KR102328131B1 - Hydrogen production device using high concentration ionic solution - Google Patents

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Abstract

고농도 이온용액, 물, 산용액 및 염기용액을 수소생산 장치의 전해질부에 공급함으로써 수소 및 전기를 발생시키는 수소생산 장치가 개시된다. Disclosed is a hydrogen production device that generates hydrogen and electricity by supplying a high concentration ion solution, water, an acid solution and a base solution to an electrolyte part of the hydrogen production device.

Description

고농도 이온용액을 이용한 수소생산 장치{HYDROGEN PRODUCTION DEVICE USING HIGH CONCENTRATION IONIC SOLUTION}Hydrogen production device using high concentration ionic solution {HYDROGEN PRODUCTION DEVICE USING HIGH CONCENTRATION IONIC SOLUTION}

본 발명은 고농도 이온용액을 이용하여 수소 및 전기를 발생시키는 수소생산 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen production device that generates hydrogen and electricity using a high-concentration ionic solution.

일반적으로, 수소는 최근 청정 에너지원을 비롯한 다양한 사용으로 인해 크게 주목받고 있으며, 이러한 수소를 효율적으로 제조할 수 있는 방법이 국내는 물론 세계적으로도 다양하고 심도 있게 연구되고 있다.In general, hydrogen has recently attracted a lot of attention due to its various uses, including clean energy sources, and methods for efficiently producing such hydrogen are being studied in various ways and in depth not only in the country but also in the world.

이에 따라, 수소를 제조하는 방법에는 메탄가스 등의 화석연료를 수증기 개질하여 얻은 후 이를 정제하여 사용하는 방법이 주종을 이루고 있으나, 최근에는 화석연료의 유한성과 환경문제를 극복하고자 물을 전기분해하는 수전해를 이용하는 방식을 적극적으로 개발하여 적용하고 있다.Accordingly, the main method for producing hydrogen is to steam reforming fossil fuels such as methane gas, then purifying and using it. We are actively developing and applying a method using water electrolysis.

즉, 물을 전기분해하여 수소를 얻는 방법으로는 알칼리 수용액을 전해질로 하는 알칼리 수전해 방식이 대표적이나 이러한 방법은 낮은 수소 순도로 인한 정제공정의 필요, 산소와 수소를 분리하는 분리공정의 필요, 수용액 상태의 전해질을 지속적으로 보충해야만 하는 공정관리의 필요, 수용액 전해질에 의한 전극 및 구성부품의 부식, 낮은 전류밀도로 인한 수소생산 효율의 저하, 높은 전압에 의한 과다한 전력소모 등의 많은 단점을 가지고 있다.That is, as a method of obtaining hydrogen by electrolysis of water, an alkaline water electrolysis method using an aqueous alkali solution as an electrolyte is representative, but this method requires a purification process due to low hydrogen purity, a separation process for separating oxygen and hydrogen, It has many disadvantages such as the need for process control that must continuously replenish the electrolyte in the aqueous solution state, corrosion of electrodes and components by the aqueous electrolyte, deterioration of hydrogen production efficiency due to low current density, and excessive power consumption due to high voltage. have.

한편, 전기투석법(ED), 역삼투법(RO), 나노여과(NF)법 등의 수처리 시스템에서 방출되는 다량의 고농도 이온 농축수로 인한 처리비의 상승 및 많은 양의 원수가 낭비되고 있으며, 역삼투막 또는 나노여과막 설비의 유입수로 취수, 도수, 정수 및 기타 처리 등에 엄청난 비용이 수반되어 이온 농축수의 재이용의 필요성은 더욱 부각되고 있다. On the other hand, the treatment cost increases and a large amount of raw water is wasted due to a large amount of highly concentrated ion-concentrated water discharged from water treatment systems such as electrodialysis (ED), reverse osmosis (RO), and nanofiltration (NF) method, and reverse osmosis membrane or The need for reuse of ion-concentrated water is further highlighted as enormous costs are involved in water intake, drinking water, water purification, and other treatment as influent water of the nanofiltration membrane facility.

또한, 다수의 화학산업을 포함한 일부 산업 특성 상 상당한 양의 폐산(waste acid) 또는 폐염기(waste base)가 발생되고 있으며, 이는 유해 폐기물로 간주되어, 환경에 배출되기 전에 부가적인 처리를 요구한다. In addition, due to the nature of some industries, including many chemical industries, a significant amount of waste acid or waste base is generated, which is considered hazardous waste and requires additional treatment before being discharged into the environment. .

이에, 본 발명자들은 상기 수처리 후 방출되는 이온 농축수의 처리와 수소생산을 접목하여 연구하던 중, 고농도 이온용액 및 저농도 수용액을 교차로 배치하고, 각각의 배치 사이에 음이온 교환막 또는 양이온 교환막을 교차로 배치함으로써 상기 고농도 이온용액 및 저농도 수용액의 농도 차이로 수소 및 전기를 발생시킬 수 있는 신규한 수소생산 장치를 개발하여 본 발명을 완성하게 되었다. Accordingly, the present inventors alternately arranged a high-concentration ionic solution and a low-concentration aqueous solution while conducting research by grafting the treatment of the ion-concentrated water discharged after the water treatment and the hydrogen production, and alternating an anion exchange membrane or a cation exchange membrane between each batch. The present invention was completed by developing a novel hydrogen production device capable of generating hydrogen and electricity with a difference in concentration between the high-concentration ionic solution and the low-concentration aqueous solution.

더불어, 상기 수소생산 장치는 작동을 위해, 추가적인 외부 전압의 인가를 필요로 하지 않으며, 종래의 1.5V이상 전압이 인가되어야 작동되는 수소생산 장치와는 달리 0.4V 이상의 전압이 인가되어도 작동 가능한 것일 수 있다. 또한, 수처리 시스템에서 방출된 고농도 이온용액 뿐만 아니라 폐산 및/또는 폐염기를 활용하며, 상기 이온용액과 상기 폐산 및/또는 폐염기를 물 및 염의 형태로서 배출시키기 때문에 환경적으로도 크게 기여할 수 있다.In addition, the hydrogen production device does not require the application of an additional external voltage for operation, and unlike the conventional hydrogen production device that operates only when a voltage of 1.5V or more is applied, it can be operated even when a voltage of 0.4V or more is applied have. In addition, since the high concentration ionic solution discharged from the water treatment system is utilized as well as the spent acid and/or the waste base, and the ionic solution and the waste acid and/or the waste base are discharged in the form of water and salt, it can greatly contribute to the environment.

이와 관련하여, 대한민국 등록특허 제10-1263177호는 광전-전해 일체형 수소생산 시스템용 전해전지에 대하여 개시하고 있다.In this regard, Korean Patent Registration No. 10-1263177 discloses an electrolytic cell for a photoelectric-electrolytic integrated hydrogen production system.

본 발명은 전술한 문제를 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 일 실시예는 산용액, 염기용액, 물 및 고농도 이온용액을 수소생산 장치의 전해질부에 공급함으로써 수소 및 전기를 발생시키는 수소생산 장치를 제공한다. The present invention has been devised to solve the above problems, and an embodiment of the present invention is a hydrogen production device that generates hydrogen and electricity by supplying an acid solution, a base solution, water and a high concentration ion solution to the electrolyte part of the hydrogen production device provides

또한, 본 발명의 다른 일 실시예는 상기 수소생산 장치가 직렬 또는 병렬로 연결된 스택을 제공한다.In addition, another embodiment of the present invention provides a stack in which the hydrogen production device is connected in series or in parallel.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 한정되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. There will be.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면은, As a technical means for achieving the above-described technical problem, an aspect of the present invention is

캐소드; 애노드; 상기 캐소드 및 애노드 사이에 개재된 전해질부; 및 상기 캐소드 및 애노드를 연결하는 도선;을 포함하고, 상기 전해질부는 산용액 이동부, 염기용액 이동부 및 이온 농도차 발생부를 포함하고, 상기 이온 농도차 발생부는 물 이동부와 이온용액 이동부가 교차 배열된 것인 수소생산 장치를 제공한다.cathode; anode; an electrolyte part interposed between the cathode and the anode; and a conducting wire connecting the cathode and the anode, wherein the electrolyte unit includes an acid solution moving unit, a base solution moving unit, and an ion concentration difference generating unit, and the ion concentration difference generating unit crosses a water moving unit and an ionic solution moving unit. A hydrogen production device is provided.

상기 산용액 이동부의 일측면은 캐소드의 일측면에 인접하여 배치되고, 염기용액 이동부의 일측면은 애노드의 일측면에 인접하여 배치되는 것이고, 상기 이온 농도차 발생부는 상기 산용액 이동부의 타측면에서 상기 염기용액 이동부의 타측면 방향으로 순차적으로 반복되어 배치된 음이온 교환막 및 양이온 교환막을 포함하는 것이고, 상기 방향에 따라 음이온 교환막 및 양이온 교환막 사이에 물 이동부가 배치되고, 양이온 교환막 및 음이온 교환막 사이에 이온용액 이동부가 교차로 배치되는 것이고, 상기 음이온 교환막 및 양이온 교환막의 개수는 동일한 것일 수 있다.One side of the acid solution moving unit is disposed adjacent to one side of the cathode, one side of the base solution moving unit is disposed adjacent to one side of the anode, and the ion concentration difference generating unit is located on the other side of the acid solution moving unit. It includes an anion exchange membrane and a cation exchange membrane that are sequentially and repeatedly arranged in the direction of the other side of the base solution moving part, and a water moving part is disposed between the anion exchange membrane and the cation exchange membrane according to the direction, and ions between the cation exchange membrane and the anion exchange membrane The solution moving part may be alternately disposed, and the number of the anion exchange membrane and the cation exchange membrane may be the same.

상기 수소생산 장치는 상기 산용액 이동부 및 염기용액 이동부에 각각 산용액, 염기용액을 공급하는 산용액 공급부 및 염기용액 공급부를 더 포함하고, 상기 물 이동부 및 이온용액 이동부에 물 및 이온용액을 각각 공급하는 물 공급부 및 이온용액 공급부를 더 포함하고, 상기 공급부 각각은 상기 이동부 각각에 산용액, 염기용액, 물 및 이온용액을 공급하는 것일 수 있다.The hydrogen production device further includes an acid solution supply unit and a base solution supply unit for supplying an acid solution and a base solution to the acid solution moving unit and the base solution moving unit, respectively, and water and ions to the water moving unit and the ion solution moving unit It may further include a water supply unit and an ionic solution supply unit for supplying solutions, respectively, and each of the supply units supplies an acid solution, a base solution, water and an ionic solution to each of the moving units.

상기 수소생산 장치는 0.4V 이상의 기전력이 발생하는 것일 수 있다.The hydrogen production device may generate an electromotive force of 0.4V or more.

상기 캐소드에서 상기 산용액에 포함된 H+가 환원되어 수소기체가 생성되는 것일 수 있다.At the cathode, H + contained in the acid solution may be reduced to generate hydrogen gas.

상기 수소생산 장치는 상기 생성된 수소기체를 저장하는 수소포집부를 더 포함하는 것일 수 있다.The hydrogen production device may further include a hydrogen collection unit for storing the generated hydrogen gas.

상기 음이온 교환막 및 양이온 교환막은 적어도 각각 2개 이상인 것일 수 있다.The anion exchange membrane and the cation exchange membrane may be at least two or more, respectively.

상기 이온용액은 양이온 및 음이온을 포함하는 용액인 것일 수 있다.The ionic solution may be a solution containing cations and anions.

상기 물의 농도 대비 이온용액 농도의 비율은 1:2 내지 500인 것일 수 있다.The ratio of the concentration of the ionic solution to the concentration of water may be 1:2 to 500.

상기 산용액 또는 염기용액 중 적어도 어느 하나는 폐산용액 또는 폐염기용액인 것일 수 있다.At least one of the acid solution or the base solution may be a spent acid solution or a waste base solution.

상기 캐소드 및 애노드는 다공성 구조인 것일 수 있다.The cathode and the anode may have a porous structure.

상기 다공성 구조는 1 내지 100 μm의 미세 기공을 포함하는 것일 수 있다.The porous structure may include micropores of 1 to 100 μm.

상기 캐소드 및 애노드는 표면이 발수처리된 것일 수 있다.The cathode and anode may have water-repellent surfaces.

상기 수소생산 장치는 상기 캐소드 및 애노드 각각의 타측면에 집전판을 더 포함하는 것일 수 있다.The hydrogen production device may further include a current collector plate on the other side of each of the cathode and anode.

상기 집전판은 기체가 흐르는 유로를 가지는 것일 수 있다.The current collector plate may have a flow path through which gas flows.

상기 수소생산 장치는 상기 산용액 이동부, 염기용액 이동부 및 이온 농도차 발생부 내의 이온용액 이동부에서 배출되는 용액을 배출하는 제1 배출부 및 상기 이온 농도차 발생부 내의 물 이동부에서 배출되는 용액을 배출하는 제2 배출부를 더 포함하는 것일 수 있다.The hydrogen production device is discharged from the first discharge unit discharging the solution discharged from the ion solution moving unit in the acid solution moving unit, the base solution moving unit and the ion concentration difference generating unit and the water moving unit in the ion concentration difference generating unit. It may be to further include a second discharge unit for discharging the solution.

상기 재1 배출부에서 물이 배출되고, 상기 제2 배출부에서 염이 배출되는 것일 수 있다.Water may be discharged from the first discharge unit, and salt may be discharged from the second discharge unit.

또한, 본 발명의 다른 측면은,In addition, another aspect of the present invention,

복수 개의 상기 수소생산 장치가 직렬 또는 병렬로 연결된 것인 스택을 제공한다.It provides a stack in which a plurality of the hydrogen production devices are connected in series or in parallel.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 수소생산 장치는 폐산 및/또는 폐염기, 물 및 고농도 이온용액을 활용하여 이온 농도차이로 자체 전력을 생산함으로써 수소를 발생시킬 수 있기 때문에 작동을 위해 추가적인 외부 전압의 인가를 필요로 하지 않으며, 종래의 수소생산 장치보다 낮은 전압으로 운전될 수 있다. 또한, 탄소 재질의 촉매를 사용할 때, 상기 수소생산 장치에 상대적으로 낮은 전압이 인가되기 때문에 촉매의 부식을 억제할 수 있게 되므로, 매우 경제적이다. According to an embodiment of the present invention, since the hydrogen production device can generate hydrogen by using waste acid and/or waste base, water, and a high concentration ion solution to generate its own electric power with a difference in ion concentration, additional external voltage for operation It does not require the application of , and can be operated at a lower voltage than a conventional hydrogen production device. In addition, when a catalyst made of a carbon material is used, since a relatively low voltage is applied to the hydrogen production device, corrosion of the catalyst can be suppressed, which is very economical.

한편, 수처리 시스템에서 방출된 고농도 이온용액 뿐만 아니라 폐산 및/또는 폐염기를 활용하고, 상기 이온용액과 상기 폐산 및/또는 폐염기를 물 및 염의 형태로서 배출시키기 때문에 환경적으로도 크게 기여할 수 있다. 더불어, 상기 폐산 및/또는 폐염기, 물 및 고농도 이온용액을 상기 수소생산 장치에 공급하여 줌으로써 생성되는 수소를 포집하여 수소차, 수소버스 및 수소충전소 등의 친환경 에너지원으로 활용할 수 있으므로, 매우 효율적이다.On the other hand, since the high concentration ionic solution discharged from the water treatment system as well as the spent acid and/or the waste base is utilized, and the ionic solution and the waste acid and/or the waste base are discharged in the form of water and salt, it can greatly contribute to the environment. In addition, since the waste acid and/or waste base, water and high concentration ion solution are supplied to the hydrogen production device, hydrogen generated can be collected and used as an eco-friendly energy source such as a hydrogen car, a hydrogen bus, and a hydrogen charging station, so it is very efficient am.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 이온 농도차 발생부 내에 음이온 교환막 및 양이온 교환막을 각각 2개씩 포함하는 수소생산 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 이온 농도차 발생부 내에 음이온 교환막 및 양이온 교환막을 각각 3개 이상 포함하는 수소생산 장치를 나타낸 개략도이다.
도 3a은 본 발명의 일 구현예에 따른 집전판의 형태를 나타낸 개략도이다.
도 3b는 본 발명의 다른 구현예에 따른 집전판의 형태를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 복수 개의 수소생산 장치가 직렬로 연결된 스택을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 복수 개의 수소생산 장치가 병렬로 연결된 스택을 나타낸 개략도이다.
1 is a schematic diagram showing a hydrogen production device including two each of an anion exchange membrane and a cation exchange membrane in an ion concentration difference generator according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing a hydrogen production apparatus including three or more anion exchange membranes and cation exchange membranes, respectively, in the ion concentration difference generator according to an embodiment of the present invention.
3A is a schematic diagram showing the shape of a current collector plate according to an embodiment of the present invention.
3B is a schematic diagram showing the shape of a current collector plate according to another embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram showing a stack in which a plurality of hydrogen production devices are connected in series according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram showing a stack in which a plurality of hydrogen production devices are connected in parallel according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. However, the present invention may be embodied in various different forms, and the present invention is not limited by the embodiments described herein, and the present invention is only defined by the claims to be described later.

덧붙여, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In addition, the terminology used in the present invention is only used to describe specific embodiments, and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the entire specification of the present invention, 'including' any component means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

본원의 제 1 측면은,The first aspect of the present application is

캐소드; 애노드; 상기 캐소드 및 애노드 사이에 개재된 전해질부; 및 상기 캐소드 및 애노드를 연결하는 도선;을 포함하고, 상기 전해질부는 산용액 이동부, 염기용액 이동부 및 이온 농도차 발생부를 포함하고, 상기 이온 농도차 발생부는 물 이동부와 이온용액 이동부가 교차 배열된 것인 수소생산 장치를 제공한다.cathode; anode; an electrolyte part interposed between the cathode and the anode; and a conducting wire connecting the cathode and the anode, wherein the electrolyte unit includes an acid solution moving unit, a base solution moving unit, and an ion concentration difference generating unit, and the ion concentration difference generating unit crosses a water moving unit and an ionic solution moving unit. A hydrogen production device is provided.

이하, 본원의 제 1 측면에 따른 수소생산 장치(101)를 도 1 및 2를 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the hydrogen production apparatus 101 according to the first aspect of the present application will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2 .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 수소생산 장치(101)는 일반적인 연료전지와 유사하게 캐소드(110), 애노드(120), 전해질부(200) 및 도선(300)을 포함한다. In one embodiment of the present application, the hydrogen production device 101 includes a cathode 110 , an anode 120 , an electrolyte unit 200 , and a conducting wire 300 similarly to a general fuel cell.

다만, 본원의 상기 수소생산 장치는(101)는 추가적으로 상기 전해질부(200)에 산용액, 물, 이온용액 및 염기용액을 각각 공급하는 산용액 공급부(500), 물 공급부(530), 이온용액 공급부(550) 및 염기용액 공급부(600)를 더 포함할 수 있다.However, the hydrogen production device 101 of the present application is an acid solution supply unit 500, a water supply unit 530, and an ionic solution for respectively supplying an acid solution, water, an ionic solution and a base solution to the electrolyte unit 200, respectively. It may further include a supply unit 550 and a base solution supply unit 600 .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 수소생산 장치(101)에서 상기 전해질부(200)는 산용액 이동부(260), 염기용액 이동부(290) 및 이온 농도차 발생부(220)를 포함하고, 상기 이온 농도차 발생부(220)는 물 이동부(270) 및 이온용액 이동부(280)가 교차 배열된 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the electrolyte unit 200 in the hydrogen production device 101 includes an acid solution moving unit 260, a base solution moving unit 290 and an ion concentration difference generating unit 220, and , the ion concentration difference generating unit 220 may be one in which the water moving unit 270 and the ionic solution moving unit 280 are cross-arranged.

상기 산용액 이동부(260)의 일측면은 상기 캐소드(110)의 일측면에 인접하여 배치되고, 염기용액 이동부(290)의 일측면은 상기 애노드(120)의 일측면에 인접하여 배치되는 것이고, 상기 이온 농도차 발생부(220)는 상기 산용액 이동부(260)의 타측면에서 상기 염기용액 이동부(290)의 타측면 방향으로 순차적으로 반복되어 배치된 음이온 교환막(240) 및 양이온 교환막(250)을 포함하는 것이고, 상기 방향에 따라 음이온 교환막(240) 및 양이온 교환막(250) 사이에 물 이동부가 배치되고, 음이온 교환막(240) 및 양이온 교환막(250) 사이에 이온용액 이동부(280)가 교차로 배치되는 것이고, 상기 음이온 교환막(240) 및 양이온 교환막(250)의 개수는 동일한 것일 수 있다.One side of the acid solution moving unit 260 is disposed adjacent to one side of the cathode 110 , and one side of the base solution moving unit 290 is disposed adjacent to one side of the anode 120 . The ion concentration difference generating unit 220 is an anion exchange membrane 240 and cations arranged sequentially and repeatedly from the other side of the acid solution moving unit 260 to the other side of the base solution moving unit 290 . It includes an exchange membrane 250, a water moving part is disposed between the anion exchange membrane 240 and the cation exchange membrane 250 according to the direction, and an ion solution moving part between the anion exchange membrane 240 and the cation exchange membrane 250 ( 280) are alternately arranged, and the number of the anion exchange membrane 240 and the cation exchange membrane 250 may be the same.

상기 수소생산 장치(101)는 상기 산용액 이동부(260) 및 염기용액 이동부(290)에 각각 산용액, 염기용액을 공급하는 산용액 공급부(500) 및 염기용액 공급부(600)를 더 포함하고, 상기 물 이동부(270) 및 이온용액 이동부(280)에 물 및 이온용액을 각각 공급하는 물 공급부(530) 및 이온용액 공급부(550)를 더 포함하고, 상기 공급부 각각은 상기 이동부 각각에 산용액, 염기용액, 물 및 이온용액을 공급하는 것일 수 있다.The hydrogen production device 101 further includes an acid solution supply unit 500 and a base solution supply unit 600 for supplying an acid solution and a base solution to the acid solution moving unit 260 and the base solution moving unit 290, respectively. and a water supply unit 530 and an ion solution supply unit 550 for supplying water and an ionic solution to the water moving unit 270 and the ionic solution moving unit 280, respectively, wherein each of the supply units is the moving unit An acid solution, a base solution, water and an ionic solution may be supplied to each.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전해질부(200)에 산용액, 염기용액, 물 및 이온용액을 공급함으로써 애노드(120)에서 수산화 이온이 촉매와 반응하여 하기 화학식 1과 같이 전자, 물 및 산소가 생성되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, by supplying an acid solution, a base solution, water and an ionic solution to the electrolyte unit 200, hydroxide ions react with the catalyst in the anode 120 to form electrons, water and oxygen as shown in Formula 1 below. may be generated.

<화학식 1><Formula 1>

4OH- → 4e- + 2H2O + O2(g)4OH - → 4e - + 2H 2 O + O 2 (g)

이때, 상기 산화반응은 상온에서 포텐셜값이 0.4 V일 수 있다.In this case, the oxidation reaction may have a potential value of 0.4 V at room temperature.

상기 화학식 1에서 생성된 전자는 도선(300)을 통하여 캐소드(110)로 전달되는 것일 수 있다.The electrons generated in Chemical Formula 1 may be transferred to the cathode 110 through the conductive wire 300 .

또한, 이때, 상기 애노드(120)가 인접한 이온 농도차 발생부(220)의 염기용액 이동부(290)와 접해있음으로써, 상기 염기용액 이동부(290)에 공급되는 염기용액에 포함된 수산화이온이 상기 애노드(120)로 전달될 수 있다In addition, at this time, since the anode 120 is in contact with the base solution moving unit 290 of the adjacent ion concentration difference generating unit 220 , hydroxide ions contained in the base solution supplied to the base solution moving unit 290 . This may be transferred to the anode 120 .

한편, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 애노드(120)에서 상기 염기용액에 포함된 OH-가 산화되어 생성된 산소기체를 포집하는 산소포집부(미도시)를 더 포함하는 것일 수 있다.Meanwhile, in one embodiment of the present application, the anode 120 may further include an oxygen collecting unit (not shown) for collecting oxygen gas generated by oxidation of OH − contained in the base solution.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 애노드(120)에서 생성된 전자가 도선(300)을 통하여 상기 캐소드(110)로 이동하고, 상기 캐소드(110)에서 수소 이온이 전자와 반응하여 하기 화학식 2와 같이 환원반응을 통하여 수소기체가 생성되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, electrons generated in the anode 120 move to the cathode 110 through the conducting wire 300, and hydrogen ions react with electrons in the cathode 110 to obtain the following Chemical Formula 2 Similarly, hydrogen gas may be generated through a reduction reaction.

<화학식 2><Formula 2>

4H+ + 4e- → 2H2(g)4H + + 4e - → 2H 2 (g)

이때, 상기 환원반응은 상온에서 환원 포텐셜값이 0 V일 수 있다.In this case, the reduction reaction may have a reduction potential value of 0 V at room temperature.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 캐소드(110)에서 상기 산용액에 포함된 H+가 환원되어 생성된 수소기체를 포집하는 수소포집부(400)를 더 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the cathode 110 may further include a hydrogen collecting unit 400 for collecting hydrogen gas generated by reduction of H + contained in the acid solution.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 수소생산 장치(101)는 이온의 농도차이에 의해 기전력이 발생하는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 기전력은 이온 농도차 발생부(220)의 이온용액 공급부(550)에서 공급되는 이온용액과 물 공급부(530)에서 공급되는 물의 이온 농도차이에 의해 발생하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 이온용액이 소듐 클로라이드(sodium chloride, NaCl)이고, 상기 물이 강물(diluted water)일 때, 막(membrane) 개회로 기전력은 하기 수학식 1과 같이 발생하는 것일 수 있다,In one embodiment of the present application, the hydrogen production device 101 may generate an electromotive force due to a difference in concentration of ions. Specifically, the electromotive force may be generated by a difference in ion concentration between the ion solution supplied from the ion solution supply unit 550 of the ion concentration difference generator 220 and the water supplied from the water supply unit 530 . For example, when the ionic solution is sodium chloride (NaCl) and the water is diluted water, the membrane open circuit electromotive force may be generated as shown in Equation 1 below,

<수학식 1> <Equation 1>

Figure 112020034317172-pat00001
Figure 112020034317172-pat00001

상기 수학식 1에서, EOCV는 기전력(OCV)이고, N은 이온용액 이동부(280)의 개수이고, R은 기체상수(gas constant)이고, T는 온도(temperature)이고, Z는 이온 원자가(valence of the ions)이고, F는 페러데이 상수(Faraday constant)이고, γHigh는 이온용액(NaCl)의 양이온 또는 음이온의 활동 계수(activity coefficient (-) of the respective ion in solution at a known concentration as determined from the CRC handbook)이고, γLow는 물(diluted water)의 양이온 또는 음이온의 활동 계수이고, γNaOH,Na+는 수산화나트륨(sodium hydroxide, NaOH)의 Na+의 활동 계수이고, γHCl,Cl-는 염산(hydrochloric acid, HCl)의 Cl-의 활동 계수이고, CHigh는 이온용액(NaCl)의 농도이고, CLow는 물(diluted water)의 농도이고, αCEM,Na+는 Na+ 이온의 양이온 교환막(CEM)에서의 막투과 선택성(perm-selectivity of the membrane (with α =1 representing a perfect charge-selective membrane))이고, αAEM,Cl-는 Cl- 이온의 음이온 교환막(AEM)에서의 막투과 선택성이다.In Equation 1, E OCV is the electromotive force (OCV), N is the number of ion solution moving parts 280, R is a gas constant (gas constant), T is a temperature (temperature), Z is the ion valence (valence of the ions), F is the Faraday constant, γ High is the activity coefficient (-) of the respective ion in solution at a known concentration as determined from the CRC handbook), γ Low is the activity coefficient of cations or anions of diluted water, γ NaOH,Na+ is the activity coefficient of Na + of sodium hydroxide (NaOH) , γ HCl,Cl - is the activity coefficient of Cl - of hydrochloric acid (HCl) , C High is the concentration of ionic solution (NaCl), C Low is the concentration of diluted water, and α CEM,Na+ is the concentration of Na + ions. It is the perm-selectivity of the membrane (with α =1 representing a perfect charge-selective membrane), and α AEM,Cl- is Cl - ion in the anion exchange membrane (AEM). It is transmembrane selectivity.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 수소생산 장치(101)는 인가되는 전압이 0.4V 이상일 때 운전되는 것이며, 전기 생산과 함께 수소 생산이 가능한 것일 수 있다. 한편, 상기 수소생산 장치는 작동을 위해, 추가적인 외부 전압의 인가를 필요로 하지 않는 것일 수 있으며, 상기 이온용액 이동부(280)과 물 이동부(270)의 이온 농도차이에 의해 발생하는 기전력에 의해 운전되는 것일 수 있다. 이는 상기 이온 농도차이에 따라 발생하는 기전력이 차이가 나는 것일 수 있고, 상기 이온용액 이동부(280)과 물 이동부(270)의 이온 농도차이가 클수록 상기 수소생산 장치의 성능이 좋은 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 이온용액 이동부(280)과 물 이동부(270)의 이온 농도차이가 10배일 때, 이온 농도차 발생부(220)의 이온용액 이동부(280) 1개 당 발생하는 기전력은 0.1V이며, 따라서 상기 수소이온 장치가 운전되기 위해서는 최소 5개의 이온용액 이동부(280)가 필요한 것일 수 있다. 또한, 상기 이온용액 이동부(280)과 상기 물 이동부(270)의 이온 농도차이가 100배일 때, 이온 농도차 발생부(220)의 이온용액 이동부(280) 1개 당 발생하는 기전력은 0.2V이며, 따라서 상기 수소이온 장치가 운전되기 위해서는 최소 3개의 이온용액 이동부(280)가 필요한 것일 수 있다. 또한, 상기 이온 농도차이를 측정할 때 사용되는 이온용액은 NaCl 1M이고, 물은 실제 강물 0.01M인 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the hydrogen production device 101 is operated when the applied voltage is 0.4V or more, and may be capable of producing hydrogen together with electricity production. On the other hand, the hydrogen production device may not require the application of an additional external voltage for operation, and the electromotive force generated by the ion concentration difference between the ion solution moving unit 280 and the water moving unit 270 is may be driven by This may be a difference in electromotive force generated according to the difference in ion concentration, and the greater the difference in ion concentration between the ion solution moving part 280 and the water moving part 270 is, the better the performance of the hydrogen production device may be. . For example, when the ion concentration difference between the ion solution moving unit 280 and the water moving unit 270 is 10 times, the electromotive force generated per one ion solution moving unit 280 of the ion concentration difference generating unit 220 . is 0.1V, so at least five ion solution moving units 280 may be required to operate the hydrogen ion device. In addition, when the ion concentration difference between the ion solution moving unit 280 and the water moving unit 270 is 100 times, the electromotive force generated per one ion solution moving unit 280 of the ion concentration difference generating unit 220 is It is 0.2V, so at least three ion solution moving parts 280 may be required to operate the hydrogen ion device. In addition, the ionic solution used to measure the ion concentration difference may be NaCl 1M, and the water may be 0.01M real river water.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기전력이 0.4V이상 발생할 때, 캐소드(110)에서 수소를 생산하고, 애노드(120)에서 산소를 생산하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, when the electromotive force is generated above 0.4V, the cathode 110 may produce hydrogen and the anode 120 may produce oxygen.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이온용액은 양이온 및 음이온을 포함하는 용액인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 이온용액은 폐수를 정밀여과(microfiltration, MF), 한외여과(ultrafitlration, UF), 나노여과(nanofiltration, NF) 또는 역삼투(reverse osmosis, RO) 막 등을 이용한 일반적인 수처리 방식을 이용하여 수처리한 후 방출된 이온 농축수일 수 있으며, 또한, 전기투석공정(electrodialysis, ED), 전기탈이온공정(electrodeionization, EDI), 전식탈이온공정(Capacitive Deionization, CDI) 등 전기 수처리 방식을 이용하여 수처리한 후 방출된 이온 농축수일 수 있으며, 수처리에서 방출되는 용액이라면 제한없이 사용될 수 있다.In one embodiment of the present application, the ionic solution may be a solution containing a cation and an anion. Specifically, the ion solution is a wastewater by microfiltration (MF), ultrafiltration (UF), nanofiltration (NF) or reverse osmosis (RO) using a general water treatment method using a membrane, etc. It may be ion-concentrated water discharged after water treatment, and water treatment using an electric water treatment method such as electrodialysis (ED), electrodeionization (EDI), capacitive deionization (CDI), etc. It may be ion-concentrated water released after washing, and if it is a solution released from water treatment, it may be used without limitation.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이온용액의 농도는 일반적으로, 500 mg/L 이상인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 농도는 용존고형물총량(total dissolved solid, TDS)을 뜻하는 것이며, 이는 물에 녹아 있는 고형물질의 총량으로서, 물 속의 양이온과 음이온의 총량을 지칭한다. 한편, 상기 이온용액은 바람직하게, 수처리 후 방출된 이온 농축수일 수 있으며, 상기 이온 농축수의 농도는 50,000 mg/L 이상인 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게 상기 이온 농축수의 농도는 50,000 내지 300,000 mg/L인 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the concentration of the ionic solution may be generally 500 mg/L or more. Specifically, the concentration refers to total dissolved solids (TDS), which is the total amount of solid substances dissolved in water, and refers to the total amount of cations and anions in water. On the other hand, the ion solution may preferably be ion-concentrated water released after water treatment, and the concentration of the ion-concentrated water may be 50,000 mg/L or more, and more preferably, the concentration of the ion-concentrated water is 50,000 to 300,000 mg/L It may be L.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 물은 해수, 기수 또는 담수일 수 있다.In one embodiment of the present application, the water may be seawater, brackish water or fresh water.

상기 물의 농도 대비 이온용액 농도의 비율은 1:2 내지 500인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 물의 농도는 해수(sea water)일 때 약 10,000 내지 50,000 mg/L(표준해수의 경우 35,000 mg/L)이며, 기수(brackish water)일 때 약 1,000 내지 10,000 mg/L이고, 담수(fresh water)일 때 약 1,000 mg/L이하인 것일 수 있다. The ratio of the concentration of the ionic solution to the concentration of water may be 1:2 to 500. Specifically, the concentration of the water is about 10,000 to 50,000 mg/L (35,000 mg/L for standard seawater) in sea water, and about 1,000 to 10,000 mg/L in brackish water, fresh water When it is fresh water, it may be about 1,000 mg/L or less.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 산용액 및 염기용액 중 적어도 어느 하나는 폐산용액 또는 폐염기용액인 것일 수 있다. 상기 폐산용액 또는 폐염기용액은 산업적으로 방출될 수 있는 통상의 폐산용액 또는 폐염기용액일 수 있다. 또한, 산업상 폐산용액 및 폐염기용액 중 어느 하나만 배출되는 것이 통상적인 바, 폐산용액을 배출하는 산업일 경우 염기용액은 따로 구입하여 공급하는 것일 수 있으며, 이와 반대일 경우에는 산용액을 따로 구입하여 공급하는 것일 수 있다. 다만, 폐산용액 및 폐염기용액 모두를 배출하는 산업일 경우 상기 배출된 폐산용액 및 폐염기용액을 모두 공급하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, at least one of the acid solution and the base solution may be a spent acid solution or a spent base solution. The spent acid solution or the waste base solution may be a conventional waste acid solution or a waste base solution that can be industrially released. In addition, industrially, it is common for only one of the waste acid solution and the waste base solution to be discharged. In the case of an industry that discharges a waste acid solution, the base solution may be separately purchased and supplied. In the opposite case, the acid solution is purchased separately. may be supplied. However, in the case of an industry that discharges both the spent acid solution and the spent base solution, it may be to supply both the discharged waste acid solution and the waste base solution.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 산용액 및 염기용액의 농도는 동일한 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the concentration of the acid solution and the base solution may be the same.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 캐소드(110) 및 애노드(120)는 캐소드(110) 및 애노드(120)촉매로 사용될 수 있는 전극 또는 금속 촉매를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 캐소드(110) 및 애노드(120) 전극은 은(Ag), 은 합금, 백금, 이리듐, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 또는 백금-M 합금 (M은 Ir, Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 전이 금속) 중에서 선택되는 1종 이상의 촉매를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 은(Ag), 은 합금, 백금, 이리듐, 루테늄, 오스뮴, 백금-이리듐 합금, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 백금-코발트 합금 및 백금-니켈 중에서 선택되는 1종 이상의 촉매를 사용할 수 있다. 또한, 상기 캐소드(110) 및 애노드(120) 전극의 금속 촉매로는 담체에 지지된 것으로서, 아세틸렌 블랙, 흑연과 같은 탄소, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아 등을 담체로 하여 금속을 담지한 촉매를 사용할 수 있다. 담체에 담지된 귀금속을 촉매로 사용하는 경우에는 상용화된 시판되는 것을 사용할 수도 있고, 또한 담체에 귀금속을 담지시켜 제조하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 탄소 재질의 금속 촉매를 사용하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the cathode 110 and the anode 120 may include an electrode or a metal catalyst that can be used as the cathode 110 and the anode 120 catalyst, for example, the cathode ( 110) and the anode 120 electrode is silver (Ag), silver alloy, platinum, iridium, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy or platinum-M alloy (M is Ir, Ga , Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, one or more transition metals selected from the group consisting of Cu and Zn) may include one or more catalysts selected from, for example, silver (Ag ), silver alloy, platinum, iridium, ruthenium, osmium, platinum-iridium alloy, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy, platinum-cobalt alloy, and platinum-nickel. can In addition, as the metal catalyst of the cathode 110 and the anode 120 electrode, as supported on a carrier, a catalyst supporting a metal using carbon such as acetylene black, graphite, alumina, silica, zirconia, titania, etc. as a carrier is used. Can be used. When a noble metal supported on a carrier is used as a catalyst, a commercially available one may be used, or it may be prepared and used by supporting the noble metal on a carrier. Preferably, a metal catalyst made of carbon may be used.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 수소생산 장치(101)는 0.4V이상의 전압이 인가되면 작동될 수 있으므로, 탄소 재질의 금속 촉매를 사용할 때, 종래의 1.5V이상 인가되어야 하는 수소생산 장치와 비교하여 상기 수소생산 장치에 낮은 전압이 인가되기 때문에 촉매의 부식을 억제할 수 있는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, since the hydrogen production device 101 can be operated when a voltage of 0.4V or more is applied, when using a metal catalyst made of carbon, compared to a conventional hydrogen production device that needs to be applied more than 1.5V Thus, since a low voltage is applied to the hydrogen production device, it may be possible to suppress corrosion of the catalyst.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 캐소드(110) 및 애노드(120)의 크기는 제한이 없으며, 바람직하게 상기 음이온 교환막(240) 및 양이온 교환막(250)의 크기와 동일한 것일 수 있다. 한편, 상기 캐소드(110) 및 애노드(120)는 다공성 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 캐소드(110) 및 애노드(120)는 1 내지 100 μm의 미세 기공을 포함하는 것일 수 있다. 상기 미세 기공의 크기는 바람직하게는 2 내지 75 μm인 것일 수 있고, 더 바람직하게는 10 내지 50 μm인 것일 수 있다. 또한, 상기 캐소드(110) 및 애노드(120)는 표면이 발수처리된 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 즉, 상기 캐소드(110) 및 애노드(120)는 표면에 발수기능을 하는 물질을 코팅과 같은 방법으로 처리함으로써 상기 캐소드(110) 및 애노드(120)가 발수 특성을 가지는 것일 수 있다. 한편, 상기 코팅은 하나의 예시일 뿐이므로 이에 제힌되는 것은 아니고, 전극 표면에 발수처리를 수행하기 위한 통상의 기술이라면 제한없이 사용할 수 있으며, 상기 발수기능을 하는 물질은 바람직하게 폴리테트라플루오르에틸렌(poly(tetrafluoroethylene)) 또는 폴리에틸렌(polyethylene) 등과 같은 소수성 물질을 포함하는 것일 수 있다. 이에 대한 설명을 도 3a 및 도 3b에 간략히 나타내었다. 즉, 도 3a 및 도 3b를 참조하면 상기 캐소드(110) 또는 애노드(120)는 각각 산용액 또는 염기용액이 인접하여 흐르게 된다. 이에 따라, 상기 산용액에서 발생하는 수소기체 또는 염기용액에서 발생하는 산소기체만이 상기 캐소드(110) 또는 애노드(120)를 투과하게 되며, 액체 상태의 물 또는 염은 투과되지 않는 것일 수 있다. 이는 상기한 바와 같이 캐소드(110) 및 애노드(120)가 미세기공을 가진 다공성 구조이며, 표면이 발수처리되었기 때문에 달성되는 효과인 것일 수 있다. 한편, 상기 캐소드(110) 및 애노드(120)는 각각 외측면이 집전판(800)과 접해있는 것일 수 있으며, 상기 집전판(800)은 상기 캐소드(110) 및 애노드(120)를 투과한 수소기체 또는 산소기체가 흐를 수 있는 유로를 형성하고 있는 것일 수 있다. 이때, 상기 유로의 형태는 상기 다공성 전극 촉매와의 접촉이 최소화되어 전극 촉매와 산용액 또는 염기용액과의 반응 사이트를 증가시키고, 투과된 기체가 흐르는데 있어 저항이 최소화되는 형태이면 크게 제한이 없는 것일 수 있다. 즉, 상기 유로의 형태는 예를 들어, 도 3a에 나타낸 바와 같이 요철 형태를 가지는 것일 수 있고, 또는 도 3b에 나타낸 바와 같이 지그재그 형태를 가지는 것일 수 있다. 이와 관련하여, 도 3a 및 도 3b에서는 이해를 돕기 위해 전극과 집전판(800) 간의 간격을 다소 넓게 표현했으나, 실제 실시예에서는 상기 전극과 집전판(800) 간의 간격이 좁은 것일 수 있으며, 일 실시예에서는 인접하여 배치된 것일 수 있다. 한편, 상기 집전판(800)의 재질은 크게 제한이 없으며, 외측면이 장치의 외부와 단절되어 있어 투과된 기체가 상기 수소생산 장치(101)의 외부로 방출되는 것을 방지하는 것일 수 있다. 또한, 바람직하게 상기 집전판(800)의 크기는 상기 캐소드(110) 및 애노드(120)와 동일한 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the sizes of the cathode 110 and the anode 120 are not limited, and may preferably be the same as the sizes of the anion exchange membrane 240 and the cation exchange membrane 250 . Meanwhile, the cathode 110 and the anode 120 may be characterized in that they have a porous structure. Specifically, the cathode 110 and the anode 120 may include micropores of 1 to 100 μm. The size of the micropores may be preferably 2 to 75 μm, and more preferably 10 to 50 μm. In addition, the cathode 110 and the anode 120 may be characterized in that the surface is water-repellent treatment. That is, the cathode 110 and the anode 120 may have a water repellent property by treating the surface with a material having a water repellent function in the same way as coating. On the other hand, since the coating is only an example, it is not limited thereto, and if it is a conventional technique for performing water repellency treatment on the electrode surface, it can be used without limitation, and the material having the water repellency function is preferably polytetrafluoroethylene ( It may include a hydrophobic material such as poly(tetrafluoroethylene)) or polyethylene. A description thereof is briefly shown in FIGS. 3A and 3B . That is, referring to FIGS. 3A and 3B , an acid solution or a base solution flows adjacent to the cathode 110 or the anode 120, respectively. Accordingly, only hydrogen gas generated in the acid solution or oxygen gas generated in the base solution passes through the cathode 110 or anode 120, and liquid water or salt may not permeate. This may be an effect achieved because the cathode 110 and the anode 120 have a porous structure with micropores, and the surface is water-repellent treated as described above. On the other hand, the cathode 110 and the anode 120 may have outer surfaces in contact with the current collector plate 800 , respectively, and the current collector plate 800 is hydrogen that has passed through the cathode 110 and the anode 120 . It may form a flow path through which gas or oxygen gas can flow. At this time, the shape of the flow path minimizes contact with the porous electrode catalyst to increase the reaction sites between the electrode catalyst and the acid solution or base solution, and there is no significant limitation as long as the resistance to the flow of the permeated gas is minimized. can That is, the shape of the flow path may be, for example, a concave-convex shape as shown in FIG. 3A , or a zigzag shape as shown in FIG. 3B . In this regard, in FIGS. 3A and 3B, the distance between the electrode and the current collector plate 800 is expressed somewhat wider to help understanding, but in an actual embodiment, the gap between the electrode and the current collector plate 800 may be narrow. In an embodiment, they may be disposed adjacent to each other. On the other hand, the material of the current collector plate 800 is not particularly limited, and the outer surface is cut off from the outside of the device to prevent the permeated gas from being discharged to the outside of the hydrogen production device 101 . Also, preferably, the size of the current collector plate 800 may be the same as that of the cathode 110 and the anode 120 .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이온 농도차 발생부(220) 내의 인접하는 양이온 교환막(250) 및 음이온 교환막(240) 간의 간격은 100 μm 내지 300 μm일 수 있으며, 바람직하게 150 μm 내지 200 μm인 것일 수 있다. 상기 간격이 100 μm 미만일 경우 간격이 매우 협소하여 압력손실이 많이 발생하기 때문에 산용액, 물 및 염기용액의 배출이 원활하지 않을 수 있으며, 300 μm 초과일 경우 상기 양이온 교환막(250) 및 음이온 교환막(240) 간의 간격이 너무 넓어 발생한 이온이 양쪽의 이온교환막으로 이동하는 거리가 멀어지기 때문에 이온이 이동하기 위한 저항의 크기가 커질 수 있다.In one embodiment of the present application, the interval between the cation exchange membrane 250 and the anion exchange membrane 240 adjacent in the ion concentration difference generating unit 220 may be 100 μm to 300 μm, preferably 150 μm to 200 μm may be When the gap is less than 100 μm, the discharge of acid solution, water and base solution may not be smooth because the gap is very narrow and a lot of pressure loss occurs, and when it exceeds 300 μm, the cation exchange membrane 250 and the anion exchange membrane ( 240) is too wide and the distance that generated ions move to both ion exchange membranes increases, so the resistance for movement of ions may increase.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 산용액은 수소이온을 포함하는 용액이고, 염기용액은 수산화이온을 포함하는 용액인 것일 수 있다. 즉, 상기 산용액은 수소이온지수(pH)가 7 미만인 용액이며, 바람직하게는 강산용액일 수 있으며, 더 바람직하게는 염산(hydrochloric acid, HCl)일 수 있다. 또한, 상기 염기용액은 수소이온지수(pH)가 7 이상인 용액이며, 바람직하게는 강염기용액일 수 있으며, 더 바람직하게는 수산화나트륨(sodium hydroxide, NaOH)일 수 있다.In one embodiment of the present application, the acid solution may be a solution containing hydrogen ions, and the base solution may be a solution containing hydroxide ions. That is, the acid solution is a solution having a hydrogen ion index (pH) of less than 7, preferably a strong acid solution, and more preferably hydrochloric acid (HCl). In addition, the base solution is a solution having a hydrogen ion index (pH) of 7 or more, preferably a strong base solution, and more preferably sodium hydroxide (NaOH).

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 수소생산 장치(101)는 상기 산용액 이동부(260), 염기용액 이동부(290) 및 이온 농도차 발생부(220) 내의 이용용액 이동부(280)에서 배출되는 용액을 배출하는 제1 배출부(650) 및 상기 이온 농도차 발생부(220) 내의 물 이동부(270)에서 배출되는 용액을 배출하는 제2 배출부(700)를 더 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the hydrogen production device 101 is used in the solution moving unit 280 in the acid solution moving unit 260, the base solution moving unit 290 and the ion concentration difference generating unit 220. It may further include a first discharge unit 650 for discharging the discharged solution and a second discharge unit 700 for discharging the solution discharged from the water moving unit 270 in the ion concentration difference generating unit 220 . have.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제1 배출부(650)에서 물이 배출되고, 상기 제2 배출부(700)에서 염이 배출되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 산용액 이동부(270)에 공급되는 산용액은 수소이온이 캐소드(110)로 이동되고, 음이온이 음이온 교환막을 통하여 이동되어 배출 시 물만 배출되는 것일 수 있으며, 동일한 이유로 염기용액 이동부(290)에 공급되는 염기용액은 양이온이 양이온 교환막을 통하여 이동되며, 수산화이온이 애노드(120)로 이동되어 배출 시 물만 배출되는 것일 수 있다. 또한, 상기 이온 농도차 발생부(220) 내의 물 이동부(270)에는 물 공급부(530)를 통하여 물이 공급되며, 일측면에 음이온 교환막을 통하여 접한 산용액 이동부(270) 또는 이온용액 이동부(280)에서 상기 음이온 교환막을 통하여 음이온이 전달되고, 타측면에 양이온 교환막을 통하여 접한 염기용액 이동부(290) 또는 이온용액 이동부(280)에서 상기 양이온 교환막을 통하여 양이온이 전달되어 물이 생성되어 배출 시 물만 배출되는 것일 수 있다. 따라서, 상기 산용액 이동부(260), 염기용액 이동부(290) 및 이온 농도차 발생부(220) 내의 이온용액 이동부(280)에서 배출되는 용액은 물일 수 있으며, 이는 상기 제1 배출부(650)를 통하여 동일한 곳으로 배출되는 것일 수 있다. 반면, 상기 이온 농도차 발생부(220) 내의 물 이동부(270)에는 상기 물 공급부(550)를 통하여 물이 공급되나, 일측면에 음이온 교환막을 통하여 접한 산용액 이동부(270) 또는 이온용액 이동부(280)에서 음이온이 전달되고, 타측면에 양이온 교환막을 통하여 접한 염기용액 이동부(290) 또는 이온용액 이동부(280)에서 양이온이 전달되어 상기 음이온 및 양이온이 염을 형성하기 때문에 배출되는 용액은 염일 수 있으며, 상기 염은 상기 제2 배출부(700)를 통하여 동일한 곳으로 배출되는 것일 수 있다. 한편, 상기 수소생산 장치(101)는 상기 형성된 염을 저장하는 염저장부를 더 포함하는 것일 수 있다. 즉, 상기 염 저장부는 상기 제2 배출부(700)인 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, water may be discharged from the first discharge unit 650 , and salt may be discharged from the second discharge unit 700 . Specifically, in the acid solution supplied to the acid solution moving unit 270 , hydrogen ions are moved to the cathode 110 , and anions are moved through an anion exchange membrane so that only water is discharged when discharged. For the same reason, the base solution moves In the base solution supplied to the unit 290 , cations may be moved through the cation exchange membrane, and hydroxide ions may be moved to the anode 120 so that only water is discharged when discharged. In addition, water is supplied to the water moving unit 270 in the ion concentration difference generating unit 220 through the water supply unit 530, and the acid solution moving unit 270 or the ionic solution moving in contact through an anion exchange membrane on one side. In part 280, anions are transferred through the anion exchange membrane, and cations are transferred through the cation exchange membrane in the base solution moving part 290 or the ion solution moving part 280 in contact with the cation exchange membrane on the other side. It may be that only water is discharged when it is generated and discharged. Therefore, the solution discharged from the ion solution moving unit 280 in the acid solution moving unit 260, the base solution moving unit 290 and the ion concentration difference generating unit 220 may be water, which is the first discharge unit. It may be discharged to the same place through (650). On the other hand, water is supplied to the water moving unit 270 in the ion concentration difference generating unit 220 through the water supply unit 550, but the acid solution moving unit 270 or the ion solution in contact with the anion exchange membrane on one side. Anions are transferred from the moving unit 280, and cations are transferred from the base solution moving unit 290 or the ionic solution moving unit 280 in contact with the cation exchange membrane on the other side, and the anions and cations form a salt, so they are discharged. The solution to be used may be a salt, and the salt may be discharged to the same place through the second discharge unit 700 . On the other hand, the hydrogen production device 101 may further include a salt storage unit for storing the formed salt. That is, the salt storage unit may be the second discharge unit 700 .

본원의 일 구현예에 있어서, 바람직하게 상기 산용액은 염산(hydrochloric acid, HCl)을 포함하고, 염기용액은 수산화나트륨(sodium hydroxide, NaOH)을 포함하는 것이며, 이온용액은 소듐 클로라이드(sodium chloride, NaCl)를 포함하는 것일 수 있다. 따라서, 상기 염산의 클로라이드 이온이 상기 음이온 교환막(240)을 통하여 상기 산용액 이동부(260)와 접해있는 물 이동부(270)로 이동하며, 상기 수산화나트륨의 소듐 이온이 상기 양이온 교환막(250)을 통하여 상기 염기용액 이동부(290)와 접해있는 물 이동부(270)로 이동하며, 상기 클로라이드 이온 및 소듐 이온은 각각 상기 이온 농도차 발생부(220) 내의 이온용액 이동부(280)에서 이동한 소듐 이온 및 클로라이드 이온과 반응하여 소듐 클로라이드(sodium chloride, NaCl)를 형성하는 것일 수 있다. 상기 형성된 소듐 클로라이드는 양이온 교환막 및 음이온 교환막을 통하여 전달된 소듐 이온 및 클로라이드 이온으로 형성된 것이므로, 불순물을 거의 포함하지 않는 고순도 소듐 클로라이드인 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, preferably, the acid solution contains hydrochloric acid (HCl), the base solution contains sodium hydroxide (NaOH), and the ionic solution is sodium chloride (sodium chloride, NaCl) may be included. Therefore, the chloride ions of the hydrochloric acid move to the water transfer unit 270 in contact with the acid solution transfer unit 260 through the anion exchange membrane 240 , and the sodium ions of the sodium hydroxide are transferred to the cation exchange membrane 250 . moves to the water moving unit 270 in contact with the base solution moving unit 290 through It may react with one sodium ion and a chloride ion to form sodium chloride (NaCl). Since the formed sodium chloride is formed of sodium ions and chloride ions transferred through the cation exchange membrane and the anion exchange membrane, it may be high-purity sodium chloride containing almost no impurities.

본원의 일 구현예에 있어서, 각각의 상기 산용액 공급부(500), 물 공급부(530), 이온용액 공급부(550) 및 염기용액 공급부(600)에서 산용액 이동부(270), 물 이동부(270), 이온용액 이동부(280) 및 염기용액 이동부(290)로 연결되는 배관에는 펌프 및 밸브가 설치되어 있는 것일 수 있다. 상기 펌프 및 밸브를 설치함으로써 공급되는 산용액, 물, 이온용액 및 염기용액의 유량 또는 유속을 적절하게 조절하여 상기 수소생산 장치(101)를 원활히 작동시킬 수 있는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, in each of the acid solution supply unit 500, the water supply unit 530, the ionic solution supply unit 550 and the base solution supply unit 600, the acid solution moving unit 270, the water moving unit ( 270), the ion solution moving unit 280, and the pipe connected to the base solution moving unit 290 may be provided with a pump and a valve. By installing the pump and valve, the flow rate or flow rate of the supplied acid solution, water, ionic solution, and base solution may be appropriately adjusted to smoothly operate the hydrogen production device 101 .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 수소생산 장치(101)는 도선(300)에 커패시터, 축전기, 이차전지 또는 흐름전지 등의 에너지 저장 장치(미도시)를 연결함으로써 운전 시 발생되는 전기 에너지를 수집하는 것일 수 있다. 따라서, 상기 수집된 전기 에너지를 기타 산업에 전력원으로서 사용하는 것일 수 있다. 즉, 상기 수소생산 장치(101)는 산용액 및 염기용액을 공급하여 줌으로써 애노드(120)에서 발생하는 전자가 상기 도선(300)을 통하여 캐소드(110)로 전달되는 것이며, 이때 상기 도선(300)에 커패시터 또는 축전기를 연결하여 발생된 전기 에너지를 재활용하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the hydrogen production device 101 collects electrical energy generated during operation by connecting an energy storage device (not shown) such as a capacitor, a capacitor, a secondary battery or a flow battery to the conducting wire 300 . may be doing Accordingly, the collected electrical energy may be used as a power source for other industries. That is, the hydrogen production device 101 supplies an acid solution and a base solution so that electrons generated from the anode 120 are transferred to the cathode 110 through the conducting wire 300 , at this time the conducting wire 300 . It may be to recycle the electrical energy generated by connecting a capacitor or a capacitor to the

본원의 제 2 측면은,The second aspect of the present application is

복수 개의 상기 제 1 측면의 수소생산 장치(101)가 직렬 또는 병렬로 연결된 것인, 스택을 제공한다.A plurality of hydrogen production devices 101 of the first side are connected in series or in parallel, and provide a stack.

본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 제 2 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.Although detailed descriptions of parts overlapping with the first aspect of the present application have been omitted, the contents described with respect to the first aspect of the present application may be equally applied even if the description thereof is omitted from the second aspect.

이하, 본원의 제 2 측면에 따른 상기 스택을 도 4 및 도 5를 참조하여 상세히 설명한다. 도 4는 상기 수소생산 장치(101)가 직렬로 연결된 스택을 나타내는 개략도이고, 도 5는 상기 수소생산 장치(101)가 병렬로 연결된 스택을 나타내는 개략도이다.Hereinafter, the stack according to the second aspect of the present application will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5 . 4 is a schematic diagram illustrating a stack in which the hydrogen production apparatus 101 is connected in series, and FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a stack in which the hydrogen production apparatus 101 is connected in parallel.

본원의 일 구현예에 있어서, 도 4에 따라 상기 수소생산 장치(101)는 직렬로 연결되어 스택을 구성할 수 있다. 이때, 상기 수소생산 장치(101) 간의 연결은 도선(300)으로 연결된 것일 수 있으며, 이 경우 본원의 제 1 측면에 따른 상기 수소생산 장치(101)에 있어서, 캐소드(110) 및 애노드(120)를 연결하는 도선(300)이 단일 수소생산 장치(101) 내에서 연결된 구조가 아닌 이웃하는 수소생산 장치(101) 간에 연결된 형태일 수 있다. 즉, 본원의 제 1 측면의 수소생산 장치(101)의 개략도를 나타낸 도 1 및 2에서 모든 구성이 도 4에 나타낸 수소생산 장치(101) 각각의 구성과 같은 것이나, 도선(400)만은 이웃하는 수소생산 장치(101)와 연결된 형태이며, 직렬로 연결된 스택 양 끝단의 수소생산 장치(101) 또한 상기 도선(300)으로 연결되어 있는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the hydrogen production apparatus 101 according to FIG. 4 may be connected in series to constitute a stack. At this time, the connection between the hydrogen production apparatus 101 may be connected by a wire 300, in this case, in the hydrogen production apparatus 101 according to the first aspect of the present application, the cathode 110 and the anode 120 The conductive wire 300 for connecting may be connected between neighboring hydrogen production devices 101 rather than a structure connected within a single hydrogen production device 101 . That is, in FIGS. 1 and 2 showing the schematic diagram of the hydrogen production device 101 of the first aspect of the present application, all configurations are the same as the respective configurations of the hydrogen production device 101 shown in FIG. 4, but only the conducting wire 400 is adjacent It is connected to the hydrogen production device 101 , and the hydrogen production device 101 at both ends of the stack connected in series may also be connected by the conducting wire 300 .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 수소생산 장치(101)가 직렬로 연결되어 스택을 구성할 경우, 캐소드(110)에서 수소 이온이 전자와 반응하여 환원반응을 통하여 수소기체가 생성되고, 애노드(120)에서 수산화 이온이 촉매와 반응하여 전자, 물 및 산소가 생성되며, 상기 생성된 전자가 도선(300)을 통하여 이웃하는 수소생산 장치(101)의 상기 캐소드(110)로 전달되는 것일 수 있다. 상기와 같은 원리로 직렬로 연결된 각각의 수소생산 장치(101)가 작동하는 것일 수 있으며, 이때 일측 끝단에 위치한 수소생산 장치(101)의 애노드(120)에서 발생한 전자는 타측 끝단에 위치한 수소생산 장치(101)의 캐소드(110)로 전달되어 상기 스택이 전체적으로 작동하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, when the hydrogen production device 101 is connected in series to form a stack, hydrogen ions react with electrons in the cathode 110 to generate hydrogen gas through a reduction reaction, and the anode ( In 120), hydroxide ions react with the catalyst to generate electrons, water, and oxygen, and the generated electrons may be transferred to the cathode 110 of the neighboring hydrogen production device 101 through the conducting wire 300. . Each of the hydrogen production devices 101 connected in series in the same manner as above may be operated, in which case electrons generated from the anode 120 of the hydrogen production device 101 located at one end are hydrogen production devices located at the other end. It may be transferred to the cathode 110 of 101 so that the stack operates as a whole.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 수소생산 장치(101)가 직렬로 연결되어 스택을 구성할 경우 각각의 수소생산 장치(101)에서 발생되는 전기 에너지를 수집하여 기타 산업의 전력원 등으로 사용하는 것일 수 있으며, 구체적으로 스택 전체의 전류는 일정하나 전압이 증가하기 때문에 전력을 증가시킬 수 있는 것일 수 있다. 예를 들어, 수소생산 장치(101) 10 개를 직렬로 연결한 스택의 경우, 각각의 수소생산 장치(101)에서 0.4 V의 전위차가 발생한다고 가정하면 상기 스택 전체에서는 4 V의 전위차가 발생할 수 있는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, when the hydrogen production device 101 is connected in series to form a stack, electric energy generated from each hydrogen production device 101 is collected and used as a power source for other industries. In particular, although the current of the entire stack is constant, the power may be increased because the voltage is increased. For example, in the case of a stack in which 10 hydrogen production devices 101 are connected in series, assuming that a potential difference of 0.4 V occurs in each hydrogen production device 101, a potential difference of 4 V may occur in the entire stack. there may be

본원의 일 구현예에 있어서, 도 4에 따라 상기 수소생산 장치(101)는 병렬로 연결되어 스택을 구성할 수 있다. 이때, 상기 수소생산 장치(101) 간의 연결은 도선(300)으로 연결된 것일 수 있으며, 이 경우 본원의 제 1 측면에 따른 상기 수소생산 장치(101)에 있어서, 캐소드(110) 및 애노드(120)를 연결하는 도선(300)이 단일 수소생산 장치(101) 내에서 연결된 구조가 아닌 모든 수소생산 장치(101) 간에 연결된 형태일 수 있다.In one embodiment of the present application, the hydrogen production apparatus 101 according to FIG. 4 may be connected in parallel to constitute a stack. At this time, the connection between the hydrogen production apparatus 101 may be connected by a wire 300, in this case, in the hydrogen production apparatus 101 according to the first aspect of the present application, the cathode 110 and the anode 120 The conductive wire 300 for connecting may be connected between all the hydrogen production devices 101 rather than a structure connected within a single hydrogen production device 101 .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 수소생산 장치(101)가 병렬로 연결되어 스택을 구성할 경우, 캐소드(110)에서 수소 이온이 전자와 반응하여 환원반응을 통하여 수소기체가 생성되고, 상기 애노드(120)에서 수산화 이온이 촉매와 반응하여 전자, 물 및 산소가 생성되고, 상기 생성된 전자가 도선(300)을 통하여 모든 수소생산 장치(101)의 캐소드(110)로 전달되는 것일 수 있다. 상기와 같은 원리로 병렬로 연결된 각각의 수소생산 장치(101)가 작동하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, when the hydrogen production device 101 is connected in parallel to form a stack, hydrogen ions react with electrons in the cathode 110 to generate hydrogen gas through a reduction reaction, and the anode At 120, hydroxide ions react with the catalyst to generate electrons, water, and oxygen, and the generated electrons may be transferred to the cathode 110 of all hydrogen production devices 101 through the conductive wire 300 . Each of the hydrogen production devices 101 connected in parallel in the same manner as above may be operated.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 수소생산 장치(101)가 병렬로 연결되어 스택을 구성할 경우 각각의 수소생산 장치(101)에서 발생되는 전기 에너지를 수집하여 기타 산업의 전력원 등으로 사용하는 것일 수 있으며, 구체적으로 스택 전체의 전압은 일정하나 전류가 증가하기 때문에 전력을 증가시킬 수 있는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, when the hydrogen production device 101 is connected in parallel to form a stack, electric energy generated from each hydrogen production device 101 is collected and used as a power source for other industries. In particular, although the voltage of the entire stack is constant, the power may be increased because the current increases.

101: 수소생산 장치
110: 캐소드
120: 애노드
200: 전해질부
220: 이온 농도차 발생부
240: 음이온 교환막
250: 양이온 교환막
260: 산용액 이동부
270: 물 이동부
280: 이온용액 이동부
290: 염기용액 이동부
300: 도선
400: 수소포집부
500: 산용액 공급부
530: 물 공급부
550: 이온용액 공급부
600: 염기용액 공급부
650: 제1 배출부
700: 제2 배출부
800: 집전판
101: hydrogen production device
110: cathode
120: anode
200: electrolyte unit
220: ion concentration difference generating unit
240: anion exchange membrane
250: cation exchange membrane
260: acid solution moving unit
270: water moving unit
280: ion solution moving part
290: base solution moving part
300: lead wire
400: hydrogen collection unit
500: acid solution supply unit
530: water supply
550: ion solution supply unit
600: base solution supply unit
650: first discharge unit
700: second discharge unit
800: current collector plate

Claims (18)

캐소드; 애노드; 상기 캐소드 및 상기 애노드 사이에 개재된 전해질부; 및 상기 캐소드 및 상기 애노드를 연결하는 도선;을 포함하고,
상기 전해질부는 산용액 이동부, 염기용액 이동부 및 이온 농도차 발생부를 포함하며,
상기 산용액 이동부의 일측면은 상기 캐소드의 일측면에 인접하여 배치되고,
상기 염기용액 이동부의 일측면은 상기 애노드의 일측면에 인접하여 배치되며,
상기 이온 농도차 발생부는 상기 산용액 이동부의 타측면에서 상기 염기용액 이동부의 타측면 방향으로 순차적으로 반복되어 배치된 음이온 교환막 및 양이온 교환막을 포함하고, 상기 방향에 따라 상기 음이온 교환막 및 상기 양이온 교환막 사이에 담수 이동부가 배치되며, 상기 방향에 따라 상기 양이온 교환막 및 상기 음이온 교환막 사이에 이온용액 이동부가 교차로 배치되고,
상기 음이온 교환막 및 상기 양이온 교환막의 개수는 동일한 것인 수소생산 장치.
cathode; anode; an electrolyte part interposed between the cathode and the anode; and a conductor connecting the cathode and the anode.
The electrolyte unit includes an acid solution moving unit, a base solution moving unit and an ion concentration difference generating unit,
One side of the acid solution moving part is disposed adjacent to one side of the cathode,
One side of the base solution moving part is disposed adjacent to one side of the anode,
The ion concentration difference generator includes an anion exchange membrane and a cation exchange membrane that are sequentially and repeatedly arranged from the other side of the acid solution moving part to the other side of the base solution moving part, and between the anion exchange membrane and the cation exchange membrane according to the direction A fresh water moving part is disposed in the ion solution moving part is arranged alternately between the cation exchange membrane and the anion exchange membrane according to the direction,
The number of the anion exchange membrane and the cation exchange membrane is the same hydrogen production device.
삭제delete 제1항에 있어서.
상기 수소생산 장치는 상기 산용액 이동부 및 염기용액 이동부에 각각 산용액, 염기용액을 공급하는 산용액 공급부 및 염기용액 공급부를 더 포함하고,
상기 담수 이동부 및 이온용액 이동부에 담수 및 이온용액을 각각 공급하는 담수 공급부 및 이온용액 공급부를 더 포함하고,
상기 공급부 각각은 상기 이동부 각각에 산용액, 염기용액, 담수 및 이온용액을 공급하는 것인 수소생산 장치.
The method of claim 1 .
The hydrogen production device further includes an acid solution supply unit and a base solution supply unit for supplying an acid solution and a base solution to the acid solution moving unit and the base solution moving unit, respectively,
Further comprising a fresh water supply unit and an ion solution supply unit for respectively supplying fresh water and ionic solution to the fresh water moving unit and the ionic solution moving unit,
Each of the supply units is a hydrogen production device for supplying an acid solution, a base solution, fresh water and an ionic solution to each of the moving parts.
제3항에 있어서,
상기 수소생산 장치는 0.4V 이상의 기전력이 발생하는 것인 수소생산 장치.
4. The method of claim 3,
The hydrogen production device is a hydrogen production device that generates an electromotive force of 0.4V or more.
제3항에 있어서.
상기 캐소드에서 상기 산용액에 포함된 H+가 환원되어 수소기체가 생성되는 것인 수소생산 장치.
4. The method of claim 3, wherein
H + contained in the acid solution is reduced at the cathode to generate hydrogen gas.
◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 6 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제5항에 있어서.
상기 수소생산 장치는 상기 생성된 수소기체를 저장하는 수소포집부를 더 포함하는 것인 수소생산 장치.
6. The method of claim 5.
The hydrogen production device further comprises a hydrogen collection unit for storing the generated hydrogen gas.
제1항에 있어서,
상기 음이온 교환막 및 양이온 교환막은 적어도 각각 2개 이상인 것인 수소생산 장치.
According to claim 1,
The anion exchange membrane and the cation exchange membrane are at least two or more, respectively.
◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 8 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제1항에 있어서.
상기 이온용액은 양이온 및 음이온을 포함하는 용액인 것인 수소생산 장치.
The method of claim 1 .
The ionic solution is a hydrogen production device that is a solution containing cations and anions.
제1항에 있어서,
상기 담수의 용존고형물총량(TDS) 대비 이온용액의 용존고형물총량(TDS) 비율은 1:2 내지 500인 것인 수소생산 장치.
According to claim 1,
The hydrogen production device that the ratio of the total dissolved solids (TDS) of the fresh water to the total dissolved solids (TDS) of the ionic solution is 1:2 to 500.
◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 10 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제1항에 있어서.
상기 산용액 또는 염기용액 중 적어도 어느 하나는 폐산용액 또는 폐염기용액인 것인 수소생산 장치.
The method of claim 1 .
At least one of the acid solution or the base solution is a waste acid solution or a waste base solution.
제1항에 있어서.
상기 캐소드 및 애노드는 다공성 구조인 것인 수소생산 장치.
The method of claim 1 .
The cathode and the anode are hydrogen production device of a porous structure.
◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 12 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제11항에 있어서.
상기 다공성 구조는 1 내지 100 μm의 미세 기공을 포함하는 것인 수소생산 장치.
12. The method of claim 11.
The porous structure is a hydrogen production device comprising micropores of 1 to 100 μm.
◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 13 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제1항에 있어서,
상기 캐소드 및 애노드는 표면이 발수처리된 것인 수소생산 장치.
According to claim 1,
The cathode and anode is a hydrogen production device that the surface is water-repellent treatment.
◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 14 was abandoned at the time of payment of the registration fee.◈ 제1항에 있어서.
상기 수소생산 장치는 상기 캐소드 및 애노드 각각의 타측면에 집전판을 더 포함하는 것인 수소생산 장치.
The method of claim 1 .
The hydrogen production device further comprises a current collector plate on the other side of each of the cathode and the anode hydrogen production device.
◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 15 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제14항에 있어서.
상기 집전판은 기체가 흐르는 유로를 가지는 것인 수소생산 장치.
15. The method of claim 14.
The current collector plate is a hydrogen production device having a flow path through which the gas flows.
제1항에 있어서,
상기 수소생산 장치는 상기 산용액 이동부, 염기용액 이동부 및 이온 농도차 발생부 내의 이온용액 이동부에서 배출되는 용액을 배출하는 제1 배출부 및 상기 이온 농도차 발생부 내의 담수 이동부에서 배출되는 용액을 배출하는 제2 배출부를 더 포함하는 것인 수소생산 장치.
According to claim 1,
The hydrogen production device is discharged from the first discharge unit discharging the solution discharged from the ion solution moving unit in the acid solution moving unit, the base solution moving unit and the ion concentration difference generating unit and the fresh water moving unit in the ion concentration difference generating unit. Hydrogen production apparatus further comprising a second discharge unit for discharging the solution to be.
제16항에 있어서,
상기 제1 배출부에서 물이 배출되고, 상기 제2 배출부에서 염이 배출되는 것인 수소생산 장치.
17. The method of claim 16,
Hydrogen production apparatus that water is discharged from the first discharge unit, and salt is discharged from the second discharge unit.
복수 개의 상기 제1항의 수소생산 장치가 직렬 또는 병렬로 연결된 것인 스택.A stack in which a plurality of the hydrogen production devices of claim 1 are connected in series or in parallel.
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