KR20230091487A - 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법에 관한 것으로 기상 전해질을 전극부에 접촉시켜 화학 반응을 발생시키며, 기상 전해질의 전극과의 계면에서의 전기화학 반응을 통해 이차전지 시스템, 미세먼지 정화 시스템, 도금 시스템, 전기화학식 가스 센서, 전기화학적 바이오 센서 등 다양한 범위로 적용이 가능하여 전기 화학 시스템의 발전과 확장을 크게 확대시키고, 기상의 전해질로 전극의 전면적을 고루 사용할 수 있고, 공간의 한정없이 전기 화학 시스템을 구현할 수 있어 다양한 전기화학 시스템에 새로운 방식의 기술 발전을 이끌어 내고, 에어로전해질(aeroelectrolyte)의 3상 계면 형성 이점에 따라 반응 속도와 효율이 증가하고 보다 적은 양의 전해질로 효과적인 반응을 구현할 수 있다.
Description
본 발명은 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법에 관한 것으로 기상 전해질의 전극과의 계면에서의 전기화학 반응을 통한 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법에 관한 발명이다.
세계 시장에서 에너지, 센서, 환경 등 다양한 산업 전반에서 전기화학 기반 산업의 중요성이 강조되고 있다.
환경오염에 따른 기후 변화를 최소화시키기 위하여, 2017년 이후 영국, 프랑스를 비롯한 선진국들을 시초로 세계 여러 나라에서‘탄소 중립’을 법제화 하거나‘탄소중립 목표’를 선언하고 있다.
우리나라의 경우 2020년 12월에 ‘2050 탄소 중립 추진 전략’을 마련하였다. 이러한 각국의 온실가스 배출량 제한과 함께 에너지 산업에서는 친환경 에너지 개발과 더불어 전기화학 기반의 에너지 저장 및 변환 장치의 중요성이 대두되고 있다.
국제에너지기구(IEA)와 유럽특허청(EPO)에 따르면, 지난 10년간 배터리 산업은 연간 약 14%의 성장률을 보였으며, 기후 및 지속가능한 에너지 목표 달성을 위해 2040년 까지 약 50배의 배터리 및 에너지 저장장치가 필요하다고 한다.
현재 산업 역시 전기화학 기술이 필수적이다, 첨단 과학기술의 발전과 함께 나노 물질 분석, 반응 메카니즘 분석 및 위험물 탐지 기술의 필요가 중시되며, 센싱 기술의 가치가 높아지고 있다.
전기화학 기반의 센서는 복잡한 화학물질의 양 또는 생물학적 시료의 양을 처리하기 쉬운 전기신호로 변환해주기 때문에, 의학, 바이오, 전자재료, 고분자 등 다양한 산업 전반에서 유용한 장치이다.
특히 코로나 19 사태로 전기화학 센서에 대한 연구가 활발하게 진행됨에 따라서, 전기화학 센서 시장의 입지가 더 단단해지고 있으며 세계 전기화학 센서 규모는 2020-2027 동안 연평균 약 11.4%씩 성장할 것으로 예측된다.
한편, 전기화학은 미세먼지 및 환경 분야에서도 중요한 역할을 한다. 세계적으로 대기오염원을 처리하기 위해서, CO, NOx 등의 미세먼지 전구체 물질을 전기화학적으로 NH3와 같은 고부가 가치 물질로 전환 시키는 분야에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 우리나라의 경우 다른 선진국에 비하여 공기 오염도가 높기 때문에, 미세먼지 처리 기술에 대한 연구가 더욱 더 중요하다.
전기화학은 다양한 산업에서 주목받고 있는 학문이다. 하지만 현재 기술로 전기화학 반응의 필수 요소인 전해질은 고상 및 액상만이 사용 가능하기 때문에 적용 가능한 분야에 다소 한계가 존재한다.
특히, 이차전지는 전기화학 반응을 이용한 전기 저장장치이다. 때문에, 이차전지를 구동하기 위해서 전기화학 4대 구성요소인 양극, 음극, 외부도선, 그리고 전해질이 필수적이고, 이차전지에 사용되는 전해질은 액체 상태 또는 고체 상태로 한정되어 사용되고 있고, 전지의 케이싱 내에서 저장되어 사용되는 구조로 크기나 공간적인 제약을 많이 받는 문제점이 있으며, 이로 인해 다른 전기 화학 시스템으로의 적용이 불가능한 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 기상 전해질의 전극과의 계면에서의 전기화학 반응을 통해 이차전지 시스템, 미세먼지 정화 시스템, 도금 시스템, 전기화학식 가스 센서, 전기화학적 바이오 센서 등 다양한 범위로 적용이 가능한 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 기상의 전해질로 전극의 전멱적을 고루 사용할 수 있고, 공간의 한정없이 전기 화학 시스템을 구현할 수 있는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 일 실시예는 기상 전해질을 발생시키는 기상 전해질 발생부, 상기 기상 전해질 발생부에서 방출된 기상 전해질의 전기화학 반응이 발생하는 전극부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 전극부는 제1전극부재와 제2전극부재, 제1전극부재와 제2전극부재 및 상기 제1전극부재와 상기 제2전극부재를 연결하여 이온을 지속적으로 이동시켜 지속적인 전기화학 반응을 가능하게 하는 염다리부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 염다리부는 상기 제1전극부재의 적어도 일부분을 덮고, 상기 제2전극부재의 적어도 일부분을 덮는 형태로 염을 포함한 섬유로 제조되는 다공성 섬유층일 수 있다.
본 발명에서 상기 염다리부는 염을 포함한 폴리머 용액을 상기 제1전극부재와 상기 제2전극부재를 향해 전기 방사하여 제조될 수 있다.
본 발명에서 상기 전극부는 상기 제1전극부재와 상기 제2전극부재를 전기적으로 연결하는 전극연결용 전선부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 기상 전해질 발생부는 분무 노즐부를 통해 기상 전해질을 입경 10㎛ 이하의 액체 미립자로 분무할 수 있다.
본 발명에서 상기 기상 전해질 발생부는 상기 전극부의 전면 측에 위치되어 전면을 향해 기상 전해질을 분무하는 제1분무 노즐 및 상기 전극부의 후면 측에 위치되어 후면을 향해 기상 전해질을 분무하는 제2분무 노즐을 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 기상 전해질 발생부는 기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부, 상기 분무 노즐부로 전해액을 공급하는 전해액 공급부 및 상기 분무 노즐부로 고압의 공기를 공급하여 상기 분무 노즐부를 통해 상기 기상 전해질을 분무시키는 공기 공급부를 포함하며, 상기 전해액 공급부는 상기 분무 노즐부로 전해액을 공급하는 전해액 공급관부 및 상기 전해액 공급관부에 위치되어 전해액을 분무 상태로 입자화하는 전해액 입자발생부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 기상 전해질 발생부는 기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부, 상기 분무 노즐부로 전해액을 공급하는 전해액 공급부 및 상기 분무 노즐부로 고압의 공기를 공급하여 상기 분무 노즐부를 통해 상기 기상 전해질을 분무시키는 공기 공급부를 포함하며, 상기 전해액 공급부는 상기 분무 노즐부로 전해액을 공급하는 전해액 공급관부; 및 상기 전해액 공급관부에 위치되어 전해액을 가열하는 전해액 가열부를 포함하고, 상기 공기 공급부는 상기 분무 노즐부에 연결되어 상기 분무 노즐부 내로 공기를 공급하는 공기 공급관부 및 상기 공기 공급관부에 위치되어 공기를 가열하는 공기 가열부를 포함하며, 상기 전해액 가열부에 의해 가열된 전해액과 상기 공기 가열부에 의해 가열된 공기에 의해 상기 분무 노즐부로 분무되는 기상 전해질 중 적어도 일부가 증기 형태로 분무될 수 있다.
본 발명에서 상기 기상 전해질 발생부는 기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부 및 상기 분무 노즐부를 회전시켜 분무 방향을 조절하는 노즐 회전부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 노즐 회전부는 상기 분무 노즐부를 상, 하 방향으로 회전시키는 제1노즐 회전부 및 상기 분무 노즐부를 좌, 우 방향으로 회전시키는 제2노즐 회전부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 기상 전해질 발생부는 기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부 및 상기 분무 노즐부를 상, 하 이동시키는 노즐 승하강부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 기상 전해질 발생부는 기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부 및 상기 분무 노즐부를 전, 후 이동시켜 상기 분무 노즐부와 상기 전극부 사이의 간격을 조절하는 노즐 직선 이동부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 기상 전해질 발생부는, 기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부를 포함하며, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 일 실시예는 상기 전극부를 회전시켜 상기 분무 노즐부를 향한 상기 전극부의 각도를 조절할 수 있는 전극 회전부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 전극 회전부는 상기 전극부를 상, 하 방향으로 회전시키는 제1전극 회전부 및 상기 전극부를 좌, 우 방향으로 회전시키는 제2전극 회전부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 일 실시예는 상기 전극부를 상, 하 이동시키는 전극 승하강부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 일 실시예는 상기 전극부를 전, 후 이동시켜 상기 기상 전해질 발생부와 상기 전극부 사이의 간격을 조절하는 전극 직선 이동부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 기상 전해질 발생부는 기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부, 상기 분무 노즐부를 회전시켜 분무 방향을 조절하는 노즐 회전부, 상기 분무 노즐부를 상, 하 이동시키는 노즐 승하강부 및 상기 분무 노즐부를 전, 후 이동시켜 상기 분무 노즐부와 전극부 사이의 간격을 조절하는 노즐 직선 이동부를 포함하고, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 일 실시예는 상기 전극부를 회전시켜 상기 분무 노즐부를 향한 상기 전극부의 각도를 조절할 수 있는 전극 회전부, 상기 전극부를 상, 하 이동시키는 전극 승하강부 및 상기 전극부를 전, 후 이동시켜 상기 분무 노즐부와 전극부 사이의 간격을 조절하는 전극 직선 이동부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법의 일 실시예는 기상 전해질을 염다리부로 연결된 전극부에 접촉시켜 상기 기상 전해질의 전극 계면에서의 전기화학 반응을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법의 일 실시예는 입경 10㎛ 이하의 액체 미립자 형태로 분무되는 기상 전해질을 전극부에 접촉시켜 기상 전해질의 전극 계면에서의 전기화학 반응을 발생시킬 수 있다.
본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법의 일 실시예는 개방된 공간 또는 실외에서 허공에 기상 전해질을 분무하여 공간의 제약없이 기상 전해질의 전극 계면에서의 전기화학 반응을 활용할 수 있다.
본 발명은 기상 전해질의 전극과의 계면에서의 전기화학 반응을 통해 이차전지 시스템, 미세먼지 정화 시스템, 도금 시스템, 전기화학식 가스 센서, 전기화학적 바이오 센서 등 다양한 범위로 적용이 가능하여 전기 화학 시스템의 발전과 확장을 크게 확대시키는 효과가 있다.
본 발명은 기상의 전해질로 전극의 전면적을 고루 사용할 수 있고, 공간의 한정없이 전기 화학 시스템을 구현할 수 있어 다양한 전기화학 시스템에 새로운 방식의 기술 발전을 이끌어 내고, 에어로전해질(aeroelectrolyte)의 3상 계면 형성 이점에 따라 반응 속도와 효율이 증가하고 보다 적은 양의 전해질로 효과적인 반응을 구현하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 일 실시예를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 다른 실시예를 도시한 개략도.
도 3 및 4는 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 또 다른 실시예를 도시한 개략도.
도 5는 공기극 표면적 증가에 따른 방전용량 증가를 나타낸 그래프.
도 6은 인공 3상계면과 방전용량 증가를 나타낸 도면.
도 7은 기상 전해질을 이용하여 3상 계면을 형성하는 모식도.
도 8은 전이금속을 전기화학적으로 환원시키는 공정을 추가한 Scrubbing process 기반의 공정 모식도.
도 9는 수용액 속 NOx의 환원 반응물을 예시한 화학식.
도 2는 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 다른 실시예를 도시한 개략도.
도 3 및 4는 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 또 다른 실시예를 도시한 개략도.
도 5는 공기극 표면적 증가에 따른 방전용량 증가를 나타낸 그래프.
도 6은 인공 3상계면과 방전용량 증가를 나타낸 도면.
도 7은 기상 전해질을 이용하여 3상 계면을 형성하는 모식도.
도 8은 전이금속을 전기화학적으로 환원시키는 공정을 추가한 Scrubbing process 기반의 공정 모식도.
도 9는 수용액 속 NOx의 환원 반응물을 예시한 화학식.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 일 실시예를 도시한 개략도이고, 도 1을 참고하면 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 일 실시예는 기상 전해질을 발생시키는 기상 전해질 발생부(100), 기상 전해질 발생부(100)에서 방출된 기상 전해질의 전기화학 반응이 발생하는 전극부(200)를 포함한다.
전극부(200)는 제1전극부재(210)와 제2전극부재(220)를 포함하고, 전기가 통전되는 공지의 전극 형태로 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
또한, 전극부(200)는 제1전극부재(210)와 제2전극부재(220)를 연결하여 이온을 지속적으로 이동시켜 지속적인 전기화학 반응을 가능하게 하는 염다리부(230)를 더 포함할 수 있다.
또한, 전극부(200)는 제1전극부재(210)와 제2전극부재(220)를 연결하는 전극연결용 전선부재(240)를 더 포함할 수 있다.
전극연결용 전선부재(240)는 전류와 전자가 흐를 수 있는 공지의 도전체로 제조되는 것이고, 염다리부(230)는 이온을 이동시켜 전기화학 반응을 가능하게 한다.
전극연결용 전선부재(240)는 외부의 도선과 연결되어 기상 전해질의 제1전극부재(210)와 제2전극부재(220)과의 계면에서의 전기화학 반응을 통해 발생되는 전류를 외부로 흐르게 할 수 있다.
전극연결용 전선부재(240)의 구조는 이차전지에서 양극과 음극을 연결하는 공지의 도전 구조로 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
염다리부(230)는 제1전극부재(210)와 제2전극부재(220)를 연결하고 이온을 지속적으로 이동시켜 지속적인 전기화학 반응을 가능하게 하는 필수적인 구성이다.
염다리부(230)는 제1전극부재(210)의 적어도 일부분을 덮고, 제2전극부재(220)의 적어도 일부분을 덮는 형태로 염을 포함한 섬유로 제조되는 다공성 섬유층인 것을 일 예로 한다.
염다리부(230)는 염을 포함한 폴리머 용액을 제1전극부재(210)와 제2전극부재(220)를 향해 전기 방사하여 제조되는 것을 일 예로 한다.
염다리부는 제1전극부재(210)의 적어도 일부분을 덮고, 제2전극부재(220)의 적어도 일부분을 덮는 염을 포함한 포함한 섬유로 제조되는 다공성 섬유층으로 전해질 대시 이온을 제1전극부재(210)와 제2전극부재(220) 사이에서 지속적으로 이동시킴으로써 기상 전해질의 전극과의 계면에서의 전기화학 반응이 지속적으로 이루어질 수 있게 한다.
한편, 기상 전해질 발생부(100)는 기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부(110), 분무 노즐부(110)로 전해액을 공급하는 전해액 공급부(120), 분무 노즐부(110)로 고압의 공기를 공급하여 분무 노즐부(110)를 통해 기상 전해질을 분무시키는 공기 공급부(130)를 포함한다.
분무 노즐부(110)로 분무되는 기상 전해질은 에어로졸 형태로 분무되는 액체 미립자인 것을 일 예로 하고, 입경 10㎛ 이하의 액체 미립자로써 바람직하게는 5㎛ 이하의 액체 미립자인 것을 일 예로 한다.
전해액 공급부(120)는 전해액이 저장되는 전해액 저장부(121)와 분무 노즐부(110)를 연결하고, 분무 노즐부(110)로 전해액을 공급하는 전해액 공급관부(122), 전해액 공급관부(122)에 설치되어 전해액을 이동시키는 전해액 펌프부(123)를 포함한다.
전해액 공급부(120)는 전해액 공급관부(122)에 위치되어 유로의 개폐량을 조절하는 전해액 공급 제어밸브(124)를 더 포함하여 분무 노즐부(110)를 통해 분사되는 기상 전해질의 분무량을 제어할 수 있다.
또한, 공기 공급부(130)는 분무 노즐부(110)에 연결되어 분무 노즐부(110) 내로 공기를 공급하는 공기 공급관부(131), 공기 공급관부(131)에 설치되어 공기를 압축시키는 공기 압축용 펌프부(132)를 포함한다.
건조 공기 공급부(130)는 공기 공급관부(131)에 연결되며 고압의 공기를 저장한 고압공기 저장부(133)를 포함하여 고압공기 저장부(133) 내에 저장된 고압 공기를 공기 공급관부(131)를 통해 분무 노즐부(110)로 공급하고, 분무 노즐부(110)를 통해 전해액을 분무시킬 수도 있음을 밝혀둔다.
또한, 공기 공급부(130)는 공기 공급관부(131)에 위치되어 공기를 필터링하는 공기 필터부(134)를 더 포함하여 공기 내에 포함된 먼지 등의 이물질을 제거하여 분무 노즐부(110)를 통해 분무되는 기상 전해질에 이물질이 포함되는 것을 방지한다.
또한, 공기 공급부(130)는 공기 공급관부(131)에 위치되어 유로의 개폐량을 조절하는 공기 공급 제어밸브(135)를 더 포함하여 분무 노즐부(110)를 통해 분사되는 기상 전해질의 입경을 제어할 수 있다.
전해액 공급부(120)는 전해액 공급관부(122)에 위치되어 전해액을 입자화하는 즉, 전해액을 분무 상태로 입자화하는 전해액 입자발생부(120a)를 더 포함할 수 있다.
전해액 입자발생부(120a)는 초음파를 통해 물을 안개처럼 분무화하는 것을 일 예로 하며, 이는 주파수에 따라 진동하여 발행한 초음파를 이용하여 물을 안개처럼 분무화하는 공지의 기술로 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀두며, 초음파 이외에도 물을 안개처럼 분무화할 수 있는 공지의 입자 발생 구조로 다양하게 변형하여 실시할 수 있음을 밝혀둔다.
전해액은 전해액 입자발생부(120a)에 의해 분무화된 후 분무 노즐부(110)로 공급되고, 분무 노즐부(110) 내로 공급되는 고압의 공기와 함께 더 미세한 입자로 분무될 수 있으며 넓은 범위로 퍼져 분무될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 다른 실시예를 도시한 개략도이고, 도 2를 참고하면 전해액 공급관부(122)에는 전해액을 가열하는 전해액 가열부(125)가 위치되고, 공기 공급관부(131)에는 공기를 가열하는 공기 가열부(136)가 위치되어 전해액 가열부(125)에 의해 가열된 전해액과 공기 가열부(136)에 의해 가열된 공기에 의해 분무 노즐부(110)로 분무되는 기상 전해질 중 적어도 일부가 증기 형태로 분무될 수 있다.
전해액 가열부(125)와 공기 가열부(136)는 분무 노즐부(110)로 분무되는 기상 전해질을 증기화시켜 입경을 더 작게 할 수 있고, 이에 전극부(200)의 표면에 기상 전해질이 더 고르게 분포될 수 있게 함과 아울러 외부의 공기 중에 분무된 기상 전해질이 더 넓은 범위로 퍼질 수 있게 한다.
전해액 공급부(120)와 공기 공급부(130)는 노즐로 유체를 공급하는 공지의 유체 공급 구조로 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
한편, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템은 개방된 공간 즉, 실외에서 허공에 기상 전해질을 분무하여 공간의 제약없이 활용되는 것을 일 예로 한다.
즉, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템은 내부가 밀페된 한정된 공간이 아닌 적어도 한면이 개방된 형태의 공간 또는 완전한 실외에서 활용될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 다른 실시예를 도시한 개략도이고, 도 3을 참고하면 기상 전해질 발생부(100)는 전극부(200)의 양면을 향해 각각 위치되어 전극부(200)의 양면에 기상 전해질을 방출시킬 수 있다.
더 상세하게 분무 노즐부(110)는 전극부(200)의 전면 측에 위치되어 전면을 향해 기상 전해질을 분무하는 제1분무 노즐(110a)과 전극부(200)의 후면 측에 위치되어 후면을 향해 기상 전해질을 분무하는 제2분무 노즐(110b)을 포함하여 전극부(200)의 전면과 후면 즉, 제1전극부재(210)와 제2전극부재(220)의 전면, 제1전극부재(210)와 제2전극부재(220)의 후면에 각각 기상 전해질을 분무할 수 있다.
분무 노즐부(110)는 전극부(200)의 전면과 전극부(200)의 후면에 각각 기상 전해질을 분무하여 전극부(200)의 표면 전체에 고르게 기상 전해액을 분무하여 전기화학 반응의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 또 다른 실시예를 도시한 개략도이고, 도 4를 참고하면 기상 전해질 발생부(100)는 분무 노즐부(110)를 회전시켜 분무 방향을 조절하는 노즐 회전부(140)를 더 포함할 수 있다.
노즐 회전부(140)는 분무 노즐부(110)를 상, 하 방향으로 회전시키는 제1노즐 회전부(141), 분무 노즐부(110)를 좌, 우 방향으로 회전시키는 제2노즐 회전부(142)를 포함한다.
제1노즐 회전부(141)는 분무 노즐부(110)가 상, 하 방향으로 회전 가능하게 장착되는 노즐 지지용 브라켓트부재(141a), 노즐 지지용 브라켓트부재(141a)에 장착되어 분무 노즐부(110)를 상, 하 방향으로 회전시키는 노즐 제1회전모터(141b)를 포함할 수 있다.
제2노즐 회전부(142)는 노즐 지지용 브라켓트부재(141a)를 좌, 우 방향으로 회전시키는 노즐 제2회전모터(142b)를 포함할 수 있다.
또한, 기상 전해질 발생부(100)는 분무 노즐부(110)를 상, 하 이동시키는 노즐 승하강부(150)를 더 포함하여 기상 전해질의 분무 높이를 조절할 수 있다.
노즐 승하강부(150)는 유압 실린더인 것을 일 예로 하고, 이외에도 볼스크류 방식의 리니어 액추에이터, 랙기어와 랙기어에 맞물려 모터에 의해 회전되는 피니언 기어를 포함하여 모터의 회전력을 직선 이동으로 변환하는 랙과 피니언 구조체 등 공지의 승하강 기기를 이용하여 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
또한, 기상 전해질 발생부(100)는 분무 노즐부(110)를 전, 후 이동시켜 분무 노즐부(110)와 전극부(200) 사이의 간격을 조절하는 노즐 직선 이동부(160)를 더 포함할 수 있다.
노즐 승하강부(150)에는 노즐 회전부(140)가 장착되며, 노즐 직선 이동부(160)는 노즐 승하강부(150)를 전, 후 이동시키며, 분무 노즐부(110)는 노즐 승하강부(150)로 상, 하 이동되고, 노즐 직선 이동부(160)에 의해 전, 후 이동될 수 있음을 밝혀둔다.
노즐 직선 이동부(160)는 볼스크류 방식의 리니어 액추에이터인 것을 일 예로 하고, 이외에도 랙기어와 랙기어에 맞물려 모터에 의해 회전되는 피니언 기어를 포함하여 모터의 회전력을 직선 이동으로 변환하는 랙과 피니언 구조체, 유압 실린더 등 공지의 직선 이동 기기를 이용하여 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
노즐 회전부(140)는 실외에서 풍향 등의 외부 조건 또는 적용되는 전기화학 반응 조건에 따라 분무 노즐부(110)의 방향을 조절하여 분무되는 기상 전해질을 이용하여 효율적인 전기화학 반응이 이루어질 수 있도록 한다.
또한, 노즐 승하강부(150)와 노즐 직선 이동부(160)는 실외에서 풍향 등의 외부 조건 또는 적용되는 전기화학 반응 조건에 따라 분무 노즐부(110)의 분무 높이와 분무 노즐부(110)와 전극부(200) 사이의 간격을 조절하여 분무되는 기상 전해질을 이용하여 효율적인 전기화학 반응이 이루어질 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 또 다른 실시예는 전극부(200)를 회전시켜 분무 노즐부(110)를 향한 전극부(200)의 각도를 조절할 수 있는 전극 회전부(300)를 더 포함할 수 있다.
전극 회전부(300)는 전극부(200)를 상, 하 방향으로 회전시키는 제1전극 회전부(310), 전극부(200)를 좌, 우 방향으로 회전시키는 제2전극 회전부(320)를 포함한다.
제1전극 회전부(310)는 전극부(200)가 상, 하 방향으로 회전 가능하게 장착되는 전극 지지용 브라켓트부재(311), 전극 지지용 브라켓트부재(311)에 장착되어 전극부(200)를 상, 하 방향으로 회전시키는 전극 제1회전모터(312)를 포함할 수 있다.
제2전극 회전부(320)는 전극 지지용 브라켓트부재(311)를 좌, 우 방향으로 회전시키는 전극 제2회전모터(321)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 또 다른 실시예는 전극부(200)를 상, 하 이동시키는 전극 승하강부(400)를 더 포함하여 전극부(200)의 높이를 조절할 수 있다.
전극 승하강부(400)는 유압 실린더인 것을 일 예로 하고, 이외에도 볼스크류 방식의 리니어 액추에이터, 랙기어와 랙기어에 맞물려 모터에 의해 회전되는 피니언 기어를 포함하여 모터의 회전력을 직선 이동으로 변환하는 랙과 피니언 구조체 등 공지의 승하강 기기를 이용하여 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
또한, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 또 다른 실시예는 전극부(200)를 전, 후 이동시켜 분무 노즐부(110)와 전극부(200) 사이의 간격을 조절하는 전극 직선 이동부(500)를 더 포함할 수 있다.
전극 승하강부(400)에는 전극 회전부(300)가 장착되며, 전극 직선 이동부(500)는 전극 승하강부(400)를 전, 후 이동시키며, 전극부(200)는 전극 승하강부(400)로 상, 하 이동되고, 전극 직선 이동부(500)에 의해 전, 후 이동될 수 있음을 밝혀둔다.
전극 직선 이동부(500)는 볼스크류 방식의 리니어 액추에이터인 것을 일 예로 하고, 이외에도 랙기어와 랙기어에 맞물려 모터에 의해 회전되는 피니언 기어를 포함하여 모터의 회전력을 직선 이동으로 변환하는 랙과 피니언 구조체, 유압 실린더 등 공지의 직선 이동 기기를 이용하여 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
전극 회전부(300)는 실외에서 풍향 등의 외부 조건 또는 적용되는 전기화학 반응 조건에 따라 전극부(200)의 방향을 조절하여 분무 노즐부(110)에 의해 분무되는 기상 전해질을 이용하여 효율적인 전기화학 반응이 이루어질 수 있도록 한다.
또한, 전극 승하강부(400)와 전극 직선 이동부(500)는 실외에서 풍향 등의 외부 조건 또는 적용되는 전기화학 반응 조건에 따라 전극부(200)의 높이와 분무 노즐부(110)와 전극부(200) 사이의 간격을 조절하여 분무되는 기상 전해질을 이용하여 효율적인 전기화학 반응이 이루어질 수 있도록 한다.
한편, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 기상 전해질을 전극부(200)에 접촉시켜 화학 반응을 발생시키는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 입경 10㎛ 이하의 액체 미립자 즉, 에어로졸 형태로써 분무되는 기상 전해질을 전극부(200)에 접촉시켜 화학 반응을 발생시키는 것을 일 예로 하며, 바람직하게는 입경 5㎛ 이하의 액체 미립자 즉, 에어로졸 형태로 분무되는 기상 전해질을 전극부(200)에 접촉시켜 화학 반응을 발생시키는 것을 일 예로 한다.
또한, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 개방된 공간 또는 실외에서 허공에 기상 전해질을 분무하여 공간의 제약없이 기상 전해질에 의한 전기화학 반응을 활용하는 것을 일 예로 한다.
즉, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 내부가 밀페된 한정된 공간이 아닌 적어도 한면이 개방된 형태의 공간 또는 완전한 실외에서 활용되어 공간의 제약없이 활용될 수 있다.
본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 이차전지 시스템으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법로 이차전지를 구현하는 예에 대해 하기에서 더 상세하게 설명한다.
통상의 이차전지는 전기화학 반응을 이용한 전기 저장장치이다. 때문에, 이차전지를 구동하기 위해서 전기화학 4대 구성요소인 양극, 음극, 외부도선, 그리고 전해질이 필수적이다.
이 중 전해질은 전기화학반응으로 소모 및 생성되는 이온들의 이동 통로이며, 이온은 전극과 전해질 계면으로 이동하여 반응 및 생성된다. 때문에, 전기화학 반응이 일어나기 위해서는 양쪽 전극이 전해질로 연결되어 닫힌 회로를 만들어야 한다.
기상 전해질을 사용하여 즉, 기상 전해질을 분무 형태로 전극부(200)로 분무하는 경우 전해질을 분무하는 순간 에어로졸 형태의 전해질이 랜덤하게 전극 표면에 닿게 되고, 양쪽 전극에 전해질이 닿는 임의의 순간에 전기화학적 닫힌 회로가 생성되어 전기화학 반응이 일어날 수 있다
또한, 금속공기전지는 음극 활물질로 금속을 사용하고, 양극 활물질로 공기를 사용하는 이차전지이다. 이는 가벼운 공기극을 양극으로 사용하기 때문에 무게당 큰 이론적 용량을 가지고 있어 차세대 이차전지로 주목받고 있다.
하지만, 기상 반응물은 공기전지의 유기물 계열 전해질에 녹기 힘들기 때문에, 공기전지는 실질적으로 이론보다 낮은 용량을 나타낸다. 이를 해결하기 위해서, 공기극 표면적을 넓히고 3상 계면(고체-전극, 액체-전해질, 기체-공기)을 증가시켜서 방전 용량을 늘리는 연구가 진행되고 있다.
도 5는 공기극 표면적 증가에 따른 방전용량 증가를 나타낸 그래프이고, 도 6은 인공 3강계면과 방전용량 증가를 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6을 참고하면 공기극 표면적 증가에 따라 방전용량이 증가되는 것을 확인할 수 있다.
그런데 현재의 액상 전해질 시스템은 전해질 즉, 전해액이 전극 표면을 완전히 덮기 때문에, 완전한 3상 계면을 형성할 수 없다.
도 7은 기상 전해질을 이용하여 3상 계면을 형성하는 모식도이고, 도 7을 참고하면 기상 전해질을 도입하면, 전극과 기상 전해질이 만나는 계면 가장자리 부분에 공기가 직접적으로 맞닿을 수 있기 때문에, 완전한 3상 계면을 형성하여 방전 용량을 증가시킬 수 있다.
또한, 기상 전해질을 도입하면, 효율적인 구조로 전지 설계가 가능하다.
기존의 액상 및 고상 전해질을 사용할 경우 양쪽 전극이 전해질에 맞닿기 위해서 전극을 마주보는 형태로 쌓아야 한다.
그러나, 기상전해질의 경우 두 전극 사이에 bulk한 전해질이 필요하지 않고 열린 환경에서 반응이 가능하여, 두 전극을 평행한 형태로 전지를 설계할 수 있다.
때문에 기상 전해질을 사용하는 경우 전극 앞뒤 모두 전기화학반응 자리를 제공할 수 있고 동일한 표면적의 전극 안에서 보다 효율적으로 반응에 기여할 수 있다.
또한, 기상 전해질을 사용하는 경우, 전해질의 기화 문제를 해결할 수 있기 때문에 열린 시스템에서 전지 구동이 가능한 것이다.
한편, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 미세먼지 정화 시스템으로 사용될 수 있다.
미세먼지는 생성원에 따라 1차, 2차 미세먼지로 분류된다. 1차 미세먼지는 화석연료를 연소 과정에서 발생한 탄소류, 지표면의 흙먼지 등과 같이 발생원으로부터 직접 배출된다.
2차 미세먼지는 화석연료가 연소되는 과정에서 배출되는 SOx, 자동차 배기가스에서 배출되는 NOx와 같은 기상의 전구체 물질이 대기중의 수증기, 오존, 암모니아 등과 결합하는 화학반응을 통해 생성된다.
우리나라 미세먼지 발생량은 황산염, 질산염 등의 2차 생성물 비율이 전체 미세먼지 생성량의 절반 이상을 차지하고 있다. 때문에 미세먼지 저감을 위해서는 황 산화물, 질소산화물의 배출을 억제하고 전구체 물질을 제거하는 것이 중요하다.
미세먼지 분야의 기상 전해질의 적용 가능성은 Linbo Qian의 scrubbing proccess에 관한 연구에서 찾아볼 수 있다. Scrubbing process는 고효율로 NOx와 SOx를 제거하기 위하여, 100℃ 미만의 저온의 흡수액을 사용하여 전구체 물질을 환원시키는 공정 기술이다. 전이 금속을 포함한 흡수액에 전구체 물질이 흡착된 후, 전이금속이 산화되면서 결합한 전구체 물질은 환원된다. 하지만 이 기술은 전이금속의 재생 문제가 존재한다.
도 8은 전이금속을 전기화학적으로 환원시키는 공정을 추가한 Scrubbing process 기반의 공정 모식도이다.
해당 공정은 흡수액을 미스트 형태로 분무하여 전구체 물질과 혼합하여 흡착시킨 후, 전압을 가해 흡수액을 전위차에 의해 흡착시키고 오염물을 회수하는 과정이다.
이때 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법 즉, 기상 전해질을 전극으로 분무하여 발생되는 전기화학 반응을 추가한다면 단순 오염물 흡착이나 수거가 아닌 무해물질로 변환시켜 오염물을 정화하는 기술로도 사용가능하다.
기상 전해질을 사용하면 이러한 기상의 미세먼지 전구체 물질을 흡수액에 녹이지 않고 기상 환경에서 직접적으로 분해하는 기술을 개발할 수 있다.
도 9는 수용액 속 NOx의 환원 반응물을 예시한 것으로 도 8을 참고하면 질소산화물은 수용액 안에서 전기화학 반응을 통해 무독성인 NH3 및 N2 등으로 전환될 수 있다.
황산화물의 경우, 수용액에 녹아 H2SO4 염이 형성되고 이는 전기화학 반응을 통해서 액상의 SO2로 고정될 수 있다. 때문에, 전구체 물질에 수전해질을 분무한 후 전극에 전압을 가해주면, 수전해질과 전고체물질이 전극에 닿는 순간 전기화학적 닫힌 회로가 완성되고 기상의 환경에서 전구체 물질을 전환시킬 수 있다.
즉, 기존의 공장 및 자동차의 가스배관에 전극 장치를 설치하고 수전해질을 분무하는 공정을 추가함으로써, 열린 환경에서 손쉽게 오염원들을 안정한 물질로 전환시키거나 회수 가능한 물질로 고정할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 도금 시스템으로 사용될 수 있다.
이론적으로 리튬이차전지의 음극으로 리튬 금속을 사용할 경우 용량밀도가 가장 높다. 때문에, 리튬 금속은 차세대 고용량 전지용 음극으로 주목받고 있다.
리튬 금속을 음극으로 사용할 경우, 방전 반응에서 음극의 리튬이 양극으로 이동하고, 충전 반응에서 리튬이 음극에서 도금 반응을 통해 회수된다.
리튬 금속을 음극으로 사용하는 경우, 충전 반응에 Li 금속 덴드라이트(dendrite) 형성 문제가 존재한다. 덴드라이트(dendrite)는 이온의 mass transport와 전자의 charge transport 속도 차가 클 때 형성된다.
충전 과정에서 특정 도금 부위에 전류 즉, 전자가 밀집되기 때문에, 해당 부위에 리튬 이온이 밀집되어 뾰족한 덴드라이트(dendrite) 형태로 리튬 원자들이 음극에 도금된다.
충방전이 지속됨에 따라 리튬 전극에 덴드라이트(dendrite)가 더욱 심화되면, 리튬 금속이 분리막을 뚫고 양극과 접하면서 배터리 안전 문제를 야기할 수 있다. 또한, 지속적 충방전 과정에서 덴드라이트(dendrite)가 떨어지면, dead Li이 형성되어 전기화학 반응에 사용 불가능한 리튬 양이 증가하여 용량 감소를 야기할 수 있다
기존 연구 결과에 따르면, mass transport 속도는 표면 금속 퇴적물의 구조에 큰 영향을 받는다. 때문에 anode 기판 위, island 형태의 금속 도금 처리를 해주면 덴드라이트(dendrite) 문제를 해결할 수 있다.
Island 도금 처리에서, island 금속의 크기가 구형에 가깝고 금속이 일정한 간격으로 도금될 수록 효과적으로 덴드라이트(dendrite)를 방지할 수 있다. Li 금속은 구형 island 주변에서 균일하게 자랄 수 있으며, 이러한 Li 금속 도금은 금속 island 모델에 컨트롤이 되면서 island 사이즈가 커지게 된다. 그리고 이 규칙적인 island끼리 서로 겹치면서 양극을 완전히 덮고 Li 금속이 평평한 표면을 형성할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법을 이용하면 저렴하고 효과적인 island 도금 기술을 도입할 수 있다. 전기화학 반응은 전극과 전해질의 계면에서 발생한다. 즉, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법 즉, 기상 전해질을 전극으로 분무하여 발생되는 전기화학 반응을 이용하는 경우 전극과 전해질 계면이 기상 전해질 방울 모양으로 형성된다. 때문에 구형의 공간에서 전기화학 반응이 일어나고 island 형으로 반응물 도금이 가능하다.
뿐만 아니라, 분무하는 전해질 입자 사이즈 조절을 통해서 island 사이즈 컨트롤이 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 전기 화학식 가스센서 또는 전기 화학적 바이오 센서에서 사용될 수 있다.
전기화학식 가스 센서는 주로 안전분야에서 유독성 가스를 검출하는데 사용된다. 전기화학식 센서는 높은 민감도로 기체 분석이 가능하며, 작은 사이즈로 제작 가능하여 비용이 적게 든다는 이점이 존재한다. 때문에 실제 산업에서 널리 사용되는 장치이다. 기존의 전기화학식 가스 센서는 필터를 거친 가스가 확산층에 유입되어 작동 전극에 도달하면, 작동 전극에서 가스의 산화환원 반응을 발생하고 전자가 발생한다. 이때 생성된 전류 통해 발생한 전자 양을 측정하여 가스의 농도를 측정할 수 있다.
하지만, 종래의 전기화학식 가스 센서는 액상의 전해질을 사용하기 때문에, 기체 농도 측정이 닫힌 시스템에서만 가능하다. 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법을 이용하여 부유하는 기체에 기상 전해질을 분무한다면 열린 시스템에서의 가스 검출이 가능하다. 그리고 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법을 사용하는 경우, 기체, 전극, 전해질이 이루는 3상계면이 증가하여, 가스의 해리 문제를 해결하고 보다 빠르고 효과적으로 가스 농도를 측정할 수 있을 것이다.
바이오센서는 생물학적 요소의 변화, 반응 등을 물리적, 화학적 수단을 통해 검출해내는 장치이다. 이 중 전기화학적 바이오센서는 항원, 항체 사이의 상호작용 및 효소 작용 등의 생화학적 반응을 전기신호로 변환하는 장치이다. 전기화학적 바이오센서는 전류 측정 센서, 전압 측정 센서, 전압전류 센서, 그리고 임피던스 센서 등이 있다. 전류 측정 센서는 전극 위 바이오 물질의 산화환원 반응을 통해 발생한 전류 측정 분석법이고, 전압 측정 센서는 기준 전극과 바이오 물질 사이의 전위차를 이용한 분석법이다. 전압전류 센서는 전압을 인가할 때, 바이오 물질의 반응으로 발생된 전류 값을 이용한 분석법이고, 임피던스 센서는 바이오 물질의 저항값을 이용한 분석법이다.
이러한 전기화학적 바이오 센서를 사용하기 위해서는 반응 바이오 물질이 전해질에 녹아 전기화학 반응 구성요소에 속해야 한다.
기존의 바이오 센서는 주로 액상의 수전해질을 사용하여, 수용액에 녹은 반응물의 전위차를 측정하거나 산화반응에 의해 발생한 전류값을 측정하여 반응물을 분석하고 분해할 수 있다.
그러나, 기존의 바이오 센서와 같이 액상 전해질을 사용하는 경우 닫힌 시스템 속의 바이오 물질만 측정 가능하고, 실제 공기중에 부유하는 바이러스 혹은 미생물 등을 직접적으로 처리하고 측정하는 데 한계가 존재한다.
본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 열린 시스템에서의 전기화학적 물질 검출이 가능하다. 기상 전해질은 액상 전해질과 다르게 두 전극 사이 공간에 bulk한 전해질이 존재할 필요가 없다. 그리고 바이오 물질이 녹지 않아도, 전해질, 전극, 반응물 사이의 3상 계면이 형성되어 활발한 전기화학이 가능하다.
본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 공기중에 부유하는 바이오 물질 처리 및 분해에 획기적인 변화를 이끌 것이다. 코로나 바이러스 등 비말에 녹아 공기중에 부유하는 바이오 물질은 그 자체가 기상 전해질이다. 때문에, 이 경우 추가적인 전해질의 첨가 없이 전압을 가하여 부유 물질의 검출 및 분해가 가능하다는 획기적인 이점이 존재한다.
본 발명은 기상 전해질의 전극과의 계면에서의 전기화학 반응을 통해 이차전지 시스템, 미세먼지 정화 시스템, 도금 시스템, 전기화학식 가스 센서, 전기화학적 바이오 센서 등 다양한 범위로 적용이 가능하여 전기 화학 시스템의 발전과 확장을 크게 확대시킬 수 있다.
본 발명은 기상의 전해질로 전극의 전면적을 고루 사용할 수 있고, 공간의 한정없이 전기 화학 시스템을 구현할 수 있어 다양한 전기화학 시스템에 새로운 방식의 기술 발전을 이끌어 내고, 에어로전해질(aeroelectrolyte)의 3상 계면 형성 이점에 따라 반응 속도와 효율이 증가하고 보다 적은 양의 전해질로 효과적인 반응을 구현할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.
100 : 기상 전해질 발생부
110 : 분무 노즐부
110a : 제1분무 노즐 110b : 제2분무 노즐
120 : 전해액 공급부 121 : 전해액 저장부
122 : 전해액 공급관부 123 : 전해액 펌프부
124 : 전해액 공급 제어밸브 125 : 전해액 가열부
130 : 공기 공급부 131 : 공기 공급관부
132 : 공기 압축용 펌프부 133 : 고압공기 저장부
134 : 공기 필터부 135 : 공기 공급 제어밸브
136 : 공기 가열부 140 : 노즐 회전부
141 : 제1노즐 회전부 141a : 노즐 지지용 브라켓트부재
141b : 노즐 제1회전모터 142 : 제2노즐 회전부
142a : 노즐 제2회전모터 150 : 노즐 승하강부
160 : 노즐 직선 이동부
200 : 전극부 210 : 제1전극부재
220 : 제2전극부재
300 : 전극 회전부 310 : 제1전극 회전부
311 : 전극 지지용 브라켓트부재 312 : 전극 제1회전모터
320 : 제2전극 회전부 321 : 전극 제2회전모터
400 : 전극 승하강부 500 : 전극 직선 이동부
110a : 제1분무 노즐 110b : 제2분무 노즐
120 : 전해액 공급부 121 : 전해액 저장부
122 : 전해액 공급관부 123 : 전해액 펌프부
124 : 전해액 공급 제어밸브 125 : 전해액 가열부
130 : 공기 공급부 131 : 공기 공급관부
132 : 공기 압축용 펌프부 133 : 고압공기 저장부
134 : 공기 필터부 135 : 공기 공급 제어밸브
136 : 공기 가열부 140 : 노즐 회전부
141 : 제1노즐 회전부 141a : 노즐 지지용 브라켓트부재
141b : 노즐 제1회전모터 142 : 제2노즐 회전부
142a : 노즐 제2회전모터 150 : 노즐 승하강부
160 : 노즐 직선 이동부
200 : 전극부 210 : 제1전극부재
220 : 제2전극부재
300 : 전극 회전부 310 : 제1전극 회전부
311 : 전극 지지용 브라켓트부재 312 : 전극 제1회전모터
320 : 제2전극 회전부 321 : 전극 제2회전모터
400 : 전극 승하강부 500 : 전극 직선 이동부
Claims (21)
- 기상 전해질을 발생시키는 기상 전해질 발생부; 및
상기 기상 전해질 발생부에서 방출된 기상 전해질의 전기화학 반응이 발생하는 전극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전극부는,
제1전극부재와 제2전극부재; 및
상기 제1전극부재와 상기 제2전극부재를 연결하여 이온을 지속적으로 이동시켜 지속적인 전기화학 반응을 가능하게 하는 염다리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
- 청구항 2에 있어서,
상기 염다리부는 상기 제1전극부재의 적어도 일부분을 덮고, 상기 제2전극부재의 적어도 일부분을 덮는 형태로 염을 포함한 섬유로 제조되는 다공성 섬유층인 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
- 청구항 3에 있어서,
상기 염다리부는 염을 포함한 폴리머 용액을 상기 제1전극부재와 상기 제2전극부재를 향해 전기 방사하여 제조되는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
- 청구항 2에 있어서,
상기 전극부는,
상기 제1전극부재와 상기 제2전극부재를 전기적으로 연결하는 전극연결용 전선부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 기상 전해질 발생부는,
분무 노즐부를 통해 기상 전해질을 입경 10㎛ 이하의 액체 미립자로 분무하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 기상 전해질 발생부는,
상기 전극부의 전면 측에 위치되어 전면을 향해 기상 전해질을 분무하는 제1분무 노즐; 및
상기 전극부의 후면 측에 위치되어 후면을 향해 기상 전해질을 분무하는 제2분무 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 기상 전해질 발생부는,
기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부;
상기 분무 노즐부로 전해액을 공급하는 전해액 공급부; 및
상기 분무 노즐부로 고압의 공기를 공급하여 상기 분무 노즐부를 통해 상기 기상 전해질을 분무시키는 공기 공급부를 포함하며,
상기 전해액 공급부는,
상기 분무 노즐부로 전해액을 공급하는 전해액 공급관부; 및
상기 전해액 공급관부에 위치되어 전해액을 분무 상태로 입자화하는 전해액 입자발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 기상 전해질 발생부는,
기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부;
상기 분무 노즐부로 전해액을 공급하는 전해액 공급부; 및
상기 분무 노즐부로 고압의 공기를 공급하여 상기 분무 노즐부를 통해 상기 기상 전해질을 분무시키는 공기 공급부를 포함하며,
상기 전해액 공급부는 상기 분무 노즐부로 전해액을 공급하는 전해액 공급관부; 및
상기 전해액 공급관부에 위치되어 전해액을 가열하는 전해액 가열부를 포함하고,
상기 공기 공급부는,
상기 분무 노즐부에 연결되어 상기 분무 노즐부 내로 공기를 공급하는 공기 공급관부; 및
상기 공기 공급관부에 위치되어 공기를 가열하는 공기 가열부를 포함하며,
상기 전해액 가열부에 의해 가열된 전해액과 상기 공기 가열부에 의해 가열된 공기에 의해 상기 분무 노즐부로 분무되는 기상 전해질 중 적어도 일부가 증기 형태로 분무되는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 기상 전해질 발생부는,
기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부; 및
분무 노즐부를 회전시켜 분무 방향을 조절하는 노즐 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
- 청구항 10에 있어서,
상기 노즐 회전부는,
상기 분무 노즐부를 상, 하 방향으로 회전시키는 제1노즐 회전부; 및
상기 분무 노즐부를 좌, 우 방향으로 회전시키는 제2노즐 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 기상 전해질 발생부는,
기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부; 및
상기 분무 노즐부를 상, 하 이동시키는 노즐 승하강부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 기상 전해질 발생부는,
기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부; 및
상기 분무 노즐부를 전, 후 이동시켜 상기 분무 노즐부와 상기 전극부 사이의 간격을 조절하는 노즐 직선 이동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 기상 전해질 발생부는, 기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부를 포함하며,
상기 전극부를 회전시켜 상기 분무 노즐부를 향한 상기 전극부의 각도를 조절할 수 있는 전극 회전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
- 청구항 14에 있어서,
상기 전극 회전부는,
상기 전극부를 상, 하 방향으로 회전시키는 제1전극 회전부; 및
상기 전극부를 좌, 우 방향으로 회전시키는 제2전극 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전극부를 상, 하 이동시키는 전극 승하강부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전극부를 전, 후 이동시켜 상기 기상 전해질 발생부와 상기 전극부 사이의 간격을 조절하는 전극 직선 이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 기상 전해질 발생부는,
기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부;
상기 분무 노즐부를 회전시켜 분무 방향을 조절하는 노즐 회전부;
상기 분무 노즐부를 상, 하 이동시키는 노즐 승하강부; 및
상기 분무 노즐부를 전, 후 이동시켜 상기 분무 노즐부와 전극부 사이의 간격을 조절하는 노즐 직선 이동부를 포함하고,
상기 전극부를 회전시켜 상기 분무 노즐부를 향한 상기 전극부의 각도를 조절할 수 있는 전극 회전부;
상기 전극부를 상, 하 이동시키는 전극 승하강부; 및
상기 전극부를 전, 후 이동시켜 상기 분무 노즐부와 전극부 사이의 간격을 조절하는 전극 직선 이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
- 기상 전해질을 염다리부로 연결된 전극부에 접촉시켜 상기 기상 전해질의 전극 계면에서의 전기화학 반응을 발생시키는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법.
- 청구항 19에 있어서,
입경 10㎛ 이하의 액체 미립자 형태로 분무되는 기상 전해질을 전극부에 접촉시켜 기상 전해질의 전극 계면에서의 전기화학 반응을 발생시키는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법.
- 청구항 19에 있어서,
개방된 공간 또는 실외에서 허공에 기상 전해질을 분무하여 공간의 제약없이 기상 전해질의 전극 계면에서의 전기화학 반응을 활용하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210180639A KR20230091487A (ko) | 2021-12-16 | 2021-12-16 | 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210180639A KR20230091487A (ko) | 2021-12-16 | 2021-12-16 | 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020210180639A KR20230091487A (ko) | 2021-12-16 | 2021-12-16 | 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법 |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990063878A (ko) | 1995-11-15 | 1999-07-26 | 야마모토 카즈모토 | 복합 고분자 고체 전해질 및 이를 사용한 비수계 전기 화학장치 |
-
2021
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990063878A (ko) | 1995-11-15 | 1999-07-26 | 야마모토 카즈모토 | 복합 고분자 고체 전해질 및 이를 사용한 비수계 전기 화학장치 |
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