KR20230091487A - Electrochemical system using gaseous electrolyte and chemical reaction method using gaseous electrolyte - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법에 관한 것으로 기상 전해질의 전극과의 계면에서의 전기화학 반응을 통한 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법에 관한 발명이다. The present invention relates to an electrochemical system using a gaseous electrolyte and a chemical reaction method using a gaseous electrolyte, and relates to an electrochemical system using a gaseous electrolyte and a chemical reaction method using a gaseous electrolyte through an electrochemical reaction at an interface between a gaseous electrolyte and an electrode. It is an invention about
세계 시장에서 에너지, 센서, 환경 등 다양한 산업 전반에서 전기화학 기반 산업의 중요성이 강조되고 있다.In the global market, the importance of electrochemical-based industries is being emphasized in various industries such as energy, sensors, and environment.
환경오염에 따른 기후 변화를 최소화시키기 위하여, 2017년 이후 영국, 프랑스를 비롯한 선진국들을 시초로 세계 여러 나라에서‘탄소 중립’을 법제화 하거나‘탄소중립 목표’를 선언하고 있다. In order to minimize climate change due to environmental pollution, since 2017, many countries around the world, starting with the UK and France, have enacted 'carbon neutrality' or declared 'carbon neutral goals'.
우리나라의 경우 2020년 12월에 ‘2050 탄소 중립 추진 전략’을 마련하였다. 이러한 각국의 온실가스 배출량 제한과 함께 에너지 산업에서는 친환경 에너지 개발과 더불어 전기화학 기반의 에너지 저장 및 변환 장치의 중요성이 대두되고 있다. In the case of Korea, the ‘2050 Carbon Neutral Promotion Strategy’ was prepared in December 2020. In addition to limiting greenhouse gas emissions in each country, the importance of electrochemical-based energy storage and conversion devices is emerging in the energy industry along with the development of eco-friendly energy.
국제에너지기구(IEA)와 유럽특허청(EPO)에 따르면, 지난 10년간 배터리 산업은 연간 약 14%의 성장률을 보였으며, 기후 및 지속가능한 에너지 목표 달성을 위해 2040년 까지 약 50배의 배터리 및 에너지 저장장치가 필요하다고 한다. According to the International Energy Agency (IEA) and the European Patent Office (EPO), the battery industry has grown at an annual rate of around 14% over the past decade, and by 2040 the battery and energy needs to increase by about 50 times to meet climate and sustainable energy targets. It says it needs storage.
현재 산업 역시 전기화학 기술이 필수적이다, 첨단 과학기술의 발전과 함께 나노 물질 분석, 반응 메카니즘 분석 및 위험물 탐지 기술의 필요가 중시되며, 센싱 기술의 가치가 높아지고 있다. Current industry also requires electrochemical technology. Along with the development of advanced science and technology, the need for nanomaterial analysis, reaction mechanism analysis, and dangerous substance detection technology is emphasized, and the value of sensing technology is increasing.
전기화학 기반의 센서는 복잡한 화학물질의 양 또는 생물학적 시료의 양을 처리하기 쉬운 전기신호로 변환해주기 때문에, 의학, 바이오, 전자재료, 고분자 등 다양한 산업 전반에서 유용한 장치이다. Electrochemical-based sensors convert the amount of complex chemicals or biological samples into electrical signals that are easy to process, so they are useful devices in various industries such as medicine, bio, electronic materials, and polymers.
특히 코로나 19 사태로 전기화학 센서에 대한 연구가 활발하게 진행됨에 따라서, 전기화학 센서 시장의 입지가 더 단단해지고 있으며 세계 전기화학 센서 규모는 2020-2027 동안 연평균 약 11.4%씩 성장할 것으로 예측된다.In particular, as research on electrochemical sensors is actively progressing due to the COVID-19 crisis, the position of the electrochemical sensor market is becoming more solid, and the global electrochemical sensor size is expected to grow at an average annual rate of about 11.4% during 2020-2027.
한편, 전기화학은 미세먼지 및 환경 분야에서도 중요한 역할을 한다. 세계적으로 대기오염원을 처리하기 위해서, CO, NOx 등의 미세먼지 전구체 물질을 전기화학적으로 NH3와 같은 고부가 가치 물질로 전환 시키는 분야에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 우리나라의 경우 다른 선진국에 비하여 공기 오염도가 높기 때문에, 미세먼지 처리 기술에 대한 연구가 더욱 더 중요하다.Meanwhile, electrochemistry also plays an important role in fine dust and environmental fields. In order to treat air pollutants worldwide, research into the field of electrochemically converting fine dust precursor materials such as CO and NOx into high value-added materials such as NH 3 is being actively conducted. In particular, since air pollution is higher in Korea than in other developed countries, research on fine dust treatment technology is all the more important.
전기화학은 다양한 산업에서 주목받고 있는 학문이다. 하지만 현재 기술로 전기화학 반응의 필수 요소인 전해질은 고상 및 액상만이 사용 가능하기 때문에 적용 가능한 분야에 다소 한계가 존재한다. Electrochemistry is a discipline that is attracting attention in various industries. However, since electrolytes, which are essential elements of electrochemical reactions, can only be used in solid and liquid phases with current technology, there are some limitations in applicable fields.
특히, 이차전지는 전기화학 반응을 이용한 전기 저장장치이다. 때문에, 이차전지를 구동하기 위해서 전기화학 4대 구성요소인 양극, 음극, 외부도선, 그리고 전해질이 필수적이고, 이차전지에 사용되는 전해질은 액체 상태 또는 고체 상태로 한정되어 사용되고 있고, 전지의 케이싱 내에서 저장되어 사용되는 구조로 크기나 공간적인 제약을 많이 받는 문제점이 있으며, 이로 인해 다른 전기 화학 시스템으로의 적용이 불가능한 문제점이 있었다. In particular, a secondary battery is an electricity storage device using an electrochemical reaction. Therefore, in order to drive a secondary battery, the positive electrode, negative electrode, external conductor, and electrolyte, which are the four major electrochemical components, are essential, and the electrolyte used in the secondary battery is limited to a liquid or solid state. There is a problem in that the structure is stored and used in the size or space constraints, and due to this, there is a problem that it is impossible to apply to other electrochemical systems.
본 발명의 목적은 기상 전해질의 전극과의 계면에서의 전기화학 반응을 통해 이차전지 시스템, 미세먼지 정화 시스템, 도금 시스템, 전기화학식 가스 센서, 전기화학적 바이오 센서 등 다양한 범위로 적용이 가능한 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a gaseous electrolyte that can be applied in a wide range such as a secondary battery system, a fine dust purification system, a plating system, an electrochemical gas sensor, and an electrochemical biosensor through an electrochemical reaction at the interface between a gaseous electrolyte and an electrode. It is to provide a chemical reaction method using an electrochemical system and a gaseous electrolyte.
본 발명의 다른 목적은 기상의 전해질로 전극의 전멱적을 고루 사용할 수 있고, 공간의 한정없이 전기 화학 시스템을 구현할 수 있는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide an electrochemical system using a gaseous electrolyte and a chemical reaction method using a gaseous electrolyte that can evenly use the electrical power of an electrode with a gaseous electrolyte and implement an electrochemical system without space limitations. .
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 일 실시예는 기상 전해질을 발생시키는 기상 전해질 발생부, 상기 기상 전해질 발생부에서 방출된 기상 전해질의 전기화학 반응이 발생하는 전극부를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, an embodiment of an electrochemical system using a gaseous electrolyte according to the present invention is a gaseous electrolyte generating unit for generating a gaseous electrolyte, and an electrochemical reaction of the gaseous electrolyte discharged from the gaseous electrolyte generating unit occurs. It is characterized in that it comprises an electrode portion to.
본 발명에서 상기 전극부는 제1전극부재와 제2전극부재, 제1전극부재와 제2전극부재 및 상기 제1전극부재와 상기 제2전극부재를 연결하여 이온을 지속적으로 이동시켜 지속적인 전기화학 반응을 가능하게 하는 염다리부를 포함할 수 있다. In the present invention, the electrode unit connects the first electrode member and the second electrode member, the first electrode member and the second electrode member, and the first electrode member and the second electrode member to continuously move ions to continuously perform an electrochemical reaction. It may include a salt bridge that enables.
본 발명에서 상기 염다리부는 상기 제1전극부재의 적어도 일부분을 덮고, 상기 제2전극부재의 적어도 일부분을 덮는 형태로 염을 포함한 섬유로 제조되는 다공성 섬유층일 수 있다. In the present invention, the salt bridge portion may be a porous fiber layer made of fibers containing salt in a form covering at least a portion of the first electrode member and covering at least a portion of the second electrode member.
본 발명에서 상기 염다리부는 염을 포함한 폴리머 용액을 상기 제1전극부재와 상기 제2전극부재를 향해 전기 방사하여 제조될 수 있다. In the present invention, the salt bridge portion may be prepared by electrospinning a polymer solution containing salt toward the first electrode member and the second electrode member.
본 발명에서 상기 전극부는 상기 제1전극부재와 상기 제2전극부재를 전기적으로 연결하는 전극연결용 전선부재를 더 포함할 수 있다. In the present invention, the electrode unit may further include a wire member for connecting electrodes electrically connecting the first electrode member and the second electrode member.
본 발명에서 상기 기상 전해질 발생부는 분무 노즐부를 통해 기상 전해질을 입경 10㎛ 이하의 액체 미립자로 분무할 수 있다. In the present invention, the gaseous electrolyte generation unit may spray the gaseous electrolyte into liquid fine particles having a particle size of 10 μm or less through a spray nozzle unit.
본 발명에서 상기 기상 전해질 발생부는 상기 전극부의 전면 측에 위치되어 전면을 향해 기상 전해질을 분무하는 제1분무 노즐 및 상기 전극부의 후면 측에 위치되어 후면을 향해 기상 전해질을 분무하는 제2분무 노즐을 포함할 수 있다. In the present invention, the gaseous electrolyte generating unit is located on the front side of the electrode part and sprays the gaseous electrolyte toward the front side and the second spray nozzle is located on the rear side of the electrode part and sprays the gaseous electrolyte toward the rear surface can include
본 발명에서 상기 기상 전해질 발생부는 기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부, 상기 분무 노즐부로 전해액을 공급하는 전해액 공급부 및 상기 분무 노즐부로 고압의 공기를 공급하여 상기 분무 노즐부를 통해 상기 기상 전해질을 분무시키는 공기 공급부를 포함하며, 상기 전해액 공급부는 상기 분무 노즐부로 전해액을 공급하는 전해액 공급관부 및 상기 전해액 공급관부에 위치되어 전해액을 분무 상태로 입자화하는 전해액 입자발생부를 포함할 수 있다. In the present invention, the gaseous electrolyte generating unit supplies a spray nozzle unit for spraying a gaseous electrolyte, an electrolyte supply unit for supplying electrolyte to the spray nozzle unit, and air for supplying high-pressure air to the spray nozzle unit to spray the gaseous electrolyte through the spray nozzle unit. A supply unit may be included, and the electrolyte supply unit may include an electrolyte supply pipe unit supplying the electrolyte solution to the spray nozzle unit and an electrolyte particle generation unit located in the electrolyte supply tube unit and pulverizing the electrolyte solution into particles in a sprayed state.
본 발명에서 상기 기상 전해질 발생부는 기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부, 상기 분무 노즐부로 전해액을 공급하는 전해액 공급부 및 상기 분무 노즐부로 고압의 공기를 공급하여 상기 분무 노즐부를 통해 상기 기상 전해질을 분무시키는 공기 공급부를 포함하며, 상기 전해액 공급부는 상기 분무 노즐부로 전해액을 공급하는 전해액 공급관부; 및 상기 전해액 공급관부에 위치되어 전해액을 가열하는 전해액 가열부를 포함하고, 상기 공기 공급부는 상기 분무 노즐부에 연결되어 상기 분무 노즐부 내로 공기를 공급하는 공기 공급관부 및 상기 공기 공급관부에 위치되어 공기를 가열하는 공기 가열부를 포함하며, 상기 전해액 가열부에 의해 가열된 전해액과 상기 공기 가열부에 의해 가열된 공기에 의해 상기 분무 노즐부로 분무되는 기상 전해질 중 적어도 일부가 증기 형태로 분무될 수 있다. In the present invention, the gaseous electrolyte generating unit supplies a spray nozzle unit for spraying a gaseous electrolyte, an electrolyte supply unit for supplying electrolyte to the spray nozzle unit, and air for supplying high-pressure air to the spray nozzle unit to spray the gaseous electrolyte through the spray nozzle unit. It includes a supply unit, wherein the electrolyte supply unit includes an electrolyte supply pipe unit supplying an electrolyte solution to the spray nozzle unit; And an electrolyte heating unit located in the electrolyte supply pipe unit to heat the electrolyte, wherein the air supply unit is connected to the spray nozzle unit to supply air into the spray nozzle unit and an air supply tube unit located in the air supply tube unit to supply air to the spray nozzle unit. It includes an air heating unit for heating, and at least a portion of the electrolyte heated by the electrolyte heating unit and the vapor phase electrolyte sprayed into the spray nozzle unit by the air heated by the air heating unit may be sprayed in vapor form.
본 발명에서 상기 기상 전해질 발생부는 기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부 및 상기 분무 노즐부를 회전시켜 분무 방향을 조절하는 노즐 회전부를 포함할 수 있다. In the present invention, the gaseous electrolyte generation unit may include a spray nozzle unit for spraying the gaseous electrolyte and a nozzle rotation unit for adjusting the spray direction by rotating the spray nozzle unit.
본 발명에서 상기 노즐 회전부는 상기 분무 노즐부를 상, 하 방향으로 회전시키는 제1노즐 회전부 및 상기 분무 노즐부를 좌, 우 방향으로 회전시키는 제2노즐 회전부를 포함할 수 있다. In the present invention, the nozzle rotation unit may include a first nozzle rotation unit for rotating the spray nozzle unit in an up and down direction, and a second nozzle rotation unit for rotating the spray nozzle unit in left and right directions.
본 발명에서 상기 기상 전해질 발생부는 기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부 및 상기 분무 노즐부를 상, 하 이동시키는 노즐 승하강부를 포함할 수 있다. In the present invention, the gaseous electrolyte generating unit may include a spray nozzle unit for spraying the gaseous electrolyte and a nozzle elevating unit for moving the spray nozzle unit up and down.
본 발명에서 상기 기상 전해질 발생부는 기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부 및 상기 분무 노즐부를 전, 후 이동시켜 상기 분무 노즐부와 상기 전극부 사이의 간격을 조절하는 노즐 직선 이동부를 포함할 수 있다. In the present invention, the gaseous electrolyte generating unit may include a spray nozzle unit for spraying the gaseous electrolyte and a nozzle linear movement unit for adjusting the distance between the spray nozzle unit and the electrode unit by moving the spray nozzle unit forward and backward.
본 발명에서 상기 기상 전해질 발생부는, 기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부를 포함하며, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 일 실시예는 상기 전극부를 회전시켜 상기 분무 노즐부를 향한 상기 전극부의 각도를 조절할 수 있는 전극 회전부를 더 포함할 수 있다. In the present invention, the gaseous electrolyte generating unit includes a spray nozzle for spraying the gaseous electrolyte, and an embodiment of the electrochemical system using the gaseous electrolyte according to the present invention rotates the electrode to angle the electrode toward the spray nozzle. It may further include an electrode rotation unit capable of adjusting the.
본 발명에서 상기 전극 회전부는 상기 전극부를 상, 하 방향으로 회전시키는 제1전극 회전부 및 상기 전극부를 좌, 우 방향으로 회전시키는 제2전극 회전부를 포함할 수 있다. In the present invention, the electrode rotation unit may include a first electrode rotation unit that rotates the electrode unit in up and down directions, and a second electrode rotation unit that rotates the electrode unit in left and right directions.
본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 일 실시예는 상기 전극부를 상, 하 이동시키는 전극 승하강부를 더 포함할 수 있다. An embodiment of the electrochemical system using a gaseous electrolyte according to the present invention may further include an electrode elevating unit for moving the electrode unit up and down.
본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 일 실시예는 상기 전극부를 전, 후 이동시켜 상기 기상 전해질 발생부와 상기 전극부 사이의 간격을 조절하는 전극 직선 이동부를 더 포함할 수 있다. An embodiment of the electrochemical system using a gaseous electrolyte according to the present invention may further include an electrode linear moving unit for adjusting a distance between the gaseous electrolyte generating unit and the electrode unit by moving the electrode unit forward and backward.
본 발명에서 상기 기상 전해질 발생부는 기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부, 상기 분무 노즐부를 회전시켜 분무 방향을 조절하는 노즐 회전부, 상기 분무 노즐부를 상, 하 이동시키는 노즐 승하강부 및 상기 분무 노즐부를 전, 후 이동시켜 상기 분무 노즐부와 전극부 사이의 간격을 조절하는 노즐 직선 이동부를 포함하고, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 일 실시예는 상기 전극부를 회전시켜 상기 분무 노즐부를 향한 상기 전극부의 각도를 조절할 수 있는 전극 회전부, 상기 전극부를 상, 하 이동시키는 전극 승하강부 및 상기 전극부를 전, 후 이동시켜 상기 분무 노즐부와 전극부 사이의 간격을 조절하는 전극 직선 이동부를 더 포함할 수 있다. In the present invention, the gaseous electrolyte generating unit includes a spray nozzle unit for spraying the gaseous electrolyte, a nozzle rotating unit for rotating the spray nozzle unit to adjust the spray direction, a nozzle raising and lowering unit for moving the spray nozzle unit up and down, and the spray nozzle unit forward, and a nozzle linear movement unit for adjusting the distance between the spray nozzle unit and the electrode unit by moving the spray nozzle unit and the electrode unit according to one embodiment of the present invention. An electrode rotation unit capable of adjusting the angle of the electrode unit, an electrode elevating unit for moving the electrode unit up and down, and an electrode linear moving unit for adjusting the distance between the spray nozzle unit and the electrode unit by moving the electrode unit forward and backward. can
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법의 일 실시예는 기상 전해질을 염다리부로 연결된 전극부에 접촉시켜 상기 기상 전해질의 전극 계면에서의 전기화학 반응을 발생시키는 것을 특징으로 한다. In addition, in one embodiment of the chemical reaction method using a gaseous electrolyte in order to achieve the above object, an electrochemical reaction occurs at the electrode interface of the gaseous electrolyte by contacting the gaseous electrolyte with an electrode portion connected to a salt bridge portion. It is characterized by doing
본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법의 일 실시예는 입경 10㎛ 이하의 액체 미립자 형태로 분무되는 기상 전해질을 전극부에 접촉시켜 기상 전해질의 전극 계면에서의 전기화학 반응을 발생시킬 수 있다. In one embodiment of the chemical reaction method using a gaseous electrolyte according to the present invention, the gaseous electrolyte sprayed in the form of liquid particulates having a particle size of 10 μm or less is brought into contact with the electrode to cause an electrochemical reaction at the electrode interface of the gaseous electrolyte. .
본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법의 일 실시예는 개방된 공간 또는 실외에서 허공에 기상 전해질을 분무하여 공간의 제약없이 기상 전해질의 전극 계면에서의 전기화학 반응을 활용할 수 있다. In one embodiment of the chemical reaction method using a gaseous electrolyte according to the present invention, an electrochemical reaction at an electrode interface of a gaseous electrolyte can be utilized without space limitations by spraying the gaseous electrolyte into the air in an open space or outdoors.
본 발명은 기상 전해질의 전극과의 계면에서의 전기화학 반응을 통해 이차전지 시스템, 미세먼지 정화 시스템, 도금 시스템, 전기화학식 가스 센서, 전기화학적 바이오 센서 등 다양한 범위로 적용이 가능하여 전기 화학 시스템의 발전과 확장을 크게 확대시키는 효과가 있다. The present invention can be applied to a wide range of applications such as a secondary battery system, a fine dust purification system, a plating system, an electrochemical gas sensor, and an electrochemical biosensor through an electrochemical reaction at the interface between a gaseous electrolyte and an electrode. It has the effect of greatly expanding development and expansion.
본 발명은 기상의 전해질로 전극의 전면적을 고루 사용할 수 있고, 공간의 한정없이 전기 화학 시스템을 구현할 수 있어 다양한 전기화학 시스템에 새로운 방식의 기술 발전을 이끌어 내고, 에어로전해질(aeroelectrolyte)의 3상 계면 형성 이점에 따라 반응 속도와 효율이 증가하고 보다 적은 양의 전해질로 효과적인 반응을 구현하는 효과가 있다. The present invention can use the entire area of the electrode with a gaseous electrolyte and implement an electrochemical system without space limitations, leading to technological development in a new way in various electrochemical systems, and a three-phase interface of aeroelectrolyte. Depending on the formation advantage, the reaction rate and efficiency increase, and there is an effect of implementing an effective reaction with a smaller amount of electrolyte.
도 1은 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 일 실시예를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 다른 실시예를 도시한 개략도.
도 3 및 4는 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 또 다른 실시예를 도시한 개략도.
도 5는 공기극 표면적 증가에 따른 방전용량 증가를 나타낸 그래프.
도 6은 인공 3상계면과 방전용량 증가를 나타낸 도면.
도 7은 기상 전해질을 이용하여 3상 계면을 형성하는 모식도.
도 8은 전이금속을 전기화학적으로 환원시키는 공정을 추가한 Scrubbing process 기반의 공정 모식도.
도 9는 수용액 속 NOx의 환원 반응물을 예시한 화학식.1 is a schematic diagram showing an embodiment of an electrochemical system using a gaseous electrolyte according to the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing another embodiment of an electrochemical system using a gaseous electrolyte according to the present invention.
3 and 4 are schematic diagrams showing another embodiment of an electrochemical system using a gaseous electrolyte according to the present invention.
5 is a graph showing an increase in discharge capacity according to an increase in the surface area of an air electrode.
6 is a diagram showing an artificial three-phase interface and an increase in discharge capacity.
7 is a schematic diagram of forming a three-phase interface using a gaseous electrolyte.
8 is a schematic diagram of a process based on a scrubbing process in which a process of electrochemically reducing a transition metal is added.
9 is a chemical formula illustrating a reduction reaction of NOx in an aqueous solution.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.A preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to the detailed description of the present invention, the terms or words used in the present specification and claims described below should not be construed as being limited to common or dictionary meanings. Therefore, since the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical spirit of the present invention, various equivalents that can replace them at the time of the present application It should be understood that there may be waters and variations.
도 1은 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 일 실시예를 도시한 개략도이고, 도 1을 참고하면 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 일 실시예는 기상 전해질을 발생시키는 기상 전해질 발생부(100), 기상 전해질 발생부(100)에서 방출된 기상 전해질의 전기화학 반응이 발생하는 전극부(200)를 포함한다.1 is a schematic diagram showing an embodiment of an electrochemical system using a gaseous electrolyte according to the present invention, and referring to FIG. 1, an embodiment of an electrochemical system using a gaseous electrolyte according to the present invention generates a gaseous electrolyte It includes a gaseous
전극부(200)는 제1전극부재(210)와 제2전극부재(220)를 포함하고, 전기가 통전되는 공지의 전극 형태로 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다. The
또한, 전극부(200)는 제1전극부재(210)와 제2전극부재(220)를 연결하여 이온을 지속적으로 이동시켜 지속적인 전기화학 반응을 가능하게 하는 염다리부(230)를 더 포함할 수 있다.In addition, the
또한, 전극부(200)는 제1전극부재(210)와 제2전극부재(220)를 연결하는 전극연결용 전선부재(240)를 더 포함할 수 있다. In addition, the
전극연결용 전선부재(240)는 전류와 전자가 흐를 수 있는 공지의 도전체로 제조되는 것이고, 염다리부(230)는 이온을 이동시켜 전기화학 반응을 가능하게 한다. The
전극연결용 전선부재(240)는 외부의 도선과 연결되어 기상 전해질의 제1전극부재(210)와 제2전극부재(220)과의 계면에서의 전기화학 반응을 통해 발생되는 전류를 외부로 흐르게 할 수 있다. The
전극연결용 전선부재(240)의 구조는 이차전지에서 양극과 음극을 연결하는 공지의 도전 구조로 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다. The structure of the
염다리부(230)는 제1전극부재(210)와 제2전극부재(220)를 연결하고 이온을 지속적으로 이동시켜 지속적인 전기화학 반응을 가능하게 하는 필수적인 구성이다. The
염다리부(230)는 제1전극부재(210)의 적어도 일부분을 덮고, 제2전극부재(220)의 적어도 일부분을 덮는 형태로 염을 포함한 섬유로 제조되는 다공성 섬유층인 것을 일 예로 한다. The
염다리부(230)는 염을 포함한 폴리머 용액을 제1전극부재(210)와 제2전극부재(220)를 향해 전기 방사하여 제조되는 것을 일 예로 한다. For example, the
염다리부는 제1전극부재(210)의 적어도 일부분을 덮고, 제2전극부재(220)의 적어도 일부분을 덮는 염을 포함한 포함한 섬유로 제조되는 다공성 섬유층으로 전해질 대시 이온을 제1전극부재(210)와 제2전극부재(220) 사이에서 지속적으로 이동시킴으로써 기상 전해질의 전극과의 계면에서의 전기화학 반응이 지속적으로 이루어질 수 있게 한다. The salt bridge is a porous fibrous layer made of fibers containing salt that covers at least a portion of the
한편, 기상 전해질 발생부(100)는 기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부(110), 분무 노즐부(110)로 전해액을 공급하는 전해액 공급부(120), 분무 노즐부(110)로 고압의 공기를 공급하여 분무 노즐부(110)를 통해 기상 전해질을 분무시키는 공기 공급부(130)를 포함한다. On the other hand, the gaseous
분무 노즐부(110)로 분무되는 기상 전해질은 에어로졸 형태로 분무되는 액체 미립자인 것을 일 예로 하고, 입경 10㎛ 이하의 액체 미립자로써 바람직하게는 5㎛ 이하의 액체 미립자인 것을 일 예로 한다. The gaseous electrolyte sprayed through the
전해액 공급부(120)는 전해액이 저장되는 전해액 저장부(121)와 분무 노즐부(110)를 연결하고, 분무 노즐부(110)로 전해액을 공급하는 전해액 공급관부(122), 전해액 공급관부(122)에 설치되어 전해액을 이동시키는 전해액 펌프부(123)를 포함한다. The
전해액 공급부(120)는 전해액 공급관부(122)에 위치되어 유로의 개폐량을 조절하는 전해액 공급 제어밸브(124)를 더 포함하여 분무 노즐부(110)를 통해 분사되는 기상 전해질의 분무량을 제어할 수 있다. The
또한, 공기 공급부(130)는 분무 노즐부(110)에 연결되어 분무 노즐부(110) 내로 공기를 공급하는 공기 공급관부(131), 공기 공급관부(131)에 설치되어 공기를 압축시키는 공기 압축용 펌프부(132)를 포함한다. In addition, the
건조 공기 공급부(130)는 공기 공급관부(131)에 연결되며 고압의 공기를 저장한 고압공기 저장부(133)를 포함하여 고압공기 저장부(133) 내에 저장된 고압 공기를 공기 공급관부(131)를 통해 분무 노즐부(110)로 공급하고, 분무 노즐부(110)를 통해 전해액을 분무시킬 수도 있음을 밝혀둔다. The dry
또한, 공기 공급부(130)는 공기 공급관부(131)에 위치되어 공기를 필터링하는 공기 필터부(134)를 더 포함하여 공기 내에 포함된 먼지 등의 이물질을 제거하여 분무 노즐부(110)를 통해 분무되는 기상 전해질에 이물질이 포함되는 것을 방지한다. In addition, the
또한, 공기 공급부(130)는 공기 공급관부(131)에 위치되어 유로의 개폐량을 조절하는 공기 공급 제어밸브(135)를 더 포함하여 분무 노즐부(110)를 통해 분사되는 기상 전해질의 입경을 제어할 수 있다. In addition, the
전해액 공급부(120)는 전해액 공급관부(122)에 위치되어 전해액을 입자화하는 즉, 전해액을 분무 상태로 입자화하는 전해액 입자발생부(120a)를 더 포함할 수 있다. The
전해액 입자발생부(120a)는 초음파를 통해 물을 안개처럼 분무화하는 것을 일 예로 하며, 이는 주파수에 따라 진동하여 발행한 초음파를 이용하여 물을 안개처럼 분무화하는 공지의 기술로 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀두며, 초음파 이외에도 물을 안개처럼 분무화할 수 있는 공지의 입자 발생 구조로 다양하게 변형하여 실시할 수 있음을 밝혀둔다. The electrolyte particle generating unit 120a is an example of atomizing water like a mist through ultrasonic waves, which is a known technique of atomizing water like a mist by using ultrasonic waves generated by vibrating according to a frequency. It is revealed that omission is made, and it is revealed that in addition to ultrasonic waves, it can be carried out by variously modifying known particle generating structures capable of atomizing water like mist.
전해액은 전해액 입자발생부(120a)에 의해 분무화된 후 분무 노즐부(110)로 공급되고, 분무 노즐부(110) 내로 공급되는 고압의 공기와 함께 더 미세한 입자로 분무될 수 있으며 넓은 범위로 퍼져 분무될 수 있다. The electrolyte solution is supplied to the
도 2는 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 다른 실시예를 도시한 개략도이고, 도 2를 참고하면 전해액 공급관부(122)에는 전해액을 가열하는 전해액 가열부(125)가 위치되고, 공기 공급관부(131)에는 공기를 가열하는 공기 가열부(136)가 위치되어 전해액 가열부(125)에 의해 가열된 전해액과 공기 가열부(136)에 의해 가열된 공기에 의해 분무 노즐부(110)로 분무되는 기상 전해질 중 적어도 일부가 증기 형태로 분무될 수 있다. 2 is a schematic diagram showing another embodiment of an electrochemical system using a gaseous electrolyte according to the present invention. Referring to FIG. 2, an
전해액 가열부(125)와 공기 가열부(136)는 분무 노즐부(110)로 분무되는 기상 전해질을 증기화시켜 입경을 더 작게 할 수 있고, 이에 전극부(200)의 표면에 기상 전해질이 더 고르게 분포될 수 있게 함과 아울러 외부의 공기 중에 분무된 기상 전해질이 더 넓은 범위로 퍼질 수 있게 한다. The
전해액 공급부(120)와 공기 공급부(130)는 노즐로 유체를 공급하는 공지의 유체 공급 구조로 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다. The
한편, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템은 개방된 공간 즉, 실외에서 허공에 기상 전해질을 분무하여 공간의 제약없이 활용되는 것을 일 예로 한다. On the other hand, the electrochemical system using a gaseous electrolyte according to the present invention is an example in which the gaseous electrolyte is sprayed into the air in an open space, that is, outdoors, and is used without space limitations.
즉, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템은 내부가 밀페된 한정된 공간이 아닌 적어도 한면이 개방된 형태의 공간 또는 완전한 실외에서 활용될 수 있다. That is, the electrochemical system using a gaseous electrolyte according to the present invention can be used in a space in which at least one surface is open or completely outdoors, rather than in a confined space where the inside is sealed.
도 3은 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 다른 실시예를 도시한 개략도이고, 도 3을 참고하면 기상 전해질 발생부(100)는 전극부(200)의 양면을 향해 각각 위치되어 전극부(200)의 양면에 기상 전해질을 방출시킬 수 있다.3 is a schematic diagram showing another embodiment of an electrochemical system using a gaseous electrolyte according to the present invention. Referring to FIG. 3, the gaseous
더 상세하게 분무 노즐부(110)는 전극부(200)의 전면 측에 위치되어 전면을 향해 기상 전해질을 분무하는 제1분무 노즐(110a)과 전극부(200)의 후면 측에 위치되어 후면을 향해 기상 전해질을 분무하는 제2분무 노즐(110b)을 포함하여 전극부(200)의 전면과 후면 즉, 제1전극부재(210)와 제2전극부재(220)의 전면, 제1전극부재(210)와 제2전극부재(220)의 후면에 각각 기상 전해질을 분무할 수 있다. In more detail, the
분무 노즐부(110)는 전극부(200)의 전면과 전극부(200)의 후면에 각각 기상 전해질을 분무하여 전극부(200)의 표면 전체에 고르게 기상 전해액을 분무하여 전기화학 반응의 효율을 향상시킬 수 있다. The
도 4는 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 또 다른 실시예를 도시한 개략도이고, 도 4를 참고하면 기상 전해질 발생부(100)는 분무 노즐부(110)를 회전시켜 분무 방향을 조절하는 노즐 회전부(140)를 더 포함할 수 있다.4 is a schematic diagram showing another embodiment of an electrochemical system using a gaseous electrolyte according to the present invention, and referring to FIG. 4, the gaseous
노즐 회전부(140)는 분무 노즐부(110)를 상, 하 방향으로 회전시키는 제1노즐 회전부(141), 분무 노즐부(110)를 좌, 우 방향으로 회전시키는 제2노즐 회전부(142)를 포함한다.The
제1노즐 회전부(141)는 분무 노즐부(110)가 상, 하 방향으로 회전 가능하게 장착되는 노즐 지지용 브라켓트부재(141a), 노즐 지지용 브라켓트부재(141a)에 장착되어 분무 노즐부(110)를 상, 하 방향으로 회전시키는 노즐 제1회전모터(141b)를 포함할 수 있다. The first
제2노즐 회전부(142)는 노즐 지지용 브라켓트부재(141a)를 좌, 우 방향으로 회전시키는 노즐 제2회전모터(142b)를 포함할 수 있다. The second
또한, 기상 전해질 발생부(100)는 분무 노즐부(110)를 상, 하 이동시키는 노즐 승하강부(150)를 더 포함하여 기상 전해질의 분무 높이를 조절할 수 있다. In addition, the
노즐 승하강부(150)는 유압 실린더인 것을 일 예로 하고, 이외에도 볼스크류 방식의 리니어 액추에이터, 랙기어와 랙기어에 맞물려 모터에 의해 회전되는 피니언 기어를 포함하여 모터의 회전력을 직선 이동으로 변환하는 랙과 피니언 구조체 등 공지의 승하강 기기를 이용하여 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다. The
또한, 기상 전해질 발생부(100)는 분무 노즐부(110)를 전, 후 이동시켜 분무 노즐부(110)와 전극부(200) 사이의 간격을 조절하는 노즐 직선 이동부(160)를 더 포함할 수 있다. In addition, the
노즐 승하강부(150)에는 노즐 회전부(140)가 장착되며, 노즐 직선 이동부(160)는 노즐 승하강부(150)를 전, 후 이동시키며, 분무 노즐부(110)는 노즐 승하강부(150)로 상, 하 이동되고, 노즐 직선 이동부(160)에 의해 전, 후 이동될 수 있음을 밝혀둔다. A
노즐 직선 이동부(160)는 볼스크류 방식의 리니어 액추에이터인 것을 일 예로 하고, 이외에도 랙기어와 랙기어에 맞물려 모터에 의해 회전되는 피니언 기어를 포함하여 모터의 회전력을 직선 이동으로 변환하는 랙과 피니언 구조체, 유압 실린더 등 공지의 직선 이동 기기를 이용하여 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다. The nozzle linear moving
노즐 회전부(140)는 실외에서 풍향 등의 외부 조건 또는 적용되는 전기화학 반응 조건에 따라 분무 노즐부(110)의 방향을 조절하여 분무되는 기상 전해질을 이용하여 효율적인 전기화학 반응이 이루어질 수 있도록 한다. The
또한, 노즐 승하강부(150)와 노즐 직선 이동부(160)는 실외에서 풍향 등의 외부 조건 또는 적용되는 전기화학 반응 조건에 따라 분무 노즐부(110)의 분무 높이와 분무 노즐부(110)와 전극부(200) 사이의 간격을 조절하여 분무되는 기상 전해질을 이용하여 효율적인 전기화학 반응이 이루어질 수 있도록 한다. In addition, the nozzle raising and lowering
본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 또 다른 실시예는 전극부(200)를 회전시켜 분무 노즐부(110)를 향한 전극부(200)의 각도를 조절할 수 있는 전극 회전부(300)를 더 포함할 수 있다. Another embodiment of the electrochemical system using a gaseous electrolyte according to the present invention comprises an
전극 회전부(300)는 전극부(200)를 상, 하 방향으로 회전시키는 제1전극 회전부(310), 전극부(200)를 좌, 우 방향으로 회전시키는 제2전극 회전부(320)를 포함한다.The
제1전극 회전부(310)는 전극부(200)가 상, 하 방향으로 회전 가능하게 장착되는 전극 지지용 브라켓트부재(311), 전극 지지용 브라켓트부재(311)에 장착되어 전극부(200)를 상, 하 방향으로 회전시키는 전극 제1회전모터(312)를 포함할 수 있다. The first electrode rotating unit 310 is mounted on the electrode support bracket member 311 to which the
제2전극 회전부(320)는 전극 지지용 브라켓트부재(311)를 좌, 우 방향으로 회전시키는 전극 제2회전모터(321)를 포함할 수 있다. The second
또한, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 또 다른 실시예는 전극부(200)를 상, 하 이동시키는 전극 승하강부(400)를 더 포함하여 전극부(200)의 높이를 조절할 수 있다. In addition, another embodiment of the electrochemical system using a gaseous electrolyte according to the present invention further includes an
전극 승하강부(400)는 유압 실린더인 것을 일 예로 하고, 이외에도 볼스크류 방식의 리니어 액추에이터, 랙기어와 랙기어에 맞물려 모터에 의해 회전되는 피니언 기어를 포함하여 모터의 회전력을 직선 이동으로 변환하는 랙과 피니언 구조체 등 공지의 승하강 기기를 이용하여 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다. The
또한, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템의 또 다른 실시예는 전극부(200)를 전, 후 이동시켜 분무 노즐부(110)와 전극부(200) 사이의 간격을 조절하는 전극 직선 이동부(500)를 더 포함할 수 있다. In addition, another embodiment of the electrochemical system using a gaseous electrolyte according to the present invention moves the
전극 승하강부(400)에는 전극 회전부(300)가 장착되며, 전극 직선 이동부(500)는 전극 승하강부(400)를 전, 후 이동시키며, 전극부(200)는 전극 승하강부(400)로 상, 하 이동되고, 전극 직선 이동부(500)에 의해 전, 후 이동될 수 있음을 밝혀둔다. An
전극 직선 이동부(500)는 볼스크류 방식의 리니어 액추에이터인 것을 일 예로 하고, 이외에도 랙기어와 랙기어에 맞물려 모터에 의해 회전되는 피니언 기어를 포함하여 모터의 회전력을 직선 이동으로 변환하는 랙과 피니언 구조체, 유압 실린더 등 공지의 직선 이동 기기를 이용하여 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다. The electrode linear moving
전극 회전부(300)는 실외에서 풍향 등의 외부 조건 또는 적용되는 전기화학 반응 조건에 따라 전극부(200)의 방향을 조절하여 분무 노즐부(110)에 의해 분무되는 기상 전해질을 이용하여 효율적인 전기화학 반응이 이루어질 수 있도록 한다. The
또한, 전극 승하강부(400)와 전극 직선 이동부(500)는 실외에서 풍향 등의 외부 조건 또는 적용되는 전기화학 반응 조건에 따라 전극부(200)의 높이와 분무 노즐부(110)와 전극부(200) 사이의 간격을 조절하여 분무되는 기상 전해질을 이용하여 효율적인 전기화학 반응이 이루어질 수 있도록 한다. In addition, the
한편, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 기상 전해질을 전극부(200)에 접촉시켜 화학 반응을 발생시키는 것이다. Meanwhile, in the chemical reaction method using a gaseous electrolyte according to the present invention, a chemical reaction is caused by contacting the gaseous electrolyte with the
또한, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 입경 10㎛ 이하의 액체 미립자 즉, 에어로졸 형태로써 분무되는 기상 전해질을 전극부(200)에 접촉시켜 화학 반응을 발생시키는 것을 일 예로 하며, 바람직하게는 입경 5㎛ 이하의 액체 미립자 즉, 에어로졸 형태로 분무되는 기상 전해질을 전극부(200)에 접촉시켜 화학 반응을 발생시키는 것을 일 예로 한다. In addition, the chemical reaction method using a gaseous electrolyte according to the present invention is an example in which liquid fine particles having a particle size of 10 μm or less, that is, a gaseous electrolyte sprayed in the form of an aerosol are brought into contact with the
또한, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 개방된 공간 또는 실외에서 허공에 기상 전해질을 분무하여 공간의 제약없이 기상 전해질에 의한 전기화학 반응을 활용하는 것을 일 예로 한다. In addition, the chemical reaction method using a gaseous electrolyte according to the present invention is an example of utilizing an electrochemical reaction by a gaseous electrolyte without space limitations by spraying the gaseous electrolyte into the air in an open space or outdoors.
즉, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 내부가 밀페된 한정된 공간이 아닌 적어도 한면이 개방된 형태의 공간 또는 완전한 실외에서 활용되어 공간의 제약없이 활용될 수 있다. That is, the chemical reaction method using a gaseous electrolyte according to the present invention can be used in a space in which at least one side is open or completely outdoors, rather than in a confined space where the inside is closed, and can be used without space limitations.
본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 이차전지 시스템으로 사용될 수 있다. The chemical reaction system using a gaseous electrolyte and the chemical reaction method using a gaseous electrolyte according to the present invention can be used as a secondary battery system.
본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법로 이차전지를 구현하는 예에 대해 하기에서 더 상세하게 설명한다. An example of implementing a secondary battery using a chemical reaction system using a gaseous electrolyte and a chemical reaction method using a gaseous electrolyte according to the present invention will be described in detail below.
통상의 이차전지는 전기화학 반응을 이용한 전기 저장장치이다. 때문에, 이차전지를 구동하기 위해서 전기화학 4대 구성요소인 양극, 음극, 외부도선, 그리고 전해질이 필수적이다. A typical secondary battery is an electricity storage device using an electrochemical reaction. Therefore, in order to drive a secondary battery, the four major electrochemical components, anode, cathode, external conductor, and electrolyte are essential.
이 중 전해질은 전기화학반응으로 소모 및 생성되는 이온들의 이동 통로이며, 이온은 전극과 전해질 계면으로 이동하여 반응 및 생성된다. 때문에, 전기화학 반응이 일어나기 위해서는 양쪽 전극이 전해질로 연결되어 닫힌 회로를 만들어야 한다. Among them, the electrolyte is a passage for the movement of ions consumed and generated by electrochemical reactions, and the ions move to the interface between the electrode and the electrolyte to react and generate. Therefore, in order for an electrochemical reaction to occur, both electrodes must be connected with an electrolyte to form a closed circuit.
기상 전해질을 사용하여 즉, 기상 전해질을 분무 형태로 전극부(200)로 분무하는 경우 전해질을 분무하는 순간 에어로졸 형태의 전해질이 랜덤하게 전극 표면에 닿게 되고, 양쪽 전극에 전해질이 닿는 임의의 순간에 전기화학적 닫힌 회로가 생성되어 전기화학 반응이 일어날 수 있다When a gaseous electrolyte is used, that is, when the gaseous electrolyte is sprayed to the
또한, 금속공기전지는 음극 활물질로 금속을 사용하고, 양극 활물질로 공기를 사용하는 이차전지이다. 이는 가벼운 공기극을 양극으로 사용하기 때문에 무게당 큰 이론적 용량을 가지고 있어 차세대 이차전지로 주목받고 있다. In addition, the metal-air battery is a secondary battery that uses a metal as an anode active material and air as a cathode active material. Since it uses a lightweight air electrode as an anode, it has a large theoretical capacity per weight and is attracting attention as a next-generation secondary battery.
하지만, 기상 반응물은 공기전지의 유기물 계열 전해질에 녹기 힘들기 때문에, 공기전지는 실질적으로 이론보다 낮은 용량을 나타낸다. 이를 해결하기 위해서, 공기극 표면적을 넓히고 3상 계면(고체-전극, 액체-전해질, 기체-공기)을 증가시켜서 방전 용량을 늘리는 연구가 진행되고 있다. However, since gaseous reactants are difficult to dissolve in the organic-based electrolyte of the air battery, the air battery actually exhibits a lower capacity than the theory. In order to solve this problem, research is being conducted to increase the discharge capacity by enlarging the surface area of the cathode and increasing the three-phase interface (solid-electrode, liquid-electrolyte, gas-air).
도 5는 공기극 표면적 증가에 따른 방전용량 증가를 나타낸 그래프이고, 도 6은 인공 3강계면과 방전용량 증가를 나타낸 도면이다. 5 is a graph showing an increase in discharge capacity according to an increase in the surface area of an air electrode, and FIG. 6 is a diagram showing an increase in discharge capacity and an artificial three-strong interface.
도 5 및 도 6을 참고하면 공기극 표면적 증가에 따라 방전용량이 증가되는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIGS. 5 and 6 , it can be seen that the discharge capacity increases as the surface area of the cathode increases.
그런데 현재의 액상 전해질 시스템은 전해질 즉, 전해액이 전극 표면을 완전히 덮기 때문에, 완전한 3상 계면을 형성할 수 없다. However, the current liquid electrolyte system cannot form a complete three-phase interface because the electrolyte, that is, the electrolyte solution completely covers the electrode surface.
도 7은 기상 전해질을 이용하여 3상 계면을 형성하는 모식도이고, 도 7을 참고하면 기상 전해질을 도입하면, 전극과 기상 전해질이 만나는 계면 가장자리 부분에 공기가 직접적으로 맞닿을 수 있기 때문에, 완전한 3상 계면을 형성하여 방전 용량을 증가시킬 수 있다. 7 is a schematic diagram of forming a three-phase interface using a gaseous electrolyte, and referring to FIG. 7, when a gaseous electrolyte is introduced, since air can directly come into contact with the edge of the interface where the electrode and the gaseous electrolyte meet, a complete three-phase interface is formed. Discharge capacity may be increased by forming a phase interface.
또한, 기상 전해질을 도입하면, 효율적인 구조로 전지 설계가 가능하다. In addition, when a gaseous electrolyte is introduced, it is possible to design a battery with an efficient structure.
기존의 액상 및 고상 전해질을 사용할 경우 양쪽 전극이 전해질에 맞닿기 위해서 전극을 마주보는 형태로 쌓아야 한다. When conventional liquid and solid electrolytes are used, the electrodes must be stacked facing each other in order for both electrodes to contact the electrolyte.
그러나, 기상전해질의 경우 두 전극 사이에 bulk한 전해질이 필요하지 않고 열린 환경에서 반응이 가능하여, 두 전극을 평행한 형태로 전지를 설계할 수 있다.However, in the case of a gaseous electrolyte, a bulk electrolyte is not required between the two electrodes and the reaction is possible in an open environment, so the battery can be designed with the two electrodes in parallel.
때문에 기상 전해질을 사용하는 경우 전극 앞뒤 모두 전기화학반응 자리를 제공할 수 있고 동일한 표면적의 전극 안에서 보다 효율적으로 반응에 기여할 수 있다. Therefore, in the case of using a gaseous electrolyte, both the front and rear electrodes can provide electrochemical reaction sites and can contribute to the reaction more efficiently in the electrode with the same surface area.
또한, 기상 전해질을 사용하는 경우, 전해질의 기화 문제를 해결할 수 있기 때문에 열린 시스템에서 전지 구동이 가능한 것이다. In addition, when a gaseous electrolyte is used, the battery can be driven in an open system because the vaporization problem of the electrolyte can be solved.
한편, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 미세먼지 정화 시스템으로 사용될 수 있다. On the other hand, the chemical reaction system using a gaseous electrolyte and the chemical reaction method using a gaseous electrolyte according to the present invention can be used as a fine dust purification system.
미세먼지는 생성원에 따라 1차, 2차 미세먼지로 분류된다. 1차 미세먼지는 화석연료를 연소 과정에서 발생한 탄소류, 지표면의 흙먼지 등과 같이 발생원으로부터 직접 배출된다. Fine dust is classified into primary and secondary fine dust according to the generation source. Primary fine dust is emitted directly from sources such as carbon generated during the combustion of fossil fuels and soil dust on the surface of the earth.
2차 미세먼지는 화석연료가 연소되는 과정에서 배출되는 SOx, 자동차 배기가스에서 배출되는 NOx와 같은 기상의 전구체 물질이 대기중의 수증기, 오존, 암모니아 등과 결합하는 화학반응을 통해 생성된다. Secondary fine dust is generated through a chemical reaction in which gaseous precursor materials, such as SOx emitted during the combustion of fossil fuels and NOx emitted from automobile exhaust, combine with water vapor, ozone, and ammonia in the atmosphere.
우리나라 미세먼지 발생량은 황산염, 질산염 등의 2차 생성물 비율이 전체 미세먼지 생성량의 절반 이상을 차지하고 있다. 때문에 미세먼지 저감을 위해서는 황 산화물, 질소산화물의 배출을 억제하고 전구체 물질을 제거하는 것이 중요하다. Secondary products such as sulfate and nitrate account for more than half of the total amount of fine dust in Korea. Therefore, in order to reduce fine dust, it is important to suppress the emission of sulfur oxides and nitrogen oxides and to remove precursor materials.
미세먼지 분야의 기상 전해질의 적용 가능성은 Linbo Qian의 scrubbing proccess에 관한 연구에서 찾아볼 수 있다. Scrubbing process는 고효율로 NOx와 SOx를 제거하기 위하여, 100℃ 미만의 저온의 흡수액을 사용하여 전구체 물질을 환원시키는 공정 기술이다. 전이 금속을 포함한 흡수액에 전구체 물질이 흡착된 후, 전이금속이 산화되면서 결합한 전구체 물질은 환원된다. 하지만 이 기술은 전이금속의 재생 문제가 존재한다. The applicability of gaseous electrolytes in the field of fine dust can be found in Linbo Qian's study on the scrubbing process. The scrubbing process is a process technology that reduces precursor materials by using a low-temperature absorption liquid of less than 100 ° C in order to remove NOx and SOx with high efficiency. After the precursor material is adsorbed to the absorbent containing the transition metal, the combined precursor material is reduced while the transition metal is oxidized. However, this technology has a problem of regeneration of transition metals.
도 8은 전이금속을 전기화학적으로 환원시키는 공정을 추가한 Scrubbing process 기반의 공정 모식도이다. 8 is a schematic diagram of a process based on a scrubbing process in which a process of electrochemically reducing a transition metal is added.
해당 공정은 흡수액을 미스트 형태로 분무하여 전구체 물질과 혼합하여 흡착시킨 후, 전압을 가해 흡수액을 전위차에 의해 흡착시키고 오염물을 회수하는 과정이다. This process is a process in which the absorbent is sprayed in the form of a mist, mixed with a precursor material to be adsorbed, and then a voltage is applied to adsorb the absorbent by a potential difference and contaminants are recovered.
이때 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법 즉, 기상 전해질을 전극으로 분무하여 발생되는 전기화학 반응을 추가한다면 단순 오염물 흡착이나 수거가 아닌 무해물질로 변환시켜 오염물을 정화하는 기술로도 사용가능하다. At this time, if the chemical reaction system using a gaseous electrolyte according to the present invention and the chemical reaction method using a gaseous electrolyte, that is, the electrochemical reaction generated by spraying the gaseous electrolyte with an electrode are added, pollutants are converted into harmless substances rather than simply adsorbed or collected. It can also be used as a purification technique.
기상 전해질을 사용하면 이러한 기상의 미세먼지 전구체 물질을 흡수액에 녹이지 않고 기상 환경에서 직접적으로 분해하는 기술을 개발할 수 있다. Using gaseous electrolytes, it is possible to develop a technology that directly decomposes such gaseous fine dust precursor materials in a gaseous environment without dissolving them in an absorbent.
도 9는 수용액 속 NOx의 환원 반응물을 예시한 것으로 도 8을 참고하면 질소산화물은 수용액 안에서 전기화학 반응을 통해 무독성인 NH3 및 N2 등으로 전환될 수 있다. 9 illustrates a reduction reaction of NOx in an aqueous solution, and referring to FIG. 8, nitrogen oxides may be converted into non-toxic NH 3 and N 2 through an electrochemical reaction in an aqueous solution.
황산화물의 경우, 수용액에 녹아 H2SO4 염이 형성되고 이는 전기화학 반응을 통해서 액상의 SO2로 고정될 수 있다. 때문에, 전구체 물질에 수전해질을 분무한 후 전극에 전압을 가해주면, 수전해질과 전고체물질이 전극에 닿는 순간 전기화학적 닫힌 회로가 완성되고 기상의 환경에서 전구체 물질을 전환시킬 수 있다. In the case of sulfur oxides, H 2 SO 4 salt is formed by dissolving in an aqueous solution, which can be fixed as liquid SO 2 through an electrochemical reaction. Therefore, when a voltage is applied to the electrode after spraying the aqueous electrolyte onto the precursor material, an electrochemical closed circuit is completed as soon as the aqueous electrolyte and all-solid material contact the electrode, and the precursor material can be converted in a gaseous environment.
즉, 기존의 공장 및 자동차의 가스배관에 전극 장치를 설치하고 수전해질을 분무하는 공정을 추가함으로써, 열린 환경에서 손쉽게 오염원들을 안정한 물질로 전환시키거나 회수 가능한 물질로 고정할 수 있다.That is, by adding an electrode device to the existing gas pipelines of factories and automobiles and adding a process of spraying water electrolyte, pollutants can be easily converted into stable substances or fixed into recoverable substances in an open environment.
한편, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 도금 시스템으로 사용될 수 있다. Meanwhile, the chemical reaction system using a gaseous electrolyte and the chemical reaction method using a gaseous electrolyte according to the present invention may be used as a plating system.
이론적으로 리튬이차전지의 음극으로 리튬 금속을 사용할 경우 용량밀도가 가장 높다. 때문에, 리튬 금속은 차세대 고용량 전지용 음극으로 주목받고 있다. Theoretically, when lithium metal is used as an anode of a lithium secondary battery, the capacity density is the highest. For this reason, lithium metal is attracting attention as an anode for next-generation high-capacity batteries.
리튬 금속을 음극으로 사용할 경우, 방전 반응에서 음극의 리튬이 양극으로 이동하고, 충전 반응에서 리튬이 음극에서 도금 반응을 통해 회수된다. When lithium metal is used as the negative electrode, lithium from the negative electrode moves to the positive electrode in the discharge reaction, and lithium is recovered from the negative electrode through a plating reaction in the charging reaction.
리튬 금속을 음극으로 사용하는 경우, 충전 반응에 Li 금속 덴드라이트(dendrite) 형성 문제가 존재한다. 덴드라이트(dendrite)는 이온의 mass transport와 전자의 charge transport 속도 차가 클 때 형성된다. When lithium metal is used as the negative electrode, there is a problem of Li metal dendrite formation in the charging reaction. Dendrite is formed when the difference between the mass transport of ions and the charge transport of electrons is large.
충전 과정에서 특정 도금 부위에 전류 즉, 전자가 밀집되기 때문에, 해당 부위에 리튬 이온이 밀집되어 뾰족한 덴드라이트(dendrite) 형태로 리튬 원자들이 음극에 도금된다. During the charging process, since current, that is, electrons are concentrated on a specific plating portion, lithium ions are concentrated on the corresponding portion and lithium atoms are plated on the negative electrode in the form of sharp dendrites.
충방전이 지속됨에 따라 리튬 전극에 덴드라이트(dendrite)가 더욱 심화되면, 리튬 금속이 분리막을 뚫고 양극과 접하면서 배터리 안전 문제를 야기할 수 있다. 또한, 지속적 충방전 과정에서 덴드라이트(dendrite)가 떨어지면, dead Li이 형성되어 전기화학 반응에 사용 불가능한 리튬 양이 증가하여 용량 감소를 야기할 수 있다As dendrites further intensify on the lithium electrode as charging and discharging continues, lithium metal may penetrate the separator and come into contact with the positive electrode, causing battery safety problems. In addition, when dendrites fall during continuous charging and discharging, dead Li is formed, which increases the amount of lithium unavailable for electrochemical reactions, causing a decrease in capacity.
기존 연구 결과에 따르면, mass transport 속도는 표면 금속 퇴적물의 구조에 큰 영향을 받는다. 때문에 anode 기판 위, island 형태의 금속 도금 처리를 해주면 덴드라이트(dendrite) 문제를 해결할 수 있다. According to the results of previous studies, the mass transport rate is greatly influenced by the structure of surface metal deposits. Therefore, the problem of dendrite can be solved by performing an island-shaped metal plating process on the anode substrate.
Island 도금 처리에서, island 금속의 크기가 구형에 가깝고 금속이 일정한 간격으로 도금될 수록 효과적으로 덴드라이트(dendrite)를 방지할 수 있다. Li 금속은 구형 island 주변에서 균일하게 자랄 수 있으며, 이러한 Li 금속 도금은 금속 island 모델에 컨트롤이 되면서 island 사이즈가 커지게 된다. 그리고 이 규칙적인 island끼리 서로 겹치면서 양극을 완전히 덮고 Li 금속이 평평한 표면을 형성할 수 있다.In island plating treatment, dendrite can be effectively prevented as the size of the island metal is close to a sphere and the metal is plated at regular intervals. Li metal can grow uniformly around the spherical island, and the size of the island increases as this Li metal plating is controlled by the metal island model. In addition, these regular islands overlap each other to completely cover the anode and form a flat surface of Li metal.
즉, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법을 이용하면 저렴하고 효과적인 island 도금 기술을 도입할 수 있다. 전기화학 반응은 전극과 전해질의 계면에서 발생한다. 즉, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법 즉, 기상 전해질을 전극으로 분무하여 발생되는 전기화학 반응을 이용하는 경우 전극과 전해질 계면이 기상 전해질 방울 모양으로 형성된다. 때문에 구형의 공간에서 전기화학 반응이 일어나고 island 형으로 반응물 도금이 가능하다. That is, by using the chemical reaction system using the gaseous electrolyte and the chemical reaction method using the gaseous electrolyte according to the present invention, an inexpensive and effective island plating technology can be introduced. An electrochemical reaction occurs at the interface between the electrode and the electrolyte. That is, when the chemical reaction system using the gaseous electrolyte and the chemical reaction method using the gaseous electrolyte according to the present invention, that is, the electrochemical reaction generated by spraying the gaseous electrolyte to the electrode is used, the interface between the electrode and the electrolyte is formed in the shape of a gaseous electrolyte droplet. . Therefore, an electrochemical reaction occurs in a spherical space, and reactant plating is possible in an island type.
뿐만 아니라, 분무하는 전해질 입자 사이즈 조절을 통해서 island 사이즈 컨트롤이 가능하다.In addition, it is possible to control the island size by adjusting the size of the sprayed electrolyte particles.
한편, 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 전기 화학식 가스센서 또는 전기 화학적 바이오 센서에서 사용될 수 있다. Meanwhile, the chemical reaction system using a gaseous electrolyte and the chemical reaction method using a gaseous electrolyte according to the present invention may be used in an electrochemical gas sensor or an electrochemical biosensor.
전기화학식 가스 센서는 주로 안전분야에서 유독성 가스를 검출하는데 사용된다. 전기화학식 센서는 높은 민감도로 기체 분석이 가능하며, 작은 사이즈로 제작 가능하여 비용이 적게 든다는 이점이 존재한다. 때문에 실제 산업에서 널리 사용되는 장치이다. 기존의 전기화학식 가스 센서는 필터를 거친 가스가 확산층에 유입되어 작동 전극에 도달하면, 작동 전극에서 가스의 산화환원 반응을 발생하고 전자가 발생한다. 이때 생성된 전류 통해 발생한 전자 양을 측정하여 가스의 농도를 측정할 수 있다.Electrochemical gas sensors are mainly used to detect toxic gases in the field of safety. The electrochemical sensor has the advantage of being able to perform gas analysis with high sensitivity and being inexpensive because it can be manufactured in a small size. Therefore, it is a device widely used in real industry. In a conventional electrochemical gas sensor, when gas that has passed through a filter flows into a diffusion layer and reaches a working electrode, an oxidation-reduction reaction of the gas occurs at the working electrode and electrons are generated. At this time, the concentration of the gas can be measured by measuring the amount of electrons generated through the generated current.
하지만, 종래의 전기화학식 가스 센서는 액상의 전해질을 사용하기 때문에, 기체 농도 측정이 닫힌 시스템에서만 가능하다. 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법을 이용하여 부유하는 기체에 기상 전해질을 분무한다면 열린 시스템에서의 가스 검출이 가능하다. 그리고 본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법을 사용하는 경우, 기체, 전극, 전해질이 이루는 3상계면이 증가하여, 가스의 해리 문제를 해결하고 보다 빠르고 효과적으로 가스 농도를 측정할 수 있을 것이다. However, since the conventional electrochemical gas sensor uses a liquid electrolyte, gas concentration measurement is possible only in a closed system. Gas detection in an open system is possible if the gaseous electrolyte is sprayed on the floating gas using the chemical reaction system using the gaseous electrolyte and the chemical reaction method using the gaseous electrolyte according to the present invention. In addition, when the chemical reaction system using a gaseous electrolyte and the chemical reaction method using a gaseous electrolyte according to the present invention are used, the three-phase interface formed by the gas, the electrode, and the electrolyte is increased to solve the problem of dissociation of the gas and more quickly and effectively concentration can be measured.
바이오센서는 생물학적 요소의 변화, 반응 등을 물리적, 화학적 수단을 통해 검출해내는 장치이다. 이 중 전기화학적 바이오센서는 항원, 항체 사이의 상호작용 및 효소 작용 등의 생화학적 반응을 전기신호로 변환하는 장치이다. 전기화학적 바이오센서는 전류 측정 센서, 전압 측정 센서, 전압전류 센서, 그리고 임피던스 센서 등이 있다. 전류 측정 센서는 전극 위 바이오 물질의 산화환원 반응을 통해 발생한 전류 측정 분석법이고, 전압 측정 센서는 기준 전극과 바이오 물질 사이의 전위차를 이용한 분석법이다. 전압전류 센서는 전압을 인가할 때, 바이오 물질의 반응으로 발생된 전류 값을 이용한 분석법이고, 임피던스 센서는 바이오 물질의 저항값을 이용한 분석법이다. A biosensor is a device that detects changes and reactions of biological elements through physical and chemical means. Among them, the electrochemical biosensor is a device that converts biochemical reactions such as interactions between antigens and antibodies and enzymes into electrical signals. Electrochemical biosensors include current measurement sensors, voltage measurement sensors, voltammetry sensors, and impedance sensors. The amperometric sensor is a current measurement analysis method generated through the oxidation-reduction reaction of a biomaterial on an electrode, and the voltage measurement sensor is an analysis method using a potential difference between a reference electrode and a biomaterial. The voltammetry sensor is an analysis method using a current value generated by a reaction of a biomaterial when voltage is applied, and the impedance sensor is an analysis method using a resistance value of a biomaterial.
이러한 전기화학적 바이오 센서를 사용하기 위해서는 반응 바이오 물질이 전해질에 녹아 전기화학 반응 구성요소에 속해야 한다. In order to use such an electrochemical biosensor, a reactive biomaterial must be dissolved in an electrolyte and belong to an electrochemical reaction component.
기존의 바이오 센서는 주로 액상의 수전해질을 사용하여, 수용액에 녹은 반응물의 전위차를 측정하거나 산화반응에 의해 발생한 전류값을 측정하여 반응물을 분석하고 분해할 수 있다. Existing biosensors can analyze and decompose a reactant by measuring a potential difference of a reactant dissolved in an aqueous solution or by measuring a current value generated by an oxidation reaction, mainly using a liquid aqueous electrolyte.
그러나, 기존의 바이오 센서와 같이 액상 전해질을 사용하는 경우 닫힌 시스템 속의 바이오 물질만 측정 가능하고, 실제 공기중에 부유하는 바이러스 혹은 미생물 등을 직접적으로 처리하고 측정하는 데 한계가 존재한다.However, when a liquid electrolyte is used like a conventional biosensor, only biomaterials in a closed system can be measured, and there are limitations in directly processing and measuring viruses or microorganisms floating in the air.
본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 열린 시스템에서의 전기화학적 물질 검출이 가능하다. 기상 전해질은 액상 전해질과 다르게 두 전극 사이 공간에 bulk한 전해질이 존재할 필요가 없다. 그리고 바이오 물질이 녹지 않아도, 전해질, 전극, 반응물 사이의 3상 계면이 형성되어 활발한 전기화학이 가능하다. The chemical reaction system using a gaseous electrolyte and the chemical reaction method using a gaseous electrolyte according to the present invention can detect electrochemical substances in an open system. Unlike liquid electrolytes, gaseous electrolytes do not require bulky electrolytes to exist in the space between the two electrodes. And even if the biomaterial is not melted, active electrochemistry is possible because a three-phase interface is formed between the electrolyte, the electrode, and the reactant.
본 발명에 따른 기상 전해질을 이용한 화학 반응 시스템 및 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법은 공기중에 부유하는 바이오 물질 처리 및 분해에 획기적인 변화를 이끌 것이다. 코로나 바이러스 등 비말에 녹아 공기중에 부유하는 바이오 물질은 그 자체가 기상 전해질이다. 때문에, 이 경우 추가적인 전해질의 첨가 없이 전압을 가하여 부유 물질의 검출 및 분해가 가능하다는 획기적인 이점이 존재한다.The chemical reaction system using a gaseous electrolyte and the chemical reaction method using a gaseous electrolyte according to the present invention will lead to significant changes in the treatment and decomposition of biomaterials suspended in the air. Biomaterials that are dissolved in droplets such as corona virus and float in the air are themselves gaseous electrolytes. Therefore, in this case, there is an epoch-making advantage of being able to detect and decompose floating matter by applying a voltage without adding an additional electrolyte.
본 발명은 기상 전해질의 전극과의 계면에서의 전기화학 반응을 통해 이차전지 시스템, 미세먼지 정화 시스템, 도금 시스템, 전기화학식 가스 센서, 전기화학적 바이오 센서 등 다양한 범위로 적용이 가능하여 전기 화학 시스템의 발전과 확장을 크게 확대시킬 수 있다. The present invention can be applied to a wide range of applications such as a secondary battery system, a fine dust purification system, a plating system, an electrochemical gas sensor, and an electrochemical biosensor through an electrochemical reaction at the interface between a gaseous electrolyte and an electrode. Development and expansion can be greatly expanded.
본 발명은 기상의 전해질로 전극의 전면적을 고루 사용할 수 있고, 공간의 한정없이 전기 화학 시스템을 구현할 수 있어 다양한 전기화학 시스템에 새로운 방식의 기술 발전을 이끌어 내고, 에어로전해질(aeroelectrolyte)의 3상 계면 형성 이점에 따라 반응 속도와 효율이 증가하고 보다 적은 양의 전해질로 효과적인 반응을 구현할 수 있다. The present invention can use the entire area of the electrode with a gaseous electrolyte and implement an electrochemical system without space limitations, leading to technological development in a new way in various electrochemical systems, and a three-phase interface of aeroelectrolyte. Depending on the formation advantage, the reaction rate and efficiency increase, and an effective reaction can be implemented with a smaller amount of electrolyte.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.It is to be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be variously modified and implemented without departing from the gist of the present invention, which is included in the configuration of the present invention.
100 : 기상 전해질 발생부
110 : 분무 노즐부
110a : 제1분무 노즐
110b : 제2분무 노즐
120 : 전해액 공급부
121 : 전해액 저장부
122 : 전해액 공급관부
123 : 전해액 펌프부
124 : 전해액 공급 제어밸브
125 : 전해액 가열부
130 : 공기 공급부
131 : 공기 공급관부
132 : 공기 압축용 펌프부
133 : 고압공기 저장부
134 : 공기 필터부
135 : 공기 공급 제어밸브
136 : 공기 가열부
140 : 노즐 회전부
141 : 제1노즐 회전부
141a : 노즐 지지용 브라켓트부재
141b : 노즐 제1회전모터
142 : 제2노즐 회전부
142a : 노즐 제2회전모터
150 : 노즐 승하강부
160 : 노즐 직선 이동부
200 : 전극부
210 : 제1전극부재
220 : 제2전극부재
300 : 전극 회전부
310 : 제1전극 회전부
311 : 전극 지지용 브라켓트부재
312 : 전극 제1회전모터
320 : 제2전극 회전부
321 : 전극 제2회전모터
400 : 전극 승하강부
500 : 전극 직선 이동부100: gaseous electrolyte generation unit 110: spray nozzle unit
110a:
120: electrolyte supply unit 121: electrolyte storage unit
122: electrolyte supply pipe part 123: electrolyte pump part
124: electrolyte supply control valve 125: electrolyte heating unit
130: air supply unit 131: air supply pipe unit
132: air compression pump unit 133: high-pressure air storage unit
134: air filter unit 135: air supply control valve
136: air heating unit 140: nozzle rotating unit
141: first nozzle rotating part 141a: bracket member for nozzle support
141b: nozzle first rotation motor 142: second nozzle rotation part
142a: nozzle second rotation motor 150: nozzle raising and lowering unit
160: nozzle linear moving part
200: electrode unit 210: first electrode member
220: second electrode member
300: electrode rotation unit 310: first electrode rotation unit
311: electrode support bracket member 312: electrode first rotation motor
320: second electrode rotation unit 321: electrode second rotation motor
400: electrode lifting unit 500: electrode linear moving unit
Claims (21)
상기 기상 전해질 발생부에서 방출된 기상 전해질의 전기화학 반응이 발생하는 전극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
a gaseous electrolyte generating unit generating gaseous electrolyte; and
An electrochemical system using a gaseous electrolyte, characterized in that it comprises an electrode unit in which an electrochemical reaction of the gaseous electrolyte discharged from the gaseous electrolyte generating unit occurs.
상기 전극부는,
제1전극부재와 제2전극부재; 및
상기 제1전극부재와 상기 제2전극부재를 연결하여 이온을 지속적으로 이동시켜 지속적인 전기화학 반응을 가능하게 하는 염다리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
The method of claim 1,
the electrode part,
a first electrode member and a second electrode member; and
An electrochemical system using a gaseous electrolyte, characterized in that it comprises a salt bridge connecting the first electrode member and the second electrode member to continuously move ions to enable a continuous electrochemical reaction.
상기 염다리부는 상기 제1전극부재의 적어도 일부분을 덮고, 상기 제2전극부재의 적어도 일부분을 덮는 형태로 염을 포함한 섬유로 제조되는 다공성 섬유층인 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
The method of claim 2,
The salt bridge portion is a porous fibrous layer made of fibers containing salt in a form covering at least a portion of the first electrode member and covering at least a portion of the second electrode member Electrochemical system using a gaseous electrolyte.
상기 염다리부는 염을 포함한 폴리머 용액을 상기 제1전극부재와 상기 제2전극부재를 향해 전기 방사하여 제조되는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
The method of claim 3,
The electrochemical system using a gaseous electrolyte, characterized in that the salt bridge portion is prepared by electrospinning a polymer solution containing salt toward the first electrode member and the second electrode member.
상기 전극부는,
상기 제1전극부재와 상기 제2전극부재를 전기적으로 연결하는 전극연결용 전선부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
The method of claim 2,
the electrode part,
The electrochemical system using a gaseous electrolyte, characterized in that it further comprises a wire member for electrode connection for electrically connecting the first electrode member and the second electrode member.
상기 기상 전해질 발생부는,
분무 노즐부를 통해 기상 전해질을 입경 10㎛ 이하의 액체 미립자로 분무하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
The method of claim 1,
The gaseous electrolyte generator,
An electrochemical system using a gaseous electrolyte, characterized in that the gaseous electrolyte is sprayed into liquid fine particles having a particle size of 10 μm or less through a spray nozzle.
상기 기상 전해질 발생부는,
상기 전극부의 전면 측에 위치되어 전면을 향해 기상 전해질을 분무하는 제1분무 노즐; 및
상기 전극부의 후면 측에 위치되어 후면을 향해 기상 전해질을 분무하는 제2분무 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
The method of claim 1,
The gaseous electrolyte generator,
A first spray nozzle located on the front side of the electrode unit to spray the gaseous electrolyte toward the front side; and
An electrochemical system using a gaseous electrolyte, characterized in that it comprises a second spray nozzle located on the rear side of the electrode unit to spray the gaseous electrolyte toward the rear side.
상기 기상 전해질 발생부는,
기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부;
상기 분무 노즐부로 전해액을 공급하는 전해액 공급부; 및
상기 분무 노즐부로 고압의 공기를 공급하여 상기 분무 노즐부를 통해 상기 기상 전해질을 분무시키는 공기 공급부를 포함하며,
상기 전해액 공급부는,
상기 분무 노즐부로 전해액을 공급하는 전해액 공급관부; 및
상기 전해액 공급관부에 위치되어 전해액을 분무 상태로 입자화하는 전해액 입자발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
The method of claim 1,
The gaseous electrolyte generator,
A spray nozzle unit for spraying gaseous electrolyte;
an electrolyte supply unit supplying an electrolyte solution to the spray nozzle unit; and
And an air supply unit for supplying high-pressure air to the spray nozzle unit to spray the gaseous electrolyte through the spray nozzle unit,
The electrolyte supply unit,
Electrolyte supply pipe unit for supplying the electrolyte to the spray nozzle unit; and
An electrochemical system using a gaseous electrolyte, characterized in that it comprises an electrolyte particle generator located in the electrolyte supply pipe part to make the electrolyte into particles in a spray state.
상기 기상 전해질 발생부는,
기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부;
상기 분무 노즐부로 전해액을 공급하는 전해액 공급부; 및
상기 분무 노즐부로 고압의 공기를 공급하여 상기 분무 노즐부를 통해 상기 기상 전해질을 분무시키는 공기 공급부를 포함하며,
상기 전해액 공급부는 상기 분무 노즐부로 전해액을 공급하는 전해액 공급관부; 및
상기 전해액 공급관부에 위치되어 전해액을 가열하는 전해액 가열부를 포함하고,
상기 공기 공급부는,
상기 분무 노즐부에 연결되어 상기 분무 노즐부 내로 공기를 공급하는 공기 공급관부; 및
상기 공기 공급관부에 위치되어 공기를 가열하는 공기 가열부를 포함하며,
상기 전해액 가열부에 의해 가열된 전해액과 상기 공기 가열부에 의해 가열된 공기에 의해 상기 분무 노즐부로 분무되는 기상 전해질 중 적어도 일부가 증기 형태로 분무되는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
The method of claim 1,
The gaseous electrolyte generator,
A spray nozzle unit for spraying gaseous electrolyte;
an electrolyte supply unit supplying an electrolyte solution to the spray nozzle unit; and
And an air supply unit for supplying high-pressure air to the spray nozzle unit to spray the gaseous electrolyte through the spray nozzle unit,
Electrolyte supply pipe portion for supplying the electrolyte solution to the spray nozzle portion of the electrolyte supply unit; and
An electrolyte heating unit located in the electrolyte supply pipe portion to heat the electrolyte,
The air supply unit,
an air supply pipe unit connected to the spray nozzle unit to supply air into the spray nozzle unit; and
An air heating unit located in the air supply pipe unit to heat air,
An electrochemical system using a gaseous electrolyte, characterized in that at least a part of the gaseous electrolyte sprayed to the spray nozzle unit by the electrolyte heated by the electrolyte heating unit and the air heated by the air heating unit is sprayed in the form of vapor.
상기 기상 전해질 발생부는,
기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부; 및
분무 노즐부를 회전시켜 분무 방향을 조절하는 노즐 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
The method of claim 1,
The gaseous electrolyte generator,
A spray nozzle unit for spraying gaseous electrolyte; and
An electrochemical system using a gaseous electrolyte, characterized in that it comprises a nozzle rotation unit for adjusting the spray direction by rotating the spray nozzle unit.
상기 노즐 회전부는,
상기 분무 노즐부를 상, 하 방향으로 회전시키는 제1노즐 회전부; 및
상기 분무 노즐부를 좌, 우 방향으로 회전시키는 제2노즐 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
The method of claim 10,
The nozzle rotation part,
A first nozzle rotation unit for rotating the spray nozzle unit in an upward and downward direction; and
An electrochemical system using a gaseous electrolyte, characterized in that it comprises a second nozzle rotation unit for rotating the spray nozzle unit in left and right directions.
상기 기상 전해질 발생부는,
기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부; 및
상기 분무 노즐부를 상, 하 이동시키는 노즐 승하강부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
The method of claim 1,
The gaseous electrolyte generator,
A spray nozzle unit for spraying gaseous electrolyte; and
An electrochemical system using a gaseous electrolyte, characterized in that it comprises a nozzle raising and lowering unit for moving the spray nozzle unit up and down.
상기 기상 전해질 발생부는,
기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부; 및
상기 분무 노즐부를 전, 후 이동시켜 상기 분무 노즐부와 상기 전극부 사이의 간격을 조절하는 노즐 직선 이동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
The method of claim 1,
The gaseous electrolyte generator,
A spray nozzle unit for spraying gaseous electrolyte; and
An electrochemical system using a gaseous electrolyte, characterized in that it comprises a nozzle linear movement unit for adjusting the distance between the spray nozzle unit and the electrode unit by moving the spray nozzle unit forward and backward.
상기 기상 전해질 발생부는, 기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부를 포함하며,
상기 전극부를 회전시켜 상기 분무 노즐부를 향한 상기 전극부의 각도를 조절할 수 있는 전극 회전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
The method of claim 1,
The gaseous electrolyte generating unit includes a spray nozzle unit for spraying the gaseous electrolyte,
The electrochemical system using a gaseous electrolyte, characterized in that it further comprises an electrode rotation unit capable of adjusting the angle of the electrode unit toward the spray nozzle unit by rotating the electrode unit.
상기 전극 회전부는,
상기 전극부를 상, 하 방향으로 회전시키는 제1전극 회전부; 및
상기 전극부를 좌, 우 방향으로 회전시키는 제2전극 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
The method of claim 14,
The electrode rotating part,
a first electrode rotation unit which rotates the electrode unit in up and down directions; and
An electrochemical system using a gaseous electrolyte, characterized in that it comprises a second electrode rotation unit for rotating the electrode unit in left and right directions.
상기 전극부를 상, 하 이동시키는 전극 승하강부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
The method of claim 1,
Electrochemical system using a gaseous electrolyte, characterized in that it further comprises an electrode elevating unit for moving the electrode unit up and down.
상기 전극부를 전, 후 이동시켜 상기 기상 전해질 발생부와 상기 전극부 사이의 간격을 조절하는 전극 직선 이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
The method of claim 1,
The electrochemical system using a gaseous electrolyte, characterized in that it further comprises an electrode linear moving unit for adjusting the distance between the gaseous electrolyte generating unit and the electrode unit by moving the electrode unit forward and backward.
상기 기상 전해질 발생부는,
기상 전해질을 분무하는 분무 노즐부;
상기 분무 노즐부를 회전시켜 분무 방향을 조절하는 노즐 회전부;
상기 분무 노즐부를 상, 하 이동시키는 노즐 승하강부; 및
상기 분무 노즐부를 전, 후 이동시켜 상기 분무 노즐부와 전극부 사이의 간격을 조절하는 노즐 직선 이동부를 포함하고,
상기 전극부를 회전시켜 상기 분무 노즐부를 향한 상기 전극부의 각도를 조절할 수 있는 전극 회전부;
상기 전극부를 상, 하 이동시키는 전극 승하강부; 및
상기 전극부를 전, 후 이동시켜 상기 분무 노즐부와 전극부 사이의 간격을 조절하는 전극 직선 이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 전기 화학 시스템.
The method of claim 1,
The gaseous electrolyte generator,
A spray nozzle unit for spraying gaseous electrolyte;
a nozzle rotation unit for adjusting the spray direction by rotating the spray nozzle unit;
a nozzle raising and lowering unit for moving the spray nozzle unit up and down; and
A nozzle linear movement unit for adjusting the distance between the spray nozzle unit and the electrode unit by moving the spray nozzle unit forward and backward,
an electrode rotation unit capable of adjusting an angle of the electrode unit toward the spray nozzle unit by rotating the electrode unit;
an electrode elevating unit for moving the electrode unit up and down; and
The electrochemical system using a gaseous electrolyte, characterized in that it further comprises an electrode linear movement unit for adjusting the distance between the spray nozzle unit and the electrode unit by moving the electrode unit forward and backward.
A chemical reaction method using a gaseous electrolyte, characterized in that an electrochemical reaction occurs at an electrode interface of the gaseous electrolyte by contacting the gaseous electrolyte with an electrode portion connected to a salt bridge portion.
입경 10㎛ 이하의 액체 미립자 형태로 분무되는 기상 전해질을 전극부에 접촉시켜 기상 전해질의 전극 계면에서의 전기화학 반응을 발생시키는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법.
The method of claim 19
A chemical reaction method using a gaseous electrolyte, characterized in that an electrochemical reaction occurs at an electrode interface of the gaseous electrolyte by contacting the gaseous electrolyte sprayed in the form of liquid particulates having a particle size of 10 μm or less to the electrode.
개방된 공간 또는 실외에서 허공에 기상 전해질을 분무하여 공간의 제약없이 기상 전해질의 전극 계면에서의 전기화학 반응을 활용하는 것을 특징으로 하는 기상 전해질을 이용한 화학 반응 방법.The method of claim 19
A chemical reaction method using a gaseous electrolyte characterized in that the gaseous electrolyte is sprayed into the air in an open space or outdoors to utilize an electrochemical reaction at an electrode interface of the gaseous electrolyte without space limitations.
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|---|---|---|---|
| KR1020210180639A KR20230091487A (en) | 2021-12-16 | 2021-12-16 | Electrochemical system using gaseous electrolyte and chemical reaction method using gaseous electrolyte |
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|---|---|---|---|---|
| KR19990063878A (en) | 1995-11-15 | 1999-07-26 | 야마모토 카즈모토 | Composite Polymer Solid Electrolyte and Non-aqueous Electrochemical Device Using the Same |
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990063878A (en) | 1995-11-15 | 1999-07-26 | 야마모토 카즈모토 | Composite Polymer Solid Electrolyte and Non-aqueous Electrochemical Device Using the Same |
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