特許 7507505 電気浸透ポンプ、電極の製造方法、これを利用した流体ポンピングシステム、及び、そのシステムの動作方法｛ＥＬＥＣＴＲＯＯＳＭＯＴＩＣ ＰＵＭＰ、ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤ、ＦＬＵＩＤ ＰＵＭＰＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＵＳＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ、ＡＮＤ ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤ ＴＨＥＲＥＯＦ｝

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-20

(45)【発行日】2024-06-28

(54)【発明の名称】電気浸透ポンプ、電極の製造方法、これを利用した流体ポンピングシステム、及び、そのシステムの動作方法｛ＥＬＥＣＴＲＯＯＳＭＯＴＩＣ ＰＵＭＰ、ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤ、ＦＬＵＩＤ ＰＵＭＰＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＵＳＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ、ＡＮＤ ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤ ＴＨＥＲＥＯＦ｝

(51)【国際特許分類】

   F04B 43/04 20060101AFI20240621BHJP

   F04B 9/00 20060101ALI20240621BHJP

   F04B 45/047 20060101ALI20240621BHJP

   F04D 33/00 20060101ALI20240621BHJP

【ＦＩ】

F04B43/04 Z

F04B9/00 B

F04B45/047 Z

F04D33/00

【請求項の数】 20

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022189328

(22)【出願日】2022-11-28

(65)【公開番号】P2023079220

(43)【公開日】2023-06-07

【審査請求日】2023-01-26

(31)【優先権主張番号】10-2021-0165573

(32)【優先日】2021-11-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】522464595

【氏名又は名称】ケアメディ カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＣＡＲＥＭＥＤＩ ＣＯ．，ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】（Ｓｉｎｓｕ－ｄｏｎｇ，Ｓｏｇａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ），Ｔｅｉｌｈａｒｄ Ｈａｌｌ ４１５－ｈｏ，３５，Ｂａｅｋｂｅｏｍ－ｒｏ，Ｍａｐｏ－ｇｕ Ｓｅｏｕｌ ０４１０７，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】シン，ウンソップ

(72)【発明者】

【氏名】チュ，ウンファ

(72)【発明者】

【氏名】キム，キョンヒョン

(72)【発明者】

【氏名】カン，ジュンヨン

【審査官】大瀬 円

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２７５０１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１１－５１４７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１７７９３１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｂ ４３／０４

Ｆ０４Ｂ ４５／０４７

Ｆ０４Ｂ ９／００

Ｆ０４Ｄ ３３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気浸透ポンプにおいて、
流体の移動を許容するメンブレン；及び、
前記メンブレンの両側にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極を含み、
前記第１電極及び前記第２電極は、非透過性基底物質（ｉｍｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）と、その上にコーティングされた電極物質とからなる電極であって、少なくとも一つ以上の流体移動通路が形成されたものであり、
前記非透過性基底物質は、伝導性物質、半導体物質及び非伝導性物質のうち少なくとも一つを含む板状の基材である、電気浸透ポンプ。

【請求項2】

前記伝導性物質は、炭素、ニッケル、銅、金、銀、チタン、ルテニウム、パラジウム、亜鉛、白金、コバルト、鉛、マンガン、柱石、イリジウム、鉄、アルミニウム、金オキサイド、銀オキサイド、ルテニウムオキサイド、白金オキサイド、鉛オキサイド、イリジウムオキサイド、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）の誘導体、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）の誘導体、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）の誘導体、及び、これらの組合せから選択される一つ以上を含むものである、請求項１に記載の電気浸透ポンプ。

【請求項3】

前記半導体物質は、Ｓｎ、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｇｅ、Ｓｅ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、ＳｉＯ_２、ＣｅＯ_２、ＴｉＯ_２、ＷＯ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）の誘導体、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）の誘導体、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）の誘導体、プルシアンブルー（ｐｒｕｓｓｉａｎ ｂｌｕｅ）、ＦｅＨＣＦ（ｉｒｏｎ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）、ＣｕＨＣＦ（ｃｏｐｐｅｒ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）、ＣｏＨＣＦ（ｃｏｂａｌｔ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）、ＮｉＨＣＦ（ｃｏｎｉｃｋｅｌ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）、及び、これらの組合せから選択される一つ以上を含むものである、請求項１に記載の電気浸透ポンプ。

【請求項4】

前記非伝導性物質は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、エチレンビニルアルコール、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエチレンスルホン、ポリオレフイン、ポリアミド、ポリエステル、アラミド、アクリル、ポリエチレンオキサイド、ポリカプロラクトン、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリベンゾイミダゾール、ポリ（２－ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（エーテルイミド）、スチレン－ブタジエン－スチレン２ブロック共重合体、ポリ（フェロセニルジメチルシラン）、ポリイミド、及び、これらの組合せから選択される一つ以上を含むものである、請求項１に記載の電気浸透ポンプ。

【請求項5】

前記電極物質は、金属、金属酸化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）、伝導性高分子（ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｐｏｌｙｍｅｒ）、金属ヘキサシアノフェレート（ｍｅｔａｌ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）、炭素ナノ構造体、及び、これらの複合体（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）から選択される一つ以上を含むものである、請求項１に記載の電気浸透ポンプ。

【請求項6】

前記金属は、銀、亜鉛、鉛、マンガン、銅、柱石、ルテニウム、ニッケル、金、チタン、パラジウム、白金、コバルト、鉄、アルミニウム、イリジウム、及び、これらの組合せのうち少なくとも一つを含むものである、請求項５に記載の電気浸透ポンプ。

【請求項7】

前記金属酸化物は、バナジウムオキサイド、モリブデンオキサイド（ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｏｘｉｄｅ；ＭｏＯ_３）、タングステンオキサイド（ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｏｘｉｄｅ；ＷＯ_３）、ルテニウムオキサイド、イリジウムオキサイド、マンガンオキサイド、セリウムオキサイド（ｃｅｒｉｕｍ ｏｘｉｄｅ；ＣｅＯ_２）、銀オキサイド、白金オキサイド、鉛オキサイド、ポリオキソメタレート（ｐｏｌｙｏｘｏｍｅｔａｌａｔｅ）、及び、これらの組合せのうち少なくとも一つを含むものである、請求項５に記載の電気浸透ポンプ。

【請求項8】

前記伝導性高分子は、ポリアニリン、ポリアニリンの誘導体、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）の誘導体、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）の誘導体、キノンポリマー（ｑｕｉｎｏｎｅ ｐｏｌｙｍｅｒ）、キノンポリマーの誘導体、ポリチオニン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｎｉｎｅ）、及び、これらの組合せのうち少なくとも一つを含むものである、請求項５に記載の電気浸透ポンプ。

【請求項9】

前記金属ヘキサシアノフェレートは、プロシアンブルー（ｐｒｕｓｓｉａｎ ｂｌｕｅ）、ＦｅＨＣＦ（ｉｒｏｎ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）、ＣｕＨＣＦ（ｃｏｐｐｅｒ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）、ＣｏＨＣＦ（ｃｏｂａｌｔ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）、ＮｉＨＣＦ（ｃｏｎｉｃｋｅｌ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）、及び、これらの組合せのうち少なくとも一つを含むものである、請求項５に記載の電気浸透ポンプ。

【請求項10】

前記炭素ナノ構造体は、炭素ナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ、ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）、炭素ナノ粒子（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ）、フラーレン（ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）、黒鉛（ｇｒａｐｈｉｔｅ）、及び、これらの組合せのうち少なくとも一つを含むものである、請求項５に記載の電気浸透ポンプ。

【請求項11】

前記第１電極または第２電極は、それぞれ独立して、熱圧着またはデカール転写方法によって、前記電極物質の表面が滑らかに処理されたものである、請求項１に記載の電気浸透ポンプ。

【請求項12】

前記第１電極及び／又は第２電極は、前記電極の全体面積比で前記流体移動通路の面積の割合が０％超過５０％以下に形成されたものである、請求項１に記載の電気浸透ポンプ。

【請求項13】

前記第１電極及び第２電極の両側で支持し、流路が形成されたフレームをさらに含むものである、請求項１に記載の電気浸透ポンプ。

【請求項14】

前記第１電極及び第２電極に電圧を供給する電源供給部をさらに含むものである、請求項１に記載の電気浸透ポンプ。

【請求項15】

前記第１電極及び第２電極のそれぞれに電圧の極性を交番して供給することで、正方向及び逆方向の電気化学反応が繰り返して起こるようにして、前記流体の繰り返しの往復移動によってポンピング力を発生させるものである、請求項１に記載の電気浸透ポンプ。

【請求項16】

繰り返しの正方向及び逆方向の前記電気化学反応によって、前記第１電極及び第２電極のそれぞれは、消耗及び再生が繰り返されるものである、請求項１５に記載の電気浸透ポンプ。

【請求項17】

（ａ）非透過性基底物質（ｉｍｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）からなる板状の基材に一つまたはそれ以上の流体移動通路を形成した後、前記基材に電極物質をコーティングすることで電極を取得すること；または、
（ｂ）非透過性基底物質（ｉｍｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）からなる板状の基材に電極物質をコーティングした後、前記基材に一つまたはそれ以上の流体移動通路を形成することで電極を取得すること
を含む、電気浸透ポンプを構成する電極の製造方法であって、
前記非透過性基底物質は、伝導性物質、半導体物質及び非伝導性物質のうち少なくとも一つを含むものである、電極の製造方法。

【請求項18】

前記電気浸透ポンプは、
流体の移動を許容するメンブレン；及び、
前記メンブレンの両側にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極を含み、
前記第１電極及び第２電極は、請求項１７に記載の方法によって製造された電極であり、
前記第１電極及び第２電極の電気化学反応によって、前記電極の流体移動通路を介して流体が移動する、請求項１７に記載の電極の製造方法。

【請求項19】

前記コーティングするステップは、
ドロップコーティング（ｄｒｏｐ－ｃｏａｔｉｎｇ）、ディップコーティング（ｄｉｐ－ｃｏａｔｉｎｇ）、スピンコーティング（ｓｐｉｎ－ｃｏａｔｉｎｇ）、スプレーコーティング、プリンティング、熱分解及び電着のうち少なくとも一つの方法によって、前記電極物質をコーティングすることである、請求項１７に記載の電極の製造方法。

【請求項20】

流体の移動を許容するメンブレンと、
前記メンブレンの両側にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極とを備え、
前記第１電極及び前記第２電極は、非透過性基底物質からなる板状の基材と、前記基材内に形成された少なくとも一つの流体移動通路とを含む電極であり、
前記非透過性基底物質は、銀、亜鉛、鉛、マンガン、銅、スズ、ルテニウム、ニッケル、金、チタン、パラジウム、プラチナ、コバルト、鉄、アルミニウム、イリジウム及びこれらの組み合わせの少なくとも一つを含む電気浸透ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気浸透ポンプ、電極の製造方法、これを利用した流体ポンピングシステム、及び、そのシステムの動作方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電気浸透ポンプは、多孔性膜（多孔性メンブレン）の両端に電極を利用して電圧をかけたときに生じる電気浸透現象によって流体が移動することを利用したポンプである。

【0003】

図１Ａは、本発明の一実施例による多孔性膜を介して流体が移動する電気浸透ポンプの作用を説明するための図面である。多孔性膜は、流体が流れ得る数多くの経路があるが、その一つは、図１Ａの下側のように示される。

【0004】

多孔性膜の材料としては、一般に、シリカ（ｓｉｌｉｃａ）、ガラス（ｇｌａｓｓ）などが用いられるが、これらは、水溶液に盛られていると、表面が負電荷を帯びるようになる。この状態で電圧をかけると、（＋）電極部から（－）電極部へ流体の移動が起こるようになる（図１Ａの上側図）。多孔性膜には、数多くの流体が通り得る経路がある。その一つを拡大してみると、負電荷（ｂｏｕｎｄ ａｎｉｏｎ）を帯びた流体通路の表面は、動くことのできる（＋）電荷を有した陽イオン（ｍｏｂｉｌｅ ｃａｔｉｏｎ）によって電荷均衡を取っている状態となる。かかる状況において電圧をかけると、（＋）電極部側から（－）電極部の方向に移動性陽イオン（ｍｏｂｉｌｅ ｃａｔｉｏｎ）が表面に沿って移動する。これにより、水素結合ネットワークで連結された流体の全体が滑るように流れる現象が生じるが、これを電気浸透現象といい、その原理を利用したポンプが電気浸透ポンプである。

【0005】

図１Ａを参照すると、電気浸透ポンプに活用される電極は、流体の移動を円滑にするために、多孔性電極である白金網（Ｐｔ ｍｅｓｈ）、多孔性カーボン紙或いは纎維（ｃａｒｂｏｎ ｐａｐｅｒ ｏｒ ｃａｒｂｏｎ ｃｌｏｔｈ）、または、多孔性構造の上にコーティングされた様々な電極物質が活用されている。このような電極を用いてシリカなどで構成された多孔性膜を挟んで電圧をかけると、これによる流体の移動が生じる。

【0006】

通常、電気浸透ポンプの電極は、流体の移動を円滑にするために、主に多孔性構造を有した電極基底物質が活用されている。この場合、電極基底物質が、多孔性形状が可能な電極構造体でなるか、電極基底物質の上に電着（ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ）などの方法でコーティング（ｃｏａｔｉｎｇ）或いは改質（ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）可能な電極物質のみが制限的に活用されていた。これに対し、ドロップコーティング、スピンコーティングなどの方法によって非透過性基底物質にコーティングが可能な様々な電極物質の使用は制限されてきた。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

このような問題を解決するために、本発明の一実施例は、既存の電気浸透ポンプの多孔性電極部の構成を非透過性基底物質の上に構成された様々な電極材料に取り替えた電気浸透ポンプを提示しようとする。

【0008】

但し、本実施例が達成しようとする技術的課題は、上記のような技術的課題に限定されず、また他の技術的課題がさらに存在し得る。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述した技術的課題を達成するための技術的手段として、本発明の一実施例による電気浸透ポンプは、流体の移動を許容するメンブレン；及び、メンブレンの両側にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極を含み、第１電極及び第２電極は、非透過性基底物質（ｉｍｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）と、その上にコーティングされた電極物質とからなる電極であって、少なくとも一つ以上の流体移動通路が形成されたものであり、非透過性基底物質は、伝導性物質、半導体物質及び非伝導性物質のうち少なくとも一つを含む板状の基材である。

【0010】

本発明の他の実施例による（ａ）非透過性基底物質（ｉｍｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）からなる板状の基材に一つまたはそれ以上の流体移動通路を形成した後、前記基材に電極物質をコーティングすることで電極を修得すること；または、（ｂ）非透過性基底物質（ｉｍｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）からなる板状の基材に電極物質をコーティングした後、前記基材に一つまたはそれ以上の流体移動通路を形成することで電極を修得することを含む、電気浸透ポンプを構成する電極の製造方法である。

【発明の効果】

【0011】

前述した本発明の課題解決手段によれば、既存の電気浸透ポンプにおける電極としては、流体の円滑な移動のために、白金網（Ｐｔ ｍｅｓｈ）、多孔性カーボン紙或いは纎維（ｃａｒｂｏｎ ｐａｐｅｒ ｏｒ ｃａｒｂｏｎ ｃｌｏｔｈ）などを基盤にする多孔性電極にみが活用されるという問題があった。しかしながら、本発明の電気浸透ポンプは、少なくとも一つ以上の流体移動通路が形成された非透過性電極基底物質を活用するようになり、ドロップコーティングやスピンコーティングが可能な様々な電極物質を活用した電気浸透ポンプの構成が可能である。

【0012】

これに加えて、より一層様々な電極物質を多様に電極表面にコーティングできる拡張性を見せるだけでなく、基板（ｓｕｓｂｓｔｒａｔｅ）を集電体そのものに使用することができ、電気浸透ポンプの構成の単純性を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1A】本発明の一実施例による多孔性膜を介して流体が移動する電気浸透ポンプの作用を説明するための図面である。

【図1B】多孔性電極を使用した既存の電気浸透ポンプの構成を示した図面である。

【図2A】本発明の一実施例による非透過性電極を使用した電気浸透ポンプの構成を示した図面である。

【図2B】本発明の一実施例による非透過性電極を使用した電気浸透ポンプの構成を示した図面である。

【図2C】本発明の一実施例によって図２Ａの電気浸透ポンプを利用する流体ポンピングシステムの構成を示す図面である。

【図2D】本発明の一実施例によって図２Ａの電気浸透ポンプを利用する流体ポンピングシステムの構成を示す図面である。

【図3A】本発明の一実施例によるＴｉプレートを電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５ＶをＴｉ電極の両端に３０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフである。

【図3B】本発明の一実施例によるＴｉプレートを電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５ＶをＴｉ電極の両端に３０秒ずつ変えながらかけたときの圧力回答グラフである。

【図4A】本発明の一実施例による流体移動通路の数を１個、２個、５個に異ならせたＴｉプレートにＲｕＯｘをドロップコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に３０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフである。

【図4B】本発明の一実施例による流体移動通路の数を１個、２個、５個に異ならせたＴｉプレートにＲｕＯｘをドロップコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に３０秒ずつ変えながらかけたときの圧力回答グラフである。

【図5A】本発明の一実施例によるＴｉプレートにＲｕＯｘをドロップコーティングする量を１.０５ｍｇ、２.１０ｍｇ、３.１５ｍｇに調節して作った電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に１０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフである。

【図5B】本発明の一実施例によるＴｉプレートにＲｕＯｘをドロップコーティングする量を１.０５ｍｇ、２.１０ｍｇ、３.１５ｍｇに調節して作った電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に１０秒ずつ変えながらかけたときの圧力回答グラフである。

【図6A】本発明の一実施例によるＴｉプレートにＭｎＯｘをドロップコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に３０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフである。

【図6B】本発明の一実施例によるＴｉプレートにＭｎＯｘをドロップコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に３０秒ずつ変えながらかけたときの圧力回答グラフである。

【図7A】本発明の一実施例によるＴｉプレートに鉄（ＩＩＩ）ヘキサシアノフェレートをドロップコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に１０秒ずつ変えながらかけたときの電流と圧力回答グラフである。

【図7B】本発明の一実施例によるＴｉプレートにＮｉＨＣＦをドロップコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に１０秒ずつ変えながらかけたときの電流と圧力回答グラフである。

【図8A】本発明の一実施例によるＴｉプレートに噴射法によってＩｒＯｘをコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に１０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフである。

【図8B】本発明の一実施例によるＴｉプレートに噴射法によってＩｒＯｘをコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に１０秒ずつ変えながらかけたときの圧力回答グラフである。

【図9A】本発明の一実施例によるＴｉプレートにＲｕＯｘをドロップコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に１０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフであり、

【図9B】本発明の一実施例によるＴｉプレートにＲｕＯｘをドロップコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に１０秒ずつ変えながらかけたときの圧力回答グラフである。

【図10】本発明の一実施例による横４ｍｍ、縦８ｍｍの流体移動通路を開けたＴｉプレート電極基板を示した図面である。

【図11A】本発明の一実施例によるＴｉプレートに大きい流体移動通路を開けて、ＲｕＯｘを電着した電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に１０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフである。

【図11B】本発明の一実施例によるＴｉプレートに大きい流体移動通路を開けて、ＲｕＯｘを電着した電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に１０秒ずつ変えながらかけたときの圧力回答グラフである。

【図12A】本発明の一実施例によるＴｉプレートにＲｕＯｘをドロップコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に３０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフである。

【図12B】本発明の一実施例によるＴｉプレートにＲｕＯｘをドロップコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に３０秒ずつ変えながらかけたときの圧力回答グラフである。

【図13A】本発明の一実施例によるＮｉプレートにＲｕＯｘをドロップコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に３０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフである。

【図13B】本発明の一実施例によるＮｉプレートにＲｕＯｘをドロップコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に３０秒ずつ変えながらかけたときの圧力回答グラフである。

【図14A】本発明の一実施例によるＴｉプレート上にＲｕＯｘをドロップコーティングした熱圧着していない電極を示したものである。

【図14B】本発明の一実施例によるＴｉプレート上にＲｕＯｘをドロップコーティングした後、熱圧着機を利用して熱圧着した電極を示したものである。

【図15A】本発明の一実施例によるＴｉプレートにＲｕＯｘをドロップコーティングした後、熱圧着した電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に１０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフである。

【図15B】本発明の一実施例によるＴｉプレートにＲｕＯｘをドロップコーティングした後、熱圧着した電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に１０秒ずつ変えながらかけたときの圧力回答グラフである。

【図16A】本発明の他の実施例による電気浸透ポンプを構成する電極の製造方法を説明するためのフローチャートである。

【図16B】本発明の他の実施例による電気浸透ポンプを構成する電極の製造方法を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための最良の形態】

【0014】

以下では、添付した図面を参照しながら、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施例を詳しく説明する。ところが、本発明は様々な異なる形態に具現されることができ、ここで説明する実施例に限定されるものではない。そして、図面において、本発明を明確に説明するために、説明とは関係ない部分は省略しており、明細書全体に亘って類似した部分に対しては類似した図面符号を付けている。

【0015】

本発明の明細書全体において、ある部分が他の部分と「連結」されているという場合、これは「直接的に連結」されている場合だけではなく、その中間に他の素子を挟んで「電気的に連結」されている場合も含む。

【0016】

本発明の明細書全体において、ある部材が他の部材の「上に」位置しているという場合、これは、ある部材が他の部材に接している場合だけでなく、両部材の間にまた他の部材が存在する場合も含む。

【0017】

本発明の明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」という場合、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。本発明の明細書全体において使用される程度の用語「約」、「実質的に」などは、言及された意味に固有の製造及び物質許容誤差が提示される場合、その数値で、またはその数値に近接した意味として使用され、本発明の理解を助けるために、適確であるか絶対的な数値が言及された開示内容を非良心的な侵害者が不当に利用することを防止するために使用される。本発明の明細書全体において使用される程度の用語「～（する）ステップ」または「～のステップ」は、「～のためのステップ」を意味するものではない。

【0018】

先ず、本発明における非透過性（ｉｍｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）の定義は、液体やガスが通過できる隙間や孔がないものであって、メッシュ構造の物質、フォームタイブの物質、カーボンペーパー、多くの粒子を集合させた構造体などの多孔性物質とは異なる性格を有する。本発明においては、板状に形成された非透過性基底物質に電極物質をコーティングして形成した電極に流体移動通路を形成し、流体が電極とメンブレンとを通過できるように構成する。従来は、多孔性基底物質に電極物質をコーティングする形で電極を製造していたため、多様ではない多孔性基底物質を基盤に工程を処理しなければならないという不都合があったが、本発明によれば、様々な種類の非透過性基底物質を利用して電極を形成するので、工程の自由度が高くなり、また、電極の製造コストも節減することができる。

【0019】

（例１）既存の多孔性電極を利用した電気浸透ポンプの構成と、本発明の非透過性電極を利用した電気浸透ポンプの構成との比較

【0020】

図１Ｂは、多孔性電極を使用した既存の電気浸透ポンプの構成を示した図面である。

【0021】

一例として、図示のように、既存の電気浸透ポンプ（Ｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｔｉｃ Ｐｕｍｐ、ＥＯＰ）は、多孔性シリカメンブレン（ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃａ ｍｅｍｂｒａｎｅ）１１を中心に両側にそれぞれ１個ずつの多孔性電極１３、１５、銀コンタクトストリップ（Ａｇ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｔｒｉｐ）２０、支持用フレーム（ｆｒａｍｅ）３０を順に連結した後、エポキシ（ｅｐｏｘｙ）を利用して固定することで製作される。

【0022】

図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、既存の電気浸透ポンプは、流体が移動する流体経路部１９に設けられる多孔性シリカメンブレン１１、メンブレン１１の両側にそれぞれ設けられた多孔性電極１３、１５、各電極を連結して電源を伝達するコンタクトストリップ２０及び支持用フレーム３０を含む。コンタクトストリップ２０は、電源供給部１７との連結部材を備えて、ポンプの外部に備えられた電源供給部１７から供給された電源を多孔性電極１３、１５に伝達する。

【0023】

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の一実施例による非透過性電極を使用した電気浸透ポンプの構成を示した図面である。

【0024】

図２Ａを参照すると、本発明の電気浸透ポンプは、メンブレン１１、第１電極１３０、第２電極１５０及び一対のフレーム３０を含む。

【0025】

例示として、図２Ａに示されたように、電気浸透ポンプは、流体の移動を許容するメンブレン１１、及び、メンブレン１１の両側にそれぞれ設けられた第１電極１３０及び第２電極１５０を含む。ここで、第１電極１３０及び第２電極１５０は、非透過性基底物質（ｉｍｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）と、その上にコーティングされた電極物質とからなる電極であって、少なくとも一つ以上の流体移動通路が形成されたものである。すなわち、電気浸透ポンプは、第１電極１３０及び第２電極１５０の電気化学反応によって、流体移動通路を介して流体が移動することができる。

【0026】

また、図２Ｂを参照すると、電気浸透ポンプ２３０は、第１電極１３０及び第２電極１５０の両側で支持し、流路が形成されたフレーム３０、第１電極１３０及び第２電極１５０に電圧を供給する電源供給部４６をさらに含んでいても良い。

【0027】

このような電気浸透ポンプ２３０は、第１電極１３０及び第２電極１５０のそれぞれに電圧の極性を交番して供給することで、正方向及び逆方向の電気化学反応が繰り返して起こるようにして、流体の繰り返しの往復移動によってポンピング力を発生させることができる。また、繰り返しの正方向及び逆方向の電気化学反応によって、第１電極１３０及び第２電極１５０のそれぞれは、消耗及び再生が繰り返されることができる。

【0028】

一例として、図示のように、第１及び第２電極１３０、１５０は、非透過性基底物質と電極物質とからなる板状の電極であって、多孔性電極ではない非透過性であり、真ん中に１ｍｍの直径を有する一つの流体移動通路を含む。

【0029】

すなわち、本発明は、電極物質をドロップコーティング（ｄｒｏｐ－ｃｏａｔｉｎｇ）などの様々な方法によって非透過性基底物質の表面に付着させることで、電気浸透ポンプ電極の性能を向上させることができる。また、本発明は、既存の電気浸透ポンプから各電極に電源を伝達する別途のコンタクトストリップ（ｃｏｎｔａｃｔ ｗｉｒｅ）が必要でなく、板状の電極自体を電気接点（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｔａｃｔ）として活用することができるため、単純な形態の電気浸透ポンプの構成が可能である。

【0030】

例示として、電気浸透ポンプ２３０は、メンブレン１１と、第１及び第２電極１３０、１５０の間の流体の流れによって陽圧と陰圧とを発生させる。また、メンブレン１１は、流体の移動を許容できるように、多孔性材質または構造で形成される。

【0031】

一例として、各電極１３０、１５０に電圧が供給されると、第１電極１３０及び第２電極１５０の電圧差によって、第１電極１３０及び第２電極１５０に酸化還元反応が起こり、電荷均衡が割れるようになる。このとき、電極１３０、１５０内で陽イオンが流体移動通路を介して移動することによって、電荷均衡が取れるようになる。このとき、第１電極１３０及び第２電極１５０のいずれか一つは、電気化学反応によって陽イオンを発生させ、他の一つは、陽イオンを消耗しても良い。ここで、電気化学反応の際に発生してまた消耗される陽イオンは、１価の陽イオンであってもよいが、これに限定されるものではなく、水素イオン（Ｈ^＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ^＋）、カリウムイオン（Ｋ^＋）などのように、様々なイオンを含んでいても良い。

【0032】

このような酸化還元反応によるイオンの移動がメンブレン１１を介して行われれば、流体が電極の流体移動通路を介して移動することができる。このとき、メンブレン１１は、流体だけでなく、イオンの移動も許容することができる。よって、流体とイオンとは、電極１３０、１５０に電源が供給されれば、メンブレン１１の一側から他側に、または他側から一側に移動することができる。

【0033】

また、第１電極１３０及び第２電極１５０には、伝導性高分子の電極物質がコーティングされても良い。その場合、電極物質に巨大陰イオン性高分子（すなわち、陰イオン性高分子）を含めると、電極１３０、１５０の酸化還元の反応時に、陰イオン性高分子は固定して移動されることができないため、陽イオンが移動しながら電荷均衡を取るようになる。すなわち、還元反応の際に固定された陰イオン性高分子の電荷均衡を取るために、流体の中に存在する陽イオンが混入して入り込み、酸化反応の際には、陽イオンの放出がある。かかる陽イオンは、負電荷に帯電されたメンブレン１１の表面を両端にかかっている電圧によって滑るように移動し、水和された水分子と、これと水素結合によって連結された水分子らが連結されて、電気浸透ポンプ２３０が速い速度で流体を移動させることができるようになる。

【0034】

具体的に、非透過性基底物質は、伝導性物質、半導体物質及び非伝導性物質のうち少なくとも一つを含む板状の基材であって、プレート、ホイルまたはフィルムであっても良い。このとき、伝導性物質は、炭素、ニッケル、銅、金、銀、チタン、ルテニウム、パラジウム、亜鉛、白金、コバルト、鉛、マンガン、柱石、イリジウム、鉄、アルミニウム、金オキサイド、銀オキサイド、ルテニウムオキサイド、白金オキサイド、鉛オキサイド、イリジウムオキサイド、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）の誘導体、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）の誘導体、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）の誘導体、及び、これらの組合せから選択される一つ以上を含む。半導体物質は、Ｓｎ、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｇｅ、Ｓｅ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、ＳｉＯ_２、ＣｅＯ_２、ＴｉＯ_２、ＷＯ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）の誘導体、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）の誘導体、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）の誘導体、プルシアンブルー（ｐｒｕｓｓｉａｎ ｂｌｕｅ）、ＦｅＨＣＦ（ｉｒｏｎ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）、ＣｕＨＣＦ（ｃｏｐｐｅｒ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）、ＣｏＨＣＦ（ｃｏｂａｌｔ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）、及び、ＮｉＨＣＦ（ｎｉｃｋｅｌ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）、及び、これらの組合せから選択される一つ以上を含む。非伝導性物質は、ポリエチレン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ；ＰＥ）、ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ；ＰＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ；ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｃｈｌｏｒｉｄｅ；ＰＶＤＣ）、エチレンビニルアルコール（ｅｔｈｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌ；ＥＶＯＨ）、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ；ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）；ＰＭＭＡ）ポリオレフイン（ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎｅ）、ポリアミド（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）、ポリエステル（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）、アラミド（ａｒａｍｉｄｅ）、アクリル（ａｃｒｙｌｉｃ）、ポリエチレンオキサイド（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ）、ポリカプロラクトン（ｐｏｌｙｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ）、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリウレタン（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ；ＰＵ）、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ；ｐｏｌｙｂｅｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）、ポリ（２－ヒドロキシエチルメタクリレート（ｐｏｌｙ（２－ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ））、ポリ（エーテルイミド）（ｐｏｌｙ（ｅｔｈｅｒ ｉｍｉｄｅ））、スチレン－ブタジエン－スチレン３ブロック共重合体（ｓｔｙｒｅｎｅ－ｂｕｔａｄｉｅｎｅ－ｓｔｙｒｅｎｅ ｔｒｉｂｌｏｃｋ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ；ＳＢＳ）、ポリ（フェロセニルジメチルシラン）（ｐｏｌｙ（ｆｅｒｒｏｃｅｎｙｌｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌａｎｅ））、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ；ＰＩ）、及び、これらの組合せから選択される一つ以上を含む。

【0035】

例示として、電極物質は、金属、金属酸化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）、伝導性高分子（ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｐｏｌｙｍｅｒ）、金属ヘキサシアノフェレート（ｍｅｔａｌ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）、炭素ナノ構造体、及び、これらの複合体（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）から選択される一つ以上を含む。例示として、電極物質は、金属、金属酸化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）、伝導性高分子（ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｐｏｌｙｍｅｒ）、金属ヘキサシアノフェレート（ｍｅｔａｌ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）、炭素ナノ構造体、または、これらの複合体（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）で構成される。

【0036】

以下、各電極物質の例を説明すると、金属は、銀、亜鉛、鉛、マンガン、銅、柱石、ルテニウム、ニッケル、金、チタン、パラジウム、白金、コバルト、鉄、アルミニウム、イリジウム、及び、これらの組合せのうち少なくとも一つを含む。また、金属酸化物は、バナジウムオキサイド、モリブデンオキサイド（ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｏｘｉｄｅ； ＭｏＯ_３）、タングステンオキサイド（ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｏｘｉｄｅ；ＷＯ_３）、ルテニウムオキサイド、イリジウムオキサイド、マンガンオキサイド、セリウムオキサイド（ｃｅｒｉｕｍ ｏｘｉｄｅ；ＣｅＯ_２）、銀オキサイド、白金オキサイド、鉛オキサイド、ポリオキソメタレート（ｐｏｌｙｏｘｏｍｅｔａｌａｔｅ）、及び、これらの組合せのうち少なくとも一つを含む。

【0037】

伝導性高分子は、ポリアニリン、ポリアニリンの誘導体、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）の誘導体、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）の誘導体、キノンポリマー（ｑｕｉｎｏｎｅ ｐｏｌｙｍｅｒ）、キノンポリマーの誘導体、ポリチオニン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｎｉｎｅ）、及び、これらの組合せのうち少なくとも一つを含む。

【0038】

金属ヘキサシアノフェレートは、プロシアンブルー（ｐｒｕｓｓｉａｎ ｂｌｕｅ）、ＦｅＨＣＦ（ｉｒｏｎ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）、ＣｕＨＣＦ（ｃｏｐｐｅｒ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）、ＣｏＨＣＦ（ｃｏｂａｌｔ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）、ＮｉＨＣＦ（ｃｏｎｉｃｋｅｌ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）、及び、これらの組合せのうち少なくとも一つを含む。

【0039】

炭素ナノ構造体は、炭素ナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ、ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）、炭素ナノ粒子（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ）、フラーレン（ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）、黒煙（ｇｒａｐｈｉｔｅ）、及び、これらの組合せのうち少なくとも一つを含む。炭素ナノ構造体の中で炭素ナノチューブが含まれた電極物質の複合体を電着させた電極では、より安定して且つ速い速度で酸化還元反応が起こり得る。

【0040】

その他にも、電極物質は、電気伝導性を有するか、負電荷を帯びる様々な高分子であっても良い。

【0041】

一例として、前述した電極物質は、多数の層に積層された構造で形成されても良い。また、電極物質は、ドロップコーティング（ｄｒｏｐ－ｃｏａｔｉｎｇ）、ディップコーティング（ｄｉｐ－ｃｏａｔｉｎｇ）、スピンコーティング（ｓｐｉｎ－ｃｏａｔｉｎｇ）、スプレーコーティング、プリンティング、熱分解及び電着のうち少なくとも一つの方法によって、非透過性基底物質の上にコーティングされたものであっても良い。以後、第１電極１３０及び第２電極１５０は、それぞれ独立して、熱圧着またはデカール転写方法によって、コーティングされた電極物質の表面が滑らかに処理されることができる。

【0042】

第１電極１３０及び／又は第２電極１５０は、電極１３０、１５０の全体面積比で流体移動通路の面積の割合が０％超過５０％以下に形成されても良い（図１０を参照）。例えば、流体移動通路の形状は、円形、四角形、または、それ以外の様々な形状に形成されても良く、個数は、少なくとも一つまたは複数個に形成され、電極比で流体移動通路の面積割合が５０％以下に形成されても良い。

【0043】

図２Ｃ及び図２Ｄは、本発明の一実施例によって図２Ａの電気浸透ポンプを利用する流体ポンピングシステムの構成を示す図面である。

【0044】

本発明の流体ポンピングシステム４０は、電気浸透ポンプ２３０、第１隔離材２１０、第２隔離材２２０、移送チャンバ２４０、吸入口２４０ａ、吐出口２４０ｂ、モニタリングチャンバ２５０、圧力測定部２６０、吸入バルブ２７０、吐出バルブ２８０、リザーバー４１、吸入路４２、吐出路４５、電源供給部４６、及び、制御回路４７を含む。

【0045】

具体的に、流体ポンピングシステム４０は、電気浸透ポンプ２３０、電気浸透ポンプ２３０の一側に備えられて、陽圧と陰圧とが交番して発生することによって形状が変形する第１隔離材２１０、第１隔離材２１０の一側に備えられて、第１隔離材２１０の変形に対応して移送対象流体を吸入及び吐出する移送チャンバ２４０、及び、電気浸透ポンプ２３０の他側に備えられて、陽圧と陰圧とが交番して発生することによって形状が変形する第２隔離材２２０を含む。

【0046】

また、移送チャンバ２４０の一面には、移送対象流体の吸入及び吐出が行われる吸入口２４０ａ及び吐出口２４０ｂが形成され、吸入口２４０ａ及び吐出口２４０ｂのそれぞれには、移送対象流体の流れを許容するか遮断する吸入バルブ２７０及び吐出バルブ２８０が締結される。このとき、吸入バルブ２７０は、陽圧の発生時に閉鎖されて、陰圧の発生時に開放され、吐出バルブ２８０は、陽圧の発生時に開放されて、陰圧の発生時に閉鎖される。

【0047】

例示として、図２Ｃに示されたように、電気浸透ポンプ２３０は、電気化学反応によって流体及び／又は気体を往復運動させる少なくとも一つの構成要素を含んでいても良いが、これに制限されるものではない。電気浸透ポンプ２３０は、電気浸透原理を用いて具現されても良い。これは、毛細管または多孔性膜の両端に電極を用いて電圧をかけたときに生じる電気浸透現象によって流体の移動することを利用するものであって、機械式ポンプとは異なり、機械的に動く部分がなく、無騒音であり、かけた電圧に比例して効果良く流速を調節することができるという長所がある。

【0048】

例示として、隔離材２１０、２２０は、電気浸透ポンプ２３０の少なくとも一端に設けられ、流体と移送対象流体とを分離する。隔離材２１０、２２０は、流体と移送対象流体とが混じることが防止するように、流体が入っている空間と移送対象流体が入っている空間とを区切りながら、流体の移動によって発生するポンピング力を移送対象流体に伝達する役割をする。

【0049】

すなわち、電気浸透ポンプ２３０の両側に構成された第１及び第２隔離材２１０、２２０は、非制限的な例示として、スライダー、オイルギャップ（ｏｉｌ ｇａｐ）を形成するオイル、弾性を有した薄い膜でなる天然ゴム、合成ゴム、高分子物質、金属板などで製作されても良い。また、第１及び第２隔離材２１０、２２０は、電気浸透ポンプ２３０の駆動によって陰圧と陽圧とが交番して発生することによって、少なくとも一部が前進及び後進移動して、移送チャンバ２４０及びモニタリングチャンバ２５０に陰圧と陽圧とを伝達する。

【0050】

例示として、第１隔離材２１０は、電気浸透ポンプ２３０の駆動によって発生した陰圧と陽圧とを移送対象流体に伝達する。より具体的に、陰圧が発生すれば、第１隔離材２１０の少なくとも一部が後進して（すなわち、図２Ｃを基準に第１隔離材２１０の一部がモニタリングチャンバ２５０の方向に移動する場合（長い点線で示される））、移送対象流体が移送チャンバ２４０に吸入される。その反対に陽圧が発生すると、第１隔離材２１０の少なくとも一部が前進して（すなわち、図２Ｃを基準に第１隔離材２１０の一部が移送チャンバ２４０の方向に移動する場合（短い点線で示される））、移送対象流体が移送チャンバ２４０から吐出される。

【0051】

その際、移送対象流体の吸入及び吐出は、移送チャンバ２４０の一面に形成された吸入口２４０ａと吐出口２４０ｂとを介して行われる。吸入口２４０ａと吐出口２４０ｂのそれぞれには、移送対象流体の流れを許容するか遮断する吸入バルブ２７０と吐出バルブ２８０とが締結されて、移送対象流体が吸入口２４０ａを介して吸入され、吐出口２４０ｂを介して吐出されるようにすることができる。言い換えれば、吸入バルブ２７０は、第１隔離材２１０の前進時に閉鎖されて、後進時に開放され、吐出バルブ２８０は、第１隔離材２１０の前進時に開放されて、後進時に閉鎖される。このような吸入バルブ２７０と吐出バルブ２８０とは、例示的としてチェックバルブ（ｃｈｅｃｋ ｖａｌｖｅ）であっても良いが、これに限定されるものではなく、互いに反対に作動する開閉装置であっても良い。

【0052】

第２隔離材２２０は、第１隔離材２１０と同様に、電気浸透ポンプ２３０の駆動によって後進と前進とを繰り返す。これにより、第２隔離材２２０の運動によって、モニタリングチャンバ２５０内の空気圧力は変化する。すなわち、陰圧が発生すると、第２隔離材２２０の少なくとも一部が後進して（すなわち、図２Ｃを基準に第２隔離材２２０の一部がモニタリングチャンバ２５０の方向に移動する場合（長い点線で示される））、モニタリングチャンバ２５０の圧力が高くなる。その反対に、陽圧が発生すると、第２隔離材２２０の少なくとも一部が前進して（すなわち、図２Ｃを基準に第２隔離材２２０の一部が移送チャンバ２４０の方向に移動する場合（短い点線で示される））、モニタリングチャンバ２５０の空気圧力は低くなる。

【0053】

圧力測定部２６０は、モニタリングチャンバ２５０の内部に備えられ、モニタリングチャンバ２５０内の圧力を感知して電気信号に変換する。例示として、圧力測定部２６０は、第２隔離材２２０が変形することによるモニタリングチャンバ２５０の容量の変化、磁力強さの変化、抵抗変位または電圧変位などを基に圧力値を検出する圧力センサであっても良い。または、圧力測定部２６０は、第２隔離材２２０に締結されるか、第２隔離材２２０と一体型に形成されて、第２隔離材２２０の変形度を基に圧力値を検出する圧力センサであっても良い。しかしながら、これに限定されるものではなく、圧力測定部２６０は、様々な方式でモニタリングチャンバ２５０の内部の圧力を測定することができる。

【0054】

また、図２Ｄを参照すると、流体ポンピングシステム４０は、図２Ｃに示された電気浸透ポンプの構成、移送対象流体が貯蔵されたリザーバー４１から吐出された移送対象流体が移送チャンバ２４０に吸入される流体移送路である吸入路４２、移送チャンバ２４０から吐出された移送対象流体の流体移送路である吐出路４５、第２隔離材２２０の一側に備えられて、第２隔離材２２０の変形に対応して圧力が変化するモニタリングチャンバ２５０、モニタリングチャンバ２５０の圧力変化を測定する圧力測定部２６０、及び、圧力測定部２６０で測定された圧力値をモニタリングして、電気浸透ポンプ２３０の異常を検出する制御回路４７を含む。また、流体ポンピングシステム４０は、電気浸透ポンプ２３０と制御回路４７に電源を供給する電源供給部４６をさらに含む。

【0055】

吸入路４２は、リザーバー４１の吐出口及び吸入バルブ２７０（または、移送チャンバ２４０の吸入口２４０ａ）のそれぞれに両末端が締結されて、リザーバー４１に貯蔵されていた移送対象流体を移送チャンバ２４０に移動させる。吐出路４５は、吐出バルブ２８０（または、移送チャンバ２４０の吐出口２４０ｂ）に一端が締結され、他端は、対象体に挿入されて移送対象流体を対象体に運送（すなわち、注入）するように形成される。例示として、吐出路４５は、他端にニードル（ｎｅｅｄｌｅ）、カニューレ（ｃａｎｎｕｌａ）及び／又はカテーテル（ｃａｔｈｅｔｅｒ）であっても良い。

【0056】

リザーバー４１は、外部の気体及びイオンに対して遮断可能な素材で形成される移送対象流体を貯蔵する貯蔵容器であり、一側に吸入路４２が締結され、電気浸透ポンプ２３０の駆動に同期化して移送対象流体を吐出する。すなわち、電気浸透ポンプ２３０の駆動によって陰圧が発生すると、吸入バルブ２７０が開放されて、リザーバー４１に貯蔵されていた移送対象流体が吸入路４２を介して吸入バルブ２７０に移動する。その反対に、陽圧が発生すると、吸入バルブ２７０は閉鎖されて、移送対象流体の移動が停止する。この場合、吐出バルブ２８０が開放されるので、吐出バルブ２８０に締結された吐出路４５を介して移送対象流体が対象体に注入されることができる。

【0057】

（例２）非透過性板状の基底物質を使用した電極の電気浸透ポンプへの使用可能性の確認

【0058】

図３Ａは、本発明の一実施例によるＴｉプレート（Ｔｉ ｐｌａｔｅ）を電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５ＶをＴｉ電極の両端に３０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフであり、図３Ｂは、同一の条件における圧力回答グラフである。

【0059】

図３Ａ及び３Ｂを参照すると、最初は、他の電極物質のコーティングなしに非透過性基底物質（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）であるＴｉプレート（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｐｌａｔｅ）を利用した。これに１ｍｍの小さい流体移動通路を介して流体が流れながら圧力を示すことができるかを確認するために、Ｔｉプレートを利用した電気浸透ポンプの性能を確認してみた（図３Ａ、図３Ｂ、表１）。駆動条件は、＋２.５Ｖ、－２.５Ｖ、各３０秒のパルス時間、連続駆動で０.５ｍＭ Ｌｉ_２ ＳＯ_４ポンピング溶液で駆動した。実験のための電気浸透ポンプの構成は、図２Ａ～図２Ｄの通りであり、多孔性シリカメンブレンは、厚さ２ｍｍ、横６ｍｍ、縦１０ｍｍの大きさを使用し、電極兼基板は、横６ｍｍ、縦１５ｍｍのＴｉプレートを使用した。

【0060】

【表1】

【0061】

表１を参照すると、すなわち、Ｔｉプレートからなる非透過性電極を利用した場合、流体が流れることはできるものの、流量や圧力が極めて微々たるものであることが分かる。

【0062】

（例３）電極物質を活用した非透過性電極の性能向上及び多孔性電極との比較

【0063】

（例２）において、Ｔｉプレートからなる非透過性基底物質に小さい流体移動通路が一つだけあっても、流体が流れて圧力が示される。しかしながら、電極の性能が良くなく、ポンプとして低い性能を見せた。そこで、電極物質を追加的にコーティングして電極の性能を向上させた。ピペットで一定量の電極物質スラリー（ｓｌｕｒｒｙ）を落すことでコーティングするドロップコーティング方式を使用した。９０℃のホット（ｈｏｔ）プレートの上で電極物質をコーティングする作業を通じて２０分内で乾燥した。一例として、電極物質であるＲｕＯｘを１ｍｍの流体移動通路が真ん中に一つあるＴｉプレートにドロップコーティングした。また、多孔性カーボン紙（ｐｏｒｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｐａｐｅｒ）に構成される多孔性電極は、炭素電極の上にＲｕＯｘスラリーを筆を利用して塗った後、１１０℃のオーブンで乾燥した。この場合は、電極物質の損失も多く、炭素電極の上にコーティングされたＲｕＯｘの実際の量は把握することが困難であった。これらの電極性能を比較、確認するために、電気浸透ポンプに適用して、＋２.５Ｖ、－２.５Ｖ、各３０秒のパルス時間（ｐｕｌｓｅ ｔｉｍｅ）、連続駆動で０.５ｍＭ Ｌｉ_２ ＳＯ_４ポンピング溶液で駆動性能を比較した（表２）。実験のための電気浸透ポンプを構成するときにＴｉプレートを使用した電気浸透ポンプは、図２Ａ～図２Ｄのように、多孔性シリカメンブレンは、厚さ２ｍｍ、横６ｍｍ、縦１０ｍｍの大きさを使用した。非透過性の場合、電極兼基板は、横６ｍｍ、縦１５ｍｍのＴｉプレートを使用した。多孔性カーボン紙の電極に具現されたＲｕＯｘ電極は、横６ｍｍ、縦１０ｍｍを使用し、コンタクトワイヤ（ｃｏｎｔａｃｔ ｗｉｒｅ）としては、銀ワイヤ（ｓｉｌｖｅｒ ｗｉｒｅ）を使用した。

【0064】

【表2】

【0065】

表１及び表２を参照すると、Ｔｉプレートに効率的な電極物質をコーティングしたもの（表２の上段部）は、Ｔｉプレートのみを使用した場合（表１）と比較して、電気浸透ポンプの性能である流量／電力（Ｆｌｏｗ／ｐｏｗｅｒ）と、圧力（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）とがかなり向上されていることが分かる。

【0066】

また、多孔性カーボン紙の電極に具現されたものと比較したとき（表２の下段部）、Ｔｉプレートを利用した電極がより高い圧力と流量／電力を見せることが分かる。すなわち、効率的な電極のコーティングによって、ポンプの性能が向上されていることが分かる。

【0067】

多孔性カーボン紙の電極に電極物質を筆でコーティングする方式は、電極物質をコーティングする過程で、基底物質の多孔性流路を介して電極物質が通過するようになり、コーティングされる電極物質の量を一定にすることはできなかった。これに対し、ピペットを利用してＴｉプレートにドロップコーティングする方式は、一定量の電極物質を使用して効率の良いかつ再現性のある電極を製作することができた。また、壊れやすいカーボン紙の電極と比較し、Ｔｉプレートを使用することによって、高い強度の電極を具現することができた。さらに、電気的なコンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）を別途に構成する必要なく、基底物質であるＴｉプレートが電気的導体であって、それ自体を電気的コンタクトとして活用し、構成を単純化することができた。

【0068】

（例４）非透過性電極の流体移動通路の数による電気浸透ポンプの性能比較

【0069】

図４Ａは、本発明の一実施例による流体移動通路の数を１個、２個及び５個にそれぞれ異ならせたＴｉプレートに、ＲｕＯｘをドロップコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に３０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフであり、図４Ｂは、同一の条件における圧力回答グラフである。

【0070】

非透過性電極の流体移動通路の数によって流体が流れる程度を確認するために、Ｔｉプレートに流体移動通路の数を異ならせて比較した。具体的に、それぞれのＴｉプレートに流体が移動できる１ｍｍ孔の個数を１個、２個及び５個にそれぞれ開けた後、ＲｕＯｘスラリーをドロップコーティングした電極の性能を電気浸透ポンプに適用して確認した（図４Ａ、図４Ｂ、表３）。駆動条件は、＋２.５Ｖ、－２.５Ｖ、各３０秒のパルス時間、連続駆動で０.５ｍＭ Ｌｉ_２ ＳＯ_４ポンピング溶液で駆動した。実験のための電気浸透ポンプを構成するとき、図２Ａ～図２Ｄのように、多孔性シリカメンブレンは、厚さ２ｍｍ、横６ｍｍ、縦１０ｍｍの大きさを使用し、電極兼基板は、横６ｍｍ、縦１５ｍｍのＴｉプレートを使用した。

【0071】

【表3】

【0072】

表３を参照すると、Ｔｉプレートに開けられた流体移動通路の数を異ならせて性能を比較したとき、流体移動通路を５個を開けた方が若干より高い効率を見せるが、流体移動通路１個と大きな違いはなく、既存のポンプに似たような性能を見せることを確認した。これにより、多い数の流路を使用することなく、流体が移動できる小さい通路が一つだけあっても、電気浸透ポンプの性能に大きな違いなく駆動されることを確認した。

【0073】

（例５）ＲｕＯｘ基盤の非透過性電極のコーティング量による性能

【0074】

図５Ａは、本発明の一実施例によるＴｉプレートにＲｕＯｘをドロップコーティングする量を１.０５ｍｇ、２.１０ｍｇ、３.１５ｍｇに調節して作った電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に１０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフであり、図５Ｂは、同一の条件における圧力回答グラフである。

【0075】

図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、（例４）において、非透過性板状の基底物質にドロップコーティングによって定量コーティングが可能であることを確認し、これにより、電極上で電極物質の量を調節することができるようになった。電極物質の量を異ならせて調節することで、電極の性能を調節することができるか確認するために、非透過性基底物質上に電極物質のコーティング量を異ならせて電極の性能差を確認した。一例として、Ｔｉプレート上にＲｕＯｘのコーティング量を異ならせて、横６ｍｍ、縦１５ｍｍの電極上にＲｕＯｘがそれぞれ１.０５ｍｇ、２.１０ｍｇ、３.１５ｍｇがコーティングされるように電極を製作した。電極の性能を確認するために、電気浸透ポンプに適用して確認した（図５Ａ、図５Ｂ、表４）。駆動条件は、＋２.５Ｖ、－２.５Ｖ、各１０秒のパルス時間、連続駆動で０.５ｍＭ Ｌｉ_２ ＳＯ_４ポンピング溶液で駆動した。実験のための電気浸透ポンプを構成するとき、図２Ａ～図２Ｄのように、多孔性シリカメンブレンは、厚さ２ｍｍ、横６ｍｍ、縦１０ｍｍの大きさを使用した。

【0076】

【表4】

【0077】

表４を参照すると、Ｔｉプレート上にＲｕＯｘのコーティング量を異ならせたとき、電極物質の量が増加するほど電流及び流量が増加した。これにより、非透過性基底物質の上に電極物質を定量的に量を異ならせてコーティングすることで、電極の性能を調節できることを確認した。

【0078】

（例６）ＭｎＯｘ基盤の非透過性電極

【0079】

図６Ａは、本発明の一実施例によるＴｉプレートにＭｎＯｘをドロップコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に３０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフであり、図６Ｂは、同一の条件における圧力回答グラフである。

【0080】

図６Ａ及び６Ｂを参照すると、上記で言及したように、小さい流体移動通路が開けられた非透過性板状の基底物質は、様々な電極物質を載せて電気浸透ポンプに適用することができる。上記（例４）において、ＲｕＯｘをコーティングして適用できることを確認しており、また他の一例として、非透過性Ｔｉプレートの上にＭｎＯｘをドロップコーティングし、電気浸透ポンプに適用して性能を確認した（図６Ａ、図６Ｂ、表５）。駆動条件は、＋２.５Ｖ、－２.５Ｖ、各３０秒のパルス時間、連続駆動で０.５ｍＭ Ｌｉ_２ ＳＯ_４ポンピング溶液で駆動した。実験のための電気浸透ポンプを構成するとき、図２Ａ～図２Ｄのように、多孔性シリカメンブレンは、厚さ２ｍｍ、横６ｍｍ、縦１０ｍｍの大きさを使用し、電極兼基板は、横６ｍｍ、縦１５ｍｍのＴｉプレートを使用した。

【0081】

【表5】

【0082】

表５を参照すると、非透過性金属基底物質にＭｎＯｘをコーティングして電極を製作し、電気浸透ポンプに適用して性能を確認したとき、ＭｎＯｘを基盤にする電気浸透ポンプの性能が具現されることを確認した。すなわち、様々な電極物質を非透過性基底物質に導入可能であることを確認した。

【0083】

（例７）金属ヘキサシアノフェレート（Ｍｅｔａｌ ｈｅｘａｃｙａｎｏｆｅｒｒａｔｅ）基盤の非透過性電極

【0084】

図７Ａは、本発明の一実施例によるＴｉプレートに、鉄（ＩＩＩ）ヘキサシアノフェレート（ＰＢ、Ｐｒｕｓｓｉａｎ ｂｌｕｅ）をドロップコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に１０秒ずつ変えながらかけたときの電流と圧力回答グラフであり、図７Ｂは、ＴｉプレートにＮｉＨＣＦ（ＮｉｃｋｅｌＨｅｘａｃｙｃｎｏｆｅｒｒａｔｅ）をドロップコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に１０秒ずつ変えながらかけたときの電流と圧力回答グラフである。

【0085】

図７Ａ及び７Ｂを参照すると、様々な電極物質を非透過性基底物質にコーティングして性能を確認するために、金属ヘキサシアノフェレートの一系列である鉄（ＩＩＩ）ヘキサシアノフェレート（ＰＢ）と、ＮｉＨＣＦとをＴｉプレートにドロップコーティングして電極を製作した。電極の性能を確認するために、電気浸透ポンプに適用して性能を確認した（図７Ａ、図７Ｂ、表６）。駆動条件は、＋２.５Ｖ、－２.５Ｖ、各１０秒のパルス時間、連続駆動で０.５ｍＭ ＣＨ_３ ＣＯＯＫポンピング溶液で駆動した。実験のための電気浸透ポンプを構成するとき、図２Ａ～図２Ｄのように、多孔性シリカメンブレンは、厚さ２ｍｍ、横６ｍｍ、縦１０ｍｍの大きさを使用し、電極兼基板は、横６ｍｍ、縦１５ｍｍのＴｉプレートを使用した。

【0086】

【表6】

【0087】

表６を参照すると、Ｔｉプレート上にコーティングされた鉄（ＩＩＩ）ヘキサシアノフェレートと、ＮｉＨＣＦとが電極物質として可能であることを確認した。すなわち、コーティング可能な電極物質が制限的である多孔性基底物質（ｅｘ．カーボン紙電極）と比較して、非透過性板状の金属基底物質に様々な電極物質をコーティングすることで、基底物質の上で電極物質の種類による機能が具現されるということを再度確認した。

【0088】

（例８）ＩｒＯｘ基盤の非透過性電極

【0089】

図８Ａは、本発明の一実施例によるＴｉプレートに噴射法によってＩｒＯｘをコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に１０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフであり、図８Ｂは、同一の条件における圧力回答グラフである。

【0090】

図８Ａ及び８Ｂを参照すると、様々なコーティング方法を利用して、非透過性板状の金属基底物質に電極物質をコーティングすることができる。噴射法を利用して電極物質をコーティングした非透過性電極の一例として、ＩｒＯｘ基盤の非透過性電極を活用した。Ｔｉ基板上にＩｒＣｌ_３と微量のＴａＣｌ_３とを噴射した後、熱分解法を利用してＩｒＯｘを生成し、基板の真ん中に小さい流体移動通路を開けた。電極の性能を確認するために、電気浸透ポンプに適用して性能を確認した（図８Ａ、図８Ｂ、表７）。駆動条件は、＋２.５Ｖ、－２.５Ｖ、各１０秒のパルス時間、連続駆動で０.１ｍＭ Ｌｉ_２ ＳＯ_４ポンピング溶液で駆動した。実験のための電気浸透ポンプを構成するとき、図２Ａ～図２Ｄのように、多孔性シリカメンブレンは、厚さ２ｍｍ、横６ｍｍ、縦１０ｍｍの大きさを使用し、電極兼基板は、横６ｍｍ、縦１５ｍｍのＴｉプレートを使用した。

【0091】

【表7】

【0092】

表７を参照すると、噴射法を利用したコーティング方法によって製作された電極も、電気浸透ポンプにおいて良い性能を見せることを確認した。すなわち、様々な方法のコーティングによって作られた電極が電気浸透ポンプに適用可能であることを確認した。また、Ｔｉプレート上にコーティングされたＩｒＯｘが電極物質として可能であることを確認した。

【0093】

（例９）電着方法を利用したＲｕＯｘ基盤の非透過性電極の活用

【0094】

図９Ａは、本発明の一実施例によるＴｉプレートにＲｕＯｘを電着した電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に１０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフであり、図９Ｂは、同一の条件における圧力回答グラフである。

【0095】

図９Ａ及び９Ｂを参照すると、非透過性電極の上にも電着して電極を製作し、これを電気浸透ポンプに適用可能である。一例として、ＲｕＯｘをＴｉプレートに電着して電極を製作し、電気浸透ポンプの性能を確認した（図９Ａ、図９Ｂ、表８）。駆動条件は、＋２.５Ｖ、－２.５Ｖ、各１０秒のパルス時間、連続駆動で０.５ｍＭ Ｌｉ_２ ＳＯ_４ポンピング溶液で駆動した。実験のための電気浸透ポンプを構成するとき、図２Ａ～図２Ｄのように、多孔性シリカメンブレンは、厚さ２ｍｍ、横６ｍｍ、縦１０ｍｍの大きさを使用し、電極兼基板は、横６ｍｍ、縦１５ｍｍのＴｉプレートを使用した。

【0096】

【表8】

【0097】

表８を参照すると、電着を利用して製作された非透過性電極が電気浸透ポンプに適用できることを確認した。すなわち、様々なコーティング方法を電気浸透ポンプの電極製作に活用することができることを確認した。

【0098】

（例１０）非透過性電極に開けられた空間の模様、大きさによる電気浸透ポンプの性能

【0099】

図１０は、本発明の一実施例による横４ｍｍ、縦８ｍｍの流体移動通路を開けたＴｉプレート電極基板を示した図面である。

【0100】

図１１Ａは、本発明の一実施例によるＴｉプレートに大きい流体移動通路を開けて、ＲｕＯｘを電着した電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に１０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフであり、図１１Ｂは、同一の条件における圧力回答グラフである。

【0101】

図１０を参照すると、上記の（例４）非透過性電極の流体移動通路の数による電気浸透ポンプの性能を比較してみた。１ｍｍの小さい流体移動通路の数を増やして流路を確保する方法だけでなく、大きい流体移動通路を一つのみ有する電極を製作してみた。一例として、電極の性能確認のために、横６ｍｍ、縦１５ｍｍの大きさのＴｉプレートに、横４ｍｍ、縦８ｍｍの流体移動通路を開けた後、ＲｕＯｘを電着した（図１０）。

【0102】

図１１Ａ及び１１Ｂを参照すると、先に作った電極を電気浸透ポンプに適用して性能を確認した（図１１Ａ、図１１Ｂ、表９）。駆動条件は、＋２.５Ｖ、－２.５Ｖ、各１０秒のパルス時間、連続駆動で０.５ｍＭ Ｌｉ_２ ＳＯ_４ポンピング溶液で駆動した。実験のための電気浸透ポンプを構成するとき、図２Ａ～図２Ｄのように、多孔性シリカメンブレンは、厚さ２ｍｍ、横６ｍｍ、縦１０ｍｍの大きさを使用した。

【0103】

【表9】

【0104】

表９を参照すると、横４ｍｍ、縦８ｍｍの大きい流体移動通路を開けた電極は、既存の１ｍｍ流体移動通路のある電極が有する性能の半分程度の小さい流速と圧力を有するものの、電気浸透ポンプとして機能が具現されることを確認した。非透過性基底物質に流体移動通路を開けて電極として使用するとき、大きいかまたは小さいかによって性能の差異はあるものの（実際は、使用される電極面積によるものである）、その大きさとは関係なく、電極として機能しながら流路確保が可能であることを確認した。

【0105】

（例１１）様々な板状の基底物質を利用した電極の性能

【0106】

図１２Ａは、本発明の一実施例によるＴｉプレートにＲｕＯｘをドロップコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に３０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフであり、図１２Ｂは、同一の条件における圧力回答グラフである。

【0107】

図１３Ａは、本発明の一実施例によるＮｉプレートにＲｕＯｘをドロップコーティングした電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に３０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフであり、図１３Ｂは、同一の条件における圧力回答グラフである。

【0108】

図１２Ａ～図１３Ｂを参照すると、様々な種類の金属板状の基底物質を利用して電極を作り、電気浸透ポンプに適用した。一例として、Ｔｉは、優れた耐食性で非常に安定した物質である。よって、所望の反応のみを観察し易いため、電気浸透ポンプの基底物質として使用し、また他の金属基底物質であるｎｉｃｋｅｌプレートを利用して電極を作った。様々な金属基底物質で製作した電極を電気浸透ポンプに適用して性能を確認した（図１１Ａ～図１２Ｂ、表９）。駆動条件は、＋２.５Ｖ、－２.５Ｖ、各３０秒のパルス時間、連続駆動で０.５ｍＭ Ｌｉ_２ ＳＯ_４ポンピング溶液で駆動した。実験のための電気浸透ポンプを構成するとき、図２Ａ～図２Ｄのように、多孔性シリカメンブレンは、厚さ２ｍｍ、横６ｍｍ、縦１０ｍｍの大きさを使用し、電極兼基板は、横６ｍｍ、縦１５ｍｍのＴｉプレートを使用した。

【0109】

【表10】

【0110】

表１０を参照すると、ＴｉプレートとＮｉプレートのいずれも、電気浸透ポンプにおいて流体が流れることができる電極の形態であることを確認した。様々な非透過性板状の金属基底物質を活用して電極を製作し、電気浸透ポンプに適用可能であることを確認した。すなわち、導体を基底物質として使用して電極物質をコーティングすると、同様に電気浸透ポンプの構成が可能であることが確認できた。

【0111】

（例１２）熱圧着法を利用した電極

【0112】

図１４Ａは、本発明の一実施例によるＴｉプレート上にＲｕＯｘをドロップコーティングした熱圧着していない電極であり、図１４Ｂは、Ｔｉプレート上にＲｕＯｘをドロップコーティングした後、熱圧着機を利用して熱圧着した電極を示したものである。

【0113】

図１４Ａ及び１４Ｂを参照すると、既存に使用した多孔性電極と比較して、プレート形態の電極は堅い形であるため、外部刺激によって簡単に変形しない。よって、高温、高圧で電極の表面を滑らかにすることができる熱圧着法を電極製作方式に導入した。一例として、Ｔｉプレート上にＲｕＯｘをドロップコーティングして電極を製作した後、圧力２０ＭＰａ、温図１００℃、１０分間に熱圧着をして、電極の変形程度を確認した。

【0114】

高温、高圧の外部刺激にも、既存の電極基板形態を維持しながら電極物質の表面を滑らかにすることができることを確認した。熱圧着機を利用して製作した電極の性能を確認するために、電気浸透ポンプに適用した（図１４Ａ、図１４Ｂ、表１０）。

【0115】

図１５Ａは、本発明の一実施例によるＴｉプレートにＲｕＯｘをドロップコーティングした後、熱圧着した電極で具現した電気浸透ポンプにおいて、２.５Ｖを電極の両端に１０秒ずつ変えながらかけたときの電流回答グラフであり、図１５Ｂは、同一の条件における圧力回答グラフである。

【0116】

図１５Ａ及び１５Ｂを参照すると駆動条件は、＋２.５Ｖ、－２.５Ｖ、各１０秒のパルス時間、連続駆動で０.５ｍＭ Ｌｉ_２ ＳＯ_４ポンピング溶液で駆動した。実験のための電気浸透ポンプを構成するとき、図２のように、多孔性シリカメンブレンは、厚さ２ｍｍ、横６ｍｍ、縦１０ｍｍの大きさを使用し、電極兼基板は、横６ｍｍ、縦１５ｍｍのＴｉプレートを使用した。

【0117】

【表11】

【0118】

表１１を参照すると、非透過性基底物質電極に強い外部刺激を与えても、既存の性能を示すことを確認した。また、電極の表面処理方法の一つである熱圧着法を電極製作方法に導入できることを確認した。よって、非透過性板状の基底物質を使用した電極に様々な方法の外部処理を施した後、電気浸透ポンプに適用可能であることを確認した。

【0119】

以下、上述した図２Ａ～図１５Ｂに示された構成のうち、同一機能を行う構成の場合は、説明を省略する。

【0120】

図１６Ａ及び図１６Ｂは、本発明の他の実施例による電気浸透ポンプを構成する電極の製造方法を説明するためのフローチャートである。

【0121】

本発明の一実施例による電気浸透ポンプを構成する電極の製造方法は、非透過性基底物質（ｉｍｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）からなる板状の基材に一つまたはそれ以上の流体移動通路を形成するステップＳ１１０、及び、基材に電極物質をコーティングすることで電極を修得するステップＳ１２０を含む。

【0122】

本発明の他の実施例による電気浸透ポンプを構成する電極の製造方法は、非透過性基底物質（ｉｍｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）からなる板状の基材に電極物質をコーティングするステップＳ２１０、及び、基材に一つまたはそれ以上の流体移動通路を形成して電極を修得するステップＳ２２０を含む。

【0123】

電気浸透ポンプは、流体の移動を許容するメンブレン１１、及び、メンブレン１１の両側にそれぞれ設けられた第１電極１３０及び第２電極１５０を含み、第１電極１３０及び第２電極１５０は、Ｓ１１０ステップとＳ１２０ステップまたはＳ２１０ステップとＳ２２０ステップを含んだ方法によって製造された電極であり、第１電極１３０及び第２電極１５０の電気化学反応によって、電極１３０、１５０の流体移動通路を介して流体が移動することができる。

【0124】

コーティングするステップＳ１１０、Ｓ２１０は、ドロップコーティング（ｄｒｏｐ－ｃｏａｔｉｎｇ）、ディップコーティング（ｄｉｐ－ｃｏａｔｉｎｇ）、スピンコーティング（ｓｐｉｎ－ｃｏａｔｉｎｇ）、スプレーコーティング、プリンティング、熱分解及び電着のうち少なくとも一つの方法によって、電極物質をコーティングすることができる。

【0125】

上述した本発明の説明は例示のためのものであり、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想や必須の特徴を変更せずに他の具体的な形態に容易に変形可能であるということを理解できるはずである。それゆえ、上記した実施例は全ての面において例示的なものであり、限定的なものではないと理解すべきである。例えば、単一型で説明されている各構成要素は分散して実施されても良く、同様に、分散したものと説明されている構成要素も結合された形態で実施されても良い。

【0126】

本発明の範囲は、上記詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、並びにその均等概念から導出される全ての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれると解釈されなければならない。

【符号の説明】

【0127】

１１：メンブレン
１３、１５：多孔性電極
１７、４６：電源供給部
１９：流体経路部
２０：ストリップ
３０：フレーム
１３０：第１電極
１５０：第２電極
２１０：第１隔離材
２２０：第２隔離材
２３０：電気浸透ポンプ
２４０：移送チャンバ
２４０ａ：吸入口
２４０ｂ：吐出口
２５０：モニタリングチャンバ
２６０：圧力測定部
２７０：吸入バルブ
２８０：吐出バルブ
４０：流体ポンピングシステム
４１：リザーバー
４２：吸入路
４５：吐出口
４７：制御回路

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】

【図13A】

【図13B】

【図14A】

【図14B】

【図15A】

【図15B】

【図16A】

【図16B】