KR101955698B1 - Complex electric power generation system using carbon dioxide - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a complex electric power generation system utilizing carbon dioxide. According to the present invention, the complex electric power generation system comprises: a secondary battery having a water-based electrolyte accommodated in a reaction space, a cathode of which at least part is submerged in the water-based electrolyte in the reaction space and a metal anode of which at least part is submerged in the water-based electrolyte in the reaction space; and a hydrocarbon fuel cell generating electric energy by using hydrocarbon as fuel and generating carbon dioxide as a by-product. The complex electric power generation system generates hydrogen ions and bicarbonate ions by a reaction of water of the water-based electrolyte and a carbon dioxide gas when the carbon dioxide gas generated in the hydrocarbon fuel cell flows into the water-based electrolyte during discharging of the secondary battery and generates a hydrogen gas by combining the hydrogen ions and electrons of the cathode.

Description

이산화탄소를 활용하는 복합 발전 시스템 {COMPLEX ELECTRIC POWER GENERATION SYSTEM USING CARBON DIOXIDE}COMPOUND ELECTRIC POWER GENERATION SYSTEM USING CARBON DIOXIDE [0002]

본 발명은 발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이산화탄소를 활용하여 전기를 복합 발전시키는 복합 발전 시스템을 제공하는 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generation system, and more particularly, to a combined power generation system that utilizes carbon dioxide to generate electric power.

최근 산업화와 더불어 온실가스의 배출이 지속적으로 증가하고 있으며, 온실가스 중 이산화탄소가 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 산업 유형별 이산화탄소 배출량은 발전소 등 에너지 공급원에서 가장 많고, 발전을 포함한 시멘트/철강/정제 산업 등에서 발생되는 이산화탄소가 전 세계 발생량의 절반을 차지하고 있다. 이산화탄소 전환/활용 분야는 크게 화학적 전환, 생물학적 전환, 직접 활용으로 구분할 수 있으며, 기술적 범주로는 촉매, 전기화학, 바이오공정, 광활용, 무기(탄산)화, 폴리머 등으로 구분지을 수 있다. 이산화탄소는 다양한 산업 및 공정에서 발생되고, 하나의 기술로 이산화탄소 저감을 달성할 수 없기 때문에 이산화탄소 저감을 위한 다양한 접근 방식이 필요하다.In recent years, greenhouse gas emissions have been continuously increasing along with industrialization, and carbon dioxide is the largest proportion of greenhouse gases. CO2 emissions by industry type are highest in energy supply sources such as power plants, and carbon dioxide generated in cement / steel / refining industries including power generation accounts for about half of the global generation. The carbon dioxide conversion / utilization fields can be classified into chemical conversion, biological conversion, and direct utilization. The technical categories can be classified into catalyst, electrochemical, bioprocess, light utilization, inorganic (carbonation), and polymer. Because carbon dioxide is generated in a variety of industries and processes, and one technique can not achieve carbon dioxide reduction, a variety of approaches are needed to reduce carbon dioxide.

현재 미국 에너지성 DOE(Department Of Energy)는 이산화탄소를 저감하기 위한 기술로 CCS(Carbon Capture & Storage)와 CCU (CC & Utilization)이 복합된 CCUS 기술에 관심을 두고 다각적 기술 개발을 추진 중이다. CCUS 기술은 효과적인 온실가스 감축 방안으로 인정받고 있으나, 고 투자 비용, 유해 포집제의 대기 방출 가능성, 낮은 기술 성숙도의 문제에 직면하고 있다. 또한, 에너지 및 기후 정책적 관점에서 CCUS는 온실가스 배출량을 실질적으로 감축하는 수단을 제공하지만 기술의 실현에 는 보완 사항이 많다. 따라서, 보다 효율적으로 이산화탄소 포집, 저장 및 활용하는 새로운 개념의 한계돌파형(breakthrough) 기술 개발이 요구되고 있다.Currently, Department of Energy (DOE) of the US Department of Energy is pursuing multi-technology development with interest in CCUS technology, which is a combination of Carbon Capture & Storage (CCS) and CC & Utilization (CCU) technologies to reduce carbon dioxide. CCUS technology is recognized as an effective GHG mitigation measure, but faces high investment costs, the potential for release of toxic collectors to air, and low technology maturity. Also, from an energy and climate policy perspective, CCUS provides a means to substantially reduce greenhouse gas emissions, but there are many complementary aspects to the realization of technology. Therefore, it is required to develop a new concept of breakthrough technology that more efficiently captures, stores and utilizes carbon dioxide.

본 발명의 기술분야와 관련된 선행 특허문헌으로서, 공개특허공보 제10-2015-0091834호에는 나트륨 합유 용액 및 나트륨 함유 용액에 함침된 캐소드를 포함하는 액상의 캐소드부; 액상의 유기 전해질, 상기 액상의 유기 전해질에 함침된 애노드 및 상기 애노드 표면에 위치하는 음극 활물질을 포함하는 애노드부; 및 상기 캐소드부와 상기 음극부 사이에 위치하는 고체 전해질; 및 상기 캐소드부에 연결되어 방전시 캐소드부에서 발생되는 수소를 외부로 인출하는 수소배출부를 포함하는 이차전지가 기재되어 있다.As a prior art document related to the technical field of the present invention, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2015-0091834 discloses a liquid crystal display comprising a liquid cathode portion containing a sodium mixed solution solution and a cathode impregnated in a sodium-containing solution; An anode portion including a liquid organic electrolyte, an anode impregnated in the liquid organic electrolyte, and a negative electrode active material located on the anode surface; And a solid electrolyte positioned between the cathode portion and the cathode portion; And a hydrogen discharging portion connected to the cathode portion and discharging hydrogen generated in the cathode portion during discharging to the outside.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0091834호 "이산화탄소 포집 이차전지" (2015.08.12.)Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2015-0091834 entitled " Carbon Dioxide Collecting Secondary Battery "

본 발명의 목적은 온실 가스인 이산화탄소를 활용하는 복합 발전 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a combined power generation system utilizing carbon dioxide, which is a greenhouse gas.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 반응 공간에 수용되는 수계 전해질과, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠기는 캐소드와, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠기는 금속 재질의 애노드를 구비하는 이차전지; 및 탄화수소를 연료로 사용하여 전기에너지를 생산하고 부산물로 이산화탄소를 발생시키는 탄화수소 연료전지를 포함하며, 상기 이차전지의 방전 시 상기 수계 전해질로 상기 탄화수소 연료전지에서 발생한 이산화탄소 기체가 유입되어서 상기 수계 전해질의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되고, 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 수소 기체가 발생하는 복합 발전 시스템이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for separating a water-based electrolyte in a reaction space, a cathode that is at least partially immersed in the aqueous electrolyte in the reaction space, A secondary battery having an anode made of a metal at least partially submerged in the secondary battery; And a hydrocarbon fuel cell which generates electric energy by using hydrocarbon as a fuel and generates carbon dioxide as a by-product, wherein when the secondary battery is discharged, carbon dioxide gas generated in the hydrocarbon fuel cell flows into the aqueous electrolyte, There is provided a composite power generation system in which hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of water and the carbon dioxide gas, and hydrogen ions and electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 반응 공간에 수용되는 수계 전해질과, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠기는 캐소드와, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠기는 금속 재질의 애노드 수용되는 금속 재질의 애노드와, 상기 반응 공간과 연통되는 수용 공간에 수용되는 상기 수계 전해질을 구비하는 이산화탄소 처리부를 구비하는 이차전지; 및 탄화수소를 연료로 사용하여 전기에너지를 생산하고 부산물로 이산화탄소를 발생시키는 탄화수소 연료전지를 포함하며, 상기 이차전지의 방전 시, 상기 수용 공간의 상기 수계 전해질로 탄화수소 연료전지에서 발생한 이산화탄소 기체가 유입되어서 상기 수계 전해질의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되고, 상기 반응 공간에서 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 수소 기체가 발생하며, 상기 이산화탄소 처리부는 상기 수용 공간의 상기 수계 전해질로 유입되는 이산화탄소 기체 중 이온화되지 않은 이산화탄소 기체를 상기 수계 전해질로부터 분리하여 상기 반응 공간으로 공급되지 않도록 하는 복합 발전 시스템이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrochemical device including a water-based electrolyte contained in a reaction space, a cathode at least partially immersed in the aqueous electrolyte in the reaction space, And a carbon dioxide processing unit including the anode and the water-based electrolyte accommodated in a receiving space communicating with the reaction space. And a hydrocarbon fuel cell that generates electric energy by using hydrocarbon as a fuel and generates carbon dioxide as a by-product, wherein when the secondary battery is discharged, carbon dioxide gas generated in the hydrocarbon fuel cell flows into the aqueous electrolyte in the accommodation space Hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of the water of the water-based electrolyte and the carbon dioxide gas, and hydrogen ions and electrons of the cathode are combined in the reaction space to generate hydrogen gas, The unconverted carbon dioxide gas in the carbon dioxide gas flowing into the water-based electrolyte of the water-based electrolyte is separated from the aqueous electrolyte and is not supplied to the reaction space.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 본 발명에 따른 복합 발전 시스템이 탄화수소를 연료로 사용하는 탄화수소 연료전지에서 발생한 이산화탄소를 원료로 하여 방전시 수소를 발생시키는 이차전지와, 이차전지에서 발생된 수소를 연료로 사용하는 수소 연료전지를 구비하므로, 이산화탄소를 활용하여 전기에너지를 효율적으로 생산할 수 있게 된다.According to the present invention, all of the objects of the present invention described above can be achieved. Specifically, the combined-cycle power generation system according to the present invention includes a secondary battery that generates hydrogen upon discharge using carbon dioxide generated from a hydrocarbon fuel cell using hydrocarbon as a fuel, hydrogen that generates hydrogen from the secondary battery, Since the fuel cell is provided, it is possible to efficiently produce electric energy utilizing carbon dioxide.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소를 활용하는 복합 발전 시스템의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이차전지의 일 실시예로서 방전 과정을 도시한 모식도이다.
도 3은 도 1에 도시된 이차전지의 다른 실시예로서 방전 과정을 도시한 모식도이다.1 is a block diagram showing a schematic configuration of a combined power generation system utilizing carbon dioxide according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a discharge process as an embodiment of the secondary battery shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a discharging process as another embodiment of the secondary battery shown in FIG. 1. FIG.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소를 활용하는 복합 발전 시스템의 개략적인 구성이 블록도로서 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 발전 시스템(1000)은 전기에너지를 생산하고 방전 과정에서 이산화탄소를 원료로 하여 수소가 발생되는 이차전지(100)와, 탄화수소를 연료로 하여 전기에너지를 생산하고 부가적으로 이산화탄소를 발생시키는 탄화수소 연료전지(200)와, 탄화수소로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부가적으로 이산화탄소를 발생시키는 개질기(300)와, 수소를 연료로 하여 전기에너지를 생산하는 수소 연료전지(400)와, 탄화수소 연료전지(200)에서 발생한 이산화탄소를 이차전지(100)로 공급하는 이산화탄소 공급부(500)와, 개질기(300)에서 발생한 이산화탄소를 이차전지(100)로 공급하는 추가 이산화탄소 공급부(600)와, 이차전지(100)에서 발생한 수소를 수소 연료전지(400)로 공급하는 수소 공급부(700)와, 개질기(300)에서 생산된 개질가스를 수소 연료전지(400)로 공급하는 개질가스 공급부(600)를 포함한다.FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a combined power generation system utilizing carbon dioxide according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a combined power generation system 1000 according to an embodiment of the present invention includes a secondary battery 100 in which hydrogen is generated using carbon dioxide as a raw material in the process of producing electrical energy, A hydrocarbon fuel cell 200 for generating electric energy and additionally generating carbon dioxide, a reformer 300 for producing hydrogen-rich reformed gas from hydrocarbons and additionally generating carbon dioxide, A carbon dioxide supply unit 500 for supplying carbon dioxide generated in the hydrocarbon fuel cell 200 to the secondary battery 100 and a reformer 300 for supplying carbon dioxide generated in the reformer 300 to the secondary battery 100 A hydrogen supply unit 700 for supplying hydrogen generated in the secondary battery 100 to the hydrogen fuel cell 400, And a reformed gas supply unit 600 for supplying the produced reformed gas to the hydrogen fuel cell 400.

이차전지(100)는 방전 과정에서 이산화탄소 가스를 원료로 하여 수소 가스를 발생시킨다. 이차전지(100)로 공급되는 이산화탄소 가스는 탄화수소 연료전지(200)에서 발생하여 이산화탄소 공급부(500)를 통해 공급되는 이산화탄소 가스와 개질기(300)에서 발생하여 추가 이산화탄소 공급부(600)를 통해 공급되는 이산화탄소 가스이다. 이차전지(100)의 방전 과정에서 이산화탄소 가스를 원료로 하여 발생한 수소 가스는 수소 공급부(700)에 의해 수소 연료전지(400)로 공급된다. 이차전지(100)의 구성은 아래에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.The secondary battery 100 generates hydrogen gas using carbon dioxide gas as a raw material during a discharge process. The carbon dioxide gas supplied to the secondary battery 100 is supplied to the carbon dioxide gas generator 500 generated by the hydrocarbon fuel cell 200 and the carbon dioxide gas generated by the reformer 300 and supplied through the additional carbon dioxide supplier 600 Gas. The hydrogen gas generated from the carbon dioxide gas as a raw material in the discharge process of the secondary battery 100 is supplied to the hydrogen fuel cell 400 by the hydrogen supply unit 700. The configuration of the secondary battery 100 will be described in more detail below.

탄화수소 연료전지(200)는 탄화수소를 연료로 사용하여 전기에너지를 생산하고 부산물로 이산화탄소 가스를 발생시킨다. 탄화수소를 연료로 사용하여 전기에너지를 생산하고 부가적으로 이산화탄소 가스를 발생시키는 연료전지(200)는 공지된 구성으로서 예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-1615694호에 기재된 고체 산화물 연료전지(SOFC)일 수 있다. 탄화수소 연료전지(200)에서 발생된 이산화탄소 가스는 이산화탄소 공급부(500)에 의해 이차전지(100)로 공급된다. 탄화수소 연료전지(200)의 연료인 탄화수소로는 메탄(methane)(CH4), 에탄(ethane)(C2H6), 프로판(propane)(C3H8), 부탄(butane)(C4H10), 헥산(hexane)(C6H14), 헵탄(heptane)(C7H16), 옥탄(octane)(C8H18), 노난(nonane)(C9H20), 데칸(decane)(C10H22) 중 어느 하나일 수 있다. The hydrocarbon fuel cell 200 uses hydrocarbon as a fuel to produce electric energy and generates carbon dioxide gas as a by-product. The fuel cell 200, which uses hydrocarbon as a fuel to generate electrical energy and additionally generates carbon dioxide gas, has a known configuration, for example, a solid oxide fuel cell (SOFC) described in Korean Patent No. 10-1615694, Lt; / RTI > The carbon dioxide gas generated from the hydrocarbon fuel cell 200 is supplied to the secondary battery 100 by the carbon dioxide supply unit 500. Hydrocarbons that are fuel of the hydrocarbon fuel cell 200 include methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ), butane (C 4 H 10 ), hexane (C 6 H 14 ), heptane (C 7 H 16 ), octane (C 8 H 18 ), nonane (C 9 H 20 ) decane) (C 10 H 22 ).

개질기(300)는 탄화수소로부터 수소가 풍부한 개질 가스를 생산하고 부가적으로 이산화탄소 가스를 발생시킨다. 개질기(300)에 의해 개질되는 탄화수소로는 메탄(methane)(CH4), 에탄(ethane)(C2H6), 프로판(propane)(C3H8), 부탄(butane)(C4H10), 헥산(hexane)(C6H14), 헵탄(heptane)(C7H16), 옥탄(octane)(C8H18), 노난(nonane)(C9H20), 데칸(decane)(C10H22) 중 어느 하나일 수 있으며, 탄화수소 연료전지(200)에 연료로 사용되는 것과 동일한 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 개질기(300)가 메탄(CH4)과 수증기(H2O)의 개질 반응에 의해 수소(H2)를 생산하는 메탄-수증기 개질기인 것으로 설명한다. The reformer 300 produces hydrogen-rich reformed gas from hydrocarbons and additionally generates carbon dioxide gas. The hydrocarbons reformed by the reformer 300 include methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ), butane (C 4 H 10), hexane (hexane) (C 6 H 14 ), heptane (heptane) (C 7 H 16 ), octane (octane) (C 8 H 18 ), nonane (nonane) (C 9 H 20 ), decane (decane ) (C 10 H 22 ), and it is preferably the same as that used as the fuel for the hydrocarbon fuel cell 200. In the present embodiment, it is described that the reformer 300 is a methane-steam reformer that produces hydrogen (H 2 ) by the reforming reaction of methane (CH 4 ) and water vapor (H 2 O).

메탄-수증기 개질기(300)는 공정 가격이 저렴하고 대량 생산이 가능한 장점들 때문에 수소 생산 공정 중 상당히 많은 부분을 차지하고 있다. 다음의 [반응식 1] 및 [반응식 2]는 메탄-수증기 개질기(300)의 개질 반응에 관한 것이다. The methane-steam reformer 300 takes up a considerable portion of the hydrogen production process due to its advantages of low process costs and mass production capability. The following Reaction Schemes 1 and 2 relate to the reforming reaction of the methane-steam reformer 300.

[반응식 1] [Reaction Scheme 1]

CH4 + H2O -> CO + 3H2 CH 4 + H 2 O -> CO + 3H 2

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

CO + H2O -> CO2 + H2 CO + H 2 O - > CO 2 + H 2

즉 메탄과 수증기의 화학반응에 의해 일산화탄소(CO)와 수소가 생성되며, 연속적으로 일산화탄소와 수증기의 화학반응에 의해 최종적으로 수소가 생산될 수 있다. 메탄-수증기 개질기(300)에서 생산된 수소는 개질 가스 공급부(800)에 의해 수소 연료전지(400)의 연료로 공급된다.That is, carbon monoxide (CO) and hydrogen are produced by the chemical reaction between methane and water vapor, and hydrogen can be finally produced by the chemical reaction between carbon monoxide and water vapor continuously. The hydrogen produced in the methane-steam reformer 300 is supplied to the hydrogen fuel cell 400 by the reformed gas supply unit 800.

그런데 상기 메탄-수증기 개질기(300)는 상술한 많은 장점을 갖고 있지만, 상기 [반응식 1]과 [반응식 2]에서 알 수 있는 바와 같이 그 공정의 운영을 위해 외부에서 수증기를 공급해줘야 하며, 수소 생산의 부산물로서 지구 온난화 환경문제의 주원인이 되는 이산화탄소가 발생될 수 밖에 없다는 문제점이 있다. 하지만 본 발명의 경우, 메탄-수증기 개질기(300)에서 발생되는 이산화탄소는 대기 중으로 방출되거나 별도의 이산화탄소 포집, 저장 공정으로 전달되는 대신, 이차전지(100)의 방전 반응을 위해 추가 이산화탄소 공급부(600)에 의해 이차전지(100)에 전달됨으로써 메탄-수증기 개질기(300)의 운영에 있어 필요악인 이산화탄소 발생 문제까지 해결될 수 있을 뿐만 아니라 이차전지(100)와 메탄-수증기 개질기(300)를 연계하는 시스템을 구축함에 따라 중복 공정이 생략될 수 있다. 메탄-수증기 개질기(300)는 공지된 기술이므로, 여기서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.However, the methane-steam reformer 300 has many advantages as described above. However, as can be seen from the above-mentioned Reaction Reaction 1 and Reaction Reaction 2, it is necessary to supply water vapor from the outside for the operation of the process, There is a problem that carbon dioxide, which is a main cause of the global warming environmental problem, can not be avoided. However, in the case of the present invention, instead of the carbon dioxide generated in the methane-steam reformer 300 being discharged to the atmosphere or transferred to another carbon dioxide capture and storage process, an additional carbon dioxide supplier 600 is provided for discharging reaction of the secondary battery 100. [ Steam reformer 300 can be solved as well as the problem of generation of carbon dioxide which is a necessary pit in the operation of the methane-steam reformer 300. In addition, the system for connecting the secondary battery 100 to the methane- The redundant process can be omitted. Since the methane-steam reformer 300 is a well-known technology, detailed description thereof will be omitted.

수소 연료전지(400)는 수소와 산소의 화학반응에 의해 물이 생성됨과 아울러 전기에너지를 발생시키는 것이다. 본 실시예에서는 수소 연료전지(400)가 고체 산화물 연료전지(SOFC)인 것으로 설명한다. 수소 연료전지(400)는 친환경적인 측면에서 많은 장점을 가지고 있지만, 상기 메탄-수증기 개질기(300) 등으로부터 추출된 수소를 공급받아야 한다. 하지만 본 발명의 경우, 수소 연료전지(200)는 이차전지(100)와 하나의 시스템으로 구축됨으로써 이차전지(100)의 방전 과정에서 발생하는 수소 가스를 연료로 공급받음으로써, 효율이 현저하게 향상될 수 있다.The hydrogen fuel cell 400 generates water by chemical reaction between hydrogen and oxygen, and generates electrical energy. In this embodiment, it is assumed that the hydrogen fuel cell 400 is a solid oxide fuel cell (SOFC). The hydrogen fuel cell 400 has many advantages in terms of environmental friendliness, but it must receive hydrogen extracted from the methane-steam reformer 300 and the like. However, in the case of the present invention, since the hydrogen fuel cell 200 is constructed as one system with the secondary battery 100, the hydrogen gas generated in the discharging process of the secondary battery 100 is supplied as fuel, .

이산화탄소 공급부(500)는 탄화수소 연료전지(200)에서 발생한 이산화탄소 가스를 수소 가스 생산을 위한 원료로서 이차전지(100)로 공급한다.The carbon dioxide supplying unit 500 supplies the carbon dioxide gas generated from the hydrocarbon fuel cell 200 to the secondary battery 100 as a raw material for producing hydrogen gas.

추가 이산화탄소 공급부(600)는 개질기(300)에서 부산물로 발생한 이산화탄소 가스를 수소 가스 생산을 위한 원료로서 이차전지(100)로 공급한다.The additional carbon dioxide supply unit 600 supplies carbon dioxide gas generated as a by-product in the reformer 300 to the secondary battery 100 as a raw material for producing hydrogen gas.

수소 공급부(700)는 이차전지(100)의 방전 과정에서 부산물로 발생하는 수소 가스를 수소 연료전지(400)의 연료로 공급한다.The hydrogen supply unit 700 supplies hydrogen gas generated as a by-product in the discharging process of the secondary battery 100 to the fuel of the hydrogen fuel cell 400.

개질 가스 공급부(800)는 개질기(300)에서 생산된 수소가 풍부한 개질가스를 수소 연료전지(400)의 연료로 공급한다.The reformed gas supply unit 800 supplies the hydrogen-rich reformed gas produced by the reformer 300 as fuel for the hydrogen fuel cell 400.

도 1을 참조하여 설명된 실시예에서는 복합 발전 시스템(1000)이 이차전지(100)에서 발생한 수소가 연료전지(400)에 공급되는 구성인 것으로 설명하지만, 이는 본 발명의 하나의 실시예로서, 연료전지 외에 수소를 사용하는 다른 다양한 장치에 공급될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.In the embodiment described with reference to FIG. 1, it is described that the combined power generation system 1000 is configured such that hydrogen generated in the secondary battery 100 is supplied to the fuel cell 400, which is an embodiment of the present invention, But also to various other devices using hydrogen in addition to the fuel cell, which is also within the scope of the present invention.

또한, 도 1을 참조하여 설명된 실시예에서는 복합 발전 시스템(1000)이 개질기(300)를 포함하는 것으로 설명하지만, 개질기(300)가 없이도 구성될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.In addition, although the combined power generation system 1000 is described as including the reformer 300 in the embodiment described with reference to FIG. 1, it may be configured without the reformer 300, which is also within the scope of the present invention .

도 2에는 도 1에 도시된 이차전지(100)의 일 실시예의 구성이 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 이차전지(100)는 내부에 반응 공간(111)을 제공하는 반응 용기(110)와, 반응 공간(111)에 담긴 수계 전해질(115)과, 반응 공간(111)에서 수계 전해질(115)에 적어도 일부가 잠기는 캐소드(cathode)(118)와, 반응 공간(111)에서 수계 전해질(115)에 적어도 일부가 잠기는 애노드(anode)(158)를 포함한다. 이차전지(100)는 방전 과정에서 온실가스인 이산화탄소 기체(CO2)를 원료로 사용하여 친환경 연료인 수소(H2)를 생산한다.FIG. 2 shows a configuration of an embodiment of the secondary battery 100 shown in FIG. Referring to FIG. 2, the secondary battery 100 includes a reaction vessel 110 providing a reaction space 111 therein, an aqueous electrolyte 115 contained in the reaction space 111, A cathode 118 at least partially submerged in the electrolyte 115 and an anode 158 at least partially submerged in the aqueous electrolyte 115 in the reaction space 111. The secondary battery 100 produces hydrogen (H 2 ), which is an environmentally friendly fuel, by using carbon dioxide gas (CO 2 ), which is a greenhouse gas, as a raw material during the discharge process.

반응 용기(110)는 내부에 수계 전해질(115)이 담기고 캐소드(118)와 애노드(158)가 수용되는 반응 공간(111)을 제공한다. 반응 용기(110)에는 반응 공간(111)과 연통되는 제1 유입구(112)와 제1 배출구(113)가 형성된다. 제1 유입구(112)는 수계 전해질(115)의 수면보다 아래에 위치하도록 반응 공간(111)의 하부에 위치한다. 제1 배출구(113)는 수계 전해질(115)의 수면보다 위에 위치하도록 반응 공간(111)의 상부에 위치한다. 제1 유입구(112)를 통해 방전 과정에서 연료로 사용되는 이산화탄소 가스가 반응 공간(111)으로 유입되는데, 필요 시 수계 전해질(115)도 유입될 수 있다. 제1 배출구(113)를 통해서는 충·방전 과정에서 생성된 가스가 외부로 배출된다. 도시되지는 않았으나, 제1 유입구(112)와 제1 배출구(113)는 충전 및 방전시 밸브 등에 의해 선택적으로 적절히 시기에 맞춰서 개폐될 수 있다. 제1 연결구(114)는 제1 수용액(115)의 수면보다 아래에 위치하며, 제1 연결구(114)에 연결부(190)가 연결된다. 반응 공간(111)에서는 방전 과정에서 이산화탄소 용리 반응이 일어난다.The reaction vessel 110 has a reaction space 111 in which an aqueous electrolyte 115 is contained and a cathode 118 and an anode 158 are accommodated. The reaction vessel 110 is provided with a first inlet 112 and a first outlet 113 communicating with the reaction space 111. The first inlet 112 is located below the reaction space 111 so as to be located below the water surface of the water-based electrolyte 115. The first outlet 113 is located above the reaction space 111 so as to be located above the water surface of the water-based electrolyte 115. The carbon dioxide gas used as fuel in the discharge process flows into the reaction space 111 through the first inlet 112, and the aqueous electrolyte 115 can also be introduced when necessary. The gas generated during the charging / discharging process is discharged to the outside through the first outlet 113. Although not shown, the first inlet 112 and the first outlet 113 can be selectively opened and closed at appropriate timings by a valve or the like during charging and discharging. The first connection port 114 is located below the water surface of the first aqueous solution 115 and the connection portion 190 is connected to the first connection port 114. In the reaction space 111, a carbon dioxide elution reaction occurs during the discharge process.

수계 전해질(115)은 반응 공간(111)에 담기며, 수계 전해질(115)에 캐소드(118)의 적어도 일부와 애노드(158)의 적어도 일부가 잠긴다. 본 실시예에서 수계 전해질(115)로 염기성 용액 또는 해수가 사용되는 것으로 설명한다. 수계 전해질(115)은 방전 과정에서 제1 유입구(112)를 통해 유입되는 이산화탄소 가스에 의해 약산성을 띄게 된다.The aqueous electrolyte 115 is contained in the reaction space 111 and at least a portion of the cathode 118 and at least a portion of the anode 158 are immersed in the aqueous electrolyte 115. In the present embodiment, it is assumed that a basic solution or seawater is used as the water-based electrolyte 115. The aqueous electrolyte 115 is weakly acidic due to the carbon dioxide gas flowing through the first inlet 112 in the discharge process.

캐소드(118)는 반응 공간(111)에서 수계 전해질(115)에 적어도 일부가 잠긴다. 캐소드(118)는 반응 공간(111)에서 애노드(158)보다 제1 유입구(112)에 상대적으로 가깝게 위치한다. 캐소드(118)는 전기 회로를 형성하기 위한 전극으로서, 탄소 페이퍼, 탄소 섬유, 탄소 펠트, 탄소 천, 금속 폼, 금속박막, 또는 이들의 조합일 수 있으며, 백금 촉매도 사용될 수 있다. 촉매의 경우, 백금 촉매 외에 탄소 계열 촉매, 탄소-금속 계열 복합 촉매, 페로브스카이트 산화물 촉매 등 일반적으로 산소발생반응(HER) 촉매로 사용될 수 있는 다른 모든 촉매도 포함한다. 방전 시 캐소드(118)에서는 환원 반응이 일어나며, 그에 따라 수소가 발생하게 된다.The cathode 118 is at least partially submerged in the aqueous electrolyte 115 in the reaction space 111. The cathode 118 is positioned relatively closer to the first inlet 112 than to the anode 158 in the reaction space 111. The cathode 118 may be a carbon paper, a carbon fiber, a carbon felt, a carbon cloth, a metal foil, a metal thin film, or a combination thereof, and a platinum catalyst may be used as an electrode for forming an electric circuit. In the case of the catalyst, in addition to the platinum catalyst, it includes all other catalysts that can be generally used as an oxygen generating reaction (HER) catalyst such as a carbon-based catalyst, a carbon-metal complex catalyst, and a perovskite oxide catalyst. During the discharge, a reduction reaction occurs in the cathode 118, and hydrogen is generated accordingly.

애노드(158)는 반응 공간(111)에서 수계 전해질(115)에 적어도 일부가 잠긴다. 애노드(158)는 반응 공간(111)에서 캐소드(118)보다 제1 유입구(112)와 상대적으로 멀게 위치한다. 애노드(158)는 전기 회로를 이루는 금속 재질의 전극으로서, 본 실시예에서는 애노드(158)로 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 아연(Zn)이 사용되는 것으로 설명한다. 방전 시 애노드(158)에서는 약산성 환경에 따른 산화 반응이 일어나게 된다.The anode 158 is at least partially submerged in the aqueous electrolyte 115 in the reaction space 111. The anode 158 is positioned relatively farther away from the first inlet 112 than the cathode 118 in the reaction space 111. [ The anode 158 is an electrode made of a metal that forms an electric circuit. In this embodiment, the anode 158 is made of vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Ni), copper (Cu), aluminum (Al), or zinc (Zn) are used. During the discharge, an oxidation reaction occurs in the anode 158 according to a weakly acidic environment.

이제, 위에서 구성 중심으로 설명된 이차전지(100)의 방전 과정이 상세하게 설명된다. 도 2에는 이차전지(100)의 방전 과정이 함께 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 방전시 제1 유입구(112)를 통해 수계 전해질(115)로 이산화탄소 가스가 주입되며, 반응 공간(111)에서는 다음 [반응식 3]과 같은 이산화탄소의 화학적 용리 반응이 이루어진다.Now, the discharging process of the secondary battery 100 described above as the configuration center will be described in detail. 2, the discharging process of the secondary battery 100 is also shown. Referring to FIG. 2, carbon dioxide gas is injected into the aqueous electrolyte 115 through the first inlet 112 during the discharge, and the chemical elution reaction of carbon dioxide is performed in the reaction space 111 as shown in the following reaction formula (3).

[반응식 3][Reaction Scheme 3]

H2O(l) + CO2(g) → H+(aq) + HCO3 -(aq)H 2 O (l) + CO 2 (g)? H + (aq) + HCO 3 - (aq)

즉, 반응 공간(111)으로 공급된 이산화탄소(CO2)가 수계 전해질(115)의 물(H2O)과 자발적인 화학반응을 통해 수소 양이온(H+)과 중탄산염(HCO3 -)이 생성된다.That is, hydrogen cations (H + ) and bicarbonates (HCO 3 - ) are generated through the spontaneous chemical reaction of carbon dioxide (CO 2 ) supplied to the reaction space 111 with water (H 2 O) of the water-based electrolyte 115 .

또한, 캐소드(118)에서는 다음 [반응식 4]와 같은 전기적 반응이 이루어진다.Further, in the cathode 118, an electrical reaction is performed as in the following [Reaction Scheme 4].

[반응식 4][Reaction Scheme 4]

2H+(aq) + 2e- → H2(g)2H + (aq) + 2e - ? H 2 (g)

즉, 캐소드(118) 주변에서 수소 양이온(H+)은 캐소드(118)로부터 전자(e-)를 받아서 수소(H2) 기체가 발생하게 된다. 발생된 수소(H2) 기체는 제1 배출구(113)를 통해서 외부로 배출된다.That is, the hydrogen cation (H + ) around the cathode 118 receives electrons e - from the cathode 118 to generate hydrogen (H 2 ) gas. The generated hydrogen (H 2 ) gas is discharged to the outside through the first outlet 113.

아울러, 캐소드(118) 주변에서는 다음 [반응식 5]와 같은 복합 수소발생 반응이 이루어진다.In addition, around the cathode 118, a complex hydrogen generation reaction as shown in the following Reaction Scheme 5 is performed.

[반응식 5][Reaction Scheme 5]

2H2O(l) + 2CO2(g) + 2e- → H2(g) + 2HCO3 -(aq)2H 2 O (l) + 2CO 2 (g) + 2e - ? H 2 (g) + 2HCO 3 - (aq)

그리고, 애노드(158)에서는 애노드(158)가 아연(Zn)인 경우에 다음 [반응식 6]과 같은 산화 반응이 이루어진다.In the anode 158, when the anode 158 is zinc (Zn), the oxidation reaction is performed as in the following [Reaction Scheme 6].

[반응식 6][Reaction Scheme 6]

Zn + 4OH- → Zn(OH)4 2- + 2e- (E0 = -1.25 V)Zn + 4OH - ? Zn (OH) 4 2- + 2e - (E 0 = -1.25 V)

Zn(OH)4 2- → ZnO + H2O + 2OH- Zn (OH) 4 2- → ZnO + H 2 O + 2OH -

결국, 애노드(158)가 아연(Zn)인 경우에 방전 과정에서 이루어지는 전체 반응식은 다음 [반응식 7]과 같다.As a result, when the anode 158 is zinc (Zn), the overall reaction formula in the discharge process is as shown in the following Reaction Scheme 7.

[반응식 7][Reaction Scheme 7]

Zn + 2CO2 + 2H2O + 2OH- → ZnO + 2HCO3 -(aq) + H2(g) (E0 = 1.25 V) Zn + 2CO 2 + 2H 2 O + 2OH - → ZnO + 2HCO 3 - (aq) + H 2 (g) (E 0 = 1.25 V)

만일, 애노드(150)에서 애노드(158)가 알루미늄(Al)인 경우에 다음 [반응식 8]과 같은 산화 반응이 이루어진다.If the anode 158 in the anode 150 is aluminum (Al), an oxidation reaction as shown in the following Reaction Scheme 8 is performed.

[반응식 8][Reaction Scheme 8]

Al + 3OH- → Al(OH)3 + 3e- (E0 = -2.31 V)Al + 3OH - ? Al (OH) 3 + 3e - (E 0 = -2.31 V)

결국, 애노드(158)가 알루미늄(Al)인 경우에 방전 과정에서 이루어지는 전체 반응식은 다음 [반응식 9]와 같다.As a result, when the anode 158 is aluminum (Al), the overall reaction formula in the discharge process is as shown in the following Reaction Scheme 9.

[반응식 9][Reaction Scheme 9]

2Al + 6CO2 + 6H2O + 6OH- → 2Al(OH)3 + 6HCO3 -(aq) + 3H2(g) (E0 = 2.31 V) 2Al + 6CO 2 + 6H 2 O + 6OH - → 2Al (OH) 3 + 6HCO 3 - (aq) + 3H 2 (g) (E 0 = 2.31 V)

결과적으로, [반응식 7]과 [반응식 9]를 통해 알 수 있는 바와 같이, 방전 시 수계 전해질(115)에서 용리된 이산화탄소에 의해 생성된 수소 이온이 캐소드(1 18)로부터 전자를 받아서 수소 기체로 환원되어서, 제1 배출구(113)를 통해 배출되고, 금속 애노드(158)는 산화물의 형태로 변하게 된다.As a result, as shown in [Reaction Scheme 7] and [Reaction Scheme 9], the hydrogen ions generated by the carbon dioxide eluted in the aqueous electrolyte 115 at the time of discharging receive electrons from the cathode 118, Reduced and discharged through the first outlet 113, and the metal anode 158 is changed to an oxide form.

도 2에 도시된 구성은 본 실시예에서 충전과 방전이 가능한 이차전지에 적용되는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 이차전지가 아닌 방전만이 가능한 전지에도 적용될 수 있다.The configuration shown in FIG. 2 is applied to a rechargeable battery capable of charging and discharging in the present embodiment, but may be applied to a battery that can only discharge, not a secondary battery.

도 3에는 도 1에 도시된 이차전지(100)를 대체하는 다른 구성의 이차전지(100a)의 방전 과정이 모식도로서 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 이차전지(100a)는 내부에 반응 공간(111)을 제공하는 반응 용기(110)와, 반응 공간(111)에 담긴 수계 전해질(115)과, 반응 공간(111)에서 수계 전해질(115)에 적어도 일부가 잠기는 캐소드(cathode)(118)와, 반응 공간(111)에서 수계 전해질(115)에 적어도 일부가 잠기는 애노드(anode)(158)와, 이산화탄소 처리부(120)와, 이산화탄소 순환 공급부(130)와, 반응 용기(111)과 이산화탄소 처리부(120)를 연결하는 연결관(140)을 포함한다. 반응 용기(110), 수계 전해질(115), 캐소드(118) 및 애노드(158)는 도 2에 도시된 실시예에서 설명된 것과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a discharge process of a secondary battery 100a having a different configuration to replace the secondary battery 100 shown in FIG. 3, the secondary battery 100a includes a reaction vessel 110 for providing a reaction space 111 therein, an aqueous electrolyte 115 contained in the reaction space 111, A cathode 118 at least partially submerged in the electrolyte 115, an anode 158 at least partially submerged in the aqueous electrolyte 115 in the reaction space 111, a carbon dioxide processing unit 120, A carbon dioxide circulation supply unit 130 and a connection pipe 140 connecting the reaction vessel 111 and the carbon dioxide processing unit 120. The reaction vessel 110, the water-based electrolyte 115, the cathode 118 and the anode 158 are the same as those described in the embodiment shown in FIG. 2, so a detailed description thereof will be omitted.

이산화탄소 처리부(120)는 수용 공간(121)에 수용되고 반응 공간(111)에 담긴 수계 전해질(115)과 동일한 수용액인 수계 전해질(115)을 구비한다. 이산화탄소 처리부(120)에는 수용 공간(121)으로 이산화탄소가 유입되는 제2 유입구(122)와, 연결관(140)이 연결되는 연통구(123)와, 수용 공간(121)의 상부에 위치하는 제2 배출구(124)가 형성된다. The carbon dioxide processing unit 120 includes an aqueous electrolyte 115 which is contained in the accommodation space 121 and is the same aqueous solution as the aqueous electrolyte 115 contained in the reaction space 111. The carbon dioxide processing unit 120 is provided with a second inlet 122 through which carbon dioxide is introduced into the receiving space 121, a communication port 123 through which the connecting tube 140 is connected, 2 outlet 124 is formed.

제2 유입구(122)는 수용 공간(121)에서 연통구(123)보다 위에 위치하고, 제2 배출구(124) 및 수계 전해질(115)의 수면보다 아래에 위치한다. 제2 유입구(122)를 통해 방전 과정에서 연료로 사용되는 이산화탄소 기체가 수용 공간(121)으로 유입된다. 제2 유입구(122)를 통해 필요에 따라 수계 전해질(115)도 공급될 수 있다. 제2 유입구(122)와 제1 배출구(113)는 충전 및 방전시 밸브 등에 의해 선택적으로 적절한 시기에 맞춰서 개폐될 수 있다.The second inlet 122 is located above the communication port 123 in the receiving space 121 and below the water surface of the second outlet 124 and the water-based electrolyte 115. The carbon dioxide gas used as fuel in the discharge process flows into the accommodation space 121 through the second inlet 122. The aqueous electrolyte 115 may also be supplied through the second inlet 122 as needed. The second inlet 122 and the first outlet 113 can be selectively opened and closed at appropriate times by a valve or the like during charging and discharging.

연통구(123)는 수용 공간(121)에서 제2 유입구(122)보다 아래에 위치하며, 연통구(123)에는 연결관(140)이 연결된다. 연통구(123)를 통해 수용 공간(121)은 반응 공간(111)과 연통된다.The communication hole 123 is located below the second inlet 122 in the accommodation space 121 and the connection pipe 140 is connected to the communication hole 123. The accommodation space 121 communicates with the reaction space 111 through the communication hole 123.

제2 배출구(124)는 수용 공간(121)에서 제2 유입구(122) 및 수계 전해질(115)의 수면보다 위에 위치한다. 제2 배출구(124)를 통해 수용 공간(121)에서 수계 전해질(115)에 용해되지 않아서 이온화되지 않은 이산화탄소 기체가 외부로 배출된다. 제2 배출구(124)를 통해 배출된 이산화탄소 가스는 이산화탄소 순환 공급부(130)를 통해 제2 유입구(122)로 공급된다.The second outlet 124 is located above the water surface of the second inlet 122 and the water-based electrolyte 115 in the receiving space 121. The carbon dioxide gas which is not dissolved in the water-based electrolyte 115 in the accommodation space 121 through the second outlet 124 and is not ionized is discharged to the outside. The carbon dioxide gas discharged through the second outlet 124 is supplied to the second inlet 122 through the carbon dioxide circulation supply unit 130.

이산화탄소 순환 공급부(130)는 제2 배출구(224)를 통해 배출되는 이산화탄소 가스를 제 2유입구(122)로 순환시켜서 재공급한다. The carbon dioxide circulating and supplying unit 130 circulates the carbon dioxide gas discharged through the second outlet 224 to the second inlet 122 and supplies the carbon dioxide gas again.

연결관(140)은 반응 공간(111)의 제1 유입구(112)와 수용 공간(121)의 연통구(123)을 연결한다. 연결관(140)의 내부에 형성되는 연결 통로(141)를 통해 반응 공간(111)과 수용 공간(121)이 연통된다.The connection pipe 140 connects the first inlet 112 of the reaction space 111 and the communication hole 123 of the accommodation space 121. The reaction space 111 and the accommodation space 121 are communicated with each other through the connection passage 141 formed in the connection pipe 140.

제2 유입구(122)를 통해 이산화탄소 처리부(120)의 수용 공간(121)으로 유입된 이산화탄소 중 수계 전해질(115)에 용해되지 않아서 이온화되지 않은 이산화탄소 기체는 반응 공간(111)으로 이동하지 못하고 상승하여 수용 공간(121) 내 수계 전해질(115)의 수면 위 공간에 모인 후 제2 배출구(124)를 통해 배출되고 제2 배출구(124)를 통해 배출된 이산화탄소 기체는 이산화탄소 순환 공급부(130)에 의해 제2 유입구(122)를 통해 수용 공간(121)으로 공급되어서 재활용된다. 또한, 이산화탄소 처리부(120)의 수용 공간(121)으로 유입된 이산화탄소 중 수계 전해질(115)에 용해되지 않아서 이온화되지 않은 이산화탄소 기체는 반응 공간(111)으로 이동하지 못하므로, 제1 배출구(113)를 통해서 이산화탄소가 섞이지 않은 고순도의 수소가 배출될 수 있다.The carbon dioxide gas which is not dissolved in the water-based electrolyte 115 in the carbon dioxide introduced into the receiving space 121 of the carbon dioxide processing unit 120 through the second inlet 122 can not move to the reaction space 111 and rises The carbon dioxide gas collected in the space above the water surface of the water-based electrolyte 115 in the accommodation space 121 and then discharged through the second outlet 124 and discharged through the second outlet 124 is supplied by the carbon dioxide circulating and supplying unit 130 2 inlet 122 to the receiving space 121 and recycled. The carbon dioxide gas which is not dissolved in the water-based electrolyte 115 and is not ionized in the carbon dioxide introduced into the accommodation space 121 of the carbon dioxide processing unit 120 can not move to the reaction space 111, The high purity hydrogen that does not contain carbon dioxide can be discharged.

이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100, 100a : 이차전지 110 : 반응 용기
111 : 반응 공간 112 : 제1 유입구
113 : 제1 배출구 115 : 수계 전해질
118 : 캐소드 120 : 이산화탄소 처리부
121 : 수용 공간 122 : 제2 유입구
123 : 연통구 124 : 제2 배출구
130 : 이산화탄소 순환 공급부 140 : 연결관
158 : 애노드 191 : 연결 통로
200 : 탄화수소 연료전지 300 : 개질기
400 : 수소 연료전지 500 : 이산화탄소 공급부
600 : 추가 이산화탄소 공급부 700 : 수소 공급부
800 : 개질가스 공급부 1000 : 복합 발전 시스템100, 100a: secondary battery 110: reaction container
111: reaction space 112: first inlet
113: first outlet 115: aqueous electrolyte
118: cathode 120: carbon dioxide processor
121: accommodation space 122: second inlet
123: communication port 124: second outlet
130: carbon dioxide circulation supply unit 140: connection pipe
158: anode 191: connection passage
200: hydrocarbon fuel cell 300: reformer
400: hydrogen fuel cell 500: carbon dioxide supply part
600: additional carbon dioxide supply unit 700: hydrogen supply unit
800: reformed gas supply part 1000: combined power generation system

Claims (16)

반응 공간에 수용되는 수계 전해질과, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠기는 캐소드와, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠기는 금속 재질의 애노드를 구비하는 이차전지; 및
탄화수소를 연료로 사용하여 전기에너지를 생산하고 부산물로 이산화탄소를 발생시키는 탄화수소 연료전지를 포함하며,
상기 이차전지의 방전 시 상기 수계 전해질로 상기 탄화수소 연료전지에서 발생한 이산화탄소 기체가 유입되어서 상기 수계 전해질의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되고, 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 수소 기체가 발생하는 복합 발전 시스템.A secondary battery comprising a water-based electrolyte contained in a reaction space, a cathode at least partially immersed in the aqueous electrolyte in the reaction space, and an anode made of a metal at least partially immersed in the aqueous electrolyte in the reaction space; And
And a hydrocarbon fuel cell for producing electric energy using hydrocarbon as fuel and generating carbon dioxide as a by-product,
The carbon dioxide gas generated in the hydrocarbon fuel cell flows into the aqueous electrolyte during the discharge of the secondary battery to generate hydrogen ions and bicarbonate ions by the reaction of the water of the aqueous electrolyte and the carbon dioxide gas, Combined generation system in which electrons are combined to generate hydrogen gas. 반응 공간에 수용되는 수계 전해질과, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠기는 캐소드와, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠기는 금속 재질의 애노드 수용되는 금속 재질의 애노드와, 상기 반응 공간과 연통되는 수용 공간에 수용되는 상기 수계 전해질을 구비하는 이산화탄소 처리부를 구비하는 이차전지; 및
탄화수소를 연료로 사용하여 전기에너지를 생산하고 부산물로 이산화탄소를 발생시키는 탄화수소 연료전지를 포함하며,
상기 이차전지의 방전 시, 상기 수용 공간의 상기 수계 전해질로 탄화수소 연료전지에서 발생한 이산화탄소 기체가 유입되어서 상기 수계 전해질의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되고, 상기 반응 공간에서 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 수소 기체가 발생하며,
상기 이산화탄소 처리부는 상기 수용 공간의 상기 수계 전해질로 유입되는 이산화탄소 기체 중 이온화되지 않은 이산화탄소 기체를 상기 수계 전해질로부터 분리하여 상기 반응 공간으로 공급되지 않도록 하는 복합 발전 시스템.An anode of a metal material which is made of a metal and at least partially immersed in the aqueous electrolyte in the reaction space; A secondary battery including a carbon dioxide processing unit having the water-based electrolyte accommodated in a receiving space communicated with a space; And
And a hydrocarbon fuel cell for producing electric energy using hydrocarbon as fuel and generating carbon dioxide as a by-product,
During the discharge of the secondary battery, carbon dioxide gas generated in the hydrocarbon fuel cell flows into the aqueous electrolyte in the accommodation space, and hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of water and the carbon dioxide gas in the aqueous electrolyte, The hydrogen ions and the electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas,
Wherein the carbon dioxide processing unit separates the non-ionized carbon dioxide gas from the carbon dioxide gas flowing into the water-based electrolyte in the accommodation space from the aqueous electrolyte to prevent the carbon dioxide gas from being supplied to the reaction space. 청구항 2에 있어서,
상기 이산화탄소 처리부는,
상기 이온화되지 않은 이산화탄소 기체를 상기 수계 전해질과의 비중 차이를 이용하여 분리하는 복합 발전 시스템.The method of claim 2,
The carbon dioxide processing unit includes:
Wherein the non-ionized carbon dioxide gas is separated using a difference in specific gravity between the non-ionized carbon dioxide gas and the aqueous electrolyte. 청구항 3에 있어서,
상기 이산화탄소 처리부는,
상기 이온화되지 않은 이산화탄소 기체를 상기 수용 공간의 상기 수계 전해질의 수면 상부에서 수집하는 복합 발전 시스템.The method of claim 3,
The carbon dioxide processing unit includes:
And the non-ionized carbon dioxide gas is collected at the upper part of the water surface of the water-based electrolyte in the accommodation space. 청구항 2에 있어서,
상기 이산화탄소 처리부에는 상기 수용 공간의 상기 수계 전해질의 수면보다 아래에 위치하고 이산화탄소 기체가 유입되는 유입구가 형성되며,
상기 수용 공간에서 상기 반응 공간과 연통되도록 형성된 연통구는 상기 유입구보다 아래에 위치하는 복합 발전 시스템.The method of claim 2,
Wherein the carbon dioxide processing unit has an inlet port which is located below the water surface of the water-based electrolyte in the accommodation space and into which carbon dioxide gas flows,
Wherein the communication hole formed in the accommodation space to communicate with the reaction space is located below the inlet. 청구항 5에 있어서,
상기 반응 공간에는 방전 시 발생한 수소 기체가 배출되도록 상기 반응 공간에 수용되는 상기 수계 전해질의 수면보다 위에 위치하는 제1 배출구가 형성되는 복합 발전 시스템.The method of claim 5,
Wherein the reaction space is formed with a first discharge port located above a water surface of the water-based electrolyte contained in the reaction space to discharge hydrogen gas generated during discharge. 청구항 5에 있어서,
상기 이산화탄소 처리부에는 방전 시, 상기 이온화되지 않은 이산화탄소 기체가 배출되도록 상기 수용 공간의 상기 수계 전해질의 수면보다 위에 위치하는 제2 배출구가 형성되는 복합 발전 시스템.The method of claim 5,
Wherein the carbon dioxide treatment unit is formed with a second discharge port located above a water surface of the water-based electrolyte in the accommodation space to discharge the non-ionized carbon dioxide gas during discharge. 청구항 2에 있어서,
상기 이산화탄소 처리부에서 상기 수계 전해질로부터 분리된 상기 이온화되지 않은 이산화탄소 기체를 방전 시 상기 수용 공간의 상기 수계 전해질로 공급하는 이산화탄소 순환 공급부를 더 포함하는 복합 발전 시스템.The method of claim 2,
And a carbon dioxide circulation supply unit for supplying the non-ionized carbon dioxide gas separated from the aqueous electrolyte in the carbon dioxide treatment unit to the aqueous electrolyte in the accommodation space at the time of discharge. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 애노드의 재질은 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 아연(Zn)인 복합 발전 시스템.The method according to claim 1 or 2,
The material of the anode is selected from the group consisting of vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu) Combined power generation system. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 수계 전해질은 염기성 용액 또는 해수인 복합 발전 시스템.The method according to claim 1 or 2,
Wherein the aqueous electrolyte is a basic solution or seawater. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 이차전지에서 발생한 수소를 공급받는 수소 사용 장치를 더 포함하는 복합 발전 시스템.The method according to claim 1 or 2,
And a hydrogen utilization device supplied with hydrogen generated in the secondary battery. 청구항 11에 있어서,
탄화수소로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부가적으로 이산화탄소를 발생시키는 개질기를 더 포함하며,
상기 개질가스는 상기 수소 사용 장치로 공급되고, 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소는 상기 이차전지로 공급되는 복합 발전 시스템.The method of claim 11,
Further comprising a reformer for producing hydrogen-rich reformed gas from hydrocarbons and additionally generating carbon dioxide,
Wherein the reformed gas is supplied to the hydrogen using device, and carbon dioxide generated in the reformer is supplied to the secondary battery. 청구항 12에 있어서,
상기 개질기는 메탄(CH4)과 수증기(H2O)의 개질 반응에 의해 수소를 생산하는 메탄-수증기 개질기인 복합 발전 시스템.The method of claim 12,
Wherein the reformer is a methane-steam reformer that produces hydrogen by a reforming reaction of methane (CH 4 ) and water vapor (H 2 O). 청구항 11에 있어서,
상기 수소 사용 장치는 수소를 연료로 사용하여 전기에너지를 생산하는 수소 연료전지인 복합 발전 시스템.The method of claim 11,
Wherein the hydrogen using device is a hydrogen fuel cell that generates electric energy by using hydrogen as fuel. 청구항 14에 있어서,
상기 수소 연료전지는 고체 산화물 연료전지(SOFC)인 복합 발전 시스템.15. The method of claim 14,
Wherein the hydrogen fuel cell is a solid oxide fuel cell (SOFC). 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 탄화수소 연료전지는 고체 산화물 연료전지(SOFC)인 복합 발전 시스템.The method according to claim 1 or 2,
Wherein the hydrocarbon fuel cell is a solid oxide fuel cell (SOFC).
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