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열전지 성능 시뮬레이션을 위한 기초 모델에 대한 연구
A Study on the Basic Model for Simulating Performance of Thermal-Batteries 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.11 no.1 = no.32, 2008년, pp.102 - 111  

지현진 (국방과학연구소)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper describes the basic model and simulation results of thermal battery. Voltage and thermal analysis is a critical part of thermal-battery design because of the need to maintain the inner temperature above the electrolyte melting point. Traditionally, battery design has depended on an empiri...

주제어

#열전지   #모델링   #단열재   #열해석  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 의 전극 시스템을 가지는 열전지를 제작하고, 다양한 방전시험을 바탕으로 열전지에 대한 기본적인 데이터를 획득한 후, 열전지 기초 모델을 확립하여 방전시험 결과와 비교해 보았다. 또한 이를 바탕으로 전류밀도, 단열재의 열전도율, 단열재의 두께, 양극의 무게와 같은 변수들이 열전지에 미치는 영향에 대해 알아보았다.
  • 본 논문에서는 Li(Si)/LiCl-LiBr-LiF/FeS2의 전극 시스템을 가지는 열전지를 제작하고, 다양한 방전시험을 바탕으로 열전지에 대한 기본적인 데이터를 획득한 후, 열전지 기초 모델을 확립하여 방전시험 결과와 비교해 보았다. 또한 이를 바탕으로 전류밀도, 단열재의 열전도율, 단열재의 두께, 양극의 무게와 같은 변수들이 열전지에 미치는 영향에 대해 알아보았다.
  • 이때 상하부에서의 열손실은 측면에 비해 미미하므로 고려하지 않았다. 본 연구에서는 위의 3가지 내용을 바탕으로 열전지의 전반적인 내부 온도의 변화를 확인하였다.
  • 열전지의 설계 변수들이 성능에 미치는 영향을 확인하기 위해서 중요 변수의 변화에 대한 열전지의 전압 혹은 온도의 변화에 대해서 알아보았다. 기본적인 열전지 치수와 작동조건은 표 3을 기초로 하였으며, 그 중 전류밀도, 단열재 열전도율 및 두께, 양극재료의 양에 대하여 파라미터 연구를 수행하였다.
  • 지금까지 열전지의 기초 모델 및 시뮬레이션을 통한 개략적인 열전지 설계에 대해서 알아보았다. 열전지는 Li(Si)/LiCl-LiBr-LiF/FeS2의 전극시스템을 가지는 단전지를 적층하여 제작되었으며 다양한 방전시험을 통해 성능 및 시뮬레이션을 위한 기초데이터를 획득하였다.

가설 설정

  • 45V근처까지 떨어지는 것을 볼 수 있다. 보통 열전지를 제작할 때는 전압의 큰 변화 때문에 FeS2의 이용률이 40～50%이상까지는 사용하지 않도록 설계하기 때문에 본 연구에서는 FeS2 이용률 50% 이후에 대한 개방회로전압에 대해서는 고려하지 않았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
열전지는 무엇인가? 열전지(thermal battery)란 상온에서 이온전도도가 없는 고상 무기염 전해질(inorganic salt electrolyte)을 화학열원을 이용하여 즉각적으로 액체로 녹여 높은 이온전도성을 가지게 만듦과 동시에 전지가 작동되어 비교적 짧은 시간에 높은 출력을 제공하는 1차 비축전지(primary battery)를 말한다(그림 1). 상온에서 열전지의 전해질이 이온전도성이 없는 고체로 존재하기 때문에 자가방전(self-discharge)이 없어 우수한 장기 보관 특성을 지기고 있으며, 구조가 간단하여 신뢰성이 탁월하고, 사용온도 범위가 넓다.
열전지의 특징은? 열전지(thermal battery)란 상온에서 이온전도도가 없는 고상 무기염 전해질(inorganic salt electrolyte)을 화학열원을 이용하여 즉각적으로 액체로 녹여 높은 이온전도성을 가지게 만듦과 동시에 전지가 작동되어 비교적 짧은 시간에 높은 출력을 제공하는 1차 비축전지(primary battery)를 말한다(그림 1). 상온에서 열전지의 전해질이 이온전도성이 없는 고체로 존재하기 때문에 자가방전(self-discharge)이 없어 우수한 장기 보관 특성을 지기고 있으며, 구조가 간단하여 신뢰성이 탁월하고, 사용온도 범위가 넓다.
양극재료의 양에 따른 열전지의 전압 변화 결과는 어떠한가? 그림 14는 양극재료의 양에 따른 열전지의 전압 변화를 나타내고 있다. 양극재료의 양은 FeS2의 이용률을 결정짓는 변수이므로 열전지의 작동시간과도 정비례한다. 따라서 양극재료의 양이 증가할수록 열전지의 시간에 따른 전압이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이것은 양극의 상변화 시간을 늦춰주는 효과 때문이라고 볼 수 있다.
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참고문헌 (6)

  1. S. Schoeffert, "Thermal Batteries Electro- Thermal Modeling : The Semi-Lumped- Parameter Model "Ether"", Aerospace Energetic Equipment, Avignon, France, 2002 

  2. S. Schoeffert, ""Ether" : A semi Lumped- Parameter Model for Thermal Batteries Electro -Thermal Modeling", the 40th Power Sources Conference, Cherry Hill, USA, 2002 

  3. D. M. Bush and R. L. Hughes, "Thermal Model of a Thermal Battery", SAND-79-0834, 1979 

  4. David Linden and Thomas B. Reddy, Handbook of Batteries, 3rd Edition, McGraw-Hill, 2001 

  5. Dawn Bernardi and John Newman, "Mathematical Modeling of Lithium(alloy), Iron Disulfide Cells", Journal of the electrochemical society, Vol. 134, No. 6, pp. 1309-1317, 1987 

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  6. Serge Schoeffert, "Thermal batteries modeling, self-discharge and self-heating", Journal of power source, Vol. 142, pp. 361-369, 2005 

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