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전도성 고분자가 코팅된 친수성 섬유 멤브레인 기반 대면적 전기 에너지 생성 장치

  • 기술번호 : KST2019005387
  • 담당센터 : 대전기술혁신센터
  • 전화번호 : 042-610-2279
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요약, Int. CL, CPC, 출원번호/일자, 출원인, 등록번호/일자, 공개번호/일자, 공고번호/일자, 국제출원번호/일자, 국제공개번호/일자, 우선권정보, 법적상태, 심사진행상태, 심판사항, 구분, 원출원번호/일자, 관련 출원번호, 기술이전 희망, 심사청구여부/일자, 심사청구항수의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 서지정보 표입니다.
요약 본 발명은 이온을 함유한 극성 양성자성 용매가 전도성 고분자의 표면에 흡착되는 과정에서 형성되는 양이온/음이온 슈도캐패시터 흡착 메커니즘을 활용하여, 제작된 용액 뿐만 아니라 자연에서 얻을 수 있는 용액을 전도성 고분자 층이 코팅된 친수성 섬유 멤브레인에 비대칭 젖음 (wetting)을 수행하여, 생성되는 높은 전위 차 및 전류를 장시간 유지하고 직류 형태의 전기 에너지를 전도성 고분자 층이 개별 섬유의 표면에 결착된 친수성 섬유 멤브레인 에너지 생성 장치, 에너지 생성 장치의 제조방법, 그리고 다수의 에너지 생성 장치가 적층되거나 병렬/직렬로 결합된 대면적 에너지 생성 장치와 그 제조방법에 관한 것이다.
Int. CL H02N 11/00 (2006.01.01) C08L 101/12 (2006.01.01) C08L 65/00 (2006.01.01) C08L 49/00 (2006.01.01) B01D 71/06 (2006.01.01)
CPC
출원번호/일자 1020180122649 (2018.10.15)
출원인 한국과학기술원
등록번호/일자 10-2172609-0000 (2020.10.27)
공개번호/일자 10-2019-0054915 (2019.05.22) 문서열기
공고번호/일자 (20201102) 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보 대한민국  |   1020170150695   |   2017.11.13
대한민국  |   1020180081432   |   2018.07.13
법적상태 등록
심사진행상태 수리
심판사항
구분 신규
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2018.10.15)
심사청구항수 27

출원인

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번호 이름 국적 주소
1 한국과학기술원 대한민국 대전광역시 유성구

발명자

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번호 이름 국적 주소
1 김일두 대전광역시 유성구
2 윤태광 대전광역시 유성구

대리인

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번호 이름 국적 주소
1 양성보 대한민국 서울특별시 강남구 선릉로***길 ** (논현동) 삼성빌딩 *층(피앤티특허법률사무소)

최종권리자

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번호 이름 국적 주소
1 한국과학기술원 대한민국 대전광역시 유성구
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번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 [특허출원]특허출원서
[Patent Application] Patent Application		 2018.10.15 수리 (Accepted) 1-1-2018-1013076-12
2 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2019.04.24 수리 (Accepted) 4-1-2019-5081392-49
3 의견제출통지서
Notification of reason for refusal		 2019.10.11 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2019-0734794-99
4 [명세서등 보정]보정서
[Amendment to Description, etc.] Amendment		 2019.12.10 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) 1-1-2019-1273503-72
5 [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견(답변, 소명)서
[Opinion according to the Notification of Reasons for Refusal] Written Opinion(Written Reply, Written Substantiation)		 2019.12.10 수리 (Accepted) 1-1-2019-1273502-26
6 최후의견제출통지서
Notification of reason for final refusal		 2020.04.24 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2020-0289594-61
7 [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견서·답변서·소명서
 2020.04.29 수리 (Accepted) 1-1-2020-0442315-05
8 [명세서등 보정]보정서
[Amendment to Description, etc.] Amendment		 2020.04.29 보정승인 (Acceptance of amendment) 1-1-2020-0442316-40
9 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2020.05.15 수리 (Accepted) 4-1-2020-5108396-12
10 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2020.06.12 수리 (Accepted) 4-1-2020-5131486-63
11 등록결정서
Decision to grant		 2020.07.27 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2020-0508013-94
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번호 청구항
1 1
전도성 고분자 층이 코팅된 친수성 섬유 멤브레인을 포함하고,상기 전도성 고분자 층의 표면의 극성 용매에 의한 비대칭적인 젖음에 의해, 상기 극성 용매가 젖어 있는 영역의 전도성 고분자에 상기 극성 용매가 흡착됨에 따라, 상기 젖어 있는 영역과 젖어 있지 않은 영역이 서로 반대 극을 형성하여 전기 에너지가 생성되고,상기 친수성 섬유 멤브레인의 극성 용매 흡수력에 의해 극성 용매의 양이온이 유동함에 의해 유발되는 지속적인 전자의 흐름을 기반으로 전류가 생성되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
2 2
제1항에 있어서,상기 전도성 고분자 층이 코팅된 친수성 섬유 멤브레인에 대한 극성 용매의 젖음은 전도성 고분자 층의 표면에 전기 이중층을 형성시키고, 이로 인해 젖은 영역 (wetted region)과 마른 영역 (dry region) 사이에 캐패시턴스 (capacitance) 차이에 의해 유도된 전압 차이를 만들어 전기 에너지가 생성되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
3 3
삭제
4 4
제1항에 있어서,상기 양이온이 상기 친수성 섬유 멤브레인의 젖은 영역에서 마른 영역의 방향으로 이동함에 따라, 전하적 중성도를 유지하기 위해 전도성 고분자 내부의 전자가 양이온의 이동과 같은 방향으로 흐르는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
5 5
제2항에 있어서,상기 극성 용매는 이온을 함유한 극성 양성자성 용매를 포함하고,상기 극성 양성자성 용매가 함유하는 양이온이 상기 젖은 영역에서 상기 마른 영역의 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
6 6
제1항에 있어서,상기 친수성 섬유 멤브레인의 젖어 있는 영역 및 상기 친수성 섬유 멤브레인의 젖어 있지 않은 영역과 각각 연결되는 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
7 7
제1항에 있어서,상기 극성 용매는 (1) 폼산 (formic acid), n-부탄올 (n-butanol), 아이소프로판올 (isopropanol), n-프로판올 (n-propanol), 에탄올 (ethanol), 메탄올 (methanol) 및 물 (water) 중 적어도 하나의 극성 양성자성 용매에 이온이 용해된 합성 용액 또는 (2) 바닷물 및 땀 중 적어도 하나와 같이 자연상에 존재하는 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
8 8
제1항에 있어서,상기 전도성 고분자 층을 구성하는 전도성 고분자 물질은 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT:PSS), polyaniline (PANI), polypyrrole (PPy), Poly(p-phenylene vinylene) (PPV), Poly(acetylene)s (PAC) 및 poly(p-phenylene sulfide) (PPS) 중에서 선택된 적어도 하나의 전도성 고분자 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
9 9
제8항에 있어서,상기 전도성 고분자 층은 양이온과 음이온이 동시에 흡착되는 특성을 지니며, 상기 선택된 적어도 하나의 전도성 고분자 물질이 0차원, 1차원 또는 2차원으로 복합화되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
10 10
제1항에 있어서,상기 전도성 고분자 층은 상기 친수성 섬유 멤브레인에 단위 부피당 2
11 11
제1항에 있어서,상기 친수성 섬유 멤브레인은 면 직물 (cotton fabric), 한지 (mulberry paper), 폴리프로필렌 멤브레인 (polypropylene membrane), 산소 플라즈마 처리된 부직포, 친수성 표면 처리가 이루어진 직물, 및 나노 섬유 중에서 선택되는 적어도 하나의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
12 12
제1항에 있어서,상기 친수성 섬유 멤브레인은 비표면적 및 극성 양성자성 용매에 대한 흡수력 향상을 위해 친수성 섬유 가닥으로 이루어지며, 개별 섬유의 표면에 전도성 고분자가 결착되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
13 13
제1항에 있어서,상기 친수성 섬유 멤브레인이 포함하는 친수성 섬유 가닥의 직경은 50 nm 내지 500 μm의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
14 14
제1항에 있어서,상기 친수성 섬유 멤브레인의 두께는 5 μm 내지 1 mm의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
15 15
제1항에 있어서,상기 친수성 섬유 멤브레인은 양 극의 비대칭 젖음을 통한 전압 차이를 유지하기 위해 가로 세로의 종횡비가 3 이상인 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
16 16
제1항에 있어서,상기 친수성 섬유 멤브레인에 전도성 고분자 층이 코팅된 적어도 하나의 다른 친수성 섬유 멤브레인을 적층하거나 또는 병렬이나 직렬로 연결하여 생성되는 전기 에너지의 양, 전압, 전력 밀도, 극성 양성자성 용매에 대한 흡수력 중 적어도 하나가 조절되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
17 17
에너지 생성 장치의 제조방법에 있어서,(a) 친수성 섬유 멤브레인을 설계한 크기로 절삭하는 단계;(b) 친수성 섬유 멤브레인을 전도성 고분자 코팅 용액에 침지시켜 친수성 섬유 멤브레인을 구성하는 개별 섬유의 표면에 전도성 고분자 층을 코팅하는 단계;(c) 전도성 고분자 층이 코팅된 친수성 섬유 멤브레인을 건조시키는 단계를 포함하고,상기 전도성 고분자 층의 표면의 극성 용매에 의한 비대칭적인 젖음에 의해, 상기 극성 용매가 젖어 있는 영역의 전도성 고분자에 상기 극성 용매가 흡착됨에 따라, 상기 젖어 있는 영역과 젖어 있지 않은 영역이 서로 반대 극을 형성하여 전기 에너지가 생성되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치의 제조방법
18 18
제17항에 있어서,상기 전도성 고분자 층이 코팅된 친수성 섬유 멤브레인에 대한 극성 용매의 젖음은 전도성 고분자 층의 표면에 전기 이중층을 형성시키고, 이로 인해 젖은 영역 (wetted region)과 마른 영역 (dry region) 사이의 캐패시턴스 (capacitance) 차이에 의해 유도된 전압 차이를 만들어 전기 에너지가 생성되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치의 제조방법
19 19
제17항에 있어서,상기 친수성 섬유 멤브레인에 함유된 극성 용매의 양이온이 유동함에 의해 유발되는 지속적인 전자의 흐름을 기반으로 전류가 생성되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치의 제조방법
20 20
제19항에 있어서,상기 양이온이 상기 친수성 섬유 멤브레인의 젖은 영역에서 마른 영역의 방향으로 이동함에 따라, 전하적 중성도를 유지하기 위해 전도성 고분자 내부의 전자가 양이온의 이동과 같은 방향으로 흐르는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치의 제조방법
21 21
제19항에 있어서,상기 극성 용매는 이온을 함유한 극성 양성자성 용매를 포함하고,상기 극성 양성자성 용매가 함유하는 양이온이 상기 젖은 영역에서 상기 마른 영역의 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치의 제조방법
22 22
제17항에 있어서,(d) 전도성 고분자 층이 코팅된 친수성 섬유 멤브레인을 두 개 이상 적층하는 단계를 더 포함하는 에너지 생성 장치의 제조방법
23 23
제17항에 있어서,(e) 전도성 고분자 층이 코팅된 복수의 친수성 섬유 멤브레인을 병렬 또는 직렬로 연결하는 단계를 더 포함하는 에너지 생성 장치의 제조방법
24 24
제17항에 있어서,상기 (b) 단계는,표면에 양이온/음이온을 모두 흡착 가능한 전도성 고분자 물질로서, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT:PSS), polyaniline (PANI), polypyrrole (PPy), Poly(p-phenylene vinylene) (PPV), Poly(acetylene)s (PAC) 및 poly(p-phenylene sulfide) (PPS) 중에서 선택된 적어도 하나의 전도성 고분자 물질을 물에 분산시켜 0
25 25
제17항에 있어서,상기 (b) 단계는,상기 친수성 섬유 멤브레인을 상기 전도성 고분자 코팅 용액에 함침시키는 횟수를 조절하여 전도성 고분자의 적재 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치의 제조방법
26 26
제17항에 있어서,상기 (c) 단계는, 상기 전도성 고분자 층이 코팅된 친수성 섬유 멤브레인을 트레이에 평평하게 위치시킨 후 오븐에서 건조시키는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치의 제조방법
27 27
제17항에 있어서,상기 전도성 고분자 층이 코팅된 친수성 섬유 멤브레인에 연결된 두 전극 중 하나의 전극과 연결된 부분에만 극성 용매를 부분적으로 떨어뜨려 상기 극성 용매에 의해 젖은 부분의 전극과 젖지 않은 부분의 전극을 연결하여 회로를 구성하여 직류 전력을 생성하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치의 제조방법
28 28
제17항에 있어서,상기 극성 용매는 이온을 포함하는 극성 양성자성 용매로서, (1) 폼산 (formic acid), n-부탄올 (n-butanol), 아이소프로판올 (isopropanol), n-프로판올 (n-propanol), 에탄올 (ethanol), 메탄올 (methanol) 및 물 (water) 중에서 선택된 극성 양성자성 용매에 이온이 용해된 합성 용액을 포함하거나 또는 (2) 바닷물이나 땀과 같은 자연에 존재하는 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치의 제조방법
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