KR20230052676A - 전자 흡수체의 단수 재생으로 전기에너지 생산을 다증하는 방법과 그 제조방법 - Google Patents

전자 흡수체의 단수 재생으로 전기에너지 생산을 다증하는 방법과 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미생물 연료전지-전기분해 전지-저전위 물질 석출 이용 전지의 병합 발전 방법을 사용한다. 태양광 발전과 같은 외부 전력을 투입하여 전기분해 전지를 가동하여 미생물 연료전지에서 사용할 전자흡수체을 재생하여 미생물 연료전지의 양극실로 회송하고 같은 전지의 음극에서 석출된 저전위 물질을 멤브레인을 통하여 접촉된 양극실의 전자흡수체와 반응하여 전력을 생산하고 미생물 연료전지에서도 미생물 발전으로 역시 전력을 생산한다. 본 발명은 전자흡수체의 일회 재생으로 병합 발전 전지의 전기에너지 생산의 다중화하여 에너지 이용률을 크게 향상시킨다.

Description

전자 흡수체의 단수 재생으로 전기에너지 생산을 다증하는 방법과 그 제조방법{MULTIPLYING METHOD OF ELECTRICAL ENERGY PRODUCTION BY ONE-TIME REGENERATION OF ELECTRON ABSORBERS AND ITS MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 다른 기술을 배경으로 한 전지들을 조합한 전지의 전해질을 한 편에서는 이송된 환원물질을 산화물질로 재생하는 장치에서 외부 전기에너지의 투입으로 다시 산화 재생시키고 그 반대 전극에서는 환원된 물질이 생성되는데 이 생성된 물질은 외부의 투입된 전기에너지를 축적된 것으로 간주하고 이를 반대 전극에 전자흡수체를 사용하고 재생시 생성 축적된 전기에너지를 방전하여 사용하는 복합 밧데리 엔진에 의한 에너지 생산기법과 관련된 기술이다. 보다 구체적으로는 도 1에 표현한 결합에서 외부 전기에너지를 사용하여 좌단의 미생물 연료전지에서 방전물질인 양극실에서 온 환원물질을 중앙 전기분해 전지의 양극실에서 산화 재생시키고 음극실에서는 나트륨이나 리튬과 같은 매우 낮은 산화환원 전위의 물질들로 전기에너지가 축적된다. 이를 멤브레인을 통하여 접촉시키고 있는 양극실에서 템포와 같은 전자흡수체로 전자를 이동하는 전류와 전압으로 방전하여 전기 에너지와 재생된 템포 폴리머와 같은 산화물질을 이송 받은 미생물 연료전지를 동시에 방전하여 전류와 전압으로 방전하여 전기 에너지를 이용하는 방법에 관한 것이다.
미생물 연료전지 (MFC; Microbial Fuel Cell)는 지속 가능한 대체에너지 생산으로 또한 수 처리 및 오염제거를 위한 유용한 자원으로서 과거 수십년 간에 걸쳐서 연구되어 왔다(최찬수, 국제 공개번호 WO 2021/075816 A1). MFC의 장점은 글루코즈와 같은 유기물을 직접 생분해하여 저장된 화학에너지를 유용한 전기에너지로 직접 유도해낸다는 점에 있다. 대부분의 유기물은 전기활성기가 없는 한에 있어서는 직접 전기화학반응을 일으켜 전기에너지를 도출할 수 없다.
그러나 MFC의 음극으로 작용하는 전극상에 혐기성 미생물과 같은 미생물을 성장시키면 전극에 부착하며 유기물을 대사하여 전기활성인 단백질을 세포막에 환원물로 생성하여 전극에 전자를 이동시키는 독특한 미생물 대사작용을 하게 된다. 이 환원물질로부터 출발한 전자는 전극소지로 이동하여 부하를 통하여 전압 차이를 가지고 외부 회로로 이동할 수 있고 이 이동은 이동한 전자를 흡수하는 양극으로 이동하여 전자는 다시 전해질 속의 전자 흡수체로 이동하여 반응은 완료되는데 이는 혐기성 미생물의 호흡작용이라 할 수 있다.
이 과정에서 MFC의 양극실에는 전자를 더 이상 받아들일 수 없는 환원된 전자흡수체를 다량 축적시키게 된다. 이렇게 되면 더 이상 전자의 이동이 어렵게 된다.
이렇게 축적된 환원된 전자흡체 다시 말하면 호흡 물질을 다시 재생하여 재공급을 하여 주어야 MFC는 지속 발전을 하게 된다.
이 목적을 위하여 도 1에 중앙에 태양광 전지와 같은 외부 직류 전기에너지를 사용하여 전기분해 전지에 공급하면 양극실에서는 미생물 전지의 양극실에서 이송되어 온 환원된 물질이 산화되어 재생되고 전기분해 전지의 음극실에서는 나트륨과 같은 물질이 환원되어 전극에 부착되게 된다.
여기서 미생물 연료전지에서 들어온 환원물질이 산화형으로 한번 재생된다. 이 물질은 다시 MFC로 이송되어 MFC가 발전을 지속하게 되고 재생시 생성된 나트륨 금속과 같은 전기분해 전지에서 환원된 물질은 도 1의 맨 우단에 양극실과 멤브레인을 통하여 결합된 양극과 전압 차이를 가지고 전자 이동이 있는 방전을 통하여 발전을 하게 된다.
따라서 한번 전기분해 전지에서 재생 작용으로부터 나온 양쪽 극실의 물질의 공급을 가지고 두 개의 발전기를 가동시키는 결과를 가져와 에너지 사용에 있어 수배의 증배된 에너지 사용이 가능하게 된다.
제목으로 사용된 용어에서와 같이 외부 전원을 사용하여 한번 재생의 사건으로 여러 배의 전기생산의 결과를 얻을 수 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로 미생물 연료전지의 양극실에서 축적된 방전물질인 환원된 물질을 이송하여 전기분해 전지에서 산화되어 전자를 흡수할 수 있는 산화형 물질로 재생하는 외부로부터 공급된 전기에너지의 소모가 필요하다. 이 전기분해 전지의 에너지 소비를 줄이기 위해서는 MFC로부터 온 환원형 물질의 전위가 낮으면 전기분해 전지의 작용 에너지 소비는 적게 사용할 수 있다.
그러나 MFC의 발전 전력은 이 전위가 높아질수록 높게 얻을 수 있다. 이는 두 엔진의 작동 원리상 상충되는 점이다. 이는 본 발명의 이점을 응용 목적에 따른 선택의 문제가 된다.
도 1의 중앙에 있는 전기분해 전지의 작용은 이 전지의 양극실의 전위가 낮을수록 에너지를 적게 사용하여 음극실의 축적되는 환원형 물질을 축적시킬 수 있다. 그리고 재생되는 MFC의 환원형 물질의 전극반응이 빠를 수록 투입되는 에너지는 적게 듬과 동시에 향상된 효율로 작용한다.
전기분해 전지의 음극실에 축적된 환원형 물질은 멤브레인으로 결합된 양극실의 전자흡수체의 외부 회로로부터 들어온 전자를 흡수하는 작용으로 외부회로에 놓인 부하를 통하여 에너지 사용이 이루어지는 양단의 전위차이가 클 수로 전자의 흐름인 전류가 클수록 발전되는 전력의 크기는 증가한다.
도 1의 우단의 전지의 양극실에는 전극반응이 빠른 물질을 사용하여야 하는데 공기 중에 무진장으로 존재한다고 할 수 있는 산소분자를 사용하면 전력도 많이 얻을 수 있지만 기체의 공급과 전극상에서 기체 반응이 빠르지 않고 과전압도 높아서 실제로 얻을 수 있는 전지의 기전력이 감소한다는 단점이 있다. 그러나 공기중에 있는 산소를 무진장 소모하는 것으로 전 시스템의 반응은 종결되기 때문에 다시 이 장소에서 축적된 환원형 물질을 재생해야 하는 문제점을 피할 수 있다.
그럼에도 불구하고 전극에서의 산소 반응의 속도를 향상시키고 수용액 중에서 의존하여야 하는 용존산소의 농도를 증가시겨야 하는 방법을 강구하면 전지의 전력생산과 전기 에너지의 생산은 크게 증가할 것으로 사료된다.
MFC의 전력향상을 위해서는 고전위를 가지고 전극반응이 빠르고 수용액에서 용해도가 높은 전자흡수체를 사용해야 한다. 등록특허 WO 2021/075816 A1에서와 같은 전자흡수체를 사용할 수 있다. 예를 들면 Fe(III)(4,4'-dimethyl-2,2'-bipyridyl)3, Fe(III)(2,2'-bipyridyl)3, Fe(III)(2,2'-bipyridine-4,4'-disulfonate)3, Fe(III)(2,2'-bipyridine-5-sulfonate)3, Fe(III)(4,4'-bis(triethylammoniummethyl)-2,2'-bipyridine)3, Fe(III)(triethylammonium-2,2'-bipyridine)3, Fe(III)(2,2'-bipyridine-5,5'-dicarboxylic acid)3, Fe(III)(1,10-phen)3, Ru(III)(2,2'-bipyridine)3, Ru(III)(4,4'-bis(triethylammoniummethyl)-2,2'-bipyridine)3, 4-trimethylammonium-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyliodide, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-2,2,6,6-1-oxyl sulfonate sodium salt, TEMPO-4-sulfate potassium, 4-[3-(trimethylammonium)propoxy]-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl chloride, (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-yl)-oxyl copolymer, poly(TEMPO), 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, 4-amino-2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, 4-carboxyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidioxyl, 3-carbamido-2,2,5,5-tetramethyl-3-carbamido-3-pyroline-1-oxyl, phthalimide-N-oxyl, N,N,N-2,2,6,6-heptamethylpiperidine-oxy-4-ammonium dichloride, poly(TEMPO-CO-PEGMA), 4,5-dihydroxy-1,3-benzenedisulfonate disodium, 3,6-dihydroxy-2,4-dimethylbenzenedulfonate sodium, N-hydroxyimide derivatives, (ferrocenylmethyl)-trimethylammonium chloride, bis[(trimethylammonium)propyl]ferrocene, bis(3-trimethylaminopropyl)-ferrocene dichloride, ferroceneamin chloride, ferrocenedintrogendibromide, Br2, I3, Mn3+ 등의 전자흡수체를 양극전해질로 사용하여 효율적인 비용으로 전력을 생산할 수 있다. 상기 전자흡수체는 중금속이나 그것의 착물과 같은 여러 가지 전하를 갖는 산화환원 쌍을 사용하고 이를 재생하는 과정의 조합으로 연속 사용이 가능하다. 이들 전자수용체는 높은 환원전위뿐만 아니라 용매에서의 높은 용해도와 안정성과 PH에 허용폭이 적당하면 좋다.
이들 전자흡수체는 전기활성인 다양한 유기물로 합성하여 사용할 수 있으며 산화환원 단위체가 붙은 단량체를 폴리머로 합성하여 다양한 전자흡수체를 사용할 수 있다.
전기분해 전지의 음극실에는 나트륨 이온, 리튬 이온, 마그네슘 이온, 칼슘 이온, 세륨 이온, 포타시움 이온, 망간 이온 등의 유기용매에 녹일 수 있는 무기이온의 염을 사용할 수 있다. 이들은 음극전극에 금속으로 도금이 될 수 있다.
이들 전극상에 금속 석출물과 쌍을 이루는 양극실에 산소 기체의 공급과는 달리 용매에서 전위가 높고 전극반응과 용해도가 높은 전자흡수체를 사용할 수는 있으나 방전하여 전력을 얻은 후에는 방전물을 재생하여 재공급을 하여야 한다.
본 발명에 따르는 태양광 발전 전력이나 풍력, 야간 전기를 사용하여 방전물질을 재생할 때 들어가는 전력을 소비하여 MFC 전력과 석출된 금속을 산화시켜 전자를 양극으로 이동시킬 때 얻는 전력을 동시에 얻음으로써 두배 이상 전력을 효율적으로 발전할 수 있다.
MFC의 방전물질을 재생하기 위하여 전기에너지를 소비하는 번거로운 설치를 피할 수 있다.
이 병합 발전에 의하면 외부 전력을 투입하여 전기분해 전지를 가동하면 미생물 연료전지에는 예를 들어 템포 폴리머를 재생하여 양극실로 공급하고 예를 들어 나트륨 전지에는 나트륨 금속을 이 전지의 음극실에 공급하여 미생물 연료전지에서는 약 1.4 V의 기전력을 얻고 나트륨 전지에서는 양극실의 전자흡수체 사용의 조건에 따라 다르지만 공기 중의 산소를 사용할 경우 약 3.94 V의 기전력을 얻는데 총 5.34 V의 기전력을 얻는데 반하여 전기분해를 위하여 투입되는 전력의 기전력은 약 3.71 V 소요됨으로써 기전력 상으로 투입전압 대비 발전전압을 약 1.44 배로 전기 이용률을 높힐 수 있다.
이 병합 발전의 작용은 별도로 미생물 연료전지의 전자흡수체를 재생하는 자원의 소비를 할 필요가 없이 전기분해조에서 나트륨의 축적을 하는 과정에서 무료로 재생된 전자흡수체를 획득할 수 있다.
이 병합 발전에 투입되는 물질은 미생물 연료전지의 미생물막의 먹이를 위한 유기물의 공급과 나트륨 전지의 양극의 산소와 같은 전자흡수체 뿐이다. 이들은 다 저렴하거나 무료로 얻을 수 있는 소모 자원들이다.
한편 미생물 연료전지를 운영하지 않고 나트륨 전지만을 운영하는 경우에는 전기분해 전지의 양극실에 TEMPO와 같은 전극에서 전자 이동반응이 빠른 활물질을 사용함으로써 전자전달 과전압을 줄인 상테에서 음극에 나트륨과 같은 저전위를 갖는 물질을 축적시킨다.
위의 반응이 종료되면 양극실의 나트륨 전지의 양전극실로 이송시켜 나트륨의 방전을 통하여 나트륨 전지의 전력을 생산한다. 이 때에 나트륨 전지의 양극실로 이송되어 온 TEMPO와 같은 활물질은 역시 환원반응이 매우 빠르기 때문에 전지의 기전력의 손실이 없이 전력생산을 하게 된다.
이 TEMPO와 같은 활물질의 이송은 연속적으로 펌프를 통하여 이루어지게 하면 안정된 전력생산이 이루어지게 된다.
도 1은 중앙에 있는 전기분해 전지에서 외부 전력을 소비하여 MFC와 나트륨과 산소기체를 사용하여 발전하는 양상을 개략적으로 나타내는 모식도이다. 기전력으로만 보면 전기분해 전지에서 3.71 V를 소비하여 MFC 발전에서 1.4 V를 얻으며 나트륨과 공기 전지로부터 3.94 V를 얻는다.
도 2는 양극실에 전자이동이 빠른 TEMPO와 같은 활물질을 나트륨과 같은 저전위 물질을 축적시키는 음전극실을 양 옆으로 연속 또는 간헐적으로 순환시키면서 전기분해에 의해 나트륨을 축적시키고 다시 이를 방전시켜 전력을 얻는 영구 전기에너지 변환 엔진이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이들로 한정되는 것은 아니다.
[실시 예 1]
미생물 연료전지-태양광 전기분해 전지-저 전위 발전 엔진의 실행
중앙에 전기분해 전지를 중심으로 좌측에 미생물 연료전지를 설치하고 그 우측에는 음극실에 석출된 저 전위 물질인 나트륨을 이용한 전지를 설치하여 중앙의 전기분해 전지에서 한번의 외부 전력의 투입으로 두 군데에서 발전을 수행하여 에너지의 고 이용률을 성취했다.
본 발명에서는 미생물 연료전지에서는 그의 음극실에서는 혐기성 미생물이 글루코즈와 같은 외부 유기물을 사용하여 산화환원이 가능한 단백질을 생산하여 음극실의 활물질(negolyte)을 준비하고 양극실에는 중앙의 전기분해 전지에서 공급받은 양극 활물질(posolyte)을 준비하여 방전 발전한다.
미생물 연료전지의 음극은 중앙에 있는 전극실로서 탄소 섬유를 사용하여 중심에 티타늄을 사용하여 엮어서 만든 탄소 솔 상에 혐기성 미생물의 미생물 막을 형성한 전극을 사용한다. 양극 전극은 중앙의 음극전극실을 뺀 나머지 영역이며 이들은 좌우의 용액이 혼합되도록 아래나 옆으로 용액의 이동통로를 구비하며,
양극 전극은 탄소 솔, 탄소 펠트, 탄소 판, 다공성 탄소 또는 이로써 피복된 탄소 판, 탄소 나토튜브 또는 그레핀으로 피복된 탄소 판, 백금 판, 티타늄 판, 스테인레스 강판, 백금이나 이리듐 또는 팔라듐으로 피복된 티타늄 판, 양극 전극은 음극 전극과 같은 탄소 솔을 사용할 수도 있고 일반 탄소 판이나 부식성이 없는 여러 가지 금속 판을 사용할 수도 있으며 티타늄에 백금이나 이리듐 또는 폴리머를 피복한 소위 치수안정전극을 사용할 수도 있으며 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로 부터 선택되는 전극들로 구비될 수 있다.
분리막은 미세 다공성 폴리머 막을 미생물 연료전지의 중앙에 있는 음극실의 양 창문형 분리막에 누수가 되지 않도록 철저히 밀봉하여 부착하였다.
외부 전력을 이용한 전기분해 전지와 우측 말단의 에너지 생성 전지 사이의 나트륨 금속 석출 음극은 EC/PC 유기 용매에 육플로로화 인 나트륨을 녹여서 만든 전해질을 사용했으며 전극은 티타늄 판을 사용했으며 이 음극실 양 옆의 양 전극실에는 상기 미생물 연료전지의 양 전극을 동히 사용할 수 있으나 본 실시예에서는 탄소 솔을 사용하였다. 나트륨 전지의 양 전극실에는 공기를 공급하여 분자 산소를 양 전극의 활물질로 사용하였다.
양극실의 전해질의 순환은 중앙의 전기분해 전지의 양극실에서 재생된 전해질이 미생물 연료전지의 양극실로 펌프로 이송 다음 이 전지의 방전물질이 된 양극실의 전해질은 나트륨 전지의 양극실로 이송 다음 펌프로 전기분해 전지의 양극실로 반송이 되어 미생물 연료전지의 양극 전해질로 사용이 되는 순환이 된다.
이 전지의 작용으로부터 약 1.4 V의 기전력을 성취하였다. 우측의 저 전위 발전 장치에서는 음극실의 음극 상에 석출된 예를 들어 나트륨 물질을 음극 활물질(negolyte)을 사용하고 양극실에는 미생물 연료전지에서 공급 받은 전해질에 공기 중의 분자 산소를 수용액 중에 공급 받아 양극 활물질(posolyte)을 사용하여 방전 발전한다.
이 전지의 작용으로부터 이론적인 기전력 3.94 V를 성취하였다. 전기분해 전지에 투입되는 전압은 3.63 V으로 전압만을 고려하면 출력 전압이 총 5.34 V로서 약 1.5배의 생산 전압이 투입 전압에 비하여 높게 되었다.
한편, 실시 예 1의 나트륨과 짝을 이루는 양극 활물질로 분자 산소를 차단하고 템포 폴리머를 양극의 활물질로 사용하면 투입 전압이 3.63 V이고 출력 총전압이 5.03 V 로 그 비율은 1.4로 약 40%의 증배효과가 있으며 반응속도가 템포 폴리머에서 더 빠르게 되서 전력과 에너지의 증배효과는 더욱 클 것으로 예상된다.
[실시 예 2]
전기분해 전지를 결합한 저 전위 석출물을 이용하는 발전장치
실시 예 1에서 미생물 연료전지부를 탈착하고 전기분해 전지와 저 전위 석출물 발전부만을 결합하여 충방전을 영구적으로 반복하는 결합전지를 구성한다. 여기서 중앙에 있는 음극실의 전해질은 순환되지 않으며 음극실 양 옆의 전기분해 전지부의 양극실과 전기 발전부의 양극실 사이에 전해질이 순환하게 된다. 주요 활물질은 예를 들어 폴리머 템포이며 전기분해 전지에서는 산화되며 전기 발전부에서는 환원되는 순환구조를 가지고 있다.
전기분해 동안에 중앙의 음극실에서는 분리막을 통한 이동으로 나트륨 이온의 공급을 받아 전극에 석출되고 방전되는 동안에는 산화되어 전자를 전극 상에 발생시킨다. 분리막을 통하여 이 시간 동안에는 나트륨의 산화로 생성된 나트륨 이온이 분리막을 통하여 전기 발전부의 양극실로 이동한다.
이 결합 전지의 구조에서는 전기분해 전지에서 이 전지의 작용으로부터 전기분해 전지에 투입되는 이론적인 전압은 3.63 V으로 전압만을 고려하면 출력 전압이 3.63 V로서 투입 전압과 생산 전압이 같게 되어 약 100 퍼센트의 에너지 변환율을 나타내었다.
그러나 전기분해 전지와 발전 전지의 전극 상의 과전압으로 이들 효율은 조금 낮아졌다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 미생물 연료전지의 분리막을 사이에 두고 음극실은 탄소솔상에 혐기성 미생물을 부착시켜 생촉매로 사용한다. 양극실에는 음극에서 발생된 전자를 외부 부하를 통하여 전위차를 가지고 양극실의 양극으로 이동한 전자를 전자흡수체로 이동시키는 기작을 이용하여 미생물 연료전지에 의한 전력생산을 하고 양극실에서 발생된 환원된 방전물질을 전기분해 전지의 분리막으로 나눈 양극실로 이송하고 이 전지의 음극실에는 유기용매에 녹인 전압이 낮은 금속염을 녹이고 전도도를 높이기 위하여 추가 전해질을 넣은 전지구성에서 태양광 전력과 같은 외부 전력원을 공급하여 미생물 연료전지의 방전물질을 재생하고 이 전기분해 전지의 음극실의 음극 상에 전위가 낮은 금속을 석출 축적한다. 전기분해 전지의 음극실을 다시 멤브레인을 통하여 공기의 산소분자의 전자흡수 능력을 접촉하여 분리한 전력발전 전지를 구성하여 전력을 생산하는 복수의 전지의 결합 발전을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미생물 연료전지의 음극실과 양극실은 절연성 소재의 일체형 용기 내의 분리된 3개의 영역이고, 상기 분리된 중앙 영역은 양쪽을 창문형 틀 형태로서 이 두 창문에 분리막을 초단파 또는 용액 속에서도 내구성이 있는 에폭시로 완전 밀폐하여 분리막을 설치하여 구비하는 미생물 연료전지를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 중앙의 전극실은 음극실로서 탄소 솔, 탄소 펠트, 탄소 판, 다공성 탄소 또는 이로써 피복된 탄소판 및 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 미생물 연료전지를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 양극전극실은 중앙의 음극전극실을 뺀 나머지 영역이며 이들은 좌우의 용액이 혼합되도록 아래나 옆으로 용액의 이동통로를 구비하며 양극전극은 탄소 솔, 탄소 펠트, 탄소 판, 다공성 탄소 또는 이로써 피복된 탄소 판, 탄소 나토튜브 또는 그레핀으로 피복된 탄소 판, 백금 판, 티타늄 판, 스테인레스 강판, 백금이나 이리듐 또는 팔라듐으로 피복된 티타늄 판 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 미생물 연료전지를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음전극 및 양전극이 탄소 솔일 때 양전극실에 포함되는 탄소 솔의 양이 음전극실에 포함되는 탄소 솔의 양보다 과량인 미생물 연료전지를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분리막은 미세 다공성막, 양이온 교환막, 음이온 교환막, 또는 양이온 음이온 복합막인 미생물 연료전지를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음전극실의 유기물 용액은 아세테이트, 글?코우즈, 단백질, 음식물 가수물, 생활폐수, 혐기성 슬러지, 조류, 볏짚의 가수물, 초류의 가수물 및 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 포함하는 미생물 연료전지를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미생물 연료전지의 양극실의 전자흡수체는 Fe(III)(4,4'-dimethyl-2,2'-bipyridyl)3, Fe(III)(2,2'-bipyridyl)3, Fe(III)(2,2'-bipyridine-4,4'-disulfonate)3, Fe(III)(2,2'-bipyridine-5-sulfonate)3, Fe(III)(4,4'-bis(triethylammoniummethyl)-2,2'-bipyridine)3, Fe(III)(triethylammonium-2,2'-bipyridine)3, Fe(III)(2,2'-bipyridine-5,5'-dicarboxylic acid)3, Fe(III)(1,10-phen)3, Ru(III)(2,2'-bipyridine)3, Ru(III)(4,4'-bis(triethylammoniummethyl)-2,2'-bipyridine)3, 4-trimethylammonium-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyliodide, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-2,2,6,6-1-oxyl sulfonate sodium salt, TEMPO-4-sulfate potassium, 4-[3-(trimethylammonium)propoxy]-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl chloride, (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-yl)-oxyl copolymer, poly(TEMPO), 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, 4-amino-2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, 4-carboxyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidioxyl, 3-carbamido-2,2,5,5-tetramethyl-3-carbamido-3-pyroline-1-oxyl, phthalimide-N-oxyl, N,N,N-2,2,6,6-heptamethylpiperidine-oxy-4-ammonium dichloride, poly(TEMPO-CO-PEGMA), 4,5-dihydroxy-1,3-benzenedisulfonate disodium, 3,6-dihydroxy-2,4-dimethylbenzenedulfonate sodium, N-hydroxyimide derivatives, (ferrocenylmethyl)-trimethylammonium chloride, bis[(trimethylammonium)propyl]ferrocene, bis(3-trimethylaminopropyl)-ferrocene dichloride, ferroceneamin chloride, ferrocenedintrogendibromide, Br2, I3, Mn3+ 등의 전자흡수체를 양극전해질로 사용하여 효율적인 비용으로 전력을 생산할 수 있다. 상기 전자흡수체는 중금속이나 그것의 착물과 같은 산화환원 쌍을 사용할 수 있고 이를 재생하는 과정의 조합으로 연속 사용이 가능하다. 이들 전자수용체는 높은 환원전위뿐만 아니라 용매에서의 높은 용해도와 안정성과 pH에 허용폭이 적당하면 발전효율을 높힐 수 있다. 이들 전자흡수체는 전기활성인 다양한 유기물로 합성하여 사용할 수 있으며 복수의 산화환원 기작이 일어나는 단위체가 붙은 단량체를 폴리머로 합성하여 다양한 전자흡수체로 합성하여 사용할 수 있는 미생물 연료전지를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 미생물 연료전지의 양극실에서 이송되온 방전물질을 재생하는 과정에 관여하는 전기분해 전지에 있어서 이 전지에 인가되는 전력은 상기 미생물 연료전지에서 발생하는 전력, 태양광 발전 전력, 풍력 발전 전력, 소수력 전력, 심야 전기 전력 및 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인 전기분해 전지를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전기분해 전지의 양전극은 이산화 납 전극 또는 금속 판 위에 이산화 납을 피복한 음전극, 탄소 솔, 탄소 펠트, 탄소 판, 다공성 탄소 또는 이로써 피복된 탄소 판, 탄소 나노튜브나 그래펜으로 피복된 탄소 판, 백금 판, 티타늄 판, 백금이나 이리듐으로 피복된 티타늄 판, 스테인레스 강판 및 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 양전극을 포함하는 전기분해 전지를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기분해 전지의 음극은 이산화 납 전극 또는 금속 판 위에 이산화 납을 피복한 음전극, 탄소 솔, 탄소 펠트, 탄소 판, 다공성 탄소 또는 이로써 피복된 탄소 판, 탄소 나노튜브나 그래펜으로 피복된 탄소 판, 백금 판, 티타늄 판, 백금이나 이리듐으로 피복된 티타늄 판, 스테인레스 강판 및 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 음전극을 포함하는 전기분해 전지를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기분해 전지는 음극실과 양극실을 분리하는 분리막은 양이온을 이동시킬 수 있는 고체 전해질 폴리머 막, 고체 전해질 세라믹 막 등으로 전기분해 전지의 음극실의 양 옆에 창문 틀형에 유체가 누설이 되지 않도록 철저히 밀봉하여 주위로부터 분리막으로 밀봉하고 그 오른쪽으로 전기 발전을 위한 양극실을 접촉하여 일체 연속형으로 구비한 전기분해 전지와 전지 발전 전지의 결합전지를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기분해 전지의 양극실로 pH 조절과 저장부에서 공급받은 전자흡수체가 외부 전원이 공급되고 있는 동안에 양극실에서 미생물 연료전지의 양극실에 필요한 전자흡수체를 재생시키고 그의 음극실에서는 나트륨과 같은 낮은 산화환원 전위를 가진 물질이 환원되어 전극에 부착되거나 가용성의 이온상으로 축적이 되고 전기분해가 완결되면 양극실의 전자흡수체는 미생물 연료전지의 양극실로 펌프로 이송되고 예를 들어 나트륨 발전기의 양극실에는 미생물 연료전지의 양극실에서 이송되어 온 수용액 전해질에 공기의 산소와 같은 전자흡수체를 공급 받거나 또는, 공기 중 산소의 공급 없이 템포 폴리머를 공급 받아 미생물 연료전지와 나트륨 전지에서 동시에 전기에너지 생산이 일어나는 일석이조의 효율의 획기적인 증진법을 나타내는 미생물 연료전지와 나트륨 전지의 병합 발전을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기분해 전지의 전해질 용액은 유기용매 예를 들면, 에틸렌 카보네이트(EC)와 프로필렌 카보네이트(PC)의 혼합 용매에 이에 가용성인 육불소인나트륨, 육불소인리튬이나 아연 염과 같은 무기 화합물을 용해시켜 얻은 전해질을 낮은 전위의 물질의 발화를 막기 위한 물과 공기중 산소의 접근을 막은 전기분해 전지와 나트륨 전지의 결합 발전을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 미생물 연료전지 또는 나트륨 전지를 이용한 전기에너지 생산방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 병합전지를 병렬 또는 직렬 연결하는 전기 에너지 생산 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 미생물 연료전지를 철거하고 나트륨 금속과 저전위 물질의 석출실 또는 음극실의 좌우 전극실로 TEMPO와 같은 고전위 활물질이 들어 있는 전해질을 연속 또는 간헐적으로 순환하여 양극실의 전해질로 하여 좌측에서는 전기분해 전지의 양극실로 작용하고 저전위 물질의 석출실의 우측에서는 전기 발전의 양극실로 작용하게 하여 고 기전력을 얻는 고 성능의 발전 장치의 이용 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 양극실에 사용하는 활물질은 탄소 전극과 같은 전극에서 전자 이동 속도가 매우 빠름으로 해서 전극 상에서 전자 이동 저항이 매우 낮아 기전력 생상과 작동시 전력이 매우 높게 하는 활물질을 사용하는데 이들 활물질들은 청구항 7의 활물질을 사용할 수 있고 이외의 전자 이동속도가 빠른 가역적인 활물질을 사용할 수 있다. 또한 전극에 석출될 수 있는 무기 또는 유기 활물질이나 용액에 해리된 상태로 작용하는 활물질도 사용 가능하여 목적에 따라 선택이 가능한 활물질의 이용범위가 넓은 방법의 사용과 보조 전해질로는 염화 나트륨과 같은 저전위를 갖는 금속물의 석출의 원인이 되는 염들들을 사용할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 양극실의 전해질(posolyte)의 순환은 도 2에 보인 바와 같이 전기분해 전지의 양극실에서 나트륨과 같은 저전위를 이용한 우단의 전지의 양극실 사이에 작은 펌프로 이루어질 수 있으며 그 역의 순환은 역시 도 2에 보인 바와 같이 두 양극실 사이에 작은 펌프로 양극 전해질(posolyte)의 순환으로 이루어지며 항상 활물질들의 일정량이 유지됨으로 해서 태양광 외부 전력의 일정량을 소모하면서 동시에 필요한 발전으로 부하에 일정량의 전력을 공급하는 영구 충전과 방전을 반복하는 전지 시스템의 설비를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각 전극실의 분리는 분리막의 구비로 이루어지며 이들은 이온만 이동하여 전류를 일으키며 상기 분리막은 양이온 교환막, 음이온 교환막, 양이온 음이온 복합막, 미세 다공막을 사용할 수 잇으며 특히 수용액 전해질과 유기 용액 전해질과 접촉이 이루어지는 곳의 사용되는 분리막은 고체 전해질을 사용하는 전지 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기분해 전지에 투입되는 전력은 태양광과 같은 전력원의 전력을 그대로 투입할 수 있으나 일단 에너지 저장 시스템(ESS)에 저장한 것을 사용하여 전천후 본 발명의 결합 전지 시스템을 운전할 수 있는 결합전지 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 미생물막 음극전해질 실로부터 포솔라이트 실을 분리막을 창문형으로 밀봉하여 분리할 수도 있지만 분리막을 원통형이나 박스형으로 전체를 사출 등의 제조방법으로 통을 구성하고 그것의 팽창 터지는 것을 막기 위하여 가는 나일론선과 같은 재료로 망을 형성하여 씌우고 이의 상단을 뚜껑과 함께 밀봉하여 포솔라이트를 위치시키고 상대방의 용액 속에는 반대의 전극을 중앙의 원통형 또는 사각형을 중심으로 둘러서 마주 보도록 구성하는 폴리머 전기저장 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 전지의 발전의 확장성을 위해서 양극 전해질 (posolyte)의 pH 조절통을 적당한 크기의 저장통으로 확장하여 양극 전해질의 충분한 여분을 저장함으로써 야간이나 우천시에도 지속 발전을 제공할 수 있다.

Claims (23)

  1. 미생물 연료전지의 분리막을 사이에 두고 음극실은 탄소솔상에 혐기성 미생물을 부착시켜 생촉매로 사용한다. 양극실에는 음극에서 발생된 전자를 외부 부하를 통하여 전위차를 가지고 양극실의 양극으로 이동한 전자를 전자흡수체로 이동시키는 기작을 이용하여 미생물 연료전지에 의한 전력생산을 하고 양극실에서 발생된 환원된 방전물질을 전기분해 전지의 분리막으로 나눈 양극실로 이송하고 이 전지의 음극실에는 유기용매에 녹인 전압이 낮은 금속염을 녹이고 전도도를 높이기 위하여 추가 전해질을 넣은 전지구성에서 태양광 전력과 같은 외부 전력원을 공급하여 미생물 연료전지의 방전물질을 재생하고 이 전기분해 전지의 음극실의 음극 상에 전위가 낮은 금속을 석출 축적한다. 전기분해 전지의 음극실을 다시 멤브레인을 통하여 공기의 산소분자나 템포 폴리머의 전자흡수 능력을 접촉하여 분리한 전력발전 전지를 구성하여 전력을 생산하는 복수의 전지의 결합 발전.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 미생물 연료전지의 음극실과 양극실은 절연성 소재의 일체형 용기 내의 분리된 3개의 영역이고,
    상기 분리된 중앙 영역은 양쪽을 창문형 틀 형태로서 이 두 창문에 분리막을 초단파 또는 용액 속에서도 내구성이 있는 에폭시로 완전 밀폐하여 분리막을 설치하여 구비하는 미생물 연료전지.
  3. 제 1항에 있어서,
    중앙의 전극실은 음극실로서 탄소 솔, 탄소 펠트, 탄소 판, 다공성 탄소 또는 이로써 피복된 탄소판 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인 미생물 연료전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 양극전극실은 중앙의 음극전극실을 뺀 나머지 영역이며 이들은 좌우의 용액이 혼합되도록 아래나 옆으로 용액의 이동통로를 구비하며 양극전극은 탄소 솔, 탄소 펠트, 탄소 판, 다공성 탄소 또는 이로써 피복된 탄소 판, 탄소 나토튜브 또는 그레핀으로 피복된 탄소 판, 백금 판, 티타늄 판, 스테인레스 강판, 백금이나 이리듐 또는 팔라듐으로 피복된 티타늄 판 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로 부터 선택되는 미생물 연료전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 음전극 및 양전극이 탄소 솔일 때 양전극실에 포함되는 탄소 솔의 양이 음전극실에 포함되는 탄소 솔의 양보다 과량인 미생물 연료전지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 분리막은 미세 다공성막, 양이온 교환막, 음이온 교환막, 또는 양이온 음이온 복합막인 미생물 연료전지.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 음전극실의 유기물 용액은 아세테이트, 글루코즈, 단백질, 음식물 가수물, 생활폐수, 혐기성 슬러지, 조류, 볏짚의 가수물, 초류의 가수물 및 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 포함하는 미생물 연료전지.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 미생물 연료전지의 양극실의 전자흡수체는 Fe(III)(4,4'-dimethyl-2,2'-bipyridyl)3, Fe(III)(2,2'-bipyridyl)3, Fe(III)(2,2'-bipyridine-4,4'-disulfonate)3, Fe(III)(2,2'-bipyridine-5-sulfonate)3, Fe(III)(4,4'-bis(triethylammoniummethyl)-2,2'-bipyridine)3, Fe(III)(triethylammonium-2,2'-bipyridine)3, Fe(III)(2,2'-bipyridine-5,5'-dicarboxylic acid)3, Fe(III)(1,10-phen)3, Ru(III)(2,2'-bipyridine)3, Ru(III)(4,4'-bis(triethylammoniummethyl)-2,2'-bipyridine)3, 4-trimethylammonium-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyliodide, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-2,2,6,6-1-oxyl sulfonate sodium salt, TEMPO-4-sulfate potassium, 4-[3-(trimethylammonium)propoxy]-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl chloride, (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-yl)-oxyl copolymer, poly(TEMPO), 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, 4-amino-2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, 4-carboxyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidioxyl, 3-carbamido-2,2,5,5-tetramethyl-3-carbamido-3-pyroline-1-oxyl, phthalimide-N-oxyl, N,N,N-2,2,6,6-heptamethylpiperidine-oxy-4-ammonium dichloride, poly(TEMPO-CO-PEGMA), 4,5-dihydroxy-1,3-benzenedisulfonate disodium, 3,6-dihydroxy-2,4-dimethylbenzenedulfonate sodium, N-hydroxyimide derivatives, (ferrocenylmethyl)-trimethylammonium chloride, bis[(trimethylammonium)propyl]ferrocene, bis(3-trimethylaminopropyl)-ferrocene dichloride, ferroceneamin chloride, ferrocenedintrogendibromide, Br2, I3, Mn3+ 등의 전자흡수체를 양극전해질로 사용하여 효율적인 비용으로 전력을 생산할 수 있다. 상기 전자흡수체는 중금속이나 그것의 착물과 같은 산화환원 쌍을 사용할 수 있고 이를 재생하는 과정의 조합으로 연속 사용이 가능하다. 이들 전자수용체는 높은 환원전위뿐만 아니라 용매에서의 높은 용해도와 안정성과 pH에 허용폭이 적당하면 발전효율을 높힐 수 있다. 이들 전자흡수체는 전기활성인 다양한 유기물로 합성하여 사용할 수 있으며 복수의 산화환원 기작이 일어나는 단위체가 붙은 단량체를 폴리머로 합성하여 다양한 전자흡수체로 합성하여 사용할 수 있는 미생물 연료전지.
  9. 제 1항에 있어서,
    미생물 연료전지의 양극실에서 이송되온 방전물질을 재생하는 과정에 관여하는 전기분해 전지에 있어서 이 전지에 인가되는 전력은 상기 미생물 연료전지에서 발생하는 전력, 태양광 발전 전력, 풍력 발전 전력, 소수력 전력, 심야 전기 전력 및 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인 전기분해 전지.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 전기분해 전지의 양전극은 이산화 납 전극 또는 금속 판 위에 이산화 납을 피복한 양전극, 탄소 솔, 탄소 펠트, 탄소 판, 다공성 탄소 또는 이로써 피복된 탄소 판, 탄소 나노튜브나 그래펜으로 피복된 탄소 판, 백금 판, 티타늄 판, 백금이나 이리듐으로 피복된 티타늄 판, 스테인레스 강판 및 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 양전극을 포함하는 전기분해 전지.
  11. 제 1항에 있어서,
    전기분해 전지의 음극은 이산화 납 전극 또는 금속 판 위에 이산화 납을 피복한 양전극, 탄소 솔, 탄소 펠트, 탄소 판, 다공성 탄소 또는 이로써 피복된 탄소 판, 탄소 나노튜브나 그래펜으로 피복된 탄소 판, 백금 판, 티타늄 판, 백금이나 이리듐으로 피복된 티타늄 판, 스테인레스 강판 및 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 음전극을 포함하는 전기분해 전지.
  12. 제 1항에 있어서,
    전기분해 전지는 음극실과 양극실을 분리하는 분리막은 양이온을 이동시킬 수 있는 고체 전해질 폴리머 막, 고체 전해질 세라믹 막 등으로 전기분해 전지의 음극실의 양 옆에 창문 틀형에 유체가 누설이 되지 않도록 철저히 밀봉하여 주위로부터 분리막으로 밀봉하고 그 오른쪽으로 전기 발전을 위한 양극실을 접촉하여 일체 연속형으로 구비한 전기분해 전지와 전지 발전 전지의 결합전지.
  13. 제 1항에 있어서,
    전기분해 전지의 양극실로 pH 조절과 저장부에서 공급받은 전자흡수체가 외부 전원이 공급되고 있는 동안에 양극실에서 미생물 연료전지의 양극실에 필요한 전자흡수체를 재생시키고 그의 음극실에서는 나트륨과 같은 낮은 산화환원 전위를 가진 물질이 환원되어 전극에 부착되거나 가용성의 이온상으로 축적이 되고 전기분해가 완결되면 양극실의 전자흡수체는 미생물 연료전지의 양극실로 펌프로 이송되고 예를 들어 나트륨 발전기의 양극실에는 미생물 연료전지의 양극실에서 이송되어 온 수용액 전해질에 공기의 산소를 차단하고 템포 폴리머와 같은 전자흡수체를 공급 받아 미생물 연료전지와 나트륨 전지에서 동시에 전기에너지 생산이 일어나는 일석이조의 효율의 획기적인 증진법을 나타내는 미생물 연료전지와 나트륨 전지의 병합 발전.
  14. 제 1항에 있어서,
    전기분해 전지의 전해질 용액은 유기용매 예를 들면, 에틸렌 카보네이트(EC)와 프로필렌 카보네이트(PC)의 혼합 용매에 이에 가용성인 육불소인나트륨, 육불소인리튬이나 아연 염과 같은 무기 화합물을 용해시켜 얻은 전해질을 낮은 전위의 물질의 발화를 막기 위한 물과 공기중 산소의 접근을 막은 전기분해 전지와 나트륨 전지의 결합 발전.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 하나의 항에 따른 미생물 연료전지 또는 나트륨 전지를 이용한 전기에너지 생산방법.
  16. 제 1항에 있어서,
    복수의 병합전지를 병렬 또는 직렬 연결하는 전기 에너지 생산 방법.
  17. 제 1항에 있어서,
    미생물 연료전지를 철거하고 나트륨 금속과 저전위 물질의 석출실 또는 음극실의 좌우 전극실로 TEMPO와 같은 고전위 활물질이 들어 있는 전해질을 연속 또는 간헐적으로 순환하여 양극실의 전해질로 하여 좌측에서는 전기분해 전지의 양극실로 작용하고 저전위 물질의 석출실의 우측에서는 전기 발전의 양극실로 작용하게 하여 고 기전력을 얻는 고 성능의 발전 장치의 이용 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    양극실에 사용하는 활물질은 탄소 전극과 같은 전극에서 전자 이동 속도가 매우 빠름으로 해서 전극 상에서 전자 이동 저항이 매우 낮아 기전력 생상과 작동시 전력이 매우 높게 하는 활물질을 사용하는데 이들 활물질들은 제 7항의 활물질을 사용할 수 있고 이외의 전자 이동속도가 빠른 가역적인 활물질을 하용할 수 있다. 또한 전극에 석출될 수 있는 무기 또는 유기 활물질이나 용액에 해리된 상태로 작용하는 활물질도 사용 가능하여 목적에 따라 선택이 가능한 활물질의 이용범위가 넓은 방법의 사용과 보조 전해질로는 염화 나트륨과 같은 저전위를 갖는 금속물의 석출의 원인이 되는 염들들을 사용할 수 있는 방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    양극실의 전해질(posolyte)의 순환은 도 2에 보인 바와 같이 전기분해 전지의 양극실에서 나트륨과 같은 저전위를 이용한 우단의 전지의 양극실 사이에 작은 펌프로 이루어질 수 있으며 그 역의 순환은 역시 도 2에 보인 바와 같이 두 양극실 사이에 작은 펌프로 양극 전해질(posolyte)의 순환으로 이루어지며 항상 활물질들의 일정량이 유지됨으로 해서 태양광 외부 전력의 일정량을 소모하면서 동시에 필요한 발전으로 부하에 일정량의 전력을 공급하는 영구 충전과 방전을 반복하는 전지 시스템의 설비.
  20. 제 1항과 제 7항에 있어서,
    각 전극실의 분리는 분리막의 구비로 이루어지며 이들은 이온만 이동하여 전류를 일으키며 상기 분리막은 양이온 교환막, 음이온 교환막, 양이온 음이온 복합막, 미세 다공막을 사용할 수 있으며 특히 수용액 전해질과 유기 용액 전해질과 접촉이 이루어지는 곳의 사용되는 분리막은 발전장치를 사용하는 전지 장치.
  21. 제 1항과 제 17항에 있어서,
    전기분해 전지에 투입되는 전력은 태양광과 같은 전력원의 전력을 그대로 투입할 수 있으나 일단 에너지 저장 시스템(ESS)에 저장한 것을 사용하여 전천후 본 발명의 결합 전지 시스템을 운전할 수 있는 결합전지 시스템.
  22. 제　1항에 있어서,
    미생물막 음극전해질 실로부터 포솔라이트 실을 분리막을 창문형으로 밀봉하여 분리할 수도 있지만 분리막을 원통형이나 박스형으로 전체를 사출 등의 제조방법으로 통을 구성하고 그것의 팽창 터지는 것을 막기 위하여 가는 나일론선과 같은 재료로 망을 형성하여 씌우고 이의 상단을 뚜껑과 함께 밀봉하여 포솔라이트를 위치시키고 상대방의 용액 속에는 반대의 전극을 중앙의 원통형 또는 사각형을 중심으로 둘러서 마주 보도록 구성하는 폴리머 전기저장 장치.
  23. 제 1항에 있어서,
    전지의 발전의 확장성을 위해서 양극 전해질 (posolyte)의pH 조절통을 적당한 크기의 저장통으로확장하여 양극 전해질의 충분한 여분을 저장함으로써 야간이나 우천시에도 지속 발전량 제공할 수 있는 발전장치.
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