KR101054936B1 - 수소 발생 장치 및 이를 구비한 연료 전지 발전기 - Google Patents

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Abstract

수소 발생 장치 및 이를 구비한 연료 전지 발전기가 개시된다. 전해질 수용액이 주입되는 전해조, 전해조 내부에 위치하며 전자를 발생시키는 산화 전극, 전해조 내부에 위치하며 산화 전극에서 전자를 받아 수소를 발생시키는 환원 전극, 및 전해질 수용액의 유동성이 감소되도록, 전해조 내부에 수용되어 전해질 수용액을 겔화(gelation)시키는 겔화제를 포함하는 수소 발생 장치는, 수소 발생 시, 전해질 수용액이 수소에 동반되어 역류하는 현상이 방지될 수 있고, 전해조의 이동 시 전해조의 전복되어 전해질 수용액이 외부로 누출되는 현상이 방지될 수 있다.
연료 전지(fuel cell), 수소 발생, 겔화(gelation)

Description

수소 발생 장치 및 이를 구비한 연료 전지 발전기{Apparatus for generating hydrogen and fuel cell power generator having the same}
본 발명은 수소 발생 장치 및 이를 구비한 연료 전지 발전기에 관한 것이다.
연료 전지란 연료(수소, LNG, LPG, 등)와 공기의 화학 에너지를 전기 화학적 반응에 의해 전기 및 열로 직접 변환시키는 장치이다. 기존의 발전 기술이 연료의 연소, 증기 발생, 터빈 구동, 구동 과정을 취하는 것과 달리 연소 과정이나 가 없으므로 효율이 높을 뿐만 아니라 환경 문제를 유발하지 않는 새로운 개념의 발전 기술이다.
연료 전지 중에서 소형 휴대용 전자기기에 적용하기 위해서 연구 중인 연료 전지는 수소를 연료로 이용하는 고분자 전해질 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)와 직접 메탄올 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)와 같이 액체 연료를 직접 연료로 이용하는 직접 액체 연료 전지가 있다. 이 중, 수소를 연료로 이용하는 고분자 전해질 연료 전지는 출력 밀도가 높으나, 수소를 공급하기 위한 장치가 별도로 필요하게 된다.
고분자형 전해질 연료 전지의 연료로서의 수소를 발생시키기 위한 방법은 알루미늄의 산화 반응, 금속 보로하이드라드계의 가수 분해 및 금속 전극체 반응으로 나뉘어 질 수 있으며, 그 중 수소의 발생을 효율적으로 조절 가능한 방법으로 금속 전극체를 이용한 방법이 있다. 이는 주로 마그네슘의 전극이 Mg2+ 이온으로 이온화 되면서 얻어지는 전자를 다시 도선을 통하여 다른 금속체에 연결하여 물의 분해 반응으로 수소를 발생시키는 방법으로서, 연결된 도선의 단락, 사용되는 전극체 간의 간격 및 사이즈와 관계되어 수소의 발생을 조절 할 수 있다.
그러나, 이러한 수소 발생 방법에 의하는 경우, 수소 발생 시, 전해질 수용액이 연료 전지 스택(stack)으로 역류할 수 있고, 전해조가 전복되어 전해질 수용액이 외부로 누출될 우려가 있어 문제가 되어 왔다.
본 발명은, 수소 발생 시 전해질 수용액의 역류가 방지될 수 있고, 전해조의 이동 시 전해질 수용액의 외부 누출이 방지될 수 있는 수소 발생 장치 및 연료 전지 발전기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전해질 수용액이 주입되는 전해조, 전해조 내부에 위치하며 전자를 발생시키는 산화 전극, 전해조 내부에 위치하며 산화 전극에서 전자를 받아 수소를 발생시키는 환원 전극, 및 전해질 수용액의 유동성이 감소되도록, 전해조 내부에 수용되어 전해질 수용액을 겔화(gelation)시키는 겔화제를 포함하는 수소 발생 장치가 제공된다.
겔화제는 고흡습성 수지를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
겔화제는, 폴리아크릴산나트륨(sodium polyacrylate), 폴리아크릴아미드 공중합체(polyacrylamide copolymer), 에틸렌 말레산무수물 공중합체(ethylene maleic anhydride copolymer), 가교 카르복시 메틸 셀룰로오스(cross-linked carboxy methyl cellulose), 폴리비닐 알코올 공중합체(polyvinyl alcohol copolymer), 가교 폴리에틸렌 산화물(cross-linked polyethylene oxide) 및 폴리아크릴로니트릴계 전분 그래프트 공중합체(starch grafted copolymer of polyacrylonitrile)로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
겔화제는 전해조, 산화 전극 및 환원 전극으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 표면에 코팅(coating)될 수 있다.
산화 전극 및 환원 전극 중 적어도 어느 하나에는, 전해질 수용액이 전해조 내부에 균일하게 충전되도록 관통홀이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전해질 수용액이 주입되는 전해조, 전해조 내부에 위치하며 전자를 발생시키는 산화 전극, 전해조 내부에 위치하며 산화 전극에서 전자를 받아 수소를 발생시키는 환원 전극, 전해질 수용액의 유동성이 감소되도록, 전해조 내부에 수용되어 전해질 수용액을 겔화시키는 겔화제, 및 환원 전극에서 발생된 수소의 화학 에너지를 변환하여 전기 에너지를 생산하는 연료 전지(fuel cell)를 포함하는 연료 전지 발전기.
겔화제는 고흡습성 수지를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
겔화제는, 폴리아크릴산나트륨, 폴리아크릴아미드 공중합체, 에틸렌 말레산무수물 공중합체, 가교 카르복시 메틸 셀룰로오스, 폴리비닐 알코올 공중합체, 가교 폴리에틸렌 산화물 및 폴리아크릴로니트릴계 전분 그래프트 공중합체로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
겔화제는 전해조, 산화 전극 및 환원 전극으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 표면에 코팅될 수 있다.
산화 전극 및 환원 전극 중 적어도 어느 하나에는, 전해질 수용액이 전해조에 내부에 균일하게 충전되도록 관통홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수소 발생 장치 및 연료 전지 발전기는, 수소 발생 시, 전해질 수용액이 수소에 동반되어 역류하는 현상이 방지될 수 있고, 전해조의 이동 시 전해조의 전복되어 전해질 수용액이 외부로 누출되는 현상이 방지될 수 있다.
본 발명에 따른 수소 발생 장치 및 이를 구비한 연료 전지 발전기의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 수소 발생 장치의 일 실시예를 나타낸 개략도이다. 도 1을 참조하면, 수소 발생 장치(100), 산화 전극(110), 환원 전극(120), 관통홀(112, 122), 전해조(130), 전해질 수용액(135), 제어부(140), 겔화제(170)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따르면, 전해조(130) 내부에 겔화제(170)를 수용시켜 전해질 수용액(135)의 유동성이 감소되도록 전해질 수용액(135)을 겔화시킴으로써, 수소 발생 시, 전해질 수용액(135)이 수소에 동반되어 역류하는 현상이 방지될 수 있고, 전해조(130)의 이동 시 전해조(130)가 전복되거나 기울어짐에 따라 전해질 수용액(135)이 외부로 누출되는 현상이 방지될 수 있는 수소 발생 장치(100)가 제시된다.
전해조(130)는, 분해 반응에 의해 수소를 방출하는 전해질 수용액(135)이 주입될 수 있다. 또한, 전해조(130)의 내부에는 산화 전극(110) 및 환원 전극(120)이 위치하여, 전해조(130) 내부에 충전되는 전해질 수용액(135)에 의해 수소 발생 반응이 일어날 수 있다.
전해질 수용액(135)은 LiCl, KCl, NaCl, KNO3, NaNO3, CaCl2, MgCl2, K2SO4, Na2SO4, MgSO4, AgCl 등이 사용될 수 있으며, 전해질 수용액(135)은 수소 이온을 포함할 수 있다. 또한, 전해질 수용액(135)은 겔화제(170)에 의하여 겔화될 수 있으며, 이에 대하여는 겔화제(170)를 제시하는 부분에서 후술하도록 한다.
산화 전극(110)은, 활성 전극으로, 전해조(130) 내부에 위치하고 전자를 발생시킬 수 있다. 산화 전극(110)은, 예를 들어, 마그네슘(Mg)으로 이루어질 수 있으며, 이 산화 전극(110)과 수소의 이온화 경향의 차이 때문에 산화 전극(110)이 전해질 수용액(135) 속에서 전자를 내어 놓으며 마그네슘 이온(Mg2+)으로 산화될 수 있다.
이 때 생성되는 전자는 환원 전극(120)으로 이동될 수 있다. 따라서, 산화 전극(110)은 전자를 생성함에 따라서 소모하게 되며 일정 시간이 경과한 후 교체할 수 있도록 한다. 또한, 산화 전극(110)은 후술할 환원 전극(120)에 비하여 상대적으로 이온화 경향이 큰 금속으로 이루어질 수 있다.
환원 전극(120)은, 비활성 전극으로 산화 전극(110)과 달리 소모되지 않기 때문에 산화 전극(110)의 두께보다 얇게 구현할 수 있다. 환원 전극(120)은, 전해조(130) 내부에 위치하고, 산화 전극(110)에서 발생된 전자를 받아 수소를 발생시킬 수 있다.
환원 전극(120)은, 예를 들어, 스테인리스 스틸(Stainless Steel)로 이루어질 수 있으며, 전자와 반응하여 수소를 발생시킬 수 있다. 즉, 환원 전극(120)에서의 화학 반응을 살펴보면, 환원 전극(120)에서는, 전해질 수용액(135)이 산화 전극(110)으로부터 이동한 전자를 받아 수소로 분해된다. 산화 전극(110) 및 환원 전극(120)의 반응은 다음의 화학식 1과 같다.
산화 전극(110): Mg → Mg2 + + 2e-
환원 전극(120): 2H20 + 2e- → H2 + 2(OH)-
전반응: Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2
한편, 산화 전극(110), 환원 전극(120) 또는 이들 모두에는, 전해조(135)에 주입되는 전해질 수용액(135)이 전해조(130) 내부에 균일하게 충전되도록 관통홀(112, 122)이 형성될 수 있다.
즉, 전해조(130) 내부에 전해질 수용액(135)이 주입될 시, 전해질 수용액(135)이 관통홀(112, 122)을 통하여 산화 전극(110)과 환원 전극(120) 사이의 공간을 용이하게 이동할 수 있으므로, 산화 전극(110)과 환원 전극(120) 사이의 공간에 직접 전해질 수용액(135)이 주입되지 않는 경우나 산화 전극(110)과 환원 전극(120) 사이의 공간이 협소한 경우에도, 효과적으로 전해질 수용액(135)을 전해조(130) 내에 균일하게 충전할 수 있다.
한편, 이렇게 충전되는 전해질 수용액(135)은 전해조 내에 주입됨과 동시에, 후술할 겔화제(170)에 의하여 유동성이 감소되도록 겔화될 수 있으므로, 수소 발생 시 수소와 동반되어 전해질 수용액(135)이 손실되는 것을 방지할 수 있고, 수소 발생 장치의 이동 시 전해조(130)가 전복되어 수소가 누출되는 것을 방지할 수 있다.
제어부(140)는, 산화 전극(110) 및 환원 전극(120)과 전기적으로 연결되어, 산화 전극(110)과 환원 전극(120) 간의 통전을 제어할 수 있다. 제어부(140)는 연 료 전지 등의 외부 장치에 요구되는 수소량을 전달받고, 그 요구되는 값이 크면 산화 전극(110)에서 환원 전극(120)으로 흐르는 전자의 양을 증가시킬 수 있고, 그 요구되는 값이 작으면 산화 전극(110)에서 환원 전극(120)으로 흐르는 전자의 양을 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 제어부(140)는 가변 저항으로 구성되어 가변 저항값을 변화시킴으로써 산화 전극(110)과 환원 전극(120) 사이에 흐르는 전자의 양을 조절하거나, 온/오프 스위치로 구성되어 온/오프 타이밍을 조절함으로써 산화 전극(110)과 환원 전극(120) 사이에 흐르는 전자의 양을 조절할 수 있다.
겔화제(170)는, 전해질 수용액(135)의 유동성이 감소되도록, 전해조(130) 내부에 수용되어 전해질 수용액(135)을 겔화시킬 수 있다. 즉, 겔화제(170)를 이용하여 전해질 수용액(135)을 겔화시킴으로써, 전해조(130) 내에 주입되는 액체 상태의 전해질 수용액(135)이 유동성이 감소된 겔 상태가 되어 일정한 형태를 유지할 수 있는 것이다.
겔화제(170)를 이용하여 전해질 수용액(135)을 겔화시킴에 따라, 수소 발생 시 전해질 수용액(135)이 수소와 동반되어 방출되는 것을 방지할 수 있어 발생되는 수소의 습도를 감소시킬 수 있음과 동시에, 방출되지 않고 보존된 전해질 수용액(135)으로부터 추가적인 수소가 발생될 수 있으므로, 발생되는 전체 수소의 양이 증가될 수 있다.
또한, 수소 발생 장치의 이동 시에 전해조(130)가 전복되거나 기울어지는 등 전해조(130)의 방향이 변경되더라도, 전해질 수용액(135)은 겔화되어 유동성이 작 으므로 전해질 수용액(135)이 외부로 누출되지 않고 보존될 수 있다.
한편, 겔화제(170)는 고흡습성 수지를 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 따라, 고흡습성 수지인 겔화제(170)가 다량의 전해질 수용액(135)을 활발하게 흡수함으로써, 전해질 수용액(135)은 겔화제(170)와 함께, 전체적으로 유동성이 작은 겔 상태가 될 수 있다.
여기서, 겔화제(170)로서, 폴리아크릴산나트륨(sodium polyacrylate), 폴리아크릴아미드 공중합체(polyacrylamide copolymer), 에틸렌 말레산무수물 공중합체(ethylene maleic anhydride copolymer), 가교 카르복시 메틸 셀룰로오스(cross-linked carboxy methyl cellulose), 폴리비닐 알코올 공중합체(polyvinyl alcohol copolymer), 가교 폴리에틸렌 산화물(cross-linked polyethylene oxide), 폴리아크릴로니트릴계 전분 그래프트 공중합체(starch grafted copolymer of polyacrylonitrile) 또는 이들의 2 이상 조합이 이용될 수 있으며, 이에 따라, 상술한 바와 같이 겔화제(170)가 다량의 전해질 수용액(135)을 흡수함으로써, 전해질 수용액(135)과 겔화제(170)는 전체적으로 겔 상태가 될 수 있다.
또한, 겔화제(170)는 전해조(130), 산화 전극(110), 환원 전극(120), 또는 이들 중 2 이상의 구성 요소의 표면에 코팅될 수 있고, 이에 따라, 전해질 수용액(135)과 반응할 수 있는 표면적이 증가되어 보다 효과적으로 전해질 수용액(135)을 겔화시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 측면에 따른 연료 전지 발전기의 일 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 다른 측면에 따른 연료 전지 발전기의 일 실시예를 나타낸 개략도이다. 도 2를 참조하면, 연료 전지 발전기(200), 수소 발생 장치(260), 산화 전극(210), 환원 전극(220), 관통홀(212, 222), 전해조(230), 전해질 수용액(235), 제어부(240), 겔화제(270), 연료 전지(fuel cell, 250)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따르면, 전해조(230) 내부에 겔화제(270)를 수용시켜 전해질 수용액(235)의 유동성이 감소되도록 전해질 수용액(235)을 겔화시킴으로써, 수소 발생 시, 전해질 수용액(235)이 수소에 동반되어 역류하는 현상이 방지될 수 있고, 전해조(230)의 이동 시 전해조(230)가 전복되거나 기울어짐에 따라 전해질 수용액(235)이 외부로 누출되는 현상이 방지될 수 있으며, 결과적으로 보다 효과적으로 전기 에너지를 생산할 수 있는 연료 전지 발전기(200)이 제시된다.
본 실시예의 경우, 수소 발생 장치(260), 산화 전극(210), 환원 전극(220), 관통홀(212, 222), 전해조(230), 전해질 수용액(235), 제어부(240) 및 겔화제(270)에 대한 구성 및 작용은 전술한 일 실시예와 동일 또는 상응하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 하고, 이하, 전술한 일 실시예와 차이점인 연료 전지(250)에 대하여 설명하도록 한다.
연료 전지(250)는, 환원 전극(220)에서 생성된 수소의 화학 에너지를 변환하여 전기 에너지를 생산할 수 있다. 수소 발생 장치(260)에서 발생된 저습도의 수소는 연료 전지(250)의 연료극으로 이동될 수 있고, 이에 따라, 전술한 수소 발생 장 치(260)에서 생성된 수소의 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 직류 전류를 생산할 수 있다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 수소 발생 장치의 일 실시예를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 다른 측면에 따른 연료 전지 발전기의 일 실시예를 나타낸 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 수소 발생 장치 110: 산화 전극
120: 환원 전극 112, 122: 관통홀
130: 전해조 135: 전해질 수용액
140: 제어부 170: 겔화제

Claims (10)

  1. 전해질 수용액이 주입되는 전해조;
    상기 전해조 내부에 위치하며 전자를 발생시키는 산화 전극;
    상기 전해조 내부에 위치하며 상기 산화 전극에서 상기 전자를 받아 수소를 발생시키는 환원 전극; 및
    상기 전해조로 주입된 상기 전해질 수용액의 유동성이 감소되도록, 상기 전해조 내부에 수용되어서 주입되는 상기 전해질 수용액을 겔화(gelation)시키는 겔화제를 포함하는 수소 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 겔화제는 고흡습성 수지를 포함하는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 겔화제는, 폴리아크릴산나트륨(sodium polyacrylate), 폴리아크릴아미드 공중합체(polyacrylamide copolymer), 에틸렌 말레산무수물 공중합체(ethylene maleic anhydride copolymer), 가교 카르복시 메틸 셀룰로오스(cross-linked carboxy methyl cellulose), 폴리비닐 알코올 공중합체(polyvinyl alcohol copolymer), 가교 폴리에틸렌 산화물(cross-linked polyethylene oxide) 및 폴리아크릴로니트릴계 전분 그래프트 공중합체(starch grafted copolymer of polyacrylonitrile)로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 겔화제는 상기 전해조, 상기 산화 전극 및 상기 환원 전극으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 표면에 코팅(coating)되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 산화 전극 및 상기 환원 전극 중 적어도 어느 하나에는, 상기 전해질 수용액이 상기 전해조 내부에 균일하게 충전되도록 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.
  6. 전해질 수용액이 주입되는 전해조;
    상기 전해조 내부에 위치하며 전자를 발생시키는 산화 전극;
    상기 전해조 내부에 위치하며 상기 산화 전극에서 상기 전자를 받아 수소를 발생시키는 환원 전극;
    상기 전해조로 주입된 상기 전해질 수용액의 유동성이 감소되도록, 상기 전해조 내부에 수용되어서 주입되는 상기 전해질 수용액을 겔화(gelation)시키는 겔화제; 및
    상기 환원 전극에서 발생된 수소의 화학 에너지를 변환하여 전기 에너지를 생산하는 연료 전지(fuel cell)를 포함하는 연료 전지 발전기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 겔화제는 고흡습성 수지를 포함하는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 겔화제는, 폴리아크릴산나트륨, 폴리아크릴아미드 공중합체, 에틸렌 말레산무수물 공중합체, 가교 카르복시 메틸 셀룰로오스, 폴리비닐 알코올 공중합체, 가교 폴리에틸렌 산화물 및 폴리아크릴로니트릴계 전분 그래프트 공중합체로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전기.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 겔화제는 상기 전해조, 상기 산화 전극 및 상기 환원 전극으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 표면에 코팅되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전기.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 산화 전극 및 상기 환원 전극 중 적어도 어느 하나에는, 상기 전해질 수용액이 상기 전해조에 내부에 균일하게 충전되도록 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전기.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011184793A (ja) * 2010-02-09 2011-09-22 Aquafairy Kk 水素発生方法及び水素発生装置
JP6324659B2 (ja) * 2013-02-08 2018-05-16 幸信 森 水素水製造装置及び水素水の製造方法
CN106757130B (zh) * 2017-01-03 2018-09-07 东南大学 一种胶体电解质膜以及电解水装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040073935A (ko) * 2003-08-12 2004-08-21 주식회사 미트 아연겔의 재충전이 가능한 아연연료전지와 아연겔의재충전설비 및 재충전방법
KR20060001619A (ko) * 2004-06-30 2006-01-06 삼성에스디아이 주식회사 연료전지용 막/전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지
US20070125786A1 (en) * 2004-02-04 2007-06-07 Takashi Akiyama Fuel container for storing fuel liquid for fuel cell and fuel cell pack

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0738306B2 (ja) * 1991-04-22 1995-04-26 松下電器産業株式会社 亜鉛アルカリ電池
US5707499A (en) * 1995-10-06 1998-01-13 Ceramatec, Inc. Storage-stable, fluid dispensing device using a hydrogen gas generator
JP3728545B2 (ja) * 1995-12-14 2005-12-21 日本電池株式会社 流体供給装置
JP4368284B2 (ja) * 2004-09-29 2009-11-18 日立マクセル株式会社 水素ガス発生装置、水素ガスの製造方法および燃料電池
JP2008013830A (ja) * 2006-07-07 2008-01-24 Oyo Denki Kk 電解槽の電極構造および電解槽
WO2009015123A1 (en) * 2007-07-24 2009-01-29 Rovcal, Inc. On-demand hydrogen gas generation device having gas management system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040073935A (ko) * 2003-08-12 2004-08-21 주식회사 미트 아연겔의 재충전이 가능한 아연연료전지와 아연겔의재충전설비 및 재충전방법
US20070125786A1 (en) * 2004-02-04 2007-06-07 Takashi Akiyama Fuel container for storing fuel liquid for fuel cell and fuel cell pack
KR20060001619A (ko) * 2004-06-30 2006-01-06 삼성에스디아이 주식회사 연료전지용 막/전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지

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