KR20170093433A

KR20170093433A - 수소수 생성을 위한 전극 어셈블리 및 이를 포함하는 휴대용 수소수 제조장치

Info

Publication number: KR20170093433A
Application number: KR1020160014810A
Authority: KR
Inventors: 염재섭
Original assignee: 염재섭
Priority date: 2016-02-05
Filing date: 2016-02-05
Publication date: 2017-08-16
Also published as: KR101822465B1

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 전극 어셈블리는 전원에 연결되어 수소수를 생성하는 전극 어셈블리로서, 제1전극, 상기 제1전극의 하부에 형성되는 보호막, 상기 보호막의 하부에 형성되는 제2전극, 상기 제2전극 하부에 형성되는 전해질막, 상기 전해질막 하부에 형성되는 제3전극 및 상기 제1전극, 제2전극 및 제3전극에 연결되어 인가되는 전압의 극성을 조절하는 스위칭 장치를 포함하며, 상기 제1전극, 보호막 및 제2전극은 액체에 담지된 상태이다.

Description

수소수 생성을 위한 전극 어셈블리 및 이를 포함하는 휴대용 수소수 제조장치{ELECTRODE ASSEMBLY TO GENERATE HYDROGEN WATER AND PORTABLE HYDROGEN WATER GENERATING DEVICE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 수소수 생성을 위한 전극 어셈블리 및 이를 포함하는 휴대용 수소수 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극에 흡착되는 이물질을 제거하고, 수소수를 생성할 수 있는 전극 어셈블리 및 이를 포함하는 휴대용 수소수 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 수소수는 물에 수소가스가 1ppm 가량 용해된 물로 인체 내의 활성산소를 제거하는 효과가 있는 것으로 알려져 있다.

수소수를 음용하는 방법으로는 수소를 물리적 또는 화학적인 방법으로 발생시켜 정수기 등에 적용하여 이용하는 것으로서, 생성된 수소가스를 물에 용해시켜 음용하는 방법이 주된 방법이다. 따라서 이러한 방법은 휴대하기에 많은 제약이 따르는 문제점이 있다.

한편, 수소를 효과적으로 발생시키는 방법 중에서 물을 전기화학적으로 전기분해하는 방법은 일반적으로 알려져 있다. 이 방법에 사용되는 전기분해 장치는 양극(anode, 산화반응이 일어나는 전극)과 음극(cathode, 환원반응이 일어나는 전극)으로 이루어진 전극 쌍을 갖는 전기분해셀이나 양극, 음극 및 이들 사이에 배치된 중성막 또는 이온 교환막을 포함하는 구성을 갖는 전기분해셀을 사용하도록 구성된다.

물을 전기분해하여 수소를 제조하는 방법은 원리상 직류 저전압 전원이 사용된다. 따라서 이 방법에 사용되는 장치는 즉각적으로 반응하는 반응 특성이나 안전성 면에서는 탁월하지만, 소형의 휴대용 수소가스 제조 장치에 적용하기에는 그 가능성이 매우 낮다.

예로서, 물을 전기분해하여 수소를 생성하는 방법에 관한 선행 기술들이 다수 존재한다. 이들 선행기술들은 언급한 바와 같이 정수기 등에 적용할 목적으로 구성되어 있다. 따라서 이들 선행기술들이 적용된 정수기의 경우에는 고가이기 때문에, 이러한 정수기를 구입해 수소수를 음용하는데 어려움이 있다.

한편, 정수기의 물에 수소가 포함된 수소수는 시간에 따라 농도가 급격히 낮아져(물에 산소 또는 수소의 용해도가 매우 낮음) 보관 및 저장에 불편함이 있다.

일반적으로 전기분해를 통해 수소수를 생성하기 위해서 두 개의 전극에 극성이 다른 전압을 인가함으로서, 물이 분해하여 수소와 산소가 생성된다. 수소는 물에 녹아 수소수가 되고, 산소를 외부로 빠져나가거나 다른 용도로 사용될 수 있다.

그러나 물에는 각종 무기물성분 또는 유기물 성분이 잔존해 있어, 순수한 증류수를 제외하고는 전기분해를 일으키는 전극의 표면에 이물질이 침착되게 된다. 전극표면에 침착된 이물질은 쉽게 떨어지지 않으며, 수소발생의 효율을 크게 저하시키는 주된 원인이 된다.

이물질을 전극표면에서 떼어내기 위한 다양한 방법들이 있으나, 강한 산성용액을 전극에 뿌리거나 강하게 문지르는 등의 물리적 방법을 통해서 이물질을 제거한다. 이물질을 제거하지 않는 경우, 계속적으로 전극표면상에 축적되어 더이상 전극에 전압이 인가되지 않는 상태에 이르게 되어 장치 고장의 원인이 된다.

또한, 강한 약품을 사용하거나 물리적인 힘을 가하는 경우 전극이 손상되어 이 또한 고장의 원인이 될 수 있다.

대한민국 공개특허 제2009-0113099호(2009년01월29일) 대한민국 공개특허 제2011-0039647호(2011년04월20일)

본 발명의 목적은 전극에 축적되는 이물질층을 비교적 간단한 방법으로 해결할 수 있는 수소수 생성을 위한 전극 어셈블리를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 이물질층의 제거와 동시에 액체의 살균작용도 함께 도모할 수 있는 수소수 생성을 위한 전극 어셈블리를 제공하는데 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전극 어셈블리는 상기 제2전극과 상기 전해질막 사이에 형성되는 제1전극촉매층 및 상기 제3전극과 상기 전해질막 사이에 형성되는 제2전극촉매층을 더 포함한다.

여기서, 상기 제1전극촉매층과 상기 제2전극촉매층은 백금(Pt)촉매층일 수 있다.

여기서, 상기 보호막은 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 통전을 막는 부도체일 수 있다.

여기서, 상기 제1전극, 제2전극 및 상기 보호막에는 액체가 이동가능하도록 형성된 복수개의 홀을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1전극과 상기 제2전극에 서로 다른 극성을 인가함으로서, 각 전극에 침전된 이물질을 제거할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전극 어셈블리는 가해지는 전압의 극성을 바꿔주는 비교적 간단한 방법을 이용하여 전극표면에 축적되어 있는 이물질을 제거할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전극 어셈블리는 이물질 제거와 동시에 액체에 함유되어 있는 세균 등을 제거함으로서, 음용수로서 적합한 물을 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전극 어셈블리의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극 어셈블리의 분해 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전극 어셈블리의 제1전극 내지 제3전극의 저면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보호막의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전극 어셈블리의 구조단면도이다.
도 6는 수소수 생성과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 7은 실제 전극에 침착이 일어난 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전극 어셈블리의 이물질 제거과정을 거친 제2전극의 실제사진이다.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 수소수 생성을 위한 전극 어셈블리를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전극 어셈블리의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극 어셈블리의 분해 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전극 어셈블리의 제1전극 내지 제3전극의 저면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전극 어셈블리는 전원에 연결되어 수소수를 생성하는 전극 어셈블리로서, 제1전극(100), 상기 제1전극(100)의 하부에 형성되는 보호막(200), 상기 보호막(200)의 하부에 형성되는 제2전극(300), 상기 제2전극(300) 하부에 형성되는 전해질막(400), 상기 전해질막(400) 하부에 형성되는 제3전극(500) 및 상기 제1전극(100), 제2전극(300) 및 제3전극(500)에 연결되어 인가되는 전압의 극성을 조절하는 스위칭 장치(800)를 포함하며, 상기 제1전극(100), 보호막(200) 및 제2전극(300)은 액체에 담지된 상태이다.

제1전극(100)은 본 발명의 실시예에 따른 전극 어셈블리의 가장 상층부에 구비되어 있고, 전압이 인가되는 전극으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 하부에 보호막(200)이 형성되어 있으며, 도 1과 같이 밀착되어 구성될 수 있다.

특히, 제1전극(100)에는 복수개의 홀(120)이 형성되어 있어 제1전극(100)이 놓이게 되는 액체내부에서 제1전극(100)의 하부로의 액체유동이 가능하도록 할 수 있다. 제1전극(100)은 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 원형, 사각형, 다각형 형상일 수 있다. 특히 전극의 형상은 전극 어셈블리가 장착되게 될 휴대용 수소수 제조장치의 내부 형상과 무관하지 않을 수 있으며, 변형가능한 다양한 형태일 수 있다.

언급한 바와 같이 제1전극(100) 내지 제3전극(500)은 같은 형상일 수 있으며, 도 3과 같이 원형형상일 수 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 제2전극(300) 내지 제3전극(500)은 도 3의 제1전극(100)과 마찬가지로 복수개의 홀이 형성되어 있으며, 액체나 가스가 통과할 수 있는 구조의 망, 메쉬 등이 적합할 수 있고, 외측 부분은 본체 등에 원활하게 고정될 수 있도록 판 형태로 구성될 수 있다. 제1전극(100) 내지 제3전극(300)은 티타늄, 탄탈륨 등이 적합하며, 전도성을 부여하기 위해 백금을 열분해하거나 전기도금 등의 방법으로 코팅하는 것이 바람직하다.

특히 각 전극에 전압을 인가하기 위해서 직류전원과 연결되는 단자는 서로 다른 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 도1, 도2에 도시된 바와 같이 전극판과 평행으로 형성될 수도 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 전극판과 수직형태로 형성될 수도 있다. 전극에 포함되는 단자의 위치나 형태는 다양하게 구현이 가능하다.

제1전극(100)의 하부에 형성되는 보호막(200)은 아래 설명하게 될 제2전극(300)과의 통전상태를 방지하기 위해 형성되는 부도체이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보호막의 평면도이다.

도 4에 도시된 보호막(200)은 단순히 전극과 전극 사이에 위치하여 제1전극(100)과 제2전극(300)이 물리적으로 연결되어 전기가 도통하는 것을 방지한다.

제1전극(100)과 제2전극(300)이 전기적으로 통전이 이루어지는 경우, 수소발생이 잘 이루어지지 않을 수 있으며, 저항의 증가로 인해서 온도가 상승할 수 있는 위험이 있다.

보호막(200)은 도 4와 같이 다양한 문양의 홀(220)이 형성될 수 있으며, 액체에 담지되어 있고, 본 발명의 특성상 제1전극(100)과 제2전극(200) 사이 액체, 이온이 이동하는데 방해요소가 되지 않도록 구성되는 것이 바람직하다.

전해질막(400)은 고체 고분자 전해질로서 그 두께가 수십 ~ 수백 ㎛일 수 있다. 두께가 지나치게 얇은 경우에는 제2전극(300)과 제3전극(500)이 단락될 위험이 있고 두께가 너무 두꺼우면 저항이 커져 전압이 상승하게 되므로 10 ~ 300㎛가 적절하다.

전해질막(400)은 음이온은 이동이 불가능한 반면에 양이온, 즉, 수소이온은 이동이 가능해야 하며, 온도에 대한 내열성과 전기화학적 산화환원 분위기에서 내구성을 가져야 한다. 따라서, 전해질막(400)은 이와 같은 기능 및 요구사항을 만족시킬 수 있도록 탄화수소계 재질 또는 탄화불소계 재질의 고분자에 양이온이 선택적으로 이동가능하도록 이온 전달그룹인 설폰닉(sulfonic), 카르복실릭(caroxylic) 및 포스포릭(phosphoric)계 산성그룹을 가지는 고분자 구조체로 구성하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 내열성과 내산화성이 우수한 탄화수소계 재질 및 탄화불소계 재질의 고분자에 ~S30 형태의 강산성 그룹을 가지는 막 구조를 갖는 것이다. 이와 같은 계열의 대표적인 이온교환막은 듀폰사의 "NEFION"이 있다.

제1전극촉매층(600)은 상기 제2전극(300)과 상기 전해질막(400) 사이에 형성된다. 제1전극촉매층(600)은 제2전극(300)에 (-)전원이 인가된 경우 아래 반응식 1과 같이 환원반응이 일어난다.

[반응식 1]

2H⁺ + 2e → H₂

제2전극촉매층(700)은 상기 제3전극(500)과 상기 전해질막(400) 사이에 형성된다. 제2전극촉매층(700)은 제3전극(500)에 (+)전원이 인가된 경우 아래 반응식 2와 같이 산화반응이 일어난다.

[반응식 2]

2H₂O → O₂ + 2H⁺ + 2e

즉 환원반응이 일어나는 제1전극촉매층(600)에서는 수소가스가 생성되고, 제2전극촉매층(700)에서는 산소, 수소이온, 전자가 발생한다.

수소발생을 위한 촉매로는 백금족의 금속(백금, 루테튬, 로듐, 파라듐, 오스뮴, 이리듐), 금, 은, 크롬, 철, 티타늄, 망간, 코발트, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐, 알루미늄, 규소, 아연 및 주석으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 그 이상의 금속이 혼합된 합금이 바람직하다.

산소발생을 위한 촉매로는 금속촉매가 바람직하고, 금속촉매로는 백금족의 금속(백금, 루테늄, 로듐, 파라듐, 오스뮴, 이리듐), 주석으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 그 이상의 금속이 혼합된 합금이 바람직하다.

산화 촉매군과 환원촉매군에서 공통으로 얻을 수 있는 촉매로는 백금족의 금속(백금, 루테늄, 로듐, 파라듐, 오스뮴, 이리듐)인데 그 중 물의 전기분해시에 산소과전압이 낮고 내구성이 우수한 백금-이리듐이 가장 바람직하다.

스위칭 장치(800)는 제1전극(100), 제2전극(300) 및 제3전극(500)에 연결되어 인가되는 전압의 극성을 조절한다. 아래 설명하게 될 수소수 생성을 위한 전극 어셈블리는 서로 다른 전극을 인가함으로서, 전극표면상에 형성되어 있는 이물질층을 제거하는 기능을 수행할 수 있도록 한다. 이를 위해서 스위칭 장치(800)는 각 전극에 연결되어 있는 직류전원(900)의 극성을 소정의 시간간격을 두고 전환하는 역할을 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전극 어셈블리의 구조단면도이다.

이러한 구성요소들을 이용한 구조는 다양하게 구현될 수 있으며, 도 5와 같은 형태로 단자가 아래로 놓여있는 형태가 될 수 있으며, 각 단자에는 스위칭 장치를 통해서 직류전원(900)과 연결될 수 있다.

물론 스위칭 장치(800)를 제어하는 제어장치(미도시)에 대한 구성을 더 포함할 수 있으나 전극 어셈블리의 구동을 위해서 전원을 공급하기 시작할 때, 기 프로그래밍 되어 있는 순서대로 스위칭 장치(800)를 제어하여 전극에 전원을 공급할 수 있다. 예를 들어 수소수를 생성하기 앞서 제2전극(300)에 있는 이물질을 제거하기 위해서 제2전극(300)에 (+)극을, 제1전극(100)에 (-)극을 소정시간 동안 인가한 후에 제1전극(100)에 (+)극을, 제2전극(300)에 (-)극을 소정시간 동안 인가한 후에 제1전극촉매층(600)과 제2전극촉매층(700)을 이용한 수소수 생성을 위해서 제2전극(300)에 (-)극을, 제3전극(500)에 (+)극을 인가하도록 할 수 있다.

특히 수소수의 생성이 완료되었다고 판단되는 경우 자동으로 전원공급을 차단하는 기능 또한 고려해 볼 수 있는 것은 당연하다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 수소수 생성을 위한 전극 어셈블리의 각 구성에 대해서 살펴보았다. 이하 본 발명의 실시예에 따른 전극 어셈블리를 통해 수소수가 생성되는 과정과 전극에 형성되는 이물질층의 제거 메커니즘에 대해서 살펴본다.

도 6는 수소수 생성과정을 설명하기 위한 모식도이다.

본 발명의 실시예에 따른 전극 어셈블리의 제2전극(300)에 (-)전극이 인가되고, 제3전극(500)에 (+)전극이 인가되면, 제2전극촉매층(600)을 경계로 상부에 있던 물이 전해질막(400)의 확산현상에 의해서 제3전극(500)방향으로 이동한다. 제3전극(500)의 상부에 형성되어 있는 제2전극촉매층(700)에서의 산화반응에 의해 앞서 언급한 바와 같이 산소, 수소이온, 전자가 발생하고, 수소이온은 전기장에 의해 전해질막(400), 제1전극촉매층(600)으로 이동하여 환원반응이 일어나서 수소가스가 발생한다.

이와 같은 물의 전기분해에 의해서 생성되는 수소가스는 제2전극촉매층(700) 상부에 있는 물에 녹아 수소수를 형성하게 되고, 제2전극촉매층(700)에서 생산된 산소가스(O₂) 또는 오존(O₃)은 제3전극(500)의 홀을 통해서 빠져나가게 된다.

이러한 일련의 과정은 물의 전기분해과정으로서, 이 과정을 통해서 전극, 특히 제2전극(300)에 이물질의 침착이 발생하게 된다. 이러한 이물질은 물속에 있는 미네랄 성분, 각종 무기, 유기물질 등이며, 전기분해가 거듭 될수록 이러한 이물질들이 전극에 침착되는 현상이 벌어진다.

도 7은 실제 전극에 침착이 일어난 사진이다.

이와 같은 이물질 침착현상은 전극표면에서 이를 제거하지 않고 계속 사용할 경우, 수소수 생성효율이 감소하고, 결국에는 전극에 형성되어 있는 홀을 막아 물이나 이온의 이동을 원천적으로 봉쇄하게 되어 전극 어셈블리의 기능을 상실케 하는 주요 요인이 된다.

본 발명의 실시예에 따른 수소수를 생성하는 전극 어셈블리는 전극에 침착되어 있는 이물질을 제거한다.

먼저, 제2전극(300)상에 형성되어 있는 이물질을 제거하기 위해서, 제1전극(100)에 (-)극을 인가하고, 제2전극(300)에 (+)극을 인가한다. 기존 수소수를 생성하기 위해 제2전극(300)에 가해졌던 극성과 다른 극성을 인가함으로서, 인가중에 발생하는 진동과 물의 이동경로가 제2전극(300)에서 제1전극(100)으로 전환됨으로서, 발생하는 외력에 의해서 제2전극(300)상에 형성되어 있던 이물질을 쉽게 제거된다.

또한, 이 과정에서 제3전극(500)에는 (-)극을 인가하거나 전압을 인가하지 않음으로서, 제2전극(300)에 형성되어 있는 이물질을 제거할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전극 어셈블리의 이물질 제거과정을 거친 제2전극의 실제사진이다.

도 8에 도시된 제2전극(300)은 실제 8개월을 사용한 전극으로서, 제1전극(100)과 제2전극(300)을 이용하여 이물질 제거과정을 거친 전극이다. 앞선 도 7과 같은 표면상의 이물질을 찾아볼 수 없다.

또한, 제2전극(300)에 형성되어 있는 이물질을 제거하기 위해서 제2전극(300)에 (+)를 인가하고, 제1전극(100)에 (-)를 인가함으로서, 앞서와 같이 물의 전기분해가 일어나게 되고, 물의 전기분해는 전해질막(400)과 제1, 제2전극촉매층(600, 700)이 관여하지 않는 무격막방식의 전기분해이고, 이 방식의 경우 격막방식에 비해 적은 양의 수소와 산소, 오존이 발생한다.

이 과정에서 발생하는 산소, 오존은 제2전극(300)에서 발생하게 되고, 제2전극(300)에서 발생하는 극소 미량의 산소, 오존은 물에 녹아들어 살균작용을 하게 된다.

또한, 제1전극(100)에서 발생하는 미량의 수소는 물속에 녹아들어 수소수를 지속적으로 생성한다. 결국, 제1전극(100)에 (-)를 인가하고, 제2전극(300)에 (+)를 인가함으로서, 제2전극(300)상에 형성되어 있는 이물질을 제거할 수 있으며, 특히 제2전극(300)에서 발생하는 산소와 오존에 의해서 물의 살균작용을 동시에 할 수 있다.

이 과정에서 제1전극(100)에 다시 이물질의 침착이 일어날 수 있고, 제1전극(100)에 생긴 이물질을 제거하기 위해 제1전극(100)에 (+)를 인가하고, 제2전극(300)에 (-)를 인가함으로서, 제거할 수 있으며, 이때도 앞서와 같이 제1전극(100)에는 산소와 오존이 발생하여 살균작용을 하고 제2전극(300)에는 수소가 발생된다.

만일 수소수를 생성하기 위한 제2전극(-)(300)과 제3전극(+)(500)의 극성을 이물질을 제거하기 위해서 뒤바꾼 경우, 제2전극(300)과 제3전극(500) 사이에 형성되어 있는 제1전극촉매층(600), 제2전극촉매층(700)에 의해서 다량의 산소, 오존이 발생하게 되고, 이는 물속에 녹아 있는 수소와 재결합하여 수소수의 생성효율을 크게 떨어뜨리게 된다.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 전극 어셈블리에 의하면 수소수를 생성하는 과정에서 발생할 수 있는 이물질의 전극 내 침착 문제를 근본적으로 해결할 수 있으며, 이를 통해서 휴대용 수소수 발생장치의 수명을 길게 연장시킬 수 있음과 동시에 미량의 산소와 오존에 의해서 물을 살균하는 작용을 한다.

100 제1전극 200 보호막
300 제2전극 400 전해질막
500 제3전극 600 제1전극촉매층
700 제2전극촉매층 800 스위칭 장치
900 직류전원

Claims

전원에 연결되어 수소수를 생성하는 전극 어셈블리로서,
제1전극;
상기 제1전극의 하부에 형성되는 보호막;
상기 보호막의 하부에 형성되는 제2전극;
상기 제2전극 하부에 형성되는 전해질막;
상기 전해질막 하부에 형성되는 제3전극; 및
상기 제1전극, 제2전극 및 제3전극에 연결되어 인가되는 전압의 극성을 조절하는 스위칭 장치를 포함하며,
상기 제1전극, 보호막 및 제2전극은 액체에 담지된 상태인 것을 특징으로 하는 전극 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 제2전극과 상기 전해질막 사이에 형성되는 제1전극촉매층; 및
상기 제3전극과 상기 전해질막 사이에 형성되는 제2전극촉매층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 어셈블리.
제2항에 있어서,
상기 제1전극촉매층과 상기 제2전극촉매층은 백금(Pt)촉매층인 것을 특징으로 하는 전극 어셈블리.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 보호막은 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 통전을 막는 부도체인 것을 특징으로 하는 전극 어셈블리.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1전극, 제2전극 및 상기 보호막에는 액체가 이동가능하도록 형성된 복수개의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 제1전극과 상기 제2전극에 서로 다른 극성을 인가함으로서, 각 전극에 침전된 이물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 전극 어셈블리.
제1항의 전극 어셈블리를 포함하는 휴대용 수소수 제조장치.