특허 개요
본 특허는 역 전기투석에 쓰는 자기-가습성 이온교환막을 만들기 위한 기술입니다. 방향족 탄화수소계 고분자 이온교환막 표면에 상압 플라즈마로 소수성 박막 코팅층을 형성하고, 수화와 건조에 따라 열리고 닫히는 나노-크랙 모폴로지를 이용해 표면 수분 교환을 조절함으로써 막 내부 수화를 유지합니다. 이를 통해 낮은 벌크 저항을 유지하면서 이온 선택도를 높여, 막 저항과 이온 선택도의 트레이드오프를 완화합니다.
- 핵심 기능
막 표면에 형성된 소수성 박막이 수분의 빠른 탈착을 늦추고, 나노-크랙 구조가 수화 상태에서 개방되어 물 유입과 유지에 기여합니다. 그 결과 저가습 조건에서도 이온 전도와 선택적 전달이 가능하도록 막의 표면 상태를 제어합니다.
- 차별 강점
종래 이온교환막은 저항을 낮추면 선택도가 떨어지고, 선택도를 높이면 저항이 커지는 한계가 있었습니다. 본 특허는 상압 플라즈마로 만든 나노-크랙 소수성 박막을 통해 이 두 특성을 함께 개선하려는 점에서 차별적입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 역 전기투석, 염도차 발전, 이온교환막 기반 에너지 변환, 전해질 분리 연구 분야에 활용 가능하며, 저가습·중고온 조건에서의 막 성능 설계로도 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 해수담수 염도차를 이용한 발전 시스템, 이온교환막 모듈, 에너지 회수형 수처리 장치, 막 소재 공급 사업으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
상압 플라즈마 반복 처리로 형성한 자기-가습성 양이온교환막과 음이온교환막을 실시예와 비교예, 상용막과 함께 비교하여 표면 모폴로지와 막 저항, 투과선택도를 확인했습니다. 다만 실제 역 전기투석 스택 운전과 장기 내구성은 아직 검증되지 않았습니다.
- 검증대상: 자기-가습성 양이온교환막(P-BPSH60, P-BPSH40, PC60 R3～R10, PC40 R3～R10) 및 음이온교환막(P-ABPS60, P-ABPS40, PA60 R3～R10, PA40 R3～R10)
- 비교군: 플라즈마 미처리 막(C60, C40, A60, A40)과 상용막(CMX, FKD, CMV, AMX, AM-1, AFN, FAD, DSV, APS)
- 검증조건: 상압 플라즈마 3～40회, 예시 가스 He 20L/분 및 C4F8 10ml/분, 13.56MHz RF 150W
현재 성과
플라즈마 처리된 양이온교환막은 낮은 막 저항을 유지하면서도 높은 투과선택도를 나타냈습니다. 저가습 조건에서도 수화를 유지하도록 표면을 설계해, 역 전기투석용 막으로서의 사용 가능성을 높입니다.
실시예와 비교예, 그리고 상용 양이온교환막과 음이온교환막을 함께 두고 막 저항과 투과선택도를 측정했습니다. 표면 모폴로지 변화도 함께 확인하여, 성능 개선이 표면 구조 변화와 연결됨을 검증했습니다.
종래에는 저항을 낮추면 선택도가 떨어지고, 선택도를 높이면 저항이 증가하는 문제가 있었습니다. 본 특허는 나노-크랙 소수성 박막과 상압 플라즈마 처리를 결합해 두 특성을 동시에 개선하려는 점이 핵심 차별점입니다.
상용화까지 남은 부분
역 전기투석 스택 단위에서의 적층 성능과 출력밀도 검증
실제 해수/담수 조건에서의 장기 운전 내구성 확인
플라즈마 처리 횟수의 대면적 재현성과 경제성 평가
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
역 전기투석용 자기-가습성 막 및 그 제조방법
Self-humidifying membranes for reverse electrodialysis and preparation method thereof
10-2016-0048531 (2016.01.01)
10-1845026
이영무 (한양대학교 산학협력단), 박치훈 (한양대학교 산학협력단), 이소영 (한양대학교 산학협력단), 황두성 (한양대학교 산학협력단), 신동원 (한양대학교 산학협력단), 조두희 (한양대학교 산학협력단), 이강혁 (한양대학교 산학협력단)
한양대학교 산학협력단