KR102562483B1 - 암모니아 생산 전지 및 이를 이용한 암모니아 생산 방법 - Google Patents

암모니아 생산 전지 및 이를 이용한 암모니아 생산 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예에 따른 암모니아 생산 전지는, 산소 이온 전도성을 갖는 전해질; 상기 전해질의 일측 표면에 배치되는 산소 생산 전극; 및 상기 전해질의 타측 표면에 배치되고, 산화질소 및 물의 전기화학적 분해가 일어나는 암모니아 생산 전극을 포함한다.

Description

암모니아 생산 전지 및 이를 이용한 암모니아 생산 방법{Cell for ammonia synthesis comprising oxygen ion conducting solid oxide electrolysis and a method of producing ammonia using thereof}
본 발명은 암모니아 생산 전지 및 이를 이용한 암모니아 생산 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 산소 이온 전도성을 갖는 전해질을 포함하는 암모니아 생산 전지 및 이를 이용한 암모니아 생산 방법에 관한 것이다.
암모니아는 세계 경제에서 중요한 역할을 하는 화학 물질 중 하나이며 2020년 전 세계 산업 생산량은 1억 8831만 톤에 이를 것이며 매년 약 1.7% 증가할 것으로 예상되고 있다. 생산된 암모니아는 비료 공급 원료 뿐 아니라 화학 산업의 중요한 중간물로도 사용된다. 최근에는 수소보다 저장 및 이송이 용이한 암모니아의 특성 (상온 8.5기압, 액체)으로 인해 재생에너지 저장 및 매개체로써 많은 관심을 받고 있다.
암모니아 생성은 기본적으로 수소와 질소가 만나서 이루어진다 (3H2 + N2 ↔ 2NH3, △H300 = -46.35 KJ·mol-1, △S300= -99.35 J·mol-1·K-1). 깁스자유에너지가 음수임에도 불구하고, 질소의 삼중결함을 깨뜨리기에는 에너지가 부족하여 느린 반응속도를 보인다는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 높은 압력과 온도가 필요했고, 하버-보쉬법의 근간이 되었다. 하지만, 하버-보쉬 공정을 통한 암모니아 생산은 150-300 atm과 350-550 ℃의 높은 압력과 온도가 필요하기 때문에 암모니아를 생산하기 위해 소비되는 에너지는 지구 총 에너지 소비의 1% 이상을 차지하고 있다. 또한 하버-보쉬법을 통한 암모니아 생산 공정은 다량의 이산화탄소를 발생시켜 지구 온난화와 같은 환경 문제를 초래한다.
최근, 에너지 집약적인 하버-보슈 공정을 대체하기 위해 저에너지 저비용으로 물과 질소를 원료로 하는 재생에너지 기반 전기화학적 암모니아 생산 기술이 주목받고 있다. 하지만, 여전히 전기화학적 질소 환원 (electrochemical nitrogen reduction, NRR)은 암모니아 합성의 율속 단계로 작용하여 NRR을 위한 고효율 및 저비용 촉매 개발이 필수적인 실정이다. 많은 연구에도 불구하고 강한 삼중결합을 갖는 에너지 집약적인 질소의 해리는 여전히 전기화학적 암모니아 생산 공정의 상용화를 위한 기술적 완성도를 낮추는 중요한 난제로 남아있는 상태이다.
본 발명의 목적은 수소를 대체할 에너지 저장원으로써의 암모니아 제조 및 공급을 위한 암모니아 생산 전지 및 암모니아 생산 방법을 제공하는 것이다. 본 발명은 종래 하버-보슈법을 탈피하여 물과 질소를 원료로 암모니아 합성이 가능한 암모니아 생산 전지 및 암모니아 생산 방법을 제공하는 것이다. 구체적으로, 산소 이온 전도성 전해질을 포함하는 전지를 통해 대기오염원인 NOx를 자원화 함과 동시에 암모니아를 생산하는 새로운 개념의 전기화학적 암모니아 합성기술을 제공하고자 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서,
본 발명의 다양한 실시예에 따른 암모니아 생산 전지는, 산소 이온 전도성을 갖는 전해질; 상기 전해질의 일측 표면에 배치되는 산소 생산 전극; 및 상기 전해질의 타측 표면에 배치되고, 산화질소 및 물의 전기화학적 분해가 일어나는 암모니아 생산 전극을 포함한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 암모니아 생산 전지에서, 상기 전해질은, 이트리아 안정화 지르코니아(Y2O3-stabilized ZrO2, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(Sc2O3-stabilized ZrO2, ScSZ), 가돌리아 도핑 세리아(Gd-doped CeO2, GDC), 사마리아 도핑 세리아(Sm-doped CeO2, SDC), 란타늄 도핑 세리아(La-doped CeO2, LDC), 및 LaGaO3계(Sr, Mg co-doped LaGaO3)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 암모니아 생산 전지에서, 상기 산소 생산 전극은, LSCF (Sr, Co co-doped LaFeO3), BSCF (Sr, Co co-doped BaFeO3), 및 STFC (Fe, Co co-doped SrTiO3)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 암모니아 생산 전지에서, 상기 암모니아 생산 전극은, 이트리아 안정화 지르코니아(Y2O3-stabilized ZrO2, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(Sc2O3-stabilized ZrO2, ScSZ), 가돌리아 도핑 세리아(Gd-doped CeO2, GDC), 사마리아 도핑 세리아(Sm-doped CeO2, SDC), 란타늄 도핑 세리아(La-doped CeO2, LDC) 및 LaGaO3계(Sr, Mg co-doped LaGaO3)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 구조 산화물; 및 STFC (Fe, Co co-doped SrTiO3), LSCM (Sr, Mn co-doped LaCrO3), SFM (Mo doped SrFeO3), LSTF (La, Fe co-doped SrTiO3), LSSM (Sr, Sc co-doped LaMnO3) 및 LCF (Ca doped LaFeO3)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 페롭스카이트 산화물을 포함하는 복합체일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 암모니아 생산 전지에서, 상기 암모니아 생산 전극은, 상기 구조 산화물 및 상기 페롭스카이트 산화물이 4:6 내지 6:4의 부피비로 혼합될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 암모니아 생산 전지에서, 상기 암모니아 생산 전극에 물(H2O) 및 산화질소 가스가 주입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 암모니아 생산 방법은 상기 암모니아 생상 전지를 이용하여 암모니아를 생산한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 암모니아 생산 방법은 산소 이온 전도성 전해질, 산소 생산 전극 및 암모니아 생산 전극을 포함하는 암모니아 생산 전지를 준비하는 단계; 상기 암모니아 생산 전지를 밀봉한 후 구동온도까지 승온하는 단계; 상기 암모니아 생산 전극에 H2O, 산화질소(NO) 가스 및 아르곤(Ar) 가스를 주입하는 단계; 및 상기 암모니아 생산 전지에 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 암모니아 생산 방법에서, 상기 구동온도는 500 ℃ 내지 700 ℃인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 암모니아 생산 방법에서, H2O 및 NO의 투입 비율은 1:1 내지 5:1인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 암모니아 생산 방법에서, 상기 전압은 1.2 V 내지 2.0 V인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 암모니아 생산 방법에서, 상기 주입하는 단계에서는, 아르곤 가스에 희석된 산화질소 가스의 혼합 가스를 수조(water bath)를 통과시켜 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 암모니아 생산 전지 및 암모니아 생산 방법은 NO 및 H2O를 이용하여 암모니아를 생산할 수 있다. 즉, 기존 전기화학적 암모니아 합성 기술의 한계를 극복할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 암모니아 생산 전지는 산소 이온만 선택적으로 이동이 가능한 전해질을 사용하기 때문에 N2보다 결합에너지(N=O 607 kJ·mol-1, N≡N 941 kJ·mol-1 at 298 K)가 낮은 NO를 암모니아 합성을 위한 nitrogen source로 사용할 수 있고, 암모니아 생산의 율속 단계(rate determining step)인 N2 삼중결합 크래킹의 회피가 가능하여 기존 암모니아 생산 기술의 한계를 극복할 수 있다. 또한 오존층의 감소, 산성비 및 광화학적 스모그를 생산하는 등 대기오염에 심각한 영향을 미치는 질소산화물 (NOx)을 활용할 수 있기 때문에 환경문제를 해결함과 동시에 경제적인 이익 창출이 가능하다. 즉, NO의 자원화가 가능하여 세계 각국의 수송, 화력 발전 등 다양한 산업공정에 적용 가능하다.
또한, 암모니아는 수소를 대체할 에너지 저장원으로써 연료전지, 가스터빈, 내연기관에 연료로 공급될 수 있다. 또한, 비료산업에도 암모니아가 사용될 수 있어 다양한 산업에 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 생산 전지의 일 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 생산 전지의 동작 모식도이다.
도 3의 왼쪽 사진은 암모니아가 포집된 0.001 M 황산용액의 pH를 나타내고, 오른쪽 사진은 인도페놀 분석 결과 사진이다.
도 4는 실험예 2에 따른 암모니아 생산량을 분석한 결과이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 생산 전지의 일 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 생산 전지의 동작 모식도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 생산 전지(100)는, 전해질(120), 산소 생산 전극(140) 및 암모니아 생산 전극(160)을 포함할 수 있다.
전해질(120)은 산소 이온(O2-) 전도성을 가질 수 있다. 전해질(120)에서는 산소 이온만 선택적으로 이동할 수 있다. 전해질(120)은 이트리아 안정화 지르코니아(Y2O3-stabilized ZrO2, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(Sc2O3-stabilized ZrO2, ScSZ), 가돌리아 도핑 세리아(Gd-doped CeO2, GDC), 사마리아 도핑 세리아(Sm-doped CeO2, SDC), 란타늄 도핑 세리아(La-doped CeO2, LDC), 및 LaGaO3계(Sr, Mg co-doped LaGaO3)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
전해질(120)은 테이프 캐스팅(tape casting) 공법으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 전해질 형성을 위해 테이프 캐스팅 공법을 이용하여 그린 시트(green sheet)를 제조한 후, 1300 내지 1600 ℃의 고온 소결을 통해 20 내지 300 ㎛의 두께를 갖는 전해질(120)을 제조할 수 있다.
전해질(120)의 일측 표면에는 산소 생산 전극(Anode)(140)이 배치될 수 있다. 산소 생산 전극(140)에서는 전해질(120)을 통해 전달된 산소 이온으로부터 산소가 생산될 수 있다. 산소 생산 전극(140)에서는 하기 반응이 일어날 수 있다.
5O2 -→5/2O2+10e-
산소 생산 전극(140)은 혼합 전도성을 갖는 소재로써 단일상의 페롭스카이트 구조 산화물이 적용될 수 있다. 예를 들면, 산소 생산 전극(140)은 LSCF (Sr, Co co-doped LaFeO3), BSCF (Sr, Co co-doped BaFeO3), 및 STFC (Fe, Co co-doped SrTiO3)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
전해질(120)의 타측 표면에는 암모니아 생산 전극(Cathode)(160)이 배치될 수 있다. 암모니아 생산 전극(160)에는 물(H2O) 및 산화질소 가스가 제공될 수 있다. 이러한 물 및 산화질소가 전기화학적으로 분해되고, 환원된 가스의 반응을 통해 암모니아가 생산될 수 있다. 암모니아 생산 전극(160)에서는 다음과 같은 반응이 일어날 수 있다.
NO → Nads + O*
H2O → H2ads + O*
3H2O+2NO+10e-→2NH3+5O2 -
암모니아 생산 전극(160)은 구조 산화물 및 페롭스카이트 산화물을 포함하는 복합체일 수 있다. 구조 산화물은 이트리아 안정화 지르코니아(Y2O3-stabilized ZrO2, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(Sc2O3-stabilized ZrO2, ScSZ), 가돌리아 도핑 세리아(Gd-doped CeO2, GDC), 사마리아 도핑 세리아(Sm-doped CeO2, SDC), 란타늄 도핑 세리아(La-doped CeO2, LDC) 및 LaGaO3계(Sr, Mg co-doped LaGaO3)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 즉, 구조 산화물은 전해질(120)과 동일 또는 유사한 물질일 수 있다.
페롭스카이트 산화물은 STFC (Fe, Co co-doped SrTiO3), LSCM (Sr, Mn co-doped LaCrO3), SFM (Mo doped SrFeO3), LSTF (La, Fe co-doped SrTiO3), LSSM (Sr, Sc co-doped LaMnO3) 및 LCF (Ca doped LaFeO3)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
구조 산화물 및 페롭스카이트 산화물이 4:6 내지 6:4의 부피비로 혼합될 수 있다. 이러한 부피비를 통해 NO 및 H2O의 전기화학적 분해를 촉진할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 암모니아 생산 전지는 산소 이온만 선택적으로 이동이 가능한 전해질을 사용하기 때문에 N2보다 결합에너지(bonding energy)가 낮은 NO를 암모니아 합성을 위한 nitrogen source로 사용할 수 있고, 암모니아 생산의 율속 단계(rate determining step)인 N2 삼중결합 크래킹의 회피가 가능하여 기존 암모니아 생산 기술의 한계를 극복할 수 있다. 또한 오존층의 감소, 산성비 및 광화학적 스모그를 생산하는 등 대기오염에 심각한 영향을 미치는 질소산화물 (NOx)을 활용할 수 있기 때문에 환경문제를 해결함과 동시에 경제적인 이익 창출이 가능하다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 암모니아 생산 방법을 설명한다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 암모니아 생산 방법은 상술한 암모니아 생산 전지(100)를 사용할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 암모니아 생산 방법은 상술한 암모니아 생산 전지(100)를 사용함으로써, N2에 비해 낮은 결합에너지를 갖는 NO가스를 암모니아 합성 원료로 사용할 수 있다.
구체적으로, 암모니아 생산 방법은, 암모니아 생산 전지를 준비하는 단계, 구동온도까지 승온하는 단계, 주입하는 단계 및 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 암모니아 생산 전지를 준비하는 단계에서는, 앞서 설명한 산소 이온 전도성 전해질(120), 산소 생산 전극(140) 및 암모니아 생산 전극(160)을 포함하는 암모니아 생산 전지(100)를 준비할 수 있다.
다음으로, 구동온도까지 승온하는 단계에서는 암모니아 생산 전지(100)를 알루미나 튜브 위에 올린 후 유리 밀봉재를 이용하여 가스 누출을 차단하기 위해 밀봉할 수 있다. 다음으로, 고온 전기로에 반응기를 결속한 뒤 구동온도까지 3 ℃/min의 속도로 천천히 승온할 수 있다. 이때, 구동온도는 500 ℃ 내지 700 ℃일 수 있다. 이러한 구동온도 범위를 통해 암모니아 합성을 최적화할 수 있다.
다음으로, 주입하는 단계에서는, 암모니아 생산 전극에 H2O, 산화질소(NO) 가스 및 아르곤(Ar) 가스를 주입할 수 있다. 아르곤 가스에 희석된 산화질소 가스의 혼합 가스를 수조(water bath)를 통과시켜 공급할 수 있다. 따라서, 혼합 가스의 수증기압을 제어할 수 있다. 이때, NO 및 Ar 가스의 양은 MFC(Mass flow controller)를 이용하여 제어할 수 있다. 또한, H2O의 양은 항온수조의 온도변화를 통해 제어할 수 있다. 한편, H2O 및 NO의 투입 비율은 1:1 내지 5:1일 수 있다. 이러한 특정 투입 비율을 통해 암모니아 생산량을 최적화할 수 있다.
다음으로, 전압을 인가하는 단계에서는 암모니아 생산 전지에 전압을 인가하여 NO 및 H2O의 전기화학적 분해를 발생시킬 수 있다. 또한, 환원된 가스의 반응을 통해 암모니아가 생산될 수 있다. 이때, 전압은 1.2 V 내지 2.0 V로 인가될 수 있다. 이러한 특정 전압 범위를 통해 암모니아 생산량을 최적화할 수 있다.
이하, 본 발명은 실시예에 의해서 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의해서 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 암모니아 생산 전지 제조
전해질 소재로써, La0 . 9Sr0 . 1Ga0 . 8Mg0 . 2O3 -δ(LSGM)을 테이프 캐스팅 공법을 이용하여 그린 시트(green sheet)로 제조한 뒤 1300 내지 1600 ℃의 고온 소결을 통해 200 ㎛의 두께로 제조하였다.
다음으로, 암모니아 생산 전극(cathode, NH3 evolution electrode)의 제조를 위해 우수한 산소 교환 반응을 보이는 SrTi0 . 3Fe0 . 55Co0 . 15O3 -δ (STFC)와 높은 화학적 안정성을 갖는 Ce0 . 9Gd0 . 1O2 -δ (GDC)를 50:50 부피비로 혼합한 복합 소재를 페이스트로 준비하였다. 또한, 산소 생산 전극(anode, O2 evolution electrode)의 제조를 위해 단일상 페롭스카이트 구조 산화물인 LSCF (Sr, Co co-doped LaFeO3)을 포함하는 페이스트를 준비하였다.
전해질 양쪽 표면에 각 전극의 페이스트를 스크린 프린팅 법을 통해 형성한 뒤, 900 내지 1100 ℃ 온도 범위에서의 열처리하여 접합하였다.
< 실시예 2> 암모니아 생산 전지를 이용한 암모니아 생산
상기 실시예 1에서 준비한 암모니아 생산 전지를 알루미나 튜브 위에 올린 뒤 유리 밀봉재를 통해 가스 누출을 차단하는 밀봉 과정을 진행하였다. 실험용 고온 전기로에 반응기를 결속한 뒤 구동온도까지 (550 ℃ 내지 700 ℃) 온도를 3 ℃/min의 속도로 천천히 승온시켰다. 암모니아 합성반응이 발생하는 cathode 전극에 H2O, NO 그리고 Ar가스를 주입시켰다. NO와 Ar가스의 양은 mass flow controller (MFC)를 통해 제어하고, H2O의 양은 항온수조의 온도변화를 통해 제어하였다. 암모니아 생산을 위해 전지에 전압을 인가하여 NO와 H2O의 전기화학적 분해 (NO → Nads + O*, H2O → H2ads + O*)를 발생시키고 환원된 가스의 반응을 통해 생산된 암모니아는 0.001M H2SO4 수용액에 포집하였다.
< 실험예 1> 포집된 암모니아 확인
포집된 암모니아는 인도페놀블루 법을 사용하여 정량하였다. 이는 암모니아와 반응하여 파랑색을 나타내는 인도페놀의 흡광도를 측정하여 암모니아를 정량하는 방법으로 암모니아의 농도가 높을수록 진한 파랑색을 나타낸다. 그 결과, 도 3의 오른쪽 사진을 참고하면, 파랑색 용액을 확인하였고 상기 실시예 2에 의해 암모니아가 생산됨을 확인하였다.
< 실험예 2> 암모니아 생산량의 최적 조건 확인
전기화학적 암모니아 생산량에 영향을 미치는 변수 제어를 통한 실험을 진행하였다. 구동온도를 550 ℃, 575 ℃, 600 ℃, 625 ℃, 650 ℃ 및 675 ℃로 달리하고, 구동전압을 1.3 V, 1.4 V, 1.5 V, 1.6 V 및 1.7 V로 달리하여 암모니아 생산량을 확인하였다. 이때, 유량은 300mL/min 및 H2O/NO의 비율은 1로 고정하였다. 구체적으로, NO 유량 5 mL/min, H2O 유량 5 mL/min, Ar 유량 290 mL/min으로 실험을 진행하였다.
그 결과, 도 4의 녹색 막대그래프를 참고하면, 구동온도 550 ℃, 575 ℃, 600 ℃ 및 625 ℃에서는 구동전압이 커질수록 암모니아 생산량이 증가하였다. 구동온도 650 ℃ 및 675 ℃에서는 일정 구동전압을 넘어서면 암모니아 생산량이 감소하였다. 한편, 650 ℃의 구동온도에서 구동전압이 1.5 V일 때, 암모니아 생산량이 5.23×10- 7 mol/cm2 ·sec (Faraday efficiency 34.8%)로 나타나 최적 생산량을 보였다.이는 기존 N2/H2O 기반 전기화학적 암모니아 생산량 대비 100배 이상 높은 수치이다.
한편, 유량을 100 mL/min, 300 mL/min, 및 500 mL/min로 달리하고, H2O/NO의 비율을 1, 2 및 3으로 변경하여 암모니아 생산량을 확인하였다. 이때, 구동온도는 650 ℃ 및 구동전압은 1.5 V로 고정하였다.
그 결과, 도 4의 주황색 막대그래프를 참고하면, 유량이 300 mL/min이고, H2O/NO의 비율이 1일 때 5.23×10-7 mol/cm2·sec의 최대 암모니아 생산량을 보였다.
이와 같이, NO 가스와 산소 이온 전도성 전해질이 적용된 전지를 이용한상기 실험을 통해 기존 N2 기반 전기화학적 암모니아 합성의 낮은 수율을 극복할 수 있는 대안을 검증하였다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 산소 이온 전도성을 갖는 전해질;
    상기 전해질의 일측 표면에 배치되는 산소 생산 전극; 및
    상기 전해질의 타측 표면에 배치되고, 산화질소 및 물의 전기화학적 분해가 일어나는 암모니아 생산 전극을 포함하고,
    상기 암모니아 생산 전극은,
    이트리아 안정화 지르코니아(Y2O3-stabilized ZrO2, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(Sc2O3-stabilized ZrO2, ScSZ), 가돌리아 도핑 세리아(Gd-doped CeO2, GDC), 사마리아 도핑 세리아(Sm-doped CeO2, SDC), 란타늄 도핑 세리아(La-doped CeO2, LDC), Sr 및 Mg 도핑 LaGaO3 (Sr, Mg co-doped LaGaO3)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 구조 산화물; 및
    STFC (Fe, Co co-doped SrTiO3), LSCM (Sr, Mn co-doped LaCrO3), SFM (Mo doped SrFeO3), LSTF (La, Fe co-doped SrTiO3), LSSM (Sr, Sc co-doped LaMnO3) 및 LCF (Ca doped LaFeO3)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 페롭스카이트 산화물을 포함하는 복합체인 것을 특징으로 하는 암모니아 생산 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전해질은,
    이트리아 안정화 지르코니아(Y2O3-stabilized ZrO2, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(Sc2O3-stabilized ZrO2, ScSZ), 가돌리아 도핑 세리아(Gd-doped CeO2, GDC), 사마리아 도핑 세리아(Sm-doped CeO2, SDC), 란타늄 도핑 세리아(La-doped CeO2, LDC), 및 Sr 및 Mg 도핑 LaGaO3(Sr, Mg co-doped LaGaO3)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 암모니아 생산 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산소 생산 전극은,
    LSCF (Sr, Co co-doped LaFeO3), BSCF (Sr, Co co-doped BaFeO3), 및 STFC (Fe, Co co-doped SrTiO3)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 암모니아 생산 전지.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 암모니아 생산 전극은,
    상기 구조 산화물 및 상기 페롭스카이트 산화물이 4:6 내지 6:4의 부피비로 혼합된 것을 특징으로 하는 암모니아 생산 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 암모니아 생산 전극에 물(H2O) 및 산화질소 가스가 주입되는 것을 특징으로 하는 암모니아 생산 전지.
  7. 산소 이온 전도성 전해질, 산소 생산 전극 및 암모니아 생산 전극을 포함하는 암모니아 생산 전지를 준비하는 단계;
    상기 암모니아 생산 전지를 밀봉한 후 구동온도까지 승온하는 단계;
    상기 암모니아 생산 전극에 H2O, 산화질소(NO) 가스 및 아르곤(Ar) 가스를 주입하는 단계; 및
    상기 암모니아 생산 전지에 전압을 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 암모니아 생산 전극은,
    이트리아 안정화 지르코니아(Y2O3-stabilized ZrO2, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(Sc2O3-stabilized ZrO2, ScSZ), 가돌리아 도핑 세리아(Gd-doped CeO2, GDC), 사마리아 도핑 세리아(Sm-doped CeO2, SDC), 란타늄 도핑 세리아(La-doped CeO2, LDC), Sr 및 Mg 도핑 LaGaO3 (Sr, Mg co-doped LaGaO3)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 구조 산화물; 및
    STFC (Fe, Co co-doped SrTiO3), LSCM (Sr, Mn co-doped LaCrO3), SFM (Mo doped SrFeO3), LSTF (La, Fe co-doped SrTiO3), LSSM (Sr, Sc co-doped LaMnO3) 및 LCF (Ca doped LaFeO3)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 페롭스카이트 산화물을 포함하는 복합체인 것을 특징으로 하는 암모니아 생산 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구동온도는 500 ℃ 내지 700 ℃인 것을 특징으로 하는 암모니아 생산 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 H2O 및 NO의 투입 비율은 1:1 내지 5:1인 것을 특징으로 하는 암모니아 생산 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 전압은 1.2 V 내지 2.0 V인 것을 특징으로 하는 암모니아 생산 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 주입하는 단계에서는, 아르곤 가스에 희석된 산화질소 가스의 혼합 가스를 수조(water bath)를 통과시켜 공급하는 것을 특징으로 하는 암모니아 생산 방법.
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