KR102093169B1 - Propulsion power producing system for ship using carbon dioxide - Google Patents

Propulsion power producing system for ship using carbon dioxide Download PDF

Info

Publication number
KR102093169B1
KR102093169B1 KR1020190002342A KR20190002342A KR102093169B1 KR 102093169 B1 KR102093169 B1 KR 102093169B1 KR 1020190002342 A KR1020190002342 A KR 1020190002342A KR 20190002342 A KR20190002342 A KR 20190002342A KR 102093169 B1 KR102093169 B1 KR 102093169B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon dioxide
aqueous solution
reaction space
dioxide gas
secondary battery
Prior art date
Application number
KR1020190002342A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김건태
김창민
김정원
Original Assignee
울산과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 울산과학기술원 filed Critical 울산과학기술원
Priority to KR1020190002342A priority Critical patent/KR102093169B1/en
Priority to PCT/KR2020/000304 priority patent/WO2020145642A2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102093169B1 publication Critical patent/KR102093169B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/20Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0656Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by electrochemical means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H2021/003Use of propulsion power plant or units on vessels the power plant using fuel cells for energy supply or accumulation, e.g. for buffering photovoltaic energy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/20Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units
    • B63H2021/202Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units of hybrid electric type
    • B63H2021/205Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units of hybrid electric type the second power unit being of the internal combustion engine type, or the like, e.g. a Diesel engine
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/40Combination of fuel cells with other energy production systems
    • H01M2250/407Combination of fuel cells with mechanical energy generators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0002Aqueous electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0002Aqueous electrolytes
    • H01M2300/0014Alkaline electrolytes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02B90/10Applications of fuel cells in buildings
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Abstract

The present invention provides a propulsion power producing system for a ship which reduces carbon dioxide emissions. According to the present invention, the propulsion power producing system for a ship comprises: a heat engine to combust fossil fuel to produce mechanical energy used as propulsion power of a ship and discharge carbon dioxide gas as a byproduct; and a secondary battery to produce electric energy used as propulsion power of the ship. The secondary battery includes: a first aqueous solution accommodated in a first reaction space; a cathode at least partially immersed in the first aqueous solution; an alkaline second aqueous solution accommodated in a second reaction space; an anode at least partially immersed in the second aqueous solution; a connection passage connecting the first reaction space and the second reaction space; and an ion transfer member of a porous structure installed on the connection passage to block a movement of the first and second aqueous solutions and allow a movement of ions. In a discharging process of the secondary battery, carbon dioxide gas discharged from the heat engine flows into the first aqueous solution. Hydrogen ions and bicarbonate ions are produced by a reaction of water of the first aqueous solution and the carbon dioxide gas, and the hydrogen ions and electrons of the cathode are coupled to create hydrogen gas.

Description

이산화탄소를 이용하는 선박용 추진동력 생산 시스템 {PROPULSION POWER PRODUCING SYSTEM FOR SHIP USING CARBON DIOXIDE}Ship's propulsion power production system using carbon dioxide {PROPULSION POWER PRODUCING SYSTEM FOR SHIP USING CARBON DIOXIDE}

본 발명은 선박의 추진동력 생산 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화석연료를 사용하는 열기관과 전지를 함께 사용하여 선박의 추진동력을 생산하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for producing propulsion power of a ship, and more particularly, to a technology for producing propulsion power of a ship by using a heat engine and a battery using fossil fuels together.

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.With the recent industrialization, greenhouse gas emissions are continuously increasing, and carbon dioxide accounts for the largest share of greenhouse gases. Carbon dioxide emissions by industry type are the largest in energy sources such as power plants, and carbon dioxide generated in the cement / steel / refining industry including power generation accounts for half of the world's emissions. The CO2 conversion / utilization field can be largely divided into chemical conversion, biological conversion, and direct utilization, and the technical categories can be categorized into catalyst, electrochemistry, bioprocess, light utilization, inorganic (carbonation), and polymer. Carbon dioxide is generated in various industries and processes, and since carbon dioxide reduction cannot be achieved with one technology, various approaches to carbon dioxide reduction are required.

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 실현에는 보완 사항이 많다. 따라서, 보다 효율적으로 이산화탄소 포집, 저장 및 활용하는 새로운 개념의 한계돌파형(breakthrough) 기술 개발이 요구되고 있다.Currently, the US Department of Energy's Department of Energy (DOE) is a technology to reduce carbon dioxide, and it is pursuing multilateral technology development with an interest in CCUS technology that combines CCS (Carbon Capture & Storage) and CCU (CC & Utilization). CCUS technology is recognized as an effective GHG reduction method, but it faces the problems of high investment cost, the possibility of releasing harmful capture agents into the atmosphere, and low technology maturity. In addition, from an energy and climate policy perspective, CCUS provides a means to substantially reduce greenhouse gas emissions, but there are many complements to the realization of the technology. Accordingly, there is a need to develop a breakthrough technology for a new concept of capturing, storing, and utilizing carbon dioxide more efficiently.

선박의 경우 차량 디젤유보다 약3500배 많은 황을 함유하는 벙커씨유와 같이 저질의 원료를 사용하는 디젤엔진을 통해 추진동력을 주로 얻고 있기 때문에, 종래의 선박에서는 다량의 이산화탄소가 배출된다는 문제가 있다. 최근에는 선박의 이산화탄소 배출량을 제한하는 규제가 마련되고 있는 실정이다.In the case of ships, since the propulsion power is mainly obtained through diesel engines using low-quality raw materials, such as bunker seed oil, which contains about 3,500 times more sulfur than vehicle diesel oil, there is a problem that conventional ships emit large amounts of carbon dioxide. have. In recent years, regulations that limit ship's carbon dioxide emissions are being prepared.

대한민국 공개특허공보 제10-2014-0112644호 (2014.09.24.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0112644 (2014.09.24.)

본 발명의 목적은 화석연료를 사용하면서 이산화탄소의 배출량을 저감시키는 선박용 추진동력 생산 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a propulsion power production system for ships that reduces the emission of carbon dioxide while using fossil fuels.

본 발명의 다른 목적은 화석연료를 연소시켜서 동력을 생산하는 열기관에서 배출되는 이산화탄소를 이용하여 수소를 생산하고 동력 생산에 활용하는 선박용 추진동력 생산 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a propulsion power production system for ships that produces hydrogen using carbon dioxide discharged from a heat engine that produces power by burning fossil fuels and utilizes it for power generation.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 화석연료를 연소시켜서 선박의 추진동력으로 사용되는 기계적 에너지를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 배출하는 열기관; 및 선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 이차전지를 포함하며, 상기 이차전지는, 제1 반응 공간에 수용되는 제1 수용액과, 상기 제1 수용액에 적어도 일부In order to achieve the above object of the present invention, according to an aspect of the present invention, a heat engine for burning fossil fuel to produce mechanical energy used as a propulsion power of a ship and to discharge carbon dioxide gas as a by-product; And a secondary battery for producing electric energy used as a propulsion power of the ship, wherein the secondary battery includes at least a portion of a first aqueous solution accommodated in a first reaction space and the first aqueous solution.

가 잠긴 캐소드와, 제2 반응 공간에 수용되는 염기성인 제2 수용액과, 상기 제2 수용액에 적어도 일부가 잠긴 애노드와, 상기 제1 반응 공간과 상기 제2 반응 공간을 연통시키는 연결 통로와, 상기 연결 통로에 설치되어서 상기 제1 수용액과 상기 제2 수용액의 이동은 차단하고 이온의 이동은 허용하는 다공성 구조의 이온 전달 부재를 구비하며, 상기 이차전지의 방전과정에서 상기 제1 수용액으로 상기 열기관으로부터 배출되는 이산화탄소 기체가 유입되고, 상기 제1 수용액의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되며, 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 수소 기체가 발생하는 선박용 추진동력 생산 시스템이 제공된다.Is a locked cathode, a basic second aqueous solution accommodated in a second reaction space, an anode at least partially submerged in the second aqueous solution, a connecting passage communicating the first reaction space and the second reaction space, and It is installed in the connection passage and has an ion transfer member having a porous structure that blocks movement of the first aqueous solution and the second aqueous solution and allows movement of ions, and discharges the secondary battery from the heat engine as the first aqueous solution. The carbon dioxide gas discharged is introduced, and hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of water and the carbon dioxide gas in the first aqueous solution, and the hydrogen ions and the electrons of the cathode are combined so that hydrogen gas is generated. A production system is provided.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 화석연료를 연소시켜서 선박의 추진동력으로 사용되는 기계적 에너지를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 배출하는 열기관; 및 선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 이차전지를 포함하며, 상기 이차전지는, 제1 반응 공간에 수용되는 제1 수산화칼륨 수용액과, 상기 제1 수산화칼륨 수용액에 적어도 일부가 잠긴 캐소드와, 제2 반응 공간에 수용되는 제2 수산화칼륨 수용액과, 상기 제2 수산화칼륨 수용액에 적어도 일부가 잠긴 애노드와, 상기 제1 반응 공간과 상기 제2 반응 공간을 연통시키는 연결 통로와, 상기 연결 통로에 설치되어서 상기 제1 수산화칼륨 수용액과 상기 제2 수산화칼륨 수용액의 이동은 차단하고 이온의 이동은 허용하는 이온 교환 멤브레인을 구비하며, 상기 이차전지의 방전과정에서 상기 제1 수산화칼륨 수용액으로 상기 열기관으로부터 배출되는 이산화탄소 기체가 유입되고, 상기 제1 수산화칼륨 수용액의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되며, 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 수소 기체가 발생하는 선박용 추진동력 생산 시스템이 제공된다.In order to achieve the above object of the present invention, according to another aspect of the present invention, a heat engine for burning fossil fuel to produce mechanical energy used as a propulsion power of a ship and discharge carbon dioxide gas as a by-product; And a secondary battery for producing electric energy used as a propulsion power of the ship, wherein the secondary battery includes a first potassium hydroxide aqueous solution accommodated in a first reaction space and a cathode at least partially submerged in the first potassium hydroxide aqueous solution. And, a second potassium hydroxide aqueous solution accommodated in the second reaction space, an anode immersed in at least a portion of the second potassium hydroxide aqueous solution, a connection passage connecting the first reaction space and the second reaction space, and the connection. It is installed in the passage and has an ion exchange membrane that blocks the movement of the first aqueous potassium hydroxide solution and the second aqueous potassium hydroxide solution and allows movement of ions, and is used as the first aqueous potassium hydroxide solution in the discharge process of the secondary battery. Carbon dioxide gas discharged from a heat engine flows in, and water of the first potassium hydroxide aqueous solution and the carbon dioxide gas The hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the response, which the hydrogen ions and the cathode of the electron be combined there is provided a marine propulsion power generation system for a hydrogen gas generation.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 화석연료를 연소시켜서 선박의 추진동력으로 사용되는 기계적 에너지를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 배출하는 열기관; 및 선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 이차전지를 포함하며, 상기 이차전지는, 제1 반응 공간에 수용되는 제1 수용액과, 상기 제1 수용액에 적어도 일부가 잠긴 캐소드와, 제2 반응 공간에 수용되는 염기성인 제2 수용액과, 상기 제2 수용액에 적어도 일부가 잠긴 애노드와, 상기 제1 수용액과 상기 제2 수용액을 연결하는 염다리를 구비하며, 상기 이차전지의 방전과정에서 상기 제1 수용액으로 상기 열기관으로부터 배출되는 이산화탄소 기체가 유입되고, 상기 제1 수용액의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되며, 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 수소 기체가 발생하는 선박용 추진동력 생산 시스템이 제공된다.In order to achieve the above object of the present invention, according to another aspect of the present invention, a heat engine for burning fossil fuel to produce mechanical energy used as a propulsion power of a ship and to discharge carbon dioxide gas as a by-product; And a secondary battery for producing electrical energy used as a propulsion power of the ship, wherein the secondary battery includes a first aqueous solution accommodated in a first reaction space, a cathode at least partially submerged in the first aqueous solution, and a second battery. A basic second aqueous solution accommodated in the reaction space, an anode immersed in at least a portion of the second aqueous solution, and a salt bridge connecting the first aqueous solution and the second aqueous solution, wherein the second battery is discharged during the discharge process of the secondary battery. Carbon dioxide gas discharged from the heat engine flows into the aqueous solution, and hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of water and the carbon dioxide gas in the first aqueous solution, and the hydrogen ions and electrons of the cathode are combined to form a hydrogen gas. A propulsion power production system for ships is generated.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 화석연료를 연소시켜서 선박의 추진동력으로 사용되는 기계적 에너지를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 배출하는 열기관; 및 선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 이차전지를 포함하며, 상기 이차전지는, 반응 공간에 수용되는 수계 전해질과, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠긴 캐소드와, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠긴 애노드를 구비하며, 상기 이차전지의 방전과정에서 상기 수계 전해질로 상기 열기관으로부터 배출되는 이산화탄소 기체가 유입되고, 상기 수계 전해질의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되며, 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 수소 기체가 발생하는 선박용 추진동력 생산 시스템이 제공된다.In order to achieve the above object of the present invention, according to another aspect of the present invention, a heat engine for burning fossil fuel to produce mechanical energy used as a propulsion power of a ship and to discharge carbon dioxide gas as a by-product; And a secondary battery for producing electric energy used as a propulsion power of the ship, wherein the secondary battery includes an aqueous electrolyte accommodated in a reaction space, a cathode at least partially submerged in the reaction space in the reaction space, and the reaction. An anode having at least a portion immersed in the aqueous electrolyte in a space is provided, and carbon dioxide gas discharged from the heat engine flows into the aqueous electrolyte during the discharge process of the secondary battery. Hydrogen ions and bicarbonate ions are generated, and the propulsion power production system for ships is provided in which hydrogen gas is generated by combining the hydrogen ions and the electrons of the cathode.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 화석연료를 연소시켜서 추진동력을 생산하는 열기관에서 배출되는 이산화탄소를 활용하여 방전과정에서 수소를 발생시키고 추진동력으로 이용되는 전기에너지를 생산하는 이차전지를 구비하고, 이차전지에서 발생한 수소가 열기관의 에너지원으로 공급되거나 연료전지의 연료로 공급됨으로써, 선박의 이산화탄소 배출량이 현저하게 줄어들 수 있다.According to the present invention, it is possible to achieve all the objects of the present invention described above. Specifically, a secondary battery is provided to generate hydrogen in a discharge process and generate electric energy used as a propulsion power by using carbon dioxide emitted from a heat engine that produces fossil power by burning fossil fuels, and hydrogen generated from a secondary battery By being supplied as an energy source of a heating engine or fuel of a fuel cell, the carbon dioxide emission of a ship can be significantly reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소를 이용하는 선박용 추진동력 생산 시스템의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소를 이용하는 선박용 추진동력 생산 시스템의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1과 도 2에 도시된 이차전지의 제1 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.
도 4는 도 1과 도 2에 도시된 이차전지의 제2 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.
도 5는 도 1과 도 2에 도시된 이차전지의 제3 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.
도 6은 도 1과 도 2에 도시된 이차전지의 제4 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.
도 7은 도 1과 도 2에 도시된 이차전지의 제5 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.
도 8은 도 1과 도 2에 도시된 이차전지의 제6 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.
도 9는 도 1과 도 2에 도시된 이차전지의 제7 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.
도 10은 도 1과 도 2에 도시된 이차전지의 제8 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.
도 11은도 1과 도 2에 도시된 이차전지의 제9 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.
도 12는 도 1과 도 2에 도시된 이차전지의 제10 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.
1 is a block diagram showing a schematic configuration of a ship propulsion power production system using carbon dioxide according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing a schematic configuration of a propulsion power production system for ships using carbon dioxide according to another embodiment of the present invention.
3 is a diagram for a first embodiment of the secondary battery shown in FIGS. 1 and 2, and is a schematic diagram illustrating a discharge process.
FIG. 4 is a view of a second embodiment of the secondary battery illustrated in FIGS. 1 and 2, and is a schematic diagram illustrating a discharge process.
FIG. 5 is a diagram for a third embodiment of the secondary battery illustrated in FIGS. 1 and 2, and is a schematic diagram illustrating a discharge process.
FIG. 6 is a diagram for a fourth embodiment of the secondary battery illustrated in FIGS. 1 and 2, and is a schematic diagram illustrating a discharge process.
7 is a diagram for a fifth embodiment of the secondary battery illustrated in FIGS. 1 and 2, and is a schematic diagram illustrating a discharge process.
FIG. 8 is a diagram for a sixth embodiment of the secondary battery illustrated in FIGS. 1 and 2, and is a schematic diagram illustrating a discharge process.
9 is a view of a seventh embodiment of the secondary battery shown in FIGS. 1 and 2, and is a schematic diagram illustrating a discharge process.
10 is a view of an eighth embodiment of the secondary battery shown in FIGS. 1 and 2, and is a schematic diagram illustrating a discharge process.
FIG. 11 is a view for a ninth embodiment of the secondary battery shown in FIGS. 1 and 2, and is a schematic diagram illustrating a discharge process.
12 is a view of a tenth embodiment of the secondary battery shown in FIGS. 1 and 2, and is a schematic diagram illustrating a discharge process.

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 이용하는 선박용 추진동력 생산 시스템의 개략적인 구성이 블록도로서 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소를 이용하는 선박용 추진동력 생산 시스템(1000)은, 화석연료를 연소시켜서 선박의 추진동력으로 사용되는 기계적 에너지를 생산하고 부산물로 이산화탄소를 배출하는 열기관(1200)과, 선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하고 열기관(1200)의 에너지원으로 공급되는 수소가 열기관(1200)으로부터 배출되는 이산화탄소를 활용하여 방전과정에서 발생되는 이차전지(100)와, 이차전지(100)에서 발생된 수소를 저장하는 수소 저장장치(1300)를 포함한다.1 is a schematic block diagram of a ship propulsion power production system using carbon dioxide according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a ship propulsion power production system 1000 using carbon dioxide according to an embodiment of the present invention produces mechanical energy used as a propulsion power of a ship by burning fossil fuel and discharges carbon dioxide as a by-product. The heat engine 1200 and the secondary battery 100 generated in the discharge process by using carbon dioxide, which produces electric energy used as a propulsion power of the ship and discharges hydrogen supplied as an energy source of the heat engine 1200 from the heat engine 1200 ), And a hydrogen storage device 1300 for storing hydrogen generated in the secondary battery 100.

열기관(1200)은 화석연료를 연소시켜서 선박의 추진동력으로 사용되는 기계적 에너지를 생산하며 화석연료의 연소과정에서 이산화탄소를 발생시킨다. 열기관(1200)은 선박용으로 주로 사용되는 디젤엔진 등 화석연료를 연소시켜서 기계적 에너지를 생산하는 모든 형태의 연소 엔진을 포함한다. 열기관(1200)에서 생산된 기계적 에너지는 선박의 추진동력으로 사용되며, 열기관(1200)에서 발생한 이산화탄소는 수소 생산을 위해 이차전지(100)로 공급된다.The heat engine 1200 burns fossil fuel to produce mechanical energy used as a propulsion power of the ship, and generates carbon dioxide in the process of burning fossil fuels. The heat engine 1200 includes all types of combustion engines that produce mechanical energy by burning fossil fuels such as diesel engines mainly used for ships. The mechanical energy produced by the heat engine 1200 is used as a propulsion power of the ship, and the carbon dioxide generated by the heat engine 1200 is supplied to the secondary battery 100 for hydrogen production.

이차전지(100)는 방전과정에서 전기에너지를 생산하고, 방전과정에서 열기관(1200)에서 발생한 이산화탄소 가스를 원료로 하여 수소 가스를 발생시킨다. 이차전지(100)에서 생산된 전기에너지는 선박의 추진동력으로 사용되며, 이차전지(100)에서 발생한 수소 가스는 열기관(1200)의 에너지원으로 공급되거나, 수소 저장장치(1300)에 저장된다. 이차전지(100)의 구체적인 구성은 아래에서 상세하게 설명될 것이다.The secondary battery 100 generates electric energy in the discharging process, and generates hydrogen gas by using the carbon dioxide gas generated in the heat engine 1200 as a raw material in the discharging process. The electric energy produced by the secondary battery 100 is used as a propulsion power of the ship, and the hydrogen gas generated from the secondary battery 100 is supplied as an energy source of the heat engine 1200 or stored in the hydrogen storage device 1300. The specific configuration of the secondary battery 100 will be described in detail below.

수소 저장장치(1300)는 이차전지(100)에서 발생한 수소를 추후 활용하기 위해 저장한다.The hydrogen storage device 1300 stores hydrogen generated in the secondary battery 100 for later use.

도 2에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소를 이용하는 선박용 추진동력 생산 시스템의 개략적인 구성이 블록도로서 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소를 이용하는 선박용 추진동력 생산 시스템(1000a)은, 화석연료를 연소시켜서 선박의 추진동력으로 사용되는 기계적 에너지를 생산하고 부산물로 이산화탄소를 배출하는 열기관(1200)과, 탄화수소로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부산물로 이산화탄소를 발생시키는 개질기(1500)와, 선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하고 열기관(1200)과 개질기(1500)로부터 배출되는 이산화탄소를 활용하여 수소가 방전과정에서 발생되는 이차전지(100)와, 이차전지(100)에서 발생된 수소와 개질기(1500)에서 생산된 개질가스에 함유된 수소를 원료로 하여 선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지(1400)를 포함한다.2 is a schematic block diagram of a propulsion power production system for ships using carbon dioxide according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, a ship propulsion power production system 1000a using carbon dioxide according to another embodiment of the present invention produces mechanical energy used as a propulsion power of a ship by burning fossil fuel and discharges carbon dioxide as a by-product. The heat engine 1200, a reformer 1500 that produces hydrogen-rich reformed gas from hydrocarbons and generates carbon dioxide as a by-product, and an electric energy that is used as a propulsion power of the ship, and from the heat engine 1200 and the reformer 1500 Propulsion of a ship by using hydrogen emitted from the secondary battery 100 generated in the process of discharging hydrogen, hydrogen generated in the secondary battery 100, and reformed gas produced in the reformer 1500 by using the discharged carbon dioxide. It includes a fuel cell (1400) for producing electrical energy used as power.

열기관(1200)은 화석연료를 연소시켜서 선박의 추진동력으로 사용되는 기계적 에너지를 생산하며 화석연료의 연소과정에서 이산화탄소를 발생시킨다. 열기관(1200)은 선박용으로 주로 사용되는 디젤엔진 등 화석연료를 연소시켜서 기계적 에너지를 생산하는 모든 형태의 연소 엔진을 포함한다. 열기관(1200)에서 생산된 기계적 에너지는 선박의 추진동력으로 사용되며, 열기관(1200)에서 발생한 이산화탄소는 수소 생산을 위해 이차전지(100)로 공급된다.The heat engine 1200 burns fossil fuel to produce mechanical energy used as a propulsion power of the ship, and generates carbon dioxide in the process of burning fossil fuels. The heat engine 1200 includes all types of combustion engines that produce mechanical energy by burning fossil fuels such as diesel engines mainly used for ships. The mechanical energy produced by the heat engine 1200 is used as a propulsion power of the ship, and the carbon dioxide generated by the heat engine 1200 is supplied to the secondary battery 100 for hydrogen production.

개질기(1500)는 탄화수소로부터 수소가 풍부한 개질 가스를 생산하고 부가적으로 이산화탄소 가스를 발생시킨다. 개질기(1500)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 있다. 본 실시예에서는 개질기(1500)가 메탄(CH4)과 수증기(H2O)의 개질 반응에 의해 수소(H2)를 생산하는 메탄-수증기 개질기인 것으로 설명한다. The reformer 1500 produces hydrogen-rich reformed gas from hydrocarbons and additionally generates carbon dioxide gas. Hydrocarbons reformed by the reformer 1500 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 ). In this embodiment, it will be described that the reformer 1500 is a methane-steam reformer that produces hydrogen (H 2 ) by a reforming reaction of methane (CH 4 ) and water vapor (H 2 O).

메탄-수증기 개질기는 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 개질기의 개질 반응에 관한 것이다. Methane-steam reformers are a significant part of the hydrogen production process because of the low process cost and the advantages of mass production. The following [Scheme 1] and [Scheme 2] relates to the reforming reaction of the methane-steam reformer.

[반응식 1] [Scheme 1]

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

[반응식 2][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 개질기에서 생산된 수소는 연료전지(1400)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. Hydrogen produced in the methane-steam reformer is supplied as fuel in the fuel cell 1400.

그런데 상기 메탄-수증기 개질기(1500)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 개질기에서 발생되는 이산화탄소는 대기 중으로 방출되거나 별도의 이산화탄소 포집, 저장 공정으로 전달되는 대신, 도시된 바와 같이 이차전지(100)의 방전과정에서 수소 생산을 위하여 이차전지(100)에 전달됨으로써 메탄-수증기 개질기의 운영에 있어 필요악인 이산화탄소 발생 문제까지 해결될 수 있다. 메탄-수증기 개질기는 공지된 기술이므로, 여기서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.However, the methane-steam reformer 1500 has many of the above-mentioned advantages, but as can be seen from [Scheme 1] and [Scheme 2], water vapor must be supplied externally for the operation of the process, and hydrogen production As a by-product of this, there is a problem that carbon dioxide, which is a main cause of the global warming environment problem, must be generated. However, in the case of the present invention, the carbon dioxide generated in the methane-steam reformer is discharged into the atmosphere or transferred to a separate carbon dioxide capture and storage process, instead of a secondary battery for hydrogen production in the discharge process of the secondary battery 100 as shown By being delivered to (100), even the problem of carbon dioxide generation, which is a necessary evil in the operation of the methane-steam reformer, can be solved. Since the methane-steam reformer is a known technique, detailed description thereof is omitted here.

이차전지(100)는 방전과정에서 전기에너지를 생산하고, 방전과정에서 열기관(1200)과 개질기(1500)에서 발생한 이산화탄소 가스를 원료로 하여 수소 가스를 발생시킨다. 이차전지(100)에서 생산된 전기에너지는 선박의 추진동력으로 사용되며, 이차전지(100)에서 발생한 수소 가스는 연료전지(1400)의 연료로 공급된다. 이차전지(100)의 구체적인 구성은 아래에서 상세하게 설명될 것이다.The secondary battery 100 generates electric energy in the discharge process, and generates hydrogen gas using carbon dioxide gas generated in the heat engine 1200 and the reformer 1500 as a raw material in the discharge process. The electric energy produced by the secondary battery 100 is used as a propulsion power of the ship, and the hydrogen gas generated from the secondary battery 100 is supplied as fuel of the fuel cell 1400. The specific configuration of the secondary battery 100 will be described in detail below.

연료전지(1400)는 개질기(1500)에서 생산된 개질가스에 함유된 수소와 이차전지(100)에서 발생된 수소를 원료로 공급받아서 선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산한다. The fuel cell 1400 receives hydrogen contained in the reformed gas produced in the reformer 1500 and hydrogen generated in the secondary battery 100 as raw materials to produce electric energy used as a propulsion power of the ship.

도 3는 도 1과 도 2에 도시된 이차전지의 제1 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다. 도 3을 참조하면, 이차전지(100)는 캐소드부(110)와, 애노드부(150)와, 캐소드부(110)와 애노드부(150)를 연결하는 연결부(190)를 포함한다. 이차전지(100)는 방전과정에서 열기관(도 1, 도 2의 1200) 및 개질기(도 2의 1500)로부터 배출되는 온실가스인 이산화탄소 기체(CO2)를 원료로 사용하여 친환경 연료인 수소(H2)를 생산한다.FIG. 3 is a view of a first embodiment of the secondary battery illustrated in FIGS. 1 and 2, and is a schematic diagram illustrating a discharge process. Referring to FIG. 3, the secondary battery 100 includes a cathode unit 110, an anode unit 150, and a connection unit 190 connecting the cathode unit 110 and the anode unit 150. The secondary battery 100 uses the carbon dioxide gas (CO 2 ), which is a greenhouse gas emitted from a heat engine (1200 in FIGS. 1 and 2) and a reformer (1500 in FIG. 2 ) as a raw material during discharge, and is an environmentally friendly fuel (H). 2 ) is produced.

캐소드부(110)는, 내부에 제1 반응 공간(111)을 제공하는 제1 반응 용기(110a)와, 제1 반응 공간(111)에 담긴 제1 수용액(115)과, 제1 수용액(115)에 적어도 일부가 잠기는 캐소드(cathode)(118)를 구비한다. 제1 수용액(115)으로는 알칼리성 수용액(본 실시예에서는 1M KOH의 강염기성 용액에서 CO2를 용리시킨 것이 사용됨), 해수, 수돗물 및 증류수 등이 사용될 수 있다. 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. 제1 반응 용기(110a)에는 제1 반응 공간(111)과 연통되는 제1 유입구(112), 제1 배출구(113) 및 제1 연결구(114)가 형성된다. 제1 유입구(112)는 제1 수용액(115)의 수면보다 아래에 위치하도록 제1 반응 공간(111)의 하부에 위치한다. 제1 배출구(113)는 제1 수용액(115)의 수면보다 위에 위치하도록 제1 반응 공간(111)의 상부에 위치한다. 제1 유입구(112)를 통해 방전과정에서 원료로 사용되는 이산화탄소가 제1 반응 공간(111)으로 유입되는데, 필요 시 제1 수용액(115)도 유입될 수 있다. 제1 배출구(113)를 통해서는 충·방전 과정에서 생성된 가스가 외부로 배출된다. 도시되지는 않았으나, 유입구(112)와 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. 캐소드부(110)에서는 방전과정에서 이산화탄소 용리 반응이 일어난다.The cathode unit 110 includes a first reaction vessel 110a providing a first reaction space 111 therein, a first aqueous solution 115 contained in the first reaction space 111, and a first aqueous solution 115 ) Is provided with a cathode (118) at least partially submerged. As the first aqueous solution 115, an alkaline aqueous solution (in this embodiment, an elution of CO 2 in a strong basic solution of 1M KOH is used), seawater, tap water, distilled water, and the like can be used. The cathode 118 is an electrode for forming an electrical circuit, and may be carbon paper, carbon fiber, carbon felt, carbon cloth, metal foam, metal thin film, or a combination thereof, and a platinum catalyst may also be used. In the case of the catalyst, in addition to the platinum catalyst, all other catalysts that can be generally used as an oxygen generating reaction (HER) catalyst, such as a carbon-based catalyst, a carbon-metal-based composite catalyst, and a perovskite oxide catalyst, are included. A first inlet port 112, a first outlet port 113, and a first connector port 114 communicating with the first reaction space 111 are formed in the first reaction container 110a. The first inlet 112 is positioned below the first reaction space 111 so that it is located below the water surface of the first aqueous solution 115. The first outlet 113 is positioned above the first reaction space 111 so as to be positioned above the water surface of the first aqueous solution 115. Carbon dioxide, which is used as a raw material in the discharge process, is introduced into the first reaction space 111 through the first inlet 112, and if necessary, the first aqueous solution 115 may also be introduced. The gas generated in the charging / discharging process is discharged to the outside through the first outlet 113. Although not shown, the inlet 112 and the outlet 113 may be selectively opened and closed in a timely manner by a valve or the like during charging and discharging. The first connector 114 is positioned below the water surface of the first aqueous solution 115, and the connection unit 190 is connected to the first connector 114. In the cathode unit 110, a carbon dioxide elution reaction occurs during a discharge process.

애노드부(150)는, 내부에 제2 반응 공간(151)을 제공하는 제2 반응 용기(150a)와, 제2 반응 공간(151)에 담긴 제2 수용액(155)과, 제2 수용액(155)에 적어도 일부가 잠기는 애노드(anode)(158)를 구비한다. 제2 수용액(155)으로는 고농도의 알칼리 용액이 사용되는데, 예를 들어, 1M KOH 또는 6M KOH가 사용될 수 있다. 애노드(158)는 전기 회로를 이루는 금속 재질의 전극으로서, 본 실시예에서는 애노드(158)로 아연(Zn) 또는 알루미늄(Al)이 사용되는 것으로 설명한다. 또한, 애노드(158)로는 아연 또는 알루미늄을 포함하는 합금이 사용될 수도 있다. 추가적으로, 애노드(158)로 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu)가 사용될 수 있으며, 이때 산성 또는 염기성 용액이제2 수용액(155)으로 사용될 수 있다. 애노드부(150)에는 제2 반응 공간(151)과 연통되는 제2 연결구(154)가 형성된다. 제2 연결구(154)는 제2 수용액(155)의 수면보다 아래에 위치하며, 제2 연결구(154)에 연결부(190)가 연결된다.The anode unit 150 includes a second reaction container 150a providing a second reaction space 151 therein, a second aqueous solution 155 contained in the second reaction space 151, and a second aqueous solution 155 ) Is provided with an anode 158 in which at least a part is locked. As the second aqueous solution 155, an alkali solution having a high concentration is used, for example, 1M KOH or 6M KOH may be used. The anode 158 is an electrode of a metal material constituting an electrical circuit, and in this embodiment, it is described that zinc (Zn) or aluminum (Al) is used as the anode 158. In addition, an alloy containing zinc or aluminum may be used as the anode 158. Additionally, vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), and copper (Cu) may be used as the anode 158, wherein the acid or basic The solution can be used as a second aqueous solution 155. A second connector 154 in communication with the second reaction space 151 is formed in the anode unit 150. The second connector 154 is located below the water surface of the second aqueous solution 155, and the connection part 190 is connected to the second connector 154.

연결부(190)는 캐소드부(110)와 애노드부(150)를 연결하는 연결 통로(191)와, 연결 통로(191)의 내부에 설치되는 이온 전달 부재(192)를 구비한다.The connection part 190 includes a connection passage 191 connecting the cathode part 110 and the anode part 150, and an ion transfer member 192 installed inside the connection passage 191.

연결 통로(191)는 캐소드부(110)에 형성된 제1 연결구(114)와 애노드부(150)에 형성된 제2 연결구(154)의 사이에 연장되어서 캐소드부(110)의 제1 반응 공간(111)과 애노드부(150)의 제2 반응 공간(151)을 연통시킨다. 연결 통로(191)의 내부에 이온 전달 부재(192)가 설치된다.The connection passage 191 extends between the first connector 114 formed in the cathode portion 110 and the second connector 154 formed in the anode portion 150 so that the first reaction space 111 of the cathode portion 110 ) And the second reaction space 151 of the anode 150 are communicated. The ion transfer member 192 is installed inside the connection passage 191.

이온 전달 부재(192)는 대체로 디스크 형상으로서 연결 통로(191)의 내부를 막는 형태로 설치된다. 이온 전달 부재(192)는 다공성 구조로 이루어져서 캐소드부(110)와 애노드부(150)의 사이에 이온의 이동은 허용하면서, 수용액(115, 155)의 이동은 차단한다. 본 실시예에서는 이온 전달 부재의 재질이 유리인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 다공성 구조의 다른 재질도 사용될 수 있고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 본 실시예에서 이온 전달 부재(192)는 기공 크기가 G2 등급(grade)에 해당하는 40 내지 90 미크론(micron), G3 등급에 해당하는 15 내지 40 미크론, G4 등급에 해당하는 5 내지 15 미크론, G5에 해당하는 1 내지 2 미크론인 다공성 유리가 사용될 수 있다. 이온 전달 부재(192)는 이온만 전달시킴으로써 방전과정에서 생기는 이온 불균형을 해소하게 된다.The ion transfer member 192 is generally formed in a disk shape to block the inside of the connection passage 191. The ion transfer member 192 is made of a porous structure, while allowing movement of ions between the cathode portion 110 and the anode portion 150, while blocking the movement of the aqueous solutions 115 and 155. In this embodiment, the material of the ion transfer member is described as glass, but the present invention is not limited thereto, and other materials having a porous structure may also be used, and this is also within the scope of the present invention. In this embodiment, the ion transfer member 192 has a pore size of 40 to 90 microns corresponding to a G2 grade (grade), 15 to 40 microns corresponding to a G3 grade, 5 to 15 microns corresponding to a G4 grade, Porous glass of 1 to 2 microns corresponding to G5 can be used. The ion transfer member 192 eliminates ion imbalance generated in the discharge process by transferring only ions.

이제, 위에서 구성 중심으로 설명된 이차전지(100)의 방전과정이 상세하게 설명된다. 도 3에는 이차전지(100)의 방전과정이 함께 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 제1 유입구(112)를 통해 제1 수용액(115)으로 이산화탄소 기체가 주입되며, 캐소드부(110)에서는 다음 [반응식 3]과 같은 이산화탄소의 화학적 용리 반응이 이루어진다.Now, the discharge process of the secondary battery 100 described above with a focus on the configuration will be described in detail. In FIG. 3, the discharge process of the secondary battery 100 is also shown. Referring to FIG. 3, carbon dioxide gas is injected into the first aqueous solution 115 through the first inlet 112, and a chemical elution reaction of carbon dioxide is performed in the cathode 110 as shown in [Scheme 3].

[반응식 3][Scheme 3]

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

즉, 캐소드부(110)에서는 캐소드부(110)에 공급된 이산화탄소 기체(CO2)가 제1 수용액(115)의 물(H2O)과 자발적인 화학반응을 통해 수소 양이온(H+)과 중탄산염(HCO3 -)이 생성된다.That is, in the cathode part 110, the carbon dioxide gas (CO 2 ) supplied to the cathode part 110 is hydrogen cation (H + ) and bicarbonate through spontaneous chemical reaction with water (H 2 O) of the first aqueous solution 115 (HCO 3 -) is generated.

또한, 캐소드부(110)에서는 다음 [반응식 4]와 같은 전기적 반응이 이루어진다.In addition, an electrical reaction as shown in [Reaction Scheme 4] is performed at the cathode unit 110.

[반응식 4][Reaction Scheme 4]

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

즉, 캐소드부(110)에서 수소 양이온(H+)은 전자(e-)를 받아서 수소 기체(H2)가 발생하게 된다. 발생된 수소 기체는 제1 배출구(113)를 통해서 외부로 배출된다.That is, hydrogen cations at the cathode portion (110) (H +) are electron (e -) is a hydrogen gas (H 2) generated receives. The generated hydrogen gas is discharged to the outside through the first outlet 113.

아울러, 캐소드부(110)에서는 다음 [반응식 5]와 같은 복합 수소발생 반응이 이루어진다.In addition, a composite hydrogen generating reaction as shown in [Reaction Scheme 5] is performed at the cathode 110.

[반응식 5][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, 애노드부(150)에서는 애노드(158)가 아연(Zn)인 경우에 다음 [반응식 6]과 같은 산화 반응이 이루어진다.Then, in the anode unit 150, when the anode 158 is zinc (Zn), an oxidation reaction as shown in the following [Reaction Scheme 6] is performed.

[반응식 6][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 equation made in the discharge process is as follows.

[반응식 7][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, 애노드부(150)에서 애노드(158)가 알루미늄(Al)인 경우에 다음 [반응식 8]과 같은 산화 반응이 이루어진다.If, in the anode unit 150, the anode 158 is aluminum (Al), an oxidation reaction as shown in [Equation 8] is performed.

[반응식 8][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]과 같다.As a result, when the anode 158 is aluminum (Al), the overall reaction equation made in the discharge process is as follows.

[반응식 9][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 8]과 [반응식 9]를 통해 알 수 있는 바와 같이, 방전 시 제1 수용액(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 can be seen through [Scheme 8] and [Scheme 9], hydrogen ions generated by carbon dioxide eluted from the first aqueous solution 115 upon discharge receive electrons from the cathode 1 18 to produce hydrogen gas. It is reduced to, is discharged through the first outlet 113, the metal anode 158 is changed to the form of oxide.

도 4 내지 도 12에는 도 3에 도시된 실시예의 이차전지(100)를 대신하여 도 1 및 도 2의 시스템에 사용될 수 있는 이차전지들 각각에 대한 구성들이 도시되어 있다.4 to 12 illustrate the configurations for each of the secondary batteries that can be used in the systems of FIGS. 1 and 2 in place of the secondary battery 100 of the embodiment illustrated in FIG. 3.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지의 방전과정을 도시한 모식도이다. 도 4를 참조하면, 이차전지(100a)는 캐소드부(110)와, 애노드부(150)와, 캐소드부(110)와 애노드부(150)를 연결하는 연결부(190)와, 이산화탄소 처리부(120)와, 이산화탄소 순환 공급부(130)와, 캐소드부(110)와 이산화탄소 처리부(120)를 연통시키는 연결관(140)을 포함한다. 캐소드부(110)와 애노드부(150) 및 연결부(190)는 도 3에 도시된 실시예에서 설명된 것과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.4 is a schematic diagram showing a discharge process of a secondary battery according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the secondary battery 100a includes a cathode unit 110, an anode unit 150, a connection unit 190 connecting the cathode unit 110 and the anode unit 150, and a carbon dioxide processing unit 120 ), The carbon dioxide circulation supply unit 130, and the cathode 110 and the carbon dioxide processing unit 120, the connecting pipe 140 for communicating. The cathode 110 and the anode 150 and the connecting portion 190 are the same as those described in the embodiment illustrated in FIG. 3, and thus detailed description thereof will be omitted.

이산화탄소 처리부(120)는, 내부에 수용 공간(121)을 제공하는 수용 용기(120a)와, 수용 공간(121)에 수용되고 캐소드부(110)의 제1 수용액(115)과 동일한 수용액인 제1 수용액(115)을 구비한다. 수용 용기(120a)에는 수용 공간(121)으로 이산화탄소 기체가 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 a receiving container 120a providing an accommodation space 121 therein, and a first aqueous solution accommodated in the accommodation space 121 and the same aqueous solution as the first aqueous solution 115 of the cathode 110 An aqueous solution 115 is provided. The receiving container 120a is located at the upper portion of the receiving space 121, the second inlet 122 through which carbon dioxide gas flows into the receiving space 121, the communication port 123 to which the connecting pipe 140 is connected, and the receiving space 121. The second outlet 124 is formed.

제2 유입구(122)는 수용 공간(121)에서 연통구(123)보다 위에 위치하고, 제2 배출구(124) 및 제1 수용액(115)의 수면보다 아래에 위치한다. 제2 유입구(122)를 통해 방전과정에서 원료로 사용되는 이산화탄소 기체가 수용 공간(121)으로 유입된다. 제2 유입구(122)를 통해 필요에 따라 제1 수용액(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 positioned above the communication port 123 in the accommodation space 121, and is located below the water surface of the second outlet 124 and the first aqueous solution 115. Carbon dioxide gas used as a raw material in the discharge process is introduced into the receiving space 121 through the second inlet 122. The first aqueous solution 115 may also be supplied as needed through the second inlet 122. The second inlet 122 and the first outlet 113 may 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 제1 반응 공간(111)과 연통된다.The communication port 123 is located below the second inlet port 122 in the accommodation space 121, and a connection pipe 140 is connected to the communication port 123. The accommodation space 121 communicates with the first reaction space 111 through the communication port 123.

제2 배출구(124)는 수용 공간(121)에서 제2 유입구(122) 및 제1 수용액(115)의 수면보다 위에 위치한다. 제2 배출구(124)를 통해 수용 공간(121)에서 제1 수용액(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 first aqueous solution 115 in the accommodation space 121. Carbon dioxide gas that is not ionized because it is not dissolved in the first aqueous solution 115 in the receiving space 121 is discharged to the outside through the second outlet 124. 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 circulation supply unit 130 recirculates the carbon dioxide gas discharged through the second outlet 224 to the second inlet 122 to re-supply it.

연결관(140)은 제1 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 제1 반응 공간(111)과 수용 공간(121)이 연통된다.The connector 140 connects the first inlet port 112 of the first reaction space 111 and the communication port 123 of the receiving space 121. The first reaction space 111 and the accommodation space 121 communicate with each other through a connection passage 141 formed inside the connection pipe 140.

제2 유입구(122)를 통해 이산화탄소 처리부(120)의 수용 공간(121)으로 유입된 이산화탄소 중 제1 수용액(115)에 용해되지 않아서 이온화되지 않은 이산화탄소 기체는 캐소드부(110)의 제1 반응 공간(111)으로 이동하지 못하고 상승하여 수용 공간(121) 내 제1 수용액(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 제1 수용액(115)에 용해되지 않아서 이온화되지 않은 이산화탄소 기체는 캐소드부(110)의 제1 반응 공간(111)으로 이동하지 못하므로, 제1 배출구(113)를 통해서 이산화탄소가 섞이지 않은 고순도의 수소가 배출될 수 있다.Carbon dioxide gas that is not ionized because it is not dissolved in the first aqueous solution 115 among the carbon dioxide introduced into the accommodation space 121 of the carbon dioxide processing unit 120 through the second inlet 122 is the first reaction space of the cathode 110 The carbon dioxide gas discharged through the second outlet 124 and discharged through the second outlet 124 after being collected in the space above the water surface of the first aqueous solution 115 in the receiving space 121 without being able to move to (111) Is supplied to the receiving space 121 through the second inlet 122 by the carbon dioxide circulation supply unit 130 is recycled. In addition, carbon dioxide gas that is not ionized because it is not dissolved in the first aqueous solution 115 among the carbon dioxide introduced into the accommodation space 121 of the carbon dioxide processing unit 120 does not move to the first reaction space 111 of the cathode 110. Since it is not possible, high-purity hydrogen in which carbon dioxide is not mixed may be discharged through the first outlet 113.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지의 방전과정을 설명하는 모식도이다. 도 5를 참조하면, 이차전지(200)는 캐소드부(210)와, 애노드부(250)와, 캐소드부(110)와 애노드부(150)를 연결하는 연결부(290)를 포함한다.5 is a schematic view illustrating a discharge process of a secondary battery according to a third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the secondary battery 200 includes a cathode unit 210, an anode unit 250, and a connection unit 290 connecting the cathode unit 110 and the anode unit 150.

캐소드부(210)는, 내부에 제1 반응 공간(211)을 제공하는 제1 반응 용기(210a)와, 제1 반응 공간(211)에 담긴 제1 수용액(215)과, 제1 수용액(215)에 적어도 일부가 잠기는 캐소드(cathode)(218)를 구비한다. 제1 수용액(215)으로는 수산화칼륨 수용액(본 실시예에서는 1M KOH의 강염기성 용액에서 CO2를 용리시킨 것이 사용됨)이 사용된다. 캐소드(218)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. 제1 반응 용기(210a)에는 제1 반응 공간(211)과 연통되는 제1 유입구(212), 제1 배출구(213) 및 제1 연결구(214)가 형성된다. 제1 유입구(212)는 제1 수용액(215)의 수면보다 아래에 위치하도록 제1 반응 공간(211)의 하부에 위치한다. 제1 배출구(213)는 제1 수용액(215)의 수면보다 위에 위치하도록 제1 반응 공간(211)의 상부에 위치한다. 제1 유입구(212)를 통해 방전과정에서 원료로 사용되는 이산화탄소가 제1 반응 공간(211)으로 유입되는데, 필요 시 제1 수용액(215)도 유입될 수 있다. 제1 배출구(213)를 통해서는 충·방전 과정에서 생성된 가스가 외부로 배출된다. 도시되지는 않았으나, 유입구(212)와 배출구(213)는 충전 및 방전시 밸브 등에 의해 선택적으로 적절히 시기에 맞춰서 개폐될 수 있다. 제1 연결구(214)는 제1 수용액(215)의 수면보다 아래에 위치하며, 제1 연결구(214)에 연결부(290)가 연결된다. 캐소드부(210)에서는 방전과정에서 이산화탄소 용리 반응이 일어난다.The cathode unit 210 includes a first reaction vessel 210a providing a first reaction space 211 therein, a first aqueous solution 215 contained in the first reaction space 211, and a first aqueous solution 215 ) Is provided with a cathode 218 that is at least partially submerged. As the first aqueous solution 215, an aqueous potassium hydroxide solution (in this embodiment, an elution of CO 2 in a strong basic solution of 1M KOH is used) is used. The cathode 218 is an electrode for forming an electrical circuit, and may be carbon paper, carbon fiber, carbon felt, carbon cloth, metal foam, metal thin film, or a combination thereof, and a platinum catalyst may also be used. In the case of the catalyst, in addition to the platinum catalyst, all other catalysts that can be generally used as an oxygen generating reaction (HER) catalyst, such as a carbon-based catalyst, a carbon-metal-based composite catalyst, and a perovskite oxide catalyst, are included. A first inlet 212, a first outlet 213, and a first connector 214 in communication with the first reaction space 211 are formed in the first reaction vessel 210a. The first inlet 212 is positioned below the first reaction space 211 so as to be positioned below the water surface of the first aqueous solution 215. The first outlet 213 is positioned above the first reaction space 211 so as to be positioned above the water surface of the first aqueous solution 215. Carbon dioxide, which is used as a raw material in the discharge process, is introduced into the first reaction space 211 through the first inlet 212, and if necessary, the first aqueous solution 215 may also be introduced. The gas generated during the charging / discharging process is discharged to the outside through the first outlet 213. Although not shown, the inlet 212 and the outlet 213 may be selectively opened and closed in a timely manner by a valve or the like during charging and discharging. The first connector 214 is positioned below the water surface of the first aqueous solution 215, and the connection part 290 is connected to the first connector 214. In the cathode unit 210, a carbon dioxide elution reaction occurs during the discharge process.

애노드부(250)는, 내부에 제2 반응 공간(251)을 제공하는 제2 반응 용기(250a)와, 제2 반응 공간(251)에 담긴 제2 수용액(255)과, 제2 수용액(255)에 적어도 일부가 잠기는 애노드(anode)(258)를 구비한다. 제2 수용액(255)으로는 고농도의 알칼리 용액이 사용되는데, 본 실시예에서는 수산화칼륨 수용액이 사용되는 것으로 설명하며, 예를 들어 1M KOH 또는 6M KOH가 사용될 수 있다.애노드(258)는 전기 회로를 이루는 금속 재질의 전극으로서, 본 실시예에서는 애노드(258)로 아연(Zn) 또는 알루미늄(Al)이 사용되는 것으로 설명한다. 또한, 애노드(258)로는 아연 또는 알루미늄을 포함하는 합금이 사용될 수도 있다. 추가적으로, 애노드(258)로 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu)가 사용될 수 있으며, 이때 산성 또는 염기성 용액이제2 수용액(155)으로 사용될 수 있다. 애노드부(250)에는 제2 반응 공간(251)과 연통되는 제2 연결구(254)가 형성된다. 제2 연결구(254)는 제2 수용액(255)의 수면보다 아래에 위치하며, 제2 연결구(254)에 연결부(290)가 연결된다.The anode unit 250 includes a second reaction vessel 250a providing a second reaction space 251 therein, a second aqueous solution 255 contained in the second reaction space 251, and a second aqueous solution 255 ) Is provided with an anode 258 at least partially locked. As the second aqueous solution 255, an alkali solution having a high concentration is used. In this embodiment, it is described that an aqueous potassium hydroxide solution is used, for example, 1M KOH or 6M KOH may be used. The anode 258 is an electrical circuit. As an electrode made of a metal material, zinc (Zn) or aluminum (Al) is used as the anode 258 in this embodiment. Further, as the anode 258, an alloy containing zinc or aluminum may be used. Additionally, vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), and copper (Cu) may be used as the anode 258, where acid or basic The solution can be used as a second aqueous solution 155. A second connector 254 communicating with the second reaction space 251 is formed in the anode unit 250. The second connector 254 is positioned below the water surface of the second aqueous solution 255, and the connection part 290 is connected to the second connector 254.

연결부(290)는 캐소드부(210)와 애노드부(250)를 연결하는 연결 통로(291)와, 연결 통로(291)의 내부에 설치되는 이온 교환 멤브레인(membrane)(292)를 구비한다.The connection part 290 includes a connection passage 291 connecting the cathode part 210 and the anode part 250, and an ion exchange membrane 292 installed inside the connection passage 291.

연결 통로(291)는 캐소드부(210)에 형성된 제1 연결구(214)와 애노드부(250)에 형성된 제2 연결구(254)의 사이에 연장되어서 캐소드부(210)의 제1 반응 공간(211)과 애노드부(250)의 제2 반응 공간(251)을 연통시킨다. 연결 통로(291)의 내부에 이온 교환 멤브레인(292)이 설치된다.The connection passage 291 extends between the first connector 214 formed in the cathode portion 210 and the second connector 254 formed in the anode portion 250 so that the first reaction space 211 of the cathode portion 210 ) And the second reaction space 251 of the anode unit 250 are communicated. An ion exchange membrane 292 is installed inside the connection passage 291.

이온 교환 멤브레인(292)은 연결 통로(291)의 내부를 막는 형태로 설치된다. 이온 교환 멤브레인(292)은 캐소드부(210)와 애노드부(250)의 사이에 이온의 이동만을 허용한다. 이온 교환 멤브레인(292)에 의해 제2 수용액(255)에 포함된 칼륨 이온(K+)이 제1 수용액(215)으로 이동한다. 본 실시예에서는 이온 교환 멤브레인(292)으로서, 미국의 듀퐁사에서 개발된 불소 수지계의 카티온 교환막인 내피온(Nafion)이 사용되는 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 칼륨 이온(K+)의 이동만을 허용하는 것이면 모두 가능하다. 이온 교환 멤브레인(292)는 이온만 전달시킴으로써 방전과정에서 생기는 이온 불균형을 해소하게 된다.The ion exchange membrane 292 is installed in a form to block the inside of the connection passage 291. The ion exchange membrane 292 allows only the movement of ions between the cathode portion 210 and the anode portion 250. The potassium ion (K + ) contained in the second aqueous solution 255 moves to the first aqueous solution 215 by the ion exchange membrane 292. In this embodiment, as the ion exchange membrane 292, it is described that a fluorine resin-based cation exchange membrane Nafion developed by DuPont, USA is used, but the present invention is not limited thereto, and potassium ions ( Anything that allows only the movement of K + ) is possible. The ion exchange membrane 292 eliminates ion imbalance generated in the discharge process by transferring only ions.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지의 방전과정을 도시한 모식도이다. 도 6을 참조하면, 이차전지(200a)는 캐소드부(210)와, 애노드부(250)와, 캐소드부(210)와 애노드부(250)를 연결하는 연결부(290)와, 이산화탄소 처리부(120)와, 이산화탄소 순환 공급부(130)와, 캐소드부(210)와 이산화탄소 처리부(220)를 연통시키는 연결관(140)을 포함한다. 캐소드부(210), 애노드부(250) 및 연결부(290)는 도 5에 도시된 실시예에서 설명된 것과 동일하며, 이산화탄소 처리부(120), 이산화탄소 순환 공급부(130) 및 연결관(140)은 도 4에 도시된 대응하는 구성과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.6 is a schematic diagram showing a discharge process of a secondary battery according to a fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the secondary battery 200a includes a cathode unit 210, an anode unit 250, a connection unit 290 connecting the cathode unit 210 and the anode unit 250, and a carbon dioxide processing unit 120 ), The carbon dioxide circulation supply unit 130, and the cathode 210 and the carbon dioxide processing unit 220 to communicate with the connecting pipe 140. The cathode unit 210, the anode unit 250, and the connection unit 290 are the same as those described in the embodiment illustrated in FIG. 5, and the carbon dioxide processing unit 120, the carbon dioxide circulation supply unit 130, and the connection pipe 140 are Since it is the same as the corresponding configuration shown in FIG. 4, detailed description thereof will be omitted.

도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차전지의 방전과정을 설명하는 모식도이다. 도 7을 참조하면, 이차전지(300)는 캐소드부(210)와, 애노드부(250)와, 캐소드부(110)와 애노드부(150)를 연결하는 연결부(390)를 포함한다. 캐소드부(210)와 애노드부(250)는 도 5에 도시된 실시예의 대응하는 구성과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 7 is a schematic diagram illustrating a discharge process of a secondary battery according to a fifth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, the secondary battery 300 includes a cathode part 210, an anode part 250, and a connection part 390 connecting the cathode part 110 and the anode part 150. The cathode unit 210 and the anode unit 250 are the same as the corresponding configurations of the embodiment illustrated in FIG. 5, and thus detailed description thereof will be omitted.

연결부(390)는 캐소드부(210)와 애노드부(250)를 연결하는 연결 통로(291)와, 연결 통로(291)의 내부에 설치되는 이온 교환 멤브레인(membrane)(392)를 구비한다.The connection part 390 includes a connection passage 291 connecting the cathode part 210 and the anode part 250, and an ion exchange membrane 392 installed inside the connection passage 291.

연결 통로(291)는 캐소드부(210)에 형성된 제1 연결구(214)와 애노드부(250)에 형성된 제2 연결구(254)의 사이에 연장되어서 캐소드부(210)의 제1 반응 공간(211)과 애노드부(250)의 제2 반응 공간(251)을 연통시킨다. 연결 통로(291)의 내부에 이온 교환 멤브레인(292)이 설치된다.The connection passage 291 extends between the first connector 214 formed in the cathode portion 210 and the second connector 254 formed in the anode portion 250 so that the first reaction space 211 of the cathode portion 210 ) And the second reaction space 251 of the anode unit 250 are communicated. An ion exchange membrane 292 is installed inside the connection passage 291.

이온 교환 멤브레인(392)은 연결 통로(291)의 내부를 막는 형태로 설치된다. 이온 교환 멤브레인(392)은 캐소드부(210)와 애노드부(250)의 사이에 이온의 이동만을 허용한다. 이온 교환 멤브레인(392)를 통해 제1 수용액(115)에 포함된 수산화 이온(OH-)이 제2 수용액(155)으로 이동한다. 본 실시예에서는 이온 교환 멤브레인(392)으로서, 미국의 듀퐁사에서 개발된 불소 수지계의 카티온 교환막인 내피온(Nafion)이 사용되는 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 수산화 이온(OH-)의 이동만을 허용하는 것이면 모두 가능하다. 이온 교환 멤브레인(392)에 의해 수산화 이온(OH-)이 캐소드부(110)로부터 애노드부(150)로 전달됨으써 방전과정에서 생기는 이온 불균형을 해소하게 된다.The ion exchange membrane 392 is installed in a form that blocks the inside of the connection passage 291. The ion exchange membrane 392 only allows the movement of ions between the cathode portion 210 and the anode portion 250. Through the ion exchange membrane 392, the hydroxide ions contained in the first aqueous solution (115) (OH -) is moved in the second solution (155). In this embodiment, as the ion exchange membrane 392, it is described that a fluorine resin-based cation exchange membrane Nafion developed by DuPont, USA is used, but the present invention is not limited thereto, and hydroxide ions ( all as long as it is possible that only) movement of the - OH. Hydroxide ions by an ion exchange membrane (392) (OH -) is written doemeu delivered from the cathode 110 to the anode 150, thereby eliminating the ion imbalance caused in the discharge process.

도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 이차전지의 방전과정을 도시한 모식도이다. 도 8을 참조하면, 이차전지(300a)는 캐소드부(210)와, 애노드부(250)와, 캐소드부(210)와 애노드부(250)를 연결하는 연결부(390)와, 이산화탄소 처리부(120)와, 이산화탄소 순환 공급부(130)와, 캐소드부(210)와 이산화탄소 처리부(220)를 연통시키는 연결관(140)을 포함한다. 캐소드부(210), 애노드부(250) 및 연결부(290)는 도 7에 도시된 실시예에서 설명된 것과 동일하며, 이산화탄소 처리부(120), 이산화탄소 순환 공급부(130) 및 연결관(140)은 도 4에 도시된 대응하는 구성과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.8 is a schematic diagram showing a discharge process of a secondary battery according to a sixth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, the secondary battery 300a includes a cathode unit 210, an anode unit 250, a connection unit 390 connecting the cathode unit 210 and the anode unit 250, and a carbon dioxide processing unit 120 ), The carbon dioxide circulation supply unit 130, and the cathode 210 and the carbon dioxide processing unit 220 to communicate with the connecting pipe 140. The cathode unit 210, the anode unit 250, and the connection unit 290 are the same as those described in the embodiment shown in FIG. 7, and the carbon dioxide processing unit 120, the carbon dioxide circulation supply unit 130, and the connection pipe 140 are Since it is the same as the corresponding configuration shown in FIG. 4, detailed description thereof will be omitted.

도 9는 본 발명의 제7 실시예에 따른 이차전지의 방전과정을 도시한 모식도이다. 도 9를 참조하면, 이차전지(400)는 캐소드부(410)와, 애노드부(450)와, 캐소드부(410)와 애노드부(450)를 연결하는 염다리(salt bridge)(490)를 포함한다. 이차전지(100)는 방전과정에서 온실가스인 이산화탄소 기체(CO2)를 원료로 사용하여 친환경 연료인 수소(H2)를 생산한다.9 is a schematic diagram showing a discharge process of a secondary battery according to a seventh embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, the secondary battery 400 includes a cathode part 410, an anode part 450, and a salt bridge 490 connecting the cathode part 410 and the anode part 450. do. The secondary battery 100 uses the greenhouse gas carbon dioxide gas (CO 2 ) as a raw material during the discharge process to produce hydrogen (H 2 ), which is an eco-friendly fuel.

캐소드부(410)는, 내부에 제1 반응 공간(411)을 제공하는 제1 반응 용기(410a)와, 제1 반응 공간(411)에 담긴 제1 수용액(415)과, 제1 수용액(415)에 적어도 일부가 잠기는 캐소드(cathode)(418)를 구비한다. 제1 수용액(415)에는 염다리(490)의 일단부가 잠긴다. 제1 수용액(415)으로는 알칼리성 수용액(본 실시예에서는 1M KOH의 강염기성 용액에서 CO2를 용리시킨 것이 사용됨), 해수, 수돗물 및 증류수 등이 사용될 수 있다. 캐소드(418)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. 제1 반응 용기(410a)에는 제1 반응 공간(411)과 연통되는 제1 유입구(412)와 제1 배출구(413)가 형성된다. 제1 유입구(412)는 제1 수용액(415)의 수면보다 아래에 위치하도록 제1 수용 공간(411)의 하부에 위치한다. 제1 배출구(413)는 제1 수용액(415)의 수면보다 위에 위치하도록 제1 반응 공간(411)의 상부에 위치한다. 제1 유입구(412)를 통해 방전과정에서 원료로 사용되는 이산화탄소 기체가 제1 반응 공간(411)으로 유입되는데, 필요 시 제1 수용액(415)도 유입될 수 있다. 제1 배출구(413)를 통해서는 충·방전 과정에서 생성된 가스가 외부로 배출된다. 도시되지는 않았으나, 유입구(412)와 배출구(413)는 충전 및 방전시 밸브 등에 의해 선택적으로 적절히 시기에 맞춰서 개폐될 수 있다. 캐소드부(410)에서는 방전과정에서 이산화탄소 용리 반응이 일어난다.The cathode unit 410 includes a first reaction vessel 410a providing a first reaction space 411 therein, a first aqueous solution 415 contained in the first reaction space 411, and a first aqueous solution 415 ) Is provided with a cathode (418) at least partially submerged. One end of the salt bridge 490 is immersed in the first aqueous solution 415. As the first aqueous solution 415, an alkaline aqueous solution (in this embodiment, an elution of CO 2 in a strong basic solution of 1M KOH is used), seawater, tap water, distilled water, and the like can be used. The cathode 418 is an electrode for forming an electrical circuit, and may be carbon paper, carbon fiber, carbon felt, carbon cloth, metal foam, metal thin film, or a combination thereof, and a platinum catalyst may also be used. In the case of the catalyst, in addition to the platinum catalyst, all other catalysts that can be generally used as an oxygen generating reaction (HER) catalyst, such as a carbon-based catalyst, a carbon-metal-based composite catalyst, and a perovskite oxide catalyst, are included. A first inlet 412 and a first outlet 413 communicating with the first reaction space 411 are formed in the first reaction vessel 410a. The first inlet 412 is positioned below the first receiving space 411 so as to be positioned below the water surface of the first aqueous solution 415. The first outlet 413 is positioned above the first reaction space 411 so as to be positioned above the water surface of the first aqueous solution 415. Carbon dioxide gas used as a raw material in the discharge process is introduced into the first reaction space 411 through the first inlet 412, and if necessary, the first aqueous solution 415 may also be introduced. Gas generated in the charging / discharging process is discharged to the outside through the first outlet 413. Although not shown, the inlet 412 and the outlet 413 may be selectively opened and closed in a timely manner by a valve or the like during charging and discharging. In the cathode portion 410, a carbon dioxide elution reaction occurs in the discharge process.

애노드부(450)는, 내부에 제2 반응 공간(451)을 제공하는 제2 반응 용기(450a)와, 제2 반응 공간(451)에 담긴 제2 수용액(455)과, 제2 수용액(455)에 적어도 일부가 잠기는 애노드(anode)(458)를 구비한다. 제2 수용액(455)에는 염다리(490)의 일단부가 잠긴다. 제2 수용액(455)으로는 고농도의 알칼리 용액이 사용되는데, 예를 들어, 1M KOH 또는 6M KOH가 사용될 수 있다. 애노드(458)는 전기 회로를 이루는 금속 재질의 전극으로서, 본 실시예에서는 애노드(458)로 아연(Zn) 또는 알루미늄(Al)이 사용되는 것으로 설명한다. 또한, 애노드(458)로는 아연 또는 알루미늄을 포함하는 합금이 사용될 수도 있다.The anode unit 450 includes a second reaction container 450a providing a second reaction space 451 therein, a second aqueous solution 455 contained in the second reaction space 451, and a second aqueous solution 455 ) Is provided with an anode 458 at least partially locked. One end of the salt bridge 490 is immersed in the second aqueous solution 455. As the second aqueous solution 455, an alkali solution having a high concentration is used, for example, 1M KOH or 6M KOH may be used. The anode 458 is an electrode made of a metal forming an electrical circuit, and in this embodiment, it will be described that zinc (Zn) or aluminum (Al) is used as the anode 458. In addition, an alloy containing zinc or aluminum may be used as the anode 458.

염다리(490)는 양단부가 각각 제1 수용액(415)과 제2 수용액(455)에 잠긴다. 염다리(490)의 내부 용액으로 염화칼륨(KCl), 염화나트륨(NaCl) 등 통상적으로 사용되는 염다리 내부 용액이 사용될 수 있다.Both ends of the salt bridge 490 are immersed in the first aqueous solution 415 and the second aqueous solution 455, respectively. As the internal solution of the salt bridge 490, a commonly used internal solution of the salt bridge may be used, such as potassium chloride (KCl) or sodium chloride (NaCl).

방전이 진행되면서 제1 수용액(415)에는 HCO3 -(중탄산이온)이 생성되는데, 염다리(490)의 내부 용액이 염화나트륨(NaCl)과 같이 나트륨 이온(Na+)을 포함하는 경우, 이온 균형을 맞추기 위하여 염다리(490)로부터 나트륨 이온이 확산되어서 탄산수소나트륨(NaHCO3) 수용액 형태의 이온으로 존재하게 된다. 이 용액을 건조하면 베이킹소다 형태의 탄산나트륨 고체 생성물이 부가적으로 획득된다.As the discharge proceeds, HCO 3 (bicarbonate ions) is generated in the first aqueous solution 415. When the internal solution of the salt bridge 490 includes sodium ions (Na + ) such as sodium chloride (NaCl), the ionic balance is improved. To match, sodium ions are diffused from the salt bridge 490 and exist as ions in the form of an aqueous sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) solution. When the solution is dried, a sodium carbonate solid product in the form of baking soda is additionally obtained.

도 10은 본 발명의 제8 실시예에 따른 이차전지의 방전과정을 도시한 모식도이다. 도 10을 참조하면, 이차전지(400a)는 캐소드부(410)와, 애노드부(450)와, 캐소드부(410)와 애노드부(450)를 연결하는 염다리(490)와, 이산화탄소 처리부(120)와, 이산화탄소 순환 공급부(130)와, 캐소드부(210)와 이산화탄소 처리부(220)를 연통시키는 연결관(140)을 포함한다. 캐소드부(410), 애노드부(450) 및 염다리(490)는 도 9에 도시된 실시예에서 설명된 대응하는 구성들 각각과 동일하며, 이산화탄소 처리부(120), 이산화탄소 순환 공급부(130) 및 연결관(140)은 도 4에 도시된 대응하는 구성들 각각과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.10 is a schematic diagram showing a discharge process of a secondary battery according to an eighth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, the secondary battery 400a includes a cathode part 410, an anode part 450, a salt bridge 490 connecting the cathode part 410 and the anode part 450, and a carbon dioxide processing part 120 ), The carbon dioxide circulation supply unit 130, and the cathode 210 and the carbon dioxide processing unit 220 to communicate with the connecting pipe 140. The cathode unit 410, the anode unit 450, and the salt bridge 490 are the same as each of the corresponding components described in the embodiment illustrated in FIG. 9, and the carbon dioxide processing unit 120, the carbon dioxide circulation supply unit 130, and connections Since the tube 140 is the same as each of the corresponding components shown in FIG. 4, detailed description thereof will be omitted.

도 11은 본 발명의 제9 실시예에 따른 이차전지의 방전과정을 도시한 모식도이다. 도 11을 참조하면, 이차전지(500)는 내부에 반응 공간(511)을 제공하는 반응 용기(510)와, 반응 공간(511)에 담긴 수계 전해질 수용액(515)과, 반응 공간(511)에서 수계 전해질 수용액(115)에 적어도 일부가 잠기는 캐소드(cathode)(518)와, 반응 공간(511)에서 수계 전해질 수용액(115)에 적어도 일부가 잠기는 애노드(anode)(558)를 포함한다. 이차전지(500)는 방전과정에서 온실가스인 이산화탄소 기체(CO2)를 원료로 사용하여 친환경 연료인 수소(H2)를 생산한다.11 is a schematic diagram showing a discharge process of a secondary battery according to a ninth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11, the secondary battery 500 includes a reaction vessel 510 providing a reaction space 511 therein, an aqueous electrolyte aqueous solution 515 contained in the reaction space 511, and a reaction space 511. It includes a cathode (518) at least partially submerged in the aqueous electrolyte solution 115, and an anode (558) at least partially submerged in the aqueous electrolyte solution 115 in the reaction space 511. The secondary battery 500 uses the carbon dioxide gas (CO 2 ), which is a greenhouse gas, as a raw material in the discharge process to produce hydrogen (H 2 ), which is an eco-friendly fuel.

반응 용기(510)는 내부에 수계 전해질 수용액(515)이 담기고 캐소드(518)와 애노드(558)가 수용되는 반응 공간(511)을 제공한다. 반응 용기(510)에는 반응 공간(511)과 연통되는 제1 유입구(512)와 제1 배출구(513)가 형성된다. 제1 유입구(512)는 수계 전해질 수용액(515)의 수면보다 아래에 위치하도록 반응 공간(511)의 하부에 위치한다. 제1 배출구(513)는 수계 전해질 수용액(515)의 수면보다 위에 위치하도록 반응 공간(511)의 상부에 위치한다. 제1 유입구(512)를 통해 방전과정에서 원료로 사용되는 이산화탄소 가스가 반응 공간(511)으로 유입되는데, 필요 시 수계 전해질 수용액(515)도 유입될 수 있다. 제1 배출구(513)를 통해서는 충·방전 과정에서 생성된 가스가 외부로 배출된다. 도시되지는 않았으나, 제1 유입구(512)와 제1 배출구(513)는 충전 및 방전시 밸브 등에 의해 선택적으로 적절히 시기에 맞춰서 개폐될 수 있다. 반응 공간(511)에서는 방전 과정에서 이산화탄소 용리 반응이 일어난다.The reaction container 510 provides a reaction space 511 in which an aqueous aqueous electrolyte solution 515 is contained and a cathode 518 and an anode 558 are accommodated. The reaction vessel 510 is formed with a first inlet 512 and a first outlet 513 communicating with the reaction space 511. The first inlet 512 is positioned below the reaction space 511 so as to be positioned below the water surface of the aqueous aqueous electrolyte solution 515. The first outlet 513 is positioned above the reaction space 511 so as to be positioned above the water surface of the aqueous aqueous electrolyte solution 515. Carbon dioxide gas used as a raw material in the discharge process is introduced into the reaction space 511 through the first inlet 512, and an aqueous aqueous electrolyte solution 515 may also be introduced if necessary. The gas generated in the charging / discharging process is discharged through the first outlet 513. Although not illustrated, the first inlet 512 and the first outlet 513 may be selectively opened and closed in a timely manner by a valve or the like during charging and discharging. In the reaction space 511, a carbon dioxide elution reaction occurs in the discharge process.

수계 전해질 수용액(515)은 반응 공간(511)에 담기며, 수계 전해질 수용액(515)에 캐소드(518)의 적어도 일부와 애노드(558)의 적어도 일부가 잠긴다. 본 실시예에서 수계 전해질 수용액(515)으로 염기성 용액 또는 해수가 사용되는 것으로 설명한다. 수계 전해질 수용액(515)은 방전과정에서 제1 유입구(512)를 통해 유입되는 이산화탄소 가스에 의해 약산성을 띄게 된다.The aqueous electrolyte solution 515 is contained in the reaction space 511, and at least a portion of the cathode 518 and at least a portion of the anode 558 are immersed in the aqueous electrolyte solution 515. In this embodiment, it will be described that a basic solution or seawater is used as the aqueous electrolyte solution 515. The aqueous electrolyte solution 515 becomes weakly acidic by the carbon dioxide gas flowing through the first inlet 512 during the discharge process.

캐소드(518)는 반응 공간(511)에서 수계 전해질 수용액(515)에 적어도 일부가 잠긴다. 캐소드(518)는 반응 공간(511)에서 애노드(558)보다 제1 유입구(512)에 상대적으로 가깝게 위치한다. 캐소드(518)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(518)에서는 환원 반응이 일어나며, 그에 따라 수소가 발생하게 된다.The cathode 518 is at least partially submerged in the aqueous electrolyte solution 515 in the reaction space 511. The cathode 518 is positioned relatively closer to the first inlet 512 than the anode 558 in the reaction space 511. The cathode 518 is an electrode for forming an electrical circuit, and may be carbon paper, carbon fiber, carbon felt, carbon cloth, metal foam, metal thin film, or a combination thereof, and a platinum catalyst may also be used. In the case of the catalyst, in addition to the platinum catalyst, all other catalysts that can be generally used as an oxygen generating reaction (HER) catalyst, such as a carbon-based catalyst, a carbon-metal-based composite catalyst, and a perovskite oxide catalyst, are included. During discharge, a reduction reaction occurs at the cathode 518, and hydrogen is generated accordingly.

애노드(558)는 반응 공간(511)에서 수계 전해질 수용액(515)에 적어도 일부가 잠긴다. 애노드(558)는 반응 공간(511)에서 캐소드(518)보다 제1 유입구(512)와 상대적으로 멀게 위치한다. 애노드(558)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 558 is at least partially submerged in the aqueous electrolyte solution 515 in the reaction space 511. The anode 558 is positioned relatively far from the first inlet 512 than the cathode 518 in the reaction space 511. The anode 558 is an electrode made of a metal forming an electrical circuit, and in this embodiment, as the anode 158, vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), and nickel It is explained that (Ni), copper (Cu), aluminum (Al) or zinc (Zn) is used. During discharge, an oxidation reaction according to a weakly acidic environment occurs at the anode 158.

이제, 위에서 구성 중심으로 설명된 이차전지(100)의 방전 과정이 상세하게 설명된다. 도 11에는 이차전지(500)의 방전과정이 함께 도시되어 있다. 도 11을 참조하면, 방전시 제1 유입구(512)를 통해 수계 전해질 수용액(515)로 이산화탄소 가스가 주입되며, 반응 공간(511)에서는 상기 [반응식 3]과 같은 이산화탄소의 화학적 용리 반응이 이루어진다. 즉, 반응 공간(511)으로 공급된 이산화탄소(CO2)가 수계 전해질 수용액(515)의 물(H2O)과 자발적인 화학반응을 통해 수소 양이온(H+)과 중탄산염(HCO3 -)이 생성된다.Now, the process of discharging the secondary battery 100 described above as a configuration center will be described in detail. 11 shows the discharge process of the secondary battery 500 together. Referring to FIG. 11, carbon dioxide gas is injected into the aqueous electrolyte solution 515 through the first inlet 512 during discharge, and a chemical elution reaction of carbon dioxide as in [Reaction Scheme 3] is performed in the reaction space 511. That is, the carbon dioxide supplied to the reaction chamber (511) (CO 2) is an aqueous electrolyte solution (515) of water (H 2 O) and spontaneous hydrogen cations through a chemical reaction (H +) and bicarbonate (HCO 3 -) is generated do.

또한, 캐소드(518)에서는 상기 [반응식 4]와 같은 전기적 반응이 이루어진다. 즉, 캐소드(518) 주변에서 수소 양이온(H+)은 캐소드(118)로부터 전자(e-)를 받아서 수소(H2) 기체가 발생하게 된다. 발생된 수소(H2) 기체는 제1 배출구(513)를 통해서 외부로 배출된다.In addition, an electrical reaction as in [Reaction Scheme 4] is performed at the cathode 518. That is, the hydrogen cation (H + ) in the vicinity of the cathode 518 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 513.

아울러, 캐소드(518) 주변에서는 상기 [반응식 5]와 같은 복합 수소발생 반응이 이루어진다.In addition, a complex hydrogen generating reaction such as [Reaction Scheme 5] is performed around the cathode 518.

그리고, 애노드(558)에서는 애노드(558)가 아연(Zn)인 경우에 상기 [반응식 6]과 같은 산화 반응이 이루어진다.And, in the anode 558, when the anode 558 is zinc (Zn), an oxidation reaction as shown in [Scheme 6] is performed.

결국, 애노드(558)가 아연(Zn)인 경우에 방전과정에서 이루어지는 전체 반응식은 상기 [반응식 7]과 같다.As a result, when the anode 558 is zinc (Zn), the overall reaction equation formed in the discharge process is the same as [Scheme 7].

만일, 애노드(550)에서 애노드(558)가 알루미늄(Al)인 경우에 상기 [반응식 8]과 같은 산화 반응이 이루어진다.If, in the anode 550, the anode 558 is aluminum (Al), an oxidation reaction as shown in [Equation 8] is performed.

결국, 애노드(558)가 알루미늄(Al)인 경우에 방전과정에서 이루어지는 전체 반응식은 상기 [반응식 9]와 같다.As a result, when the anode 558 is aluminum (Al), the overall reaction equation formed in the discharge process is the same as [Scheme 9].

결과적으로, 방전 시 수계 전해질 수용액(515)에서 용리된 이산화탄소에 의해 생성된 수소 이온이 캐소드(518)로부터 전자를 받아서 수소 기체로 환원되어서, 제1 배출구(513)를 통해 배출되고, 금속 애노드(558)는 산화물의 형태로 변하게 된다.As a result, hydrogen ions generated by carbon dioxide eluted from the aqueous electrolyte solution 515 upon discharge receive electrons from the cathode 518 and are reduced to hydrogen gas, discharged through the first outlet 513, and the metal anode ( 558) is changed to the form of oxide.

도 12는 본 발명의 제10 실시예에 따른 이차전지의 방전과정을 도시한 모식도이다. 도 12를 참조하면, 이차전지(500a)는 내부에 반응 공간(511)을 제공하는 반응 용기(510)와, 반응 공간(511)에 담긴 수계 전해질 수용액(515)과, 반응 공간(511)에서 수계 전해질(515)에 적어도 일부가 잠기는 캐소드(cathode)(518)와, 반응 공간(511)에서 수계 전해질 수용액(515)에 적어도 일부가 잠기는 애노드(anode)(558)와, 이산화탄소 처리부(120)와, 이산화탄소 순환 공급부(130)와, 반응 용기(510)과 이산화탄소 처리부(120)를 연결하는 연결관(140)을 포함한다. 반응용기(510), 수계 전해질 수용액(515), 캐소드(518) 및 애노드(558)은 도 11에 도시된 실시예에서 설명된 대응하는 구성들 각각과 동일하며, 이산화탄소 처리부(120), 이산화탄소 순환 공급부(130) 및 연결관(140)은 도 4에 도시된 대응하는 구성들 각각과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.12 is a schematic diagram showing a discharge process of a secondary battery according to a tenth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 12, the secondary battery 500a includes a reaction vessel 510 providing a reaction space 511 therein, an aqueous aqueous electrolyte solution 515 contained in the reaction space 511, and a reaction space 511. A cathode 518 in which at least a part is submerged in the aqueous electrolyte 515, an anode 558 in which at least a part is submerged in the aqueous electrolyte solution 515 in the reaction space 511, and a carbon dioxide processing unit 120 And, the carbon dioxide circulation supply unit 130, and includes a connection pipe 140 for connecting the reaction vessel 510 and the carbon dioxide processing unit 120. The reaction vessel 510, the aqueous electrolyte solution 515, the cathode 518, and the anode 558 are the same as each of the corresponding configurations described in the embodiment shown in FIG. 11, and the carbon dioxide processing unit 120, carbon dioxide circulation The supply unit 130 and the connection pipe 140 are the same as each of the corresponding components illustrated in FIG. 4, so a detailed description thereof will be omitted.

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.The present invention has been described through the above embodiments, but the present invention is not limited thereto. The above embodiments may be modified or changed without departing from the spirit and scope of the present invention, and those skilled in the art will recognize that such modifications and changes also belong to the present invention.

100, 100a : 이차전지 110 : 캐소드부
111 : 제1 수용 공간 112 : 제1 유입구
113 : 제1 배출구 115 : 제1 수용액
118 : 캐소드 120 : 이산화탄소 처리부
121 : 제3 수용 공간 122 : 제2 유입구
123 : 연통구 124 : 제2 배출구
130 : 이산화탄소 순환 공급부 140 : 연결관
150 : 애노드부 151 : 제2 수용 공간
155 : 제2 수용액 158 : 애노드
190 : 연결부 191 : 연결 통로
192 : 이온 전달 부재 200 : 연료전지
300 : 개질기 400 : 이산화탄소 공급부
500 : 수소 공급부 600 : 개질 가스 공급부
1000 : 복합 전지 시스템
100, 100a: secondary battery 110: cathode portion
111: first receiving space 112: first inlet
113: first outlet 115: first aqueous solution
118: cathode 120: carbon dioxide treatment unit
121: third receiving space 122: second inlet
123: communication port 124: second outlet
130: carbon dioxide circulation supply unit 140: connector
150: anode 151: the second receiving space
155 second aqueous solution 158 anode
190: connecting portion 191: connecting passage
192: ion transfer member 200: fuel cell
300: reformer 400: carbon dioxide supply
500: hydrogen supply unit 600: reformed gas supply unit
1000: composite battery system

Claims (15)

화석연료를 연소시켜서 선박의 추진동력으로 사용되는 기계적 에너지를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 배출하는 열기관;
선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 이차전지;
상기 선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지; 및
탄화수소로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 발생시키는 개질기를 포함하며,
상기 이차전지는, 제1 반응 공간에 수용되는 제1 수용액과, 상기 제1 수용액에 적어도 일부가 잠긴 캐소드와, 제2 반응 공간에 수용되는 염기성인 제2 수용액과, 상기 제2 수용액에 적어도 일부가 잠긴 애노드와, 상기 제1 반응 공간과 상기 제2 반응 공간을 연통시키는 연결 통로와, 상기 연결 통로에 설치되어서 상기 제1 수용액과 상기 제2 수용액의 이동은 차단하고 이온의 이동은 허용하는 다공성 구조의 이온 전달 부재를 구비하며,
상기 이차전지의 방전과정에서 상기 제1 수용액으로 상기 열기관으로부터 배출되는 이산화탄소 기체와 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소 기체가 유입되고, 상기 제1 수용액의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되며, 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 수소 기체가 발생하며,
상기 연료전지는 상기 개질가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소를 연료로 공급받는 선박용 추진동력 생산 시스템.
A heat engine that burns fossil fuel to produce mechanical energy used as a propulsion power of a ship and to discharge carbon dioxide gas as a by-product;
A secondary battery for producing electric energy used as a propulsion power of a ship;
A fuel cell producing electrical energy used as a propulsion power of the ship; And
It includes a reformer that produces hydrogen-rich reformed gas from hydrocarbons and generates carbon dioxide gas as a by-product.
The secondary battery includes a first aqueous solution accommodated in a first reaction space, a cathode immersed in at least a portion of the first aqueous solution, a basic second aqueous solution accommodated in a second reaction space, and at least a portion of the second aqueous solution. Porosity that blocks the movement of the first aqueous solution and the second aqueous solution and allows the movement of ions by being installed in the connection passage, the connection passage connecting the first reaction space and the second reaction space, and the locked anode It has a structured ion transfer member,
During the discharge process of the secondary battery, carbon dioxide gas discharged from the heat engine and carbon dioxide gas generated in the reformer flow into the first aqueous solution, and hydrogen ions and bicarbonate ions are reacted by the reaction of water and the carbon dioxide gas in the first aqueous solution. Is generated, the hydrogen ions and electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas,
The fuel cell is a propulsion power production system for ships receiving the reformed gas and hydrogen generated in the secondary battery as fuel.
화석연료를 연소시켜서 선박의 추진동력으로 사용되는 기계적 에너지를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 배출하는 열기관;
선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 이차전지;
상기 선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지; 및
탄화수소로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 발생시키는 개질기를 포함하며,
상기 이차전지는, 제1 반응 공간과, 상기 제1 반응 공간과 연통되는 수용 공간과, 상기 제1 반응 공간과 상기 수용 공간에 수용되는 제1 수용액과, 상기 제1 반응 공간에서 상기 제1 수용액에 적어도 일부가 잠긴 캐소드와, 제2 반응 공간과, 상기 제2 반응 공간에 수용되는 염기성인 제2 수용액과, 상기 제2 수용액에 적어도 일부가 잠긴 애노드와, 상기 제1 반응 공간과 상기 제2 반응 공간을 연통시키는 연결 통로와, 상기 연결 통로에 설치되어서 상기 제1 수용액과 상기 제2 수용액의 이동은 차단하고 이온의 이동은 허용하는 다공성 구조의 이온 전달 부재를 구비하며,
상기 이차전지의 방전과정에서 상기 수용 공간의 상기 제1 수용액으로 상기 열기관으로부터 배출되는 이산화탄소 기체와 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소 기체가 유입되어서 상기 제1 수용액의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되고, 상기 제1 반응 공간에서 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 수소 기체가 발생하며,
상기 연료전지는 상기 개질가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소를 연료로 공급받으며,
상기 수용 공간의 상기 제1 수용액으로 유입되는 이산화탄소 기체 중 이온화되지 않은 이산화탄소 기체는 상기 수용 공간에서 상기 제1 수용액으로부터 분리되어서 상기 제1 반응 공간으로 공급되지 않도록 하는 선박용 추진동력 생산 시스템.
A heat engine that burns fossil fuel to produce mechanical energy used as a propulsion power of a ship and to discharge carbon dioxide gas as a by-product;
A secondary battery for producing electric energy used as a propulsion power of a ship;
A fuel cell producing electrical energy used as a propulsion power of the ship; And
It includes a reformer that produces hydrogen-rich reformed gas from hydrocarbons and generates carbon dioxide gas as a by-product.
The secondary battery includes a first reaction space, an accommodation space communicating with the first reaction space, a first aqueous solution accommodated in the first reaction space and the accommodation space, and the first aqueous solution in the first reaction space Cathode at least partially submerged, a second reaction space, a basic second aqueous solution accommodated in the second reaction space, an anode at least partially submerged in the second aqueous solution, the first reaction space and the second It is provided with a connection passage for communicating the reaction space, and is provided in the connection passage to block the movement of the first aqueous solution and the second aqueous solution and to allow the movement of ions, the ion transport member having a porous structure,
During the discharge process of the secondary battery, carbon dioxide gas discharged from the heat engine and carbon dioxide gas generated in the reformer flow into the first aqueous solution in the accommodation space, and hydrogen ions are reacted with water and the carbon dioxide gas in the first aqueous solution. Bicarbonate ions are generated, and in the first reaction space, hydrogen ions and electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas,
The fuel cell receives the reformed gas and hydrogen generated in the secondary cell as fuel,
The carbon dioxide gas that is not ionized among the carbon dioxide gas flowing into the first aqueous solution in the receiving space is separated from the first aqueous solution in the receiving space and is not supplied to the first reaction space.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 이온 전달 부재의 재질은 유리인 선박용 추진동력 생산 시스템.
The method according to claim 1 or claim 2,
The material of the ion transmitting member is glass, a propulsion power production system for ships.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 이온 전달 부재에 형성된 기공은 40 내지 90 미크론, 15 내지 40 미크론, 5 내지 15 미크론 또는 1 내지 2 미크론인 선박용 추진동력 생산 시스템.
The method according to claim 1 or claim 2,
The pores formed in the ion transmitting member are 40 to 90 microns, 15 to 40 microns, 5 to 15 microns, or 1 to 2 microns.
화석연료를 연소시켜서 선박의 추진동력으로 사용되는 기계적 에너지를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 배출하는 열기관;
선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 이차전지;
상기 선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지; 및
탄화수소로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 발생시키는 개질기를 포함하며,
상기 이차전지는, 제1 반응 공간에 수용되는 제1 수산화칼륨 수용액과, 상기 제1 수산화칼륨 수용액에 적어도 일부가 잠긴 캐소드와, 제2 반응 공간에 수용되는 제2 수산화칼륨 수용액과, 상기 제2 수산화칼륨 수용액에 적어도 일부가 잠긴 애노드와, 상기 제1 반응 공간과 상기 제2 반응 공간을 연통시키는 연결 통로와, 상기 연결 통로에 설치되어서 상기 제1 수산화칼륨 수용액과 상기 제2 수산화칼륨 수용액의 이동은 차단하고 이온의 이동은 허용하는 이온 교환 멤브레인을 구비하며,
상기 이차전지의 방전과정에서 상기 제1 수산화칼륨 수용액으로 상기 열기관으로부터 배출되는 이산화탄소 기체와 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소 기체가 유입되고, 상기 제1 수산화칼륨 수용액의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되며, 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 수소 기체가 발생하며,
상기 연료전지는 상기 개질가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소를 연료로 공급받는 선박용 추진동력 생산 시스템.
A heat engine that burns fossil fuel to produce mechanical energy used as a propulsion power of a ship and to discharge carbon dioxide gas as a by-product;
A secondary battery for producing electric energy used as a propulsion power of a ship;
A fuel cell producing electrical energy used as a propulsion power of the ship; And
It includes a reformer that produces hydrogen-rich reformed gas from hydrocarbons and generates carbon dioxide gas as a by-product.
The secondary battery includes: a first aqueous potassium hydroxide solution accommodated in a first reaction space, a cathode at least partially submerged in the first potassium hydroxide aqueous solution, a second aqueous potassium hydroxide solution accommodated in a second reaction space, and the second Movement of the first potassium hydroxide aqueous solution and the second potassium hydroxide aqueous solution by being installed in the connection passage, and a connection passage communicating the first reaction space and the second reaction space with an anode at least partially submerged in an aqueous potassium hydroxide solution. Is equipped with an ion exchange membrane that blocks silver and allows the movement of ions,
During the discharge process of the secondary battery, carbon dioxide gas discharged from the heat engine and carbon dioxide gas generated in the reformer are introduced into the first potassium hydroxide aqueous solution, and hydrogen ions are reacted by water and the carbon dioxide gas in the first potassium hydroxide aqueous solution. And bicarbonate ions are generated, and the hydrogen ions and electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas,
The fuel cell is a propulsion power production system for ships receiving the reformed gas and hydrogen generated in the secondary battery as fuel.
화석연료를 연소시켜서 선박의 추진동력으로 사용되는 기계적 에너지를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 배출하는 열기관;
선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 이차전지;
상기 선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지; 및
탄화수소로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 발생시키는 개질기를 포함하며,
상기 이차전지는, 제1 반응 공간과, 상기 제1 반응 공간과 연통되는 수용 공간과, 상기 제1 반응 공간과 상기 수용 공간에 수용되는 제1 수산화칼륨 수용액과, 상기 제1 반응 공간에서 상기 제1 수산화칼륨 수용액에 적어도 일부가 잠긴 캐소드와, 제2 반응 공간과, 상기 제2 반응 공간에 수용되는 제2 수산화칼륨 수용액과, 상기 제2 수산화칼륨 수용액에 적어도 일부가 잠긴 애노드와, 상기 제1 반응 공간과 상기 제2 반응 공간을 연통시키는 연결 통로와, 상기 연결 통로에 설치되어서 상기 제1 수산화칼륨 수용액과 상기 제2 수산화칼륨 수용액의 이동은 차단하고 이온의 이동은 허용하는 이온 교환 멤브레인을 구비하며,
상기 이차전지의 방전과정에서 상기 수용 공간의 상기 제1 수산화칼륨 수용액으로 상기 열기관으로부터 배출되는 이산화탄소 기체와 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소 기체가 유입되어서 상기 제1 수산화칼륨 수용액의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되고, 상기 제1 반응 공간에서 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 수소 기체가 발생하며,
상기 연료전지는 상기 개질가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소를 연료로 공급받으며,
상기 수용 공간의 상기 제1 수산화칼륨 수용액으로 유입되는 이산화탄소 기체 중 이온화되지 않은 이산화탄소 기체는 상기 수용 공간에서 상기 제1 수산화칼륨 수용액으로부터 분리되어서 상기 제1 반응 공간으로 공급되지 않도록 하는 선박용 추진동력 생산 시스템.
A heat engine that burns fossil fuel to produce mechanical energy used as a propulsion power of a ship and to discharge carbon dioxide gas as a by-product;
A secondary battery for producing electric energy used as a propulsion power of a ship;
A fuel cell producing electrical energy used as a propulsion power of the ship; And
It includes a reformer that produces hydrogen-rich reformed gas from hydrocarbons and generates carbon dioxide gas as a by-product.
The secondary battery may include a first reaction space, an accommodation space in communication with the first reaction space, a first potassium hydroxide aqueous solution accommodated in the first reaction space and the accommodation space, and the first reaction space in the first reaction space. 1 Cathode at least partially immersed in an aqueous potassium hydroxide solution, a second reaction space, a second potassium hydroxide aqueous solution accommodated in the second reaction space, an anode at least partially immersed in the second potassium hydroxide aqueous solution, and the first A connection passage communicating the reaction space and the second reaction space, and an ion exchange membrane installed in the connection passage to block the movement of the first aqueous potassium hydroxide solution and the second aqueous potassium hydroxide solution and to allow the movement of ions And
In the process of discharging the secondary battery, carbon dioxide gas discharged from the heat engine and carbon dioxide gas generated in the reformer flow into the first potassium hydroxide aqueous solution in the accommodation space to react with water and the carbon dioxide gas in the first potassium hydroxide aqueous solution. Hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by this, and in the first reaction space, hydrogen ions and electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas,
The fuel cell receives the reformed gas and hydrogen generated in the secondary cell as fuel,
Carbon dioxide gas that is not ionized among the carbon dioxide gas flowing into the first aqueous potassium hydroxide solution in the receiving space is separated from the first aqueous potassium hydroxide solution in the receiving space and is not supplied to the first reaction space for ships. .
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
상기 이온 교환 멤브레인은 칼륨 이온이 상기 제2 반응 공간으로부터 상기 제1 반응 공간으로 이동하는 것을 허용하는 선박용 추진동력 생산 시스템.
The method according to claim 5 or claim 6,
The ion exchange membrane is a propulsion power production system for ships that allows potassium ions to move from the second reaction space to the first reaction space.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
상기 이온 교환 멤브레인은 수산화 이온이 상기 제1 반응 공간으로부터 상기 제2 반응 공간으로 이동하는 것을 허용하는 선박용 추진동력 생산 시스템.
The method according to claim 5 or claim 6,
The ion exchange membrane is a propulsion power production system for ships that allows hydroxide ions to move from the first reaction space to the second reaction space.
화석연료를 연소시켜서 선박의 추진동력으로 사용되는 기계적 에너지를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 배출하는 열기관;
선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 이차전지;
상기 선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지; 및
탄화수소로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 발생시키는 개질기를 포함하며,
상기 이차전지는, 제1 반응 공간에 수용되는 제1 수용액과, 상기 제1 수용액에 적어도 일부가 잠긴 캐소드와, 제2 반응 공간에 수용되는 염기성인 제2 수용액과, 상기 제2 수용액에 적어도 일부가 잠긴 애노드와, 상기 제1 수용액과 상기 제2 수용액을 연결하는 염다리를 구비하며,
상기 이차전지의 방전과정에서 상기 제1 수용액으로 상기 열기관으로부터 배출되는 이산화탄소 기체와 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소 기체가 유입되고, 상기 제1 수용액의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되며, 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 수소 기체가 발생하며,
상기 연료전지는 상기 개질가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소를 연료로 공급받는 선박용 추진동력 생산 시스템.
A heat engine that burns fossil fuel to produce mechanical energy used as a propulsion power of a ship and to discharge carbon dioxide gas as a by-product;
A secondary battery for producing electric energy used as a propulsion power of a ship;
A fuel cell producing electrical energy used as a propulsion power of the ship; And
It includes a reformer that produces hydrogen-rich reformed gas from hydrocarbons and generates carbon dioxide gas as a by-product.
The secondary battery includes a first aqueous solution accommodated in a first reaction space, a cathode immersed in at least a portion of the first aqueous solution, a basic second aqueous solution accommodated in a second reaction space, and at least a portion of the second aqueous solution. And a salt bridge connecting the locked anode and the first aqueous solution and the second aqueous solution,
During the discharge process of the secondary battery, carbon dioxide gas discharged from the heat engine and carbon dioxide gas generated in the reformer flow into the first aqueous solution, and hydrogen ions and bicarbonate ions are reacted by the reaction of water and the carbon dioxide gas in the first aqueous solution. Is generated, the hydrogen ions and electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas,
The fuel cell is a propulsion power production system for ships receiving the reformed gas and hydrogen generated in the secondary battery as fuel.
화석연료를 연소시켜서 선박의 추진동력으로 사용되는 기계적 에너지를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 배출하는 열기관;
선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 이차전지;
상기 선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지; 및
탄화수소로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 발생시키는 개질기를 포함하며,
상기 이차전지는, 제1 반응 공간과, 상기 제1 반응 공간과 연통되는 수용 공간과, 상기 제1 반응 공간과 상기 수용 공간에 수용되는 제1 수용액과, 상기 제1 반응 공간에서 상기 제1 수용액에 적어도 일부가 잠긴 캐소드와, 제2 반응 공간과, 상기 제2 반응 공간에 수용되는 염기성인 제2 수용액과, 상기 제2 수용액에 적어도 일부가 잠긴 애노드와, 상기 제1 수용액과 상기 제2 수용액을 연결하는 염다리를 구비하며,
상기 이차전지의 방전과정에서 상기 수용 공간의 상기 제1 수용액으로 상기 열기관으로부터 배출되는 이산화탄소 기체와 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소 기체가 유입되어서 상기 제1 수용액의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되고, 상기 제1 반응 공간에서 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 수소 기체가 발생하며,
상기 연료전지는 상기 개질가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소를 연료로 공급받으며,
상기 수용 공간의 상기 제1 수용액으로 유입되는 이산화탄소 기체 중 이온화되지 않은 이산화탄소 기체는 상기 수용 공간에서 상기 제1 수용액으로부터 분리되어서 상기 제1 반응 공간으로 공급되지 않도록 하는 선박용 추진동력 생산 시스템.
A heat engine that burns fossil fuel to produce mechanical energy used as a propulsion power of a ship and to discharge carbon dioxide gas as a by-product;
A secondary battery for producing electric energy used as a propulsion power of a ship;
A fuel cell producing electrical energy used as a propulsion power of the ship; And
It includes a reformer that produces hydrogen-rich reformed gas from hydrocarbons and generates carbon dioxide gas as a by-product.
The secondary battery includes a first reaction space, an accommodation space communicating with the first reaction space, a first aqueous solution accommodated in the first reaction space and the accommodation space, and the first aqueous solution in the first reaction space Cathode at least partially submerged, a second reaction space, a basic second aqueous solution accommodated in the second reaction space, an anode at least partially submerged in the second aqueous solution, the first aqueous solution and the second aqueous solution It has a salt bridge connecting the
During the discharge process of the secondary battery, carbon dioxide gas discharged from the heat engine and carbon dioxide gas generated in the reformer flow into the first aqueous solution in the accommodation space, and hydrogen ions are reacted with water and the carbon dioxide gas in the first aqueous solution. Bicarbonate ions are generated, and in the first reaction space, hydrogen ions and electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas,
The fuel cell receives the reformed gas and hydrogen generated in the secondary cell as fuel,
The carbon dioxide gas that is not ionized among the carbon dioxide gas flowing into the first aqueous solution in the receiving space is separated from the first aqueous solution in the receiving space and is not supplied to the first reaction space.
화석연료를 연소시켜서 선박의 추진동력으로 사용되는 기계적 에너지를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 배출하는 열기관;
선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 이차전지;
상기 선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지; 및
탄화수소로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 발생시키는 개질기를 포함하며,
상기 이차전지는, 반응 공간에 수용되는 수계 전해질과, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠긴 캐소드와, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠긴 애노드를 구비하며,
상기 이차전지의 방전과정에서 상기 수계 전해질로 상기 열기관으로부터 배출되는 이산화탄소 기체와 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소 기체가 유입되고, 상기 수계 전해질의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되며, 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 수소 기체가 발생하며,
상기 연료전지는 상기 개질가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소를 연료로 공급받는 선박용 추진동력 생산 시스템.
A heat engine that burns fossil fuel to produce mechanical energy used as a propulsion power of a ship and to discharge carbon dioxide gas as a by-product;
A secondary battery for producing electric energy used as a propulsion power of a ship;
A fuel cell producing electrical energy used as a propulsion power of the ship; And
It includes a reformer that produces hydrogen-rich reformed gas from hydrocarbons and generates carbon dioxide gas as a by-product.
The secondary battery includes an aqueous electrolyte accommodated in a reaction space, a cathode at least partially submerged in the aqueous electrolyte in the reaction space, and an anode submerged in the aqueous electrolyte in the reaction space,
During the discharge process of the secondary battery, carbon dioxide gas discharged from the heat engine and carbon dioxide gas generated in the reformer flow into the aqueous electrolyte, 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 electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas,
The fuel cell is a propulsion power production system for ships receiving the reformed gas and hydrogen generated in the secondary battery as fuel.
화석연료를 연소시켜서 선박의 추진동력으로 사용되는 기계적 에너지를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 배출하는 열기관;
선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 이차전지;
상기 선박의 추진동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지; 및
탄화수소로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 발생시키는 개질기를 포함하며,
상기 이차전지는, 반응 공간과, 상기 반응 공간과 연통되는 수용 공간과, 상기 반응 공간과 상기 수용 공간에 수용되는 수계 전해질과, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠긴 캐소드와, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠긴 애노드를 구비하며,
상기 이차전지의 방전과정에서 상기 수용 공간의 상기 수계 전해질로 상기 열기관으로부터 배출되는 이산화탄소 기체와 상기 개질기에서 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 연료전지는 상기 개질가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소를 연료로 공급받으며,
상기 수용 공간의 상기 수계 전해질로 유입되는 이산화탄소 기체 중 이온화되지 않은 이산화탄소 기체는 상기 수용 공간에서 상기 수계 전해질로부터 분리되어서 상기 반응 공간으로 공급되지 않도록 하는 선박용 추진동력 생산 시스템.
A heat engine that burns fossil fuel to produce mechanical energy used as a propulsion power of a ship and to discharge carbon dioxide gas as a by-product;
A secondary battery for producing electric energy used as a propulsion power of a ship;
A fuel cell producing electrical energy used as a propulsion power of the ship; And
It includes a reformer that produces hydrogen-rich reformed gas from hydrocarbons and generates carbon dioxide gas as a by-product.
The secondary battery includes a reaction space, an accommodation space in communication with the reaction space, an aqueous electrolyte accommodated in the reaction space and the accommodation space, a cathode at least partially submerged in the aqueous electrolyte in the reaction space, and the reaction. An anode at least partially submerged in the aqueous electrolyte in a space,
In the process of discharging the secondary battery, carbon dioxide gas discharged from the heat engine and carbon dioxide gas generated in the reformer flow into the aqueous electrolyte in the accommodation space, and hydrogen ions and bicarbonate ions are reacted by the reaction of water and the carbon dioxide gas in the aqueous electrolyte. This is generated, the hydrogen ions are generated by the electrons of the hydrogen ion and the cathode in the reaction space,
The fuel cell receives the reformed gas and hydrogen generated in the secondary cell as fuel,
The carbon dioxide gas which is not ionized among the carbon dioxide gas flowing into the water-based electrolyte in the accommodation space is separated from the water-based electrolyte in the accommodation space and is not supplied to the reaction space.
삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020190002342A 2019-01-08 2019-01-08 Propulsion power producing system for ship using carbon dioxide KR102093169B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190002342A KR102093169B1 (en) 2019-01-08 2019-01-08 Propulsion power producing system for ship using carbon dioxide
PCT/KR2020/000304 WO2020145642A2 (en) 2019-01-08 2020-01-08 Carbon dioxide utilization system, and hybrid system using same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190002342A KR102093169B1 (en) 2019-01-08 2019-01-08 Propulsion power producing system for ship using carbon dioxide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102093169B1 true KR102093169B1 (en) 2020-03-25

Family

ID=70001765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190002342A KR102093169B1 (en) 2019-01-08 2019-01-08 Propulsion power producing system for ship using carbon dioxide

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102093169B1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112078772A (en) * 2020-08-28 2020-12-15 江苏大学 Hybrid power system of marine internal combustion engine and fuel cell and control method thereof
CN114852305A (en) * 2022-05-31 2022-08-05 江南造船(集团)有限责任公司 Ship carbon emission reduction system and gas transport ship
EP4230574A1 (en) * 2022-02-18 2023-08-23 RINA Hellas Ltd. Propulsion system for a ship
WO2023210871A1 (en) * 2022-04-27 2023-11-02 (주)로우카본 Carbon dioxide capture and carbon resource utilization system for fuel cell and method using same

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101292709B1 (en) * 2011-05-25 2013-08-01 삼성중공업 주식회사 Fuel cell system and ship having the same and fuel cell system operation method
KR20140112644A (en) 2013-03-13 2014-09-24 대우조선해양 주식회사 Dual Type Generation System And Method For Ship Or Offshore Platform
KR101708921B1 (en) * 2015-07-23 2017-02-21 대우조선해양 주식회사 An apparatus for controlling pH of fresh water produced by fresh water generator using reverse osmosis
KR101803368B1 (en) * 2009-08-03 2017-12-28 내셔널 유니버시티 오브 싱가포르 Emissions control system and method
KR101815086B1 (en) * 2015-09-10 2018-01-04 삼성중공업 주식회사 Apparatus for reducing air pollutant
KR20180075263A (en) * 2016-12-26 2018-07-04 현대중공업 주식회사 Ship

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101803368B1 (en) * 2009-08-03 2017-12-28 내셔널 유니버시티 오브 싱가포르 Emissions control system and method
KR101292709B1 (en) * 2011-05-25 2013-08-01 삼성중공업 주식회사 Fuel cell system and ship having the same and fuel cell system operation method
KR20140112644A (en) 2013-03-13 2014-09-24 대우조선해양 주식회사 Dual Type Generation System And Method For Ship Or Offshore Platform
KR101708921B1 (en) * 2015-07-23 2017-02-21 대우조선해양 주식회사 An apparatus for controlling pH of fresh water produced by fresh water generator using reverse osmosis
KR101815086B1 (en) * 2015-09-10 2018-01-04 삼성중공업 주식회사 Apparatus for reducing air pollutant
KR20180075263A (en) * 2016-12-26 2018-07-04 현대중공업 주식회사 Ship

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112078772A (en) * 2020-08-28 2020-12-15 江苏大学 Hybrid power system of marine internal combustion engine and fuel cell and control method thereof
EP4230574A1 (en) * 2022-02-18 2023-08-23 RINA Hellas Ltd. Propulsion system for a ship
WO2023210871A1 (en) * 2022-04-27 2023-11-02 (주)로우카본 Carbon dioxide capture and carbon resource utilization system for fuel cell and method using same
CN114852305A (en) * 2022-05-31 2022-08-05 江南造船(集团)有限责任公司 Ship carbon emission reduction system and gas transport ship

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102093169B1 (en) Propulsion power producing system for ship using carbon dioxide
KR102045956B1 (en) Combined power generation system using boil off gas
US11710840B2 (en) Carbon dioxide utilization system, and complex power generation system using the same
US6846584B2 (en) Process for generating electricity with a hydrogen fuel cell
KR101955693B1 (en) Aqueous secondary battery using carbon dioxide and complex battery system having the same
NL2011188C2 (en) Electrolytic cell for the production of ammonia.
US20230387439A1 (en) Systems and methods for processing hydrogen
KR101955696B1 (en) Secondary battery using carbon dioxide and complex electric power generation system having the same
KR101997780B1 (en) Secondary battery using carbon dioxide and complex electric power generation system having the same
KR102205629B1 (en) Secondary battery using carbon dioxide and complex electric power generation system having the same
KR102032676B1 (en) Carbon dioxide utilization system
KR102171288B1 (en) Power producing system for submarine using fuel cell
KR102025920B1 (en) Carbon dioxide utilization system
KR102042683B1 (en) Carbon dioxide utilization system
KR101955692B1 (en) Secondary-battery capturing carbon and complex system for the same
KR101997781B1 (en) Secondary battery using carbon dioxide and complex electric power generation system having the same
KR102163935B1 (en) Secondary battery using carbon dioxide and complex electric power generation system having the same
KR102028709B1 (en) Ballast water treatment system using carbon dioxide utilization system
KR101955697B1 (en) Secondary battery using carbon dioxide and complex electric power generation system having the same
KR101986642B1 (en) Fuel cell systme having hydrogen generation apparatus using carbon dioxide
KR102553922B1 (en) Secondary battery using carbon dioxide and complex electric power generation system having the same
KR102263566B1 (en) Secondary battery using carbon dioxide and complex electric power generation system having the same
KR102001213B1 (en) Fuel cell system having hydrogen generating and carbon dioxide removing apparatus using carbon dioxide
WO2020145642A2 (en) Carbon dioxide utilization system, and hybrid system using same
RU2775271C1 (en) Carbon dioxide utilization system and integrated power generation system using it

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant