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KR20150118771A - Capacitive Deionization Composited Electrode, Capacitive Deionization Composited Electrode Cell and Capacitive Deionization Composited Electrode Manufacturing Method - Google Patents

Capacitive Deionization Composited Electrode, Capacitive Deionization Composited Electrode Cell and Capacitive Deionization Composited Electrode Manufacturing Method Download PDF

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KR20150118771A
KR20150118771A KR1020140044782A KR20140044782A KR20150118771A KR 20150118771 A KR20150118771 A KR 20150118771A KR 1020140044782 A KR1020140044782 A KR 1020140044782A KR 20140044782 A KR20140044782 A KR 20140044782A KR 20150118771 A KR20150118771 A KR 20150118771A
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KR
South Korea
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electrode
layer
desalination
composite
ion
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Application number
KR1020140044782A
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Korean (ko)
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KR101591257B1 (en
Inventor
손원근
김태일
이용래
이경한
강경석
Original Assignee
(주) 시온텍
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Publication date
Application filed by (주) 시온텍 filed Critical (주) 시온텍
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Abstract

본 발명은 비도전성 다공성 지지체를 활용한 축전식 탈염전극(Capacitive deionization electrode; CDI electrode)에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 전기전도성 집전체가 아닌 직포, 부직포 및 다공성 필름과 같은 비도전성 다공성 지지체의 양쪽에 전극 물질층 만든 후 한쪽은 양이온선택성 코팅 층을 다른 한쪽은 음이온선택성 코팅 층을 갖는 축전식 탈염복합전극을 제조하고, 양이온선택성 층과 음이온선택성 층을 서로 마주보는 층을 복수로 가지도록 적층하여, 적층의 내측과 외측의 양쪽 끝에서 적층수에 따라 전위를 달리 인가하거나 롤(Roll)로 감아 롤의 내측과 외측에서 감겨진 장수와 회수에 따라 인가전위를 달리하는 복극형식의 운전이 가능한 축전식 탈염복합전극 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a capacitive deionization electrode (CDI electrode) utilizing a non-conductive porous support.
More particularly, the electrode material layer is formed on both sides of a non-conductive porous support such as a woven fabric, a nonwoven fabric and a porous film which are not electrically conductive current collectors, and then, a cation-selective coating layer is formed on one side and a depolarizing composite Electrodes were prepared and laminated so as to have a plurality of layers facing each other with the cation-selective layer and the anion-selective layer. The potential was varied depending on the number of laminations at the inner and outer sides of the laminate, Which is capable of operating in a bi-polar type with different applied electric potentials depending on the number of turns and the number of turns wound on the inside and outside of the battery.

Description

축전식탈염복합전극, 축전식탈염복합전극 셀 및 축전식복합탈염전극의 제조방법 {Capacitive Deionization Composited Electrode, Capacitive Deionization Composited Electrode Cell and Capacitive Deionization Composited Electrode Manufacturing Method}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite desalination composite electrode, a capacitor type desalination composite electrode cell, and a capacitor type composite desalination electrode,

본 발명은 지하수, 수도수, 기수(brackish water), 중수 및 산업폐수의 정수 및 연수용 CDI(Capacitive deionization)복합전극 및 모듈에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite electrode and module for groundwater, tap water, brackish water, heavy water and industrial wastewater, and CDI (Capacitive deionization) for soft water.

즉 본 발명은 도전성 집전체를 사용하지 않고 비도전성의 직포, 부직포 및 다공성 필름과 같은 비도전성 다공성 지지체를 활용하여 축전식 탈염복합전극을 제조하는 방법에 관한 것이다. That is, the present invention relates to a method for manufacturing a charge-coupled desalination composite electrode utilizing a non-conductive porous support such as a non-conductive woven fabric, a non-woven fabric and a porous film without using a conductive current collector.

즉 본 발명은 먼저 비도전성 다공성 지지체의 양쪽에 전극활물질등의 전극물질, 예를 들면 탄소계, 을 코팅하거나 혹은 전극활물질 시트(sheet)를 부착하여 탄소전극(전극물질층)을 만들고, 이어서 각각의 탄소전극층 상에 서로 상이한 이온선택성 층이 형성된 축전식 복합 탈염전극을 제조하는 방법 및 그로부터 얻어지는 신규한 축전식탈염복합전극 및 이를 이용한 축전식 복합 탈염장치에 관한 것이다. That is, in the present invention, first, an electrode material such as an electrode active material such as a carbon-based material is coated on both sides of a non-conductive porous support, or a sheet of electrode active material is attached to a carbon electrode (electrode material layer) The present invention relates to a method for producing a composite composite desalination electrode having a different ion selective layer on a carbon electrode layer of a carbonaceous electrode, and a novel composite electrolytic desalination composite electrode obtained thereby.

본 발명의 하나의 예를 든다면, 먼저, 비도전성 다공성 지지체의 양면에 전극활물질을 코팅하거나 혹은 전극활물질 시트(sheet)를 부착하여 탄소전극(전극활물질층)을 만든다. 이어서 이온교환막, 이온교환용액, 또는 이온교환수지 분말 등을 활용하여 상기 탄소전극의 한쪽 면에는 양이온선택성 층 또는 음이온 선택성층을 형성하고, 탄소전극의 다른 한쪽 면에는 서로 상이한 이온성을 가지는 이온선택성층(상기에서 양이온선택성층이면 다른 쪽은 음이온선택성 층)을 갖도록 함으로써, 축전식탈염복합전극을 제조한다. 또 상기 축전식탈염복합전극을 이용하여 제조하는 축전식 복합탈염장치를 제조한다.
According to one embodiment of the present invention, first, an electrode active material is coated on both sides of a non-conductive porous support, or a sheet of electrode active material is attached to form a carbon electrode (electrode active material layer). Then, a cation-selective layer or anion-selective layer is formed on one side of the carbon electrode using an ion-exchange membrane, an ion-exchange solution, or an ion-exchange resin powder. On the other side of the carbon electrode, ion- And a stratified layer (the cation-selective layer in the above case, the other is an anion-selective layer). Also, a capacitive complex desalination apparatus manufactured using the above-described composite desalination composite electrode is manufactured.

또한 본 발명은 상기 제조된 새로운 축전식탈염복합전극을 양이온선택성 층과 음이온선택성 층이 서로 마주보는 구조가 최소한 2개 이상 가지는 축전식탈염복합전극 적층체를 제공하는 것이다In addition, the present invention provides a new battery separator composite desalination composite electrode having the structure in which the cation-selective layer and the anion-selective layer face each other at least two

또한 본 발명은 상기 제조된 2개 이상의 새로운 축전식탈염복합전극을 이용하여 양이온선택성 층과 음이온선택성 층이 서로 마주보도록 적층하여 제조되는 축전식 복합 탈염전극 적층체를 제공하는 것이다.The present invention also provides a composite composite desalination electrode laminate which is prepared by laminating the cationic selective layer and the anion selective layer so as to face each other using two or more new composite desalination composite electrodes prepared above.

또한 본 발명은 상기의 축전식탈염복합전극 적층체를 양쪽 끝에서 적 층수에 따라 전위를 달리 인가하거나, 상기 적층된 본 발명의 축전식탈염복합전극 적층체를 롤(Roll)로 감아 롤의 내측과 외측에서 감겨진 장수와 회수에 따라 인가전위를 달리하여 복극형식으로 운전하는 축전식 복합탈염 복극용 셀 및 이의 제조방법, 이를 이용한 CDI 복합전극 모듈, 축전식 복합탈염장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
In addition, the present invention is characterized in that the above-described electrodeposited composite desalination composite electrode laminate is applied at different ends according to the number of laminated layers, or the laminated depolarized composite electrode laminate of the present invention is rolled by a roll, And a method for producing the same, a CDI composite electrode module using the same, a storage type composite desalination device, and a manufacturing method therefor will be.

생활용수나 산업용수의 제조에서 탈염기술은 사람의 건강이나 공정의 효율, 제품의 성능을 결정하는데 매우 중요한 역할을 한다. In the production of domestic water or industrial water, desalination technology plays a very important role in determining human health, process efficiency, and product performance.

중금속이나 질산성 질소, 불소 이온들이 포함된 물을 사람이 장기간 음용했을 때, 건강에 치명적인 영향을 끼칠 수 있다. 또한 경도물질(hard material)이 포함된 보일러 수와 같은 경수(hard water)는 보일러나 열교환기에 스케일을 유발하여 공정의 효율을 크게 떨어뜨릴 수 있다. 또 전자산업이나 의약산업에서도 이온들을 완전히 제거한 초순수를 제조하고 이를 사용하는 것은 제품의 성능을 결정하는 중요한 요인으로 작용한다.Water containing heavy metals, nitrate nitrogen, and fluoride ions can have a serious health impact when people drink for a long time. In addition, hard water, such as the number of boilers containing hard materials, can scale the boiler or heat exchanger, which can significantly reduce the efficiency of the process. In the electronic and pharmaceutical industries, manufacturing and using ultrapure water that completely eliminates ions is an important factor in determining product performance.

최근 세계적으로 물 부족으로 인하여 해수 담수화방법이나 폐수 및 염수 처리방법에 대한 연구가 활발하게 진행되어 왔다. 상기의 방법 중, 이온교환수지를 이용한 방법이 많이 사용되고 있으나, 수지의 재생 시 화합물의 사용 및 고가의 운전비용 등의 문제점으로 사용에는 여전히 한계를 가지고 있다. Recently, due to lack of water in the world, studies on seawater desalination methods, wastewater and brine treatment methods have been actively conducted. Among the above methods, a method using an ion exchange resin is widely used, but the use thereof is still limited due to problems such as the use of a compound during the regeneration of the resin and an expensive operation cost.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명과 같은 축전식 탈염공정(CDI 공정)이 연구되고 있다.To solve such a problem, a condensation desalination process (CDI process) like the present invention has been studied.

CDI 공정은 캐패시터(capacitor) 공정에서 사용되는 전기 이중층 이론을 근거로 하여, 전극표면에 전기를 가용할 때 수질내부에 있는 상대극성이온이 전극 표면에 흡착되는 성질을 이용한 방법이다. 즉, 양이온, 음이온이 함유된 용액이 두 개의 다공성 탄소전극 층 사이를 통과할 때 정전기력을 인가함으로써 수용액속에 함유된 이온을 제거하는 방법이다. 이러한 제거원리는 정전기력을 인가함으로서, 정전기력에 의하여 양극으로 Cl- 와 같은 음이온이 이동하고, 음극으로는 Na+와 같은 양이온이 이동하여 대전이 이루어지게 되어, 수용액 속에 함유된 이온물질들이 제거되어 담수화 또는 폐수용액을 정화하게 된다.The CDI process is based on the electric double layer theory used in the capacitor process and utilizes the property that relatively polar ions in the water quality are adsorbed on the electrode surface when electricity is applied to the electrode surface. That is, when a solution containing a cation and an anion is passed between two porous carbon electrode layers, an electrostatic force is applied to remove ions contained in the aqueous solution. Such an elimination principle is that by applying an electrostatic force, negative ions such as Cl- migrate to the anode by electrostatic force, and positive ions such as Na + migrate to the cathode, and ionic substances contained in the aqueous solution are removed, The waste water solution is purified.

상기 CDI공정은 CDI 전극과 이를 이용하여 제작하는 CDI 모듈을 예로 들 수 있다. 다공성 탄소소재를 이용하는 CDI 전극은 이온의 침투 및 확산이 빠르게 일어나야한다. 또 이온의 선택성을 갖고 있어서 재생 시 역전위에 의한 반대전극에 재흡착되는 것을 방지할 수 있어야 한다. 또한 내구성을 가져야 산업적인 응용이 가능하다. The CDI process can be exemplified by a CDI electrode and a CDI module fabricated using the same. CDI electrodes using porous carbon materials must rapidly penetrate and diffuse ions. It also has selectivity for ions and should be able to prevent re-adsorption to the opposite electrode due to inversion during the regeneration. Durability is also required for industrial applications.

그러나 기존 CDI 전극은 집전체로서 전기를 직접적으로 인가해줄 수 있는 도전성 그라파이트 호일(graphite foil)을 집전체로 사용하여 전극을 만들고 있기 때문에, 기계적 강도가 약하여 취급이 어렵고 모듈의 조립 시 손상에 의한 성능저하 및 불량률이 높은 단점을 갖고 있다.However, since the conventional CDI electrode is made of a conductive graphite foil that can directly apply electricity as a current collector, it is difficult to handle due to its weak mechanical strength and its performance Degradation and defective rate are high.

또한 상기 그라파이트 호일 등의 도전성인 집전체를 이용하여 제조되는 적층형태의 모듈은 전극을 절단가공 해야 하고, 전기를 제공할 수 있는 전극 단자를 한쪽 면에 일정한 크기로 길게 절단하여 전극 단자를 만들어 외부와 연결해야 하는 어려움이 있다. 이는 전도체인 그라파이트를 사용하여 복극으로 조립하면 by current 때문에 전류효율이 떨어져 단극으로 조립할 수 밖에 없으며, 단극으로 조립을 하기 위해서는 외부에서 전기를 인가해주기위한 일정한 형태가 만들어져야만 하기 때문이다. 따라서 단극으로 조립하기 위해서는 전극 단자를 만들 수 있도록 설계하여 절단가공 해야 하므로 집전체의 손실이 많다. 특히 적층된 전극에 전기를 인가할 수 있도록 단자대를 연결하기 위해서는 충분히 넓은 공간을 가져야 하므로 외형적 부피가 커지게 되며, 이로부터 CIP(Cleaned in place) 세정액을 더 많이 사용해야하는 단점을 갖고 있다.
In addition, the laminated module manufactured using the conductive current collector such as the graphite foil is required to cut the electrode, and the electrode terminal capable of providing electricity can be cut into a predetermined length on one side, There is a difficulty to connect with. This is because when the graphite is assembled into a double pole, the current efficiency is reduced due to the current, so that it can only be assembled into a single pole. In order to assemble the single pole, a certain shape must be formed for applying electricity from the outside. Therefore, in order to assemble into a single pole, electrode terminals must be designed so that they are cut and processed, resulting in a large loss of the current collector. Particularly, in order to connect the terminal block so as to be able to apply electricity to the stacked electrodes, it is necessary to have a sufficiently large space, so that the external volume becomes large and the CIP (Cleaned in place) cleaning liquid must be used more.

한국등록특허 [10-1022257]에서는 이온선택성 축전식 탈염 복합전극 및 모듈의 제조 방법이 개시되어 있다.
Korean Patent No. 10-1022257 discloses a method of manufacturing an ion-selective storage desalination composite electrode and a module.

한국등록특허 [10-1022257](등록일: 2011년 03월 08일)Korean Registered Patent [10-1022257] (Registered on Mar 08, 2011)

본 발명은 기존의 전도성 집전체- 예를 들면, 그라파이트 호일-를 사용하여 만들어진 축전식 탈염전극의 단점을 개선하기 위해서, 직포나 부직포 또는 다공성 필름 등의 비도전성 지지체를 활용하여 새로운 축전식 탈염전극, 및 이의 적층구조를 가지는 축전식탈염복합전극을 제조하는 것이다. The present invention utilizes a non-conductive support such as woven fabric, nonwoven fabric, or porous film to improve the disadvantage of a conventional electroconductive current collector, for example, a graphite foil, , And a laminated structure thereof.

본 발명에서 상기 비도전성 지지체는 다공성인 것이 더욱 좋지만 이에 한정되는 것이 아니다. 또한 상기 비도전성 지지체의 예를 들면 직포, 부직포, 천공필름, 다공성 필름 등의 것을 사용할 수 있지만 비도전성이라면 이에 한정하지 않는다.In the present invention, the non-conductive support is more preferably porous but is not limited thereto. Examples of the non-conductive support include woven fabric, nonwoven fabric, perforated film, and porous film. However, the non-conductive support is not limited thereto.

또한 본 발명은 상기 비도전성 지지체 양쪽에 전극활물질을 코팅하거나 혹은 전극활물질 시트(sheet)를 부착하여 전극층(전극물질층)을 만든 후, 이온교환막, 이온교환용액, 또는 이온교환수지 분말을 활용하여 한쪽은 양이온선택성 층을 형성하고, 다른 한쪽은 음이온선택성 층을 형성시켜 제조되는 새로운 구조의 축전식 탈염전극(CDI electrode) 및 이의 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.In the present invention, an electrode layer (electrode material layer) is formed by coating an electrode active material on both sides of the non-conductive support or by attaching an electrode active material sheet, and then using an ion exchange membrane, an ion exchange solution, or an ion exchange resin powder (CDI) electrode having a novel structure, which is produced by forming a cation-selective layer on one side and an anion-selective layer on the other side, and a method for producing the same.

또한 본 발명은 기계적 강도가 우수한 직포, 부직포 및 다공성 필름과 같은 비도전성 지지체를 그라파이트 호일 집전체 대신 사용하기 때문에 취급이 용이하고, 모듈을 조립하는 동안 손상에 의한 성능 저하 및 불량률을 줄일 수 있는 축전식탈염복합전극(CDI Composited Electrode), 축전식탈염복합전극 셀(CDI Composited Electrode Cell) 및 축전식탈염복합전극의 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.In addition, the present invention provides a non-conductive support such as a woven fabric, a nonwoven fabric and a porous film having excellent mechanical strength in place of the graphite foil current collector, which is easy to handle and can reduce the performance deterioration and defective rate It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a composite desalination composite electrode (CDI Composite Electrode), a CDI Composite Electrode Cell, and a storage type desalination composite electrode.

또한 본 발명은 비도전성 지지체를 이용하여 양쪽에 전극물질층(통상 탄소전극층이지만 이에 한정되는 것은 아니다)을 형성한 후, 한쪽의 전극물질층에 양이온선택성 층을 형성하였다면, 다른 쪽 면의 전극물질층 상에는 그 반대 이온선택성을 가지는 층(이 경우에는 양이온선택성층의 반대인 음이온 선택성 층)을 갖도록 하여 새로운 구조의 축전식 탈염전극(CDI전극)을 제조한다. In addition, if a non-conductive support is used to form an electrode material layer on both sides (usually, but not limited to, a carbon electrode layer) and then a cation-selective layer is formed on one of the electrode material layers, (CDI electrode) of a new structure is prepared by having a layer having opposite ion selectivity (in this case, an anion-selective layer opposite to the cation selective layer) on the layer.

또 본 발명은 상기 축전식 탈염전극을 하나 이상 이용하여 양이온성 선택성 층과 음이온성 선택성 층이 마주보도록 적층되는 적층 면이 2 이상 가지는 축전식탈염복합전극, 좋게는 상기 축전식 탈염전극의 양이온선택성 층과 음이온선택성 층을 서로 마주보도록 본 발명의 축전식 탈염전극을 2장 이상 복수로 적층한 새로운 형태의 축전식탈염복합전극를 제조한다. The present invention also relates to a storage-type desalination composite electrode having two or more laminated surfaces laminated so that the cationic selective layer and the anionic selective layer are laminated so as to face each other using at least one of the above-described storage type desalination electrodes, Layer separator and the anion-selective layer are opposed to each other, a plurality of two or more storage-type desalination electrodes of the present invention are laminated to fabricate a new type of storage desalination composite electrode.

이어서 본 발명은 상기 축전식탈염복합전극의 양쪽 끝에서 적층수에 따라 전위를 달리 인가하거나, 상기 제조한 축전식탈염복합전극을 롤(Roll)로 감아 롤의 내측과 외측에서 감겨진 장수와 회수에 따라 인가전위를 달리하는 CDI복합전극모듈을 만들 수 있는 축전식탈염복합전극 단위 셀을 포함하는 축전식탈염복합전극 셀 및 이의 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다. 여기서, 축전식탈염복합전극 단위 셀은 최소단위로 모듈을 구성하는 것을 의미한다. 즉 축전식탈염복합전극 단위 셀은 양극 복합전극(복합전극 한 장) 음극으로 이루어진 모듈을 의미한다. 또한, 축전식탈염복합전극 셀은 축전식탈염복합전극 단위 셀 이상의 모듈을 의미하며, 축전식탈염복합전극 단위 셀 보다 좀 더 넓은 의미의 뜻을 포함하고 있다.
According to the present invention, it is possible to apply a potential different depending on the number of laminations at both ends of the above-described composite desalination composite electrode, or wrap the rolled composite electrolytic desalination composite electrode so as to roll the inside and outside of the roll, The present invention also provides a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing the same. Herein, the capacitor-type desalination composite electrode unit cell means that a module is constituted by a minimum unit. That is, the unit cell of the electrolytic desalination composite electrode means a module composed of a cathode composite electrode (one composite electrode) and a cathode. In addition, the storage type desalination composite electrode cell means a module of more than a unit cell of a storage type desalination composite electrode, and includes a wider meaning than a storage type composite electrode unit cell.

또한 본 발명은 상기 축전식 탈염전극 및 축전식탈염복합전극에 유체가 흐를 수 있도록 하는 유로(流路)패턴을 갖고 있는 것을 더 포함할 수 있다. 유로패턴을 가지는 경우에는 별도의 스페이서를 사용하지 않고 양이온선택성 층과 음이온선택성 층이 마주보도록 적층하여 쉽게 모듈을 생산할 수 있는 장점이 있다.Further, the present invention may further comprise a channel pattern for allowing the fluid to flow through the storage desalination electrode and the storage desalination composite electrode. In the case of having a flow pattern, there is an advantage that a module can be easily produced by stacking the cation-selective layer and the anion-selective layer so as to face each other without using a separate spacer.

따라서 본 발명은 유로패턴을 가지는 축전식 탈염전극, 축전식탈염복합전극 , 축전식탈염복합전극 단일 셀을 포함하는 복극용 셀(bipolar cell), 이들을 구비하는 CDI 복합전극 모듈, 복합 CDI 장치 및 이들의 제조방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a bipolar cell including a single cell of a storage desalination electrode having a flow path pattern, a storage desalination composite electrode, a single cell of a storage desalination composite electrode, a CDI composite electrode module having the same, Of the present invention.

또한 본 발명은 기존의 시트형태의 모든 전극과 같이 단자대와 연결하기 위해 가공할 필요가 없고, 전기를 제공할 수 있는 전극 단자를 외부로 많이 만들어야 하는 어려움이 없으며, 기존의 상업적인 필터제품과 같은 용량설계와 크기를 다양하게 만들 수 있기 때문에 상업적 응용이 쉬운 CDI(Capacitive deionization)복합전극모듈의 제조방법을 제공을 목적으로 한다.
In addition, the present invention does not require processing to connect with a terminal block like all existing electrodes in a sheet form, and there is no difficulty in making a large number of electrode terminals capable of providing electricity, And to provide a manufacturing method of a CDI (Capacitive Deionization) composite electrode module which can be easily applied to commercial applications because the design and size can be varied.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 축전식탈염복합전극은 전극물질층이 형성된 비도전성 다공성 지지체의 일면에 양이온선택성 코팅 층이 형성되고 다른 면에는 음이온선택성 코팅 층이 형성된 적어도 하나 이상의 축전식 탈염전극을 가지고, 상기 양이온선택성 층과 음이온선택성 층을 서로 마주하는 구조를 최소한 2 이상 가지도록 제조되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a storage desalination composite electrode comprising a non-conductive porous support on which an electrode material layer is formed, a cation-selective coating layer on one surface, and an anion- Characterized in that it has at least one or more storage desalination electrodes formed thereon and has at least two structures in which the cation-selective layer and the anion-selective layer face each other.

또한, 상기 축전식탈염복합전극은 상기 이온선택성층에 유로(流路)패턴 또는 격막을 이온선택성층 상에 형성하여 유로패턴을 가지도록 하는 것을 특징으로 한다.The storage desalination composite electrode is characterized in that a flow path pattern or a diaphragm is formed on the ion selective layer in the ion selective layer to have a flow path pattern.

아울러, 상기 비도전성 다공성 지지체가 다공성의 고분자시트나 박막, 다공성 세라믹, 직포, 부직포, 다공성 고분자 필름, 다공성 고분자 폼에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
In addition, the non-conductive porous support may be any one selected from a porous polymer sheet, a thin film, a porous ceramic, a woven fabric, a nonwoven fabric, a porous polymer film, and a porous polymer foam.

본 발명의 일 실시예에 따른 축전식탈염복합전극 셀은 전극 물질층이 형성된 비도전성 다공성 지지체의 일면에는 양이온선택성 코팅 층이 형성되고, 다른 면에는 음이온선택성 코팅 층이 형성된 적어도 하나 이상의 축전식 탈염전극을 가지고 상기 양이온선택성 층과 음이온선택성 층을 서로 마주하는 구조를 최소한 2 이상 가지도록 제조되는 축전식탈염복합전극 및 상기 축전식탈염복합전극의 양측에 외부 인가 집전체 전극이 적층되어 상기 축전식탈염복합전극의 적층수에 따라 인가전위를 달리하여 복극형식으로 운전하는 것을 특징으로 한다.The composite desalination composite electrode cell according to an embodiment of the present invention includes a non-conductive porous support on which an electrode material layer is formed, a cationic selective coating layer formed on one surface, and an anion selective coating layer formed on the other surface, And an external current collecting electrode is laminated on both sides of the electrodeposited composite desalination composite electrode, and the electrodeposited desalination composite electrode is formed so as to have at least two structures in which the cation-selective layer and the anion-selective layer face each other, And is operated in the form of a bipolar electrode by varying the applied electric potential according to the number of layers of the desalted composite electrode.

또한, 상기 축전식탈염복합전극은 롤(Roll)로 감아 롤의 내측과 외측의 집전체 전극에 의해 감겨진 장수와 회수에 따라 인가전위를 달리하여 복극형식으로 운전하는 것을 특징으로 한다.In addition, the storage desalination composite electrode is wound in rolls and is operated in a bi-polar manner by varying the application potential according to the number of turns and the number of windings wound by collector electrodes on the inside and outside of the roll.

또, 상기 축전식탈염복합전극이 2이상 적층되어 제조되는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that two or more of the above-described storage desalination composite electrodes are laminated.

아울러, 상기 축전식탈염복합전극은 상기 이온선택성층에 유로(流路)패턴을 가지는 것을 특징으로 한다.
The storage desalination composite electrode has a channel pattern in the ion selective layer.

본 발명의 일 실시예에 따른 축전식탈염복합전극의 제조방법은 비도전성 다공성 지지체의 양면에 전극 활물질과 바인더를 포함하는 슬러리를 도포하여 또는 상기 슬러리를 캘린더 가공하여 시트형성 후 상기 비도전성 다공성 지지체상에 압착하여 전극물질층을 형성하는 단계; 상기 전극물질층의 각각의 면에 이온교환 막, 이온교환용액 코팅, 이온교환수지 분말 슬러리를 이용하여 각각의 면에 상이한 이온선택성 층을 형성하여 축전식탈염전극을 제조하는 단계; 상기 축전식 탈염전극의 이온선택성층이 하나 이상이 서로 상이한 이온선택성층과 마주하도록 적층된 구조를 최소한 2 이상 포함하도록 적층하여 제조되는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a composite desalination composite electrode according to an embodiment of the present invention includes the steps of applying a slurry containing an electrode active material and a binder on both surfaces of a non-conductive porous support or calendering the slurry to form a sheet, To form an electrode material layer; Forming a different ion selective layer on each side of the electrode material layer using an ion exchange membrane, an ion exchange solution coating, and an ion exchange resin powder slurry to produce a storage desalination electrode; The ion selective layer of the storage type desalination electrode is laminated so as to include at least two structures in which one or more ion selective layers are stacked so as to face different ion selective layers.

또한, 상기 이온선택성층 형성단계와 동시에 또는 형성 후 유로패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The method may further comprise forming a flow path pattern at the same time or after the ion selective layer formation step.

아울러, 상기 유로패턴은 격막을 이온선택성층 상에 형성함으로써 얻어지는 것을 특징으로 한다.
The flow path pattern is obtained by forming a diaphragm on the ion selective layer.

본 발명에 따라 제조되는 축전식탈염복합전극은 기계적 강도가 우수한 비도전성 다공성 지지체를 사용하기 때문에 취급이 용이하고 복극 형식으로 운전하게 되면 바이커런트(by current)에 의한 성능저하를 막을 수 있다.The electrocatalytic desalination composite electrode manufactured according to the present invention is easy to handle because it uses a non-conductive porous support having excellent mechanical strength and can be prevented from being degraded by by current when it is operated in a bi-polar type.

또한 이온선택성 층을 포함하는 전극상에 유로(流路) 패턴(pattern)을 포함하고 있어 유로를 주기위한 별도의 스페이서가 필요하지 않으며, 모듈 조립의 자동화를 도모할 수 있으며, 양산성을 증대시킬 수 있다.In addition, since a channel pattern is included on the electrode including the ion selective layer, a separate spacer for providing a flow path is not required, automation of module assembly can be achieved, and mass production can be enhanced .

본 발명에 따라 제조된 축전식 탈염전극을 이용하여 제조된 사각형 및 원통형의 모듈은 전극에 직접적으로 전기를 인가하지 않는 복극형태로 모듈의 조립성이 용이하고 부피를 최소화할 수 있다. 또한 높은 수압에서도 안전하게 사용할 수 있으며 흡착전극의 장수에 따라 고전압 저전류의 다양한 형태의 원통형 모듈을 만들 수 있을 뿐만 아니라 시스템의 규모에 따라 모듈의 용량 및 사용전압을 자유롭게 설계할 수 있다.
The square and cylindrical module manufactured using the charge and discharge electrode fabricated according to the present invention can easily assemble the module and minimize the volume of the module in the form of a bipolar electrode that does not apply electricity directly to the electrode. In addition, it can be used safely at high water pressure, and various types of cylindrical modules of high voltage and low current can be manufactured according to the number of electrodes of the adsorption electrode, and the capacity and working voltage of the module can be freely designed according to the system scale.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축전식탈염복합전극을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축전식탈염복합전극 셀을 나타내는 도면.
도 3은 도 1을 이용하여 다공성 지지지체를 활용한 CDI 복합전극모듈의 분해도.
도 4는 도 3에서 축전식탈염복합전극의 구조와 축전식탈염복합전극 롤의 구성을 나타낸 도면.
도 5는 도 4에서 축전식탈염복합전극 롤을 만드는 방법을 나타낸 도면.
도 6은 도 4의 축전식탈염복합전극 롤을 나타낸 도면.
도 7은 도 3의 조립 과정을 보여주는 도면.
도 8은 도 7의 조립도를 나타낸 도면.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing a composite electrolytic desalination composite electrode according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a view showing a composite electrolytic desalination composite electrode cell according to an embodiment of the present invention.
3 is an exploded view of a CDI composite electrode module utilizing a porous support member using FIG.
FIG. 4 is a view showing the structure of a capacitively desalinated composite electrode in FIG. 3 and the configuration of a capacitively desalinated composite electrode roll. FIG.
5 is a view showing a method of making a composite desalination composite electrode roll in FIG.
FIG. 6 is a view showing a composite desalination composite electrode roll of FIG. 4;
7 is a view showing an assembling process of FIG. 3;
8 is a view showing the assembly diagram of Fig.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. The following drawings are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the following drawings, but may be embodied in other forms. In addition, like reference numerals designate like elements throughout the specification. It is to be noted that the same elements among the drawings are denoted by the same reference numerals whenever possible. Further, it is to be understood that, unless otherwise defined, technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily blurred are omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축전식탈염복합전극을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축전식탈염복합전극 셀을 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1을 이용하여 다공성 지지지체를 활용한 CDI 복합전극모듈의 분해도이고, 도 4는 도 3에서 축전식탈염복합전극의 구조와 축전식탈염복합전극 롤의 구성을 나타낸 도면이며, 도 5는 도 4에서 축전식탈염복합전극 롤을 만드는 방법을 나타낸 도면이고, 도 6은 도 4의 축전식탈염복합전극 롤을 나타낸 도면이며, 도 7은 도 3의 조립 과정을 보여주는 도면이고, 도 8은 도 7의 조립도를 나타낸 도면이다.
FIG. 1 is a view showing a composite electrodeless desalination composite electrode according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view showing a composite electrodeless desalination composite electrode cell according to an embodiment of the present invention, FIG. FIG. 4 is a view showing the structure of a composite electrodeless desalination composite electrode and the structure of a composite electrodeposited desalination electrode roll in FIG. 3, and FIG. FIG. 6 is a view showing a composite desalination composite electrode roll of FIG. 4, FIG. 7 is a view showing an assembling process of FIG. 3, and FIG. Fig.

이하 본 발명을 하기 실시예에서 보다 상세히 설명하겠지만, 본 발명은 그 요지에 국한된 실시예에 지나지 않는다. 한편 본 발명은 이하의 실시예에서 제시하는 공정조건에 제한되는 것이 아니며, 본 발명의 목적을 달성하기에 필요한 조건의 범위 안에서 임의로 선택 할 수 있음은 당업자에게 자명하다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail in the following examples, but the present invention is by no means limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the process conditions set forth in the following examples, and can be arbitrarily selected within the range necessary for achieving the object of the present invention.

이하에서는 본 발명의 제조단계에 대하여 설명한다.Hereinafter, the manufacturing steps of the present invention will be described.

본 발명의 하나의 양태는 직포, 부직포 및 다공성 필름과 같은 비도전성 다공성 지지체의 양면에 전극 활물질과 바인더를 포함하는 슬러리를 도포 또는 상기 슬러리를 캘린더 가공하여 시트형성 후 상기 비도전성 다공성 지지체상에 압착하여 전극물질층(탄소물질을 사용하는 경우에는 탄소전극(층)이라 할 수 있다)을 제조하는 단계; 상기 전극물질층의 각각의 면에 이온교환 막, 이온교환용액 코팅, 이온교환수지 분말 슬러리를 이용하여 서로 상이한 이온선택성 층을 형성하는 단계;를 포함하여 제조되는 축전식 탈염전극 및 이의 제조방법일 수 있다.One embodiment of the present invention is a method for manufacturing a non-conductive porous support, comprising applying a slurry containing an electrode active material and a binder on both sides of a non-conductive porous support such as a woven fabric, a nonwoven fabric and a porous film, or by calendaring the slurry to form a sheet, Thereby forming an electrode material layer (which may be referred to as a carbon electrode (layer) when a carbon material is used); Forming a different ion selective layer on each side of the electrode material layer using an ion exchange membrane, an ion exchange solution coating, and an ion exchange resin powder slurry; and a method for manufacturing the same .

본 발명의 또 다른 양태는 직포, 부직포 및 다공성 필름과 같은 비도전성 다공성 지지체의 양면에 전극 활물질과 바인더를 포함하는 슬러리를 도포 또는 상기 슬러리를 캘린더 가공하여 시트형성 후 상기 비도전성 다공성 지지체상에 압착하여 전극활물질층을 제조하는 단계; 상기 전극활물질층(통상, 탄소전극층이지만 이에 한정되는 것은 아니다)의 각각의 면에 이온교환 막, 이온교환용액 코팅, 이온교환수지 분말 슬러리를 이용하여 서로 상이한 이온선택성 층을 형성하는 단계; 상기 이온선택성 층에 유로패턴을 형성하는 단계; 를 포함하는 축전식 탈염전극 및 이의 제조방법일 수 있다.Another embodiment of the present invention is a method for manufacturing a non-conductive porous support, comprising applying a slurry containing an electrode active material and a binder on both sides of a non-conductive porous support such as a woven fabric, a nonwoven fabric and a porous film or by calendaring the slurry to form a sheet, Thereby producing an electrode active material layer; Forming ion-selective layers different from each other by using an ion exchange membrane, an ion exchange solution coating, and an ion exchange resin powder slurry on each surface of the electrode active material layer (usually, but not limited to, a carbon electrode layer); Forming a flow path pattern in the ion selective layer; And a method for producing the same.

본 발명의 또 다른 양태는 상기에 기재된 본 발명의 양태들에서 제조된 축전식 탈염전극을 2층 이상 적층하거나 적층한 후 롤링하여 제조되는 축전식탈염복합전극 및 이의 제조방법일 수 있다.Another embodiment of the present invention may be a capacitor-type desalination composite electrode manufactured by laminating or laminating two or more layers of the electrostatic desalination electrode manufactured in the aspects of the present invention described above, and then rolling, and a method for manufacturing the same.

축전식탈염복합전극은 비도전성 다공성 지지체의 양면에 전극 활물질과 바인더를 포함하는 슬러리를 도포하여 또는 상기 슬러리를 캘린더 가공하여 시트형성 후 상기 비도전성 다공성 지지체상에 압착하여 전극물질층을 형성하는 단계; The electrodeposited desalination composite electrode is formed by applying a slurry containing an electrode active material and a binder on both surfaces of a non-conductive porous support or by calendaring the slurry to form a sheet and then pressing the non-conductive porous support onto the non-conductive porous support to form an electrode material layer ;

상기 전극물질층의 각각의 면에 이온교환 막, 이온교환용액 코팅, 이온교환수지 분말 슬러리를 이용하여 각각의 면에 상이한 이온선택성 층을 형성하여 축전식탈염전극을 제조하는 단계;Forming a different ion selective layer on each side of the electrode material layer using an ion exchange membrane, an ion exchange solution coating, and an ion exchange resin powder slurry to produce a storage desalination electrode;

상기 축전식 탈염전극의 이온선택성층이 하나 이상이 서로 상이한 이온선택성층과 마주하도록 적층된 구조를 최소한 2 이상 포함하도록 적층하는 단계;Laminating the ion selective layer of the storage type desalination electrode so as to include at least two structures stacked so that at least one ion selective layer is different from each other;

를 포함하여 제조될 수 있다.. ≪ / RTI >

상기에서 상기 축전식탈염복합전극의 최외층의 적층면은 전극물질층 및 이온선택성층이 형성되어 상기 이온선택성 층이 상기 축전식 탈염전극의 다른 이온선택성층과 적층되며, 이후 전극층과 적층되는 다른 면은 상기 전극물질이나 이온선택성층이 코팅되지 않은 비도전성 다공성 시트 자체의 면일 수도 있다.
The electrode layer and the ion selective layer are formed on the laminated surface of the outermost layer of the storage type desalination composite electrode so that the ion selective layer is stacked with other ion selective layers of the charge storage type desalination electrode, The surface may be the surface of the non-conductive porous sheet itself on which the electrode material or the ion selective layer is not coated.

본 발명의 또 다른 양태는 상기에 기재된 본 발명의 양태들에서 제조된 축전식 탈염전극을 2층 이상 적층하거나 적층한 후 롤링하고 외부인가 도전성 집전체 전극(Electrode of Current Collector )과 적층되어서 제조되는 도 2에서 하나의 예로 도식화 한 축전식 탈염전극 복극용 셀(Bipolar Cell of CDI Electrode) 및 이의 제조방법일 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an electrochemical device, comprising at least two layers of the electrochemical desalination electrodes manufactured in the aspects of the present invention described above, which are stacked or laminated, rolled and laminated with an external electrode of current collector A bipolar cell of a CDI electrode and a method of manufacturing the same.

상기에서 상기 집전체 전극과 접촉하는 축전식탈염복합전극의 최외층의 적층면은 전극물질층 및 이온선택성층이 형성되어 상기 이온선택성 층이 상기 축전식 탈염전극의 다른 이온선택성층과 적층되며, 이후 외부인가 전극층과 적층되는 다른 면은 상기 전극물질이나 이온선택성층이 코팅되지 않은 비도전성 다공성 시트 자체의 면일 수도 있다.Wherein the electrode material layer and the ion selective layer are formed on the laminated surface of the outermost layer of the charge coupled desalination composite electrode in contact with the collector electrode so that the ion selective layer is stacked with other ion selective layers of the charge storage type desalination electrode, The other surface to be laminated with the external applied electrode layer may be the surface of the non-conductive porous sheet itself on which the electrode material or the ion selective layer is not coated.

본 발명의 또 다른 양태는 상기 축전식 탈염전극 복극용 셀을 이용하여 제조되는 도 3에서 하나의 예로 도식화한 CDI 복합 전극 모듈 및 이의 제조방법일 수 있다.Another embodiment of the present invention may be a CDI composite electrode module schematically illustrated in FIG. 3, which is manufactured using the above-described battery cell for a storage and desalination electrode, and a method of manufacturing the same.

본 발명에 따른 상기 비도전성 다공성 지지체는 구체적으로 보면 다공성의 고분자, 세라믹의 직포, 부직포, 다공성 필름, 다공성 폼(Form), 다공성 시트(sheet), 다공성 박막 등으로 수중에서 전기화학적 안정성을 갖는 모든 물질을 사용할 수 있다. 본 발명의 비도전성 다공성 지지체로는 좋게는 고분자로 제조되는 비도전성 다공성 지지체가 선호되지만 이에 한정하지 않으며, 비도전성으로서 다공성을 가지면서 그 표면에 전극활물질층(예를 들면 탄소전극)을 형성할 수 있는 지지체라면 제한 없이 사용가능하다.The non-conductive porous support according to the present invention can be applied to a non-conductive porous support such as a porous polymer, a ceramic woven fabric, a nonwoven fabric, a porous film, a porous foam, a porous sheet, Materials can be used. The non-conductive porous support of the present invention is preferably a non-conductive porous support made of a polymer, but is not limited thereto. The non-conductive porous support may be formed by forming an electrode active material layer (for example, a carbon electrode) Any support that can be used is not limited.

상기 비도전성 다공성 지지체는 전처리 없이 사용할 수 도 있고, 불순물을 제거하기 위해 수세나 지지체가 변형되지 않는 용제를 사용하여 세정할 수 있다. The non-conductive porous support may be used without pretreatment, and may be washed using a solvent that does not deform the support or the support to remove impurities.

본 발명의 상기 비도전성 다공성 지지체는 이온교환수지에 의해 표면처리된 것을 특징으로 할 수 있다. 즉, 별도의 전처리 없이 사용할 수도 있지만, 전처리하여 사용하는 것도 좋다. 전처리하는 경우 좋게는 이온교환기를 가지는 고분자 수지 용액(이온교환 용액)으로 코팅하여 사용하는 것도 더욱 좋으며 이 건 발명의 또 다른 특징이 될 수 있다. 이는 다공성 부직포로 한쪽에 전극활물질층(예를 들어 탄소전극 층)을 형성한 후 반대편에 전극활물질 슬러리를 코팅할 때 비도전성 다공성 지지체는 바로 용매의 흡수하게 되어, 만들어진 전극활물질층(예를들어 탄소전극 층)을 손상시키므로, 미리 비도전성 다공성 지지체에 이온교환수지를 코팅하는 것이 본 발명에서는 매우 좋다. The non-conductive porous support of the present invention may be characterized in that it is surface-treated with an ion exchange resin. That is, although it may be used without any separate pretreatment, it may be used by pretreatment. In the case of pretreatment, it is better to coat with a polymer resin solution (ion exchange solution) having an ion exchanger, which is another characteristic of the present invention. This is because when the electrode active material layer (for example, carbon electrode layer) is formed on one side of the porous nonwoven fabric and the electrode active material slurry is coated on the opposite side, the nonporous porous support is directly absorbed by the solvent, Carbon electrode layer), it is very preferable in the present invention to previously coat the non-conductive porous support with an ion exchange resin.

본 발명에 따른 상기 전극활물질층을 형성할 때, 전극활물질과 바인더를 하유하는 슬러리를 코팅하여 제조한다. 상기 바인더는 비도전성 다공성 지지체상에 전극 활물질과 슬러리를 형성하여 도포 또는 압착 가능한 모든 물질을 포함하며, 일례로써,상기 바인더는 유기용매에 용해되어 용액의 형태로 존재할 수 있는 비이온, 양이온 또는 음이온 교환기를 가지는 모든 고분자 수지를 포함할 수 있으며 이 기술 분야에 사용하는 통상의 것이라면 제한 없이 사용가능하다. 바인더 수지의 함량은 통상 1 내지 50중량%, 좋게는 2~15중량%의 범위에서 사용하는 것이 좋다.When the electrode active material layer according to the present invention is formed, the electrode active material and the binder may be coated with a slurry for lowering the active material. The binder includes all materials that can be applied or pressed by forming an electrode active material and a slurry on a non-conductive porous support. For example, the binder may be a non-ionic, cationic, or anionic Exchange resin, and can be used without limitation as long as it is a conventional one used in this technical field. The content of the binder resin is usually from 1 to 50% by weight, preferably from 2 to 15% by weight.

본 발명의 상기 양이온교환층, 음이온교환층 또는 바인더로 사용하는 물질에 함유되는 양이온 또는 음이온 교환기는 비제한적인 일례로써, 술폰산기(-SO3H), 카르복실기(-COOH), 포스포닉기(-PO3H2), 포스피닉기(-HPO2H), 아소닉기(-AsO3H2), 셀리노닉기(-SeO3H) 등의 양이온교환기를 가지는 고분자 수지일 수 있다. 또한 비제한적인 일례로서 4급 암모늄염(-NH3), 1~3급 아민(-NH2, -NHR, -NR2), 4급 포스포니움기(-PR4), 3급 술폰니움기(-SR3) 등의 음이온 교환기를 가지는 고분자 수지일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. The cation or anion exchanger contained in the material used for the cation exchange layer, the anion exchange layer or the binder of the present invention may be a sulfonic acid group (-SO 3 H), a carboxyl group (-COOH), a phosphonic group -PO 3 H 2), may be a polymer resin having a cation exchange group such as Phosphinicosuccinic nikgi (-HPO 2 H), oh sonic group (-AsO 3 H 2), cell Reno nikgi (-SeO 3 H). As a non-limiting example, a quaternary ammonium salt (-NH 3 ), a primary to tertiary amine (-NH 2 , -NHR, -NR 2 ), a quaternary phosphonium group (-PR 4 ), a tertiary sulfonium group -SR < 3 >), and the like, but is not limited thereto.

상기 이온 교환기를 가질 수 있는 고분자 수지의 예로서는 폴리스티렌, 폴리술폰, 폴리이서술폰, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리에테르, 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리글리시딜메타크릴레이트, 또는 이들의 공중합체에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 이온교환기는 중합시 이온교환기를 가지는 공단량체를 채택하거나 또는 중합한 후 개질하여 생성시킬 수 있다.Examples of the polymer resin that can have the ion exchanger include polystyrene, polysulfone, polyisocyanurate, polyamide, polyester, polyimide, polyether, polyethylene, polytetrafluoroethylene, polyglycidyl methacrylate, , But the present invention is not limited thereto. The ion exchanger can be produced by employing a comonomer having an ion-exchange group in polymerization or by modifying the polymer after polymerization.

본 발명 따른 상기 양이온교환기를 갖는 고분자수지로 도포된 전극은 음극으로 사용하고, 음이온교환기를 갖는 고분자수지로 도포된 전극은 양극으로 사용할 수 있다.The electrode coated with the polymer resin having the cation exchanger according to the present invention can be used as a negative electrode, and the electrode coated with a polymer resin having an anion exchanger can be used as a positive electrode.

또한 상기 비이온성 바인더 용액은 상기 전극 활물질과 슬러리를 형성하여 전극에 도포 또는 압착될 수 있는 모든 고분자 수지를 포함할 수 있으며, 비 제한적인 일례로써 폴리비닐디플로라이드(PVDF),폴리스타이렌브타디엔러버(SBR), 폴리테트라플로라이드에틸렌(PTFE), 폴리우레탄(PU)에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으나, 이들에 제한되지 않고 유기용매 또는 에멀젼 용액의 상태의 수지라면 제한없이 사용가능할 수 있다. The nonionic binder solution may include all the polymer resins that can be applied or pressed onto the electrode by forming the slurry with the electrode active material. Examples of the nonionic binder solution include polyvinylidenefluoride (PVDF), polystyrene butadiene rubber (SBR), polytetrafluoroethylene (PTFE), and polyurethane (PU). However, it is not limited to these, and any resin that is in the form of an organic solvent or an emulsion solution can be used without limitation .

상기 이온교환기를 가지는 고분자수지나 비이온성 고분자 수지의 중량평균분자량은 본 발명의 목적을 달성하기 위해 제한되는 것은 아니나, 비 제한적으로 20,000 ~ 4,000,000인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 50,000 ~ 1,500,000인 것이 좋으며, 상기 범위의 고분자수지를 사용했을 때 전극슬러리의 점도 및 전극활물질을 결합해 주는 특성이 우수하다. The weight average molecular weight of the polymer resin or nonionic polymer resin having the ion exchanger is not limited in order to achieve the object of the present invention, but is preferably 20,000 to 4,000,000, more preferably 50,000 to 1,500,000 When the polymer resin having the above range is used, the viscosity of the electrode slurry and the property of bonding the electrode active material are excellent.

상기 유기용매는 상기 고분자 수지의 종류에 따라 선택하여 사용할 수 있으며, 일례로써 상기 고분자 수지가 용해되는 유기용매로는 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸-2-피롤리돈 아세톤, 클로로포름, 디클로로메탄, 트리클로로에틸렌, 에탄올, 메탄올, 노르말헥산에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니며 고분자 수지를 용해시킬 수 있는 모든 유기용매를 포함할 수 있다. The organic solvent may be selected according to the kind of the polymer resin. For example, the organic solvent in which the polymer resin is dissolved includes dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone acetone, chloroform, The solvent may be any one or a mixture of two or more selected from dichloromethane, trichlorethylene, ethanol, methanol and n-hexane, but is not limited thereto and may include all organic solvents capable of dissolving the polymer resin.

본 발명에 따른 상기 전극 활물질은 비표면적이 높은 활성탄소계열의 물질이면 제한 없이 이용가능하며, 비제한적인 일례로써 활성탄소 분말, 활성탄소 섬유, 카본 나노 튜브, 탄소 에어로겔 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 분말로 제조하여 사용하는 것이 바람직하다. The electrode active material according to the present invention can be used without limitation as long as it is an active carbon based material having a high specific surface area. As a non-limiting example, activated carbon powder, activated carbon fiber, carbon nanotube, carbon airgel, And it is preferable to use it as a powder.

또한 금속산화물 계열의 물질로서 RuO2, Ni(OH)2, MnO2, PbO2, TiO2 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. Also, RuO 2 , Ni (OH) 2 , MnO 2 , PbO 2 , TiO 2, or a mixture thereof may be used as the metal oxide based material, but the present invention is not limited thereto.

이러한 전극활물질은 필요한 물성에 따라 그 함량 범위를 조절하여 사용할 수 있으며, 비제한적인 일례로 평균입경이 5nm ~ 50㎛ 이하인 것, 좋게는 20㎛이하인것, 더욱 좋게는 10㎛이하인 것이 좋으면, 더욱 좋게는 보다 구체적으로는 10nm ~ 10㎛을 사용하는 것이 전극의 비표면적과 축전용량을 증가시킬 수 있어 바람직하다.Such an electrode active material can be used by adjusting its content range according to the required physical properties. For example, it is preferred that the average particle size is 5 nm to 50 탆 or less, preferably 20 탆 or less, more preferably 10 탆 or less And more preferably 10 nm to 10 탆 is preferably used because it can increase the specific surface area of the electrode and the electric storage capacity.

상기 고분자 용액(바인더 용액)과 전극 활물질을 포함하는 슬러리를 이용하여 비도전성 다공성 지지체상에 전극물질층을 형성하는 방법은 본 발명에 따른 축전식 탈염전극을 제조하기 위한 모든 방법을 포함할 수 있고, 일례로써 지지체 상에 도포 하거나, 상기 슬러리를 적당히 반죽(Kneading)하여 캘린더(Calender) 가공하여 시트를 형성한 후 지지체와 압착하는 방법에 의해 제조될 수 있다. The method of forming the electrode material layer on the non-conductive porous support using the slurry including the polymer solution (binder solution) and the electrode active material may include all the methods for producing the storage desalination electrode according to the present invention For example, by coating on a support, or by calendering the slurry by moderately kneading it to form a sheet, followed by pressing with the support.

본 발명에 따른 상기 슬러리를 비도전성 다공성 지지체에 도포하는 방법은 스프레이, 딥 코팅, 나이프 캐스팅, 닥터블레이드, 스핀코팅 등에 있으나 이에 제한되지 않고 모든 도포방법이 가능하며, 도포두께는 5 ~ 500 ㎛, 바람직하게는 20 ~ 300㎛범위로 하는 것이 전극의 전기저항을 줄이면서 탈염 효율을 높이는데 효과적이며, 상기 슬러리 도포 방법은 한번 이상 반복하여 제조하고자 하는 특정한 두께의 전극을 제조할 수도 있다.The method of applying the slurry according to the present invention to a non-conductive porous support may be spraying, dip coating, knife casting, doctor blade, spin coating and the like, but not limited thereto, Preferably in the range of 20 to 300 mu m, is effective in increasing the desalting efficiency while reducing the electrical resistance of the electrode. The slurry applying method may also produce an electrode having a specific thickness desired to be repeated one or more times.

또한 상기 슬러리를 적당히 반죽(Kneading)하여 캘린더(Calender) 가공하여 시트를 형성한 후 압착하는 방법에 있어서, 캘린더(Calender)의 롤 표면 온도는 고분자 수지의 종류에 따라 결정되고, 바람직하게는 고분자 수지의 유리전이온도(glass transition temperature) 이상 용융온도(melting temperature) 이하에서 하는 것이 좋은데, 이는 캘린더(Calender)의 롤 표면의 온도가 용융온도를 초과하여 높아지면 수지의 연화가 활발해져 롤 표면의 시트가 달라붙고 롤 제조시 장력이 약해져 시트가 절단되는 현상 때문에 외인딩(winding) 작업이 어렵고 따라서 시트를 롤 형태로 제조하기 어려울 수 있으며, 캘린더(Calender)의 롤 표면 온도가 유리전이온도 미만으로 낮으면 수지가 연화되지 않아 시트의 표면이 불균일해지고, 두께를 200㎛ 이하의 시트를 제조하기가 어렵울 수 있기 때문이다. Also, in the method of pressurizing after forming the sheet by calendering the slurry appropriately, the temperature of the roll surface of the calender is determined according to the type of the polymer resin, The reason is that if the temperature of the roll surface of the calender becomes higher than the melting temperature, the softening of the resin becomes more vigorous and the sheet on the surface of the roll becomes thicker than the glass transition temperature of the roll surface It is difficult to wind the sheet due to the phenomenon that the sheet is cut due to the sticking and weakening of tension in the production of the roll, so that it may be difficult to manufacture the sheet in a roll form. If the roll surface temperature of the calender is lower than the glass transition temperature Since the resin is not softened, the surface of the sheet becomes uneven and it may be difficult to produce a sheet having a thickness of 200 탆 or less to be.

상기 캘린더(Calender) 가공을 통해 제조된 시트를 롤 프레스(roll press)를 이용하여 비도전성 다공성 지지체에 압착하여 전극을 만들 때 롤 프레스의 표면 온도는 고분자 수지의 종류에 따라 다르며, 바람직하게는 고분자의 유리전이온도이상 용융온도 이하에서 하는 것이 좋으나 적합하게는 유리전이온도 보다 20℃ 높은 온도에서 하는 것이 좋으나 이에 제한되는 것은 아니다.
The surface temperature of the roll press varies depending on the type of the polymer resin when the electrode manufactured by pressing the sheet produced through the calender process is pressed on the non-conductive porous support using a roll press. Preferably, The glass transition temperature is preferably higher than the glass transition temperature and lower than the melting temperature, but is preferably 20 ° C higher than the glass transition temperature, but is not limited thereto.

다음은 본 발명의 이온선택성층의 형성방법에 대하여 살펴본다.Next, a method of forming an ion selective layer according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 상기의 방법으로 제조된 전극(전극물질층)에 이온 선택성층을 형성하는 것은 탈염 기술의 문제점인 전기 이중층에 흡착된 이온들의 완전한 탈착을 도모하여 흡착효율을 증가시키기 위한 것이다. The formation of the ion selective layer on the electrode (electrode material layer) manufactured by the above-described method according to the present invention is intended to increase the adsorption efficiency by completely desorbing ions adsorbed on the electric double layer, which is a problem of the desalination technique.

이온선택성층의 형성방법으로는 이온교환막의 적층, 이온교환용액 코팅에 의한 형성, 이온교환수지 분말과 바인더의 혼합물로 코팅하여 이온선택성 층을 형성하는 것 등이 있다. 즉, 본 발명에 따른 축전식 탈염전극이나 축전식탈염복합전극의 제조방법에 있어서, 상기 이온 선택성 층은 양이온교환 막과 음이온교환 막을 부착하여 형성되는 층일 수 있고, 양이온교환 용액과 음이온교환 용액을 도포하여 형성되는 층일 수 있으며, 양이온 교환수지분말이나 음이온교환수지 분말과 바인더 혼합의 슬러리를 도포하여 형성되는 층일 수 있으며 그 형성방법에 제한을 하는 것은 아니다.Examples of the method of forming the ion selective layer include laminating an ion exchange membrane, forming by ion exchange solution coating, and coating with a mixture of an ion exchange resin powder and a binder to form an ion selective layer. That is, in the method for producing a storage type desalination electrode or a storage type desalination composite electrode according to the present invention, the ion selective layer may be a layer formed by adhering a cation exchange membrane and an anion exchange membrane, and may be a cation exchange solution and an anion exchange solution And may be a layer formed by applying a cation exchange resin powder or an anion exchange resin powder and a slurry of a binder mixture, and the formation method thereof is not limited.

상기 양이온교환 막과 음이온교환 막을 부착하는 하나의 방법으로서 롤프레스하는 방법에 대하여 설명하면, 비도전성 다공성 지지체에 만들어진 탄소전극의 한쪽에 양이온교환 막을 다른 한쪽에 음이온교환 막을 맞대고 롤 프레스(roll press)로 압착하여 부착한다. 상기 롤프레스 압착에서 롤 프레스의 표면 온도는 이온교환 막의 종류에 따라 다르며, 바람직하게는 이온교환 작용기가 분해되지 않는 온도 이하에서 하는 것이 좋으나 적합하게는 80℃에서 하는 것이 좋지만 이에 제한되는 것은 아니다. A method of roll pressing as one of the methods of attaching the cation exchange membrane and the anion exchange membrane will be described. A cation exchange membrane is attached to one side of a carbon electrode made of a nonporous porous support, and an anion exchange membrane is rolled to the other side. . The surface temperature of the roll press in the above-mentioned roll pressing is different depending on the type of the ion exchange membrane. It is preferable that the surface temperature is lower than the temperature at which the ion exchange function is not decomposed, but it is preferably 80 deg.

상기 이온교환 용액을 도포하는 방법의 경우에는, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 나이프 캐스팅, 닥터블레이드, 스핀코팅 등이 있으나 이에 제한되지 않는다. 본 발명에서 도포된 이온선택성층의 도포두께는 2 ~ 1,000 ㎛ 범위로 하는 것이 바람직하나 좋게는 10~100㎛ 범위로 하는 것이 전극의 전기저항을 줄이면서 탈염 효율을 높이는데 바람직하다. 상기 이온교환 용액은 양이온 또는 음이온 교환기를 가지는 고분자 수지를 유기용매에 용해되어 용액의 형태로 존재할 수 있는 모든 고분자 수지의 용액을 포함할 수 있다. The method of applying the ion exchange solution includes, but is not limited to, spray coating, dip coating, knife casting, doctor blade, spin coating and the like. The coating thickness of the ion selective layer applied in the present invention is preferably in the range of 2 to 1,000 μm, but preferably in the range of 10 to 100 μm, in order to improve the desalination efficiency while reducing the electrical resistance of the electrode. The ion exchange solution may include a solution of the polymer resin having a cation or anion exchanger dissolved in an organic solvent and present in the form of a solution.

상기 이온교선택성층을 이루는 이온교환수지의 예를 들면, 술폰산기(-SO3H), 카르복실기(-COOH), 포스포닉기(-PO3H2), 포스피닉기(-HPO2H), 아소닉기(-AsO3H2), 셀리노닉기(-SeO3H) 등의 양이온교환기를 가지는 고분자 수지 또는 4급 암모늄염(-NH3), 1~3급 아민(-NH2, -NHR, -NR2), 4급 포스포니움기(-PR4), 3급 술폰니움기(-SR3) 등의 음이온 교환기를 가지는 고분자 수지일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 보다 구체적으로 상기 이온 교환 가능한 고분자 수지는 상기 이온교환기를 가지는 폴리스티렌계 수지, 폴리술폰, 폴리이서술폰(PES), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리이더이더케톤(PEEK), 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리에테르, 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리글리시딜메타크릴레이트에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.Examples of the ion exchange resin constituting the ionic crosslinking layer include a sulfonic acid group (-SO 3 H), a carboxyl group (-COOH), a phosphonic group (-PO 3 H 2 ), a phosphonic group (-HPO 2 H) , Abu sonic group (-AsO 3 H 2), cell Reno nikgi (-SeO 3 H), such as a polymer resin or a quaternary ammonium salt having a cation-exchange group (-NH 3), 1 ~ 3 primary amine (-NH 2, in - NHR, -NR 2 ), a quaternary phosphonium group (-PR 4 ), and a tertiary sulfonium group (-SR 3 ), but the present invention is not limited thereto. More specifically, the ion-exchangeable polymer resin may be selected from the group consisting of a polystyrene resin having the ion exchange group, a polysulfone, a polyisocyanate (PES), a polyphenylene oxide (PPO), a polyetheretherketone (PEEK), a polyamide, , Polyimide, polyether, polyethylene, polytetrafluoroethylene, polyglycidyl methacrylate, and the like, but is not limited thereto.

상기 이온선택성층은 상기에서 기재한 이온교환수지 분말과 바인더의 혼합물에 의해 형성할 수도 있다. 이 경우 도포하는 방법의 경우에는, 압출용융코팅, 캘린더링 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 나이프 캐스팅, 닥터블레이드, 스핀코팅 등이 있으나 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 상기 도포두께는 2 ~ 1,000 ㎛ 범위로 하는 것이 바람직하나 좋게는 10~100 ㎛ 범위로 하는 것이 전극의 전기저항을 줄이면서 탈염 효율을 높이는데 바람직하다.The ion selective layer may be formed by a mixture of the ion exchange resin powder and the binder described above. In this case, examples of the coating method include, but are not limited to, extrusion melt coating, calendering coating, spray coating, dip coating, knife casting, doctor blade, spin coating and the like. The thickness of the coating of the present invention is preferably in the range of 2 to 1,000 μm, but preferably in the range of 10 to 100 μm, in order to improve the desalination efficiency while reducing the electrical resistance of the electrode.

상기 이온교환수지 분말과 바인더의 혼합물에서 바인더는 유리전이온도가 낮고 상온과 물속에서 안정한 고분자 물질로서, 이온교환수지 분말과 균일하게 혼합되며 코팅층을 잘 형성할 수 있는 것으로 열 용융코팅이나 용매 용해코팅이 가능한 고분자물질이면 사용가능하다. 보다 구체적으로, 선상저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 폴리에틸렌(PE), 에틸렌비린아세테이트(EVA), 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스터, 폴리우레탄에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 이온교환수지 분말과 바인더의 혼합물의 제조 시 이온교환수지 분말의 조성이 20 ~ 80중량%인 것이 바람직하며, 40 ~ 60중량%인 것이 보다 바람직하다. 상기 조성이 20중량% 미만이거나 80 중량%를 초과하는 경우는 전기저항이 높아 이온의 흡착특성이 떨어지거나 흐름성이 떨어져 용융코팅이나 캘리더링 코팅이 용이하지 않을 수 있다. In the mixture of the ion exchange resin powder and the binder, the binder is a polymer material having a low glass transition temperature and stable at room temperature and water. The binder is uniformly mixed with the ion exchange resin powder and can form a coating layer. If possible, a polymer material can be used. More specifically, any one or a mixture of two or more selected from linear low density polyethylene (LLDPE), low density polyethylene (LDPE), polyethylene (PE), ethylene vinyl acetate (EVA), polyolefin, polyamide, polyester and polyurethane But is not limited thereto. In the preparation of the mixture of the ion exchange resin powder and the binder, the composition of the ion exchange resin powder is preferably 20 to 80% by weight, more preferably 40 to 60% by weight. If the composition is less than 20% by weight or more than 80% by weight, the electric resistance may be high, so that the adsorption characteristics of the ions may deteriorate or the flowability may be deteriorated, so that the melt coating or the calibration coating may not be easy.

상기 고분자 바인더 물질 40 ~ 60 중량부에 대하여, 이온교환수지 분말은 60 ~ 40 중량부인 것이 이온 흡/탈착이 특성이 우수한 축전식 탈염전극을 만드는데 바람직하며, 용매없이 열용융 코팅 시에는 흐름이 있는 유동액으로, 캘린더링 가공시에는 반죽 덩어리로 만든 후 일정한 크기로 잘라 펠렛(pellet)으로 만드는 것이 좋다.It is preferable that the ion exchange resin powder is 60 to 40 parts by weight based on 40 to 60 parts by weight of the polymeric binder material to make a charge storage type desalting electrode having excellent ion absorption / desorption properties. In the case of calendering, it is recommended to make a dough mass and cut it into a certain size and make it into a pellet.

또한, 상기 이온교환수지 분말을 바인더와 균일하게 섞어 반죽 덩어리를 만드는 혼련(kneading) 공정은 상기 이온교환수지 분말과 이온교환 고분자 용액을 첨가한 후 가압 분산 혼련기를 이용하여 혼련(kneading)하며, 이온교환 고분자 용액의 종류에 따라 혼련 온도 및 시간을 달리할 수 있다. 이때, 상온에서 2시간 정도 혼련한 후 혼련기의 온도를 이온교환 고분자의 연화점 이상으로 하되 승온온도가 너무 낮으면 고분자의 점도가 높아져 혼합이 곤란해지므로 통상 연화점보다 10℃ 이상의 높은 온도로 설정하는 것이 바람직하며, 연화점 보다 20℃이상인 것이 보다 바람직하다. 이때, 가열온도가 너무 높으면 바인더의 분해에 의해 갤린더 가공을 위한 반죽 덩어리가 잘 만들어지지 않고 너무 낮으면 혼련하는 시간이 길어진다. The kneading step of uniformly mixing the ion-exchange resin powder with a binder to knead a kneaded mass is performed by kneading the ion-exchange resin powder and an ion-exchange polymer solution using a pressure dispersion kneader, The kneading temperature and time may be varied depending on the type of the exchange polymer solution. At this time, after kneading at room temperature for about 2 hours, the temperature of the kneader is made to be higher than the softening point of the ion-exchange polymer. If the temperature is too low, the viscosity of the polymer becomes high and mixing becomes difficult. More preferably 20 ° C or higher than the softening point. At this time, if the heating temperature is too high, the kneading mass for the galvanizing process is not well formed by the decomposition of the binder, and if it is too low, the kneading time becomes long.

상기 혼련기는 교반 날개를 갖는 기종이나 롤(roll)혼련기가 바람직하나 균일하게 혼련이 될 수 있는 것이라면 이에 한정되지 않는다. 혼련기에 투입하는 원료의 양은 통상 혼합기 용적의 10부피% 이상인 것이 바람직하며, 15 ~ 50부피%인 것이 보다 바람직하다. 혼련시간은 5분 ~ 5시간인 것이 바람직하며, 점성변화를 초래하는 시간까지로 30 ~ 120분인 것이 보다 바람직하다. 얻어진 혼련물은 그대로 압출 용용 코팅하거나 캘린더 가공 코팅에 사용해도 되는데 바람직하게는 핸들링하기 쉽도록 일정한 크기로 절단하여 제공하는 것이 좋으며, 성형방법은 형상을 유지하는 것이라면 제한되지 않고 가능하다. The kneader is preferably a type having a stirring blade or a roll kneader, but is not limited thereto as long as it can be uniformly kneaded. The amount of the feedstock to be added to the kneading machine is preferably 10 vol% or more, more preferably 15 to 50 vol%, of the volume of the mixer. The kneading time is preferably from 5 minutes to 5 hours, more preferably from 30 to 120 minutes until the time when the viscosity changes. The obtained kneaded product may be used as it is for extrusion coating or calendering. Preferably, the kneaded product is cut to a predetermined size so as to be easily handled, and the molding method is not limited as long as the shape is maintained.

본 발명의 이온교환수지 분말과 폴리올레핀 바인더 혼련물의 필름은 종래 공지의 용융압출 방법을 이용해 제막할 수 있다. 용융 압출법으로는, T 다이캐스트법, 인플레이션법 등이 있지만, 축전식 탈염전극의 이온선택성 층을 형성하기 위해서는 T 다이캐스트법이 바람직하다. 이온교환수지 분말과 폴리올레핀 바인더 혼련물을 용융시키는 장치로는 일반적으로 이용되는 압출기를 사용하면 되고, 단축 압출기라도 다축 압출기라도 된다. 압출기는 하나 이상의 벤트를 가지고 있어도 되고, 벤트를 감압으로 해 이온교환수지 분말과 올레핀 바인더 혼합물의 용용으로부터 가스, 수분, 저분자 물질 등을 제거해도 된다. 또, 압출기의 선단 혹은 하류 측에는 필요에 따라 철망 필터나 소결 필터를 설치해도 된다. 다이는 T 다이, 코트 행거 다이, 피쉬테일 다이, 스탁 플레이트 다이 등을 이용할 수 있다. 압출 온도는 100~300℃인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 120~180℃, 특히 바람직하게는 120~150℃이다. 압출 온도가 상기 범위에 있는 경우, 얻어지는 축전식 탈염전극의 이온선택성 층의 조밀성, 밀착성, 흡탈착 특성 등의 밸런스가 뛰어난다. 또, 에어 갭 (용융 코팅 층이 다이로부터 토출되어 냉각 롤에 접촉할 때까지의 거리)은 0.1~100mm인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1~50mm, 더욱 바람직하게는 3~30mm 이지만 이에 한정되는 것은 아니다. 에어 갭이 상기 범위에 있는 경우, 에어 갭(Air gap)간의 서냉(徐冷) 과정에서의 수지열에 의한 배향 완화 편차(에어갭 주위 환경의 영향이나, 이온선택성 층의 중앙부와 단부의 냉각 속도의 차이의 영향)를 작게 억제할 수 있고, 더욱이 넥 인에 의한 이온선택성 층 단부의 급격한 막 두께 증가를 억제하는 것이 가능하다. The film of the ion exchange resin powder and the polyolefin binder kneaded product of the present invention can be formed by a conventionally known melt extrusion method. Examples of the melt extrusion method include a T-die casting method and an inflation method, but a T-die casting method is preferable in order to form an ion selective layer of a charge storage type desalting electrode. As a device for melting the ion exchange resin powder and the polyolefin binder kneaded material, a commonly used extruder may be used, and a single-screw extruder or a multi-screw extruder may be used. The extruder may have one or more vents, and the gas may be removed from the solution of the ion exchange resin powder and the olefin binder mixture by reducing the pressure of the vent. Further, a wire mesh filter or sintering filter may be provided at the front end or the downstream side of the extruder, if necessary. The die may be a T-die, a coat hanger die, a fish tail die, a stock plate die, or the like. The extrusion temperature is preferably 100 to 300 ° C, more preferably 120 to 180 ° C, and particularly preferably 120 to 150 ° C. When the extrusion temperature is in the above range, the ion-selective layer of the obtained electrostatic desalination electrode has excellent balance of density, adhesion, adsorption / desorption characteristics, and the like. The air gap (the distance from when the molten coating layer is discharged from the die to contact with the cooling roll) is preferably 0.1 to 100 mm, more preferably 1 to 50 mm, and still more preferably 3 to 30 mm, It is not. When the air gap is in the above range, the orientation relaxation deviations due to the heat of the resin during the slow cooling process between the air gaps (influences of the ambient environment of the air gap, The effect of the difference) can be suppressed to be small, and further, it is possible to suppress an abrupt increase in the film thickness of the ion selective layer end due to the neck phosphorus.

다이로부터 압출된 이온교환수지 분말과 올레핀 바인더 혼합물의 용융체의 냉각 방법은 종래 공지의 방법을 이용할 수 있으며 일반적으로 냉각 롤로 냉각한다. 냉각 롤의 수는 용융체의 토출량이나 인취 속도에 따라서는 2개 이상 이용해도 되며, 좋게는 복수의 냉각 롤을 이용해 용융체가 코팅된 전극의 양쪽면을 사이에 두고 냉각하는 것이 바람직하다. 본 발명에 사용하는 폴리에스테르는 실질적으로 비결정성의 수지이기 때문에, 냉각 롤의 온도는 폭넓게 설정하는 것이 가능하다. 냉각 롤의 온도는 폴리에스테르의 유리 전이 온도 - 30℃ ~ 폴리에스테르의 유리 전이 온도 + 30 ℃의 범위로 하는 것이 바람직하다. 인취 속도는 용융체의 압출한 양이나 다이의 폭 등 장치에 따라 다르지만, 0.2~100m/분인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5~95m/분, 더욱 바람직하게는 1~90m/분이 좋지만 이에 한정되는 것이 아니다. 인취 속도가 상기 범위에 있는 경우, 목적으로 하는 두께의 이온선택성 층을 얻을 수 있다. 실질적으로 연신되는 것이 없도록 냉각 롤, 핀치 롤, 귄취 롤 등의 회전 속도를 조절하는 것이 바람직하다.The method of cooling the molten mixture of the ion-exchange resin powder and the olefin binder mixture extruded from the die may be a conventionally known method and is generally cooled with a cooling roll. The number of the cooling rolls may be two or more depending on the discharge amount of the molten material or the drawing speed of the molten material. Preferably, the plurality of cooling rolls are used to cool both surfaces of the electrode coated with the molten material therebetween. Since the polyester used in the present invention is a substantially amorphous resin, the temperature of the cooling roll can be set to a wide range. It is preferable that the temperature of the cooling roll is in the range of the glass transition temperature of the polyester-30 ° C to the glass transition temperature of the polyester + 30 ° C. The drawing speed is preferably from 0.2 to 100 m / min, more preferably from 0.5 to 95 m / min, and still more preferably from 1 to 90 m / min, although it varies depending on the apparatus such as the extruded amount of the molten metal or the width of the die. It is not. When the draw speed is in the above range, an ion selective layer having a desired thickness can be obtained. It is preferable to adjust the rotation speed of the cooling roll, the pinch roll, the winding roll, and the like so as not to be substantially stretched.

상기 이온교환수지 분말과 폴리올레핀 바인더 혼련물을 캘린더링(calendaring) 가공을 통하여 이온교환 시트(sheet)를 만들어 폴리올레핀 바이더 용융온도 보다 20℃ 낮은 온도에서 롤 압착으로 이온선택성 층을 형성할 수 있다. 이때 캘린더 가공시 롤 표면 온도는 바인더의 종류에 따라 결정되나 좋게는 바인더의 유리전이온도(glass transition temperature) 이상 용융온도(melting temperature) 이하에서 하는 것이 좋다. 캘린더의 롤 표면의 온도가 용융온도를 초과하여 높아지면 수지의 연화가 활발해져 롤 표면의 시트가 달라붙고 롤 제조시 장력이 약해져 시트가 절단되는 현상 때문에 외인딩(winding) 작업이 어렵고 따라서 시트를 롤 형태로 제조하기 어렵다. 한편, 캘리더의 롤 표면 온도가 유리전이온도 미만으로 낮으면 수지가 연화되지 않아 시트의 표면이 불균일해지고, 두께가 균일한 시트를 제조하기가 어렵다.
An ion-exchange sheet can be formed by calendaring the ion-exchange resin powder and the polyolefin binder kneaded material to form an ion selective layer by roll pressing at a temperature lower than the melting temperature of the polyolefin by 20 ° C. During the calendering, the surface temperature of the roll is determined according to the type of the binder, but preferably the melting temperature is higher than the glass transition temperature of the binder. When the temperature of the roll surface of the calender exceeds the melting temperature, the softening of the resin becomes active, the sheet on the roll surface becomes sticky, and the tension is weakened during the roll production, so that the sheet is cut. . On the other hand, when the roll surface temperature of the caliper is lower than the glass transition temperature, the resin is not softened and the surface of the sheet becomes uneven, making it difficult to produce a sheet having a uniform thickness.

본 발명에서 상기 이온선택성층은 형성과 동시 또는 형성 후 유로패턴을 형성할 수 있다. 즉, 하나의 예로서, 본 발명에 따른 축전식 탈염전극의 제조방법은 비도전성 다공성 지지체에 고분자 용액과 전극 활물질을 포함하는 슬러리를 도포 또는 상기 슬러리를 캘린더(Calender) 가공하여 시트형성 후 상기 비도전성 다공성 지지체상에 압착하여 제조된 전극에 이온 선택성 층을 형성하고 유로를 패터닝(Patterning)함으로써 별도의 스페이서 구비 없이도 적층하여 모듈을 쉽게 제조할 수 있는 축전식 탈염전극을 제조하는 방법을 더 포함할 수 있다. In the present invention, the ion selective layer can form a flow path pattern after or simultaneously with formation. That is, as one example, a method for manufacturing a storage type desalination electrode according to the present invention includes the steps of applying a slurry containing a polymer solution and an electrode active material to a non-conductive porous support, calendering the slurry, The method further comprises a step of forming an ion selective layer on the electrode manufactured by pressing on the porous porous support and patterning the flow path thereby to fabricate a storage desalination electrode capable of easily fabricating a module by laminating it without the need of a separate spacer .

상기 축전식 탈염전극에 유로를 패터닝(Patterning)하는 방법은 프린팅(printing)법, 리소그라피(lithography)법 등의 인쇄기법을 통해 유로를 형성할 수 있지만, 용융압출 코팅 시 유로의 패턴을 갖고 있는 T-다이를 이용하여 유로를 형성할 수 있고, 용융압축의 냉각 롤이나 캘린더 가공의 롤에 유로 패턴을 형성하여 축전식 탈염전극에 유로패턴을 만들어주는 방법을 사용할 수 있다. 또 하나의 유로패턴 형성방법으로는 이온교환 용액을 코팅할 때 전극이 완전히 건조되기 전, 즉 약간의 점착성이 있을 때 전극 롤에 스페이서를 롤로 연속적으로 부쳐서 건조하므로서, 스페이서가 유로역할을 하도록 하여 유로패턴을 가지는 일체형의 축전식 탈염전극을 제조할 수도 있다.A method of patterning a channel on the storage type desalination electrode can form a channel by a printing method such as a printing method or a lithography method, - A flow path can be formed by using a die, and a flow path pattern is formed on a cooling roll of melted compression or calendered roll to form a flow path pattern on the storage desalination electrode. As another method of forming the flow path pattern, when the electrode is completely dried, that is, when the ion exchange solution is coated, that is, when the electrode is slightly tacky, the spacer is continuously blown onto the electrode roll and dried, It is also possible to produce an integral type electrolytic desalination electrode having a pattern.

또 다른 유로패턴의 형성방법으로는 축전식 탈염전극 상에 패턴닝 형태부로 소재를 코팅하거나 코팅후 경화등에 의해 유로패턴을 형성하는 방법을 사용할 수도 있다. 본 발명에서 축전식탈염복합전극 상에 유로를 패터닝(Patterning)할 수 있는 소재의 비 제한적인 일례로 유/무기 경화체, 고분자 경화체, 점착제 및 접착체 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 이들의 소재를 이용하여 패턴닝하는 구체적인 방법의 일예로서 스크린 프린팅(screening printing)을 설명하면 다음과 같다. 이는 틀에 견포(絹布), 기타 스크린을 걸고 손작업 혹은 사진원리의 방법에 의해 화상 이외 부분의 스크린 결을 막고 스퀴지로 스크린 결을 통해 잉크를 압출하여 인쇄하는 방법이다. 비단, 나일론, 데드론의 섬유 또는 스테인레스 스틸 등으로 짜여진 망사를 틀에 펼쳐 놓고, 네 모서리를 팽팽하게 고정시킨다. 이어서 망사 위에 판막을 만들어 필요한 유로형태 이외의 부분은 인쇄액이나 코팅 용액이 들어가지 못하도록 막고 유로패턴만 인쇄나 코팅이 되도록 인쇄 틀을 만들거나 하여 유로의 형태를 만들어주는 것이다.    As another method for forming the flow path pattern, a method may be used in which a material is coated on the patterned dense portion on the storage type desalting electrode, or after forming a flow path pattern by curing or the like. As a non-limiting example of the material capable of patterning the flow path on the storage desalination composite electrode according to the present invention, any one or two or more of organic / inorganic hardeners, polymeric hardeners, It is not. As an example of a specific method of patterning using these materials, screening printing will be described as follows. This is a method of putting a silk cloth or other screen on a frame and pressing the screen image of a portion other than the image by a manual operation or a method of a photographic principle, and extruding the ink by screen printing with a squeegee. Lay the netting made of silk, nylon, deadron fiber or stainless steel into the frame, and fix the four corners tightly. Subsequently, a valve is formed on the mesh to form a flow path by forming a printing frame so that only a flow pattern or a coating pattern can be printed or coated.

상기 이온교환수지 분말과 올레핀 바인더 혼합물의 용융압출 코팅 시 유로의 패턴을 갖고 있는 T-다이를 이용하여 유로를 형성할 경우, 코팅 층에 오목한 면과 볼록한 면을 형성할 수 있도록 T-다이의 형태를 만들어 코팅층의 두께의 조절로 줄무늬의 유로를 형성해 줄 수 있으며, 용융압축 냉각 롤과 캘린더 가공의 롤에 유로 패턴을 형성하여 이온선택성 코팅 층의 압축에 의해 유로를 형성해 줄 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.When a flow path is formed by using a T-die having a flow path pattern in the melt extrusion coating of the ion exchange resin powder and the olefin binder mixture, the shape of the T-die to form a concave surface and a convex surface in the coating layer To form a stripe flow path by controlling the thickness of the coating layer and to form a flow path by forming a flow path pattern on a melt compression cooling roll and a calender roll to form a flow path by compressing the ion selective coating layer, Do not.

또한 유로의 패턴은 흐름의 방향을 바꾸면서 유로의 길이를 확장해 주거나 유량에 따라 유로 선을 조절할 수 있다. 유로는 빗살무늬, 물결무늬, 줄무늬, 격자무늬, 점무늬 등 다양한 형태로 만들 수 있으며 유체가 흐를 수 있는 형태라면 이에 국한되지 않는다. 또한 유로의 볼록한 형태에 따라 삼각형, 반타원형, 반원, 사다리꼴, 사각형, 원뿔형, 원기둥형 등 다양한 형태로 만들 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.In addition, the pattern of the flow path can change the direction of the flow and enlarge the length of the flow path or adjust the flow path according to the flow rate. The flow path can be formed into various shapes such as combs, wavy patterns, stripes, grid patterns, and dot patterns, and the flow path is not limited thereto. It may also be formed in various shapes such as triangular, semi-elliptical, semicircular, trapezoidal, square, conical, and cylindrical shapes depending on the convex shape of the channel, but is not limited thereto.

본 발명에 따른 전극에 형성된 유로의 규격 및 형태는 본 발명의 목적을 달성하는 범위 내에서는 제한이 없으나, 유로의 깊이는 5~300㎛ 범위가 좋으나 더욱 좋게는 30 ∼ 100㎛ 바람직하며, 유로의 깊이가 5㎛이하의 경우 양전극과 음전극을 적층하게 되면 양전극과 음전극의 간격이 너무 짧아 유체가 흐를 수 있는 양이 적어 운전 시 높은 압력을 유지하거나 자주 막히는 현상이 발생할 수 있으며, 300 ㎛ 이상의 경우 유로의 오목한 부분에 이온선택성 층의 형성하지 못하여 재생시 흡착된 이온들이 반대편 전극에 흡착되어 제거효율이 낮아지고 전극흡착 층이 노출되어 부반응에 의한 전극손상이 발생할 수 있다.The size and the shape of the flow path formed in the electrode according to the present invention are not limited within the scope of achieving the object of the present invention. However, the depth of the flow path is preferably in the range of 5 to 300 mu m, more preferably in the range of 30 to 100 mu m, When the depth is less than 5 탆, if the positive electrode and the negative electrode are stacked, the distance between the positive electrode and the negative electrode is too short to allow the fluid to flow, which may cause high pressure or frequent clogging. The ion-selective layer can not be formed in the concave portion of the electrode, so that the ions adsorbed during the regeneration are adsorbed on the opposite electrode to lower the removal efficiency, and the electrode adsorption layer may be exposed, resulting in electrode damage due to the side reaction.

또한, 유로의 폭는 10 ∼ 5,000㎛ 범위가 좋으나 더욱 좋게는 50 ∼ 200㎛ 바람직하며, 유로의 폭이 10㎛이하의 경우 유로의 폭이 너무 좁아 유체가 흐를 수 있는 양이 적어 운전시 높은 압력을 유지하거나 자주 막히는 현상이 발생할 수 있으며, 5,000㎛ 이상의 경우 운전 압력은 낮출 수 있으나 유로의 오목한 부분에 볼록한 부분이 겹치게 되어 균일한 유로형성이 어려워 모듈의 조립시 성능편차가 큰 단점을 갖고 있다.The width of the flow path is preferably in the range of 10 to 5,000 mu m, more preferably 50 to 200 mu m, and when the flow path width is 10 mu m or less, the width of the flow path is too narrow, The pressure may be lowered. However, since the convex portions are overlapped on the concave portion of the flow path, it is difficult to form a uniform flow path.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 비도전성 다공성 지지체를 활용한 CDI 복합전극을 도면을 통하여 설명한다.
Hereinafter, a CDI composite electrode utilizing a non-conductive porous support according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비도전성 다공성 지지체를 활용한 CDI 복합전극은 하나의 비도전성 다공성 지지체(101) 앞과 뒤에 각각 양이온선택성 흡착전극 층(102)과 음이온선택성 흡착전극 층(103)을 갖고 있고, 동시에 유로패턴(104, 105)이 구비되어 있는 축전식 탈염전극(100)을, 양이온선택성 흡착전극 층(102)과 음이온선택성 흡착전극 층(103)을 서로 마주보도록 1장 이상을 적층되어 있다. 이러한 적층된 복수의 축전식 탈염전극(100)은 다공성 튜브(110)를 중심으로 물이 잘 통과할 수 있도록 일정한 압력을 주면서 롤(Roll) 형태로 감을 수 있다. 이때, 직포나 부직포(120)를 이용하여 롤 형태를 유지할 수 있도록 고정시킬 수 있다.
3, a CDI composite electrode utilizing a non-conductive porous support according to an embodiment of the present invention includes a cation-selective adsorption electrode layer 102 and an anion (not shown) before and after one non-conductive porous support 101, Selective electrode layer 103 and the anion-selective adsorption electrode layer 103 at the same time as the storage-type desalination electrode 100 provided with the flow path patterns 104 and 105, One or more sheets are stacked so as to face each other. The plurality of stacked electrode units 100 may be wound in a roll shape with a predetermined pressure to allow water to pass through the porous tube 110. At this time, the woven fabric or the nonwoven fabric 120 can be used to fix the roll shape.

도 4에 도시된 바와 같이, 롤 형태로 감은 전극(도 5 참조)의 한쪽은 홀(Hole)이 없고 모듈케이스와 밀착되어 원수(原水)가 밖으로 누수 되지 않도록 오링(O-ring)(131)을 구비한 뚜껑(130)을 가지며, 롤 형태로 감은 전극(도 5 참조)의 다른 한쪽은 다공성 튜브로부터 나오는 물을 밖으로 배출할 수 있는 구멍(142)을 가지며 원수와 처리수가 혼합되는 것을 방지하기 위한 오링(141)이 구비된 뚜껑(140)을 가진다. 도 5에 도시된 바와 같이, 롤 형태로 감은 전극과 뚜껑(130, 140)을 에폭시나 우레탄 접착제로 몰딩함으로써, 도 6에 도시된 바와 같이, 밖에서 안쪽으로 유체가 흐를 수 있는 적층 축전식 탈염 전극 롤(300)을 만들 수 있다.
As shown in FIG. 4, one of the electrodes wound in a roll shape (see FIG. 5) has no holes and is brought into close contact with the module case to prevent an O-ring 131 from leaking out. (See FIG. 5) having a lid 130 provided with a lid 130 having a lid 130, and the other of which has a hole 142 through which water out of the porous tube can be discharged out, And a lid 140 provided with an O-ring 141 for the O-rings. As shown in FIG. 5, the electrodes and the lids 130 and 140 wound in the form of rolls are molded with an epoxy or urethane adhesive to form a laminated storage type desalination electrode The roll 300 can be formed.

이렇게 만들어진 적층 축전식 탈염 전극 롤(300)을 원통형 모듈 케이스(500)에 넣어 조립(도 7 참조)할 수 있다. The laminated battery separator electrode roll 300 can be assembled into the cylindrical module case 500 (see FIG. 7).

도 7에 도시된 바와 같이, 모듈케이스(500)는, 내측에 음전극(531)을 포함하고, 중심에 처리수나 농축수를 배출할 수 있는 유로(540)와 양전극(530)을 포함하며, 모듈케이스 뚜껑(550)과 유입구(510)과 출수구(520)가 구비되어 있다. 이때, 음전극(531) 및 양전극(530)에 전기를 인가할 수 있다.7, the module case 500 includes a channel 540 and a positive electrode 530 that include a negative electrode 531 on the inner side and can discharge treated water or concentrated water to the center, A case lid 550, an inlet 510 and a water outlet 520 are provided. At this time, electricity can be applied to the negative electrode 531 and the positive electrode 530.

모듈케이스(500)에 적층 축전식 탈염 전극 롤(300)을 조립하고, 모듈케이스(500)와 모듈케이스 뚜껑(550)을 결합하면, 오링(131, 141)에 의하여 원수와 처리수가 혼합되지 않도록 구획이 가능하다. 하여, 적층 축전식 탈염 전극 롤(300) 밖에서 안쪽 방향의 한쪽 방향으로 유체가 흐를 수 있도록 본 발명의 일 실시예에 따른 비도전성 다공성 지지체를 활용한 CDI 복합전극을 만들 수 있다.
The module case 500 and the module case lid 550 are combined so that the raw water and the process water are not mixed by the O-rings 131 and 141 Compartment is possible. Thus, a CDI composite electrode utilizing the non-conductive porous support according to an embodiment of the present invention can be formed so that fluid can flow in one direction inward from the outside of the laminated charge removing electrode roll 300.

이하, 본 발명의 CDI(Capacitive deionization)복합전극, 복극용 셀 및 모듈 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the CDI (Capacitive deionization) composite electrode, the cell for a bipolar electrode and the module and the method for manufacturing the same will be described in detail.

본 발명에서 하기 제조예1은 따른 비도전성의 비도전성 다공성 지지체인 부직포상에 고분자 용액과 전극 활물질을 포함하는 슬러리를 양쪽으로 도포한 탄소전극 및 이의 제조방법을 설명하고 있다. The following Production Example 1 of the present invention describes a carbon electrode on both sides of which a slurry containing a polymer solution and an electrode active material is applied on a non-woven fabric, which is a non-conductive nonporous porous support, and a method for producing the same.

본 발명에서 하기 제조예 2 내지 제조예 4는 비도전성 다공성 지지체인 부직포에 양이온교환 용액 또는 음이온교환 용액 또는 양이온교환 용액과 음이온교환용액을 코팅한 후 고분자 용액과 전극활물질을 포함하는 슬러리를 도포한 탄소전극 및 이의 제조방법을 설명하고 있다. In the following Production Examples 2 to 4 of the present invention, a cation exchange solution or an anion exchange solution or a cation exchange solution and an anion exchange solution are coated on a nonwoven fabric which is a nonporous porous support, and then a slurry containing a polymer solution and an electrode active material is applied Carbon electrode and a method for producing the same.

본 발명에서 제조예 5 및 제조예 6은 상기 제조예 3으로 만들어진 탄소전극에 이온선택성 층으로 한쪽은 양이온교환 막을 다른 한쪽은 음이온교환 막을 부착한 축전식 탈염전극을 예로 들고 있다.In Production Example 5 and Production Example 6 of the present invention, the carbon electrode made in Preparation Example 3 is exemplified by an ion selective layer, a cation exchange membrane on one side, and a storage type desalination electrode in which anion exchange membrane is attached on the other side.

또한 본 발명의 하기 제조예 7은 상기 제조예 3으로 만들어진 탄소전극에 이온선택성 층으로 한쪽은 양이온교환수지 분말과 폴리올레핀계 바인더 혼합물을 도포하고 다른 한쪽은 음이온교환수지 분말과 폴리올레핀계 바인더 혼합물을 도포한 축전식 탈염전극을 설명하고 있으며, 하기 제조예 8은 이온교환수지 분말과 폴리올레핀계 바인더 혼합물을 도포한 상기 제조예7의 축전식 탈염전극에서 유로패턴을 형성한 축전식 탈염전극을 설명하고 있다.In the following Production Example 7 of the present invention, the carbon electrode prepared in Preparation Example 3 was applied to the ion-selective layer, one of the cation exchange resin powder and the polyolefin-based binder mixture and the other was coated with the anion exchange resin powder and the polyolefin- Described below is a storage type desalination electrode, and the following Production Example 8 describes a storage type desalination electrode in which a flow path pattern is formed in the storage desalination electrode of Production Example 7 in which an ion exchange resin powder and a polyolefin type binder mixture are applied .

또한 비교예 1은 상기 제조예들의 효과를 입증하기 위한 비교예로서, 비교예 1은 그라파이트 집전체상에 고분자 용액과 전극 활물질을 포함하는 슬러리를 도포한 탄소전극에 양이온교환 용액을 코팅한 축전식 탈염전극을 설명한 것이고, 비교예 2는 그라파이트 집전체상에 고분자 용액과 전극 활물질을 포함하는 슬러리를 도포한 탄소전극에 음이온교환용액을 코팅한 축전식 탈염전극을 제조하여 탈염효율을 평가하기 위한 것이다.Comparative Example 1 is a comparative example for demonstrating the effects of the above production examples. In Comparative Example 1, a carbon electrode coated with a slurry containing a polymer solution and an electrode active material on a graphite current collector was charged with a cation exchange solution Comparative Example 2 is for evaluating the desalination efficiency by preparing a capacitively desalting electrode in which an anion exchange solution is coated on a carbon electrode coated with a slurry containing a polymer solution and an electrode active material on a graphite current collector .

또한 하기 실시예 1 및 실시예 2는 상기 [제조예]와 [비교예]에 따라 제조된 양극 또는 음극을 포함하는 축전식 탈염용 셀을 이용한 탈염실험을 수행한 결과를 설명하고 있는 것이다.The following Examples 1 and 2 illustrate the results of conducting desalination experiments using a cell for cathodic electrolytic desalting which comprises a cathode or a cathode prepared according to the [Preparation Example] and the [Comparative Example].

본 발명에서 상기 제조예 및 실시예들은 본 발명에 따른 일례에 불과할 뿐 본 발명의 기술적 사상을 제한하지 아니함을 자명하다.
It is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, but is merely an example of the present invention.

[제조예 1] [Production Example 1]

비도전성 다공성 지지체인 부직포상에 고분자 용액과 전극 활물질을 포함하는 슬러리를 양쪽으로 도포한 전극 제조Electrode fabrication on both sides of a slurry containing a polymer solution and an electrode active material on a nonwoven fabric of non-conductive porous support

폴리비닐리덴디플로라이드(PVdF, Aldrich, Mw = 370,000) 1.2g, 디메틸아세트아마이드 40g을 혼합하여 고분자 용액을 제조하고, 상기 고분자 용액에 활성탄소 분말(P-60, 대동 AC(주), 비표면적 = 1600㎡/g) 8.8g 을 혼합하여 전극슬러리를 제조 하였다.1.2 g of polyvinylidene diprolide (PVdF, Aldrich, Mw = 370,000) and 40 g of dimethylacetamide were mixed to prepare a polymer solution. To the polymer solution, activated carbon powder (P-60, Surface area = 1600 m 2 / g) were mixed to prepare an electrode slurry.

상기 제조된 슬러리를 비도전성 다공성 지지체인 부직포(두께: 80㎛, PP, (주)효성)위에 닥터블레이드(Doctor blade)로 한 면의 코팅층 두께가 200 ㎛가 되도록 코팅한 후 70℃에서 30분 건조하고 뒷면을 닥터블레이드(Doctor blade)로 코팅층 두께가 200 ㎛가 되도록 코팅한 후 70℃에서 30분 건조하여 활성 층이 형성된 탄소전극을 제조하였다.
The prepared slurry was coated on a nonwoven fabric (thickness: 80 탆, PP, Hyosung Corp.) as a nonporous porous support with a doctor blade so that the coating layer had a thickness of 200 탆 and then dried at 70 캜 for 30 minutes Dried and coated on the backside with a Doctor blade to a coating layer thickness of 200 μm and dried at 70 ° C. for 30 minutes to prepare a carbon electrode having an active layer.

[제조예 2] [Production Example 2]

비도전성 다공성 지지체인 부직포에 양이온교환 용액을 코팅한 후 고분자 용액과 전극활물질을 포함하는 슬러리를 도포한 전극의 제조Preparation of an electrode coated with a slurry containing a polymer solution and an electrode active material after coating a non-woven fabric having a non-conductive porous support with a cation exchange solution

폴리비닐리덴디플로라이드(PVdF, Aldrich, Mw = 370,000)1.2g, 디메틸아세트아마이드 40g을 혼합하여 고분자 용액을 제조하고, 상기 고분자 용액에 활성탄소 분말(P-60, 대동 AC(주), 비표면적 = 1600㎡/g) 8.8g 을 혼합하여 전극슬러리를 제조 하였다.1.2 g of polyvinylidene diprolide (PVdF, Aldrich, Mw = 370,000) and 40 g of dimethylacetamide were mixed to prepare a polymer solution. To the polymer solution, activated carbon powder (P-60, Surface area = 1600 m 2 / g) were mixed to prepare an electrode slurry.

양이온교환 용액은 술폰화(sulfonation) 반응을 통해 제조된 양이온교환기를 가지고 있는 폴리스티렌(Mw=270,000 Aldrich, 양이온교환용량 = 1.5 meq/g) 1.0g, 디메틸아세트아마이드(DMAc) 20g을 혼합하여 고분자 용액을 제조하고, 상기 양이온교환 용액에 비도전성 다공성 지지체인 부직포(두께: 80㎛, PP, (주)효성)를 딥(dip) 코팅하여 건조하였으며, 상기 제조된 슬러리를 양이온교환용액이 코팅된 부직포에 닥터블레이드(Doctor blade)로 한 면의 코팅 층 두께가 200 ㎛가 되도록 코팅한 후 70℃에서 30분 건조하고 뒷면을 닥터블레이드(Doctor blade)로 코팅 층 두께가 200 ㎛가 되도록 코팅한 후 70℃에서 30분 건조하여 활성 층이 형성된 탄소전극을 제조하였다.
The cation exchange solution was prepared by mixing 1.0 g of polystyrene (Mw = 270,000 Aldrich, cation exchange capacity = 1.5 meq / g) having a cation exchanger prepared through a sulfonation reaction and 20 g of dimethylacetamide (DMAc) And a non-woven fabric (thickness: 80 탆, PP, Hyosung Corporation) as a non-conductive porous support was dip-coated on the cation exchange solution and dried. The slurry thus prepared was applied to a nonwoven fabric Coated on one side with a doctor blade to a thickness of 200 μm, dried at 70 ° C. for 30 minutes, coated on the back side with a doctor blade to a coating layer thickness of 200 μm, and then coated with a doctor blade Lt; 0 > C for 30 minutes to prepare a carbon electrode having an active layer.

[제조예 3] [Production Example 3]

비도전성 다공성 지지체인 부직포에 음이온교환 용액을 코팅한 후 고분자 용액과 전극활물질을 포함하는 슬러리를 도포한 전극의 제조Preparation of an electrode coated with a slurry containing a polymer solution and an electrode active material after coating an anion exchange solution on a nonwoven fabric having a non-conductive porous support

폴리비닐리덴디플로라이드(PVdF, Aldrich, Mw = 370,000) 1.2g, 디메틸아세트아마이드 40g을 혼합하여 고분자 용액을 제조하고, 상기 고분자 용액에 활성탄소 분말(P-60, 대동 AC(주), 비표면적 = 1600㎡/g) 8.8g 을 혼합하여 전극슬러리를 제조 하였다.1.2 g of polyvinylidene diprolide (PVdF, Aldrich, Mw = 370,000) and 40 g of dimethylacetamide were mixed to prepare a polymer solution. To the polymer solution, activated carbon powder (P-60, Surface area = 1600 m 2 / g) were mixed to prepare an electrode slurry.

음이온교환 용액은 아민화 반응을 통해 제조된 음이온교환기를 가지고 있는 폴리에테르술폰(Victrex 사, Mw=80,000, 음이온교환용량 = 1.2 meq/g) 1.0g, 디메틸아세트아마이드 20g을 혼합하여 고분자 용액을 제조하고, 상기 음이온교환 용액에 비도전성 다공성 지지체인 부직포(두께: 80㎛, PP, (주)효성)를 딥(dip) 코팅하여 건조하였으며, 상기 제조된 슬러리를 음이온교환용액이 코팅된 부직포에 닥터블레이드(Doctor blade)로 한 면의 코팅 층 두께가 200 ㎛가 되도록 코팅한 후 70℃에서 30분 건조하고 뒷면을 닥터블레이드(Doctor blade)로 코팅 층 두께가 200 ㎛가 되도록 코팅한 후 70℃에서 30분 건조하여 활성 층이 형성된 탄소전극을 제조하였다.
The anion exchange solution was prepared by mixing 1.0 g of polyether sulfone (Victrex, Mw = 80,000, anion exchange capacity = 1.2 meq / g) having an anion exchanger prepared through amination and 20 g of dimethylacetamide to prepare a polymer solution The non-woven fabric (thickness: 80 탆, PP, Hyosung Co.) as a non-conductive porous support was dip-coated on the anion exchange solution and dried. The prepared slurry was coated on a nonwoven fabric coated with an anion- Coated on one side with a doctor blade to a thickness of 200 탆, dried at 70 캜 for 30 minutes, coated on the back side with a doctor blade to a coating layer thickness of 200 탆, And dried for 30 minutes to prepare a carbon electrode having an active layer.

[제조예 4] [Production Example 4]

비도전성 다공성 지지체인 부직포에 양이온교환 용액과 음이온교환용액을 코팅한 후 고분자 용액과 전극활물질을 포함하는 슬러리를 도포한 전극의 제조Preparation of an electrode coated with a slurry containing a polymer solution and an electrode active material by coating a cation exchange solution and an anion exchange solution on a nonwoven fabric having a non-conductive porous support

폴리비닐리덴디플로라이드(PVdF, Aldrich, Mw = 370,000)1.2g, 디메틸아세트아마이드 40g을 혼합하여 고분자 용액을 제조하고, 상기 고분자 용액에 활성탄소 분말(P-60, 대동 AC(주), 비표면적 = 1600㎡/g) 8.8g 을 혼합하여 전극슬러리를 제조 하였다.1.2 g of polyvinylidene diprolide (PVdF, Aldrich, Mw = 370,000) and 40 g of dimethylacetamide were mixed to prepare a polymer solution. To the polymer solution, activated carbon powder (P-60, Surface area = 1600 m 2 / g) were mixed to prepare an electrode slurry.

상기 [제조예 2]의 양이온교환 용액에 비도전성 다공성 지지체인 부직포(두께: 80㎛, PP, (주)효성)를 딥(dip) 코팅하여 건조한 후 [제조예 3]의 음이온교환 용액에 한 쪽면을 롤(roll) 코팅하여 건조하였으며, 상기 제조된 전극슬러리를 양이온교환 용액과 음이온교환용액이 코팅된 부직포에 닥터블레이드(Doctor blade)로 한 면의 코팅 층 두께가 200 ㎛가 되도록 코팅한 후 70℃에서 30분 건조하고 뒷면을 닥터블레이드(Doctor blade)로 코팅 층 두께가 200 ㎛가 되도록 코팅한 후 70℃에서 30분 건조하여 활성 층이 형성된 탄소전극을 제조하였다.
Non-woven fabric (thickness: 80 탆, PP, Hyosung Co.) as a non-conductive porous support was dip-coated on the cation exchange solution of the above-mentioned [Preparation Example 2] and dried to prepare an anion exchange solution of [Preparation Example 3] The surface of the electrode slurry was coated with a cation exchange solution and a non-woven fabric coated with an anion exchange solution so as to have a coating layer thickness of 200 mu m on the surface of a doctor blade Dried at 70 ° C for 30 minutes, coated on the backside with a doctor blade to a coating layer thickness of 200 μm, and dried at 70 ° C for 30 minutes to prepare a carbon electrode having an active layer.

[제조예 5] [Production Example 5]

이온선택성 층으로 이온교환막을 사용한 축전식 탈염전극The ion-selective layer used was an ion-exchange membrane,

상기 제조예 1 내지 4의 탄소전극 상에 이온선택성 층을 형성하기 위해 한쪽 면에는 양이온교환 막(ASTOM사 CMX)을 다른 한쪽 면에는 음이온교환 막(ASTOM사 AMX)을 덧대어 80℃에서 0.1m/min의 속도로 롤 프레스하여 이온선택성 층을 갖는 축전식 탈염전극을 제조하였다.([도 1] 참조)
In order to form an ion selective layer on the carbon electrodes of Production Examples 1 to 4, a cation exchange membrane (ASTOM Corp. CMX) was attached to one surface and an anion exchange membrane (AMX, ASTOM Corp.) was attached to the other surface. / min to prepare a charge storage type desalting electrode having an ion selective layer. (See Fig. 1)

[제조예 6] [Production Example 6]

이온선택성 층으로 이온교환 용액 코팅한 축전식 탈염전극Ion-selective layer coated with ion exchange solution

상기 [제조예 3]의 탄소전극 상에 이온선택성 층을 형성하기 위해 [제조예 2]의 양이온교환 용액을 한쪽 면에 코팅한 후 70℃에서 2시간 건조하고 다른 한쪽 면을 [제조예 3]의 음이온교환 용액을 코팅하여 70℃에서 2시간 건조하여 이온선택성 층을 갖는 축전식 탈염전극을 제조하였다.
In order to form an ion selective layer on the carbon electrode of [Manufacturing Example 3], the cation exchange solution of [Preparation Example 2] was coated on one side, dried at 70 ° C for 2 hours, Was coated and dried at 70 ° C for 2 hours to prepare a storage desalting electrode having an ion selective layer.

[제조예 7] [Production Example 7]

이온선택성 층으로 이온교환수지 분말과 폴리올레핀계 바인더 혼합물을 도포한 축전식 탈염전극Ion-selective layer was prepared by applying ion-exchange resin powder and a polyolefin-based binder mixture to a charge-

양이온교환수지(Trilite CMP28, 삼양사)와 음이온교환수지(Trilite AMP28, 삼양사)를 에어제트밀(Model: NETSCH-CONDUX, Netsch사) 팬을 이용 1700 RPM으로 분쇄하여 각각 평균입도가 1.7㎛(최대 5.3㎛)과 2.0㎛(최대 5.5㎛)인 분말을 제조하였다. 이렇게 제조된 양이온교환수지 분말 또는 음이온교환수지 분말을 각각 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE 롯데케미칼 U8835)을 혼합물 100% 중량부에 대하여 각각 52 중량%와 48 중량%가 되도록 혼합하여 1kg을 혼련기(KDK3,한국엠텍)에 넣고 1시간동안 25RPM으로 회전한 후 30RPM으로 1시간 충분히 혼련하여 각각 양이온교환수지 분말과 선형저밀도 폴리에틸렌의 균일한 조성물과 음이온교환수지분말과 선형저밀도 폴리에틸렌의 균일한 조성물을 만들었다.The cation exchange resin (Trilite CMP28, Samyang Corp.) and the anion exchange resin (Trilite AMP28, Samyang Corp.) were milled at 1700 rpm using an air jet mill (Model: NETSCH-CONDUX, Netsch) Mu m) and 2.0 mu m (maximum 5.5 mu m). The thus prepared cation exchange resin powder or anion exchange resin powder was mixed so as to have a linear low density polyethylene (LLDPE Lotte Chemical U8835) in an amount of 52 wt% and 48 wt%, respectively, relative to 100 wt% of the mixture, Korea M-Tech), rotated at 25 RPM for 1 hour, and sufficiently kneaded at 30 RPM for 1 hour to prepare uniform composition of cation exchange resin powder and linear low density polyethylene, uniform composition of anion exchange resin powder and linear low density polyethylene.

상기 [제조예 3]의 탄소전극의 양 쪽에 상기의 2가지의 조성물을 이용하여 각 면에 서로 다른 이온선택성 층을 형성한 축전식 탈염전극 제조하였다. 상기 층은 리프 디스크 (leaf disk)형으로 150mm 폭의 코트 행거형 T 다이(Coat hanger T die)를 설치한 진공 벤트 부착 단축 압출기(스크류 지름 32mmφ), 평면의 냉각 압축 롤(열매에 의해 온도 조절 가능), 인취 롤 및 권취기 (장력 조정 가능)으로 이루어진 압축기 코팅설비를 이용하여 형성하였으며, 이 때, 탄소전극상에 압출기 실린더 온도 120℃, T 다이 온도 120℃, 평탄한 냉각 압축 롤 온도 60~65℃, T 다이립 개도 0.1mm, 에어 갭 20mm, 토출 속도 3kg/h의 조건으로, 두께가 50㎛이 되도록 형성하였다.
On both sides of the carbon electrode of [Manufacturing Example 3], the above-described two compositions were used to prepare a storage type desalination electrode in which different ion selective layers were formed on each surface. The layer was a leaf disk and a single-screw extruder with a vacuum vent (screw diameter of 32 mm) equipped with a coat hanger type T die having a width of 150 mm, a flat cooling compressing roll (Extruder cylinder temperature: 120 ° C, T-die temperature: 120 ° C, flat cooling roll temperature: 60 to 60 ° C) on a carbon electrode, 65 deg. C, a T-die lip opening of 0.1 mm, an air gap of 20 mm, and a discharge rate of 3 kg / h.

[제조예 8] [Production Example 8]

이온선택성 층과 유로패턴을 형성한 축전식 탈염전극The ion-selective layer and a channel-type desalination electrode

상기 제조예 7에서 상기 평면의 냉각 압축 롤 대신에 폭이 70㎛, 높이 40㎛, 간격 200㎛의 균일한 유로패턴을 갖고 있는 냉각 압축 롤을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 이온선택성 코팅 층의 형성과 동시에 줄무늬의 유로패턴을 갖는 양이온 이온선택성 전극을 제조하였다.
Except that a cold compression roll having a uniform flow pattern having a width of 70 mu m, a height of 40 mu m, and an interval of 200 mu m was used in place of the above-mentioned cooling roll of the above-mentioned production example 7, A cationic ion selective electrode having a stripe pattern was produced.

[비교예 1][Comparative Example 1]

폴리비닐리덴디플로라이드(PVdF, Aldrich, Mw = 370,000) 1.2g, 디메틸아세트아마이드 40g을 혼합하여 고분자 용액을 제조하고, 상기 고분자 용액에 활성탄소 분말(P-60, 대동 AC(주), 비표면적 = 1600㎡/g) 8.8g 을 혼합하여 전극슬러리를 제조 하였다.1.2 g of polyvinylidene diprolide (PVdF, Aldrich, Mw = 370,000) and 40 g of dimethylacetamide were mixed to prepare a polymer solution. To the polymer solution, activated carbon powder (P-60, Surface area = 1600 m 2 / g) were mixed to prepare an electrode slurry.

상기 제조된 슬러리를 전도성 흑연 시트(두께: 130㎛, 동방카본(주), Cat. No. F02511C) 위에 닥터블레이드(Doctor blade)로 한 면의 코팅층 두께가 200 ㎛가 되도록 코팅한 후 70℃에서 30분 건조하고 뒷면을 닥터블레이드(Doctor blade)로 코팅층 두께가 200 ㎛가 되도록 코팅한 후 70℃에서 30분 건조하여 활성 층이 형성된 탄소전극을 제조하였다.The prepared slurry was coated on a conductive graphite sheet (130 占 퐉 thick, Dongfang Carbon Co., Ltd., Cat. No. F02511C) with a doctor blade so that the coating layer had a thickness of 200 占 퐉 and then dried at 70 占 폚 Dried for 30 minutes, coated on the backside with a doctor blade to a coating layer thickness of 200 μm, and dried at 70 ° C. for 30 minutes to prepare a carbon electrode having an active layer.

양이온교환 용액은 술폰화(sulfonation) 반응을 통해 제조된 양이온교환기를 가지고 있는 폴리스티렌(Mw=270,000, Aldrich, 양이온교환용량 = 1.5 meq/g) 1.0g, 디메틸아세트아마이드(DMAc) 20g을 혼합하여 고분자 용액을 제조하고, 상기 탄소전극에 양이온교환용액을 코팅한 후 70℃에서 30분 건조하여 양이온선택성을 갖는 축전식 탈염전극을 제조하여 음극으로 사용하였다.
The cation exchange solution was prepared by mixing 1.0 g of polystyrene (Mw = 270,000, Aldrich, cation exchange capacity = 1.5 meq / g) having a cation exchanger prepared through a sulfonation reaction and 20 g of dimethylacetamide (DMAc) Solution, coating the carbon electrode with a cation exchange solution, and drying it at 70 ° C for 30 minutes to prepare a cathodic desalting electrode having cation selectivity and used as a cathode.

[비교예 2][Comparative Example 2]

폴리비닐리덴디플로라이드(PVdF, Aldrich, Mw = 370,000)1.2g, 디메틸아세트아마이드 40g을 혼합하여 고분자 용액을 제조하고, 상기 고분자 용액에 활성탄소 분말(P-60, 대동 AC(주), 비표면적 = 1600㎡/g) 8.8g 을 혼합하여 전극슬러리를 제조 하였다.1.2 g of polyvinylidene diprolide (PVdF, Aldrich, Mw = 370,000) and 40 g of dimethylacetamide were mixed to prepare a polymer solution. To the polymer solution, activated carbon powder (P-60, Surface area = 1600 m 2 / g) were mixed to prepare an electrode slurry.

상기 제조된 슬러리를 전도성 흑연 시트(두께: 130㎛, 동방카본(주), Cat. No. F02511C) 위에 닥터블레이드(Doctor blade)로 한 면의 코팅층 두께가 200 ㎛가 되도록 코팅한 후 70℃에서 30분 건조하고 뒷면을 닥터블레이드(Doctor blade)로 코팅층 두께가 200 ㎛가 되도록 코팅한 후 70℃에서 30분 건조하여 활성 층이 형성된 탄소전극을 제조하였다.The prepared slurry was coated on a conductive graphite sheet (130 占 퐉 thick, Dongfang Carbon Co., Ltd., Cat. No. F02511C) with a doctor blade so that the coating layer had a thickness of 200 占 퐉 and then dried at 70 占 폚 Dried for 30 minutes, coated on the backside with a doctor blade to a coating layer thickness of 200 μm, and dried at 70 ° C. for 30 minutes to prepare a carbon electrode having an active layer.

음이온교환 용액은 아민화 반응을 통해 제조된 음이온교환기를 가지고 있는 폴리에테르술폰(음이온교환용량 = 1.2 meq/g) 1.0g, 디메틸아세트아마이드 20g을 혼합하여 고분자 용액을 제조하고, 상기 탄소전극에 음이온교환용액을 코팅한 후 70℃에서 30분 건조하여 음이온선택성을 갖는 축전식 탈염전극을 제조하여 양극으로 사용하였다.
The anion exchange solution was prepared by mixing 1.0 g of polyether sulfone (anion exchange capacity = 1.2 meq / g) having an anion exchanger prepared through amination and 20 g of dimethylacetamide to prepare a polymer solution, Exchange solution was coated and dried at 70 ° C for 30 minutes to prepare a storage type desalting electrode having anion selectivity and used as a positive electrode.

[실시예 1 ~ 4][Examples 1 to 4]

[제조예 5]에서 제조예 1의 탄소전극, 제조예 2의 탄소전극, 제조예 3의 탄소전극 및 제조예 4의 탄소전극을 이용하여 제조된 4종의 이온선택성 축전식탈염복합전극을 10 x 10 ㎠로 절단한 후 중앙에 1cm의 구멍을 뚫어 용액이 전극의 사면에서 유로나 스페이서를 통과해 중앙으로 빠져 나갈 수 있도록 구성 하였다.Four kinds of ion-selective storage desalination composite electrodes prepared by using the carbon electrode of Production Example 1, the carbon electrode of Production Example 2, the carbon electrode of Production Example 3, and the carbon electrode of Production Example 4 were used in [Production Example 5] After cutting to 10 cm 2 x 10 cm, a 1 cm hole was made in the center so that the solution could pass from the slope of the electrode through the channel or spacer to the center.

이때 [비교예 1] 음전극의 양이온선택성 층과 [제조예 5]에서 만들어진 음이교환 막이 서로 마주보도록 하고 [비교예 2] 양전극의 음이온선택성 층과 [제조예 5]의 양이온교환 막이 서로 마주보도록 3장을 적층하여 축전식탈염복합전극을 제조하고 이어서 외부인가 집전체 전극을 적층하여 복합탈염전극 셀을 구성하였다. [비교예 1]의 음극과 [비교예 2]의 양극의 외부에 15 x 15 cm2 크기의 아크릴 판을 대고 볼트로 고정하여 [도 2]의 축전식 탈염용 복극용 단일 셀을 구성하였다.(유로패턴을 갖고 있는 것은 셀을 구성하는데 있어서 별도의 스페이스가 필요없으나 유로패턴이 없는 것은 유로를 주기위해 전극사이에 "나일론 6, 100 mesh"을 넣어 셀을 구성할 수 있다.[Comparative Example 1] The cation-selective layer of the negative electrode and the negative electrode prepared in [Preparation Example 5] were opposed to each other. [Comparative Example 2] The anion-selective layer of the positive electrode and the cation-exchange membrane of [Preparation Example 5] Three layers were laminated to prepare a capacitor type desalination composite electrode, followed by lamination of external application current collector electrodes to form a composite desalting electrode cell. An acrylic plate having a size of 15 x 15 cm < 2 > was placed on the outside of the cathode of [Comparative Example 1] and the anode of [Comparative Example 2], and fixed with bolts to constitute a single cell for depolarization for storage of electricity [Fig. 2] Having a flow pattern requires no extra space in forming the cell, but a cell can be formed by adding "nylon 6, 100 mesh" between the electrodes to give a flow path without a flow pattern.

상기 축전식 탈염욜 복극용 단일 셀은 제조예1의 탄소전극을 이용한 경우를 실시예 1, 제조예2의 경우는 실시예 2, 제조예 3의 경우는 실시예 3 및 제조예 4의 탄소전극을 이용하여 제조한 경우는 실시예 4로 하였다.The single cell for the depolarization of the above-mentioned capacitive desalting was the same as in Example 1, Example 2 in Production Example 2, Example 3 in Production Example 3, and Carbon Electrode Was used as Example 4.

집전체 전극에 전극전위를 3.0 V로 일정하게 인가하면서 250 mg/L의 NaCl 용액을 60 mL/min의 속도로 공급하였다. 유출수의 총 용존 고형물(Total Dissolved Solid;TDS)의 변화를 측정하여 탈염효율을 분석하였다. 3분 동안 흡착시킨 후 전극전위를 1분 동안 쇼트, 50초 동안 역전위 10초 동안 휴지기로 변화시켜 가면서 탈착시키는 방식으로 운전하였다. A 250 mg / L NaCl solution was supplied at a rate of 60 mL / min while applying an electrode potential constantly at 3.0 V to the collector electrode. The total dissolved solids (TDS) of the effluent was measured and the desalting efficiency was analyzed. After the adsorption for 3 minutes, the electrode potential was operated for 1 minute by short circuit and 50 seconds by reversing the reverse potential for 10 seconds.

[실시예 1]에 의해 제조된 셀로 탈염실험을 진행 한 결과를 [표 1]에 염 제거율(%)을 나타내었다.The results of cell desalting experiments prepared in [Example 1] are shown in [Table 1].

[표 1]에서 보이는 바와 같이, [제조예 1] > [제조예 3](1.5 Ω/cm2) > [제조예 2](10.2 Ω/cm2) > [제조예 4] (79.0Ω/cm2) 순으로 서로 상이한 탄소전극을 이용하여 제조한 축전식탈염복합전극으로 제조한 축전식 복합탈염용 복극용 단일 셀의 염 제거효율을 나타내고 있다. 이러한 결과는 [제조예 1]의 경우가 다공성의 부직포에 별도의 이온성 수지층이 없이 곧바로 전극활물질 층이 형성되어 수용액 중에서 전기저항이 가장 낮기 때문에 가장 높은 제거효율을 보이는 것이라 생각된다. 또한 [제조예 4]의 탄소전극을 이용한 경우의 축전식 탈염용 복극용 단일 셀의 염 제거효율은 지지체 부직포가 양이온과 음이온선택성 용액으로 코팅되어 있기 때문에 저항이 가장 높아 제거효율이 낮아지는 것으로 생각된다. 그러나 전체적으로 염 제거효율은 모두 70% 이상으로 매우 우수한 것임을 알 수 있다.[Production Example 4] (79.0? / Cm 2) [Manufacturing Example 1]> [Production Example 3] (1.5? / Cm 2)> [Production Example 2] (10.2? / Cm 2) The results show the salt removal efficiency of a single cell for a combined complex desalinization cell, which was fabricated using a composite electrode for a desalting membrane manufactured using carbon electrodes that were different from each other. This result is considered to be the highest in the case of [Preparation Example 1] because the electrode active material layer is formed directly on the porous nonwoven fabric without the ionic resin layer and the electrical resistance is the lowest in the aqueous solution. In addition, the salt removal efficiency of the single cell for a cathode for depolarization using the carbon electrode of [Manufacturing Example 4] is considered to be low because the support nonwoven fabric is coated with a cation and anion-selective solution, do. However, it can be seen that the salt removal efficiency as a whole is 70% or more, which is very excellent.

구분division 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 염제거효율(%)Salt Removal Efficiency (%) 81.781.7 81.181.1 81.381.3 75.375.3

[실시예 2][Example 2]

[제조예 3]의 탄소전극을 이용하여 [제조예 5], [제조예 6], [제조예 7] 및 [제조예 8]의 방법으로 축전식 탈염전극을 제조하고, 이를 이용하여 [실시예 1]과 같은 방법으로 탈염용 복극용 단일 셀을 제조하여 염 제거효율을 평가하였다. 그 결과를 [표 2]에 나타내었다. 상기에서 제조예 5의 방법으로 제조한 경우는 실시예 5, 제조예 6의 방법으로 제조한 경우는 실시예 6, 제조예 7의 방법으로 제조한 경우는 실시예 8이라 하였다. Using the carbon electrode of [Manufacturing Example 3], a charge storage type desalting electrode was manufactured by the method of [Manufacturing Example 5], [Manufacturing Example 6], [Manufacturing Example 7], and [Manufacturing Example 8] A single cell for desalting was prepared by the same method as in Example 1 to evaluate the salt removal efficiency. The results are shown in Table 2. In the case of the preparation by the method of Production Example 5 above, the preparation by the method of Example 5, Production Example 6 was referred to as Example 6, and the production by the method of Production Example 7 was referred to as Example 8.

구분division 실시예 5Example 5 실시예 6Example 6 실시예 7Example 7 실시예 8Example 8 염제거효율(%)Salt Removal Efficiency (%) 81.381.3 85.685.6 80.480.4 86.986.9

[표 2]에서 보는바와 같이 실시예 6이 가장 우수한 탈염 효율을 보이는 것을 확인 할 수 있으며 실시예 7이 다소 낮았지만, 모두 80%이상의 우수한 염제거효율을 가지는 것을 알 수 있었다. 이는 실시예 6의 경우는 이온교환 용액을 코팅함으로서 계면간의 접촉저항과 이온선택성층의 두께가 얇아 막 저항이 낮기 때문에 염 제거효율이 가장 높은 것으로 생각되며, 실시예 7은 이온교환수지 분말과 선형저밀도 폴리에틸렌 바인더와의 혼합물로 코팅되어 이온선택성 층의 저항이 높기 때문에 염 제거효율이 낮아진 것으로 보인다. 그러나 실시예 7과 같은 조성의 물질로 코팅한 후 유로패턴을 형성한 실시예 8의 경우 더 높은 염 제거효율을 보이고 있다.
As shown in Table 2, it can be seen that Example 6 exhibits the best desalting efficiency and Example 7 is somewhat low, but all of them have an excellent salt removal efficiency of 80% or more. In the case of Example 6, the salt removal efficiency is considered to be highest because the contact resistance between the interface and the thickness of the ion selective layer is thin and the membrane resistance is low by coating the ion exchange solution. Example 7 shows that the ion exchange resin powder and the linear It is believed that the salt removal efficiency is lowered because of the high resistance of the ion selective layer coated with a mixture with a low density polyethylene binder. However, Example 8 in which a flow path pattern was formed after coating with a material having the same composition as in Example 7 shows higher salt removal efficiency.

[실시예 3][Example 3]

[제조예 3]의 탄소전극을 이용하여 [제조예 6]의 방법으로 축전식탈염복합전극을 제조하고, 이때 [비교예 1] 음전극의 양이온선택성 층과 [제조예 6]에서 만들어진 음이온선택성 층이 서로 마주보도록 하고 [제조예 6] 양이온선택성 층과 또 다른 [제조예 6]의 음이온선택성 층이 서로 마주보도록 계속해서 7장을 적층한 후 [비교예 2] 양전극의 음이온선택성 층과 마지막의 [제조예 6]의 양이온교환 막이 서로 마주보도록 9장을 적층하여 탈염용 복합복극 셀을 구성하였다.[Comparative Example 1] A cation-selective layer of the negative electrode and an anion-selective layer of the anion-selective layer prepared in [Preparation Example 6] were used in the same manner as in [Production Example 6] [Comparative Example 2] Anion-selective layer of the positive electrode and the anion-selective layer of the positive electrode of the [Preparation Example 6] were laminated successively so that the cation-selective layer and the anion- Nine sheets were laminated so that the cation exchange membranes of [Preparation Example 6] were opposed to each other to constitute a composite biodegradable cell for desalting.

이를 이용하여 [실시예 1]과 같은 방법으로 전극전위를 12.0 V로 일정하게 인가하면서 250 mg/L의 NaCl 용액을 240 mL/min의 속도로 공급하였다. 유출수의 총 용존 고형물(Total Dissolved Solid;TDS)의 변화를 측정한 결과 90.1%의 우수한 염 제거효율을 나타내었다.
Using this, a 250 mg / L NaCl solution was supplied at a rate of 240 mL / min while the electrode potential was constantly applied at 12.0 V in the same manner as in [Example 1]. The total dissolved solids (TDS) of the effluent was measured to be 90.1%.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

101: 비도전성 다공성 지지체 102: 양이온선택성 흡착전극층
103: 음이온선택성 흡착전극층 104, 105: 유로패턴
110: 다공성 튜브 120: 직포나 부직포
130, 140: 뚜껑 131, 141: 오링
142: 구멍 300: 축전식 탈염 전극 롤
500: 모듈 케이스 510: 유입구 520: 유출구
530: 양전극 531 음전극 540: 유로
550: 모듈케이스 뚜껑
101: non-conductive porous support 102: cation-selective adsorption electrode layer
103: anion-selective adsorption electrode layer 104, 105: flow path pattern
110: Porous tube 120: Woven or nonwoven fabric
130, 140: Lid 131, 141: O-ring
142: hole 300: capacitive desalination electrode roll
500: Module case 510: Inlet port 520: Outlet
530: positive electrode 531 negative electrode 540:
550: Module case lid

Claims (10)

전극물질층이 형성된 비도전성 다공성 지지체의 일면에 양이온선택성 코팅 층이 형성되고 다른 면에는 음이온선택성 코팅 층이 형성된 적어도 하나 이상의 축전식 탈염전극을 가지고, 상기 양이온선택성 층과 음이온선택성 층을 서로 마주하는 구조를 최소한 2 이상 가지도록 제조되는 축전식탈염복합전극.
At least one charge storage type desalting electrode in which a cationic selective coating layer is formed on one surface of the non-conductive porous substrate on which the electrode material layer is formed and an anion selective coating layer is formed on the other surface thereof, A composite electrolytic desalination composite electrode fabricated to have at least two structures.
제 1항에 있어서,
상기 축전식탈염복합전극은 상기 이온선택성층에 유로(流路)패턴(water flowing pattern)또는 격막을 이온선택성층 상에 형성하여 유로패턴을 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 축전식탈염복합전극.
The method according to claim 1,
Wherein the ionic selective layer has a channel pattern or a diaphragm formed on the ion selective layer to have a flow path pattern in the ionic selective layer.
제 1항에 있어서
상기 비도전성 다공성 지지체가 다공성의 고분자시트나 박막, 다공성 세라믹, 직포, 부직포, 다공성 고분자 필름, 다공성 고분자 폼에서 선택되는 어느 하나인 축전식탈염복합전극.
The method of claim 1, wherein
Wherein the non-conductive porous support is any one selected from a porous polymer sheet, a thin film, a porous ceramic, a woven fabric, a nonwoven fabric, a porous polymer film, and a porous polymer foam.
전극 물질층이 형성된 비도전성 다공성 지지체의 일면에는 양이온선택성 코팅 층이 형성되고, 다른 면에는 음이온선택성 코팅 층이 형성된 적어도 하나 이상의 축전식 탈염전극을 가지고 상기 양이온선택성 층과 음이온선택성 층을 서로 마주하는 구조를 최소한 2 이상 가지도록 제조되는 축전식탈염복합전극 및 상기 축전식탈염복합전극의 양측에 외부 인가 집전체 전극이 적층되어 상기 축전식탈염복합전극의 적층수에 따라 인가전위를 달리하여 복극형식으로 운전하는 축전식탈염복합전극 셀.
The non-conductive porous support on which the electrode material layer is formed is provided with at least one or more storage desalination electrodes having a cation-selective coating layer formed on one surface thereof and an anion-selective coating layer formed on the other surface thereof. And at least two externally applied current collector electrodes are laminated on both sides of the electrodeposited composite desalination composite electrode, and the electrodeposition type electrodeposited composite electrode is formed by applying a positive electrode The desalination composite electrode cell is operated as a condenser.
제 4항에 있어서,
상기 축전식탈염복합전극은 롤(Roll)로 감아 롤의 내측과 외측의 집전체 전극에 의해 감겨진 장수와 회수에 따라 인가전위를 달리하여 복극형식으로 운전하는 축전식탈염복합전극 셀.
5. The method of claim 4,
Wherein the composite desalination composite electrode is wound in a roll and operated in the form of a bipolar electrode at different application potentials depending on the number of windings and the number of windings wound around the inner and outer collector electrodes of the roll.
제 4항에 있어서,
상기 축전식탈염복합전극이 2이상 적층되어 제조되는 복합탈염전극 셀.
5. The method of claim 4,
Wherein the composite desalination composite electrode is fabricated by laminating two or more of the composite desalination composite electrodes.
제 4항에 있어서
상기 축전식탈염복합전극은 상기 이온선택성층에 유로(流路)패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 축전식탈염복합전극 셀.
The method of claim 4, wherein
Wherein the ionic selectivity layer has a flow path pattern in the ionic selectivity layer.
비도전성 다공성 지지체의 양면에 전극 활물질과 바인더를 포함하는 슬러리를 도포하여 또는 상기 슬러리를 캘린더 가공하여 시트형성 후 상기 비도전성 다공성 지지체상에 압착하여 전극물질층을 형성하는 단계;
상기 전극물질층의 각각의 면에 이온교환 막, 이온교환용액 코팅, 이온교환수지 분말 슬러리를 이용하여 각각의 면에 상이한 이온선택성 층을 형성하여 축전식탈염전극을 제조하는 단계;
상기 축전식 탈염전극의 이온선택성층이 하나 이상이 서로 상이한 이온선택성층과 마주하도록 적층된 구조를 최소한 2 이상 포함하도록 적층하여 제조되는 축전식탈염복합전극의 제조방법.
Applying a slurry containing an electrode active material and a binder on both sides of a non-conductive porous support or calendering the slurry to form a sheet, and then pressing the non-conductive porous support onto the non-conductive porous support to form an electrode material layer;
Forming a different ion selective layer on each side of the electrode material layer using an ion exchange membrane, an ion exchange solution coating, and an ion exchange resin powder slurry to produce a storage desalination electrode;
Wherein the ion selective layer of the storage type desalination electrode is laminated so as to include at least two structures laminated so that at least one ion selective layer is different from each other.
제 8항에 있어서
상기 이온선택성층 형성단계와 동시에 또는 형성 후 유로패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 축전식탈염복합전극의 제조방법.
The method of claim 8, wherein
And forming a flow path pattern at the same time as or after the ion selective layer formation step.
제 8항에 있어서
상기 유로패턴은 격막을 이온선택성층 상에 형성함으로써 얻어지는 축전식탈염복합전극의 제조방법.
The method of claim 8, wherein
Wherein the flow path pattern is formed by forming a diaphragm on an ion selective layer.
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