(57)【要約】【課題】電気吸着脱イオン装置を提供する。【解決手段】イオン種の種類及び／または総濃度が、流入水に含まれたイオン種のそれらと異なる電解質溶液を含む電気吸着脱イオン装置である。【選択図】図１
2011041940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入水が流れることができる流路と、
前記流路を介して互いに対向する１対の電極と、
前記流路と前記一対の電極のうちの一方の電極との間に配置された電荷障壁と、
前記一方の電極と前記電荷障壁との間に配置された電解質溶液とを具備し、
前記電解質溶液は、前記流入水と異なる電気吸着脱イオン装置。
【請求項２】
前記電解質溶液に含まれたイオン種の種類は、前記流入水に含まれたイオン種の種類と異なることを特徴とする請求項１に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項３】
前記電解質溶液に含まれたイオン種の総濃度は、前記流入水に含まれたイオン種の総濃度より高いことを特徴とする請求項１に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項４】
前記電荷障壁は、陽イオン選択性透過膜または陰イオン選択性透過膜であることを特徴とする請求項１に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項５】
前記一方の電極及び前記電荷障壁は、互いに離隔して対向するように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項６】
前記電気吸着脱イオン装置は、前記一方の電極と前記電荷障壁とを分離させるスペーサをさらに具備することを特徴とする請求項５に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項７】
前記一方の電極及び前記電荷障壁は、互いに密着するように配置され、前記電解質溶液は、前記一方の電極の気孔内に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項８】
前記電荷障壁は、イオン交換膜であることを特徴とする請求項１に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項９】
前記イオン交換膜のイオン選択度は、９９ないし９９．９９９％であることを特徴とする請求項８に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項１０】
前記電解質溶液は、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＮａＦ、ＮａＣｌ、ＮａＢｒ、ＮａＩ、ＫＦ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＫＩ、ＬｉＮＯ３、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、Ｌｉ２ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４、Ｋ２ＳＯ４、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＣｕＣｌ２、ＭｇＳＯ４、ＣａＳＯ４及びＣｕＳＯ４からなる群から選択された少なくとも１種の電解質から由来したイオン種を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項１１】
前記電解質溶液に含まれたイオン種の総濃度は、０．０５ないし１０Ｍであることを特徴とする請求項１に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項１２】
前記電解質溶液は、酸を含み、ｐＨが１ないし５であることを特徴とする請求項１に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項１３】
前記流入水のイオン伝導度は、０．０１ｍＳ／ｃｍないし１０ｍＳ／ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項１４】
前記一方の電極は、極性が変わる可変電極を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項１５】
前記流路を分割するスペーサをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項１６】
前記１対の電極それぞれの前記流路と反対側の電極面に配置された集電体をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項１７】
複数個の集電体が電源に直列または並列に連結されたことを特徴とする請求項１６に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項１８】
前記一方の電極は、活物質、バインダ及び導電剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項１９】
前記活物質は、活性炭、エアロゲル、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、メソポーラスカーボン、活性炭素ファイバ、黒鉛酸化物及び金属酸化物からなる群から選択された少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１８に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項２０】
流入水が流れることができる流路と、
前記流路を介して互いに対向する第１電極及び第２電極と、
前記流路と前記第１電極との間に配置された第１電荷障壁と、
前記流路と前記第２電極との間に配置された第２電荷障壁と、
前記第１電極と前記第１電荷障壁との間に配置された第１電解質溶液とを具備し、
前記第１電解質溶液は、前記流入水と異なる電気吸着脱イオン装置。
【請求項２１】
前記第１電荷障壁は、陽イオン選択性透過膜であり、前記第２電荷障壁は、陰イオン選択性透過膜であることを特徴とする請求項２０に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項２２】
前記第２電極と前記第２電荷障壁との間に配置された第２電解質溶液をさらに具備し、前記第２電解質溶液は、前記第１電解質溶液と同一であるかまたは異なり、前記第２電極及び前記第２電荷障壁は、互いに離隔して対向するように配置されるか、互いに密着するように配置されたことを特徴とする請求項２０に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項２３】
前記流路を複数個の流路に分割する少なくとも１つの電荷障壁層をさらに具備し、前記電荷障壁層は、それぞれ互いに離隔して対向するように配置された第３電荷障壁並びに第４電荷障壁を含み、前記第３電荷障壁と前記第４電荷障壁との間には第３電解質溶液が配置されたことを特徴とする請求項２０に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項２４】
前記第３電荷障壁は、陽イオン選択性透過膜であり、前記第４電荷障壁は、陰イオン選択性透過膜であることを特徴とする請求項２３に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項２５】
前記第３電解質溶液は、前記流入水及び前記第１電解質溶液からなる群から選択された少なくとも１つの溶液と同一であるか異なることを特徴とする請求項２３に記載の電気吸着脱イオン装置。
【請求項２６】
前記第３電荷障壁と、前記第４電荷障壁との間に配置されたセパレータをさらに具備することを特徴とする請求項２３に記載の電気吸着脱イオン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気吸着脱イオン装置に係り、さらに詳細には、イオン種の種類及び／または総濃度が、流入水に含まれていたイオン種のそれらと異なる電解質溶液を含む電気吸着脱イオン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭に供給される水道水には、地域によって含有量の差はあるが、硬度成分が含まれていている。特に、石灰岩成分が地下水に多く流入するヨーロッパなどの地域では、水道水の硬度が非常に高い。
【０００３】
硬度成分の濃度が高い水（すなわち、硬水）を使用する家電製品内の熱交換器やボイラー管の内壁には、スケールが容易に形成され、エネルギー効率が大きく低下するという問題がある。また、硬水は、洗濯用水としても不適である。このような問題点を改善するための方法として、（ｉ）化学薬品を使用し、生成されたスケールを除去する方法、及び（ｉｉ）イオン交換樹脂を使用して軟水を製造した後、汚染されたイオン交換樹脂を大量の高濃度塩水で再生する化学的方法などがある。しかし、このような方法は、ユーザの便宜性が落ち、かつ環境汚染を誘発するなどの問題点を有しており、簡便であって親環境的に硬水を軟水化できる技術が要求されている。
【０００４】
電気吸着脱イオン（ＣＤＩ：capacitive deionization）装置は、ナノサイズの気孔を有する電極に電圧を印加し、前記電極に極性を帯びさせることによって、媒質（例えば、硬水）中のイオン性物質を電極表面に吸着させて除去する装置である。ＣＤＩ装置において、正極及び負極の２電極間に溶存イオンを含有する媒質が流れる場合、低い電位差の直流電源を印加すれば、溶存イオン中で、陰イオン成分は正極に、陽イオン成分は負極に吸着されて濃縮され、２電極を短絡させるような方法で、逆方向に電流を流すようにすれば、前記濃縮されたイオンが前記各電極から脱着される。ＣＤＩ装置は、高い電位差を必要としないので、エネルギー効率が高く、イオン吸着時に、硬度成分と共に有害イオンまで除去でき、再生時に、化学薬品を必要としないという長所がある。
【０００５】
しかし、従来のＣＤＩ装置では、各電極に電位が印加されるとき、気孔内に存在するイオンのうち、前記各電極の極性と同じ極性を帯びたイオン（すなわち、コイオン（coion））が流出水に多量放出されるという現象が発生する。このように、あらゆるイオンの移動方向が対応する電極側の方向になるように制御できない問題によって、ＣＤＩ装置は、投入電荷量に比べてイオン除去効率が大きく落ちるという短所を有する。
【０００６】
前記のような従来のＣＤＩ装置の問題点を改善するために、Andelmanらはイオン交換膜のような電荷障壁（チャージバリア：charge barrier）を導入してイオン除去効率を高めた改良ＣＤＩ装置（charge-barrier ＣＤＩ）を特許文献１に紹介した。
【０００７】
チャージバリア ＣＤＩ装置は、海水のような高濃度のイオンを含む水を処理するとき、イオン除去速度及び効率側面で従来のＣＤＩ装置に比べて有利であるという効果を得ることができる。しかし、このようなチャージバリアＣＤＩ装置は、これを使用して硬度成分の含有量が３００ｗｔｐｐｍ以下である硬水を処理する場合には、電極気孔内のイオン濃度が十分に高くなく、気孔内のイオン伝達速度が遅いために、充放電時に電極物質の静電容量を全ては活用できないという短所がある。
【０００８】
一方、従来のＣＤＩ装置及びチャージバリアＣＤＩ装置は、流入水に電極物質の静電容量発現に不適なイオンが含まれている場合、前記イオンが各電極に吸着され、イオン除去効率がさらに落ちるという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，７０９，５６０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、イオン種の種類及び／または総濃度が、流入水に含まれていたイオン種のそれらと異なる電解質溶液を含む電気吸着脱イオン装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一側面は、流入水が流れることができる流路と、前記流路を介して互いに対向する１対の電極と、前記流路と前記一対の電極のうちの一方の電極との間に配置された電荷障壁と、前記一方の電極と前記電荷障壁との間に配置された電解質溶液とを具備し、前記電解質溶液は、前記流入水と異なる電気吸着脱イオン装置を提供する。
【００１２】
前記電解質溶液に含まれていたイオン種の種類は、前記流入水に含まれたイオン種の種類と異なりうる。
【００１３】
前記電解質溶液に含まれたイオン種の総濃度は、前記流入水に含まれたイオン種の総濃度より高くなりうる。
【００１４】
前記電荷障壁は、陽イオン選択性透過膜または陰イオン選択性透過膜でありうる。
【００１５】
前記一方の電極及び前記電荷障壁は、互いに離隔して対向するように配置されうる。
【００１６】
前記電気吸着脱イオン装置は、前記一方の電極と前記電荷障壁とを分離させるスペーサをさらに具備できる。
【００１７】
前記一方の電極及び前記電荷障壁は、互いに密着するように配置され、前記電解質溶液は、前記一方の電極の気孔内に配置されうる。
【００１８】
前記電荷障壁は、イオン交換膜でありうる。
【００１９】
前記イオン交換膜のイオン選択度は、９９ないし９９．９９９％でありうる。
【００２０】
前記電解質溶液は、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＮａＦ、ＮａＣｌ、ＮａＢｒ、ＮａＩ、ＫＦ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＫＩ、ＬｉＮＯ３、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、Ｌｉ２ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４、Ｋ２ＳＯ４、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＣｕＣｌ２、ＭｇＳＯ４、ＣａＳＯ４及びＣｕＳＯ４からなる群から選択された少なくとも１種の電解質から由来したイオン種を含むことができる。
【００２１】
前記電解質溶液に含まれたイオン種の総濃度は、０．０５ないし１０Ｍでありうる。
【００２２】
前記電解質溶液は、酸を含み、ｐＨが１ないし５でありうる。
【００２３】
前記流入水のイオン伝導度は、０．０１ｍＳ／ｃｍないし１０ｍＳ／ｃｍでありうる。
【００２４】
前記一方の電極は、極性が変わる可変電極を含むことができる。
【００２５】
前記電気吸着脱イオン装置は、前記流路を分割するスペーサをさらに具備できる。
【００２６】
前記電気吸着脱イオン装置は、前記１対の電極それぞれの前記流路と反対側の電極面に配置された集電体をさらに具備できる。
【００２７】
複数個の集電体が電源に直列または並列に連結されうる。
【００２８】
前記一方の電極は、活物質、バインダ及び導電剤を含むことができる。
【００２９】
前記活物質は、活性炭、エアロゲル、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、メソポーラスカーボン、活性炭素ファイバ、黒鉛酸化物及び金属酸化物からなる群から選択された少なくとも１種を含むことができる。
【００３０】
本発明の他の側面は、流入水が流れることができる流路と、前記流路を介して互いに対向する第１電極及び第２電極と、前記流路と前記第１電極との間に配置された第１電荷障壁と、前記流路と前記第２電極との間に配置された第２電荷障壁と、前記第１電極と前記第１電荷障壁との間に配置された第１電解質溶液とを具備し、前記第１電解質溶液は、前記流入水と異なる電気吸着脱イオン装置を提供する。
【００３１】
前記第１電荷障壁は、陽イオン選択性透過膜であり、前記第２電荷障壁は、陰イオン選択性透過膜でありうる。
【００３２】
前記電気吸着脱イオン装置は、前記第２電極と前記第２電荷障壁との間に配置された第２電解質溶液をさらに具備し、前第２電解質溶液は、前記第１電解質溶液と同一であるかまたは異なり、前記第２電極及び前記第２電荷障壁は、互いに離隔して対向するように配置されるか、互いに密着するように配置されうる。
【００３３】
前記電気吸着脱イオン装置は、前記流路を複数個の流路に分割する少なくとも１つの電荷障壁層をさらに具備し、前記電荷障壁層は、それぞれ互いに離隔して対向するように配置された第３電荷障壁並びに第４電荷障壁を含み、前記第３電荷障壁と前記第４電荷障壁との間には第３電解質溶液が配置されることができる。
【００３４】
前記第３電荷障壁は、陽イオン選択性透過膜であり、前記第４電荷障壁は、陰イオン選択性透過膜でありうる。
【００３５】
前記第３電解質溶液は、前記流入水及び前記第１電解質溶液からなる群から選択された少なくとも１つの溶液と同一であるかまたは異なりうる。
【００３６】
前記電気吸着脱イオン装置は、前記第３電荷障壁と、前記第４電荷障壁との間に配置されたセパレータをさらに具備できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態による電気吸着脱イオン装置を概略的に図示した断面図である。
【図２】図１の電気吸着脱イオン装置の作動原理について説明するための図面である。
【図３】図１の電気吸着脱イオン装置の作動原理について説明するための図面である。
【図４】図１の電気吸着脱イオン装置の作動原理について説明するための図面である。
【図５】図１の電気吸着脱イオン装置の作動原理について説明するための図面である。
【図６】本発明のさまざまな具現例による電気吸着脱イオン装置を概略的に図示した断面図である。
【図７】本発明のさまざまな具現例による電気吸着脱イオン装置を概略的に図示した断面図である。
【図８】本発明のさまざまな具現例による電気吸着脱イオン装置を概略的に図示した断面図である。
【図９】本発明のさまざまな具現例による電気吸着脱イオン装置を概略的に図示した断面図である。
【図１０】図９の電気吸着脱イオン装置の作動原理について説明するための図面である。
【図１１】電源に直列連結された本発明の一実施形態による電気吸着脱イオン装置を図示した断面図である。
【図１２】電源に並列連結された本発明の一実施形態による電気吸着脱イオン装置を図示した断面図である。
【図１３】実施例２及び比較例１の各セルを通過した精製水のイオン伝導度を連続的に測定した結果を、運転時間によって図示したグラフである。
【図１４】実施例１〜３で製造した各セルの初期脱イオン効率を、比較例１で製造したセルの初期脱イオン効率と比較して示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の一実施形態による電気吸着脱イオン装置について詳細に説明する。
【００３９】
図１は、本発明の一実施形態による電気吸着脱イオン装置を概略的に図示した断面図である。
【００４０】
図１を参照すれば、本発明の一実施形態による電気吸着脱イオン装置１０は、流入水（influent water）の流路１１、１対の電荷障壁（チャージバリアs）１２ａ，１２ｂ、電解質溶液１４ａ，１４ｂをそれぞれ含浸させた１対の多孔性（porous）電極１３ａ，１３ｂ、及び１対の集電体１５ａ，１５ｂを具備する。
【００４１】
前記流入水は、流路１１に流入され、電気吸着脱イオン装置１０によって脱イオン化がなされるものであり、例えば、硬水（hard water）でありうる。本明細書で、硬水とは、カルシウムイオンやマグネシウムイオンを多量含有し、ぬるぬるしていて石鹸があまり溶けない水を意味する。前記流路１１に流入する前記流入水のイオン伝導度は、０．０１ｍＳ／ｃｍないし１０ｍＳ／ｃｍでありうる。前記流入水のイオン伝導度が前記範囲以内であるならば、前記流入水路からイオンを電気的に除去するのに必要な電荷量が低く、投入エネルギーに比べて、効率面で経済的であり、流入水路からイオンを除去するために高電圧の印加が不要である。
【００４２】
１対の電荷障壁１２ａ，１２ｂは、流路１１を挟んで互いに離隔して対向するように配置され、後述する電極１３ａ，１３ｂを、流路１１に流入した流入水とイオン的に隔離させる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、このような１対の電荷障壁１２ａ，１２ｂのうち、いずれか一つが省略されることもある。また、前記１対の電荷障壁１２ａ，１２ｂのうち一つは、陰イオン選択性透過膜、例えば、陰イオン交換膜であり、他の一つは、陽イオン選択性透過膜、例えば、陽イオン交換膜でありうる。前記陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜のイオン選択度は、例えば、それぞれ９９ないし９９．９９９％でありうる。前記陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜のイオン選択度がそれぞれ９９％以上であるならば、充電時に、電極１３ａ，１３ｂ気孔内の共イオン放出を効果的に遮断できてイオン除去効率が高く、イオン選択度が９９．９９９％を超えるイオン交換膜は、製造し難い。
【００４３】
電解質溶液１４ａ，１４ｂは、後述する各電極１３ａ，１３ｂの気孔内、及び選択的に、各電極１３ａ，１３ｂと対応電荷障壁１２ａ，１２ｂとの間に配置され、イオン伝導の媒体の役割を行う溶液である。
【００４４】
前記電解質溶液１４ａ，１４ｂのうち少なくとも１つの電解質溶液は、前記流入水と異なる。本明細書で、対比される２溶液が互いに異なるということは、各溶液の構成成分の種類のうち少なくとも一つ、及び／または各構成成分の単位体積当たり質量のうち、少なくとも一つが互いに異なるということを意味し、対比される２溶液が互いに同一であるということは、各溶液の構成成分の種類、及び各構成成分の単位体積当たり質量がいずれも同一であるということを意味する。
【００４５】
例えば、前記電解質溶液１４ａ，１４ｂのうち、少なくとも１つの電解質溶液に含まれたイオン種の種類及び／または総濃度は、前記流入水に含まれたイオン種の種類及び／または総濃度と異なりうる。また、電解質溶液１４ａに含まれたイオン種の種類及び／または総濃度と、電解質溶液１４ｂに含まれたイオン種の種類及び／または総濃度は、互いに同一であるかまたは異なりうる。本明細書で、電解質というのは、水などの溶媒に溶けてイオンとして解離されて電流を流れるようにする物質を意味する。また本明細書で、「イオン種の種類が互いに異なる」ということは、対比される２溶液のうち、いずれか１つの溶液に含まれたイオン種の集合が、他の溶液に含まれたイオン種の集合と同じではないということを意味し、「イオン種の種類が互いに同一である」ということは、対比される２溶液のうち、いずれか１つの溶液に含まれたイオン種の集合が、他の溶液に含まれたイオン種の集合と同じであるということを意味する。例えば、前記電解質溶液１４ａ，１４ｂのうち、少なくとも１つの電解質溶液に含まれた陽イオン種のうち、少なくとも一つ（例：Ｋ＋）は、前記流入水に含まれたあらゆる陽イオン種（例：Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋）と異なり、かつ／または前記電解質溶液１４ａ，１４ｂのうち、少なくとも１つの電解質溶液に含まれた陰イオン種のうち、少なくとも一つ（例：Ｃｌ−）は、前記流入水に含まれたあらゆる陰イオン種（例：ＨＣＯ３２−）と互いに異なりうる。
【００４６】
また、前記電解質溶液１４ａ，１４ｂはそれぞれ独立して、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＮａＦ、ＮａＣｌ、ＮａＢｒ、ＮａＩ、ＫＦ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＫＩ、ＬｉＮＯ３、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、Ｌｉ２ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４、Ｋ２ＳＯ４、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＣｕＣｌ２、ＭｇＳＯ４、ＣａＳＯ４及びＣｕＳＯ４からなる群から選択された少なくとも１種の電解質から由来したイオン種を含むことができる。
【００４７】
また、前記電解質溶液１４ａ，１４ｂのうち、少なくとも１つの電解質溶液は、不純物を含まず、これに含まれたイオン種は、後述する電極１３ａ，１３ｂ活物質の静電容量発現に適したものでありうる。このような特性を有する電解質溶液１４ａ，１４ｂを含浸させた電極１３ａ，１３ｂを具備することによって、電気吸着脱イオン装置１０は、電極活物質、集電体１５ａ，１５ｂ及び電荷障壁１２ａ，１２ｂのように、電解質溶液１４ａ，１４ｂと直接接触する装置材料の選定において、選択の幅が拡大し、下記のようなメリットを得ることができる：
【００４８】
（１）電解質と装置材料との組み合わせによって、有害な反応（detrimental reaction）が起こるオンセット電圧（on-set potential）が変わる。過電圧による電解質の分解及び電極素材の分解は、まさに電極性能の劣化につながるので、当該材料に対して電位窓（potential window）の広い電解質を採択することによって、装置の耐久性（サイクル性能）を向上させることができる。
【００４９】
（２）電解質溶液内のイオン種によって、イオン自体のサイズと、イオン及び水分子が形成する流入水和物層（hydrous layer）のサイズとが変わるが、これによって、水和されたイオンのサイズが気孔サイズに比べて過度に大きくなるとき、多孔性電極の気孔（特に、メソポア及びマイクロポア）内で、イオンの移動速度が制約される。また最近、イオンの電荷量及びサイズがマイクロポアの内表面の活用可能いかんを決定する重要な要素であるという点も報告されている。従って、活物質構造に適した電解質を選択することによって、電極の速度特性及び発現される静電容量の向上を図ることができる。
【００５０】
（３）電解質溶液の組成及びｐＨを調節することによって、電極上に潜在的に発生しうるスケール（scale）形成問題を防止できる。
【００５１】
一方、前記電解質溶液１４ａ，１４ｂのうち、少なくとも１つの電解質溶液に含まれたイオン種の総濃度が、前記流入水に含まれたイオン種の総濃度より高い場合、このような特性を有する電解質溶液１４ａ，１４ｂを含浸させた電極１３ａ，１３ｂを具備することによって、電気吸着脱イオン装置１０は、下記のような理由で、活物質の静電容量の向上、充放電速度特性の向上及び逆方向充電による追加容量発現などのメリットを得ることができる。
【００５２】
（１）同じ活物質を使用したとしても、イオン種の総濃度によって、発現される静電容量が変わる。例えば、多孔性炭素素材の場合、マイクロサイズ及びナノサイズのポアネットワークが十分に発達しているので、このような気孔内に十分な濃度のイオン種が浸透していない場合、吸着に必要なイオン種自体が不足し、前記炭素素材の吸着面積のほとんどが正しく活用されないので、静電容量が減少する。従って、前記気孔内に十分な濃度の電解質を供給し、炭素素材が有している静電容量のほとんど、または全部を使用できる。
【００５３】
（２）気孔内にイオン種の量が十分である場合には、高速充放電が可能である。複雑なネットワークを構成する多孔性素材の場合、気孔内でイオンの移動が伴われるときに発生する電気的抵抗は、素材の充放電速度特性を制約する１つの要素である。充放電速度特性は、素材の気孔構造によっても影響を受けるが、電解質溶液のイオン伝導度の変化にも多くの影響を受ける。具体的に、気孔内に高いイオン伝導度を有する高濃度の電解質を供給し、素材が発現しうる充放電速度特性を極限まで引き上げることができる。これによって、同じ過電圧で高電流を流すことができる。
【００５４】
（３）電荷障壁と電解質溶液との界面特性を向上させることができる。電荷障壁と電解質溶液との界面に、物質伝達（mass transfer、すなわちイオン移動）が十分に速くなければ、前記界面で抵抗増加が発生しうる。従って、電荷障壁の一面が、高い濃度の電解質成分と接することになれば、特に、放電時に、イオン供給不足による濃度分極（concentration polarization）現象を最小化できる。
【００５５】
（４）前記（２）及び（３）の結果、脱イオン及び再生過程で、エネルギー効率が改善されうる。
【００５６】
（５）気孔内部に十分なイオン種が存在することになれば、脱イオン時に、印加される電圧の極性と反対極性の電圧印加を介して、反対極性に充電（逆方向充電）させることができる。このような「逆方向充電」の間に保存された電荷量及びエネルギーは、その後の充電（脱イオン）過程で使われうるので、理論上、前記電極に保存されうる電荷量は、２倍になりうる。例えば、１対の電極が、もともと０〜１Ｖ範囲の電位窓で動作していたものであったなら、脱イオン時には、初期の逆方向充電によって、−１〜１Ｖの領域を活用できるので、電荷量（Ｑ＝Ｃ×ΔＶ）が２倍となる。前記式で、Ｃは静電容量であり、ΔＶは電位差である。これとは反対に、気孔内部に存在するイオン種の総濃度が低ければ、吸着に必要なイオン種の不足によって、このような逆方向充電が不可能になる。
【００５７】
また、前記電気吸着脱イオン装置１０は、下記数式１で表示される回収率を上昇させることができる。
【００５８】
［数１］
回収率（％）＝精製水（treated water）の総体積／（脱イオン及び電極再生過程に投入された流入水の総体積）×１００・・・（１）
【００５９】
前記流入水が硬水である場合、前記電解質溶液１４ａ，１４ｂのうち、少なくとも１つの電解質溶液に含まれたＫ＋及びＣｌ−のようなイオン種の総濃度は、例えば、０．０５ないし１０Ｍでありうる。前記電解質溶液１４ａ，１４ｂのうち、少なくとも１つの電解質溶液に含まれたイオン種の総濃度が、前記範囲以内であるならば、対応電極の気孔内イオン種の総濃度が高まり、高速の充放電時に対応電極が高い静電容量を発現でき、イオン種の総濃度上昇対比の対応電極の充放電速度特性の向上効果が顕著になりうる。また、このような前記電解質溶液１４ａ，１４ｂのうち、少なくとも１つの電解質溶液は酸を含み、ｐＨが１ないし５でありうる。前記電解質溶液１４ａ，１４ｂのうち、少なくとも１つの電解質溶液のｐＨが前記範囲以内であるならば、対応電極の表面で、水分解が容易に起こらずに装置が安定して動作でき、ＯＨ−イオンとの結合によって、Ｃａ２＋やＭｇ２＋イオンを含む沈殿物が容易に生成されない。前記酸は、硬度成分イオンによる電極１３ａ，１３ｂ劣化を防止する役割を行い、例えば、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４及び／またはクエン酸などを含むことができる。
【００６０】
また、本発明の一実施形態による電気吸着脱イオン装置１０は、電解質溶液１４ａ，１４ｂを循環、補充及び／または交換できる装置（図示せず）をさらに含むことができる。
【００６１】
前記１対の多孔性電極１３ａ，１３ｂは、１対または１つの電荷障壁１２ａ，１２ｂを挟んで互いに離隔して対向するように配置されうる。前記各電極１３ａ，１３ｂは、前記各電荷障壁１２ａ，１２ｂと互いに離隔して対向するように配置されうるが、この場合、電解質溶液１４ａ，１４ｂは、各電極１３ａ，１３ｂの気孔内、及び各電極１３ａ，１３ｂと対応電荷障壁１２ａ，１２ｂとの間に配置されうる（図１ないし図５）。また、前記各電極１３ａ，１３ｂは、対応電荷障壁１２ａ，１２ｂと密着するように配置されもするので、この場合、電解質溶液１４ａ，１４ｂは、各電極１３ａ，１３ｂの気孔内に配置されうる（図６ないし図１２）。
【００６２】
また、このような電極１３ａ，１３ｂは、ここではたとえ区分されて図示にされてはいないが、それぞれ活物質、バインダ及び導電剤（conducting agent）を含むことができる。
【００６３】
前記活物質は、電気二重層静電容量（electrical double layer capacitance）を有する多孔性物質でありうる。本明細書で、電気二重層というのは、電解質溶液１４ａ，１４ｂを含浸させ、（＋）または（−）に帯電された電極１３ａ，１３ｂに、前記電極１３ａ，１３ｂの極性と反対極性の電解質の陰イオンまたは陽イオンが吸着され、各電極１３ａ，１３ｂと電解質溶液１４ａ，１４ｂとの間に形成されるコンデンサのような電気的構造を有する層を意味する。また、前記活物質の静電容量は、電解質溶液として、前記流入水（低濃度のイオン種を含有する硬水）の代わりに、前述の電解質溶液１４ａ，１４ｂ及び／または高濃度のイオン種を含有する硬水を使用することによって、３０％以上増加させられる。このような活物質は、活性炭、エアロゲル、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、メソポーラスカーボン（mesoporous carbon）、活性炭素ファイバ、黒鉛酸化物及び金属酸化物からなる群から選択された少なくとも１種を含むことができる。
【００６４】
前記バインダは、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などを含むことができる。
【００６５】
前記導電剤は、カーボンブラック、ＶＧＣＦ（vapor growth carbon fiber）、黒鉛またはそれらのうち２以上の混合物を含むことができる。
【００６６】
また、このような電極１３ａ，１３ｂのうち少なくとも１つの電極は、極性が変わる可変電極でありうる。例えば、前記１対の電極１３ａ，１３ｂのうち、いずれか１つの電極１３ａが正極になり、他の１つの電極１３ｂが負極になるように、電極１３ａ，１３ｂを脱イオン時の極性と反対極性に充電する逆方向充電を行った後、前記各電極１３ａ，１３ｂの極性が、逆方向充電時の反対になるように電圧を印加し、前記流入水の脱イオン化を行うことができる（これを充電という）。これについては後述する。
【００６７】
１対の集電体１５ａ，１５ｂは、外部電源（図示せず）にそれぞれ電気的に連結され、１対の電極１３ａ，１３ｂに電圧を印加する役割を行うものであり、各電極１３ａ，１３ｂの一面、すなわち、流路１１と反対側面に一つずつ配置される。このような集電体１５ａ，１５ｂは、黒鉛板またはグラファイト・ホイールか、またはＣｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＴｉからなる群から選択された少なくとも１種の金属、金属混合物または合金を含むことができる。
【００６８】
本発明の一実施形態による電気吸着脱イオン装置１０は、流路１１を形成するスペーサ１６、及び選択的に各電極１３ａ，１３ｂと対応電荷障壁１２ａ，１２ｂとの間の空間を形成するスペーサ（図示せず）をさらに具備できる。このようなスペーサ１６、スペーサ（図示せず）は、イオン透過性及び電子絶縁性であり、オープンメッシュ（open mesh）またはフィルタでありうる。
【００６９】
図２ないし図５は、図１の電気吸着脱イオン装置の作動原理について説明するための図面である。
【００７０】
まず、図１を参照すれば、各電極１３ａ，１３ｂと対応電荷障壁１２ａ，１２ｂとの間には、電解質溶液１４ａ，１４ｂがそれぞれ配置され、電解質陰イオンと電解質陽イオンとが電荷均衡をなしており、流路１１には、流入水が流入する。前記流入水には、Ｃａ２＋、及びＭｇ２＋のような硬度成分、並びにＣｌ−のような有害イオンが含まれていている。電荷障壁１２ａは、例えば、陽イオン交換膜であり、電荷障壁１２ｂは、例えば、陰イオン交換膜でありうる。
【００７１】
次に、図２に図示されているように、１対の電極１３ａ，１３ｂに電圧が印加されれば、（＋）に帯電された電極１３ａには、電解質溶液１４ａ中の陰イオンが吸着され、（−）に帯電された電極１３ｂには、電解質溶液１４ｂ中の陽イオンが吸着される。この場合、電解質溶液１４ａ，１４ｂのうち、少なくとも１つの電解質溶液に含まれたイオン種の総濃度が高いほど、対応電極１３ａ及び／または対向電極１３ｂの気孔内電解質抵抗の減少によって、イオンの吸着速度が速まる。電解質溶液１４ａ中の陽イオンは、静電気的反発力によって、陽イオン交換膜のような電荷障壁１２ａを介して、流路１１に沿って流れる流入水に移動し、電解質溶液１４ｂ中の陰イオンは、静電気的反発力によって、陰イオン交換膜のような電荷障壁１２ｂを介して、前記流入水に移動する。これによって、各電解質溶液１４ａ，１４ｂに含まれたイオン濃度は、低くなり、流入水に含まれたイオン濃度は高まる。図２のような一連の操作を逆方向充電といい、逆方向充電過程で排出された水は、廃棄または再利用のために、その後の脱イオン水と分離される。
【００７２】
次に、図３に図示されているように、新しい流入水を流入させつつ、２電極１３ａ，１３ｂを短絡させれば、電極１３ａからは陰イオンが脱着され、電極１３ｂからは陽イオンが脱着される。前記脱着された陰イオンは、陽イオン交換膜のような電荷障壁１２ａを通過できず、電解質溶液１４ａに残留することになって、前記脱着された陽イオンは、陰イオン交換膜のような電荷障壁１２ｂを通過できず、電解質溶液１４ｂに残留することになる。これによって、電解質溶液１４ａは、陰イオンが陽イオンより多い電荷不均衡状態になって、電解質溶液１４ａの電荷均衡を合わせるために、流路１１に沿って流れる流入水中の陽イオンが、電荷障壁１２ａを介して電解質溶液１４ａに移動する。同様に、電解質溶液１４ｂは、陽イオンが陰イオンより多い電荷不均衡状態になって、電解質溶液１４ｂの電荷均衡を合わせるために、流路１１に沿って流れる流入水中の陰イオンが、電荷障壁１２ｂを介して電解質溶液１４ｂに移動する。図３のような過程によって、結局、流入水の一次脱イオン化がなされることになり、精製された水（すなわち、精製水）を得ることになる。図２の逆方向充電によって、各電極１３ａ，１３ｂが脱イオン過程の電荷と極性が反対である電荷に充電されることによって、結局、脱イオン過程時に、充電容量が増加することになる。本明細書で、流入水の脱イオン化程度は、電気吸着脱イオン装置１０から排出される精製水のイオン伝導度測定によって確認されうる。
【００７３】
次に、図４に図示されているように、１対の電極１３ａ，１３ｂに、前記逆方向充電時に印加された電圧の反対電圧が印加されれば、（−）に帯電された電極１３ａには、電解質溶液１４ａ中の陽イオンが吸着され、（＋）に帯電された電極１３ｂには、電解質溶液１４ｂ中の陰イオンが吸着される。電解質溶液１４ａ中の陰イオンは、陽イオン交換膜のような電荷障壁１２ａを通過できず、電解質溶液１４ａに残留することになって、電解質溶液１４ｂ中の陽イオンは、陰イオン交換膜のような電荷障壁１２ｂを通過できず、電解質溶液１４ｂに残留することになる。これによって、電解質溶液１４ａは、陰イオンが陽イオンより多い電荷不均衡状態になり、電解質溶液１４ａの電荷均衡を合わせるために、流路１１に沿って流れる流入水中の陽イオンが、電荷障壁１２ａを介して電解質溶液１４ａに移動する。同様に、電解質溶液１４ｂは、陽イオンが陰イオンより多い電荷不均衡状態になり、電解質溶液１４ｂの電荷均衡を合わせるために、流路１１に沿って流れる流入水中の陰イオンが、電荷障壁１２ｂを介して電解質溶液１４ｂに移動する。図４のような操作を充電といい、これによって、結局、流入水の二次脱イオン化によって精製された水をさらに得ることになる。二次脱イオン化は、図３及び図４のように、短絡後での逆方向充電と反対電圧の印加とを行う方式だけではなく、短絡段階なしに、連続的に逆方向充電と反対電圧印加とを行う方式によっても行われうる。
【００７４】
最後に、図５に図示されているように、２電極１３ａ，１３ｂを短絡させれば、電極１３ａからは陽イオンが脱着され、電極１３ｂからは陰イオンが脱着され、各電荷障壁１２ａ，１２ｂを介して、陽イオンまたは陰イオンが移動することによって、各電解質１４ａ，１４ｂ及び流入水の電荷均衡がなされる。図５のような操作を放電といい、これによって、電極１３ａ，１３ｂの再生がなされる。電極１３ａ，１３ｂの再生程度は、電気吸着脱イオン装置１０から排出される流出水のイオン伝導度の測定によって確認されうる。
【００７５】
図６ないし図９は、本発明のさまざまな具現例による電気吸着脱イオン装置を概略的に図示した断面図である。
【００７６】
以下、図６ないし図９を参照しつつ、本発明の多様な具現例による電気吸着脱イオン装置について、図１の電気吸着脱イオン装置と比較しつつ説明する。ただし、図６ないし図８に図示された各電気吸着脱イオン装置の具体的な構成及び作動原理は、前述の図２ないし図５に係わる説明と類似しているので、ここでは、それらに係わる詳細な説明を省略する。
【００７７】
図６の電気吸着脱イオン装置２０が、図１の電気吸着脱イオン装置１０と異なる点は、各電荷障壁２２ａ，２２ｂが対応電極２３ａ，２３ｂに密着するように配置され、これによって、各電解質溶液２４ａ，２４ｂが対応電極２３ａ，２３ｂの気孔にだけ位置するということである。充電時に、電極２３ａは負極として作用し、電極２３ｂは正極として作用する。この場合、電荷障壁２２ａ及び電荷障壁２２ｂは、例えば、それぞれ陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜でありうる。また、このような電気吸着脱イオン装置２０は、流入水の流路２１を形成するセパレータ２６、及び各電極２３ａ，２３ｂの一面に配置された集電体２５ａ，２５ｂを具備する。
【００７８】
図７の電気吸着脱イオン装置３０が、図１の電気吸着脱イオン装置１０と異なる点は、陽イオン交換膜のような電荷障壁３２が、対応電極３３ａに密着するように配置され、電極３３ｂに対応する電荷障壁が存在せず、電解質３４が対応電極３３ａの気孔にだけ位置するということである。充電時に、電極３３ａは負極として作用し、電極３３ｂは正極として作用する。また、このような電気吸着脱イオン装置３０は、流入水の流路３１を形成するセパレータ３６、及び各電極３３ａ，３３ｂの一面に配置された集電体３５ａ，３５ｂを具備する。
【００７９】
図８の電気吸着脱イオン装置４０が、図１の電気吸着脱イオン装置１０と異なる点は、陰イオン交換膜のような電荷障壁４２が、対応電極４３ｂに密着するように配置され、電極４３ａに対応する電荷障壁が存在せず、電解質４４が対応電極４３ｂの気孔にだけ位置するということである。充電時に、電極４３ａは負極として作用し、電極４３ｂは正極として作用する。また、このような電気吸着脱イオン装置４０は、流入水の流路４１を形成するセパレータ４６、及び各電極４３ａ，４３ｂの一面に配置された集電体４５ａ，４５ｂを具備する。
【００８０】
図９の電気吸着脱イオン装置５０が、図１の電気吸着脱イオン装置１０と異なる点は、対応電極５３ａ，５３ｂにそれぞれ密着するように配置された１対の電荷障壁５２ａ，５２ｂ間に配置され、複数個の流路５１を分割するものであり、電荷障壁５２ａ’／電解質溶液５４ｃ＋セパレータ５６ｂ／電荷障壁５２ｂ’から構成された電荷障壁層を複数層具備し、各電解質溶液５４ａ，５４ｂは、対応電極５３ａ，５３ｂの気孔にだけ位置するということである。また、前記電解質溶液５４ｃは、前記流入水及び／または前記電解質溶液５４ａ，５４ｂのうち、少なくとも１つの電解質溶液と同一であるかまたは異なりうる。充電時に、電極５３ａは負極として作用し、電極５３ｂは正極として作用する。この場合、電荷障壁５２ａ及び電荷障壁５２ｂは、例えば、それぞれ陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜でありうる。また、このような電気吸着脱イオン装置５０は、各電極５３ａ，５３ｂの一面に配置された集電体５５ａ，５５ｂを具備する。
【００８１】
図１０は、図９の電気吸着脱イオン装置の作動原理について説明するための図面である。ただし、図１０では、説明の便宜上、図９に図示されたところとは異なり、各電極５３ａ，５３ｂ及び対応電荷障壁５２ａ，５２ｂが、互いに離隔して配置されていると図示してある。
【００８２】
図１０を参照すれば、１対の電極５３ａ，５３ｂに電圧が印加されれば、（−）に帯電された電極５３ａには、電解質溶液５４ａ中の陽イオンが吸着され、（＋）に帯電された電極５３ｂには、電解質溶液５４ｂ中の陰イオンが吸着される。電解質溶液５４ａ中の陰イオンは、電荷障壁５２ａを通過できず、電解質溶液５４ａに残留することになって、電解質溶液５４ｂ中の陽イオンは、電荷障壁５２ｂを通過できず、電解質溶液５４ｂに残留することになる。これによって、電解質溶液５４ａは、陰イオンが陽イオンより多い電荷不均衡状態になり、電解質溶液５４ａの電荷均衡を合わせるために、複数個の流路５１に沿って流れる流入水中の陽イオンは、電荷障壁５２ａを介して電解質溶液１４ａ側に移動する。同様に、電解質溶液５４ｂは、陽イオンが陰イオンより多い電荷不均衡状態になり、電解質溶液５４ｂの電荷均衡を合わせるために、複数個の流路５１に沿って流れる流入水中の陰イオンは、電荷障壁５２ｂを介して電解質溶液５４ｂ側に移動する。また、電解質溶液５４ａと電解質溶液５４ｂとの間には、電荷障壁５２ａ’，５２ｂ’間に位置する電解質溶液５４ｃが配置されている。電解質溶液５４ａ側に移動する陽イオンが、陽イオン交換膜のような電荷障壁５２ａ’を介して電解質溶液５４ｃに流入すれば、前記陽イオンは、陰イオン交換膜のような電荷障壁５２ｂ’を通過できないので、電解質溶液５４ｃに残留することになる。また、電解質溶液５４ｂ側に移動する陰イオンが、陰イオン交換膜のような電荷障壁５２ｂ’を介して電解質溶液５４ｃに流入すれば、前記陰イオンは、陽イオン交換膜のような電荷障壁５２ａ’を通過できないので、電解質溶液５４ｃに残留することになる。図１０のような操作を充電といい、これによって、結局、流入水の脱イオン化がなされることになる。電極再生原理は、図５に係わる説明を参照する。
【００８３】
図１１及び図１２は、電源に直列連結された、または並列連結された本発明の一実施形態による電気吸着脱イオン装置をそれぞれ図示した断面図である。
【００８４】
図１１の電気吸着脱イオン装置６０及び図１２の電気吸着脱イオン装置６０’は、流路６１＋セパレータ６６／１対の電荷障壁６２ａ，６２ｂ／電解質６４ａ，６４ｂを含浸させた１対の電極６３ａ，６３ｂから構成された複合構造を複数個具備し、各電荷障壁６２ａ，６２ｂは、対応電極６３ａ，６３ｂに密着するように配置され、各電解質６４ａ，６４ｂは、対応電極６３ａ，６３ｂの気孔にだけ位置し、前記複合構造のうち、両端部に位置した２個の複合構造は、それぞれ対応集電体６５ａ，６５ｂに密着するように配置され、前記複合構造間には、集電体６５ｃが配置される。前記電解質溶液６４ａ，６４ｂのうち、少なくとも１つの電解質溶液は、各電気吸着脱イオン装置６０，６０’の流入水と異なる。また、前記電解質溶液６４ａは、前記電解質溶液６４ｂと同一であるかまたは異なりうる。図１１は、集電体６５ａ，６５ｂ，６５ｃに電源Ｖｓが、直列連結された構造を図示したものであり、図１２は、集電体６５ａ，６５ｂ，６５ｃに電源Ｖｓが、並列連結された構造を図示したものである。従って、図１１の電気吸着脱イオン装置６０と、図１２の電気吸着脱イオン装置６０’は、充電（または放電）時に同一位置に配置された一部電極６３ａ，６３ｂの極性が互いに反対になって、同一位置に配置された一部電荷障壁６２ａ，６２ｂの種類（すなわち、陽イオン選択性または陰イオン選択性）も互いに反対となる。
【００８５】
以下、実施例を挙げつつ、発明について詳細に説明するが、それらは例示的なものに過ぎず、本発明が下記実施例にのみ限定されるものではない。
【実施例】
【００８６】
（実施例１：電極及びセルの製造）
【００８７】
１）電極の製造
【００８８】
撹拌容器に、活性炭（比表面積１,３００ｍ２／ｇ）４０ｇ、カーボンブラック１０ｇ、６０重量％のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）水懸濁液４．１７ｇ、プロピレングリコール１３０ｇ及びＮＨ４ＨＣＯ３ １００ｇを付加した後、混練した後でプレスした。その後、前記結果物をオーブンで、８０℃で２時間、１２０℃で１時間及び２００℃で１時間乾燥して電極を完成した。
【００８９】
２）セルの製造
【００９０】
i)前記過程によって乾燥された電極を、面積１０ｃｍ×１０ｃｍ（１００ｃｍ２）のサイズに切って２枚を準備し、それぞれの重さを測定した。前記電極の重さは、１枚当たり５．９ｇであった。
【００９１】
ii)電極２枚を電解質溶液（０．５Ｍ ＫＣｌ水溶液）に入れ、真空含浸させた。
【００９２】
iii)集電体（黒鉛板）→ii)の電極のうち１枚→陽イオン交換膜（ＡＳＴＯＭ Neosepta ＣＭＸ）→セパレータ（透水性のオープンメッシュ）→陰イオン交換膜（ＡＳＴＯＭ Neosepta ＡＭＸ）→ii)の電極のうち残りの１枚→集電体（黒鉛板）の順で積層してセル（cell）を製造した。
【００９３】
iv)トルクレンチを使用し、セルに加えられる圧力を調節し、トルクを１．５Ｎ−ｍトルク（torque）まで増加させてセルを組み立てた。
【００９４】
v)各電極とイオン交換膜との間に、電解質溶液（０．５Ｍ ＫＣｌ水溶液）を注入した。
【００９５】
（実施例２）
【００９６】
電解質溶液として、０．５Ｍ ＫＣｌ水溶液の代わりに、１Ｍ ＫＣｌ水溶液を使用したことを除いては、前記実施例１と同じ方法で電極及びセルを製造した。
【００９７】
（実施例３）
【００９８】
電解質溶液として、０．５Ｍ ＫＣｌ水溶液の代わりに、４Ｍ ＫＣｌ水溶液を使用したことを除いては、前記実施例１と同じ方法で電極及びセルを製造した。
【００９９】
（比較例１）
【０１００】
電解質溶液として、０．５Ｍ ＫＣｌ水溶液の代わりに、イオン伝導度が１,１００μＳ／ｃｍである硬水を使用したことを除いては、前記実施例１と同じ方法で電極及びセルを製造した。
【０１０１】
（評価例）
【０１０２】
（セルの性能評価）
【０１０３】
実施例１〜３及び比較例１で製造したそれぞれのセルを、下記条件で運転した。
【０１０４】
（１）流出水のイオン伝導度の時間別推移
【０１０５】
実施例２及び比較例１の各セルを通過した流出水のイオン伝導度を、運転中に連続的に測定し、図１３にグラフで示した。流出水のイオン伝導度は、イオン伝導度計（ＨＯＲＩＢＡ、Ｄ−５４、センサ：３５６１−１０Ｄ）を使用して測定した。
【０１０６】
i)セルの運転は、常温で、流入水が十分に供給される状態で進めた。
【０１０７】
ii)流入水としては、ＩＥＣ ６０７３４基準硬水（１,１００μＳ／ｃｍ）を使用し、流速を３０ｍＬ／ｍｉｎに調節した。
【０１０８】
iii)逆電圧（−１Ｖ）で２０分間逆方向充電し、適正電圧（３Ｖ）で３０分間充電した後、また逆電圧（−１Ｖ）で３０分間放電した。１回の適正電圧充電（３Ｖ、３０分）及び１回の放電（−１Ｖ、３０分）を合わせ、１回の充放電サイクルという。次に、前記充放電サイクルを１０回反復して実行した。
【０１０９】
図１３で、凹型ピークは充電ピークであり、凸型ピークは放電ピークである。
【０１１０】
図１３を参照すれば、充電時、実施例２のセルは、比較例１のセルに比べ、流出水（すなわち、精製水）のイオン伝導度が低く、充電サイクルが反復されても、流出水のイオン伝導度が１回充電サイクルの場合と類似したレベルに低く維持されて脱イオン効率が高く、かつセル寿命が長いという事実が分かる。また、放電時、実施例２のセルは、比較例１のセルに比べ、流出水（すなわち、再生流入水）のイオン伝導度が高く、放電サイクルが反復されても、流出水のイオン伝導度が比較的高く維持され、電極再生効率が高くて電極寿命が長いという事実が分かる。
【０１１１】
（２）セルの性能
【０１１２】
また、初期１０回の充放電サイクルに係わる流出水のイオン伝導度、充電量、放電量及び電極再生率の平均値をそれぞれ計算し、その結果を下記表１に示した。充電量及び放電量は、充放電器（製造社：Wonatecモデル：ＷＭＰＧ１０００）を使用して測定した。すなわち、充電量及び放電量は、各充電及び放電過程で、前記充放電器に投入された、または前記充放電器から回収された総電荷量であり、それらそれぞれは、充放電時に、前記充放電器を介して流れた電流の累積量を測定することによって得られた。電極再生率は、下記数式２によって計算されうる。
【０１１３】
［数２］
電極再生率（％）＝放電量／充電量×１００・・・（２）
【０１１４】
【表１】
2011041940.tif 000003
【０１１５】
前記表１を参照すれば、実施例１〜３のセルが、比較例１のセルに比べ、流出水のイオン伝導度がはるかに低く、かつ電極再生率も高く、セル性能及び寿命がいずれも優秀であるという事実が分かる。
【０１１６】
（３）セルの逆方向充電量
【０１１７】
実施例１〜３で製造した各セルの逆方向充電量を、比較例１で製造したセルの逆方向充電量と比較し、下記表２及び図１４に示した。逆方向充電量の測定方法及び装置は、前述の放電量の測定方法及び装置と同一である。
【０１１８】
【表２】
2011041940.tif 000004
【０１１９】
前記表２及び図１４を参照すれば、実施例１〜３で製造したセルの逆方向充電量が、比較例１で製造したセルの逆方向充電量よりはるかに高いという事実が分かる。このように、逆方向充電量が高ければ、流入水の一次脱イオン量が多くなることになるので、結局、逆方向充電時に、実施例１〜３で製造したセルの脱イオン量が、比較例１で製造したセルの脱イオン量より非常にはるかに多いという事実が分かる。
【０１２０】
以上、添付図面を参照しつつ本発明による望ましい具現例について説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、当技術分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他具現例が可能であるという点を理解することができるであろう。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって決まるものである。
【符号の説明】
【０１２１】
１０，２０    電気吸着脱イオン装置
１１，２１    流路
１２，２２    電荷障壁
１３，２３    電極
１４，２４    電解質溶液
１５，２５    集電体
１６    スペーサ
２６    セパレータ
【図１】
2011041940.tif 000005
【図２】
2011041940.tif 000006
【図３】
2011041940.tif 000007
【図４】
2011041940.tif 000008
【図５】
2011041940.tif 000009
【図６】
2011041940.tif 000010
【図７】
2011041940.tif 000011
【図８】
2011041940.tif 000012
【図９】
2011041940.tif 000013
【図１０】
2011041940.tif 000014
【図１１】
2011041940.tif 000015
【図１２】
2011041940.tif 000016
【図１３】
2011041940.tif 000017
【図１４】
2011041940.tif 000018