KR20150040284A - 가요성 미생물 연료전지 캐소드 및 다른 응용을 위한 멤브레인 - Google Patents

가요성 미생물 연료전지 캐소드 및 다른 응용을 위한 멤브레인 Download PDF

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KR20150040284A
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세르쥬 러부일라트
벤요세프 비스비스
로버트 디. 팔론
스티븐 레이몬드 루스티그
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

높은 산소 투과성을 갖는 중합체의 제1 층(4) 및 직포 또는 부직포 재료로 제조된 제2 지지 층(6)을 포함하고, 양 층이 접착제를 사용하여 함께 도트(dot) 적층되고/되거나 패턴(pattern) 적층된 패키징으로서 또는 미생물 연료전지에 사용하기 위한 멤브레인(10). 집전체 층으로서 작용하는 제3 층(8)이 또한 응용에 따라 존재할 수 있다. 본 출원에 의한 멤브레인은, 수밀성이고 산소 투과성인 반투과성 멤브레인이다.

Description

가요성 미생물 연료전지 캐소드 및 다른 응용을 위한 멤브레인{MEMBRANES FOR FLEXIBLE MICROBIAL FUEL CELL CATHODES AND OTHER APPLICATIONS}
본 발명은 미생물 연료전지에 이용하기 위한 멤브레인에 관한 것이다.
미생물 연료전지(Microbial fuel cell, MFC)는 유기 및 무기 물질을 산화시키고 전류를 발생시키기 위해 박테리아를 촉매로 사용하는 장치이다. 반응 동안, 이들 기재로부터 박테리아에 의해 생산된 전자들이 캐소드(cathode)로 흘러간다. 물이 정화되고 전기가 부산물로서 생성되는 폐수 처리장의 새로운 형태가 이러한 개념을 이용하여 개발되고 있다.
미국 특허 출원 공개 제2011/0229742호는 정화될 액체와 접촉하는 복수의 애노드(anode) 및 복수의 캐소드를 포함하는 박테리아 연료전지를 개시한다. 복수의 애노드 및 복수의 캐소드는 각각 전기 회로 내의 부하를 가로질러 전기적으로 연결되도록 배열된 금속 전기 전도체, 및 적어도 금속 전기 전도체와 정화될 액체 사이의 전기 전도성 코팅을 포함한다. 전기 전도성 코팅은 액체와 전기 전도체를 서로 상호 밀봉하도록 작용한다.
논문["Microbial Fuel Cell Cathodes with Poly(dimethylsiloxane) Diffusion Layers Constructed around Stainless Steel Mesh Current Collectors"(Fang Zhang et al., Environmental Science & Technology, vol.44, N°4, 2010, pages 1490-1495, published on 01/25/2010)]은 금속 메시 집전체(metal mesh current collector) 및 저렴한 중합체/탄소 확산층을 사용하여 미생물 연료전지의 캐소드를 제조하기 위한 방법을 개시한다. 이 논문에서, 탄소 천과 같은 캐소드 재료에 집전체를 첨가하는 대신에, 저자들은 금속 메시 자체 주위에 캐소드를 구성하고 그에 의해 탄소 천 또는 다른 지지 재료에 대한 필요성을 피하였다.
그러한 전지가 효율적으로 작용하도록 하기 위해, 전자 집전 공정에서 중요한 요소인 캐소드(가요성 기재 형태)는 하기의 특징들을 가져야 한다:
- 박테리아가 이용할 수 있는 산소요구량을 허용;
- 전도체로서 작용하기 위한 매우 낮은 표면 전기 저항을 가짐;
- 내구성 있는 방식으로 방수성 확보.
당업자는 통상 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리메틸펜텐(PMP) 및 논문["Permeation of O2, Ar2 and N2 through polymer membranes" (Haraya and S. Huang, Journal of Membrane Science, 71 (1992) 13-27)]에 예시된 다른 것들과 같은, 산소에 매우 개방적인 중합체 막을 사용할 것이다. 이러한 막들은 공기로부터 산소를 분리하는데 사용되고, 따라서 일 면이 가압되고 공기/가스를 양 면 상에 갖고서 고압 면으로부터 저압 면으로 확산이 일어난다. 그러나, MFC에 의해, 확산은, 박테리아가 산소를 얻자마자 소비하는 산소 싱크(sink)가 있는, 타 면 상에서의 수압에 대항하여 대기압의 공기로부터 일어나고 있다.
다른 중요한 태양은 이러한 멤브레인의 생산을 가능하게 하는 상업적 공정이다. PDMS의 사용은 이의 실온 가황(room temperature vulcanization, RTV) 또는 균등 열 활성화 경화(even heat activated curing)는 완료하기 위해 적어도 15분을 필요로 하기 때문에 배치(batch)법을 통상 필요로 한다. 경화 중에, 카본 블랙 분말이 전기 전도성을 제공하기 위해 첨가된다. 이는 롤-투-롤(roll to roll) 공정에서 이 멤브레인을 생산하는 가능성을 배제한다.
종래 기술에서, 카본 블랙이 로딩된 시트(직포 또는 부직포)는 나피온(Nafion) 멤브레인과의 조합으로 광범위하게 사용되거나 규소계 재료(예를 들어, PDMS: 폴리다이메틸실록산)로 코팅되었다. 표면적을 제공하는 모든 형태(메시, 직포, 부직포)의 스테인리스 스틸이 또한 규소 코팅과 함께 제안된다. 그러나, 이러한 용도의 대부분은 지금까지 실험실 규모의 응용으로 제한된다.
종래 기술의 MFC의 단점의 대부분은 전술된 방법의 상업적 생산 및 특히 전극의 최종 비용에 대한 영향과 관계가 있다. 이러한 응용의 다른 단점은 개방 구조(직포 또는 부직포 전도체)에 적용된 코팅이 전체적으로 균일하지 않아서 코팅이 구조의 공극(void) 내로 침투하게 된다. 이는 산소의 국소 투과성을 다르게 하는 두께 차이를 유발한다. 산업적 설치에 있어서, 1 m 내지 3 m의 높이를 커버하고 전도체 측 상에 물이 있는 전극 구조가 고려된다. 불균일성 및 물의 정수압 때문에, 멤브레인은 공기 측에서 가변하는 정도로 물이 누수된다. 따라서, 공기 측으로의 누수 없이 물을 보유하면서 산소의 물 측으로의 유동의 일정한 속도 사이의 최적 균형에 이르는 것은 매우 어려워진다.
따라서, 특히 MFC 분야에서 사용하기 위한 개선된 전극 구조물 및 이를 포함하는 전자-가스/집전-침투 시스템을 제공할 필요가 여전히 있다.
본 발명은 높은 산소 투과성을 갖는 중합체의 제1 층, 및 부직포 재료 또는 직포 재료로 제조된 제2 지지 층을 포함하고, 양 층은 접착제를 사용하여 함께 도트(dot) 적층되고/되거나 패턴(pattern) 적층된, 패키징으로서 또는 미생물 연료전지에서 사용하기 위한 멤브레인에 관한 것이다.
도 1은 최신 기술의 일 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 멤브레인의 일 실시 형태를 도시하는 도면이다.
본 발명의 이들 및 기타 특징 및 이점은 하기의 상세한 설명을 읽음으로써 당업자에 의해 더욱 쉽게 이해될 것이다. 명확함을 위해 별개의 실시 형태들과 관련하여 상기 및 하기된 본 발명의 일정한 특징들이 조합되어 단일 실시 형태로 또한 제공될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 역으로, 간략함을 위해 단일 실시형태로 기재된 본 발명의 다양한 특징부들은 별개로 또는 임의의 하위 조합으로 또한 제공될 수 있다. 또한, 내용이 구체적으로 다르게 명시되지 않으면 단수의 언급은 또한 복수를 포함할 수 있다(예를 들어, "a" 및 "an"은 하나 또는 하나 이상을 지칭할 수 있다).
여기 및 이하에서, 용어 "중합체의 제1 층"은 용어 "제1 층" 또는 "중합체 막"과 호환가능하게 사용될 수 있다.
여기 및 이하에서, 용어 "제2 지지 층"은 용어 "제2 층"과 호환가능하게 사용될 수 있다.
여기 및 이하에서, 용어 "집전체 층"은 용어 "전도성 층"과 호환가능하게 사용될 수 있다.
본 발명을 위해, "높은 산소 투과성"은 주어진 재료 두께에 대해 23℃ 및 50% 상대 습도에서 ASTM F3985에 따라 측정될 때, 10000 ㎤ / m2.day.atm 이상의 산소 전달 속도를 의미할 것이다.
높은 산소 투과성을 갖는 것으로 알려진 중합체는 박막을 제조하고 이어서 적절한 접착제를 사용하여 막을 적절한 동등한 부직포 재료에 그리고 이어서 집전체 층에 적층하는데 (본 명세서에서 나중에 참조됨) 사용될 수 있다.
본 발명에 의해 얻어진 추가의 중요한 특성은 UV 안정성 및 화학적 안정성과 같은 기재의 내구성이다. 폴리올레핀 중합체는 폴리에스테르와 같은 다른 중합체와 비교할 때, 이러한 특성과 관련하여 이점들을 갖는다. 물에서의 장기 작동을 위하여, 폴리에스테르는 가수분해되고 화학적으로 불안정해지는 뚜렷한 경향을 가질 것이고, 따라서 전지의 내구성 있고 연속적인 기능을 위태롭게 할 것이다. 폴리올레핀 부직포의 경량 및 고강도 특성은 강하고 자체-지속가능 멤브레인에 기여한다. 추가적인 태양은 폴리올레핀 부직포(제2 층)의 공기 투과성은 물질 전달 제한 층이 되지 않도록 중합체 막(제1 층)보다 높아야 한다는 것이다.
예를 들어, PMP에 도트 적층된 타이벡(Tyvek)®을 포함하고 멤브레인을 형성하는 적층체는, 예를 들어 많은 발효 브로쓰(fermentation broth)와 접해 있는 멤브레인의 타 면 상의 미생물로의 산소의 통과를 수반하는 어떤 공정에도 또한 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 멤브레인의 용도의 예시적인 범위는 다음을 포함한다:
- MFC용, 미생물 전기투석용, 담수화 및 수소 가스 생성용 공기 캐소드;
- 생화학 반응기에서 공기리프트 반응기(airlift reactor)의 대체(바람직하게는 전도체 없이);
- 높은 또는 제어된 산소 유동을 요구하는 패키징(집전체와 함께 또는 집전체 없이).
다양한 실시 형태에서, 본 발명은 본 명세서에서 정의된 바와 같은 멤브레인을 포함하는 패키징 시스템 또는 미생물 연료전지에 사용하기 위한 캐소드, 또는 심지어 본 명세서에서 정의된 바와 같은 적어도 하나의 캐소드를 포함하는 미생물 연료전지에 관한 것이다.
일 실시 형태에서, 제1 층은 PMP(폴리메틸펜텐)일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 멤브레인의 제1 층은 5 마이크로미터 내지 15 마이크로미터, 바람직하게는 10 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 지지 층은 플래시스펀(flashspun) 고밀도 폴리에틸렌 섬유 또는 멜트 스펀(melt spun) 폴리프로필렌, 또는 폴리프로필렌―SMS(스펀본디드(spunbonded)-멜트블로운(meltblown)-스펀본디드) 부직포 재료 또는 다른 직포 또는 부직포 중 임의의 것으로 제조될 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 제3 층은 유리 섬유, 또는 고온 중합체의 섬유, 또는 폴리페닐렌 설파이드, 또는 흑연질 탄소 또는 그의 복합재로 제조되고, 이는 선택적으로 탄소 나노입자 또는 나노튜브 또는 나노-크기의 탄소 섬유의 단편이 주입될 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 섬유는 나노튜브의 주입 전에 전기 도금될 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 알루미늄 또는 스틸 와이어가 시트 형성을 위한 원료 섬유로서 사용될 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 와이어는 2 내지 200 마이크로미터의 직경을 가질 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 제3 층은 제1 층과 도트 또는 패턴 적층될 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 도트/패턴 적층은 시아노아크릴레이트 겔에 의해 이루어질 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 멤브레인은, 활성화된 또는 활성화되지 않은, 탄소계 분말, 마이크로 분말, 나노튜브 및 탄소 섬유 단편 성분, 및 이들의 조합과 도트 코팅될 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 도트 코팅은 부호화 기능성(coding functionality)을 한정하는 기하학적 형상에 따른 도트 클러스터링(dot clustering)일 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 도트 클러스터링은 다양한 도트 크기 및 도트 밀도를 포함하는 원형 기하학적 형상 또는 삼각형 기하학적 형상 또는 코드 바 도트형성 배열(code bar dotting arrangement)일 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 도트 조성물은 전기화학 활성을 갖는 반응성 트레이서(reactive tracer)를 포함할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 반응성 트레이서는 금속, 금속 산화물, 전이 금속, 금속 클러스터, 전기 활성을 나타내는 유기 화합물 및 유기금속 착물을 포함할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 금속은 Ni(니켈), Pt(백금), Pd(팔라듐), Co(코발트), Mn(망간) Cu(구리), Ag(은), Al(알루미늄), Fe(철)을 포함할 수 있고, 금속 산화물은 고 흡착 면적 산화니켈(NiO) 및 산화코발트(CoO)를 포함할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 전기 활성을 나타내는 유기 화합물은 산화-환원 전자 이동과 같은 전기 활성을 나타내는 하이드로퀴논, PVP(폴리비닐피롤리돈), 바람직하게는 소수화된 PVP; 금속-유기 블렌드; 또는 둘 모두를 포함하는 화학 물질들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 유기금속 착물은 테트라키스-메톡시페닐-포르피리나토 코발트(CoTMPP), 코발트, 구리-부틸 프탈로사이아닌과 같은 구리 프탈로사이아닌을 포함할 수 있다.
본 발명의 멤브레인
본 발명의 멤브레인은, 수밀성이고 산소 투과성인 반투과성 멤브레인이다. 도 1은 우측(물) 면 상에 카본 블랙이 로딩된 전도체(1) 또는 스틸 브러쉬와, 좌측(공기) 면 상에 규소 코팅 층(2)을 포함하는 종래 기술의 연료전지에 사용되는 캐소드를 도시한다. 본 발명에 따른 멤브레인의 일 실시 형태에서, 도 2는 우측(물) 면 상에 전도성 제3 층(8)과, 제1 층(4)과, 좌측(공기) 면 상에 지지 층(8)을 도시한다.
제1 층
본 설명에서 앞서 논의된 바와 같이, 본 발명의 일 접근법은 박막을 제조하기 위해 높은 산소 투과성을 갖는 것으로 알려진 중합체를 사용하는 것이다. 전형적으로, 제1 층은, (규소계 재료에는 적합하지 않지만) 가능하다면, 캐스트 또는 블로우 기술, 또는 임의의 다른 동등한 기술을 사용하여 제조된다. 예를 들어, 미쓰이 케미칼스(Mitsui Chemicals)(벨기에 소재)로부터의 PMP 중합체 등급 TPX-MX002가 적합하다고 판명되었으며 매우 얇고 균일한 막을 생산한다. 바람직하게는, 전체에 걸쳐 균일한 제1 층(중합체 막)의 두께는 8 내지 16 마이크로미터이지만, 롤 핸들링(roll handling)의 목적을 위해서는 10 마이크로미터가 최적의 선택인데, 이는 공기 측에서 물 측으로 충분한 산소 흐름을 제공하고 공기 측으로 누수없이 3 m 초과의 정수두에 저항하기 때문이다.
제2 지지 층
제2 지지 층은 임의의 자체-지지 시트, 예를 들어 섬유 기술에서 공지된 모든 섬유, 예컨대, 부직포, 직포, 편직 천, 멤브레인, 미세다공성 막, 그리드(grid) 또는 SMS(스펀본디드-멜트블로운-스펀본디드) 구조와 같은 둘 이상의 시트의 조합을 사용한다. 바람직하게는, 시트는 하나 이상의 합성(인조) 섬유 또는 필라멘트를 포함하는 부직포 또는 직포 천이다. 부직포 또는 직포 천의 자연 섬유 또는 필라멘트는 셀룰로오스, 면, 울, 실크, 사이잘, 리넨, 아마, 황마, 양마, 대마, 코코넛, 밀, 및 쌀 및/또는 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다. 물에 민감한 재료의 경우, 그러한 재료에 케텐 다이머 처리와 같은 소수성 처리를 행하는 것이 바람직하다. 부직포 또는 직포 천의 합성(인조) 섬유 또는 필라멘트는 폴리아마이드, 폴리아라미드, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리올레핀 및/또는 이의 하이브리드 및 혼합물 중에서 선택될 수 있다. 제2 지지 층은 더욱 바람직하게는 부직포 천이다. 그러한 부직포 천의 예는, 예를 들어 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(E.I. du Pont de Nemours & Company)(듀폰)로부터 상표명 타이파(Typar)® 또는 타이벡(Tyvek)®으로 구매 가능한 폴리에틸렌 플래시스펀 천, 또는 폴리프로필렌 SMS 재료이다.
제1 층은 지지 층 상에 캐스트되거나 블로우될 수 있다. 양 층은 접착제를 사용하여 함께 적층된다. 본 발명에 따르면, 적층은 전체 표면 커버리지 적층이 아니라 표면 위의 불연속적인 적층이어서, 접착제는 산소가 통과하는 것을 방지하지 못한다. 사용된 공정이 본 발명의 원리에 따라 산소가 멤브레인을 통과하는 것을 방지하지 않는 한 층들을 포인트(도트) 또는 패턴(예를 들어, 스크린 패턴)을 통해 함께 적층하는 것이 가능하다. 그러한 도트 또는 패턴은 특히 지지 재료에 대한 막의 접착력을 향상시키는데 사용될 수 있다. 사용되는 접착제는 시아노아크릴레이트 겔(뒤셀도르프 소재의 헨켈 게엠베하(Henkel GmbH)로부터의 크래프트 클레버(Kraft Kleber)) 또는 다른 동등한 접착 재료일 수 있다. 전술된 다층 제품은 롤-투-롤 공정으로 생산될 수 있고, MFC의 생산에서 오늘날 사용되는 어떤 방법보다 10배 더 경제적으로 바람직하다.
집전체 층:
캐소드로서 MFC 응용에 사용될 때, 멤브레인은 전도성 층으로서 제3 층을 포함할 수 있다. 전형적으로, 그러한 층은 가교결합된 나노튜브에 의해 형성된 밀한 망상의 나노구조, 예를 들어 "어플라이드 나노스트럭쳐드 솔루션스 엘엘씨(Applied Nanostructured Solutions LLC)"("ANS")에 기술된 나노구조가 위에 성장된 유리 섬유로 제조될 수 있다. 나노-크기, 예를 들어, 300 nm 미만의 크기를 갖는 탄소 섬유의 단편과 같은 다른 동등한 재료가 본 발명의 프레임 내에서 가능하다. 탄소 구조는 또한 (예를 들어, 그의 전도 특성을 향상시키기 위해) 기능화되거나 되지 않을 수 있다. 또한, 흑연질 탄소 또는 이의 복합재 뿐 아니라, 예를 들어, 160° 이상의 용융점을 갖는 많은 다른 고온 중합체 섬유, 예를 들어 케브라(Kevlar®), 노멕스(Nomex®)(둘 모두 듀폰으로부터 입수가능함) 폴리페닐렌 설파이드가 제3 층을 형성하는데 사용될 수 있다. 이러한 섬유들은 환원된 금속, 예를 들어, 구리, 알루미늄, 및 다른 생체적합성 금속으로 전기 도금될 수 있으며, 이어서 그 위에는, 앞서 인용된 ANS LLC에 의해 성장된 나노구조와 같은 가교결합된 나노튜브에 의해 형성된 밀한 망상의 나노구조가 성장된다. 또한, 제3 층을 형성하기 위한 재료는 금속 계열, 예를 들어 상기에서 인용된 ANS LLC에 의해 성장된 나노구조와 같이 가교결합된 나노튜브에 의해 형성된 밀한 망상의 나노구조가 위에 성장된 2 내지 200 마이크로미터의 직경을 갖는 알루미늄 또는 스틸 와이어로부터 선택될 수 있다. 본 명세서에 인용된 모든 섬유 및 와이어는 다양한 구조(직포, 부직포, 드라이 레이드(dry laid) 또는 스펀 레이스드(spun laced))로 형성될 수 있어서, 그에 의해 금속 유사 전도성을 갖는 전도성 기재의 3차원 시트를 생성할 수 있다. 이러한 형성된 시트는 박테리아 성장 및 바이오 막의 전개를 위한 매우 높은 표면적을 제공하고, 또한 매우 적은 저항 손실로 최적의 집전을 수행한다. 주입된 탄소 나노튜브를 사용하는 구조의 예는 하기의 공보들에 주어져 있다: 양수인이 어플라이드 나노스트럭쳐드 솔루션 엘엘씨인 미국 특허 출원 공개 제2011/0216476호, 제2011/0186775호, 제2011/0180478호, 제2011/0124483호, 제2011/0304964호, 제2011/0242731호, 및 양수인이 록히드 마틴 코포레이션(Lockheed Martin Corporation)인 미국 특허 출원 공개 제2010/0258111호, 제2010/0178825호.
본 발명의 반투과성 멤브레인 및 공기 캐소드용 집전체의 조립:
응용에서 실질적인 목적을 위해, 공기 캐소드는 물 처리 기술의 필수적이고 고비용인 요소이다. 몇 가지 형태가, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2011/0229742에 보고되어 있다. 가장 간단한 것은 에지에서 용기의 금속 구조물에 수직으로 배치되고 조여진 정사각형 또는 직사각형 패널들, 또는 튜브 및 쉘 열교환기의 경우에서와 같이 배치된 용접된 튜브이다.
반투과성 멤브레인은 튜브 형태로 집전체에 적층될 수 있다. 이러한 적층은, 접착제를 사용하여, 예를 들어 뒤셀도르프 소재의 헨켈 게엠베하로부터의 시아노아크릴레이트 접착제 또는 유사한 접착제에 의해, 도트/패턴 적층 또는 동등한 공정을 사용하여 반투과성 멤브레인 및 앞서 기술된 부직포의 조립에서와 동일한 방법으로 수행되어야 한다. 대안적으로, 적층하는 것이 아니라 집전체를 반투과성 멤브레인과 나란히 놓는 것이 선택될 수 있다. 후자의 선택은 요소들 중 하나가 항상 재사용될 수 있으므로 유지 비용을 줄이는 이점을 제공한다.
상기에서 이미 논의된 바와 같이, 다른 실시 형태에서, 본 발명에 따른 멤브레인은 음식과 같은 상하기 쉬운 제품용 커버로서 사용될 수 있다. 집전체가 적용되지 않으면, 예를 들어, 전술된 바와 같은 PMP에 도트 적층된 타이벡®을 포함하고 멤브레인을 형성하는 적층체는, 예를 들어 많은 발효 브로쓰와 접해 있는 멤브레인의 타 면 상의 미생물로의 산소의 통과를 수반하는 어떠한 과정에도 사용될 수 있다. 이러한 형태에서, 복합재 멤브레인은 많은 식료품의 저장 수명을 유지하기 위한 산소 소거와 같은 응용에서 활성 패키징(active packaging)으로서 사용될 수 있다. 또한, 이러한 형태에서, 이는 효모 패키지로부터 과잉 CO2를 유리시키는데 사용될 수 있다. 이러한 경우 교환될 수 있는 CO2의 양은 산소의 3배임을 경험으로부터 알게 된다.
그러나, 활성 패키징 응용에 사용되는 멤브레인은 또한, 정전기 또는 다른 목적을 위한 이러한 경우, MFC 응용을 위해 전술된 바와 같이, 전기 전도성 층을 포함할 수 있다. 그러한 응용에서, MFC를 위해 앞서 이루어진 설명은 멤브레인의 구축 원리에 대해 부합하게 적용된다. 게다가, 금속 층이, 예를 들어, 식별 부호화(identification coding) 및 유효 기간 예측을 위해 사용될 수 있다. 부호화의 경우, 일부 정보(멤브레인의 인식, 용도 및 상품의 식별, 등)를 부호화하기 위해 금속 층에 특정 형상이 사용될 수 있다. 형상은 금속 층의 존재/부재, 또는 층의 상이한 두께 및 한정될 부호화를 허용하는 임의의 다른 적합한 구조에 의해 맞춰질 수 있다. 또한, 예를 들어, 금속 층의 산화 수준이 기준으로서 사용될 수 있는 경우에, 금속 층의 존재는 유효 기간 추적을 위해 사용될 수 있다. 이어서, 그의 전기적 특성의 변화를 판정하는 것은 소정의 유효 기간에 대한 그의 "나이(age)"를 추적하는 것을 가능하게 할 것이다. 유효 기간은 또한 절대적인 값이 아니라 상대적인 값으로, 멤브레인은 금속 층의 전기적 특성이 일정 범위 내에 있는 한 사용하기에 적합하다고 여겨진다.
멤브레인 조립체의 외부 층은 바람직하게는, 활성화되거나 활성화되지 않은 탄소계 분말, 마이크로-분말, 나노튜브 및 탄소 섬유 단편 성분, 및 이들의 조합으로 도트-코팅된다. 도트 조성물에서 암호화된 그리고/또는 서로에 대해 위치된 도트들에 따라 판독가능한 코드의 판독을 가능하도록 도트 패턴을 추가로 설계하는 것이 이로운 것으로 밝혀졌다. 탄소 물질의 전도성 성질은 복호화를 더 단순하게 한다.
예를 들어, 다양한 도트 크기 및 도트 밀도를 포함하는 원형 기하학적 형상에 따른 도트 클러스터링은 재료 규명 그 자체를 위해 사용될 수 있는 한편, 삼각형 기하학적 형상은 안전 및 보안 부호화 측면을 위해 사용될 수 있다. 코드 바 도트형성 배열(code bar dotting arrangement)이 또한 추가될 수 있다. 추가적인 암호화-유사 특징부가 본 발명의 주 응용 도메인으로부터 유도되는 것으로 확인되었다. 멤브레인 전극 조립체는 산소 및 이산화탄소가 전자 집전을 가능하게 하고 최대화하는 조립체를 통해 선택적으로 수송될 수 있는 방식으로 수용되었다. 산소 및 이산화탄소가 음식 및 의약 제제와 같은 일정 상품의 시효(ageing) 및 신선도 보존을 결정하는 인자라는 것은 잘 인식되어 있다. 그러므로, 그러한 상품들의 가스 실체에 대한 노출 시간의 역추적을 가능하게 하는 것은 중요하다. 그러한 상품을 제안된 멤브레인 조립체와 같은 선택된 패키징 재료로 싸는 것은 특히 의미 있는 것으로 밝혀졌다.
주 응용에 대해, 그러한 가스의 유동에 대한 지식은 또한, 발생된 작동 시간의 충분한 지식에 기초하여, 임의의 시효 효과를 결정하는 데, 또는 단순히 멤브레인 조립체의 또는 전극 조립체의 최상의 용도에 관하여 다 함께 추천하는 데 가치있는 정보이다. 게다가, 본 기술 분야에 공지된 임의의 수단에 의한 반응성 트레이서의 도트 조성물 내로의 삽입은 전극 성분 또는 패키징 매체로서 사용되는 멤브레인 조립체를 통과한 산소 및 이산화탄소의 유동의 기능으로서 시효 측면 및 유효 기간을 역추적하는 데 효율적인 방법인 것으로 알려졌다. 금속, 금속 산화물, 전이 금속, 금속 클러스터가 전술된 반응성 추적 목적에 효율적인 것으로 알려졌다. 바람직하게는, Ni(니켈), Pt(백금), Pd(팔라듐), Co(코발트), Mn(망간) Cu(구리), Ag(은), Al(알루미늄), Fe(철)이 다양한 화학적 형태로 그 목적에 특히 적합한 것으로 알려졌다. 이산화탄소 및 산소 추적 둘 모두는 그러한 물질 및 관련 화학 물질계를 사용하여 잘 수행되었다.
반응성 트레이서로서 사용되는 고 흡착 면적 산화니켈(NiO) 및 산화코발트(CoO)는, 유사한 조건이지만 제어된 분위기 하에서 250℃와 같이 높은 최종 가열 조건 하에서 수산화니켈(105℃에서 몇 시간 동안 예열한 후 200℃에서 12시간 초과하여 예열) 또는 탄산코발트의 열분해로부터 얻어졌다.
산화-환원 전자 이동이 전형적이지만 그로 한정되지 않는 전기 활성을 나타내는 하이드로퀴논, PVP(폴리비닐피롤리돈), 바람직하게는 소수화된 PVP와 같은 유기 화합물뿐만 아니라, 금속-유기 블렌드, 또는 둘 모두를 포함하는 화학 물질들이 또한 적합한 것으로 알려졌다. 전자 프로브로서 사용되는 다양한 전도성 중합체계 재료는 중합체의 전도성 성질로부터 이익을 얻음으로써 적합한 것으로 알려졌다. 더 구체적으로, 전도성 박막을 생산하기 위해 다양한 제어된 조건 하에서 피롤의 화학적 중합이 사용될 수 있다. 이러한 방법론을 사용함으로써, 다양한 가스 및 증기에 대한 전기적 저항 반응이 뚜렷하게 상이한 다양한 중합체 막이 얻어진다.
알드리치(Aldrich)로부터 입수된 테트라키스-메톡시페닐-포르피리나토 코발트(CoTMPP), 코발트 및 구리 프탈로사이아닌, 구리-부틸 프탈로사이아닌과 같은 유기금속 착물이 또한 적합한 반응성 트레이서이다.
미세다공성 재료 및 더 구체적으로 금속 유기 골격체는 관심 대상의 가스를 증기 유동으로부터 선택적으로 분리하여 반응성 전기-활성 트레이서와 그 분리된 물질의 반응성을 높이는데 적합하다.
특히, 전기화학 활성을 갖는 탄소 물질, 및 금속 또는 유기물 또는 금속-유기물 및 이들의 조합, 트레이서로 본질적으로 제조된 도트의 전도성 성질은 선택된 도트 영역의 도전성 및 또는 저항률 진화를 이용하여 산소 및 이산화탄소 노출을 측정하는데 특히 적합한 것으로 알려졌다.
일반적으로, 산소 및 이산화탄소 유도 금속의 다양한 산화물로의 전환은 초기 상태에 대비하여 5% 초과의 도전성 증가 또는 감소를 초래하였으며, 보정이 된 것을 고려하면, 멤브레인으로 싸인 제품의 기간추정(dating)을 가능하게 하거나 또는 멤브레인 및 이를 포함하는 전극의 작동 시간의 정확한 측정을 가능하게 한다.
본 발명은 하기 실시예를 참조로 하여 더 설명될 것이다.
실시예
실시예 1
3개의 수지들(제1 층)을 아래 표 1에 나타난 두께로 캐스트하고, 헨켈로부터의 시아노아크릴레이트 접착제(크래프트 클레버)를 사용하여 높은 공기 투과성을 갖는 (듀폰으로부터의) 타이벡® 천(제2 지지 층)에 도트 적층하였다. 산소 전달 속도(OTR)를 ASTM F3985 방법을 사용하여 결정하였다. 수(정수)두를 DIN EN 20811 방법을 사용하여 측정하였고, 3개의 적층체 모두에 대해 4.5 m 보다 높다고 결정하였으며, 이는 본 출원에서 구상된 바와 같이, 실제 응용에서 누수가 없을 것임을 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001
PMP는 올레핀 중합체인 폴리메틸펜텐을 나타내고, M002는 등급에 대한 미쓰이의 부호이다. 엘발로이® AC 3427은 제네바 소재의 듀폰 디 네모아로부터 입수가능한 에틸렌 및 부틸 아크릴레이트의 공중합체이다. 이그잭트® 9061은 룩셈부르크 소재의 엑손모빌 케미칼로부터 입수가능한 에틸렌 부텐 공중합체이다. 적층체는 검출기를 위험에 빠뜨리지 않게 하기 위해 높은 산소 전달 속도를 가지므로, 산소 투과성은 또한 압력계로 측정하는 방법(DIN 53380-2)에 의해 결정하였다. 적층체의 양 면 사이에는 1 바(bar)의 압력차가 있다. 이러한 방법의 결과는 모든 3개의 수지에 대한 산소의 흐름이 > 3.000.000 ㎤/m2.day.bar임을 나타낸다.
일 면 상에는 공기가 그리고 타 면 상에는 박테리아를 포함하는 물이 있는 (하기에 기재된 바와 같은) 실제 사용에서, 물질 전달은 일 면 상에서 약 21%이고 물 측에서는 0%인 농도 차이에 의해 진행되는데, 이는 박테리아가 거기서 산소를 얻자마자 소비하기 때문이다. 3개의 적층체 중 가장 높은 PMP 적층체에 대한 총 전달 속도는 20200 ㎤/m2.day.bar인 것으로 확인되었다. 물질 전달에 대한 저항은 압력에 의해 진행되는 물질 전달과는 대조적으로 다른 메커니즘에 의한다.
실시예 2:
실시예 1에서 사용된 타이벡® 천을 수지 1.3으로 압출 코팅하였다. UV―경화성 PDMS(폴리다이메틸실록산)가 가장 높은 산소 전달 속도를 갖는 것으로 알려진 타이벡® 상에 있도록 한 추가 샘플을 제조하였다. 후자가 누수에 대한 양호한 저항성을 갖도록 하기 위해, 8 내지 15 g/m2의 양이 필요하였다. 압출 코팅 및 폴리다이메틸실록산 샘플이 하나의 단계로 매우 용이하게 제조되는 한편, 실제 사용에서의 이들의 산소 전달 속도(OTR)는 먼저 수지를 캐스트하고 이를 타이벡®에 도트 적층함으로써 제조된 실시예 1의 PMP 적층체의 몇 분의 일(OTR)에 불과하였다.
[표 2]
Figure pct00002
표에서 "실제 사용"은 산소 구배가 21%로 일정한 연료전지 작동하는 동안을 의미하고, 물질 전달은 멤브레인을 통해 대기 측에서부터 물 측으로 수행된다. OTR의 차이는 타이벡®과 같은 다공성 구조에 대해 코팅된 제품의 불균일성으로 설명될 수 있다.
실시예 3
MFC용 3층 복합재의 일 실시 형태에서, 유리 섬유에 탄소 나노튜브를 주입하고, 생성된 섬유를 직조함으로써 가요성 시트로 제조하였다. 가요성 전도성 시트는 매우 높은 표면적(96% 공극률 공간)을 가졌으며, 4점법으로 측정한 결과 약 0.05 내지 0.08 옴(1250 내지 2000 지멘스/m)의 저항률을 가졌다. 이러한 복합재는 0.1 m2의 애노드 면적을 갖는 1리터의 실험실 바이오-전기화학 시스템 및 7500 mg/L의 폐수 BOD를 갖는 쉬와넬라(Shewanella)의 성장된 바이오 막에서의 공기 캐소드 구성에 사용되었다. 작은 전극 간격을 갖는 이러한 설정은 28 내지 40 A/m2의 전류 밀도를 야기하였다.

Claims (15)

  1. 높은 산소 투과성을 갖는 중합체의 제1 층, 및 직포 또는 부직포 재료로 제조된 제2 지지 층을 포함하고, 양 층은 접착제를 사용하여 함께 도트(dot) 적층되거나 또는 패턴(pattern) 적층된 멤브레인.
  2. 제1항에 있어서, 제1 층의 중합체는 폴리메틸펜텐인 멤브레인.
  3. 제1항에 있어서, 상기 지지 층은 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포 및 폴리프로필렌 스펀본디드(spunbonded)-멜트블로운(meltblown)-스펀본디드 부직포로 이루어진 군으로부터 선택되는 멤브레인.
  4. 제1항에 있어서, 상기 지지 층은 플래시스펀(flashspun) 고밀도 폴리에틸렌 섬유 및 멜트 스펀 폴리프로필렌 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 멤브레인.
  5. 제1항에 있어서, 유리 섬유, 고온 중합체의 섬유, 폴리페닐렌 설파이드 및 이들의 조합, 흑연질 탄소 및 그의 복합재로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유로 제조된, 집전체 층으로서의 제3 층을 추가로 포함하는 멤브레인.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제3 층은, 탄소 나노입자, 탄소 나노튜브, 나노-크기의 탄소 섬유의 단편, 및 상기 섬유들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료가 주입된 섬유로 제조된 멤브레인.
  7. 제6항에 있어서, 상기 섬유 및 상기 흑연질 탄소 또는 그의 복합재는 나노튜브의 주입 전에 전기 도금되는 멤브레인.
  8. 제5항에 있어서, 상기 제3 층은 상기 제1 층과 도트 적층되거나 또는 패턴 적층된 멤브레인.
  9. 제1항에 있어서, 도트 적층 또는 패턴 적층은 시아노아크릴레이트 겔 접착제로 제조되는 멤브레인.
  10. 제1항에 있어서, 이는 탄소계 분말, 마이크로분말, 나노튜브 및 탄소 섬유 단편 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 코팅 조성물로 그리고 이들의 조합으로 불연속적으로 코팅되는 멤브레인.
  11. 제10항에 있어서, 코팅은 부호화 기능성(coding functionality)을 한정하는 기하학적 형상에 따른 도트 클러스터링(dot clustering)이고, 다양한 도트 크기 및 도트 밀도를 포함하는 원형 기하학적 형상, 삼각형 기하학적 형상, 및 코드 바 도트형성 배열(code bar dotting arrangement)로 이루어진 군으로부터 선택되는 멤브레인.
  12. 제10항에 있어서, 코팅 조성물은, 전기화학 활성을 갖고 금속, 금속 산화물, 전이 금속, 금속 클러스터, 전기 활성을 나타내는 유기 화합물, 유기금속 착물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 반응성 트레이서(reactive tracer)를 포함하는 멤브레인.
  13. 제12항에 있어서, 금속은 니켈, 백금, 팔라듐, 코발트, 망간, 구리, 은, 알루미늄 및 철로 이루어진 군으로부터 선택되고, 금속 산화물은 고 흡착 면적 산화니켈 및 산화코발트로 이루어진 군으로부터 선택되는 멤브레인.
  14. 제12항에 있어서, 전기 활성을 나타내는 유기 화합물은 하이드로퀴논, 폴리비닐피롤리돈, 소수화된 폴리비닐피롤리돈, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 산화-환원 전자 이동과 같은 전기 활성을 나타내는 중합체, 금속-유기 블렌드, 및 상기 전기 활성을 나타내는 중합체 및 금속-유기 블렌드의 조합을 포함하는 멤브레인.
  15. 제12항에 있어서, 유기금속 착물은 테트라키스-메톡시페닐-포르피리나토 코발트, 코발트 프탈로사이아닌, 구리 프탈로사이아닌, 구리 부틸 프탈로사이아닌, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 멤브레인.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020226329A1 (ko) * 2019-05-03 2020-11-12 주식회사 엘지화학 촉매점이 도입된 기능성 분리막, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106575772A (zh) * 2014-10-20 2017-04-19 松下电器产业株式会社 电极、燃料电池及水处理装置
WO2016129678A1 (ja) * 2015-02-12 2016-08-18 積水化学工業株式会社 積層体及び水処理システム
JP2016157532A (ja) * 2015-02-23 2016-09-01 積水化学工業株式会社 微生物燃料電池用電極積層体及び微生物燃料電池
WO2016135722A1 (en) * 2015-02-23 2016-09-01 Emefcy Ltd. An oxygen reduction catalyst element, method of its production, and uses thereof
EP3285318B1 (en) * 2015-04-13 2019-08-07 Panasonic Corporation Electrode structure and microbial fuel cell
US10281043B2 (en) 2015-07-10 2019-05-07 Lockheed Martin Corporation Carbon nanotube based thermal gasket for space vehicles
JP6703859B2 (ja) * 2016-02-26 2020-06-03 パナソニック株式会社 微生物燃料電池
CN106159281B (zh) * 2016-09-18 2020-01-10 东莞理工学院城市学院 一种基于氮化钼阴极的高性能微生物燃料电池
CN108808016B (zh) * 2018-06-08 2020-12-25 哈尔滨工业大学 一种掺杂碳纳米管过滤膜电极的制备方法及利用其的外电场强化抗污染装置
AU2019366302A1 (en) * 2018-10-23 2021-05-20 Bl Technologies, Inc. MABR media for supporting AOB and annamox bacteria and process for deammonification of wastewater
KR20200127869A (ko) * 2019-05-03 2020-11-11 주식회사 엘지화학 촉매점이 도입된 기능성 분리막, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
CN110212156B (zh) * 2019-05-31 2020-12-04 南方科技大学 柔性电极及制备方法和柔性锂离子电池
CN110444780B (zh) * 2019-08-12 2020-09-08 天津工业大学 Cu-Mn-C类催化剂/聚合物复合膜电极组件及其制作方法和应用
JP7382258B2 (ja) * 2020-03-04 2023-11-16 本田技研工業株式会社 金属セパレータ、燃料電池及び金属セパレータの製造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5739205A (en) * 1994-06-08 1998-04-14 Taoka Chemical Company, Limited α-cyanoacrylate adhesive composition
KR100220781B1 (ko) * 1996-09-26 1999-09-15 아라끼 타다시 선택투과성 필름
JP3627207B2 (ja) * 1998-02-26 2005-03-09 三井化学株式会社 多層インフレーションフィルムの製造方法、多層インフレーションフィルムおよび多層インフレーションフィルムからなる包装材
JP2003145659A (ja) * 2001-11-08 2003-05-20 Kureha Chem Ind Co Ltd 炭酸ガス選択透過性を有する積層フィルム及びそれにて包装した包装体
WO2005087486A1 (en) * 2004-03-09 2005-09-22 E.I. Dupont De Nemours And Company Package enclosure with fabric-like outer layer
KR101183912B1 (ko) * 2005-08-25 2012-09-21 토레이 밧데리 세퍼레이터 필름 고도 가이샤 폴리에틸렌 다층 미세 다공막 및 이를 이용한 전지용세퍼레이터 및 전지
US20100272941A1 (en) * 2007-11-15 2010-10-28 Entek Membranes Llc Durable water- and oil- resistant, breathable microporous membrane
JP2013521656A (ja) * 2010-03-02 2013-06-10 アプライド ナノストラクチャード ソリューションズ リミテッド ライアビリティー カンパニー カーボン・ナノチューブ浸出電極材料を含む螺旋に巻き付けられた電気機器及びその生産方法並びに生産装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020226329A1 (ko) * 2019-05-03 2020-11-12 주식회사 엘지화학 촉매점이 도입된 기능성 분리막, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

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