KR102634387B1 - 탈염 전극 제조 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고분자용액과 전극활물질을 혼합하여 슬러리를 제조하는 혼합 교반부(100); 상기 교반 혼합부(100)로부터 슬러리를 공급받아, 기재에 도포하는 도포 건조부(200); 상기 도포 건조부(200)의 후방부에 배치되어, 슬러리가 도포된 기재에 이온 교환막을 접합하는 이온 교환막 코팅부(300); 상기 이온 교환막 코팅부(300)의 후방부에 배치되어, 제조된 탈염 전극의 형상을 결정하는 전극 커팅부(400); 를 포함하는 탈염 전극 제조 시스템이다.
Description
본 발명은 하나의 라인(In-line) 내에서 탈염 전극을 제조하는 전 공정이 수행되는 시스템에 관한 것이다.
특허문헌 001은 고분자용액과 전극활물질을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계; 기재의 일면 또는 양면에 슬러리를 도포 또는 캘린더링하여 활성층을 형성하는 단계; 활성층 표면에 이온교환수지 분말과 선상저밀도폴리에틸렌, 저밀도폴리에틸렌, 폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스터 및 폴리우레탄에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 바인더를 포함하는 혼합용액을 코팅하여 이온선택층을 형성하는 단계; 이온선택층 표면에 유로용 패턴을 형성하는 단계; 를 포함하는 축전식 탈염전극 제조방법에 관한 기술을 제시하고 있다.
특허문헌 002는 전극물질층이 형성된 비도전성 다공성 지지체의 일면에 양이온선택성 코팅층이 형성되고 다른 면에는 음이온선택성 코팅층이 형성된 적어도 하나 이상의 축전식 탈염전극을 가지고, 양이온선택성 층과 음이온선택성 층을 서로 마주하는 구조를 최소한 2 이상 가지도록 제조되는 축전식탈염복합전극에 관한 기술을 제시하고 있다.
특허문헌 003은 중심부에 홀이 형성된 원통형의 하우징; 원통형의 하우징의 내부에 구비되고, 중심부에 홀이 형성된 한 쌍의 원형 전극; 한 쌍의 원형 전극 사이에 일정한 간격으로 이격되어 배치되고, 중심부에 홀이 형성된 복수의 원형 중간 전극들; 을 포함하는 축전식 탈염 전극 모듈에 관한 기술을 제시하고 있다.
특허문헌 004는 집전체에 비이온성 고분자 바인더, 유기용매 및 활성탄소계열의 전극활물질을 포함하는 전극슬러리를 코팅하여, 탄소전극을 제조하는 단계; 탄소전극에 난용성 이온선택성 수지 분말, 고분자 바인더 및 유기용매를 포함하는 슬러리로 코팅하여 표면 거칠기가 확보된 난용성 이온선택성 수지 분말층을 형성하여 특정 이온 선택성 복합탄소전극을 제조하는 단계; 제조된 특정 이온 선택성 복합탄소전극을 건조하는 단계; 를 포함하는 특정 이온 선택성 축전식 탈염 복합탄소전극의 제조방법에 관한 기술을 제시하고 있다.
본 발명은 하나의 라인(In-line) 내에서 탈염 전극을 제조하는 전 공정이 수행되는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 종래발명들의 문제점을 해결하기 위한 탈염 전극 제조 시스템에 관한 발명이며, 고분자용액과 전극활물질을 혼합하여 슬러리를 제조하는 혼합 교반부(100); 상기 교반 혼합부(100)로부터 슬러리를 공급받아, 기재에 도포하는 도포 건조부(200); 상기 도포 건조부(200)의 후방부에 배치되어, 슬러리가 도포된 기재에 이온 교환막을 접합하는 이온 교환막 코팅부(300); 상기 이온 교환막 코팅부(300)의 후방부에 배치되어, 제조된 탈염 전극의 형상을 결정하는 전극 커팅부(400); 를 포함한다.
본 발명의 상기 혼합 교반부(100)는 복수의 고분자물질과 전극활물질을 시스템 내로 공급하는 원료 공급부(110); 상기 원료 공급부(110)와 연통되어, 공급된 원료를 혼합하는 교반부(120); 를 포함한다.
본 발명의 상기 교반부(120)는 내부에 수용 공간이 형성된 하우징(121); 상기 수용 공간의 중앙부에 배치되어 회전하는 회전축(122); 상기 회전축(122)과 결합하는 블레이드(123); 를 포함한다.
본 발명의 상기 도포 건조부(200)는 상기 혼합 교반부(100)와 연결되어, 슬러리를 기재 표면에 도포하는 도포부(210); 상기 도포부(210) 후방에 배치되어, 슬러리층에 에너지를 공급하는 가공부(220); 를 포함한다.
본 발명의 상기 가공부(220)는 기재의 두께방향 양면과 대향 배치되는 복수의 가공 롤러(221); 를 포함한다.
본 발명의 상기 이온 교환막 코팅부(300)는 외주부에 이온 교환막이 권취되어, 선택적으로 이온 교환막을 권선하는 권선 롤러(310); 를 포함한다.
본 발명의 상기 전극 커팅부(400)는 기재의 하면과 대향 배치되는 다이(410); 기재의 상면과 대향 배치되는 절삭 수단(420); 을 포함한다.
본 발명은 상기 전극 커팅부(400)의 전방에 배치되어, 기재의 상태를 실시간으로 계측하는 검사부(500); 를 포함한다.
본 발명으로 인하여, 제조되는 전극 슬러리에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한 별도의 검사부에 의해 양품으로 판별된 기재에 한해서만 전극으로 절삭 공정이 이루어짐에 따라, 최종적으로 제조되는 탈염 전극에 대한 신뢰성 역시 향상될 수 있다.
더 나아가 각각의 고유한 공정을 수행하는 복수의 구성이 하나의 챔버 내에 수용됨에 따라, 전극 공정에 대한 전자동화를 용이하게 실시할 수 있으며, 종속적으로 관리자의 피로도를 경감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 탈염 전극 제조 시스템을 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명의 원료 공급부를 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명의 교반부를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 도포 건조부를 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 이온 교환막 코팅부를 나타낸 예시도.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 절삭 수단에 대한 복수의 실시예를 나타낸 예시도.
도 8은 본 발명의 검사부를 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 원료 공급부를 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명의 교반부를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 도포 건조부를 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 이온 교환막 코팅부를 나타낸 예시도.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 절삭 수단에 대한 복수의 실시예를 나타낸 예시도.
도 8은 본 발명의 검사부를 나타낸 개념도.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
아래의 실시예에서 인용하는 번호는 인용대상에만 한정되지 않으며, 모든 실시예에 적용될 수 있다. 실시예에서 제시한 구성과 동일한 목적 및 효과를 발휘하는 대상은 균등한 치환대상에 해당된다. 실시예에서 제시한 상위개념은 기재하지 않은 하위개념 대상을 포함한다.
(실시예 1-1) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 고분자용액과 전극활물질을 혼합하여 슬러리를 제조하는 혼합 교반부(100); 상기 교반 혼합부(100)로부터 슬러리를 공급받아, 기재에 도포하는 도포 건조부(200); 상기 도포 건조부(200)의 후방부에 배치되어, 슬러리가 도포된 기재에 이온 교환막을 접합하는 이온 교환막 코팅부(300); 상기 이온 교환막 코팅부(300)의 후방부에 배치되어, 제조된 탈염 전극의 형상을 결정하는 전극 커팅부(400); 를 포함한다.
(실시예 1-2) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 일단부에 투입구(11)가 형성되고, 타단부에 배출구(12)가 형성되어, 상기 투입구(11)에서 배출구(12)를 향하는 방향으로 기재가 연속적으로 투입되고, 내부에 상기 혼합 교반부(100), 도포 건조부(200), 이온 교환막 코팅부(300), 전극 커팅부(400)가 배치되는 하나 이상의 챔버(10); 를 포함한다.
본 발명은 유체 내에 존재하는 이온을 제거하는 CDI(Capacitive DeIonization) 전극을 제조하는 시스템에 대한 발명이다.
인구증가 및 소비량 증가에 따라 물 부족 현상이 심해지고 있는 가운데, 바닷물이나 염분이 많은 물을 담수로 전환하는 탈염 기술은 여러 산업 분야에서 각광받고 있다.
탈염 기술은 선택적으로 인가되는 전력에 의해 물 내에 존재하는 이온에 인력(引力)을 부여하는 CDI 전극에 의해 구현된다. CDI 전극은 그래파이트 기재에 전극활물질과 이온 교환막을 도포되어, 물에 존재하는 이온을 제거한다.
상기한 기술을 구현하기 위하여, 본 발명은 내부에 수용 공간이 형성된 챔버(10)내에 고분자물질과 전극활물질을 교반하는 혼합 교반부(100), 기재 표면에 슬러리를 도포하는 도포 건조부(200), 기재 표면에 이온 교환막을 접합하는 이온 교환막 코팅부(300), 기재를 절단하는 커팅부(400)를 포함할 수 있다.
(실시예 1-3) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 1-2에 있어서, 상기 챔버(10)는 상기 혼합 교반부(100) 및 도포 건조부(200)가 내부에 배치되는 제1 챔버(10-1); 를 포함한다.
(실시예 1-4) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 1-3에 있어서, 상기 챔버(10)는 상기 이온 교환막 코팅부(300) 및 전극 커팅부(400)가 내부에 배치되는 제2 챔버(10-2); 를 포함한다.
(실시예 1-5) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 1-2에 있어서, 상기 챔버(10)는 내부 수용 공간에 상기 혼합 교반부(100), 도포 건조부(200), 이온 교환막 코팅부(300), 전극 커팅부(400)가 순차적으로 배치되는 제3 챔버(10-3); 를 포함한다.
본 발명은 기재에 공정을 실시하는 복수의 구성을 내부에 수용하는 챔버(10)에 대한 발명이다. 챔버(10)에 의해 공정을 수행하는 구성이 외부로부터 차폐됨에 따라, 최종적으로 제조되는 전극의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이 때, 본 발명을 구성하는 챔버(10)는 하나 내지 복수로 형성되어, 내부에 전극을 제조하는 복수의 구성을 수용한다. 일실시예로, 챔버(10)는 혼합 교반부(100)와 도포 건조부(200)를 내부에 수용하는 제1 챔버(10-1)와 이온 교환막 코팅부(300) 및 전극 커팅부(400)를 내부에 수용하는 제2 챔버(10-2)로 이루어질 수 있다. 상기한 구조로 설계됨에 따라, 하나의 구성만을 챔버 내부에 수용하는 구조와 비교하였을 때에 관리 인력의 피로도를 경감시킬 수 있다.
또한 챔버(10)는 혼합 교반부(100), 도포 건조부(200), 이온 교환막 코팅부(300), 전극 커팅부(400)를 모두 내부에 수용하는 제3 챔버(10-3)로 이루어질 수 있다. 즉, 전극을 제조하는 모든 구성이 하나의 챔버(10-3) 내에 수용됨에 따라, 전극 제조 공정의 전자동화를 용이하게 구현할 수 있다.
(실시예 2-1) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 혼합 교반부(100)는 복수의 고분자물질과 전극활물질을 시스템 내로 공급하는 원료 공급부(110); 상기 원료 공급부(110)와 연통되어, 공급된 원료를 혼합하는 교반부(120); 를 포함한다.
(실시예 2-2) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 2-1에 있어서, 상기 원료 공급부(110)는 고분자물질 또는 전극활물질을 내부에 수용하는 호퍼(111); 상기 호퍼(111)의 개구부 내에 배치되는 댐퍼(112); 를 포함한다.
본 발명은 복수의 원료를 외부로부터 공급받아 그래파이트 기재 표면에 도포하는 슬러리를 생산하는 혼합 교반부(100)에 대한 발명이다.
그래파이트로 이루어진 기재 표면에 슬러리 형태의 활물질을 도포함에 따라, 추후에 코팅되는 이온 교환막이 선택적으로 활성화되어 통과하는 유체 내의 이온을 포집한다. 혼합 교반부(100)는 활물질 슬러리를 생산하는 구성으로, 복수의 원료를 공급하는 원료 공급부(110), 원료 공급부(110)로부터 공급받은 원료를 혼합하는 교반부(120)를 포함한다.
이 때, 원료 공급부(110)는 관리자가 설정한 정량의 원료를 교반부(120)로 이송시켜, 제조되는 슬러리의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 상기한 기술을 구현하기 위하여, 원료 공급부(110)는 외부로부터 원료를 공급받아 하측 개구부로 원료를 투하하는 호퍼(111)와 호퍼(111)의 개구부 유로 내에 배치되어 선택적으로 개구부를 개폐시키는 댐퍼(112)를 포함할 수 있다.
(실시예 2-3) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 2-2에 있어서, 상기 댐퍼(112)는 상기 호퍼(111)의 개구부 상단부에 배치되는 제1 댐퍼(112-1); 상기 호퍼(111)의 개구부 하단부에 배치되어, 상기 제1 댐퍼(112-1)와 대향되는 제2 댐퍼(112-2); 를 포함한다.
(실시예 2-4) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 2-3에 있어서, 상기 제2 댐퍼(112-2)는 외부로부터 인가되는 압력을 실시간으로 계측하는 로드셀; 을 포함한다.
(실시예 2-5) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 2-1에 있어서, 복수의 상기 호퍼(111)에서 배출된 원료는 활성탄 85 내지 91 중량%, SBR 3 내지 8 중량%, CMC 3 내지 8 중량%를 포함한다.
본 발명은 교반부(120)로 복수의 원료를 투하하는 원료 공급부(110)에 대한 발명이다. 원료 공급부(110)는 외부로부터 원료를 공급받는 복수의 호퍼(111)와 각각의 호퍼(111) 하측 개구부 유로에 대한 개폐 여부를 결정하는 댐퍼(112)를 포함하는 구조로 형성됨에 따라, 교반부(120)로의 원료 투하를 선택적으로 수행할 수 있다.
이 때, 호퍼(111) 개구부 내에 배치되는 댐퍼(112)는 개구부의 상단에 배치되는 제1 댐퍼(112-1)와 제1 댐퍼(112-1)보다 하단부에 배치되는 제2 댐퍼(112-2)를 포함할 수 있다. 즉, 호퍼(111) 개구부 내에 복수의 댐퍼(112-1,112-2)가 배치됨에 따라, 별도의 격실이 선택적으로 형성될 수 있다.
최종적으로 교반부(120)로 원료를 투하하는 제2 댐퍼(112-2) 내부에는 로드셀이 배치되는 구조로 설계됨에 따라, 관리자가 설정한 중량 값을 충족한 원료만이 선택적으로 교반부(120)로 투하될 수 있다.
교반부(120)로 투하된 원료는 활성탄 85 내지 91 중량%, SBR 3 내지 8 중량%, CMC 3 내지 8 중량%를 혼합한다. 바람직하게는 활성탄 90 중량%, SBR 5 중량%, CMC 5 중량%를 혼합한다. 또한 교반부(120) 내로 물이 투입되어, 원료 고반부(110)로부터 공급받은 복수의 원료를 슬러리 형태로 제조한다. 이 때, 교반부(120) 내로 투입되는 물의 양은 원료 공급부(110)로부터 공급받은 원료와 5:1의 배합비로 형성될 수 있다.
(실시예 3-1) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 2-1에 있어서, 상기 교반부(120)는 내부에 수용 공간이 형성된 하우징(121); 상기 수용 공간의 중앙부에 배치되어 회전하는 회전축(122); 상기 회전축(122)과 결합하는 블레이드(123); 를 포함한다.
본 발명은 원료 공급부(110)로부터 공급받은 원료를 혼합하는 교반부(120)에 대한 발명이다. 원료 공급부(110)로부터 투하되는 원료는 하우징(121) 내에 수용된다. 이 때, 원료를 혼합하기 위한 회전축(122)과 블레이드(123)가 하우징(121) 내에 배치될 수 있다. 즉, 블레이드(123)가 외주부로부터 연장되는 회전축(122)이 하우징(121)의 길이방향 양단부를 관통하는 구조로 설계됨에 따라, 회전축(122)의 회전에 의해 하우징(121) 내의 원료가 상호 혼합될 수 있다.
(실시예 3-2) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 3-1에 있어서, 상기 블레이드(123)는 상기 회전축(122)의 외주부로부터 연장되는 교반 블레이드(123-1); 를 포함한다.
(실시예 3-3) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 3-2에 있어서, 상기 교반 블레이드(123-1)는 상기 하우징(121)의 내주면으로부터 소정 간격 배치되는 구조로 형성된다.
본 발명은 하우징(121) 내에 배치되어, 복수의 원료를 혼합하는 블레이드(123)에 대한 발명이다. 블레이드(123)는 회전축(122)에 의해 하우징(121)의 내주부와 대향되어 회전하는 구조로 설계되어 복수의 원료를 혼합시킬 수 있다.
이 때, 블레이드(123)는 회전축(122)의 외주부로부터 연장되는 나선 형상의 교반 블레이드(123-1)를 포함할 수 있다. 상기한 구조로 설계됨에 따라, 교반 블레이드(123-1)의 회전에 의해 원료 공급부(110)에서 각각 투하되었던 복수의 원료가 하우징(121) 내에서 용이하게 혼합될 수 있다.
(실시예 3-4) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 3-2에 있어서, 상기 블레이드(123)는 상기 교반 블레이드(123-1)의 상단 외주부로부터 연장되는 커터 블레이드(123-2); 를 포함한다.
(실시예 3-5) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 3-4에 있어서, 상기 커터 블레이드(123-2)는 외주부에 형성되는 날부; 를 포함한다.
본 발명은 하우징(121) 내에 배치되어, 복수의 원료를 혼합하는 블레이드(123)에 대한 발명이다. 회전축(122) 외주부에 형성되는 블레이드(123)가 회전함에 따라, 하우징(121) 내에 투하된 복수의 원료가 용이하게 혼합될 수 있다. 원료 공급부(110)에서 투하하는 복수의 원료 외에도 물과 같은 용매가 하우징(121) 내로 투입됨에 따라, 혼합된 물질은 일정 점도 값을 갖는 슬러리 형태로 이루어진다.
이 때, 하우징(121) 내에서 원료가 용매에 용해되지 않고 뭉치는 현상이 발생할 수 있다. 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 블레이드(123)는 교반 블레이드(123-1)의 외주부로부터 연장되는 날부를 갖는 복수의 커터 블레이드(123-2)를 포함할 수 있다. 즉, 회전축(122)이 회전함에 따라 교반 블레이드(123-1)가 회전축(122)를 중심으로 회전함과 동시에 종속적으로 회전 운동을 수행하는 복수의 커터 블레이드(123-2)가 뭉쳐진 입자와 충돌하여 용해시킨다.
(실시예 4-1) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 도포 건조부(200)는 상기 혼합 교반부(100)와 연결되어, 슬러리를 기재 표면에 도포하는 도포부(210); 상기 도포부(210) 후방에 배치되어, 슬러리층에 에너지를 공급하는 가공부(220); 를 포함한다.
(실시예 4-2) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 4-1에 있어서, 상기 도포부(210)는 기재의 높이방향 상면과 대향 배치되는 상면 도포부(211); 기재의 높이방향 하면과 대향 배치되는 하면 도포부(212); 를 포함한다.
본 발명은 그래파이트 기재 표면에 활물질 슬러리를 도포하는 도포 건조부(200)에 대한 발명이다. 도포 건조부(200)에서 수행하는 가공 공정에 의해, 이온 교환막 코팅 공정에 대한 준비가 완료된다.
도포 건조부(200)는 그래파이트 기재 표면에 슬러리를 공급하는 도포부(210)와 도포된 슬러리를 기재 표면에 코팅하는 가공부(220)를 포함할 수 있다.
이 때, 도포부(210)는 연속적으로 공급되는 기재의 두께방향 양면에 도포되는 구조로 형성될 수 있다. 따라서, 도포부(210)는 기재의 상면에 슬러리를 도포하는 상면 도포부(211)와 하면에 슬러리를 도포하는 하면 도포부(212)를 포함할 수 있다.
(실시예 4-3) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 4-2에 있어서, 상기 상면 도포부(211)는 기재 상면에 슬러리를 분사하는 슬러리 분사부(211-1); 상기 슬러리 분사부(211-1)의 후방에 배치되어, 슬러리를 고르게 펴는 제1 도포 롤러(211-2); 를 포함한다.
(실시예 4-4) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 4-4에 있어서, 상기 도포 롤러(211-2)는 콤마 롤러를 포함하는 구조로 형성된다.
본 발명은 기재 상면에 활물질 슬러리를 도포하는 상면 도포부(211)에 대한 발명이다.
상면 도포부(211)는 기재의 상면과 대향되는 위치에 배치되어, 활물질 슬러리를 도포하는 구성으로, 교반부(120)와 연결되어 활물질 슬러리를 기재 상면으로 분사하는 슬러리 분사부(211-1)를 포함할 수 있다.
슬러리 분사부(211-1)에서 분사하는 활물질 슬러리는 기재의 국소 부위에 도포된다. 따라서, 상면 도포부(211)는 기재 상면에 활물질 슬러리를 고르게 펴는 제1 도포 롤러(211-2)를 포함할 수 있다. 이 때, 기재 상면에 도포되는 활물질 슬러리를 일정한 두께 값으로 도포되는 것이 바람직하다. 따라서, 제1 도포 롤러(211-2)는 외주부로부터 소정 높이 돌출되는 돌기가 형성된 콤마 롤러로 형성될 수 있다.
(실시예 4-5) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 4-2에 있어서, 상기 하면 도포부(212)는 슬러리를 내부에 수용하는 슬러리조(212-1); 상기 슬러리조(212-1) 내부의 슬러리에 침지되어, 슬러리를 기재 하면에 도포하는 제2 도포 롤러(212-2); 를 포함한다.
본 발명은 기재 하면에 활물질 슬러리를 도포하는 하면 도포부(212)에 대한 발명이다.
하면 도포부(212)는 기재의 하면과 대향되는 위치에 배치되어, 활물질 슬러리를 도포한다. 이 때, 하측에서 상측을 향하여 활물질 슬러리를 도포하는 구조적인 특성상, 단순히 기재를 향하여 활물질 슬러리를 분사한다면 중력에 의해 도포가 용이하게 이루어지지 않는다는 문제가 발생할 수 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여, 하면 도포부(212)는 활물질 슬러리가 내부에 수용된 슬러리조(212-1)와 슬러리조(212-1) 내부에 설치되어, 하단부가 슬러리조(212-1)의 슬러리에 침지되고 상단부가 기재의 상면과 밀착하는 제2 도포 롤러(212-2)를 포함하는 구조로 형성될 수 있다.
(실시예 5-1) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 4-1에 있어서, 상기 가공부(220)는 기재의 두께방향 양면과 대향 배치되는 복수의 가공 롤러(221); 를 포함한다.
(실시예 5-2) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 5-1에 있어서, 복수의 상기 가공 롤러(221) 사이 간격은 슬러리가 도포된 기재의 두께보다 작은 값으로 형성된다.
(실시예 5-3) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 5-1에 있어서, 각각의 상기 가공 롤러(221)는 내주부에 배치되어, 외주부로 열에너지를 출력하는 열 공급부; 를 포함한다.
본 발명은 도포부(210)에서 활물질 슬러리가 표면에 도포된 기재를 가공하는 가공부(220)에 대한 발명이다.
도포부(210) 후방부에 배치되는 가공부(220)가 기재 표면을 가압함에 따라, 표면에 도포된 활물질 슬러리가 기재 표면에 코팅된다. 상기한 기술을 구현하기 위하여, 가공부(220)는 기재의 상면 및 하면과 대향 배치되는 복수의 가공 롤러(221)를 포함하는 구조로 형성될 수 있다. 즉, 회전하는 복수의 가공 롤러(221) 사이로 활물질 슬러리가 도포된 기재가 투입됨에 따라, 슬러리층이 기재 측을 향한 외력을 수신하여 기재 표면에 코팅된다.
상기한 기술을 구현하기 위하여, 기재의 상면 및 하면과 대향 배치되는 복수의 가공 롤러(221) 사이의 이격 거리 은 연속적으로 공급되는 그래파이트 기재의 두께보다 작은 값으로 형성되는 것이 바람직하다.
이 때, 가공 롤러(221)는 활물질 슬러리층과 접하는 외주부에 열에너지를 공급하는 별도의 열 공급부를 포함하는 구조로 설계되어, 가공 롤러(221)에서 수행하는 코팅 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
(실시예 5-4) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 5-3에 있어서, 상기 열 공급부는 상기 가공 롤러(221)의 내주면에 밀착되어, 외주면으로 열에너지를 전도시키는 복수의 열선; 을 포함한다.
(실시예 5-5) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 5-3에 있어서, 상기 가공 롤러(221)의 외주면은 섭씨 50 내지 150도로 형성된다.
본 발명은 가공 롤러(221) 외주부에 열에너지를 공급하는 열 공급부에 대한 발명이다. 활물질 슬러리층과 접하는 가공 롤러(221) 외주부에 열에너지를 부여함에 따라, 가공부(220)에서 수행되는 슬러리 코팅 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
이 때, 열 공급부는 가공 롤러(221)의 내주면에 밀착되는 복수의 열선을 포함하는 구조로 형성될 수 있다. 즉, 열선이 가공 롤러(221)의 내주면에 밀착됨에 따라, 가공 롤러(221)를 구성하는 금속 재질의 전도에 의해 외주부로 열에너지가 전달되어 슬러리 코팅 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
열선에 의해 형성되는 가공 롤러(221) 외주면의 온도는 섭씨 50도 내지 150도로 형성될 수 있으며, 섭씨 80도 내외로 형성되어 공정의 효율을 최대로 향상시킬 수 있다.
(실시예 6-1) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 이온 교환막 코팅부(300)는 외주부에 이온 교환막이 권취되어, 선택적으로 이온 교환막을 권선하는 권선 롤러(310); 를 포함한다.
(실시예 6-2) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 6-1에 있어서, 상기 권선 롤러(310)는 기재의 두께방향 양면에 복수로 배치되는 구조로 형성된다.
본 발명은 표면에 활물질 슬러리가 도포된 기재에 이온 교환막을 코팅하는 이온 교환막 코팅부(300)에 대한 발명이다. 활물질 슬러리가 표면에 도포된 기재에 추가적으로 이온 교환막이 코팅됨에 따라, 전극을 통과하는 유체 내의 이온에 선택적으로 인력을 부여할 수 있다.
따라서, 이온 교환막 코팅부(300)는 연속적으로 진행되는 기재 측으로 이온 교환막을 투입시키는 권선 롤러(310)를 포함할 수 있다. 즉, 외주부에 이온 교환막이 권취된 권선 롤러(310)가 회전함에 따라, 이온 교환막이 기재를 향하여 연속적으로 투입될 수 있다. 이 때, 권선 롤러(310)는 기재의 상면 및 하면과 대향되는 위치에 배치됨에 따라, 기재의 두께방향 양표면에 이온 교환막이 코팅될 수 있다.
(실시예 6-3) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 6-1에 있어서, 상기 이온 교환막 코팅부(300)는 권선되는 이온 교환막 일면에 점착제를 도포하는 점착제 도포부(320); 를 포함한다.
본 발명은 활물질 슬러리가 도포된 기재 표면에 이온 교환막을 코팅하는 이온 교환막 코팅부(300)에 대한 발명이다. 이온 교환막은 그래파이트와 활물질 슬러리로 전달되는 전력에 의해 유체 내의 이온에 인력을 부여한다. 따라서, 이온 교환막은 기재의 최외곽 표면층에 코팅되는 구조로 형성된다.
이 때, 이온 교환막 코팅부(300)는 권선 롤러(310)로부터 권선되는 이온 교환막과 연속적으로 투입되는 기재와의 상호 접착력을 부여하는 점착제가 점착제 도포부(320)에서 공급하는 구조로 형성될 수 있다.
(실시예 6-4) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 6-3에 있어서, 상기 점착제 도포부(320)는 점착제를 내부에 수용하는 점착조; 상기 점착조 내부의 점착제에 침지되어, 점착제를 이온 교환막 일면에 도포하는 점착제 도포 롤러; 를 포함한다.
(실시예 6-5) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 6-3에 있어서, 상기 점착제 도포부(320)는 이온 교환막 일면에 점착제를 분사하는 점착제 분사부(321); 를 포함한다.
본 발명은 기재의 표면과 이온 교환막 사이에 점착제를 분사하는 점착제 도포부(320)에 대한 발명이다. 활물질 슬러리가 도포된 기재의 표면과 이온 교환막 사이에 점착제가 추가적으로 분사 또는 도포됨에 따라, 이온 교환막 코팅층에 대한 향상된 내구성을 확보할 수 있다.
이 때, 점착제 도포부(320)는 점착제를 기재의 표면으로 분사하는 점착제 분사부(321)를 포함할 수 있다. 즉, 점착제가 점착제 분사부(321)로부터 입자상으로 분사됨에 따라, 이온 교환막 표면에 도포될 수 있다.
또한 점착제 도포부(320)는 점착제가 내부에 수용된 점착조와 점착조 내부에 설치되어, 하단부가 점착조의 점착제에 침지되고 상단부가 이온 교환막의 하면과 밀착하는 점착제 도포 롤러를 포함하는 구조로 형성될 수 있다.
(실시예 6-6) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 6-3에 있어서, 상기 점착제는 수계 바인더를 포함한다.
(실시예 6-7) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 6-3에 있어서, 상기 점착제는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 포함한다.
본 발명은 점착제 도포부(320)에서 공급되는 점착제에 대한 발명이다. 점착제는 활물질 슬러리가 도포된 기재의 표면과 이온 교환막 사이의 상호 접착력을 부여하는 구성이다. 점착제가 기재와 이온 교환막 사이에 도포됨에 따라, 최종적으로 제조되는 전극의 향상된 내구성을 확보할 수 있다.
이 때, 점착제는 기제조된 이온 교환막을 일부 용해시키는 물질로 형성될 수 있다. 즉, 이온 교환막의 일부가 용해되어, 기재 표면에 코팅된 활물질 슬러리층 내부로 침투됨에 따라, 기재와 이온 교환막의 상호 결합력이 향상될 수 있다.
상기한 기술을 구현하기 위하여, 점착제 도포부(320)에서 도포되는 점착제는 수계 바인더와 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)를 포함할 수 있다. 이 때, 수계 바인더는 Styrene-butadiene-rubber(SBR) 바인더로 형성되는 것이 바람직하다.
(실시예 7-1) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 전극 커팅부(400)는 기재의 하면과 대향 배치되는 다이(410); 기재의 상면과 대향 배치되는 절삭 수단(420); 을 포함한다.
본 발명은 이온 교환막이 코팅된 제품에 절삭 공정을 수행하는 전극 커팅부(400)에 대한 발명이다. 최종적으로 제조되는 전극은 통상적으로 원통 형상의 하우징 내에 복수로 배치되어, 통과하는 유체 내의 이온을 제거한다.
따라서, 이온 교환막 코팅이 완료된 기재는 전극 커팅부(400)에서 적합한 형상으로 절삭되어 유통될 수 있다. 상기한 기술을 구현하기 위하여, 전극 커팅부(400)는 기재의 하면을 받쳐주는 다이(410)와 기재의 상면과 대향 배치되어 기재에 절삭력을 부여하는 절삭 수단(420)을 포함하는 구조로 형성될 수 있다.
(실시예 7-2) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 7-1에 있어서, 상기 절삭 수단(420)은 외주면으로부터 소정 높이 돌출되는 날부가 형성되어 선택적으로 회전하는 절삭 롤러(421); 를 포함한다.
본 발명은 이온 교환막 코팅이 완료된 기재에 절삭력을 부여하는 절삭 수단(420)에 대한 발명이다. 절삭 수단(420)은 기재의 상면과 대향 배치되어, 다이(410)가 하측에서 받쳐주는 기재에 절삭력을 용이하게 부여할 수 있다.
이 때, 절삭 수단(420)은 외주면에 특정 형상의 날부가 형성된 절삭 롤러(421)를 포함하는 구조로 형성될 수 있다. 즉, 날부가 기재의 상면과 접한 상태에서 절삭 롤러(421)가 회전함에 따라, 기재의 두께 방향을 따라 연통하는 절취선을 확보할 수 있다.
(실시예 7-3) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 7-1에 있어서, 상기 절삭 수단(420)은 기재의 상면과 대향 배치되는 하단부에 날부가 형성되어, 선택적으로 승강하는 절삭 펀치(422); 를 포함한다.
(실시예 7-4) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 7-3에 있어서, 상기 절삭 펀치(422)의 중앙부는 기재의 폭방향 중앙부와 일치하지 않는 위치에 배치되는 구조로 형성된다.
본 발명은 이온 교환막 코팅이 완료된 기재에 절삭력을 부여하는 절삭 수단(420)에 대한 발명이다. 절삭 수단(420)은 기재의 상면과 대향 배치되어, 다이(410)가 하측에서 받쳐주는 기재에 절삭력을 용이하게 부여할 수 있다.
이 때, 절삭 수단(420)은 기재 상면과 대향되는 하단부에 특정 형상의 날부가 형성된 절삭 펀치(422)가 복수로 배치되는 구조로 형성될 수 있다. 선택적으로 승강하는 각각의 절삭 펀치(422)가 기재의 상면과 접함에 따라, 기재의 두께 방향을 따라 연통하는 절취선을 확보할 수 있다.
이 때, 복수로 배치되는 절삭 펀치(422)는 기재의 폭방향 중앙부를 기준으로 편향되는 위치에 배치될 수 있다. 상기와 같은 구조로 설계됨에 따라, 연속적으로 이송되는 기재의 신뢰도에 따라 선택적으로 절삭 펀치(422)가 하강하여 절삭 공정을 수행할 수 있다.
(실시예 8-1) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 전극 커팅부(400)의 전방에 배치되어, 기재의 상태를 실시간으로 계측하는 검사부(500); 를 포함한다.
본 발명은 이온 교환막이 코팅된 기재에 대한 신뢰도를 측정하는 검사부(500)에 대한 발명이다. 활물질 슬러리 코팅 공정과 이온 교환막 코팅 공정이 기재 표면에서 이루어짐에 따라, 제조되는 전극 표면에 대한 신뢰성이 일부 하락할 수 있다. 예를 들어, 코팅된 슬러리층에 대한 두께 값이 일정하지 않거나, 코팅 공정 도중에 이물질이 투입되어 기대치를 충족하지 못하는 현상이 발생할 수 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여, 절삭 공정을 수행하는 전극 커팅부(400)의 전방에 배치되는 검사부(500)를 포함할 수 있다. 즉, 절삭 공정 이전에 기재에 대한 복수의 검사가 수행됨에 따라, 절삭된 전극에 대한 향상된 신뢰도를 확보할 수 있다.
(실시예 8-2) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 8-1에 있어서, 상기 검사부(500)는 기재의 두께 값을 계측하는 두께 측정부; 기재 표면의 경도 값을 계측하는 경도 측정부(510); 기재의 인장 강도 값을 계측하는 인장 강도 측정부(520); 를 포함한다.
(실시예 8-3) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 8-2에 있어서, 상기 경도 측정부(510)는 기재의 일면과 대향 배치되어 선택적으로 승강하는 선단부(511); 를 포함한다.
(실시예 8-4) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 8-2에 있어서, 상기 인장 강도 측정부(520)는 기재의 일면과 대향 배치되어 선택적으로 승강하는 탐촉부(521); 를 포함한다.
본 발명은 복수의 코팅 공정이 완료된 기재에 대한 신뢰도를 측정하는 검사부(500)에 대한 발명이다. 검사부(500)는 기재 표면의 경도를 계측하는 경도 측정부(510)와 인장 강도를 계측하는 인장 강도 측정부(520)를 포함할 수 있다.
이 때, 경도 측정부(510)는 기재의 상면과 대향 배치되는 선단부(511)가 승강하는 구조로 형성될 수 있다. 선단부(511)가 기재의 상면과 접한 후, 기재의 상면에 대한 이미지를 기반으로 신뢰도를 가늠할 수 있다.
인장 강도 측정부(520)는 기재의 상면과 대향 배치되는 탄성 재질의 탐촉부(521)가 승강하는 구조로 형성될 수 있다. 탐촉부(521)가 기재의 상면에서 하측으로 가압할 시, 기재의 측면에 대한 이미지를 기반으로 신뢰도를 가늠할 수 있다.
(실시예 8-5) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 8-2에 있어서, 상기 검사부(500)는 내주부에 배치되어, 기재의 시각적인 이미지를 획득하는 복수의 비전 센서(501); 를 포함한다.
본 발명은 복수의 코팅 공정이 완료된 기재에 대한 신뢰도를 측정하는 검사부(500)에 대한 발명이다. 검사부(500)는 경도 측정부(510)와 인장 강도 측정부(520)를 포함하는 구조로 형성되어, 복수의 코팅 공정이 완료된 기재의 신뢰도를 가늠할 수 있다.
이 때, 경도 측정부(510)는 선단부(511)가 접한 구간에 대한 기재의 이미지를 확보하고, 인장 강도 측정부(520)는 탐촉부(521)가 접한 구간에 대한 기재의 이미지를 확보해야 한다. 따라서, 검사부(500)는 챔버(10) 내주부에 배치되어, 선단부(511)와 탐촉부(521)에 의해 변형된 기재의 이미지를 확보하는 비전 센서(501)가 복수로 배치될 수 있다.
(실시예 8-6) 본 발명은 탈염 전극을 제조하는 시스템에 관한 것이며, 실시예 8-1에 있어서, 상기 검사부(500)는 상기 전극 커팅부(400)와 연동되는 구조로 형성된다.
본 발명은 복수의 코팅 공정이 완료된 기재에 대한 신뢰도를 측정하는 검사부(500)에 대한 발명이다. 검사부(500)는 기재에 대한 신뢰도를 평가하는 복수의 검사를 통하여, 기준 신뢰도 값을 충족하는 기재에 대해서만 선택적으로 절삭 공정을 수행할 수 있다.
상기한 기술을 구현하기 위하여, 검사부(500)는 후방부에 배치되는 전극 커팅부(400)와 연동되는 구조로 형성될 수 있다. 기준 신뢰도 값을 충족하지 못한 기재가 투입된다면, 전극 커팅부(400)에 포함되는 절삭 수단(420)이 기재의 상면 측으로 하강하지 않는다.
10 : 챔버 10-1 : 제1 챔버
10-2 : 제2 챔버
100 : 혼합 교반부 110 : 원료 공급부
111 : 호퍼 112 : 댐퍼
112-1 : 제1 댐퍼 112-2 : 제2 댐퍼
120 : 교반부 121 : 하우징
122 : 회전축 123 : 블레이드
123-1 : 교반 블레이드 123-2 : 커터 블레이드
200 : 도포 건조부 210 : 도포부
211 : 상면 도포부 211-1 : 슬러리 분사부
211-2 : 제1 도포 롤러 212 : 하면 도포부
212-1 : 슬러리조 212-2 : 제2 도포 롤러
220 : 가공부 221 : 가공 롤러
300 : 이온 교환막 코팅부 310 : 권선 롤러
320 : 점착제 도포부 323 : 점착제 분사부
400 : 전극 커팅부 410 : 다이
420 : 절삭 수단 421 : 절삭 롤러
422 : 절삭 펀치
500 : 검사부 501 : 비전 센서
510 : 경도 측정부 511 : 선단부
520 : 인장 강도 측정부 521 : 탐촉부
10-2 : 제2 챔버
100 : 혼합 교반부 110 : 원료 공급부
111 : 호퍼 112 : 댐퍼
112-1 : 제1 댐퍼 112-2 : 제2 댐퍼
120 : 교반부 121 : 하우징
122 : 회전축 123 : 블레이드
123-1 : 교반 블레이드 123-2 : 커터 블레이드
200 : 도포 건조부 210 : 도포부
211 : 상면 도포부 211-1 : 슬러리 분사부
211-2 : 제1 도포 롤러 212 : 하면 도포부
212-1 : 슬러리조 212-2 : 제2 도포 롤러
220 : 가공부 221 : 가공 롤러
300 : 이온 교환막 코팅부 310 : 권선 롤러
320 : 점착제 도포부 323 : 점착제 분사부
400 : 전극 커팅부 410 : 다이
420 : 절삭 수단 421 : 절삭 롤러
422 : 절삭 펀치
500 : 검사부 501 : 비전 센서
510 : 경도 측정부 511 : 선단부
520 : 인장 강도 측정부 521 : 탐촉부
Claims (8)
- 연속적으로 기재를 이송시켜 탈염 전극을 제조하는 시스템에 있어서,
고분자용액과 전극활물질을 혼합하여 슬러리를 제조하는 혼합 교반부(100);
상기 혼합 교반부(100)로부터 슬러리를 공급받아, 기재에 도포하는 도포 건조부(200);
상기 도포 건조부(200)의 후방부에 배치되어, 슬러리가 도포된 기재에 이온 교환막을 접합하는 이온 교환막 코팅부(300);
상기 이온 교환막 코팅부(300)의 후방부에 배치되어, 제조된 탈염 전극의 형상을 결정하는 전극 커팅부(400); 를 포함하고,
상기 혼합 교반부(100)는,
복수의 고분자물질과 전극활물질을 시스템 내로 공급하는 원료 공급부(110);
상기 원료 공급부(110)와 연통되어, 공급된 원료를 혼합하는 교반부(120); 를 포함하며,
상기 원료 공급부(110)는,
고분자물질 또는 전극활물질을 내부에 수용하는 호퍼(111);
상기 호퍼(111)의 개구부 내에 배치되는 댐퍼(112); 를 포함하고,
상기 댐퍼(112)는,
상기 호퍼(111)의 개구부 상단부에 배치되는 제1 댐퍼(112-1);
상기 호퍼(111)의 개구부 하단부에 배치되어, 상기 제1 댐퍼(112-1)와 대향되는 제2 댐퍼(112-2); 를 포함하며,
상기 제2 댐퍼(112-2)는 외부로부터 인가되는 압력을 실시간으로 계측하는 로드셀; 을 포함하고,
상기 교반부(120)는,
내부에 수용 공간이 형성된 하우징(121);
상기 수용 공간의 중앙부에 배치되어 회전하는 회전축(122);
상기 회전축(122)과 결합하는 블레이드(123); 를 포함하며,
상기 블레이드(123)는,
상기 회전축(122)의 외주부로부터 연장되는 교반 블레이드(123-1);
상기 교반 블레이드(123-1)의 상단 외주부로부터 연장되는 커터 블레이드(123-2); 를 포함하고,
상기 도포 건조부(200)는,
상기 혼합 교반부(100)와 연결되어, 슬러리를 기재 표면에 도포하는 도포부(210);
상기 도포부(210) 후방에 배치되어, 슬러리층에 에너지를 공급하는 가공부(220); 를 포함하며,
상기 가공부(220)는,
기재의 두께방향 양면과 대향 배치되는 복수의 가공 롤러(221);
각각의 상기 가공 롤러(221)는 내주부에 배치되어, 외주부로 열에너지를 출력하는 열 공급부; 를 포함하고,
상기 열 공급부는 상기 가공 롤러(221)의 내주면에 밀착되어, 외주면으로 열에너지를 전도시키는 복수의 열선; 을 포함하는 탈염 전극 제조 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 이온 교환막 코팅부(300)는,
외주부에 이온 교환막이 권취되어, 선택적으로 이온 교환막을 권선하는 권선 롤러(310); 를 포함하는 탈염 전극 제조 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전극 커팅부(400)는,
기재의 하면과 대향 배치되는 다이(410);
기재의 상면과 대향 배치되는 절삭 수단(420); 을 포함하는 탈염 전극 제조 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전극 커팅부(400)의 전방에 배치되어, 기재의 상태를 실시간으로 계측하는 검사부(500); 를 포함하는 탈염 전극 제조 시스템.
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