KR102641564B1 - 전기 분해 공정을 위한 전극 - Google Patents

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Abstract

전극(1)은 금속 코일(5)을 포함하되, 금속 코일(5)은 구리, 은, 금, 니켈 및 알루미늄으로부터 선택된 금속을 포함하고, 금속 코일(5)의 턴은 갭에 의해 분리된다.

Description

전기 분해 공정을 위한 전극
본 개시내용은 전극, 특히, 전기 분해 공정을 위한 전극에 관한 것이다.
물의 전기 분해는 물 분자가 분해되어, 수소 기체 및 산소 기체를 형성하는 공정이다. 이 공정은 전류가 물에 침수된 2개의 전극 간에 흐르는 결과로 발생한다.
전해액이 보통 전기 분해 전에 물에 추가되어 물의 전기 전도도를 증가시킨다. 이것은 더 우수한 전하 운반 특성에 기인하여 더 효율적인 전기 분해 공정을 보장한다. 그러나 전해액을 추가하는 것은 원하지 않은 부산물이 전기 분해 공정 동안 생성되는 것을 발생시킬 수도 있다.
정화된 물이 전기 분해의 목적을 위해 사용될 수도 있어서, 본질적으로 원하지 않은 부산물의 생성을 제거한다. 그러나, 정화된 물의 고유 성질, 예컨대, 낮은 전기 전도도에 기인하여, 정화된 물에서 효율적인 전기 분해 공정을 개시시키는 것은 더 어려울 수도 있다.
위의 내용을 고려하면, 본 개시내용의 일반적인 목적은 종래 기술의 문제를 해결하거나 또는 적어도 감소시키는 것이다.
따라서 본 개시내용의 제1 양상에 따르면, 금속 와이어 및 금속 코일을 포함하는 전극이 제공되고, 금속 와이어의 적어도 일부가 금속 코일 내부에 배열되고 그리고 금속 와이어와 금속 코일이 전기적으로 접촉한다.
따라서 금속 와이어와 금속 코일은 단일의 전극의 일부를 형성한다.
금속 코일 및 금속 코일의 길이 방향 연장부를 따라 금속 코일 내부에서 연장되는 금속 와이어를 구비한 본 전극 설계는 전해 편극을 감소시키고, 대류 현상을 증가시키고, 그리고 전류 밀도 및 로렌츠 힘을 증가시키는, 자기 유체 역학적 효과를 생성한다. 이에 의해 전기 분해 공정은 더 효율적이게 될 수 있다.
금속 코일 및 금속 와이어를 위해 사용되는 금속의 저항률은 바람직하게 낮다. 이에 의해, 비교적 강한 자기 효과가 획득되고 그리고 과열이 방지된다. 전류의 일부가 전기 분해 대신 열을 생성한다면, 공정의 전체 효율이 감소된다. 게다가, 열은 전기 분해에 의해 생성되는 수소 기체 및 산소 기체를 오염시키는, 증기를 생성할 수도 있다. 저-저항률 금속의 예는 은, 금, 알루미늄, 구리 및 니켈이다. 은 다음으로, 구리가 가장 낮은 저항률의 금속이다. 따라서 구리는 구리가 은 및 금보다 덜 비싸기 때문에 가장 선호되는 금속이다. 알루미늄은 알칼리성 용액에서 불안정하고 따라서 본 개시내용의 전극에서 구리보다 덜 적합하다.
따라서, 금속 와이어 및 금속 코일은 구리, 은, 금 및 알루미늄으로부터 선택된 금속을 포함할 수도 있다. 바람직한 실시형태에 따르면, 금속 와이어가 구리를 포함하고 그리고 금속 코일이 구리를 포함한다.
하나의 실시형태에 따르면, 금속 코일의 턴(turn)은 갭에 의해 분리된다. 여기서, 나선형인 금속 코일은 연속적인 턴 사이에 갭 또는 거리가 있는 이러한 피치를 갖는다. 이것은 액체가 금속 코일의 코어 영역으로, 즉, 금속 코일의 턴에 의해 형성된 중심 채널로 흐르게 한다.
하나의 실시형태에 따르면, 전극은 금속 와이어와 금속 코일이 연결되는 전기적으로 전도성 프레임을 더 포함한다.
금속 와이어와 금속 코일은 전기적으로 전도성 프레임에 전기적으로 연결된다. 금속 와이어와 금속 코일은 특히 전기적으로 전도성 프레임에 갈바닉 방식으로 연결될 수도 있다.
하나의 실시형태에 따르면, 전기적으로 전도성 프레임은 절연 재료로 덮일 수도 있고, 예를 들어, 코팅될 수도 있다. 이에 의해, 스택 내 인접한 전극은 서로로부터 절연될 수도 있다. 절연 재료는 전기적으로 전도성 프레임을 포함하는 전해조 스택(electrolyser stack)을 통한 물 흐름을 용이하게 하도록 소수성일 수도 있다. 적합한 소수성 절연 재료의 예는 테플론(Teflon)(등록상표), 예를 들어, 테플론(등록상표) PFA이다.
하나의 실시형태에 따르면, 전기적으로 전도성 프레임은 금속 프레임이다.
하나의 실시형태에 따르면, 전기적으로 전도성 프레임은 구리를 포함한다.
하나의 실시형태에 따르면, 금속 와이어와 금속 코일은 서브유닛(subunit)을 형성하고 그리고 전극은 적어도 2개의 이러한 서브유닛, 예컨대, 적어도 3개의 이러한 서브유닛, 예컨대, 적어도 4개의 이러한 서브유닛을 포함한다. 따라서 전극은 복수의 서브유닛을 포함할 수도 있다.
전기적으로 전도성 프레임을 포함하는 하나의 실시형태에 따르면, 서브유닛은 전기적으로 전도성 프레임에 연결된다. 따라서 전극의 모든 서브유닛은 전기적으로 전도성 프레임에 전기적으로 연결될 수 있다.
하나의 실시형태에 따르면, 서브유닛은 길이 방향으로 동일한 평면에서 연장된다.
하나의 실시형태에 따르면, 서브유닛은 평행하다.
하나의 실시형태에 따르면, 금속 와이어와 금속 코일은 니켈을 포함하는 나노 다공성 구조체로 덮인다. 금속 와이어과 금속 코일의 구성에 의해 생성된 이전에 언급된 자기 유체 역학적 효과는 기포가 나노 다공성 구조체에서 나가는 것을 돕는다.
나노 다공성 구조체는 전류 밀도를 증가시키고, 따라서 전기 분해를 더 효율적이게 한다.
하나의 실시형태에 따르면, 금속 와이어와 금속 코일은 갈바닉 방식으로 연결된다. 따라서 금속 와이어와 금속 코일은 서로 기계적으로 연결된다. 따라서, 전극이 전력원에 연결될 때, 금속 와이어와 금속 코일은 동일한 전위를 가질 것이다.
하나의 실시형태에 따르면, 금속 코일은 금속 코일의 중심축을 따라 중심 채널을 가진 세장형 코일 본체를 형성하는 복수의 턴을 갖고, 금속 와이어는 중심 채널 내부에서 길이 방향으로 연장된다.
금속 와이어는 예를 들어, 금속 코일의 하나의 단부로부터 금속 코일의 다른 하나의 단부로 중심 채널 내부에서 곧게 또는 본질적으로 곧게 연장될 수도 있다. 따라서 금속 와이어는 금속 코일의 중심축과 평행하게 또는 본질적으로 평행하게 연장될 수도 있다.
하나의 실시형태에 따르면, 금속 와이어는 전체 코일을 통해 연장된다. 따라서 금속 와이어는 금속 코일의 하나의 단부로부터 금속 코일의 다른 하나의 단부로 금속 코일의 중심축을 따라 연장될 수도 있다.
대안적이고 덜 선호되지만, 여전히 작동되는, 제1 양상의 위에서 언급된 실시형태의 구성에서, 어떤 금속 와이어도 금속 코일의 내부에 배열되지 않는다.
본 개시내용의 제2 양상에 따르면, 제1 양상에 따른 2개의 전극을 포함하는 전해 전지 및 2개의 전극을 분리하도록 구성된 막이 제공된다. 이러한 분리는 하나 이상의 개스킷을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 막은 2개의 개스킷 사이에 고정될 수도 있고, 개스킷은 결국 각각의 전극과 접촉한다. 대안적으로, 막은 전극의 프레임과 접촉하도록 배열된 개스킷과 통합될 수도 있다.
막의 공극 크기는 예를 들어, 0.15 ± 0.05㎛일 수도 있다. 적합한 막 재료의 예는 지르폰 펄(Zirfon Perl) 500 UTP이다.
본 개시내용의 제3 양상에 따르면, 제2 양상에 따른 적어도 2개의 전해 전지를 포함하는 전해조 스택이 제공된다.
전해조 스택은 특히 적층 방식으로 정렬된 배열된 복수의 전해 전지를 포함할 수도 있다. 따라서 유체 챔버는 전기적으로 전도성 프레임에 의해 형성된다. 금속 코일과 금속 프레임의 쌍은 이들의 각각의 전기적으로 전도성 프레임의 마주보는 측면 사이에서 연장된다. 따라서 유체 챔버는 유체 챔버에 걸치는, 금속 코일과 금속 프레임의 복수의 쌍을 포함한다.
전해조 스택은 유체, 예컨대, 물이 유체 챔버에 진입하게 하도록 유체 유입부를 포함할 수도 있다. 이에 의해 유체가 유체 챔버의 내부의 전극과 접촉할 수 있어서 전기 분해 공정이 개시될 수 있다. 게다가 전해조 스택은 제1 기체 유출부 및 제2 기체 유출부를 포함할 수도 있다. 제1 기체 유출부 및 제2 기체 유출부는 전기 분해 공정으로부터 획득된, 각각의 기체를 유체 챔버로부터 배출/방출하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 물의 전기 분해에서 수소 기체가 음극에서 그리고 산소가 양극에서 생성된다. 여기서, 제1 기체 유출부는 수소 기체 유출부로서 작동하도록 구성될 수도 있고 그리고 제2 기체 유출부는 산소 기체 유출부로서 작동하도록 구성될 수도 있다.
일반적으로 청구범위에서 사용되는 모든 용어는 본 명세서에서 달리 분명히 규정되지 않는 한, 기술 분야에서 용어의 보통의 의미에 따라 해석된다. "단수형의 소자, 장치, 컴포넌트, 수단, 단계 등"의 모든 참조는 달리 분명히 언급되지 않는 한, 소자, 장치, 컴포넌트, 수단, 단계 등의 적어도 하나의 예를 나타내는 것으로 개방적으로 해석된다. 본 명세서에 개시된 임의의 방법의 단계는 분명히 언급되지 않는 한, 개시된 정확한 순서로 수행되어야 하는 것은 아니다.
본 발명의 개념의 예는 첨부 도면을 참조하여, 실시예로서, 이제 설명될 것이다:
도 1은 전극의 예의 사시도를 개략적으로 도시한 도면;
도 2는 전해 전지의 예의 사시도를 개략적으로 도시한 도면;
도 3은 도 2에 도시된 전해 전지를 통한 부분을 개략적으로 도시한 도면;
도 4는 도 2에 도시된 복수의 전해 전지를 포함하는 전해조 스택의 예를 개략적으로 도시한 도면; 및
도 5는 전해조 스택의 분해도.
본 발명은 이제 본 발명의 특정한 실시형태가 도시되는, 첨부 도면을 참조하여 아래에 더 완전히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 형태로 구현될 수도 있고 그리고 본 명세서에 제시된 실시형태로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 하고; 오히려, 이 실시형태는 실시예로서 제공되어 본 개시내용이 철저하고 완전할 것이고, 그리고 본 발명의 범위를 당업자에게 완전히 전달할 것이다. 유사한 번호는 설명 전반에 걸쳐 유사한 소자를 나타낸다.
도 1은 전극(1)의 예를 도시한다. 전극(1)은 전기 분해 공정을 위해, 예를 들어, 물의 전기 분해를 위해 사용될 수도 있다. 전극(1)은 전기적으로 전도성 프레임(3)을 포함한다. 전기적으로 전도성 프레임(3)은 예를 들어, 구리를 포함할 수도 있다.
본 실시예에서, 전기적으로 전도성 프레임(3)은 2개의 프레임 부재(3a 및 3b)를 포함한다. 2개의 프레임 부재(3a 및 3b)은 서로 정렬되고 그리고 함께 장착되어 전기적으로 전도성 프레임(3)을 형성하도록 구성된다. 전기적으로 전도성 프레임(3)이 대안적으로 단일의 프레임 부재로 이루어질 수 있다는 것에 유의한다.
전극(1)은 전력 공급원의 단자에 연결되도록 구성된다. 예시된 전극(1)은 전력 공급원에 연결되도록 구성된 연결부(3c)를 포함한다. 특히, 전기적으로 전도성 프레임(3)은 연결부(3c)를 포함한다. 연결부(3c)는 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 전기적으로 전도성 프레임(3)의 주 본체로부터 연장된 돌출부 또는 설부(tongue)일 수도 있다.
전극(1)은 금속 코일(5) 및 금속 와이어(7)를 더 포함한다. 금속 코일(5)은 예를 들어, 구리를 포함할 수도 있다. 금속 와이어(7)는 예를 들어, 구리를 포함할 수도 있다. 금속 와이어(7)는 금속 코일(5)의 내부에서 연장된다. 금속 코일(5)은 세장형 코일 본체를 형성하는 복수의 턴을 갖는다. 금속 코일(5)은 전기적으로 전도성 프레임(3)의 2개의 마주보는 측면 사이에서 연장된다. 금속 와이어(7)는 세장형 코일 본체의 내부에서, 특히, 코일의 턴에 의해 형성된 중심 채널에서, 금속 코일(5)의 축방향으로 연장된다. 금속 와이어(7)와 금속 코일(5)은 동일한 금속으로 이루어질 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 금속 와이어(7)는 곧은 또는 본질적으로 곧은 길이 방향 연장부를 갖는다. 금속 와이어(7)는 전기적으로 전도성 프레임(3)의 하나의 측면으로부터 전기적으로 전도성 프레임(3)의 반대편의 측면으로 연장된다.
금속 코일(5) 및 금속 와이어(7)는 니켈을 포함하는 나노 다공성 구조체로 덮일 수도 있다.
예시된 전극(1)은 금속 코일(5)과 금속 와이어(7)의 복수의 쌍을 포함한다. 금속 코일(5)과 금속 와이어(7)의 각각의 쌍은 다음에서 서브유닛(9)으로서 지칭될 것이다. 이 서브유닛(9)은 하나 뒤에 다른 하나가 있게 전기적으로 전도성 프레임(3)의 내부에 배열된다. 서브유닛(9)은 공통면에서 길이 방향 연장부를 갖는다. 서브유닛(9)은 평행하게 배열된다. 따라서 금속 코일(5)과 금속 와이어(7)의 쌍이 서로 평행하게 배열되어, 전기적으로 전도성 프레임(3)의 마주보는 측면 사이에서 연장된다. 서브유닛(9)은 본질적으로 프레임의 측면부 사이의 공간을 충전할 수도 있다. 따라서 각각의 서브유닛(9)이 전기적으로 전도성 프레임(3)의 제1 측면으로부터 전기적으로 전도성 프레임(3)의 반대편의 제2 측면으로 길이 방향으로 연장될 수도 있고, 그리고 복수의 서브유닛(9)이 하나 뒤에 다른 하나가 있게 평행하게 배열될 수도 있어서, 서브유닛이 전기적으로 전도성 프레임(3)의 제3 측면으로부터 제3 측면의 반대편에 있는, 전기적으로 전도성 프레임(3)의 제4 측면으로의 공간을 차지한다.
본 실시예에서, 서브유닛(9)은 2개의 프레임 부재(3a 및 3b) 사이의 전기적으로 전도성 프레임(3)에 고정된다. 특히, 금속 코일(5)과 금속 와이어(7)의 각각의 쌍은 2개의 프레임 부재(3a 및 3b) 사이에 클램핑될 수도 있다. 전기적으로 전도성 프레임에 대한 서브유닛의 부착을 위한 다른 수단이 또한 구상된다. 금속 코일 및 금속 와이어는 예를 들어, 나사 또는 다른 고정 수단에 의해 전기적으로 전도성 프레임에 부착될 수 있다.
전기적으로 전도성 프레임(3)은 서브유닛(9)의, 즉, 금속 코일(5)과 금속 와이어(7)의, 길이 방향 연장에 대해 수직인 방향으로 전기적으로 전도성 프레임(3)을 통해 연장되는, 제1 관통-개구(11a 및 11b) 및 적어도 하나의 제2 관통-개구, 본 실시예에서 2개의 제2 관통-개구(13a 및 13b)를 포함한다. 제1 관통-개구(11a 및 11b)는 서브유닛(9)의 하나의 단부에서 서브유닛(9)과 유체 연통(fluid communication)한다. 제2 관통-개구(13a 및 13b)는 서브유닛(9)의 맞은편의 단부에서 서브유닛(9)과 유체 연통한다. 제1 관통-개구(11a 및 11b)는 예를 들어, 기체 유출부, 예컨대, 제1 기체 유출부(11a) 및 제2 기체 유출부(11b)일 수도 있다. 제2 관통-개구(들)(13a 및 13b)는 예를 들어, 액체가 서브유닛(9)을 침수시키게 하는 액체 유입부일 수도 있다. 전위가 제공되는 서브유닛(9)과의 액체 접촉에 기인하여 전기 분해 공정에서 서브유닛(9)의 부근에 생성된 기체는 다음에 더 상세히 설명될 바와 같이, 관통-개구(11a 및 11b)를 통해 전기적으로 전도성 프레임(3)을 나갈 수도 있다.
위에서 설명된 실시예에 대한 대안으로서, 전극은 금속 와이어 없이 제공될 수 있다.
도 2는 전해 전지(15)의 예를 도시한다. 예시된 전해 전지(15)는 적층 방식으로 배열된 2개의 전극(1)을 포함한다. 전극(1) 중 제1 전극의 제1 관통-개구(11a 및 11b)는 전해 전지(15)의 전극(1) 중 제2 전극의 대응하는 제1 관통-개구와 정렬된다.
제1 전극(1)의 제2 관통-개구(13a 및 13b)는 전해 전지(15)의 제2 전극(1)의 대응하는 제2 관통-개구와 정렬된다. 따라서 액체는 전기적으로 전도성 프레임(3)을 통해 서브유닛(9)으로 흐를 수 있다. 게다가, 기체는 서브유닛(9)으로부터 그리고 적층된 전기적으로 전도성 프레임(3)을 통해 제1 관통-개구(11a 및 11b)를 통하여 흐를 수 있다. 이 구성은 도 2에 도시된 전해 전지(15)의 상단부의 부분인, 도 3의 2개의 전극(1)의 제1 관통-개구(11a)에 대해 예시된다.
전해 전지(15)는 막(미도시), 예컨대, 분리기 막을 포함할 수도 있다. 막은 2개의 전극(1) 사이에 배열된다. 특히, 막은 2개의 전극(1) 사이에 개재될 수도 있다.
전해 전지(15)는 2개의 인접한 전극(1) 사이에 개재된 적어도 하나의 개스킷(17)을 포함할 수도 있다. 탄성중합체, 예컨대, 폴리머 탄성중합체가 보통 적어도 하나의 개스킷(17)을 위해 사용된다. 개스킷 재료는 전기적으로 절연성일 수도 있다. 이러한 경우에, 개스킷(17)은 2개의 인접한 전극(1)을 서로로부터 전기적으로 절연시키도록 구성된다.
따라서 막과 하나 이상의 개스킷(들)(17)은 전해 전지(15)의 2개의 인접한 전극을 함께 분리시킬 수도 있다. 막과 하나 이상의 개스킷(들)(17)은 또한 2개의 인접한 전해 전지(15)를 함께 분리시킬 수도 있다.
전해 전지(15)는 또한 2개의 전극(1) 사이의 유체 밀봉 연결을 보장하도록 하나 이상의 제1 밀봉 부재(19a), 예컨대, O자 링을 포함할 수도 있다. 전해 전지(15)는 또한 각각의 전극(1)의 프레임 부재(3a 및 3b) 사이에 유체-밀봉 연결을 제공하도록 구성된 제2 밀봉 부재(19b)를 포함할 수도 있다. 제2 밀봉 부재(19b)는 예를 들어, O자 링일 수도 있다.
각각의 전극(1)의 제1 관통-개구(11a 및 11b)가 대응하는 서브유닛(9)의 하나의 단부와 유체 연통한다는 것이 이전에 언급되었다. 도 3의 실시예에서, 이 유체 연통의 예가 제공된다. 특히, 전기적으로 전도성 프레임(3)은 제1 관통-개구(11a 및 11b) 중 단 하나의 관통-개구로부터 서브유닛(9)으로 연장되는 유체 채널(11c)을 포함한다. 특히, 전극(1) 중 단 하나의 전극은 제1 관통-개구(11a)에 연결된 유체-채널(11c)을 갖고 그리고 전극(1) 중 단 하나의 전극은 제1 관통-개구(11b)에 연결된 유체 채널을 갖는다. 이것은 아래에 설명될 바와 같이, 2개의 기체 흐름이 서로로부터 분리될 수 있다는 것을 보장한다.
전기적으로 전도성 프레임(3)은 또한 제2 관통-개구(13a 및 13b)를 서브유닛(9)의 다른 단부와 연결시키기 위한 유체 채널(미도시)을 포함할 수도 있다.
도 4는 전해조 스택(21)을 도시한다. 전해조 스택(21)은 적층 방식으로 하나 뒤에 다른 하나가 있게 배열된 복수의 전극(1)을 포함한다. 특히, 전해조 스택(21)은 복수의 전해 전지(15)를 포함한다. 인접한 전극(1)의 각각의 쌍 사이에, 적어도 하나의 개스킷(17) 및 막이 제공된다.
예시된 전해조 스택(21)은 전해조 스택(21)의 맞은편의 단부에서, 제1 최외측 전극(1)에 장착되도록 구성된 제1 단부판(23) 및 제2 최외측 전극(1)에 장착되도록 구성된 제2 단부판(미도시)을 포함한다.
전해조 스택(21)의 작동은 전해조 스택(21)의 분해도를 도시하는, 도 5를 참조하여 이제 설명될 것이다. 분해도에서, 일부 부가적인 컴포넌트가 또한 도시된다. 여기서, 예를 들어, 제2 단부판(25)이 도시된다. 전극(1)이 하나 뒤에 다른 하나가 있게 배열되어, 전해 전지(15)를 인접한 쌍으로 형성한다. 각각의 전해 전지(15)는 제1 연결부(3c) 및 제2 연결부(3d)를 갖는다. 각각의 제1 연결부(3c)는 각각의 전기적으로 전도성 프레임(3)과 전기적으로 연결된다. 각각의 제2 연결부(3d)는 각각의 전기적으로 전도성 프레임(3)과 전기적으로 연결된다. 모든 제1 연결부(3c)는 사용 시 전력 공급원의 제1 단자에 연결된다. 모든 제2 연결부(3d)는 사용 시 전력 공급원의 제2 단자에 연결된다. 따라서 제1 연결부(3c)가 제공되는 전극(1)은 사용 시 제1 전위를 가질 것이고 그리고 제2 연결부(3d)가 제공되는 전극은 제2 전위를 가질 것이다.
전해조 스택(21)은 액체 공급부, 보통 물 공급부에 연결되도록 구성된다. 여기서, 제1 단부판(23)에는 액체 공급부에 연결되도록 구성된 유체 유입부(23a 및 23b)가 제공된다. 유체 유입부(23a 및 23b)는 제2 관통-개구(13a 및 13b) 중 각각의 관통-개구에 연결된다. 도 5에 도시된 실시예에서, 파이프(27a 및 27b)는 각각의 유체 유입부(23a 및 23b)에 연결될 수 있다.
제2 단부판(25)에는 유체 유출부(미도시)가 제공된다. 유체 유출부는 예를 들어, 파이프에 연결되도록 구성된다. 제1 유체 유출부는 제1 관통-개구(11a 및 11b) 중 하나의 관통-개구에 연결되도록 구성되고 그리고 제2 유체 유출부는 제1 관통-개구(11a 및 11b) 중 다른 하나의 관통-개구에 연결되도록 구성된다. 따라서, 본 실시예에서 제1 유체 유출부는 제1 관통-개구(11a)에 연결되도록 구성되고 그리고 제2 유체 유출부는 제1 관통-개구(11b)에 연결되도록 구성된다. 전해조 스택(21)이 설치될 때, 제2 관통-개구(13a 및 13b)는 제1 관통-개구(11a 및 11b)보다 전해조 스택(21)의 하단부에 더 가까이 위치된다. 예를 들어, 물, 예컨대, 알칼리성 물이 제1 유입부(27a) 및 제2 유입부(27b)를 통해 전해조 스택(21)에 진입할 때, 물은 제2 관통-개구(13a 및 13b)를 통해 흐를 것이다. 더 많은 물이 전해조 스택(21)으로 흐를 때, 물이 분배되고 그리고 상향으로 전기적으로 전도성 프레임(3)의 유체 채널로 흐른다. 여기서부터, 물은 적층된 전해 전지(15)에 의해 형성되는, 유체 챔버로 흐른다. 유체 챔버는 후속하여 서브유닛(9), 즉, 금속 코일(5) 및 금속 와이어(7)와 접촉하는 물로 충전된다. 전극(1)에 전류가 공급될 때, 전기 분해 공정이 개시된다. 따라서, 수소 기체는 음극에서 그리고 산소는 양극에서 생성된다. 물보다 더 낮은 밀도에 기인하여 발생하는, 수소 기체 및 산소 기체는 전극(1) 내 교번하는 유체 채널 구성의 결과로서, 서브유닛(9) 위에 수직으로 위치되는. 2개의 제1 관통-개구(11a 및 11b) 중 각각의 관통-개구에 진입할 것이다. 따라서 수소 기체 및 산소 기체는 전해조 스택(21)으로부터 개별적으로 배출/방출될 수 있다.
본 명세서에 제공된 전극의 하나의 실시예에서 금속 코일(5)은 1.2㎝의 코일 직경을 가질 수도 있고, 권취 와이어 직경은 1.7㎜일 수도 있고 그리고 턴 사이의 갭은 2.5㎜일 수도 있다. 이것이 단지 하나의 실시예이고 그리고 금속 코일의 많은 복수의 상이한 치수가 구상된다는 것에 유의한다.
본 개념의 하나의 변형에 따르면, 전극은 금속 와이어 없이 구성될 수도 있다. 여기서, 이러한 실시형태에서, 전극은 전기적으로 전도성 프레임 및 전기적으로 전도성 프레임의 2개의 마주보는 측면 사이에서 연장되는 적어도 하나의 금속 코일을 포함한다. 전기적으로 전도성 프레임과 금속 코일은 전기적으로 연결된다. 금속 코일은 구리를 포함할 수도 있다. 보통, 전극은 전기적으로 전도성 프레임의 하나의 측면으로부터 반대편의 측면으로 서로에 대해 평행하게 연장되는 복수의 금속 코일을 포함한다. 이 실시예에서, 전해 전지는 이 유형의 2개의 전극에 의해 형성될 수도 있다. 이 유형의 복수의 전해 전지는 전해조 스택을 형성할 수도 있다.
본 발명은 주로 몇몇 실시형태를 참조하여 위에서 설명되었다. 그러나, 당업자가 손쉽게 이해하는 바와 같이, 위에서 개시된 실시형태와 다른 실시형태가 첨부된 특허 청구범위에 의해 규정된 바와 같은, 본 발명의 범위 내에서 동일하게 가능하다.

Claims (16)

  1. 금속 코일(5)을 포함하는, 전기 분해 공정을 위한 전극(1)으로서,
    상기 금속 코일(5)은 구리, 은, 금, 니켈 및 알루미늄으로부터 선택된 금속을 포함하고, 상기 금속 코일(5)의 턴(turn)은 갭에 의해 분리되고, 그리고 금속 와이어(7)를 포함하되, 상기 금속 와이어(7) 중 적어도 일부는 상기 금속 코일(5)의 내부에 배열되고 그리고 상기 금속 와이어(7)와 상기 금속 코일(5)은 전기적으로 접촉하고, 상기 금속 와이어(7)는 구리, 은, 금, 니켈 및 알루미늄으로부터 선택된 금속을 포함하고, 상기 금속 와이어(7)와 상기 금속 코일(5)은 동일한 금속으로 이루어지고, 상기 금속 코일(5)은 상기 금속 코일(5)의 중심축을 따라 중심 채널을 가진 세장형 코일 본체를 형성하는 복수의 턴을 갖고, 상기 금속 와이어(7)는 상기 중심 채널의 내부에서 상기 금속 코일의 상기 중심축을 따라 상기 금속 코일의 하나의 단부로부터 상기 금속 코일의 다른 하나의 단부로 길이 방향으로 연장되는, 전기 분해 공정을 위한 전극(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 와이어(7)는 상기 중심 채널의 내부에서 곧게 연장되는, 전기 분해 공정을 위한 전극(1).
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 와이어(7)와 상기 금속 코일(5)이 연결되는 전기적으로 전도성 프레임(3)을 더 포함하는, 전기 분해 공정을 위한 전극(1).
  4. 제3항에 있어서, 상기 전기적으로 전도성 프레임(3)은 금속 프레임인, 전기 분해 공정을 위한 전극(1).
  5. 제3항에 있어서, 상기 전기적으로 전도성 프레임(3)은 구리를 포함하는, 전기 분해 공정을 위한 전극(1).
  6. 제2항에 있어서, 상기 전기적으로 전도성 프레임(3)은 절연 재료로 덮인, 전기 분해 공정을 위한 전극(1).
  7. 제1항에 있어서, 상기 금속 와이어(7)와 상기 금속 코일(5)은 서브유닛(subunit)(9)을 형성하고 그리고 상기 전극(1)은 적어도 2개의 상기 서브유닛(9)을 포함하는, 전기 분해 공정을 위한 전극(1).
  8. 제7항에 있어서, 상기 금속 와이어(7)와 상기 금속 코일(5)이 연결되는 전기적으로 전도성 프레임(3)을 포함하고, 그리고 상기 서브유닛(9)은 상기 전기적으로 전도성 프레임에 연결되는, 전기 분해 공정을 위한 전극(1).
  9. 제7항에 있어서, 상기 서브유닛(9)은 동일한 평면에서 길이 방향으로 연장되는, 전기 분해 공정을 위한 전극(1).
  10. 제7항에 있어서, 상기 서브유닛(9)은 평행한, 전기 분해 공정을 위한 전극(1).
  11. 제1항에 있어서, 상기 금속 와이어(7)와 상기 금속 코일(5)은 니켈을 포함하는 나노 다공성 구조체로 덮인, 전기 분해 공정을 위한 전극(1).
  12. 제1항에 있어서, 상기 금속 와이어(7)와 상기 금속 코일(5)은 갈바닉 방식으로 연결되는, 전기 분해 공정을 위한 전극(1).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 2개의 전극(1)을 포함하고 그리고 상기 2개의 전극(1)을 분리시키도록 구성된 막을 포함하는, 전해 전지(15).
  14. 제13항에 따른 적어도 2개의 전해 전지(15)를 포함하는, 전해조 스택(electrolyser stack)(21).
  15. 삭제
  16. 삭제
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