KR101284557B1 - Carbon Composite for Capacitive Deionization Electrode and Its Manufacturing Method Thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축전식 탈염전극용 탄소복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이온 선택능을 가지는 CDI 시스템(Capacitive deionization)의 스택의 구성요소인 전극과 전류공급판을 일체화시켜 전극의 역할인 이온들의 흡·탈착 능력과, 전류공급판의 역할인 전극에 전류공급 능력을 동시에 수행할 수 있는 탄소복합체로서, 지지체인 탄소지에 활전극물질을 적층함으로써 전극의 흡착용량을 높이면서 공정상의 운전과정에서 이온들의 흡·탈착 능력이 우수하고 탄소복합체가 유연하며, 전기 화학적 분석을 통하여 전극과 전류공급판의 역할을 수행할 수 있는 효과를 가지면서도 스택의 부피를 감소시키고 제조방법이 간단하여 제작비용을 감소시킬 수 있는 축전식 탈염전극용 탄소복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon composite for a capacitive desalination electrode and a method of manufacturing the same, and more particularly, to the role of an electrode by integrating an electrode and a current supply plate which are components of a stack of a capacitive deionization (CDI) system having ion selectivity. A carbon composite that can simultaneously perform the adsorption / desorption ability of phosphorus ions and the ability to supply current to an electrode, which serves as a current supply plate, and increases the adsorption capacity of electrodes by stacking active electrode materials on carbon paper as a support. It has excellent absorption and desorption ability of ions in the process, carbon composite is flexible, and has the effect of performing the role of electrode and current supply plate through electrochemical analysis, while reducing stack volume and manufacturing method simple It relates to a carbon composite for a capacitive desalination electrode and a method for manufacturing the same that can reduce the cost.

Description

축전식 탈염전극용 탄소복합체 및 이의 제조방법{Carbon Composite for Capacitive Deionization Electrode and Its Manufacturing Method Thereof}Carbon Composite for Capacitive Deionization Electrode and Its Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 축전식 탈염전극용 탄소복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이온 선택능을 가지는 CDI 시스템(Capacitive deionization)의 스택의 구성요소인 전극과 전류공급판을 일체화시켜 전극의 역할인 이온들의 흡·탈착 능력과, 전류공급판의 역할인 전극에 전류공급 능력을 동시에 수행할 수 있는 탄소복합체로서, 지지체인 탄소지에 활전극물질을 적층함으로써 전극의 흡착용량을 높이면서 공정상의 운전과정에서 이온들의 흡·탈착 능력이 우수하고 탄소복합체가 유연하며, 전기 화학적 분석을 통하여 전극과 전류공급판의 역할을 수행할 수 있는 효과를 가지면서도 스택의 부피를 감소시키고 제조방법이 간단하여 제작비용을 감소시킬 수 있는 축전식 탈염전극용 탄소복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon composite for a capacitive desalination electrode and a method of manufacturing the same, and more particularly, to the role of an electrode by integrating an electrode and a current supply plate which are components of a stack of a capacitive deionization (CDI) system having ion selectivity. A carbon composite that can simultaneously perform the adsorption / desorption ability of phosphorus ions and the ability to supply current to an electrode, which serves as a current supply plate, and increases the adsorption capacity of electrodes by stacking active electrode materials on carbon paper as a support It has excellent absorption and desorption ability of ions in the process, carbon composite is flexible, and has the effect of performing the role of electrode and current supply plate through electrochemical analysis, while reducing stack volume and manufacturing method simple It relates to a carbon composite for a capacitive desalination electrode and a method for manufacturing the same that can reduce the cost.

생활용수나 산업용수로서 물은 인간 생활에 있어 매우 중요하다. 그러나, 현대에는 물에 중금속이나, 질산성 질소, 불소 이온들이 포함되어 상기와 같은 물질이 포함된 물을 사람이 장기간 음용했을 때, 건강에 매우 해로울 수 있다. 따라서, 이제까지 수많은 수처리기술, 예를 들면 역삼투(RO), 전기투석(ED), 및 이온교환법(EDI) 등이 개발되어 오고 있으나, 상기의 기술들은 고비용과 고위험 기술 조건을 충족해야만 한다. 예를 들면 역삼투 시스템은 고압과 전처리 공정을 필요로 하고, 또한 농축된 물의 고부피(high volume) 현상을 일으킨다. 그러므로, 비록 고효율 박막 기술이 있다하더라도 작동을 위해서 매우 위험하고 비싼 공정을 필요로 한다. 전기투석의 경우에는 고압을 필요로 하기 때문에 전기소비가 크고, 경도 이온과 유기 물질로부터 박막 오염(membrane fouling)을 일으켜 생성과정이 복잡하다. 이온교환수지를 이용하는 이온교환법은 다양한 화학물질로 인하여 제 2차 오염을 야기시키고 총용존고형물(TDS)을 제거하기가 매우 어려운 단점이 있다. As living water or industrial water, water is very important in human life. However, in modern times, water contains heavy metals, nitrate nitrogen, and fluoride ions, and when people drink water containing such substances for a long time, they can be very harmful to health. Thus, numerous water treatment techniques have been developed, such as reverse osmosis (RO), electrodialysis (ED), and ion exchange (EDI) methods, but these techniques must meet high cost and high risk technical conditions. For example, reverse osmosis systems require high pressures and pretreatment processes and also cause high volume of concentrated water. Therefore, even with high efficiency thin film technology, a very dangerous and expensive process is required for its operation. In the case of electrodialysis, a high pressure is required because of the high pressure, and the production process is complicated by causing membrane fouling from hardness ions and organic materials. The ion exchange method using an ion exchange resin has a disadvantage of causing secondary pollution and removing total dissolved solids (TDS) due to various chemicals.

따라서, 상기와 같은 단점을 극복하기 위하여 전기흡착 및 전기 이중충 원리를 사용하는 정수기술을 이용하는 축전식 탈염(Capacitive deionization; CDI) 시스템이 개발되어 오고 있다. 상기 CDI의 스택은 지지판, 전류공급판, 전극, 가스켓, 전극분리막으로 구성되어 있다. 전류공급판은 전원공급장치로부터 전류를 받아 전류공급판과 붙어있는 전극에 양극 또는 음극을 띄게 하고 음이온과 양이온들은 전기적 인력에 따라 각 전극에 흡착하게 된다.Accordingly, a capacitive deionization (CDI) system using a water purification technique using an electro-absorption and electric double charge principle has been developed in order to overcome the above disadvantages. The stack of the CDI is composed of a support plate, a current supply plate, an electrode, a gasket, and an electrode separator. The current supply plate receives the current from the power supply and makes a positive electrode or negative electrode on the electrode attached to the current supply plate, and the negative ions and the positive ions are attracted to the respective electrodes according to the electrical attraction.

일반적인 축전식 탈염 전극 스택의 전류공급판은 그래파이트 재질을 많이 사용하고 전극은 탄소천, 카본나노튜브, 탄소에어로겔 등 다공성의 탄소재질을 많이 사용한다. 상기와 같이 전류공급판과 전극은 비슷한 물질로 사용할 수 있음에도 불구하고 별개로 구성되어 제조비용을 증가시키면서 CDI 스택 조립에 불편함을 주고 있다.The current supply plate of the conventional capacitive desalination electrode stack uses a lot of graphite material, and the electrode uses a porous carbon material such as carbon cloth, carbon nanotube, and carbon aerogel. As described above, although the current supply plate and the electrode may be made of a similar material, they are separately configured, thereby increasing the manufacturing cost and inconvenient in assembling the CDI stack.

최근에, CDI는 촉매 영역, 컴퓨터 하드웨어 생산, 의학전 진단약, 생물학적 센서, 수소 저장, 및 불순물 정화 공정(예를 들면, 비이온성 계면활성제, 벤젠, 아닐린, 비피리딜 및 무기 혼합물 등)과 같은 다양한 분야에 적용되고 있다.In recent years, CDI has been used in the catalytic domain, computer hardware production, premedical diagnostics, biological sensors, hydrogen storage, and impurity purification processes (e.g., nonionic surfactants, benzene, aniline, bipyridyl and inorganic mixtures). It is applied to the same various fields.

경도 물질이 포함된 보일러 수와 같은 경수는 보일러나 열교환기에 스케일을 유발하여 공정의 효율을 크게 떨어뜨릴 수 있고, 전자산업이나 의약산업에서도 이온물질을 완전히 제거한 초순수는 제품의 성능을 결정하는 중요한 요인으로 작용한다. 상기의 분야 외에도 차세대에는 CDI는 휴대용 음용수 및 흐르는 물(quick water)에 적용하는 CDI가 필요할 것이다. 상기와 같은 CDI는 최대한 크기를 작게 하여 최소화된 CDI를 필요로 할 것이다.Hard water, such as the number of boilers containing hard material, can cause scale in boilers or heat exchangers, which can significantly reduce the efficiency of the process.In the electronics and pharmaceutical industries, ultrapure water that has completely removed ionic substances is an important factor in determining product performance. Acts as. In addition to the above fields, the next generation of CDI will need CDI applied to portable drinking water and quick water. Such CDI will require a CDI that is minimized by making the size as small as possible.

따라서, 제조방법이 간단하고 안전하며, 또한 고비용의 공정을 필요치 않으면서도 CDI의 효과를 그대로 유지하면서도 최소의 부피를 갖는 CDI의 개발이 필요하다.Therefore, there is a need for the development of a CDI having a minimum volume while maintaining the effect of the CDI while maintaining a simple and safe manufacturing process and a costly process.

본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 활성탄과 지지체를 포함하는 축전식 탈염 전극용 탄소복합체의 제조방법을 제공하는 것이다.The first problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a carbon composite for capacitive desalination electrode comprising activated carbon and a support.

본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 활성탄과 지지체를 포함하는 축전식 탈염 전극용 탄소복합체를 제공하는 것이다.The second object of the present invention is to provide a carbon composite for capacitive desalination electrode comprising activated carbon and a support.

본 발명이 해결하고자 하는 세 번째 과제는 활성탄과 지지체를 포함하는 탄소복합체를 포함하는 축전식 탈염 스택을 제공하는 것이다.The third object of the present invention is to provide a capacitive desalination stack comprising a carbon composite including activated carbon and a support.

본 발명이 해결하고자 하는 네 번째 과제는 탄소복합체와 이를 제조하여 CDI에 적용시켜 축전식 탈염 전극의 능력을 확인하여 적용가능성을 확인하는 것이다.The fourth problem to be solved by the present invention is to confirm the applicability by confirming the capacity of the capacitive desalination electrode by producing a carbon composite and applying it to CDI.

본 발명이 해결하고자 하는 다섯 번째 과제는 탄소복합체와 이를 제조하여 CDI에 적용시켜 축전식 탈염 전류공급판의 능력을 확인하여 적용가능성을 확인하는 것이다.The fifth problem to be solved by the present invention is to confirm the applicability by verifying the capacity of the capacitive desalination current supply plate by applying the carbon composite and the same to the CDI.

본 발명이 해결하고자 하는 여섯 번째 과제는 본 발명에서 탄소복합체는 전류공급판과 전극의 역할을 모두 수행해야 하므로 수용액 속의 이온들이 탄소복합체의 표면에서 흡·탈착이 가능하고, 전류가 흐르는 전기전도성을 갖는 캐패시터를 제공하는 것이다.The sixth problem to be solved by the present invention is that the carbon composite in the present invention should perform both the role of the current supply plate and the electrode, the ions in the aqueous solution is capable of adsorption and desorption on the surface of the carbon composite, the electrical conductivity flowing current It is to provide a capacitor having.

본 발명은 첫 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여,
(1) 바인더를 용매에 넣어 혼합물을 제조하는 단계;
(2) 상기 혼합물에 전극활물질을 첨가하여 슬러리를 제조하는 단계;
The present invention to solve the first technical problem,
(1) adding a binder to a solvent to prepare a mixture;
(2) preparing an slurry by adding an electrode active material to the mixture;

(3) 상기 (2) 단계에서 얻은 전극활물질 슬러리를 망상구조의 지지체 단면에 캐스팅하거나, 또는 상기 지지체를 전극활물질 슬러리 내에 딥핑함으로써 상기 망상구조의 지지체에 전극활물질을 침착시킨 후 건조하여 탄소복합체를 수득하는 단계를 포함하므로 상기 전극활물질이 상기 망상구조의 지지체에 침착되어 일체화된 것을 특징으로 하는 축전식 탈염 전극용 탄소복합체의 제조방법을 제공하는 것이다.(3) casting the electrode active material slurry obtained in the step (2) to the end face of the network structure, or dipping the support into the electrode active material slurry to deposit the electrode active material on the support of the network structure and then dry the carbon composite It is to provide a method for producing a carbon composite for a capacitive desalination electrode characterized in that the electrode active material is deposited on the support of the network structure so as to be integrated.

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또한, 본 발명은 두 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여,In addition, the present invention to solve the second technical problem,

전극활물질과 지지체가 일체화되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염전극용 탄소복합체를 제공하는 것이다.It is to provide a carbon composite for a capacitive desalination electrode, characterized in that the electrode active material and the support are integrated.

또한 본 발명은 세 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 상기 제조 방법에 따라 제조된 탄소복합체는 커패시턴스는 23 F/g 이상이고, 전기전도도는 0.401 S/㎝ 이상이며, 탈염제거율은 70% 이상인 것을 특징으로 하는 전극 및 전류공급판의 역할을 충분히 수행할 수 있는 탄소복합체를 제공한다.In another aspect, the present invention, in order to solve the third technical problem, the carbon composite prepared according to the production method, the capacitance is 23 F / g or more, the electrical conductivity is 0.401 S / ㎝ or more, desalination is characterized in that more than 70% It provides a carbon composite that can sufficiently perform the role of the electrode and the current supply plate.

또한 본 발명은 네 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 상기 제조 방법에 따라 제조된 탄소복합체로 이루어진 CDI의 스택을 포함하는 캐패시터에 적용할 수 있다는 것이 특징이다.In addition, the present invention is characterized in that it can be applied to a capacitor including a stack of CDI made of a carbon composite prepared according to the manufacturing method in order to solve the fourth technical problem.

이하, 본 명세서에 기재된 용어를 설명한다.Hereinafter, the term described in this specification is demonstrated.

용어 "전기이중층(Electric double layer; EDL)"은 금속이 전해질에 침지되면, 금속이 전하력을 가지기 때문에 전하 이온이 금속에 달라붙는다. 예를 들면, 음전하는 금속내로 모아지고, 양전하 이온은 전해질내의 금속 표면에 달라붙는다. 달라붙은 이온은 캐패시터와 같은 전하층을 형성한다. 상기와 같은 현상을 전기이중층이라 한다.The term “Electric double layer (EDL)” means that when a metal is immersed in an electrolyte, the charge ions stick to the metal because the metal has a charge force. For example, negative charges collect in the metal and positively charged ions cling to the metal surface in the electrolyte. The cling ions form a charge layer like a capacitor. Such a phenomenon is called an electric double layer.

본 발명에 따른 탄소복합체 및 이의 제조방법에 의하면, 탄소복합체의 제조방법이 간단하고 안전하며, 또한 고비용의 공정을 필요치 않으면서도 CDI의 효과를 그대로 유지하고, CDI 스택 내에 일체형 탄소복합체를 포함함으로써 CDI 스택 내의 구성요소가 줄어들고, CDI 스택 내의 전극과 전류공급판의 비용이 매우 고가인 것에 반하여 상기 탄소복합체는 비용이 저렴하여 CDI 스택의 용량증축시 제조비용 절하 및 CDI 스택 조립을 단순하게 하는 효과를 갖는다.According to the carbon composite according to the present invention and a method for producing the same, the method for producing the carbon composite is simple, safe, and does not require a costly process, while maintaining the effects of CDI as it is, CDI by including an integral carbon composite in the CDI stack While the components in the stack are reduced, and the cost of electrodes and current supply plates in the CDI stack is very high, the carbon composite material is inexpensive, reducing the manufacturing cost and simplifying the CDI stack assembly during capacity expansion of the CDI stack. Have

또한, 본 발명에 따른 탄소복합체는 전류공급판과 전극의 역할을 모두 수행해야 하므로 수용액 속의 이온들이 탄소복합체의 표면에서 흡·탈착이 가능한 커패시터이며 전류가 흐르는 전기전도성을 갖는 효과를 갖는다.In addition, the carbon composite according to the present invention is to perform both the role of the current supply plate and the electrode, so that the ions in the aqueous solution is a capacitor capable of adsorption and desorption on the surface of the carbon composite and has the effect of flowing electrical current.

또한, 본 발명에 따른 탄소복합체는 표면과 수용액 속 이온들의 접촉면을 최대화하기 위하여 흡·탈착이 가능하도록 다공성이며 표면적이 넓은 활성탄을 사용하였고, 탄소지를 지지체로 사용하여 탄소복합체가 유연하면서 형태를 유지하게 만드는 효과를 갖는다.In addition, the carbon composite according to the present invention used porous carbon having a wide surface area to allow adsorption and desorption in order to maximize the contact surface between the surface and the ions in the aqueous solution. Has the effect of making it.

도 1은 일반적인 CDI의 스택의 구성요소를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 CDI의 스택의 구성요소를 나타낸 도이다.
도 3은 비디오 현미경검사(video microscopy)를 사용하여 촬영한 것으로서, 도 3의 왼쪽 위 사진은 활성탄소 슬러리를 캐스팅하기 전의 탄소지의 표면을 100배로 확대하여 나타낸 것이고, 도 3의 오른쪽 위 사진은 실시예 1의 탄소복합체를 100배로 확대하여 나타낸 것이며, 도 3의 왼쪽 아래 사진은 활성탄소 슬러리를 캐스팅하기 전의 탄소지의 표면을 300배로 확대하여 나타낸 것이고, 도 3의 오른쪽 아래 사진은 실시예 1의 탄소복합체를 300배로 확대하여 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 1의 200 ㎛, 5 ㎛ 및 1㎛의 탄소복합체의 주사전자현미경(SEM) 사진으로서, 배율에 따라 찍은 표면을 도시화한 것이다.
도 5는 비교예 1, 실시예 1 및 비교예 2의 캐패시턴스를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 어떠한 처리를 하지 않은 탄소지, 비교예 1, 실시예 1 및 비교예 2의 전기전도도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 1의 NaCl의 농도에 의한 탈염에 따른 이온전도도의 변화를 나타내는 그래프이다.
1 is a diagram illustrating components of a stack of a general CDI.
2 is a diagram illustrating components of a stack of a CDI according to the present invention.
3 is taken using video microscopy, the upper left picture of Figure 3 is a magnified view of the surface of the carbon paper before casting the activated carbon slurry 100 times, the upper right picture of Figure 3 is carried out The carbon composite of Example 1 is shown enlarged by 100 times, the lower left picture of Figure 3 shows an enlarged 300 times the surface of the carbon paper before casting the activated carbon slurry, the lower right picture of Figure 3 is the carbon of Example 1 The complex is shown magnified 300 times.
FIG. 4 is a scanning electron microscope (SEM) image of the carbon composites of 200 μm, 5 μm, and 1 μm of Example 1, showing the surface taken at magnification.
5 is a graph showing the results of measuring capacitances of Comparative Example 1, Example 1, and Comparative Example 2. FIG.
FIG. 6 is a graph showing the results of measuring the electrical conductivity of carbon treated without any treatment, Comparative Example 1, Example 1 and Comparative Example 2.
7 is a graph showing the change in ion conductivity according to desalination by the concentration of NaCl in Example 1.

본 발명은 기존의 CDI 스택을 구성하고 있는 전류공급판과 전극을 대신하여 하나의 요소로 일체화시킨 탄소복합체를 스택에 적용함으로써 고가의 전극과 전류공급판을 CDI 스택에서 제외시킬 수 있어 CDI의 제작비용을 줄이고, 조립과정을 단순화시키며, 이들의 뛰어난 전기화학적 특성을 확인하였다.According to the present invention, a CDI stack can be excluded from an expensive electrode and a current supply plate by applying a carbon composite integrated with a single element in place of the current supply plate and the electrode constituting the existing CDI stack to the CDI stack. The cost was reduced, the assembly process was simplified, and their outstanding electrochemical properties were identified.

본 발명에 따른 축전식 탈염전극용 탄소복합체의 제조방법은,
(1) 바인더를 용매에 넣어 혼합물을 제조하는 단계;
(2) 상기 혼합물에 전극활물질을 첨가하여 슬러리를 제조하는 단계;
(3) 상기 (2) 단계에서 얻은 전극활물질 슬러리를 망상구조의 지지체 단면에 캐스팅하거나, 또는 상기 지지체를 전극활물질 슬러리 내에 딥핑함으로써 상기 망상구조의 지지체에 전극활물질을 침착시킨 후 건조하여 탄소복합체를 수득하는 단계
Method for producing a carbon composite for a desalination electrode according to the present invention,
(1) adding a binder to a solvent to prepare a mixture;
(2) preparing an slurry by adding an electrode active material to the mixture;
(3) casting the electrode active material slurry obtained in the step (2) to the end face of the network structure, or dipping the support into the electrode active material slurry to deposit the electrode active material on the support of the network structure and then dry the carbon composite Obtaining Step

를 포함하므로 상기 전극활물질이 상기 망상구조의 지지체에 침착되어 일체화된 것을 특징으로 한다.Since the electrode active material is deposited on the support of the network structure is characterized in that the integrated.

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본 발명에 따른 탄소복합체의 제조방법에 있어서, 상기 (1) 단계에서, 상기 바인더는 전극활물질의 위치를 고정시키기 위해 사용하는 것으로서, 폴리비닐리덴플루오라이드(poly(vinylidene fluoride); PVdF) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 한정은 없다.In the method of manufacturing a carbon composite according to the present invention, in the step (1), the binder is used to fix the position of the electrode active material, poly (vinylidene fluoride) (poly PVdF) and poly One or more selected from the group consisting of tetrafluoroethylene (PTFE) and the like may be used, but is not limited thereto.

상기 용매는 그 종류에 특별히 한정이 없고, 예를 들면, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸아세트아미드(DMAc) 및 디메틸포름아미드(DMF) 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 한정은 없다.The solvent is not particularly limited in kind, and for example, one kind selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylacetamide (DMAc), dimethylformamide (DMF), and the like. Although the above can be used, it is not limited to this.

상기 용매의 함량은 바인더 100 중량부에 대하여 1,000-2,000 중량부인 것이 바람직한데, 1,000 중량부 미만이면 바인더가 완전히 용해하지 않아 바람직하지 않고, 2,000 중량부를 초과하면 점도가 너무 낮아질 수 있어 바람직하지 않다.The content of the solvent is preferably 1,000 to 2,000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the binder, but less than 1,000 parts by weight is not preferable because the binder is not completely dissolved, and if it exceeds 2,000 parts by weight, the viscosity may be too low.

상기 (1) 단계는 바인더를 용매 내에 넣고 43-75 ℃에서 1-5 시간 혼합하여 완전히 용해시키는 것이 바람직한데, 43 ℃ 미만이면 바인더가 용매에 녹는데 문제가 생길 수 있어 바람직하지 않고, 75 ℃를 초과하면 바인더가 탈 수 있어 바람직하지 않으며, 1 시간 미만이면 바인더가 완전히 용해되지 않을 수 있어 바람직하지 않고, 5 시간을 초과하면 바인더들이 충분히 용해되는 시간을 초과하여 경제적 손실이 생길 수 있어 바람직하지 않다.In the step (1), it is preferable to dissolve the binder completely in a solvent by mixing the binder in 43-75 ° C. for 1-5 hours. If the binder is less than 43 ° C., the binder may be insoluble in the solvent. It is not preferable because the binder may burn out, and if it is less than 1 hour, the binder may not be completely dissolved, and if it is more than 5 hours, the economic loss may be exceeded since the binder is sufficiently dissolved. not.

본 발명에 따른 탄소복합체의 제조방법에 있어서, 상기 (2) 단계에서, 상기 전극활물질은 비표면적이 높은 활성탄소계열의 물질로서, 활성탄소 분말, 활성탄소 섬유, 카본 나노 튜브, 탄소 에어로겔 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있고, 상기 전극활물질은 비표면적이 800-1,600 ㎡/g인 것이 바람직한데, 800 ㎡/g 미만이면 흡착능력이 떨어질 수 있어 바람직하지 않고, 1,600 ㎡/g을 초과하면 미세한 기공들이 많기 때문에 탈착에 좋지 않을 수 있어 바람직하지 않다.In the method of manufacturing a carbon composite according to the present invention, in the step (2), the electrode active material is an activated carbon-based material having a high specific surface area, activated carbon powder, activated carbon fiber, carbon nanotube, carbon aerogel or these It is preferable to use a mixture of the electrode active material is preferably a specific surface area of 800-1,600 m 2 / g, less than 800 m 2 / g is not preferable because the adsorption capacity is lowered, fine pores above 1,600 m 2 / g It is not preferable because there are many because it may not be good for desorption.

상기 전극활물질의 함량은 필요한 물성에 따라 그 함량 범위를 조절하여 사용할 수 있고 특별히 제한은 없으나, 예를 들면 바인더와 전극활물질의 중량비가 1-3 : 7-9인 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 흡착능력이 떨어질 수 있고 복합체가 형성되지 않을 수도 있거나, 축전용량이 낮은 전극이 제조될 수 있으며, CDI의 전기적 특성을 나타내는 전기전도도와 캐패시턴스가 CDI의 조건을 충족시키지 못할 수 있어 바람직하지 않다.The content of the electrode active material can be used by adjusting the content range according to the required physical properties and there is no particular limitation, for example, it is preferable that the weight ratio of the binder and the electrode active material is 1-3: 7-9, out of the range The surface adsorption capacity may be degraded, the composite may not be formed, or an electrode having a low capacitance may be manufactured, and electrical conductivity and capacitance indicating electrical characteristics of the CDI may not satisfy the conditions of the CDI.

상기 (2) 단계는 (1) 단계에서 얻은 혼합물에 전극활물질을 첨가시킨 후에 43-75 ℃에서 4-10 시간 혼합하여 균일한 슬러리를 만드는 것이 본 발명이 목적하는 효과를 상승적으로 향상시킬 수 있다는 측면에서 바람직하다.In step (2), after adding the electrode active material to the mixture obtained in step (1), mixing the mixture at 43-75 ° C. for 4-10 hours to form a uniform slurry can synergistically improve the desired effect of the present invention. It is preferable in terms of.

상기 (2) 단계에서 균일한 슬러리를 만들 때에 버블(bubble)이 생기는데, 이러한 버블들은 캐스팅 방법을 이용할 경우에는 버블을 제거하는 것이 바람직하고, 58-80 cmHg의 진공상태 오븐에 5~20 초 동안 넣어 탈가스화하여 제거하는 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 용매가 증발될 수 있어 바람직하지 않다.Bubbles are generated when the slurry is made in step (2), and these bubbles are preferably removed by using a casting method, and are placed in a 58-80 cmHg vacuum oven for 5-20 seconds. It is preferable to remove the solution by degassing, but it is not preferable because the solvent may be evaporated out of the above range.

본 발명에 따른 탄소복합체의 제조방법에 있어서, 상기 (3) 단계에서, 상기 지지체는 탄소지 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한은 없으며, 상기 지지체는 얇고 유연하여 탄소복합체의 형태를 유연하게 유지하게 만들 수 있다.In the method of manufacturing a carbon composite according to the present invention, in the step (3), the support may be carbon paper or the like, but is not limited thereto. The support may be thin and flexible to keep the shape of the carbon composite flexible. Can be.

상기 (3) 단계에서, 상기 지지체에 전극활물질 슬러리를 캐스팅하는 방법은 닥터 블레이드를 이용하고, 상기 지지체의 단면을 상기 전극활물질 슬러리를 이용하여 70-120 rpm으로 캐스트한 후, 23-30 ℃에서 20-30 시간 동안 건조시키고 나서, 표면에 남아있는 용매를 완전히 제거하기 위하여 80-120 ℃의 오븐 내에서 8-12 시간 건조시키는 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 표면에 남아있는 용매가 완전히 제거되지 않을 수 있어 바람직하지 않다.In the step (3), the method for casting the electrode active material slurry on the support using a doctor blade, and the end surface of the support is cast at 70-120 rpm using the electrode active material slurry, and then at 23-30 ℃ After drying for 20-30 hours, it is preferable to dry in an oven at 80-120 ° C. for 8-12 hours in order to completely remove the solvent remaining on the surface. It may not be desirable.

상기 캐스팅 방법에 의해 수득된 탄소복합체의 두께는 본 발명이 목적하는 효과를 달성할 수 있도록 그 두께를 적절히 선택할 수 있으나, 다만, 0.5-1.5 mm의 두께를 가지는 것이 본 발명이 목적하는 효과를 상승적으로 향상시킬 수 있다는 측면에서 바람직하다.The thickness of the carbon composite obtained by the casting method may be appropriately selected so that the present invention can achieve the desired effect, but having a thickness of 0.5-1.5 mm is synergistic to the desired effect of the present invention. It is preferable at the point which can improve.

또한, 상기 (3) 단계에서, 상기 지지체를 전극활물질 슬러리 내에 딥핑하는 방법은, 전극활물질 슬러리를 용기에 담고, 지지체를 사용하여 60-100 mm/min 속도로 담그고 1-2 분 후에 60-100 mm/min 속도로 빼낸 다음, 80-120 ℃에서 1-3 시간 동안 오븐에서 건조시키고, 상기 과정을 3-5 회 반복하는 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 전극의 두께가 두꺼워지고 표면이 많이 거칠해질 수 있어 바람직하지 않다.In addition, in the step (3), the method of dipping the support into the electrode active material slurry, the electrode active material slurry is contained in a container, immersed at a rate of 60-100 mm / min using the support 60-100 after 1-2 minutes It is preferable to remove at a rate of mm / min, then dry in an oven at 80-120 ° C. for 1-3 hours, and repeat the process 3-5 times, outside of this range, the electrode becomes thicker and has a large surface area. It may be rough, which is undesirable.

그런 다음, 상기에서 얻은 탄소복합체를 80-120 ℃의 오븐 내에서 8-12 시간 건조시키는 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 표면에 남아있는 용매가 완전히 제거되지 않을 수 있어 바람직하지 않다.Then, it is preferable to dry the carbon composite obtained above in an oven at 80-120 ° C. for 8-12 hours, which is not preferable because the solvent remaining on the surface may not be completely removed.

상기 딥핑하여 수득된 탄소복합체의 두께는 본 발명이 목적하는 효과를 달성할 수 있도록 그 두께를 적절히 선택할 수 있으나, 다만, 0.5-1.5 mm의 두께를 가지는 것이 본 발명이 목적하는 효과를 상승적으로 향상시킬 수 있다는 측면에서 바람직하다.The thickness of the carbon composite obtained by the dipping may be appropriately selected so that the present invention can achieve the desired effect, but having a thickness of 0.5-1.5 mm synergistically improves the desired effect of the present invention. It is preferable at the point which can be made.

본 발명에 따른 축전식 탈염전극용 탄소복합체는 전극활물질과 지지체가 일체화되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.Carbon composite for capacitive desalination electrode according to the present invention is characterized in that the electrode active material and the support is formed integrally.

상기 탄소복합체는 바인더, 용매, 전극활물질 및 지지체를 포함하여 이루어질 수 있다.The carbon composite may include a binder, a solvent, an electrode active material, and a support.

본 발명에 사용되는 상기 바인더는 상기 전극활물질의 위치를 고정시키기 위해 사용하는 것으로서, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리테트라플루오로에틸렌 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 한정은 없다.The binder used in the present invention is used to fix the position of the electrode active material, and may use one or more selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and the like. none.

본 발명에 사용되는 상기 용매는 그 종류에 특별히 한정이 없고, 예를 들면, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸아세트아미드 및 디메틸포름아미드 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 한정은 없다.The solvent used in the present invention is not particularly limited in kind, and for example, at least one selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylacetamide, dimethylformamide, and the like can be used. However, there is no limitation thereto.

상기 용매의 함량은 바인더 100중량부에 대하여 1,000-2,000 중량부인 것이 바람직한데, 1,000 중량부 미만이면 바인더가 완전히 용해하지 않아 바람직하지 않고, 2,000 중량부를 초과하면 점도가 너무 낮아질 수 있어 바람직하지 않다.The content of the solvent is preferably 1,000 to 2,000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the binder, but less than 1,000 parts by weight is not preferable because the binder is not completely dissolved, and if it exceeds 2,000 parts by weight, the viscosity may be too low.

본 발명에 사용되는 상기 전극활물질은 비표면적이 높은 활성탄소계열의 물질로서, 활성탄소 분말, 활성탄소 섬유, 카본 나노 튜브, 탄소 에어로겔 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있고, 상기 활성탄소계열의 물질은 비표면적이 800-1,600 ㎡/g인 것이 바람직하다.The electrode active material used in the present invention is an activated carbon-based material having a high specific surface area, and may use activated carbon powder, activated carbon fiber, carbon nanotube, carbon aerogel, or a mixture thereof. It is preferable that the specific surface area is 800-1,600 m <2> / g.

상기 전극활물질의 함량은 필요한 물성에 따라 그 함량 범위를 조절하여 사용할 수 있고 특별히 제한은 없으나, 예를 들면 바인더와 전극활물질의 중량비가 1-3 : 7-9인 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 흡착능력이 떨어질 수 있거나, 축전용량이 낮은 전극이 제조될 수 있으며, CDI의 전기적 특성을 나타내는 전기전도도와 캐패시턴스가 CDI의 조건을 충족시키지 못할 수 있어 바람직하지 않다.The content of the electrode active material can be used by adjusting the content range according to the required physical properties and there is no particular limitation, for example, it is preferable that the weight ratio of the binder and the electrode active material is 1-3: 7-9, out of the range The surface adsorption capacity may be reduced, or an electrode having a low capacitance may be manufactured, and electrical conductivity and capacitance indicating electrical characteristics of the CDI may not meet the conditions of the CDI.

본 발명에 사용되는 상기 지지체는 탄소지 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한은 없고, 상기 지지체는 얇고 유연하여 탄소복합체의 형태를 유연하게 유지하게 만들 수 있다.The support used in the present invention may be used, such as carbon paper, but is not limited thereto. The support may be made thin and flexible to flexibly maintain the shape of the carbon composite.

본 발명에 따른 탄소복합체는 바인더를 용매에 용해하고 여기에 전극활물질을 첨가하여 전극활물질 슬러리로 이루어지고, 상기 전극활물질 슬러리를 망상구조의 지지체 단면에 캐스트하거나, 망상구조의 지지체를 상기 전극활물질에 딥핑함으로써 상기 전극활물질이 상기 망상구조의 지지체에 침착되어 일체화되어 수득될 수 있다.The carbon composite according to the present invention is composed of an electrode active material slurry by dissolving a binder in a solvent and adding an electrode active material thereto, and casting the electrode active material slurry on the end face of the network structure, or supporting the network structure on the electrode active material. By dipping, the electrode active material may be obtained by being deposited and integrated on the support of the network structure.

본 발명에 따른 탄소복합체의 두께는 본 발명이 목적하는 효과를 달성할 수 있도록 그 두께를 적절히 선택할 수 있으나, 다만, 0.5-1.5 mm의 두께를 가지는 것이 본 발명이 목적하는 효과를 상승적으로 향상시킬 수 있다는 측면에서 바람직하다.The thickness of the carbon composite according to the present invention may be appropriately selected so that the present invention can achieve the desired effect, but having a thickness of 0.5-1.5 mm will synergistically improve the desired effect of the present invention. It is preferable in that it can.

본 발명에 따른 축전식 탈염전극용 탄소복합체의 커패시턴스는 23 F/g 이상인 것이 특징이다.Capacitance of the carbon composite for a desalination electrode according to the present invention is characterized by a 23 F / g or more.

본 발명에 따른 축전식 탈염전극용 탄소복합체의 전기전도도는 0.401 S/㎝ 이상인 것이 특징이다.The electrical conductivity of the carbon composite for capacitive desalination electrodes according to the present invention is characterized by being 0.401 S / cm or more.

본 발명에 따른 축전식 탈염전극용 탄소복합체를 포함하는 축전식 탈염전극의 탈염제거율은 70% 이상인 것이 특징이다.The desalination rate of the capacitive desalination electrode including the carbon composite for capacitive desalination electrode according to the present invention is 70% or more.

궁극적으로 본 발명에 따른 축전식 탈염전극용 탄소복합체는 전기화학적 특성이 우수하므로, 캐패시터에 적용할 수 있다는 것이 특징이다.Ultimately, the carbon composite for capacitive desalination electrode according to the present invention has excellent electrochemical properties, and thus can be applied to a capacitor.

이하, 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the scope of the present invention should not be construed as being limited to these examples.

실시예Example

실시예Example 1: 캐스팅방법을 이용한 탄소복합체의 제조 1: Preparation of Carbon Composite Using Casting Method

5g의 폴리비닐리덴플루오라이드(MW=530,000)를 70 ml의 N-메틸-2-피롤리돈(MW=530,000)에 넣어 혼합한 후, 60 ℃에서 3 시간 동안 완전히 용해시켰다. 그런 다음, 상기에서 수득된 혼합물에 대하여 활성 탄소 파우더(표면적=1,000-1,600m2/g)를 20 g을 첨가하고 활성탄 슬러리가 충분히 교반되도록 60 ℃에서 6 시간 동안 교반하였다. 그런 다음, 상기 슬러리를 제조할 때에 생긴 버블들을 60 cmHg의 진공상태 오븐에 10 초 동안 넣어 탈가스화하여 버블을 제거하였다.5 g of polyvinylidene fluoride (MW = 530,000) was added to 70 ml of N-methyl-2-pyrrolidone (MW = 530,000), mixed and completely dissolved at 60 ° C. for 3 hours. Then, 20 g of activated carbon powder (surface area = 1,000-1,600 m 2 / g) was added to the mixture obtained above, and stirred at 60 ° C. for 6 hours so that the activated carbon slurry was sufficiently stirred. Then, the bubbles produced when the slurry was prepared were put in a 60 cmHg vacuum oven for 10 seconds to degassed to remove the bubbles.

이어서, 닥터블레이드를 이용하여 지지체인 탄소지(DONACARBO S-253 paper)에 상기 활성탄소 슬러리를 90 rpm으로 캐스트하여 두께가 1 mm 인 탄소복합체를 얻었다.Subsequently, the activated carbon slurry was cast at 90 rpm on a carbon paper (DONACARBO S-253 paper) as a support using a doctor blade to obtain a carbon composite having a thickness of 1 mm.

상기 탄소복합체는 25 ℃에서 1일 동안 자연건조 후, 표면에 있는 용매를 건조하기 위하여 100 ℃에서 10 시간 동안 오븐에서 건조하여 용매를 완전히 제거하였다.
The carbon composite material was naturally dried at 25 ° C. for 1 day, and then dried in an oven at 100 ° C. for 10 hours to dry the solvent on the surface to completely remove the solvent.

실시예Example 2:  2: 딥핑방법을Dipping method 이용한 탄소복합체의 제조 Preparation of Used Carbon Composites

5g의 폴리비닐리덴플루오라이드(MW=530,000)를 60 ml의 N-메틸-2-피롤리돈(MW=530,000)에 넣어 혼합한 후, 60 ℃에서 3 시간 동안 완전히 용해시켰다. 그런 다음, 상기에서 수득된 혼합물에 대하여 활성 탄소 파우더(표면적=1,000-1,600m2/g)를 20 g을 첨가하고 활성탄 슬러리가 충분히 교반되도록 60 ℃에서 6 시간 동안 교반하였다.5 g of polyvinylidene fluoride (MW = 530,000) was added to 60 ml of N-methyl-2-pyrrolidone (MW = 530,000), mixed, and then completely dissolved at 60 ° C. for 3 hours. Then, 20 g of activated carbon powder (surface area = 1,000-1,600 m 2 / g) was added to the mixture obtained above, and stirred at 60 ° C. for 6 hours so that the activated carbon slurry was sufficiently stirred.

이어서, 상기 활성탄소 슬러리를 용기에 담아두고, 지지체인 탄소지(DONACARBO S-253 paper)를 사용하여 85.69 mm/min 속도로 담그고, 이어서 1 분 후에 85.69 mm/min 속도로 빼내었다. 그런 다음, 상기 활성탄소 슬러리가 묻은 탄소지를 100 ℃에서 2 시간 동안 오븐에서 건조시켰다.Subsequently, the activated carbon slurry was placed in a container, soaked at 85.69 mm / min speed using carbon paper (DONACARBO S-253 paper) as a support, and then withdrawn at 85.69 mm / min speed after 1 minute. Then, the carbon paper with the activated carbon slurry was dried in an oven at 100 ° C. for 2 hours.

그런 다음 상기 활성탄소 슬러리에 지지체를 담그고 빼고 오븐에서 건조하는 과정을 2회 더 반복하여 두께 1 mm 인 탄소복합체를 얻었다.Thereafter, the support was immersed in the activated carbon slurry, taken out, and dried in an oven two more times to obtain a carbon composite having a thickness of 1 mm.

이어서, 상기 탄소복합체를 표면에 있는 용매를 완벽하게 제거하기 위하여 100 ℃에서 10 시간 동안 오븐에서 건조하여 용매를 완전히 제거하였다.
The carbon composite was then dried in an oven at 100 ° C. for 10 hours to completely remove the solvent on the surface to completely remove the solvent.

비교예Comparative example 1 One

활성 탄소 파우더(표면적=1,000-1,600m2/g)를 7.5 g 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
It was prepared in the same manner as in Example 1 except that 7.5 g of activated carbon powder (surface area = 1,000-1,600 m 2 / g) was added.

비교예Comparative example 2 2

활성 탄소 파우더(표면적=1,000-1,600m2/g)를 95 g 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
It was prepared in the same manner as in Example 1 except adding 95 g of activated carbon powder (surface area = 1,000-1,600 m 2 / g).

비교예Comparative example 3 3

닥터블레이드를 이용하여 지지체인 탄소지(DONACARBO S-253 paper)에 상기 활성탄소 슬러리를 150 rpm으로 캐스트하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
Using the doctor blade was prepared in the same manner as in Example 1 except for casting the activated carbon slurry at 150 rpm on a carbon paper (DONACARBO S-253 paper) as a support.

비교예Comparative example 4 4

지지체인 탄소지(DONACARBO S-253 paper)를 사용하여 50 mm/min 속도로 담그고, 이어서 10 초 후에 50 mm/min 속도로 빼내었다. 그런 다음, 상기 활성탄소 슬러리가 묻은 탄소지를 70 ℃에서 30 분 동안 오븐에서 건조시켰고, 그런 다음 상기 활성탄소 슬러리에 지지체를 담그고 빼고 오븐에서 건조하는 과정을 1회 더 반복하여 탄소복합체를 얻은 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 제조하였다.
It was immersed at 50 mm / min speed using carbon paper (DONACARBO S-253 paper) as a support, and then pulled out at 50 mm / min speed after 10 seconds. Then, the carbon paper with the activated carbon slurry was dried in an oven at 70 ° C. for 30 minutes, and then, after immersing and removing the support in the activated carbon slurry and drying in the oven once more, the carbon composite was obtained. And was prepared in the same manner as in Example 2.

실험예Experimental Example

<탄소복합체 특성분석><Carbon Composite Characterization>

본 발명에 사용되는 어떠한 처리도 하지 않은 탄소지(이하, 일반 탄소지라고도 칭하기도 함.)와 실시예 1의 탄소복합체를 이용하여 전극의 능력인 커패시턴스와 전류공급판으로서의 능력을 시험하기 위해 전기전도도를 측정하였다.
Using the untreated carbon paper (hereinafter also referred to as general carbon paper) used in the present invention and the carbon composite of Example 1, the electrical conductivity was tested to test the capacitance of the electrode and the ability as a current supply plate. Measured.

실험예Experimental Example 1: 탄소복합체의 표면분석 1: Surface Analysis of Carbon Composites

탄소복합체의 표면은 바인더에 의한 탄소 파우더의 고정을 확인하기 위하여 분석하였다. 탄소복합체 표면은 100배 및 300배로 확대한 비디오 현미경(video microscopy)(EGVM 35B, EG, tech)과 200, 5, 1㎛에서의 스캐닝 전자현미경(electron microscopy)을 사용하여 조사하였다.The surface of the carbon composite was analyzed to confirm the fixation of the carbon powder by the binder. The carbon composite surface was investigated using video microscopy (EGVM 35B, EG, tech), magnified 100 and 300 times, and scanning microscopy at 200, 5 and 1 μm.

도 3을 참조로 하면, 도 3의 왼쪽 위 사진은 활성탄소 슬러리를 캐스팅하기 전의 활성탄이 입혀지지 않은 탄소지의 표면을 100배로 확대하여 나타낸 것이고, 도 3의 오른쪽 위 사진은 실시예 1의 탄소복합체를 100배로 확대하여 나타낸 것이며, 도 3의 왼쪽 아래 사진은 활성탄소 슬러리를 캐스팅하기 전의 활성탄이 입혀지지 않은 탄소지의 표면을 300배로 확대하여 나타낸 것이고, 도 3의 오른쪽 아래 사진은 실시예 1의 탄소복합체를 300배로 확대하여 나타낸 것이다.Referring to FIG. 3, the upper left photograph of FIG. 3 is an enlarged view 100 times of the surface of the carbon paper not coated with activated carbon before casting the activated carbon slurry, and the upper right photograph of FIG. 3 is the carbon composite of Example 1. 3 shows an enlarged view 100 times, and the lower left picture of FIG. 3 shows an enlarged 300 times the surface of the carbon paper not coated with activated carbon before casting the activated carbon slurry, and the lower right picture of FIG. 3 shows the carbon of Example 1 The complex is shown magnified 300 times.

활성탄이 입혀지지 않은 탄소지의 표면과 활성탄이 입혀진 후 실시예 1의 탄소복합체가 되었을 때의 표면을 확인한 것으로 활성탄이 입혀지지 않은 탄소지는 활성탄 슬러리가 잘 침투할 수 있게 되어 있고, 탄소복합체는 활성탄 슬러리가 탄소지에 잘 침착되어 고정되어 있음을 확인할 수 있었고, 이는 도 4를 참고로 하면 실시예 1의 탄소복합체는 활성탄소 슬러리가 잘 침투되어 고착된 것임을 알 수 있다. 따라서, 실시예 1의 탄소복합체는 CDI의 스택 내의 한 요소로서 사용할 수 있음을 보여주었다.
The surface of the carbon paper that was not coated with activated carbon and the surface of the carbon composite material of Example 1 after the activated carbon was coated was confirmed. The carbon paper that was not coated with activated carbon was able to penetrate the activated carbon slurry well. It was confirmed that is well deposited and fixed on the carbon paper, which can be seen that the carbon composite of Example 1 that the activated carbon slurry is well penetrated and adhered to the carbon paper. Thus, it was shown that the carbon composite of Example 1 can be used as an element in a stack of CDI.

실험예Experimental Example 2:  2: 캐패시턴스의Capacitance 측정 Measure

탄소복합체의 캐패시턴스는 순환 전압전류(CV)에 의해 측정되었다. 캐패시턴스는 순환 전압전류 그래프의 결과를 이용한 방정식에 의해 계산되었다.The capacitance of the carbon composite was measured by cyclic voltammetry (CV). Capacitance was calculated by an equation using the results of a cyclic voltammogram.

Figure 112010078332806-pat00001
Figure 112010078332806-pat00001

여기에서, c는 캐패시턴스(F/g), Ia 및 Ic 는 각각 음이온성 전류 및 양이온성 전류(A)이고, v는 스캔 속도(V/s)이고, w는 중량(g)이다.Where c is the capacitance (F / g), I a and I c are the anionic and cationic currents (A), v is the scan rate (V / s) and w is the weight (g).

스위프 범위(sweep range)는 스캔 속도로서 100 mV/s에서 -0.6 V - +0.6 V이었다. 표준 전위는 서킷셀(circuit cell)의 OCV 에 의해 측정되었다. 상기 전해질은 1 M H2SO4에 의해 준비하였다. Pt 와이어를 대(對) 전극으로서 사용하였고 Ag/AgCl 전극을 기준 전극으로서 사용하였다. 향상된 캐패시턴스를 확인하기 위하여 어떠한 처리를 하지 않은 탄소지, 실시예 1 및 2, 및 비교예 1-4의 캐패시턴스를 측정하였다. 상기 탄소지, 실시예 1 및 2, 및 비교예 1-4의 표면은 모두 0.785 ㎠ 였다.The sweep range was -0.6 V to +0.6 V at 100 mV / s as scan speed. The standard potential was measured by the OCV of the circuit cell. The electrolyte was prepared by 1 MH 2 SO 4 . Pt wire was used as counter electrode and Ag / AgCl electrode was used as reference electrode. The capacitance of the untreated carbon paper, Examples 1 and 2, and Comparative Examples 1-4 were measured to confirm the improved capacitance. The surfaces of the carbon paper, Examples 1 and 2, and Comparative Examples 1-4 were all 0.785 cm 2.

상기 탄소지, 실시예 1 및 2, 및 비교예 1-4의 캐패시턴스의 결과를 도 5에 나타내었는데, 탄소지, 실시예 1 및 2, 및 비교예 1-4의 캐패시턴스가, 각각 0.18, 25.45, 26.12, 6.25, 33.78, 15.74 및 13.42 F/g를 나타내므로써 활성탄소의 비율이 높을수록 캐패시턴스가 향상되나, 본 발명에 따른 캐스팅 및 딥핑 방법을 이용한 실시예 1 및 2는 본 발명의 범위를 벗어난 캐스팅 및 딥핑방법을 이용한 비교예 3 및 4에 비하여 보다 우수한 캐패시턴스를 나타냄을 알 수 있다. 따라서, 상기의 결과에 따라 실시예 1 및 2의 탄소복합체가 커패시턴스 능력을 가지고 있다는 것을 확인할 수 있으므로 전극의 역할 수행이 가능함을 확인할 수 있다.The results of the capacitances of the carbon papers, Examples 1 and 2, and Comparative Examples 1-4 are shown in FIG. 5, and the capacitances of the carbon papers, Examples 1 and 2, and Comparative Examples 1-4 are 0.18, 25.45, and 26.12, respectively. , 6.25, 33.78, 15.74 and 13.42 F / g, the higher the ratio of the activated carbon, the higher the capacitance, but Examples 1 and 2 using the casting and dipping method according to the present invention casting and dipping outside the scope of the present invention It can be seen that the capacitance is superior to Comparative Examples 3 and 4 using the method. Therefore, according to the above results, it can be confirmed that the carbon composites of Examples 1 and 2 have a capacitance capability, so that the role of the electrode can be performed.

실험예Experimental Example 3: 전기전도도의 측정 3: measurement of electrical conductivity

어떠한 처리도 하지 않은 탄소지, 실시예 1 및 2, 및 비교예 1-4의 캐패시턴스의 탄소복합체의 전기전도도는 4-프로브 시스템에 따라 측정하였다. 전기전도도는 다음의 방정식에 의해 계산되었다.The electrical conductivity of the carbon composite of the carbon composite without any treatment, Examples 1 and 2, and Comparative Examples 1-4 was measured according to the 4-probe system. Electrical conductivity was calculated by the following equation.

Figure 112010078332806-pat00002
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여기에서, σ는 전기전도도, L은 탄소복합체의 길이(cm), R은 탄소복합체의 저항(Ω), w는 탄소복합체의 너비(cm), 그리고 d는 탄소복합체의 두께이다.Where σ is the electrical conductivity, L is the length of the carbon composite (cm), R is the resistance of the carbon composite (Ω), w is the width of the carbon composite (cm), and d is the thickness of the carbon composite.

어떠한 처리도 하지 않은 탄소지, 실시예 1 및 2, 및 비교예 1-4를 이용하여 전기전도도를 측정하였다. 상기 탄소지는 탄소복합체의 전기전도도가 향상된 것을 비교하기 위해 측정하였다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 어떠한 처리도 하지 않은 탄소지, 탄소지, 실시예 1 및 2, 및 비교예 1-4의 전기전도도는 상기 탄소지가 0.070 S/cm으로 가장 낮고, 실시예 1 및 2, 비교예 1-4는 각각 0.401 S/cm, 0.410 S/cm, 0.198 S/cm, 0.165 S/cm, 0.202 S/cm 및 0.211 S/cm로 나타났다.Electrical conductivity was measured using carbon paper without any treatment, Examples 1 and 2, and Comparative Examples 1-4. The carbon paper was measured to compare the improved electrical conductivity of the carbon composite material. As shown in FIG. 6, the electrical conductivity of carbon paper, carbon paper, Examples 1 and 2, and Comparative Examples 1-4, which were not treated with the carbon paper, was the lowest at 0.070 S / cm, and Examples 1 and 2 were compared. Examples 1-4 showed 0.401 S / cm, 0.410 S / cm, 0.198 S / cm, 0.165 S / cm, 0.202 S / cm and 0.211 S / cm, respectively.

캐패시턴스가 가장 우수한 값을 가지는 비교예 2의 전기전도도는 0.165 S/cm으로 낮게 나타났는데, 이는 비교예 2는 바인더인 폴리비닐리덴플루오라이드의 함량이 너무 낮아 활성 탄소 파우더를 단단하게 고정하지 못해 고착이 제대로 이루어지지 않아 안정성이 떨어지기 때문이다.The electrical conductivity of Comparative Example 2 having the best capacitance was found to be low as 0.165 S / cm, which is comparative example 2 having too low content of polyvinylidene fluoride as a binder to fix the activated carbon powder firmly This is because it is not done properly, and stability is reduced.

따라서, 실시예 1 및 2는 캐패시턴스와 전기전도도가 모두 우수하고 지지체에 고착이 잘 되어 전류를 통하게 하는 능력을 가지고 있다는 것을 확인하였으므로 CDI 스택의 전류공급판과 전극을 대신하여 역할 수행이 가능함을 확인할 수 있다.
Therefore, Examples 1 and 2 confirmed that both the capacitance and the electrical conductivity is excellent and has a capability to allow the current to be adhered to the support well and can perform a role in place of the current supply plate and the electrode of the CDI stack Can be.

실험예Experimental Example 4: 염( 4: salt ( saltsalt ) 제거 효과Removal effect

염화나트륨 급수(feed water)를 사용하여 탈염능력을 확인하기 위하여 CDI 단위 셀의 염 제거 실험은 유속 2 ml/min으로 실험하였고, NaCl의 농도가 10 ppm 인 용액을 용수로 사용하여 수행하였다.In order to confirm the desalting ability using sodium chloride feed water, the salt removal experiment of the CDI unit cell was performed at a flow rate of 2 ml / min, and a solution having a concentration of 10 ppm NaCl was used as water.

CDI는 탈염과 재생을 반복하기 때문에 변화하는 이온의 양을 측정하기 위하여 처리수의 이온전도도를 측정하였다. 탈염기간 동안 1.5V를 주고 재생기간동안 0V를 각각 6분간 주어 탈염과 재생을 반복하였다.Since CDI repeats desalination and regeneration, the ion conductivity of the treated water was measured to measure the amount of ions changing. Desalting and regeneration were repeated during the desalting period of 1.5 V and 0 V during the regeneration period for 6 minutes.

전위차의 유무에 따라 이온전도도의 변화가 이루어졌다. 전위차를 걸어주었을 때 이온들이 제거되어 정수된 물을 얻을 수 있었고, 전위차를 제거하였을 때 탄소복합체가 재생되는 것을 확인할 수 있었다.The ion conductivity was changed with or without the potential difference. When the potential difference was applied, the ions were removed to obtain purified water. When the potential difference was removed, the carbon composite was regenerated.

Figure 112010078332806-pat00003
Figure 112010078332806-pat00003

여기에서, η: 제거율, Ci는 급수의 초기 전기전도도, C는 희석된 물이다.Here, η: removal rate, C i is the initial electrical conductivity of the feed water, C is diluted water.

상기 방정식에 따라 염 제거효율을 계산한 결과, NaCl의 농도 10 ppm에서 실시예 1 및 2, 및 비교예 1-4의 결과는 73%, 75%, 50%, 32.4%, 43%, 37% 이었다. 따라서 실시예 1 및 2는 비교예에 비해 우수한 탈염효과를 나타내므로써 CDI 스택의 적용가능성을 나타내었고, 구체적인 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
As a result of calculating the salt removal efficiency according to the above equation, the results of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1-4 at 10 ppm of NaCl were 73%, 75%, 50%, 32.4%, 43%, 37%. It was. Therefore, Examples 1 and 2 show the applicability of the CDI stack by showing an excellent desalting effect compared to the comparative example, the specific results are shown in Table 1 below.

NaCl의 농도NaCl concentration 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 초기 전도도(μS/cm)Initial Conductivity (μS / cm) 21.8421.84 23.7223.72 최소 전도도(μS/cm)Conductivity (μS / cm) 5.835.83 6.016.01 염제거효율(%)Salt removal efficiency (%) 7373 7575

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 실시예 1 및 실시예 2의 탄소복합체는 전기전도도와 캐패시턴스가 우수하여 CDI의 스택으로 전류공급판과 전극을 대신하여 적용가능하며, 또한, 염제거율도 70% 이상으로 우수한 결과를 나타내었다.
As described above, the carbon composites of Examples 1 and 2 prepared according to the present invention have excellent electrical conductivity and capacitance, and can be applied in place of a current supply plate and an electrode as a stack of CDI. Excellent results were found above 70%.

Claims (19)

(1) 바인더를 용매에 넣어 혼합물을 제조하는 단계;
(2) 상기 혼합물에 전극활물질을 첨가하여 슬러리를 제조하는 단계;
(3) 상기 (2) 단계에서 얻은 전극활물질 슬러리를 망상구조의 지지체 단면에 캐스팅하거나, 또는 상기 지지체를 전극활물질 슬러리 내에 딥핑함으로써 상기 망상구조의 지지체에 전극활물질을 침착시킨 후 건조하여 탄소복합체를 수득하는 단계
를 포함하므로 상기 전극활물질이 상기 망상구조의 지지체에 침착되어 일체화된 것을 특징으로 하는 축전식 탈염전극용 탄소복합체를 제조하는 방법.
(1) adding a binder to a solvent to prepare a mixture;
(2) preparing an slurry by adding an electrode active material to the mixture;
(3) casting the electrode active material slurry obtained in the step (2) to the end face of the network structure, or dipping the support into the electrode active material slurry to deposit the electrode active material on the support of the network structure and then dry the carbon composite Obtaining Step
Since the electrode active material is deposited on the support of the network structure so as to produce a carbon composite for a capacitive desalination electrode characterized in that the integrated.
제1항에 있어서, 상기 (1) 단계에서, 상기 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이고, 상기 용매는 N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸아세트아미드 및 디메틸포름아미드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 축전식 탈염전극용 탄소복합체를 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein in the step (1), the binder is at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, and the solvent is N-methyl-2-pyrrolidone And at least one selected from the group consisting of dimethylacetamide and dimethylformamide. 제1항에 있어서, 상기 (1) 단계는 상기 바인더를 용매 내에 넣고 43-75 ℃에서 1-5 시간 혼합하여 완전한 용해를 수행하는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염전극용 탄소복합체를 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein in the step (1), the binder is placed in a solvent and mixed for 1-5 hours at 43-75 ° C. to thereby completely dissolve the carbon composite for a capacitive desalination electrode. 제1항에 있어서, 상기 (2) 단계에서, 상기 전극활물질은 활성탄소 분말, 활성탄소 섬유, 카본 나노 튜브, 탄소 에어로겔 또는 이들의 혼합물이고, 상기 전극활물질의 비표면적은 800-1,600 ㎡/g인 것을 특징으로 하는 축전식 탈염전극용 탄소복합체를 제조하는 방법.The method according to claim 1, wherein in the step (2), the electrode active material is activated carbon powder, activated carbon fiber, carbon nanotube, carbon aerogel or mixtures thereof, and the specific surface area of the electrode active material is 800-1,600 m 2 / g Method for producing a carbon composite for a capacitive desalination electrode, characterized in that. 제1항에 있어서, 상기 바인더와 상기 전극활물질의 중량비가 1-3 : 7-9인 것을 특징으로 하는 축전식 탈염전극용 탄소복합체를 제조하는 방법.The method according to claim 1, wherein the weight ratio of the binder and the electrode active material is 1-3: 7-9. 제1항에 있어서, 상기 (2) 단계는 (1) 단계에서 얻은 혼합물에 전극활물질을 첨가시킨 후에 43-75 ℃에서 4-10 시간 혼합하여 균일한 슬러리를 제조하는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염전극용 탄소복합체를 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein the step (2) is a capacitive desalination, characterized in that to produce a uniform slurry by adding the electrode active material to the mixture obtained in step (1) and then mixed at 43-75 ℃ for 4-10 hours. Method for producing a carbon composite for electrodes. 제1항에 있어서, 상기 (3) 단계에서, 상기 지지체는 탄소지인 것을 특징으로 하는 축전식 탈염전극용 탄소복합체를 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein in the step (3), the support is a carbon paper. 제1항에 있어서, 상기 (3) 단계에서, 상기 지지체에 전극활물질 슬러리를 캐스팅하는 방법은 닥터 블레이드를 이용하고, 상기 지지체의 단면을 상기 전극활물질 슬러리를 이용하여 70-120 rpm으로 캐스트한 후, 23-30 ℃에서 20-30 시간 동안 건조시키고 나서, 80-120 ℃의 오븐 내에서 8-12 시간 더 건조시키는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염전극용 탄소복합체를 제조하는 방법.According to claim 1, In the step (3), the method for casting the electrode active material slurry on the support using a doctor blade, and the end surface of the support is cast at 70-120 rpm using the electrode active material slurry After drying for 20-30 hours at 23-30 ℃, further drying for 8-12 hours in an oven of 80-120 ℃ characterized in that the carbon composite for a desorption electrode. 제1항에 있어서, 상기 (3) 단계에서, 상기 지지체를 전극활물질 슬러리 내에 딥핑하는 방법은, 전극활물질 슬러리를 용기에 담고, 지지체를 사용하여 60-100 mm/min 속도로 담그고 1 분 내지 2 분 후에 60-100 mm/min 속도로 빼낸 다음, 80-120 ℃에서 1-3 시간 동안 오븐에서 건조시키고, 상기 과정을 3-5 회 반복한 후, 80-120 ℃의 오븐 내에서 8-12 시간 건조시키는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염전극용 탄소복합체를 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein in the step (3), the method of dipping the support into the electrode active material slurry comprises placing the electrode active material slurry in a container, immersing at a speed of 60-100 mm / min using the support, After minutes, withdraw at 60-100 mm / min, then dry in oven at 80-120 ° C. for 1-3 hours, repeat the above procedure 3-5 times, and then 8-12 in an oven at 80-120 ° C. A method of producing a carbon composite for a capacitive desalination electrode, characterized in that drying over time. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 탄소복합체의 두께는 0.5-1.5 mm 인 것을 특징으로 하는 축전식 탈염전극용 탄소복합체를 제조하는 방법.10. The method of claim 8 or 9, wherein the carbon composite has a thickness of 0.5-1.5 mm. 바인더를 용매에 용해하고 여기에 전극활물질을 첨가하여 전극활물질 슬러리로 이루어지고, 상기 전극활물질 슬러리를 망상구조의 지지체 단면에 캐스트하거나, 망상구조의 지지체를 상기 전극활물질에 딥핑함으로써 상기 전극활물질이 상기 망상구조의 지지체에 침착되어 일체화되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염전극용 탄소복합체.The electrode active material is formed by dissolving a binder in a solvent and adding an electrode active material to the slurry to form an electrode active material slurry. A carbon composite for a capacitive desalination electrode, which is formed by being deposited on a support of a network structure and being integrated. 제11항에 있어서, 상기 탄소복합체는 바인더, 용매, 전극활물질 및 지지체를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염전극용 탄소복합체.12. The carbon composite for a capacitive desalination electrode according to claim 11, wherein the carbon composite includes a binder, a solvent, an electrode active material, and a support. 제12항에 있어서, 상기 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이고,
상기 용매는 N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸아세트아미드 및 디메틸포름아미드으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이며,
상기 전극활물질은 활성탄소 분말, 활성탄소 섬유, 카본 나노 튜브, 탄소 에어로겔 또는 이들의 혼합물이고, 상기 전극활물질의 비표면적이 800-1,600 ㎡/g인 것을 특징으로 하는 축전식 탈염전극용 탄소복합체.
The method of claim 12, wherein the binder is at least one member selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene,
The solvent is at least one member selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylacetamide and dimethylformamide,
The electrode active material is activated carbon powder, activated carbon fiber, carbon nanotube, carbon aerogel or a mixture thereof, and the specific surface area of the electrode active material is 800-1,600 m 2 / g Carbon composite for capacitive desalination electrode, characterized in that.
제12항에 있어서, 상기 용매의 함량은 바인더 100 중량부에 대하여 1,000-2,000 중량부인 것을 특징으로 하는 축전식 탈염전극용 탄소복합체.The carbon composite of claim 12, wherein the amount of the solvent is 1,000 to 2,000 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder. 제12항에 있어서, 상기 바인더와 전극활물질의 중량비가 1-3 : 7-9인 것을 특징으로 하는 축전식 탈염전극용 탄소복합체.The carbon composite for a desalination electrode according to claim 12, wherein a weight ratio of the binder and the electrode active material is 1-3: 7-9. 삭제delete 제11항에 있어서, 상기 탄소복합체는 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 기재되어 있는 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염전극용 탄소복합체.12. The carbon composite for a capacitive desalination electrode according to claim 11, wherein the carbon composite is produced by the production method described in any one of claims 1 to 9. 제11항에 있어서, 상기 탄소복합체는 두께가 0.5-1.5 mm 인 것을 특징으로 하는 축전식 탈염전극용 탄소복합체.12. The carbon composite for a capacitive desalination electrode according to claim 11, wherein the carbon composite has a thickness of 0.5-1.5 mm. 제11항에 있어서, 상기 탄소복합체의 커패시턴스는 23 F/g 이상이고, 전기전도도는 0.401 S/㎝ 이상이며, 탈염제거율은 70% 이상인 것을 특징으로 하는 축전식 탈염전극용 탄소복합체.



The carbon composite for a capacitive desalination electrode according to claim 11, wherein the carbon composite has a capacitance of 23 F / g or more, an electrical conductivity of 0.401 S / cm or more, and a desalination rate of 70% or more.



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