KR20030011396A - Power generating method using seawater and power generating apparatus using the method - Google Patents

Power generating method using seawater and power generating apparatus using the method Download PDF

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타오-쿠앙 장
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Abstract

PURPOSE: A method and an apparatus are provided to permit the battery device to cause an electrochemical reaction by using the sea water as an electrolyte and obtaining an electrical energy from output ports of anode and cathode. CONSTITUTION: A method comprises a step(10) of producing an anode by using AgCl as a material of reduction; a step(20) of producing a cathode by pressing Mg or Al alloy and using the pressed Mg or Al alloy as a material of oxidation; a step(30) of mounting the cathode and the anode into a reaction reservoir, and producing a one-section electric sea water battery by coating a single polymer separator layer between the anode and the cathode; and a step(40) of introducing the sea water through the port arranged at the side wall of the reaction reservoir, and emitting an electrical energy from the anode and the cathode by causing losses of electrons through the oxidation of Mg¬+2+2e- generated in the cathode and obtaining electrons through the reduction of 2AgCl+2e- → 2Ag+2Cl-, using the sea water as an electrolyte for cathode and anode in the reaction reservoir.

Description

해수를 이용하여 전기 에너지를 발생하는 방법 및 그 장치{POWER GENERATING METHOD USING SEAWATER AND POWER GENERATING APPARATUS USING THE METHOD}Method for generating electrical energy using seawater and its device {POWER GENERATING METHOD USING SEAWATER AND POWER GENERATING APPARATUS USING THE METHOD}

본 발명은 동력원을 제공하는 전력에너지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전지장치내로 해수를 도입하여 전력화학반응을 통해 전기에너지로 전환하여 응용할 수 있는 일종의 해수전지의 제조에 관한 것이다. 따라서 본 발명은 기존의 에너지를 대체할 수 있는 환경보호 개념의 새로운 에너지로서 발전기, 발전소 및 동력추진기에 응용할 수 있다.The present invention relates to power energy for providing a power source, and more particularly, to the manufacture of a kind of seawater battery that can be applied to convert the electrical energy into electrical energy through the power chemical reaction by introducing seawater into the battery device. Therefore, the present invention can be applied to generators, power plants and power propulsion as new energy of environmental protection concept that can replace the existing energy.

산업혁명은 석유 등의 석유화학 에너지를 사용하기 위해 일어난 것이었다. 이러한 석유화학 에너지가 오랫동안 공업에 필요한 동력원이 되어 온 것은 사실이지만 향후 소멸될 위험성이 있으며 동력을 제공할 때 배출되는 탄소, 질소, 황 등의 화합물 및 에너지로 인해 지구의 생태가 심각하게 오염되었다. 이러한 석유화학 에너지의 고갈 위험성 및 석유화학으로 인한 환경공해 등의 문제를 해결하기 위해 그 대체 에너지에 대한 연구개발이 전세계적으로 이루어지고 있는데 현재 상황에서 볼 때 전지 에너지의 개발이 환경보호에 가장 상응하는 최적의 에너지라 할 수 있다. 즉 전지의 공작원리는 수소 및 산소를 이용하여 화학반응을 통해 전력을 발생시키는 것으로, 전지는 통상의 전통적인 발전시스템에 비해 청정하고 오염도가 낮으면서도 그 효율성이 높은 장점이 있다.The industrial revolution occurred to use petrochemical energy such as petroleum. It is true that this petrochemical energy has long been a necessary power source for industry, but there is a risk of extinction in the future, and the earth's ecology has been seriously polluted by the energy and compounds such as carbon, nitrogen and sulfur emitted when power is provided. In order to solve the problem of exhaustion of petrochemical energy and environmental pollution caused by petrochemical, research and development on the alternative energy is being carried out all over the world. It can be said to be the optimal energy. That is, the work principle of the battery is to generate power through a chemical reaction using hydrogen and oxygen, the battery has the advantage of high efficiency and clean and low pollution compared to the conventional power generation system.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점들을 해결하기 위해 지구에서 아무리 써도 고갈되지 않는 해수를 산업에 필요한 동력에너지원에 응용하는 연구를 거듭한 결과, 일종의 해수를 이용하여 전기에너지를 발생하는 방법을 개발하여 이를 산업에 이용할 수 있는 새로운 에너지를 제공할 수 있게 되었다.In order to solve the above problems, the inventors of the present invention have repeatedly studied the application of seawater that is not depleted in the earth to the power energy source required for industry, and have developed a method of generating electric energy using a kind of seawater. It is now possible to provide new energy for the industry.

따라서, 본 발명은 기존의 에너지를 대체할 수 있는 환경보호 개념의 새로운 에너지로서 발전기, 발전소 및 동력추진기에 응용할 수 있는, 해수를 이용하여 전기 에너지를 발생하는 방법 및 그 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for generating electrical energy using seawater, which can be applied to generators, power plants, and power propellers as new energy of an environmental protection concept that can replace existing energy. have.

도 1은 본 발명의 해수를 이용하여 전기 에너지를 발생하는 방법을 나타낸 공정도.1 is a process chart showing a method for generating electrical energy using the seawater of the present invention.

도 2는 본 발명의 해수전지의 양극을 제조하는 방법을 나타낸 공정도.Figure 2 is a process chart showing a method for producing a positive electrode of the seawater battery of the present invention.

도 3은 본 발명의 해수전지의 관련 부재를 도시한 배치도.3 is a layout view showing a related member of the seawater battery of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

5 : 음극, 51 : 음극출력단,5: cathode, 51: cathode output stage,

6 : 양극, 61 : 양극출력단,6: positive electrode, 61: positive output terminal,

7 : 반응저장조, 8 : 고분자격리층.7: reaction storage tank, 8: polymer isolation layer.

이하 본 발명의 해수를 이용하여 전기 에너지를 발생하는 방법 및 그 장치를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, a method and an apparatus for generating electrical energy using seawater according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 해수를 이용하여 전기 에너지를 발생하는 방법을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 우선 염화은(AgCl)을 환원반응 재료로 사용하여 하나의 양극을 만들고(단계 10), 마그네슘(Mg) 또는 알루미늄(Al) 합금을 프레스하여 산화반응 재료로 사용하여 하나의 음극을 만든다(단계 20).A method of generating electrical energy using seawater according to the present invention will be described with reference to FIG. 1. First, one anode is made using silver chloride (AgCl) as the reduction material (step 10), and one cathode is made by pressing magnesium (Mg) or aluminum (Al) alloy as the oxidation material (step 20). .

그 후 상기 만들어진 양극 및 음극을 하나의 반응저장조 내부에 설치한다. 이때 상기 반응저장조 내부 측벽에는 해수의 출구 및 입구가 마련되어 있어 이를 통해 해수가 내부로 유통될 수 있으며 상기 양극 및 음극 사이에 단층의 고분자격리층을 피복함으로써 원섹션의 전기해수전지가 완성된다(단계 30).Thereafter, the prepared positive and negative electrodes are installed in one reaction reservoir. At this time, the inner side wall of the reaction reservoir is provided with an outlet and an inlet of the sea water through which the sea water can be distributed to the inside, and a single section of the electric seawater battery is completed by covering a single polymer isolation layer between the anode and the cathode (step 30).

그 후 해수를 상기 반응저장조내로 도입하고 도입된 해수를 반응저장조내에서의 양극 및 음극의 전해질로 이용한다. 즉 음극에 Mg+2+2e-의 산화작용을 발생시켜 전자를 상실하게 하고 양극에 2AgCl+2e- -> 2Ag+2Cl-의 환원작용을 발생시켜 전자를 얻을 수 있도록 함으로써 양극 및 음극에서 전기에너지를 출력할 수 있게 된다(단계 40).Thereafter, seawater is introduced into the reaction reservoir, and the introduced seawater is used as an electrolyte for the positive and negative electrodes in the reaction reservoir. That is, Mg +2 + 2e- is oxidized in the cathode to lose electrons and 2AgCl + 2e-> 2Ag + 2Cl- is reduced in the cathode to obtain electrons. Can be output (step 40).

이러한 해수전지의 양극을 제조하는 공정을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 2 the process for producing a positive electrode of the seawater battery as follows.

먼저 은괴를 질산(HNO3) 용액에서 녹이고 그 결과 생성된 질산은(AgNO3)에 염화나트륨(NaCl) 파우더를 첨가하여 염화은(AgCl) 침전물이 생성되면 끓인 후(단계101), 여과 처리를 통해 상기 염화은(AgCl)의 침전물을 여과시켜 불순물을 제거한 후(단계102), 순화처리를 수행하여 고순도의 염화은(AgCl)을 얻는다(단계 103). 그 후 상기 얻어진 염화은(AgCl)을 건조처리하여 분말상태의 고순도 염화은(AgCl)을 얻고(단계 104), 이 염화은(AgCl) 분말을 고온융해 처리한 후(단계105) 냉각시켜 금형박리처리를 수행한 후(단계 106) 열간압연처리를 수행한다(단계107). 최종적으로 프레스처리(단계108) 및 현상처리(단계109)를 수행함으로써 고형상태의 외형을 갖는 양극을 성형한다.First, the silver ingot is dissolved in a solution of nitric acid (HNO 3 ), and sodium chloride (NaCl) powder is added to the resulting silver nitrate (AgNO 3 ) to produce a silver chloride (AgCl) precipitate, which is boiled (step 101), and then the silver chloride is filtered. The precipitate of (AgCl) is filtered to remove impurities (step 102), and then purified to obtain high purity silver chloride (AgCl) (step 103). Thereafter, the obtained silver chloride (AgCl) is dried to obtain a high purity silver chloride (AgCl) in powder form (step 104), and the silver chloride (AgCl) powder is subjected to high temperature melting (step 105), followed by cooling to perform mold peeling treatment. After that (step 106), the hot rolling process is performed (step 107). Finally, by pressing (step 108) and developing (step 109), a positive electrode having a solid appearance is formed.

이와 같이 만들어진 해수전지는 도 3과 같은 구성을 갖는다. 상기 음극(5)을 반응저장조(7) 상, 하부의 정해진 위치에 설치하고 그 위에 하나의 도선을 용접함으로써 반응저장조(7) 밖으로 돌출되는 음극출력단(51)이 형성되고, 상기 양극(6)을 한 쌍의 음극(5) 사이의 정해진 위치에 설치하고 그 위에 하나의 니켈 안내판을 용접함으로써 반응저장조(7) 밖으로 돌출되는 양극출력단(61)이 형성되며, 상기 음극(5)과 양극(6) 사이에 단층의 고분자격리층(8)을 각각 피복함으로써 양극 및 음극(6, 5) 사이에 발생하는 전기 접촉을 방지할 수 있다.The seawater battery made in this way has the configuration as shown in FIG. A cathode output terminal 51 protruding out of the reaction reservoir 7 is formed by installing the cathode 5 at a predetermined position above and below the reaction reservoir 7 and welding one conductive wire thereon, and the anode 6 is formed. Is installed at a predetermined position between the pair of cathodes (5) and by welding one nickel guide plate thereon an anode output terminal (61) protruding out of the reaction reservoir (7) is formed, and the cathode (5) and the anode (6) It is possible to prevent electrical contact occurring between the anode and the cathodes 6 and 5 by covering the single-layer polymer isolation layer 8 between the two layers.

화학반응의 전해질로서 반응저장조(7) 내부로 해수를 유입하는 이유는 해수중에 여러 종류의 화학원소가 포함되어 있기 때문이다. 예를 들면 2염화마그네슘(MgCl2) 및 염화나트륨(NaCl) 등이 해수에 포함되어 있는 화학원소이다. 따라서 상기 해수가 반응저장조(7)의 입, 출구를 통해 유통되는 경우 상기 마그네슘(Mg) 또는 알루미늄(Al)합금을 산화반응 재료로 이용하여 음극에 Mg ->Mg+2+2e-의 산화작용을 일으켜 전자를 상실하도록 하여 음극출력단(51)을 통해 출력하며, 염화은(AgCl)을 환원반응 재료로 이용하여 양극(6)에2AgCl+2e- -> 2Ag+2Cl-의 환원작용을 일으켜 전자를 얻도록 하여 양극출력단(61)을 통해 출력하므로 해수를 반응저장조 내부로 도입하는 경우 상기 양극(6) 및 음극(5)이 전기화학반응을 일으켜 전기에너지로 전환된다. 따라서 상기 양, 음극의 출력단을 통한 원섹션의 전기에너지를 출력함으로써 일반적인 소형동력발전기 및 동력추진기에 효과적으로 응용할 수 있다.The reason why seawater flows into the reaction storage tank 7 as an electrolyte for chemical reaction is because the seawater contains various kinds of chemical elements. For example, magnesium dichloride (MgCl 2 ), sodium chloride (NaCl), and the like are chemical elements contained in seawater. Therefore, when the seawater is circulated through the inlet and outlet of the reaction storage tank 7, the magnesium (Mg) or aluminum (Al) alloy is used as an oxidation reaction material to oxidize Mg-> Mg +2 + 2e- to the cathode. To cause the loss of electrons and output through the cathode output stage 51, using silver chloride (AgCl) as a reduction reaction material to the reduction of 2AgCl + 2e--> 2Ag + 2Cl-to the positive electrode (6) When the seawater is introduced into the reaction reservoir, the anode 6 and the cathode 5 undergo an electrochemical reaction and are converted into electrical energy. Therefore, by outputting the electrical energy of the one section through the output terminal of the positive and negative electrodes, it can be effectively applied to general small power generators and power propellers.

상술한 바와 같은 원섹션의 전기에너지를 갖는 해수전지를 여러개 직렬 또는 병렬 배치하면 더욱 큰 전기에너지의 출력을 얻을 수 있으므로 대형 발전소의 설비에도 응용할 수 있다.When the seawater battery having the one-section electric energy as described above is arranged in series or in parallel, a larger output of electric energy can be obtained, and thus it can be applied to a large power plant.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 해수를 이용하여 전기 에너지를 발생하는 방법 및 장치는 해수를 전해질로 사용하여 전지장치가 전기화학 반응을 일으킨 후 전기 에너지로 직접 전환되는 것으로서 이는 기존의 에너지를 대체할 수 있는 환경보호 개념의 획기적인 에너지로서 커다란 산업적 이용가치를 갖는다.As described above, the method and apparatus for generating electrical energy using seawater according to the present invention is that the battery device is directly converted to electrical energy after the electrochemical reaction using the seawater as an electrolyte, which replaces the existing energy As a breakthrough energy of environmental protection concept, it has great industrial use value.

Claims (3)

해수를 이용하여 전기에너지를 발생하는 방법에 있어서,In the method of generating electrical energy using sea water, 염화은(AgCl)을 환원반응의 재료로 사용하여 하나의 양극을 만드는 단계;Making a positive electrode using silver chloride (AgCl) as a material for a reduction reaction; 마그네슘(Mg) 또는 알루미늄(Al) 합금을 프레스하여 산화반응 재료로 사용하여 하나의 음극을 만드는 단계;Pressing a magnesium (Mg) or aluminum (Al) alloy to form one cathode using an oxidation reaction material; 상기 양극 및 음극을 하나의 반응저장조내에 설치하고 설치된 양극 및 음극 사이에 단층의 고분자격리층을 피복하여 원섹션 전기해수전지를 만드는 단계; 및Installing the positive electrode and the negative electrode in one reaction storage tank and covering the polymer isolation layer of a single layer between the installed positive electrode and the negative electrode to make a one-section electric seawater battery; And 반응저장조내의 측벽에 마련된 출입구를 통해 해수를 도입하고 이 해수를 반응저장조내에서의 양극 및 음극의 전해질로 이용하여 음극에 Mg+2+2e-의 산화작용을 발생시켜 전자를 상실하게 하고 양극에 2AgCl+2e- -> 2Ag+2Cl-의 환원작용을 발생시켜 전자를 얻음으로써 양극 및 음극에서 전기에너지를 방출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수를 이용하여 전기 에너지를 발생하는 방법.Seawater is introduced through the entrance and opening on the side wall of the reaction reservoir, and the seawater is used as the electrolyte of the anode and cathode in the reaction reservoir to cause oxidation of Mg +2 + 2e- at the cathode, resulting in the loss of electrons. 2AgCl + 2e--> 2Ag + 2Cl-by generating a reduction action to obtain the electrons to discharge the electrical energy in the positive and negative electrodes comprising the step of generating electrical energy using sea water. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 양극을 만드는 단계는 은괴를 질산(HNO3) 용액에서 녹이고 그 결과 생성된 질산은(AgNO3)에 염화나트륨(NaCl) 파우더를 첨가하여 염화은(AgCl) 침전물을 생성시킨 후 끓이는 단계;The step of making the positive electrode is to dissolve the silver in a solution of nitric acid (HNO 3 ) and to add the sodium chloride (NaCl) powder to the resulting silver nitrate (AgNO 3 ) to produce a silver chloride (AgCl) precipitate and then to boil; 상기 염화은(AgCl)의 침전물을 여과처리하여 기타 불순물을 제거하는 단계;Filtering the precipitate of silver chloride (AgCl) to remove other impurities; 순화처리를 수행하여 고순도의 염화은(AgCl)을 얻는 단계;Purifying to obtain high purity silver chloride (AgCl); 상기 얻어진 고순도의 염화은(AgCl)을 건조처리하여 분말상태의 고순도 염화은(AgCl)을 얻는 단계;Drying the obtained high purity silver chloride (AgCl) to obtain a high purity silver chloride (AgCl) in powder form; 상기 염화은(AgCl) 분말을 고온융해 처리하는 단계;Hot melting the silver chloride (AgCl) powder; 상기 고온융해 처리한 염화은(AgCl) 분말을 금형박리 처리한 후 열간압After hot-melting the hot-melting silver chloride (AgCl) powder in the mold peeling treatment 연 처리하는 단계;Softening; 상기 열간압연 처리하는 단계의 결과물을 프레스 처리한 후 현상 처리하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 해수를 이용하여 전기 에너지를 발생하는 방법.And hot-rolling the resultant of the hot rolling process, and then developing the electrical energy by using the seawater. 해수를 이용하여 전기 에너지를 발생하는 장치에 있어서,In the device for generating electrical energy using sea water, 염화은(AgCl)을 환원반응 재료로 이용하는 양극과, 마그네슘(Mg) 또는 알루미늄(Al) 합금을 산화반응 재료로 이용하는 음극과, 일측에 마련된 해수의 출구 및 입구를 통해 해수를 내부로 유통시킬 수 있는 반응저장조로 구성되어 있으며,The positive electrode using silver chloride (AgCl) as the reduction reaction material, the negative electrode using magnesium (Mg) or aluminum (Al) alloy as the oxidation reaction material, and the outlet and inlet of the seawater provided on one side can distribute the seawater inside. It consists of a reaction reservoir, 상기 음극을 상기 반응저장조 상, 하측의 정해진 위치에 설치하고 그 위에 하나의 도선을 용접함으로써 반응저장조 밖으로 돌출되는 음극출력단을 형성하고, 상기 양극을 한 쌍의 음극 사이의 정해진 위치에 설치하고 그 위에 하나의 니켈 안내판을 용접함으로써 반응저장조 밖으로 돌출되는 양극출력단을 형성하며, 상기 양, 음극 사이에 발생하는 전기 접촉을 방지할 수 있도록 상기 음극과 양극 사이에 단층의 고분자격리층을 피복하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해수를 이용하여 전기 에너지를 발생하는 장치.The cathode is installed at a predetermined position on the lower side of the reaction reservoir, and a single wire is welded thereon to form a cathode output terminal protruding out of the reaction reservoir, and the anode is installed at a predetermined position between the pair of cathodes. Forming a positive electrode output terminal protruding out of the reaction storage tank by welding one nickel guide plate, and covering a single layer of a polymer isolation layer between the negative electrode and the positive electrode to prevent electrical contact between the positive and negative electrodes. Apparatus for generating electrical energy using seawater characterized in that.
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