에 일정량의 공기 또는 산소를 저장하고 있는 것으로서, 상기 가스저장부는 그 형태가 특별히 제한적인 것은 아니며, 예를 들면 하드 케이스 형태 또는 플렉서블(flexible) 튜브 형태 등 다양한 형태로 내부에 공기 또는 산소를 저장할 수 있다.
상기 가스저장부는 평상시에는 폐쇄된 상태로 유지되다가, 본 발명의 공기-아연 전지 모듈의 발전이 필요한 상황이 도래하면 사용자의 임의적인 개방 신호 또는 개방 행위에 의해 공기 또는 산소가 배출되거나, 외부로부터 전달되는 전기적 신호 또는 물리적 압력에 의해 개방되어 공기 또는 산소가 배출되는 구조인 것이 바람직하다. 예를 들면 사용자가 전기가 필요한 위급한 상황에 처했을 때 본 발명의 공기-아연 전지 모듈내에 구비된 튜브 형태의 가스저장부를 일정 압력으로 누르게 되면, 상기 가스저장부의 취약 부분이 터지게 되어 가스저장부 내에 존재하는 공기 또는 산소가 수용부 내의 밀폐된 공간으로 배출되며, 이렇게 배출된 공기 또는 산소는 전지 모듈 내의 공기-아연 전지부에 공급되어 전기를 발생시킬 수 있다.
본 발명에서 수용부 내의 일 영역에 위치하는 상기 공기-아연 전지부는 평상시에는 밀폐된 수용부 내에서 공기 또는 산소 공급이 차단되어 방전이 일어나지 않다가, 상기 가스저장부로부터 공기 또는 산소가 유출되면 상기 공기-아연 전지부에 공기 또는 산소 공급이 이루어져 전기를 발생시킬 수 있게 된다.
상기 공기-아연 전지부는 기본 전지 단위인 공기-아연 전지셀을 적어도 하나 이상 포함한다. 상기 공기-아연 전지 셀은 본 발명의 공기-아연 전지 모듈이 적용되는 분야에 따라 필요한 만큼 적절한 수량을 탑재할 수 있으며, 경우에 따라서는 복수의 공기-아연 전지 셀들이 적층되어 하나의 전지유닛을 이루고, 이러한 전지유닛들을 적어도 하나 이상 탑재할 수도 있다.
상기 공기-아연 전지셀은 공기 확산층, 촉매활성층 등이 포함된 공기전극부, 아연(Zn) 및 전해질이 혼합된 아연 겔 등이 포함된 음극전극부 및 상기 공기전극부 및 음극전극부 사이에 단락을 방지하기 위해 세퍼레이터(separator)가 위치하는 구조로 이루어져 있다.
본 발명에서 상기 공기-아연 전시 셀의 형태는 어떠한 형태라도 무방하나, 공간 효율을 고려하여 적층구조로 전지 유닛을 형성하는 경우에는 판형의 공기-아연 전시 셀을 사용하는 것이 구조적으로 바람직할 수 있으며, 이 경우 상기 공기-아연 전시 셀의 공기전극부 쪽 면에는 돌기 형태의 스페이서가 형성되어 있어, 상기 공기-아연 전시 셀이 적층되어 전지 유닛을 형성하는 경우, 적층되는 각각의 공기-아연 전시 셀 사이에 공기가 원활하게 통할 수 있는 공간을 형성하게 되어, 전지 유닛을 구성하는 각각의 공기-아연 전시 셀에 공기의 공급이 원활하게 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 본 발명의 공기-아연 전지 모듈의 케이스 내부의 공기 유동 또한 원활하게 이루어질 수 있다.
상기 전지 유닛은 복수의 공기-아연 전지 셀들이 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결되고, 각각의 공기-아연 전지 셀들이 적층되는 형태의 구조를 가지는 것으로서, 본 발명에서는 복수의 공기-아연 전지 셀들이 직렬 또는 병렬로 연결되어 하나의 전지 유닛을 형성함으로써, 가정용, 산업용, 군용 등 다양한 용도의 전기제품에 적용 가능하도록 전압을 높이는데 유리하다.
본 발명에서 단위 전지 유닛을 구성하는 공기-아연 전지 셀의 개수는 특별히 한정적이지 않으며, 본 발명의 전지 모듈이 사용되는 용도에 따라 단위 전지 유닛 당 공기-아연 전지 셀의 개수를 임의로 정할 수 있다.
본 발명의 공기-아연 전지 모듈은 밀폐된 공간을 형성하는 수용부에 의해 물속에서 사용하더라도 수분의 내부 침투를 차단할 수 있으며, 수용부 내로 공기 또는 산소 주입이 가능한 가스저장부에 의해 필요한 때에 공기 또는 산소 공급이 가능하므로 기존의 공기-아연 전지와는 달리 물속과 같이 공기 공급이 불가능한 환경에서도 사용할 수 있는 장점이 있어, 어뢰와 같은 군용 무기, 수중 장비 등에 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 공기-아연 전지 모듈은 평상시에는 외부 공기의 유입의 차단으로 방전이 거의 일어나지 않아 장기 보관성이 매우 우수하며, 전기에너지가 필요한 시점에는 가스저장부의 임의적 개방에 의해 공기 또는 산소 공급이 가능하여 전기를 발생시킬 수 있으므로 어뢰, 미사일 등 군용 무기와 같이 평상시에는 필요 없다가 전시와 같은 특수 상황에 국한하여 불량 없이 작동될 필요가 있는 분야에 특히 적합할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 하기 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예에 지나지 않으며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일예에 따른 공기-아연 전지 모듈의 구조를 도시한 것이다. 도 1에 의하면 본 발명의 일예에 따른 공기-아연 전지 모듈은 외부와 차단되어 밀폐된 내부 공간을 제공하며, 유연한 소재로 이루어진 케이스 형태의 수용부(100)가 존재하고, 상기 케이스 형태의 수용부(100)의 내부 하단부에 복수의 공기 구멍이 형성되어 있는 하나의 공기-아연 전지 셀로 이루어진 공기-아연 전지부(300)가 탑재되어 있으며, 상기 수용부(100)의 내부의 일 영역에 공기 또는 산소 주입이 가능한 가스저장부(200)가 구비되어 있다.
평상시에는 상기 가스저장부(200)가 폐쇄되어 있어 방전이 일어나지 않으며, 전기 에너지가 필요한 시점에 사용자가 상기 가스저장부(200)를 눌러 터뜨리면 가스저장부(200)로부터 공기 또는 산소가 유출되고, 유출된 공기 또는 산소가 공기-아연 전지부(300)에 공급되어 전기를 발생시킬 수 있게 된다.
또한, 도 2는 본 발명의 다른 예에 따른 공기-아연 전지 모듈의 구조를 도시한 것으로, 도 2에 나타난 본 발명의 다른 예에 따른 공기-아연 전지 모듈은 외부와 차단되어 밀폐된 내부 공간을 제공하며, 유연한 소재로 이루어진 케이스 형태의 수용부(100)가 존재하고, 상기 케이스 형태의 수용부(100)의 내부 하단부에 복수의 공기 구멍이 형성되어 있는 하나의 공기-아연 전지 셀로 이루어진 공기-아연 전지부(300)가 탑재되어 있다. 상기 수용부(100)의 외부 면에는 공기 또는 산소 주입이 가능한 가스저장부(200)가 결합 되어 있으며, 상기 가스저장부(200)와 수용부(100)는 공기 또는 산소가 주입되는 통로인 가스주입관(210)으로 연통되어 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 예에 따른 공기-아연 전지 모듈의 개념도를 나타낸 것으로, 도 2에 의하면 밀폐된 공간을 제공하는 수용부(100)의 내부의 일 영력에 가스저장부(200)가 구비되어 있고, 상기 수용부(100) 내부의 다른 영역에는 4개의 공기-아연 전지 셀(310, 320, 330, 340)로 이루어진 공기-아연 전지부(300)가 위치하고 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술할 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 수용부 200 : 가스저장부
210 : 가스주입관 300 : 공기-아연 전지부

Claims (5)

  1. 내부에 밀폐된 공간을 형성하는 수용부;
    상기 수용부의 내부 또는 외부에 위치하고, 수용부 내에 공기 또는 산소 주입이 가능한 가스저장부; 및
    상기 수용부 내의 일 영역에 위치하고, 공기 또는 산소 공급 시 전기를 발생시키는 공기-아연 전지셀을 적어도 하나 이상 포함하는 공기-아연 전지부;를 포함하는 공기-아연 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용부는 하드 케이스 형태인 것을 특징으로 하는 공기-아연 전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수용부는 플렉서블(flexible) 팩 형태인 것을 특징으로 하는 공기-아연 전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스저장부는 폐쇄된 상태로 유지되다가 사용자의 개방 신호 또는 개방 행위에 의해 공기 또는 산소가 배출되는 것을 특징으로 하는 공기-아연 전지 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가스저장부는 폐쇄된 상태로 유지되다가 외부로부터 전달되는 전기적 신호 또는 물리적 압력에 의해 개방되어 공기 또는 산소가 배출되는 것을 특징으로 하는 공기-아연 전지 모듈.
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