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산업용 니켈 아연전지 음극성능 향상
Improvement of the Negative Plate Performance on Industrial Ni-Zn Battery 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.20 no.2 = no.66, 2011년, pp.77 - 83  

박동필 (서울과학기술대학교 에너지환경대학원 신에너지공학과) ,  김래현 (서울과학기술대학교 에너지환경대학원 신에너지공학과)

초록
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니켈 아연전지(Ni-Zn)를 산업용 전지로 이용하려면, 음극성능 향상이 필요하다. 기존의 니켈 아연전지(Ni-Zn)는 짧은 수명, 심한 가스발생 및 빠른 전해액 증발이 산업용 전지 상용화의 최대 문제점이었다. 본 연구에서 도전 촉진제, 첨가제 및 바인더를 변경하여, 8셀의 거동을 고찰하였다. 바인더 및 흡착 촉진제($Ca(OH)_2$, $Bi_2O_3$)의 종류를 변경한 결과, 기존보다 가스발생은 감소하면서, 균일하고 단단한 전극을 제조할 수 있었다. 또한 전해액에 EG-EP#12(비중 1.26) 보충함으로써 전지 내 전해액의 비중이 일정하게 유지되어, 전지의 수명이 기존보다 200~300%의 획기적인 성능 향상을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

It is requested to improve negative electrode of Ni-Zn battery for industrial application. Ni-Zn battery has main problems not to commercialize because of short life cycle, heavy gassing and fast electrolyte vaporization so far. It has been studied on 8 cells performances under promoting electric, a...

주제어

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문제 정의

  • 가스발생량은 극판의 대면적화에 따라 전해액의 사용량이 늘어날수록 증가하며, Zn 전극의 용해문제와 더불어 전지 열화의 주된 원인이 된다. 따라서 이와 같은 가스 발생량을 낮추기 위해 음극의 제조 시 금속산화물을 첨가하였고, 보다 대면적화 된 극판에 적합한 금속산화물의 함량을 결정하기 위한 실험을 진행하였다
  • 본 연구는 니켈 금속수소(MH) 전지의 환경 친화성과 순간 고출력 등, 장점을 계승하고, 전지 가격의 저가 및 정격전압의 납전지 수준으로 개선하기 위하여, 니켈 아연(Zn)전지의 개발을 대안으로 연구하게 되었다. 물론 Ni-Zn 전지와 관련된 초기 연구는 J.
  • 본 연구는 니켈 아연전지 음극성능의 향상을 위해, 음극첨가제, 금속산화물의 이용, 다양한 흡착 촉진제와 바인더의 적용 및 전해액 비중 조정 등으로, 문제점들을 각각 개선함으로써, 산업용 니켈 아연전지 실용화의 가능성을 열었다고 하겠다
  • 본 연구에서는 일차적으로 가장 문제가 되고 있는 니켈 아연전지(Ni-Zn)의 수명 향상과 가스발생의 저감 및 전해액 증발의 감소를 목표로 하였다. 이를 위하여, 음극 활물질의 조성 변경과 알카리 전해액 첨가제를 통하여, 산업용에 적합한 니켈 아연전지(Ni-Zn)의 성능 개선하기 위하여 음극성능 향상에 대한 여러 가지 첨가제 효과를 연구하였다.
  • 본 연구에서는 일차적으로 가장 문제가 되고 있는 니켈 아연전지(Ni-Zn)의 수명 향상과 가스발생의 저감 및 전해액 증발의 감소를 목표로 하였다. 이를 위하여, 음극 활물질의 조성 변경과 알카리 전해액 첨가제를 통하여, 산업용에 적합한 니켈 아연전지(Ni-Zn)의 성능 개선하기 위하여 음극성능 향상에 대한 여러 가지 첨가제 효과를 연구하였다.
  • 셀의 전체적인 형태는 개방형 구조로, 가스발생으로 인한 전해액 고갈 시 보충이 가능한 구조이며, 사이클의 진행에 따른 전해액 감소량을 측정하여 가스발생의 정도를 비교하였다. 이번 시험에서는 음극의 도전 촉진제, 첨가제, 그리고 바인더의 조성 변경에 따른 셀의 거동을 관찰하여, 적절한 음극 조성을 결정하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
산업용 전지의 대부분이 대용량 전지인 이유는 무엇인가? 그것은 산업현장에서 사용되는 전력이 정격 220 V, 20Ah 이상이기 때문이다. 즉, 산업용 전지는 국가 전력의 공급이 중단되는 순간, 그 전력만큼 일정 시간동안 대체하여, 예상되는 피해를 막아야 하기 때문이다.
대용량 전지의 용량은 얼마나 되는가? 시계, 소형장난감, MP3, 휴대폰 등에 사용되는 전지는 소량의 에너지를 저장하고 있다. 대용량 전지는 대략 20 Ah 이상, 수 천 Ah의 전기에너지를 저장한다. 그것은 산업현장에서 사용되는 전력이 정격 220 V, 20Ah 이상이기 때문이다.
산업용 전지 중 니켈 카드뮴 전지의 특징은? 납전지는 납의 환경오염과 인체 유해성에도, 가격의 저가와 70% 이상의 시장점유율로 160년 간, 보급이 계속되고 있다. 니켈 카드뮴 전지는 1901년 개발되어, 순간 방전 고출력이 요구되는 국방용, 전동차 등에 사용되지만, 환경 문제와 에너지 저장 용량 및 출력 때문에 점차 니켈 금속수소(MH) 전지로 대체되고 있다. 산업용 니켈 금속수소(MH) 전지는 한국에서 2003년 실용화에 성공하여 지속적으로 산업용 니켈 카드뮴 전지와 장기 수명 납전지를 대체하고 있다 [1].
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참고문헌 (8)

  1. 박동필 : 산업용 Ni-MH 포켓식 축전지의 실용화 연구, 서울산업대학교 석사학위논문(2005). 

  2. 화학용어사전편찬회, 화학용어사전, pp315 (2005), 일진사. 

  3. David Linden : Hand book of Batteries, Second Edition, vol.29.1(2001). 

  4. J.J. Drumm, British Patent 365,125 July17, (1930). 

  5. J.J. Drumm, U.S. Patent 1,955,115 April17, (1934). 

  6. J.J. Drumm and A.G. Burnell, U.S. Patent 2,277,636 Mar.24, (1942). 

  7. Jurgen O. Besenhard, Handbook of Battery Materials, P285, 9.3.4 WILEY-VCH (1999). 

  8. 지식경제부, 산업용 대용량 니켈-아연(NI-Zn) 개방형 이차전지 제2차 기술개발 보고서 pp. 21-25(2009). 

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