KR20140021666A - 퍼컬레이터 기술을 갖는 전기화학 전지 내에 기체 확산 전극을 통합시키는 대안적 방법 - Google Patents

퍼컬레이터 기술을 갖는 전기화학 전지 내에 기체 확산 전극을 통합시키는 대안적 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기화학 전지에 관한 것으로, 상기 전기화학 전지는, 막(5)에 의해 서로 분리되고 상응하는 전극들을 갖는 애노드 하프 쉘(half shell)(12) 및 캐소드 하프 쉘(11)[상기 애노드 하프 쉘(12) 및 캐소드 하프 쉘(11)은 각각 외부 벽(13)을 갖고, 각각, 상기 2개 하프 쉘의 접촉 영역에, 프레임의 형태로 형성된 플랜지 영역들(14a, 14b, 15a, 15b)을 갖는다]; 촉매 물질로 피복된 액체 투과성 지지체로 이루어진 기체 확산 전극(3)[여기서, 상기 기체 확산 전극(3)은, 이의 외부 가장자리(17)에, 촉매로 피복되지 않고, 상기 전기화학 전지의 하단(16)에서, 상기 캐소드 하프 쉘의 상기 외부 벽의 상기 플랜지 영역(15b)과 상기 애노드 하프 쉘의 상기 외부 벽의 상기 플랜지 영역(14b) 사이에서, 상기 2개 하프 쉘의 접촉 영역에서 돌출하는 영역을 갖고, 다공성 매질(8)이 상기 기체 확산 전극(3)과 상기 막(5) 사이에 평행하게 배열된다]; 및 기체의 도입 및 방출용 설비(20, 21) 및 전해질의 도입 및 방출용 설비(9, 10)[여기서, 기체 공간(22)은 적합한 수단(23)에 의해 전해질 공간(7)으로부터 분리된다]를 포함한다. 특히, 본 발명은, 프로파일 내부(1)(상기 프로파일 내부(1)는, 상기 기체 확산 전극(3)의 상부 가장자리(19)가 이의 내부로 돌출하고, 상부에 상기 프로파일 내부(1)로 상기 기체 확산 전극(3)을 장착한 씰(2)이 설치된다)가 상기 캐소드 하프 쉘(11)의 상기 전해질 공간(7)에 제공됨(여기서, 상기 기체 확산 전극(3)은, 클램핑된 기체 확산 전극의 수직면에 대해 90° 미만의 굽힘 반경 α를 갖는다)을 특징으로 한다.

Description

퍼컬레이터 기술을 갖는 전기화학 전지내 기체 확산 전극의 대안적 설치 {ALTERNATIVE INSTALLATION OF A GAS DIFFUSION ELECTRODE IN AN ELECTROCHEMICAL CELL HAVING PERCOLATOR TECHNOLOGY}
본 발명은 전기화학 장치의 기술 분야로 분류될 수 있다.
본 발명은 청구항 1의 전제부(preamble)를 특징으로 하는 전기화학 장치에 관한 것이다. 이는, 예를 들면, 전해조, 배터리, 축전지 또는 연료 전지의 경우에서 전기화학 반응이 발생하는 장치를 정의한다.
전기분해 동안, 예를 들면, 전력은 화학 에너지로 전환된다. 이는 전류에 의한 화합물의 분해를 통해 달성된다. 전해질로서 사용되는 용액은 양으로 하전된 이온 및 음으로 하전된 이온을 함유한다. 따라서, 주로 산, 염기 또는 염 용액이 전해질로서 사용된다.
예를 들면, 알칼리 할라이드 수용액(여기서는 염화나트륨으로 나타낸다)으로부터의 할로겐 기체의 전기분해 생성의 경우, 다음의 반응이 애노드 측에서 발생한다:
반응식 1
4NaCl → 2Cl2 + 4Na+ + 4e-
유리된 알칼리 이온들은 캐소드로 이동하고, 여기서, 이들 이온들은 캐소드에서 발생된 하이드록사이드 이온들과 함께 가성 소다를 형성한다. 수소가 또한 형성된다:
반응식 2
4H2O + 4e- → 2H2 + 4OH-
생성된 가성 소다는, 양이온 교환 막에 의해 애노드 측으로 공급된 알칼리 할라이드로부터 분리되어, 분리가 달성된다. 양이온 교환 막은 최신 기술이며 다수의 상이한 공급자들로부터 상업적으로 입수 가능하다.
반응식 1의 반응이 발생하는 경우 염소의 형성에 의해 애노드에서 발생된 표준 전위는 +1.36V이며, 상기 반응이 발생하는 경우 캐소드에서의 표준 전위는 -0.86V이다. 이러한 타입의 전지 디자인은 예를 들면, 제WO 98/55670호로부터 공지되어 있다. 이들 2개의 표준 전위들 사이의 차이는 막대한 에너지 유입을 생성하며, 이는 이들 반응의 발생을 필요로 한다. 이러한 차이를 최소화하기 위해, 기체 확산 전극(이하, GDE(gas diffusion electrode)라고 함)들이 상기 캐소드 측에 사용되며, 이는, 산소가 상기 시스템으로 공급되어 그 결과로 상기 캐소드에서의 반응식 2의 반응이 반응식 3으로 대체되는 것을 의미한다.
반응식 3
O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
산소는 순수한 기체로서 또는 공기로서 공급될 수 있다. 기체 확산 전극들을 사용하는 클로르-알칼리 전기분해에 대한 다음의 전체 반응이 발생한다:
반응식 4
4NaCl + O2 + 2H2O → 4NaOH + 2Cl2
반응식 3의 반응의 표준 전위가 +0.4V이므로, GDE 기술은 수소가 형성되는 통상의 전기분해와 비교하여 현저한 전력 절감을 발생시킨다.
기체 확산 전극은 배터리, 전해조 및 연료 전지에서 다년간 사용되었다. 전기화학 전환은 이들 전극 내부에서 이른바 3상 경계에서만 발생한다. 3상 경계는 기체, 전해질 및 금속 전도체가 만나는 영역에 대해 사용되는 용어이다. 효과적으로 작동하는 GDE를 위해, 금속 전도체는 또한 목적하는 반응에 대한 촉매여야 한다. 알칼리성 시스템에서의 통상의 촉매는 은, 니켈, 이산화망간, 탄소 및 백금이다. 특히 효과적이기 위해 이들 촉매는 큰 표면적을 가져야 한다. 이는, 내부 표면을 갖는 미분되거나 다공성인 분말에 의해 달성된다.
예를 들면, US 제4614575호에 기재된 이러한 기체 확산 전극의 사용상 문제점은, 모세관 작용으로 인해 전해질이 이들 미세한 기공 구조물들로 관통하고 이들 구조물들을 충전시킬 것이라는 사실로 인한 것이다. 이러한 효과는, 산소가 기공들을 통한 확산을 중단하여, 의도하는 반응이 중단될 것이다.
상기 반응이 3상 경계에서 효과적으로 발생하게 하기 위해, 이에 따라 압력 비들을 선택함으로써 위의 문제가 방지되어야 한다. 그렇지 않은 경우, 고정식 액체 컬럼이 상기 전해질 용액에서 형성되며, 이는 정수압(hydrostatic pressure)이 상기 컬럼의 하단부에서 최고가 되도록 하여, 위에서 기재한 현상을 강화시킬 것이다.
관련 문헌에 기록된 바와 같이, 이러한 문제는 강하막식 증발기를 사용하여 해결한다. 여기서, 전해질, 예를 들면, 가성 소다 용액 NaOH 또는 가성 칼륨 용액 KOH는 막과 GDE 사이에 위치한 다공성 물질을 통해 퍼컬레이팅(percolating)시켜, 정수 컬럼의 형성을 방지한다. 이는 퍼컬레이션 기술이라고도 한다.
제WO 03/42430호에는 이러한 전기분해 전지가 기재되어 있으며, 이는, 산소 소비 반응을 갖는 클로르-알칼리 전기분해 반응에 대한 이러한 원리를 이용한다. 여기서, 산소는 기체 확산 전극에 의해 상기 다공성 물질로부터 분리되며, GDE 및 상기 다공성 물질, 퍼컬레이터는 전도성 지지 구조물 및 전도성 가요성 스프링 소자에 의해 가압된다.
동일한 종류의 원리는 또한, 예를 들면, DE 제102004018748호에서도 찾을 수 있다. 당해 문헌에는 전기화학 전지가 기재되어 있으며, 상기 전기화학 전지는 애노드를 갖는 하나 이상의 애노드 구획, 캐소드를 갖는 캐소드 구획, 및 상기 애노드 구획과 캐소드 구획 사이에 배열된 이온 교환 막으로 이루어지고, 상기 애노드 및/또는 캐소드는 기체 확산 전극이고, 상기 기체 확산 전극과 상기 이온 교환 막 사이의 갭, 상기 갭 위의 전해질 유입구, 및 상기 갭 아래의 전해질 배출구, 및 갭 유입구와 갭 배출구가 존재하고, 상기 전해질 유입구는 전해질 공급 탱크에 연결되며 오버플로우를 갖는다.
그러나, 기재된 전기분해 장치의 기체 확산 전극의 사용은 단지 촉매적 산소 소비 반응을 허용하기 위한 것만은 아니다. 상기 전극의 목적은 또한, GDE의 양쪽 면에서 전해질들과 기체의 분리를 보장하는 것이다. 이를 위해, 특히 일단 전해질이 상기 전지에 진입하면, 전해질이 의도대로 기체 확산 전극을 따라 수송되고 비밀봉(untight) 영역을 통해 전기화학 전지로부터 전해질 배출구에 이르지 않으며, 이에 따라 결과적으로 상기 반응에 대해 이용 가능하지 않는 대안적 경로에 이르지 않는 것을 보장하기 위해, 선택된 앵커링(anchoring) 방법에 의해, 상기 기체 확산 전극을 기밀 및 액밀 밀봉하는 것이 필수적이다.
기체 확산 전극이 노화되어 마모됨에 따라, 이는 주어진 작동 기간 후에 교체되어야 한다. 선행 기술에서는 캐소드 구획으로 용접되는 기체 확산 전극들이 계획되었는데, 이는, 이들 전극을 교체시키는 데 작업 집중적이 되도록 한다.
이는 예를 들면 DE 제103 30 232 A1에 상세히 기재되어 있다. 당해 문헌에는, GDE가 전기 전도성 판(plate)을 갖춘 앵커링 구조물에 연결된 피복되지 않은 주변부를 갖는 전기화학 구획이 기재되어 있다. GDE를 앵커링시키는 동시에, 전해질 공간이 기체 공간으로부터 밀봉되도록 허용하는 당해 방법은, 퍼컬레이터 물질이 손상되고 상기 퍼컬레이터를 가로지르는 전해질 유동이 차단되도록 유도할 수 있으므로, 오히려, 퍼컬레이터와 관련해서는 불리하다. 게다가, 이러한 타입의 배열을 조립하는 경우, GDE가 전기화학 전지의 전체 폭에 걸쳐 전기 전도성 판(3)하에 정확히 균일한 양을 푸싱(pushing)하는 것이, 그렇지 않은 경우 전기판이 이에 대해 평행하게 배열된 퍼컬레이터에서 액체 유동에 대해 이용 가능한 자유(free) 단면적을 불균일하게 변화시키므로, 필수적이며, 이는, 액체가 균일하게 분포된다는 보장이 없음을 의미하고, 균일하게 분포되는 것은, 상기 전기화학 전지가 올바르게 작동하는 경우에 필수적이다. 이러한 타입의 배열로는, 균일한 분포를 확보하는 것이 매우 곤란하다.
상기 기체 확산 전극을 앵커링하는 또 다른 방법은 DE 제101 52 792호에 정의되어 있다. 당해 문서에는 벤트 프레임(bent frame)을 내포시킴으로써 기체 확산 전극을 전기분해 장치의 기본 구조물에 연결시키는 방법이 기재되어 있다. 순수한 클램핑 방법으로서, 당해 방법은 DE 제103 30 332호에 기재된 것보다 교체성(replaceability) 측면에서 더욱 유리하다. 그러나, 상기 프레임 및 상기 기본 구조물은 이러한 경우에 또한 저항손실(ohmic loss)을 최소화시키기 위해 용접 또는 납땜에 의해 연결되므로, 용접으로 인한, 어려운 교체성 및 활성 전극 표면적 손실에 관한 단점이 여전히 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 전기화학 전지에 기체 확산 전극을 앵커링함에 있어서, 설치 및 제거의 용이성, 전해질 공간으로부터의 기체 공간의 적합한 봉쇄, 및 전기화학 반응에 대한 가능한 최대의 활성 전극 면적의 제공을 보장하기 위한, 전기화학 전지에 기체 확산 전극을 앵커링하는 대안적 방법을 찾는 것이다.
당해 목적은, 막(5)에 의해 서로 분리되고 상응하는 전극들을 갖는 애노드 구획(12) 및 캐소드 구획(11), 상기 애노드 구획(12) 및 캐소드 구획(11) 각각이 갖는 외부 벽(13), 및 상기 구획들 각각이 갖는, 상기 2개 구획들의 각각의 접촉 영역에서의, 프레임과 유사하게 디자인된 플랜지 영역들(14a, 14b, 15a, 15b); 및 촉매 물질로 피복된 액체 투과성 캐리어를 포함하는 기체 확산 전극(3)[상기 기체 확산 전극(3)은, 이의 기저부 엣지(17)에서의 촉매로 피복되지 않은 영역을 특징으로 하고, 상기 전기화학 전지의 기저단(16)에서, 상기 영역은, 상기 2개 구획들의 접촉 영역에서 상기 캐소드 구획의 상기 외부 벽의 상기 플랜지 영역(15b)과 상기 애노드 구획의 상기 외부 벽의 상기 플랜지 영역(14b) 사이에서 돌출한다], 및 상기 기체 확산 전극(3)과 상기 막(5) 사이에 평행하게 배열된 다공성 물질(8); 뿐만 아니라 기체의 공급 및 방출용 디바이스(20, 21) 및 전해질의 공급 및 방출용 디바이스(9, 10)[기체 공간(22)은 적합한 수단(23)에 의해 전해질 공간(7)으로부터 분리된다]를 포함하는 전기화학 전지에 의해 달성된다.
특히, 본 발명은, 캐소드 구획(11) 내의 전해질 공간(7)에는 조형 내장(shaped internals)(1)이 장착되어 있고, 이 조형 내장의 내부로 기체 확산 전극(3)의 최상부 엣지(19)가 내부로 돌출하고, 상기 최상부 엣지는, 기체 확산 전극(3)을 고정하는 씰(2)을 사용하여 조형 내장(1)에 끼워지며, 상기 기체 확산 전극(3)은 팽팽한(taut) 기체 확산 전극의 수직면에 대해 90° 미만의 굽힘 반경(bend radius) α를 가짐을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 전기분해 전지의 기체 확산 전극(3)을 앵커링하면, 기체 공간(22)이 기체 확산 전극(3)에 있어서의 굽힘을 통해 전해질 공간(7)으로부터 적합하게 봉쇄되는 것을 보장한다. 게다가, 상기 조형 내장의 디자인은, 퍼컬레이터로서 사용되는 다공성 물질(8)에 손상을 입히지 않는 것을 보장한다. 더 이상, 제거를 복잡하게 하는, 용접과 같은 방법을 사용하여 상기 전극을 앵커링시킬 필요가 없으므로, 막 교체의 용이성이 또한 보장된다.
유리한 양태에서, 캐소드 구획(11)의 조형 내장(1) 내로 돌출하는, 기체 확산 전극(3)의 최상부 엣지(19)는 상기 팽팽한 기체 확산 전극의 수직면에 대해 55 내지 75°의 굽힘 반경 α를 갖는다.
씰(2)에 의해, 조형 내장(1)에 고정된, 기체 확산 전극(3)의 최상부 엣지(19) 아래에는 임의로 또 다른 층이 존재하며, 이는 바람직하게는 기체 확산 전극과 동일한 물질이다. 상기 층은 바람직하게는 추가의 안정화 및 봉쇄를 위해 실제 기체 확산 전극하에 푸싱되는 코팅이 존재하거나 부재하는 기체 확산 전극의 또 다른 조각을 말한다.
본 발명에 따라, 캐소드 구획(11)의 조형 내장(1)은 임의의 기하학적 형상일 수 있으며, 바람직하게는 V형 또는 사다리꼴이고, U형이 특히 바람직하다.
유리하게는, 기체 확산 전극(3)의 최상부 엣지(19)에서 조형 내장(1)에 제공된 씰(2)은 중공 단면 씰(hollow section seal)이다. 바람직한 양태에서, 상기 씰(2)은 약 100℃ 이하의 온도에서 가성 소다 및 산소에 내성인 물질로 제조된다.
본 발명은 또한 본 발명에 따르는 전기화학 전지의 가능한 용도들을 청구한다. 우선, 상기 전기화학 전지는 복수의 전기화학 전지들이 적층물(stack)들로서 배열된 전기화학 블럭에 사용하기 위한 것이다.
전기화학 블럭은, 나란히 적층물로서 배열된 여러 개의 전기 접촉된 판상 전기화학 전지로 구성된 장치를 말하며, 당해 전지는 모든 공급물 및 생성된 전해질 및 기체에 대한 유입구 및 배출구를 갖는다. 다시 말해서, 이는 연속으로 연결된 여러 개의 단일 소자들을 말하며, 상기 소자들은 각각, 적합한 막에 의해 서로 분리되고 이들 단일 소자들을 지탱하기 위한 프레임에 장착된 전극들을 갖는다. 전기분해의 경우, 이는 예를 들면, 전기분해 전지들이 적층물들로서 배열된 전해조를 사용함으로써 달성된다.
본 발명의 전기화학 전지는 전기화학 산화환원 반응을 통해 화학 에너지가 전력으로 전환되는 배터리로서 유리하게 사용된다.
상기 전기화학 전지는 또한, 연료 및 산화제의 첨가에 의해 화학 에너지가 전력으로 전환되는 연료 전지로서 사용될 수도 있다.
본 발명의 양태는 도 1, 도 2 및 도 3에 의해 아래에 더욱 상세히 기재한다.
도 1: 본 발명에 따르는 전기화학 전지의 일반적인 계통도.
도 2: 본 발명에 따르는 전기화학 전지의 헤드 부분(최상부)의 계통도.
도 3: 본 발명에 따르는 전기화학 전지의 기저부 단면의 계통도.
도 1, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따르는 전기화학 전지를 나타내며, 상기 전지는 막(5)에 의해 분리된 애노드 구획(12) 및 캐소드 구획(11)을 포함한다. 2개 구획들(11, 12)은 외부 벽(13)을 갖고 프레임과 유사하게 디자인된 플랜지 영역들(14a, 14b, 15a 및 15b)을 갖는다. 상기 캐소드 구획의 플랜지 영역들(15a, 15b) 및 상기 애노드 구획의 플랜지 영역들(14a, 14b)은 상기 전기화학 전지의 최상단(19) 및 상기 전기화학 전지의 기저단(16)에 접촉 영역을 형성하며, 이는 상기 내부 구획들, 예를 들면, 막(5), 다공성 물질들(8), 프레임 개스킷들(6) 및 기타의 구획들을 클램핑하는 역할을 한다. 막(5) 및 다공성 물질(8)의 앵커링은, 예를 들면, 당해 클램핑을 통해 달성될 수 있다. 상기 전기화학 전지의 작동시, 다공성 물질은 퍼컬레이터로서 작용하며, 상기 전해질은, 상기 전기화학 전지의 최상단(19)으로부터 상기 전기화학 전지의 기저단(16)으로, 막(5)과 기체 확산 전극(3) 사이에서 통과되며, 상기 전해질은 전해질 유입구(9)를 통해 상기 전기화학 전지로 유동한다. 당해 설명에서 용어 "최상부" 또는 헤드 부분 및 "기저부"는 당해 전해질 유동을 기준으로 한다.
기체 확산 전극(3)은 지지 막(4)에 의해 전기분해 전지에 보유된다. 기체 확산 전극(3) 자체는 촉매 물질로 피복된 액체 투과성 캐리어로 구성된다. 전기화학 캐소드 반응이 발생하는 활성 구역을 구성하는 것은 기체 확산 전극(3)의 촉매 피복된 영역이다. 당해 활성 구역은 기저부 엣지(17)를 제외한 전체 기체 확산 전극을 포함하며, 전기화학 반응은 가능하지 않다. 기체 확산 전극(3)의 당해 기저부 엣지(17)는 전기분해 전지의 하단(16)에서 양 구획(11, 12)의 프레임형 플랜지 영역(14b) 및 플랜지 영역(15b)의 접촉 영역으로 클램핑된다. 도 3은 이러한 형태를 상세히 나타낸다. 촉매 물질 캐리어가 액체 투과성이므로, 전해질은 캐리어를 통해 전해질을 전기화학 전지에 두는 장치로 향하게 할 수 있다. 기체 확산 전극(3)의 최상단(19)은 피복되고 상기 최상단은 앵커링을 위해 조형 내장 내로 삽입되며, 여기서 이는 씰(2)에 의해 앵커링된다. 이러한 형태는 도 2에 상세히 나타나 있다. 여기서, 기체 확산 전극(3)은 이의 최상단(18) 및 이의 기저단(17)에서 전기분해 전지에 앵커링된 팽팽한 기체 확산 전극(3)의 수직면에 대해 90° 미만의 굽힘 반경 α을 갖는다. 동시에, 기체 확산 전극(3)은 전해질 공간(7)에 위치한 조형 내장(1)에 씰(2)에 의해 클램핑된다. 전해질 공간(7)은 기체 공간(23)으로부터 전해질 공간을 분리하기 위한 수단에 의해 형성된다. 조형 내장(1)에 기체 확산 전극(3)을 앵커링하는 이러한 즉시 제거 가능한 방법은 또한, 전해질 공간(7)이 기체 확산 전극(3)에서의 굽힘을 통해 전기화학 전지의 헤드 부분에서 기체 공간(22)으로부터 적합하게 봉쇄될 수 있음을 의미한다.
본 발명에 의해 발생된 이점은,
- 기체 확산 전극이 용이하게 설치되고 제거될 수 있고,
- 본 발명에 따라 기체 확산 전극을 앵커링하여 기체 공간이 전해질 공간으로부터 적합하게 봉쇄됨이 보장되고,
- 큰 활성 전극 표면이 전기화학 반응에 사용 가능하다는 점이다.
참조 번호 및 명칭 목록
1 조형 내장
2 씰
3 기체 확산 전극
4 지지 시스템
5 막
6 프레임 개스킷
7 전해질 공간
8 다공성 물질
9 전해질 공급용 디바이스
10 전해질 방출용 디바이스
11 캐소드 구획
12 애노드 구획
13 외부 벽
14a, b 애노드 구획의 플랜지 영역
15a, b 캐소드 구획의 플랜지 영역
16 전기화학 전지의 기저단
17 기체 확산 전극의 기저부 엣지
18 전기화학 전지의 최상단
19 기체 확산 전극의 최상부 엣지
20 기체 공급용 디바이스
21 기체 방출용 디바이스
22 기체 공간
23 기체 공간으로부터 전해질 공간을 봉쇄시키기 위한 수단

Claims (9)

  1. ㆍ 막(5)에 의해 서로 분리되고 상응하는 전극들을 갖는 애노드 구획(12) 및 캐소드 구획(11)
    ㆍ 상기 애노드 구획(12) 및 캐소드 구획(11) 각각이 갖는 외부 벽(13), 및 상기 구획들 각각이 갖는, 상기 2개 구획들의 접촉 영역에서의, 프레임과 유사하게 디자인된 플랜지 영역들(14a, 14b, 15a, 15b),
    ㆍ 촉매 물질로 피복된 액체 투과성 캐리어를 포함하는 기체 확산 전극(3)[상기 기체 확산 전극(3)은 이의 기저부 엣지(17)에서의 촉매로 피복되지 않은 영역을 특징으로 하고, 상기 전기화학 전지의 기저단(16)에서, 상기 영역은, 상기 2개 구획들의 접촉 영역에서 상기 캐소드 구획의 상기 외부 벽의 상기 플랜지 영역(15b)과 상기 애노드 구획의 상기 외부 벽의 상기 플랜지 영역(14b) 사이에서 돌출한다], 및 상기 기체 확산 전극(3)과 상기 막(5) 사이에 평행하게 배열된 다공성 물질(8), 및
    ㆍ 기체의 공급 및 방출용 디바이스(20, 21) 및 전해질의 공급 및 방출용 디바이스(9, 10)[기체 공간(22)은 적합한 수단(23)에 의해 전해질 공간(7)으로부터 분리된다]
    를 포함하는 전기화학 전지로서,
    상기 캐소드 구획(11) 내의 상기 전해질 공간(7)에는 조형 내장(shaped internals)(1)이 장착되어 있고, 이 조형 내장의 내부로 상기 기체 확산 전극(3)의 최상부 엣지(19)가 돌출하고, 상기 최상부 엣지는, 상기 기체 확산 전극(3)을 고정하는 씰(2)을 사용하여 상기 조형 내장(1)에 끼워지며, 상기 기체 확산 전극(3)은 팽팽한(taut) 기체 확산 전극의 수직면에 대해 90° 미만의 굽힘 반경(bend radius) α를 가짐을 특징으로 하는, 전기화학 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 캐소드 구획(11)의 상기 조형 내장(1) 내로 돌출하는, 상기 기체 확산 전극(3)의 상기 최상부 엣지(19)가 상기 팽팽한 기체 확산 전극의 수직면에 대해 55 내지 75°의 굽힘 반경 α를 가짐을 특징으로 하는, 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 씰(2)에 의해 상기 조형 내장(1)에 고정된, 상기 기체 확산 전극(3)의 상기 최상부 엣지(19) 아래에는 또 다른 층이 존재하며, 이는 바람직하게는 상기 기체 확산 전극과 동일한 물질로 이루어짐을 특징으로 하는, 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 캐소드 구획(11)의 상기 조형 내장(1)이 임의의 기하학적 형상을 가지며, 바람직하게는 V형 또는 사다리꼴이고, 특히 U형이 바람직함을 특징으로 하는, 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 기체 확산 전극(3)의 상기 최상부 엣지(19) 위의 상기 조형 내장(1)에 제공된 상기 씰(2)이 중공 단면 씰(hollow section seal)임을 특징으로 하는, 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 씰(2)이 약 100℃ 이하의 온도에서 가성 소다 및 산소에 내성인 물질로 제조됨을 특징을 하는, 장치.
  7. 복수의 전기분해 전지들이 적층물(stack)들로서 배열된 전해조 속의 전기분해 전지로서의, 제1항에 따르는 전기화학 전지의 용도.
  8. 전기화학 산화환원 반응을 통해 화학 에너지가 전력으로 전환되는 배터리로서의, 제1항에 따르는 전기화학 전지의 용도.
  9. 연료 및 산화제의 첨가에 의해 화학 에너지가 전력으로 전환되는 연료 전지로서의, 제1항에 따르는 전기화학 전지의 용도.
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