KR20120133303A

KR20120133303A - 활성탄에 금속산화물을 복합화한 전극 제조방법과 이를 이용한 비대칭 전극 구조를 갖는 ｃｄｉ 셀

Info

Publication number: KR20120133303A
Application number: KR1020110051916A
Authority: KR
Inventors: 김한주; 육영재; 유선경; 이보람
Original assignee: (주) 퓨리켐
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2012-12-10
Also published as: KR101258964B1

Abstract

본 발명은 활성탄에 금속산화물을 복합화한 전극 제조방법과 이를 이용한 비대칭 전극 구조를 갖는 CDI 셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 성탄에 상기 TTIP를 균일하게 분산, 코팅하는 단계와, TTIP가 균일하게 분산, 코팅된 활성탄을 고온에서 소성하여 금속산화물을 생성시킨 PTAC(TiO₂/AC) 활물질을 제조하는 단계와,
상기 PTAC 활물질과, 바인더인 PTFE solution을 페이스트 믹서로 교반한 것에 용매를 첨가하여 얻은 전극반죽을 일정 두께가 될 때까지 롤프레스로 성형하여 시트(sheet)로 제조하는 시트 전극재 제조단계와, 상기 시트(sheet)를 건조하여 용매를 휘발시키는 건조단계를 거쳐 이루어지는 활성탄에 금속산화물을 복합화한 전극재 제조방법과,
활성탄에 금속산화물-Electron을 저장하는 TiO₂를 복합화한 양극재와, 활성탄을 이용한 음극재가 시트(Sheet)로 제조된 후 집전체인 카본 시트(Sheet)에 프레스를 이용하여 압착되어 비대칭 구조의 셀을 구성하고, 단셀 또는 스택을 구성하여 조립되는 셀을 이용함으로써 고도의 정수가 가능한 CDI 셀에 관한 것이다.

Description

활성탄에 금속산화물을 복합화한 전극 제조방법과 이를 이용한 비대칭 전극 구조를 갖는 ＣＤＩ 셀{PREPARATION METHOD BY COMPLEXATION OF METAL OXIDE ON ACTIVATED CARBON AND USING CDI CELL OF ASYMMETRY ELECTRODE STRUCTURE}

본 발명은 수처리 또는 수중 이온 제거 기술에 적용되는 CDI(Capacitive Deionization) 공정 장치에 사용되는, 비대칭 구조의 전극을 이용한 CDI 셀에 관한 것으로, 보다 상세하게는 활성탄에 금속산화물-Electron을 저장하는 TiO₂를 복합화한 양극재와, 활성탄을 이용한 음극재를 시트(Sheet)로 제조된 후 집전체인 카본 시트(Sheet)에 프레스를 이용하여 압착함으로써, 상기 양극재와 음극재에 따른 비대칭 구조의 셀을 구성하고, 단셀 또는 스택을 구성하여 조립되는 셀을 이용함으로써 고도의 정수가 가능한 CDI 셀에 관한 것이다.

전기용량적 탈이온(capacitive deionization, 이하 CDI라 칭한다) 공정은 두 개의 다공성 탄소전극에 적절한 전합을 인가하고 그 사이로 이온들이 함유된 물을 흘려주어 양이온은 음극에, 음이온은 양극에 흡착되어 이온들이 서로 분리되고, 양이온과 음이온으로 포화된 탄소전극은 반대 전압을 인가하거나 탄소 전극을 서로 연결(short circuit) 해주면 흡착된 이온들의 탈리되는 원리를 이용한 것으로 용존하는 이온을 제거하는 장치를 말한다.

CDI 전극의 통상적으로 활성탄(Activated Carbon, 이하 AC라 칭함.)을 이용한 대칭구조로 셀이 조립되어 사용되고 있으나, 대칭구조의 셀은 구동전압의 제한과 장시간 사용할 경우 양극의 스케일 생성과 로드로 인한 안정성에 문제가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 활성탄에 금속산화물을 복합화하여 양극의 스케일 생성 제한과 로드로 인한 안정성 감소를 억제할 수 있는 활성탄에 금속산화물을 복합화한 전극재의 제조방법과, 상기 제조방법에 의해 제조된 전극재를 양극재로 하고, 활성탄(AC)로 제조된 전극재를 음극제로 사용함으로써, 상기의 양극재와 음극재가 비대칭적으로 사용되어 전극이 비대칭 구조를 이룸으로써 구동전압 및 흡착 능력을 상승시키고 전극 안정성을 제공하는 비대칭 전극 구조를 갖는 CDI 셀을 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술 구성을 살펴보기에 앞서, 이하, 본 발명에서 사용하는 용어 중 'PTAC'는 '활성탄에 TiO₂를 복합화한 복합체'로 정의한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여,

본 발명은 초음파 조사 조건 하에서, 초음파 반응기에 투입된 활성탄(Activated carbon), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol(IPA)), TTIP(titanium tetra isoproxide)를 투입하여, 상기 활성탄에 상기 TTIP를 균일하게 분산, 코팅하는 단계와,

상기 TTIP가 균일하게 분산, 코팅된 활성탄을 고온에서 소성하여 금속산화물을 생성시킨 PTAC(TiO₂/AC) 활물질을 제조하는 단계와,

상기 PTAC 활물질 80 ~ 98wt%와, 바인더인 PTFE 용액(polytetrafluoroethylene solution) 2 ~ 20wt%를 페이스트 믹서로 교반한 것에 용매를 첨가하여 얻은 전극반죽을 150 ~ 300㎛ 두께가 될 때까지 롤프레스로 성형하여 시트(sheet)로 제조하는 시트 전극재 제조단계와,

상기 시트(sheet)를 건조하여 용매를 휘발시키는 건조단계를 거쳐 이루어지는 활성탄에 금속산화물을 복합화한 전극재 제조방법과,

상기 전극재 제조방법에 의해 제조된 전극재를 이용한 CDI 셀에 관한 것으로서,

상판과,

상기 상판의 상면 둘레에 설치되는 투입구와,

상기 상판의 상면 중앙에 원통형 관으로 설치되는 관측부와,

상기 관측부의 측면에 설치되는 배출구와,

하판과,

상기 상판과 하판의 결합에 의해 이루어지는 내부 공간에 설치되는 비대칭전극으로 이루어진 것으로,

상기 비대칭전극은 분리막을 중심으로 상기 분리막의 상면으로 음이온교환막, 상기의 전극재 제조된 전극재인 양극재, 집전체의 순차적 적층구조를 이루는 양극과,

상기 분리막의 하면으로 양이온교환막, AC 음극재, 집전체의 순차적 적층구조를 이루는 음극으로 이루어져,

상기 양극에는 음이온교환막을 넣고, 상기 음극에는 양이온교환막을 넣어 상기 두 교환막 사이에 분리막이 형성됨에 따라 비대칭 구조로 이루어진 비대칭 전극 구조를 갖는 CDI 셀을 주요 기술적 구성으로 한다.

본 발명의 비대칭 전극 구조를 갖는 CDI(Capacitive Deionization) 셀은 기존의 대칭구조의 셀보다 높은 구동전압 및 흡착능력을 가지며 전극 안정성을 증대시켜 준다.

도 1은 활성탄(activated carbon)과 PTAC(TiO₂/AC) 양극재의 SEM 사진으로 활성탄 표면에 균일하게 TiO₂가 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 비대칭 전극을 이용한 CDI 셀의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 비대칭 전극을 이용한 CDI 셀의 측단면도.
도 4는 본 발명에 따른 비대칭 전극(a) 및 대칭 전극(b)의 구조를 보인 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 비대칭 전극의 집전체의 형태를 보인 도면.
도 6은 본 발명에 따른 비대칭 전극을 이용한 CDI 셀과 대칭 전극을 이용한 CDI 셀의 성능 비교 그래프.

이하, 상기 기술 구성에 대한 구체적인 내용을 살펴보고자 한다.

< 활성탄에 금속산화물을 복합화한 전극재 제조방법 >

상기 활성탄에 금속산화물을 복합화한 전극재는 PTAC(TiO₂/AC) 활물질을 제조한 후, 시트 전극재를 제조함으로써 완성되는 것으로, 상기 PTAC(TiO₂/AC) 활물질은 초음파의 cavitation 형성에 의한 균일한 코팅이 이루어지는 초음파 졸겔법 방식을 적용하여 제조한다. 즉, 용액상에서 초음파에 의한 cavitation(공동현상)은 용액 중에 균일하게 발생되어 티타늄옥사이드를 활성탄 표면에 균일하게 코팅할 수 있는 용액(solution)을 제공해준다.

본 발명에 따른 활성탄에 금속산화물을 복합화한 전극재 제조방법은 상기한 바와 같이,

초음파 조사 조건 하에서, 초음파 반응기에 투입된 활성탄(Activated carbon), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol(IPA)), TTIP(titanium tetra isoproxide)를 투입하여, 활성탄에 상기 TTIP를 균일하게 분산, 코팅하는 단계와,

TTIP가 균일하게 분산, 코팅된 활성탄을 고온에서 소성하여 금속산화물을 생성시킨 PTAC(TiO₂/AC) 활물질을 제조하는 단계와

상기 PTAC 활물질 80 ~ 98wt%와, 바인더인 PTFE solution 2 ~ 20wt%를 페이스트 믹서로 교반한 것에 용매를 첨가하여 얻은 전극반죽을 150 ~ 300㎛ 두께가 될 때까지 롤프레스로 성형하여 시트(sheet)로 제조하는 시트 전극재 제조단계와,

상기 시트(sheet)를 건조하여 용매를 휘발시키는 건조단계로 이루어지며, 각 단계별 구체적인 기술 내용을 살펴보면 다음과 같다.

활성탄에 TTIP를 균일하게 분산, 코팅하는 단계

초음파 반응기에 활성탄(Activated carbon), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol(IPA)), TTIP(titanium tetra isoproxide)를 투입하되, 초음파 조사 조건하에서 이루어지며 주파수 20 ~ 40kHz의 범위 내에서 이루어진다.

상기 주파수가 20kHz 미만인 경우에는 분산, 표면코팅이 너무 세게 일어나기 때문에 초기에는 분산, 표면코팅이 양호하나 시간 경과에 따라 파쇄작용이 일어나 본 합성의 작용에 바람직하지 않고, 40kHz를 초과하게 되는 경우에는 분산, 표면 코팅이 제대로 이루어지지 않는 문제가 있으므로, 상기 주파수의 세기는 20 ~ 40kHz의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

초음파 조건 하에서 활성탄(Activated carbon), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol(IPA)), TTIP(titanium tetra isoproxide)를 투입하게 되면, 활성탄에 상기 TTIP가 균일하게 분산, 코팅되며, 그 비율의 구체적인 예는 다음의 표 1과 같다.

활성탄과 TiO ₂ 비율에 따른 TTIP 투입량

비율		비율		TTIP 투입량
활성탄	TiO₂	활성탄	TiO₂	TTIP 투입량
85wt%	15wt%	850g	150g(2.0mol)	600g
90wt%	10wt%	900g	100g(1.25mol)	380g
93wt%	7wt%	930g	70g(0.88mol)	265g

※ TiO₂ Mw: 79.9g/mol

※ TTIP Mx: 284.23g/mol

※ TTIP 투입량 (TiO₂ 10wt% 비율) =

= 373g

-> 380g(과량투입)

즉, 상기 활성탄과 TTIP의 투입량은 이후 과정에서 생성되는 TiO₂의 비율에 영향을 미치게 되는 것으로서, 상기 TiO₂ 기준으로 7wt% 미만인 경우에는 전기이중층 용량이 떨어지는 문제가 있고, 15wt%를 초과하게 되는 경우에는 전기이중층 용량 증가가 뚜렷하게 나타나지 않아 비경제적이므로, 생성되는 TiO₂이 활성탄에 대해 중량비로 7 ~ 15wt%가 될 수 있도록 TTIP(titanium tetra isoproxide)를 투입하는 것이 바람직하다.

상기 이소프로필 알코올은 용매로서 이후 고온 소성과정에서 완전 증발되는 것이며, 초기 투입량은 활성탄 기준으로 외할로 첨가하게 되며 그 사용량이 15배 미만인 경우에는 활성탄 및 TTIP의 접촉 자유도가 낮아져 균일한 합성이 어렵게 되고, 15배를 초과하게 되는 경우에는 용매의 과도한 사용으로 건조시간의 증가 및 비용의 상승의 문제가 발생하게 되므로, 상기 이소프로필 알코올의 사용량은 활성탄의 외할로서 1,500wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다. 상기 이소프로필 알코올의 보다 구체적인 사용량은 1kg PTAC 제조하기 위하여 15ℓ를 사용한다.

상기 초음파는 초기 이소프로필 알코올을 초음파 반응기에 투입하는 시점부터 조사하게 되며, 상기 초음파 반응기의 온도는 30℃의 항온을 유지하도록 한다.그리고 상기 TTIP를 투입하고 난 후 반응시간은 5시간으로 하는데, 이때 반응시간이 5시간 미만인 경우에는 활성탄과 TTIP가 충분히 접촉할 수 있는 시간이 부족하여 반응이 제대로 이루어지지 않고, 5시간을 초과하게 되는 경우에는 초음파의 과도한 조사로 인하여 활성탄으로부터 TTIP가 떨어져 나오는 현상이 발생하게 되므로, 상기 TTIP를 투입하고 난 후 반응시간은 5시간으로 하는 것이 바람직하다.

PTAC(TiO ₂ /AC) 활물질 제조단계

TTIP가 균일하게 분산, 코팅된 활성탄을 고온에서 소성하여 금속산화물을 생성시킨 PTAC(TiO₂/AC) 활물질을 건조기 내에서 건조시킨 후, Air 분위기 하에서 400 ~ 500℃ 고온 소성하여 금속산화물이 생성된 PTAC(TiO₂/AC) 활물질을 제조한다.

상기 소성온도가 400℃ 미만인 경우에는 TiO₂가 루틸(rutile) 구조가 되어 TiO₂ 활성(전기이중층 용량)이 없어지고, 500℃를 초과하게 되는 경우에도 루틸구조로 변화하여 TiO₂ 활성이 없어지게 되므로, 상기 소성온도는 아나타제(anatase) 구조를 형성하는 400 ~ 500℃의 온도 범위 내를 유지하는 것이 바람직하다.

시트( Sheet ) 전극재 제조단계

앞서 제조된 PTAC(TiO₂/AC) 활물질을 이용하여 시트 전극재를 제조하는 단계로서, 상기 PTAC 활물질 80 ~ 98wt%와, 바인더인 PTFE solution 2 ~ 20wt%를 페이스트 믹서로 교반한 후, 용매를 첨가하여 얻은 전극반죽을 150 ~ 300㎛ 두께가 될 때까지 롤프레스로 성형하여 시트(sheet) 전극재를 제조한다.

상기 PTAC 활물질의 사용량이 80wt% 미만인 경우에는 용량 감소의 문제가 있고, 98wt%를 초과하게 되는 뚜렷한 용량 증가는 없지만 도전성의 감소 문제가 발생하게 되므로, 상기 PTAC 활물질의 사용량은 바인더에 대해 80 ~ 98wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 PTFE solution의 사용량이 2wt% 미만인 경우에는 도전성의 뚜렷한 증가가 없고, 20wt%를 초과하게 되는 경우에는 전극의 저항이 커지는 문제가 있으므로, 상기 바인더의 사용량은 PTAC 활물질에 대해 2 ~ 20wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 PTAC 활물질과 PTFE solution을 혼합?교반한 후에는 휘발성이 높은 용매를 첨가하게 된다.

그리고 상기 휘발성이 높은 용매의 구체적인 예로서 2-methoxy ethanol, iso-propanol, ethanol 또는 순수 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상을 사용한다.

상기 용매를 첨가하여 제조된 전극반죽은 시트형으로 제조하기 위하여, 롤프레스로 가압성형하게 되며, 이때 시트의 두께는 150 ~ 300㎛의 범위 내로 한다.

상기 시트의 두께가 150㎛ 미만인 경우에는 균일한 계면 형성의 문제가 있고, 300㎛를 초과하게 되는 경우에는 셀 조립시 성능 저하 문제가 있으므로, 상기 시트의 두께는 150 ~ 300㎛의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

건조단계

상기 시트 전극재 제조과정에서 사용한 용매를 휘발시키기 위한 단계로서, 건조 온도는 용매의 휘발점을 기준으로 하여 80 ~ 120℃의 범위 내에서 이루어진다.

상기 건조온도가 80℃ 미만인 경우에는 충분한 건조가 이루어지지 않아 전극의 저항이 커지는 문제가 있고, 120℃를 초과하게 되는 경우에는 전극 표면의 크랙을 생성하게 되어 성능 저하의 문제가 발생하게 되므로, 상기 건조온도는 80 ~ 120℃의 범위 내에 이루어지는 것이 바람직하다.

< 전극 제조 >

상기 과정을 거쳐 제조된 활성탄에 금속산화물을 복합화한 시트 전극재를 양극재로 하고, 평균 입경 10㎛의 활물질인 활성탄 90 ~ 98wt%와, 바인더인 PTFE solution 2 ~ 10wt%를 페이스트 믹서로 교반한 것에 알코올을 첨가하여 얻은 전극 반죽을 150 ~ 300의 두께가 될 때까지 롤프레스로 성형하여 제조된 시트(Sheet) 전극재를 음극재로 하여, 상기 시트 양극재와 음극재를 집전체인 카본 시트(Sheet)에 압착하여 전극을 제조한다.

상기 압착을 위한 프레싱 공정은 전극 밀도를 높여주어 에너지 밀도를 높여주는 장점이 있는 반면, 너무 강한 압을 주어 압착하게 될 경우에는 전극재 구조의 파괴가 발생하게 되기 때문에 프레스율은 20% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 전극의 형태는 도 5에 도시된 바와 같이, 집전체의 리드(400)를 길게 뺀 형태(305a)와, 리드를 넓게 한 형태(305b) 중 1종을 선택한다. 상기 리드는 집전체의 확장 범위로서, 전극재와 접합되지 않은 부분으로 외부 전원과의 연결 단자 역할을 한다.

상기 프레싱 공정에서의 프레스(Press) 방법으로는 0 ~ 30℃에서의 콜드 프레스(Cold press) 또는 60 ~ 200℃의 열을 가해주는 핫 프레스(Hot press) 중 선택되는 방법을 사용한다.

< 비대칭 구조의 전극을 이용한 CDI 셀 >

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비대칭 구조의 전극을 이용한 CDI 셀은 상판(10)과, 상기 상판(10)의 상면 둘레에 설치되는 투입구(11)와, 상기 상판(10)의 상면 중앙에 원통형 관으로 설치되는 관측부(12)와, 상기 관측부(12)의 측면에 설치되는 배출구(13)와, 하판(20)과, 상기 상판(10)과 하판(20)의 결합에 의해 이루어지는 내부 공간에 설치되는 비대칭전극(30)으로 이루어진 것으로,

상기 비대칭전극(30)은 분리막(301)을 중심으로 상기 분리막(301)의 상면(301')으로 음이온교환막(302), 상기 전극재 제조방법에 따라 제조된, 활성탄에 금속산화물을 복합화한 전극재인 양극재(303), 집전체(305)의 순차적 적층구조를 이루는 양극과,

상기 분리막(301)의 하면(301")으로 양이온교환막(302'), AC 음극재(304), 집전체(305)의 순차적 적층구조를 이루는 음극으로 이루어진 것으로,

상기 양극에는 활성탄에 금속산화물을 복합화한 전극재를 양극재(303)로 하고, 음극에는 AC 음극재(304)를 사용함으로써 양극재(303)와 음극재(304)의 비대칭적인 구성에 따른 비대칭 전극의 구조를 보이고 있다.

상기 분리막(301)으로는 얇은 직물 형태의 천인 시야를 사용하여 단셀 또는 스택을 형성하여 제조하며, 상기 단셀은 단면의 양극, 음이온 멤브레인, 시아, 양이온 멤브레인, 단면의 음극 순으로 조립된 것이며, 상기 스택은 한쪽 끝단에 단면의 양극, 음이온 멤브레인, 시아, 양이온 멤브레인, 양면의 음극, 음이온 멤브레인, 시아 양이온 멤브레인, 양면의 양극, 음이온 멤브레인의 순으로 조립되고, 마지막 끝단에 단면의 음극으로 구성되어 형성된 것이다.

이하, 상기의 기술 구성에 따른 비대칭 구조의 전극와 종래 대칭 구조의 전극의 구성에 대해 실시예 1과 비교예 1을 통해 살펴보고자 한다.

도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 분리막(301)을 중심으로 상기 분리막(301)의 상면(301')으로 음이온교환막(302), 활성탄에 금속산화물을 복합화한 전극재인 양극재(303), 집전체(305)의 순차적 적층구조를 이루는 양극과,

상기 분리막(301)의 하면(301")으로 양이온교환막(302'), AC 음극재(304), 집전체(305)의 순차적 적층구조를 이루는 음극으로 이루어져,

양극에는 활성탄에 금속산화물을 복합화한 전극재인 양극재(303)가 구성되고, 음극에는 AC 음극재(304)를 사용함으로써 본 발명에 따른 비대칭 구조의 비대칭전극(30)을 보이고 있다.

[비교예 1]

도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 분리막(301)을 중심으로 상기 분리막(301)의 상면(301')으로 음이온교환막(302), AC 양극재(303'), 집전체(305)의 순차적 적층구조를 이루는 양극과,

양극에 AC 양극재(303')가 구성되고, 음극에는 AC 음극재(304)를 사용함으로써 대칭 구조의 대칭전극(31)을 보이고 있다.

상기 본 발명에 따른 비대칭구조를 갖는 전극의 실시예 1과 양극에 AC 양극재를 사용하고, 음극에 AC 음극재를 사용함으로써 대칭구조를 보이고 있는 종래 전극의 비교예 1의 비교결과를 도 6에 나타내었다.

상기 도 6은 대칭 전극 구조와 비대칭 전극 구조의 TDS(Total Dissolved Solids) 값을 비교한 것으로 전극의 활성 면적을 통해 원수내의 이온의 흡탈착량을 확인하여 전극의 성능을 비교하였다.

부호의 설명

1: CDI 셀

10: 상판

11: 투입구

12: 관측부

13: 배출구

20: 하판

30: 비대칭전극

31: 대칭전극

301: 분리막

302: 음이온교환막

302': 양이온교환막

303: PTAC 양극재

303': AC 양극재

304: AC 음극재

305: 집전체

Claims

초음파 조사 조건 하에서, 초음파 반응기에 투입된 활성탄(Activated carbon), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol(IPA)), TTIP(titanium tetra isoproxide)를 투입하여, 상기 활성탄에 상기 TTIP를 균일하게 분산, 코팅하는 단계와,
상기 TTIP가 균일하게 분산, 코팅된 활성탄을 고온에서 소성하여 금속산화물을 생성시킨, 활성탄에 TiO₂를 복합화한 복합체(TiO₂/AC)인 활물질을 제조하는 단계와,
상기 활물질 80 ~ 98wt%와, 바인더인 PTFE 용액(polytetrafluoroethylene solution) 2 ~ 20wt%를 페이스트 믹서로 교반한 것에 용매를 첨가하여 얻은 전극반죽을 150 ~ 300㎛ 두께가 될 때까지 롤프레스로 성형하여 시트(sheet)로 제조하는 시트 전극재 제조단계와,
상기 시트(sheet)를 건조하여 용매를 휘발시키는 건조단계를 거쳐 이루어지는 것임을 특징으로 하는 활성탄에 금속산화물을 복합화한 전극재 제조방법.
청구항 1에 있어서,
초음파 조사는 주파수 20 ~ 40kHz의 범위 내에서 이루어지는 것임을 특징으로 하는 활성탄에 금속산화물을 복합화한 전극재 제조방법.
청구항 1에 있어서,
용매는 2-methoxy ethanol, iso-propanol, ethanol 또는 순수 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상인 것임을 특징으로 하는 활성탄에 금속산화물을 복합화한 전극재 제조방법.
상판(10)과
상기 상판(10)의 상면 둘레에 설치되는 투입구(11)와,
상기 상판(10)의 상면 중앙에 원통형 관으로 설치되는 관측부(12)와,
상기 관측부(12)의 측면에 설치되는 배출구(13)와,
하판(20)과,
상기 상판(10)과 하판(20)의 결합에 의해 이루어지는 내부 공간에 설치되는 비대칭전극(30)으로 이루어진 것으로,
상기 비대칭전극(30)은 분리막(301)을 중심으로 상기 분리막(301)의 상면(301')으로 음이온교환막(302), 청구항 1의 제조방법으로 제조된 전극재인 양극재(303), 집전체(305)의 순차적 적층구조를 이루는 양극과,
상기 분리막(301)의 하면(301")으로 양이온교환막(302'), AC 음극재(304), 집전체(305)의 순차적 적층구조를 이루는 음극으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 비대칭 전극 구조를 갖는 CDI 셀.
청구항 4에 있어서,
AC 음극재(304)는 평균 입경 10㎛의 활물질인 활성탄 90 ~ 98wt%와, 바인더인 PTFE 용액(polytetrafluoroethylene solution) 2 ~ 10wt%를 페이스트 믹서로 교반한 것에 알코올을 첨가하여 얻은 전극 반죽을 150 ~ 300㎛의 두께가 될 때까지 롤프레스로 성형하여 시트(sheet)로 제조한 것임을 특징으로 하는 비대칭 전극 구조를 갖는 CDI 셀.
청구항 4에 있어서,
양극재(303)와 AC 음극재(304)는 집전체(305)인 카본 시트(Sheet)의 표면 위로 20% 이하의 프레스율로 프레스 압착하여 전극을 이루는 것임을 특징으로 하는 비대칭 전극 구조를 갖는 CDI 셀.
청구항 4에 있어서,
집전체(305)는 리드를 길게 뺀 형태(305a)와, 리드를 넓게 한 형태(305b) 중 1종을 선택하여 전극의 형태를 이루는 것임을 특징으로 하는 비대칭 전극 구조를 갖는 CDI 셀.
청구항 6에 있어서,
프레스 압착은 0 ~ 30℃에서 압착하는 콜드 프레스(Cold press) 또는 60 ~ 200℃에서 압착하는 핫 프레스(Hot press) 중 선택되는 어느 1종임을 특징으로 하는 비대칭 전극 구조를 갖는 CDI 셀.