KR20200046763A - 전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지 - Google Patents

전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는, 고분자의 특성인 가볍고 가공이 쉬운 장점을 유지한 채 전기가 관통하는 전도성 플라스틱을 격자로 제작하면 부식이 개선되어 내구성이 상승하게 되는 전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지에 관한 것이다.
전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지를 제작하면 부식이 개선되어 내구성이 상승하게 된다.
전도성 플라스틱은 고분자의 특성인 가볍고 가공이 쉬운 장점을 유지한 채 전기가 관통하는 플라스틱을 말한다.
폴리아세틸렌 고분자와 같이 탄소와 탄소의 결합 사이에서 전자 이동이 가능하여 전기 전도성이 나타난다.
전기 전도성이 금속과 유사한 전도성 플라스틱 을 이용하면 납보다 밀도가 7~10배 정도 낮기 때문에 납축전지의 중량 당 에너지인 비에너지를 높일 수 있다.
높은 비에너지를 갖는 납축전지는 부품들이 경량일 때 연료효율이 증가하는 전기차에 상당히 유리하다.

Description

전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지{Lead-acid batteries with conductive plastic grid}
본 발명은 전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는, 고분자의 특성인 가볍고 가공이 쉬운 장점을 유지한 채 전기가 관통하는 전도성 플라스틱을 격자로 제작하면 부식이 개선되어 내구성이 상승하게 되는 전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지에 관한 것이다.
본 발명에 관한 선행문헌으로는 '특허문헌 1'이 있다.
특허문헌 1은 가요성의 전도성 플라스틱 전극 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 바나듐레독스 배터리에서 이용되는 탄소-플라스틱, 바이폴라 및 단부-전극 조립체를 위한 제조공정을 도시하는 플로우챠트이다.
도 1을 참고로 하여, 전도성 플라스틱 전극(10)을 제조하기 위한 공정은 고밀도 폴리에틸렌(20 중량%), 스티렌-부타디엔-스티렌(20 중량 %)와 카본 블랙(60 중량 %)을 건식 혼합하는 초기 단계(11)를 포함한다.
이어서, 이 혼합물은 195℃에서 대략 20 분동안 내부 혼합기에서 50rpm 의 블레이드 속도로 혼합된다.
내부 혼합기에서 혼합동안, 혼합물은 공기에 노출되지 않는다.
그래파이트 섬유가 이어서 혼합된 혼합물(12)에 서서히 첨가되고 대략 10분 동안 혼합된다(13).
중합 개시제 (SBS의 0.00 내지 0.15 중량%)가 혼합된 혼합물(13)에 첨가되고 수분동안 혼합된다(14).
결과적인 혼합물이 적어도 30 분동안 250kg/㎠ 와 180~220℃ 에서 압력 -성형된다(15).
성형된 물질은 급격히 냉각되어(16), 얇고, 매끄러운 전도성 및 가요성 탄소 플라스틱 전극 시트가 된다.
종래 기술의 문제점은,
납축전지의 양/음 극판의 격자(GRID)는 높은 비율의 납을 함유한 합금을 사용하여 만들어진다.
이들 전극에서, 합금 납의 주요 역할은 축전지 충/방전 동안에 전기 전도를 용이하게 하는 것이다.
납 합금이 일반적으로 구리와 같은 금속만큼 좋은 전도체는 아니지만, 축전지 충방전 동안에 합금 납의 안정성과 비교적 저렴한 비용 때문에 다른 금속들보다 나은 경우가 많다.
구체적으로, 합금 납은 보통 산성 전해액에 의해 생긴 매우 부식성이 높은 환경을 상당히 잘 견뎌낼 수 있다.
납보다 도전성이 좋은 금속들은 산성 환경에서 빠르게 부식하거나 상용적으로 사용하기에 비용이 높은 단점이 있다.
방전상태에서 오래 놓아두면 '황산화'가 생기지만, 반대로 과충전(overcharge) 상태로 오래 놓아두면 내부 격자(그리드)가 부식되는 현상이 빨라지고(부식현상은 자연스런 현상이다) 가스발생이 높아진다.
이 부식현상은 외부 배터리 전극에서도 나타나는데, 이러한 이유로 납-축전지는 문제소지가 많은 배터리이며 수시로 체크하고 관리가 필요하다.
또 한가지 문제는 '내부쇼트'라는 현상이 발생하는데 방전을 하면서 납-플레이트에 황산결정이 쌓이면서 플레이트가 팽창해 두꺼워지면서 내부에서 쇼트가 발생할 수 있고, 격자(그리드)가 부식하면서 부서진 납가루들이 내부에 쌓이면서 '자체방전'이 심해지는 현상으로 나타나기도 한다.
특히 이 현상은 '딥-싸이클'배터리의 경우에 심하다.
그 이유는 플레이트의 두께가 상대적으로 두껍고 이름처럼 방전을 오래하는 배터리의 특성상 확률이 높아지기 때문이라고 보면 될 것 같다.
대한민국등록특허공보 10-0281252 (2001년03월02일)
본 발명은 상기 서술한 문제점에 대하여 보완하고자 안출되었다.
본 발명은 목적은 납축전지의 중량을 감소시키고 비에너지(Specific energy)를 증가시키고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 부식이 개선되어 내구성이 상승된 납축전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기차의 연료효율을 높이는데 있다.
상기 서술한 문제점을 해결하고 목적을 달성하기 위하여,
고분자의 특성인 가볍고 가공이 쉬운 장점을 유지한 채 전기가 관통하는 전도성 플라스틱을 격자로 제작하여 부식이 개선되고 내구성이 상승하게 되는 전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지를 제안한다.
본 발명의 실시예로는,
격자를 구비한 납축전지에 있어서,
상기 격자는 전도성 플라스틱 격자인 것을 특징으로 하는 전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지를 제안한다.
본 발명의 다른 실시예로는,
상기 전도성 플라스틱 격자는 폴리아세틸렌인 것을 특징으로 하는 전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지를 제안한다.
본 발명의 또 다른 실시예로는
상기 폴리아세틸렌은 치글러형의 촉매에 의해 합성되며, 짝이중 결합이 트란스 위치에서 결합한 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지를 제안한다.
본 발명의 제 4실시예로는,
상기 폴리아세틸렌의 분자 사슬은 한 평면 내에 지그재그 구조로 늘어나 있는 전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지를 제안한다.
본 발명은 전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지를 통해, 납축전지의 중량을 감소시키고 비에너지(Specific energy)를 증가하며, 부식이 개선되어 내구성이 상승된 납축전지의 격자를 제공하며, 경량으로 인하여 전기차의 연료효율을 높일 수 있다.
도 1은 바나듐레독스 배터리에서 이용되는 탄소-플라스틱, 바이폴라 및 단부-전극 조립체를 위한 제조공정을 도시하는 플로우 챠트이다.
도 2는 폴리아세틸렌 분자구조이다.
도 3은 납축전지 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 납축전지의 격자가 부식하여 극판성장이 일어난 사진이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지는,
격자를 구비한 납축전지에 있어서,
상기 격자는 전도성 플라스틱 격자인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전도성 플라스틱 격자는 폴리아세틸렌인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 폴리아세틸렌은 치글러형의 촉매에 의해 합성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 폴리아세틸렌의 분자 사슬은 한 평면 내에 지그재그 구조로 늘어나 있는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 폴리아세틸렌은 짝이중 결합이 트란스 위치에서 결합한 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 폴리아세틸렌 분자구조이다.
도 2를 보면, 폴리아세틸렌의 분자인 H(C≡C)nH를 구조체로 도시한 것이다.
아세틸렌을 치글러형의 촉매(예를 들면 Al(C2H5)3ㆍTiCl4계 촉매, Al(C2H5)3ㆍTi(OC4H9)4계 촉매, Al(C2H5)3ㆍVO(CH3COCHCOCH3)2계 촉매 등)를 이용하여 중합하면 반응 조건에 따라 비결정성 내지 고결정성의 폴리아세틸렌이 얻어진다. 또 NaBH4ㆍNiCl2ㆍP(C6H5)3계 촉매나 방사선을 이용해도 고중합체가 얻어진다.
화학적 성질로는 일반적으로 아세틸렌에 대해서는 아니오노이드핵 첨가 반응(시안화수소, 알코올 등의 첨가)이 일어나기 쉽지만, 폴리아세틸렌에서는 삼중 결합 수의 증가에 따라 더욱 이 경향이 강해진다.
또한, 반응은 항상 공액 폴리인 결합의 말단에서부터 일어난다.
반대로 카티오노이드 첨가 반응은 삼중 결합의 공액 수가 증가함에 따라 반응하기 어렵게 된다.
분자의 성질로는 흑록색 내지 흑갈색의 분말. 섬유상, 피막상으로 얻어지는 경우도 있다.
고결정성인 것은 산화되기 어렵지만 비결정성인 것은 쉽게 산화되어 오렌지색 내지 황색이 된다.
치글러형의 촉매에 의해 합성된 폴리아세틸렌은 짝이중 결합이 트란스 위치에서 결합한 구조를 가지며 분자 사슬은 거의 한 평면 내에 지그재그 구조로 늘어나 있다.
고결정성의 폴리아세틸렌에는 비국재(非局在)의 고립 전자가 존재하며 이것들의 시료에는 상자성 공명 흡수이 관찰된다.
또 폴리아세틸렌은 반도체적인 여러 가지 물리적 성질을 나타내며 전기 전도성은 온도의 상승과 함께 증가하고 또 광전도성도 갖는다.
분자 내에 존재하는 공액 π전자의 전자 구름의 중첩에 의해 전기 전도 현상이 생긴다.
폴리아세틸렌은 아세틸렌을 치글러-나타 촉매 등으로 중합하여 얻어지는 폴리엔 구조의 고분자로서 중합 조건에 따라 cis- 혹은 trans- 폴리아세틸렌의 기하 이성질체가 생성된다.
이것에 요오드, 오플루오르 비소 등의 억셉터, 나트륨 등의 도너를 도프하면 금속적 도전체가 되어 구리의 도전율에 필적하는 6×105 Scm-1의 값을 얻게 된다.
본 발명은 납축전지에 관한 것으로 특히 납축전지의 중량을 감소시키는 방법에 관한 것으로, 이에 의해 납축전지의 비에너지(Specific energy)를 증가시키는 특성이 있다.
여기에서 비에너지(specific energy)란 어떤 물질에 있어서 단위 중량당 내부(內部) 에너지를 말한다.
전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지를 제작하면 부식이 개선되어 내구성이 상승하게 된다.
전도성 플라스틱은 고분자의 특성인 가볍고 가공이 쉬운 장점을 유지한 채 전기가 관통하는 플라스틱을 말한다.
폴리아세틸렌 고분자와 같이 탄소와 탄소의 결합 사이에서 전자 이동이 가능하여 전기 전도성이 나타난다.
전기 전도성이 금속과 유사한 전도성 플라스틱 을 이용하면 납보다 밀도가 7~10배 정도 낮기 때문에 납축전지의 중량당 에너지인 비에너지를 높일 수 있다.
높은 비에너지를 갖는 납축전지는 부품들이 경량일 때 연료효율이 증가하는 전기차에 상당히 유리하다.
도 3은 납축전지 구조를 도시한 도면이다. 축전지(300)는 극판(310), 격자(320), 흡수성 유리 매트(330), 러그(340), 및 컨테이너(350)를 포함한다.
BATTERY 고장 원인은 사용 중에 부하의 종류와 관리에 좌우된다.
다음에 다루는 고장 요인은 실험실에서 실시한 것이 이며 실제 사용시 발생되는 고장과 유사하다. 고장 원인 중에 기계적인 손상이나 취급 부주의에 의한 고장은 제외하였다.
납축전지의 주된 고장요인은 다음 5가지이다.
1) 양극 활물질 탈락
2) 양극 격자(GRID) 부식
3) 음극 활물질 파손
4) 격리판 파손
5) 복합적인 요인
도 4는 납축전지의 격자가 부식하여 극판성장이 일어난 사진이다.
양극 격자 부식은 동질 계면에서의 부식과 이질 계면에서 부식으로 나누며 양극 격자 부식의 결과를 극판성장 현상이다.
전해액과 양극 격자 부식 관계는 전해액 비중이 낮을수록 증가한다.
도 5는 납축전지 내부 구조도이다.
도 5를 보면, 양극 격자(positive grid)와 음극 격자(negative grid)가 도시되어 있다.
상기 서술한 내용 중 도면에 표시되지 않은 내용은 상기 서술된 내용을 바탕으로 당업자가 충분히 이해할 수 있는 내용으로 이하 도면에 표시되지 않아도 본 발명의 권리에 포함되어야 한다.
이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
300 : 축전지
310 : 극판
320 : 격자
330 : 흡수성 유리 매트
340 : 러그
350 : 컨테이너

Claims (5)

  1. 격자를 구비한 납축전지에 있어서,
    상기 격자는 전도성 플라스틱 격자인 것을 특징으로 하는 전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 플라스틱 격자는 폴리아세틸렌인 것을 특징으로 하는 전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 폴리아세틸렌은 치글러형의 촉매에 의해 합성되는 것을 특징으로 하는 전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 폴리아세틸렌의 분자 사슬은 한 평면 내에 지그재그 구조로 늘어나 있는 전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 폴리아세틸렌은 짝이중 결합이 트란스 위치에서 결합한 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전도성 플라스틱 격자를 구비한 납축전지.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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