KR101305149B1 - 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프 및 이를 이용한 유체 펌핑 시스템 - Google Patents

가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프 및 이를 이용한 유체 펌핑 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유체의 이동을 허용하는 멤브레인; 및 상기 멤브레인의 양측에 각각 마련되고, 유체의 이동을 허용하도록 다공성 재질 또는 구조로 이루어지고, 가역적인 전기화학 반응을 일으키기 위한 물질로 이루어지는 제 1 및 제 2 전극을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전극에 전압을 교번하여 반대방향으로 공급함으로써 상기 전기화학 반응이 정방향과 역방향으로 반복해서 일어나도록 하여 상기 유체의 이동 방향 변화로 인해 펌핑력을 발생시키도록 하고, 상기 제 1 및 제 2 전극이 재생되도록 하는 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프 및 이를 이용한 유체 펌핑 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 전기삼투펌프를 크기 및 구성을 그대로 유지하면서 다량의 유체를 장시간 이동시킬 수 있도록 하고, 가역적 반응에 의해 전극의 재생이 가능하도록 하며, 가스의 발생이 없도록 하여 전기삼투펌프의 활용도를 높일 수 있다.

Description

가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프 및 이를 이용한 유체 펌핑 시스템{Electroosmotic pump for using reversible electrode reaction and fluid pumping system using the same}
본 발명은 전기삼투펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프 및 이를 이용한 유체 펌핑 시스템에 관한 것이다.
전기삼투펌프는 모세관 또는 다공성막의 양단에 전극을 이용하여 전압을 걸었을 때 생기는 전기삼투현상에 의해 유체가 이동하는 것을 이용한 펌프로서 일반 펌프와는 달리 기계적으로 움직이는 부분이 없어 무소음이며, 걸어준 전압에 비례하여 효과적으로 유속을 조절할 수 있는 장점이 있다.
종래의 전기삼투펌프에서는 화학적으로 안정된 백금을 전극재료로 사용하고 있는데, 수용액을 유체로 사용하는 경우, (+)극에서의 반응은 아래의 반응식 1과 같으며, (-)극에서의 반응은 아래의 반응식 2와 같다.
[반응식 1]
2H2O → O2 + 4H+ + 4e-
[반응식 2]
2H2O + 2e- → H2 + 2OH-
반응식 1에 의하면, (+)극에서는 물의 산화반응에 의한 산소가스가 지속적으로 발생하고, 반응식 2에 의하면, (-)극에서는 물의 환원반응에 의한 수소가스가 지속적으로 발생한다.
이와 같은 산화반응과 환원반응에 따른 전자 및 이온의 이동은 전기삼투펌프에서 유체를 지속적으로 이동시키기 위해 필수적인 현상이다. 이와 같이 백금전극을 사용하여 전기삼투펌프를 구현한 경우에는 위의 반응에 의해 생성된 가스가 다공성막의 작은 기공들에 끼이는 현상으로 인해 안정된 유속의 구현이 어렵고, 산소가스와 수소가스가 동시에 유체 내에 지속적으로 발생하기 때문에 안전성 문제로 닫힌계(closed-loop)의 구현이 어렵기 때문에 실제적인 활용에 어려움이 있다.
또한 백금전극을 이용한 전기삼투펌프의 경우는 이동하는 유체를 이루는 물이 산화반응 및 환원반응에 참여할 뿐, 전극물질인 백금은 반응에 참여하지 않고, 물의 산화반응 및 환원반응을 일으키는 전극으로만 활용되므로 전극은 그대로 유지된다. 이 경우 백금전극은 비소모형 전극(non-consumable electrode)이라 불린다. 가스발생 없이 안정적이며 안전하게 작동하는 전기삼투펌프는 가스가 발생하지 않는 반응을 활용하여 전극물질을 구성한 경우 가능하다. 예를 들어 은/산화은 전극반응을 활용한 경우, (+)극에서의 반응은 아래의 반응식 3과 같으며, (-)극에서의 반응은 아래의 반응식 4와 같다.
[반응식 3]
2Ag(s) + H2O → Ag2O(s) + 2H+ + 2e-
[반응식 4]
Ag2O(s) + 2H+ + 2e- → 2Ag(s)
(+)극에서는 반응식 3에 의한 은의 산화반응이, (-)극에서는 반응식 4에 의한 산화은의 환원반응이 일어난다. 이 경우에 전극은 단순히 전압만 거는 도구가 아니라 전극반응에 참여하는 물질이 된다. 이러한 소모형 전극(consumable electrode)을 전기삼투펌프에 적용한 경우는 전극물질의 제한된 양 때문에 전기삼투펌프를 이용해 이동시킬 수 있는 유체의 양이 제한될 수밖에 없다.
그러므로 종래 기술로 전기삼투펌프를 이용하여 가스발생 없이 안전하게 장시간 다량의 유체를 안정적으로 이동시키는 것은 불가능하다. 즉, 소모용전극반응(consumable electrode reaction)을 적용한 전기삼투펌프의 경우 전극활성물질량이 제한되어 있기 때문에 이 양으로 구현할 수 있는 전극반응으로 소량의 유체를 한 방향으로, 그리고 일회용으로 이동시키는 데에는 적합하지만, 다량의 유체를 지속적으로 이동시키는 데에는 적합하지 않은 문제점을 가지고 있었다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 전기삼투펌프를 크기 및 구성을 그대로 유지하면서 가스 발생 없이 다량의 유체를 장시간 이동시킬 수 있도록 하고, 가역적 반응에 의해 전극의 재생이 가능하도록 하여 전기삼투펌프의 활용도를 높이도록 하는데 목적이 있다. 본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 유체의 이동을 허용하는 멤브레인; 및 상기 멤브레인의 양측에 각각 마련되고, 유체의 이동을 허용하도록 다공성 재질 또는 구조로 이루어지고, 가역적인 전기화학 반응을 일으키기 위한 물질로 이루어지는 제 1 및 제 2 전극을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전극에 전압을 교번하여 반대방향으로 공급함으로써 상기 전기화학 반응이 정방향과 역방향으로 반복해서 일어나도록 하여 상기 유체의 이동 방향 변화로 인해 펌핑력을 발생시키도록 하고, 상기 제 1 및 제 2 전극이 재생되도록 하는 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프가 제공된다.
상기 멤브레인과 상기 제 1 및 제 2 전극을 사이에 두고 양측으로 이동하는 유체의 이동경로를 제공하는 유체경로부를 더 포함할 수 있다.
상기 유체경로부는 상기 제 1 및 제 2 전극에 각각 접합되는 중공의 제 1 및 제 2 캡으로 이루어지고, 상기 제 1 및 제 2 캡에 튜브가 연결되기 위한 연결부가 마련될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 전극은 외주면에 도전성 재질의 제 1 및 제 2 컨택 스트립이 각각 끼워질 수 있다.
상기 제 1 또는 제 2 전극은 가역적인 전기화학 반응을 통해 1가 양이온을 발생시키거나 소모할 수 있는 물질일 수 있다.
상기 제 1 또는 제 2 전극은 Ag/Ag2O, MnO(OH), 폴리아닐린(polyaniline; PANI) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제 1 또는 제 2 전극은 메탈 옥사이드(metal oxide), 폴리머(polymer), 메탈 헥사시아노페레이트(metal hexacyanoferrate) 중 어느 하나 또는 이들의 복합체(composite)를 포함할 수 있다.
상기 메탈 옥사이드는 몰리브덴 옥사이드(molybdenum oxide; MoO3), 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide; WO3), 세륨옥사이드(cerium oxide; CeO2), 폴리옥소메탈레이트(polyoxometalate) 중에서 선택되는 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
상기 폴리머는 폴리치오펜(polythiophene), 폴리치오펜(polythiophene)의 유도체, 폴리피롤(polypyrrole), 폴리피롤(polypyrrole)의 유도체, 폴리타이오닌(polythionine), 퀴논 폴리머(quinone polymer) 중에서 선택되는 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
상기 메탈 헥사시아노페레이트는 프러시안 블루(prussian blue), FeHCF(iron hexacyanoferrate), CuHCF(copper hexacyanoferrate), CoHCF(cobalt hexacyanoferrate) 중에서 선택되는 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 유체 펌핑 시스템에 있어서, 용기로부터 외부로 이송대상유체를 이송시키기 위한 경로를 제공하는 이송라인; 상기 이송라인에 서로 이격되도록 설치되고, 상기 이송대상유체가 이송방향에 역방향으로 이송하는 것을 제한하는 제 1 및 제 2 체크밸브; 상기 이송라인에서 상기 제 1 및 제 2 체크밸브 사이에 연결되는 펌핑라인; 상기 펌핑라인에 펌핑력을 제공하도록 설치되는 전기삼투펌프; 및 상기 전기삼투펌프가 상기 이송대상유체로부터 격리되도록 하되, 상기 전기삼투펌프의 펌핑력을 상기 이송대상유체에 전달하도록 설치되는 격리재를 포함하고, 상기 전기삼투펌프는 유체의 이동을 허용하는 멤브레인; 및 상기 멤브레인의 양측에 각각 마련되고, 유체의 이동을 허용하도록 다공성 재질 또는 구조로 이루어지고, 가역적인 전기화학 반응을 일으키기 위한 물질로 이루어지는 제 1 및 제 2 전극을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전극에 전압을 교번하여 반대방향으로 공급함으로써 상기 전기화학 반응이 정방향과 역방향으로 반복해서 일어나도록 하여 상기 유체의 이동 방향 변화로 인해 펌핑력을 발생시키도록 하고, 상기 제 1 및 제 2 전극이 재생되도록 하는 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템이 제공된다.
상기 멤브레인과 상기 제 1 및 제 2 전극을 사이에 두고 양측으로 이동하는 유체의 이동경로를 제공하는 유체경로부를 더 포함하고, 상기 유체경로부는 상기 제 1 및 제 2 전극에 각각 접합되는 중공의 제 1 및 제 2 캡으로 이루어지고, 상기 제 1 및 제 2 캡에 상기 펌핑라인이 연결되기 위한 연결부가 마련될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 전극은 외주면에 도전성 재질의 제 1 및 제 2 컨택 스트립이 각각 끼워질 수 있다.
상기 제 1 또는 제 2 전극은 가역적인 전기화학 반응을 통해 1가 양이온을 발생시키거나 소모할 수 있는 물질일 수 있다.
상기 제 1 또는 제 2 전극은 Ag/Ag2O, MnO(OH), 폴리아닐린(polyaniline; PANI) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제 1 또는 제 2 전극은 메탈 옥사이드(metal oxide), 폴리머(polymer), 메탈 헥사시아노페레이트(metal hexacyanoferrate) 중 어느 하나 또는 이들의 복합체(composite)를 포함할 수 있다.
상기 메탈 옥사이드는 몰리브덴 옥사이드(molybdenum oxide; MoO3), 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide; WO3), 세륨옥사이드(cerium oxide; CeO2), 폴리옥소메탈레이트(polyoxometalate) 중에서 선택되는 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
상기 폴리머는 폴리치오펜(polythiophene), 폴리치오펜(polythiophene)의 유도체, 폴리피롤(polypyrrole), 폴리피롤(polypyrrole)의 유도체, 폴리타이오닌(polythionine), 퀴논 폴리머(quinone polymer) 중에서 선택되는 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
상기 메탈 헥사시아노페레이트는 프러시안 블루(prussian blue), FeHCF(iron hexacyanoferrate), CuHCF(copper hexacyanoferrate), CoHCF(cobalt hexacyanoferrate) 중에서 선택되는 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
상기 격리재는 오일, 다이아프램, 고분자막, 슬라이더 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프 및 이를 이용한 유체 펌핑 시스템에 의하면, 전기삼투펌프를 크기 및 구성을 그대로 유지하면서 다량의 유체를 장시간 이동시킬 수 있도록 하고, 가역적 반응에 의해 전극의 재생이 가능하도록 하며, 가스의 발생이 없도록 하여 전기삼투펌프의 활용도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프를 도시한 분해도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템을 도시한 구성도이다.
도 6 내지 도 11은 본 발명에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프 및 이를 이용한 유체 펌핑 시스템의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해 되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프를 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프(10)는 멤브레인(membrane; 11), 그리고 제 1 및 제 2 전극(12,13)을 포함할 수 있다.
멤브레인(11)은 유체(16)의 이동을 허용하도록 하는데, 제 1 및 제 2 전극(12,13) 사이에 제 1 및 제 2 전극(12,13)의 간격을 일정하게 유지하도록 함과 아울러, 유체, 이온 등의 이동을 허용하도록 설치된다. 또한 멤브레인(11)은 일례로 1~5㎛ 크기의 입상물로 이루어진 실리카를 이용하여 제조된 디스크 멤브레인일 수 있으며, 다른 예로서 다공성 재질이나 구조로 이루어질 수 있고, 이들은 예시적인 것으로서 반드시 이에 한하는 것은 아니며, 다양한 소재를 이용하여 여러 가지의 형태로 제조될 수 있으며, 제 1 및 제 2 전극(12,13)과 함께 MEA(membrane electrode assembly) 구조를 이룰 수 있다.
제 1 및 제 2 전극(12,13)은 멤브레인(11)의 양측에 각각 마련되고, 유체(16)의 이동을 허용하도록 다공성 재질 또는 구조로 이루어지고, 가역적인 전기화학 반응을 일으키기 위한 물질로 이루어지고, 예컨대 가역적인 전기화학 반응을 통해 1가 양이온, 예컨대 H+, Na+, K+ 등을 발생시키거나 소모할 수 있는 물질일 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 전극(12,13)에 전원공급부(14)에 의해 전압을 교번하여 반대방향으로 공급함으로써 상기한 제 1 및 제 2 전극(12,13)의 전기화학 반응이 정방향과 역방향으로 반복해서 일어나도록 하여 유체(16)의 이동 방향 변화로 인해 펌핑력을 발생시키도록 하고, 이러한 정방향 및 역방향의 전기화학 반응에 의해 제 1 및 제 2 전극(12,13)이 재생되도록 한다.
전원공급부(14)는 제 1 및 제 2 전극(12,13)에 전압을 교번하여 반대방향으로 공급하도록 하는데, 이를 위해 외부 또는 내부의 전원을 제 1 및 제 2 전극(12,13)에 직류 전원으로 공급하는 직류공급장치와, 직류공급장치로부터 공급되는 직류 전압을 설정된 시간마다 교번하여 반대방향으로 공급되도록 하는 전압방향전환장치를 포함할 수 있다. 여기서, 전원공급부(14)가 전압을 교번하여 반대방향으로 공급한다는 의미는 전류를 반대방향으로 공급하는 의미를 포함할 수 있다. 따라서, 전원공급부(14)에 의한 반대방향의 전압이 제 1 및 제 2 전극(12,13)에 공급됨으로써 상기한 제 1 및 제 2 전극(12,13)에 의한 전기화학 반응이 정방향과 역방향으로 반복해서 일어나도록 하여, 유체(16)의 흐름 변화로 발생되는 펌핑력을 제공할 수 있도록 한다.
제 1 또는 제 2 전극(12,13)은 Ag/Ag2O, MnO(OH), 폴리아닐린(polyaniline; PANI) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한 제 1 또는 제 2 전극(12,13)은 메탈 옥사이드(metal oxide), 폴리머(polymer), 메탈 헥사시아노페레이트(metal hexacyanoferrate) 중 어느 하나를 포함하거나, 이들 중에서 선택된 조합의 복합체(composite)를 포함할 수 있는데, 여기서, 메탈 옥사이드로는 몰리브덴 옥사이드(molybdenum oxide; MoO3), 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide; WO3), 세륨옥사이드(cerium oxide; CeO2), 폴리옥소메탈레이트(polyoxometalate) 중에서 선택되는 일부 또는 전부가 포함될 수 있고, 폴리머로는 폴리치오펜(polythiophene), 폴리치오펜(polythiophene)의 유도체, 폴리피롤(polypyrrole), 폴리피롤(polypyrrole)의 유도체, 폴리타이오닌(polythionine), 퀴논 폴리머(quinone polymer) 중에서 선택되는 일부 또는 전부가 포함될 수 있고, 메탈 헥사시아노페레이트(Metal hexacyanoferrate(HCF))로는 프러시안 블루(prussian blue), FeHCF(iron hexacyanoferrate), CuHCF(copper hexacyanoferrate), CoHCF(cobalt hexacyanoferrate) 중에서 선택되는 일부 또는 전부가 포함될 수 있다. 또한, 복합체(composite)로는 메탈 옥사이드와 폴리머의 복합체를 예로 들 수 있다.
한편 멤브레인(11)과 제 1 및 제 2 전극(12,13)을 사이에 두고 양측으로 이동하는 유체(16)의 이동경로를 제공하는 유체경로부(15)를 더 포함할 수 있다. 여기서 유체경로부(15)는 내측에 유체(16)가 채워지는 용기 형태를 가질 수 있고, 일례로 실린더 형태를 가질 수 있으며, 이에 한하지 않고, 다양한 형태를 가질 수 있다. 또한 유체(16)는 유체경로부(15)에 채워질 뿐만 아니라, 다공성(porosity)의 멤브레인(11)과 제 1 및 제 2 전극(12,13)에 채워지고, 예컨대 물, 알코올, 수용액 및 이들의 혼합액 등일 수 있으며, 작동 유체로서 사용될 수 있다면 그 종류에 한정되지 않는다.
유체경로부(15)는 펌핑력의 전달을 위해 개구(미도시)를 가질 수 있는데, 멤브레인(11)과 제 1 및 제 2 전극(12,13)에 의해 양분되는 양측 공간 중 어느 일측 공간 또는 양측 공간 모두에 형성됨으로써 유체(16)의 이동에 의한 펌핑력을 외측으로 제공하도록 하며, 후술하게 될 유체 펌핑 시스템(1; 도 5에 도시)에 연결되도록 한다. 한편 유체경로부(15)는 개구 형성에 의해 내부에 채워지는 유체(16)가 외부로 유출될 수 있으므로, 개구 측에 후술하게 될 격리재(70; 도 5에 도시)가 설치될 수 있으며, 개구가 다수로 형성되는 경우 격리재(70)가 설치된 일부를 제외한 나머지는 파이프나 캡 등의 부재로 차단될 수도 있다. 또한, 유체경로부(15)의 개구는 격리재, 예컨대 오일, 다이아프램, 고분자막, 슬라이더 등과 같이 펌핑력을 외부로 전달하기 위한 부재의 설치로 인해 차단되도록 구성될 수 있음은 물론이며, 이 역시 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프(10)는 양쪽의 제 1 및 제 2 전극(12,13)에 Ag/Ag2O, 폴리아닐린(polyaniline; PANI), MnO(OH) 등의 가역적인 전기화학 반응을 일으키는 물질을 적용하고, 전원공급부(14)에 의해 제 1 및 제 2 전극(12,13)의 양단에 걸리는 전압을 지속적으로 반대로 바꾸어 주며, 후술하게 될 유체 펌핑 시스템(1; 도 5에 도시) 등과 같은 시스템에 설치되는 두 개의 체크밸브(check valve)를 활용하여 뽑아낸 만큼의 이송대상유체를 지속적으로 이송시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프(10)에 의하여, 제 1 및 제 2 전극(12,13)에 가하는 전압의 방향을 바꾸어 제 1 및 제 2 전극(12,13)에서 일어나는 반응을 반대로 하면, 유체(16)의 흐름을 반대 방향으로 되돌릴 수 있게 된다. 여기서, 유체(16)는 수용액을 주로 사용하기 때문에 H2O로 표시하였고, 이러한 전극반응에 따라 이동하는 이온은 H+, Na+, K+ 등 다양한 이온으로 이루어질 수 있기 때문에 M+로 대표적으로 표시하였다.
이와 같이, 제 1 및 제 2 전극(12,13)이 가역적인 전극반응을 하는 전극물질을 활용한 경우, 제 1 및 제 2 전극(12,13)에 전압을 반대 방향으로 걸면 유체(16) 흐름의 방향만 바뀌는 것이 아니라, 전극반응이 역방향으로 일어나 정방향으로 유체(16)를 흘릴 때 정반응에 의해 소모된 전극활성물질을 원래의 상태로 되돌릴 수 있게 된다. 즉, 정방향으로 유체(16)를 이동시키는 데에 사용된 전하량만큼을 반대 방향으로 전압 또는 전류를 걸어주게 되면, 정방향으로 이동된 유체(16)의 양과 동일한 만큼 반대 방향으로 이동시킬 수 있을 뿐 아니라, 제 1 및 제 2 전극(12,13)의 상태를 초기 상태로 돌이킬 수 있게 된다. 예를 들어 (+)극에서 은의 산화반응(아래의 반응식 5)에 의해 소모된 은의 양에 해당하는 전압을 역방향으로 걸어주면, 이의 반대반응인 산화은의 환원반응(아래의 반응식 6)에 의해 다시 생성될 수 있다. (-)극에서도 이와 유사하게 소모 및 재생이 일어날 수 있다.
[반응식 5]
2Ag(s) + H2O → Ag2O(s) + 2H+ + 2e-
[반응식 6]
Ag2O(s) + 2H+ + 2e- → 2Ag(s)
이와 같이 가하는 전압의 방향에 따라 유체(16)의 이동 방향을 바꿀 수 있는 전기삼투펌프(10)는 도 5에 도시된 유체 펌핑 시스템(1)에서 2개의 체크밸브(40,50)를 함께 활용하면, 지속적으로 한 방향으로 유체의 이동을 가능하게 할 수 있다. 이는 흡입 및 배출을 반복하는 형태로서 흡입과 배출 중, 각 전극에서 일어나는 전극 반응이 반대로 일어나는 가역적인 반응이기 때문에 사용된 전극물질을 원래로 되돌려 줄 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프를 도시한 분해도이고, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프를 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프(20)는 유체(26)의 이동을 허용하는 멤브레인(21)과, 멤브레인(21)의 양측에 각각 마련되고, 유체(26)의 이동을 허용하도록 다공성 재질 또는 구조로 이루어지고, 가역적인 전기화학 반응을 일으키기 위한 물질로 이루어지는 제 1 및 제 2 전극(22,23)을 포함하고, 제 1 및 제 2 전극(22,23)에 전압을 교번하여 반대방향으로 공급함으로써 전기화학 반응이 정방향과 역방향으로 반복해서 일어나도록 하여 유체(26)의 이동 방향 변화로 인해 펌핑력을 발생시키도록 하고, 제 1 및 제 2 전극(22,23)이 재생되도록 한다. 여기서 멤브레인(21)과 제 1 및 제 2 전극(22,23)에 대해서는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프(10)의 멤브레인(11)과 제 1 및 제 2 전극(12,13)에서 상세히 설명하였으므로 그 구체적인 구성 및 작용에 대한 설명을 생략하기로 하되, 차이점 위주로 설명하기로 한다.
멤브레인(21)과 제 1 및 제 2 전극(22,23)은 원판 형태를 가질 수 있고, 외주면 방향으로 유체(26)의 유출을 방지하도록 코팅재 내지 차단시트 또는 접착시트 등이 접합될 수도 있다.
멤브레인(21)과 제 1 및 제 2 전극(22,23)을 사이에 두고 양측으로 이동하는 유체(26)의 이동경로를 제공하는 유체경로부를 더 포함할 수 있는데, 여기서 유체경로부는 일례로 제 1 및 제 2 전극(22,23)에 각각 접착제나 결합부재 등에 의해 접합되는 중공의 제 1 및 제 2 캡(24)으로 이루어질 수 있고, 제 1 및 제 2 캡(24)에는 중공(24a)이 형성되고, 튜브(25)가 연결되기 위한 연결부(24b)가 마련될 수 있다. 여기서, 튜브(25)는 실리콘 튜브 등으로 이루어질 수 있고, 유체 펌핑 시스템(1; 도 5에 도시)의 펌핑라인(60; 도 5에 도시)일 수 있다. 제 1 및 제 2 캡(24)을 대신하여 PVC 등의 오링이 사용되어 튜브(25) 등에 장착되거나, 그 밖에 다양한 재질과 형태의 연결부재가 제 1 및 제 2 캡(24)을 대신할 수 있다.
제 1 및 제 2 전극(22,23)은 외주면에 도전성 재질의 제 1 및 제 2 컨택 스트립(22a,23a)이 각각 끼워질 수 있다. 여기서 제 1 및 제 2 컨택 스트립(22a,23a)은 은(Ag) 또는 구리(Cu) 등의 도전성 재질로 이루어질 수 있고, 본 실시예에서처럼 제 1 및 제 2 전극(22,23)의 외주면에 끼워지기 위한 고리 형태를 가질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템을 도시한 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템(1)은 용기(reservoir; 2)로부터 외부로 이송대상유체(3)를 이송시키기 위한 경로를 제공하는 이송라인(30)과, 이송라인(30)에 서로 이격되도록 설치되고, 이송대상유체(3)가 이송방향에 역방향으로 이송하는 것을 제한하는 제 1 및 제 2 체크밸브(40,50)와, 이송라인(30)에서 제 1 및 제 2 체크밸브(40,50) 사이에 연결되는 펌핑라인(60)과, 펌핑라인(60)에 펌핑력을 제공하도록 설치되는 전기삼투펌프(20)와, 전기삼투펌프(20)가 이송대상유체(3)로부터 격리되도록 하되, 전기삼투펌프(20)의 펌핑력을 이송대상유체(3)에 전달하도록 설치되는 격리재(70)를 포함하고, 작동유체로 사용되는 유체(26)는 물, 알코올 및 수용액 중 어느 하나 또는 이들의 혼합액 등일 수 있으며, 전기삼투펌프(20)는 상기한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프(20)일 수 있다.
한편, 본 실시예에서의 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템(1)은 전기삼투펌프로서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프(20)를 예로 들어 설명하겠으나, 이에 반드시 한하는 것은 아니며, 전기삼투펌프로서 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프(10)가 적용될 수 있음은 물론이며, 이에 대해서는 이미 상술하였으므로 중복 설명을 피하기로 한다.
이송라인(30)은 일단이 용기(2)에 연결됨으로써 용기(2)로부터 이송대상유체(3), 예컨대 약물, 수용액, 유기용액을 비롯하여 다양한 유체가 이송될 수 있도록 하는 파이프나 호스 등으로 이루어질 수 있고, 이송대상유체(3)의 특성에 따라 적절한 재질로 이루어질 수 있다.
제 1 및 제 2 체크밸브(40,50)는 이송라인(30)에서 펌핑라인(60)이 연결되기 위한 공간을 제공하도록 서로 이격되게 설치되고, 이송대상유체(3)가 전기삼투펌프(20)의 펌핑력에 의해 이송방향의 일방향으로만 이송되도록 한다.
펌핑라인(60)은 이송라인(30)에 일단이 연결됨으로써 일례로 이송라인(30)과 함께 "T"자 연결 구조를 가질 수 있고, 나머지 일단이 전기삼투펌프(20)의 유체경로부인 중공캡(24; 도 3 및 도 4에 도시)의 연결부(24b; 도 3 및 도 4에 도시)측에 연결될 수 있다. 한편 전기삼투펌프(20)는 펌핑라인(60)의 일단에 연결될 뿐만 아니라, 다른 예로서 펌핑라인(60) 상에 양측이 연결되도록 설치될 수도 있다.
격리재(70)는 본 실시예에서 펌핑라인(60)에 양측을 구획하도록 설치될 수 있고, 내측에 오일 갭(oil gap)을 형성하도록 하는 오일로 이루어지거나, 탄성을 가진 얇은 막으로 이루어지는 고무나 금속판 등의 다이아프램으로 이루어지거나, 고분자막으로 이루어지거나, 펌핑라인(60) 내측을 따라 이동하도록 하는 슬라이더로 이루어질 수 있고, 이 밖에도 다양한 격리 물질이나 격리 부재로 이루어질 수 있으며, 오일이나 슬라이더처럼 펌핑라인(60) 내측을 따라 이동시, 이동 거리를 제한하도록 펑핑라인(60)의 내측에 스토퍼(80)가 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템(1)의 동작을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 1 체크밸브(40)는 용기(2) 측에 설치될 수 있고, 제 2 체크밸브(50)는 이송대상유체(3)를 주입하기 위해 배출되는 측에 설치될 수 있다. 이러한 제 1 체크밸브(40)는 용기(2)로부터 전기삼투펌프(20) 쪽으로 이송대상유체(3)가 흘러갈 수 있도록 하지만(① 방향), 반대로는 이송대상유체(3)가 흐르지 못하도록 한다. 또한 제 2 체크밸브(50)는 주입하기 위해 배출되는 측으로는 이송대상유체(3)가 흘러갈 수 있도록 하지만(② 방향), 그 반대 방향으로는 이송대상유체(3)가 흘러가지 못하게 한다.
도 5를 기준으로 전기삼투펌프(20)에 왼쪽에 위치하는 전극(예컨대 제 1 전극(22), 도 4에 도시)에 (+) 전압을, 오른쪽에 위치하는 전극(예컨대 제 2 전극(23), 도 4에 도시)에 (-) 전압을 걸어주면, 유체(26)의 이동은 ① 방향으로 진행되며, 용기(2)로부터 주입할 이송대상유체(3)를 용액을 전기삼투펌프(20)측의 방향으로 흡입하게 된다. 이 경우 제 1 체크밸브(40)는 열리며, 제 2 체크밸브(50)는 닫히기 때문에 이송대상유체(3)를 외부에 주입하기 위한 배출이 일어나지 않는다. 반대로 왼쪽에 위치하는 전극(예컨대 제 1 전극(22), 도 4에 도시)에 (-) 전압을, 오른쪽에 위치하는 전극(예컨대 제 2 전극(23), 도 4에 도시)에 (+) 전압을 걸어주면 유체(26)의 이동은 반대 방향인 ② 방향으로 진행되며, 이송대상유체(3)가 필요한 곳으로 주입되기 위해 배출된다. 이 경우 제 1 체크밸브(40)는 닫히고, 제 2 체크밸브(50)는 열리기 때문에 이송대상유체(3)가 용기(2) 측으로 이동하는 역류를 막아줄 수 있다. 또한 격리재(70)에 의해 유체(26)와 이송대상유체(3)가 서로 닿지 않도록 격리된다.
이와 같이 유체 펌핑 시스템(1)에 의해 흡입 및 배출을 반복하면 용기(2)에 있는 이송대상유체(3)를 작은 규모의 전기삼투펌프(20)를 사용하더라도 필요한 곳으로 주입할 수 있게 된다. 또한 흡입과 배출 중 각 전극(22,23; 도 4에 도시)에서 일어나는 전극반응이 반대로 일어나면서 가역적인 반응을 하기 때문에 사용된 전극물질을 원래로 되돌릴 수 있으므로, 전극물질이 가진 전하량을 다시 회복시켜 주기 때문에 지속적인 구동이 가능해진다. 이렇게 되면 일정 전하량을 가진 소모형 전극물질(consumable electrode material)을 가진 전기삼투펌프(20)로 전극물질의 소모 및 회복을 반복적으로 진행하며, 이송대상유체(3)의 유입 및 배출을 반복적으로 가능하도록 하여 많은 양의 이송대상유체(3)의 이동을 지속적으로 가능하도록 하고, 전기삼투펌프(20)의 장시간 운전이 가능해지도록 한다.
한편 흡입 및 배출을 반복하는 사이클은 수초부터 수십분까지 필요에 따라 조절 가능하다. 이와 같은 유체 펌핑 시스템(1)에 대한 작용을 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프(20)를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프(10)의 경우에도 동일한 원리로 적용될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프 및 이를 이용한 유체 펌핑 시스템의 적용예들을 설명하면 다음과 같다.
1. Ag/Ag2O 전극을 사용한 경우
전기삼투펌프를 구성할 때, 멤브레인은 1~5 ㎛ 크기의 실리카를 이용하여 만든 두께 2 mm, 지름 8 mm의 디스크 멤브레인을 사용하였고, 전극은 8 mm 지름의 디스크형 다공성 탄소전극에 4.6 C 양의 은(Ag)을 전착한 후, 절반인 2.3 C 양만큼 전기화학적으로 산화시켜 산화은(Ag2O)으로 만든 전극을 (+) 극과 (-) 극 양쪽에 동일하게 사용하였다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 1.0 V의 전압으로 전기삼투펌프를 구동시켰을 때, 한 방향으로 약 3시간에 걸쳐 2 ㎖의 이송대상유체를 이동시킬 수 있었다. 동일하게 제작된 전기삼투펌프를 도 7에 나타낸 바와 같이 동일한 1.0 V 전압을 인가하는 전압의 방향을 1분마다 바꾸며, 도 5에 도시된 유체 펌핑 시스템을 활용한 경우, 3일 정도 기간에 12 ㎖의 이송대상유체를 이동하는 데 사용할 수 있었다.
Ag/Ag2O 전극을 사용한 경우의 전극 반응은 아래와 반응식 7 및 반응식 8과 같다.
[반응식 7]
(+) 전극; 2Ag(s) + H2O → Ag2O(s) + 2H+ + 2e-
[반응식 8]
(-) 전극; Ag2O(s) + 2H+ + 2e- → 2Ag(s)
2. MnO(OH) 전극을 사용한 경우
전기삼투펌프의 구성은 1. Ag/Ag2O 전극을 사용한 경우와 동일하게 하되, 다공성탄소전극에 Ag/Ag2O 대신 MnO(OH)를 0.8 C 양만큼 전착시킨 것을 (+)극과 (-)극 양쪽에 동일하게 사용하였다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 1.5 V의 전압으로 전기삼투펌프를 한 방향으로 구동시키면, 초기 1분은 약 20 ㎕/min 의 유속을 보이고, 10분 정도까지는 유속이 점차 떨어져 10 ㎕/min 정도에 이른 후 더 떨어지며, 더 이상 구동되지 않는 것을 알 수 있다. MnO(OH)를 전극활성물질로 사용한 경우 한 방향으로 작동하며, 이송대상유체를 흘릴 때 10분 동안에 이동시킨 이송대상유체의 양은 160 ㎕에 불과했다. 이러한 전기삼투펌프를 도 5에 도시한 유체 펌핑 시스템을 활용하여 10분마다 전압의 방향을 바꾸어 구동하면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 50일 정도 안정되게 펌핑을 수행하였으며, 이 기간 동안 이동시킨 이송대상유체의 양은 350 ㎖ 정도였다.
MnO(OH) 전극을 사용한 경우의 전극반응은 아래의 반응식 9 및 반응식 10과 같이 제시할 수 있다.
[반응식 9]
(+) 전극; MnO(OH)(s) → MnO2(s) + H+ + e-
[반응식 10]
(-) 전극; MnO2(s) + H+ + e- → MnO(OH)(s)
실제로 전극을 구성했을 때의 초기 조건은 MnO(OH)(s)와 MnO2(s)가 공존하는 상태로 여겨지는데, 이 경우 반응식은 아래의 반응식 11과 반응식 12와 같이 표현할 수 있다.
[반응식 11]
(+) 전극; MnO(OH)(s) → MnO1 +δ(OH)1-δ(s) + δH+ + δe-
[반응식 12]
(-) 전극; MnO(OH)(s) + δH+ + δe- → MnO1 -δ(OH)1+δ(s)
3. 폴리아닐린(polyaniline; PANI) 전극을 사용한 경우
이 경우 전기삼투펌프는 위의 경우들과 동일한 형태로 구성하였는데, 차이점은 8 mm 디스크형 다공성탄소전극에 폴리아닐린(polyaniline; PANI)을 30 mC 양만큼 소량 전착시킨 것을 사용하였다. 폴리아닐린의 전착은 0.1 M aniline과 0.5M polystyrenesufonic acid(PSSA)가 섞여 있는 용액에서 다공성탄소전극을 -0.2 ~ 1.2 V vs Ag/AgCl 구간을 50mV/s로 20 사이클 돌리는 산화전착법을 이용했다. 전착에 의해 생성된 전도성고분자는 polystyrene sulfonate(PSS-)가 폴리아닐린에 혼입된 PANI-PSS이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 1.0 V의 전압으로 전기삼투펌프를 정방향으로 구동시키면, 초기 1분은 약 5 ㎕/min의 유속을 보이나, 몇 분 내에 급속하게 유속이 떨어짐을 알 수 있다. 10분 동안 한 방향으로 전압을 걸어 이동시킨 이송대상유체의 양은 20 ㎕에 불과했다. 이 전기삼투펌프를 도 5에 도시된 유체 펌핑 시스템을 활용하여 1분마다 전압의 방향을 바꾸어 구동하면, 도 11에 나타낸 바와 같이, 2달 이상 안정되게 작동하였고, 이 기간 동안 이동시킨 이송대상유체의 양은 150 ㎖ 이상이었다.
폴리아닐린(polyaniline; PANI)은 음이온이 자유롭게 이동할 수 있는 조건에서는 아래의 반응식 13에서와 같이 산화환원반응(redox reaction)을 수행한다. 반응식 13에서 A-로 표시된 것은 음이온으로서 산화환원반응이 일어나는 용액의 조건에 따라 혼입되어 들어온 음이온의 종류가 달라진다. 예를 들어, HCl 용액에서 폴리아닐린이 산화되면 Cl-가 고분자 내에 혼입되어 전하 균형(charge balance)를 맞추어 주게 된다. 그러나, 본 예시에서 제시한 바와 같이 전작에 의해 폴리아닐린을 만들 때 용액에 음이온성고분자인 polystyrene sulfonate(PSS-)가 있는 경우에는 PSS-가 혼입되어 들어가 PANI-PSS가 만들어져 PSS-가 이동할 수 없기 때문에 물에 존재하는 양이온인 H+가 이동할 수밖에 없게 된다.
[반응식 13]
Figure 112013003972672-pat00001

그러므로 산화 형태의 PANI-PSS 고분자를 -[P]n-[S]n-으로 도시하면 본 예시에서 사용된 전기삼투펌프에서의 전극반응은 아래의 반응식 14 및 반응식 15와 같이 제시될 수 있다.
[반응식 14]
(+) 전극; -[P]n-[SH]n- → -[P+]n-[S-]n- + nH+ + ne-
[반응식 15]
(-) 전극; -[P+]n-[S-]n- + nH+ + ne- → -[P]n-[SH]n-
본 발명의 실시예들에 따른 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프(10,20)에서의 전극반응의 조건으로는 가역적인 전극반응이 일어날 수 있고, 산화종과 환원종 모두 안정하게 존재하며, 산화 및 환원반응시 이온의 이동이 수반되는 것이 유리한데, 특히 H+의 이동이 수반되는 반응으로서, 자연계 및 일반적인 화학반응에 많이 알려진 PCET reaction(proton coupled electron transfer reaction)은 모두 해당된다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 전기삼투펌프를 크기 및 구성을 그대로 유지하면서 다량의 유체를 장시간 이동시킬 수 있도록 하고, 가역적 반응에 의해 전극의 재생이 가능하도록 하며, 가스의 발생이 없도록 하여 전기삼투펌프의 활용도를 높일 수 있다.
이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1 : 유체 펌핑 시스템 2 : 용기
3 : 이송대상유체 10 : 전기삼투펌프
11 : 멤브레인 12 : 제 1 전극
13 : 제 2 전극 14 : 전원공급부
15 : 유체경로부 16 : 유체
20 : 전기삼투펌프 21 : 멤브레인
22 : 제 1 전극 22a : 제 1 컨택 스트랩
23 : 제 2 전극 23a : 제 2 컨택 스트랩
24 : 중공캡 24a : 중공
24b : 연결부 25 : 튜브
26 : 유체 30 : 이송라인
40 : 제 1 체크밸브 50 : 제 2 체크밸브
60 : 펌핑라인 70 : 격리재
80 : 스토퍼

Claims (30)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 유체 펌핑 시스템에 있어서,
    용기로부터 외부로 이송대상유체를 이송시키기 위한 경로를 제공하는 이송라인;
    상기 이송라인에 서로 이격되도록 설치되고, 상기 이송대상유체가 이송방향에 역방향으로 이송하는 것을 제한하는 제 1 및 제 2 체크밸브;
    상기 이송라인에서 상기 제 1 및 제 2 체크밸브 사이에 연결되는 펌핑라인;
    상기 펌핑라인에 펌핑력을 제공하도록 설치되는 전기삼투펌프; 및
    상기 전기삼투펌프가 상기 이송대상유체로부터 격리되도록 하되, 상기 전기삼투펌프의 펌핑력을 상기 이송대상유체에 전달하도록 설치되는 격리재를 포함하고,
    상기 전기삼투펌프는,
    유체의 이동을 허용하는 멤브레인; 및
    상기 멤브레인의 양측에 각각 마련되고, 유체의 이동을 허용하도록 다공성 재질 또는 구조로 이루어지고, 가역적인 전기화학 반응을 일으키기 위한 물질로 이루어지는 제 1 및 제 2 전극을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 전극에 전압을 교번하여 반대방향으로 공급함으로써 상기 전기화학 반응이 정방향과 역방향으로 반복해서 일어나도록 하여 상기 유체의 이동 방향 변화로 인해 펌핑력을 발생시키도록 하고, 상기 제 1 및 제 2 전극이 재생되도록 하는 것을 특징으로 하는 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 멤브레인과 상기 제 1 및 제 2 전극을 사이에 두고 양측으로 이동하는 유체의 이동경로를 제공하는 유체경로부를 더 포함하고,
    상기 유체경로부는
    상기 제 1 및 제 2 전극에 각각 접합되는 중공의 제 1 및 제 2 캡으로 이루어지고, 상기 제 1 및 제 2 캡에 상기 펌핑라인이 연결되기 위한 연결부가 마련되는 것을 특징으로 하는 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극은,
    외주면에 도전성 재질의 제 1 및 제 2 컨택 스트립이 각각 끼워지는 것을 특징으로 하는 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 전극은,
    가역적인 전기화학 반응을 통해 1가 양이온을 발생시키는 물질인 것을 특징으로 하는 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 전극은,
    가역적인 전기화학 반응을 통해 1가 양이온을 소모할 수 있는 물질인 것을 특징으로 하는 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템.
  21. 제 16 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 전극은,
    Ag/Ag2O, MnO(OH), 폴리아닐린(polyaniline; PANI) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템.
  22. 제 16 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 전극은,
    메탈 옥사이드(metal oxide), 폴리머(polymer), 메탈 헥사시아노페레이트(metal hexacyanoferrate) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 메탈 옥사이드는,
    몰리브덴 옥사이드(molybdenum oxide; MoO3), 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide; WO3), 세륨옥사이드(cerium oxide; CeO2), 폴리옥소메탈레이트(polyoxometalate) 중에서 선택되는 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 폴리머는,
    폴리치오펜(polythiophene), 폴리치오펜(polythiophene)의 유도체, 폴리피롤(polypyrrole), 폴리피롤(polypyrrole)의 유도체, 폴리타이오닌(polythionine), 퀴논 폴리머(quinone polymer) 중에서 선택되는 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 메탈 헥사시아노페레이트는,
    프러시안 블루(prussian blue), FeHCF(iron hexacyanoferrate), CuHCF(copper hexacyanoferrate), CoHCF(cobalt hexacyanoferrate) 중에서 선택되는 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템.
  26. 제 16 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 전극은,
    메탈 옥사이드(metal oxide), 폴리머(polymer), 메탈 헥사시아노페레이트(metal hexacyanoferrate) 중에서 선택된 조합의 복합체(composite)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 메탈 옥사이드는,
    몰리브덴 옥사이드(molybdenum oxide; MoO3), 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide; WO3), 세륨옥사이드(cerium oxide; CeO2), 폴리옥소메탈레이트(polyoxometalate) 중에서 선택되는 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 폴리머는,
    폴리치오펜(polythiophene), 폴리치오펜(polythiophene)의 유도체, 폴리피롤(polypyrrole), 폴리피롤(polypyrrole)의 유도체, 폴리타이오닌(polythionine), 퀴논 폴리머(quinone polymer) 중에서 선택되는 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템.
  29. 제 26 항에 있어서, 상기 메탈 헥사시아노페레이트는,
    프러시안 블루(prussian blue), FeHCF(iron hexacyanoferrate), CuHCF(copper hexacyanoferrate), CoHCF(cobalt hexacyanoferrate) 중에서 선택되는 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템.
  30. 제 16 항에 있어서, 상기 격리재는,
    오일, 다이아프램, 고분자막, 슬라이더 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가역적 전극반응을 이용한 유체 펌핑 시스템.
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