KR20100014467A - 전기화학 셀 및 그 작동 방법 - Google Patents

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케네쓰 엘. 하디
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인두스트리에 데 노라 에스.피.에이.
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Abstract

본 발명은, 한 쌍의 애노드(201, 202) 또는 캐소드(301, 302)와 인접 쌍의 대응하는 상대 전극을 교대로 작동시킴으로써 스케일의 축적 또는 유사한 오염 현상이 방지되고, 각 쌍의 비작동 전극은 개방 회로 상태에 놓이는, 애노드/캐소드 쌍(110, 120)의 배치를 포함하는 전기화학 셀에 관한 것이다. 전해액은 유해한 전류 반전에 의존하지 않고, 개방 회로 상태에서 전극 상의 스케일 퇴적물을 용해시킨다.
애노드, 캐소드, 비전도성 부재, 작동 수단, 전원, 개방 회로, 다이오드, 전극촉매 코팅

Description

전기화학 셀 및 그 작동 방법{ELECTROCHEMICAL CELL AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}
본 발명은 전기화학 셀, 특히 물을 전기분해 처리하기 위한 셀의 분야에 관한 것이다.
예를 들어, 물 살균을 위해 차아염소산염 또는 오존을 발생시키는 셀, 또는 살생제 처리를 위해 산소를 방출하는 셀과 같은 전기분해 수처리 용도의 여러 전기화학 셀이 당업계에 공지되어 있다. 이들 셀의 주요 쟁점중 하나는, 특히 셀 내의 캐소드(cathode) 표면에, 불용성 염분 스케일(scale), 조류(藻類: algae) 또는 기타 미생물 성장과 같은 오염물(fouling product)이 형성되는 것이다. 이러한 오염물은 통상 비전도성이며, 전기화학 공정의 전류 효율에 유해할 뿐 아니라, 활성 반응 개소에 대한 전해액의 접근을 방해하므로, 주기적으로 제거되어야 한다. 원칙적으로, 이는 오염된 전극이 설치되는 셀을 해체하게 됨을 의미하며, 유지관리 절차의 직접 비용뿐 아니라 생산성의 순손실이 수반된다. 더욱이, 전기화학적 용도의 전극은, 많은 경우 매우 비싼 귀금속 또는 그 산화물을 포함하는 촉매 활성 성분의 얇은 층으로 코팅되는 불활성 전도성 기판을 종종 구비한다. 이들 활성 전극 표면으로부터 염분 스케일 또는 조류를 기계적 수단에 의해 제거하는 것은 이러한 섬세한 활성 코팅이 손상될 위험과 연관되며, 여전히 상당한 경제적 손실을 수반한다.
이들 고비용의 위험한 유지관리 절차를 회피하기 위한 종래 기술에 개시된 한 가지 수단은, 전극의 극성을 제한된 기간 동안 주기적으로 반전시키는 것으로 구성되는 바, 이는 스케일의 분리 또는 용해를 촉진하는 과도 조건의 확립(예를 들면, 애노드(anode)로서 일시적으로 작동하는 오염된 캐소드 표면 근처에서의 산성을 국소 증가시키는 것) 또는 조류에 대한 살생제 작용(예를 들면, 오염된 캐소드 표면에 일시적으로 염소를 발생시키는 것)을 초래할 수 있다.
본 기술 분야에서 전류 반전(current reversal)으로 알려져 있는 이 기술의 상이한 실시예가 공지되어 있으며, 차아염소산염이 발생되는 해수 전기분해, 수영장 물에 대한 염소 처리기에서의 전류 반전, 및 물 전기분해 처리에서의 탄산칼슘 스케일 제거와 같은 용도에 사용되어 왔다. 이들 모든 예에서, 캐소드는 주기적으로 소정 사이클에서의 제한된 기간 동안 애노드로 작동하며, 전류 반전 모드에서의 작동 시간이 길수록 전극 세정은 보다 효과적으로 된다.
그럼에도 불구하고, 반전 조건에서의 기능이 너무 길면, 셀이 소정 산물을 생성하지 않고 세정 모드에서 작동할 때 가능한 순전류 효율이 감소할 뿐 아니라, 전극에 대한 손상도 발생할 수 있다. 대부분의 경우에 캐소드의 애노드 작동은 스테인레스 스틸, 니켈 및 니켈 합금과 같은 몇 가지 바람직한 캐소드 기판을 포함하는, 캐소드 작동을 위해 특정하게 설계되는 재료의 완전성에 유해하다. 대부분의 경우에, 간헐적인 전류 반전으로 작동하도록 설계된 셀은 티타늄 캐소드를 사용하 게 되는 바, 이는 귀금속 코팅의 적합한 층으로 보호되어야 한다. 한편, 전류 반전의 유해한 효과는 또한, 캐소드로서 작동하게 되어있고 통상 전류 반전 모드에서 모든 코팅 및 기판 재료에 무해한 반응이 아닌 수소 발생을 겪는 특정 설계된 애노드 재료에 대해 대단히 클 수 있다. 따라서 주기적인 전류 반전으로 작동될 셀에 대한 구성 재료의 선택 상의 자유도가 감소되며, 상이한 요구조건을 모두 충족시키기 위해서는 통상 타협이 요구된다. 상기 제한에 의해 상당한 정도로 영향받는 통상적인 산업상 용도의 예는, 특히 처리될 물의 경도가 높을 때의 전술한 수영장 물의 염소처리, 및 해양 생물의 비자연적 형태를 파괴하기 위해 국제 규정에 의해 요구되고 스케일링 현상 및 생물학적 캐소드 오염에 의해 영향받는 선박의 밸러스트 워터(ballast water)의 현장 처리이다.
따라서 생산 중단 없이 그리고 전극 극성의 반전 없이 오염물의 제거가 달성되는 전기화학 셀을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 산소 및/또는 차아염소산염의 발생, 밸러스트 워터의 살생제 처리, 또는 수영장 물의 염소 처리에 적합한 전기화학 셀을 제공하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 본 발명은, 제 1 및 제 2 애노드/캐소드 쌍을 포함하는 전기화학 셀로서, 상기 애노드/캐소드 쌍의 각각은 비전도성 매체에 의해 분리되는 캐소드 및 애노드와 상기 제 1 및 제 2 애노드/캐소드 쌍을 전원에 연결하는 적어도 하나의 작동 수단을 포함하고, 상기 작동 수단 및 상기 전원은 직류 전류를 교대로 공급하기에 적합하며,
제 1 작동 상태에서는 상기 제 1 애노드/캐소드 쌍의 상기 캐소드 및 상기 제 2 애노드/캐소드 쌍의 상기 애노드에 공급하고, 나머지 캐소드와 애노드는 개방 회로 상태에 있으며,
제 2 작동 상태에서는 상기 제 2 애노드/캐소드 쌍의 상기 캐소드 및 상기 제 1 애노드/캐소드 쌍의 상기 애노드에 공급하고, 나머지 캐소드와 애노드는 개방 회로 상태에 있는 전기화학 셀에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 발명은, (a) 각 쌍이 애노드, 비전도성 부재, 및 캐소드를 포함하는 적어도 두 개의 애노드/캐소드 쌍, 및
(b) 애노드에 산화 전류(anodic current)를 도입하고 캐소드에 환원 전류(cathodic current)를 도입할 수 있는 작동 수단에 대한 연결체를 포함하는 전극 조립체에 관한 것이다.
또다른 실시예에서, 본 발명은, (a) 애노드, 비전도성 부재, 캐소드를 각각 포함하는 적어도 두개의 애노드/캐소드 쌍들, 및 (b) 애노도에 산화 전류를 도입하고 캐소드에 환원 전류를 도입할 수 있는 작동 수단에 대한 연결체를 포함하는 전극 조립체에 관한 것이다.
추가 실시예에서, 본 발명은, (a) 캐소드 쌍 사이에 배치되는 중심 애노드를 포함하는 다수의 애노드/캐소드 그룹, (b) 조립체의 단부의 제 1 및 제 2 말단 애노드/캐소드 쌍, 및 (c) 애노드에 산화 전류를 도입하고 캐소드에 환원 전류를 도입할 수 있는 작동 수단을 포함하는 전극 조립체에 관한 것이다.
추가 실시예에서, 본 발명은, 애노드에 산화 전류를 도입하고 캐소드에 환원 전류를 도입할 수 있는 작동 수단과 조합되는 애노드/캐소드 쌍으로서, 상기 쌍의 상기 애노드 또는 상기 캐소드는 제 1 작동 상태 또는 제 2 작동 상태에서 작동이 교대되는 애노드/캐소드 쌍에 관한 것이다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 특징과 장점들은 첨부도면을 참조하는 이하의 설명에 의해 명확해질 것이다.
도 1은 전기화학 스위치의 배치로 구성되는 작동 수단을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀의 도시도이다.
도 2는 다이오드의 배치로 구성되는 작동 수단을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀의 도시도이다.
도 3은 의사-쌍극 배치된 두 개의 추가 애노드/캐소드 쌍의 조립체를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀의 도시도이다.
도 4는 셀 내에 다수의 챔버를 형성하도록 배치된 다수의 애노드/캐소드 그룹을 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조립체의 도시도이다.
도 5는 도 4의 대체 실시예를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립체의 도시도이다.
도 6은 수영장 염소 처리기 내에서의 작동 이후의 반전 및 비반전 전극의 외관을 도시하는 사진이다.
이제 본 발명의 하나 이상의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명할 것이며, 그 전체에 걸쳐서 유사한 구성요소는 유사한 참조부호로 지칭될 것이며, 도시된 구조가 반드시 실척으로 도시되는 것은 아니다.
본 발명의 목적을 위해서, 하기 용어들은 후술하는 의미를 갖는다:
용어 "하나"는 그 전체의 하나 이상을 지칭하는 것으로, 예를 들어 "애노드" 또는 "애노드/캐소드 쌍"은 하나 이상의 애노드 또는 적어도 하나의 애노드를 지칭한다. 따라서, "하나", "하나 이상" 및 "적어도 하나"라는 용어는 본 명세서에서 호환적으로 사용될 수 있다. 또한, "포함하는", "구비하는", "갖는"이라는 용어도 호환적으로 사용될 수 있음을 알아야 한다. 또한, "하나 이상으로부터 선택되는" 화합물은 둘 이상의 화합물의 혼합물(즉, 조합물)을 포함하는, 후술하는 리스트에 있는 화합물 중 하나 이상을 지칭하는 것이다.
본 발명은 애노드/캐소드 쌍으로 배치되는 전극을 갖는 전기화학 셀을 포함하고, 각 쌍의 애노드 및 캐소드는 비전도성 매체에 의해 분리되며, 상기 전극은, 제 1 작동 상태에서 한 쌍의 캐소드와 다른 쌍의 애노드에 직류 전류를 교대로 공급하고 이후 제 2 작동 상태에서 제 1 쌍의 애노드와 제 2 쌍의 캐소드에 직류 전류를 교대로 공급하기에 적합한 작동 수단을 통해서 전원에 연결되며, 각각의 작동 상태에서 전류가 공급되지 않는 애노드와 캐소드는 개방 회로 상태로 유지된다.
상기 작동 수단은 당업계에 공지되어 있는 릴레이의 배치 또는 기타 형태의 전기화학 또는 전자 무접점(solid state) 스위치, 또는 애노드에 산화 전류를 그리고 캐소드에 환원 전류를 도입할 수 있는 다이오드의 배치 중 하나 이상을 구비한다. 어느 경우에나, 스위치 또는 다이오드는 전원 내에 설치될 수 있거나, 또는 전극에, 셀 내에 또는 셀 내의 배선에 직접 부착될 수 있다. 전기화학 또는 전자(무접점) 스위치가 사용될 때, 전원은 연속 전원을 포함하고, 스위치는 협력 작동하는 더블 스위치 커플로 배치되는 바, 하나의 더블 스위치는 애노드/캐소드 쌍의 애노드 또는 캐소드를 전원에 교대로 연결하고, 다른 더블 스위치는 인접하는 애노드/캐소드 쌍의 반대 극성의 전극을 전원에 연결한다. 이러한 전기화학 또는 무접점 릴레이는 "쌍극 쌍투(double pole double throw)"로 주지되어 있는 형태의 것일 수 있다.
다이오드가 사용될 때, 전원은 반전 직류 전원을 포함하며, 다이오드는 극성이 반대인 커플로 배치되고, 다이오드의 각 커플은 애노드를 전원에 연결하는 다이오드 전부가 하나의 극성을 갖고 캐소드를 전원에 연결하는 다이오드 전부가 반대 극성을 갖도록 하나의 애노드/캐소드 쌍에 연결된다. 둘 이상의 애노드/캐소드 쌍에 있어서는, 한 쌍의 다이오드가 병렬 접속된 한 세트의 전극 쌍으로의 전류 흐름을 제어하고 제 2 쌍의 다이오드가 역시 병렬 접속된 제 2 세트의 전극 쌍으로의 전류 흐름을 제어하도록 네 개의 다이오드로 이루어진 단일 세트를 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 셀의 적절한 기능을 위해서, 캐소드 및/또는 애노드는, 일 실시예에서, 전해액 및 전류 유동의 장해를 방지하기 위해 다공성이다. 캐소드는 스테인레스 스틸, 니켈 또는 니켈 합금 중 하나 이상을 포함하는 당업계에 공지된 임의의 통상적인 환원 재료로 제조될 수 있으며, 애노드는 귀금속 또는 그 산화물로 제조되는 촉매 코팅이 제공된 티타늄 기판을 포함한다. 이러한 배치는 전류 반전 모드 에서의 작동을 회피함으로써 애노드 코팅의 수명 증대를 허용할 뿐 아니라, 대체 캐소드 재료를 허용한다. 티타늄 캐소드는 셀 수명에 있어서 추가적인 제한 인자일 수 있는 혼성화(hydridisation)를 겪게 된다. 본 발명에 따른 셀의 캐소드는 애노드로서 작동될 필요가 없기 때문에, 스테인레스 스틸 및 니켈 합금, 예를 들어 Inconel® 또는 Hastelloy®군의 합금과 같은 대체 재료가 사용될 수 있으며, 이 또한 촉매화될 필요가 없다. Hastelloy®은 Haynes Ltd.의 상표명이며, Inconel®은 INCO Ltd.의 상표명이다. 지르코늄, 니오브, 및 탄탈 또는 그 합금을 포함하는 다른 금속 기판 또한 특정한 용도에 적당한 것으로서 사용될 수 있다. 일 실시예에서는, 환원 반응을 촉진하기 위해 캐소드 기판에 전극촉매 코팅이 도포될 수 있다. 일 실시예에서, 전극촉매 코팅은 백금족의 금속 또는 산화물을 단독으로 또는 조합하여 포함한다. 다른 실시예에서는, 라니(Raney) 니켈 또는 기타 다공성 니켈 재료(Ni/Zn, Ni/Al, Ni/Al/Mo)와 같은 대 표면적 재료 또한 사용될 수 있다. 오존 발생 또는 유기 분해 또는 유기 합성과 같은 특정 용도에서는, 애노드 재료로서 붕소 도핑된 다이아몬드(BDD: boron doped diamond)의 (단독으로 또는 적합한 기판에 적용되는) 사용이 적절할 것이다. BDD는 또한 캐소드 재료로서, 단독으로 또는 코팅으로서 사용될 수 있다. 마찬가지로, 마그넬리 상(Magneli phase)으로 알려진 Ti 아산화물(예를 들면, Ti407)도 애노드 또는 캐소드로서, 코팅으로서 또는 모놀리식 구조물로서 사용될 수 있다.
캐소드는 직조 선재, 팽창 금속판(expanded metal), 펀칭 가공된 판 또는 임 의의 기타 개방형 구조물일 수 있다. 캐소드는 전해액이 순환할 수 있도록 그 사이에 간격을 갖는 스트립 또는 얇은 봉으로 형성될 수 있다. 캐소드는 또한, 그 스케일의 제거를 촉진하기 위해 산성 전해액이 캐소드의 선단을 지나서 흘러넘칠 수 있도록 애노드보다 짧거나 애노드로부터 오프셋될 수 있다. 전극은 또한 두 쌍 이상의 동심 실린더를 포함할 수 있는 바, 여기에서는 다공성 캐소드(예를 들면, 메쉬)가 원통 형상으로 형성되어 근방에 장착되지만 시트 (또는 메쉬) 애노드와 전기 접촉하지는 않는다. 이후 유사하게 형성된 보다 소형의 전극 쌍이 제 1 쌍에 동심 장착된다.
도 1은 본 발명의 셀(100)의 실시예를 도시한다. 셀(100)은 적어도 두 개의 애노드/캐소드 쌍(110, 120)을 포함한다. 제 1 애노드/캐소드 쌍(110)은 하나 이상의 비전도성 부재(401a, 401b)에 의해 분리되는 플레이트 애노드(201) 및 메쉬 캐소드(301)를 포함하고, 제 2 애노드/캐소드 쌍(120)은 하나 이상의 비전도성 부재(402a, 402b)에 의해 분리되는 플레이트 애노드(202) 및 메쉬 캐소드(302)를 포함한다. 애노드와 캐소드 사이의 간격 또는 갭은 애노드/캐소드의 단락뿐 아니라 애노드의 블라인딩(blinding)을 방지하기 위한 기계적인 배려에 의해 결정된다. 일 실시예에서, 상기 갭은 약 0.05 mm 내지 약 10 mm일 것이다. 다른 실시예에서, 상기 갭은 약 0.5 mm 내지 약 1.5 mm일 것이다. 두 개의 인접하는 애노드/캐소드 쌍 사이의 정확한 간격은 일관되고 유효한 세정이 가능하게 하기 위해서도 중요하다. 일 실시예에서, 한 쌍의 캐소드와 인접한 쌍의 대면하는 캐소드 사이의 거리로 표현되는 애노드/캐소드 쌍 사이의 간격은 약 3.0 mm 내지 약 4.5 mm일 것이다. 도 1에 도시된 실시예에서, 비전도성 부재(401a, 401b; 402a, 402b)는 애노드/캐소드 쌍(110, 120) 사이에 배치되는 다수의 비전도성 불연속 스페이서를 포함한다. 다른 실시예에서, 비전도성 부재는 비전도성 재료로 이루어진 하나 이상의 스트립을 포함한다. 추가 실시예에서, 애노드/캐소드 쌍(110, 120)은 슬롯형성된 단부 피스 또는 태브형성된 구조물과 같은 비전도성 부재의 사용 없이, 분리된 위치에 유지된다.
일 실시예에서, 비전도성 부재(401a, 401b; 402a, 402b)는 폴리프로필렌; 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE); 예를 들어 Ausimont Chemical Company의 등록 상표인 Halar®와 같은 에틸렌 클로로트리플루오로-에틸렌 폴리머(ECTFE); 폴리에틸렌;예를 들어 E.I. DuPont De Nemours Company의 등록 상표인 Kynar®와 같은 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF); 폴리염화비닐(PVC); 염소화 폴리염화비닐(CPVC); 또는 네오프렌을 포함하지만 이것에 한정되지는 않는, 폴리머 재료와 같은 임의의 전기적 비전도성 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 비전도성 재료는 특히 EPDM, 및 E. I. Du Pont De Nemours & Company의 등록 상표인 Viton®을 포함하는 고무 재료이다.
캐소드(301, 302)는 상호 대면하고 그 외부에 고체 애노드(201, 202)가 배치되지만, 당업자라면 예를 들어 다공성 애노드가 상호 대면하고 그 외부에 고체 캐소드가 배치되는 식의 다른 등가의 전극 배치를 쉽게 유추할 수 있을 것이다. 일 실시예에서는, 애노드와 캐소드가 둘 다 다공성일 수도 있다.
셀(100)은 두 개의 협력 작동하는 더블 스위치, 즉 전원(501)의 양극(601)에 연결되는 제 1 스위치(701) 및 전원(501)의 음극(602)에 연결되는 제 2 스위치(702)를 포함하는 작동 수단을 통해서 연속 전원(501)의 극에 연결된다. 당업계에 공지된 타이머(510) 또는 기타 등가 수단이 곡선 화살표로 도시하듯이 스위치(701, 702)의 동시 작동을 제어한다. 따라서 스위치의 위치는, 애노드(201)가 양극(601)에 연결되고 캐소드(302)가 음극(602)에 연결되는 실선의 직선 화살표로 도시되는 구조와, 애노드(202)가 양극(601)에 연결되고 캐소드(301)가 음극(602)에 연결되는 점선 화살표로 도시되는 구조 사이를 주기적으로 교대한다. 전자의 구조에서, 전극(201, 302)은 이들 전극이 활성화되도록 제 1 작동 상태에서 여기(energise)되고, 전극(301, 202)은 이들 전극이 비활성화되거나 개방 회로가 되도록 제 2 작동 상태에 놓인다. 역으로, 후자의 구조에서, 전극(201, 302)은 개방 회로 상태에 놓이고 전극(301, 202)은 여기된다. 예를 들어, 칼슘 및 마그네슘 탄산염 스케일링에 의해 영향받는 수영장 염소 처리기용 차아염소산염 셀의 경우에, 여기된 애노드에서의 염소 및 산소 발생으로 인한 산성 전해액은 근처의 개방 회로 캐소드를 통해서 유동하여 스케일의 용해를 초래한다. 다른 애노드/캐소드 쌍의 애노드도 개방 회로 상태에 놓이고, 따라서 캐소드로서의 유해한 작동을 겪지 않는다.
도 2는, 직류 전류를 공급하기 위한 작동 수단이 다이오드(801, 810; 802, 811)의 배치를 포함하는 것을 제외하고는 셀(101)이 도 1과 거의 동일한, 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 도 1의 셀과 공통적인 구성요소는 동일한 도면 부호 로 지칭된다. 이 실시예에서, 전원은 반전 직류 전원(502)을 포함하며, 극성 반전은 다시 당업계에 공지된 타이머(511) 또는 등가 수단에 의해 제어된다. 각각의 애노드/캐소드 쌍의 각 전극은 적어도 하나의 다이오드를 통해서 반전 전원(502)의 극(pole)(603, 603')에 연결된다. 캐소드(301, 302)를 각각의 극(603, 603')에 연결하는 다이오드(801, 802)는 동일한 극성을 가지며, 애노드(201, 202)를 각각의 극(603, 603')에 연결하는 다이오드(810, 811)는 도 2에 도시하듯이 반대 극성을 갖는다. 셀(101)의 기능은 도 1의 셀(100)에 대한 것과 동등한 바, 한 쌍의 애노드와 다른 쌍의 캐소드가 여기되는 동안, 나머지 캐소드와 애노드는 필연적으로 다이오드 배치에 의해 개방 회로 상태에 놓이며, 따라서 임의의 주어진 시간에서 두 개의 전극은 소정의 전기화학 공정을 수행하고(작동 모드) 나머지 두 개는 개방 회로 상태에 놓인다(세정 모드). 양자의 경우에, 두 구조 사이의 전환을 규제하는 파라미터는 특정한 공정의 요건에 따라 당업자에 의해 쉽게 설정될 수 있다. 예를 들어, 두 구조는 수 분 내지 수 시간에 이르는 주기로 교대될 수 있다. 당업자는 또한 셀(100, 101)이 소요 크기의 단극(monopolar) 전해조를 초래하는 모듈 배치로 적층되기에 적합하다는 것을 쉽게 알 것이다.
본 발명의 셀(100)은 전해조를 형성하기 위해 단극-형태 연결체를 제공하는 다른 등가 셀과 모듈 방식으로 쉽게 적층될 수 있다. 많은 경우에 셀 용량을 배증시키기 위해서는 단극 전해조가 바람직한 선택이지만, 다른 용도를 위해서는 쌍극-형태 전해조가 유리할 것이다. 앞서 설명된 본 발명에 따른 셀은 쌍극-형태 방식으로 연결되기에 적합한 것으로 나타나지는 않지만, 조립체를 개재시킴으로써 의사 -쌍극(pseudo-bipolar) 전해조가 얻어질 수 있다. 도 3은 의사-쌍극 구조가 종래의 2셀 쌍극 스택(stack)과 본질적으로 동일한 특징 및 장점을 갖는 더블 생산 능력의 셀을 제공하는 대체 실시예를 도시하는 바, 이는 이전 도면의 셀 중 하나에 그 각각이 두 개의 추가 애노드/캐소드 쌍으로 구성되는 조립체를 개재시킴으로써 얻어진다. 당업자는 소정 크기에 도달할 때까지 임의 개수의 이러한 조립체가 개재됨으로써 도 3의 의사-쌍극 배치가 달성될 수 있음을 쉽게 알 것이다. 도 3의 의사-쌍극 셀(102)은 도 2의 셀(101)에 두 개의 추가 애노드/캐소드 쌍으로 구성되는 하나의 조립체를 개재시킴으로써 유도되지만, 당업자는 도 1의 셀(100)이 본질적으로 동일한 결과를 달성하기 위해 어떻게 수정되는지를 쉽게 이해할 것이다.
도 3에 도시하듯이, 셀(102)의 추가 애노드/캐소드 쌍의 조립체는 하나 이상의 비전도성 부재(403a, 403b)에 의해 분리되는 애노드(210)와 캐소드(310)를 포함하는 제 1 추가 쌍(130), 및 하나 이상의 비전도성 부재(404a, 404b)에 의해 분리되는 애노드(211)와 캐소드(311)를 역시 포함하는 제 2 추가 쌍(140)을 포함한다. 상기 조립체의 두 개의 추가 쌍(130, 140)은 등을 맞댄(back-to-back) 관계로 배치되며, 불침투성 비전도 부재(410)에 의해 분리된다. 고체 애노드 및 메쉬 캐소드가 도시되어 있으며, 등을 맞댄 관계는 두 개의 애노드(210, 211) 사이에 불침투성 비전도 부재(410)를 개재시킴으로써 얻어지지만, 당업자는 다른 방식으로 배치 및 배향되는 고체 전극과 다공성 전극의 상이한 조합을 쉽게 확인할 것이다. 도면에 도시하듯이, 제 1 추가 쌍(130)의 애노드(210)는 다이오드(820)를 통해서 제 2 추가 쌍(140)의 캐소드(311)에 연결되고, 제 2 추가 쌍의 애노드(211)는 다이오 드(820)와 반대되는 극성을 갖는 다른 다이오드(821)를 통해서 제 1 추가 쌍의 캐소드(310)에 연결된다. 이런 식으로, 전원(502)의 극성에 따라서, 두 개의 캐소드, 예를 들면 301 및 311과 두 개의 애노드, 예를 들면 210 및 202가 여기되는 동안(작동 모드), 나머지 애노드와 캐소드는 본질적으로 개방 회로 상태에 놓일 것이다(세정 모드).
도 4에는, 본 발명의 추가 실시예가 도시되어 있다. 전극 조립체(900)는, 캐소드 쌍(903a, 903b, 903c) 사이에 중심 애노드(902a, 902b, 902c)가 배치되어서 중심 애노드(902a, 902b, 902c)의 각 측부 상의 비전도성 부재(909)에 의해 분리되는 다수의 애노드/캐소드 그룹(901a, 901b, 901c)을 포함한다. 조립체(900)의 단부(904a, 904b)에는 제 1 및 제 2 말단 애노드/캐소드 쌍(905a, 905b)이 배치된다. 애노드/캐소드 그룹(901a, 901b, 901c)뿐 아니라 말단 애노드/캐소드(905a, 905b)는 각각 다이오드(906a, 906b, 906c, 906d, 906e)를 통해서 연결된다. 말단 쌍(905a, 905b)과 그룹(901b)은 다이오드(906a, 906c, 906e)를 통해서 전원(910)의 극(907)에 연결되고, 그룹(901a, 901c)은 다이오드(906b, 906e)를 통해서 전원(910)의 극(908)에 연결된다.
도 5는 도 4의 대체 실시예를 도시한다. 도 4의 조립체와 공통적인 구성요소들은 동일한 도면부호로 지칭된다. 조립체(950)는, 캐소드 쌍(903a, 903b) 사이에 배치되고 비전도성 부재(909)에 의해 분리되는 중심 플레이트 애노드(902a, 902b)를 포함하는 제 1 및 제 2 애노드/캐소드 그룹(901a, 901b)을 포함한다. 도시된 실시예는, 도 5에서와 같이, 각각의 애노드/캐소드 그룹(901a, 901b) 및 쌍(905a, 905b)에 대한 한 세트의 다이오드 대신에, 사용되는 다이오드의 개수를 최소화하기 위해 작동 수단(906a, 906b)을 통한 연결 이전에 적절한 전극들이 병렬 접속되는 것을 제외하고는 도 5의 실시예와 거의 동일하다.
[예]
이하의 예들은 본 발명의 특정 실시예를 설명하기 위해 포함되는 것이다. 당업자는 후술하는 예에 개시된 기술이 본 발명자들에 의해 본 발명의 실시에 있어서 양호하게 기능하는 것으로 밝혀진 기술을 나타내며, 따라서 그 실시를 위한 바람직한 형태를 구성하는 것으로 간주될 수 있음을 알아야 한다. 그러나, 당업자는 본 명세서의 내용을 감안하면, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 명세서에 개시된 특정 실시예에 대해 여러가지 변형이 이루어질 수 있고 이것이 유사한 결과를 달성할 수 있음을 알아야 한다.
예 1
티타늄 애노드(0.89 mm 두께)를 시판되는 RuO2/TiO2 코팅제[미국 오하이오 차든(chardon) 소재의 ELTECH Systems Corp.]로 코팅하였다. 캐소드는 18% HCl 중에서 90℃에서 에칭된 티타늄 확장 메쉬(0.89mm 두께)였다. 전극을 5.5 ㎝×15.25 ㎝ 크기로 절단하였다. 애노드에는 3.2 mm의 티타늄 봉을 부착하였고, 캐소드에는 다른 것을 부착하였다. 애노드의 각 코너에 소형 고무 개스킷(0.55 mm)을 배치한 후 플라스틱 클램프로 메쉬 캐소드를 애노드에 클램핑함으로써 한 쌍의 전극을 제조하였다. 각각의 전극에는 6암페어 다이오드(Radio Shack 276-1661)가 부착되어 서, 애노드에 산화 전류가 흐르고 캐소드에 환원 전류가 흐르도록 배향되었다. 전극으로부터의 다이오드의 대향 단부를 함께 연결하였다. 두 개의 이러한 애노드/캐소드 쌍을 2인치(5.08㎝) 직경의 나사식 조인트에 의해 각 단부에 있는 플라스틱 하우징 이음쇠에 삽입하여 전기화학 셀을 형성하였다. 직류 전원의 양극성 리드선을 다이오드를 통해서 하나의 전극 쌍에 연결하였고 음극성 리드선을 다른 전극 쌍에 연결하였다. 두 개의 이러한 셀을 준비하였다. (탄산칼슘으로서) 300 mg/ℓ Ca와 함께 4 g/ℓ NaCl을 수용하는 150 갤런(568 ℓ) 탱크에 연결된 재순환 펌프(30 g/m)에 양 셀을 부착하였다. 이들 셀을 일주일 동안 310 A/㎡, 실온(약 20 내지 25℃)에서 작동시켰다. 하나의 셀은 전류 반전 없이 작동시켰다. 다른 셀은 전자 타이머/릴레이를 사용하여 3시간마다 전류를 반전시켜가면서 작동시켰다. 일주일 후 셀을 개방하고 스케일에 대해 검사하였다. 비반전 캐소드는 메쉬 구조물을 가리는 약 5 mm 두께로 추정되는 스케일에 의해 심하게 뒤덮였다. 반전 셀은 2 mm 미만으로 뒤덮였다. 셀은 6시간의 반전 사이클을 사용하여 세정되고 재개되었다. 일주일 후, 캐소드의 검사는 최소한의 퇴적물만을 보여주었다.
예 2
예 1에서와 같은 두 쌍의 전극을, 패시베이션(passivation)을 나타내는, 전압의 급속한 상승에 도달할 때까지 1분마다 전류를 반전시키면서 1000 A/㎡, 실온에서 4 g/ℓ NaCl, 70 g/ℓ Na2SO4 중에서 작동시켰다. 두 개의 개별 테스트에 대한 소요 시간은 1750 시간과 1950 시간이었다. 이에 비해서, 애노드 및 캐소드와 동일한 재료, 즉 메쉬 캐소드가 일절 부착되지 않은 작동의 결과는 단지 226 시간 및 273 시간의 수명으로 나타났다. 따라서, 본 발명의 코팅된 티타늄 기판의 수명은 평균적으로 7배 이상 연장된다.
예 3
예 1에서와 같이 두 쌍의 전극을 수용하는 셀을 예 1에서와 같이 10분, 1시간, 3시간, 6시간의 전류 반전 시간으로 작동시켰다. 5일 내지 8일의 작동 이후, 축적된 스케일은 전류 반전 없이 작동된 셀에 비해 현저히 적었다.
예 4
한 세트(두 쌍)의 전극(5.3×15.3cm)을 수영장 염소 처리기 하우징에 장착하였다. 500 갤런 탱크로부터의 전해액을 수영장 염소 처리기를 통해서 순환시켰다. 전해액은 (CaCO3로서의) 300 mg/ℓ Ca, pH 7.6 내지 8.0, 실온(20 내지 25℃)을 갖는 4 g/l NaCl이었다. 제 2 수영장 염소 처리기 하우징에 동일한 전극 세트(다이오드 포함)를 설치하고, 상기 하우징을 제 1 셀의 전해액 유동과 나란히 (그러나 제 1 셀 이후에) 배치하였다. 제 1 셀을 전원 및 릴레이 타이머에 연결하고 전류를 3시간마다 반전시켰다. 제 2 셀을 동일한 전원에 연결했지만, 이 셀에 대해서는 전류를 반전시키지 않았다. 이들 셀을 30 mA/㎠에서 ~3.5일간 연속해서 작동시켰다. 제거 및 분해시에, 전극은 도 6의 사진에 도시된 외관을 보여주었다. 비반전 셀(좌측 세트)에서의 메쉬 캐소드는 스케일 퇴적물로 거의 채워졌다. 인접한 (비작동) 애노드도 스케일 퇴적물을 안고 있다. 애노드 및 비작동 캐소드는 예상 했듯이 깨끗했다. 주기적인 전류 반전이 제공된 셀(도 6에서 우측 세트)에서, 마지막에 "오프"였던 캐소드(도 6에서의 우측 캐소드)에는 스케일이 약간 퇴적된 반면, 마지막에 "온"이었던 캐소드(오른쪽에서 두번째 캐소드)에는 더 많이 퇴적되었다. 둘다 제어 캐소드에 비해서는 현저히 적게 스케일이 퇴적되었다. 도 6의 중심에 있는 애노드/캐소드 쌍은 비교를 위해 비작동 전극으로 구성된다.
따라서, 시간이 갈수록 비반전 셀 내의 스케일은 셀 성능이 저하되는 정도로 퇴적되는 반면, 반전 셀은 스케일이 주기적으로 제거되므로 무한정 계속 작동가능하다는 것을 알 수 있다.
상기 설명은 본 발명을 제한하지 않는 것으로 이해되어야 하며, 이는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 실시예에 따라 실시될 수 있고, 그 범위는 첨부하는 청구범위에 의해 한정된다.

Claims (27)

  1. 제 1 및 제 2 애노드/캐소드 쌍을 포함하는 전기화학 셀로서,
    상기 애노드/캐소드 쌍의 각각은 비전도성 부재에 의해 분리되는 캐소드 및 애노드와 상기 제 1 및 제 2 애노드/캐소드 쌍을 전원에 연결하는 적어도 하나의 작동 수단을 포함하고,
    상기 작동 수단 및 상기 전원은 직류 전류를 교대로 공급하기에 적합하며,
    제 1 작동 상태에서는 상기 제 1 애노드/캐소드 쌍의 상기 캐소드 및 상기 제 2 애노드/캐소드 쌍의 상기 애노드에 공급하고, 나머지 캐소드와 애노드는 개방 회로 상태에 있으며,
    제 2 작동 상태에서는 상기 제 2 애노드/캐소드 쌍의 상기 캐소드 및 상기 제 1 애노드/캐소드 쌍의 상기 애노드에 공급하고, 나머지 캐소드와 애노드는 개방 회로 상태에 있는 전기화학 셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 작동 수단은 다이오드의 배치 또는 전기화학 또는 전자 스위치의 배치를 포함하는 전기화학 셀.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각 쌍에서의 상기 애노드와 상기 캐소드 사이의 거리는 약 0.05 mm 내지 약 10 mm의 범위에 있는 전기화학 셀.
  4. 제 3 항에 있어서, 각 쌍에서의 상기 애노드와 상기 캐소드 사이의 거리는 약 0.5 mm 내지 약 1.5 mm의 범위에 있는 전기화학 셀.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 한 쌍의 캐소드와 인접 쌍의 대면하는 캐소드 사이의 거리는 약 3.0 mm 내지 약 4.5 mm의 범위에 있는 전기화학 셀.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원은 반전 직류 전원을 포함하고, 상기 다이오드의 배치는 제 1 및 제 2 다이오드 커플을 포함하며, 각 커플의 다이오드는 반대 극성을 가지며, 상기 제 1 다이오드 커플은 상기 제 1 애노드/캐소드 쌍에 연결되고 상기 제 2 다이오드 커플은 상기 제 2 애노드/캐소드 쌍에 연결되며, 상기 다이오드는 상기 캐소드를 동일 극성을 갖는 상기 전원에 연결하고, 상기 다이오드는 상기 캐소드를 상기 전원에 연결하는 상기 다이오드에 대해 반대되는 극성을 갖는 상기 전원에 상기 애노드를 연결하는 전기화학 셀.
  7. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원은 연속 전원이며, 상기 전기화학 또는 전자 스위치는 제 1 및 제 2 의 협력 작동되는 더블 스위치를 포함하고, 상기 제 1 더블 스위치는 상기 제 1 애노드/캐소드 쌍의 상기 애노드 또는 상기 캐소드를 상기 전원에 교대로 연결하며, 상기 제 2 더블 스위치는 상기 제 2 애노드/캐소드 쌍의 상기 캐소드 또는 상기 애노드를 상기 전원에 교대로 연결하 는 전기화학 셀.
  8. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 상기 제 2 애노드/캐소드 쌍 사이에 배치되는 두 개의 추가 애노드/캐소드 쌍을 구비하는 적어도 하나의 조립체를 추가로 포함하고, 각각의 추가 쌍은 비전도성 매체에 의해 분리되는 캐소드와 애노드로 구성되며, 상기 추가 애노드/캐소드 쌍은 등을 맞댄 관계로 배치되고 불침투성 비전도 매체에 의해 분리되며, 상기 제 1 추가 애노드/캐소드 쌍의 애노드는 적어도 하나의 제 1 다이오드를 통해서 상기 제 2 추가 애노드/캐소드 쌍의 캐소드에 연결되고, 상기 제 2 추가 애노드/캐소드 쌍의 애노드는 적어도 하나의 제 2 다이오드를 통해서 상기 제 1 추가 애노드/캐소드 쌍의 캐소드에 연결되며, 상기 추가 애노드/캐소드 쌍의 상기 적어도 하나의 제 1 다이오드와 상기 적어도 하나의 제 2 다이오드는 반대 극성을 갖는 전기화학 셀.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐소드는 다공성인 전기화학 셀.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐소드의 구성 재료는 티타늄, 지르코늄, 탄탈, 니오브 및 그 합금, 스테인레스 스틸, 니켈 및 니켈 합금, 붕소 도핑된 다이아몬드, 흑연, 또는 유리질 탄소 중 하나 이상을 포함하는 전기화학 셀.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐소드 재료에는 백금족 금속 또는 산화물 및/또는 붕소 도핑된 다이아몬드를 포함하는 전극촉매 코팅이 제공되는 전기화학 셀.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드는 귀금속 산화물 코팅이 제공된 티타늄 기판을 포함하는 전기화학 셀.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드는 붕소 도핑된 다이아몬드의 코팅이 제공된 기판을 포함하거나, 또는 독립 붕소 도핑된 다이아몬드 애노드가 사용되는 전기화학 셀.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드 및/또는 캐소드는 금속 기판 상의 코팅으로서 또는 모놀리식 전극으로서 마그넬리 상 티타늄 아산화물을 포함하는 전기화학 셀.
  15. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 셀의 모듈 배치를 포함하는 단극 전해조.
  16. 전극 조립체로서,
    (a) 각 쌍이 애노드, 비전도성 부재, 및 캐소드를 포함하는 적어도 두 개의 애노드/캐소드 쌍, 및
    (b) 애노드에 산화 전류를 도입하고 캐소드에 환원 전류를 도입할 수 있는 작동 수단에 대한 연결체를 포함하는 전극 조립체.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 작동 수단은 다이오드의 배치를 포함하는 전극 조립체.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 작동 수단은 전기화학 또는 전자 (무접점;solid state) 릴레이를 포함하는 전극 조립체.
  19. 산소 또는 차아염소산염의 발생을 위해 전극을 사용하는 방법으로서,
    제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 전기화학 셀을 제공하는 단계, 및
    상기 셀 내에 산소 및/또는 차아염소산염을 발생시키는 단계를 포함하는 방법.
  20. 밸러스트 워터의 살생 처리를 위해 전극을 사용하는 방법으로서,
    제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 전기화학 셀을 제공하는 단계, 및
    밸러스트 워터를 살생 처리하는 단계를 포함하는 방법.
  21. 수영장 물의 염소처리를 위해 전극을 사용하는 방법으로서,
    제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 전기화학 셀을 제공하는 단계, 및
    수영장 물을 염소처리하는 단계를 포함하는 방법.
  22. 애노드에 산화 전류를 도입하고 캐소드에 환원 전류를 도입할 수 있는 작동 수단과 조합되는 애노드/캐소드 쌍으로서,
    상기 쌍의 상기 애노드 또는 상기 캐소드는 제 1 작동 상태 또는 제 2 작동 상태에서 작동이 교대되는 애노드/캐소드 쌍.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 제 1 작동 상태는 활성 상태이고, 상기 제 2 작동 상태는 비활성 상태 또는 개방 회로 상태인 애노드/캐소드 쌍.
  24. 전극 조립체로서,
    (a) 캐소드 쌍 사이에 배치되는 중심 애노드를 포함하는 다수의 애노드/캐소드 그룹,
    (b) 상기 조립체의 단부의 제 1 및 제 2 말단 애노드/캐소드 쌍, 및
    (c) 상기 애노드에 산화 전류를 도입하고 상기 캐소드에 환원 전류를 도입할 수 있는 작동 수단을 포함하는 전극 조립체.
  25. 제 24 항에 있어서, 각각의 애노드/캐소드 쌍의 각 전극은 적어도 하나의 작 동 수단을 통해서 반전 전원의 극에 연결되는 전극 조립체.
  26. 제 24 항에 있어서, 각각의 애노드/캐소드 그룹의 각 전극은 상기 작동 수단에 대한 연결 이전에 병렬 연결되는 전극 조립체.
  27. 첨부도면을 참조하여 앞서 설명된 그대로의 전기화학 셀.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130108423A (ko) * 2010-12-03 2013-10-02 일렉트롤리틱 오존 인코퍼레이티드 오존 생성을 위한 전해질 전지
KR20160029009A (ko) * 2013-04-25 2016-03-14 래디컬 필트레이션 리미티드 전기-화학적 필터 장치
KR20190115076A (ko) * 2017-02-16 2019-10-10 사우디 아라비안 오일 컴퍼니 수질 정화를 위한 염소화 보조 응고 방법

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100276294A1 (en) * 2003-03-28 2010-11-04 Lambie John M Electrolytic sanitization of water
US8419925B2 (en) * 2008-08-18 2013-04-16 David Sherzer Method for electrode renewal
TW201012973A (en) * 2008-09-30 2010-04-01 Industrie De Nora Spa Cathode member and bipolar plate for hypochlorite cells
US20110135562A1 (en) * 2009-11-23 2011-06-09 Terriss Consolidated Industries, Inc. Two stage process for electrochemically generating hypochlorous acid through closed loop, continuous batch processing of brine
CN101957338A (zh) * 2010-04-16 2011-01-26 许建民 一种通用电化学流通池装置
ITMI20101100A1 (it) * 2010-06-17 2011-12-18 Industrie De Nora Spa Sistema per la generazione elettrochimica di ipoclorito
US8980068B2 (en) 2010-08-18 2015-03-17 Allen R. Hayes Nickel pH adjustment method and apparatus
GB201017346D0 (en) * 2010-10-14 2010-11-24 Advanced Oxidation Ltd A bipolar cell for a reactor for treatment of waste water and effluent
US20130270193A1 (en) * 2010-10-20 2013-10-17 Poolrite Research Pty Ltd Method for water sanitisation
WO2012142435A2 (en) 2011-04-15 2012-10-18 Advanced Diamond Technologies, Inc. Electrochemical system and method for on-site generation of oxidants at high current density
GB2490913B (en) * 2011-05-17 2015-12-02 A Gas Internat Ltd Electrochemical cell and method for operation of the same
RU2493108C1 (ru) * 2012-02-13 2013-09-20 Николай Петрович Куприков Устройство для электрохимической обработки жидкости
US20130341200A1 (en) * 2012-06-21 2013-12-26 Proteus Solutions, Llc Series cell electrochemical production of modified anolyte solution
US20130341201A1 (en) * 2012-06-21 2013-12-26 Proteus Solutions, Llc Parallel cell electrochemical production of modified anolyte solution
KR101577494B1 (ko) 2013-01-07 2015-12-15 주식회사 엘지화학 다수의 전극조립체를 포함하는 이차전지
ITMI20132015A1 (it) * 2013-12-03 2015-06-04 Industrie De Nora Spa Cella elettrolitica dotata di coppie concentriche di elettrodi
CN105330029B (zh) * 2014-08-07 2020-02-11 青岛海尔智能技术研发有限公司 供水装置及对供水装置进行除垢的方法
CN104498989B (zh) * 2014-12-29 2017-05-24 甘肃银光聚银化工有限公司 一种电解槽和电解含水氢卤酸制备卤素气体的方法
JP6528173B2 (ja) * 2015-04-02 2019-06-12 株式会社微酸研 電解槽および次亜塩素酸水製造装置
US10239772B2 (en) 2015-05-28 2019-03-26 Advanced Diamond Technologies, Inc. Recycling loop method for preparation of high concentration ozone
WO2017060703A1 (en) * 2015-10-06 2017-04-13 Johnson Matthey Public Limited Company Electrolytic production of halogen based disinfectant solutions from waters containing halides and ammonia
EP3529397A4 (en) 2016-10-20 2020-06-24 Advanced Diamond Technologies, Inc. OZONE GENERATORS, METHOD FOR PRODUCING OZONE GENERATORS AND METHOD FOR PRODUCING OZONE
RU175208U1 (ru) * 2017-01-23 2017-11-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет" Электрохимический твердотельный чувствительный элемент
CN107059046A (zh) * 2017-06-11 2017-08-18 王兆兵 一种新型电解装置
EP3691998A1 (en) 2017-10-05 2020-08-12 Electrosea LLC Electrolytic biocide generating system for use on-board a watercraft
CN108455696B (zh) * 2018-01-10 2021-04-30 南开大学 一种半波交流电场原位高效清除多孔材料表面与内部盐分的方法
JP7092076B2 (ja) * 2018-03-12 2022-06-28 三菱マテリアル株式会社 チタン基材、チタン基材の製造方法、及び、水電解用電極、水電解装置
WO2019176956A1 (ja) * 2018-03-12 2019-09-19 三菱マテリアル株式会社 チタン基材、チタン基材の製造方法、及び、水電解用電極、水電解装置
CN109360784A (zh) * 2018-09-13 2019-02-19 安徽钜芯半导体科技有限公司 一种去除芯片表面硼硅玻璃的方法
CN113365911A (zh) 2019-02-11 2021-09-07 伊莱克崔西有限公司 用于船只上的具有改装特征的自处理式电解杀生物剂产生系统
CN111020620B (zh) * 2019-12-25 2022-01-14 苏州希克曼物联技术有限公司 一种在线自清洁次氯酸钠合成系统
CN111945184B (zh) * 2020-07-14 2021-05-18 武汉大学 一种Fe2+/Fe3+氢氧化物的电化学制备装置及制备方法与应用
CN111995072A (zh) * 2020-09-03 2020-11-27 浙江大学 双阴阳极切换的离子膜电沉积装置
US11757140B2 (en) * 2021-02-02 2023-09-12 Wisconsin Alumni Research Foundation Aqueous energy storage systems with desalination capabilities
CN113148959A (zh) * 2021-05-06 2021-07-23 嘉兴摩净电子科技有限公司 一种臭氧水制备装置
US11862828B2 (en) * 2021-08-02 2024-01-02 Aquamox Inc. Power management of electrolytic cells
CN113913844B (zh) * 2021-10-22 2022-10-04 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) 一种基于电源切换的无膜电解水制氢装置
CN114275857A (zh) * 2021-12-06 2022-04-05 澳门大学 一种电化学废水处理装置及其应用
CN114540878B (zh) * 2022-03-25 2023-08-18 中北大学 一种电解水装置
WO2024010797A1 (en) * 2022-07-06 2024-01-11 Nicholas Eckelberry Electrolytic cells, treatment of water, and methods of use

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2508523A (en) * 1946-09-11 1950-05-23 Krebs & Co Device for the protection of the cathodes of electrolytic cells
BE588496A (ko) * 1959-04-03
NL275450A (ko) * 1961-03-06
US3436320A (en) * 1965-05-20 1969-04-01 Union Oil Co Method and apparatus for determination of redox current in redox solutions
US4211630A (en) * 1974-06-26 1980-07-08 Ciba-Geigy Ag Electrolytic recovery of silver from photographic bleach-fix baths
FR2513087A1 (fr) * 1981-09-18 1983-03-25 Int Marketing Conseil Procede de protection d'un produit fluide et installations pour la mise en oeuvre dudit procede
US4729824A (en) * 1982-05-11 1988-03-08 Giner, Inc. Gas sensor and method of using same
FR2542766B1 (fr) * 1983-03-16 1987-07-03 Cegedur Procede et dispositif de traitement electrochimique de la surface de produits metalliques de forme allongee
US4589966A (en) * 1985-10-03 1986-05-20 Olin Corporation Membrane cell jumper switch
JPH06479A (ja) * 1992-06-17 1994-01-11 Funai Electric Co Ltd イオン水生成器の多電極型電解槽
US5389214A (en) * 1992-06-19 1995-02-14 Water Regeneration Systems, Inc. Fluid treatment system employing electrically reconfigurable electrode arrangement
US5314589A (en) * 1992-10-15 1994-05-24 Hawley Macdonald Ion generator and method of generating ions
JP3582850B2 (ja) * 1994-06-15 2004-10-27 ホシザキ電機株式会社 可逆型電解水生成装置
JP3509999B2 (ja) * 1995-05-22 2004-03-22 ホシザキ電機株式会社 電解水生成装置
RU2141453C1 (ru) * 1995-06-30 1999-11-20 Товарищество с ограниченной ответственностью "Лаборатория электрохимической технологии" Устройство для электрохимической обработки воды и водных растворов
JP3561346B2 (ja) * 1995-09-22 2004-09-02 ホシザキ電機株式会社 電解水生成装置
US6245214B1 (en) * 1998-09-18 2001-06-12 Alliedsignal Inc. Electro-catalytic oxidation (ECO) device to remove CO from reformate for fuel cell application
US6315886B1 (en) * 1998-12-07 2001-11-13 The Electrosynthesis Company, Inc. Electrolytic apparatus and methods for purification of aqueous solutions
JP2000176455A (ja) * 1998-12-16 2000-06-27 Sanyo Electric Co Ltd リン酸イオン含有水の処理装置および処理方法
US6315887B1 (en) * 1999-11-08 2001-11-13 Amir Salama Device and method for the purification of polluted water
US6627053B2 (en) * 1999-12-14 2003-09-30 Sanyo Electric Co., Ltd. Water treatment device
US6998029B2 (en) * 2001-08-15 2006-02-14 Eltech Systems Corporation Anodic protection systems and methods
US7252752B2 (en) * 2002-01-03 2007-08-07 Herbert William Holland Method and apparatus for removing contaminants from conduits and fluid columns
US7041203B2 (en) * 2003-04-11 2006-05-09 John Timothy Sullivan Apparatus and method for generating and using multi-direction DC and AC electrical currents
US7241390B2 (en) * 2003-08-29 2007-07-10 Amergin, Llc Method and system for biologic decontamination of a vessel's ballast water
DE10352480A1 (de) * 2003-11-07 2005-06-16 Wassertechnik Wertheim Gmbh & Co. Kg Wasseraufbereitungsanlage
US8080150B2 (en) * 2003-12-18 2011-12-20 Rwo Gmbh Electrolytic cell
US7592097B2 (en) * 2004-04-26 2009-09-22 Greatbatch Ltd. Electrochemical cell designs with anode plates and connections which facilitate heat dissipation
JP4126307B2 (ja) * 2005-03-16 2008-07-30 株式会社コガネイ 循環水の浄化方法とその装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130108423A (ko) * 2010-12-03 2013-10-02 일렉트롤리틱 오존 인코퍼레이티드 오존 생성을 위한 전해질 전지
US8980079B2 (en) 2010-12-03 2015-03-17 Electrolytic Ozone, Inc. Electrolytic cell for ozone production
KR20160029009A (ko) * 2013-04-25 2016-03-14 래디컬 필트레이션 리미티드 전기-화학적 필터 장치
KR20190115076A (ko) * 2017-02-16 2019-10-10 사우디 아라비안 오일 컴퍼니 수질 정화를 위한 염소화 보조 응고 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20090211918A1 (en) 2009-08-27
BRPI0809397A2 (pt) 2014-09-09
RU2469959C2 (ru) 2012-12-20
MY148645A (en) 2013-05-15
ZA200905227B (en) 2010-10-27
JP2010521590A (ja) 2010-06-24
WO2008113841A2 (en) 2008-09-25
WO2008113841A3 (en) 2008-12-24
EP2125633A2 (en) 2009-12-02
IL200031A0 (en) 2010-04-15
AU2008228254B2 (en) 2011-07-21
RU2009138529A (ru) 2011-04-27
CA2678144A1 (en) 2008-09-25
MX2009010011A (es) 2009-10-12
TW200840120A (en) 2008-10-01
CN101622200A (zh) 2010-01-06
AU2008228254A1 (en) 2008-09-25

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