KR20110107600A - Water electrolysis system - Google Patents

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KR20110107600A
KR20110107600A KR1020100026813A KR20100026813A KR20110107600A KR 20110107600 A KR20110107600 A KR 20110107600A KR 1020100026813 A KR1020100026813 A KR 1020100026813A KR 20100026813 A KR20100026813 A KR 20100026813A KR 20110107600 A KR20110107600 A KR 20110107600A
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electrolysis
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KR1020100026813A
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김윤미
김동일
최동웅
이창형
임태혁
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주식회사 동진쎄미켐
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Abstract

전해조; 및 상기 전해조 내에 배치된 전기분해 셀을 포함하고, 상기 전기분해 셀이 서로 이격되어 대향하는 한 쌍의 프레임, 상기 한 쌍의 프레임 사이에 서로 이격되어 대향하도록 배치된 한 쌍의 음극 및 양극; 상기 음극 및 양극 사이에 설치된 이온교환막; 상기 음극과 이에 대향하는 일측의 프레임 사이 및 상기 양극과 이에 대향하는 타측의 프레임 사이 중 적어도 한 곳에 배치된 부직포를 구비하고, 상기 양극 및 음극이 집전부 및 비집전부를 포함하는 전극판인 물 전기분해 장치가 제공된다.Electrolytic cell; And an electrolysis cell disposed in the electrolytic cell, wherein the electrolysis cell is spaced apart from each other to face each other, and a pair of cathodes and anodes disposed to face each other between the pair of frames; An ion exchange membrane disposed between the cathode and the anode; A non-woven fabric disposed between at least one of the cathode and the frame on one side opposite thereto and between the anode and the frame on the other side opposite thereto, wherein the anode and the cathode are electrode plates including a current collector and a non-current collector. A decomposition device is provided.

Description

물 전기분해 장치{Water electrolysis system}Water electrolysis system

전해조 및 상기 전해조 내에 배치된 전기분해 셀을 포함하는 물 전기분해 장치가 개시되고, 더욱 구체적으로는 물의 전기분해시 가스생성을 용이하게 하고, 전극의 전기 분해 효율을 높여 알칼리 이온수 및 산성수의 생산 효율을 극대화 시킨 물 전기분해 장치가 개시된다. A water electrolysis apparatus including an electrolytic cell and an electrolysis cell disposed in the electrolytic cell is disclosed, and more specifically, the production of alkaline ionized water and acidic water by facilitating gas generation during water electrolysis and increasing the electrolysis efficiency of the electrode. Disclosed is a water electrolysis device that maximizes efficiency.

산업이 발달함에 따라 생활하수나 대형공장의 오폐수로 인해 하천이나 호수 등의 수질이 점차 오염되고 있으며, 이러한 수질오염에 따라 물고기가 살 수 없게 되고 복잡한 정화단계를 거쳐 수돗물을 생성해야 하는 등의 폐해가 생겨나고 있다.As the industry develops, the water quality of rivers and lakes is gradually contaminated by the sewage of domestic sewage and large factories, and the pollution such as fish cannot live due to such water pollution and the tap water must be produced through complicated purification steps. Is springing up.

이에 따라, 대형공장에서는 오폐수의 배출시 오염된 물을 정화시켜 배수하기 위해 다양한 정수방법이 사용되고 있으며, 가정에서는 수돗물을 바로 음용하지 아니하고 정수기 등을 사용해 한 번 더 정수하여 음용하고 있다. 이렇게 오폐수를 정화하고, 음용수를 정수하기 위한 방법으로 최근 각광받고 있는 것이 전기분해장치이다.Accordingly, in a large plant, various water purification methods are used to purify and drain the polluted water during the discharge of waste water, and in the home, tap water is not directly drinking, but water is purified once more using a water purifier. The electrolysis device has recently been spotlighted as a method for purifying waste water and purifying drinking water.

일반적으로 전기분해장치는, 통상의 전해조내에 음극과 양극을 형성하는 적어도 한 쌍의 전극판을 설치하고, 각 전극판에 전기를 공급하여 전해조내의 물속에 들어있는 물질을 전기분해하게 된다. 이러한 전기분해장치는 격막의 유무에 따라, 음극과 양극 사이에 격막을 갖는 격막식과, 격막을 갖지 않는 무격막식으로 분류할 수 있고, 전극의 배치형식에 따라, 한 쌍의 전극을 수직으로 나열한 직립식 또는 단극식과, 복수의 전극쌍을 수평으로 배열한 수평식 또는 복극식으로 분류할 수 있다. 여기서, 격막식으로 대표되는 것은 이온수기를 들 수 있고, 비격막식으로 대표되는 것으로는 차아염소산나트륨을 발생시켜 소독 및 탈취에 사용되는 차아염소산나트륨 발생장치를 들 수 있다.In general, an electrolysis device is provided with at least one pair of electrode plates forming a cathode and an anode in a conventional electrolytic cell, and supplies electricity to each electrode plate to electrolyze a substance contained in the water in the electrolytic cell. Such an electrolysis device can be classified into a diaphragm type having a diaphragm between a cathode and an anode according to the presence or absence of a diaphragm, and a non-diaphragm type without a diaphragm. It can be classified into an upright or monopolar type and a horizontal or bipolar type in which a plurality of electrode pairs are arranged horizontally. Representative examples of the diaphragm type include ion water groups, and examples of the non-diaphragm type include sodium hypochlorite generators used for disinfection and deodorization by generating sodium hypochlorite.

비격막식 차아염소산나트륨 발생장치는 희석염수를 격막이 없는 일련의 전극(양극, 음극)을 통과하는 과정에서 전극 양측에 부가된 직류 전극을 이용하여 염수 중의 소금을 전기분해 한다. 전기분해장치 내로 유입된 염수는 나트륨이온과 염소이온으로 해리되어 염소이온은 양극에서 산화되어 염소로 되고, 나트륨이온은 음극으로 환원되어 나트륨이 생성되고, 생성된 나트륨은 물과 반응하여 수산화나트륨과 수소로 된 후, 양극에서 생성된 염소와 상기 수산화나트륨이 반응하여 차아염소산나트륨이 생성된다.The non-diaphragm type sodium hypochlorite generator electrolyzes salt in the brine by using direct current electrodes added to both sides of the dilute brine through a series of electrodes (anode and cathode) without a diaphragm. The brine introduced into the electrolysis device is dissociated into sodium ions and chlorine ions so that the chlorine ions are oxidized at the anode to chlorine, and the sodium ions are reduced to the cathode to produce sodium, and the resulting sodium reacts with water to form sodium hydroxide and After hydrogenation, the chlorine produced at the anode reacts with the sodium hydroxide to produce sodium hypochlorite.

일반적으로 차아염소산나트륨은 정수장, 하수처리장의 살균장치, 일반화학 공장의 냉각용수 보일러, 담수화 공정 처리수, 발전소의 냉각수 처리, 음용수 처리, 식물 및 채소, 육류가공, 수영장외 세탁 및 제지, 가정용 표백제로 사용된다.Sodium hypochlorite is generally used for water purification plant, sterilizer in sewage treatment plant, cooling water boiler in general chemical plant, desalination process water, cooling water treatment in power plant, drinking water treatment, plants and vegetables, meat processing, off-pool washing and papermaking, household bleach Used as

한편, 이온수기는, 정수기와 전해조를 가지며, 정수기에서는 유입된 물을 정수하고, 전해조에서는 전기분해를 통해 산성 이온수와 알칼리성 이온수를 생성한다. 전해조는 전기적 성질을 가진 이온만 통과할 수 있는 격막에 의해 양극실과 음극실로 구분되어 있으며, 여기에 전압을 인가하게 되면 물이 전기분해되면서 이온수가 생성되는 것이다. 이렇게 생성된 알칼리성 이온수는 음료용으로 사용되고, 산성 이온수는 피부미용이나 소독수로 사용되며, 특히 음료용으로서의 알칼리이옹수는 전기분해에 의한 육각 고리구조를 갖춰 건강유지에 탁월한 효과를 얻을 수 있는 것이다.On the other hand, the ionizer has a water purifier and an electrolytic cell, and the water purifier purifies the water which has flowed in, and the electrolytic cell generates acidic ionized water and alkaline ionized water through electrolysis. The electrolytic cell is divided into an anode chamber and a cathode chamber by a diaphragm that can pass only ions having electrical properties. When voltage is applied thereto, ionized water is generated as the water is electrolyzed. The alkaline ionized water thus produced is used for beverages, and the acidic ionized water is used for skin care or disinfectant water. In particular, the alkaline ionized water for beverages has a hexagonal ring structure by electrolysis, which is excellent in maintaining health.

한국공개특허공보 2002-0046259호는 오존가스를 정수 저장탱크로 주입하여 살균하는 방법으로 정수의 음용시 오존냄새(비릿한 냄새 등)를 남기는 문제와 오존 가스를 탱크내로 불어넣기 위한 브로워(컴프레셔)가 대기중의 오염물질을 함께 주입하게 되므로 또 다른 문제를 야기하게 되었다. Korean Laid-Open Patent Publication No. 2002-0046259 is a method of sterilizing by injecting ozone gas into a purified water storage tank. The problem of leaving ozone odor (such as fishy smell) when drinking purified water and a blower (compressor) for blowing ozone gas into the tank Injecting airborne pollutants together creates another problem.

한편, 상기 UV 램프나 오존을 이용한 살균 두 방법이 모두 잔류 살균력이 없어 정수된 물이 오랜 기간 저장된 후에는 미생물 발생 위험이 큰 문제점이 있었다.On the other hand, both methods of sterilization using the UV lamp or ozone do not have residual sterilizing power, and there is a problem in that a risk of microorganisms is generated after purified water is stored for a long time.

또한, 한국공개특허공보 1997-0020966에서는 페라이트 전극을 사용한 살균 처리조를 두었고, 일본실개소 50-60854호는 철이나 스테인리스로 이루어진 원형 파이프 내에 페라이트 봉을 설치하고 페라이트 봉과 파이프 사이에서 이루어지는 전해작용에 의해 물을 살균하도록 하였는데, 이러한 방법들은 페라이트의 재질 특성상 녹과 응축물질이 발생하는 문제점이 있어 먹는물에 적용하기는 어려운 문제점이 있었다. In addition, Korean Laid-Open Patent Publication No. 1997-0020966 has a sterilization treatment tank using a ferrite electrode, and Japanese Patent Application No. 50-60854 installs a ferrite rod in a round pipe made of iron or stainless steel, and performs electrolytic action between the ferrite rod and the pipe. By sterilizing the water, these methods have a problem that rust and condensation occurs due to the nature of the ferrite material has a problem that is difficult to apply to drinking water.

또한, 한국등록실용공보 0317827호에서는 음극을 백금전극으로, 양극을 은전극으로 사용하여 전기분해시 은성분이 용해되어 백금전극측으로 이동하여 그 표면에 달라붙는 과정에서 물속에 존재하는 미생물의 살균을 유도하는 방법이 제시되었다. 그러나, 이때 물속에 은이 방출되어 물과 함께 흡수되면 다른 중금속과 같이 건강을 해칠 우려가 있어, 은을 필터나 기타 방법으로 물에 사용하는 경우는 반드시 EPA(미국 공중위생성)의 승인을 받도록 되어 있다. In addition, Korean Utility Model Publication No. 0317827 uses a cathode as a platinum electrode and a cathode as a silver electrode to induce sterilization of microorganisms present in water during the electrolysis of silver components, which move to the platinum electrode and adhere to the surface thereof. How to do is presented. However, if silver is released into the water and absorbed with water, it may harm health like other heavy metals. If silver is used in water by filter or other method, it must be approved by EPA. .

하지만, 이러한 전기분해장치는, 양극과 음극을 형성하는 전극판으로부터 거리가 먼 경우 전기력이 약해져 전기분해가 제대로 이루어지지 아니한다. 이에 따라, 전극판 간의 거리와 전극판의 표면적이 전기분해의 효율을 결정하는데 중요한 요소로 작용하게 된다. 그러나 종래의 전기분해장치는 전해조의 크기에 따라 양극 판과 음극판의 크기가 결정되므로, 전해조의 크기에 따라 전기분해 효율이 결정된다는 맹점이 있었다.However, such an electrolysis device, the electric force is weak when the distance from the electrode plate forming the positive electrode and the negative electrode is not properly performed electrolysis. Accordingly, the distance between the electrode plates and the surface area of the electrode plates serve as an important factor in determining the efficiency of electrolysis. However, in the conventional electrolysis apparatus, since the size of the positive electrode plate and the negative electrode plate is determined according to the size of the electrolytic cell, there is a blind spot that the electrolysis efficiency is determined according to the size of the electrolytic cell.

이에 따라, 전해조의 크기에 무관하게 전기분해 효율을 향상시킬 수 있도록 전극판의 형상을 변형하여 표면적을 증대시켜야 할 필요성이 대두되고 있다. Accordingly, there is a need to increase the surface area by modifying the shape of the electrode plate so as to improve the electrolysis efficiency regardless of the size of the electrolytic cell.

본 발명의 일 측면은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 전극판의 활성면적을 증대시켜 전기분해 셀의 전기분해 효율이 향상된 물 전기분해 장치를 제공하는 것이다. One aspect of the present invention is to provide a water electrolysis device to improve the electrolysis efficiency of the electrolysis cell by increasing the active area of the electrode plate to solve the above problems.

본 발명의 일 측면에 따라, According to one aspect of the invention,

전해조; 및 상기 전해조 내에 배치된 전기분해 셀을 포함하고, 상기 상기 전기분해 셀이 서로 이격되어 대향하는 한 쌍의 프레임, 상기 한 쌍의 프레임 사이에 서로 이격되어 대향하도록 배치된 한 쌍의 음극 및 양극; 상기 음극 및 양극 사이에 설치된 이온교환막; 상기 음극과 이에 대향하는 일측의 프레임 사이 및 상기 양극과 이에 대향하는 타측의 프레임 사이 중 적어도 한 곳에 배치된 부직포를 구비하고, 상기 양극 및 음극이 집전부 및 비집전부를 포함하는 전극판인 물 전기분해 장치가 제공된다.Electrolytic cell; And an electrolysis cell disposed in the electrolytic cell, wherein the electrolysis cell is spaced apart from each other to face each other, and a pair of negative electrodes and anodes disposed to face each other between the pair of frames; An ion exchange membrane disposed between the cathode and the anode; A non-woven fabric disposed between at least one of the cathode and the frame on one side opposite thereto and between the anode and the frame on the other side opposite thereto, wherein the anode and the cathode are electrode plates including a current collector and a non-current collector. A decomposition device is provided.

상기 부직포가 엠보싱된 표면을 가질 수 있다.The nonwoven can have an embossed surface.

본 발명의 다른 측면에 따라, According to another aspect of the invention,

전해조; 및 상기 전해조 내에 배치된 전기분해 셀을 포함하고,Electrolytic cell; And an electrolysis cell disposed in the electrolytic cell,

상기 전기분해 셀이 서로 이격되어 대향하는 한 쌍의 프레임, 상기 한 쌍의 프레임 사이에 서로 이격되어 대향하도록 배치된 한 쌍의 음극 및 양극; 상기 음극 및 양극 사이에 설치된 이온교환막; 상기 양극 및 음극이 집전부 및 비집전부를 포함하는 전극판이고, 상기 전극판의 단위 면적당 비집전부의 둘레 길이의 합(cm-1)이 50 내지 150인 물 전기분해 장치가 제공된다.A pair of frames in which the electrolysis cells are spaced apart from each other, a pair of cathodes and anodes disposed to face each other between the pair of frames; An ion exchange membrane disposed between the cathode and the anode; The positive electrode and the negative electrode is an electrode plate including a current collector and a non-current collector, a water electrolysis device is provided that the sum of the circumferential length of the non-current collector per unit area (cm −1 ) of the electrode plate is 50 to 150.

상기 전극판이 전극활성부위, 상기 전극활성부위로부터 연장되어 전원과 연결되는 전기인가부위 및 상기 전극활성부위와 전기인가부위의 연결부 상에 위치한 절연성고분자 코팅층을 포함할 수 있다.The electrode plate may include an electrode active portion, an electrically applied portion extending from the electrode active portion and connected to a power source, and an insulating polymer coating layer positioned on a connection portion between the electrode active portion and the electrically applied portion.

상기 절연성 고분자가 실리콘계, 우레탄계, ABS계, 레이온계, 폴리테트라플루오로에틸렌계, 플루오리네이티드에텔렌프로필렌 공중합체, 폴리에테르케톤계, 폴리벤즈이미다졸계, 폴리포스파진계 또는 이들 중 2종이상의 혼합물로 이루어질 수 있다.The insulating polymer is silicone, urethane, ABS, rayon, polytetrafluoroethylene, fluorinated ethylene propylene copolymer, polyether ketone, polybenzimidazole, polyphosphazine, or two of them. It can consist of a mixture of phases.

상기 전극판은 기공 또는 요철이 형성된 표면을 가질 수 있다.The electrode plate may have a surface on which pores or irregularities are formed.

상기 전극판은 루테늄(Ru, 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt) 또는 세륨(Ce), 주석(Sn), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 망간(Mn), 코발트(Co) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 도금처리될 수 있다.The electrode plate is ruthenium (Ru, rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt) or cerium (Ce), tin (Sn), tungsten (W), titanium ( It may be plated with one or more metals selected from the group consisting of Ti), molybdenum (Mo), iron (Fe), manganese (Mn), cobalt (Co) and nickel (Ni).

상기 전극판 자체 및 상기 전극판 상의 도금처리된 부분 중 하나 이상이 기공 또는 요철이 형성된 표면을 가질 수 있다. At least one of the electrode plate itself and the plated portion on the electrode plate may have a surface having pores or irregularities.

상기 프레임은 돌기가 형성된 표면을 가질 수 있다. The frame may have a surface on which protrusions are formed.

상기 프레임의 돌기는 실리콘계, 우레탄계, ABS계, 지르코늄계, 레이온계 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어질 수 있다.The projection of the frame may be made of silicon, urethane, ABS, zirconium, rayon, or a mixture of two or more thereof.

본 발명에 의하면, 프레임과 전극판 사이에 부직포를 삽입하여 전극판과 이온교환막과의 밀착력을 증대시키거나, 전극판을 집전부 및 비집전부를 포함하는 전극판으로 형성하고 상기 전극판의 단위 면적당 비집전부의 둘레 길이의 합(cm-1)을 조절하여 활성 전극 표면적을 증대시킴으로써, 전기분해 장치의 전기분해 효율이 향상되고, 그 결과, 살균 및 탈취성능이 개선되며, 알카리 이온수와 산성 이온수의 생산 능력이 증대되어 건강 및 미용 효과도 부여할 수 있는 물 전기분해 장치를 제공할 수 있게 된다.According to the present invention, a nonwoven fabric is inserted between the frame and the electrode plate to increase adhesion between the electrode plate and the ion exchange membrane, or the electrode plate is formed of an electrode plate including a current collector and a non-current collector, and per unit area of the electrode plate. By increasing the active electrode surface area by adjusting the sum of the circumferential lengths of the non-current collectors (cm −1 ), the electrolysis efficiency of the electrolysis device is improved, and as a result, the sterilization and deodorization performance is improved, and the Production capacity can be increased to provide a water electrolysis device that can also impart health and beauty effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 전기분해 장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 물 전기분해 장치를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 전기분해 장치에 포함되는 집전부 및 비집전부를 포함하는 전극판을 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 전극판의 A부분을 확대하여 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 전기분해 장치에 포함되는 기공과 요철을 갖는 전극판의 일부를 확대 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 전기분해 장치에 포함되는 전극판을 도시한 것이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 전기분해 장치에 포함되는 프레임을 각각 도시한 것이다.
1 illustrates a water electrolysis device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a water electrolysis device according to another embodiment of the present invention.
3 illustrates an electrode plate including a current collector and a non-current collector included in a water electrolysis apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is an enlarged view of a portion A of the electrode plate of FIG. 3.
5 is an enlarged view of a part of an electrode plate having pores and irregularities included in a water electrolysis apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 6 illustrates an electrode plate included in the water electrolysis device according to an embodiment of the present invention.
7 and 8 illustrate a frame included in the water electrolysis device according to an embodiment of the present invention, respectively.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 물 전기분해 장치(100)는 전해조(101) 및 상기 전해조 내에 배치된 전기분해 셀을 포함한다.Referring to FIG. 1, the water electrolysis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes an electrolytic cell 101 and an electrolysis cell disposed in the electrolytic cell.

상기 전기분해 셀은 서로 이격되어 대향하는 한 쌍의 프레임(107, 108), 상기 한 쌍의 프레임(107, 108) 사이에 서로 이격되어 대향하도록 배치된 한 쌍의 음극(102) 및 양극(103); 상기 음극(102) 및 양극(103 사이에 설치된 이온교환막(104); 상기 양극(103)과 이에 대향하는 일측의 프레임(108) 사이 및 상기 음극(102)과 이에 대향하는 타측의 프레임(107) 사이 중 적어도 한 곳에 배치된 부직포(105, 106)를 구비하고 있다. 상기 양극 및 음극은 전원(130)에 연결된다.The electrolysis cell is a pair of frames 107, 108 spaced apart from each other, a pair of cathodes 102 and anodes 103 disposed to be spaced apart from each other between the pair of frames 107, 108. ); An ion exchange membrane 104 disposed between the cathode 102 and the anode 103; between the anode 103 and the frame 108 opposite to the anode 103 and the frame 107 opposite to the cathode 102. Non-woven fabrics 105 and 106 are disposed in at least one of the spaces between the anode and the cathode.

전해조(101)에는 또한, 하측에 전기 분해하기 위한 물이 유입되는 입수관(121)과 상부 양측에는 전기 분해시 생성된 알칼리 이온수와 산성수를 각각 토출 또는 배출하기 위한 알칼리성 이온수 배수관(122)과 산성 이온수 배수관(123)이 각각 연결된다.The electrolyzer 101 further includes an inlet pipe 121 through which water for electrolysis flows into the lower side, and an alkaline ionized water drain pipe 122 for discharging or discharging alkaline ionized water and acidic water generated during electrolysis, respectively, on both sides thereof. The acidic ionized water drain pipes 123 are connected to each other.

전해조(101)에서는 음극(102)과 양극(103) 사이에 마련되어 있는 막으로 전원이 인가됨에 따라 물속에 존재하는 칼슘, 마그네슘 등과 같은 미네랄 성분의 양이온이 음극에 달라 붙고, 염소나 황산, 유황 등의 음이온은 양극에 달라 붙게 된다.In the electrolyzer 101, as power is applied to the membrane provided between the cathode 102 and the anode 103, cations of mineral components such as calcium and magnesium in water adhere to the cathode, and chlorine, sulfuric acid, sulfur, etc. Negative ions become attached to the positive electrode.

이와 동시에 양극에서는 음극 측의 수산이온(OH-)을 받아 산소 분자(O₂)로 되어 공기 중으로 날라가 버리므로 수산 이온이 증가하여 물은 산성으로 되고, 음극에서는 양극 측의 수소 이온(H+)을 받아 수소 분자(2H)로 되어 공기 중으로 날아가 버리지만 수소 분자량이 많아 활성 수소 이온이 증가하게 되므로 물은 알칼리성으로 된다. At the same time, the anode receives hydroxyl ions (OH-) on the cathode side and becomes oxygen molecules (O₂) and is blown off into the air, which increases the hydroxyl ions and makes the water acidic, while the cathode has hydrogen ions (H + ) on the anode side. The water becomes alkaline because it receives hydrogen molecules (2H) and blows them off into the air, but the hydrogen molecular weight is high and the active hydrogen ions increase.

따라서, 상기 전해조(101)로 들어간 물은 산성 이온수와 알칼리성 이온수로 전기분해되어 나뉘어지면서 산성 이온수는 산성 이온수 배수관(103)을 통해 외부로 배출되고, 알칼리성 이온수는 알칼리성 이온수 배수관(102)을 통하여 배출된다.Accordingly, the water entering the electrolytic cell 101 is electrolyzed into acidic ionized water and alkaline ionized water, and the acidic ionized water is discharged to the outside through the acidic ionized water drainage pipe 103, and the alkaline ionized water is discharged through the alkaline ionized water drainage pipe 102. do.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 물 전기분해 장치(100)를 도시하고 있는데, 이는 돌기형 표면(110)을 갖는 프레임 (107, 108)을 사용한 점을 제외하고는 그 외 구성요소는 도 1과 동일하다. FIG. 2 shows a water electrolysis device 100 according to another embodiment of the present invention, except for the use of the frames 107, 108 having the protruding surface 110. Same as FIG. 1.

도 3을 집전부 및 비집전부를 포함하는 전극판을 도시한 것으로서, 상기 전극판은 사각형, 삼각형, 또는 그외 다양한 형태의 다각형 또는 원형, 타원형의 관통홀을 포함할 수 있다.3 illustrates an electrode plate including a current collector and a non-current collector, and the electrode plate may include a polygonal, triangular, or other polygonal, circular, or elliptical through hole.

이때, 집전부라 함은 전기분해 셀에 전극판이 설치되는 경우 이온교환막과 맞닿아 밀착되는 부분을 의미하고, 비집전부라 함은 전극판에서 집전부를 제외하고 관통홀에 의해 이온교환막과 밀착되지 않고 물이 공급될 수 있는 부분을 의미하고 구체적으로는 도 4에서와 같이 관통홀에 의해 제거되지 않은 집전부로 둘러싸인 B 부분에 해당된다. In this case, when the electrode plate is installed in the electrolysis cell, the current collector means a portion that comes into close contact with the ion exchange membrane, and the non-current collector is not adhered to the ion exchange membrane by the through holes except the current collector in the electrode plate. It refers to a part to which water can be supplied, and specifically corresponds to part B surrounded by a current collector that is not removed by a through hole as shown in FIG. 4.

이렇게 양극 및 음극의 전극판이 집전부와 비집전부를 포함함에 따라 단순히 판상으로 형성된 전극판에 비해 활성 전극 표면적을 증대시켜서 전기분해 효율을 개선시킬 수 있게 된다. As the electrode plates of the positive electrode and the negative electrode include the current collector and the non-current collector, the surface area of the active electrode can be increased by simply increasing the active electrode surface area as compared with the electrode plate formed in a plate shape.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 물 전기분해 장치는, 전술한 바와 같은 상기 음극과 이에 대향하는 일측의 프레임 사이 및 상기 양극과 이에 대향하는 타측의 프레임 사이 중 적어도 한 곳에 부직포를 배치하지 않고, 상기 전극판이 갖는 활성 전극 표면적의 정도, 즉 전극판의 단위 면적당 비집전부의 둘레 길이의 합(둘레길이 총합cm/전극판 면적cm2 = cm-1)를 소정의 범위로 조절되어 제공될 수 있다.In addition, the water electrolysis apparatus according to an embodiment of the present invention, without placing the nonwoven fabric in at least one of the above-described negative electrode and the frame on the opposite side and between the positive electrode and the frame on the other side opposite thereto. The degree of the active electrode surface area of the electrode plate, that is, the sum of the circumferential lengths of the non-current collectors per unit area of the electrode plate (sum of total perimeter length cm / electrode plate area cm 2 = cm −1 ) may be adjusted to a predetermined range. have.

본 발명의 일 실시예에 따른 물 전기분해 장치에 사용되는 전극판의 단위 면적당 비집전부의 둘레 길이의 합은 예를 들면, 5 내지 200 (cm-1), 10 내지 150 (cm-1), 50 내지 100 (cm-1)일 수 있고, 전극판의 단위 면적당 비집전부의 둘레 길이의 합이 이러한 조건을 만족하는 경우 전기활성능력이 증가할 수 있다.The sum of the circumferential lengths of the non-current collectors per unit area of the electrode plate used in the water electrolysis apparatus according to an embodiment of the present invention is, for example, 5 to 200 (cm -1 ), 10 to 150 (cm -1 ), It may be 50 to 100 (cm −1 ), and the electroactive capacity may increase when the sum of the circumferential lengths of the non-current collectors per unit area of the electrode plate satisfies these conditions.

상기 전극판은 스테인레스계, 티탄계, 니켈계, 탄탈늄계 또는 카본계 일 수 있다. The electrode plate may be stainless, titanium, nickel, tantalum or carbon.

또한, 상기 전극판의 두께는 예를 들면 0.1 내지 1mm 이다. 상기 전극판의 두께가 상기 조건을 만족하는 경우 전기분해 셀의 부피가 감소되어 제조가 용이하고 비용을 절감할 수 있어 경제적으로 유리할 수 있다. In addition, the electrode plate has a thickness of, for example, 0.1 to 1 mm. When the thickness of the electrode plate satisfies the above conditions, the volume of the electrolysis cell may be reduced, which may facilitate manufacturing and reduce cost, and thus may be economically advantageous.

상기 전극판은 표면적을 높이고, 산화방지 및 전기저항을 줄여 반응효율을 높이기 위한 목적을 위하여, 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt)으로 이루어진 백금족 귀금속 중 선택된 하나의 귀금속을 고온 열분해에 의한 산화 또는 환원시켜 전극판 상에 도금처리 될 수 있다. The electrode plate is ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), platinum for the purpose of increasing the surface area, the oxidation resistance and the electrical resistance to increase the reaction efficiency One precious metal selected from the platinum group precious metals (Pt) may be plated on the electrode plate by oxidation or reduction by high temperature pyrolysis.

도 5를 참조하며, 상기 전극판은 활성 전극 표면적을 더 증대시키기 위한 목적으로, 전극판 자체가 요철이나 기공이 있는 표면(C 부분 참조)을 가질 수 있다. 또한, 동일한 목적으로, 평활한 평면을 갖는 전극판의 표면에 상기 귀금속을 도금처리함에 있어서, 도금처리된 부분이 요철이나 기공의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 물론, 전극판 자체 및 도금처리된 부분 모두에 요철이나 기공이 있는 표면을 형성시킬 수도 있다.Referring to FIG. 5, the electrode plate may have a surface having irregularities or pores (see part C) in order to further increase the active electrode surface area. In addition, for the same purpose, in the plating treatment of the noble metal on the surface of the electrode plate having a smooth plane, the plated portion may be formed to have the shape of irregularities or pores. Of course, it is also possible to form the surface with irregularities or pores on both the electrode plate itself and the plated portion.

그 결과, 본 발명의 일 실시예에 따른 물 전기분해 장치의 양극 및 음극은 다수의 비집전부와 이를 둘러싸는 집전부로 연결되어 있는 구조를 가지고 있어, 기본적으로 판상의 전극판에 비하여 표면적이 더 크고, 더불어 전극판 자체의 표면 및 도금처리된 부분 중 하나 이상에 요철이나 기공을 형성시킴으로써 전극판의 표면적, 즉 물의 전기분해를 위한 활성 면적을 극대화 할 수 있게 된다.As a result, the positive electrode and the negative electrode of the water electrolysis apparatus according to an embodiment of the present invention have a structure connected to a plurality of non-current collectors and current collectors surrounding them, so that the surface area is basically higher than that of the plate-shaped electrode plate. In addition, by forming irregularities or pores on at least one of the surface and the plated portion of the electrode plate itself, the surface area of the electrode plate, that is, the active area for the electrolysis of water can be maximized.

이러한 전극판의 요철 또는 기공의 정도는 러프니스 인자(Roughness factor)로 나타낼 수 있는데, 이는 평판의 전극의 활성면적(X)에 대한 요철 또는 기공을 갖는 전극의 활성면적(Y)의 비율(Y/X)을 의미합니다.The degree of irregularities or pores of the electrode plate may be represented by a roughness factor, which is a ratio (Y) of the active area Y of the electrode having irregularities or pores to the active area X of the electrode of the plate. / X).

이러한 전극판의 러프니스 인자는 순환 전압전류 곡선(Cyclic Voltammogram)의 테크닉을 이용하여 얻어진 피크 전류량으로 전극판 상에 도금된 상기 백금족 귀금속의 활성면적을 계산한다. 이때, 이러한 활성면적은 일정전위기(Potentiostat)를 이용하여 측정한다. 예를 들면, 기공성 백금 전극의 경우 평판의 백금 전극에 비해 단위면적당 활성면적이 약 150배 정도 증가된다. The roughness factor of the electrode plate calculates the active area of the platinum group precious metal plated on the electrode plate by the peak current amount obtained using the technique of a cyclic voltammogram. At this time, the active area is measured by using a potentiostat. For example, in the case of the porous platinum electrode, the active area per unit area is increased by about 150 times compared to the platinum electrode of the plate.

도 6을 참조하면, 상기 전극판은 전극활성부위(150), 상기 전극활성부위(150)로부터 연장되어 전원(미도시)과 연결되는 전기인가부위(170) 및 상기 전극활성부위와 전기인가부위의 연결부 상에 위치한 절연성고분자 코팅층(160)을 포함한다.Referring to FIG. 6, the electrode plate includes an electrode active portion 150, an electric portion 170 extending from the electrode active portion 150 and connected to a power source (not shown), and the electrode active portion and the electric portion. It includes an insulating polymer coating layer 160 located on the connection of.

전극판은 전술한 바와 같이 다수의 미세 관통홀이 형성되어 있으며, 이때, 전극 활성부위는 물과 직접적으로 맞닿게 된다. 따라서, 전기인가부위로 물이 누수되는 것을 방지하기 위해서, 전극활성부위(150)와 전기인가부위(170)로 구분된 중간 부위에 절연성 고분자 코팅층(160)이 형성된다. As described above, the electrode plate is formed with a plurality of fine through holes, wherein the electrode active portion is in direct contact with water. Therefore, in order to prevent water from leaking into the electric application part, the insulating polymer coating layer 160 is formed at an intermediate part divided into the electrode active part 150 and the electric application part 170.

상기 전극판에서 이용된 절연성 고분자는 실리콘계, 우레탄계, ABS계, 레이온계, 폴리테트라플루오로에틸렌계, 플루오리네이티드에텔렌프로필렌 공중합체, 폴리에테르케톤계, 폴리벤즈이미다졸계, 폴리포스파진계 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. The insulating polymer used in the electrode plate is silicone, urethane, ABS, rayon, polytetrafluoroethylene, fluorinated ethylene propylene copolymer, polyether ketone, polybenzimidazole, polyphosphazine Or mixtures of two or more thereof.

상기 음극 및 양극 사이에는 이온교환막이 설치되어 있으며, 이러한 이온교환막은 선택적 이온을 이동시킬 수 있는 운반 역할을 하고, 전기가 통하지 않는 절연성 특징을 가지며, 물의 전기분해시에 전해질의 역할을 하게 된다An ion exchange membrane is installed between the cathode and the anode, and the ion exchange membrane serves to transport selective ions, has a non-conductive insulating property, and acts as an electrolyte during electrolysis of water.

상기 이온교환막은 불소계 고분자, 비불소계 고분자, 부분 불소계 고분자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 형성될 수 있다.The ion exchange membrane may be formed of a fluorine-based polymer, a non-fluorine-based polymer, a partially fluorine-based polymer or a mixture of two or more thereof.

상기 불소계 고분자로는 퍼플루오르술폰산계, 폴리테트라플루오로에틸렌계(PTFE: polytetrafluoro ethylene), 플루오리네이티드에틸렌프로필렌 공중합체(FEP: fluorinated ethylene propylene copolymer), 폴리비닐리덴플루오라이드계 (PVdF: polyvinylidenefluoride)등이 있고, 비불소계 고분자로는 폴리이미드계, 폴리페닐렌옥사이드계, 폴리술폰계, 폴리에테르케톤계, 폴리벤즈이디마졸계, 폴리포스파진계 등이 있고, 부분 불소계 고분자로는 등이 있고, 이들 중 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용하여 이온교환막을 형성할 수 있다. 이때, 퍼플루오르술폰산계로는 양이온교환막인 Dupont사의 Nafion이 있다.Examples of the fluorine-based polymer include perfluorosulfonic acid, polytetrafluoroethylene (PTFE), fluorinated ethylene propylene copolymer (FEP), and polyvinylidene fluoride (PVdF: polyvinylidenefluoride). Examples of the non-fluorine-based polymer include polyimide, polyphenylene oxide, polysulfone, polyether ketone, polybenzimidazole, polyphosphazine, and the like. One or a mixture of two or more of these may be used to form the ion exchange membrane. At this time, the perfluorosulfonic acid system is Naponion of Dupont, which is a cation exchange membrane.

상기 부직포는 상기 양극과 이에 대향하는 일측의 프레임 사이 및 상기 음극과 이에 대향하는 타측의 프레임 사이 중 적어도 한 곳에 배치될 수 있으며, 그 결과 양극 및 음극의 전극판과 이온교환막의 밀착력을 증대시키게 되어, 계면 접촉 저항이 줄어드는 이유로 물의 전기분해 효율을 증대시키는 역할을 하게 된다. The nonwoven fabric may be disposed between at least one of the anode and the frame on one side thereof and between the cathode and the frame on the other side thereof, thereby increasing adhesion between the electrode plate and the ion exchange membrane of the anode and the cathode. As a result, the electrolytic efficiency of water is increased due to the decrease in interfacial contact resistance.

또한 본 발명의 일 실시예에 따라서 사용 가능한 부직포의 소재로는 부직포의 제조에 사용되는 모든 종류의 합성수지를 이용할 수 있으며, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드 등의 열가소성 수지이다.In addition, as a material of the nonwoven fabric which can be used according to an embodiment of the present invention, all kinds of synthetic resins used for the production of nonwoven fabrics may be used, and for example, polyethylene, polypropylene, polyester, polyacrylate, polyamide, etc. Thermoplastic resin.

이때, 전극판과 이온교환막의 밀착력을 더 부여하기 위하여 부직포는 엠보싱된 표면을 갖는 부직포를 사용할 수 있다.In this case, in order to further provide adhesion between the electrode plate and the ion exchange membrane, the nonwoven fabric may use a nonwoven fabric having an embossed surface.

상기한 부직포를 제조하는 방법의 일 예로는 수지를 용융 방사하여 다수의 연속 필라멘트를 얻고 이러한 연속 필라멘트를 연신 후 이동상의 콘베이어 네트상에 적층하고 가열롤에서 엠보롤에 의해 부직포웹을 간격을 정하여 규칙적으로 가열, 가압에 의해 포인트 융착영역을 가진 스펀본드 부직포를 제조하는 방법이 있다.One example of the method of manufacturing the nonwoven fabric is melt spinning the resin to obtain a plurality of continuous filaments, and the continuous filaments are stretched and laminated on a mobile conveyor net, and the nonwoven webs are regularly spaced by embossing rolls on a heating roll. There is a method of manufacturing a spunbond nonwoven fabric having a point fusion region by heating and pressing.

상기 부직포를 구성하는 연속필라멘트는 통상으로는 단일성분의 필라멘트가 사용되기도 하지만 다성분 즉, 복합필라멘트로 사용되기도 하며 복합형으로는 사이드 바이 사이드 및 시스-코어 등이 사용될 수 있다.The continuous filament constituting the nonwoven fabric is generally used as a single component filament, but may be used as a multi-component, that is, a composite filament, and a side by side and a sheath-core may be used as the composite type.

상기 부직포를 구성하는 연속필라멘트의 단면형상으로는 일반적으로 원형이 사용되지만 삼각단면, 스타형 또는 중공형 등의 사용도 가능하다.As the cross-sectional shape of the continuous filament constituting the nonwoven fabric, a circular shape is generally used, but a triangular cross section, a star shape, or a hollow shape may be used.

상기 부직포의 중량은 예를 들면 20 내지 150g/㎡, 50 내지 100g/㎡이고, 상기 부직포의 중량이 50g/㎡ 미만이면 불투명성 및 분포도의 저하로 인하여 실사출력용 부직포로서 적합치 않을 수 있고, 또한 코팅기대에서 연속작업시 코팅장력 등으로 인해 연폭부위가 절포되는 현상을 일으킬 수 있다. 반면 150g/㎡을 넘을 경우 부직포의 유연성이 저하될 수 있다.The weight of the nonwoven fabric is, for example, 20 to 150 g / m 2 and 50 to 100 g / m 2, and if the weight of the nonwoven fabric is less than 50 g / m 2, the nonwoven fabric may not be suitable as a non-woven fabric for actual output due to a decrease in opacity and distribution. In the continuous operation at the edge due to the coating tension may cause the phenomenon that the edge section is cut off. On the other hand, more than 150g / ㎡ may reduce the flexibility of the nonwoven fabric.

엠보싱된 스펀본드 부직포는 엠보싱이 조각된 요철롤에 의해 열압착이 되고 연속 필라멘트 상호간에 자기접착이 생겨서 다수의 포인트 융착영역이 생긴다. 이 포인트 융착영역은 하나의 점이라는 의미보다는 비록 작지만 일정한 융착부위의 면적을 차지하는 융착영역에 해당된다. 이 포인트 융착영역에서 연속 필라멘트가 고정되고 포인트 융착영역이 아닌 포인트 융착영역 이외의 영역에서는 연속 필라멘트의 구성들이 그대로 구조가 변경되지 않고 존재하여 스펀본드 부직포에 고인장강도 및 내인열강도 등의 양호한 물성을 갖게 한다.The embossed spunbond nonwoven fabric is thermocompressed by embossed uneven rolls and self-bonds between the continuous filaments resulting in multiple point fusion regions. This point welding area is smaller than a single point but corresponds to a welding area occupying a certain area of the welding area although small. The continuous filament is fixed in this point welding area, and the structure of the continuous filament remains intact in the areas other than the point welding area other than the point welding area, so that the spunbonded nonwoven fabric has high tensile strength and tear resistance. To have.

본 발명의 일 실시예 따른 물 전기분해 장치의 프레임은 상기 전기분해 셀의 구조를 지지하는 역할을 하며, 크게 두 가지 형태가 사용될 수 있다.The frame of the water electrolysis device according to an embodiment of the present invention serves to support the structure of the electrolysis cell, and two types may be used.

도 7을 참조하면, 상기 첫번째 형태의 프레임(200)은 외부로부터 유입되어 전기분해되는 물이 흘러가는 관통홀(201), 및 전극판을 밀착, 고정시키는 역할을 하는 오링(202)의 구성으로 이루어져 있다. Referring to FIG. 7, the frame 200 of the first form includes a through-hole 201 through which water introduced from the outside flows, and an O-ring 202 serving to close and fix an electrode plate. consist of.

한편, 도 8을 참조하면, 두번째 형태의 프레임(300)은 관통홀(301), 오링(302) 이외에, 그 표면에 다수의 돌기(303)를 포함하고 있다.Meanwhile, referring to FIG. 8, the frame 300 of the second type includes a plurality of protrusions 303 on the surface thereof, in addition to the through hole 301 and the O-ring 302.

이러한 프레임 표면 상의 돌기는 전술한 엠보싱된 표면을 갖는 부직포와 같이 양극 및 음극의 전극판과 이온교환막의 밀착력을 더 공고히 하여 전기분해 효율을 극대화하는 역할을 하게 된다.The protrusion on the frame surface serves to maximize the electrolysis efficiency by further strengthening the adhesion between the electrode plates of the positive and negative electrodes and the ion exchange membrane, such as the nonwoven fabric having the embossed surface described above.

상기 프레임의 돌기는 0.5 내지 1.5cm 간격으로 배치되고, 0.5 내지 10mm 지름 및 0.1 내지 2mm 높이를 가질 수 있다.The protrusions of the frame may be arranged at intervals of 0.5 to 1.5 cm, and may have a diameter of 0.5 to 10 mm and a height of 0.1 to 2 mm.

상기 프레임의 돌기가, 상기 간격, 지름, 및 높이의 조건을 만족하는 경우 전기분해 셀의 전극과 전해질 사이의 계면 접촉 저항을 줄일 수 있다. 이때, 상기 프레임의 돌기는 실리콘계, 우레탄계, ABS계, 지르코늄계, 레이온계 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어질 수 있다.When the projection of the frame satisfies the conditions of the gap, diameter, and height, the interface contact resistance between the electrode and the electrolyte of the electrolysis cell can be reduced. At this time, the projection of the frame may be made of silicon, urethane, ABS, zirconium, rayon or a mixture of two or more thereof.

이하 본 발명의 실시예들을 통하여 더욱 상세히 설명하기로 하되, 하기 실시예는 본 발명의 명확한 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. The following examples are only intended to help a clear understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

실시예 Example

실시예 1.Example 1.

양극과 음극으로 백금이 도금된 티타늄 전극판을 이용하고, 이때, 상기 전극판의 규격은 40mm X 25mm이고, 전극판의 단위면적당 비집전부 둘레길이의 총합이 65(cm-1) 이고, 전기분해 셀의 프레임으로 돌기형 표면(돌기의 간격: 1cm, 돌기의 높이: 1mm, 돌기의 지름: 1mm, 돌기의 재질: 지르코늄)을 갖는 프레임(도 7 참조)을 이용하였다. 또한, 전극판과 돌기형 프레임 사이에 부직포(WOOJIN ACT사, WW-2209)를 배치하였고, 사용된 이온교환막은 양이온 교환수지 막인 Nafion 115(Dupont사 제조)이었다. Using a titanium electrode plate plated with platinum as an anode and a cathode, in this case, the size of the electrode plate is 40mm x 25mm, the total length of the circumference of the non-current collector per unit area of the electrode plate is 65 (cm -1 ), electrolysis As a frame of the cell, a frame (see FIG. 7) having a protruding surface (protrusion spacing: 1 cm, protrusion height: 1 mm, protrusion diameter: 1 mm, protrusion material: zirconium) was used. Further, a nonwoven fabric (WOOJIN ACT, WW-2209) was disposed between the electrode plate and the protruding frame, and the ion exchange membrane used was Nafion 115 (manufactured by Dupont) as a cation exchange resin membrane.

최종적으로 전기분해 셀을 하기와 같이 조립하고, 전해조 내에 설치하여 물 전기분해 장치를 제조하였다:Finally, the electrolysis cell was assembled as follows and installed in an electrolytic cell to prepare a water electrolysis device:

돌기형 프레임/부직포/음극 전극판// 양이온 교환 수지 막 //전극판/부직포/돌기형 프레임Protruding frame / nonwoven fabric / cathode electrode plate // cation exchange resin membrane // electrode plate / nonwoven fabric / protrusion frame

실시예 2Example 2

전기분해 셀의 프레임으로, 돌기형 표면을 가지지 않는 일반형 프레임(도 6 참조)을 이용하고, 부직포로 엠보싱된 표면을 갖는 부직포(WOOJIN ACT사, WW-3008)를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 물 전기분해 장치를 제조하였다.As a frame of the electrolysis cell, an example was used, except that a general frame having no projection surface (see FIG. 6) and a nonwoven fabric having a surface embossed with a nonwoven fabric (WOOJIN ACT, WW-3008) were used. A water electrolysis device was manufactured in the same manner as 1.

참고로, 전기분해 셀의 조립상태는 하기와 같다:For reference, the assembled state of the electrolysis cell is as follows:

일반형 프레임/부직포/전극판// 양이온 교환 수지 막 //전극판/부직포/일반형 프레임.General type frame / nonwoven fabric / electrode plate / / cation exchange resin membrane // electrode plate / nonwoven fabric / general frame.

실시예 3Example 3

전기분해 셀의 프레임으로, 돌기형 표면을 가지지 않는 일반형 프레임(도 6 참조)을 이용하고, 부직포를 배치하지 않은 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 물 전기분해 장치를 제조하였다.As a frame of the electrolysis cell, a water electrolysis apparatus was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a non-woven fabric was disposed using a general frame having no projection surface (see FIG. 6).

참고로, 전기분해 셀의 조립상태는 하기와 같다:For reference, the assembled state of the electrolysis cell is as follows:

일반형 프레임/음극 전극판// 양이온 교환 수지 막 //양극 전극판/일반형 프레임General type frame / cathode electrode plate // cation exchange resin membrane // positive electrode plate / general frame

실시예 4Example 4

전극판의 단위면적당 비집전부 둘레길이의 총합이 40(cm-1)인 점을 제외하고, 실시예 2와 동일한 방식으로 물 전기분해 장치를 제조하였다.A water electrolysis apparatus was manufactured in the same manner as in Example 2, except that the sum of the circumferential lengths of the non-current collectors per unit area of the electrode plate was 40 (cm −1 ).

참고로, 전기분해 셀의 조립상태는 하기와 같다:For reference, the assembled state of the electrolysis cell is as follows:

일반형 프레임/부직포/전극판//양이온 교환 수지 막//전극판/부직포/일반형 프레임.General frame / nonwoven fabric / electrode plate / / cation exchange resin membrane / / electrode plate / nonwoven fabric / general frame.

비교예 1Comparative Example 1

양극 및 음극으로 규격이 40mm × 25mm이고, 백금 도금처리된 플레이트형 전극판을 사용하고, 상기 전극판의 단위면적당 비집전부 둘레길이의 총합이 4(cm-1)이고, 전기분해 셀의 프레임으로, 돌기형 표면을 가지지 않는 일반형 프레임(도 6 참조)을 이용하고, 부직포를 배치하지 않은 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 물 전기분해 장치를 제조하였다.The positive and negative electrodes were 40 mm x 25 mm in size, and a plate-shaped electrode plate plated with platinum was used. The total length of the periphery of the non-current collector per unit area of the electrode plate was 4 (cm -1 ), and the frame of the electrolysis cell was used. A water electrolysis device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a non-woven fabric was disposed using a general frame having no protruding surface (see FIG. 6).

참고로, 전기분해 셀의 조립상태는 하기와 같다:For reference, the assembled state of the electrolysis cell is as follows:

일반형 프레임/전극판// 양이온 교환 수지 막 //전극판/일반형 프레임Standard frame / electrode plate // cation exchange resin membrane // electrode plate / normal frame

비교예 2Comparative Example 2

양극 및 음극으로 규격이 40mm × 25mm이고, 백금 도금처리된 플레이트형 전극판을 사용하고, 상기 전극판에서 전극판의 단위면적당 비집전부 둘레길이의 총합이 8(cm-1)이고, 전기분해 셀의 프레임으로, 돌기형 표면을 가지지 않는 일반형 프레임(도 6 참조)을 이용하고, 부직포를 배치하지 않은 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 물 전기분해 장치를 제조하였다.The positive electrode and the negative electrode were 40 mm × 25 mm in size, and a plate-shaped electrode plate plated with platinum was used, and the sum of the circumferential lengths of the non-current collector per unit area of the electrode plate in the electrode plate was 8 (cm −1 ), and the electrolysis cell As a frame of, a water electrolysis device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a non-woven fabric was disposed using a general frame having no protruding surface (see FIG. 6).

참고로, 전기분해 셀의 조립상태는 하기와 같다:For reference, the assembled state of the electrolysis cell is as follows:

일반형 프레임/전극판//양이온 교환 수지 막//전극판/일반형 프레임General frame / electrode plate / cation exchange resin membrane / electrode plate / general frame

비교예 3Comparative Example 3

양극 및 음극으로 규격이 40mm × 25mm이고, 백금 도금처리된 플레이트형 전극판을 사용하고, 상기 전극판에서 전극판의 단위면적당 비집전부 둘레길이의 총합이 11(cm-1) 이고, 전기분해 셀의 프레임으로 돌기형 표면을 가지지 않는 일반형 프레임(도 6 참조)을 이용하고, 부직포를 배치하지 않은 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 물 전기분해 장치를 제조하였다.The positive electrode and the negative electrode were 40 mm x 25 mm in size, and a plate-shaped electrode plate plated with platinum was used, and the total length of the circumferential length of the non-current collector per unit area of the electrode plate in the electrode plate was 11 (cm -1 ), and the electrolysis cell A water electrolysis device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a non-woven fabric was disposed using a general frame (see FIG. 6) having no protruding surface as a frame of.

참고로, 전기분해 셀의 조립상태는 하기와 같다:For reference, the assembled state of the electrolysis cell is as follows:

일반형 프레임/전극판// 양이온 교환 수지 막 //전극판/일반형 프레임Standard frame / electrode plate // cation exchange resin membrane // electrode plate / normal frame

비교예 4Comparative Example 4

양극 및 음극으로 규격이 40mm × 25mm이고, 백금 도금처리된 플레이트형 전극판을 사용하고, 상기 전극판에서 전극판의 단위면적당 비집전부 둘레길이의 총합이 15(cm-1) 이고, 전기분해 셀의 프레임으로, 돌기형 표면을 가지지 않는 일반형 프레임(도 6 참조)을 이용하고, 부직포를 배치하지 않은 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 물 전기분해 장치를 제조하였다.The positive electrode and the negative electrode were 40 mm x 25 mm in size, and a plate-shaped electrode plate plated with platinum was used, and the total length of the circumferential length of the non-current collector per unit area of the electrode plate in the electrode plate was 15 (cm -1 ), and the electrolysis cell As a frame of, a water electrolysis device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a non-woven fabric was disposed using a general frame having no protruding surface (see FIG. 6).

참고로, 전기분해 셀의 조립상태는 하기와 같다:For reference, the assembled state of the electrolysis cell is as follows:

일반형 프레임/전극판// 양이온 교환 수지 막 //전극판/일반형 프레임Standard frame / electrode plate // cation exchange resin membrane // electrode plate / normal frame

비교예 5Comparative Example 5

양극 및 음극으로 규격이 40mm × 25mm이고, 전극판 단위면적당 비집전부 둘레길이의 총합이 11(cm-1)이고 백금 도금처리된 전극판을 사용하고, 전기분해 셀의 프레임으로, 돌기형 표면을 가지지 않는 일반형 프레임(도 6 참조)을 이용하고, 부직포를 배치하지 않은 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 물 전기분해 장치를 제조하였다.The anode and cathode are 40mm × 25mm in size, and the total length of the periphery of the non-current collector per unit area of the electrode plate is 11 (cm -1 ) and platinum-plated electrode plate is used. A water electrolysis device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a non-woven fabric was used without using a general frame (see FIG. 6).

참고로, 전기분해 셀의 조립상태는 하기와 같다:For reference, the assembled state of the electrolysis cell is as follows:

일반형 프레임/전극판// 양이온 교환 수지 막 //전극판/일반형 프레임Standard frame / electrode plate // cation exchange resin membrane // electrode plate / normal frame

비교예 6Comparative Example 6

양극 및 음극으로 규격이 40mm × 25mm이고, 전극판 단위면적당 비집전부 둘레길이의 총합이 28(cm-1)이고 백금 도금처리된 전극판을 사용하고, 전기분해 셀의 프레임으로, 돌기형 표면을 가지지 않는 일반형 프레임(도 6 참조)을 이용하고, 부직포를 배치하지 않은 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 물 전기분해 장치를 제조하였다.The anode and cathode are 40mm × 25mm in size, and the total length of the non-current collector per unit area of the electrode plate is 28 (cm -1 ) and platinum-plated electrode plate is used. A water electrolysis device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a non-woven fabric was used without using a general frame (see FIG. 6).

참고로, 전기분해 셀의 조립상태는 하기와 같다:For reference, the assembled state of the electrolysis cell is as follows:

일반형 프레임/전극판// 양이온 교환 수지 막 //전극판/일반형 프레임Standard frame / electrode plate // cation exchange resin membrane // electrode plate / normal frame

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 6에 따른 물 전기분해 장치의 전해조에 500cc의 수돗물을 공급하고 양극과 음극에 전원을 이용하여 3.8V를 인가하면서 전류량을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.500cc of tap water was supplied to the electrolytic cell of the water electrolysis apparatus according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 6, and the amount of current was measured while applying 3.8V using a power source to the positive electrode and the negative electrode. The results are shown in Table 1.

전극판의 단위 면적당 비집전부의
둘레 길이의 총합
(cm-1)
Non-current collector per unit area of electrode plate
Sum of circumference length
(cm -1 )
프레임의
형태
Of the frame
shape
부직포
사용 여부
Non-woven
Whether or not to use
부직포 표면에
엠보싱
형성 여부
Nonwoven surface
Embossing
Formation
초기 전류
(mA)
(인가 전압:
3.8V )
Initial current
(mA)
(Applied voltage:
3.8V)
1 시간
이후 전류(mA)
(인가 전압:
3.8V )
1 hours
Current (mA)
(Applied voltage:
3.8V)
실시예 1Example 1 6565 돌기형Projection 사용use ×× 2,5002,500 1,8001,800 실시예 2Example 2 6565 일반형General type 사용use OO 2,2002,200 1,6001,600 실시예 3Example 3 6565 일반형General type 사용 안함not used -- 1,6001,600 1,0001,000 실시예 4Example 4 4040 일반형General type 사용use OO 2,0002,000 1,2001,200 비교예 1Comparative Example 1 44 일반형General type 사용 안함not used -- 250250 5050 비교예 2Comparative Example 2 88 일반형General type 사용 안함not used -- 500500 100100 비교예 3Comparative Example 3 1111 일반형General type 사용 안함not used -- 700700 400400 비교예 4Comparative Example 4 1515 일반형General type 사용 안함not used -- 800800 400400 비교예 5Comparative Example 5 1111 일반형General type 사용 안함not used -- 600600 250250 비교예 6Comparative Example 6 2828 일반형General type 사용 안함not used -- 800800 500500

상기 표 1을 참조하면, 전극판이 집전부 및 비집전부를 포함하고, 전극판과 이온교환막 사이에 부직포를 설치한 실시예 1, 2 및 4와, 부직포가 설치되어 있지 않지만 전극판의 단위 면적당 비집전부의 둘레 길이의 합이 50 내지 150 cm-1의 범위를 만족하는 실시예 3에 따른 물 전기분해 장치는 3.8V의 전압을 인가한 경우 초기 전류의 값도 1,600 mA 이상이고, 1시간 이후의 전류값도 1,000 mA 이상으로 유지되어 상당히 높은 전기분해 효율을 나타내고 있다. 이렇게 장시간 운전 후에도 높은 전기분해 효율이 유지되면, 물의 전기분해에 의해 다량의 이온수 생성을 얻을 수 있게 된다. Referring to Table 1, Examples 1, 2, and 4 in which the electrode plate includes a current collector and a non-current collector, and a nonwoven fabric is provided between the electrode plate and the ion exchange membrane, and the non-woven fabric is not provided per unit area of the electrode plate. In the water electrolysis apparatus according to Example 3, in which the sum of the circumferential lengths of the whole satisfies the range of 50 to 150 cm −1, the initial current value is 1,600 mA or more when a voltage of 3.8 V is applied, and after 1 hour. The current value is also maintained at 1,000 mA or more, indicating a considerably high electrolysis efficiency. If high electrolysis efficiency is maintained even after such a long time operation, it is possible to obtain a large amount of ionized water by electrolysis of water.

하지만, 이에 비해서, 전극판 형태가 플레이트형이거나, 또는 집전부 및 비집전부를 포함하는 형태를 사용하더라도, 그 전극판 단위면적당 비집전부 둘레 길이의 합이 상기 범위를 벗어나고, 또한 부직포를 설치하지 않은 비교예 1 내지 6에 따른 물 전기분해 장치는 초기 전류값 및 1시간 이후의 전류값도 매우 작아져서 전기분해 효율이 충분히 발휘되지 않음을 확인할 수 있었고, 그 결과 이온수의 생성량도 현저하게 저하될 것으로 판단된다.However, on the other hand, even if the electrode plate is in the form of a plate or a shape including a current collector and a non-current collector, the sum of the perimeter lengths of the non-current collector per unit area of the electrode plate is outside the above range and no nonwoven fabric is provided. In the water electrolysis apparatus according to Comparative Examples 1 to 6, the initial current value and the current value after 1 hour were also very small, and it was confirmed that the electrolysis efficiency was not sufficiently exhibited. As a result, the amount of generated ion water was also significantly reduced. Judging.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, various other modifications and variations may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, it is intended that the appended claims cover such modifications and variations as fall within the true scope of the invention.

100: 물 전기분해 장치 101: 전해조
102: 음극 103: 양극
104: 이온교환막 105, 106: 부직포
107, 108: 프레임 110: 돌기형 표혐
121: 입수관 122: 알칼리성 이온수 배수관
123: 산성 이온수 배수관 130: 전원
150: 전극활성부위 160: 절연성 고분자 코팅층
170: 전기인가부위
200, 300: 프레임 210, 301: 관통홀
202, 302: 오링 303: 돌기
100: water electrolysis device 101: electrolytic cell
102: cathode 103: anode
104: ion exchange membrane 105, 106 nonwoven fabric
107, 108: Frame 110: protruding manifestation
121: inlet pipe 122: alkaline ionized water drain pipe
123: acidic ionized water drainage pipe 130: power source
150: electrode active region 160: insulating polymer coating layer
170: electrical parts
200, 300: frames 210, 301: through holes
202, 302: O-ring 303: protrusion

Claims (10)

전해조; 및 상기 전해조 내에 배치된 전기분해 셀을 포함하고,
상기 전기분해 셀이 서로 이격되어 대향하는 한 쌍의 프레임, 상기 한 쌍의 프레임 사이에 서로 이격되어 대향하도록 배치된 한 쌍의 음극 및 양극; 상기 음극 및 양극 사이에 설치된 이온교환막; 상기 음극과 이에 대향하는 일측의 프레임 사이 및 상기 양극과 이에 대향하는 타측의 프레임 사이 중 적어도 한 곳에 배치된 부직포를 구비하고, 상기 양극 및 음극이 집전부 및 비집전부를 포함하는 전극판인 물 전기분해 장치.
Electrolytic cell; And an electrolysis cell disposed in the electrolytic cell,
A pair of frames in which the electrolysis cells are spaced apart from each other, a pair of cathodes and anodes disposed to face each other between the pair of frames; An ion exchange membrane disposed between the cathode and the anode; A non-woven fabric disposed between at least one of the cathode and the frame on one side opposite thereto and between the anode and the frame on the other side opposite thereto, wherein the anode and the cathode are electrode plates including a current collector and a non-current collector. Disassembly unit.
제 1 항에 있어서,
상기 부직포가 엠보싱된 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 물 전기분해 장치.
The method of claim 1,
And said nonwoven fabric has an embossed surface.
전해조; 및 상기 전해조 내에 배치된 전기분해 셀을 포함하고,
상기 전기분해 셀이 서로 이격되어 대향하는 한 쌍의 프레임, 상기 한 쌍의 프레임 사이에 서로 이격되어 대향하도록 배치된 한 쌍의 음극 및 양극; 상기 음극 및 양극 사이에 설치된 이온교환막; 상기 양극 및 음극이 집전부 및 비집전부를 포함하는 전극판이고, 상기 전극판의 단위 면적당 비집전부의 둘레 길이의 합(cm-1)이 50 내지 150인 물 전기분해 장치.
Electrolytic cell; And an electrolysis cell disposed in the electrolytic cell,
A pair of frames in which the electrolysis cells are spaced apart from each other, a pair of cathodes and anodes disposed to face each other between the pair of frames; An ion exchange membrane disposed between the cathode and the anode; The positive electrode and the negative electrode is an electrode plate including a current collector and a non-current collector, the sum of the circumferential length (cm -1 ) of the non-current collector per unit area of the electrode plate is 50 to 150 water electrolysis device.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극판이 전극활성부위, 상기 전극활성부위로부터 연장되어 전원과 연결되는 전기인가부위 및 상기 전극활성부위와 전기인가부위의 연결부 상에 위치한 절연성고분자 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 물 전기분해 장치.
The method according to any one of claims 1 to 3,
And the electrode plate comprises an electrode active portion, an electrically applied portion extending from the electrode active portion and connected to a power source, and an insulating polymer coating layer positioned on a connection portion between the electrode active portion and the electrically applied portion.
제 4 항에 있어서,
상기 절연성 고분자가 실리콘계, 우레탄계, ABS계, 레이온계, 폴리테트라플루오로에틸렌계, 플루오리네이티드에텔렌프로필렌 공중합체, 폴리에테르케톤계, 폴리벤즈이미다졸계, 폴리포스파진계 또는 이들 중 2종이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 물 전기분해 장치.
The method of claim 4, wherein
The insulating polymer is silicone, urethane, ABS, rayon, polytetrafluoroethylene, fluorinated ethylene propylene copolymer, polyether ketone, polybenzimidazole, polyphosphazine or two of these Water electrolysis device, characterized in that consisting of a mixture of phases.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극판이 기공 또는 요철이 형성된 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 물 전기분해 장치.
The method according to any one of claims 1 to 3,
And the electrode plate has a surface having pores or irregularities formed therein.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극판이 루테늄(Ru, 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt) 또는 (세륨(Ce), 주석(Sn), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 망간(Mn), 코발트(Co) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 하나 이상의 금속)으로 도금처리된 것을 특징으로 하는 물 전기분해 장치.
The method according to any one of claims 1 to 3,
The electrode plate is ruthenium (Ru, rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt) or (cerium (Ce), tin (Sn), tungsten (W), titanium ( Water electrolysis device characterized in that the plated with one or more metals from the group consisting of Ti), molybdenum (Mo), iron (Fe), manganese (Mn), cobalt (Co) and nickel (Ni).
제 7 항에 있어서,
상기 전극판 자체 및 상기 전극판 상의 도금처리된 부분 중 하나 이상이 기공 또는 요철이 형성된 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 물 전기분해 장치.
The method of claim 7, wherein
At least one of the electrode plate itself and the plated portion on the electrode plate has a surface having pores or irregularities formed therein.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프레임이 돌기가 형성된 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 물 전기분해 장치.
The method according to any one of claims 1 to 3,
And said frame has a surface on which projections are formed.
제 9 항에 있어서,
상기 프레임의 돌기가 실리콘계, 우레탄계, ABS계, 지르코늄계, 레이온계 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 물 전기분해 장치.
The method of claim 9,
Water frame electrolysis device, characterized in that the projection of the frame made of silicon, urethane, ABS, zirconium, rayon or a mixture of two or more thereof.
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KR101717429B1 (en) * 2015-11-18 2017-03-17 한국에너지기술연구원 Unit cell including Organic-inorganic hybrid membrane for water electrolysis and manufacturing Method thereof
WO2021060822A1 (en) * 2019-09-26 2021-04-01 주식회사 엘지화학 Electrode for electrolysis

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