KR20140016966A - 유기액체 수소저장재료에 의한 직접연료전지 및 에너지 저장공급 시스템 - Google Patents

유기액체 수소저장재료에 의한 직접연료전지 및 에너지 저장공급 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 청결에너지 및 새 에너지 분야에서의 수소에너지의 이용기술에 속한다. 일종의 유기액체 수소저장재료에 의한 직접연료전지에 있어서, 이는 연료전지유닛을 포함하되, 연료전지유닛은 AC/DC변환회로에 의해 부하와 서로 연결된다. 연료전지유닛의 수소저장재료 출구는 수소저장재료 유출관에 의해 수소저장재료 탱크와 서로 연통되고, 연료전지유닛의 수소저장재료 수소화물 유입구는 수소저장재료 수소화물 유입관에 의해 수소저장재료 수소화물 탱크와 서로 연통되며, 수소저장재료 수소화물 유입관에는 수소저장재료 수소화물 펌프가 설치되어 있다. 연료전지유닛의 제2 물 및 가스출구는 제2 출수구에 의해 물탱크와 서로 연통되며, 연료전지유닛의 물 및 가스입구는 산소 유입관과 서로 연통된다. 수소저장재료 탱크 내에는 수소저장재료가 담겨져 있으며, 상기 수소저장재료는 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족인 것을 특징으로 한다. 이 시스템은 구조가 간단하다는 특징을 갖고 있다.

Description

유기액체 수소저장재료에 의한 직접연료전지 및 에너지 저장공급 시스템{HYDROGEN STORAGE LIQUID ORGANIC MATERIAL-BASED DIRECT FUEL CELL AND SYSTEM FOR ENERGY STORAGE AND ENERGY SUPPLY}
본 발명은 청결에너지 및 새 에너지 분야에서의 수소에너지의 이용기술에 속하며, 구체적으로는 수소에너지의 저장 및 수소에너지와 전기에너지의 상호전환기술을 핵심으로 하는 에너지 최적화 이용기술에 속한다. 즉 특정의 수소첨가와 탈수소 가역의 수소저장재료에 대해 전기화학적 수소화를 진행함으로써 전기에너지의 저장을 실현하고, 직접연료전지에 의해 수소저장재료 수소화물 중의 수소에너지를 전기에너지로 전환한다. 구체적으로는 일종의 유기액체 수소저장재료에 의한 직접연료전지 및 에너지 저장공급 시스템에 관한 것이다.
에너지는 현대사회가 생존하고 발전하는 기초로서 인류의 생산생활의 각 방면에 침투되어 있다. 현재 인류사회에서 사용하는 에너지는 주로 화석연료이다. 그러나 종래의 에너지 이용방식에는 이용효율이 낮고, 연소에 의해 발생한 온실가스가 환경오염을 초래한다는 등의 많은 결함이 존재했다. 이 외에 화석연료의 화학 에너지를 전기에너지로 전환한 후, 사용하는 과정에 시간상의 불연속이 존재하고, '피크'와 '밸리'가 있어서 전기에너지 저장설비에 대해 높은 요구가 있었다. 전통적 광물연료의 고갈과 환경보호의 요구가 날로 높아짐에 따라, 각국 정부에서도 신규의 청결에너지의 개발에 점차 주의를 기울이기 시작하였다. 그러나 많은 신규의 에너지 중에서, 태양 에너지, 바람 에너지 등은 현저한 시간 불안정성이 존재하여 종래의 전력망 시스템에 효과적으로 도입할 수 없으며, 마찬가지로 고성능의 전기에너지 저장설비를 필요로 한다. 수소에너지는 일종의 에너지 밀도가 높고, 청결 무해한 신규의 이차 에너지로서 상기 문제를 해결할 수 있는 가능성이 있어서 사람들의 광범위한 주목을 이끌기 시작했으며, 이런 배경하에서 수소에너지 경제란 개념이 탄생하였다.
수소에너지 경제 중에서의 수소에너지의 이용은 경제생활의 각 방면에 침투되어 있다. 수소를 기초로 하는 에너지 체계는 주로 수소의 생산, 저장, 운송, 전환응용 등 일련의 절차를 포함한다.
전통적인 수소제조기술에는 탄화수소류 수증기 변성 수소제조법, 중유(기름 찌꺼기) 부분산화 변성 수소제조법 및 물전해법이 포함되어 있다. 현재, 바이오 수소제조를 대표로 하는 새 제조방법도 점차 각국의 주목을 받기 시작했으며, 21세기 중기에 이르러 공업화 생산이 실현되고, 공업 및 농업 부산물의 수소제조법을 이용한 기술도 발전될 것이라 예측된다. 이 외에, 다른 방식을 이용해 물을 분해하여 수소를 제조하는 기술, 예를 들면 태양 에너지, 지열 에너지, 핵 에너지를 이용한 열화학 사이클 수소제조법 등도 광범위한 주목을 이끌어 왔다.
수소저장 문제는 수소의 생산, 운송, 최종응용 등 모든 절차에 관련된다. 수소의 저장은 주로 고압기체의 저장, 저온 액체수소의 저장 및 수소저장재료의 저장 세가지 방법이 있다. 고압 및 저온 수소저장은 소모되는 에너지가 너무 많아서 대규모 상업화의 이용에 적합하지 않다. 현재, 널리 연구되고 있는 수소저장재료로서는 물리적 흡착류 재료와 화학적 흡착류 재료가 있으며, 이 중 유기액체 수소저장재료는 실온 하에서 액체이어서 종래의 화석연료 저장운송방식을 직접 이용해도 되며, 동시에 수소저장량이 커서 사람들의 광범위한 주목을 받았다.
수소는 주로 두 종류의 전환응용 방식이 있는데, 연소방식으로 엔진에 사용해도 되고, 화학작용의 형식으로 연료전지에 사용해도 된다. 이 중에서 연료전지는 연료의 연소반응을 이용하여 화학 에너지를 전기에너지로 직접 전환하는 것으로, 카르노 기관을 거치지 않아 높은 에너지 전환 효율을 갖고 있다. 수소를 에너지 캐리어로 하는 연료전지는 주로 다섯 종류가 있는데, 각각 알칼리 전해질 연료전지(AFC), 양성자교환막 연료전지(PEM-FC), 인산 연료전지(PAFC), 용융 탄산염 연료전지(MCFC) 및 고체 산화물 연료전지(SOFC)이며, 그 차이는 주로 전지 중의 전해질과 작동온도가 다르다는 점이다. 유기 소분자를 연료로 하는 연료전지로는 직접 메탄올 연료전지에 대한 연구가 가장 많다. 방향족분자를 연로로 하는 것에 대해서는 아직 보도된 바가 없다.
종래의 수소에너지 이용시스템도 에너지 이용모델의 많은 문제점을 해결하지 못했다. 이를 위해 일종의 신규의 수소에너지에 의한 신규의 연료전지 결합 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 전기에너지와 수소에너지의 상호 전환 및 에너지의 저장과 공급을 실현할 수 있으며, 종래의 수소에너지 이용장치에 비해 비용이 저렴하며, 동시에 전 시스템에서 사용되는 연료가 재활용 가능하고, 오염이 없으며, 친환경적이므로 차량탑재 동력 시스템에 적용할 수 있고, 고정된 발전소에도 사용할 수 있다.
이 시스템은 두 부분으로 나눈다. 즉 저장 에너지 부분에서는 전기에너지를 수소에너지로 전환하고, 공급 에너지 부분에서는 수소에너지를 전기에너지로 전환한다. 이 시스템의 원리는 아래와 같다.
전해수소화반응: 방향족분자 + H2O→수소화 방향족분자 + O2 (1)
탈수소방전반응: 수소화 방향족분자 + O2→방향족분자 + H2O (2)
이 중, 전해수소화반응 (1)은 물의 전해에 의해 불포화결합 함유의 유기분자에 직접 수소를 첨가하는 것으로, 그 원리는 도 1로 설명할 수 있으며, 전해조의 양극과 음극은 각각 물과 방향족분자이며, 물이 전해될 때, 양극의 물은 산소와 양성자로 분해된다. 양성자는 전해질을 통하여 음극으로 확산되어 흡착상태의 수소원자를 형성하고 방향족분자와 직접 반응함으로써 방향족분자가 수소화되도록 한다. 이에 의해 전기에너지를 수소에너지로 전환하여 수소화 방향족분자 중에 저장한다.
상기 방전탈수소반응 (2)의 원리는 도 2에 도시되는 바와 같이, 수소화 방향족분자가 전지의 양극에서 불완전 산화 탈수소방전을 일으켜 방향족분자와 양성자를 생성하고, 이 중, 전해질을 통하여 음극으로 확산되며, 음극에서 산소와 반응하여 물을 생성한다. 이에 의해, 수소화 방향족분자 중에 저장된 수소에너지를 전기에너지로 전환한다. 이 과정의 반응생성물인 방향족분자가 반응 (1)을 거쳐 재차 수소화되어 재활용된다는 것을 쉽게 알 수 있다. 방향족분자 및 그 수소화 분자는 각각 수소저장재료 및 수소원을 직접 제공하는 작용을 한다. 이로부터, 반응 (2)에 의해 형성된 전지가 재활용 가능한 수소화 수소저장재료의 직접연료전지라는 것을 알 수 있다. 편의를 위하여 이를 R-직접연료전지(Reversible-직접연료전지)라 부름으로써 종래의 유기물이 완전히 산화된 직접연료전지와 구별한다.
연료가 완전히 산화된 직접연료전지는 현재 주로 알코올류 소분자 직접연료전지가 있다. 이 전지의 생성물은 알코올의 완전산화 생성물 CO2와 H2O 물이므로, 이를 전해하여 알코올로 역전환 시킴으로써 전기에너지를 화학 에너지로 저장하는 것은 아주 어렵다. 그러므로 상기 전기에너지의 '피크 커팅 및 밸리 필링'에 사용할 수 없다. 본 발명 중의 상기 전지반응 (2)의 R-직접연료전지에 대해서는 아직 보도된 바가 없다.
상기 전지반응 (1)의 불포화 유기분자의 전기화학적 촉매 수소화는 20세기 80년대부터 연구가 진행되었으며, 예를 들면 Karivmiller 등이 1986, 1988년에 수용액 중에서의 페난트렌, 안트라센 등의 음극 전기화학적 환원 수소화(Karivmiller, E. and R. I. Pacut (1986). Tetrahedron 42(8): 2185-2192./ Karivmiller, E., R. I. Pacut, et al. (1988). Topics in Current Chemistry 148: 97-130.)를 연구했고； Pintauro 등이 1991년에 레이니 니켈 전극에 있어서의 벤젠 등 방향족화합물의 전기화학적 수소화효과에 대해 검증을 진행하였으며(Pintauro, P. N. & J. R. Bontha (1991). Journal of Applied Electrochemistry 21(9): 799-804.)； Jiang, J. H 등이 2006년에 AB5형 합금 수소캐리어 재료를 이용하여 전극촉매재료를 만들었고, 니트로벤젠의 전기화학적 수소화행위에 대해서도 연구를 진행하였다(Jiang, J. H. and B. L. Wu (2006). Journal of Applied Electrochemistry 36(7): 733-738.). 이러한 연구는 주로 불포화 분자의 전기화학적 수소화에 대한 기초적 연구로서, 전기에너지의 수소에너지로의 전환 및 저장 그리고 방전 탈수소의 편의를 목적으로 하는 것이 아니므로, 본 발명에서 사용한 방향족분자의 종류 및 그 물리적 상태, 탈수소 과정의 온도조건 및 그 에너지의 소모 등은 모두 상기 이미 보도된 연구중의 분자와 현저한 차이점이 있다. 아래는 이에 대한 구체적인 분석 및 토론이다.
1) 분자는 작동온도(＜150℃) 하에서 고체가 아니라 휘발하기 어려운 액체이어야 한다. 비록 어떤 종류의 고체는 일정한 용제 중에 용해 가능하지만, 용제는 전극표면에서의 농도를 저감시키므로, 예를 들어 페난트렌, 안트라센 등 고체 및 벤젠 등 휘발하기 쉬운 액체는 작동매체로서는 적합하지 않다.
2) 수소화 분자는 탈수소 온도가 너무 높아서는 안되며, 예를 들면 벤젠의 수소화 분자 시클로헥산은 탈수소 온도가 300℃보다 높은데 이는 전지의 작동온도를 크게 초과하여 작동매체로서는 적합하지 않다. 동시에, 탈수소 수소화 온도가 높으면 전지 양극의 분극화가 심해져 탈수소화 방전 중에서의 에너지 소모를 증가시킨다. 탈수소 온도가 높으면 열에너지 수요가 많은 벤젠 등 방향족 소분자는 작동매체로서는 적합하지 않다. 또한, 비닐알코올과 같은 불안정한 분자도 작동매체로 사용해서는 안 된다.
상기 시스템은 수소 에너지 및 전기에너지의 상호 전환을 실현할 수 있다. 여기서 R-직접연료전지는 단독으로 차재동력 시스템으로 사용될 수 있어, 모바일교통분야에 적용되며, 두 부분이 결합된 후에는 전기에너지의 저장장치로서 사용될 수 있어서, 전력망 시스템 중의 '피크-커팅 및 밸리-필링' 및 태양 에너지, 바람 에너지 등 불안정한 청결에너지를 전력망에 도입하는데 적용된다.
본 발명은 일종의 유기액체 수소저장재료에 의한 직접연료전지 및 그 직접연료전지를 응용한 에너지 저장공급 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하며, 에너지 저장공급 시스템은 일종의 액체 수소저장재료에 의한 병렬식 직접연료전지의 에너지 저장공급 시스템 및 일종의 액체 수소저장재료에 의한 일체형 직접연료전지의 에너지 저장공급 시스템을 포함한다. 이 시스템은 주로 에너지 저장장치와 에너지 공급장치로 구성되며, 에너지 저장장치는 전기에너지를 수소에너지로 전환하는 것을 실현하고, 에너지 공급장치는 수소에너지를 전기에너지로 전환하는 것을 실현한다. 이 시스템은 구조가 간단하다는 특징을 갖고 있다. 상기 에너지 공급장치는 유기액체 수소저장재료에 의한 직접연료전자[유기액체 수소저장재료에 의한 R-연료장치]이다.
상기 목적을 실현하기 위하여, 본 발명이 취한 기술방안은, 유기액체 수소저장재료에 의한 직접연료전지(또는 R-직접연료전지라 부른다)에 있어서, 이는 연료전지유닛(16)을 포함하되, 연료전지유닛(16)은 AC/DC변환회로에 의해 부하와 서로 연결되며, 연료전지유닛(16)의 수소저장재료 출구(25)는 수소저장재료 유출관(27)에 의해 수소저장재료 탱크(35)와 서로 연통되고, 연료전지유닛(16)의 수소저장재료 수소화물 유입구(32)는 수소저장재료 수소화물 유입관(33)에 의해 수소저장재료 수소화물 탱크(29)와 서로 연통되며, 수소저장재료 수소화물 유입관(37)에는 수소저장재료 수소화물 펌프(34)가 설치되어 있으며, 연료전지유닛(16)의 제2 물 및 가스출구(28)는 제2 출수관(30)에 의해 물탱크(20)와 서로 연통되며, 연료전지유닛(16)의 물 및 가스입구(31)는 산소 유입관과 서로 연통되며, 물탱크(20)의 탑부에는 가스출구(21)가 있고, 수소저장재료 탱크(35) 내에는 수소저장재료가 담겨져 있으며, 상기 수소저장재료는 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족인 것을 특징으로 한다.
연료전지는 아래와 같은 전기화학적 반응에 따라 실현할 수 있다.
수소화 방향족분자 + O2→방향족분자 + H2O (1)
상기 방전 탈수소 반응 (1)의 원리는 도 1에 도시된 바와 같이, 수소화 방향족분자가 전지의 양극에서 직접 불완전 산화 탈수소방전을 일으켜 방향족분자와 양성자를 생성하며, 이 중, 양성자는 전해질을 통하여 음극으로 확산되며, 음극에서 산소와 반응하여 물을 생성한다. 이에 의해, 수소화 방향족분자 중에 저장된 수소에너지를 전기에너지로 전환하며 수소를 방출하는 과정을 거치지 않는다. 그 생성물은 주로 방향족분자와 물이고, 방향족분자는 재차 수소화를 진행할 수 있다. 방향족분자 및 그 수소화 분자는 각각 수소저장재료 및 수소원을 직접 제공하는 작용을 한다. 이로부터, 반응 (1)에 의해 형성된 전지가 재활용 가능한 수소화 수소저장재료의 직접연료전지라는 것을 알 수 있다.
상기 에너지 저장장치의 작동원리는 상기 에너지 공급장치의 역과정으로, 이를 실현하는 장치는 에너지 공급장치와 동일하며, 단지 에너지 저장장치의 공정과 반대일 뿐이다. 즉, 에너지 공급장치가 R-직접연료전지일 경우, 에너지 저장장치는 전해 수소화 장치이고, 에너지 공급장치가 수산화 연료전지일 경우, 에너지 저장장치는 물로부터 수소를 제조하는 장치이다.
상기 에너지 저장장치와 에너지 공급장치를 결합하여 일종의 액체 수소저장재료에 의한 에너지 저장공급 일체화 시스템으로 조합한다. 이 시스템은 구조가 간단하며, 용도가 광범위하다. 상기 일체화 시스템에 있어서, 유기액체 수소저장재료를 작동매체로 사용할 경우, 에너지 공급장치는 R-직접연료전지이고, 에너지 저장장치는 전기화학적 수소화 장치이며, 실현방식은 일체형과 병렬식을 포함한다.
일종의 액체 수소저장재료에 의한 병렬식 직접연료전지의 에너지 저장공급 시스템에 있어서, 이는 연료전지유닛(16)과 전기화학적 수소화 장치유닛(17)을 포함하되, 전기화학적 수소화 장치유닛(17)의 입수구(22)와 입수관(19)의 일단이 서로 연결되고, 입수관(19)의 타단과 물탱크(20)의 저부가 서로 연통되며, 입수관(19)에는 물펌프(18)가 설치되어 있으며, 전기화학적 수소화 장치유닛(17)의 제1 물 및 가스출구(24)는 제1 출수관(23)에 의해 물탱크(20)와 서로 연통되며, 물탱크(20)에는 가스출구(21)가 설치되어 있으며, 전기화학적 수소화 장치유닛(17)의 수소저장재료 유입구(13)는 수소저장재료 유입관(37)에 의해 수소저장재료 탱크(35)의 저부와 서로 연통되며, 수소저장재료 유입관(37)에는 수소저장재료 펌프(36)가 설치되어 있으며, 전기화학적 수소화 장치유닛(17)의 수소저장재료 수소화물 출구(14)는 수소저장재료 수소화물 유출관(26)에 의해 수소저장재료 수소화물 탱크(29)와 서로 연통되며, 연료전지유닛(16)의 수소저장재료 출구(25)는 수소저장재료 유출관(27)에 의해 수소저장재료 탱크(35)와 서로 연통되며, 연료전지유닛(16)의 수소저장재료 수소화물 유입구(32)는 수소저장재료 수소화물 유입관(33)에 의해 수소저장재료 수소화물 탱크(29)와 서로 연통되며, 수소저장재료 수소화물 유입관(33)에는 수소저장재료 수소화물 펌프(34)가 설치되어 있으며, 연료전지유닛(16)의 제2 물 및 가스출구(28)는 제2 출수관(30)에 의해 물탱크(20)와 서로 연통되며, 연료전지유닛(16)의 물 및 가스입구(31)는 산소 유입관과 서로 연통되며, 수소저장재료 탱크(35) 내에는 수소저장재료가 담겨져 있으며, 상기 수소저장재료는 다원혼합액체 불포화 헤테로사이클릭 방향족인 것을 특징으로 한다.
일종의 액체 수소저장재료에 의한 일체형 직접연료전지의 에너지 저장공급 시스템에 있어서, 이는 연료전지유닛(16)과 전기화학적 수소화 장치유닛(17)을 포함하되, 연료전지유닛은 AC/DC변환회로에 의해 각각 발전기, 부하와 서로 연결되며, 전기화학적 수소화 장치유닛의 구조는 연료전지유닛의 구조와 동일하고, 전기화학적 수소화 장치유닛과 연료전지유닛이 일체로 되어 있으며, 연료전지유닛의 음극과 전기화학적 수소화 장치유닛의 양극은 공통으로 사용되며, 연료전지유닛의 양극과 전기화학적 수소화 장치유닛의 음극은 공통으로 사용되며, 연료전지유닛(16)의 제2 물 및 가스출구(28)는 제2 출수관(30)에 의해 물탱크(20)와 서로 연통되고, 물탱크(20)에는 가스출구(배기구)(21)가 설치되어 있으며, 제1 입수관(41)의 일단과 물탱크(20)의 저부가 서로 연통되고, 제1 입수관(41)의 타단과 제1 삼방밸브(42)의 제1 포트가 서로 연통되며, 제1 입수관(41)에는 물펌프(18)가 설치되어 있으며, 제1 삼방밸브(42)의 제2 포트는 제2 입수관(44)에 의해 연료전지유닛(16)의 물 및 가스입구(31)와 서로 연통되며, 제1 삼방밸브(42)의 제3 포트는 산소관(43)에 연결되며, 연료전지유닛(16)의 수소저장재료 수소화물 유입구(32)는 제1 작동매체관(46)에 의해 제2 삼방밸브(49)의 제1 포트와 서로 연통되며, 제1 작동매체관(46)에는 작동매체펌프(48)가 설치되어 있으며, 제2 삼방밸브(49)의 제2 포트는 제2 작동매체관(47)에 의해 수소저장재료 수소화물 탱크(29)의 저부와 서로 연통되며, 제2 삼방밸브(49)의 제3 포트는 제6 작동매체관(54)에 의해 수소저장재료 탱크(35)의 저부와 서로 연통되며, 연료전지유닛(16)의 수소저장재료 출구(25)는 제5 작동매체관(53)에 의해 제3 삼방밸브(52)의 제1 포트와 서로 연통되며, 제3 삼방밸브(52)의 제2 포트는 제4 작동매체관(51)에 의해 수소저장재료 수소화물 탱크(29)와 서로 연통되며, 제3 삼방밸브(52)의 제3 포트는 제3 작동매체관(50)에 의해 수소저장재료 탱크(35)와 서로 연통되며, 상기 수소저장재료 탱크(31)에는 수소저장재료가 담겨져 있고, 상기 수소저장재료는 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족인 것을 특징으로 한다.
상기 작동매체는 수소저장재료이다.
상기 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족은 구체적으로, 다수의 액체불포화 헤테로사이클릭 방향족분자(예를 들면 카르바졸, N-메틸 카르바졸, N-에틸 카르바졸, 인돌, 퀴놀린 등이다) 중의 임의의 하나 또는 임의의 두개 종류 이상의 혼합이다. 임의의 두개 종류 이상을 혼합할 경우, 임의의 배합비로 혼합한다.
상기 액체불포화 헤테로사이클릭 방향족분자 중의 헤테로환은, 모든 환이 헤테로환 이어도 되고, 일부분이 헤테로환 이어도 되며, 헤테로원자 총수량의 범위가 1 내지 20개 이며, 헤테로환과 방향족환의 총수량이 1 내지 20개 이며, 액체불포화 헤테로사이클릭 방향족분자 중의 한 개의 환에는 탄소원자의 개수가 4 내지 10개 이다.
상기 헤테로환 중의 헤테로원자는 질소, 산소, 유황 중의 임의의 하나 또는 임의의 두개 종류 이상이다.
상기 액체불포화 헤테로사이클릭 방향족분자는 카르바졸, N-메틸 카르바졸, N-에틸 카르바졸, 인돌 또는 퀴놀린 등이다.
작동매체: 본 발명의 수소저장재료(즉 작동매체)는 환에 질소, 산소, 유황 등의 헤테로원자가 포함되어 있는 다원혼합액체 불포화 헤테로사이클릭 방향족(환의 수가 1 내지 20)이다. 방향족환에 다른 측기를 함유함으로써 일련의 융합 헤테로사이클릭/방향족 혼합물 액체 수소저장재료를 형성한다. 여기서, 융합 방향족 환의 수가 8보다 작을 경우, 그 존재형식은 단일유기분자이고, 환의 수가 8~15일 경우, 그 형식은 올리고머이며, 환의 수가 15를 초과할 경우, 그 형식은 공액고분자이다. 연구가 표명하다시피, 융합 방향족 환의 수가 많을수록, 그 수소화 분자의 탈수소 온도가 낮고, 상응한 탈수소에 소모되는 에너지도 적어지지만, 그 용해점은 진일보 높아진다. 또한, 환에 추가로 헤테로원자를 함유하면, 융합 방향족 수소화물의 탈수소 온도도 진일보 낮아지지만, 그 용해점 또한 진일보 높아진다. 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족을 수소저장재료로 하면, 상기 직접 전해수소화반응 (1)의 전해조와 탈수소방전반응 (2)의 R-직접연료를 결합하면 일종의 수소에너지에 의한 에너지 저장공급 일체화 시스템을 구성할 수 있다. 그 시스템의 작동매체(다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족)는 재활용 가능하며, 배출량이 없고, 친환경적이며 지역과 환경의 제한을 받지 않기 때문에 각종 전기공급 시스템의 '피크-커팅 및 밸리-필링'의 수요를 만족시킬 수 있다. 본 발명 중의 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족은 50 내지 280℃ 온도범위 내에서 가역적인 수소저장 및 방출을 실현할 수 있으며, 수소저장용량이 8.0wt%에 달한다.
본 발명의 원리:
(1) 직접전기화학적 수소화 전해조
직접전기화학적 수소화 수소저장재료의 전해조 원리는 도 1에 도시되는 바와 같고, 전해조의 반응은 수소저장재료 분자 + H2O→수소저장재료 수소화물 분자 + O2 이며, 전해조 장치의 구조는 도 3에 도시되는 바와 같고, 전해조가 작동할 때, 수소저장재료 탱크(저장탱크는 가동 칸막이판에 의해 수소저장재료 탱크와 수소저장재료 수소화물 탱크로 나눈다) 중의 수소저장재료가 전지의 음극으로 펌핑되어 들어가고, 물을 전해할 때, 양극에서 물이 산소와 양성자로 분해되고, 양성자는 전해질을 통하여 음극으로 확산되어 환원되어서, 흡착상태의 수소원자를 형성하여 유기액체 수소저장재료 분자와 직접 반응함으로써, 불포화 헤테로/방향족환 유기액체 수소저장재료가 수소화되도록 한다. 수소화된 후의 분자는 수소저장재료 수소화물 탱크에 진입한다. 이 시스템은 막전극 방식을 이용하여 스택을 형성할 수 있다. 스택 중의 각 유닛은 유로판, 밀봉부재, 막전극을 포함한다(도 6, 도 7에 도시되는 바와 같다).
(2) R-직접연료전지
R-직접연료전지는 신규의 직접연료전지로서, 그 원리는 도 2에 도시되는 바와 같고, 전지반응은 수소저장재료 수소화물 분자 + O2→수소저장재료 분자 + H2O 이다. 전지장치의 구조는 도 4에 도시되는 바와 같고, 연료전지가 작동할 때, 수소저장재료 수소화물 탱크(저장탱크는 가동 칸막이판에 의해 수소저장재료 탱크와 수소저장재료 수소화물 탱크로 나눈다) 중의 수소저장재료 수소화물이 전지의 양극으로 펌핑되어 들어가고, 또한 양극에서 직접 탈수소방전반응을 일으켜 수소저장재료 분자 및 양성자를 생성한다. 수소저장재료 분자는 전극으로부터 흘러나와 수소저장재료 탱크에 진입하고, 양성자는 전해질을 통하여 음극으로 확산하여 음극에서 산소와 반응하여 물을 생성한다. 이 시스템은 막전극 방식을 이용하여 스택을 형성할 수 있다. 스택 중의 각 유닛은 유로판, 밀봉부재, 막전극을 포함한다(도 6, 7에 도시되는 바와 같다).
R-직접연료전지는 신규의 직접연료전지로서, 그 원리는 도 1에 도시되는 바와 같다. 전지장치의 구조는 도 2에 도시되는 바와 같다. 이 시스템은 막전극 방식을 이용하여 스택을 형성할 수 있다. 스택 중의 각 유닛은 유로판, 밀봉부재, 막전극을 포함한다(도 4에 도시되는 바와 같다).
상기 직접연료전지 반응과 직접전기화학 수소화의 과정은 서로 가역적인 반응, 즉 연료전지과정이 발생할 때, 시스템은 외부로 방전하고, 수소에너지를 전기에너지로 전환하며, 통전 상황하에서는 전기화학 수소화 과정이 발생하여, 전기에너지를 수소에너지로 전환하여 저장한다. 이에 의해 오염이 없고, 배출량이 없는 에너지 저장공급 일체화 시스템을 형성할 수 있다.
본 발명의 유효한 효과는 아래와 같다. 이상의 액체 수소저장재료에 의한 직접연료전지의 에너지 저장공급 시스템 중의 전해 수소화조와 R-직접연료전지는 독립적인 기능을 갖고 있는 시스템으로 사용해도 되고, 특히 이 중의 R-직접연료전지는 모바일교통분야에 직접 응용가능하며, 차량탑재 동력으로서 종래의 차량탑재 연료전지 시스템과 비교하면 장치가 대폭으로 간소화 되었으며, 이 시스템은 구조가 간단하다는 특징을 갖고 있다. 수소를 먼저 방출할 필요가 없기 때문에 장치가 간소화 되었을 뿐만 아니라 안전성을 대폭 향상했으며, 이 직접연료전지는 구조가 간단하다는 특징을 갖고 있다. 동시에, R-직접연료는 외부회로에서 차단되었을 때 자동으로 탈수소하지 않기 때문에 낭비를 초래하지 않으며, 스택 중 단위전지의 사용수를 수시로 조정하고 전지의 출력파워를 변경함으로써, 전기자동차의 랜덤변속 요구에 적응할 수 있다. 또한, 이 시스템 내의 수소, 산소, 물은 재활용 가능하다.
도 1은 전기화학 수소화 원리도;
도 2는 직접연료전지의 원리도;
도 3은 전기화학 수소화 전해조의 구조도;
도 4는 R-직접연료전지의 구조도;
도 5는 R-직접연료전지의 구조개략도;
도 6은 일종의 액체 수소저장재료에 의한 병렬식 직접연료전지의 에너지 저장공급 시스템 구조의 개략도;
도 7은 일종의 액체 수소저장재료에 의한 일체형 직접연료전지의 에너지 저장공급 시스템 구조의 개략도;
도 8은 스택 구조의 개략도;
도 9는 액체 유로판의 좌측면도.
본 발명의 가장 바람직한 실시형태
실시예 1
도 5에 도시된 바와 같이, 일종의 유기액체 수소저장재료에 의한 직접연료전지( 또는 R-직접연료전지라고 부른다)에 있어서, 이는 연료전지유닛(16)을 포함하되, 연료전지유닛(16)은 AC/DC변환회로에 의해 부하와 서로 연결되며, 연료전지유닛(16)의 수소저장재료 출구(25)는 수소저장재료 유출관(27)에 의해 수소저장재료 탱크(35)와 서로 연통되며, 연료전지유닛(16)의 수소저장재료 수소화물 유입구(32)는 수소저장재료 수소화물 유입관(33)에 의해 수소저장재료 수소화물 탱크(29)와 서로 연통되며, 수소저장재료 수소화물 유입관(37)에는 수소저장재료 수소화물 펌프(34)가 설치되어 있으며, 연료전지유닛(16)의 제2 물 및 가스출구(28)는 제2 출수관(30)에 의해 물탱크(20)와 서로 연통되며, 연료전지유닛(16)의 물 및 가스입구(31)는 산소 유입관과 서로 연통되며, 물탱크(20)의 탑부에는 가스출구(21)가 있고, 수소저장재료 탱크(35) 내에는 수소저장재료가 담겨져 있으며, 상기 수소저장재료는 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족이며, 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족은 구체적으로 퀴놀린 수소저장재료이며, 그 수소저장용량은 6.2wt% 이다.
유기액체 수소저장재료에 의한 직접연료전지는 도 3에 도시되는 바와 같이, 연료전지유닛(16)이 차례로 적층되어서 형성되며(연료전지유닛(16)의 구조는 종래의 구조이다), 각 연료전지유닛의 구조는 동일하며, 각각 기체 유로판(1), 액체 유로판(9), 막전극(3) 및 밀봉부재(2)를 포함한다. 연료전지유닛(16)에는 수소저장재료 출구(25)와 수소저장재료 수소화물 유입구(32)가 있고, 기체 유로판(1)에는 공기 및 물통로(11)가 있으며, 액체 유로판(9)에는 액체통로(12)가 있다(도 8, 도 9에 도시되는 바와 같다).
Mode for Invention
실시예 2
실시예 1과 기본적으로 동일하며, 다른 점은 상기 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족이 구체적으로, 퀴놀린, N-에틸 카르바졸의 이원혼합 수소저장재료이며, 두가지 성분의 질량비가 퀴놀린: N-에틸 카르바졸= 5: 3이고, 그 수소저장용량이 5.2wt%이다는 점이다.
실시예 3
실시예 1과 기본적으로 동일하며, 다른 점은 상기 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족이 구체적으로, N-메틸 카르바졸, 퀴놀린 및 N-에틸 카르바졸의 삼원혼합 수소저장재료이며, 세가지 성분의 질량비가 N-메틸 카르바졸: 퀴놀린: N-에틸 카르바졸= 1: 4: 3이고, 그 수소저장용량이 5.7wt%이다는 점이다.
실시예 4
실시예 1과 기본적으로 동일하며, 다른 점은 상기 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족이 구체적으로, 카르바졸, N-메틸 카르바졸, N-에틸 카르바졸 및 퀴놀린의 사원혼합 수소저장재료이며, 네가지 성분의 질량비가 카르바졸: N-메틸 카르바졸: N-에틸 카르바졸: 퀴놀린 = 1: 2: 4: 1이고, 그 수소저장용량이 5.8wt%이다는 점이다.
실시예 5
실시예 1과 기본적으로 동일하며, 다른 점은 상기 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족이 구체적으로, 카르바졸, N-메틸 카르바졸, N-에틸 카르바졸 및 퀴놀린의 사원혼합 수소저장재료이며, 네가지 성분의 질량비가 카르바졸: N-메틸 카르바졸: N-에틸 카르바졸: 퀴놀린 = 2: 1: 3: 5이고, 그 수소저장용량이 5.4wt%이다는 점이다.
실시예 6
도 6에 도시되는 바와 같이, 일종의 액체 수소저장재료에 의한 병렬식 직접연료전지의 에너지 저장공급 시스템에 있어서, 이는 연료전지유닛(16)과 전기화학적 수소화 장치유닛(17)을 포함하되, 전기화학적 수소화 장치유닛(17)의 입수구(22)와 입수관(19)의 일단이 서로 연결되고, 입수관(19)의 타단과 물탱크(20)의 저부가 서로 연통되며, 입수관(19)에는 물펌프(18)가 설치되어 있으며, 전기화학적 수소화 장치유닛(17)의 제1 물 및 가스출구(24)는 제1 출수관(23)에 의해 물탱크(20)와 서로 연통되며, 물탱크(20)에는 가스출구(21)가 설치되어 있으며, 전기화학적 수소화 장치유닛(17)의 수소저장재료 유입구(13)는 수소저장재료 유입관(37)에 의해 수소저장재료 탱크(35)의 저부와 서로 연통되며, 수소저장재료 유입관(37)에는 수소저장재료 펌프(36)가 설치되어 있으며, 전기화학적 수소화 장치유닛(17)의 수소저장재료 수소화물 출구(14)는 수소저장재료 수소화물 유출관(26)에 의해 수소저장재료 수소화물 탱크(29)와 서로 연통되며, 연료전지유닛(16)의 수소저장재료 출구(25)는 수소저장재료 유출관(27)에 의해 수소저장재료 탱크(35)와 서로 연통되며, 연료전지유닛(16)의 수소저장재료 수소화물 유입구(32)는 수소저장재료 수소화물 유입관(33)에 의해 수소저장재료 수소화물 탱크(29)와 서로 연통되며, 수소저장재료 수소화물 유입관(33)에는 수소저장재료 수소화물 펌프(34)가 설치되어 있으며, 연료전지유닛(16)의 제2 물 및 가스출구(28)는 제2 출수관(30)에 의해 물탱크(20)와 서로 연통되며, 연료전지유닛(16)의 물 및 가스입구(31)는 산소 유입관과 서로 연통되며, 수소저장재료 탱크(35) 내에는 수소저장재료가 담겨져 있으며, 상기 수소저장재료는 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족이며, 구체적으로는 퀴놀린 수소저장재료이며, 그 수소저장용량은 6.2wt%이다.
액체 수소저장재료에 의한 병렬식 직접연료전지의 에너지 저장공급 시스템은 도 6에 도시되는 바와 같이, 연료전지유닛(16)과 전기화학적 수소화 장치유닛(17)이 차례로 적층되어서 형성되며(연료전지유닛(16)과 전기화학적 수소화 장치유닛(17)의 구조는 종래의 구조이다), 연료전지유닛과 전기화학적 수소화 장치유닛의 구조는 기본적으로 동일하며, 각 유닛은 각각 기체 유로판(1), 액체 유로판(9), 막전극(3) 및 밀봉부재(2)를 포함하지만, 전기화학적 수소화 장치유닛의 막전극(3)과 연료전지유닛의 막전극(3)은 사용하는 전극재료가 다르다. 전기화학적 수소화 장치유닛(17)에는 수소저장재료 입구(13)와 수소저장재료 수소화물 출구(14)가 있고, 연료전지유닛(16)에는 수소저장재료 출구(25)와 수소저장재료 수소화물 유입구(32)가 있으며, 기체 유로판(1)에는 공기 및 물통로(11)가 있으며, 액체 유로판(9)에는 액체통로(12)가 있다(도 8, 도 9에 도시되는 바와 같다).
전력피크일 때에는, 발전기가 시스템에 전기를 공급하며, 시스템에서는 전기화학적 수소화 장치유닛(17)만이 작동한다. 수소저장재료가 수소저장재료 탱크(35)로부터 수소저장재료 펌프(36)에 의해 펌핑되어 나와, 수소저장재료 유입관(37)을 통과하여 수소저장재료 입구(13)로부터 전기화학적 수소화 장치유닛(17)에 들어가며, 음극 표면에 도달하여 수소화반응을 일으키는데 생성물이 수소저장재료 수소화물이고, 수소저장재료 수소화물 출구(14)로부터 흘러나와 수소저장재료 수소화물 유출관(26)을 거쳐 수소저장재료 수소화물 탱크(29)에 저장된다. 물은 물탱크(20)로부터 흘러나와 물펌프(18)에 의해 펌핑되어 나오고, 입수관(19)을 흘러지나 입수구(22)로부터 전기화학 수소화 장치(17)에 들어가며, 양극 표면에서 분해반응을 일으키는데 생성물은 산소이고, 제1 물 및 가스출구(24)로부터 흘러나와 제1 출수관(23)을 거쳐 물탱크(20)에 들어가며, 물탱크 탑부의 배기구멍(21)에 의해 배출된다.
전력이 로우밸리에 있을 때에는, 시스템이 외부부하에 전기를 공급하며, 시스템에서는 연료전지유닛(16)만이 작동하며, 수소저장재료 수소화물이 수소저장재료 수소화물 탱크(29)로부터 수소저장재료 수소화물 펌프(34)에 의해 펌핑되어 나와, 수소저장재료 수소화물 유입관(33)을 통과하여 수소저장재료 수소화물 유입구(32)로부터 연료전지유닛(16)에 들어가며, 양극 표면에 도달하여 탈수소화반응을 일으키는데 생성물이 수소저장재료이고, 수소저장재료 출구(25)로부터 흘러나와 수소저장재료 유출관(27)을 거쳐 수소저장재료 탱크(35)에 저장된다. 공기는 가스입구(31)를 통과하여 음극에 도착해 반응하는데, 생성물이 물이고, 제2 물 및 기체 출구로부터 흘러나와 제2 출수관(30)을 통과하여 물탱크(20)에 들어가고, 반응에 참여하는 기체는 물탱크(20) 탑부의 배기구멍(21)으로부터 배출된다.
실시예 7
실시예 6과 기본적으로 동일하며, 다른 점은 상기 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족이 구체적으로, 퀴놀린, N-에틸 카르바졸의 이원혼합 수소저장재료이며, 두가지 성분의 질량비가 퀴놀린: N-에틸 카르바졸= 4: 3이고, 그 수소저장용량이 6.0wt%이다는 점이다.
실시예 8
실시예 6과 기본적으로 동일하며, 다른 점은 상기 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족이 구체적으로, N-메틸 카르바졸, 퀴놀린 및 N-에틸 카르바졸의 삼원혼합 수소저장재료이며, 세가지 성분의 질량비가 N-메틸 카르바졸: 퀴놀린: N-에틸 카르바졸= 2: 3: 1이고, 그 수소저장용량이 4.9wt%이다는 점이다.
실시예 9
실시예 6과 기본적으로 동일하며, 다른 점은 상기 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족이 구체적으로, 카르바졸, N-메틸 카르바졸, N-에틸 카르바졸 및 퀴놀린의 사원혼합 수소저장재료이며, 네가지 성분의 질량비가 카르바졸: N-메틸 카르바졸: N-에틸 카르바졸: 퀴놀린 = 4: 3: 2: 3이고, 그 수소저장용량이 5.6wt%이다는 점이다.
실시예 10
실시예 6과 기본적으로 동일하며, 다른 점은 상기 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족이 구체적으로, 카르바졸, N-메틸 카르바졸, N-에틸 카르바졸 및 인돌의 사원혼합 수소저장재료이며, 네가지 성분의 질량비가 카르바졸: N-메틸 카르바졸: N-에틸 카르바졸: 인돌 = 2: 6: 3: 5이고, 그 수소저장용량이 6.5wt%이다는 점이다.
실시예 11
도 7에 도시되는 바와 같이, 일종의 액체 수소저장재료에 의한 일체형 직접연료전지의 에너지 저장공급 시스템에 있어서, 이는 연료전지유닛(16)과 전기화학적 수소화 장치유닛(17)을 포함하되, 연료전지유닛(전기화학적 수소화 장치유닛이기도 하다)은 AC/DC변환회로에 의해 각각 발전기, 부하와 서로 연결되며, 전기화학적 수소화 장치유닛의 구조는 연료전지유닛의 구조와 동일하고, 전기화학적 수소화 장치유닛과 연료전지유닛이 일체로 되어 있으며, 연료전지유닛의 음극과 전기화학적 수소화 장치유닛의 양극은 공통으로 사용되며, 연료전지유닛의 양극과 전기화학적 수소화 장치유닛의 음극은 공통으로 사용되며, 연료전지유닛(16)의 제2 물 및 가스출구(28)는 제2 출수관(30)에 의해 물탱크(20)와 서로 연통되며, 물탱크(20)에는 가스출구(배기구)(21)가 설치되어 있으며, 제1 입수관(41)의 일단과 물탱크(20)의 저부가 서로 연통되고, 제1 입수관(41)의 타단과 제1 삼방밸브(42)의 제1 포트가 서로 연통되며, 제1 입수관(41)에는 물펌프(18)가 설치되어 있으며, 제1 삼방밸브(42)의 제2 포트는 제2 입수관(44)에 의해 연료전지유닛(16)의 물 및 가스입구(31)와 서로 연통되며, 제1 삼방밸브(42)의 제3 포트는 산소관(43)에 연결되며, 연료전지유닛(16)의 수소저장재료 수소화물 유입구(32)는 제1 작동매체관(46)에 의해 제2 삼방밸브(49)의 제1 포트와 서로 연통되며, 제1 작동매체관(46)에는 작동매체펌프(48)가 설치되어 있으며, 제2 삼방밸브(49)의 제2 포트는 제2 작동매체관(47)에 의해 수소저장재료 수소화물 탱크(29)의 저부와 서로 연통되며, 제2 삼방밸브(49)의 제3 포트는 제6 작동매체관(54)에 의해 수소저장재료 탱크(35)의 저부와 서로 연통되며, 연료전지유닛(16)의 수소저장재료 출구(25)는 제5 작동매체관(53)에 의해 제3 삼방밸브(52)의 제1 포트와 서로 연통되며, 제3 삼방밸브(52)의 제2 포트는 제4 작동매체관(51)에 의해 수소저장재료 수소화물 탱크(29)와 서로 연통되며, 제3 삼방밸브(52)의 제3 포트는 제3 작동매체관(50)에 의해 수소저장재료 탱크(35)와 서로 연통되며, 상기 수소저장재료 탱크(31)에는 수소저장재료가 담겨져 있으며, 상기 수소저장재료는 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족이며, 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족은 구체적으로 인돌 수소저장재료이며, 그 수소저장용량은 6.4wt%이다.
액체 수소저장재료에 의한 일체형 직접연료전지의 에너지 저장공급 시스템(양전극 시스템)은 연료전지와 전기화학 수소화 장치에서 선택되는 전극이 완전히 동일하며, 연료전지의 음극과 전기화학 수소화 장치의 양극이 공용되고, 연료전지의 양극과 전기화학 수소화 장치의 음극이 공용된다. 시스템에는 오직 두종류의 전극이 필요한데 이를 AB형 구조라 약칭하며, 그 원리구조는 도 7에 도시되는 바와 같다. 그 시스템은 막전극방식을 이용하여 스택을 형성할 수 있다. 각 스택 중의 각 유닛은 유로판, 밀봉부재, 막전극을 포함한다(도 8, 도 9에 도시되는 바와 같다). AB형 시스템은 구조가 간단하고 소형이며, 체적이 비교적 작다.
도 7에 도시되는 바와 같이, 연료전지 전체는 동일한 유닛이 적층되어서 형성되며, 각 유닛은 연료전지의 기체 유로판(1), 밀봉부재(2), 막전극(3), 액체 유로판(9)를 포함하며, 두개의 연료전지유닛 사이에는 공기냉각장치(15)가 개재되어 있다. 연료전지의 과정과 전기화학 수소화 과정이 완전히 가역적이기 때문에, 각 연료전지유닛은 전기화학적 수소화 장치유닛이기도 하며, 전기화학 수소화 과정에서, 연료전지의 음극은 전기화학 수소화 장치의 양극이기도 하며, 연료전지의 양극은 전기화학 수소화 장치의 음극이기도 하다. 각 부재에는 각각 작동매체(수소저장재료) 입구(13)와 작동매체(수소저장재료) 출구(14)가 있으며, 기체 유로판(1)에는 공기 및 물통로(11)가 있고, 액체 유로판(9)에는 액체통로(12)가 있다(도 7에 도시되는 바와 같다).
전력피크일 때에는, 시스템에 전기를 공급하며(충전), 전기화학 수소화 과정이 발생한다. 수소저장재료는 수소저장재료 탱크(35)로부터 펌핑되어 나와, 수소저장재료 수소화물 유입구(작동매체입구)(32)와 액체통로(12)를 거쳐 음극 표면에 도달하여 수소화반응을 일으키며(제2 작동매체관(47), 제3 작동매체관(50)이 연통되지 않아 산소관은 작동하지 않는다), 수소화 후의 수소저장재료가 수소저장재료 출구(작동매체출구)(25)로부터 흘러나와, 라인을 거쳐 수소저장재료 수소화물 탱크(29)에 도달하고, 물은 공기 및 물통로(11)를 거쳐 양극 표면에 도달하여 산소방출반응을 일으킨다. 전력이 로우밸리에 있을 때에는, 연료전지과정이 발생하며, 시스템이 외부에 전기를 공급하고(방전), 수소화된 수소저장재료(수소저장재료 수소화물)는 수소저장재료 수소화물 유입구(작동매체입구)(32)와 액체통로(12)를 거쳐 양극 표면에 도달하여 탈수소반응을 일으키고(제6 작동매체관(37), 제4 작동매체관(51), 제1 입수관(41)이 연통되지 않아 물펌프는 작동하지 않는다), 생성물은 수소저장재료 출구(작동매체출구)(25)를 거쳐 수소저장재료 탱크(35)에 도달하며, 공기는 공기 및 물통로(11)를 통과하여 음극 표면에 도달하여 반응을 일으키며, 생성된 물은 라인을 통과하여 물탱크(20)에 들어간다.
실시예 12
실시예 11과 기본적으로 동일하며, 다른 점은 상기 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족이 구체적으로, 퀴놀린, N-에틸 카르바졸의 이원혼합 수소저장재료이며, 두가지 성분의 질량비가 퀴놀린: N-에틸 카르바졸= 2: 3이고, 그 수소저장용량이 5.3wt%이다는 점이다.
실시예 13
실시예 11과 기본적으로 동일하며, 다른 점은 상기 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족이 구체적으로, N-메틸 카르바졸, 퀴놀린 및 N-에틸 카르바졸의 삼원혼합 수소저장재료이며, 세가지 성분의 질량비가 N-메틸 카르바졸: 퀴놀린: N-에틸 카르바졸= 5: 3: 3이고, 그 수소저장용량이 5.0wt%이다는 점이다.
실시예 14
실시예 11과 기본적으로 동일하며, 다른 점은 상기 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족이 구체적으로, 카르바졸, N-메틸 카르바졸, N-에틸 카르바졸 및 퀴놀린의 사원혼합 수소저장재료이며, 네가지 성분의 질량비가 카르바졸: N-메틸 카르바졸: N-에틸 카르바졸: 퀴놀린 = 4: 3: 5: 1이고, 그 수소저장용량이 6.3wt%이다는 점이다.
실시예 15
실시예 11과 기본적으로 동일하며, 다른 점은 상기 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족이 구체적으로, 카르바졸, N-메틸 카르바졸, N-에틸 카르바졸 및 인돌의 사원혼합 수소저장재료이며, 네가지 성분의 질량비가 카르바졸: N-메틸 카르바졸: N-에틸 카르바졸: 인돌 = 2: 7: 3: 5이고, 그 수소저장용량이 5.9wt%이다는 점이다.
본 발명에서 예시한 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족의 각 원료는 모두 본 발명을 실현할 수 있으며, 여기에서는 각 실시예를 일일이 열거하지 않기로 한다.
1: 기체 유로판, 2: 밀봉부재, 3: 막전극, 9: 액체 유로판, 10: 공기통로, 11: 공기 및 물통로, 12: 액체통로, 13: 수소저장재료 유입구[작동매체 (수소저장재료) 입구], 14: 수소저장재료 수소화물 출구[작동매체(수소저장재료 수소화물) 출구], 15: 공기냉각유닛, 16: 연료전지유닛, 17: 전기화학적 수소화 장치유닛；18: 물펌프, 19: 입수관, 20: 물탱크, 21: 가스출구[배기구멍], 22: 입수구, 23: 제1 출수관, 24: 제1 물 및 가스출구, 25: 수소저장재료 출구[작동매체 출구], 26: 수소저장재료 수소화물 유출관, 27: 수소저장재료 유출관, 28: 제2 물 및 가스출구, 29: 수소저장재료 수소화물 탱크, 30: 제2 출수관, 31: 물 및 가스입구 (가스출구), 32: 수소저장재료 수소화물 유입구, 33: 수소저장재료 수소화물 유입관, 34: 수소저장재료 수소화물 펌프, 35: 수소저장재료 탱크, 36: 수소저장재료 펌프, 37: 수소저장재료 유입관, 41: 제1 입수관, 42: 제1 삼방밸브, 43: 산소관, 44: 제2 입수관, 46: 제1 작동매체관, 47: 제2 작동매체관, 48: 작동매체펌프, 49: 제2 삼방밸브, 50: 제3 작동매체관, 51: 제4 작동매체관, 52: 제3 삼방밸브, 53: 제5 작동매체관, 54: 제6 작동매체관.

Claims (9)

  1. 일종의 유기액체 수소저장재료에 의한 직접연료전지에 있어서,
    이는 연료전지유닛(16)을 포함하되, 상기 연료전지유닛(16)은 AC/DC변환회로에 의해 부하와 서로 연결되며, 상기 연료전지유닛(16)의 수소저장재료 출구(25)는 수소저장재료 유출관(27)에 의해 수소저장재료 탱크(35)와 서로 연통되고, 상기 연료전지유닛(16)의 수소저장재료 수소화물 유입구(32)는 수소저장재료 수소화물 유입관(33)에 의해 수소저장재료 수소화물 탱크(29)와 서로 연통되며, 수소저장재료 수소화물 유입관(37)에는 수소저장재료 수소화물 펌프(34)가 설치되어 있으며, 상기 연료전지유닛(16)의 제2 물 및 가스출구(28)는 제2 출수관(30)에 의해 물탱크(20)와 서로 연통되며, 상기 연료전지유닛(16)의 물 및 가스입구(31)는 산소 유입관과 서로 연통되며, 물탱크(20)의 탑부에는 가스출구(21)가 있고, 수소저장재료 탱크(35) 내에는 수소저장재료가 담겨져 있으며, 상기 수소저장재료는 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족인 것을 특징으로 하는 일종의 유기액체 수소저장재료에 의한 직접연료전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족은 구체적으로, 다수의 액체불포화 헤테로사이클릭 방향족분자 중의 임의의 하나 또는 임의의 두개 종류 이상의 혼합이며, 임의의 두개 종류 이상을 혼합할 경우 임의의 배합비율인 것을 특징으로 하는 일종의 유기액체 수소저장재료에 의한 직접연료전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 액체불포화 헤테로사이클릭 방향족분자 중의 헤테로환은, 모든 환이 헤테로환 이어도 되고, 일부분이 헤테로환 이어도 되며, 헤테로원자 총수량의 범위가 1 내지 20개 이며, 헤테로환과 방향족환의 총수량이 1 내지 20개 이며, 액체불포화 헤테로사이클릭 방향족분자 중의 한 개의 환에는 탄소원자의 개수가 4 내지 10개 인 것을 특징으로 하는 일종의 유기액체 수소저장재료에 의한 직접연료전지.
  4. 제 3항에 있어서,
    헤테로환 중의 헤테로원자는 질소, 산소, 유황 중의 임의의 하나 또는 임의의 두개 종류 이상인 것을 특징으로 하는 일종의 유기액체 수소저장재료에 의한 직접연료전지.
  5. 제 2항에 있어서,
    액체불포화 헤테로사이클릭 방향족분자는 카르바졸, N-메틸 카르바졸, N-에틸 카르바졸, 인돌 또는 퀴놀린인 것을 특징으로 하는 일종의 유기액체 수소저장재료에 의한 직접연료전지.
  6. 일종의 액체 수소저장재료에 의한 병렬식 직접연료전지의 에너지 저장공급 시스템에 있어서,
    이는 연료전지유닛(16)과 전기화학적 수소화 장치유닛(17)을 포함하되, 상기 전기화학적 수소화 장치유닛(17)의 입수구(22)와 입수관(19)의 일단이 서로 연결되고, 입수관(19)의 타단과 물탱크(20)의 저부가 서로 연통되며, 입수관(19)에는 물펌프(18)가 설치되어 있으며, 상기 전기화학적 수소화 장치유닛(17)의 제1 물 및 가스출구(24)는 제1 출수관(23)에 의해 물탱크(20)와 서로 연통되며, 물탱크(20)에는 가스출구(21)가 설치되어 있으며, 상기 전기화학적 수소화 장치유닛(17)의 수소저장재료 유입구(13)는 수소저장재료 유입관(37)에 의해 수소저장재료 탱크(35)의 저부와 서로 연통되며, 수소저장재료 유입관(37)에는 수소저장재료 펌프(36)가 설치되어 있으며, 상기 전기화학적 수소화 장치유닛(17)의 수소저장재료 수소화물 출구(14)는 수소저장재료 수소화물 유출관(26)에 의해 수소저장재료 수소화물 탱크(29)와 서로 연통되며, 연료전지유닛(16)의 수소저장재료 출구(25)는 수소저장재료 유출관(27)에 의해 수소저장재료 탱크(35)와 서로 연통되며, 연료전지유닛(16)의 수소저장재료 수소화물 유입구(32)는 수소저장재료 수소화물 유입관(33)에 의해 수소저장재료 수소화물 탱크(29)와 서로 연통되며, 수소저장재료 수소화물 유입관(33)에는 수소저장재료 수소화물 펌프(34)가 설치되어 있으며, 연료전지유닛(16)의 제2 물 및 가스출구(28)는 제2 출수관(30)에 의해 물탱크(20)와 서로 연통되며, 연료전지유닛(16)의 물 및 가스입구(31)는 산소 유입관과 서로 연통되며, 수소저장재료 탱크(35) 내에는 수소저장재료가 담겨져 있으며, 상기 수소저장재료는 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족인 것을 특징으로 하는 일종의 액체 수소저장재료에 의한 병렬식 직접연료전지의 에너지 저장공급 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족은 구체적으로, 다수의 액체불포화 헤테로사이클릭 방향족분자 중의 임의의 하나 또는 임의의 두개 종류 이상의 혼합이며, 임의의 두종 이상을 혼합할 경우 임의의 배합비율인 것을 특징으로 하는 일종의 액체 수소저장재료에 의한 병렬식 직접연료전지의 에너지 저장공급 시스템.
  8. 일종의 액체 수소저장재료에 의한 일체형 직접연료전지의 에너지 저장공급 시스템에 있어서,
    이는 연료전지유닛(16)과 전기화학적 수소화 장치유닛(17)을 포함하되, 연료전지유닛은 AC/DC변환회로에 의해 각각 발전기, 부하와 서로 연결되며, 상기 전기화학적 수소화 장치유닛의 구조는 연료전지유닛의 구조와 동일하고, 전기화학적 수소화 장치유닛과 연료전지유닛은 일체로 되어 있으며, 연료전지유닛의 음극과 전기화학적 수소화 장치유닛의 양극은 공통으로 사용되며, 연료전지유닛의 양극과 전기화학적 수소화 장치유닛의 음극은 공통으로 사용되며, 연료전지유닛(16)의 제2 물 및 가스출구(28)는 제2 출수관(30)에 의해 물탱크(20)와 서로 연통되고, 물탱크(20)에는 가스출구(21)가 설치되어 있으며, 제1 입수관(41)의 일단과 물탱크(20)의 저부가 서로 연통되고, 제1 입수관(41)의 타단과 제1 삼방밸브(42)의 제1 포트가 서로 연통되며, 제1 입수관(41)에는 물펌프(18)가 설치되어 있으며, 제1 삼방밸브(42)의 제2 포트는 제2 입수관(44)에 의해 연료전지유닛(16)의 물 및 가스입구(31)와 서로 연통되며, 제1 삼방밸브(42)의 제3 포트는 산소관(43)에 연결되며, 연료전지유닛(16)의 수소저장재료 수소화물 유입구(32)는 제1 작동매체관(46)에 의해 제2 삼방밸브(49)의 제1 포트와 서로 연통되며, 제1 작동매체관(46)에는 작동매체펌프(48)가 설치되어 있으며, 제2 삼방밸브(49)의 제2 포트는 제2 작동매체관(47)에 의해 수소저장재료 수소화물 탱크(29)의 저부와 서로 연통되며, 제2 삼방밸브(49)의 제3 포트는 제6 작동매체관(54)에 의해 수소저장재료 탱크(35)의 저부와 서로 연통되며, 연료전지유닛(16)의 수소저장재료 출구(25)는 제5 작동매체관(53)에 의해 제3 삼방밸브(52)의 제1 포트와 서로 연통되며, 제3 삼방밸브(52)의 제2 포트는 제4 작동매체관(51)에 의해 수소저장재료 수소화물 탱크(29)와 서로 연통되며, 제3 삼방밸브(52)의 제3 포트는 제3 작동매체관(50)에 의해 수소저장재료 탱크(35)와 서로 연통되며, 상기 수소저장재료 탱크(31)에는 수소저장재료가 담겨져 있으며, 상기 수소저장재료는 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족인 것을 특징으로 하는 일종의 액체 수소저장재료에 의한 일체형 직접연료전지의 에너지 저장공급 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 다원혼합액체불포화 헤테로사이클릭 방향족은 구체적으로, 다수의 액체불포화 헤테로사이클릭 방향족분자 중의 임의의 하나 또는 임의의 두개 종류 이상의 혼합이며, 임의의 두개 종류 이상을 혼합할 경우 임의의 배합비율인 것을 특징으로 하는 일종의 액체 수소저장재료에 의한 일체형 직접연료전지의 에너지 저장공급 시스템.








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