KR20230138969A - 해수를 이용한 대용량 에너지 저장용 블루배터리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 애노드 전극 및 애노드 전극과 소정 간격을 두고 마주하도록 배치되며, 애노드 전극과 전기적으로 연결된 캐소드 전극; 애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 배치되며, 용해된 전해질을 포함하는 유입용액이 유동하는 제1 유로, 산성 용액이 유동하는 하나 이상의 제2 유로 및 염기성 용액이 유동하는 하나 이상의 제3 유로를 구획하도록 각각 마련된 하나 이상의 음이온 교환막 및 양이온 교환막; 제2 유로와 유체이동 가능하게 연결되며, 산성 용액을 저장 또는 공급하도록 마련된 음이온 저장부; 및 제3 유로와 유체이동 가능하게 연결되며, 염기성 용액을 저장 또는 공급하도록 마련된 양이온 저장부;를 포함하는 블루배터리를 제공한다.

Description

해수를 이용한 대용량 에너지 저장용 블루배터리{Blue Battery for large-capacity energy storage using seawater}
본 발명은 해수를 이용한 대용량 에너지저장장치인 블루배터리에 관한 것으로, 해수에 포함된 염(예: NaCl, MgSO4, CaSO4 등)을 전기화학적 방법으로 이온 분리하여 산(예, HCl)과　염기 (예，NaOH) 용액으로 저장한 뒤, 필요 시 산-염기 중화 반응과 농도차에 의한 에너지를 함께 이용하여 전기에너지를 생산하는　대용량　에너지　저장장치인　블루배터리에　관한　것이다．
에너지저장장치 (ESS)는 전력수급의 뷸균형을 해소하기 위하여 전기에너지를 저장했다가 필요할 때 발전할 수 있는 장치를 말한다. ESS의 용도에 따라 크게 ①단주기 ESS와 ② 장주기 ESS로 구분하며, 단주기 ESS는 보통 수초에서 수시간 내에 단기전력을 공급해야 하므로 반응시간이 빠른 고출력 배터리 (예: 리튬이온전지, 플라이휠 등)가 사용된다. 반면, 장주기 ESS는 재생에너지 초과전력을 저장하며 수요 피크시간에 발전하여 수요와 공급의 유연성을 확보하는 목적으로 설치되기 때문에 2~6시간 이상의 안정적인 전력공급이 가능한 대용량, 저비용 특성의 배터리 (예: NaS, RFB 등) 등이 후보기술이다．
단주기 ESS의 경우 리튬이온배터리 등 이차전지를 이용하여 단기적 대응이 가능할 것으로 예상하지만, 장주기 ESS의 경우 재생에너지 공급확산 및 전력계통의 유연성을 확보할 수 있는 혁신적인 기술개발이 반드시 필요한 상황이다．
재생에너지의 변동성을 완화하고 전력계통의 유연성을 증가시키기 위해서는 새로운 형태의 (장주기) 대용량 ESS 기술개발이 반드시 필요함 한국전력 등은 차세대 (초)장주기 ESS의 유망기술로써 ①압축공기저장 (CAES), ②액화공기저장, ③중력에너지저장, ④해양에너지저장, ⑤차세대 수계이차전지 등이 있다. 현재까지 다양한 장주기 ESS 연구개발이 진행되고 있지만 사용화를 위해서는 '경제성' 문제가 여전히 발목을 잡고 있다．
재생에너지 연계 대용량 ESS는 재생에너지의 전력품질을 개선하고 초과 전력을 효과적으로 운영함으로써 에너지 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 수요와 공급의 불균형을 효과적으로 관리하는 역할을 수행한다．
대용량 ESS 기술의 핵심은 3E (Economic, Environmental, Efficient)에 있으며，경제성 측면에서 새로운 대용량 ESS 기술은 기존의 양수발전(저장)과 유사하거나 높은 경제성을 가져야 한다. 대용량 ESS의 경제성은 에너지를 저장하는 작동유체 (working fluid)의 가격에 영향을 가장 크게 받으므로 작동유체의 원가가 0에 가까운 공기, 물 등을 이용하는 대용량 ESS 기술을 개발해야 한다. 환경 측면에서 독성 물질을 배출하지 않는 지속가능한 친환경 ESS 기술이어야 하며, 충·방전 효율 (round trip efficiency, RTE)이 80% 이상으로 재생에너지 전력시장의 가격안정성을 유지할 수 있어야 한다. 일반적으로　전문가들은 '장주기 ESS'는 소규모 개발 시 경제성 등 효율이 낮아 오히려 대용량 실증을 통해서 경제적 이점을 보여줄 필요가 있다고 강조하고 있다．
해수를 이용한 ESS의 가장 큰 장점은 에너지저장에 필요한 원료가격이 0이라는 점과, 화재 발생 등의 문제를 원천적으로 방지할 수 있다는 점이다. 재생에너지 보급관점에서 육상 재생에너지 공급은 설치부지의 면적 제한과 주민수용성 등의 문제 등으로 인하여 공급이 점차 제한될 전망이다. 따라서 수상태양광, 해상풍력 등과 같이 재생에너지의 미래 시장은 수상으로 빠르게 확대되고 있다.
해상풍력은 가장 빠르게 확장되고 있는 재생에너지 발전시장으로써 제주도의 경우 탐라해상풍력 (남동발전 운영, 최대 102 MW)과 같이 대단지 해상풍력 시장이 빠르게 확장될 전망이다. 해수를 이용한 대용량 ESS는 변동성이 해상풍력, 수상태양광 등의 미래 재생에너지 자원의 부하변동성을 효과적으로 완화시켜 줄 것으로 기대된다. 또한 삼면이 바다로 둘러쌓인 우리나라의 지리적 장점을 극대화시킬 수 있는 지속가능한 한국형 대용량 ESS 기술이다.
본 발명은 태양광, 풍력 등 변동성이 큰 재생에너지를 저장할 수 있는 해수를 이용한 대용량 ESS로서，해수를 산과 염기로 분리하여 에너지를 저장하고 필요 시 산-염기 중화 및 농도　차에 의하여 전력을 생산하는 블루배터리를　제공하는데그　목적이　있다．
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 애노드 전극 및 애노드 전극과 소정 간격을 두고 마주하도록 배치되며, 애노드 전극과 전기적으로 연결된 캐소드 전극; 애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 배치되며, 용해된 전해질을 포함하는 유입용액이 유동하는 제1 유로, 산성 용액이 유동하는 하나 이상의 제2 유로 및 염기성 용액이 유동하는 하나 이상의 제3 유로를 구획하도록 각각 마련된 하나 이상의 음이온 교환막 및 양이온 교환막; 제2 유로와 유체이동 가능하게 연결되며, 산성 용액을 저장 또는 공급하도록 마련된 음이온 저장부; 및 제3 유로와 유체이동 가능하게 연결되며, 염기성 용액을 저장 또는 공급하도록 마련된 양이온 저장부; 를 포함하는 블루배터리를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 애노드 전극 및 애노드 전극과 소정 간격을 두고 마주하도록 배치되며, 애노드 전극과 전기적으로 연결된 캐소드 전극;
애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 배치되며, 용해된 전해질을 포함하는 유입용액이 유동하는 제1 유로, 산성 용액이 유동하는 하나 이상의 제2 유로 및 염기성 용액이 유동하는 하나 이상의 제3 유로를 구획하도록 각각 마련된 하나 이상의 음이온 교환막 및 양이온 교환막; 음이온 교환막 및 양이온 교환막 사이에 배치되는 하나 이상의 복극전극; 제2 유로와 유체이동 가능하게 연결되며, 산성 용액을 저장 또는 공급하도록 마련된 음이온 저장부; 및 제3 유로와 유체이동 가능하게 연결되며, 염기성 용액을 저장 또는 공급하도록 마련된 양이온 저장부; 를 포함하는 복극막(bipolar membrane)을 사용하지 않는 블루배터리를 제공한다.
본 발명에 따르면, 해수로부터 산과 염기를 분리하는 과정에서 전기화학적 위치에너지를 갖게 되는데 이를 등가수두로 환산 시, 약 2,000~2,500m 에 상당하는 수준으로 동일 낙차의 양수발전용 댐을 건설하는 것과 같다. 블루배터리의 에너지저장 가능량은 '해수'의 양과 동일하므로, 사실상 무한하다. 블루배터리를 이용해 재생에너지를 (초)장주기 (수주~수개월)로 저장하는 과정에서 용액을 저장하기 위한 저장탱크의 비용이 발생하지만 이는 수조 원에 육박하는 양수발전용 댐 건설비용에 비하면 경제적일 뿐 아니라, 부지사용 면에서도 더욱 효과적인 에너지저장기술이다．
도 1은　본　발명의　일　실시예에　따른　블루배터리의　모식도이다．
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블루배터리의 충전과정을 설명하기 위한 도 1의 부분 모식도이다.
도 ３은 본 발명의 일 실시예에 따른 블루배터리의 방전과정(발전과정)을 설명하기 위한 도 1의 부분 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 블루배터리의 이온전달속도를 설명하기 위한 도 1의 부분 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 블루배터리의 복수 개의 이온교환막 배치를 설명하기 위한 도 1의 부분 모식도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블루배터리의 부분 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 태양광, 풍력 등 변동성이 큰 재생에너지를 저장할 수 있는 해수를 이용한 대용량 ESS로서，해수를 산과 염기로 분리하여 에너지를 저장하고 필요 시 산-염기 중화 및 농도　차에 의하여 전력을 생산하는 블루배터리에 관한 것이다.
도 1은　본　발명의　일　실시예에　따른　블루배터리의　모식도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블루배터리의 충전과정을 설명하기 위한 도 1의 부분 모식도, 도 ３은 본 발명의 일 실시예에 따른 블루배터리의 방전과정(발전과정)을 설명하기 위한 도 1의 부분 모식도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 블루배터리의 이온전달속도를 설명하기 위한 도 1의 부분 모식도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 블루배터리의 복수 개의 이온교환막 배치를 설명하기 위한 도 1의 부분 모식도, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블루배터리의 부분 모식도이다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 블루배터리를 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 블루배터리는, 애노드 전극(101) 및 애노드 전극(101)과 소정 간격을 두고 마주하도록 배치되며, 애노드 전극(101)과 전기적으로 연결된 캐소드 전극(102)을 포함한다.
또한, 애노드 전극(101) 및 캐소드 전극(102) 사이에 배치되며, 용해된 전해질을 포함하는 유입용액(예를 들어, 해수)이 유동하는 제1 유로(301), 산성 용액이 유동하는 하나 이상의 제2 유로(302) 및 염기성 용액이 유동하는 하나 이상의 제3 유로(303)를 구획하도록 각각 마련된 하나 이상의 음이온 교환막(201) 및 양이온 교환막(202)을 포함한다.
또한, 제2 유로(302)와 유체이동 가능하게 연결되며, 산성 용액을 저장 또는 공급하도록 마련된 음이온 저장부(401)를 포함한다.
또한, 제3 유로(303)와 유체이동 가능하게 연결되며, 염기성 용액을 저장 또는 공급하도록 마련된 양이온 저장부(402)를 포함한다.
이에 더하여, 제1 유로(301)로 유입용액이 유입되고, 애노드 전극(101) 및 캐소드 전극(102)에 소정의 전기가 인가될 때, 산성 용액은, 유입용액(예를 들어, 해수) 내 포함된 음이온(예를 들어, Cl-)이 음이온 교환막(201)을 통과하여 제2 유로(302)로 유입되어 생성되고, 염기성 용액은, 유입용액 내 포함된 양이온(예를 들어, Na+)이 양이온 교환막(202)을 통과하여 제3 유로(303)로 유입되어 생성된다.
상기와 같은 과정을 통해, 제2 유로(302) 내 용액은 pH 3 내지 4를 갖게 되고, 제3 유로(303) 내 용액은 pH 10 내지 11를 갖게 된다.
또한, 음이온 저장부(401)는, 생성된 산성 용액이 음이온 저장부(401)로 공급되어 저장되도록 제2 유로(302)와 유체이동 가능하게 연결된 제1 충전유로(501)를 포함한다.
또한, 양이온 저장부(402)는, 생성된 염기성 용액이 양이온 저장부(402)로 공급되어 저장되도독 제3 유로(303)와 유체이동 가능하게 연결된 제2 충전유로(502)를 포함한다.
여기서, 상기 제1 및 제2 충전유로(501, 502)는 각각 유체를 유동시키기 위한 펌프를 추가로 구비할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 충전유로(501, 502)에는 각각
본 발명에 따른 블루배터리는, 양측 전극에 인가된 전기에 의해 제1 유로(301) 내 양이온 및 음이온이 각각 이온교환막을 통과하여 제2 유로(302) 및 제3 유로(303)로 유동한 후, 음이온 전해질이 제1 충전유로(501)를 통해 음이온 저장부(401)에 저장되고, 양이온 전해질이 제2 충전유로(502)를 통해 양이온 저장부(402)에 저장되는 과정을 통해 블루배터리의 충전이 이루어질 수 있다.
이에 더하여, 음이온 저장부(401)는, 저장된 산성 용액이 제2 유로(302)로 공급되도록 제2 유로(302)와 유체이동 가능하게 연결된 제1 방전유로(601)를 포함한다.
또한, 양이온 저장부(402)는, 저장된 염기성 용액이 제3 유로(303)로 공급되도록 제3 유로(303)와 유체이동 가능하게 연결된 제2 방전유로(602)를 포함한다.
본 발명에 따른 블루배터리는, 음이온 저장부(401)에 저장된 음이온 전해질이 제1 방전유로(601)를 통해 제2 유로(302)로 공급되고, 양이온 저장부(402)에 저장된 양이온 전해질이 제2 방전유로(602)를 통해 제3 유로(303)로 공급되고, 제1 유로로 공급용액(예를 들어, 담수)이 공급될 때, 제1 유로와 제2 유로 내 용액의 농도차 및 pH 차이 및 제1 유로와 제3 유로 내 용액의 농도차 및 pH차이에 의해 이온이 이온교환막을 통과하며 전기가 생성되는 과정을 통해 블루배터리의 방전이 이루어질 수 있다.
즉, 음이온 저장부(401)에 저장된 산성 용액이 제1 방전유로(601)를 통해 제2 유로(302)로 공급되고, 양이온 저장부(402)에 저장된 염기성 용액이 제2 방전유로(602)를 통해 제3 유로(303)로 공급될 때, 제1 유로(301) 및 제2 유로(302) 내 용액 간의 pH 차이 및 농도차에 의해 제2 유로(302) 내 음이온(예를 들어,Cl-) 이 음이온 교환막(201)을 통과하고, 제1 유로(301) 및 제3 유로(303) 내 용액 간의 pH 차이 및 농도차에 의해 제3 유로(303) 내 양이온(예를 들어, Na+)이 양이온 교환막(202)을 통과하며 애노드 전극(101) 및 캐소드 전극(102)에서 전기를 생산할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 방전유로(601,602)는 제2 및 제3 유로(302,303)로 용액을 공급하기 위한 펌프를 각각 추가로 구비할 수 있다.
이에 더하여, 애노드 및 캐소드 전극은, 애노드 및 캐소드 전극에 전기를 인가하도록 전기적으로 연결된 재생에너지원(700)을 추가로 포함한다.
여기서, 상기 재생에너지원(700)은 변동성이 큰 태양열 발전장치, 태양광 발전장치, 풍력발전 장치, 지열발전 장치, 소수력 발전장치 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 4를 참조하면, 상기 제1 유로(301)에는 공급용액 내 양이온 및 음이온의 이동속도를 향상시키기 위한 하나 이상의 양이온교환비드(203) 및 음이온교환비드(204)가 각각 추가로 구비될 수 있다.
상기와 같이 각각의 비드(203,204)에 의해 이온이동속도가 증가함에 따라 블루배터리의 성능이 향상될 수 있다.
도 5는 복수 개의 이온교환막을 구비한 블루배터리의 부분 모식도로서(방전과정의 도면), 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 블루배터리는 복수개의 음이온교환막(201) 및 양이온교환막(202)이 각각 캐소드 전극(102)과 애노드 전극(101) 사이에 교번하여 배치될 수 있다.
상기 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 서로 인접하게 배치된 음이온교환막(201)과 양이온 교환막(202)은 하나의 셀로 구분될 수 있으며, 본 발명에 따른 블루배터리에는 하나 이상의 셀(200, 도 6 참조)이 양단의 전극 사이에 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블루배터리의 부분 모식도(방전과정)로서, 일 실시예와 동일한 구성은 생략하였다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 블루배터리는, 복극막(Bipolar membrane) 대신에 복극전극(Bipolar electrode)을 사용하는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 복극막을 사용하지 않는 블루배터리는, 애노드 전극(101) 및 애노드 전극(101)과 소정 간격을 두고 마주하도록 배치되며, 애노드 전극과 전기적으로 연결된 캐소드 전극(102)를 포함한다.
또한, 애노드 전극(101) 및 캐소드 전극(102) 사이에 배치되며, 용해된 전해질을 포함하는 유입용액이 유동하는 제1 유로(301), 산성 용액이 유동하는 하나 이상의 제2 유로(302) 및 염기성 용액이 유동하는 하나 이상의 제3 유로(303)를 구획하도록 각각 마련된 하나 이상의 음이온 교환막(201) 및 양이온 교환막(202)을 포함한다.
또한, 음이온 교환막(201) 및 양이온 교환막(202) 사이에 배치되는 하나 이상의 복극전극(2000)을 포함한다.
여기서, 상기 복극전극(2000)은 음이온 교환막(201) 및 양이온 교환막(202)이 한 쌍을 이루는 셀(200)과 셀(200) 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 복극전극(2000)은 양 단에 배치된 캐소드 및 애노드 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 제2 유로(302)와 유체이동 가능하게 연결되며, 산성 용액을 저장 또는 공급하도록 마련된 음이온 저장부(401) 및 제3 유로(303)와 유체이동 가능하게 연결되며, 염기성 용액을 저장 또는 공급하도록 마련된 양이온 저장부(402)를 포함한다.
상기 복극전극(2000)은 제1면 및 제1면의 반대방향의 제2면을 갖는 전극층(2010), 전극층(2010)의 제1면에 음이온교환수지로 형성된 음이온 수지층(2011) 및 전극층(2010)의 제2면에 양이온교환수지로 형성된 양이온 수지층(2012)을 포함한다.
상기와 같이 복극전극(2000)이 서로 인접하는 셀 사이에 배치됨에 따라 안정적으로 블루배터리 내의 셀의 개수를 증가시킬 수 있으며, 블루배터리의 수명을 연장시켜주는 효과가 있다.
여기서, 복극전극(2000)의 극성은 인접하는 용액의 성질에 따라 극성이 바뀔 수 있다.
또한, 전술한 제1 유로로 공급되는 유입용액은 블루배터리의 충전과정에서는 일 예로서 해수를 방전과정에서는 일 예로서 담수를 사용하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 용해된 전해질을 포함하는 용액이라면 모두 사용 가능하다.
상기 유입용액은 염화나트륨(NaCl)이 포함된 용액, 염수, 해수, 기수, 담수, 순수, 우수, 하수 방류수, 폐수, 전도성 고분자 화합물, 나노 구조체, 마이셀 구조의 계면 활성제 및 이들 중 하나 이상을 포함하는 혼합 용액 중 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 블루배터리는 충전과정에서 해수에 포함된 염분을 재생에너지와 같은 외부전력 및 이온교환막을 이용하여 양이온과 음이온으로 분리한다.
따라서, 외부에서 공급되는 전기장의 크기와 이온교환막의 선택도에 따라 이온분리의 효율이 결정되며, 분리된 양이온과 음이온은 물의 평형상수 (Kw=[H+][OH-]=10-14) 에 따라 pH가 변하게 되며, 염기성을 갖는 양이온 전해질 (NaOH)과 산성을 갖는 음이온 전해질 (HCl)로 저장된다.
일반적으로 충전 시 인가되는 전압은 약 1V 미만으로 양극 및 음극에서 전기화학적 반응을 일으키지 않는 조건이다.
물의 특성상 1V가 넘는 전압이 셀에 인가될 경우 양극에서 물의 환원 반응 (즉, 수소생산: hydrogen evolution reaction, HER), 음극에서 물의 산화반응 및 염소 산화반응이 일어나게 되므로 에너지저장효율이 급격하게 감소하는 문제가 있다.
특히 음이온 전해질 (HCl)의 경우 산화 반응에서 염소생산 반응이 물의 산화반응과 경쟁하게 되는데 발생하는 염소가스는 치명적 독성을 가지므로 과전압 발생을 억제하는 조건에서 운전이 필요하다.
방전과정에서 블루배터리는 양이온 전해질과 음이온 전해질이 pH 차이 및 양전해질과 음전해질의 농도차이에 의해 전기화학적 반응을 이용하여 전기에너지를 생산하게 된다.
블루배터리의 전기화학적 위치에너지는 Nernst 방정식을 이용하여 계산할 수 있으며, 0.5 M의 해수를 이용하여 블루배터리를 충전한 경우 57.6 kJ/mol의 화학적 에너지 (즉, 2~3V의 전기화학적 위치에너지)가 양이온 전해질과 음이온 전해질 사이에 저장된다. 이를 등가수두로 환산 시 약 2,500 m의 댐에 물을 가둬두는 것과 같은 에너지저장밀도이다.(하기 블루배터리의 전기화학적 위치에너지 참조)
101: 애노드 전극
102: 캐소드 전극
201: 음이온 교환막
202: 양이온 교환막
301: 제1 유로
302: 제2 유로
303: 제3 유로
401: 음이온 저장부
402: 양이온 저장부
501: 제1 충전유로
502: 제2 충전유로
601: 제1 방전유로
602: 제2 방전유로
700: 재생에너지원
2000: 복극전극

Claims (8)

  1. 애노드 전극 및 애노드 전극과 소정 간격을 두고 마주하도록 배치되며, 애노드 전극과 전기적으로 연결된 캐소드 전극;
    애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 배치되며, 용해된 전해질을 포함하는 유입용액이 유동하는 제1 유로, 산성 용액이 유동하는 하나 이상의 제2 유로 및 염기성 용액이 유동하는 하나 이상의 제3 유로를 구획하도록 각각 마련된 하나 이상의 음이온 교환막 및 양이온 교환막;
    제2 유로와 유체이동 가능하게 연결되며, 산성 용액을 저장 또는 공급하도록 마련된 음이온 저장부; 및
    제3 유로와 유체이동 가능하게 연결되며, 염기성 용액을 저장 또는 공급하도록 마련된 양이온 저장부; 를 포함하는 블루배터리.
  2. 제 1항에 있어서,
    제1 유로로 유입용액이 유입되고, 애노드 전극 및 캐소드 전극에 소정의 전기가 인가될 때,
    산성 용액은, 유입용액 내 포함된 음이온이 음이온 교환막을 통과하여 제2 유로로 유입되어 생성되고,
    염기성 용액은, 유입용액 내 포함된 양이온이 양이온 교환막을 통과하여 제3 유로로 유입되어 생성되는 것을 특징으로 하는 블루배터리.
  3. 제 2항에 있어서,
    음이온 저장부는, 생성된 산성 용액이 음이온 저장부로 공급되어 저장되도록 제2 유로와 유체이동 가능하게 연결된 제1 충전유로를 포함하고,
    양이온 저장부는, 생성된 염기성 용액이 양이온 저장부로 공급되어 저장되도독 제3 유로와 유체이동 가능하게 연결된 제2 충전유로를 포함하는, 블루배터리.
  4. 제 3항에 있어서,
    음이온 저장부는, 저장된 산성 용액이 제2 유로로 공급되도록 제2 유로와 유체이동 가능하게 연결된 제1 방전유로를 포함하고,
    양이온 저장부는, 저장된 염기성 용액이 제3 유로로 공급되도록 제3 유로와 유체이동 가능하게 연결된 제2 방전유로를 포함하는, 블루배터리.
  5. 제 1항에 있어서,
    애노드 및 캐소드 전극은, 애노드 및 캐소드 전극에 전기를 인가하도록 전기적으로 연결된 재생에너지원을 추가로 포함하는, 블루배터리.
  6. 제 4항에 있어서,
    음이온 저장부에 저장된 산성 용액이 제1 방전유로를 통해 제2 유로로 공급되고, 양이온 저장부에 저장된 염기성 용액이 제2 방전유로를 통해 제3 유로로 공급될 때,
    제1 유로 및 제2 유로 내 용액 간의 pH 차이 및 농도차에 의해 제2 유로 내 음이온이 음이온 교환막을 통과하고, 제1 유로 및 제3 유로 내 용액간의 pH 차이 및 농도차에 의해 제3 유로 내 양이온이 양이온 교환막을 통과하며 애노드 전극 및 캐소드 전극에서 전기를 생산하는, 블루배터리.
  7. 애노드 전극 및 애노드 전극과 소정 간격을 두고 마주하도록 배치되며, 애노드 전극과 전기적으로 연결된 캐소드 전극;
    애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 배치되며, 용해된 전해질을 포함하는 유입용액이 유동하는 제1 유로, 산성 용액이 유동하는 하나 이상의 제2 유로 및 염기성 용액이 유동하는 하나 이상의 제3 유로를 구획하도록 각각 마련된 하나 이상의 음이온 교환막 및 양이온 교환막;
    음이온 교환막 및 양이온 교환막 사이에 배치되는 하나 이상의 복극전극;
    제2 유로와 유체이동 가능하게 연결되며, 산성 용액을 저장 또는 공급하도록 마련된 음이온 저장부; 및
    제3 유로와 유체이동 가능하게 연결되며, 염기성 용액을 저장 또는 공급하도록 마련된 양이온 저장부; 를 포함하는 복극막(bipolar membrane)을 사용하지 않는 블루배터리.
  8. 제 7항에 있어서,
    복극전극은,
    제1면 및 제1면의 반대방향의 제2면을 갖는 전극층;
    전극층의 제1면에 음이온교환수지로 형성된 음이온 수지층; 및
    전극층의 제2면에 양이온교환수지로 형성된 양이온 수지층; 을 포함하는, 복극막(bipolar membrane)을 사용하지 않는 블루배터리.
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