KR102642379B1 - ANODE ELECTRODE STRUCTURE FOR PRODUCING HOCl WHICH IS SHIELDED FROM ELECTROCHEMICAL SIDE EFFECTS - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 전기화학적 부반응이 차폐된 HOCl 발생용 양극 구조체는, 평면 형태의 양극 플레이트; 상기 양극 플레이트의 하단부에 접하도록 배치되며 하단 유로 홈이 형성된 하단 유로 부재; 상기 양극 플레이트의 상단부에 접하도록 배치되며 상단 유로 홈이 형성된 상단 유로 부재; 상기 하단 유로 부재의 상기 하단 유로 홈에 연결되는 유입구과 상기 상단 유로 부재의 상기 상단 유로 홈에 연결되는 유출구를 포함하고 상기 양극 부재를 수용하는 바이폴라 플레이트; 및 상기 양극 부재의 둘레 부분을 밀봉하도록 상기 바이폴라 플레이트를 덮도록 구성된 가스켓을 포함한다The anode structure for generating HOCl in which electrochemical side reactions are shielded according to the present invention includes a flat anode plate; a lower flow path member disposed in contact with the lower end of the anode plate and having a lower flow path groove formed thereon; an upper flow path member disposed in contact with the upper end of the anode plate and having an upper flow path groove formed thereon; a bipolar plate including an inlet connected to the lower flow path groove of the lower flow path member and an outlet connected to the upper flow path groove of the upper flow path member, and accommodating the anode member; and a gasket configured to cover the bipolar plate to seal the peripheral portion of the anode member.
Description
본 발명은 HOCl 발생용 양극 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전기화학적 부반응을 차폐시킨 HOCl 발생용 양극 구조체에 관한 것이다. The present invention relates to an anode structure for generating HOCl, and more specifically, to an anode structure for generating HOCl that shields electrochemical side reactions.
이러한 양극 구조체는 바이폴라 플레이트를 이용한 격막형 전기 분해 장치에 적용된다. 또한, 이러한 양극 구조체는 바이폴라 플레이트 양극 구조체이다. This anode structure is applied to a diaphragm type electrolysis device using a bipolar plate. Additionally, this anode structure is a bipolar plate anode structure.
등록실용신안 제20-0463822호는, 2차 전지라 칭하는 레독스 흐름 전지에 사용되는 바이폴라 플레이트에 대해 개시하고 있는데, 특히, 바이폴라 플레이트의 전해액 공급공 및 배출공과 바이폴라 플레이트의 주변을 일정 두께의 불소 수지로 코팅하여 단락을 방지하고 이웃하는 구성 요소들과의 액밀을 유지하며, 바이폴라 플레이트의 설치가 용이하고, 내구성이 향상되고 콤팩트한 전지 스택 구조를 이룰 수 있는 레독스 흐름 전지용 바이폴라 플레이트를 개시한다. Registered Utility Model No. 20-0463822 discloses a bipolar plate used in a redox flow battery called a secondary battery. In particular, the electrolyte supply and discharge holes of the bipolar plate and the surrounding area of the bipolar plate are coated with fluorine of a certain thickness. Disclosed is a bipolar plate for a redox flow battery that is coated with resin to prevent short circuit, maintain liquid tightness with neighboring components, facilitate installation of the bipolar plate, improve durability, and form a compact battery stack structure. .
특히, 여기서는, 바이폴라 플레이트와 전극을 분리하는 형태로 구성하며, 전극과 바이폴라 플레이트 사이에서의 누수를 방지하기 위한 가스켓이 별도로 제공된다. 따라서, 전체적으로 매우 복잡한 구조를 가진다. In particular, here, the bipolar plate and the electrode are separated, and a gasket is provided separately to prevent water leakage between the electrode and the bipolar plate. Therefore, it has an overall very complex structure.
등록특허 제10-2044926호는, 바이폴라 플레이트-전극 복합체 및 그를 포함하는 레독스 흐름 전지에 관하여 개시한다. 개시된 바이폴라 플레이트-전극 복합체는, 바이폴라 플레이트, 상기 바이폴라 플레이트 상에 위치하고 웹 구조의 핫멜트 필름과 전도성 입자를 포함하는 전도성 접착 필름, 그리고 상기 전도성 접착 필름 상에 위치하는 전극을 포함한다. 특히, 여기서는, 전도성 물질이 함침되고, 열가소성 고분자 소재로 된 직물 구조 부직포 형태의 웹 구조의 접착 필름을 제공할 수 있으며, 또한, 상기 접착 필름을 사용하여 바이폴라 플레이트와 전극을 일체형으로 제조하여 틈새가 발생하지 않아 내부 저항이 낮으며, 이를 포함하는 레독스 흐름 전지는 장시간 운전에도 우수한 성능이 유지되는 효과가 있다고 개시하고 있다.Patent Registration No. 10-2044926 discloses a bipolar plate-electrode composite and a redox flow battery including the same. The disclosed bipolar plate-electrode complex includes a bipolar plate, a conductive adhesive film positioned on the bipolar plate and including a web-structured hot melt film and conductive particles, and an electrode positioned on the conductive adhesive film. In particular, here, an adhesive film of a web structure impregnated with a conductive material and made of a thermoplastic polymer material in the form of a woven non-woven fabric can be provided. In addition, the bipolar plate and the electrode are manufactured as one piece using the adhesive film, so that there is no gap. It is disclosed that the internal resistance is low as it does not occur, and the redox flow battery containing this has the effect of maintaining excellent performance even after long-term operation.
한편, 상기한 등록특허에는 전극을 바이폴라 플레이트와 일체형으로 만드는 기술만 개시되어 있을 뿐, 바이폴라 플레이트를 차폐시키기 위한 방법은 고려하지 않으며 개시되어 있지도 않다. 따라서, 상기한 바이폴라 플레이트-전극 복합체는 전극과 바이폴라 플레이트 간의 단차로 인하여 완벽한 누수 및 전기화학적 부반응을 억제하기 위한 차폐가 어렵다.Meanwhile, the above-mentioned registered patent only discloses a technology for making the electrode integrated with the bipolar plate, and does not consider or disclose a method for shielding the bipolar plate. Therefore, the above-described bipolar plate-electrode complex is difficult to completely shield to suppress water leakage and electrochemical side reactions due to the step difference between the electrode and the bipolar plate.
따라서, 본 발명은, 전기 분해를 이용하여 HOCl을 생성시키위 위한 바이폴라 플레이트 양극부의 구조에 있어서, 전기 분해의 효율을 높일 수 있는 구조를 제공하고자 한다. Therefore, the present invention seeks to provide a structure that can increase the efficiency of electrolysis in the structure of the bipolar plate anode part for generating HOCl using electrolysis.
또한, 본 발명은, 전극과 바이폴라 플레이트 사이에 별도의 가스켓이 없어도 매우 단순한 구조로 누수룰 방지하고자 한다.In addition, the present invention seeks to prevent water leakage with a very simple structure even without a separate gasket between the electrode and the bipolar plate.
또한, 본 발명은, 전기화학적 부반응을 억제하여 전류 효율을 높일 수 있는 방법을 제공하고자 한다. 특히, 전극 이외의 부분은 비전도성 차폐 플레이트 및 가스켓으로 전류가 흐르지 않도록 한다. 즉, 전극 코팅부에만 물(전해질)과 전류가 흐르게 함으로써 전류 효율을 향상시키고자 한다. Additionally, the present invention seeks to provide a method for increasing current efficiency by suppressing electrochemical side reactions. In particular, non-conductive shielding plates and gaskets are used to prevent current from flowing in parts other than the electrodes. In other words, the goal is to improve current efficiency by allowing water (electrolyte) and current to flow only through the electrode coating.
또한, 본 발명은, 가스켓 기능과 물의 흐름을 유도하는 유로를 일체화하여 전체적으로 매우 단순한 구조로 양극 구조체를 구현하고자 한다. In addition, the present invention seeks to implement an anode structure with a very simple overall structure by integrating the gasket function and the flow path leading to the flow of water.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학적 부반응이 차폐된 HOCl 발생용 양극 구조체는: 횡방향으로 연장된 하단부 및 상단부를 갖는 평면 형태의 양극 플레이트; 상기 양극 플레이트의 상기 하단부에 접하도록 배치되는 하단 유로 부재; 상기 양극 플레이트의 상기 상단부에 접하도록 배치되는 상단 유로 부재; 상기 하단 유로 부재와 상기 상단 유로 부재가 상기 양극 플레이트의 하단부와 상단부에 각각 결합된 상태인 양극 부재를, 일측 표면을 수용하도록 구성된 바이폴라 플레이트; 및 상기 바이폴라 플레이트에 안착된 상기 양극 부재의 둘레 부분을 밀봉하면서 상기 바이폴라 플레이트를 덮도록 구성된 가스켓; 을 포함하여 이루어질 수 있다. In order to achieve the above-described object, an anode structure for generating HOCl in which electrochemical side reactions are shielded according to an embodiment of the present invention includes: a flat anode plate having a lower end and an upper end extending in the transverse direction; a lower flow path member disposed to contact the lower end of the anode plate; an upper flow path member disposed in contact with the upper end of the anode plate; a bipolar plate configured to accommodate one surface of an anode member in which the lower flow path member and the upper flow path member are coupled to a lower end and an upper end of the anode plate, respectively; and a gasket configured to cover the bipolar plate while sealing a peripheral portion of the anode member seated on the bipolar plate. It can be done including.
여기서, 상기 상단 유로 부재에는, 상기 양극 플레이트의 상기 하단부에서 떨어진 위치에 상기 하단부의 횡방향을 따라 하단 유로 홈이 형성되어 있고, 상기 하단 유로 부재에는, 상기 양극 플레이트의 상기 상단부에서 떨어진 위치에 상기 상단부의 횡방향을 따라 상단 유로 홈이 형성되어 있을 수 있다.Here, in the upper flow path member, a lower flow path groove is formed along the transverse direction of the lower end at a position away from the lower end of the anode plate, and in the lower flow passage member, the lower flow path groove is formed at a position away from the upper end of the anode plate. An upper flow path groove may be formed along the transverse direction of the upper part.
또한, 상기 바이폴라 플레이트에는, 상기 하단 유로 부재의 상기 하단 유로 홈에 연결되는 유입구과 상기 상단 유로 부재의 상기 상단 유로 홈에 연결되는 유출구가 더 형성되어 있을 수 있다.In addition, the bipolar plate may be further formed with an inlet connected to the lower flow path groove of the lower flow path member and an outlet connected to the upper flow path groove of the upper flow path member.
또한, 상기 가스켓에는, 상기 바이폴라 플레이트를 덮은 경우에 상기 양극 부재의 상기 하단 유로 부재의 상기 하단 유로 홈으로부터 상기 양극 부재의 상기 상단 유로 부재의 상기 상단 유로 홈에 이르는 소정 폭의 슬릿이 복수 개 형성되어 있을 수 있다. 이로써, 상기 바이폴라 플레이트의 상기 유입구로 유입되는 유체는, 상기 하단 유로 부재의 상기 하단 유로 홈을 따라 흐르고, 이어서 상기 가스켓의 상기 복수의 슬릿을 따라 상기 양극 플레이트의 표면을 따라 흐르고, 상기 상단 유로 부재의 상기 상단 유로 홈에 흘러들어간 후, 상기 바이폴라 플레이트의 상기 유출구를 통해 유출된다.Additionally, in the gasket, when the bipolar plate is covered, a plurality of slits of a predetermined width are formed from the bottom flow path groove of the bottom flow path member of the anode member to the top flow path groove of the top flow path member of the anode member. It may be. Accordingly, the fluid flowing into the inlet of the bipolar plate flows along the bottom flow path groove of the bottom flow path member, then flows along the surface of the anode plate along the plurality of slits of the gasket, and flows along the surface of the anode plate and the top flow member. After flowing into the upper flow path groove, it flows out through the outlet of the bipolar plate.
또한, 상기 슬릿은, 동일 폭의 직선 또는 형태, 가변 폭의 직선 또는 곡선 형태, 상기 동일 폭 또는 가변 폭의 직선 또는 곡선 형태가 동일한 간격으로 또는 가변 간격으로 배치된 형태, 또는, 상기 동일 폭 또는 가변 폭의 직선 또는 곡선 형태가 동일한 간격으로 또는 가변 간격으로 배치되며 서로 교차하는 형태로 이루어질 수 있다.In addition, the slit may be a straight line or shape of the same width, a straight line or curved shape of a variable width, a shape in which the straight lines or curved shapes of the same width or variable width are arranged at equal or variable intervals, or the same width or Straight lines or curved lines of variable width may be arranged at equal or variable intervals and intersect each other.
또한, 상기 양극 구조체에서 상기한 유로를 제외한 부분은, 상기 가스켓에 의해서 및/또는 추가적인 밀봉 부재를 적용함으로써, 상기 유체의 누출이 방지되도록 처리될 수 있다. Additionally, the portion of the anode structure excluding the passage may be treated to prevent leakage of the fluid by using the gasket and/or applying an additional sealing member.
또한, 상기 상단 유로 부재, 상기 하단 유로 부재, 상기 가스켓 중 적어도 하나는 절연성 재질로 이루어질 수 있다. Additionally, at least one of the upper flow path member, the lower flow path member, and the gasket may be made of an insulating material.
상기한 바와 같은 구성을 포함하는 본 발명에 따른 양극 구조체는, 전기 분해를 이용하여 HOCl을 생성시키위 위한 바이폴라 플레이트 양극부의 구조체로서, 전기 분해의 효율을 높일 수 있다. The anode structure according to the present invention including the configuration described above is a bipolar plate anode structure for generating HOCl using electrolysis, and can increase the efficiency of electrolysis.
또한, 본 발명에 따른 양극 구조체는, 전극과 바이폴라 플레이트 사이에 별도의 가스켓이 없어도 매우 단순한 구조로 누수룰 방지할 수 있다. In addition, the anode structure according to the present invention can prevent water leakage with a very simple structure even without a separate gasket between the electrode and the bipolar plate.
또한, 본 발명에 따른 양극 구조체는, 전기화학적 부반응을 억제하여 전류 효율을 높일 수 있다. 특히, 전극 이외의 부분은 비전도성 차폐 플레이트 및 가스켓으로 전류가 흐르지 않게 된다. 즉, 전극 코팅부에만 물(전해질)과 전류가 흐르게 함으로써 전류 효율을 향상시킬 수 있다.Additionally, the anode structure according to the present invention can increase current efficiency by suppressing electrochemical side reactions. In particular, current does not flow to parts other than the electrode due to the non-conductive shielding plate and gasket. In other words, current efficiency can be improved by allowing water (electrolyte) and current to flow only through the electrode coating portion.
또한, 본 발명에 따른 양극 구조체는, 가스켓 기능과 물의 흐름을 유도하는 유로를 일체화하여 전체적으로 매우 단순한 구조로 구현된다. In addition, the anode structure according to the present invention is implemented with an overall very simple structure by integrating the gasket function and the flow path that guides the flow of water.
도 1은 바이폴라 플레이트, 양극 플레이트, 유입수/유출수 차폐 플레이트(또는, 상단 유로 부재 및 하단 유로 부재) 및 가스켓이 조립된 양극 구조체를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 양극 구조체를 분해한 분해도이다.
도 3은 양극 플레이트와 상단 및 하단 유로 부재가 결합된 양극 부재를 다양한 방향으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 양극 부재를 분해한 분해도이다.
도 5는 본 발명에 따른 양극 구조체를 조립하는 과정을 보여주는 도면이다. FIG. 1 is a diagram illustrating an anode structure in which a bipolar plate, an anode plate, an inflow/outflow water shielding plate (or an upper flow path member and a lower flow path member), and a gasket are assembled.
FIG. 2 is an exploded view of the anode structure shown in FIG. 1.
Figure 3 is a view showing the anode member in which the anode plate and the upper and lower flow path members are combined in various directions.
FIG. 4 is an exploded view of the anode member shown in FIG. 3.
Figure 5 is a diagram showing the process of assembling the anode structure according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기화학적 부반응이 차폐된 HOCl 발생용 양극 구조체의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 각 구성 요소를 지칭하는 용어들은 그 기능을 고려하여 예시적으로 명명된 것이므로, 용어 자체에 의하여 본 발명의 기술 내용을 예측하고 한정하여 이해해서는 안될 것이다.Hereinafter, a preferred embodiment of the anode structure for generating HOCl in which electrochemical side reactions are shielded according to the present invention will be described with reference to the attached drawings. For reference, the terms referring to each component of the present invention are named illustratively in consideration of their functions, and therefore, the technical content of the present invention should not be understood as predicted or limited by the terms themselves.
본 발명에 따른 전기 분해 장치에 사용되는 양극용 전극은 티타늄 플레이트 위에 RuO2와 TiO2를 3:7 몰비율로 코팅함으로써 구성된다. 이때, 코팅량은 RuO2 무게 기준 20g/m2일 수 있다.The anode electrode used in the electrolysis device according to the present invention is constructed by coating RuO 2 and TiO 2 at a 3:7 molar ratio on a titanium plate. At this time, the coating amount may be 20 g/m 2 based on the weight of RuO 2 .
이러한 양극 전극에서는 하기와 같이 양극 반응이 발생한다. 이는 염소 발생 반응이다. 양극에서 발생된 염소는 물에 바로 용해되어 HOCl 또는 OCl- 형태로 존재한다. 또한, 양극 전극에서는 산소 발생 반응이 일어날 수도 있다. 촉매의 염소 이온 산화 반응의 활성도 또는 물(전해질)에 포함된 염소 이온(Cl-)의 농도, 수온에 따라서 산소 발생 반응이 많을 수도 있고 적을 수도 있다. In this anode electrode, an anode reaction occurs as follows. This is a chlorine generation reaction. Chlorine generated at the anode is immediately dissolved in water and exists in the form of HOCl or OCl - . Additionally, an oxygen generation reaction may occur at the anode electrode. Depending on the activity of the catalyst's chlorine ion oxidation reaction, the concentration of chlorine ions (Cl - ) contained in water (electrolyte), and the water temperature, the oxygen generation reaction may be more or less.
<양극 반응><Anode reaction>
2Cl- → Cl2 + 2e- 2Cl - → Cl 2 + 2e -
H2O → 2H+ + 0.5O2 + 2e- H 2 O → 2H + + 0.5O 2 + 2e -
<양극 용액 반응><Anode solution reaction>
Cl2 + H2O → HOCl + HClCl 2 + H 2 O → HOCl + HCl
<음극 반응><Cathode reaction>
2H2O + 2e- → H2 + 2OH- 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH -
한편, 도 1은 바이폴라 플레이트, 양극 플레이트, 유입수 차폐 플레이트 및 유출수 차폐 플레이트(또는, 상단 유로 부재 및 하단 유로 부재), 그리고 가스켓이 조립된 양극 구조체를 도시한 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 양극 구조체를 분해한 분해도이다. 도 3은 양극 플레이트와 상단 유로 부재 및 하단 유로 부재가 결합된 양극 부재를 다양한 방향으로 도시한 도면이다. 도 4는 도 3에 도시된 양극 부재를 분해한 분해도이다. 도 5는 본 발명에 따른 양극 구조체를 조립하는 과정을 도시한 도면이다. Meanwhile, FIG. 1 is a diagram illustrating an anode structure in which a bipolar plate, an anode plate, an inflow water shielding plate and an outflow water shielding plate (or an upper flow path member and a lower flow path member), and a gasket are assembled. FIG. 2 is an exploded view of the anode structure shown in FIG. 1. Figure 3 is a view showing the anode member in which the anode plate, the upper flow path member, and the lower flow path member are combined in various directions. FIG. 4 is an exploded view of the anode member shown in FIG. 3. Figure 5 is a diagram showing the process of assembling the anode structure according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같은 본 발명의 양극 구조체는, 도 2에 도시된 바와 같은 구성부들로 이루어질 수 있다. 양극 플레이트는, 횡방향으로 연장된 하단부 및 상단부를 갖는 평면 형태로 구성된다. 하단 유로 부재는, 상기 양극 플레이트의 상기 하단부에 접하도록 배치되며, 상기 양극 플레이트의 상기 하단부에서 떨어진 위치에 상기 하단부의 횡방향을 따라 하단 유로 홈이 형성되어 있다. 상단 유로 부재는, 상기 양극 플레이트의 상기 상단부에 접하도록 배치되며, 상기 양극 플레이트의 상기 상단부에서 떨어진 위치에 상기 상단부의 횡방향을 따라 상단 유로 홈이 형성되어 있다. 바이폴라 플레이트는, 상기 하단 유로 부재와 상기 상단 유로 부재 각각이 상기 양극 플레이트의 하단부와 상단부에 각각 결합된 상태인 양극 부재를 수용할 수 있도록 구성되며, 상기 하단 유로 부재의 상기 하단 유로 홈에 연결되는 유입구과 상기 상단 유로 부재의 상기 상단 유로 홈에 연결되는 유출구가 형성되어 있다. 특히, 상기 양극 부재는, 일측 표면은 상기 바이폴라 플레이트의 표면에 수용되고 반대측 표면은 노출되는 형태로 상기 바이폴라 플레이트에 안착된다. 가스켓은, 상기 양극 부재가 안착된 상기 바이폴라 플레이트의 전체를 덮도록 구성되며, 상기 바이폴라 플레이트를 덮을 때 상기 양극 부재에 대응하는 영역에 하부에서 상부로 연장된 소정 폭의 슬릿이 복수 개 형성되어 있다. The anode structure of the present invention as shown in FIG. 1 may be made of components as shown in FIG. 2. The anode plate is configured in a planar shape with a lower end and an upper end extending laterally. The lower flow path member is arranged to be in contact with the lower end of the anode plate, and a lower flow path groove is formed along the transverse direction of the lower end at a position away from the lower end of the anode plate. The upper flow path member is arranged to be in contact with the upper end of the anode plate, and an upper flow path groove is formed along the transverse direction of the upper end at a position away from the upper end of the anode plate. The bipolar plate is configured to accommodate an anode member in which each of the lower flow path member and the upper flow path member is coupled to a lower end and an upper end of the anode plate, and is connected to the lower flow path groove of the lower flow path member. An inlet port and an outlet port connected to the upper flow path groove of the upper flow path member are formed. In particular, the anode member is seated on the bipolar plate in such a way that one surface is received on the surface of the bipolar plate and the opposite surface is exposed. The gasket is configured to cover the entire bipolar plate on which the anode member is seated, and when covering the bipolar plate, a plurality of slits of a predetermined width extending from the bottom to the top are formed in the area corresponding to the anode member. .
이러한 구조에서, 상기 유입구로 유입되는 유체는, 상기 하단 유로 부재의 상기 하단 유로 홈을 따라 흐르고, 이어서 상기 복수의 슬릿을 따라 상기 양극 플레이트의 표면을 따라 흐르고, 상기 상단 유로 부재의 상기 상단 유로 홈에 흘러들어간 후, 상기 유출구를 통해 유출되게 된다.In this structure, the fluid flowing into the inlet flows along the bottom flow path groove of the bottom flow path member, and then flows along the surface of the anode plate along the plurality of slits, and the top flow groove of the top flow member. After flowing into, it flows out through the outlet.
여기서, 상기 상단 유로 부재, 상기 하단 유로 부재, 상기 가스켓 중 적어도 하나는 절연성 재질로 이루어질 수 있다. Here, at least one of the upper flow path member, the lower flow path member, and the gasket may be made of an insulating material.
또한, 상기 양극 구조체에서 상기에서 언급된 경로를 제외한 부분은, 상기 가스켓에 의해서 및/또는 추가적인 밀봉 부재를 적용함으로써, 상기 유체의 누출이 방지될 수 있다. Additionally, leakage of the fluid may be prevented in parts of the anode structure other than the above-mentioned path by the gasket and/or by applying an additional sealing member.
상기 양극 구조체의 조립 방법은 다음과 같다.The assembly method of the positive electrode structure is as follows.
먼저, 비전도성 플라스틱 재질의 상단 유로 부재 및 하단 유로 부재를 바이폴라 플레이트의 지정된 위치(예를 들면, 양극 플레이트가 장착될 위치의 상단부 및 하단부에 대응하는 위치로서, 상세한 위치 및 형태는 도면을 참조할 수 있음)에 안착시킨다. 바이폴라 플레이트에 미리 형성된 유입구의 유로는 안착된 하단 유로 부재의 하단 유로 홈과 연결된다. 연결된 하단부의 유로는 하단 유로 홈의 반대쪽 끝에서 끝난다. 마찬가지로, 바이폴라 플레이트에 미리 형성된 유출구의 유로는 안착된 상단 유로 부재의 상단 유로 홈과 연결된다. 또한 마찬가지로, 연결된 상단부의 유로는 상단 유로 홈의 반대쪽 끝에서 끝난다.First, place the top flow member and bottom flow member made of non-conductive plastic at designated positions of the bipolar plate (e.g., positions corresponding to the upper and lower parts of the position where the anode plate is to be mounted. For detailed positions and shapes, refer to the drawings). (possible). The flow path of the inlet pre-formed in the bipolar plate is connected to the bottom flow path groove of the seated bottom flow path member. The connected lower channel ends at the opposite end of the lower channel groove. Likewise, the flow path of the outlet previously formed in the bipolar plate is connected to the upper flow path groove of the seated upper flow path member. Likewise, the connected upper channel ends at the opposite end of the upper channel groove.
바이폴라 플레이트에 안착된 상단 유로 부재 및 하단 유로 부재의 위에 양극 플레이트를 올려놓는다(양극 플레이트가 올려놓일 수 있도록, 상단 유로 부재 및 하단 유로 부재에는 도면을 참조하여 이해할 수 있는 형태의 단차가 형성될 수 있음). 이 상태에서, 양극 플레이트는 하나 이상의 픽스 볼트에 의해 바이폴라 플레이트에 밀착 고정될 수 있다. 더욱, 양극 플레이트가 평탄한 평면 형태이고 바이폴라 플레이트의 안착면 또한 평탄한 평면 형태일 수 있는데, 도면과 같이 다수의 픽스 볼트를 이용하여 양극 플레이트를 바이폴라 플레이트에 밀착 고정시킴으로써, 양극 플레이트는 전체 영역에서 바이폴라 플레이트와 전기적으로 접속될 수 있게 된다. Place the anode plate on top of the upper and lower flow path members seated on the bipolar plate (to allow the anode plate to be placed, a step in a form that can be understood by referring to the drawings may be formed on the upper flow path member and the lower flow path member. has exist). In this state, the anode plate can be closely fixed to the bipolar plate by one or more fix bolts. Furthermore, the anode plate may be in a flat flat shape and the seating surface of the bipolar plate may also be in a flat flat shape. By fastening the anode plate to the bipolar plate using a plurality of fix bolts as shown in the drawing, the anode plate is a bipolar plate in the entire area. can be electrically connected to.
한편, 양극 플레이트의 상단부와 하단부에 각각 상단 유로 부재와 하단 유로부재를 먼저 결합시켜서 양극 부재를 구성하고, 이 양극 부재를 바이폴라 플레이트의 지정된 위치에 안착시키는 조립 방법도 가능하다.Meanwhile, an assembling method is also possible in which the anode member is constructed by first combining the upper flow path member and the lower flow path member at the upper and lower ends of the anode plate, respectively, and then seating the anode member at a designated position on the bipolar plate.
여기서, 상단 유로 부재에 형성된 상단 유로 홈은 양극 플레이트의 상단부로부터 일정 거리 떨어진 위치에 배치될 수 있다. 이로써, 상단 유로 홈은 양극 플레이트에 직접 연결되지 않는다. 마찬가지로, 하단 유로 부재에 형성된 하단 유로 홈 또한 양극 플레이트의 하단부로부터 일정 거리 떨어진 위치에 배치될 수 있다. 따라서, 하단 유로 홈 역시 양극 플레이트에 직접 연결되지 않는다.Here, the upper flow path groove formed in the upper flow path member may be disposed at a certain distance away from the upper end of the anode plate. As a result, the upper flow path groove is not directly connected to the anode plate. Likewise, the lower flow path groove formed in the lower flow path member may also be disposed at a certain distance away from the lower end of the anode plate. Therefore, the bottom flow path groove is also not directly connected to the anode plate.
다음으로, 가스켓으로 양극 부재를 덮으면서 바이폴라 플레이트를 덮는다. 가스켓에는, 양극 부재에 대응하는 영역의 하부에서 상부로 직선 형태로 연장된 소정 폭을 가진 복수의 슬릿이 형성되어 있을 수 있다. 이 슬릿은 하단 유로 홈과 상단 유로 홈을 연결하는 유로를 구성한다. 따라서, 슬릿은 하단 유로 부재의 유로 홈과 상단 유로 부재의 유로 홈을 서로 연결할 수 있는 형태로 구성되어야 한다. 이러한 슬릿들은 직선 형태 또는 곡선 형태 모두 가능하며, 평행하거나 사다리꼴로 기울어진 형태도 가능하며, 슬릿들의 간격 역시 동일 간격이거나 가변될 수 있다. 이러한 슬릿들은 심지어 서로 교차하는 것도 고려할 수 있다. 특정의 예에서는, 슬릿을 다각형 형태로 구현하거나, 심지어는, 캐릭터 형태와 같은 임의의 형태로 구현하는 것도 가능하다. Next, the bipolar plate is covered while covering the anode member with a gasket. A plurality of slits with a predetermined width may be formed in the gasket, extending in a straight line from the bottom to the top of the area corresponding to the anode member. This slit constitutes a flow path connecting the lower flow path groove and the upper flow path groove. Therefore, the slit must be configured in a form that can connect the flow path grooves of the lower flow path member and the flow path grooves of the upper flow path member. These slits can be either straight or curved, parallel or inclined in a trapezoidal fashion, and the spacing between the slits can be equally spaced or variable. It is conceivable that these slits may even intersect each other. In certain examples, it is possible to implement the slit in a polygonal shape, or even in an arbitrary shape such as a character shape.
양극 부재가 안착된 바이폴라 플레이트를 가스켓으로 덮으면, 유입구로부터 유출구에 이르는 유로는, 가스켓의 슬릿 부분에서, 실질적으로는 절반이 개방된 상태이다. 따라서, 가스켓의 표면 상부에는 양이온 교환막이 배치되면, 슬릿을 통해 흐르는 유체는 양이온 교환막에 접촉하면서 흐를 수 있게 된다. When the bipolar plate on which the anode member is seated is covered with a gasket, the flow path from the inlet to the outlet is substantially half open at the slit portion of the gasket. Therefore, when a cation exchange membrane is disposed on the upper surface of the gasket, the fluid flowing through the slit can flow while contacting the cation exchange membrane.
이로써, 유입구로 유입된 유체(예를 들면, 물 또는 전해질 용액)는 하단 유로 부재의 하단 유로 홈으로 흘러들게 되고, 이어서 다수의 슬릿을 통해 양이온 교환막과 접촉하면서 흘러서 상단 유로 부재의 상단 유로 홈으로 흘러들어가게 되고, 최종으로 유출구를 통해 유출되게 된다. Accordingly, the fluid (e.g., water or electrolyte solution) flowing into the inlet flows into the lower flow path groove of the lower flow path member, and then flows while contacting the cation exchange membrane through a plurality of slits into the upper flow path groove of the upper flow member. It flows in, and finally flows out through the outlet.
한편, 이러한 유로 이외의 부분은 가스켓의 압착에 의해 또는 추가적인 밀봉 부재(예를 들면, 오링 또는 밀봉 접착제의 도포)의 작용에 의해 유체의 누출이 방지되도록 밀봉될 수 있다. Meanwhile, parts other than the flow path may be sealed to prevent fluid leakage by compressing a gasket or by applying an additional sealing member (for example, an O-ring or application of a sealing adhesive).
추가로, 양이온 교환막의 반대쪽(상기 가스켓의 슬릿에 의해 유로가 형성된 면의 반대쪽 면)에는, (대략적으로 본 발명의 양극 구조체와 유사한 방식으로 구성될 수 있는) 음극 구조체가 배치될 수 있다. 이로써, 전기 분해가 가능한 전극 구조가 완성된다. Additionally, on the other side of the cation exchange membrane (the side opposite to the side where the flow path is formed by the slit of the gasket), a cathode structure (which can be roughly constructed in a similar manner to the anode structure of the present invention) may be disposed. As a result, an electrode structure capable of electrolysis is completed.
결과적으로, 비전도성 재질의 상단 및 하단 유로 부재를 적용함으로써 또한가스켓에 복수의 슬릿을 형성하여 양극 플레이트와 고르게 접하는 복수의 유로를 구성함으로써, 유체가 양극 플레이트에 고르게 접촉할 수 있게 된다. As a result, by applying top and bottom flow path members made of non-conductive material and forming a plurality of slits in the gasket to form a plurality of flow paths that evenly contact the anode plate, the fluid can be evenly contacted with the anode plate.
즉, 이러한 구조에 의해, 바이폴라 플레이트와 양극 플레이트를 제외한 부분인 비전도성 유로 부재 및 비전도성 가스켓으로는 전류가 흐르지 않게 되어, 전기화학적 부반응을 억제하여 전류 효율을 높일 수 있다. 즉, 전극 코팅부에만 물(전해질)과 전류가 흐르게 함으로써 전류 효율을 향상시킬 수 있다.That is, with this structure, current does not flow through the non-conductive flow path member and non-conductive gasket, which are parts excluding the bipolar plate and the anode plate, thereby suppressing electrochemical side reactions and increasing current efficiency. In other words, current efficiency can be improved by allowing water (electrolyte) and current to flow only through the electrode coating portion.
또한, 본 발명에 따른 양극 구조체는, 가스켓 기능과 물의 흐름을 유도하는 유로를 일체화하여 전체적으로 매우 단순한 구조로 구현된다. In addition, the anode structure according to the present invention is implemented with an overall very simple structure by integrating the gasket function and the flow path that guides the flow of water.
여기서, 바이폴라 플레이트는 전도성 금속으로 제조될 수 있는데, 예를 들면, 티타늄 또는 SUS316(L)을 사용할 수 있다. 만약, 유입구에 연결된 차폐 플레이트인 하단 유로 부재와 유출구에 연결된 차폐 플레이트인 상단 유로 부재가 없을 경우, 바이폴라 플레이트를 천공하여 형성한 유입구 및 유출구 자체에서 전류가 흐르게 되고 이로써 유입구 및 유출구를 구성하는 금속이 전기화학적으로 용해될 수 있다. 결국, 유입구와 유출구가 부식되고 전류 효율이 저하되어 전기 분해 효율을 떨어트리게 된다. 금속(M)의 이온 반응은 다음과 같이 표현될 수 있다. Here, the bipolar plate can be made of a conductive metal, for example, titanium or SUS316(L). If there is no lower flow member, which is a shielding plate connected to the inlet, and an upper flow member, which is a shielding plate connected to the outlet, current flows through the inlet and outlet themselves formed by perforating the bipolar plate, and this causes the metal that makes up the inlet and outlet to be destroyed. Can be dissolved electrochemically. Ultimately, the inlet and outlet corrode and current efficiency decreases, reducing electrolysis efficiency. The ionic reaction of metal (M) can be expressed as follows.
M → M2+ + 2e-M → M 2+ + 2e-
본 발명에 따른 양극 구조체를 실물로 제작하여 다음과 같이 시험하였다. The anode structure according to the present invention was manufactured in real form and tested as follows.
증류수에 NaCl를 혼합하여 염분도 10PPT를 조제하였다. 양극 플레이트는 가로 250mm, 세로 450mm의 크기로 형성하고 RuO2와 TiO2를 3:7 몰비율로 코팅하였다. 전극의 간격은 3mm였으며, 유입 유량은 0.5L/min으로 유지하고, 50A의 전류를 공급하였다. 이때, 비전도성인 상단/하단 유로 부재를 사용하지 않은 경우, 즉, 양극 플레이트를 차폐시키지 않은 경우에는, 전류 효율이 10% 내외였다. 반면에, 비전도성인 상단/하단 유로 부재를 사용하여 차폐를 실시한 경우에는, 90% 이상의 고효율이 유지되었다.NaCl was mixed with distilled water to prepare a salinity of 10 PPT. The anode plate was formed to have a size of 250 mm in width and 450 mm in length, and was coated with RuO 2 and TiO 2 at a molar ratio of 3:7. The spacing between electrodes was 3 mm, the inflow rate was maintained at 0.5 L/min, and a current of 50 A was supplied. At this time, when non-conductive top/bottom flow path members were not used, that is, when the anode plate was not shielded, the current efficiency was around 10%. On the other hand, when shielding was performed using non-conductive top/bottom flow path members, high efficiency of over 90% was maintained.
최종적으로, 본 발명에 따른 가스켓은 바이폴라 플레이트의 둘레에서 유체의 누출을 방지할 뿐만 아니라, 하부에서 상부에 이르는 다수의 슬릿으로 유로를 구성하므로, 유입구로부터 유출구를 향해 흐르는 유체를 양극 플레이트의 표면을 따라 넓고 고르게 분배하여 일방향으로 유도할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 단지 바이폴라 플레이트의 둘레에서의 유체의 누출을 방지하기 위한 목적으로 적용되었던 기존의 가스켓의 경우에 존재하던 문제점, 즉, 바이폴라 플레이트의 하부에 유입되는 물(전해질)이 특정 부분에 쏠림에 따라 균등한 전기 분해가 어려워서 전류 효율이 저하하는 문제점이 해소될 수 있다. Finally, the gasket according to the present invention not only prevents fluid leakage around the bipolar plate, but also constitutes a flow path with multiple slits from the bottom to the top, so that the fluid flowing from the inlet to the outlet flows through the surface of the anode plate. It can be distributed widely and evenly and guided in one direction. Due to this configuration, there is a problem that existed in the case of existing gaskets that were applied only for the purpose of preventing fluid leakage around the bipolar plate, that is, water (electrolyte) flowing into the lower part of the bipolar plate is prevented from flowing to a specific part. The problem of reduced current efficiency due to difficulty in uniform electrolysis due to concentration can be resolved.
상기한 바와 같은 시험 조건에서, 다수의 슬릿을 형성한 가스켓을 사용한 경우에는 전류 효율이 90% 이상의 고효율을 유지할 수 있었으나, 슬릿이 형성되지 않은 가스켓(예를 들면, 양극 부재에 대응하는 영역이 완전히 개방된 형태의 가스켓)을 적용할 경우에는 전류 효율이 40~60%로 저하되고 효율 편차가 심하게 나타났다. Under the test conditions described above, when a gasket with multiple slits was used, the current efficiency could be maintained at a high efficiency of over 90%, but with a gasket without slits (for example, the area corresponding to the anode member was completely When an open type gasket is applied, the current efficiency decreases to 40-60% and there is a significant deviation in efficiency.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 균등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments of the present invention described above merely exemplify the technical idea of the present invention, and the scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the scope of the patent claims below. In addition, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention, and all technical ideas within the scope equivalent to the present invention will be disclosed in the present invention. It should be interpreted as being included within the scope of rights.
Claims (7)
상기 양극 플레이트의 상기 하단부에 접하도록 배치되는 하단 유로 부재 - 상기 하단 유로 부재에는, 상기 양극 플레이트의 상기 하단부에서 떨어진 위치에 상기 하단부의 횡방향을 따라 하단 유로 홈이 형성되어 있음 -;
상기 양극 플레이트의 상기 상단부에 접하도록 배치되는 상단 유로 부재 - 상기 상단 유로 부재에는, 상기 양극 플레이트의 상기 상단부에서 떨어진 위치에 상기 상단부의 횡방향을 따라 상단 유로 홈이 형성되어 있음 -;
상기 하단 유로 부재와 상기 상단 유로 부재가 상기 양극 플레이트의 하단부와 상단부에 각각 결합된 상태인 양극 부재의 일측 표면을 수용하도록 구성된 바이폴라 플레이트 - 상기 일측 표면은, 상기 양극 플레이트의 평면 형태 중 제1면과 관련되며, 상기 바이폴라 플레이트에는, 상기 하단 유로 부재의 상기 하단 유로 홈에 연결되는 유입구과 상기 상단 유로 부재의 상기 상단 유로 홈에 연결되는 유출구가 형성되어 있음 -; 및
상기 바이폴라 플레이트에 안착된 상기 양극 부재의 둘레 부분을 밀봉하면서 상기 바이폴라 플레이트를 덮도록 구성된 가스켓 - 이로써, 상기 가스켓은 상기 양극 플레이트의 상기 제1면의 반대쪽면인 제2면을 덮으며, 또한, 상기 가스켓에는, 상기 바이폴라 플레이트를 덮은 경우에 상기 하단 유로 부재의 상기 하단 유로 홈으로부터 상기 상단 유로 부재의 상기 상단 유로 홈에 이르도록 종방향으로 연장된 소정 폭의 슬릿이 복수 개 형성되어 있음; 을 포함하고,
상기 바이폴라 플레이트의 상기 유입구로 유입되는 유체가, 상기 하단 유로 부재의 상기 하단 유로 홈을 따라 횡방향으로 흐르고, 이어서 상기 가스켓의 종방향으로 연장된 상기 복수의 슬릿을 따라 상기 양극 플레이트의 제2면을 따라 종방향으로 흐르고, 상기 상단 유로 부재의 상기 상단 유로 홈에 흘러들어간 후, 상기 상단 유로 홈을 따라 횡방향으로 흘러서 상기 바이폴라 플레이트의 상기 유출구를 통해 유출되는 유로를 통해 흐르게 되는 것을 특징으로 하는, 전기화학적 부반응이 차폐된 HOCl 발생용 양극 구조체.
A flat anode plate having a lower end and an upper end extending in the transverse direction;
a lower flow path member disposed in contact with the lower end of the anode plate, wherein the lower flow path member has a lower flow path groove formed along the transverse direction of the lower end at a position away from the lower end of the anode plate;
An upper flow path member disposed in contact with the upper end of the anode plate, wherein the upper flow path member has an upper flow groove formed along the transverse direction of the upper end at a position away from the upper end of the anode plate.
A bipolar plate configured to receive one surface of an anode member in which the lower flow path member and the upper flow path member are respectively coupled to the lower end and the upper end of the anode plate, wherein the one side surface is a first surface of the planar shape of the anode plate. In relation to, the bipolar plate is formed with an inlet connected to the lower flow path groove of the lower flow path member and an outlet connected to the upper flow path groove of the upper flow path member -; and
A gasket configured to cover the bipolar plate while sealing a peripheral portion of the anode member seated on the bipolar plate, whereby the gasket covers a second side of the anode plate that is opposite to the first side, and further, In the gasket, when covering the bipolar plate, a plurality of slits of a predetermined width are formed longitudinally extending from the lower flow path groove of the lower flow path member to the upper flow path groove of the upper flow path member; Including,
The fluid flowing into the inlet of the bipolar plate flows laterally along the lower flow path groove of the lower flow path member, and then flows along the plurality of slits extending in the longitudinal direction of the gasket to the second surface of the anode plate. It flows in a longitudinal direction along the upper flow path member, flows into the upper flow path groove of the upper flow path member, and then flows laterally along the upper flow path groove and flows through a flow path that flows out through the outlet of the bipolar plate. , An anode structure for HOCl generation in which electrochemical side reactions are shielded.
상기 가스켓에 종방향으로 형성된 상기 복수의 슬릿은, 동일 폭의 직선 또는 형태, 가변 폭의 직선 또는 곡선 형태, 상기 동일 폭 또는 가변 폭의 직선 또는 곡선 형태가 동일한 간격으로 또는 가변 간격으로 배치된 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 전기화학적 부반응이 차폐된 HOCl 발생용 양극 구조체.According to paragraph 1,
The plurality of slits formed in the longitudinal direction of the gasket are straight or curved with the same width, straight or curved with a variable width, and straight or curved with the same or variable width arranged at equal or variable intervals. An anode structure for HOCl generation in which electrochemical side reactions are shielded, characterized in that it consists of.
상기 양극 구조체에서 상기한 유로를 제외한 부분은, 상기 가스켓에 의해서 및/또는 추가적인 밀봉 부재를 적용함으로써, 상기 유체의 누출이 방지되도록 처리되는 것을 특징으로 하는, 전기화학적 부반응이 차폐된 HOCl 발생용 양극 구조체.According to paragraph 1,
An anode for generating HOCl in which electrochemical side reactions are shielded, characterized in that the portion of the anode structure excluding the passage is treated to prevent leakage of the fluid by using the gasket and/or applying an additional sealing member. struct.
상기 상단 유로 부재, 상기 하단 유로 부재, 상기 가스켓 중 적어도 하나는 절연성 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 전기화학적 부반응이 차폐된 HOCl 발생용 양극 구조체.According to paragraph 1,
An anode structure for generating HOCl in which electrochemical side reactions are shielded, wherein at least one of the upper flow path member, the lower flow path member, and the gasket is made of an insulating material.
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