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NaS 배터리 셀 패키지의 알루미나 컴포넌트 접합용 Sealing Glass의 기공율 제어
Porosity Control of the Sealing Glass for Joining Alumina Components in a NaS Battery Cell Packaging 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.23 no.4, 2016년, pp.57 - 61  

김치헌 (한국세라믹기술원 나노융합소재센터) ,  허유진 ,  김효태 (한국세라믹기술원 나노융합소재센터)

초록
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대용량 전력저장용 황화나트륨 기반의 전지를 개발함에 있어서 베타 알루미나 고체 전해질 튜브와 알파 알루미나 셀 캡 간의 물리적 접합을 위해서는 세라믹-세라믹 접합용 씰링 글라스 후막 페이스트가 필요하다. 본고에서는 글라스 프릿 분말의 입도, 열처리 조건이 씰링 글라스의 열처리 후 미세구조 특히 기공율과 그 분포에 미치는 영향을 연구하였다. 씰링 글라스 분말의 입자가 클수록 열처리 후의 글라스의 미세 조직상에서의 기공율 및 기공의 수가 감소하였으며, 열처리 온도가 증가 할수록 기공의 수가 감소하는 반면 기공의 크기는 증가함을 확인하였다. 이로써 글라스 씰란트의 제조에 있어서, 글라스 페이스트용 글라스 프릿 분말의 입자 크기와 씰링 열처리 온도의 적절한 선정에 의해 글라스 씰링부의 미세구조에서 기공율과 기공의 분포 및 기공의 수를 제어할 수 있음을 보여주었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Thick film sealing glass paste is required for cell packaging of NaS based battery for energy storage system, to join the beta-alumina electrolyte tube and the alpha-alumina battery cell cap components. This paper presents the effect of the particle sizes of seal glass powder and the sealing tempera...

주제어

#NaS battery   #package   #glass sealing   #thick film   #porosity control  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 8) 글라스 소재로 된 씰란트의 경우 소결 후의 미세구조에서 기공(pore)은 피할 수 없는 결함이지만 이 기공은 얇은 접합부의 경우 기밀성에, 그리고 열충격 등의 고온 부하 조건에서의 기계적 균열의 원인이 되기도 한다. 본 연구에서는 NaS 배터리의 셀 패키지용 glass sealant를 개발함에 있어서 기밀성과 열충격에 의한 균열의 전파에 영향을 미치는 glass sealant의 기공율의 크기 및 산포를 제어하기 위하여, glass 분말의 입도와 열처리 온도에 따른 glass 소결체 내의 기공율과 분포에 대한 영향을 알아보고자 하였다.
  • 본고에서는 NaS 전지용 베타 알루미나 전해질 튜브와 알파 알루미나 캡의 접합을 위한 글라스 씰란트를 개발함에 있어서 씰링 글라스의 입도와 열처리 조건이 미세조직의 기공율 및 분포에 미치는 영향을 연구하였다. 씰링온도 1,050℃에서 글라스 프릿의 입도가 1-2 μm인 시료의 기공율이 26%에 달하는 반면 입도가 5-10 μm 인 경우 6%로 크게 감소하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스마트 그리드의 핵심기술은 무엇인가? 대용량 전력저장장치(ESS: energy storage system) 및 전기자동차(EV: electric vehicle)용 배터리 등 스마트 그리드(smart grid)의 핵심기술인 황화나트륨(NaS: sodiumsulfide) 2차 전지는 충방전과 반복 사용이 가능한 장점을 지니고 있어, 발전량이 불규칙한 신재생 에너지 플랜트나 순간 정전 등의 전력 배송 사고에 대응하기에 적합한 에너지 저장장치이다. NaS 전지는 1960년대 미국의 Ford 자동차 회사에서 처음으로 전기자동차용 배터리로 개발이 시작되었다.
황화나트륨(NaS: sodiumsulfide) 2차 전지의 장점은 무엇인가? 대용량 전력저장장치(ESS: energy storage system) 및 전기자동차(EV: electric vehicle)용 배터리 등 스마트 그리드(smart grid)의 핵심기술인 황화나트륨(NaS: sodiumsulfide) 2차 전지는 충방전과 반복 사용이 가능한 장점을 지니고 있어, 발전량이 불규칙한 신재생 에너지 플랜트나 순간 정전 등의 전력 배송 사고에 대응하기에 적합한 에너지 저장장치이다. NaS 전지는 1960년대 미국의 Ford 자동차 회사에서 처음으로 전기자동차용 배터리로 개발이 시작되었다.
NaS 전지를 구성하는 부품간의 접합 및 기밀성 유지를 위해서 어떠한 기술이 필요한가? NaS 전지의 주요 구성부품은, sodium 양극(anode), sulfur 음극(cathode), 이들 사이에 위치하는 베타(β″) 알루미나 전해질 세라믹 튜브, 분리막(separator), 알파(α) 알루미나 세라믹 캡(cap), 외장 알루미늄 케이스 등으로 이루어진다. 이 들 부품간의 접합 및 기밀성(hermeticity) 유지를 위하여 금속/세라믹3) 및 세라믹/세라믹 소재간의 접합을 위한 씰링 기술이 필요하다. 그 중에서 알파 알루미나와 전해질 베타 알루미나 튜브를 접합하는 씰란트(sealant)로서 글라스 소재가 주로 사용된다(Fig.
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참고문헌 (9)

  1. Z. Wen, J. Cao, Z. Gu, X. Xu, F. Zhang and Z. Lin, "Research on Sodium Sulfur Battery for Energy Storage", Solid State Ionics, 179, 1697 (2008). 

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  2. J. L. Sullivan and L. Gaines, "A Review of Battery Life-Cycle Analysis: State of Knowledge and Critical Needs", by Center for Transportation Research Energy Systems Division, Argonne National Laboratory, October 1, ANL/ESD/10-7 (2010). 

  3. S. H. Kee, Z. F. Xu, J. P. Jung and W. J. Kim, "Joining of Ceramic and Metal using Active Metal Brazing", J. Microelectron. Packag. Soc., 18(3), 1 (2011). 

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  7. L. C. Klein and C. J. Brinker, "Behavior of Silicate and Borosilicate Glasses in Contact with Metallic Sodium. II. Borosilicate Glasses", Physics and Chemistry of Glasses, 22, 22 (1981). 

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  9. J. Konig, R. R. Petersen and Y. Yue, "Influence of the Glass Particle Size on the Foaming Process and Physical Characteristics of Foam Glasses", J. Non-cryst. Solids, 447, 190 (2016). 

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