KR102240030B1 - Secondary battery for desalinated water production and desalinated apparatus including the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 담수 생산을 위한 이차 전지를 포함하는 담수화 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 담수 생산을 위한 이차 전지는 유기 전해질에 함침되는 애노드(anode)를 포함하는 음극부; 상기 음극부의 일측에 결합하며, 염용액(salt solution)이 주입되는 담수 생성부; 상기 담수 생성부의 일측에 결합하며, 해수(seawater)에 함침되는 제1 캐소드(cathode)를 포함하는 제1 양극부; 및 상기 음극부의 타측에 결합하며, 해수에 함침되는 제2 캐소드를 포함하는 제2 양극부;를 포함할 수 있다. The present invention relates to a desalination apparatus including a secondary battery for producing fresh water. A secondary battery for producing fresh water according to an embodiment of the present invention includes a negative electrode including an anode impregnated with an organic electrolyte; A fresh water generator coupled to one side of the negative electrode and into which a salt solution is injected; A first anode portion coupled to one side of the freshwater generating portion and including a first cathode impregnated with seawater; And a second anode portion coupled to the other side of the cathode portion and including a second cathode impregnated with seawater.

Description

담수 생산을 위한 이차 전지 및 이를 포함하는 담수화 장치{SECONDARY BATTERY FOR DESALINATED WATER PRODUCTION AND DESALINATED APPARATUS INCLUDING THE SAME}A secondary battery for freshwater production and a desalination device including the same {SECONDARY BATTERY FOR DESALINATED WATER PRODUCTION AND DESALINATED APPARATUS INCLUDING THE SAME}

본 발명은 담수화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 담수 생산을 위한 이차 전지를 포함하는 담수화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a desalination apparatus, and more particularly, to a desalination apparatus including a secondary battery for producing fresh water.

일반적으로, 이차 전지는 양극과 음극에 전기 화학 반응이 가능한 물질을 사용함으로써, 화학 에너지와 전기 에너지 간의 전환을 통해 충전과 방전이 가능한 전지를 의미한다. 이러한 전지 중 대표적인 예로는 양극 및 음극에서 리튬 이온이 인터칼레이션-디인터칼레이션될 때의 화학 전위의 변화에 의하여 전기 에너지를 생성하는 리튬 이차 전지가 있다. 다만, 리튬은 지구상에 한정된 양만이 존재하며 일반적으로 어려운 공정을 통해 수득되고 있다. 이에 전지의 제조를 위해 고비용과 고에너지가 사용되는 문제가 있어, 리튬을 대체할 수 있는 차세대 이자 전지가 필요한 실정이다.In general, a secondary battery refers to a battery capable of charging and discharging through conversion between chemical energy and electrical energy by using a material capable of electrochemical reaction for a positive electrode and a negative electrode. A representative example of such a battery is a lithium secondary battery that generates electrical energy by a change in chemical potential when lithium ions are intercalated and deintercalated at the positive electrode and the negative electrode. However, only a limited amount of lithium exists on the earth and is generally obtained through a difficult process. Accordingly, there is a problem in that high cost and high energy are used for manufacturing a battery, and a next-generation interest battery that can replace lithium is required.

이차 전지와 별도로 수질 오염이나 가뭄으로 인한 음용수 부족을 해결하기 위한 담수화 기술도 다양하게 연구되고 있다. 담수화 기술은 증발법, 역삼투법, 전기투석법, 및 정삼투법 등이 사용되고 있으며, 담수화에 필요한 에너지의 사용을 최소화하기 위한 연구가 진행되고 있다.Apart from secondary batteries, various desalination technologies are being studied to solve the shortage of drinking water due to water pollution or drought. Desalination techniques include evaporation, reverse osmosis, electrodialysis, and forward osmosis, and research is being conducted to minimize the use of energy required for desalination.

종래의 경우, 상술한 이차 전지와 담수화 장치가 각각 별도로 개발되어 개별적으로 설치되어 있어, 이들을 하나의 장치로 통합시켜 효율적으로 운영하기 위한 기술의 개발이 요구되고 있다.In the conventional case, since the above-described secondary battery and the desalination device are separately developed and installed separately, development of a technology for efficiently operating by integrating them into a single device is required.

[특허문헌 1] 한국등록특허 제10-0938344호[Patent Document 1] Korean Patent Registration No. 10-0938344

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 담수 생산을 위한 이차 전지를 포함하는 담수화 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention was created in order to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a desalination apparatus including a secondary battery for producing fresh water.

또한, 본 발명은 이차 전지의 충방전 반응을 통해 생성된 전력을 나노 필터부의 가압 펌프를 구동하기 위해 사용할 수 있다.In addition, the present invention can be used to drive the pressure pump of the nano-filter unit using the power generated through the charge-discharge reaction of the secondary battery.

또한, 본 발명은 이차 전지의 충전 과정을 통해 생성된 염소계 살균 물질을 이용하여 염용액을 살균할 수 있다.In addition, the present invention can sterilize the salt solution using a chlorine-based sterilizing material generated through the charging process of the secondary battery.

또한, 본 발명은 이차 전지의 방전 과정을 통해 생성된 수산화나트륨을 이용하여 담수의 pH를 중성으로 조절할 수 있다.In addition, the present invention can adjust the pH of fresh water to neutral by using sodium hydroxide generated through the discharging process of the secondary battery.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects that are not mentioned will be clearly understood from the following description.

상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 담수 생산을 위한 이차 전지는 유기 전해질에 함침되는 애노드(anode)를 포함하는 음극부; 상기 음극부의 일측에 결합하며, 염용액(salt solution)이 주입되는 담수 생성부; 상기 담수 생성부의 일측에 결합하며, 해수(seawater)에 함침되는 제1 캐소드(cathode)를 포함하는 제1 양극부; 및 상기 음극부의 타측에 결합하며, 해수에 함침되는 제2 캐소드를 포함하는 제2 양극부;를 포함할 수 있다. In order to achieve the above objects, a secondary battery for producing fresh water according to an embodiment of the present invention includes a negative electrode including an anode impregnated with an organic electrolyte; A fresh water generator coupled to one side of the negative electrode and into which a salt solution is injected; A first anode portion coupled to one side of the freshwater generating portion and including a first cathode impregnated with seawater; And a second anode portion coupled to the other side of the cathode portion and including a second cathode impregnated with seawater.

실시예에서, 담수화 장치는 상기 이차 전지의 충전반응에서 생성된 염소계 살균 물질을 상기 이차 전지로부터 전달 받고, 상기 염소계 살균 물질을 이용하여 상기 이차 전지로 전달될 염용액을 살균하는 염소 살균부;를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the desalination apparatus includes: a chlorine sterilization unit receiving a chlorine-based sterilizing material generated in a charging reaction of the secondary battery from the secondary battery, and sterilizing a salt solution to be delivered to the secondary battery using the chlorine-based sterilizing material; It may contain more.

실시예에서, 담수화 장치는 상기 이차 전지의 충전반응에서 생성된 염소계 살균 물질을 상기 이차 전지로부터 전달 받고, 상기 염소계 살균 물질을 이용하여 상기 이차 전지로부터 전달된 염용액을 살균하는 염소 살균부;를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the desalination apparatus includes: a chlorine sterilization unit receiving a chlorine-based sterilizing material generated in a charging reaction of the secondary battery from the secondary battery, and sterilizing a salt solution delivered from the secondary battery using the chlorine-based sterilizing material; It may contain more.

실시예에서, 담수화 장치는 상기 이차 전지로 전달될 염용액에서 2가 이온을 제거하기 위해 이용되는 가압 펌프를 포함하는 나노 필터부;를 더 포함하고, 상기 가압 펌프의 구동을 위한 전력은, 상기 이차 전지로부터 공급될 수 있다.In an embodiment, the desalination apparatus further includes a nano filter unit including a pressure pump used to remove divalent ions from the salt solution to be delivered to the secondary battery, and the power for driving the pressure pump is, the power for driving the pressure pump. It can be supplied from a secondary battery.

실시예에서, 담수화 장치는 상기 이차 전지로부터 전달된 염용액에서 2가 이온을 제거하기 위해 이용되는 가압 펌프를 포함하는 나노 필터부;를 더 포함하고, 상기 가압 펌프의 구동을 위한 전력은, 상기 이차 전지로부터 공급될 수 있다.In an embodiment, the desalination apparatus further includes a nano filter unit including a pressure pump used to remove divalent ions from the salt solution delivered from the secondary battery, wherein the power for driving the pressure pump is, the power for driving the pressure pump. It can be supplied from a secondary battery.

실시예에서, 상기 나노 필터부는, 상기 염용액을 가압하여 상기 2가 이온을 필터링하기 위한 나노 여과막을 더 포함하고, 상기 이차 전지는, 상기 나노 필터부로부터 상기 나노 여과막을 통과한 염용액을 전달 받고, 충방전 과정을 통해 상기 염용액으로부터 1가 이온을 제거할 수 있다.In an embodiment, the nano filter unit further includes a nano filtration membrane for filtering the divalent ions by pressurizing the salt solution, and the secondary battery transfers the salt solution passing through the nano filtration membrane from the nano filter unit After receiving, it is possible to remove monovalent ions from the salt solution through a charging and discharging process.

실시예에서, 상기 나노 필터부는, 상기 염용액을 가압하여 상기 2가 이온을 필터링하기 위한 나노 여과막을 더 포함하고, 상기 이차 전지는, 상기 나노 필터부로부터 상기 나노 여과막을 통과하지 못한 염용액을 전달 받고, 충방전 과정을 통해 상기 염용액으로부터 1가 이온을 제거할 수 있다.In an embodiment, the nano filter unit further includes a nano filtration membrane for filtering the divalent ions by pressurizing the salt solution, and the secondary battery includes a salt solution that has not passed through the nano filtration membrane from the nano filter unit. After being delivered, monovalent ions may be removed from the salt solution through a charging and discharging process.

실시예에서, 상기 2가 이온은, 칼슘 이온(Ca2+), 마그네슘 이온(Mg2+), 황산 이온(SO4 2-) 및 탄산 이온(CO3 2-) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment, the divalent ions may include at least one of calcium ions (Ca 2+ ), magnesium ions (Mg 2+ ), sulfate ions (SO 4 2- ), and carbonate ions (CO 3 2-). have.

실시예에서, 상기 이차 전지는, 충방전 반응을 통해 상기 염용액으로부터 1가 이온을 제거할 수 있다.In an embodiment, the secondary battery may remove monovalent ions from the salt solution through a charge/discharge reaction.

실시예에서, 상기 1가 이온은, 염소 이온(Cl-) 및 나트륨 이온(Na+) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment, the monovalent ion may include at least one of a chlorine ion (Cl − ) and a sodium ion (Na + ).

실시예에서, 담수화 장치는 상기 이차 전지로 전달될 염용액에서 이온성 물질을 제거하는 전기 흡착부;를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the desalination device may further include an electric adsorption unit for removing ionic substances from the salt solution to be transferred to the secondary battery.

실시예에서, 담수화 장치는 상기 이차 전지로부터 전달된 염용액에서 이온성 물질을 제거하는 전기 흡착부;를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the desalination apparatus may further include an electric adsorption unit for removing ionic substances from the salt solution delivered from the secondary battery.

실시예에서, 담수화 장치는 상기 전기 흡착부로부터 상기 이온성 물질이 제거된 염용액을 전달 받는 제1 pH 중화부;를 더 포함하고, 상기 제1 pH 중화부는, 상기 이차 전지로부터 방전반응에서 생성된 수산화나트륨을 전달 받고, 상기 수산화나트륨을 이용하여 상기 이온성 물질이 제거된 염용액을 중화할 수 있다.In an embodiment, the desalination device further comprises a first pH neutralization unit receiving the salt solution from which the ionic material has been removed from the electrosorption unit, wherein the first pH neutralization unit is generated in a discharge reaction from the secondary battery. The resulting sodium hydroxide may be delivered, and the salt solution from which the ionic substance has been removed may be neutralized using the sodium hydroxide.

실시예에서, 상기 이온성 물질은, 1가 이온 및 2가 이온 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment, the ionic material may include at least one of a monovalent ion and a divalent ion.

실시예에서, 상기 이차 전지는 상기 제1 양극부로부터 충전반응에서 생성된 염화수소(HCl)를 전달받고, 상기 제2 양극부로부터 방전반응에서 생성된 수산화나트륨(NaOH)를 전달 받고, 상기 염화수소와 상기 수산화나트륨을 중화반응시켜 중화 수용액(neutralized water)을 생성하여 외부로 배출하는 제2 pH 중화부;를 더 포함할 수 있다. In an embodiment, the secondary battery receives hydrogen chloride (HCl) generated in the charging reaction from the first positive electrode portion, receives sodium hydroxide (NaOH) generated in the discharge reaction from the second positive electrode portion, and receives the hydrogen chloride and It may further include a second pH neutralization unit for neutralizing the sodium hydroxide to produce a neutralized aqueous solution (neutralized water) and discharged to the outside.

상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.Detailed matters for achieving the above objects will become apparent with reference to embodiments to be described later in detail together with the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해서 제공되는 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be configured in various different forms, so that the disclosure of the present invention is complete and those of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains ( Hereinafter, it is provided in order to completely inform the scope of the invention to the "normal engineer").

본 발명의 일 실시예에 의하면, 이차 전지의 충방전 반응을 통해 생성된 전력을 나노 필터부의 가압 펌프를 구동하기 위해 사용함으로써, 담수화 공정에 필요한 전력을 감소시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, power required for a desalination process may be reduced by using power generated through the charge/discharge reaction of the secondary battery to drive the pressure pump of the nano filter unit.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 이차 전지의 충전 과정을 통해 생성된 염소계 살균 물질을 이용하여 염용액을 살균함으로써, 별도의 염소계 살균 물질을 공급하지 않고, 염용액을 살균할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by sterilizing the salt solution using a chlorine-based sterilizing material generated through the charging process of the secondary battery, the salt solution can be sterilized without supplying a separate chlorine-based sterilizing material.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 이차 전지의 방전 과정을 통해 생성된 수산화나트륨을 이용하여 담수의 pH를 중성으로 조절함으로써, 별도의 수산화나트륨을 공급하지 않고 pH 중성화를 수행하여 음용수를 제조할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by adjusting the pH of fresh water to neutral using sodium hydroxide generated through the discharging process of the secondary battery, pH neutralization is performed without supplying additional sodium hydroxide to prepare drinking water. can do.

본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and the potential effects expected by the technical features of the present invention will be clearly understood from the following description.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 담수 생산을 위한 이차 전지를 포함하는 담수화 장치의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 담수 생산을 위한 이차 전지를 포함하는 담수화 장치의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 기능적 구성을 도시한 도면이다.1 is a diagram showing a functional configuration of a desalination apparatus including a secondary battery for producing fresh water according to a first embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a functional configuration of a desalination apparatus including a secondary battery for producing fresh water according to a second embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a functional configuration of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail.

청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.Various features of the invention disclosed in the claims may be better understood in view of the drawings and detailed description. The apparatus, method, preparation method, and various embodiments disclosed in the specification are provided for illustration purposes. The disclosed structural and functional features are intended to enable a person skilled in the art to specifically implement various embodiments, and are not intended to limit the scope of the invention. The disclosed terms and sentences are intended to describe various features of the disclosed invention in an easy to understand manner, and are not intended to limit the scope of the invention.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 담수 생산을 위한 이차 전지를 포함하는 담수화 장치를 설명한다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 담수화 장치에 의해 담수 처리되는 염용액(salt solution)은 나트륨 이온(Na+)과 염소 이온(Cl-)을 포함하는 다양한 용액을 의미하며, 예를 들어, 해수, 염수, 하수처리방류수 또는 염분 농축 폐수를 포함할 수 있다.Hereinafter, a desalination apparatus including a secondary battery for producing fresh water according to an embodiment of the present invention will be described. Salt is treated fresh water by desalination device in accordance with various embodiments of the present invention solution (salt solution) is sodium ion (Na +) and chlorine ion (Cl -) refers to a variety of solution including, for example, sea water, It may include brine, sewage treatment effluent, or salt concentrated wastewater.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 담수 생산을 위한 이차 전지(130)를 포함하는 담수화 장치(100)의 기능적 구성을 도시한 도면이다.1 is a diagram showing a functional configuration of a desalination apparatus 100 including a secondary battery 130 for producing fresh water according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 담수화 장치(100)는 염소 살균부(110), 나노 필터부(120), 이차 전지(130), 전기 흡착부(140) 및 제1 pH 중화부(150)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the desalination apparatus 100 includes a chlorine sterilization unit 110, a nano filter unit 120, a secondary battery 130, an electric adsorption unit 140, and a first pH neutralization unit 150. I can.

염소 살균부(110)는 외부로부터 유입된 염용액을 살균할 수 있다. 구체적으로, 염소 살균부(110)는 이차 전지(130)로부터 염소계 살균 물질을 전달받아, 염소계 살균 물질을 이용하여 염용액을 살균할 수 있다. 예를 들어, 염소계 살균 물질은 ClO-, HOCl 및 Cl2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 염용액은 염소계 살균 물질과 함께 일정 시간 동안 염소 살균부(110) 내부에 보관되어, 염소계 살균 물질에 의해 살균될 수 있다.The chlorine sterilization unit 110 may sterilize the salt solution introduced from the outside. Specifically, the chlorine sterilization unit 110 may receive a chlorine-based sterilizing material from the secondary battery 130 and sterilize the salt solution using the chlorine-based sterilizing material. For example, chlorine based disinfection is ClO - may comprise at least one of, HOCl and Cl 2. That is, the salt solution is stored in the chlorine sterilizing unit 110 for a certain period of time together with the chlorine-based sterilizing material, and can be sterilized by the chlorine-based sterilizing material.

나노 필터부(120)는 염소 살균부(110)로부터 살균된 염용액을 전달받아, 살균된 염용액에서 2가 이온을 제거할 수 있다. 구체적으로, 나노 필터부(120)에 설치된 가압 펌프(122)는 살균된 염용액을 가압하여 나노 여과막을 통해 2가 이온을 필터링하고, 2가 이온이 필터링된 염용액만 통과시킬 수 있다. 이 경우, 가압 펌프(122)가 동작하기 위해 필요한 전기 에너지, 즉, 전력은 이차 전지(130)로부터 공급될 수 있다. The nano filter unit 120 may receive the sterilized salt solution from the chlorine sterilization unit 110 and remove divalent ions from the sterilized salt solution. Specifically, the pressurization pump 122 installed in the nano filter unit 120 pressurizes the sterilized salt solution to filter divalent ions through the nano filtration membrane, and passes only the divalent ions filtered salt solution. In this case, electric energy required for the pressurization pump 122 to operate, that is, power may be supplied from the secondary battery 130.

일 실시예에서, 나노 여과막을 통과한 염용액은 2가 이온이 필터링되고 1가 이온을 포함할 수 있다. 이 경우, 나노 여과막을 통과한 염용액은 ‘처리수’ 또는 이와 동등한 기술적 의미를 갖는 용어로 지칭될 수 있다. In one embodiment, the salt solution that has passed through the nanofiltration membrane is filtered with divalent ions and may contain monovalent ions. In this case, the salt solution that has passed through the nanofiltration membrane may be referred to as “treated water” or a term having an equivalent technical meaning.

예를 들어, 2가 이온은 칼슘 이온(Ca2+), 마그네슘 이온(Mg2+), 황산 이온(SO4 2-) 및 탄산 이온(CO3 2-) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, the divalent ions may include at least one of calcium ions (Ca 2+ ), magnesium ions (Mg 2+ ), sulfate ions (SO 4 2- ), and carbonate ions (CO 3 2- ).

이차 전지(130)는 나노 필터부(120)로부터 2가 이온이 제거된 염용액을 전달 받아, 충방전 반응을 통해 염용액에서 1가 이온을 제거할 수 있다. 예를 들어, 1가 이온은 나트륨 이온(Na+) 및 염화 이온(Cl-) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The secondary battery 130 may receive the salt solution from which the divalent ions have been removed from the nano filter unit 120 and remove the monovalent ions from the salt solution through a charge/discharge reaction. For example, the monovalent ion may include at least one of sodium ion (Na + ) and chloride ion (Cl − ).

일 실시예에서, 이차 전지(130)는 충전 반응을 통해 생성된 HCl과 방전 반응을 통해 생성된 NaOH를 pH 중화반응시킨 후, 외부로 배출함으로써 염용액에서 1가 이온을 제거할 수 있다. 즉, 후술되는 전기 흡착부(140)를 통한 전기흡착(capacitive deionization, CDI) 공정은 나노 여과막에서 1가 이온 제거 효율이 떨어지기 때문에, 전기흡착 공정 이전에 이차 전지(130)를 이용하여 1가 이온을 일차적으로 제거함으로써 담수화 효율을 증대시킬 수 있다.In one embodiment, the secondary battery 130 may neutralize a pH of HCl generated through a charging reaction and NaOH generated through a discharge reaction, and then discharge the monovalent ions from the salt solution to the outside. That is, in the electro-adsorption (capacitive deionization, CDI) process through the electro-adsorption unit 140, which will be described later, the efficiency of removing monovalent ions from the nanofiltration membrane is low. Desalination efficiency can be increased by primarily removing ions.

일 실시예에서, 이차 전지(130)는, 충전반응을 통해, 염소계 살균 물질을 생성한 후, 생성된 염소계 살균 물질을 염소 살균부(110)로 전달할 수 있다. 다른 실시예에서, 이차 전지(130)는, 방전반응을 통해, 수산화나트륨을 생성한 후, 생성된 수산화나트륨을 제1 pH 중화부(150)로 전달할 수 있다.In one embodiment, the secondary battery 130 may generate a chlorine-based sterilizing material through a charging reaction, and then transfer the generated chlorine-based sterilizing material to the chlorine sterilizing unit 110. In another embodiment, the secondary battery 130 may generate sodium hydroxide through a discharge reaction and then transfer the generated sodium hydroxide to the first pH neutralization unit 150.

또한, 방전반응을 통해, 이차 전지(130)는 충전된 전기 에너지를 나노 필터부(120)에 공급할 수 있다. 즉, 이차 전지(130)에서 충전된 전기 에너지는 담수화 공정에서 필요한 전력, 즉, 나노 필터부(120)의 가압 펌프(122)를 구동하기 위한 전력으로 이용될 수 있다. 즉, 나노 필터부(120)의 가압 펌프(122)를 구동하기 위한 전력을 이차 전지(130)로부터 공급함으로써, 담수화 공정을 위해 소모되는 전기에너지 사용량을 감소시킬 수 있다.In addition, through the discharge reaction, the secondary battery 130 may supply charged electric energy to the nano filter unit 120. That is, the electric energy charged in the secondary battery 130 may be used as power required in the desalination process, that is, power for driving the pressure pump 122 of the nano filter unit 120. That is, by supplying power for driving the pressure pump 122 of the nano filter unit 120 from the secondary battery 130, it is possible to reduce the amount of electric energy consumed for the desalination process.

전기 흡착부(140)는 이차 전지(130)로부터 1가 이온이 제거된 염용액을 전달 받아, 염용액에서 이온성 물질을 제거할 수 있다. 구체적으로, 전기 흡착부(140)는 전기 흡착부(140)에 포함된 탄소 전극에 직류전원을 인가하여 이온성 물질을 탄소 전극의 표면으로 이동시켜 흡착제거할 수 있다. The electric adsorption unit 140 may receive a salt solution from which monovalent ions have been removed from the secondary battery 130 to remove ionic substances from the salt solution. Specifically, the electric adsorption unit 140 may apply DC power to the carbon electrode included in the electric adsorption unit 140 to move the ionic material to the surface of the carbon electrode to be adsorbed and removed.

여기서, 이온성 물질은 염용액에 남아있는 미량의 1가 이온 및 2가 이온 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Here, the ionic material may include at least one of a trace amount of monovalent ions and divalent ions remaining in the salt solution.

제1 pH 중화부(150)는 전기 흡착부(140)로부터 이온성 물질이 제거된 담수를 전달 받을 수 있다. 또한, 제1 pH 중화부(150)는 이차 전지(130)로부터 수산화나트륨을 전달 받을 수 있다. 이후, 제1 pH 중화부(150)는 전기 흡착부(140)를 통과하면서 pH가 낮아진 담수를 수산화나트륨과 반응시켜 pH 중화시킴으로써, 담수로부터 음용수를 제조할 수 있다. 즉, 전기 흡착부(140)를 통과함에 따라 낮아진 pH를 중성화시키기 위해 필요한 수산화나트륨을 별도로 공급하지 않고, 이차 전지(130)로부터 공급함으로써 자원 절약 및 장비 유지비용을 절감할 수 있다.The first pH neutralization unit 150 may receive fresh water from which the ionic material has been removed from the electric adsorption unit 140. In addition, the first pH neutralization unit 150 may receive sodium hydroxide from the secondary battery 130. Thereafter, the first pH neutralization unit 150 reacts with sodium hydroxide to neutralize the pH of fresh water whose pH is lowered while passing through the electro-adsorption unit 140, thereby preparing drinking water from fresh water. In other words, it is possible to save resources and reduce equipment maintenance cost by supplying from the secondary battery 130 without separately supplying sodium hydroxide required to neutralize the pH lowered as it passes through the electric adsorption unit 140.

본 발명의 다양한 실시예들에서 담수화 장치(100)는 도 1에 설명된 구성들이 필수적인 것은 아니어서, 도 1에 설명된 구성들보다 많은 구성들을 가지거나, 또는 그보다 적은 구성들을 가지는 것으로 구현될 수 있다.In various embodiments of the present invention, the desalination apparatus 100 may be implemented as having more or fewer configurations than the configurations described in FIG. 1 because the configurations described in FIG. 1 are not essential. have.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 담수 생산을 위한 이차 전지(130)를 포함하는 담수화 장치(200)의 기능적 구성을 도시한 도면이다.2 is a diagram showing a functional configuration of a desalination apparatus 200 including a secondary battery 130 for producing fresh water according to a second embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 염소 살균부(110), 나노 필터부(120), 이차 전지(130), 전기 흡착부(140) 및 제1 pH 중화부(150)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, a chlorine sterilization unit 110, a nano filter unit 120, a secondary battery 130, an electric adsorption unit 140, and a first pH neutralization unit 150 may be included.

염소 살균부(110)는 외부로부터 유입된 염용액을 살균할 수 있다. 구체적으로, 염소 살균부(110)는 이차 전지(130)로부터 염소계 살균 물질을 전달받아, 염소계 살균 물질을 이용하여 염용액을 살균할 수 있다. The chlorine sterilization unit 110 may sterilize the salt solution introduced from the outside. Specifically, the chlorine sterilization unit 110 may receive a chlorine-based sterilizing material from the secondary battery 130 and sterilize the salt solution using the chlorine-based sterilizing material.

나노 필터부(120)는 염소 살균부(110)로부터 살균된 염용액을 전달받아, 살균된 염용액에서 2가 이온을 제거할 수 있다. 구체적으로, 나노 필터부(120)에 설치된 가압 펌프(122)는 살균된 염용액을 가압하여 나노 여과막을 통해 2가 이온을 필터링하고, 2가 이온이 필터링된 염용액만 통과시킬 수 있다. The nano filter unit 120 may receive the sterilized salt solution from the chlorine sterilization unit 110 and remove divalent ions from the sterilized salt solution. Specifically, the pressurization pump 122 installed in the nano filter unit 120 pressurizes the sterilized salt solution to filter divalent ions through the nano filtration membrane, and passes only the divalent ions filtered salt solution.

일 실시예에서, 나노 여과막을 통과한 염용액은 2가 이온이 필터링되고 1가 이온을 포함할 수 있다. 이 경우, 나노 여과막을 통과한 염용액은 ‘처리수’ 또는 이와 동등한 기술적 의미를 갖는 용어로 지칭될 수 있다. In one embodiment, the salt solution that has passed through the nanofiltration membrane is filtered with divalent ions and may contain monovalent ions. In this case, the salt solution that has passed through the nanofiltration membrane may be referred to as “treated water” or a term having an equivalent technical meaning.

또한, 나노 여과막을 통과하지 못한 염용액은 1가 이온이 필터링되고 2가 이온을 포함할 수 있다. 나노 여과막을 통과하지 못한 염용액은 ‘농축수’ 또는 이와 동등한 기술적 의미를 갖는 용어로 지칭될 수 있다.In addition, in the salt solution that has not passed through the nanofiltration membrane, monovalent ions are filtered and may contain divalent ions. The salt solution that has not passed through the nanofiltration membrane may be referred to as “concentrated water” or a term having an equivalent technical meaning.

이후, 이차 전지(130)는 나노 필터부(120)로부터 나노 여과막을 통과하지 못한 염용액을 전달받아, 충방전 반응을 통해 상기 염용액에서 1가 이온을 제거할 수 있다. 즉, 이차 전지(130)는 나노 필터부(120)에 의해 필터링되지 못한 1가 이온을 제거할 수 있다. 일 실시예에서, 이차 전지(130)는 충방전 과정을 통해 1가 이온이 제거된 염용액을 외부로 배출할 수 있다. Thereafter, the secondary battery 130 may receive a salt solution that has not passed through the nanofiltration membrane from the nano filter unit 120 and remove monovalent ions from the salt solution through a charge/discharge reaction. That is, the secondary battery 130 may remove monovalent ions that have not been filtered by the nano filter unit 120. In one embodiment, the secondary battery 130 may discharge a salt solution from which monovalent ions are removed to the outside through a charging/discharging process.

일 실시예에서, 이차 전지(130)는, 충전반응을 통해, 염소계 살균 물질을 생성한 후, 생성된 염소계 살균 물질을 염소 살균부(110)로 전달할 수 있다. 다른 실시예에서, 이차 전지(130)는, 방전반응을 통해, 수산화나트륨을 생성한 후, 생성된 수산화나트륨을 제1 pH 중화부(150)로 전달할 수 있다.In one embodiment, the secondary battery 130 may generate a chlorine-based sterilizing material through a charging reaction, and then transfer the generated chlorine-based sterilizing material to the chlorine sterilizing unit 110. In another embodiment, the secondary battery 130 may generate sodium hydroxide through a discharge reaction and then transfer the generated sodium hydroxide to the first pH neutralization unit 150.

또한, 방전반응을 통해, 이차 전지(130)는 충전된 전기 에너지를 나노 필터부(120)에 공급할 수 있다. 즉, 이차 전지(130)에서 충전된 전기 에너지는 담수화 공정에서 필요한 전력, 즉, 나노 필터부(120)의 가압 펌프(122)를 구동하기 위한 전력으로 이용될 수 있다. 즉, 나노 필터부(120)의 가압 펌프(122)를 구동하기 위한 전력을 이차 전지(130)로부터 공급함으로써, 담수화 공정을 위해 소모되는 전기에너지 사용량을 감소시킬 수 있다.In addition, through the discharge reaction, the secondary battery 130 may supply charged electric energy to the nano filter unit 120. That is, the electric energy charged in the secondary battery 130 may be used as power required in the desalination process, that is, power for driving the pressure pump 122 of the nano filter unit 120. That is, by supplying power for driving the pressure pump 122 of the nano filter unit 120 from the secondary battery 130, it is possible to reduce the amount of electric energy consumed for the desalination process.

전기 흡착부(140)는 나노 필터부(120)로부터 나노 여과막을 통과한 염용액을 전달받아, 상기 염용액에서 이온성 물질을 제거할 수 있다. 구체적으로, 전기 흡착부(140)는 전기 흡착부(140)에 포함된 탄소 전극에 직류전원을 인가하여 이온성 물질을 탄소 전극의 표면으로 이동시켜 흡착제거할 수 있다. The electric adsorption unit 140 may receive the salt solution passed through the nano filtration membrane from the nano filter unit 120 and remove ionic substances from the salt solution. Specifically, the electric adsorption unit 140 may apply DC power to the carbon electrode included in the electric adsorption unit 140 to move the ionic material to the surface of the carbon electrode to be adsorbed and removed.

여기서, 이온성 물질은 염용액에 남아있는 1가 이온 및 미량의 2가 이온 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Here, the ionic material may include at least one of monovalent ions and trace amounts of divalent ions remaining in the salt solution.

제1 pH 중화부(150)는 전기 흡착부(140)로부터 이온성 물질이 제거된 담수를 전달 받을 수 있다. 또한, 제1 pH 중화부(150)는 이차 전지(130)로부터 수산화나트륨을 전달 받을 수 있다. 이후, 제1 pH 중화부(150)는 전기 흡착부(140)를 통과하면서 pH가 낮아진 담수를 수산화나트륨과 반응시켜 pH 중화시킴으로써, 담수로부터 음용수를 제조할 수 있다. 즉, 전기 흡착부(140)를 통과함에 따라 낮아진 pH를 중성화시키기 위해 필요한 수산화나트륨을 별도로 공급하지 않고, 이차 전지(130)로부터 공급함으로써 자원 절약 및 장비 유지비용을 절감할 수 있다.The first pH neutralization unit 150 may receive fresh water from which the ionic material has been removed from the electric adsorption unit 140. In addition, the first pH neutralization unit 150 may receive sodium hydroxide from the secondary battery 130. Thereafter, the first pH neutralization unit 150 reacts with sodium hydroxide to neutralize the pH of fresh water whose pH is lowered while passing through the electric adsorption unit 140, thereby preparing drinking water from fresh water. In other words, it is possible to save resources and reduce equipment maintenance costs by supplying from the secondary battery 130 without separately supplying sodium hydroxide required to neutralize the pH lowered as it passes through the electric adsorption unit 140.

일 실시예에서, 이차 전지(130)는 나노 필터부(120)로부터 처리수를 전달 받아, 충방전 반응을 통해 처리수에서 1가 이온을 제거하고, 나노 필터부(120)로부터 농축수를 전달 받아, 충방전 반응을 통해 농축수에서 1가 이온을 제거할 수 있다. 이후, 전기 흡착부(140)는 이차 전지(130)로부터 1가 이온이 제거된 처리수를 전달 받아, 상기 처리수에서 이온성 물질을 제거할 수 있다. 이 경우, 이차 전지(130)에 의해 1가 이온이 제거된 농축수는 외부로 배출되거나, 전기 흡착부(140)에게 전달되어 전기 흡착부(140)가 상기 농축수에서 이온성 물질을 제거할 수 있다. In one embodiment, the secondary battery 130 receives the treated water from the nano filter unit 120, removes monovalent ions from the treated water through a charge/discharge reaction, and delivers concentrated water from the nano filter unit 120 In response, monovalent ions can be removed from concentrated water through a charge/discharge reaction. Thereafter, the electric adsorption unit 140 may receive the treated water from which the monovalent ions have been removed from the secondary battery 130 to remove the ionic material from the treated water. In this case, the concentrated water from which monovalent ions have been removed by the secondary battery 130 is discharged to the outside or delivered to the electric adsorption unit 140 so that the electric adsorption unit 140 removes ionic substances from the concentrated water. I can.

도 1 및 2에 도시된 담수화 공정 순서는 일 예시일 뿐이고, 각 공정 순서는 다양한 실시예에 따라 변경될 수 있고, 일부 공정은 생략될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 2의 담수화 공정은 염소 살균 공정, 나노 필터링 공정, 1가 이온 제거 공정, 전기흡착 공정 및 pH 중화 공정의 순서로 설명되어 있지만, 각 공정 순서는 변경될 수 있고, 일부 공정은 생략될 수 있다.The order of the desalination process illustrated in FIGS. 1 and 2 is only an example, and the order of each process may be changed according to various embodiments, and some processes may be omitted. For example, the desalination process of FIGS. 1 and 2 is described in the order of a chlorine sterilization process, a nano filtering process, a monovalent ion removal process, an electrosorption process, and a pH neutralization process, but the order of each process may be changed, and some The process can be omitted.

일 실시예에서, 염소 살균부(110)는 이차 전지(130)의 충전 반응을 통해 생성된 염소계 살균 물질을 전달 받고, 염소계 살균 물질을 이용하여 이차 전지로(130)로 전달될 염용액을 살균할 수 있다. In one embodiment, the chlorine sterilization unit 110 receives the chlorine-based sterilizing material generated through the charging reaction of the secondary battery 130, and sterilizes the salt solution to be delivered to the secondary battery furnace 130 by using the chlorine-based sterilization material. can do.

일 실시예에서, 염소 살균부(110)는 이차 전지(130)의 충전 반응을 통해 생성된 염소계 살균 물질을 이차 전지(130)로부터 전달 받고, 염소계 살균 물질을 이용하여 이차 전지(130)로부터 전달된 염용액을 살균할 수 있다. In one embodiment, the chlorine sterilization unit 110 receives the chlorine-based sterilization material generated through the charging reaction of the secondary battery 130 from the secondary battery 130, and transfers the chlorine-based sterilization material from the secondary battery 130 using the chlorine-based sterilization material. Salt solution can be sterilized.

일 실시예에서, 나노 필터부(120)는 이차 전지(130)로 전달될 염용액에서 2가 이온을 제거하기 위해 이용되는 가압 펌프를 포함할 수 있다. 이 경우, 가압 펌프의 구동을 위한 전력은, 이차 전지(130)로부터 공급될 수 있다. In one embodiment, the nano filter unit 120 may include a pressure pump used to remove divalent ions from the salt solution to be delivered to the secondary battery 130. In this case, power for driving the pressure pump may be supplied from the secondary battery 130.

일 실시예에서, 나노 필터부(120)는 이차 전지(130)로부터 전달된 염용액에서 2가 이온을 제거하기 위해 이용되는 가압 펌프를 포함할 수 있다. 이 경우, 가압 펌프의 구동을 위한 전력은, 이차 전지(130)로부터 공급될 수 있다. In one embodiment, the nano filter unit 120 may include a pressure pump used to remove divalent ions from the salt solution delivered from the secondary battery 130. In this case, power for driving the pressure pump may be supplied from the secondary battery 130.

일 실시예에서, 상기 나노 필터부는, 상기 염용액을 가압하여 상기 2가 이온을 필터링하기 위한 나노 여과막을 더 포함하고, 이차 전지(130)는, 나노 필터부(120)로부터 나노 여과막을 통과한 염용액을 전달 받고, 충방전 과정을 통해 염용액으로부터 1가 이온을 제거할 수 있다. In one embodiment, the nano-filter unit further includes a nano filtration membrane for filtering the divalent ions by pressurizing the salt solution, and the secondary battery 130 passes through the nano filtration membrane from the nano filter unit 120 After receiving the salt solution, monovalent ions can be removed from the salt solution through a charging and discharging process.

일 실시예에서, 상기 나노 필터부는, 상기 염용액을 가압하여 상기 2가 이온을 필터링하기 위한 나노 여과막을 더 포함하고, 이차 전지(130)는, 상기 나노 필터부로부터 상기 나노 여과막을 통과하지 못한 염용액을 전달 받고, 충방전 과정을 통해 상기 염용액으로부터 1가 이온을 제거할 수 있다. In an embodiment, the nanofilter unit further includes a nanofiltration membrane for filtering the divalent ions by pressurizing the salt solution, and the secondary battery 130 may not pass through the nanofiltration membrane from the nanofilter unit. After receiving the salt solution, monovalent ions may be removed from the salt solution through a charging and discharging process.

일 실시예에서, 전기 흡착부(140)는 이차 전지(130)로 전달될 염용액에서 이온성 물질을 제거할 수 있다. In one embodiment, the electric adsorption unit 140 may remove the ionic material from the salt solution to be transferred to the secondary battery 130.

일 실시예에서, 전기 흡착부(140)는 이차 전지(130)로부터 전달된 염용액에서 이온성 물질을 제거할 수 있다.In one embodiment, the electric adsorption unit 140 may remove the ionic material from the salt solution delivered from the secondary battery 130.

일 실시예에서, 제1 pH 중화부(150)는 전기 흡착부로부터 상기 이온성 물질이 제거된 염용액을 전달 받고, 제1 pH 중화부(150)는, 이차 전지(130)로부터 방전반응에서 생성된 수산화나트륨을 전달 받고, 상기 수산화나트륨을 이용하여 상기 이온성 물질이 제거된 염용액을 중화할 수 있다. In one embodiment, the first pH neutralization unit 150 receives the salt solution from which the ionic material has been removed from the electric adsorption unit, and the first pH neutralization unit 150 receives the discharge reaction from the secondary battery 130. The resulting sodium hydroxide may be delivered, and the salt solution from which the ionic substance has been removed may be neutralized using the sodium hydroxide.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(130)의 기능적 구성을 도시한 도면이다.3 is a diagram showing a functional configuration of a secondary battery 130 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 이차 전지(130)는 제1 양극부(310), 담수 생성부(320), 음극부(330), 및 제2 양극부(340)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the secondary battery 130 may include a first positive electrode part 310, a fresh water generating part 320, a negative electrode part 330, and a second positive electrode part 340.

제1 양극부(310)는 해수에 함침되는 제1 캐소드(cathode)와 해수가 담기는 수조를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 양극부(310)는 나노 필터부(120)로부터 전달 받은 염용액에 함침되는 제1 캐소드와 상기 염용액이 담기는 수조를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 캐소드는 이차 전지(130)의 충전 시 제1 양극부(310)에서 이용되는 캐소드를 의미할 수 있다. 제1 캐소드는 카본 펠트, 카본 페이퍼, 카본 파이버, 금속 박막 또는 이들의 조합일 수 있는 양극 집전체 및 양극 집전체 상에 마련된 촉매층을 포함할 수 있다. The first anode 310 includes a first cathode impregnated with seawater and a water tank containing seawater. In one embodiment, the first anode part 310 may include a first cathode impregnated with the salt solution received from the nano filter part 120 and a water tank containing the salt solution. Here, the first cathode may mean a cathode used in the first positive electrode part 310 when charging the secondary battery 130. The first cathode may include a positive electrode current collector that may be carbon felt, carbon paper, carbon fiber, a metal thin film, or a combination thereof, and a catalyst layer provided on the positive electrode current collector.

충전 반응 시, 제1 양극부(310)에서는 전기 에너지를 충전하는 하기 <화학식 1> 및 <화학식 2> 중 적어도 하나의 반응이 발생할 수 있다.During the charging reaction, at least one of the following <Chemical Formula 1> and <Chemical Formula 2> for charging electric energy may occur in the first anode part 310.

Figure 112019049764464-pat00001
Figure 112019049764464-pat00001

Figure 112019049764464-pat00002
Figure 112019049764464-pat00002

일 실시예에서, 염화수소(HCl)는 제2 pH 중화부(350)로 전달될 수 있다. In one embodiment, hydrogen chloride (HCl) may be delivered to the second pH neutralization unit 350.

또한, 충전 반응 시, 제1 양극부(310)에서는 전기 에너지를 충전하고 염소계 살균 물질을 생성하는 하기 <화학식 3> 내지 <화학식 5> 중 적어도 하나의 반응이 발생할 수 있다.In addition, during the charging reaction, at least one of the following <Chemical Formula 3> to <Chemical Formula 5> may occur in the first anode part 310 to charge electrical energy and generate a chlorine-based sterilizing material.

Figure 112019049764464-pat00003
Figure 112019049764464-pat00003

Figure 112019049764464-pat00004
Figure 112019049764464-pat00004

Figure 112019049764464-pat00005
Figure 112019049764464-pat00005

이 경우, 염소계 살균 물질은 ClO-, HOCl 및 Cl2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 생성된 염소계 살균 물질은 염소 살균부(110)로 전달될 수 있다. In this case, chlorine for disinfection is ClO - may comprise at least one of, HOCl and Cl 2. The generated chlorine-based sterilizing material may be delivered to the chlorine sterilizing unit 110.

담수 생성부(320)에는 나노 필터부(120)로부터 전달된 염용액이 담겨있을 수 있다. 여기서, 상기 염용액은 나노 필터부(120)의 나노 여과막을 통과한 염용액 및 나노 여과막을 통과하지 못한 염용액 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The freshwater generation unit 320 may contain a salt solution delivered from the nano filter unit 120. Here, the salt solution may include at least one of a salt solution that has passed through the nano filtration membrane of the nano filter unit 120 and a salt solution that has not passed through the nano filtration membrane.

이 경우, 이차 전지(130)의 충전반응에서 상기 염용액 내의 이온 상태로 존재하는 염소 이온(Cl-)은 음이온 교환막(AEM, Anion Exchange Membrane)(315)을 통과하여 제1 양극부(310)로 전달되고, 상기 염용액 내의 나트륨 이온(Na+)은 제1 고체 전해질(325)을 통과하여 음극부(330)로 전달됨으로써, 2가 이온이 제거된 염용액으로부터 1가 이온이 제거될 수 있다. In this case, the secondary battery of chloride ion present in the charging reaction of 130 with ions in the salt solution (Cl -) is the first anode unit 310 through the anion exchange membrane (AEM, Anion Exchange Membrane) (315) The sodium ions (Na + ) in the salt solution pass through the first solid electrolyte 325 and are transferred to the negative electrode part 330, so that the monovalent ions can be removed from the salt solution from which the divalent ions have been removed. have.

이후, 일 실시예에서, 1가 이온이 제거된 염용액은 담수 생성부(320)로부터 전기 흡착부(140)로 전달될 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 1가 이온이 제거된 염용액은 외부로 배출될 수 있다. Thereafter, in an embodiment, the salt solution from which the monovalent ions have been removed may be transferred from the freshwater generating unit 320 to the electric adsorption unit 140. In addition, in one embodiment, the salt solution from which the monovalent ions are removed may be discharged to the outside.

담수 생성부(320)와 제1 양극부(310) 사이에는, 담수 생성부(320)와 제1 양극부(310)를 분리하면서, 이차 전지(130)의 충전반응에서, 염소 이온을 통과시키는 음이온 교환막(315)이 위치할 수 있다. Between the freshwater generating unit 320 and the first positive electrode 310, while separating the freshwater generating unit 320 and the first positive electrode 310, in the charging reaction of the secondary battery 130, chlorine ions are passed through. An anion exchange membrane 315 may be located.

음극부(330)는 유기 전해질(예: TEGDME의 1M NaCF3SO3)에 함침되는 애노드(anode)를 포함할 수 있다. 애노드는 음극 집전체 및 음극 집전체 상에 위치하는 활물질층을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 활물질층으로써 나트륨 금속이 사용되었다. 일 실시예에서는 활물질층으로써 하드 카본(hard carbon, HC), 유기물계 재료, 또는 합금계 재료를 사용함으로써, Na 금속을 사용한 경우보다 충전 전력의 소모가 감소될 수 있다.The cathode part 330 may include an anode impregnated with an organic electrolyte (eg, 1M NaCF 3 SO 3 of TEGDME). The anode may include a negative electrode current collector and an active material layer disposed on the negative electrode current collector. In an embodiment of the present invention, sodium metal was used as the active material layer. In an embodiment, by using hard carbon (HC), an organic material, or an alloy material as the active material layer, consumption of charging power may be reduced compared to the case of using Na metal.

담수 생성부(320)와 음극부(330) 사이에는, 담수 생성부(320)와 음극부(330)를 분리하면서, 이차 전지(130)의 충전반응에서, 나트륨 이온을 통과시키는 제1 고체 전해질(예: 나시콘(NASICON))(320)이 위치할 수 있다.Between the fresh water generating unit 320 and the negative electrode unit 330, while separating the fresh water generating unit 320 and the negative electrode unit 330, in the charging reaction of the secondary battery 130, a first solid electrolyte for passing sodium ions (Example: NASICON) 320 may be located.

제2 양극부(340)는 해수에 함침되는 제2 캐소드와 해수가 담기는 수조를 포함한다. 일 실시예에서, 제2 양극부(340)는 나노 필터부(120)로부터 전달 받은 염용액에 함침되는 제2 캐소드와 상기 염용액이 담기는 수조를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 캐소드는 이차 전지(130)의 방전 시 제2 양극부(340)에서 이용되는 캐소드를 의미할 수 있다. 제2 캐소드는 카본 펠트, 카본 페이퍼, 카본 파이버, 금속 박막 또는 이들의 조합일 수 있는 양극 집전체 및 양극 집전체 상에 마련된 촉매층을 포함할 수 있다.The second anode part 340 includes a second cathode impregnated with seawater and a water tank containing seawater. In one embodiment, the second anode part 340 may include a second cathode impregnated with the salt solution received from the nano filter part 120 and a water tank containing the salt solution. Here, the second cathode may mean a cathode used in the second positive electrode part 340 when the secondary battery 130 is discharged. The second cathode may include a positive electrode current collector which may be carbon felt, carbon paper, carbon fiber, a metal thin film, or a combination thereof, and a catalyst layer provided on the positive electrode current collector.

방전 반응 시, 제2 양극부(340)에서는 전기 에너지를 공급하고 수산화나트륨(NaOH)을 생성하는 하기 <화학식 6> 및 <화학식 7> 중 적어도 하나의 반응이 발생할 수 있다. During the discharge reaction, at least one of the following <Chemical Formula 6> and <Chemical Formula 7> may occur in the second anode part 340 to supply electrical energy and generate sodium hydroxide (NaOH).

Figure 112019049764464-pat00006
Figure 112019049764464-pat00006

Figure 112019049764464-pat00007
Figure 112019049764464-pat00007

일 실시예에서, 수산화나트륨은 제1 pH 중화부(150)로 전달될 수 있다. In one embodiment, sodium hydroxide may be delivered to the first pH neutralization unit 150.

다른 실시예에서, 수산화나트륨은 제2 pH 중화부(350)로 전달될 수 있다. 이 경우, 제2 pH 중화부(350)에서는 제1 양극부(310)로부터 전달된 염화수소와 제2 양극부(340)로부터 전달된 수산화나트륨이 pH 중화반응하여 하기 <화학식 8>과 같은 반응이 발생할 수 있다.In another embodiment, sodium hydroxide may be delivered to the second pH neutralization unit 350. In this case, in the second pH neutralization unit 350, the hydrogen chloride delivered from the first anode unit 310 and the sodium hydroxide delivered from the second anode unit 340 undergo a pH neutralization reaction, resulting in a reaction as shown in the following <Chemical Formula 8>. Can occur.

Figure 112019049764464-pat00008
Figure 112019049764464-pat00008

일 실시예에서, 제2 pH 중화부(350)는 중화 반응을 통해 생성된 중화 수용액(neutralized water)을 외부로 배출하는 배출관, 및 배출관에 장착된 개폐밸브를 더 포함하고, 또한 중화 수용액의 pH를 측정하는 센서를 더 포함할 수 있다. 여기서, 중화 수용액은 염화나트륨(NaCl)과 물(H2O)를 포함할 수 있다. 이 경우, 센서는 중화 수용액의 pH를 측정하여, pH 정보를 이차 전지(100)에 포함된 제어부에게 전송할 수 있다. 이후, 제어부는 중화 수용액의 pH 정보에 기반하여, 제2 pH 중화부(350)에서의 중화 수용액의 pH가 임계값 이상 되는 경우, 개폐밸브를 개방하여 배출관을 통해 중화 수용액을 배출하도록 제어할 수 있다. In one embodiment, the second pH neutralization unit 350 further includes a discharge pipe for discharging neutralized water generated through the neutralization reaction to the outside, and an opening/closing valve mounted on the discharge pipe, and the pH of the neutralized aqueous solution It may further include a sensor for measuring. Here, the neutralized aqueous solution may include sodium chloride (NaCl) and water (H 2 O). In this case, the sensor may measure the pH of the neutralized aqueous solution and transmit the pH information to the controller included in the secondary battery 100. Thereafter, based on the pH information of the neutralized aqueous solution, when the pH of the neutralized aqueous solution in the second pH neutralizing unit 350 is greater than or equal to the threshold value, the control unit can control to discharge the neutralized aqueous solution through the discharge pipe by opening the opening and closing valve. have.

일 실시예에서, 제2 pH 중화부(350)는, 제1 양극부(310)로부터 충전반응에서 생성된 염화수소(HCl)뿐만 아니라 염소계 살균 물질을 전달받을 수 있다. 이 경우, pH 중화반응을 거친 후 배출된 중화 수용액은 염소계 살균 물질을 포함할 수 있기 때문에 선박 평형수로 사용될 수 있다. In one embodiment, the second pH neutralization unit 350 may receive not only hydrogen chloride (HCl) generated in the charging reaction from the first anode unit 310, but also a chlorine-based sterilizing material. In this case, since the neutralized aqueous solution discharged after undergoing a pH neutralization reaction may contain a chlorine-based sterilizing material, it can be used as ballast water for a ship.

음극부(330)와 제2 양극부(340) 사이에는, 음극부(330)와 제2 양극부(340)를 분리하면서, 이차 전지(130)의 방전반응에서, 나트륨 이온을 통과시키는 제2 고체 전해질(예: NASICON)(335)이 위치할 수 있다.Between the negative electrode part 330 and the second positive electrode part 340, while separating the negative electrode part 330 and the second positive electrode part 340, in the discharge reaction of the secondary battery 130, a second A solid electrolyte (eg, NASICON) 335 may be located.

본 발명의 다양한 실시예들에서 이차 전지(130)는 도 2에 설명된 구성들이 필수적인 것은 아니어서, 도 2에 설명된 구성들보다 많은 구성들을 가지거나, 또는 그보다 적은 구성들을 가지는 것으로 구현될 수 있다.In various embodiments of the present invention, since the components described in FIG. 2 are not essential, the secondary battery 130 may be implemented as having more or fewer components than those described in FIG. 2. have.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art will be able to make various changes and modifications without departing from the essential characteristics of the present invention.

따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Accordingly, the embodiments disclosed in the present specification are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are intended to be described, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments.

본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.The scope of protection of the present invention should be interpreted by the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be understood as being included in the scope of the present invention.

100: 담수화 장치
110: 염소 살균부
120: 나노 필터부
122: 가압 펌프
130: 이차 전지
140: 전기 흡착부
150: 제1 pH 중화부
200: 담수화 장치
310: 제1 양극부
315: 음이온 교환막
320: 담수 생성부
325: 제1 고체 전해질
330: 음극부
335: 제2 고체 전해질
340: 제2 양극부
350: 제2 pH 중화부100: desalination device
110: chlorine sterilization unit
120: nano filter unit
122: pressure pump
130: secondary battery
140: electric adsorption unit
150: first pH neutralization unit
200: desalination device
310: first anode
315: anion exchange membrane
320: fresh water generation unit
325: first solid electrolyte
330: cathode
335: second solid electrolyte
340: second anode portion
350: second pH neutralization unit

Claims (15)

유기 전해질에 함침되는 애노드(anode)를 포함하는 음극부;
상기 음극부의 일측에 결합하며, 염용액(salt solution)이 주입되는 담수 생성부;
상기 담수 생성부의 일측에 결합하며, 해수(seawater)에 함침되는 제1 캐소드(cathode)를 포함하는 제1 양극부;
상기 음극부의 타측에 결합하며, 해수에 함침되는 제2 캐소드를 포함하는 제2 양극부; 및
상기 제1 양극부로부터 충전반응에서 생성된 염화수소(HCl)를 전달받고, 상기 제2 양극부로부터 방전반응에서 생성된 수산화나트륨(NaOH)를 전달 받고, 상기 염화수소와 상기 수산화나트륨을 중화반응시켜 중화 수용액(neutralized water)을 생성하여 외부로 배출하는 제2 pH 중화부;
를 포함하는,
담수 생산을 위한 이차 전지.
A negative electrode part including an anode impregnated in the organic electrolyte;
A fresh water generator coupled to one side of the negative electrode and into which a salt solution is injected;
A first anode portion coupled to one side of the freshwater generating portion and including a first cathode impregnated with seawater;
A second anode portion coupled to the other side of the cathode portion and including a second cathode impregnated with seawater; And
Receiving hydrogen chloride (HCl) generated in the charging reaction from the first positive electrode part, receiving sodium hydroxide (NaOH) generated in the discharge reaction from the second positive electrode part, neutralizing the hydrogen chloride and the sodium hydroxide by neutralizing A second pH neutralization unit generating an aqueous solution and discharging it to the outside;
Containing,
Secondary battery for fresh water production.
 제1항의 이차 전지; 및
상기 이차 전지의 충전반응에서 생성된 염소계 살균 물질을 상기 이차 전지로부터 전달 받고, 상기 염소계 살균 물질을 이용하여 상기 이차 전지로 전달될 염용액을 살균하는 염소 살균부;
를 포함하는,
담수화 장치.
The secondary battery of claim 1; And
A chlorine sterilization unit receiving a chlorine-based sterilizing material generated in the charging reaction of the secondary battery from the secondary battery and sterilizing a salt solution to be transferred to the secondary battery using the chlorine-based sterilizing material;
Containing,
Desalination device.
 제1항의 이차 전지; 및
상기 이차 전지의 충전반응에서 생성된 염소계 살균 물질을 상기 이차 전지로부터 전달 받고, 상기 염소계 살균 물질을 이용하여 상기 이차 전지로부터 전달된 염용액을 살균하는 염소 살균부;
를 포함하는,
담수화 장치.
The secondary battery of claim 1; And
A chlorine sterilization unit receiving the chlorine-based sterilizing material generated in the charging reaction of the secondary battery from the secondary battery and sterilizing the salt solution delivered from the secondary battery using the chlorine-based sterilizing material;
Containing,
Desalination device.
 제1항의 이차 전지; 및
상기 이차 전지로 전달될 염용액에서 2가 이온을 제거하기 위해 이용되는 가압 펌프를 포함하는 나노 필터부;
를 포함하고,
상기 가압 펌프의 구동을 위한 전력은, 상기 이차 전지로부터 공급되는,
담수화 장치.
The secondary battery of claim 1; And
Nano filter unit including a pressure pump used to remove divalent ions from the salt solution to be delivered to the secondary battery;
Including,
Power for driving the pressure pump is supplied from the secondary battery,
Desalination device.
 제1항의 이차 전지; 및
상기 이차 전지로부터 전달된 염용액에서 2가 이온을 제거하기 위해 이용되는 가압 펌프를 포함하는 나노 필터부;
를 포함하고,
상기 가압 펌프의 구동을 위한 전력은, 상기 이차 전지로부터 공급되는,
담수화 장치.
The secondary battery of claim 1; And
A nano filter unit including a pressure pump used to remove divalent ions from the salt solution delivered from the secondary battery;
Including,
Power for driving the pressure pump is supplied from the secondary battery,
Desalination device.
 제5항에 있어서,
상기 나노 필터부는, 상기 염용액을 가압하여 상기 2가 이온을 필터링하기 위한 나노 여과막을 더 포함하고,
상기 이차 전지는, 상기 나노 필터부로부터 상기 나노 여과막을 통과한 염용액을 전달 받고, 충방전 과정을 통해 상기 염용액으로부터 1가 이온을 제거하는,
담수화 장치.
The method of claim 5,
The nano filter unit further includes a nano filtration membrane for filtering the divalent ions by pressurizing the salt solution,
The secondary battery receives the salt solution passing through the nano filtration membrane from the nano filter unit, and removes monovalent ions from the salt solution through a charging and discharging process,
Desalination device.
 제5항에 있어서,
상기 나노 필터부는, 상기 염용액을 가압하여 상기 2가 이온을 필터링하기 위한 나노 여과막을 더 포함하고,
상기 이차 전지는, 상기 나노 필터부로부터 상기 나노 여과막을 통과하지 못한 염용액을 전달 받고, 충방전 과정을 통해 상기 염용액으로부터 1가 이온을 제거하는,
담수화 장치.
The method of claim 5,
The nano filter unit further includes a nano filtration membrane for filtering the divalent ions by pressurizing the salt solution,
The secondary battery receives a salt solution that has not passed through the nano filtration membrane from the nano filter unit, and removes monovalent ions from the salt solution through a charging and discharging process,
Desalination device.
 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 2가 이온은, 칼슘 이온(Ca2+), 마그네슘 이온(Mg2+), 황산 이온(SO4 2-) 및 탄산 이온(CO3 2-) 중 적어도 하나를 포함하는,
담수화 장치.
The method according to claim 4 or 5,
The divalent ions include at least one of calcium ions (Ca 2+ ), magnesium ions (Mg 2+ ), sulfate ions (SO 4 2- ), and carbonate ions (CO 3 2-),
Desalination device.
 제1항에 있어서,
상기 이차 전지는,
충방전 반응을 통해 상기 염용액으로부터 1가 이온을 제거하는,
담수 생산을 위한 이차 전지.
The method of claim 1,
The secondary battery,
To remove monovalent ions from the salt solution through a charge/discharge reaction,
Secondary battery for fresh water production.
 제7항에 있어서,
상기 1가 이온은, 염소 이온(Cl-) 및 나트륨 이온(Na+) 중 적어도 하나를 포함하는,
담수화 장치.
The method of claim 7,
The monovalent ion is a chloride ion (Cl -) and including at least one of sodium ions (Na +),
Desalination device.
 제1항의 이차 전지; 및
상기 이차 전지로 전달될 염용액에서 이온성 물질을 제거하는 전기 흡착부;
를 포함하는,
담수화 장치.
The secondary battery of claim 1; And
An electric adsorption unit for removing ionic substances from the salt solution to be transferred to the secondary battery;
Containing,
Desalination device.
 제1항의 이차 전지; 및
상기 이차 전지로부터 전달된 염용액에서 이온성 물질을 제거하는 전기 흡착부;
를 포함하는,
담수화 장치.
The secondary battery of claim 1; And
An electric adsorption unit for removing ionic substances from the salt solution delivered from the secondary battery;
Containing,
Desalination device.
 제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 전기 흡착부로부터 상기 이온성 물질이 제거된 염용액을 전달 받는 제1 pH 중화부;
를 더 포함하고,
상기 제1 pH 중화부는, 상기 이차 전지로부터 방전반응에서 생성된 수산화나트륨을 전달 받고,
상기 수산화나트륨을 이용하여 상기 이온성 물질이 제거된 염용액을 중화하는,
담수화 장치.
The method of claim 11 or 12,
A first pH neutralization unit receiving the salt solution from which the ionic material has been removed from the electrosorption unit;
Including more,
The first pH neutralization unit receives sodium hydroxide generated in the discharge reaction from the secondary battery,
Neutralizing the salt solution from which the ionic substance has been removed using the sodium hydroxide,
Desalination device.
 제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 이온성 물질은, 1가 이온 및 2가 이온 중 적어도 하나를 포함하는,
담수화 장치.


The method of claim 11 or 12,
The ionic material includes at least one of a monovalent ion and a divalent ion,
Desalination device.


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