KR20070020007A - 수소 투과성 막, 연료전지 및 수소 투과성 막이 설치된수소 추출 장치, 및 수소 투과성 막의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

수소를 선택적으로 투과시키는 수소 투과성 막 (10) 은 바나듐 (V) 을 포함하는 금속 기초층 (12), 팔라듐 (Pd) 을 포함하는 금속 코팅층 (16), 및 금속 기초층 (12) 과 금속 코팅층 (16) 사이에 형성되어 있으며 금속 기초층 (12) 및 금속 코팅층 (16) 보다 용융점이 더 높고 수소 투과성을 지닌 금속으로 만들어진 중간층 (14) 을 포함한다.
수소 투과성 막

Description

수소 투과성 막, 연료전지 및 수소 투과성 막이 설치된 수소 추출 장치, 및 수소 투과성 막의 제조 방법 {HYDROGEN PERMEABLE MEMBRANE, FUEL CELL AND HYDROGEN EXTRACTING APPARATUS EQUIPPED WITH THE HYDROGEN PERMEABLE MEMBRANE, AND METHOD OF MANUFACTURING THE HYDROGEN PERMEABLE MEMBRANE}
본 발명은 수소를 선택적으로 투과시키는 수소 투과성 막, 연료전지 및 수소 투과성 막이 설치된 수소 추출 장치, 및 수소 투과성 막의 제조 방법에 관한 것이다.
수소를 함유하는 가스로부터 수소를 추출하기 위해서, 수소 투과성 금속을 포함하는 층이 제공된 수소 투과성 막이 사용되었다. 예를 들어, 팔라듐 (Pd) 등을 포함하는 수소 투과성 금속 코팅 (coating) 층들이 세라믹 (ceramic) 재료 또는 이와 유사한 것으로 만들어진 수소 투과성 중간층들을 통해 바나듐 (V) 또는 이와 유사한 것으로 만들어진 수소 투과성 금속 기초층의 양면에 각각 제공되는 5 층 구조를 구비하는 수소 투과성 막이 알려져 있다 (일본특허공보 제 7-185277A). 이렇게 구성된 수소 투과성 막에 있어서, 수소 투과성 중간층들의 제공으로, 금속 코팅이 금속 기초층으로 확산되어 발생하는 수소 투과성의 저하가 방지된다.
그러나, 상기처럼 세라믹 재료로 만들어진 수소 투과성 중간층들은 분자 상 태의 수소가 중간층을 통해 투과하도록 한다. 이와 같이, 수소가 수소 투과성 금속 기초층과 수소 투과성 중간층들 사이에서 또는 수소 투과성 금속 코팅층들과 수소 투과성 중간층들 사이에서 이동할 때, 수소의 분열 반응 또는 재결합 반응이 요구된다. 이것은 전체 수소 투과성 막의 수소 투과 성능 개선을 방해한다.
본 발명의 목적은 수소의 분열 반응 또는 재결합 반응 없이 수소 투과성 막에서 금속의 확산을 방지하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태는 수소를 선택적으로 투과시키는 수소 투과성 막에 관한 것이다. 이 수소 투과성 막은 바나듐 (V) 을 포함하는 금속 기초층, 팔라듐 (Pd) 을 포함하는 금속 코팅층, 및 금속 기초층과 금속 코팅층 사이에 형성되어 있으며 금속 기초층 및 금속 코팅층보다 용융점이 더 높고 수소 투과성을 지닌 금속으로 만들어진 중간층을 포함한다.
상기와 같이 구성된 수소 투과성 막에 따라, 금속 기초층과 금속 코팅층 사이에 중간층을 제공하여, 금속 기초층과 금속 코팅층 사이에서 금속이 확산되는 것을 억제할 수 있으며, 금속의 확산으로 발생하는 수소 투과성 막의 성능 저하가 방지될 수 있다. 중간층이 수소 투과성을 지닌 금속으로 만들어지기 때문에, 수소가 금속 기초층과 중간층 사이에서 및 중간층과 금속 코팅층 사이에서 이동할 때 수소의 분열 반응 또는 재결합 반응이 요구되지 않는다. 따라서, 중간층의 준비로 전체 수소 투과성 막의 수소 투과 성능이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 중간층이 금속 기초층 및 금속 코팅층보다 용융점이 더 높은 금속으로 만들어지기 때문에, 금속 기초층과 금속 코팅층 사이에서 금속의 확산을 억제하는 효과 또한 향상될 수 있다.
중간층을 구성하는 금속이 단일 금속 원소로 구성될 수 있다.
이 구성에 있어서, 금속 기초층과 금속 코팅층 사이에서 금속의 확산을 방지하는 효과는 단순한 구조를 통해 성취될 수 있다. 상기 금속 원소는 탄탈 (Ta) 또는 니오븀 (Nb) 일 것이다.
상기 중간층을 구성하는 금속은 합금일 수 있다.
이 구성에 있어서, 중간층이 합금으로 만들어지기 때문에, 수소가 수소 투과성 막으로 고용될 때 중간층의 팽창이 억제될 수 있으며, 전체 수소 투과성 막의 내구성은 향상될 수 있고, 수소 투과성 막의 성능 저하가 방지될 수 있다. 상기 합금은 고용체, 금속간 혼합물 또는 그것들의 혼합물일 것이다.
중간층은 금속 기초층 및 금속 코팅층보다 더 높은 용융점을 구비한 기초 금속 및 첨가 금속으로 구성된 합금으로 만들어질 것이다. 5 족 금속이 금속 기초층 및 금속 코팅층보다 용융점이 더 높은 기초 금속으로서 사용될 수 있다.
상기 첨가 금속은 바나듐 (V) 또는 팔라듐 (Pd) 일 것이다.
바나듐이 첨가 금속으로 사용되면, 첨가 금속이 금속 기초층으로 확산되어 발생하는 금속 기초층에서의 수소 투과성 저하가 방지될 수 있다. 팔라듐이 첨가 금속으로 사용되면, 첨가 금속이 금속 코팅층으로 확산되어 발생하는 금속 코팅층에서의 수소 투과 성능의 저하가 방지될 수 있다.
상기 중간층은 금속 기초층과 접촉하고 있는 제 1 중간층 및 금속 코팅층과 접촉하고 있는 제 2 중간층을 포함할 수 있다. 제 1 중간층은 첨가 금속으로 바나듐 (V) 을 포함할 것이다. 제 2 중간층은 첨가 금속으로 팔라듐 (Pd) 을 포함할 것이다.
이 구성에 있어서, 첨가 금속이 금속 기초층으로 확산되어 발생하는 금속 기초층에서의 수소 투과 성능의 저하를 방지하는 효과 및 첨가 금속이 금속 코팅층으로 확산되어 발생하는 금속 코팅층에서의 수소 투과 성능의 저하를 방지하는 효과가 성취될 수 있다.
첨가 금속은 코발트 (Co), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 몰리브덴 (Mo) 및 티타늄 (Ti) 중에서 선택된 1 종 이상의 금속을 포함할 수 있다.
이 구성에 있어서, 첨가 금속이 금속 기초층으로 확산되어 발생하는 금속 기초층에서의 수소 투과 성능의 저하가 방지될 수 있다.
다른 방법으로, 첨가 금속은 은 (Ag), 가돌리늄 (Gd), 이트륨 (Y) 및 백금 (Pt) 중에서 선택된 1 종 이상의 금속을 포함할 수 있다.
이 구성에 있어서, 첨가 금속이 금속 코팅층으로 확산되어 발생하는 금속 코팅층에서의 수소 투과 성능의 저하가 방지될 수 있다.
상기 중간층은 금속 기초층에 접촉하고 있는 제 1 중간층 및 금속 코팅층에 접촉하고 있는 제 2 중간층을 포함할 수 있다. 상기 제 1 중간층은, 첨가 금속으로, 코발트 (Co), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 망간 (Mn) 및 티타늄 (Ti) 중에서 선택된 1 종 이상의 금속을 포함할 수 있다. 제 2 중간층은, 첨가 금속으로, 은 (Ag), 가돌리늄 (Gd), 이트륨 (Y) 및 백금 (Pt) 중에서 선택된 1 종 이상의 금속을 포함할 수 있다.
이 구성에 있어서, 첨가 금속이 금속 기초층으로 확산되어 발생하는 금속 기초층에서의 수소 투과 성능의 저하가 방지되는 효과 및 첨가 금속이 금속 코팅층으로 확산되어 발생하는 금속 코팅층에서의 수소 투과 성능의 저하가 방지되는 효과가 성취될 수 있다.
본 발명은 상기의 것들과 다른 다양한 형태로 실현될 수 있다. 이를 테면, 본 발명은 수소 투과성 막을 제조하는 방법, 수소 투과성 막을 이용하는 수소분리 시스템, 수소 투과성 막을 이용하는 연료전지 또는 그와 유사한 것들의 형태로 이용될 수 있다.
본 발명의 앞선 및 추가 목적들, 특징들 그리고 장점들은 다음에 나오는 도면들과 관련한 바람직한 실시예들에 대한 다음 설명으로부터 분명해질 것이며, 같은 도면부호는 같은 요소들을 나타내기 위해 사용된다.
도 1 은 수소 투과성 막 (10) 의 구성 개요를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2 는 수소 투과성 막 (10) 의 제조 방법을 보여주는 공정도이다.
도 3 은 수소 투과 계수의 시간에 따른 변화를 검사하기 위해 실시된 실험의 결과를 보여주는 설명도이다.
도 4 는 수소 투과성 막 (110) 의 구성 개요를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 5 는 수소 추출 장치 (20) 의 구성을 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 6 은 수소 투과성 막을 이용하는 연료전지의 구성예를 보여주는 개략적인 단면도이다.
다음, 본 발명의 실시예가 아래 순서로 설명될 것이다.
A. 수소 투과성 막의 구조
B. 수소 투과성 막의 제조 방법
C. 다른 실시예
D. 수소 투과성 막을 사용하는 장치
E. 변경예
A. 수소 투과성 막의 구조:
도 1 은 제 1 실시예로서 수소 투과성 막 (10) 의 구성 개요를 보여주는 개략적인 단면도이다. 수소 투과성 막 (10) 은 금속 기초층 (12), 금속 기초층 (12) 의 양면에 형성된 중간층 (14) 및 각 중간층 (14) 에 형성된 금속 코팅층 (16) 을 결합한 5 층 구조를 구비한다.
금속 기초층 (12) 은 바나듐 (V) 또는 주 성분으로 50% 또는 그 이상의 바나듐을 포함하는 바나듐 합금과 같은 바나듐 (V) 을 포함하는 금속으로 만들어지며, 뛰어난 수소 투과성을 가지고 있다.
금속 코팅층 (16) 들은 팔라듐 (Pd) 또는 주 성분으로 50% 또는 그 이상의 팔라듐을 포함하는 팔라듐 합금과 같은 팔라듐 (Pd) 을 포함하는 금속으로 만들어 진다. 금속 코팅층 (16) 들은 수소 투과성 막의 표면에서 수소 분자의 분열 반응 또는 수소 분자의 결합 반응을 촉진하기에 충분히 활발한 촉매층으로 기능한다.
중간층 (14) 은 수소 투과성을 지니며 금속 기초층 (12) 을 구성하는 금속 및 금속 코팅층 (16) 을 구성하는 금속보다 용융점이 더 높은 금속으로 만들어진다. 이 실시예의 중간층 (14) 들은 탈탄 (Ta) 으로 만들어진다. 중간층 (14) 들은 금속 기초층 (12) 과 금속 코팅층 (16) 들 사이에서 금속들의 확산을 방지하기 위해 제공된다. 중간층 (14) 은 탈탄으로 만들어지는 대신, 니오븀 (Nb) 으로도 만들어질 수 있는데, 상기 니오븀은 수소 투과성을 지니며 금속 기초층 (12) 을 구성하는 금속 및 금속 코팅층 (16) 들을 구성하는 금속보다 용융점이 더 높은 금속이다. 니오븀 (Nb) 및 탈탄은 모두 5 족 금속에 속한다.
B. 수소 투과성 막의 제조 방법:
도 2 는 수소 투과성 막 (10) 을 제조하는 방법을 보여주는 공정도이다. 수소 투과성 막 (10) 의 제조에 있어서, 금속 기초층 (12) 으로서 바나듐을 포함하는 금속층이 먼저 준비된다 (S100 단계). S100 단계에서, 준비된 금속 기초층 (12) 의 표면은 알칼리성 용액을 사용하여 에칭되고, 그로서 표면에 형성된 산화물막과 같은 불순물들이 제거된다.
단계 S100 에 이어, 탈탄으로 만들어진 중간층 (14) 들은 준비된 금속 기초층 (12) 의 각 양면에 형성된다 (단계 S110). 상기 중간층 (14) 은 예를 들어, 무전해도금 또는 전해도금과 같은 도금처리 또는 PVD (물리적 증기 증착) 법 또는 CVD (화학적 증기 증착) 법으로 형성될 수 있다. 그 후, 팔라듐을 포함하는 금 속 코팅층 (16) 들이 각 중간층 (14) 에 형성 (S120 단계) 되어, 수소 투과성 막이 완성된다. 상기 금속 코팅층 (16) 들은 예를 들어, PVD 또는 CVD, 무전해도금 또는 전해도금과 같은 도금처리로 형성될 수 있다.
수소 투과성 막 (10) 의 제조에 있어서, 각 층들의 두께는 요구되는 수소 투과 성능 및 요구되는 길이에 따라 설정될 수 있는데, 요구되는 사항들은 의도하는 목적에 근거하여 결정된다. 이를 테면, 금속 기초층 (12) 은 10 내지 100 ㎛ 의 두께를 가질 수 있다. 금속 코팅층 (16) 들은 0.1 내지 10 ㎛ 의 두께를 가질 수 있다. 금속 코팅층 (16) 들은 이미 상술한 것처럼 촉매층으로서 기능하기 때문에 금속 기초층 (12) 보다 얇게 만들어질 수 있다. 중간층들은 금속 기초층 (12) 과 금속 코팅층 (16) 사이에서 그 금속들의 확산을 방지하기 위해 삽입되어야 하기 때문에 금속 코팅층 (16) 보다 얇게 만들어질 수 있다. 이를 테면, 중간층의 두께는 0.01 내지 10 ㎛ 일 수 있다.
이 실시예의 수소 투과성 막 (10) 에 따라, 수소 투과성을 가진 금속으로 만들어진 중간층 (14) 의 제공으로, 금속 기초층 (12) 과 금속 코팅층 (16) 사이에서 금속의 확산을 억제하는 것 및 금속들의 확산으로 인한 수소 투과성 막의 성능이 저하되는 것을 방지하는 것이 가능하다. 금속 기초층 (12) 또는 금속 코팅층 (16) 의 경우와 마찬가지로, 중간층 (14) 들은 수소가 수소 원자 (또는 양성자) 로서 중간층을 통해 투과할 수 있도록 하는 금속으로 만들어진다. 그러므로, 수소가 금속 기초층 (12) 과 중간층 (14) 사이에서 및 중간층 (14) 과 금속 코팅층 (16) 사이에서 이동할 때, 수소 분자의 분열 반응 또는 결합 반응이 요구되지 않는 다. 따라서, 중간층 (14) 의 제공으로 전체 수소 투과성 막의 수소 투과 성능이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 중간층 (14) 이 금속 기초층 (12) 및 금속 코팅층 (16) 보다 용융점이 더 높은 금속으로 만들어 지기 때문에, 금속 기초층 (12) 과 금속 코팅층 (16) 사이에서 금속의 확산을 억제하는 효과는 더욱 향상될 수 있다. 일반적으로, 금속의 용융점이 높으면 높을수록, 확산은 더더욱 발생하지 않는다. 이렇게, 금속 기초층 (12) 및 금속 코팅층 (16) 보다 용융점이 더 높은 합금으로 중간층을 형성함으로써, 금속의 확산 억제 효과는 더욱 향상될 수 있다.
이 실시예의 수소 투과성 막 (10) 의 성능을 검사하기 위해 실시된 실험의 결과가 지금 설명될 것이다. 이 실험에 있어서, 이 실시예의 수소 투과성 막 (10) 의 성능은 중간층 (14) 이 제공되지않은 비교예로서 만들어진 수소 투과성 막의 성능과 비교된다. 이후에 수소 투과성 막 (10) 및 비교예로서의 수소 투과성 막에 대한 구체적인 상태들이 설명될 것이다. 수소 투과성 막 (10) 은 도 1 의 도시처럼 5 층 구조로 이루어져 있고, 비교예로서의 수소 투과성 막은 금속 기초층 (12) 의 양면이 금속 코팅층 (16) 으로 덮인 3 층 구조로 이루어져 있다. 상기 실험의 이 예에 있어서, 중간층 (14) 들은 PVD 같은 전자 빔 (beam) 증착에 의해 형성된다.
수소 투과성 막 (10) 은 금속 기초층 (12) (100 ㎛ 두께의 바나듐층), 중간층 (14) (0.03 ㎛ 두께의 탈탄층), 금속 코팅층 (16) (0.1 ㎛ 두께의 팔라듐층) 으로 이루어져 있다:
비교 예는 금속 기초층 (12) (100 ㎛ 두께의 바나듐층), 중간층 (14) (비 제공), 금속 코팅층 (16) (0.1 ㎛ 두께의 팔라듐층) 으로 이루어져 있다:
이러한 두 종류의 수소 투과성 막 각각에 관하여, 500℃ 의 온도 조건 하에서 0.2 ㎫ 의 수소가스가 한 면을 따라 유동하게 하고 0.1 ㎫ 의 수소가스가 나머지 다른 면을 따라 유동하게 하면서, 수소 투과 계수가 계산되었고 수소 투과 계수의 시간에 따른 변화가 검사되었다. 이 실험의 결과가 도 3 에 도시되어 있다. 도 3 의 도시처럼, 시간 경과 (수소 투과성 막이 수소 기류에 노출되는 작동시간) 에 상관없이 중간층 (14) 을 구비한 수소 투과성 막 (10) 은 중간층 (14) 이 제공되지 않은 비교예로서의 수소 투과성 막 보다 더 높은 수소 투과 계수를 가졌다. 즉, 상기 조건에서 각각의 수소 투과성 막을 수소기류에 노출시키고 매 20 분 마다 수소 투과성 막들의 수소 투과 계수를 계산한 결과, 수소 투과성 막 (10) 은 대략 75 (Nm3/m2/hr/㎫0.5) 에서 안정된 수소 투과 계수를 가졌다. 한편, 비교예로서의 수소 투과성 막 (10) 은 약 25 (Nm3/m2/hr/㎫0.5) 의 수소 투과 계수를 가졌다. 이와같이, 중간층 (14) 의 구비는 수소 투과성 막에서 더 높은 수소 투과 계수를 유지할 수 있게 한다는 것이 밝혀졌다.
C. 다른 실시예들:
제 1 실시예에 있어서, 중간층 (14) 들은 단일 금속 원소로 만들어진다. 그러나, 중간층 (14) 들은 수소 투과성을 지니고 있으며 금속 기초층 (12) 및 금속 코팅층 (16) 보다 용융점이 더 높은 합금으로 만들어질 수 있다. 그러한 구성 은 제 2 실시예 내지 제 7 실시예에서 설명될 것이다.
C-1. 제 2 실시예:
제 1 실시예의 경우처럼, 제 2 실시예의 수소 투과성 막은 도 1 의 도시처럼 5 층 구조를 갖는다. 제 2 실시예의 수소 투과성 막에 있어서, 중간층 (14) 은 기초 금속으로서 탄탈 (Ta) 및 첨가 금속으로서 바나듐 (V) 을 포함하는 합금 (탈탄-바나듐 합금) 으로 만들어진다. 탈탄은 그 자체로 수소 투과성을 지니며 바나듐 및 팔라듐 보다 용융점이 더 높다. 첨가 금속으로서 바나듐을 사용하여 탈탄을 합금한 상기 합금 또한 수소 투과성을 지니며, 바나듐 및 팔라듐보다 용융점이 더 높고, 금속 기초층 (12) 을 구성하는 금속 및 금속 코팅층 (16) 을 구성하는 금속보다 용융점이 더 높다. 제 2 실시예의 수소 투과성 막 및 나중에 설명될 제 3 실시예 내지 제 7 실시예의 수소 투과성 막 또한 제 1 실시예의 수소 투과성 막과 같은 방법으로 제조될 수 있다. 이를테면, 상기 제 2 실시예의 수소 투과성 막을 제조하기 위해서, 도 2 에 도시된 제조 공정의 단계 S110 에서 PVD 또는 CVD, 무전해도금 또는 전해도금과 같은 도금 처리로 탈탄-바나듐 합금층을 형성하는 것이 적당하다.
이러한 구성의 제 2 실시예의 수소 투과성 막 (10) 에 따라, 제 1 실시예의 수소 투과성 막과 유사한 효과들에 추가하여 다음의 효과들이 성취된다. 즉, 제 2 실시예의 수소 투과성 막 (10) 에 따라, 중간층 (14) 이 합금으로 만들어 지기 때문에, 중간층 (14) 에서 수소 팽창을 억제하는 것, 전체 수소 투과성 막 (10) 의 내구성을 향상시키는 것, 및 수소 투과성 막 (10) 의 성능 저하를 방지하는 것 이 가능하다. 수소 투과성을 지닌 금속은 일반적으로 수소가 고용할 때 팽창 (이하, 수소팽창으로 언급) 하는 성질을 지니지만, 합금은 단순 금속보다 정도가 작은 수소팽창을 지닌다. 그러므로, 제 2 실시예에 따라, 중간층 (14) 의 수소팽창 결과로 인해 수소 투과성 막의 내구성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
탈탄은 바나듐을 포함하는 금속 기초층 (12) 및 팔라듐을 포함하는 금속 코팅층 (16) 보다 정도가 더 큰 수소팽창을 하지만, 탈탄-바나듐 합금은 탈탄 보다 정도가 더 작은 수소팽창을 한다. 그러므로, 제 2 실시예에 따라, 중간층 (14) 과 그에 인접한 금속 기초층 (12) 또는 금속 코팅층 (16) 사이의 수소팽창 정도의 차이는 제 1 실시예에서 보다 더 작고, 인접한 층들 사이에서 수소 팽창 계수 차이로 인한 수소 투과성 막의 내구성 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 제 2 실시예의 수소 투과성 막은 제 1 실시예 보다 내구성이 더 개선될 수 있다.
이 실시예의 수소 투과성 막 (10) 에 따라, 중간층 (14) 을 구성하는 합금으로서, 금속 기초층 (12) 을 구성하는 금속과 같은 종류의 바나듐이 기초 금속인 탈탄에 첨가되는 첨가 금속으로서 사용된다. 그러므로, 금속의 확산 결과로 인한 수소 투과성 막의 성능 저하를 방지하는 효과가 더욱 향상될 수 있다. 금속의 확산은 일반적으로 높은 농도측에서 낮은 농도측으로 진행된다. 그러므로, 바나듐은 낮은 농도의 바나듐을 갖는 중간층에서 높은 농도의 바나듐을 갖는 금속 기초층 (12) 으로 확산되지 않는다. 이와 같이, 금속 기초층 (12) 을 구성하는 금속인 바나듐을 첨가 금속으로 사용하여, 중간층을 구성하는 첨가 금속이 금속 기초층 (12) 으로 확산되어 발생하는 금속 기초층 (12) 내에서의 수소 투과 성능 저 하가 방지될 수 있다. 바나듐이 중간층으로부터 금속 기초층 (12) 으로 확산 되어도, 바나듐이 금속 기초층 (12) 을 구성하는 금속과 동일한 종류이기 때문에 금속 기초층 (12) 의 수소 투과 성능은 저하되지 않는다.
C-2. 제 3 실시예:
바나듐이 제 2 실시예에서 중간층 (14) 을 구성하는 합금에 포함되는 첨가 금속으로 사용되긴 하지만, 팔라듐이 바나듐 대신에 사용될 수 있다. 즉, 도 1 에 도시된 수소 투과성 막 (10) 에 있어서, 중간층 (14) 은 기초 금속으로서 탈탄 및 첨가 금속으로서 팔라듐을 포함하는 합금으로도 만들어질 수 있다.
상기 제 3 실시예의 수소 투과성 막은 제 2 실시예의 수소 투과성 막과 유사한 효과를 성취할 수 있다. 즉, 금속 기초층과 금속 코팅층 사이에서 금속의 확산은 중간층의 제공으로 방지될 수 있다. 수소가 각 층들 사이에서 이동할 때 수소 분자의 분할 반응 또는 결합 반응이 요구되지 않기 때문에, 중간층을 마련하여 전체 수소 투과성 막의 수소 투과 성능이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 금속 기초층 (12) 및 금속 코팅층 (16) 보다 용융점이 더 높은 금속으로 중간층을 구성함으로써, 금속의 확산방지 효과가 향상될 수 있다. 또한, 합금으로 중간층을 구성함으로써, 중간층에서 수소팽창을 억제하는 것, 수소 투과성 막에 있어서 수소 투과 성능의 저하를 억제하는 것, 및 수소 투과성 막의 내구성을 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 중간층 (14) 에 포함되는 첨가 금속으로서 팔라듐을 사용하여, 금속의 확산으로 인한 수소 투과성 막의 성능 저하 방지 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 즉, 팔라듐의 농도가 낮은 중간층에서부터 팔라듐의 농도가 높은 금속 코팅층 (16) 으로 확산이 나타나지 않기 때문에, 중간층을 구성하는 첨가 금속이 금속 코팅층 (16) 으로 확산되어 발생하는 금속 코팅층 (16) 에서의 수소 투과 성능 저하를 방지하는 것이 가능하다. 팔라듐이 중간층으로부터 금속 코팅층 (16) 으로 확산 되어도, 팔라듐이 금속 코팅층 (16) 을 구성하는 금속과 같은 종류이기 때문에 금속 코팅층 (16) 의 수소 투과 성능은 저하되지 않는다.
C-3. 제 4 실시예:
도 1 에 도시된 수소 투과성 막 (10) 에 있어서, 중간층 (14) 은 첨가 금속 및 기초 금속인 탈탄으로 구성된다. 상기 첨가 금속은 코발트 (Co), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 몰리브덴 (Mo) 및 티타늄 (Ti) 중에서 선택된 1 종 이상의 금속을 포함할 수 있다. 이러한 구성은 또한 제 2 실시예에서와 유사한 효과를 달성하게 해준다. 또한, 첨가 금속으로서 열거된 상기 금속들이 바나듐으로 확산되어도, 열거된 금속들은 바나듐의 수소 투과 성능이 저하되게 하지 않는다. 그러므로, 첨가 금속으로서 상기 금속들을 사용하여, 첨가 금속이 금속 기초층 (12) 으로 확산되어 발생하는 전체 수소 투과성 막의 수소 투과 성능 저하를 방지하는 것이 가능하다.
C-4. 제 5 실시예:
도 1 에 도시된 수소 투과성 막 (10) 에 있어서, 중간층 (14) 은 첨가 금속 및 기초 금속인 탈탄으로 구성될 수 있다. 중간층 (14) 은 은 (Ag), 가돌리늄 (Gd), 이트륨 (Y) 및 백금 (Pt) 중에서 선택된 1 종 이상의 금속을 포함할 수 있 다. 이 구성에서 또한, 제 2 실시예의 것과 유사한 효과가 성취된다. 또한, 첨가 금속으로서 열거된 상기 금속들은 팔라듐과 합금됨으로서 팔라듐의 수소 투과 성능을 향상시키는 성질을 갖는다. 그러므로, 첨가 금속으로 상기 금속들을 사용함으로써, 첨가 금속이 금속 코팅층 (16) 으로 확산되어 발생하는 전체 수소 투과성 막의 수소 투과 성능 저하가 방지될 수 있다.
C-5. 제 6 실시예:
도 4 는 제 6 실시예의 수소 투과성 막 (110) 의 구성 개요를 보여주는 개략적인 단면도이다. 수소 투과성 막 (110) 은 제 1 중간층 (114) 및 제 2 중간층 (115) 이 금속 기초층 (12) 과 금속 코팅층 (16) 사이에 각각 삽입된 7 층 구조를 구비하며, 이 금속 기초층 및 금속 코팅층은 제 2 실시예의 수소 투과성 막 (10) 의 것들과 유사하다. 제 2 실시예의 수소 투과성 막 (10) 에 제공된 중간층 (14) 의 경우와 마찬가지로, 금속 기초층 (12) 의 양면에 형성된 제 1 중간층 (14) 은 기초 금속인 탈탄 및 첨가 금속인 바나듐의 합금으로 만들어진다. 제 3 실시예의 수소 투과성 막에 제공된 중간층의 경우와 마찬가지로, 제 1 중간층 (114) 과 금속 코팅층 (16) 사이에 각각 형성된 제 2 중간층 (115) 은 기초 금속인 탈탄 및 첨가 금속인 팔라듐으로 만들어진다.
이 구성에서 또한, 수소 투과성을 지닌 용융점이 높은 합금으로 만들어진 중간층에 의해 상기 효과가 성취된다. 또한, 첨가 금속으로서 바나듐을 포함하는 제 1 중간층 (114) 의 제공으로, 제 2 실시예와 마찬가지로, 첨가 금속이 금속 기초층 (12) 으로 확산되어 발생하는 수소 투과 성능의 저하가 억제될 수 있다. 또한, 첨가금속으로서 팔라듐을 포함하는 제 2 중간층 (115) 의 제공으로, 제 3 실시예와 마찬가지로, 첨가 금속이 금속 코팅층 (16) 으로 확산되어 발생하는 수소 투과 성능의 저하가 방지될 수 있다.
C-6. 제 7 실시예:
도 4 에 도시된 수소 투과성 막 (110) 에 있어서, 코발트 (Co), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 몰리브덴 (Mo) 및 티타늄 (Ti) 중에서 선택된 1 종 이상의 금속이 제 4 실시예의 경우와 마찬가지로 제 1 중간층 (114) 에 포함된 첨가 금속으로서 사용될 수 있으며, 그리고 은 (Ag), 가돌리늄 (Gd), 이트륨 (Y) 및 백금 (Pt) 중에서 선택된 1 종 이상의 금속이 제 5 실시예의 경우와 마찬가지로 제 2 중간층 (115) 에 포함된 첨가 금속으로서 사용될 수 있다. 이 구성에서 또한, 수소 투과성을 지닌 용융점이 높은 합금으로 만들어진 중간층에 의해 상기 효과가 성취된다. 또한, 첨가 금속으로서 코발트 (Co), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 몰리브덴 (Mo) 및 티타늄 (Ti) 중에서 선택된 1 종 이상을 포함하는 중간층 (114) 의 제공으로, 제 4 실시예의 경우와 마찬가지로, 첨가 금속이 금속 기초층 (12) 으로 확산되어 발생하는 수소 투과 성능의 저하가 억제될 수 있다. 또한, 첨가 금속으로서 은 (Ag), 가돌리늄 (Gd), 이트륨 (Y) 및 백금 (Pt) 중에서 선택된 1 종 이상을 포함하는 제 2 중간층 (115) 의 제공으로, 제 5 실시예의 경우와 마찬가지로, 첨가 금속이 금속 코팅층 (16) 으로 확산되어 발생하는 수소 투과 성능의 저하가 방지될 수 있다.
제 6 실시예의 제 1 및 제 2 중간층의 결합 그리고 제 7 실시예의 제 1 및 제 2 중간층의 결합이 상호 교환되는 구조를 선택하는 것도 가능하다. 즉, 수 소 투과성 막은 바나듐이 첨가 금속으로서 사용되는 제 6 실시예의 제 1 중간층 (114) 과 은 (Ag), 가돌리늄 (Gd), 이트륨 (Y) 및 백금 (Pt) 중에서 선택된 1 종 이상이 첨가 금속으로서 사용되는 제 7 실시예의 제 2 중간층을 통합할 수 있다. 다른 방법으로서, 수소 투과성 막은 코발트 (Co), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 몰리브덴 (Mo) 및 티타늄 (Ti) 중에서 선택된 1 종 이상이 첨가 금속으로서 사용되는 제 7 실시예의 제 1 중간층과 팔라듐이 첨가 금속으로서 사용되는 제 6 실시예의 제 2 중간층 (115) 을 통합할 수 있다. 이 경우들에서 또한, 사용된 첨가 금속에 대응하는 상기 효과가 각각 성취될 수 있다.
D. 수소 투과성 막을 사용하는 장치:
D-1. 수소 추출 장치:
도 5 는 제 1 실시예의 수소 투과성 막 (10) 을 이용하는 수소 추출 장치 (20) 의 구조를 보여주는 개략적인 단면도이다. 수소 추출 장치 (20) 는 다수의 수소 투과성 막 (10) 들이 쌓여 있는 구조를 구비한다. 도 5 는 단지 수소 투과성 막 (10) 의 적층체와 관련된 구조를 보여준다. 수소 추출 장치 (20) 에 있어서, 수소 투과성 막 (10) 의 외주에 연결된 지지부 (22) 는 적층된 수소 투과성 막 (10) 들 사이에 배치된다. 수소 투과성 막 (10) 들 사이의 지지부 (22) 에 의해서 소정의 공간이 확보된다. 지지부 (22) 들은 수소 투과성 막 (10) 들에 연결되고 충분한 강성을 가지는 것이 적당하다. 예를 들어, 지지부 (22) 들이 스테인리스 강 (SUS) 과 같은 금속 재료로 만들어 지면, 지지부들은 금속층들로서 수소 투과성 막 (10) 들에 쉽게 연결될 수 있다.
각 수소 투과성 막 (10) 들 사이에 형성된 상기 소정의 공간들은 교대로 수소 함유 가스 통로 (24) 및 퍼지가스통로 (26) 를 형성한다. 수소가 추출될 수소 함유 가스는 수소 함유 가스 공급부 (비 도시) 로부터 각 수소 함유 가스 통로 (24) 에 공급된다. 충분히 낮은 농도의 수소로 된 퍼지가스는 퍼지가스 공급부 (비 도시) 에서부터 각 퍼지가스통로 (26) 에 공급된다. 수소 함유 가스 통로 (24) 에 공급된 가스 내의 수소는 수소농도의 차이에 따라서 수소 투과성 막 (10) 을 통해 퍼지가스통로 (26) 로 투과하며, 따라서 수소 함유 가스로부터 추출된다.
상기처럼 구성된 제 1 실시예의 수소 투과성 막 (10) 이 있는 수소추출장치 (20) 의 제공으로, 금속의 확산으로 발생하는 수소 투과 성능의 저하가 방지될 수 있으며, 수소 추출 장치 (20) 의 성능이 저하되는 것이 방지된다. 수소 추출 장치 (20) 에 사용되는 수소 투과성 막은 다른 실시예들의 어느 하나일 수 있다. 이 경우에 있어서, 합금으로 된 각 실시예의 수소 투과성 막의 중간층 형성으로, 수소팽창으로 발생하는 수소 투과 성능의 저하가 억제될 수 있고, 중간층에 포함된 첨가 금속에 대응하는 상기 효과가 성취된다.
D-2. 연료전지:
도 6 은 제 1 실시예의 수소 투과성 막 (10) 을 이용하는 연료전지의 구조예를 보여주는 개략적인 단면도이다. 도 6 이 단일 전지 (30) 를 보여주긴 하지만, 연료전지는 다수의 단일 전지 (30) 들을 적층하여 형성된다.
단일 전지 (30) 에 MEA (Membrane Electrode Assembly) (31) 가 제공되며, 상기 MEA 는 수소 투과성 막 (10), 수소 투과성 막 (10) 의 한 면에 형성된 전해질 층 (32) 및 전해질층 (32) 에 형성된 음극 (34) 으로 구성된다. 단일 전지 (30) 에는 또한 두개의 가스 분리기 (36) 및 (37) 이 제공되며, 두 가스 분리기는 그것들의 양 측면에 MEA (31) 를 끼운다. 수소를 함유하는 연료가스가 통과하는 단일 전지의 연료가스 유동통로 (38) 는 그것에 인접한 수소 투과성 막 (10) 과 가스 분리기 (36) 사이에 형성된다. 산소를 함유하는 산화가스가 통과하는 단일 전지의 산화가스 유동통로 (39) 는 그것에 인접한 음극 (34) 과 가스 분리기 (37) 사이에 형성된다.
전해질층 (32) 은 양자 전도성을 갖는 고체 전해질로 만들어진 층이다. 이를 테면, BaCeO3 또는 SrCeO3 계 세라믹 (ceramics) 양자 전도체가 전해질층 (32) 을 구성하는 고체 전해질로서 사용될 수 있다. 상기 전해질층 (32) 은 상기 고체 산화물의 발생으로 수소 투과성 막 (10) 에 형성될 수 있다. 이를 테면, PVD 및 CVD 와 같은 다양한 방법들이 전해질층 (32) 을 형성하는 방법으로서 사용될 수 있다. 조밀한 금속막으로 수소 투과성 막 (10) 에 전해질층 (32) 을 형성함으로써, 전해질층 (32) 의 두께가 감소 될 수 있고 막저항도 더욱 감소 될 수 있다. 이와 같이, 발전이 대략 200 내지 600℃ 에서 실행될 수 있는데, 상기 온도는 관련분야의 고체 산화물 연료전지의 작동온도보다 더 낮다.
상기 음극 (34) 은 전기 화학 반응을 촉진하기 위한 촉매 활동성을 지닌 층이다. 이 실시예에 있어서, 귀금속인 백금으로 만들어진 다공성 백금층이 음극 (34) 으로서 제공된다. 단일 전지 (30) 에 있어서, 전기 전도성 및 가스 투과 성을 지닌 집전부도 음극 (34) 과 가스 분리기 (37) 사이에 또는 수소 투과성 막 (10) 과 가스 분리기 (36) 사이에 제공된다. 집전부는 예를 들어, 다공성 발포금속 또는 금속 메쉬 (mesh), 탄소천 (carbon cloth), 탄소종이 (carbon paper), 세라믹 재료 또는 그와 유사한 것들의 판재로 형성될 수 있다.
상기 가스 분리기 (36) 및 (37) 은 가스에 불투과성인 부재인데, 상기 부재는 탄소 또는 금속과 같은 전도성 물질로 형성된다. 가스 분리기 (36) 또는 (37) 의 표면에, 단일 전지에서 연료가스 유동통로 (38) 또는 단일 전지에서 산화가스 유동통로 (39) 를 구성하는 소정의 오목한 부분들 및 볼록한 부분들이 형성된다. 실제 연료전지에 있어서, 상기 가스 분리기 (36) 및 (37) 은 상이한 종류의 부재로 구성되지 않는다. 소정의 단일 전지 (30) 의 단일 전지 내 연료가스 유동통로 (38) 는 가스 분리기 (36) 및 (37) 중 하나의 한 면에 형성되며, 상기 소정의 단일 전지 (30) 에 인접한 단일 전지 (30) 의 단일 전지 내 산화가스 유동통로 (39) 는 나머지 다른 분리기의 한 면에 형성된다. 다른 방법으로, 인접한 단일 전지 (30) 들 사이에서, 냉각매개물 유동통로가 단일 전지들 중 하나에 제공된 가스 분리기 (36) 와 나머지 다른 단일 전지에 제공된 가스 분리기 (37) 사이에 제공될 수 있다.
제 1 실시예의 수소 투과성 막 (10) 이 있는 상기 연료전지의 제공으로, 금속의 확산으로 발생하는 수소 투과 성능의 저하가 방지될 수 있고, 연료전지의 성능 저하가 방지될 수 있다. 나머지 다른 실시예들 중 어느 하나의 수소 투과성 막이 연료전지용으로 사용될 수 있다. 이 경우에 있어서, 합금을 사용하는 각 실시예들의 수소 투과성 막의 중간층 형성으로, 수소팽창으로 발생하는 내구성 저하 및 수소 투과 성능의 저하가 억제될 수 있고, 중간층들에 포함된 첨가 금속에 대응하는 상기 효과가 성취될 수 있다.
도 1 에 도시된 수소 투과성 막 (10) 과 달리, 도 6 에 도시된 연료전지에 제공된 수소 투과성 막은 전해질층 (32) 과 접촉하고 있는 수소 투과성 막의 면에 금속 코팅층 또는 중간층이 제공되지 않도록 구성될 수도 있다.
E. 변형예:
본 발명은 본원의 요지를 벗어나지 않는 한 상기 실시예들로 제한되지 않으며, 다양한 방법으로 실시될 수 있다. 예를 들어, 다음의 변형들이 또한 가능하다.
E 1.변형예 1:
상기 제 2 내지 제 7 실시예에 있어서 중간층들을 구성하는 기초 금속이 탈탄이긴 하지만, 다른 금속들이 기초 금속으로 사용될 수 있다. 이를 테면, 수소 투과성을 지니며 바나듐 및 팔라듐보다 용융점이 더 높은, 탈탄의 경우와 마찬가지로 5 족 금속에 속하는, 니오븀 (Nb) 이 탈탄 대신에 기초 금속으로 사용될 수 있다. 금속 기초층 (12) 및 금속 코팅층 (16) 들 보다 용융점이 더 높은 수소 투과성을 지니는 중간층들이 5 족 금속에 속하는 바나듐을 소정의 첨가 금속과 합금하여 형성되는 경우에 있어서, 바나듐 및 소정의 첨가 금속은 중간층들을 구성하는 기초 금속으로서 함께 사용될 수 있다. 기초 금속은 니오븀 또는 탈탄과 같은 5 족 금속으로 제한되지 않는다. 최종 합금이 바나듐을 포함하는 금속 기초 층 및 팔라듐을 포함하는 금속 코팅층보다 용융점이 더 높으며 수소 투과 성능을 지니는 어떠한 금속도 첨가 금속과 합금되어 사용될 수 있다. 그러므로 상기 실시예들의 것들과 유사한 효과가 성취될 수 있다. 중간층을 구성하는 전체 합금에대한 기초 금속의 비율은 50 % 를 초과하는 범위 이내로 대략 정해지는데, 그 결과 수소 투과 성능 및 얻어진 합금의 용융점이 기초 금속과 결합된 첨가 금속에 따라 충분히 향상된다.
E 2. 변형예 2:
중간층들을 구성하는 첨가 금속은 각 실시예들에서 언급된 것들이 아닐 수도 있다. 최종 합금이 금속 기초층 및 금속 코팅층들보다 용융점이 더 높으며 수소 투과성을 지니는 어떠한 첨가 금속도 기초 금속과 합금되어 사용될 수 있다. 그러므로, 상기 실시예들의 것들과 유사한 효과가 성취될 수 있다. 상기 실시예들에서 언급된 금속들을 제외하고, 예를 들어, 텅스텐 (W) 이 첨가 금속으로 사용될 수 있다. 다른 방법으로, 예를 들어, 탈탄이 기초 금속으로 사용될 때 니오븀이 사용될 수 있고, 또한 니오븀이 기초 금속으로 사용될 때 탈탄이 첨가 금속으로 사용될 수 있다.
중간층들을 구성하는 첨가 금속으로 다수의 여러 종류의 금속들을 사용하여, 서로 결합된 금속들에 대응하는 효과가 또한 성취될 수 있다. 이를 테면, 제 4 실시예에서 첨가 금속으로서 사용된 코발트 (Co), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 몰리브덴 (Mo) 및 티타늄 (Ti) 중에 선택된 금속과 제 5 실시예에서 첨가 금속으로 사용된 은 (Ag), 가돌리늄 (Gd), 이트륨 (Y) 및 백금 (Pt) 중 선태된 금속이 첨가 금속들 로 사용되도록 서로 결합될 수 있다. 그러한 경우에 있어서, 첨가 금속들이 금속 기초층 (12) 으로 확산되어 발생하는 수소 투과 성능의 저하를 억제하는 효과 및 첨가 금속들이 금속 코팅층 (16) 들로 확산되어 발생하는 수소 투과 성능의 저하를 방지하는 효과가 성취될 수 있다. 첨가 금속들로서 다수의 여러 종류의 금속들을 결합하여 얻어진 합금이 수소 투과성을 지닌 용융점이 높은 합금을 만들어 낸다면, 어떠한 결합도 가능하다.
E 3. 변형예 3:
상기 제 1 내지 제 7 실시예들 각각의 수소 투과성 막이 수소 투과성을 지닌 얇은 금속막으로서 자립막이긴 하지만, 수소 투과성 막은 가스 투과성을 가진 다공성 기질 (substrate) 에 제공된 수소 투과성 금속을 구비하여 형성될 수도 있다. 즉, 금속 코팅층, 중간층, 금속 기초층, 중간층 및 금속 코팅층이 이러한 순서로 쌓이는 금속층을 형성하기 위해서, 다공성 층에 각 금속층들을 연속적으로 형성하여 얻어진 수소 투과성 막이 사용될 수 있다. 이렇게 다공성 기질에 제공된 수소 투과성 막이 상기 실시예들의 수소 투과성 막 (10) 을 대신하여 도 5 에 도시된 수소 추출 장치에 사용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 수소를 선택적으로 투과시키는 수소 투과성 막으로서,
    바나듐 (V) 을 포함하는 금속 기초층,
    팔라듐 (Pd) 을 포함하는 금속 코팅층, 및
    금속 기초층과 금속 코팅층 사이에 형성되어 있으며, 금속 기초층 및 금속 코팅층보다 용융점이 더 높고 수소 투과성을 지닌 금속으로 만들어진 중간층을 포함하는 수소 투과성 막.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 중간층을 구성하는 금속이 단일 금속 원소로 구성되는 수소 투과성 막.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 금속 원소가 탄탈 (Ta) 또는 니오븀 (Nb) 인 수소 투과성 막.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 중간층을 구성하는 금속이 합금인 수소 투과성 막.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 중간층은 금속 기초층 및 금속 코팅층보다 용융점이 더 높은 기초 금속 및 첨가 금속으로 구성된 합금으로 만들어지는 수소 투과성 막.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 기초 금속이 5 족 금속인 수소 투과성 막.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 첨가 금속이 바나듐 (V) 또는 팔라듐 (Pd) 인 수소 투과성 막.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 중간층은 금속 기초층과 접촉하고 있는 제 1 중간층 및 금속 코팅층과 접촉하고 있는 제 2 중간층을 포함하며, 상기 제 1 중간층은 첨가 금속으로 바나듐 (V) 을 포함하고, 상기 제 2 중간층은 첨가 금속으로 팔라듐 (Pd) 을 포함하는 수소 투과성 막.
  9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 첨가 금속은 코발트 (Co), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 몰리브덴 (Mo) 및 티타늄 (Ti) 중에서 선택된 1 종 이상의 금속을 포함하는 수소 투과성 막.
  10. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 첨가 금속은 은 (Ag), 가돌리늄 (Gd), 이트륨 (Y) 및 백금 (Pt) 중에서 선택된 1 종 이상의 금속을 포함하는 수소 투과성 막.
  11. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 중간층은 금속 기초층에 접촉하고 있는 제 1 중간층 및 금속 코팅층에 접촉하고 있는 제 2 중간층을 포함하며, 상기 제 1 중간층은, 첨가 금속으로, 코발트 (Co), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 망간 (Mn) 및 티 타늄 (Ti) 중에서 선택된 1 종 이상의 금속을 포함하고, 제 2 중간층은, 첨가 금속으로, 은 (Ag), 가돌리늄 (Gd), 이트륨 (Y) 및 백금 (Pt) 중에서 선택된 1 종 이상의 금속을 포함하는 수소 투과성 막.
  12. 양성자 전도성을 갖는 전해질층과 이 전해질층의 한 면에 형성된 수소 투과성 막을 포함하는 전해질 막,
    산소를 함유하는 산화가스를 상기 전해질 막의 한면에 공급하는 산화가스 공급부, 및
    수소를 함유하는 연료가스를 상기 전해질 막의 나머지 다른 면에 공급하는 연료가스 공급부를 포함하고,
    상기 수소 투과성 막이 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 수소 투과성 막인 연료전지.
  13. 수소함유가스로부터 수소를 추출하기 위한 수소 추출 장치로서,
    제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 수소 투과성 막,
    수소 투과성 막의 제 1 면에 형성되어 있고, 수소함유가스가 통과하는 수소 함유 가스 유동통로, 및
    수소 투과성 막의 제 2 면에 형성되어 있고, 수소 투과성 막을 투과하여 수소 함유 가스로부터 추출된 수소가 지나가는 추출된 수소 유동통로를 포함하는 수소 추출 장치.
  14. 수소를 선택적으로 투과시키는 수소 투과성 막을 제조하는 방법으로서,
    바나듐 (V) 을 포함하는 금속 기초층을 준비하는 단계,
    합금으로 만들어진 중간층을 금속 기초층에 형성하는 단계, 및
    팔라듐 (Pd) 을 포함하는 금속 코팅층을 중간층에 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 합금은 금속 기초층 및 금속 코팅층보다 용융점이 더 높으며 수소 투과성을 지닌 수소 투과성 막의 제조 방법.
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