(57)【要約】  本発明は、空気−亜鉛二次電池に関し、より具体的に、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在される分離膜と、前記負極と前記分離膜との間に収容され、前記正極の一部を含浸する電解液と、を含み、前記分離膜は、複数個のスルーホールが形成された多孔性分離膜であって、前記分離膜のスルーホールの大きさが、前記電解液に含有されたカリウムイオンの大きさより小さく形成されており、前記分離膜の少なくとも一方の面に複数のカリウムイオン吸着性粒子が均一に付着して、カリウムイオン吸着性粒子層を形成することを特徴とする。
2019508848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と、
負極と、
前記正極と前記負極との間に介在される分離膜と、
前記負極、前記分離膜および前記正極の一部を含浸する電解液と、を含み、
前記分離膜は、複数個のスルーホールが形成された多孔性分離膜であって、前記分離膜のスルーホールの大きさが、前記電解液に含有されたカリウムイオンの大きさより小さく形成されており、前記分離膜の少なくとも一方の面に複数のカリウムイオン吸着性粒子が均一に付着して、カリウムイオン吸着性粒子層を形成する空気−亜鉛二次電池。
【請求項２】
前記カリウムイオン吸着性粒子は、アルギネート、キトサン、カルボキシメチルセルロース、ゼラチンおよびこれらの誘導体よりなる群から選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の空気−亜鉛二次電池。
【請求項３】
前記カリウムイオン吸着性粒子は、表面が極性に改質されたビーズ（ｂｅａｄ）形態の樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の空気−亜鉛二次電池。
【請求項４】
前記樹脂は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項３に記載の空気−亜鉛二次電池。
【請求項５】
前記カリウムイオン吸着性粒子は、ビーズ形態の樹脂の表面に高濃度のオゾン溶液を接触させて極性に改質されることを特徴とする請求項３に記載の空気−亜鉛二次電池。
【請求項６】
前記カリウムイオン吸着性粒子は、ビーズ形態の樹脂の表面に紫外線を照射して極性に改質されることを特徴とする請求項３に記載の空気−亜鉛二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極側にカリウムイオンが析出されることを防止することができる空気−亜鉛二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電池は、負極（ａｎｏｄｅ）と正極（ｃａｔｈｏｄｅ）、これらの間に分離膜（ｓｅｐａｒａｔｏｒ）を介在させて組み立てるが、この際、電池の両電極との間に位置する分離膜は、正極と負極が直接接触して内部短絡することを防止する部材であって、電池内イオン通路だけでなく、電池の安全性の向上に重要な役割をする。
【０００３】
空気−亜鉛電池は、正極、分離膜、電解液および負極を含んで構成される。まず、前記正極は、炭素層と、炭素層の内部に形成される金属メッシュ形態の正極集電体と、炭素層の上部に形成されるテフロン層とを含む。
【０００４】
また、前記炭素層の下部に分離膜が介在され、分離膜から一定間隔で離隔して前記負極の負極集電体が形成される。
【０００５】
電解液は、亜鉛（Ｚｎ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）および水（Ｈ２Ｏ）が混合されたスラリー形態で形成されて、分離膜と負極集電体との間に収容される。この際、前記電解液が分離膜を通過して炭素層の一部を含浸し、気液界面を形成することになる。
【０００６】
上記のように構成される空気−亜鉛電池は、電解液に含有された亜鉛が空気中の酸素と反応して酸化亜鉛に変化するときに生成される電子の移動により作動することになる。
【０００７】
前述したような従来の空気−亜鉛電池は、分離膜の多数のスルーホールを介して電解液が炭素層の一部を含浸しているが、この際、電解液に含有された水酸化カリウムが空気中の酸素と反応して析出される。これにより、炭素層が破壊されて空気−亜鉛電池の性能が低下する問題点があった。
【０００８】
また、空気−亜鉛電池の充電時に酸素が正極側に移動するが、正極側に移動した酸素と水酸化カリウムが反応して析出されるので、空気亜鉛電池を二次電池として使用にくいという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前述したような問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、電解質に含有されたカリウムイオンが正極で析出されることを抑制できる空気−亜鉛二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明は、空気−亜鉛二次電池に関し、より具体的に、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在される分離膜と、前記負極と前記分離膜との間に収容され、前記正極の一部を含浸する電解液と、を含み、前記分離膜は、複数個のスルーホールが形成された多孔性分離膜であって、前記分離膜のスルーホールの大きさが、前記電解液に含有されたカリウムイオンの大きさより小さく形成されており、前記分離膜の少なくとも一方の面に複数のカリウムイオン吸着性粒子が均一に付着して、カリウムイオン吸着性粒子層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数個のスルーホールが形成されている多孔性分離膜のスルーホールが、前記電解液に含有されたカリウムイオンの大きさより小さい大きさを有するように形成されており、前記分離膜の表面に複数のカリウムイオン吸着性粒子が均一に付着して、カリウムイオン吸着性粒子層を形成していて、前記カリウムイオンが前記分離膜を通過することを最大限抑制することができ、これにより、前記カリウムイオンが正極側に移動して析出されることを安定的に遮断することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明による空気亜鉛電池の一例に関する構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、多様な変換を加えることができ、様々な実施例を有することができるところ、特定の実施例を図面に例示し、詳細な説明で詳細に説明しようとする。しかし、これは、本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変換、均等物ないし代替物を含むものと理解されなければならない。本発明を説明するに際して、関連した公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明にすることができると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
【００１４】
本出願で使用した用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加可能性をあらかじめ排除しないものと理解されなければならない。
【００１５】
第１、第２等の用語は、多様な構成要素を説明するのに使用され得るが、前記構成要素は、前記用語により限定されてはならない。前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的だけで使用される。
【００１６】
本発明は、空気−亜鉛二次電池に関し、より具体的に、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在される分離膜と、前記負極と前記分離膜との間に収容され、前記正極の一部を含浸する電解液と、を含み、前記分離膜は、複数個のスルーホールが形成された多孔性分離膜であって、前記分離膜のスルーホールの大きさが、前記電解液に含有されたカリウムイオンの大きさより小さく形成されており、前記分離膜の少なくとも一方の面に複数のカリウムイオン吸着性粒子が均一に付着して、カリウムイオン吸着性粒子層を形成することを特徴とする。
【００１７】
本発明において前記正極は、通常知られているように、空気拡散層、炭素層および正極集電体からなり、前記空気拡散層は、外部空気中の水分および二酸化炭素が電池内に流入することを遮断して、空気−亜鉛二次電池の寿命を延長するためにテフロン等のような疎水性膜素材からなることが好ましく、前記炭素層は、流入する酸素と反応して下記化学式１の反応を起こし、前記正極集電体は、前記炭素層の化学反応により生成された電子を集電するものであって、金属のような導電性素材からなるメッシュ構造であることが好ましい。
【００１８】
［化学式１］
Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−⇔４ＯＨ−
【００１９】
本発明において前記負極は、負極集電体で構成され、前記負極である負極集電体と分離膜との間に電解液が収容される。前記電解液は、亜鉛（Ｚｎ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）および水（Ｈ２Ｏ）が混合されたスラリー形態となっており、前記電解液は、分離膜を通過して前記炭素層の一部を含浸しつつ、気液界面を形成することになる。前記負極集電体は、収容されている電解液が下記化学式２の反応を起こすことにより、負極として機能する。
【００２０】
［化学式２］
Ｚｎ＋２ＯＨ−⇔Ｚｎ（ＯＨ）２＋２ｅ−
Ｚｎ＋ＯＨ−⇔ＺｎＯ＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
【００２１】
本発明において前記分離膜は、前記正極と前記負極間の短絡を防止するために前記正極と前記負極との間に介在されるものであって、前記正極の炭素層で酸素と化学反応により発生した水酸化イオンを負極に伝達する役割もしなければならないので、ポリプロピレン等のようなイオン透過性を有する素材からなることが好ましい。
【００２２】
本発明において前記分離膜は、複数のスルーホールが形成されている多孔性分離膜であって、電解液内のカリウムイオンが正極側に移動することを安定的に遮断するために、前記分離膜のスルーホールの大きさが、電解液に含まれているカリウムイオンの大きさより小さく、前記分離膜の少なくとも一方の面に複数のカリウムイオン吸着性粒子が均一に付着していることが好ましい。
【００２３】
本発明において前記カリウムイオン吸着性粒子は、カリウムイオンに対する吸着性質を有する粒子であれば、特に制限的なものではなく、好ましくは、アルギネート、キトサン、カルボキシメチルセルロース、ゼラチン、ポリアクリル酸およびこれらの誘導体よりなる群から選択されたいずれか一つであってもよい。
【００２４】
また、前記カリウムイオン吸着性粒子は、表面が極性に改質されたビーズ（ｂｅａｄ）形態の樹脂であってもよく、前記樹脂は、特に制限的なものではないが、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂であることが好ましい。前記カリウムイオン吸着性粒子は、ビーズ形態の樹脂の表面が多様な方法により極性に改質されたものであってもよいが、本発明においては、ビーズ形態の樹脂の表面に高濃度のオゾン溶液を接触させて極性に改質されたものであるか、ビーズ形態の樹脂の表面に紫外線を照射して極性に改質されたものが好ましい。
【００２５】
本発明において前記カリウムイオン吸着性粒子を分離膜の表面に付着する方法は、特に限定的なものではないが、カリウムイオン吸着性粒子と有機バインダーの混合物をスプレー方式で分離膜の表面に噴射して、カリウムイオン吸着性粒子層を形成することが、簡単ながらも均一に付着させることができるので好ましい。
【００２６】
本発明による空気−亜鉛二次電池は、分離膜のスルーホールの大きさがカリウムイオンの大きさより小さく、同時に前記分離膜の少なくとも一方の面に複数のカリウムイオン吸着性粒子が均一に付着していて、電解液内のカリウムイオンが前記分離膜を通過しないことになって、前記カリウムイオンが正極側に移動して析出されることを安定的に遮断することができ、これに伴って、カリウムイオンの析出による炭素層の破壊を防止することができ、結果的に、空気−亜鉛二次電池の性能の低下を最小化することができる。
【００２７】
以下では、本発明に関する理解を助けるために図面に示された一例を通じて説明する。しかし、下記図面に示された一例は、本発明を説明するための例示に過ぎず、これにより、本発明の範囲が制限されるものではない。
【００２８】
図１は、本発明による空気−亜鉛二次電池の一例に関する構造を示す図であり、図１を参照すると、本発明による空気−亜鉛二次電池は、正極、分離膜４０、電解液５０および負極集電体６０を含んで構成される。
【００２９】
まず、前記正極は、炭素層２０と、炭素層２０の内部に形成される金属メッシュ形態の正極集電体３０と、炭素層２０の上部に形成されるテフロン層１０とを含む。
【００３０】
また、炭素層２０の下部に分離膜４０が介在され、前記分離膜４０から一定間隔で離隔して負極である負極集電体６０が形成される。
【００３１】
電解液５０は、亜鉛（Ｚｎ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）および水（Ｈ２Ｏ）が混合されたスラリー形態で形成されて、分離膜４０と負極である負極集電体６０との間に収容される。この際、前記電解液５０が前記分離膜４０を通過して炭素層２０の一部を含浸して気液界面２１を形成することになる。
【００３２】
本発明において前記分離膜４０は、複数のスルーホールが形成されている多孔性分離膜であって、前記スルーホールの大きさが、電解液に含まれているカリウムイオンの大きさより小さく形成されており、前記分離膜４０の表面に複数のカリウムイオン吸着性粒子が均一に付着して、カリウムイオン吸着性粒子層４１を形成していて、前記カリウムイオンが前記分離膜４０を通過しないようにすることにより、前記カリウムイオンが正極側に移動して析出されることを安定的に遮断することができ、これに伴って、カリウムイオンの析出による炭素層２０の破壊を防止することができ、結果的に、空気−亜鉛二次電池の性能の低下を最小化することができる。
【００３３】
以上説明したように、本発明の属する技術分野における当業者は、本発明がその技術的思想や必須特徴を変更することなく、他の具体的な形態で実施され得ることが理解することができる。本発明の範囲は、前記の詳細な説明よりは、後述する特許請求範囲により示され、特許請求範囲の意味および範囲そしてその等価概念から導き出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈されなければならない。
【図１】
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【国際調査報告】
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