자동차에서, 모바일 사용을 위한 연료 전지 및 배터리는 약 -40℃ 에 이르기까지의 낮은 외부 온도 그리고, 배터리의 신속한 충전 동안 100℃ 초과에 이르기까지의 온도가 달성되므로 높은 내부 온도에 견디기 위해 냉각제 회로가 필수불가결하다. 기존의 내연 기관에 사용되는 글리세롤 및 모노알킬렌 글리콜은 높은 전기 전도율로 인해 연료 전지 및 배터리 기능을 저해하고 합선의 위험을 야기한다. 또한 배터리의 높은 온도에서 해당 물질들은 증발 또는 열분해를 일으키기 때문에 배터리 시스템에 적합하지 않다. 상대적으로 열에 강한 오일류는 낮은 열용량과 배터리의 냉각 시스템 특성상 개방되어 주변의 공기로부터 발생하는 물의 침투시 섞이지 않아 두 개의 상을 형성하는 단점을 가진다.
도 1 대표적인 테슬라의 배터리 냉각 시스템
따라서 바스프는 본 발명을 통해 상대적으로 높은 온도에서 이용가능하고 높은 열용량을 나타낼 뿐만 아니라 개방 냉각 시스템에서 사용하기에 적합하고 물과의 상용성을 나타내는 전기차 연료 전지 및 배터리에서 사용하기 위한 냉각제를 제공하고자 한다. 해당 냉각제는 (A) 알킬렌 글리콜 유도체 (B) 오르토실리케이트 에스테르, 알콕시알킬실란, 또는 아졸 유도체 (C) 방향족 아민으로 구성된 부식 저해제 (D) 비터런트, 염료, 소포제, 항산화제 또는 유화제로 구성된다.
본 발명에 따른 비교예(번호 1-5) 및 실시예(번호 6-13) 의 제조 조성 및 각 온도에서 측정한 점도는 표 1에 나타난다. 과도하게 낮은 점도는 냉각제의 유출을 야기하며 과도하게 높은 점도는 제조된 냉각제의 펌프 능력을 방해하기 때문에 100℃에서는 2 ㎟/s 이하, -40℃에서는 350 ㎟/s 이하, -20℃에서는 100 ㎟/s 이하의 동점도가 선호된다. 표 1에 따르면 비교예중에서는 1, 2, 3번이, 실시예 중에서는 6, 7, 8, 11, 12, 13번이 좋은 동점도를 가지고 있음을 알 수 있다.
표 1 비교예(번호 1-5) 및 실시예(번호 6-13)의 제조 조성 및 동점도 측정 결과
표 1(계속) 실시예(번호 6-13)의 제조 조성 및 동점도 측정 결과
표 2는 냉각제의 배터리 부식성을 나타내는 336시간 운전 후 냉각제에 침출된 금속 함유량의 ICP 측정 결과이다. 본 발명에 따른 냉각제는 부식 저해제의 추가를 통해 철 이온 및 특히 구리 이온의 침출을 현저히 감소시킬 수 있다. 침출되는 이온의 양의 감소는 냉각제의 전기 전도율을 지속적으로 낮게 유지함으로써 더 견고한 냉각 시스템을 구성할 수 있음을 뜻한다.
표 2 냉각 시스템 운전 후 침출된 배터리 금속 함유량 측정 결과
표 2(계속) 냉각 시스템 운전 후 침출된 배터리 금속 함유량 측정 결과
표 3은 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 86.2 wt%, 테트라에틸렌글리콜 모노메틸 에테르 10 wt%, 옥틸디에탄올라민 1.8 wt%, 톨릴트리아졸 0.05 wt%, 항산화제 0.03 wt%, 유화제 0.25 wt%, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 1.67 wt%, 소포제 0.001 wt%로 구성되는 실시예 15의 물의 흡수에 따른 전기 전도율 추이를 나타낸다. 해당 발명의 조성물은 물과 1:1 희석시에도 25℃ 에서 25 μS/㎝ 의 임계 전도율 미만으로 유지되고 20 wt% 의 재증류수의 혼합시에도 10 μS/㎝ 의 임계 전도율 미만으로 유지됨을 확인할 수 있다. 따라서 개방된 냉각 시스템에서도 견고하게 작동할 수 있음을 보인다.
표 3 실시예 15번의 물 혼합에 따른 전도율 변화
새로운 배터리 양극 및 음극 물질의 개발은 이차전지 산업에 있어서 가장 중요한 기술로 꼽히지만, 배터리 관리 시스템 및 냉각 시스템 또한 배터리를 운용함에 있어 빼놓을 수 없는 중요한 기술이다. 본 발명과 같은 더욱 효과적인 냉각 시스템의 개발은 더욱 안전하고 에너지 효율적인 배터리 시스템의 개발을 앞당길 것으로 기대된다.
특허법인ECM
변리사 김시우
swkim@ecmpatent.com
02-568-2670
자동차에서, 모바일 사용을 위한 연료 전지 및 배터리는 약 -40℃ 에 이르기까지의 낮은 외부 온도 그리고, 배터리의 신속한 충전 동안 100℃ 초과에 이르기까지의 온도가 달성되므로 높은 내부 온도에 견디기 위해 냉각제 회로가 필수불가결하다. 기존의 내연 기관에 사용되는 글리세롤 및 모노알킬렌 글리콜은 높은 전기 전도율로 인해 연료 전지 및 배터리 기능을 저해하고 합선의 위험을 야기한다. 또한 배터리의 높은 온도에서 해당 물질들은 증발 또는 열분해를 일으키기 때문에 배터리 시스템에 적합하지 않다. 상대적으로 열에 강한 오일류는 낮은 열용량과 배터리의 냉각 시스템 특성상 개방되어 주변의 공기로부터 발생하는 물의 침투시 섞이지 않아 두 개의 상을 형성하는 단점을 가진다.
도 1 대표적인 테슬라의 배터리 냉각 시스템
따라서 바스프는 본 발명을 통해 상대적으로 높은 온도에서 이용가능하고 높은 열용량을 나타낼 뿐만 아니라 개방 냉각 시스템에서 사용하기에 적합하고 물과의 상용성을 나타내는 전기차 연료 전지 및 배터리에서 사용하기 위한 냉각제를 제공하고자 한다. 해당 냉각제는 (A) 알킬렌 글리콜 유도체 (B) 오르토실리케이트 에스테르, 알콕시알킬실란, 또는 아졸 유도체 (C) 방향족 아민으로 구성된 부식 저해제 (D) 비터런트, 염료, 소포제, 항산화제 또는 유화제로 구성된다.
본 발명에 따른 비교예(번호 1-5) 및 실시예(번호 6-13) 의 제조 조성 및 각 온도에서 측정한 점도는 표 1에 나타난다. 과도하게 낮은 점도는 냉각제의 유출을 야기하며 과도하게 높은 점도는 제조된 냉각제의 펌프 능력을 방해하기 때문에 100℃에서는 2 ㎟/s 이하, -40℃에서는 350 ㎟/s 이하, -20℃에서는 100 ㎟/s 이하의 동점도가 선호된다. 표 1에 따르면 비교예중에서는 1, 2, 3번이, 실시예 중에서는 6, 7, 8, 11, 12, 13번이 좋은 동점도를 가지고 있음을 알 수 있다.
표 1 비교예(번호 1-5) 및 실시예(번호 6-13)의 제조 조성 및 동점도 측정 결과
표 1(계속) 실시예(번호 6-13)의 제조 조성 및 동점도 측정 결과
표 2는 냉각제의 배터리 부식성을 나타내는 336시간 운전 후 냉각제에 침출된 금속 함유량의 ICP 측정 결과이다. 본 발명에 따른 냉각제는 부식 저해제의 추가를 통해 철 이온 및 특히 구리 이온의 침출을 현저히 감소시킬 수 있다. 침출되는 이온의 양의 감소는 냉각제의 전기 전도율을 지속적으로 낮게 유지함으로써 더 견고한 냉각 시스템을 구성할 수 있음을 뜻한다.
표 2 냉각 시스템 운전 후 침출된 배터리 금속 함유량 측정 결과
표 2(계속) 냉각 시스템 운전 후 침출된 배터리 금속 함유량 측정 결과
표 3은 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 86.2 wt%, 테트라에틸렌글리콜 모노메틸 에테르 10 wt%, 옥틸디에탄올라민 1.8 wt%, 톨릴트리아졸 0.05 wt%, 항산화제 0.03 wt%, 유화제 0.25 wt%, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 1.67 wt%, 소포제 0.001 wt%로 구성되는 실시예 15의 물의 흡수에 따른 전기 전도율 추이를 나타낸다. 해당 발명의 조성물은 물과 1:1 희석시에도 25℃ 에서 25 μS/㎝ 의 임계 전도율 미만으로 유지되고 20 wt% 의 재증류수의 혼합시에도 10 μS/㎝ 의 임계 전도율 미만으로 유지됨을 확인할 수 있다. 따라서 개방된 냉각 시스템에서도 견고하게 작동할 수 있음을 보인다.
표 3 실시예 15번의 물 혼합에 따른 전도율 변화
새로운 배터리 양극 및 음극 물질의 개발은 이차전지 산업에 있어서 가장 중요한 기술로 꼽히지만, 배터리 관리 시스템 및 냉각 시스템 또한 배터리를 운용함에 있어 빼놓을 수 없는 중요한 기술이다. 본 발명과 같은 더욱 효과적인 냉각 시스템의 개발은 더욱 안전하고 에너지 효율적인 배터리 시스템의 개발을 앞당길 것으로 기대된다.
특허법인ECM
변리사 김시우
swkim@ecmpatent.com
02-568-2670