KR102171288B1 - Power producing system for submarine using fuel cell - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의하면, 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 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.According to the present invention, a heat engine for generating mechanical energy used as propulsion power of a ship by burning fossil fuels and discharging carbon dioxide gas as a by-product; And a secondary battery for producing electric energy used as a propulsion power of a 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 A basic second aqueous solution accommodated in the reaction space, an anode at least partially immersed in the second aqueous solution, a connection passage for communicating the first reaction space and the second reaction space, and the second solution provided in the connection passage The first aqueous solution and the second aqueous solution are provided with an ion transfer member having a porous structure that allows the movement of ions while blocking the movement of the aqueous solution, and carbon dioxide gas discharged from the heat engine is introduced into the first aqueous solution during the discharge process of the secondary battery. , Hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of water in the first aqueous solution and the carbon dioxide gas, and the hydrogen ions and electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas.
Description
본 발명은 잠수함의 동력 생산 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지를 이용하여 잠수함의 동력을 생산하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for producing power for a submarine, and more particularly, to a technology for producing power for a submarine using a fuel cell.
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, emissions of greenhouse gases are continuously increasing, and carbon dioxide accounts for the largest proportion of greenhouse gases. Carbon dioxide emissions by industry type are the largest from energy sources such as power plants, and carbon dioxide from cement/steel/refining industries including power generation accounts for half of the world's generation. The field of carbon dioxide conversion/utilization can be largely divided into chemical conversion, biological conversion, and direct use, and the technical categories can be categorized into catalysts, electrochemistry, bioprocessing, light utilization, inorganic (carbonic acid), and polymers. Since carbon dioxide is generated in various industries and processes, and carbon dioxide reduction cannot be achieved with one technology, various approaches for 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 DOE (Department Of Energy) of the US Department of Energy is promoting multi-faceted technology development with interest in CCUS technology that combines CCS (Carbon Capture & Storage) and CCU (CC & Utilization) as a technology to reduce carbon dioxide. Although CCUS technology is recognized as an effective GHG reduction method, it faces problems of high investment costs, the possibility of emission of harmful trapping agents to the atmosphere, and low technology maturity. In addition, from an energy and climate policy perspective, CCUS provides a means to substantially reduce GHG emissions, but there are many complements to the realization of the technology. Accordingly, there is a need to develop a new concept of breakthrough technology that more efficiently captures, stores, and utilizes carbon dioxide.
최근 정숙성 및 효율성이 뛰어난 연료전지를 잠수함의 동력원으로 이용하고자 하는 기술의 개발이 이루어지고 있다. 잠수함에서 사용되는 연료전지의 경우, 수소 저장의 한계로 인해 메탄올과 같은 연료를 개질기를 통해 개질하여 수소를 연료전지에 공급하는 방식이 사용되는데, 개질과정에서 부산물로서 발생하는 이산화탄소의 처리가 문제되고 있다. 잠수함의 연료전지 시스템에서 개질과정에서 발생하는 이산화탄소가 잠수함 외부로 그대로 배출되면 군사용 잠수함의 경우 잠수함의 위치가 노출될 위험이 있다. 또한, 수압이 높은 깊은 수심에서 이산화탄소를 잠수함 외부로 배출하는 것 자체도 기술적으로 어렵다.Recently, the development of technology to use a fuel cell excellent in quietness and efficiency as a power source of a submarine is being made. In the case of fuel cells used in submarines, due to the limitation of hydrogen storage, a method of reforming fuel such as methanol through a reformer and supplying hydrogen to the fuel cell is used, but the treatment of carbon dioxide generated as a by-product in the reforming process is a problem. have. If carbon dioxide generated during the reforming process in the submarine's fuel cell system is directly discharged to the outside of the submarine, there is a risk of exposing the position of the submarine in the case of a military submarine. In addition, it is technically difficult to discharge carbon dioxide to the outside of the submarine in deep water with high water pressure.
본 발명의 목적은 연료전지를 이용한 잠수함용 동력 생산 시스템에서, 이산화탄소가 잠수함 외부로 배출되는 것을 방지하는 잠수함용 동력 생산 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a power production system for a submarine that prevents carbon dioxide from being discharged to the outside of the submarine in a power production system for a submarine using a fuel cell.
본 발명의 다른 목적은 연료전지를 이용한 잠수함용 동력 생산 시스템에서, 개질과정에서 발생하는 이산화탄소를 활용하여 효율이 향상된 잠수함용 동력 생산 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a power production system for a submarine with improved efficiency by utilizing carbon dioxide generated during a reforming process in a power production system for a submarine using a fuel cell.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 수소함유 연료로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 발생시키는 개질기; 방전 과정에서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지와 함께 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소를 원료로 수소 기체를 발생시키는 이차전지; 및 상기 개질기로부터 생산된 개질 가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소 기체를 공급받아서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지를 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 방전 과정에서 상기 제1 수용액의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되며, 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 상기 연료전지로 공급되는 수소 기체가 발생하는 잠수함용 동력 생산 시스템이 제공된다.In order to achieve the above object of the present invention, according to an aspect of the present invention, a reformer for producing hydrogen-rich reformed gas from a hydrogen-containing fuel and generating carbon dioxide gas as a by-product; A secondary battery for generating hydrogen gas using carbon dioxide generated in the reformer as a raw material together with electric energy used as power of the submarine during the discharge process; And a fuel cell receiving reformed gas produced from the reformer and hydrogen gas generated from the secondary battery to produce electric energy used as power of a submarine, wherein the secondary battery comprises: a first reaction space accommodated in a first reaction space. An aqueous solution, a cathode at least partially immersed in the first aqueous solution, a basic second aqueous solution accommodated in a second reaction space, an anode at least partially immersed in the second aqueous solution, the first reaction space and the second A connection passage for communicating the reaction space, and an ion transfer member having a porous structure that is installed in the connection passage to block movement of the first and second aqueous solutions and allow the movement of ions, and discharge of the secondary battery In the process, hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of water in the first aqueous solution and the carbon dioxide gas, and the hydrogen ions and electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas supplied to the fuel cell. A production system is provided.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 수소함유 연료로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 발생시키는 개질기; 방전 과정에서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지와 함께 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소를 원료로 수소 가스를 발생시키는 이차전지; 및 상기 개질기로부터 생산된 개질 가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소 기체를 공급받아서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지를 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 수용액 사이에 이온의 이동만을 허용하는 다공성 구조의 이온 전달 부재를 구비하며, 상기 이차전지의 방전과정에서 상기 수용 공간의 상기 제1 수용액으로 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 상기 연료전지로 공급되는 수소 기체가 발생하며, 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 잠수함용 동력 생산 시스템이 제공된다.In order to achieve the above object of the present invention, according to another aspect of the present invention, a reformer for producing hydrogen-rich reformed gas from hydrogen-containing fuel and generating carbon dioxide gas as a by-product; A secondary battery for generating hydrogen gas using carbon dioxide generated in the reformer as a raw material together with electric energy used as power of the submarine during the discharge process; And a fuel cell receiving reformed gas produced from the reformer and hydrogen gas generated from the secondary battery to produce electric energy used as power of a submarine, wherein the secondary battery comprises: a first reaction space; An accommodation space in communication with the reaction space, the first reaction space and a first aqueous solution accommodated in the accommodation space, a cathode at least partially submerged in the first aqueous solution in the first reaction space, and a second reaction space, A basic second aqueous solution accommodated in the second reaction space, an anode at least partially immersed in the second aqueous solution, a connection passage communicating the first reaction space and the second reaction space, and installed in the connection passage And a porous ion transfer member allowing only movement of ions between the first aqueous solution and the second aqueous solution, and carbon dioxide gas generated in the reformer with the first aqueous solution in the receiving space during the discharge process of the secondary battery Is introduced, hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of water in the first aqueous solution and the carbon dioxide gas, and hydrogen ions and electrons of the cathode are combined in the first reaction space to be supplied to the fuel cell. Gas is generated, and the non-ionized carbon dioxide gas of 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. The system is provided.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 수소함유 연료로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 발생시키는 개질기; 방전 과정에서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지와 함께 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소를 원료로 수소 가스를 발생시키는 이차전지; 및 상기 개질기로부터 생산된 개질 가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소 기체를 공급받아서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지를 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 수용액 사이에 이온의 이동만을 허용하는 이온 교환 멤브레인을 구비하며, 상기 이차전지의 방전과정에서 상기 제1 수산화칼륨 수용액으로 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 상기 연료전지로 공급되는 수소 기체가 발생하는 잠수함용 동력 생산 시스템이 제공된다.In order to achieve the above object of the present invention, according to another aspect of the present invention, a reformer for producing hydrogen-rich reformed gas from hydrogen-containing fuel and generating carbon dioxide gas as a by-product; A secondary battery for generating hydrogen gas using carbon dioxide generated in the reformer as a raw material together with electric energy used as power of the submarine during the discharge process; And a fuel cell receiving reformed gas produced from the reformer and hydrogen gas generated from the secondary battery to produce electric energy used as power of a submarine, wherein the secondary battery comprises: a first reaction space accommodated in a first reaction space. A potassium hydroxide aqueous solution, 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, an anode at least partially submerged in the second aqueous potassium hydroxide solution, and the first A connection passage for communicating the reaction space and the second reaction space, and an ion exchange membrane installed in the connection passage to allow only the movement of ions between the first aqueous potassium hydroxide solution and the second aqueous potassium hydroxide solution, and the In the discharging process of the secondary battery, carbon dioxide gas generated in the reformer is introduced into the first potassium hydroxide aqueous solution, and hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of water in the first potassium hydroxide aqueous solution and the carbon dioxide gas, and the hydrogen There is provided a power production system for a submarine in which ions and electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas supplied to the fuel cell.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 수소함유 연료로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 발생시키는 개질기; 방전 과정에서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지와 함께 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소를 원료로 수소 가스를 발생시키는 이차전지; 및 상기 개질기로부터 생산된 개질 가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소 기체를 공급받아서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지를 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 수용액에 적어도 일부가 잠긴 캐소드와, 제2 반응 공간과, 상기 제2 반응 공간에 수용되는 제2 수산화칼륨 제2 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 수용액 사이에 이온의 이동만을 허용하는 이온 교환 멤브레인을 구비하며, 상기 이차전지의 방전과정에서 상기 수용 공간의 상기 제1 수산화칼륨 수용액으로 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 상기 연료전지로 공급되는 수소 기체가 발생하며, 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 잠수함용 동력 생산 시스템이 제공된다.In order to achieve the above object of the present invention, according to another aspect of the present invention, a reformer for producing hydrogen-rich reformed gas from hydrogen-containing fuel and generating carbon dioxide gas as a by-product; A secondary battery for generating hydrogen gas using carbon dioxide generated in the reformer as a raw material together with electric energy used as power of the submarine during the discharge process; And a fuel cell receiving reformed gas produced from the reformer and hydrogen gas generated from the secondary battery to produce electric energy used as power of a submarine, wherein the secondary battery comprises: a first reaction space; An accommodation space in communication with the reaction space, a first aqueous potassium hydroxide solution accommodated in the first reaction space and the accommodation space, a cathode at least partially submerged in the first aqueous solution in the first reaction space, and a second reaction space And, a second second aqueous potassium hydroxide solution accommodated in the second reaction space, an anode at least partially submerged in the second aqueous potassium hydroxide solution, and a connection passage communicating the first reaction space and the second reaction space. And an ion exchange membrane installed in the connection passage to allow only the movement of ions between the first potassium hydroxide aqueous solution and the second potassium hydroxide aqueous solution, and the first hydroxide of the accommodation space in the discharge process of the secondary battery Carbon dioxide gas generated in the reformer is introduced into the potassium aqueous solution, and hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of water in the first potassium hydroxide aqueous solution and the carbon dioxide gas, and the hydrogen ions and the cathode are formed in the first reaction space. Electrons are combined to generate hydrogen gas supplied to the fuel cell, and non-ionized carbon dioxide gas among the carbon dioxide gas flowing into the first potassium hydroxide aqueous solution in the accommodation space is separated from the first potassium hydroxide aqueous solution in the accommodation space There is provided a power production system for a submarine so that it is not supplied to the first reaction space.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 수소함유 연료로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 발생시키는 개질기; 방전 과정에서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지와 함께 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소를 원료로 수소 가스를 발생시키는 이차전지; 및 상기 개질기로부터 생산된 개질 가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소 기체를 공급받아서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지를 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 개질기에서 발생한 이산화탄소 기체가 유입되고, 상기 제1 수용액의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되며, 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 상기 연료전지로 공급되는 수소 기체가 발생하는 잠수함용 동력 생산 시스템이 제공된다.In order to achieve the above object of the present invention, according to another aspect of the present invention, a reformer for producing hydrogen-rich reformed gas from hydrogen-containing fuel and generating carbon dioxide gas as a by-product; A secondary battery for generating hydrogen gas using carbon dioxide generated in the reformer as a raw material together with electric energy used as power of the submarine during the discharge process; And a fuel cell receiving reformed gas produced from the reformer and hydrogen gas generated from the secondary battery to produce electric energy used as power of a submarine, wherein the secondary battery comprises: a first reaction space accommodated in a first reaction space. An aqueous solution, a cathode at least partially immersed in the first aqueous solution, a basic second aqueous solution accommodated in a second reaction space, an anode at least partially immersed in the second aqueous solution, the first aqueous solution and the second aqueous solution And a salt bridge connecting the secondary battery, and carbon dioxide gas generated in the reformer is introduced into the first aqueous solution during the discharging process of the secondary battery, and hydrogen ions and bicarbonate ions are formed by the reaction of the water in the first aqueous solution and the carbon dioxide gas. Is generated, the hydrogen ions and electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas supplied to the fuel cell, a power production system for a submarine is provided.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 수소함유 연료로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 발생시키는 개질기; 방전 과정에서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지와 함께 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소를 원료로 수소 가스를 발생시키는 이차전지; 및 상기 개질기로부터 생산된 개질 가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소 기체를 공급받아서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지를 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 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 상기 연료전지로 공급되는 수소 기체가 발생하며, 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 잠수함용 동력 생산 시스템이 제공된다.In order to achieve the above object of the present invention, according to another aspect of the present invention, a reformer for producing hydrogen-rich reformed gas from hydrogen-containing fuel and generating carbon dioxide gas as a by-product; A secondary battery for generating hydrogen gas using carbon dioxide generated in the reformer as a raw material together with electric energy used as power of the submarine during the discharge process; And a fuel cell receiving reformed gas produced from the reformer and hydrogen gas generated from the secondary battery to produce electric energy used as power of a submarine, wherein the secondary battery comprises: a first reaction space; An accommodation space in communication with the reaction space, the first reaction space and a first aqueous solution accommodated in the accommodation space, a cathode at least partially submerged in the first aqueous solution in the first reaction space, and 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, and a salt bridge connecting the first aqueous solution and the second aqueous solution, and a discharge process of the secondary battery In the receiving space, carbon dioxide gas generated in the reformer is introduced into the first aqueous solution in the accommodation space, and hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of water in the first aqueous solution and the carbon dioxide gas, and the hydrogen ions are generated in the first reaction space. Hydrogen gas supplied to the fuel cell is generated by the combination of ions and electrons of the cathode, and non-ionized carbon dioxide gas among the carbon dioxide gas flowing into the first aqueous solution in the accommodation space is from the first aqueous solution in the accommodation space. A power production system for a submarine is provided that is separated and is not supplied to the first reaction space.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 수소함유 연료로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 발생시키는 개질기; 방전 과정에서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지와 함께 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소를 원료로 수소 가스를 발생시키는 이차전지; 및 상기 개질기로부터 생산된 개질 가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소 기체를 공급받아서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지를 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 개질기에서 발생한 이산화탄소 기체가 유입되고, 상기 수계 전해질의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되며, 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 상기 연료전지로 공급되는 수소 기체가 발생하는 잠수함용 동력 생산 시스템이 제공된다.In order to achieve the above object of the present invention, according to another aspect of the present invention, a reformer for producing hydrogen-rich reformed gas from hydrogen-containing fuel and generating carbon dioxide gas as a by-product; A secondary battery for generating hydrogen gas using carbon dioxide generated in the reformer as a raw material together with electric energy used as power of the submarine during the discharge process; And a fuel cell receiving reformed gas produced from the reformer and hydrogen gas generated from the secondary battery to produce electric energy used as power of a submarine, wherein the secondary battery comprises 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 at least partially submerged in the aqueous electrolyte in the reaction space, and carbon dioxide gas generated from the reformer flows into the aqueous electrolyte during the discharge process of the secondary battery. And, hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of water of the aqueous electrolyte and the carbon dioxide gas, and the hydrogen ions and electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas supplied to the fuel cell. The system is provided.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 수소함유 연료로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부산물로 이산화탄소 기체를 발생시키는 개질기; 방전 과정에서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지와 함께 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소를 원료로 수소 가스를 발생시키는 이차전지; 및 상기 개질기로부터 생산된 개질 가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소 기체를 공급받아서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지를 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 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 상기 연료전지로 공급되는 수소 기체가 발생하며, 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 잠수함용 동력 생산 시스템이 제공된다.In order to achieve the above object of the present invention, according to another aspect of the present invention, a reformer for producing hydrogen-rich reformed gas from hydrogen-containing fuel and generating carbon dioxide gas as a by-product; A secondary battery for generating hydrogen gas using carbon dioxide generated in the reformer as a raw material together with electric energy used as power of the submarine during the discharge process; And a fuel cell receiving reformed gas produced from the reformer and hydrogen gas generated from the secondary battery to produce electric energy used as power of a submarine, wherein the secondary battery is in communication with the reaction space and the reaction space. A receiving space, an aqueous electrolyte accommodated in the reaction space and the receiving space, a cathode at least partially submerged in the aqueous electrolyte in the reaction space, and an anode at least partially submerged in the aqueous electrolyte in the reaction space, and In the process of discharging the secondary battery, carbon dioxide gas generated in the reformer is introduced into the aqueous electrolyte in the receiving space, and hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of the water in the aqueous electrolyte and the carbon dioxide gas, The hydrogen ions and electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas supplied to the fuel cell, and the non-ionized carbon dioxide gas of the carbon dioxide gas flowing into the aqueous electrolyte in the accommodation space is the aqueous electrolyte in the accommodation space. A power production system for a submarine is provided that is separated from and is not supplied to the reaction space.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 연료전지를 이용한 잠수함용 동력 생산 시스템에서, 방전과정에서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지와 함께 개질기로부터 배출되는 이산화탄소를 원료로 하여 연료전지로 공급되는 수소를 발생시키는 이차전지를 구비하므로, 잠수함에서 이산화탄소의 배출이 방지되고, 잠수함의 동력 생산 효율이 향상될 수 있다. According to the present invention, all the objects of the present invention described above can be achieved. Specifically, in the submarine power production system using a fuel cell, a secondary battery for generating hydrogen supplied to the fuel cell using carbon dioxide discharged from the reformer together with electric energy used as power of the submarine during the discharge process is provided. Therefore, the emission of carbon dioxide from the submarine can be prevented, and the power production efficiency of the submarine can be improved.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용하는 잠수함용 동력 생산 시스템의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 잠수함용 동력 생산 시스템에 구비되는 이차전지의 제1 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.
도 3은 도 1에 도시된 잠수함용 동력 생산 시스템에 구비되는 이차전지의 제2 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.
도 4는 도 1에 도시된 잠수함용 동력 생산 시스템에 구비되는 이차전지의 제3 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.
도 5는 도 1에 도시된 잠수함용 동력 생산 시스템에 구비되는 이차전지의 제4 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.
도 6은 도 1에 도시된 잠수함용 동력 생산 시스템에 구비되는 이차전지의 제5 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.
도 7은 도 1에 도시된 잠수함용 동력 생산 시스템에 구비되는 이차전지의 제6 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.
도 8은 도 1에 도시된 잠수함용 동력 생산 시스템에 구비되는 이차전지의 제7 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.
도 9는 도 1에 도시된 잠수함용 동력 생산 시스템에 구비되는 이차전지의 제8 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.
도 10은 도 1에 도시된 잠수함용 동력 생산 시스템에 구비되는 이차전지의 제9 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.
도 11은 도 1에 도시된 잠수함용 동력 생산 시스템에 구비되는 이차전지의 제10 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다.1 is a block diagram showing a schematic configuration of a submarine power generation system using a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for a first embodiment of a secondary battery provided in the submarine power production system shown in FIG. 1, and is a schematic diagram illustrating a discharging process.
FIG. 3 is a diagram of a second embodiment of a secondary battery provided in the submarine power production system shown in FIG. 1, and is a schematic diagram illustrating a discharging process.
4 is a diagram for a third embodiment of a secondary battery provided in the submarine power production system shown in FIG. 1, and is a schematic diagram illustrating a discharging process.
5 is a diagram for a fourth embodiment of a secondary battery provided in the submarine power production system shown in FIG. 1, and is a schematic diagram illustrating a discharging process.
6 is a diagram for a fifth embodiment of a secondary battery provided in the submarine power production system shown in FIG. 1, and is a schematic diagram illustrating a discharging process.
7 is a diagram for a sixth embodiment of a secondary battery provided in the submarine power production system shown in FIG. 1, and is a schematic diagram illustrating a discharging process.
FIG. 8 is a diagram for a seventh exemplary embodiment of a secondary battery provided in the submarine power production system shown in FIG. 1, and is a schematic diagram illustrating a discharging process.
9 is a diagram illustrating an eighth embodiment of a secondary battery provided in the submarine power production system shown in FIG. 1, and is a schematic diagram illustrating a discharging process.
10 is a diagram for a ninth embodiment of a secondary battery provided in the submarine power production system shown in FIG. 1, and is a schematic diagram illustrating a discharging process.
FIG. 11 is a diagram for a tenth embodiment of a secondary battery provided in the submarine power production system shown in FIG. 1, and is a schematic diagram illustrating a discharging process.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용하는 잠수함용 동력 생산 시스템의 개략적인 구성이 블록도로서 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용하는 잠수함용 동력 생산 시스템(1000)은, 메탄올 등의 연료전지용 연료로부터 수소가 풍부한 개질가스를 생산하고 부산물로 이산화탄소를 발생시키는 개질기(1500)와, 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하고 개질기(1500)로부터 배출되는 이산화탄소를 활용하여 방전과정에서 수소가 발생되는 이차전지(100)와, 이차전지(100)에서 발생된 수소와 개질기(1500)에서 생산된 개질가스에 함유된 수소를 공급받아서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지(1400)를 포함한다.1 is a block diagram showing a schematic configuration of a submarine power production system using a fuel cell according to an embodiment of the present invention. 2, the submarine
개질기(1500)는 연료전지용 연료로부터 수소가 풍부한 개질 가스를 생산하고 부가적으로 이산화탄소 가스를 발생시킨다. 개질기(1500)에 의해 개질되는 연료는 연료전지의 연료로서 일반적으로 사용되는 것일 수 있는데, 대표적으로 메탄올 및 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)을 포함하는 탄화수소일 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
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 occupy a significant portion of the hydrogen production process due to the advantages of low cost and mass production. The following [Scheme 1] and [Scheme 2] relate 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 a chemical reaction between methane and water vapor, and hydrogen can be finally produced by a chemical reaction between carbon monoxide and water vapor continuously. Hydrogen produced in the methane-steam reformer is supplied as fuel to the
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 이산화탄소(CO2)가 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-
이차전지(100)는 방전과정에서 전기에너지를 생산하고, 방전과정에서 개질기(1500)에서 발생한 이산화탄소 가스를 원료로 하여 수소 가스를 발생시킨다. 이차전지(100)에서 생산된 전기에너지는 연료전지(1400)에서 생산되는 전기에너지와 함께 잠수함의 동력으로 사용되며, 이차전지(100)에서 발생한 수소 가스는 개질기(1500)에서 배출되는 개질가스에 함유된 수소 가스와 함께 연료전지(1400)의 연료로 공급된다. 이차전지(100)의 구체적인 구성은 아래에서 상세하게 설명될 것이다.The
연료전지(1400)는 개질기(1500)에서 생산된 개질가스에 함유된 수소와 이차전지(100)에서 발생된 수소를 공급받아서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지를 생산한다. 연료전지(1400)에서 생산되는 전기에너지와 이차전지(100)에서 생산되는 전기에너지가 잠수함의 동력으로 사용된다. The
도 2는 도 1에 도시된 잠수함용 동력 생산 시스템(1000)에 구비되는 이차전지의 제1 실시예에 대한 도면으로서, 방전 과정을 설명하는 모식도이다. 도 2를 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 개질기(도 1의 1500)로부터 배출되는 이산화탄소 기체(CO2)를 원료로 사용하여 수소 기체(H2)를 생산한다.FIG. 2 is a diagram for a first embodiment of a secondary battery provided in the submarine
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 수소발생반응(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
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
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
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
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
이제, 위에서 구성 중심으로 설명된 이차전지(100)의 방전과정이 상세하게 설명된다. 도 2에는 이차전지(100)의 방전과정이 함께 도시되어 있다. 도 2를 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 discharging process of the
[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
또한, 캐소드부(110)에서는 다음 [반응식 4]와 같은 전기적 반응이 이루어진다.In addition, in the
[반응식 4][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
아울러, 캐소드부(110)에서는 다음 [반응식 5]와 같은 복합 수소발생 반응이 이루어진다.In addition, in the
[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.In addition, in the
[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
[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 case where the
[반응식 8][Scheme 8]
Al + OH- → Al(OH)3 + 3e- (E0 = -2.31 V) Al + OH - → 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
[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 된다As a result, as can be seen from [Scheme 8] and [Scheme 9], hydrogen ions generated by carbon dioxide eluted from the first
도 3 내지 도 11에는 도 2에 도시된 실시예의 이차전지(100)를 대신하여 도 1에 도시된 잠수함용 동력 생산 시스템에 사용될 수 있는 이차전지들 각각에 대한 구성들이 도시되어 있다.3 to 11 illustrate configurations of each of the secondary batteries that can be used in the submarine power production system shown in FIG. 1 in place of the
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지의 방전과정을 도시한 모식도이다. 도 3을 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 2에 도시된 실시예에서 설명된 것과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.3 is a schematic diagram showing a discharge process of a secondary battery according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the
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
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
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
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
이산화탄소 순환 공급부(130)는 제2 배출구(224)를 통해 배출되는 이산화탄소 가스를 제 2유입구(122)로 순환시켜서 재공급한다. The carbon dioxide
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
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.The carbon dioxide gas that is not ionized because it is not dissolved in the first
도 3에서 설명되지 않은 도면부호의 구성은 도 2에 도시된 실시예에서 같은 도면부호로 지시된 구성과 동일하다.The configuration of reference numerals not described in FIG. 3 is the same as the configuration indicated by the same reference numeral in the embodiment shown in FIG. 2.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지의 방전과정을 설명하는 모식도이다. 도 4를 참조하면, 이차전지(200)는 캐소드부(210)와, 애노드부(250)와, 캐소드부(210)와 애노드부(250)를 연결하는 연결부(290)를 포함한다.4 is a schematic diagram illustrating a discharging process of a secondary battery according to a third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the
캐소드부(210)는, 내부에 제1 반응 공간(111)을 제공하는 제1 반응 용기(110a)와, 제1 반응 공간(111)에 담긴 제1 수용액(215)과, 제1 수용액(215)에 적어도 일부가 잠기는 캐소드(cathode)(118)를 구비한다. 제1 수용액(215)으로는 수산화칼륨 수용액(본 실시예에서는 1M KOH의 강염기성 용액에서 CO2를 용리시킨 것이 사용됨)이 사용된다. 제1 반응 용기(110a)와 캐소드(118)의 구성은 도 2에 도시된 실시예에서 대응하는 구성과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The
애노드부(250)는, 내부에 제2 반응 공간(151)을 제공하는 제2 반응 용기(150a)와, 제2 반응 공간(151)에 담긴 제2 수용액(255)과, 제2 수용액(255)에 적어도 일부가 잠기는 애노드(anode)(158)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. 제2 반응 용기(150a)와 애노드(158)의 구성은 도 2에 도시된 실시예에서 대응하는 구성과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The
연결부(290)는 캐소드부(210)와 애노드부(250)를 연결하는 연결 통로(191)와, 연결 통로(191)의 내부에 설치되는 이온 교환 멤브레인(membrane)(292)를 구비한다.The
연결 통로(191)는 도 2에 도시된 연결 통로(191)와 동일한 구성으로서, 연결 통로(191)의 내부에 이온 교환 멤브레인(292)이 설치된다.The
이온 교환 멤브레인(292)은 연결 통로(191)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
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지의 방전과정을 도시한 모식도이다. 도 5를 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 4에 도시된 실시예에서 설명된 것과 동일하며, 이산화탄소 처리부(120), 이산화탄소 순환 공급부(130) 및 연결관(140)은 도 3에 도시된 대응하는 구성과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 도 5에서 설명되지 않은 도면부호의 구성은 도 3에 도시된 실시예에서 같은 도면부호로 지시된 구성과 동일하다.5 is a schematic diagram showing a discharge process of a secondary battery according to a fourth embodiment of the present invention. 5, the
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차전지의 방전과정을 설명하는 모식도이다. 도 6을 참조하면, 이차전지(300)는 캐소드부(210)와, 애노드부(250)와, 캐소드부(210)와 애노드부(250)를 연결하는 연결부(390)를 포함한다. 캐소드부(210)와 애노드부(250)는 도 4에 도시된 실시예의 대응하는 구성과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 6 is a schematic diagram illustrating a discharging process of a secondary battery according to a fifth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the
연결부(390)는 캐소드부(210)와 애노드부(250)를 연결하는 연결 통로(191)와, 연결 통로(191)의 내부에 설치되는 이온 교환 멤브레인(membrane)(392)를 구비한다.The
연결 통로(191)는 도 4에 도시된 실시예의 연결 통로(191)와 동일하며, 연결 통로(191)의 내부에 이온 교환 멤브레인(392)이 설치된다.The
이온 교환 멤브레인(392)은 연결 통로(191)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(215)에 포함된 수산화 이온(OH-)이 제2 수용액(255)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(210)로부터 애노드부(250)로 전달됨으써 방전과정에서 생기는 이온 불균형을 해소하게 된다.The
도 6에서 설명되지 않은 도면부호의 구성은 도 4에 도시된 실시예에서 같은 도면부호로 지시된 구성과 동일하다.The configurations of reference numerals not described in FIG. 6 are the same as those indicated by the same reference numerals in the embodiment shown in FIG. 4.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 이차전지의 방전과정을 도시한 모식도이다. 도 7을 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 5에 도시된 실시예에서 설명된 것과 동일하며, 이산화탄소 처리부(120), 이산화탄소 순환 공급부(130) 및 연결관(140)은 도 3에 도시된 대응하는 구성과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 도 7에서 설명되지 않은 도면부호의 구성은 도 5에 도시된 실시예에서 같은 도면부호로 지시된 구성과 동일하다.7 is a schematic diagram showing a discharging process of a secondary battery according to a sixth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, the
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 이차전지의 방전과정을 도시한 모식도이다. 도 8을 참조하면, 이차전지(400)는 캐소드부(410)와, 애노드부(450)와, 캐소드부(410)와 애노드부(450)를 연결하는 염다리(salt bridge)(490)를 포함한다.8 is a schematic diagram showing a discharge process of a secondary battery according to a seventh embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, the
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 수소발생반응(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
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
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
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 progresses first
도 9는 본 발명의 제8 실시예에 따른 이차전지의 방전과정을 도시한 모식도이다. 도 9를 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(410)와 이산화탄소 처리부(120)를 연통시키는 연결관(140)을 포함한다. 캐소드부(410), 애노드부(450) 및 염다리(490)는 도 8에 도시된 실시예에서 설명된 대응하는 구성들 각각과 동일하며, 이산화탄소 처리부(120), 이산화탄소 순환 공급부(130) 및 연결관(140)은 도 3에 도시된 대응하는 구성들 각각과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.9 is a schematic diagram showing a discharge process of a secondary battery according to an eighth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, the
도 10은 본 발명의 제9 실시예에 따른 이차전지의 방전과정을 도시한 모식도이다. 도 10을 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)(118)와, 반응 공간(511)에서 수계 전해질 수용액(115)에 적어도 일부가 잠기는 애노드(anode)(158)를 포함한다. 이차전지(500)는 방전과정에서 이산화탄소 기체(CO2)를 원료로 사용하여 수소 기체(H2)를 생산한다.10 is a schematic diagram showing a discharging process of a secondary battery according to a ninth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, the
반응 용기(510)는 내부에 수계 전해질 수용액(515)이 담기고 캐소드(118)와 애노드(158)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
수계 전해질 수용액(515)은 반응 공간(511)에 담기며, 수계 전해질 수용액(515)에 캐소드(118)의 적어도 일부와 애노드(158)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
캐소드(118)는 반응 공간(511)에서 수계 전해질 수용액(515)에 적어도 일부가 잠긴다. 캐소드(118)는 반응 공간(511)에서 애노드(158)보다 제1 유입구(512)에 상대적으로 가깝게 위치한다. 캐소드(118)는 전기 회로를 형성하기 위한 전극으로서, 탄소 페이퍼, 탄소 섬유, 탄소 펠트, 탄소 천, 금속 폼, 금속박막, 또는 이들의 조합일 수 있으며, 백금 촉매도 사용될 수 있다. 촉매의 경우, 백금 촉매 외에 탄소 계열 촉매, 탄소-금속 계열 복합 촉매, 페로브스카이트 산화물 촉매 등 일반적으로 수소발생반응(HER) 촉매로 사용될 수 있는 다른 모든 촉매도 포함한다. 방전 시 캐소드(118)에서는 환원 반응이 일어나며, 그에 따라 수소가 발생하게 된다.The
애노드(158)는 반응 공간(511)에서 수계 전해질 수용액(515)에 적어도 일부가 잠긴다. 애노드(158)는 반응 공간(511)에서 캐소드(118)보다 제1 유입구(512)와 상대적으로 멀게 위치한다. 애노드(158)는 전기 회로를 이루는 금속 재질의 전극으로서, 본 실시예에서는 애노드(158)로 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 아연(Zn)이 사용되는 것으로 설명한다. 방전 시 애노드(158)에서는 약산성 환경에 따른 산화 반응이 일어나게 된다.The
이제, 위에서 구성 중심으로 설명된 이차전지(100)의 방전 과정이 상세하게 설명된다. 도 10에는 이차전지(500)의 방전과정이 함께 도시되어 있다. 도 10을 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 discharging process of the
또한, 캐소드(118)에서는 상기 [반응식 4]와 같은 전기적 반응이 이루어진다. 즉, 캐소드(118) 주변에서 수소 양이온(H+)은 캐소드(118)로부터 전자(e-)를 받아서 수소(H2) 기체가 발생하게 된다. 발생된 수소(H2) 기체는 제1 배출구(513)를 통해서 외부로 배출된다.In addition, in the
아울러, 캐소드(118) 주변에서는 상기 [반응식 5]와 같은 복합 수소발생 반응이 이루어진다.In addition, around the
그리고, 애노드(158)에서는 애노드(158)가 아연(Zn)인 경우에 상기 [반응식 6]과 같은 산화 반응이 이루어진다.In addition, in the
결국, 애노드(158)가 아연(Zn)인 경우에 방전과정에서 이루어지는 전체 반응식은 상기 [반응식 7]과 같다.As a result, when the
만일, 애노드(158)에서 애노드(158)가 알루미늄(Al)인 경우에 상기 [반응식 8]과 같은 산화 반응이 이루어진다.If, in the
결국, 애노드(158)가 알루미늄(Al)인 경우에 방전과정에서 이루어지는 전체 반응식은 상기 [반응식 9]와 같다.As a result, when the
결과적으로, 방전 시 수계 전해질 수용액(515)에서 용리된 이산화탄소에 의해 생성된 수소 이온이 캐소드(118)로부터 전자를 받아서 수소 기체로 환원되어서, 제1 배출구(513)를 통해 배출되고, 금속 애노드(158)는 산화물의 형태로 변하게 된다.As a result, hydrogen ions generated by carbon dioxide eluted in the aqueous electrolyte
도 11은 본 발명의 제10 실시예에 따른 이차전지의 방전과정을 도시한 모식도이다. 도 11을 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)(118)와, 반응 공간(511)에서 수계 전해질 수용액(515)에 적어도 일부가 잠기는 애노드(anode)(158)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(118) 및 애노드(158)은 도 10에 도시된 실시예에서 설명된 대응하는 구성들 각각과 동일하며, 이산화탄소 처리부(120), 이산화탄소 순환 공급부(130) 및 연결관(140)은 도 3에 도시된 대응하는 구성들 각각과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.11 is a schematic diagram showing a discharging process of a secondary battery according to a tenth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11, the
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been described through the above embodiments, 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 : 이차전지 110 : 캐소드부
111 : 제1 반응 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 반응 공간
155 : 제2 수용액 158 : 애노드
190 : 연결부 191 : 연결 통로
192 : 이온 전달 부재 1000 : 잠수함용 동력 생산 시스템
1400 : 연료전지 1500 : 개질기100: secondary battery 110: cathode
111: first reaction space 112: first inlet
113: first outlet 115: first aqueous solution
118: cathode 120: carbon dioxide processing unit
121: third accommodation space 122: second inlet
123: communication port 124: second outlet
130: carbon dioxide circulation supply unit 140: connection pipe
150: anode part 151: second reaction space
155: second aqueous solution 158: anode
190: connection part 191: connection passage
192: ion transmission member 1000: submarine power generation system
1400: fuel cell 1500: reformer
Claims (12)
방전 과정에서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지와 함께 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소를 원료로 수소 기체를 발생시키는 이차전지; 및
상기 개질기로부터 생산된 개질 가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소 기체를 공급받아서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지를 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 방전 과정에서 상기 제1 수용액의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되며, 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 상기 연료전지로 공급되는 수소 기체가 발생하는 잠수함용 동력 생산 시스템.A reformer that produces hydrogen-rich reformed gas from hydrogen-containing fuel and generates carbon dioxide gas as a by-product;
A secondary battery for generating hydrogen gas using carbon dioxide generated in the reformer as a raw material together with electric energy used as power of the submarine during the discharge process; And
It includes a fuel cell that receives the reformed gas produced from the reformer and the hydrogen gas generated from the secondary battery to produce electric energy used as power of a submarine,
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, a basic second aqueous solution accommodated in a second reaction space, and at least a part of the second aqueous solution. The anode is submerged, a connection passage for communicating the first reaction space and the second reaction space, and a porosity that is installed in the connection passage to block movement of the first aqueous solution and the second aqueous solution while allowing the movement of ions It has an ion transport member of the structure,
In the discharging process of the secondary battery, hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of water in the first aqueous solution and the carbon dioxide gas, and hydrogen gas supplied to the fuel cell is combined with the hydrogen ions and electrons of the cathode. Power generation systems for submarines that occur.
방전 과정에서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지와 함께 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소를 원료로 수소 가스를 발생시키는 이차전지; 및
상기 개질기로부터 생산된 개질 가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소 기체를 공급받아서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지를 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 수용액 사이에 이온의 이동만을 허용하는 다공성 구조의 이온 전달 부재를 구비하며,
상기 이차전지의 방전과정에서 상기 수용 공간의 상기 제1 수용액으로 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 상기 연료전지로 공급되는 수소 기체가 발생하며,
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 잠수함용 동력 생산 시스템.A reformer that produces hydrogen-rich reformed gas from hydrogen-containing fuel and generates carbon dioxide gas as a by-product;
A secondary battery for generating hydrogen gas using carbon dioxide generated in the reformer as a raw material together with electric energy used as power of the submarine during the discharge process; And
It includes a fuel cell that receives the reformed gas produced from the reformer and the hydrogen gas generated from the secondary battery to produce electric energy used as power of a submarine,
The secondary battery includes a first reaction space, an accommodation space in communication 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 A cathode at least partially submerged in the 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 And a connection passage for communicating the reaction space, and an ion transfer member having a porous structure installed in the connection passage to allow only movement of ions between the first and second aqueous solutions,
In the discharging process of the secondary battery, carbon dioxide gas generated in the reformer is introduced into the first aqueous solution in the accommodation space, and hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of the water in the first aqueous solution and the carbon dioxide gas. 1 In the reaction space, the hydrogen ions and electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas supplied to the fuel cell,
A power generation system for a submarine that prevents non-ionized carbon dioxide gas from the carbon dioxide gas flowing into the first aqueous solution in the accommodation space from being separated from the first aqueous solution in the accommodation space and supplied to the first reaction space.
상기 이온 전달 부재의 재질은 유리인 잠수함용 동력 생산 시스템.The method according to claim 1 or 2,
The material of the ion transmission member is a submarine power production system of glass.
상기 이온 전달 부재에 형성된 기공은 40 내지 90 미크론, 15 내지 40 미크론, 5 내지 15 미크론 또는 1 내지 2 미크론인 잠수함용 동력 생산 시스템.The method according to claim 1 or 2,
Pore formed in the ion transmission member is 40 to 90 microns, 15 to 40 microns, 5 to 15 microns, or 1 to 2 microns power production system for a submarine.
방전 과정에서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지와 함께 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소를 원료로 수소 가스를 발생시키는 이차전지; 및
상기 개질기로부터 생산된 개질 가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소 기체를 공급받아서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지를 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 수용액 사이에 이온의 이동만을 허용하는 이온 교환 멤브레인을 구비하며,
상기 이차전지의 방전과정에서 상기 제1 수산화칼륨 수용액으로 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 상기 연료전지로 공급되는 수소 기체가 발생하는 잠수함용 동력 생산 시스템.A reformer that produces hydrogen-rich reformed gas from hydrogen-containing fuel and generates carbon dioxide gas as a by-product;
A secondary battery for generating hydrogen gas using carbon dioxide generated in the reformer as a raw material together with electric energy used as power of the submarine during the discharge process; And
It includes a fuel cell that receives the reformed gas produced from the reformer and the hydrogen gas generated from the secondary battery to produce electric energy used as power of a submarine,
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 An anode at least partially immersed in an aqueous potassium hydroxide solution, a connection passage for communicating the first reaction space and the second reaction space, and a connection passage provided in the connection passage between the first aqueous potassium hydroxide solution and the second aqueous potassium hydroxide solution It has an ion exchange membrane that allows only the movement of ions,
In the discharging process of the secondary battery, carbon dioxide gas generated in the reformer is introduced into the first potassium hydroxide aqueous solution, and hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of water in the first potassium hydroxide aqueous solution and the carbon dioxide gas. A power production system for a submarine in which hydrogen ions and electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas supplied to the fuel cell.
방전 과정에서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지와 함께 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소를 원료로 수소 가스를 발생시키는 이차전지; 및
상기 개질기로부터 생산된 개질 가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소 기체를 공급받아서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지를 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 수용액 사이에 이온의 이동만을 허용하는 이온 교환 멤브레인을 구비하며,
상기 이차전지의 방전과정에서 상기 수용 공간의 상기 제1 수산화칼륨 수용액으로 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 상기 연료전지로 공급되는 수소 기체가 발생하며,
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 잠수함용 동력 생산 시스템.A reformer that produces hydrogen-rich reformed gas from hydrogen-containing fuel and generates carbon dioxide gas as a by-product;
A secondary battery for generating hydrogen gas using carbon dioxide generated in the reformer as a raw material together with electric energy used as power of the submarine during the discharge process; And
It includes a fuel cell that receives the reformed gas produced from the reformer and the hydrogen gas generated from the secondary battery to produce electric energy used as power of a submarine,
The secondary battery includes a first reaction space, an accommodation space in communication with the first reaction space, a first aqueous potassium hydroxide solution accommodated in the first reaction space and the accommodation space, and the first reaction space in the first reaction space. 1 A cathode at least partially immersed in an aqueous potassium hydroxide solution, a second reaction space, a second aqueous potassium hydroxide solution accommodated in the second reaction space, an anode at least partially immersed in the second aqueous potassium hydroxide solution, and the first A connection passage for communicating the reaction space and the second reaction space, and an ion exchange membrane installed in the connection passage to allow only movement of ions between the first aqueous potassium hydroxide solution and the second aqueous potassium hydroxide solution,
During the discharging process of the secondary battery, carbon dioxide gas generated in the reformer is introduced into the first potassium hydroxide aqueous solution in the accommodation space, and hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of water in the first potassium hydroxide aqueous solution and the carbon dioxide gas. In the first reaction space, the hydrogen ions and electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas supplied to the fuel cell,
A power production system for a submarine that prevents non-ionized carbon dioxide gas from the carbon dioxide gas flowing into the first potassium hydroxide aqueous solution in the accommodation space from being separated from the first potassium hydroxide aqueous solution in the accommodation space and supplied to the first reaction space .
상기 이온 교환 멤브레인은 칼륨 이온이 상기 제2 반응 공간으로부터 상기 제1 반응 공간으로 이동하는 것을 허용하는 잠수함용 동력 생산 시스템.The method according to claim 5 or 6,
The ion exchange membrane is a power production system for a submarine that allows potassium ions to move from the second reaction space to the first reaction space.
상기 이온 교환 멤브레인은 수산화 이온이 상기 제1 반응 공간으로부터 상기 제2 반응 공간으로 이동하는 것을 허용하는 잠수함용 동력 생산 시스템.The method according to claim 5 or 6,
The ion exchange membrane is a power production system for a submarine that allows hydroxide ions to move from the first reaction space to the second reaction space.
방전 과정에서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지와 함께 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소를 원료로 수소 가스를 발생시키는 이차전지; 및
상기 개질기로부터 생산된 개질 가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소 기체를 공급받아서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지를 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 개질기에서 발생한 이산화탄소 기체가 유입되고, 상기 제1 수용액의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되며, 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 상기 연료전지로 공급되는 수소 기체가 발생하는 잠수함용 동력 생산 시스템.A reformer that produces hydrogen-rich reformed gas from hydrogen-containing fuel and generates carbon dioxide gas as a by-product;
A secondary battery for generating hydrogen gas using carbon dioxide generated in the reformer as a raw material together with electric energy used as power of the submarine during the discharge process; And
It includes a fuel cell that receives the reformed gas produced from the reformer and the hydrogen gas generated from the secondary battery to produce electric energy used as power of a submarine,
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, a basic second aqueous solution accommodated in a second reaction space, and at least a part of the second aqueous solution. And a salt bridge connecting the first aqueous solution and the second aqueous solution, and a submerged anode,
In the discharging process of the secondary battery, carbon dioxide gas generated in the reformer is introduced into the first aqueous solution, hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of water in the first aqueous solution and the carbon dioxide gas, and the hydrogen ions and the A power production system for a submarine in which electrons of a cathode are combined to generate hydrogen gas supplied to the fuel cell.
방전 과정에서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지와 함께 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소를 원료로 수소 가스를 발생시키는 이차전지; 및
상기 개질기로부터 생산된 개질 가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소 기체를 공급받아서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지를 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 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 상기 연료전지로 공급되는 수소 기체가 발생하며,
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 잠수함용 동력 생산 시스템.A reformer that produces hydrogen-rich reformed gas from hydrogen-containing fuel and generates carbon dioxide gas as a by-product;
A secondary battery for generating hydrogen gas using carbon dioxide generated in the reformer as a raw material together with electric energy used as power of the submarine during the discharge process; And
It includes a fuel cell that receives the reformed gas produced from the reformer and the hydrogen gas generated from the secondary battery to produce electric energy used as power of a submarine,
The secondary battery includes a first reaction space, an accommodation space in communication 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 A cathode at least partially submerged in, 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,
In the discharging process of the secondary battery, carbon dioxide gas generated in the reformer is introduced into the first aqueous solution in the accommodation space, and hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of the water in the first aqueous solution and the carbon dioxide gas. 1 In the reaction space, the hydrogen ions and electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas supplied to the fuel cell,
A power generation system for a submarine that prevents non-ionized carbon dioxide gas from the carbon dioxide gas flowing into the first aqueous solution in the accommodation space from being separated from the first aqueous solution in the accommodation space and supplied to the first reaction space.
방전 과정에서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지와 함께 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소를 원료로 수소 가스를 발생시키는 이차전지; 및
상기 개질기로부터 생산된 개질 가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소 기체를 공급받아서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지를 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 개질기에서 발생한 이산화탄소 기체가 유입되고, 상기 수계 전해질의 물과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온과 중탄산이온이 생성되며, 상기 수소이온과 상기 캐소드의 전자가 결합되어서 상기 연료전지로 공급되는 수소 기체가 발생하는 잠수함용 동력 생산 시스템.A reformer that produces hydrogen-rich reformed gas from hydrogen-containing fuel and generates carbon dioxide gas as a by-product;
A secondary battery for generating hydrogen gas using carbon dioxide generated in the reformer as a raw material together with electric energy used as power of the submarine during the discharge process; And
It includes a fuel cell that receives the reformed gas produced from the reformer and the hydrogen gas generated from the secondary battery to produce electric energy used as power of a submarine,
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 at least partially submerged in the aqueous electrolyte in the reaction space,
During the discharging process of the secondary battery, carbon dioxide gas generated from the reformer is introduced into the aqueous electrolyte, hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of water in the aqueous electrolyte and the carbon dioxide gas, and the hydrogen ions and electrons of the cathode The power production system for a submarine is combined to generate hydrogen gas supplied to the fuel cell.
방전 과정에서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지와 함께 상기 개질기에서 발생한 이산화탄소를 원료로 수소 가스를 발생시키는 이차전지; 및
상기 개질기로부터 생산된 개질 가스와 상기 이차전지에서 발생한 수소 기체를 공급받아서 잠수함의 동력으로 사용되는 전기에너지를 생산하는 연료전지를 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 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 상기 연료전지로 공급되는 수소 기체가 발생하며,
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 잠수함용 동력 생산 시스템.A reformer that produces hydrogen-rich reformed gas from hydrogen-containing fuel and generates carbon dioxide gas as a by-product;
A secondary battery for generating hydrogen gas using carbon dioxide generated in the reformer as a raw material together with electric energy used as power of the submarine during the discharge process; And
It includes a fuel cell that receives the reformed gas produced from the reformer and the hydrogen gas generated from the secondary battery to produce electric energy used as power of a submarine,
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 immersed in the aqueous electrolyte in space,
In the process of discharging the secondary battery, carbon dioxide gas generated in the reformer is introduced into the aqueous electrolyte in the accommodation space, and hydrogen ions and bicarbonate ions are generated by the reaction of water in the aqueous electrolyte and the carbon dioxide gas, and in the reaction space The hydrogen ions and electrons of the cathode are combined to generate hydrogen gas supplied to the fuel cell,
A power generation system for a submarine in which non-ionized carbon dioxide gas among the carbon dioxide gas flowing into the aqueous electrolyte in the accommodation space is separated from the aqueous electrolyte in the accommodation space and is not supplied to the reaction space.
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