KR20170132302A - 알칼리수 전해조에서 사용하기 위한 다이어프램-전극 조립체 - Google Patents

알칼리수 전해조에서 사용하기 위한 다이어프램-전극 조립체 Download PDF

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KR20170132302A
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Abstract

본 발명은 알칼리성 전해질로 작동하는 물 전해조에 사용하기에 적합한, 다공성 가스-발생 전극 및 다공성 분리막 다이어프램으로 이루어진 조립체에 관한 것이다. 캐소드로서 배열되어 있는 상기 조립체의 가스-발생 전극 부재를 갖는 물 전해조는 99.8%를 초과하는 순도를 갖는 수소를 제조할 수 있게 한다.

Description

알칼리수 전해조에서 사용하기 위한 다이어프램-전극 조립체
본 발명은 수소 및 산소 가스를 제조하기 위한, 가성 소다(caustic soda) 또는 가성 칼리(caustic potash)와 같은 알칼리 용액의 전기분해에 관한 것이다.
본 발명은 공업용 알칼리수 전기분해(alkaline water electrolysis), 즉, 대규모의 고순도 수소 가스의 생산을 목적으로 하는, 가성 소다 또는 가성 칼리와 같은 알칼리성 전해질의 전기분해에 관한 것이다.
당업계에 공지된 물 전기분해 셀은 사용된 분리막(separator)에 따라 2개의 그룹, 즉, 기밀 이온교환 멤브레인(membrane)을 구비한 셀 및 다공성 다이어프램(diaphragm)을 구비한 셀로 분류될 수 있다.
멤브레인 셀은 일반적으로 수력학적으로 불투과성인 벽으로 작용하는 멤브레인의 기밀 특성으로 인해 고순도 수소를 생산할 수 있으며; 산소는 따라서 중합체 구조를 가로지르는 고체 상태 확산에 의해서만 캐소드 격실(cathodic compartment)로 침투할 수 있다. 반면, 수소의 대량 생산에 요구되는 높은 전류 밀도 영역(regime)에서 특히 유의미한 옴 강하(ohmic drop)에 영향을 받는, 이온교환 멤브레인의 사용과 관련된 몇 가지 심각한 단점이 있다. 저항성 패널티(resistive penalty)는, 대규모 시스템의 기계적 물성 및 치수 안정성 측면에서 요구되는 신뢰성을 보장하기 위해, 수성 상에서보다는 중합체 매트릭스에서의 이온 전도에 의존하는 물질의 고유 특성에서 기인할 뿐만 아니라 이러한 멤브레인에 PTFE 웹과 같은 내부 보강재(internal reinforcement)를 구비할 필요성에서 기인한다. 매립된 멤브레인에서의 두께를 증가시키는 것 외에도, 보강재 웹은 이온 이동에 사용할 수 있는 중합체 부분을 감소시키며; 이러한 두 가지 결합된 인자들의 불가피한 결과는 옴 강하를 추가로 증가시키는 것이다. 물 전기분해 셀에서 비-강화 멤브레인을 사용하는 것이 기술되었지만, 작동의 신뢰도 측면에서의 결과는 대체로 불만족스러운 것으로 입증되었다.
당업계에 공지된 다이어프램 셀은 상반되는 특성 및 단점을 나타낸다. 한편으로는 다이어프램의 내부 공극을 채우는 전해질은 매우 높은 전류 밀도에서도 훨씬 낮은 옴 강하로 작동할 수 있으며, 반면, 수소 순도는 다이어프램을 가로질러 이동하는 산소에 의해 상당히 불리해진다. 이러한 불편함은, 공극을 채우는 액체 상의 산소 확산 속도가 이온교환 멤브레인의 중합체 구조를 가로지르는 확산 속도보다 훨씬 크기 때문에 발생한다. 또한, 다이어프램 재료의 친수성과 소수성 사이의 균형의 결과로서, 다이어프램 공극의 특정 일부는 일반적으로 가스로 채워진다. 따라서, 저순도 수소의 생산은 모든 다공성 다이어프램 셀의 본질적인 특징이다.
다이어프램 셀에서 셀 전압을 낮추고 수소 생성물의 순도를 높이려는 시도에서, 페르마이렌(Vermeiren) 등의 문헌(Vermeiren et al., International Journal of Hydrogen Energy 34(2009), 9305-9315)에는 애노드, 다이어프램, 및 캐소드를 포함하는 단일 유닛으로서 캐스팅(casting)함으로써 수득된 전극 다이어프램 전극(Electrode Diaphragm Electrode)(EDE) 조립체(assembly)를 사용하는 것이 개시되어 있으며, 이때 상기 전극 성분은 캐스트(cast)이거나 부직(non-woven) 니켈 전극이다. 이러한 방식으로, 타당한 산소 순도를 갖는, 합리적으로 감소되고 안정한 셀 전압은 적절한 전류 밀도, 예를 들면, 2kA/㎡에서 수득될 수 있으나, 이러한 배열로는 높은 전류 밀도(예를 들면, 4kA/㎡)에서의 안정한 작동이 달성될 수 없으며, 수소 순도는 멤브레인 셀로 얻을 수 있는 순도와는 여전히 차이가 난다. 상기 페르마이렌 등의 문헌은, 이러한 현상은 작동하는 작업 조건과 성능 사이의 관계에 대한 이해 부족으로 인한 것이라고 하며, 전극 다공도가 증가되어야 한다는 사실을 시사한다.
따라서, 특히 대규모 수소 생산 분야에 있어서, 높은 전류 밀도 및 극히 낮은 전압에서 고순도 수소를 제공할 수 있는 물 전기분해 셀을 제공할 필요성이 입증되고 있다.
본 발명의 다양한 양태들은 첨부된 청구범위에 기재되어 있다.
본 발명의 하나의 양태에 따르면, 본 발명은 알칼리성 전해질로 작동하는 물 전해조에 사용하기에 적합한, 가스-발생 전극(gas-evolving electrode) 및 다공성 분리막 다이어프램, 임의로 중합체성 다이어프램으로 이루어진 조립체에 관한 것으로, 여기서, 다공성 네트워크에 분산된 무기 친수성 미립자를 포함하는 일반적으로 평면인 분리막 다이어프램의 하나의 주 표면 및 전도성 매트릭스에 분산된 전극촉매를 함유하는 100㎛ 미만의 공극 크기를 갖는 다공성 몸체로 이루어진 일반적으로 평면인 가스-발생 전극의 하나의 주 표면은 침투없이 상호 직접 접촉하여 배열된다. 하나의 양태에서, 다공성 몸체는 중간다공성(mesoporous) 또는 미세다공성(microporous) 몸체이다. 상기 페르마이렌 등의 문헌의 가정과는 달리, 촉매-활성화된 중간다공성 또는 미세다공성 몸체와 같은 매우 미세한 공극을 갖는 가스-발생 전극을 제공하면 물 관리 및 생성된 수소 순도 측면에서 유리한 것으로 입증되었다. 용어 "중간다공성 몸체"는 당해 문맥에서 2nm 내지 50nm의 기공 직경을 갖는 물질을 의미하는 것으로 사용된다. 용어 "미세다공성 몸체"는 당해 문맥에서 2nm 미만의 공극 직경을 갖는 물질을 의미하는 것으로 사용된다. 상기 정의는 로우퀘롤(Rouquerol) 등의 문헌[Rouquerol, J. et al. (1994). "Recommendations for the characterization of porous solids", Pure and Appl. Chem. 66: 1739-1758]에서 발표된 IUPAC 레퍼런스와 일치하며 이는 당업자에게 친숙하다. 용어 전극촉매(electrocatalyst)는 당해 문맥에서 수소 발생 반응(hydrogen evolution reaction)(HER)의 과전압을 저하시킬 수 있는 촉매를 의미하는 것으로 사용된다. 하나의 양태에서, 전극촉매는 백금족 원소 또는 이의 산화물 또는 화합물의 원소를 함유하는 지지되지 않거나 지지된(예를 들면, 탄소-지지된) 촉매이지만, 다른 전극촉매, 예를 들면, Ni 또는 Ni-Mo 합금을 기본으로 하는 전극촉매가 또한 사용될 수 있다. 본 발명자들은, 놀랍게도, 가스-발생 전극 부재가 상대 전극(counter electrode)으로서 종래 기술의 애노드 메쉬에 결합된, 수소-발생 전극으로 사용되는, 본 발명의 조립체를 구비한 다이어프램 셀이, 다이어프램 물 전기분해 셀에서 통상적인 전압에서, 멤브레인 물 전기분해 셀에서 통상적인 순도를 갖는 수소를 어떠한 확장성 문제도 없이 제조하는 것을 허용하는 것임을 밝혀내었다. 하나의 양태에서, 분리막 다이어프램 부재의 다공성 네트워크는 중합체성 네트워크이다. 하나의 양태에서, 분리막의 다공성 네트워크에 분산된 무기 친수성 미립자는 임의로 유기 결합제와 혼합된 지르코늄 산화물 재료를 포함한다. 이는, 전해질로 채워지도록 하기 위해 적절한 습윤능(이는 지르코늄 산화물에 의해 부여된다) 및 동시에 가스 방출, 기계적 및 화학적 안정성의 적합한 특성(이는 네트워크에 의해 그리고 PTFE 또는 PPS와 같은 플루오르화 중합체로 제조될 수 있는 임의의 유기 결합제에 의해 부여된다)을 제공할 필요가 있는 다이어프램 부재의 친수성 및 소수성의 미세 조정을 용이하게 한다는 이점을 가질 수 있다.
하나의 양태에서, 가스-발생 전극 부재에 함유된 전극촉매는 루테늄을, 예를 들면 지지되지 않은 이산화루테늄 또는 탄소-지지된 루테늄 또는 루테늄 산화물의 형태로 함유한다. 본 발명자들은 놀랍게도 루테늄계 촉매가, 통상적으로 사용되는 멤브레인 물 전기분해 셀 분야에서 귀금속의 바람직한 선택으로 통상 간주되는, 훨씬 더 고가인 백금보다 우수한 셀 전압 및 수소 순도의 조합을 허용한다는 것을 발견하였다. 가스-발생 전극 부재의 다공성 몸체는 금속성 및 전도성 탄소 재료의 범위에서 선택된 전도성 매트릭스를 가질 수 있다. 하나의 양태에서, 임의로 흑연화된 편성, 직조 또는 부직 탄소 천(carbon cloth)과 같은 카본 웹의 형태인 중간다공성 또는 미세다공성 몸체가 다공성 몸체로서 사용된다. 본 발명자들은 분리막 다이어프램 부재와의 밀접한 접촉을 보장하는 가요성 카본 웹이 일반적으로 소결 금속 또는 금속 천과 같은 금속성 부재보다 우수한 성능을 보임을 관찰하였다. 가스-발생 전극 부재의 다공성 몸체는 바람직하게는 중합체 성분이 없어야 하며, 전극의 다공성 몸체 내의 중합체 성분의 존재와 관련된 전기 저항(electrical resistivity) 및 취성(brittleness)의 본질적인 증가 외에도, 중합체 성분은 또한 다이어프램 부재 내로 전극 성분의 일부 상호침투(interpenetration)를 선호하는 경향이 있는 것으로 관찰되었다. 이러한 조건에서, 안정된 조건에서 달성될 수 있는 최대 전류 밀도는 감소하고 셀 전압은 일반적으로 증가하는 경향이 있다.
하나의 양태에서, 전극촉매는 가스-발생 전극 체내에 균일하게 분산되지 않으며, 당해 분포는 대신 구배를 제공하고, 이때 최대 촉매 농도는 분리막 다이어프램 부재와 접촉하는 표면에 상응한다. 다공성 몸체 내부로의 촉매의 침투가 수소 순도 증대의 관점에서 유익한 것으로 밝혀진 한편, 다이어프램을 마주하는 표면을 향하고 있는 더 높은 농도의 촉매를 제공하는 것이 셀 전압의 개선에 더 효과적인 것으로 밝혀졌다. 하나의 양태에서, 본 발명에 따른 가스-발생 전극 부재는 200 내지 500㎛ 두께의 미세다공성 탄소 천 내부에 분산된 1 내지 20g/㎡의 루테늄 촉매를 함유하며, 이때 촉매 담지량의 적어도 80%는 분리막 다이어프램 부재와 마주하는 면에 대응하는 10㎛ 내지 20㎛ 두께의 층에 가두어진다. 그러나, 당업자는 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 전극 두께를 가로지르는 다른 적합한 촉매 분포를 발견할 수 있다. 하나의 양태에서, 분리막 다이어프램 부재와 직접 접촉하는 가스-발생 전극 부재의 표면은 이오노머의 층, 예를 들면 이.아이. 듀 폰 드 네모어 앤드 캄파니(E.I. du Pont de Nemours and Company)에 의해 판매되는 Nafion® 퍼플루오로설폰화 이온교환 용액의 침착에 의해 수득된 필름으로 코팅된다. 이는 전극 표면의 소수성 및 친수성 사이의 균형 조정을 돕는다는 2중의 이점을 가질 수 있어, 완전한 플러딩(flooding)에 도달하지 않고도 촉매 입자의 최적의 습윤이 보장되는 한편, 추가로 가스-발생 전극과 분리막 다이어프램 부재의 부분적 상호침투를 방지하는 것을 도울 수 있다. 본 발명에 따른 조립체는 전술한 바와 같이 분리막 다이어프램과 가스-발생 전극을 함께 고온 가압함으로써 제조될 수 있으며; 독립된 불침투형 조립체를 얻기 위한 적합한 온도 및 압력 조건은 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 또 다른 양태에서, 조립체는, 물 전기분해 셀 내에서 밀접하게 접촉하고 있는 2개의 부재를 개별적으로 조립하고 조임 압력(tightening pressure) 및 작동 온도에 의존하여 단 몇 시간 만에 효율적인 조립체를 얻음으로써, 동일 반응계에서 얻을 수 있다. 광범위한 캠페인 과정에서 시험된 모든 조립체에 대해 0.1 내지 0.25kg/㎠의 조임 압력과 70 내지 90℃의 작동 온도가 적합한 조건인 것으로 밝혀졌다.
또 다른 측면하에, 본 발명은 전술한 바와 같은 하나의 가스-발생 전극 및 하나의 다공성 분리막 다이어프램의 조립체를 함유하는 분리된 전기분해 셀들의 스택(stack)으로 구성된 알칼리수 전해조에 관한 것으로, 이때 가스-발생 전극은 캐소드로서 배열되며, 타이 로드(tie rod) 또는 유압 잭(hydraulic jack)과 같은 적합한 조임 수단과 결합된 내부 탄성 압력 분배기(internal elastic pressure distributor), 예를 들면 금속 매트 또는 발포체에 의해, 0.1 내지 0.25kg/㎠의 조임 압력이 상기 조립체의 주 표면에 인가된다. 전해 셀은 층상(laminar), 필터 프레스형의 양극성 스택(bipolar stack) 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 유형의 모듈식 배열로 배열될 수 있다. 하나의 양태에서, 셀은 가스-발생 전극 부재의 반대쪽에서 조립체와 마주하는 메쉬로 이루어진 애노드를 또한 구비하며; 분리막 다이어프램 부재로부터 수 밀리미터만큼 이격되어 있을 수 있는 애노드 메쉬는 산소 발생 반응(oxygen evolution reaction)(OER)의 과전압을 감소시키는 데 적합한 전극촉매로 임의로 코팅된, 금속성 메쉬, 예를 들면 니켈 메쉬일 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 전류 정류기(current rectifier) 또는 다른 직접적인 전원(power source)에 연결된 전해조에 알칼리성 전해질을 공급하고 통상 1 내지 12kA/㎡의 전류 밀도 범위에서 직류를 인가하는 것을 포함하는, 99.8%를 초과하고 바람직하게는 99.9%를 초과하는 순도를 갖는 수소를 제조하는 방법에 관한 것이다. 하나의 양태에서, 알칼리성 전해질은 5 내지 30중량% 농도의 가성 소다 또는 가성 칼리 용액이다.
하기 실시예는 본 발명의 특정 양태들을 입증하기 위해 포함되며, 이들의 실행가능성은 청구된 범위의 값에서 대체로 실증되었다. 하기 실시예에 개시된 조성물 및 기술은 본 발명의 실행시 잘 기능하기 위해 본 발명자들에 의해 발견된 조성물 및 기술을 나타낸다는 것을 당업자는 이해해야 하지만, 당업자는, 본원 기재사항을 고려하여, 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서도 개시된 특정 양태들에서 다수의 변화가 이루어질 수 있고 여전히 비슷하거나 유사한 결과를 얻을 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명에 따른 일련의 조립체는 실험용 테스트 전해조에서 특성화되었다. 전해조는 상응하는 셀 프레임에 결합된 2개의 니켈 종판(end plate)으로 이루어지며, 상기 종판 중의 하나로 삽입된 플라스틱 가이드 로드(guide rod)의 도움으로 정렬된다. 나머지 부재들은, 제1 플라스틱 단자 프레임(terminal frame) 및 이어서 니켈 애노드 단자판이 적층되고, 그 위에, 내부에 포함된 제1 애노드와 탄성 다공성 전류 분배기(resilient porous current distributor)를 갖는 제1 애노드 프레임이 필터 프레스 기하구조에 따라 적층되어 조립된다. 그 다음, 분리막 다이어프램 부재가 배치되고, 이어서 캐소드 프레임 및 가스-발생 전극 부재가 배치된다. 이어서 니켈 양극판(bipolar plate)이 제1 기본 셀(elementary cell)을 구분하도록 배치되고 작업의 전체 사이클이 후속 기본 셀들에 대해 반복된다. 최종 캐소드 프레임 및 가스-발생 전극 부재가 배치된 후, 니켈 캐소드 단자판이 배열되고, 이어서 최종 플라스틱 단자 프레임 및 대향 종판이 배열된다. 마지막으로 전해조가 밀봉되고 스테인리스 스틸 타이 로드에 의해 조여진다. 테스트 캠페인을 위해, 코팅되지 않은 니켈 메쉬로 이루어진 애노드가 모든 경우에 사용되었다. 상기 조립된 전해조는, 동일한 출발 조성을 갖는 2개의 독립적인 재순환 전해질이 2개의 개별 펌프에 의해 구동되는 플랜트에 연결되었다. 이와 같이 구획된 재순환 루프(loop)들 각각은 가스 분리 챔버를 가지며, 이는 열교환기로 배출된다.
실시예 1
폴리페닐렌 설파이드(PPS) 네트워크에 매립되어 있고 평균 크기 1㎛의 지르코늄 산화물 입자를 갖는 500㎛ 두께의 분리막 다이어프램 부재를 400㎛ 두께의 미세다공성 탄소 천에 분산되어 있고 5g/㎡의 카본 블랙-지지된 루테늄(40% Ru/C)을 함유한 가스-발생 전극 부재와 결합시켜, 4개의 기본 셀을 조립하였다. 분포 구배가 수득되어 촉매 담지량의 90%가 최외측 20㎛ 두께 층에 가두어지고, 이어서 5g/㎡의 Nafion® 층으로 코팅되며, 상기 Nafion® 코팅면은 분리막 다이어프램 부재와 직접 접촉하여 나중에 배열된 것이었다. 이에 따라 수득된 전해조에 25중량%의 KOH를 양쪽 면으로부터 공급하고, 80℃에서 예열하고, 상기 셀에 직류 전류를 인가하였다. 수소 가스는 캐소드액(catholyte) 루프로부터 분석하였으며 이의 순도는 산소 함량 측면에서 결정하였다. 4kA/㎡에 해당하는 25.2A의 전류를 공급하여 1.71V의 셀 전압이 수득되고 99.98%의 수소 순도가 검출되었다.
실시예 2
가스-발생 전극 부재의 촉매가 5g/㎡의 카본 블랙-지지된 백금(30% Pt/C)이었음을 제외하고는, 동일한 조건에서 동일한 부재를 사용하여 실시예 1의 시험을 반복하였다. 1.72V의 셀 전압 및 99.95%의 수소 순도가 수득되었다.
실시예 3
사용된 분리막 다이어프램 부재의 두께가 200㎛이었음을 제외하고는, 동일한 조건에서 동일한 부재를 사용하여 실시예 1의 시험을 반복하였다. 1.70V의 셀 전압 및 99.95%의 수소 순도가 수득되었다.
실시예 4
사용된 분리막 다이어프램 부재의 두께가 120㎛이었음을 제외하고는, 동일한 조건에서 동일한 부재를 사용하여 실시예 2의 시험을 반복하였다. 1.72V의 셀 전압이 또한 수득되었고 99.89%의 수소 순도가 수득되었다.
실시예 5
가스-발생 전극 부재 내의 40% Ru/C 촉매가 10 내지 50㎛의 공극 크기 분포를 갖는 400㎛ 두께의 거대다공성(macroporous) 탄소 천에 분산되었음을 제외하고는, 동일한 조건에서 동일한 부재를 사용하여 실시예 1의 시험을 반복하였다. 1.79V의 셀 전압이 수득되었고 99.90%의 수소 순도가 검출되었다.
실시예 6
가스-발생 전극 부재의 촉매가 탄소 천의 두께에 걸쳐 균등하게 분포되었음을 제외하고는, 동일한 조건에서 동일한 부재를 사용하여 실시예 1의 시험을 반복하였다. 1.76V의 셀 전압이 수득되었고 99.98%의 수소 순도가 검출되었다.
대조실시예 1
가스-발생 전극 부재가 1mm 폭의 개구를 갖고 12g/㎡의 Ru 촉매로 활성화되는 니켈 메쉬로 대체되었음을 제외하고는, 동일한 조건에서 동일한 부재를 사용하여 실시예 2의 시험을 반복하였다. 1.72V의 셀 전압 및 97.13%의 수소 순도가 수득되었다.
대조실시예 2
분리막 다이어프램 부재가 200㎛ 두께의 PTFE-보강된 Nafion® N438 멤브레인으로 대체되었음을 제외하고는, 동일한 조건에서 동일한 부재를 사용하여 실시예 2의 시험을 반복하였다. 1.99V의 셀 전압 및 98.9%의 수소 순도가 수득되었다.
전술한 설명은 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니며, 본 발명은 이의 범위를 벗어나지 않으면서 상이한 양태에 따라 사용될 수 있고, 이의 범주는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정된다.
본 출원의 명세서 및 청구범위 전체를 통해, 용어 "포함하다(comprise)" 및 이의 변형태인 "포함하는(comprising)"과 "포함하다(comprises)"는 기타 부재, 성분 또는 추가의 공정 단계의 존재를 배제하고자 하지 않는다. 문헌, 수행, 재료, 장치, 논문 등의 논의는 본 발명을 위한 맥락을 제공할 목적으로만 본 명세서에 포함된다. 이들 중의 어느 것도 또는 전부가 선행 기술의 근간의 일부를 형성하거나 본 출원의 각각의 청구항의 우선일 전에 본 발명의 관련 분야에서의 일반적인 상식임을 시사하거나 나타내지 않는다.

Claims (10)

  1. 하나의 가스-발생 전극(gas-evolving electrode) 및 하나의 다공성 분리막 다이어프램(porous separator diaphragm)으로 이루어진 조립체(assembly)로서,
    - 상기 분리막 다이어프램은 다공성 네트워크에 분산된 무기 친수성 미립자를 포함하고;
    - 상기 가스-발생 전극은, 내부에 분산된 전극촉매(electrocatalyst)를 갖는 전도성 매트릭스를 포함하는 100㎛ 미만의 공극 크기를 갖는 다공성 몸체이고;
    - 상기 가스-발생 전극은 상기 분리막 다이어프램을 침투하지 않고 직접 접촉하는 표면을 갖는, 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분리막 다이어프램의 상기 다공성 네트워크가 중합체로 제조되고, 상기 무기 친수성 미립자가 지르코늄 산화물을 포함하는, 조립체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극촉매가 탄소-지지된 루테늄 또는 루테늄 산화물인, 조립체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 몸체가 중간다공성(mesoporous) 또는 미세다공성(microporous) 몸체인, 조립체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 분산된 전극촉매의 농도가 상기 분리막 다이어프램과 직접 접촉하는 상기 가스-발생 전극의 상기 표면에 상응하는 최대 값을 갖는 두께를 따른 구배를 갖는, 조립체.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 분리막 다이어프램과 직접 접촉하는 상기 가스-발생 전극의 상기 표면이 이오노머 층(ionomer layer)으로 코팅되는, 조립체.
  7. 알칼리수 전해조(electrolyser)로서,
    - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 하나의 가스-발생 전극과 하나의 다공성 분리막 다이어프램의 조립체 및
    - 상기 다공성 분리막 다이어프램의 측면 상에 배열된, 상기 조립체를 향한 애노드 메쉬
    를 함유하는 적어도 하나의 전기분해 셀을 포함하고,
    상기 가스-발생 전극이 캐소드로서 배열되고 0.10 내지 0.25kg/㎠의 조임 압력(tightening pressure)이 상기 조립체의 주 표면 상에 적용되는, 알칼리수 전해조.
  8. 제7항에 있어서, 상기 애노드 메쉬가 촉매로 코팅되는, 전해조.
  9. 제7항 또는 제8항에 따른 전해조에 알칼리성 전해질을 공급하고 직류를 인가하는 단계를 포함하는, 99.8%를 초과하는 순도를 갖는 수소를 제조하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 알칼리성 전해질이 5 내지 30중량%의 NaOH 또는 KOH인, 방법.
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