KR20180020763A - Electrochemical reduction apparatus of carbon dioxide and/or carbon monoxide and electrochemical reduction method of carbon dioxide and/or carbon monoxide using the apparatus - Google Patents

Electrochemical reduction apparatus of carbon dioxide and/or carbon monoxide and electrochemical reduction method of carbon dioxide and/or carbon monoxide using the apparatus Download PDF

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KR20180020763A
KR20180020763A KR1020160105626A KR20160105626A KR20180020763A KR 20180020763 A KR20180020763 A KR 20180020763A KR 1020160105626 A KR1020160105626 A KR 1020160105626A KR 20160105626 A KR20160105626 A KR 20160105626A KR 20180020763 A KR20180020763 A KR 20180020763A
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윤경병
이은주
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서강대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to an electrochemical reduction device for carbon dioxide and/or carbon monoxide, which operates by periodically switching a direction of current and/or polarity of voltage applied to a working electrode and a counter electrode, respectively. The present invention further relates to an electrochemical reduction method for carbon dioxide and/or carbon monoxide using the electrochemical reduction device.

Description

이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치, 및 상기 장치를 이용한 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 방법{ELECTROCHEMICAL REDUCTION APPARATUS OF CARBON DIOXIDE AND/OR CARBON MONOXIDE AND ELECTROCHEMICAL REDUCTION METHOD OF CARBON DIOXIDE AND/OR CARBON MONOXIDE USING THE APPARATUS}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to an electrochemical reduction apparatus for carbon dioxide and / or carbon monoxide, and an electrochemical reduction method for carbon dioxide and / or carbon monoxide using the apparatus. USING THE APPARATUS}

본원은, 작업전극과 상대전극 각각에 인가되는 전압의 극성, 및/또는 전류의 방향을 주기적으로 스위칭시켜 작동하는 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치, 및 상기 환원 장치를 이용한 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrochemical reduction apparatus for carbon dioxide and / or carbon monoxide, which is operated by periodically switching the polarity of a voltage applied to each of a working electrode and a counter electrode and / or a direction of a current, and an apparatus for reducing carbon dioxide and / To a method for electrochemical reduction of carbon monoxide.

지구상의 탄소를 기반으로 한 물질들은 여러 형태로 탄소순환을 형성하며 일정한 양을 유지하고 균형을 이루고 있다. 하지만 탄소순환을 형성하는 물질 중 하나인 대기 중 이산화탄소(CO2)의 증가로 인해 이러한 균형이 깨지고 있다.Carbon-based materials on the Earth form carbon cycles in many forms and maintain a certain amount and balance. However, this balance is breaking due to the increase in atmospheric carbon dioxide (CO 2 ), one of the carbon-forming substances.

대기 중 이산화탄소의 농도 증가는 산업화 이후 증가된 이산화탄소 배출량이 원인으로서, 이산화탄소 배출량은 1965 년(약 120 억 톤) 처음 관측한 이후, 계속 증가하여 2012 년 기준 연간 약 340 억 톤 이상의 이산화탄소가 대기로 배출되고 있으며, 지금과 같이 화석연료에 대부분의 에너지를 의존하는 구조에서 이산화탄소 배출량의 증가는 지속될 것으로 예상된다.The increase in atmospheric carbon dioxide concentration is caused by the increased carbon dioxide emissions since industrialization. Since the first observation of carbon dioxide emissions in 1965 (about 12 billion tons), the carbon dioxide emissions continue to increase, reaching around 34 billion tons of carbon dioxide And the increase in CO2 emissions is expected to continue in a structure that depends on most energy for fossil fuels as it is now.

위와 같이 대기 중에 급속한 이산화탄소의 증가의 위험성을 인식하면서 전세계적으로 대기 중 이산화탄소를 제거하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 상기 이산화탄소를 제거하기 위한 방법으로서 이산화탄소의 촉매적 환원, 전기화학적 환원 등에 의해 수소 등을 제조하는 연구가 진행되어 오고 있다. Research on the removal of atmospheric carbon dioxide is being actively carried out around the world, recognizing the danger of the rapid increase of carbon dioxide in the atmosphere. As a method for removing the carbon dioxide, research has been conducted to produce hydrogen or the like by catalytic reduction of carbon dioxide, electrochemical reduction or the like.

이와 관련하여, 대한민국 등록특허 제10-0856569호는 촉매화학적 방법을 통해 이산화탄소를 초산, 폴리카보네이트 등으로 전환하는 것에 대하여 개시하고 있다. In this regard, Korean Patent No. 10-0856569 discloses the conversion of carbon dioxide into acetic acid, polycarbonate, etc. through a catalytic chemical method.

그러나, 이산화탄소의 전기화학적 환원에 의해 수소 외에 다른 유용한 화합물을 상대적으로 높은 선택도와 수율로 제조하는 기술에 대한 개발이 여전히 요구되고 있다.However, there is still a need to develop a technique for producing hydrogen and other useful compounds at a relatively high selectivity and yield by electrochemical reduction of carbon dioxide.

본원은, 작업전극과 상대전극 각각에 인가되는 전압의 극성, 및/또는 전류의 방향을 주기적으로 스위칭시켜 작동하는 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치, 및 상기 환원 장치를 이용한 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 방법을 제공한다.The present invention relates to an electrochemical reduction apparatus for carbon dioxide and / or carbon monoxide, which is operated by periodically switching the polarity of a voltage applied to each of a working electrode and a counter electrode and / or a direction of a current, and an apparatus for reducing carbon dioxide and / Thereby providing an electrochemical reduction method of carbon monoxide.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 작업전극을 포함하는 환원전극부와 상대전극을 포함하는 산화전극부; 상기 환원전극부에 이산화탄소 및/또는 반응물을 공급하는 제 1 챔버; 상기 산화전극부에 필요한 경우 캐리어 가스를 공급하는 선택적인 제 2 챔버; 및 상기 작업전극과 상기 상대전극 각각에 전압 및 전류를 인가하기 위한 전원공급장치를 포함하며, 상기 작업전극과 상기 상대전극 각각에 인가되는 전압의 극성, 및/또는 상기 전류의 방향이 주기적으로 스위칭되는 것인, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치를 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus including: an oxidation electrode unit including a reduction electrode unit including a working electrode and a counter electrode; A first chamber for supplying carbon dioxide and / or a reactant to the reduction electrode unit; An optional second chamber for supplying carrier gas to the oxidation electrode portion if necessary; And a power supply for applying a voltage and a current to the working electrode and the counter electrode, respectively, wherein a polarity of a voltage applied to the working electrode and the counter electrode, and / or a direction of the current are periodically switched Carbon monoxide and / or carbon monoxide.

본원의 제 2 측면은, 작업전극을 포함하는 환원전극부와 상대전극을 포함하는 산화전극부를 포함하는 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치에서 상기 환원전극부에 이산화탄소 및/또는 반응물을 공급하고, 선택적으로, 상기 산화전극부에 캐리어 가스를 공급하는 것, 및 상기 작업전극과 상기 상대전극 각각에 인가되는 전압의 극성, 및/또는 상기 전류의 방향을 주기적으로 스위칭하여 상기 환원전극부에 공급되는 이산화탄소 및/또는 일산화탄소를 환원시키는 것을 포함하는, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 방법을 제공한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided an electrochemical reduction apparatus for carbon dioxide and / or carbon monoxide comprising a reducing electrode portion including a working electrode and an oxidizing electrode portion including a counter electrode, and supplies carbon dioxide and / or a reactant to the reducing electrode portion And selectively supplying a carrier gas to the oxidation electrode unit and switching the polarity of the voltage applied to the working electrode and the counter electrode and / or the direction of the current to the reduction electrode unit Carbon monoxide and / or carbon monoxide, comprising reducing carbon dioxide and / or carbon monoxide.

본원의 일 구현예에 의하여, 상기 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치에서 상기 작업전극 및 상대전극에 인가되는 전압의 극성, 및/또는 전류의 방향을 주기적으로 스위칭 함으로써 생성물의 조성 중 상대적으로 부가가치가 낮은 수소의 비율을 줄일 수 있고, 상대적으로 부가가치가 높은 탄소를 함유한 물질들의 비율이 증가될 수 있다. 특히, 상기 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원에 의한 생성물로서 상온에서 액체로 존재하는 알콜류를 수득할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in the electrochemical reduction apparatus for carbon dioxide and / or carbon monoxide, the polarity of the voltage applied to the working electrode and the counter electrode and / or the direction of the current are periodically switched, The proportion of low value added hydrogen can be reduced, and the proportion of materials containing relatively high value-added carbon can be increased. In particular, alcohols present as liquids at room temperature can be obtained as the product of the electrochemical reduction of carbon dioxide and / or carbon monoxide.

도 1은, 본원의 일 구현예에 있어서, 인가되는 전압 및/또는 전류의 스위칭을 이용하는 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 배치(batch)식 전기화학적 환원 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는, 비교예로서, 인가되는 전압 및/또는 전류의 스위칭이 없는 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 배치(batch)식 전기화학적 환원 장치를 나타낸 개략도이다.
도 3은, 본원의 일 구현예에 있어서, 인가되는 전압 및/또는 전류의 스위칭을 이용하는 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 순환식 전기화학적 환원 장치를 나타낸 개략도이다.
도 4는, 비교예로서, 인가되는 전압 및/또는 전류의 스위칭이 없는 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 순환식 전기화학적 환원 장치를 나타낸 개략도이다.
도 5는, 본원의 일 구현예에 있어서, 인가되는 전압 및/또는 전류의 스위칭을 이용하는 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 PEM형 시스템 전기화학적 환원 장치를 나타낸 개략도이다.
도 6은, 비교예로서, 인가되는 전압 및/또는 전류의 스위칭이 없는 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 PEM형 시스템 전기화학적 환원 장치를 나타낸 개략도이다.
도 7은, 본원의 실시예 및 비교예에 있어서, 각각의 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치를 이용할 경우 주 생성물과 부 생성물을 나타낸 개략도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a schematic diagram showing a batch electrochemical reduction apparatus of carbon dioxide and / or carbon monoxide, using an applied voltage and / or current switching, in one embodiment of the invention.
2 is a schematic diagram showing a batch type electrochemical reduction apparatus of carbon dioxide and / or carbon monoxide as a comparative example without switching of applied voltage and / or current.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a circulating electrochemical reduction apparatus for carbon dioxide and / or carbon monoxide using switching of an applied voltage and / or current, in one embodiment of the present invention. FIG.
Fig. 4 is a schematic diagram showing a circulating electrochemical reduction apparatus of carbon dioxide and / or carbon monoxide as a comparative example without switching of applied voltage and / or current.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a PEM type system electrochemical reduction apparatus of carbon dioxide and / or carbon monoxide utilizing switching of applied voltage and / or current, in one embodiment of the present invention.
Fig. 6 is a schematic view showing, as a comparative example, a PEM type system electrochemical reduction apparatus of carbon dioxide and / or carbon monoxide without switching of applied voltage and / or current.
Fig. 7 is a schematic view showing main products and by-products when the electrochemical reduction apparatus of each carbon dioxide and / or carbon monoxide is used in the examples and the comparative examples of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is " on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The terms "about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) "or" step "used to the extent that it is used throughout the specification does not mean" step for.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term " combination thereof " included in the expression of the machine form means one or more combinations or combinations selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the machine form, And the like.

본원의 제 1 측면은, 작업전극을 포함하는 환원전극부와 상대전극을 포함하는 산화전극부; 상기 환원전극부에 이산화탄소 및/또는 반응물을 공급하는 제 1 챔버; 상기 산화전극부에 필요한 경우 캐리어 가스를 공급하는 선택적인 제 2 챔버; 및 상기 작업전극과 상기 상대전극 각각에 전압 및 전류를 인가하기 위한 전원공급장치를 포함하며, 상기 작업전극과 상기 상대전극 각각에 인가되는 전압의 극성, 및/또는 상기 전류의 방향이 주기적으로 스위칭되는 것인, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치를 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus including: an oxidation electrode unit including a reduction electrode unit including a working electrode and a counter electrode; A first chamber for supplying carbon dioxide and / or a reactant to the reduction electrode unit; An optional second chamber for supplying carrier gas to the oxidation electrode portion if necessary; And a power supply for applying a voltage and a current to the working electrode and the counter electrode, respectively, wherein a polarity of a voltage applied to the working electrode and the counter electrode, and / or a direction of the current are periodically switched Carbon monoxide and / or carbon monoxide.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 작업전극과 상기 상대전극 각각에 인가되는 전압의 극성과 크기, 및/또는 상기 전류의 방향과 세기가 주기적으로 스위칭될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the polarity and magnitude of the voltage applied to the working electrode and the counter electrode, respectively, and / or the direction and intensity of the current may be periodically switched.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전기화학적 환원 장치를 이용하여 상기 이산화탄소의 환원 반응 도중 생성된 일산화탄소가 상기 전기화학적 환원 장치 내에서 환원될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the carbon monoxide generated during the reduction reaction of carbon dioxide using the electrochemical reduction apparatus may be reduced in the electrochemical reduction apparatus.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 작업전극 및 상대전극은 각각 독립적으로 금속, 합금, 비금속, 상기 금속 또는 합금의 산화물, 황화물, 인화물, 질화물, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the working electrode and the counter electrode each independently comprise a material selected from the group consisting of a metal, an alloy, a non-metal, an oxide of the metal or alloy, a sulfide, a phosphide, a nitride, .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 작업전극 및 상대전극의 물질이 금속일 경우, 상기 금속은 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 납(Pb), 철(Fe), 코발트(Co), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 니켈(Ni), 주석(Sn), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 원소를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, when the material of the working electrode and the counter electrode is a metal, the metal may be selected from the group consisting of copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pb), Fe (Fe), Co, Ir, Rh, Ni, Sn, and combinations thereof. But is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 작업전극 및 상대전극의 물질이 비금속일 경우, 상기 비금속은 그래파이트, 그래파이트 성 카본(graphitic carbon), 그래핀, Fe-도핑 카본(Fe-doped carbon), N-도핑 카본(N-doped carbon), 기능성 분자에 의해 개질된 카본, 카본나노튜브, 메조동공 카본, 보론-질소 화합물, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, when the material of the working electrode and the counter electrode is a non-metal, the non-metal may include graphite, graphitic carbon, graphene, Fe-doped carbon, N- But may include materials selected from the group consisting of N-doped carbon, carbon modified by functional molecules, carbon nanotubes, mesoporous carbon, boron-nitrogen compounds, and combinations thereof. But is not limited to.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나열한 작업전극 및 상대전극 각각의 물질들은 서로 균일 또는 불균일하게 혼합(blend)될 수 있고, 적층된 구조일 수 있다. 또한, 상기 물질들은 입자형태일 수 있으며 다양한 크기를 가질 수 있고, 다양한 구조로서 혼합될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the materials of the working electrode and the counter electrode may be uniformly or non-uniformly blended with each other, and may be a laminated structure. In addition, the materials may be in the form of particles and may have various sizes and may be mixed as various structures.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이산화탄소의 전기화학적 환원 장치는 상기 환원전극부에 위치되는 기준전극을 추가로 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electrochemical reduction apparatus for carbon dioxide may further include a reference electrode positioned at the reduction electrode unit.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 환원전극부와 산화전극부에 주입되는 전해질 용액은 각각 독립적으로 바이카보네이트(bicarbonate) 용액, 카보네이트(carbonate) 용액, 인산염(phosphate) 용액, 이인산염(biphosphate) 용액, 보레이트(borate) 용액, 이온성 액체(ionic liquid), 황산 용액, 인산 용액, 알칼리 용액, 완충 용액, 용융염, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 전해질 용액을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the electrolyte solution injected into the reducing electrode portion and the oxidizing electrode portion is independently a bicarbonate solution, a carbonate solution, a phosphate solution, a biphosphate solution A borate solution, an ionic liquid, a sulfuric acid solution, a phosphoric acid solution, an alkali solution, a buffer solution, a molten salt, and combinations thereof. But is not limited to.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 환원전극부 및 산화전극부는 멤브레인에 의하여 서로 분리될 수 있으며, 상기 멤브레인은 양이온 교환막, 음이온 교환막, 염다리, 다공성 유리, 세라믹, 금속, 금속산화물, 고분자-나노입자 혼합막, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 멤브레인을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 고분자-나노입자 혼합막은 한 쪽 전극부에서 생성된 유기물이 다른 쪽 전극부에 투과(crossover)하여 들어가지 못하도록 나노입자로서 강화시킨 막일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the reducing electrode portion and the oxidizing electrode portion may be separated from each other by a membrane, and the membrane may be a cation exchange membrane, anion exchange membrane, brassiere, porous glass, ceramic, metal, metal oxide, But are not limited to, membranes selected from the group consisting of membranes, membranes, and combinations thereof. For example, the polymer-nanoparticle mixed membrane may be a nanoparticle-reinforced membrane such that the organic matter generated at one electrode portion can not penetrate into the other electrode portion.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 작업전극 및 상대전극의 물질이 모두 구리일 경우, 상기 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치는 멤브레인을 포함하지 않을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In an embodiment of the present invention, when the working electrode and the counter electrode are both made of copper, the electrochemical reduction apparatus for the carbon dioxide and / or carbon monoxide may not include the membrane, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이산화탄소와 함께 주입되는 상기 반응물은 전기화학적으로 반응하는 화합물이면 특별히 제한이 없으며, 예를 들어, 물, 일산화탄소, 화학 첨가제(chemical additives), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the reactant injected together with the carbon dioxide is not particularly limited as long as it is an electrochemically reactive compound, for example, water, carbon monoxide, chemical additives, and combinations thereof And the like.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 산화전극부에 선택적으로 공급되는 상기 캐리어 가스는, 예를 들어, 이산화탄소, 공기, 수소, 헬륨, 질소, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 가스를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the invention, the carrier gas selectively supplied to the oxidation electrode portion includes a gas selected from the group consisting of, for example, carbon dioxide, air, hydrogen, helium, nitrogen, and combinations thereof , But is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이산화탄소의 전기화학적 환원 장치에서 환원 반응에 의해 생성되는 생성물은 상기 반응물에 따라 상이할 수 있으며, 예를 들어, 수소, 일산화탄소, 탄화수소류, 알콜류, 알데하이드류, 유기산류, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the product produced by the reduction reaction in the carbon dioxide electrochemical reduction apparatus may be different depending on the reactants, for example, hydrogen, carbon monoxide, hydrocarbons, alcohols, aldehydes, And combinations thereof. ≪ RTI ID = 0.0 > [0040] < / RTI >

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탄화수소류는, 예를 들어, 탄소수 1 내지 10, 1 내지 8, 1 내지 6, 1 내지 4, 또는 1 내지 2인 탄화수소류일 수 있고, 상기 알콜류는, 예를 들어, ROH (R은 탄소수 1 내지 10, 1 내지 8, 1 내지 6, 1 내지 4, 또는 1 내지 2인 알킬기임)로서 표시되는 알콜류일 수 있으며, 상기 알데하이드류는, 예를 들어, R´CHO (R´은 탄소수 1 내지 10, 1 내지 8, 1 내지 6, 1 내지 4, 또는 1 내지 2인 알킬기임)로서 표시되는 알데하이드류일 수 있다. 또한, 상기 유기산류는, 예를 들어, R˝COOH (R˝은 탄소수 1 내지 10, 1 내지 8, 1 내지 6, 1 내지 4, 또는 1 내지 2인 알킬기임)로서 표시되는 유기산류일 수 있다. In one embodiment of the invention, the hydrocarbons may be, for example, hydrocarbons having 1 to 10, 1 to 8, 1 to 6, 1 to 4, or 1 to 2 carbon atoms, For example, the aldehydes may be, for example, R ', wherein R' is an alcohol represented by ROH, wherein R is an alkyl group having 1 to 10, 1 to 8, 1 to 6, 1 to 4, or 1 to 2 carbon atoms, CHO (R 'is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, 1 to 8, 1 to 6, 1 to 4, or 1 to 2 carbon atoms). The organic acids may be, for example, organic acids represented by R " COOH (R " is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, 1 to 8, 1 to 6, 1 to 4, or 1 to 2 carbon atoms) .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 작업전극 및 상대전극에 각각 인가되는 전압은 각각 약 -10 V 내지 약 -1 V, 및 약 0.5 V 내지 약 10 V일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 작업전극에 인가되는 전압은 약 -10 V 내지 약 -1 V, 약 -8 V 내지 약 -1 V, 약 -6 V 내지 약 -1 V, 약 -4 V 내지 약 -1 V, 약 -2 V 내지 약 -1 V, 약 -10 V 내지 약 -2 V, 약 -10 V 내지 약 -4 V, 약 -10 V 내지 약 -6 V, 또는 약 -10 V 내지 약 -8 V일 수 있고; 상기 상대전극에 인가되는 전압은 약 0.5 V 내지 약 10 V, 약 1 V 내지 약 10 V, 약 3 V 내지 약 10 V, 약 5 V 내지 약 10 V, 약 7 V 내지 약 10 V, 약 9 V 내지 약 10 V, 약 0.5 V 내지 약 9 V, 약 0.5 V 내지 약 7 V, 약 0.5 V 내지 약 5 V, 약 0.5 V 내지 약 3 V, 또는 약 0.5 V 내지 약 1 V일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the invention, the voltages applied to the working electrode and the counter electrode, respectively, may be about -10 V to about -1 V, and about 0.5 V to about 10 V, but are not limited thereto. For example, the voltage applied to the working electrode may range from about -10 V to about -1 V, from about -8 V to about -1 V, from about -6 V to about -1 V, from about -4 V to about -1 V, about -2 V to about -1 V, about -10 V to about -2 V, about -10 V to about -4 V, about -10 V to about -6 V, or about -10 V to about- 8 V; The voltage applied to the counter electrode may range from about 0.5 V to about 10 V, from about 1 V to about 10 V, from about 3 V to about 10 V, from about 5 V to about 10 V, from about 7 V to about 10 V, from about 9 From about 0.5 V to about 7 V, from about 0.5 V to about 5 V, from about 0.5 V to about 3 V, or from about 0.5 V to about 1 V, But is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 작업전극 및 상대전극 각각에 인가되는 전압의 크기는 서로 다를 수 있다. 또한, 상기 전기화학적 환원 장치가 기준전극을 포함하지 않을 경우 상기 작업전극 및 상대전극 각각에 스위칭되어 인가되는 전압의 기준전위는 0 V일 수 있으며, 기준전극을 포함할 경우 상기 기준전위는 기준전극의 전위일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the voltages applied to the working electrode and the counter electrode may be different from each other. In addition, when the electrochemical reduction apparatus does not include a reference electrode, the reference potential of the voltage applied to the working electrode and the counter electrode may be 0 V. When the reference electrode is included, Lt; / RTI >

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전압은 상기 작업전극 및 상대전극 각각에 교대로 스위칭되어 인가될 수 있으며, 작업전극 및 상대전극에 각각 약 1 초 내지 약 50 초 동안 인가될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 작업전극 및 상대전극 각각에 전압이 인가될 수 있는 시간은 각각 약 1 초 내지 약 50 초, 약 5 초 내지 약 50 초, 약 10 초 내지 약 50 초, 약 15 초 내지 약 50 초, 약 20 초 내지 약 50 초, 약 25 초 내지 약 50 초, 약 30 초 내지 약 50 초, 약 35 초 내지 약 50 초, 약 40 초 내지 약 50 초, 약 45 초 내지 약 50 초, 약 1 초 내지 약 45 초, 약 1 초 내지 약 40 초, 약 1 초 내지 약 35 초, 약 1 초 내지 약 30 초, 약 1 초 내지 약 25 초, 약 1 초 내지 약 20 초, 약 1 초 내지 약 15 초, 약 1 초 내지 약 10 초, 또는 약 1 초 내지 약 5 초일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the voltage may alternately be applied to the working electrode and the counter electrode, respectively, and may be applied to the working electrode and the counter electrode for about 1 second to about 50 seconds, respectively, It is not. For example, the time for which a voltage can be applied to each of the working electrode and the counter electrode is about 1 second to about 50 seconds, about 5 seconds to about 50 seconds, about 10 seconds to about 50 seconds, about 15 seconds to about From about 30 seconds to about 50 seconds, from about 20 seconds to about 50 seconds, from about 25 seconds to about 50 seconds, from about 30 seconds to about 50 seconds, from about 35 seconds to about 50 seconds, from about 40 seconds to about 50 seconds, From about 1 second to about 45 seconds, from about 1 second to about 40 seconds, from about 1 second to about 35 seconds, from about 1 second to about 30 seconds, from about 1 second to about 25 seconds, from about 1 second to about 20 seconds, From about 1 second to about 15 seconds, from about 1 second to about 10 seconds, or from about 1 second to about 5 seconds.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 작업전극 및 상대전극에 각각 인가되는 전류는 각각 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 및 약 1 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 작업전극에 인가될 수 있는 전류는 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 약 -1,500 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 약 -1,000 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 약 -500 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 약 -400 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 약 -300 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 약 -200 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 약 -100 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 약 -50 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -50 mA/cm2, 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -100 mA/cm2, 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -200 mA/cm2, 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -300 mA/cm2, 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -400 mA/cm2, 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -500 mA/cm2, 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -1,000 mA/cm2, 또는 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -1,500 mA/cm2일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 상대전극에 인가될 수 있는 전류는 약 1 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2, 약 50 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2, 약 100 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2, 약 200 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2, 약 300 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2, 약 400 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2, 약 500 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2, 약 1,000 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2, 약 1,500 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2, 약 1 mA/cm2 내지 약 1,500 mA/cm2, 약 1 mA/cm2 내지 약 1,000 mA/cm2, 약 1 mA/cm2 내지 약 500 mA/cm2, 약 1 mA/cm2 내지 약 400 mA/cm2, 약 1 mA/cm2 내지 약 300 mA/cm2, 약 1 mA/cm2 내지 약 200 mA/cm2, 약 1 mA/cm2 내지 약 100 mA/cm2, 또는 약 1 mA/cm2 내지 약 50 mA/cm2 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the currents applied to the working electrode and the counter electrode, respectively, are in the range of about -2,000 mA / cm 2 to about -1 mA / cm 2 , and about 1 mA / cm 2 to about 2,000 mA / 2 , but is not limited thereto. For example, the current that can be applied to the working electrode is about -2,000 mA / cm 2 to about -1 mA / cm 2 , about -1,500 mA / cm 2 to about -1 mA / cm 2 , about -1,000 mA / cm 2 and about -1 mA / cm 2, from about -500 mA / cm 2 and about -1 mA / cm 2, from about -400 mA / cm 2 and about -1 mA / cm 2, from about -300 mA / cm 2 and about -1 mA / cm 2, from about -200 mA / cm 2 and about -1 mA / cm 2, from about -100 mA / cm 2 and about -1 mA / cm 2, from about -50 mA / cm 2 to about -1 mA / cm 2, from about -2,000 mA / cm 2 to about -50 mA / cm 2, from about -2,000 mA / cm 2 to about -100 mA / cm 2, from about -2,000 mA / cm 2 to about - 200 mA / cm 2, from about -2,000 mA / cm 2 to about -300 mA / cm 2, from about -2,000 mA / cm 2 to about -400 mA / cm 2, from about -2,000 mA / cm 2 to about -500 mA / cm 2 , about -2,000 mA / cm 2 to about -1,000 mA / cm 2 , or about -2,000 mA / cm 2 to about -1,500 mA / cm 2 . Also, the current that can be applied to the counter electrode is about 1 mA / cm 2 to about 2,000 mA / cm 2 , about 50 mA / cm 2 to about 2,000 mA / cm 2 , about 100 mA / cm 2 to about 2,000 mA / cm 2, about 200 mA / cm 2 to about 2,000 mA / cm 2, about 300 mA / cm 2 to about 2,000 mA / cm 2, about 400 mA / cm 2 to about 2,000 mA / cm 2, about 500 mA / cm 2 to about 2,000 mA / cm 2, from about 1,000 mA / cm 2 to about 2,000 mA / cm 2, from about 1,500 mA / cm 2 to about 2,000 mA / cm 2, about 1 mA / cm 2 to about 1,500 mA / cm 2, about 1 mA / cm 2 to about 1,000 mA / cm 2, about 1 mA / cm 2 to about 500 mA / cm 2, about 1 mA / cm 2 to about 400 mA / cm 2, about 1 mA / cm 2 to about 300 mA / cm 2, about 1 mA / cm 2 to about 200 mA / cm 2, about 1 mA / cm 2 to about 100 mA / cm 2, or about 1 mA / cm 2 to about 50 mA / cm 2 But is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 작업전극 및 상대전극 각각에 인가되는 전류의 크기는 서로 다를 수 있다. 또한, 상기 전기화학적 환원 장치가 기준전극을 포함하지 않을 경우 상기 작업전극 및 상대전극 각각에 스위칭되어 인가되는 전류의 기준전류는 0 mA/cm2 일 수 있으며, 기준전극을 포함할 경우 상기 기준전류는 기준전극의 전류일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the magnitudes of the currents applied to the working electrode and the counter electrode may be different from each other. If the electrochemical reduction apparatus does not include the reference electrode, the reference current of the current applied to the working electrode and the counter electrode may be 0 mA / cm 2. If the reference electrode is included, May be the current of the reference electrode.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전류는 상기 작업전극 및 상대전극 각각에 교대로 스위칭되어 인가될 수 있으며, 작업전극 및 상대전극에 각각 약 1 초 내지 약 50 초 동안 인가될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 작업전극 및 상대전극 각각에 전류가 인가될 수 있는 시간은 각각 약 1 초 내지 약 50 초, 약 5 초 내지 약 50 초, 약 10 초 내지 약 50 초, 약 15 초 내지 약 50 초, 약 20 초 내지 약 50 초, 약 25 초 내지 약 50 초, 약 30 초 내지 약 50 초, 약 35 초 내지 약 50 초, 약 40 초 내지 약 50 초, 약 45 초 내지 약 50 초, 약 1 초 내지 약 45 초, 약 1 초 내지 약 40 초, 약 1 초 내지 약 35 초, 약 1 초 내지 약 30 초, 약 1 초 내지 약 25 초, 약 1 초 내지 약 20 초, 약 1 초 내지 약 15 초, 약 1 초 내지 약 10 초, 또는 약 1 초 내지 약 5 초일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the current may alternately be applied to the working electrode and the counter electrode, respectively, and may be applied to the working electrode and the counter electrode for about 1 second to about 50 seconds, respectively, It is not. For example, the time during which the current can be applied to each of the working electrode and the counter electrode is about 1 second to about 50 seconds, about 5 seconds to about 50 seconds, about 10 seconds to about 50 seconds, about 15 seconds to about From about 30 seconds to about 50 seconds, from about 20 seconds to about 50 seconds, from about 25 seconds to about 50 seconds, from about 30 seconds to about 50 seconds, from about 35 seconds to about 50 seconds, from about 40 seconds to about 50 seconds, From about 1 second to about 45 seconds, from about 1 second to about 40 seconds, from about 1 second to about 35 seconds, from about 1 second to about 30 seconds, from about 1 second to about 25 seconds, from about 1 second to about 20 seconds, From about 1 second to about 15 seconds, from about 1 second to about 10 seconds, or from about 1 second to about 5 seconds.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치는 배치(batch)식, 순환식, 연속식, 고분자 전해질막(polymer electrolyte membrane, PEM) 형 시스템, 또는 이들의 조합들로 이루어진 혼합식의 구조를 갖는 것일 수 있다.In one embodiment, the electrochemical reduction device for carbon dioxide and / or carbon monoxide may be a batch, circulation, continuous, polymer electrolyte membrane (PEM) type system, or combinations thereof And the like.

본원의 일 구현예에 있어서, 도 1을 참조하면, 상기 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치(101)가 배치(batch)식일 경우, 멤브레인(130)에 의하여 상기 환원전극부(110) 및 산화전극부(120)가 분리되어 있을 수 있다. 각각의 환원전극부(110) 및 산화전극부(120)는 전해질 용액(190)을 포함하며, 환원전극부(110)는 작업전극(140), 산화전극부(120)는 상대전극(150)을 각각 포함한다. 상기 환원전극부(110)에는 제 1 챔버(170)로부터 공급되는 이산화탄소 및/또는 반응물이 공급되고, 산화전극부(120)에는 필요한 경우 제 2 챔버(180)로부터 선택적으로 캐리어 가스가 공급된다. 상기 두 개의 전극부는 전원공급장치(160)에 의하여 서로 연결되어 있으며, 도 2의 비교예 장치와 달리, 전압 및 전류가 일정 방향이 아니고, 상기 전원공급장치(160)에 의하여 연결된 작업전극(140) 및 상대전극(150) 각각에 인가되는 전압의 극성, 및/또는 전류의 방향이 시간에 따라 주기적으로 스위칭된다. 반응 도중에 생성된 불필요한 가스는 가스배출구(200)를 통하여 배출된다. 상기 전압 및 전류를 인가함에 따라 생성되는 생성물 및 이를 포함하는 상기 전해질 용액은 일정 시간 반응이 지속된 후에 수집되며 새로운 전해질 용액으로 교체하여 새로운 반응을 진행할 수 있다. 1, when the electrochemical reduction apparatus 101 for the carbon dioxide and / or carbon monoxide is a batch type, the reduction electrode unit 110 and / The oxidation electrode unit 120 may be separated. Each of the reducing electrode unit 110 and the oxidizing electrode unit 120 includes an electrolyte solution 190. The working electrode 140 and the oxidizing electrode unit 120 include the working electrode 140 and the counter electrode 150, Respectively. Carbon dioxide and / or reactant supplied from the first chamber 170 is supplied to the reduction electrode unit 110 and a carrier gas is selectively supplied to the oxidation electrode unit 120 from the second chamber 180, if necessary. Unlike the comparative device of FIG. 2, the two electrode units are connected to each other by a power supply unit 160, and the working electrode 140 (not shown) connected by the power supply unit 160, And the counter electrode 150, and / or the direction of the current are periodically switched with time. The unnecessary gas generated during the reaction is discharged through the gas outlet 200. The product produced by applying the voltage and current and the electrolyte solution containing the product and the electrolyte solution are collected after the reaction is continued for a predetermined time, and a new reaction can be performed by replacing with a new electrolyte solution.

본원의 일 구현예에 있어서, 도 3을 참조하면, 상기 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치(101)가 순환식일 경우, 제 1 챔버(170)로부터 이산화탄소 및/또는 반응물과 전해질이 연속적으로 상기 장치의 하부에 위치된 유입관을 통하여 환원전극부(110)에 공급되고 상기 전해질 및 환원 반응에 의하여 생성된 생성물이 상기 장치의 상부에 위치된 배출관를 통하여 제 1 생성물 수집 챔버(210)로 연속적으로 수집되는 것일 수 있다. 또한, 이와 동시에 또는 상이한 시점에서 제 2 챔버(180)로부터 캐리어 가스 및/또는 전해질이 연속적으로 상기 장치의 하부에 위치된 유입관을 통하여 산화전극부(120)에 공급되고 상기 캐리어 가스 및/또는 전해질이 상기 장치의 상부에 위치된 배출관을 통하여 제 2 생성물 수집 챔버(220)로 연속적으로 수거되는 것일 수 있다. 상기 환원전극부(110)는 작업전극(140), 상기 산화전극부(120)는 상대전극(150)을 각각 포함하고 있으며, 상기 두 개의 전극부는 멤브레인(130)에 의하여 서로 분리되어 있을 수 있다. 상기 두 개의 전극부의 외측에는 플레이트(230)가 각각 위치하고 있고, 상부 및 하부에는 스페이서(240)가 각각 위치하고 있다. 상기 작업전극(140) 및 상대전극(150)은 전원공급장치(160)에 의하여 서로 연결되어 있으며, 도 4의 비교예 장치와 달리, 전압 및 전류가 일정 방향이 아니고, 상기 전원공급장치(160)에 의하여 연결된 작업전극 및 상대전극 각각에 인가되는 전압의 극성, 및/또는 전류의 방향이 시간에 따라 주기적으로 스위칭된다.3, when the electrochemical reduction apparatus 101 for the carbon dioxide and / or carbon monoxide is a circulating type, the carbon dioxide and / or the reactant and the electrolyte are continuously supplied from the first chamber 170 And the product produced by the electrolyte and the reduction reaction is supplied to the first product collecting chamber 210 through the discharge pipe located in the upper portion of the apparatus, . ≪ / RTI > At the same time or at a different point in time, the carrier gas and / or electrolyte is continuously supplied from the second chamber 180 to the oxidizing electrode portion 120 through the inlet pipe located at the lower portion of the apparatus, and the carrier gas and / The electrolyte may be continuously collected into the second product collection chamber 220 through a discharge line located at the top of the apparatus. The reduction electrode unit 110 includes a working electrode 140 and the oxidation electrode unit 120 includes a counter electrode 150. The two electrode units may be separated from each other by a membrane 130 . A plate 230 is positioned on the outer side of the two electrode units, and spacers 240 are disposed on the upper and lower sides of the plate 230, respectively. The working electrode 140 and the counter electrode 150 are connected to each other by a power supply unit 160. Unlike the comparative example apparatus of FIG. 4, the voltage and current are not constant, And / or the direction of the current applied to each of the working electrode and the counter electrode connected to each other by the switching unit (not shown) is periodically switched with time.

본원의 일 구현예에 있어서, 도 5를 참조하면, 상기 이산화탄소의 전기화학적 환원 장치가 고분자 전해질막(polymer electrolyte membrane, PEM) 형 시스템일 경우, 제 1 챔버로부터 이산화탄소 및/또는 반응물과 전해질이 연속적으로 상기 장치의 하부에 위치된 유입관을 통하여 환원전극부에 공급되고 상기 전해질 및 환원 반응에 의하여 생성된 생성물이 상기 장치의 상부에 위치된 배출관를 통하여 제 1 생성물 수집 챔버로 연속적으로 수집되는 것일 수 있다. 또한, 이와 동시에 또는 상이한 시점에서 제 2 챔버로부터 캐리어 가스 및/또는 전해질이 연속적으로 상기 장치의 하부에 위치된 유입관을 통하여 산화전극부에 공급되고 상기 캐리어 가스 및/또는 전해질이 상기 장치의 상부에 위치된 배출관을 통하여 제 2 생성물 수집 챔버로 연속적으로 수거되는 것일 수 있다. 상기 환원전극부는 작업전극, 상기 산화전극부는 상대전극을 각각 포함하고 있으며, 상기 작업전극 및 상대전극에 각각 메쉬 전극이 부착되어 있을 수 있다. 상기 두 개의 전극부는 멤브레인에 의하여 서로 분리되어 있을 수 있다. 상기 두 개의 전극부의 외측에는 플레이트가 각각 위치하고 있고, 상부 및 하부에는 가스켓 스페이서가 각각 위치하고 있다. 상기 작업전극 및 상대전극에 각각 부착되어 있는 메쉬 전극은 전원공급장치에 의하여 서로 연결되어 있으며, 도 6의 비교예 장치와 달리, 전압 및 전류가 일정 방향이 아니고, 상기 전원공급장치에 의하여 연결된 작업전극이 부착된 메쉬 전극 및 상대전극이 부착된 메쉬 전극 각각에 인가되는 전압의 극성, 및/또는 전류의 방향이 시간에 따라 주기적으로 스위칭된다.5, when the electrochemical reduction apparatus for carbon dioxide is a polymer electrolyte membrane (PEM) type system, carbon dioxide and / or reactant and electrolyte are continuously supplied from the first chamber And the product produced by the electrolyte and the reduction reaction is continuously collected into the first product collection chamber through the discharge pipe located at the top of the device have. At the same time or at a different point in time, the carrier gas and / or the electrolyte are continuously supplied from the second chamber to the oxidizing electrode portion through the inlet pipe located at the lower portion of the apparatus, and the carrier gas and / To the second product collection chamber through a discharge line located in the second product collection chamber. The reduction electrode unit may include a working electrode and the oxidation electrode unit may include a counter electrode. The mesh electrode may be attached to the working electrode and the counter electrode. The two electrode portions may be separated from each other by a membrane. A plate is positioned on the outer side of the two electrode portions, and a gasket spacer is disposed on the upper and lower portions, respectively. The mesh electrodes attached to the working electrode and the counter electrode are connected to each other by a power supply unit. Unlike the comparative example apparatus of FIG. 6, the voltage and current are not constant, The polarity of the voltage applied to each of the mesh electrode to which the electrode is attached and the mesh electrode to which the counter electrode is attached, and / or the direction of the current are periodically switched with time.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이산화탄소의 전기화학적 환원 장치는 복수 개일 수 있으며, 서로 직렬, 병렬, 또는 적층(stacking) 구조로서 연결될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the electrochemical reduction apparatus for the carbon dioxide may be plural, and may be connected in series, parallel, or stacking structure, but is not limited thereto.

본원의 제 2 측면은, 작업전극을 포함하는 환원전극부와 상대전극을 포함하는 산화전극부를 포함하는 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치에서 상기 환원전극부에 이산화탄소 및/또는 반응물을 공급하고, 선택적으로, 상기 산화전극부에 캐리어 가스를 공급하는 것, 및 상기 작업전극과 상기 상대전극 각각에 인가되는 전압의 극성, 및/또는 상기 전류의 방향을 주기적으로 스위칭하여 상기 환원전극부에 공급되는 이산화탄소 및/또는 일산화탄소를 환원시키는 것을 포함하는, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 방법을 제공한다. 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 제 2 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.According to a second aspect of the present invention, there is provided an electrochemical reduction apparatus for carbon dioxide and / or carbon monoxide comprising a reducing electrode portion including a working electrode and an oxidizing electrode portion including a counter electrode, and supplies carbon dioxide and / or a reactant to the reducing electrode portion And selectively supplying a carrier gas to the oxidation electrode unit and switching the polarity of the voltage applied to the working electrode and the counter electrode and / or the direction of the current to the reduction electrode unit Carbon monoxide and / or carbon monoxide, comprising reducing carbon dioxide and / or carbon monoxide. Although the detailed description of the parts overlapping with the first aspect of the present application is omitted, the description of the first aspect of the present invention can be applied equally to the second aspect.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 작업전극과 상기 상대전극 각각에 인가되는 전압의 극성과 크기, 및/또는 상기 전류의 방향과 세기가 주기적으로 스위칭될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the polarity and magnitude of the voltage applied to the working electrode and the counter electrode, respectively, and / or the direction and intensity of the current may be periodically switched.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전기화학적 환원 장치를 이용하여 상기 이산화탄소의 환원 반응 도중 생성된 일산화탄소가 상기 전기화학적 환원 장치 내에서 환원될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the carbon monoxide generated during the reduction reaction of carbon dioxide using the electrochemical reduction apparatus may be reduced in the electrochemical reduction apparatus.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 작업전극 및 상대전극은 각각 독립적으로 금속, 합금, 비금속, 상기 금속 또는 합금의 산화물, 황화물, 인화물, 질화물, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the working electrode and the counter electrode each independently comprise a material selected from the group consisting of a metal, an alloy, a non-metal, an oxide of the metal or alloy, a sulfide, a phosphide, a nitride, .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 작업전극 및 상대전극의 물질이 금속일 경우, 상기 금속은 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 납(Pb), 철(Fe), 코발트(Co), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 니켈(Ni), 주석(Sn), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 원소를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, when the material of the working electrode and the counter electrode is a metal, the metal may be selected from the group consisting of copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pb), Fe (Fe), Co, Ir, Rh, Ni, Sn, and combinations thereof. But is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 작업전극 및 상대전극의 물질이 비금속일 경우, 상기 비금속은 그래파이트, 그래파이트 성 카본(graphitic carbon), 그래핀, Fe-도핑 카본(Fe-doped carbon), N-도핑 카본(N-doped carbon), 기능성 분자에 의해 개질된 카본, 카본나노튜브, 메조동공 카본, 보론-질소 화합물, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, when the material of the working electrode and the counter electrode is a non-metal, the non-metal may include graphite, graphitic carbon, graphene, Fe-doped carbon, N- But may include materials selected from the group consisting of N-doped carbon, carbon modified by functional molecules, carbon nanotubes, mesoporous carbon, boron-nitrogen compounds, and combinations thereof. But is not limited to.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나열한 작업전극 및 상대전극 각각의 물질들은 서로 균일 또는 불균일하게 혼합(blend)될 수 있고, 적층된 구조일 수 있다. 또한, 상기 물질들은 입자형태일 수 있으며 다양한 크기를 가질 수 있고, 다양한 구조로서 혼합될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the materials of the working electrode and the counter electrode may be uniformly or non-uniformly blended with each other, and may be a laminated structure. In addition, the materials may be in the form of particles and may have various sizes and may be mixed as various structures.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이산화탄소의 전기화학적 환원 장치는 상기 환원전극부에 위치되는 기준전극을 추가로 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electrochemical reduction apparatus for carbon dioxide may further include a reference electrode positioned at the reduction electrode unit.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 환원전극부와 산화전극부에 주입되는 전해질 용액은 각각 독립적으로 바이카보네이트(bicarbonate) 용액, 카보네이트(carbonate) 용액, 인산염(phosphate) 용액, 이인산염(biphosphate) 용액, 보레이트(borate) 용액, 이온성 액체(ionic liquid), 황산 용액, 인산 용액, 알칼리 용액, 완충 용액, 용융염, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 전해질 용액을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the electrolyte solution injected into the reducing electrode portion and the oxidizing electrode portion is independently a bicarbonate solution, a carbonate solution, a phosphate solution, a biphosphate solution A borate solution, an ionic liquid, a sulfuric acid solution, a phosphoric acid solution, an alkali solution, a buffer solution, a molten salt, and combinations thereof. But is not limited to.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 환원전극부 및 산화전극부는 멤브레인에 의하여 서로 분리될 수 있으며, 상기 멤브레인은 양이온 교환막, 음이온 교환막, 염다리, 다공성 유리, 세라믹, 금속, 금속산화물, 고분자-나노입자 혼합막, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 멤브레인을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 고분자-나노입자 혼합막은 한 쪽 전극부에서 생성된 유기물이 다른 쪽 전극부에 투과(crossover)하여 들어가지 못하도록 나노입자로서 강화시킨 막일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the reducing electrode portion and the oxidizing electrode portion may be separated from each other by a membrane, and the membrane may be a cation exchange membrane, anion exchange membrane, brassiere, porous glass, ceramic, metal, metal oxide, But are not limited to, membranes selected from the group consisting of membranes, membranes, and combinations thereof. For example, the polymer-nanoparticle mixed membrane may be a nanoparticle-reinforced membrane such that the organic matter generated at one electrode portion can not penetrate into the other electrode portion.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 작업전극 및 상대전극의 물질이 모두 구리일 경우, 상기 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치는 멤브레인을 포함하지 않을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In an embodiment of the present invention, when the working electrode and the counter electrode are both made of copper, the electrochemical reduction apparatus for the carbon dioxide and / or carbon monoxide may not include the membrane, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이산화탄소와 함께 주입되는 상기 반응물은 전기화학적으로 반응하는 화합물이면 특별히 제한이 없으며, 예를 들어, 물, 일산화탄소, 화학 첨가제(chemical additives), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the reactant injected together with the carbon dioxide is not particularly limited as long as it is an electrochemically reactive compound, for example, water, carbon monoxide, chemical additives, and combinations thereof And the like.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 산화전극부에 선택적으로 공급되는 상기 캐리어 가스는, 예를 들어, 이산화탄소, 공기, 수소, 헬륨, 질소, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 가스를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the invention, the carrier gas selectively supplied to the oxidation electrode portion includes a gas selected from the group consisting of, for example, carbon dioxide, air, hydrogen, helium, nitrogen, and combinations thereof , But is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이산화탄소의 전기화학적 환원 장치에서 환원 반응에 의해 생성되는 생성물은 상기 반응물에 따라 상이할 수 있으며, 예를 들어, 수소, 일산화탄소, 탄화수소류, 알콜류, 알데하이드류, 유기산류, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the product produced by the reduction reaction in the carbon dioxide electrochemical reduction apparatus may be different depending on the reactants, for example, hydrogen, carbon monoxide, hydrocarbons, alcohols, aldehydes, And combinations thereof. ≪ RTI ID = 0.0 > [0040] < / RTI >

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탄화수소류는, 예를 들어, 탄소수 1 내지 10, 1 내지 8, 1 내지 6, 1 내지 4, 또는 1 내지 2인 탄화수소류일 수 있고, 상기 알콜류는, 예를 들어, ROH (R은 탄소 수 1 내지 10, 1 내지 8, 1 내지 6, 1 내지 4, 또는 1 내지 2인 알킬기임)로서 표시되는 알콜류일 수 있으며, 상기 알데하이드류는, 예를 들어, R´CHO (R´은 탄소수 1 내지 10, 1 내지 8, 1 내지 6, 1 내지 4, 또는 1 내지 2인 알킬기임)로서 표시되는 알데하이드류일 수 있다. 또한, 상기 유기산류는, 예를 들어, R˝COOH (R˝은 탄소 수 1 내지 10, 1 내지 8, 1 내지 6, 1 내지 4, 또는 1 내지 2인 알킬기임)로서 표시되는 유기산류일 수 있다. In one embodiment of the invention, the hydrocarbons may be, for example, hydrocarbons having 1 to 10, 1 to 8, 1 to 6, 1 to 4, or 1 to 2 carbon atoms, For example, the aldehyde may be, for example, an alcohol represented by ROH (wherein R is an alkyl group having 1 to 10, 1 to 8, 1 to 6, 1 to 4, or 1 to 2 carbon atoms) 'CHO (R' is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, 1 to 8, 1 to 6, 1 to 4, or 1 to 2 carbon atoms). The organic acids may be, for example, an organic acid group represented by R " COOH (wherein R " is an alkyl group having 1 to 10, 1 to 8, 1 to 6, 1 to 4, or 1 to 2 carbon atoms) have.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 작업전극 및 상대전극에 각각 인가되는 전압은 각각 약 -10 V 내지 약 -1 V, 및 약 0.5 V 내지 약 10 V일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 작업전극에 인가되는 전압은 약 -10 V 내지 약 -1 V, 약 -8 V 내지 약 -1 V, 약 -6 V 내지 약 -1 V, 약 -4 V 내지 약 -1 V, 약 -2 V 내지 약 -1 V, 약 -10 V 내지 약 -2 V, 약 -10 V 내지 약 -4 V, 약 -10 V 내지 약 -6 V, 또는 약 -10 V 내지 약 -8 V일 수 있고; 상기 상대전극에 인가되는 전압은 약 0.5 V 내지 약 10 V, 약 1 V 내지 약 10 V, 약 3 V 내지 약 10 V, 약 5 V 내지 약 10 V, 약 7 V 내지 약 10 V, 약 9 V 내지 약 10 V, 약 0.5 V 내지 약 9 V, 약 0.5 V 내지 약 7 V, 약 0.5 V 내지 약 5 V, 약 0.5 V 내지 약 3 V, 또는 약 0.5 V 내지 약 1 V일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the invention, the voltages applied to the working electrode and the counter electrode, respectively, may be about -10 V to about -1 V, and about 0.5 V to about 10 V, but are not limited thereto. For example, the voltage applied to the working electrode may range from about -10 V to about -1 V, from about -8 V to about -1 V, from about -6 V to about -1 V, from about -4 V to about -1 V, about -2 V to about -1 V, about -10 V to about -2 V, about -10 V to about -4 V, about -10 V to about -6 V, or about -10 V to about- 8 V; The voltage applied to the counter electrode may range from about 0.5 V to about 10 V, from about 1 V to about 10 V, from about 3 V to about 10 V, from about 5 V to about 10 V, from about 7 V to about 10 V, from about 9 From about 0.5 V to about 7 V, from about 0.5 V to about 5 V, from about 0.5 V to about 3 V, or from about 0.5 V to about 1 V, But is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 작업전극 및 상대전극 각각에 인가되는 전압의 크기는 서로 다를 수 있다. 또한, 상기 전기화학적 환원 장치가 기준전극을 포함하지 않을 경우 상기 작업전극 및 상대전극 각각에 스위칭되어 인가되는 전압의 기준전위는 0 V일 수 있으며, 기준전극을 포함할 경우 상기 기준전위는 기준전극의 전위일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the voltages applied to the working electrode and the counter electrode may be different from each other. In addition, when the electrochemical reduction apparatus does not include a reference electrode, the reference potential of the voltage applied to the working electrode and the counter electrode may be 0 V. When the reference electrode is included, Lt; / RTI >

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전압은 상기 작업전극 및 상대전극 각각에 교대로 스위칭되어 인가될 수 있으며, 작업전극 및 상대전극에 각각 약 1 초 내지 약 50 초 동안 인가될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 작업전극 및 상대전극 각각에 전압이 인가될 수 있는 시간은 각각 약 1 초 내지 약 50 초, 약 5 초 내지 약 50 초, 약 10 초 내지 약 50 초, 약 15 초 내지 약 50 초, 약 20 초 내지 약 50 초, 약 25 초 내지 약 50 초, 약 30 초 내지 약 50 초, 약 35 초 내지 약 50 초, 약 40 초 내지 약 50 초, 약 45 초 내지 약 50 초, 약 1 초 내지 약 45 초, 약 1 초 내지 약 40 초, 약 1 초 내지 약 35 초, 약 1 초 내지 약 30 초, 약 1 초 내지 약 25 초, 약 1 초 내지 약 20 초, 약 1 초 내지 약 15 초, 약 1 초 내지 약 10 초, 또는 약 1 초 내지 약 5 초일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the voltage may alternately be applied to the working electrode and the counter electrode, respectively, and may be applied to the working electrode and the counter electrode for about 1 second to about 50 seconds, respectively, It is not. For example, the time for which a voltage can be applied to each of the working electrode and the counter electrode is about 1 second to about 50 seconds, about 5 seconds to about 50 seconds, about 10 seconds to about 50 seconds, about 15 seconds to about From about 30 seconds to about 50 seconds, from about 20 seconds to about 50 seconds, from about 25 seconds to about 50 seconds, from about 30 seconds to about 50 seconds, from about 35 seconds to about 50 seconds, from about 40 seconds to about 50 seconds, From about 1 second to about 45 seconds, from about 1 second to about 40 seconds, from about 1 second to about 35 seconds, from about 1 second to about 30 seconds, from about 1 second to about 25 seconds, from about 1 second to about 20 seconds, From about 1 second to about 15 seconds, from about 1 second to about 10 seconds, or from about 1 second to about 5 seconds.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 작업전극 및 상대전극에 각각 인가되는 전류는 각각 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 및 약 1 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 작업전극에 인가될 수 있는 전류는 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 약 -1,500 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 약 -1,000 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 약 -500 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 약 -400 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 약 -300 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 약 -200 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 약 -100 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 약 -50 mA/cm2 내지 약 -1 mA/cm2, 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -50 mA/cm2, 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -100 mA/cm2, 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -200 mA/cm2, 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -300 mA/cm2, 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -400 mA/cm2, 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -500 mA/cm2, 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -1,000 mA/cm2, 또는 약 -2,000 mA/cm2 내지 약 -1,500 mA/cm2일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 상대전극에 인가될 수 있는 전류는 약 1 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2, 약 50 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2, 약 100 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2, 약 200 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2, 약 300 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2, 약 400 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2, 약 500 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2, 약 1,000 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2, 약 1,500 mA/cm2 내지 약 2,000 mA/cm2, 약 1 mA/cm2 내지 약 1,500 mA/cm2, 약 1 mA/cm2 내지 약 1,000 mA/cm2, 약 1 mA/cm2 내지 약 500 mA/cm2, 약 1 mA/cm2 내지 약 400 mA/cm2, 약 1 mA/cm2 내지 약 300 mA/cm2, 약 1 mA/cm2 내지 약 200 mA/cm2, 약 1 mA/cm2 내지 약 100 mA/cm2, 또는 약 1 mA/cm2 내지 약 50 mA/cm2 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the currents applied to the working electrode and the counter electrode, respectively, are in the range of about -2,000 mA / cm 2 to about -1 mA / cm 2 , and about 1 mA / cm 2 to about 2,000 mA / 2 , but is not limited thereto. For example, the current that can be applied to the working electrode is about -2,000 mA / cm 2 to about -1 mA / cm 2 , about -1,500 mA / cm 2 to about -1 mA / cm 2 , about -1,000 mA / cm 2 and about -1 mA / cm 2, from about -500 mA / cm 2 and about -1 mA / cm 2, from about -400 mA / cm 2 and about -1 mA / cm 2, from about -300 mA / cm 2 and about -1 mA / cm 2, from about -200 mA / cm 2 and about -1 mA / cm 2, from about -100 mA / cm 2 and about -1 mA / cm 2, from about -50 mA / cm 2 to about -1 mA / cm 2, from about -2,000 mA / cm 2 to about -50 mA / cm 2, from about -2,000 mA / cm 2 to about -100 mA / cm 2, from about -2,000 mA / cm 2 to about - 200 mA / cm 2, from about -2,000 mA / cm 2 to about -300 mA / cm 2, from about -2,000 mA / cm 2 to about -400 mA / cm 2, from about -2,000 mA / cm 2 to about -500 mA / cm 2 , about -2,000 mA / cm 2 to about -1,000 mA / cm 2 , or about -2,000 mA / cm 2 to about -1,500 mA / cm 2 . Also, the current that can be applied to the counter electrode is about 1 mA / cm 2 to about 2,000 mA / cm 2 , about 50 mA / cm 2 to about 2,000 mA / cm 2 , about 100 mA / cm 2 to about 2,000 mA / cm 2, about 200 mA / cm 2 to about 2,000 mA / cm 2, about 300 mA / cm 2 to about 2,000 mA / cm 2, about 400 mA / cm 2 to about 2,000 mA / cm 2, about 500 mA / cm 2 to about 2,000 mA / cm 2, from about 1,000 mA / cm 2 to about 2,000 mA / cm 2, from about 1,500 mA / cm 2 to about 2,000 mA / cm 2, about 1 mA / cm 2 to about 1,500 mA / cm 2, about 1 mA / cm 2 to about 1,000 mA / cm 2, about 1 mA / cm 2 to about 500 mA / cm 2, about 1 mA / cm 2 to about 400 mA / cm 2, about 1 mA / cm 2 to about 300 mA / cm 2, about 1 mA / cm 2 to about 200 mA / cm 2, about 1 mA / cm 2 to about 100 mA / cm 2, or about 1 mA / cm 2 to about 50 mA / cm 2 But is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 작업전극 및 상대전극 각각에 인가되는 전류의 크기는 서로 다를 수 있다. 또한, 상기 전기화학적 환원 장치가 기준전극을 포함하지 않을 경우 상기 작업전극 및 상대전극 각각에 스위칭되어 인가되는 전류의 기준전류는 0 mA/cm2 일 수 있으며, 기준전극을 포함할 경우 상기 기준전류는 기준전극의 전류일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the magnitudes of the currents applied to the working electrode and the counter electrode may be different from each other. If the electrochemical reduction apparatus does not include the reference electrode, the reference current of the current applied to the working electrode and the counter electrode may be 0 mA / cm 2. If the reference electrode is included, May be the current of the reference electrode.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전류는 상기 작업전극 및 상대전극 각각에 교대로 스위칭되어 인가될 수 있으며, 작업전극 및 상대전극에 각각 약 1 초 내지 약 50 초 동안 인가될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 작업전극 및 상대전극 각각에 전류가 인가될 수 있는 시간은 각각 약 1 초 내지 약 50 초, 약 5 초 내지 약 50 초, 약 10 초 내지 약 50 초, 약 15 초 내지 약 50 초, 약 20 초 내지 약 50 초, 약 25 초 내지 약 50 초, 약 30 초 내지 약 50 초, 약 35 초 내지 약 50 초, 약 40 초 내지 약 50 초, 약 45 초 내지 약 50 초, 약 1 초 내지 약 45 초, 약 1 초 내지 약 40 초, 약 1 초 내지 약 35 초, 약 1 초 내지 약 30 초, 약 1 초 내지 약 25 초, 약 1 초 내지 약 20 초, 약 1 초 내지 약 15 초, 약 1 초 내지 약 10 초, 또는 약 1 초 내지 약 5 초일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the current may alternately be applied to the working electrode and the counter electrode, respectively, and may be applied to the working electrode and the counter electrode for about 1 second to about 50 seconds, respectively, It is not. For example, the time during which the current can be applied to each of the working electrode and the counter electrode is about 1 second to about 50 seconds, about 5 seconds to about 50 seconds, about 10 seconds to about 50 seconds, about 15 seconds to about From about 30 seconds to about 50 seconds, from about 20 seconds to about 50 seconds, from about 25 seconds to about 50 seconds, from about 30 seconds to about 50 seconds, from about 35 seconds to about 50 seconds, from about 40 seconds to about 50 seconds, From about 1 second to about 45 seconds, from about 1 second to about 40 seconds, from about 1 second to about 35 seconds, from about 1 second to about 30 seconds, from about 1 second to about 25 seconds, from about 1 second to about 20 seconds, From about 1 second to about 15 seconds, from about 1 second to about 10 seconds, or from about 1 second to about 5 seconds.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치는 배치(batch)식, 순환식, 연속식, 고분자 전해질막(polymer electrolyte membrane, PEM) 형 시스템, 또는 이들의 조합들로 이루어진 혼합식의 구조를 갖는 것일 수 있다.In one embodiment, the electrochemical reduction device for carbon dioxide and / or carbon monoxide may be a batch, circulation, continuous, polymer electrolyte membrane (PEM) type system, or combinations thereof And the like.

본원의 일 구현예에 있어서, 도 1을 참조하면, 상기 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치(101)가 배치(batch)식일 경우, 멤브레인(130)에 의하여 상기 환원전극부(110) 및 산화전극부(120)가 분리되어 있을 수 있다. 각각의 환원전극부(110) 및 산화전극부(120)는 전해질 용액(190)을 포함하며, 환원전극부(110)는 작업전극(140), 산화전극부(120)는 상대전극(150)을 각각 포함한다. 상기 환원전극부(110)에는 제 1 챔버(170)로부터 공급되는 이산화탄소 및/또는 반응물이 공급되고, 산화전극부(120)에는 필요한 경우 제 2 챔버(180)로부터 선택적으로 캐리어 가스가 공급된다. 상기 두 개의 전극부는 전원공급장치(160)에 의하여 서로 연결되어 있으며, 도 2의 비교예 장치와 달리, 전압 및 전류가 일정 방향이 아니고, 상기 전원공급장치(160)에 의하여 연결된 작업전극(140) 및 상대전극(150) 각각에 인가되는 전압의 극성, 및/또는 전류의 방향이 시간에 따라 주기적으로 스위칭된다. 반응 도중에 생성된 불필요한 가스는 가스배출구(200)를 통하여 배출된다. 상기 전압 및 전류를 인가함에 따라 생성되는 생성물 및 이를 포함하는 상기 전해질 용액은 일정 시간 반응이 지속된 후에 수집되며 새로운 전해질 용액으로 교체하여 새로운 반응을 진행할 수 있다. 1, when the electrochemical reduction apparatus 101 for the carbon dioxide and / or carbon monoxide is a batch type, the reduction electrode unit 110 and / The oxidation electrode unit 120 may be separated. Each of the reducing electrode unit 110 and the oxidizing electrode unit 120 includes an electrolyte solution 190. The working electrode 140 and the oxidizing electrode unit 120 include the working electrode 140 and the counter electrode 150, Respectively. Carbon dioxide and / or reactant supplied from the first chamber 170 is supplied to the reduction electrode unit 110 and a carrier gas is selectively supplied to the oxidation electrode unit 120 from the second chamber 180, if necessary. Unlike the comparative device of FIG. 2, the two electrode units are connected to each other by a power supply unit 160, and the working electrode 140 (not shown) connected by the power supply unit 160, And the counter electrode 150, and / or the direction of the current are periodically switched with time. The unnecessary gas generated during the reaction is discharged through the gas outlet 200. The product produced by applying the voltage and current and the electrolyte solution containing the product and the electrolyte solution are collected after the reaction is continued for a predetermined time, and a new reaction can be performed by replacing with a new electrolyte solution.

본원의 일 구현예에 있어서, 도 3을 참조하면, 상기 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치(101)가 순환식일 경우, 제 1 챔버(170)로부터 이산화탄소 및/또는 반응물과 전해질이 연속적으로 상기 장치의 하부에 위치된 유입관을 통하여 환원전극부(110)에 공급되고 상기 전해질 및 환원 반응에 의하여 생성된 생성물이 상기 장치의 상부에 위치된 배출관를 통하여 제 1 생성물 수집 챔버(210)로 연속적으로 수집되는 것일 수 있다. 또한, 이와 동시에 또는 상이한 시점에서 제 2 챔버(180)로부터 캐리어 가스 및/또는 전해질이 연속적으로 상기 장치의 하부에 위치된 유입관을 통하여 산화전극부(120)에 공급되고 상기 캐리어 가스 및/또는 전해질이 상기 장치의 상부에 위치된 배출관을 통하여 제 2 생성물 수집 챔버(220)로 연속적으로 수거되는 것일 수 있다. 상기 환원전극부(110)는 작업전극(140), 상기 산화전극부(120)는 상대전극(150)을 각각 포함하고 있으며, 상기 두 개의 전극부는 멤브레인(130)에 의하여 서로 분리되어 있을 수 있다. 상기 두 개의 전극부의 외측에는 플레이트(230)가 각각 위치하고 있고, 상부 및 하부에는 스페이서(240)가 각각 위치하고 있다. 상기 작업전극(140) 및 상대전극(150)은 전원공급장치(160)에 의하여 서로 연결되어 있으며, 도 4의 비교예 장치와 달리, 전압 및 전류가 일정 방향이 아니고, 상기 전원공급장치(160)에 의하여 연결된 작업전극 및 상대전극 각각에 인가되는 전압의 극성, 및/또는 전류의 방향이 시간에 따라 주기적으로 스위칭된다.3, when the electrochemical reduction apparatus 101 for the carbon dioxide and / or carbon monoxide is a circulating type, the carbon dioxide and / or the reactant and the electrolyte are continuously supplied from the first chamber 170 And the product produced by the electrolyte and the reduction reaction is supplied to the first product collecting chamber 210 through the discharge pipe located in the upper portion of the apparatus, . ≪ / RTI > At the same time or at a different point in time, the carrier gas and / or electrolyte is continuously supplied from the second chamber 180 to the oxidizing electrode portion 120 through the inlet pipe located at the lower portion of the apparatus, and the carrier gas and / The electrolyte may be continuously collected into the second product collection chamber 220 through a discharge line located at the top of the apparatus. The reduction electrode unit 110 includes a working electrode 140 and the oxidation electrode unit 120 includes a counter electrode 150. The two electrode units may be separated from each other by a membrane 130 . A plate 230 is positioned on the outer side of the two electrode units, and spacers 240 are disposed on the upper and lower sides of the plate 230, respectively. The working electrode 140 and the counter electrode 150 are connected to each other by a power supply unit 160. Unlike the comparative example apparatus of FIG. 4, the voltage and current are not constant, And / or the direction of the current applied to each of the working electrode and the counter electrode connected to each other by the switching unit (not shown) is periodically switched with time.

본원의 일 구현예에 있어서, 도 5를 참조하면, 상기 이산화탄소의 전기화학적 환원 장치가 고분자 전해질막(polymer electrolyte membrane, PEM) 형 시스템일 경우, 제 1 챔버로부터 이산화탄소 및/또는 반응물과 전해질이 연속적으로 상기 장치의 하부에 위치된 유입관을 통하여 환원전극부에 공급되고 상기 전해질 및 환원 반응에 의하여 생성된 생성물이 상기 장치의 상부에 위치된 배출관를 통하여 제 1 생성물 수집 챔버로 연속적으로 수집되는 것일 수 있다. 또한, 이와 동시에 또는 상이한 시점에서 제 2 챔버로부터 캐리어 가스 및/또는 전해질이 연속적으로 상기 장치의 하부에 위치된 유입관을 통하여 산화전극부에 공급되고 상기 캐리어 가스 및/또는 전해질이 상기 장치의 상부에 위치된 배출관을 통하여 제 2 생성물 수집 챔버로 연속적으로 수거되는 것일 수 있다. 상기 환원전극부는 작업전극, 상기 산화전극부는 상대전극을 각각 포함하고 있으며, 상기 작업전극 및 상대전극에 각각 메쉬 전극이 부착되어 있을 수 있다. 상기 두 개의 전극부는 멤브레인에 의하여 서로 분리되어 있을 수 있다. 상기 두 개의 전극부의 외측에는 플레이트가 각각 위치하고 있고, 상부 및 하부에는 가스켓 스페이서가 각각 위치하고 있다. 상기 작업전극 및 상대전극에 각각 부착되어 있는 메쉬 전극은 전원공급장치에 의하여 서로 연결되어 있으며, 도 6의 비교예 장치와 달리, 전압 및 전류가 일정 방향이 아니고, 상기 전원공급장치에 의하여 연결된 작업전극이 부착된 메쉬 전극 및 상대전극이 부착된 메쉬 전극 각각에 인가되는 전압의 극성, 및/또는 전류의 방향이 시간에 따라 주기적으로 스위칭된다.5, when the electrochemical reduction apparatus for carbon dioxide is a polymer electrolyte membrane (PEM) type system, carbon dioxide and / or reactant and electrolyte are continuously supplied from the first chamber And the product produced by the electrolyte and the reduction reaction is continuously collected into the first product collection chamber through the discharge pipe located at the top of the device have. At the same time or at a different point in time, the carrier gas and / or the electrolyte are continuously supplied from the second chamber to the oxidizing electrode portion through the inlet pipe located at the lower portion of the apparatus, and the carrier gas and / To the second product collection chamber through a discharge line located in the second product collection chamber. The reduction electrode unit may include a working electrode and the oxidation electrode unit may include a counter electrode. The mesh electrode may be attached to the working electrode and the counter electrode. The two electrode portions may be separated from each other by a membrane. A plate is positioned on the outer side of the two electrode portions, and a gasket spacer is disposed on the upper and lower portions, respectively. The mesh electrodes attached to the working electrode and the counter electrode are connected to each other by a power supply unit. Unlike the comparative example apparatus of FIG. 6, the voltage and current are not constant, The polarity of the voltage applied to each of the mesh electrode to which the electrode is attached and the mesh electrode to which the counter electrode is attached, and / or the direction of the current are periodically switched with time.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이산화탄소의 전기화학적 환원 장치는 복수 개일 수 있으며, 서로 직렬, 병렬, 또는 적층(stacking) 구조로서 연결될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the electrochemical reduction apparatus for the carbon dioxide may be plural, and may be connected in series, parallel, or stacking structure, but is not limited thereto.

이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following Examples are given for the purpose of helping understanding of the present invention, but the present invention is not limited to the following Examples.

[[ 실시예Example ]]

도 1 및 도 2는 각각 본원 실시예의 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치 및 비교예의 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치를 나타낸 개략도이다. 상기 실시예 및 비교예의 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치를 각각 이용하여 인가되는 전압의 크기 및 전류의 방향과 세기를 변화시켜 실험한 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5의 결과를 나타내었다. 하기 패러데이 효율은 하기 <식 1>을 이용하여 계산하였고, 하기 에너지 전환효율은 하기 <식 2>를 이용하여 계산하였다.Figs. 1 and 2 are schematic views showing an apparatus for electrochemical reduction of carbon dioxide and / or carbon monoxide in the present embodiment and an apparatus for electrochemical reduction of carbon dioxide and / or carbon monoxide in a comparative example, respectively. The results of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5, in which the directions and intensities of the applied voltage and the current were varied by using the carbon dioxide and / or carbon monoxide electrochemical reduction apparatuses of the examples and comparative examples, respectively, Respectively. The following Faraday efficiency was calculated using Equation (1) below, and the following energy conversion efficiency was calculated using Equation (2) below.

<식 1><Formula 1>

Figure pat00001
Figure pat00001

Faradaic: 패러데이 효율, Q: 흘려준 전하, z: 교환된 전자 수, n: 생성물의 몰수, F: 패러데이 상수)Faradaic : Faraday efficiency, Q: Charge flow, z: number of electrons exchanged, n: number of moles of product, F: Faraday constant)

<식 2><Formula 2>

Figure pat00002
Figure pat00002

energetic: 에너지 전환효율, Eeq: 셀의 이론적 포텐셜, E: 셀의 실제 구동 포텐셜, εFaradaic: 패러데이 효율, η: 과전압)energetic : energy conversion efficiency, E eq : theoretical potential of the cell, E: actual driving potential of the cell, ε Faradaic : Faraday efficiency, η: overvoltage)

<< 비교예Comparative Example 1> 1>

하기 조건 하에서 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 환원 반응이 수행되었다:A reduction reaction of carbon dioxide and / or carbon monoxide was carried out under the following conditions:

작업전극: 구리(Cu)Working electrode: Copper (Cu)

상대전극: 백금(Pt)Counter electrode: Platinum (Pt)

전해질: 0.5 M KHCO3 Electrolyte: 0.5 M KHCO 3

압력: 3.3 atmPressure: 3.3 atm

온도: 10℃Temperature: 10 ° C

이산화탄소의 공급 유속: 200 mL/minFeeding rate of carbon dioxide: 200 mL / min

작업전극: 고정 전압 -4.65 V, 고정 전류 -14.3 mA/cm2 Working electrode: fixed voltage -4.65 V, fixed current -14.3 mA / cm 2

[표 1][Table 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 비교예 1에서 반응물은 물 및 이산화탄소이었으며, 상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 생성된 생성물은 수소, 일산화탄소, 메탄, 에탄올, 및 n-프로판올이고, 수소 대 일산화탄소의 몰 비율은 9.8, 수소 대 탄소-함유 생성물의 몰 비율은 3.1, 수소 총 전자수는 172, 탄소-함유 생성물 총 전자수는 204, 수소 총 전자수 대 탄소-함유 생성물 총 전자수의 비율은 0.84, 패러데이 효율은 54%, 및 에너지 전환효율은 24%이었다.The reactants in Comparative Example 1 were water and carbon dioxide, and the products produced were hydrogen, carbon monoxide, methane, ethanol, and n-propanol, and the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide was 9.8, Containing product has a molar ratio of 3.1, a total number of electrons of 172, a total number of electrons of the carbon-containing product of 204, a ratio of the total number of hydrogen to the total number of carbon-containing products of 0.84, a Faraday efficiency of 54%, and The energy conversion efficiency was 24%.

<< 실시예Example 1> 1>

실시예 1은 하기 상대전극 및 작업전극에 인가되는 전압 및 전류 조건 이외에는 상기 비교예 1과 동일한 조건에서 실시되었다:Example 1 was carried out under the same conditions as in Comparative Example 1 except for the voltage and current conditions applied to the counter electrode and the working electrode described below.

상대전극: 0.33 V / 1.8 mA/cm2 / 3 초Counter electrode: 0.33 V / 1.8 mA / cm 2/3 cho

작업전극: -4.7 V / -16.1 mA/cm2 / 8 초Working electrode: -4.7 V / -16.1 mA / cm 2/8 cho

[표 2][Table 2]

Figure pat00004
Figure pat00004

상기 실시예 1에서 반응물은 물 및 이산화탄소이었으며, 상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 생성된 생성물은 수소, 일산화탄소, 메탄, 에틸렌, 에탄올, 및 프로판올이고, 수소 대 일산화탄소의 몰 비율은 3.2, 수소 대 탄소-함유 생성물의 몰 비율은 0.9, 수소 총 전자수는 91.3, 탄소-함유 생성물 총 전자수는 494, 수소 총 전자수 대 탄소-함유 생성물 총 전자수의 비율은 0.18, 패러데이 효율은 90%, 및 에너지 전환효율은 27%이었다.The reactants in Example 1 were water and carbon dioxide, and the resulting products were hydrogen, carbon monoxide, methane, ethylene, ethanol, and propanol, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide was 3.2, Containing product has a molar ratio of 0.9, a total number of electrons of 91.3, a total number of electrons of 494, a ratio of the total number of hydrogen to the total number of carbon-containing products of 0.18, a Faraday efficiency of 90%, and The energy conversion efficiency was 27%.

<< 비교예Comparative Example 1 및  1 and 실시예Example 1의 결과 분석> 1 Results Analysis>

비교예 1의 경우 수소 대 탄소-함유 생성물의 몰 비율이 3.1로서 비교적 높은 반면, 실시예 1의 경우 수소 대 탄소-함유 생성물의 몰 비율이 0.9로서 비교적 낮아 비교예 1에 비하여 총 생성물 중 탄소-함유 생성물의 몰 비율이 높음을 확인할 수 있었다.The molar ratio of hydrogen to the carbon-containing product was relatively high at 3.1, while the molar ratio of hydrogen to the carbon-containing product at Example 1 was relatively low at 0.9, which was lower than that of Comparative Example 1, Containing product was found to be high.

<< 비교예Comparative Example 2> 2>

하기 조건 하에서 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 환원 반응이 수행되었다:A reduction reaction of carbon dioxide and / or carbon monoxide was carried out under the following conditions:

작업전극: 구리(Cu)Working electrode: Copper (Cu)

상대전극: 백금(Pt)Counter electrode: Platinum (Pt)

전해질: 0.1 M KHCO3 및 0.1 M KOHElectrolyte: 0.1 M KHCO 3 and 0.1 M KOH

압력: 3.3 atmPressure: 3.3 atm

온도: 10℃Temperature: 10 ° C

이산화탄소의 공급 유속: 200 mL/minFeeding rate of carbon dioxide: 200 mL / min

작업전극: 고정 전압 -3.9 V, 고정 전류 -300 mA/cm2 Working electrode: fixed voltage -3.9 V, fixed current -300 mA / cm 2

[표 3][Table 3]

Figure pat00005
Figure pat00005

상기 비교예 2에서 반응물은 이산화탄소이었으며, 상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 생성된 생성물은 수소, 일산화탄소, 및 메탄이고, 수소 대 일산화탄소의 몰 비율은 13.6, 수소 대 탄소-함유 생성물의 몰 비율은 6.4, 패러데이 효율은 71%, 및 에너지 전환효율은 35%이었다.The reactant in Comparative Example 2 was carbon dioxide, and as shown in Table 3, the products produced were hydrogen, carbon monoxide, and methane, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide was 13.6, the molar ratio of hydrogen to carbon- , The Faraday efficiency was 71%, and the energy conversion efficiency was 35%.

<< 실시예Example 2> 2>

실시예 2는 하기 상대전극 및 작업전극에 인가되는 전압 및 전류 조건 이외에는 상기 비교예 2와 동일한 조건에서 실시되었다:Example 2 was carried out under the same conditions as in Comparative Example 2 except for the voltage and current conditions applied to the counter electrode and the working electrode described below.

상대전극: 1.8 V / 60 mA/cm2 내지 130 mA/cm2 / 3 초Counter electrode: 1.8 V / 60 mA / cm 2 to 130 mA / cm 2/3 cho

작업전극: -4 V / -350 mA/cm2 내지 -126 mA/cm2 / 15 초Working electrodes: -4 V / -350 mA / cm 2 to about -126 mA / cm 2/15 cho

[표 4][Table 4]

Figure pat00006
Figure pat00006

상기 실시예 2에서 반응물은 물 및 이산화탄소이었으며, 상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 생성된 생성물은 수소, 일산화탄소, 에틸렌, 메탄, 에탄올, 및 n-프로판올 이고, 수소 대 일산화탄소의 몰 비율은 2.3, 수소 대 탄소-함유 생성물의 몰 비율은 0.3, 패러데이 효율은 88%, 및 에너지 전환효율은 26%이었다.The reaction products in Example 2 were water and carbon dioxide. As shown in Table 4, the produced products were hydrogen, carbon monoxide, ethylene, methane, ethanol, and n-propanol. The molar ratio of hydrogen to carbon monoxide was 2.3, The molar ratio of the large carbon-containing product was 0.3, the Faraday efficiency was 88%, and the energy conversion efficiency was 26%.

<< 비교예Comparative Example 2 및  2 and 실시예Example 2의 결과 분석> 2 results analysis>

비교예 2의 경우 수소 대 탄소-함유 생성물의 몰 비율이 6.4로서 비교적 높은 반면, 실시예 2의 경우 수소 대 탄소-함유 생성물의 몰 비율이 0.3으로서 매우 낮아 비교예 2에 비하여 총 생성물 중 탄소-함유 생성물의 몰 비율이 매우 높음을 확인할 수 있었다.The molar ratio of hydrogen to the carbon-containing product was relatively high at 6.4, while the molar ratio of hydrogen to the carbon-containing product was very low at 0.3 as compared to Comparative Example 2, Containing product was found to be very high.

<< 비교예Comparative Example 3> 3>

하기 조건 하에서 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 환원 반응이 수행되었다:A reduction reaction of carbon dioxide and / or carbon monoxide was carried out under the following conditions:

작업전극: 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu)/ 1:1:1의 비율The ratio of working electrode: gold (Au), silver (Ag), copper (Cu) / 1: 1:

상대전극: 백금(Pt)Counter electrode: Platinum (Pt)

전해질: 0.5 M KHCO3 Electrolyte: 0.5 M KHCO 3

압력: 3.3 atmPressure: 3.3 atm

온도: 10℃Temperature: 10 ° C

이산화탄소의 공급 유속: 200 mL/minFeeding rate of carbon dioxide: 200 mL / min

작업전극: 고정 전압 -4.7 V, 고정 전류 -14.3 mA/cm2 Working electrode: fixed voltage -4.7 V, fixed current -14.3 mA / cm 2

[표 5][Table 5]

Figure pat00007
Figure pat00007

상기 비교예 3에서 반응물은 물 및 이산화탄소이었으며, 상기 표 5에 나타낸 바와 같이, 생성된 생성물은 수소 및 일산화탄소이고, 수소 대 일산화탄소의 몰 비율은 1.28, 패러데이 효율은 100%, 및 에너지 전환효율은 28%이었다.As shown in Table 5, the produced products were hydrogen and carbon monoxide, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide was 1.28, the Faraday efficiency was 100%, and the energy conversion efficiency was 28 %.

<< 실시예Example 3> 3>

실시예 3은 하기 상대전극 및 작업전극에 인가되는 전압 및 전류 조건 이외에는 상기 비교예 3와 동일한 조건에서 실시되었다:Example 3 was carried out under the same conditions as in Comparative Example 3 except for the voltage and current conditions applied to the counter electrode and the working electrode described below.

상대전극: 1.0 V / 2 mA/cm2 / 3 초Counter electrode: 1.0 V / 2 mA / cm 2/3 cho

작업전극: -3.9 V / -12 mA/cm2 / 8 초Working electrode: -3.9 V / -12 mA / cm 2/8 cho

[표 6][Table 6]

Figure pat00008
Figure pat00008

상기 실시예 3에서 반응물은 물 및 이산화탄소이었으며, 상기 표 6에 나타낸 바와 같이, 생성된 생성물은 수소 및 일산화탄소이고, 수소 대 일산화탄소의 몰 비율은 0.39, 패러데이 효율은 91%, 및 에너지 전환효율은 50%이었다.As shown in Table 6, the produced products were hydrogen and carbon monoxide, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide was 0.39, the Faraday efficiency was 91%, and the energy conversion efficiency was 50 %.

<< 비교예Comparative Example 3 및  3 and 실시예Example 3의 결과 분석> 3 Results>

비교예 3의 경우 수소 대 일산화탄소의 몰 비율이 1.28로서 비교적 높은 반면, 실시예 3의 경우 수소 대 일산화탄소의 몰 비율이 0.39로서 비교적 낮아 비교예 3에 비하여 총 생성물 중 일산화탄소의 몰 비율이 높음을 확인할 수 있었다.In Comparative Example 3, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide was comparatively high as 1.28, while in Example 3, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide was 0.39, which was relatively low, confirming that the molar ratio of carbon monoxide in the total product was higher than that of Comparative Example 3 I could.

<< 비교예Comparative Example 4> 4>

하기 조건 하에서 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 환원 반응이 수행되었다:A reduction reaction of carbon dioxide and / or carbon monoxide was carried out under the following conditions:

작업전극: 금(Au)Working Electrode: Gold (Au)

상대전극: 백금(Pt)Counter electrode: Platinum (Pt)

전해질: 0.5 M KHCO3 Electrolyte: 0.5 M KHCO 3

압력: 3.3 atmPressure: 3.3 atm

온도: 10℃Temperature: 10 ° C

이산화탄소의 공급 유속: 200 mL/minFeeding rate of carbon dioxide: 200 mL / min

작업전극: 고정 전압 -6.4 V, 고정 전류 -30.0 mA/cm2 Working electrode: fixed voltage -6.4 V, fixed current -30.0 mA / cm 2

[표 7][Table 7]

Figure pat00009
Figure pat00009

상기 비교예 4에서 반응물은 물 및 이산화탄소이었으며, 상기 표 7에 나타낸 바와 같이, 생성된 생성물은 수소 및 일산화탄소이고, 수소 대 일산화탄소의 몰 비율은 1.70, 패러데이 효율은 100%, 및 에너지 전환효율은 20%이었다.As shown in Table 7, the produced products were hydrogen and carbon monoxide, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide was 1.70, the Faraday efficiency was 100%, and the energy conversion efficiency was 20 %.

<< 실시예Example 4> 4>

실시예 4는 하기 상대전극 및 작업전극에 인가되는 전압 및 전류 조건 이외에는 상기 비교예 4와 동일한 조건에서 실시되었다:Example 4 was carried out under the same conditions as in Comparative Example 4 except for the voltage and current conditions applied to the counter electrode and the working electrode described below.

상대전극: 3.63 V / 13 mA/cm2 / 3 초Counter electrode: 3.63 V / 13 mA / cm 2/3 cho

작업전극: -5.82 V / -30 mA/cm2 / 8 초Working electrodes: -5.82 V / -30 mA / cm 2/8 cho

[표 8][Table 8]

Figure pat00010
Figure pat00010

상기 실시예 4에서 반응물은 물 및 이산화탄소이었으며, 상기 표 8에 나타낸 바와 같이, 생성된 생성물은 수소 및 일산화탄소이고, 수소 대 일산화탄소의 몰 비율은 0.38, 패러데이 효율은 91%, 및 에너지 전환효율은 21%이었다.The reactants in Example 4 were water and carbon dioxide. As shown in Table 8, the produced products were hydrogen and carbon monoxide, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide was 0.38, the Faraday efficiency was 91%, and the energy conversion efficiency was 21 %.

<< 비교예Comparative Example 4 및  4 and 실시예Example 4의 결과 분석> 4 Analysis of Results>

비교예 4의 경우 수소 대 일산화탄소의 몰 비율이 1.70으로서 비교적 높은 반면, 실시예 4의 경우 수소 대 일산화탄소의 몰 비율이 0.38로서 비교적 낮아 비교예 4에 비하여 총 생성물 중 일산화탄소의 몰 비율이 높음을 확인할 수 있었다.In Comparative Example 4, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide was relatively high as 1.70, while in Example 4, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide was 0.38, which was relatively low, confirming that the molar ratio of carbon monoxide in the total product was higher than that of Comparative Example 4 I could.

<< 비교예Comparative Example 5> 5>

하기 조건 하에서 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 환원 반응이 수행되었다:A reduction reaction of carbon dioxide and / or carbon monoxide was carried out under the following conditions:

작업전극: 은(Ag)Working electrode: silver (Ag)

상대전극: 백금(Pt)Counter electrode: Platinum (Pt)

전해질: 0.5 M KHCO3 Electrolyte: 0.5 M KHCO 3

압력: 3.3 atmPressure: 3.3 atm

온도: 10℃Temperature: 10 ° C

이산화탄소의 공급 유속: 200 mL/minFeeding rate of carbon dioxide: 200 mL / min

작업전극: 고정 전압 -6.4 V, 고정 전류 -30.0 mA/cm2 Working electrode: fixed voltage -6.4 V, fixed current -30.0 mA / cm 2

[표 9][Table 9]

Figure pat00011
Figure pat00011

상기 비교예 5에서 반응물은 물 및 이산화탄소이었으며, 상기 표 9에 나타낸 바와 같이, 생성된 생성물은 수소 및 일산화탄소이고, 수소 대 일산화탄소의 몰 비율은 6.70, 패러데이 효율은 100%, 및 에너지 전환효율은 30%이었다.As shown in Table 9, the produced products were hydrogen and carbon monoxide, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide was 6.70, the Faraday efficiency was 100%, and the energy conversion efficiency was 30 %.

<< 실시예Example 5> 5>

실시예 5는 하기 상대전극 및 작업전극에 인가되는 전압 및 전류 조건 이외에는 상기 비교예 4와 동일한 조건에서 실시되었다:Example 5 was carried out under the same conditions as in Comparative Example 4 except for the voltage and current conditions applied to the counter electrode and the working electrode described below.

상대전극: 1.74 V / 12.5 mA/cm2 / 3 초Counter electrode: 1.74 V / 12.5 mA / cm 2/3 cho

작업전극: -4.5 V / -30.4 mA/cm2 / 8 초Working electrode: -4.5 V / -30.4 mA / cm 2/8 cho

[표 10][Table 10]

Figure pat00012
Figure pat00012

상기 실시예 5에서 반응물은 물 및 이산화탄소이었으며, 상기 표 10에 나타낸 바와 같이, 생성된 생성물은 수소 및 일산화탄소이고, 수소 대 일산화탄소의 몰 비율은 0.37, 패러데이 효율은 89%, 및 에너지 전환효율은 26%이었다.As shown in Table 10, the produced products were hydrogen and carbon monoxide, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide was 0.37, the Faraday efficiency was 89%, and the energy conversion efficiency was 26 %.

<비교예 5 및 실시예 5의 결과 분석>&Lt; Analysis of Results of Comparative Example 5 and Example 5 >

비교예 5의 경우 수소 대 일산화탄소의 몰 비율이 6.70으로서 비교적 높은 반면, 실시예 5의 경우 수소 대 일산화탄소의 몰 비율이 0.37로서 매우 낮아 비교예 5에 비하여 총 생성물 중 일산화탄소의 몰 비율이 매우 높음을 확인할 수 있었다.In the case of Comparative Example 5, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide was 6.70, which was relatively high. In Example 5, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide was very low as 0.37, and the molar ratio of carbon monoxide in the total product was very high I could confirm.

<비교예 1 내지 5 및 실시예 1 내지 5의 결과 분석><Results Analysis of Comparative Examples 1 to 5 and Examples 1 to 5>

상기 비교예 1 내지 5 및 실시예 1 내지 5에 각각 나타난 바와 같이 비교예 1 내지 5에 비하여 본원에 따른 실시예 1 내지 5의 경우 생성물에서 수소의 몰 비율이 더욱 낮음을 확인할 수 있었다. 이는, 생성물의 전체 조성 중 수소의 양이 적다는 것으로서 수소 이외의 탄소를 함유한 물질들이 주 생성물로서 생성됨을 나타낸 도 7과 일치하는 결과이다. As shown in Comparative Examples 1 to 5 and Examples 1 to 5, the molar ratio of hydrogen in the products of Examples 1 to 5 according to the present invention was lower than those of Comparative Examples 1 to 5. This is consistent with FIG. 7, which shows that the amount of hydrogen in the overall composition of the product is small and that materials containing carbon other than hydrogen are produced as the main product.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

101: 이산화탄소의 전기화학적 환원 장치
110: 환원전극부 190: 전해질
120: 산화전극부 200: 가스배출구
130: 멤브레인 210: 제 1 생성물 수집 챔버
140: 작업전극 220: 제 2 생성물 수집 챔버
150: 상대전극 230: 플레이트
160: 전원공급장치 240: 스페이서
170: 제 1 챔버 180: 제 2 챔버
101: Electrochemical reduction device of carbon dioxide
110: reduction electrode part 190: electrolyte
120: oxidation electrode part 200: gas discharge port
130: Membrane 210: First product collection chamber
140: working electrode 220: second product collecting chamber
150: counter electrode 230: plate
160: Power supply unit 240: Spacer
170: first chamber 180: second chamber

Claims (18)

작업전극을 포함하는 환원전극부와 상대전극을 포함하는 산화전극부;
상기 환원전극부에 이산화탄소 및/또는 반응물을 공급하는 제 1 챔버;
상기 산화전극부에 필요한 경우 캐리어 가스를 공급하는 선택적인 제 2 챔버; 및
상기 작업전극과 상기 상대전극 각각에 전압 및 전류를 인가하기 위한 전원공급장치
를 포함하며,
상기 작업전극과 상기 상대전극 각각에 인가되는 전압의 극성, 및/또는 상기 전류의 방향이 주기적으로 스위칭되는 것인,
이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치.
An oxidation electrode portion including a reduction electrode portion including a working electrode and a counter electrode;
A first chamber for supplying carbon dioxide and / or a reactant to the reduction electrode unit;
An optional second chamber for supplying carrier gas to the oxidation electrode portion if necessary; And
A power supply for applying a voltage and a current to the working electrode and the counter electrode, respectively,
/ RTI &gt;
Wherein a polarity of a voltage applied to each of the working electrode and the counter electrode, and / or a direction of the current is periodically switched,
An electrochemical reduction device for carbon dioxide and / or carbon monoxide.
제 1 항에 있어서,
상기 작업전극과 상기 상대전극 각각에 인가되는 전압의 극성과 크기, 및/또는 상기 전류의 방향과 세기가 주기적으로 스위칭되는 것인, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the polarity and magnitude of the voltage applied to the working electrode and the counter electrode, respectively, and / or the direction and intensity of the current are periodically switched.
제 1 항에 있어서,
상기 작업전극 및 상대전극은 각각 독립적으로 금속, 합금, 비금속, 상기 금속 또는 합금의 산화물, 황화물, 인화물, 질화물, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 것인, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the working electrode and the counter electrode each independently comprise a material selected from the group consisting of a metal, an alloy, a nonmetal, an oxide, a sulfide, a phosphide, a nitride of the metal or an alloy, and combinations thereof. Electrochemical reduction device of carbon monoxide.
제 1 항에 있어서,
상기 환원전극부에 위치되는 기준전극을 추가로 포함하는, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a reference electrode located in the reducing electrode portion.
제 1 항에 있어서,
상기 반응물은 물, 일산화탄소, 화학 첨가제(chemical additives), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것인, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the reactants include those selected from the group consisting of water, carbon monoxide, chemical additives, and combinations thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치에서 환원 반응에 의해 생성되는 생성물은 수소, 일산화탄소, 탄화수소류, 알콜류, 알데하이드류, 유기산류, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것인, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치.
The method according to claim 1,
In the electrochemical reduction apparatus for carbon dioxide and / or carbon monoxide, the product produced by the reduction reaction is selected from the group consisting of hydrogen, carbon monoxide, hydrocarbons, alcohols, aldehydes, organic acids, , An electrochemical reduction device for carbon dioxide and / or carbon monoxide.
제 1 항에 있어서,
상기 작업전극 및 상대전극에 각각 인가되는 전압은 각각 -10 V 내지 -1 V 및 0.5 V 내지 10 V인, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the voltages applied to the working electrode and the counter electrode are respectively between -10 V and -1 V and between 0.5 V and 10 V. The electrochemical reduction apparatus for carbon dioxide and /
제 1 항에 있어서,
상기 작업전극 및 상대전극에 각각 인가되는 전류는 각각 -2,000 mA/cm2 내지 -1 mA/cm2 및 1 mA/cm2 내지 2,000 mA/cm2인, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the currents applied to the working electrode and the counter electrode are respectively -2000 mA / cm 2 to -1 mA / cm 2 and 1 mA / cm 2 to 2,000 mA / cm 2 , .
제 1 항에 있어서,
상기 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치는 배치(batch)식, 순환식, 연속식, 고분자 전해질막(polymer electrolyte membrane, PEM) 형 시스템, 또는 이들의 조합들로 이루어진 혼합식의 구조를 갖는 것인, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치.
The method according to claim 1,
The electrochemical reduction apparatus for carbon dioxide and / or carbon monoxide may be a batch type, a circulation type, a continuous type, a polymer electrolyte membrane (PEM) type system, or a mixed type structure composed of combinations thereof Carbon dioxide and / or carbon monoxide.
작업전극을 포함하는 환원전극부와 상대전극을 포함하는 산화전극부를 포함하는 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치에서
상기 환원전극부에 이산화탄소 및/또는 반응물을 공급하고, 선택적으로, 상기 산화전극부에 캐리어 가스를 공급하는 것, 및
상기 작업전극과 상기 상대전극 각각에 인가되는 전압의 극성, 및/또는 상기 전류의 방향을 주기적으로 스위칭하여 상기 환원전극부에 공급되는 이산화탄소 및/또는 일산화탄소를 환원시키는 것
을 포함하는, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 방법.
An electrochemical reduction apparatus for carbon dioxide and / or carbon monoxide comprising an electrode portion including a reducing electrode portion including a working electrode and a counter electrode
Supplying carbon dioxide and / or a reactant to the reduction electrode portion and selectively supplying a carrier gas to the oxidation electrode portion, and
And / or reducing the carbon dioxide and / or carbon monoxide supplied to the reduction electrode unit by periodically switching the polarity of the voltage applied to the working electrode and the counter electrode and / or the direction of the current
/ RTI &gt; and / or &lt; RTI ID = 0.0 &gt; carbon monoxide &lt; / RTI &gt;
제 10 항에 있어서,
상기 작업전극과 상기 상대전극 각각에 인가되는 전압의 극성과 크기, 및/또는 상기 전류의 방향과 세기가 주기적으로 스위칭되는 것인, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the polarity and magnitude of the voltage applied to the working electrode and the counter electrode, respectively, and / or the direction and intensity of the current are periodically switched.
제 10 항에 있어서,
상기 작업전극 및 상대전극은 각각 독립적으로 금속, 합금, 비금속, 상기 금속 또는 합금의 산화물, 황화물, 인화물, 질화물, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 것인, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the working electrode and the counter electrode each independently comprise a material selected from the group consisting of a metal, an alloy, a nonmetal, an oxide, a sulfide, a phosphide, a nitride of the metal or an alloy, and combinations thereof. Method for electrochemical reduction of carbon monoxide.
제 10 항에 있어서,
상기 환원 장치는 상기 환원전극부에 위치되는 기준전극을 추가로 포함하는 것인, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the reducing apparatus further comprises a reference electrode located in the reducing electrode section.
제 10 항에 있어서,
상기 반응물은 물, 일산화탄소, 화학 첨가제, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것인, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the reactant comprises a material selected from the group consisting of water, carbon monoxide, chemical additives, and combinations thereof.
제 10 항에 있어서,
상기 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 환원 반응에 의해 생성되는 생성물은 수소, 일산화탄소, 탄화수소류, 알콜류, 알데하이드류, 유기산류, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것인, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the product produced by the reduction reaction of carbon dioxide and / or carbon monoxide comprises one selected from the group consisting of hydrogen, carbon monoxide, hydrocarbons, alcohols, aldehydes, organic acids, and combinations thereof. Method for electrochemical reduction of carbon monoxide.
제 10 항에 있어서,
상기 작업전극 및 상대전극에 각각 인가되는 전압은 각각 -10 V 내지 -1 V 및 0.5 V 내지 10 V인, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the voltages respectively applied to the working electrode and the counter electrode are -10 V to -1 V and 0.5 V to 10 V, respectively.
제 10 항에 있어서,
상기 작업전극 및 상대전극에 각각 인가되는 전류는 각각 -2,000 mA/cm2 내지 -1 mA/cm2 및 1 mA/cm2 내지 2,000 mA/cm2인, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the currents applied to the working electrode and the counter electrode are respectively -2,000 mA / cm 2 to -1 mA / cm 2 and 1 mA / cm 2 to 2,000 mA / cm 2 , respectively, in an electrochemical reduction method of carbon dioxide and / .
제 10 항에 있어서,
상기 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 장치는 배치(batch)식, 순환식, 연속식, 고분자 전해질막 형 시스템, 또는 이들의 조합들로 이루어진 혼합식의 구조를 갖는 것인, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소의 전기화학적 환원 방법.
11. The method of claim 10,
The electrochemical reduction apparatus for carbon dioxide and / or carbon monoxide may be a carbon dioxide and / or carbon dioxide reforming apparatus having a mixed-type structure consisting of a batch system, a circulation system, a continuous system, a polyelectrolyte membrane system, Method for electrochemical reduction of carbon monoxide.
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