KR20190096265A - Stack for carbon dioxide conversion and method for carbon dioxide conversion using the same - Google Patents

Stack for carbon dioxide conversion and method for carbon dioxide conversion using the same Download PDF

Info

Publication number
KR20190096265A
KR20190096265A KR1020180130833A KR20180130833A KR20190096265A KR 20190096265 A KR20190096265 A KR 20190096265A KR 1020180130833 A KR1020180130833 A KR 1020180130833A KR 20180130833 A KR20180130833 A KR 20180130833A KR 20190096265 A KR20190096265 A KR 20190096265A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon dioxide
stack
diffusion layer
fluid diffusion
electrolyte
Prior art date
Application number
KR1020180130833A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102606906B1 (en
Inventor
최승목
박유세
임동찬
장명제
양주찬
김용훈
권정대
송명관
이지훈
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Publication of KR20190096265A publication Critical patent/KR20190096265A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102606906B1 publication Critical patent/KR102606906B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • B01D53/326Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00 in electrochemical cells
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/62Carbon oxides
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

The present invention relates to a stack for converting carbon dioxide and a method for converting carbon dioxide using the same. More specifically, the present invention relates to a multi-stack for converting carbon dioxide of a large area which can be utilized as a carbon dioxide removal device and a carbon monoxide generating device, and the like, and a method for converting carbon dioxide using the same. According to one embodiment of the present invention, carbon dioxide can be converted for a long term economically and efficiently using the stack.

Description

이산화탄소 전환용 스택 및 이를 이용한 이산화탄소 전환 방법{Stack for carbon dioxide conversion and method for carbon dioxide conversion using the same}Stack for carbon dioxide conversion and method for carbon dioxide conversion using the same}

본 발명은 이산화탄소 전환용 스택 및 이를 이용한 이산화탄소 전환 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 이산화탄소 제거장치, 일산화탄소 생성장치 등으로 활용할 수 있는 대면적의 이산화탄소 전환용 멀티스택 및 이를 이용한 이산화탄소 전환 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a stack for converting carbon dioxide and a method of converting carbon dioxide using the same. More specifically, the present invention relates to a multi-stack for converting carbon dioxide to a large area that can be utilized as a carbon dioxide removal device, a carbon monoxide generating device, and the like, and a carbon dioxide conversion method using the same.

교토 의정서는 온실 효과를 보이는 6종의 온실 가스의 배출량 감소 목표치를 정하고 있는데, 온실 가스 중 하나인 대기 중 이산화탄소(CO2)의 배출량을 감축하기 위한 노력과 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 1990년부터 2012년까지 미국을 기준으로 이산화탄소가 가장 많이 배출되는 장소는 발전소(32%), 운송(28%), 산업(20%)이었다. 따라서, 대기 중 이산화탄소의 농도를 유지하기 위해 발전소와 같은 대량 발생원에서의 배출되는 이산화탄소를 포집한 후 감축하고자 하는 시도가 계속되고 있다.The Kyoto Protocol sets targets for reducing the greenhouse gas emissions of six greenhouse gases. Efforts and research to reduce emissions of atmospheric carbon dioxide (CO 2 ), one of the greenhouse gases, are being actively conducted worldwide. From 1990 to 2012, the largest sources of CO2 emissions in the United States were power plants (32%), transportation (28%) and industry (20%). Thus, attempts have been made to reduce and then capture carbon dioxide emitted from large sources such as power plants in order to maintain the concentration of carbon dioxide in the atmosphere.

이와 같은 연구 분야는 크게 두 가지 분야로 분류할 수 있는데, 이산화탄소의 대량 발생원으로부터 이산화탄소를 포집 및 저장하는 기술(carbon capture and storage, CCS)과 이산화탄소를 포집 및 활용하는 기술(carbon capture and utilization, CCU)이다.These research areas can be broadly divided into two fields: carbon capture and storage (CCS) from carbon sources and carbon capture and utilization (CCU). )to be.

CCS 기술은 대량 발생원으로부터 배출된 이산화탄소를 포집하여 밀폐된 공간에 포장한 뒤 매립하여 대기로부터 격리시키는 기술이다. 주로 무기 촉매의 탄산화를 통해 이산화탄소가 저장되고, 밀폐시킨 용기는 심해 지층, 지표면의 지하에 저장되는데, 생태계 훼손 등의 문제점을 안고 있으므로 상용화에 어려운 측면이 있다. CCS technology is a technology that captures carbon dioxide from mass sources, packs it in an enclosed space, and then burys it and isolates it from the atmosphere. Carbon dioxide is mainly stored through carbonation of the inorganic catalyst, and the sealed container is stored in the deep sea layers and the basement of the ground surface, and it is difficult to commercialize because it has problems such as ecosystem damage.

이에 반해 CCU 기술은 저장 공간이 필요하지 않으면서 이익을 생산한다는 점에서 환경적이나 경제적인 측면에서 산업화에 유리하다. 특히, 전기화학적 방법은 전극 물질의 선택에 따라 포름산, 일산화탄소, 메탄올, 옥살산 등의 다양한 유기화합물을 선택적으로 생산할 수 있고, 상온·상압 조건에서 구동 가능하기 때문에 시스템을 구성하는 비용이 저렴하며, 반응기의 디자인에 따라 소형화하거나, 스택킹을 통한 대용량화가 용이하여 다양한 산업적으로 적용 가능하다는 점에서 주목을 받고 있다.CCU technology, on the other hand, is beneficial to industrialization, both environmentally and economically, in that it produces profits without the need for storage space. In particular, the electrochemical method can selectively produce various organic compounds such as formic acid, carbon monoxide, methanol, and oxalic acid according to the selection of electrode material, and can be operated at room temperature and atmospheric pressure, and thus, the cost of configuring the system is low. It is attracting attention in that it can be miniaturized according to the design or large capacity through stacking and can be applied to various industries.

이와 관련한 종래의 기술로는, 전기화학적 이산화탄소 전환반응(electrochemical carbon dioxide conversion, 이하 ECC)을 개시하고 있는 미국공개특허공보 US 제7,790,012호(2010) 등이 존재한다.Conventional techniques in this regard include US Pat. No. 7,790,012 (2010), which discloses electrochemical carbon dioxide conversion (ECC).

그러나 실용 가능한 100㎠ 이상의 촉매 전극의 대면적화 연구 및 CO 생성 감소율을 최소화할 수 있는 CO 전환 효율이 우수한 전기화학전지의 스택화 연구는 부족한 실정이다.However, there is a lack of research on the large-area research of a catalytic electrode of 100 cm 2 or more and the stacking of electrochemical cells having excellent CO conversion efficiency to minimize the reduction rate of CO production.

본 발명의 목적은 대면적의 이산화탄소 전환용 스택을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a large area carbon dioxide conversion stack.

본 발명의 다른 목적은 2 이상의 셀을 포함하는 이산화탄소 전환용 멀티스택을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a multi-stack for carbon dioxide conversion comprising two or more cells.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 스택을 이용하여 장기간 효율적으로 이산화탄소를 전환하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for converting carbon dioxide efficiently for a long time using the stack.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 더욱 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description, claims and drawings.

본 발명자들은 스택의 형상, 구조, 전극의 종류, 전해질막의 종류, 포텐셜, 전해액의 유량, pH 등 전극의 활성 및 내구성 영향 인자를 도출하고 이를 최적화하여, 애노드/캐소드 활성 면적을 고려한 대면적의 이산화탄소 전환용 스택을 개발하여 본 발명을 완성하였다. The present inventors derive and optimize the electrode activity and durability influencing factors such as stack shape, structure, electrode type, electrolyte membrane type, potential, electrolyte flow rate, pH, and the like, thereby considering a large area of anode / cathode active area. The stack for the conversion was developed to complete the present invention.

본 발명의 일 측면에 따르면, 고분자 전해질막과, 상기 전해질막의 일면에 애노드 전극과 제1 유체확산층이 순차적으로 적층되고, 상기 전해질막의 타면에 캐소드 전극과 제2 유체확산층이 순차적으로 적층되고, 상기 제1 유체확산층, 애노드 전극, 전해질막, 캐소드 전극, 및 제2 유체확산층을 수용하는 통공부를 구비하고, 제1 유체확산층 또는 제2 유체확산층으로 일측이 개방된 복수의 미세유로를 구비하는 세퍼레이터를 포함하는 막전극접합체를 포함하고, 스택의 단면이 원형 또는 타원형인, 이산화탄소 전환용 스택이 제공된다.According to an aspect of the present invention, a polymer electrolyte membrane and an anode electrode and a first fluid diffusion layer are sequentially stacked on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode electrode and a second fluid diffusion layer are sequentially stacked on the other surface of the electrolyte membrane. A separator having a first fluid diffusion layer, an anode electrode, an electrolyte membrane, a cathode electrode, and a through hole for accommodating the second fluid diffusion layer, and having a plurality of microchannels, one side of which is open to the first fluid diffusion layer or the second fluid diffusion layer. Comprising a membrane electrode assembly comprising a, the cross section of the stack is circular or oval, there is provided a stack for carbon dioxide conversion.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전해질막은 양이온교환막일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the electrolyte membrane may be a cation exchange membrane.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 캐소드 전극은 은 또는 은합금으로 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cathode electrode may be composed of silver or silver alloy.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1유체확산층 및 제2유체확산층 중 1 이상은 다공성 펠트 또는 폼으로 구성될 수 있다. According to one embodiment of the invention, at least one of the first fluid diffusion layer and the second fluid diffusion layer may be composed of a porous felt or foam.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 막전극접합체가 집전체를 개재하여 2 이상 연결되고, 애노드 전해액이 복수의 막전극접합체의 애노드 전극의 제1 유체확산층으로 유입되도록 연결된 제1 유입유로와, 복수의 막전극접합체의 애노드 전극의 제1 유체확산층에서 유출되는 유체가 배출되는 제1 배출유로; 및 캐소드 전해액이 복수의 막전극접합체의 캐소드 전극의 제2 유체확산층으로 유입되도록 연결된 제2 유입유로와, 복수의 막전극접합체의 캐노드 전극의 제2 유체확산층에서 유출되는 유체가 배출되는 제2 배출유로를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the membrane electrode assembly is connected to two or more via a current collector, the first inflow passage connected to the anode electrolyte is introduced into the first fluid diffusion layer of the anode electrode of the plurality of membrane electrode assembly, A first discharge passage through which the fluid flowing out of the first fluid diffusion layer of the anode electrode of the plurality of membrane electrode assemblies is discharged; And a second inflow passage connected such that the cathode electrolyte flows into the second fluid diffusion layer of the cathode electrode of the plurality of membrane electrode assemblies, and the second fluid flowing out of the second fluid diffusion layer of the cathode electrode of the plurality of membrane electrode assemblies is discharged. It may include an outlet flow path.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 세퍼레이터는 상기 제1 유체확산층 또는 상기 제2 유체확산층을 밀봉하는 실링부재를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the separator may further include a sealing member for sealing the first fluid diffusion layer or the second fluid diffusion layer.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이산화탄소 전환용 스택은 애노드 전해액 및 캐소드 전해액 중 1종 이상에서 이산화탄소 용해도를 높일 수 있는 가압 수단을 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the invention, the carbon dioxide conversion stack may further include a pressurizing means for increasing the carbon dioxide solubility in at least one of the anode electrolyte and the cathode electrolyte.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 2 이상의 막전극접합체를 포함하는 이산화탄소 전환용 스택은 CO 생성 감소율이 20% 이하일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the carbon dioxide conversion stack including two or more membrane electrode assemblies may have a CO reduction rate of 20% or less.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이산화탄소 전환용 스택은 정전압이 3V/cell 미만으로 공급될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the carbon dioxide conversion stack may be supplied with a constant voltage less than 3V / cell.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이산화탄소 전환용 스택은 전해액 공급 유속을 1.8 L/min 이상으로 유지할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the carbon dioxide conversion stack can maintain an electrolyte supply flow rate of 1.8 L / min or more.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이산화탄소 전환용 스택은 태양전지에 직접 연결될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the carbon dioxide conversion stack may be directly connected to the solar cell.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 이산화탄소 전환용 스택을 포함하는, 일산화탄소 생성 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a carbon monoxide generating apparatus comprising the stack for converting carbon dioxide.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 이산화탄소 전환용 스택을 포함하는, 이산화탄소 제거 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a carbon dioxide removal device comprising the stack for converting carbon dioxide.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 이산화탄소 전환용 스택을 이용하여, 장기간 효율적으로 이산화탄소를 전환하는, 이산화탄소 전환 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, a carbon dioxide conversion method for converting carbon dioxide efficiently for a long time using the stack for carbon dioxide conversion is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이산화탄소 전환 방법에서 정전압이 3V/cell 미만으로 공급될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, in the carbon dioxide conversion method, a constant voltage may be supplied at less than 3V / cell.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이산화탄소 전환 방법에서 전해액 공급 유속을 1.8 L/min 이상으로 유지할 수 있다.According to one embodiment of the invention, the electrolyte supply flow rate in the carbon dioxide conversion method can be maintained at 1.8 L / min or more.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 100㎠ 이상의 대면적의 이산화탄소 전환용 스택을 제공할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a stack for converting carbon dioxide having a large area of 100 cm 2 or more.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, CO 생성 감소율을 최소화한 2 이상의 셀을 포함하는 이산화탄소 전환용 멀티스택을 제공할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a multi-stack for converting carbon dioxide comprising two or more cells with a minimum reduction in CO production.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 스택을 이용하여 장기간 경제적이고 효율적으로 이산화탄소를 전환할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it is possible to convert carbon dioxide to the long term economically and efficiently using the stack.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 스택을 이용하여 장기간 경제적이고 효율적으로 일산화탄소를 생성할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, it is possible to produce carbon monoxide economically and efficiently for a long time using the stack.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 전환용 스택의 전해액 순환 및 일산화탄소 생성을 개략적으로 보여주는 평면 사진이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 전환용 스택의 분해사시도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체(Membrane Electrolyte Assembly; MEA)의 분해사시도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체의 애노드 전극면을 보여주는 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체의 캐소드 전극면을 보여주는 도면이다.
도 4는 단위전지((a) 전극면적 16㎠의 단위전지), 1셀의 이산화탄소 전환용 스택((b) 102㎠의 대면적의 스택-1), 및 2셀의 이산화탄소 전환용 멀티스택((c) 102㎠의 대면적의 스택-2)을 비교해서 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2셀의 이산화탄소 전환용 멀티스택에서의 이산화탄소 전환 반응을 개략적으로 보여주는 모식도이다.
도 6a은 스택의 전극 공간이 비어 있는 경우와 다공성 구조물로 채워진 경우의 전산 유체 역학 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 6b는 스택에 적용된 Ti 펠트(felt)의 형상을 보여주는 사진이다.
도 7a는 Ni의 캐소드 전극을 적용하고 고분자 전해질막을 양이온교환막(proton exchange membrane, PEM)으로 한 경우, CO 전환효율을 나타내는 그래프이다.
도 7b는 Ag의 캐소드 전극을 적용하고 고분자 전해질막을 양이온교환막(proton exchange membrane, PEM)으로 한 경우, CO 전환효율을 나타내는 그래프이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 전환용 스택의 성능평가를 위해 실시한 LSV 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 전환용 스택의 성능평가를 위해 실시한 정전압 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9a는 스택-1의 정전압 (2.6V/cell)에서의 시간에 따른 전류밀도의 변화 및 CO 전환 효율을 나타낸 그래프이다.
도 9b는 스택-2의 정전압 (5.2V/cell)에서의 시간에 따른 전류밀도의 변화 및 CO 전환 효율을 나타낸 그래프이다.
도 10은 스택-2에서의 전해액 공급 유속 변화에 따른 전류밀도 변화를 나타낸 그래프이다.
1 is a plan view schematically showing electrolyte circulation and carbon monoxide generation of a stack for converting carbon dioxide according to an embodiment of the present invention.
Figure 2a is an exploded perspective view of a stack for converting carbon dioxide according to an embodiment of the present invention.
2B is an exploded perspective view of a membrane electrode assembly (MEA) according to an embodiment of the present invention.
3A is a view showing an anode electrode surface of a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
3B is a view showing the cathode electrode surface of the membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
4 shows a unit cell ((a) unit cell having an electrode area of 16 cm 2), one cell of carbon dioxide conversion stack ((b) a large area of 102 cm 2 stack-1), and two cells of carbon dioxide conversion multi-stack ( (c) It is a photograph compared and comparing stack-2) of large area of 102 cm <2>.
5 is a schematic diagram showing a carbon dioxide conversion reaction in a multi-stacked carbon dioxide conversion multi-stack in accordance with an embodiment of the present invention.
6A shows the results of a computational fluid dynamics simulation when the electrode space of the stack is empty and filled with a porous structure.
Figure 6b is a photograph showing the shape of the Ti felt (felt) applied to the stack.
FIG. 7A is a graph showing CO conversion efficiency when Ni cathode electrode is used and the polymer electrolyte membrane is a cation exchange membrane (PEM). FIG.
FIG. 7B is a graph showing CO conversion efficiency when Ag cathode electrode is used and the polymer electrolyte membrane is a cation exchange membrane (PEM).
8A is a graph illustrating LSV test results performed for performance evaluation of a stack for converting carbon dioxide according to an embodiment of the present invention.
8B is a graph showing a result of a constant voltage test performed for performance evaluation of a stack for converting carbon dioxide according to an embodiment of the present invention.
9A is a graph showing changes in current density and CO conversion efficiency with time at a constant voltage (2.6 V / cell) of Stack-1.
9B is a graph showing changes in current density and CO conversion efficiency with time at a constant voltage (5.2 V / cell) of Stack-2.
10 is a graph showing a change in current density according to a change in the electrolyte supply flow rate in the stack-2.

본 개시의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. Objects, specific advantages, and novel features of the present disclosure will become more apparent from the following detailed description and embodiments associated with the accompanying drawings.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 개시의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, the terms or words used in this specification and claims are not to be interpreted in a conventional and dictionary sense, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way possible. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present disclosure on the basis of the principle of the present invention.

본 명세서에서, 층, 부분, 또는 기판과 같은 구성요소가 다른 구성요소 "위에", "연결되어", 또는 "결합되어" 있는 것으로 기재되어 있는 경우, 이는 직접적으로 다른 구성요소 "위에", "연결되어", 또는 "결합되어" 있는 것일 수 있고, 또한 양 구성요소 사이에 하나 이상의 다른 구성요소를 개재하여 있을 수 있다. 대조적으로, 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 위에", "직접적으로 연결되어", 또는 "직접적으로 결합되어" 있는 것으로 기재되어 있는 경우, 양 구성요소 사이에는 다른 구성요소가 개재되어 있을 수 없다.In the present specification, when a component such as a layer, part, or substrate is described as being "on", "connected", or "coupled" to another component, it is directly on another component "on", " Connected, "or" coupled ", and may be interposed between one or more other components. In contrast, if a component is described as being "directly on", "directly connected", or "directly coupled" to another component, no other component may be interposed between the two components. .

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the disclosure. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.In the present specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated. In addition, throughout the specification, "on" means to be located above or below the target portion, and does not necessarily mean to be located above the gravity direction.

본 개시는 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 개시를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 개시를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.The present disclosure may be variously modified and have various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present disclosure to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present disclosure. In the description of the present disclosure, when it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present disclosure, the detailed description thereof will be omitted.

이하, 본 개시의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the following description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components will be given the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. do.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 전환용 스택의 전해액 순환 및 일산화탄소 생성을 개략적으로 보여주는 평면 사진이다. 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 전환용 스택의 분해사시도이다. 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체(Membrane Electrolyte Assembly; MEA)의 분해사시도이다. 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체의 애노드 전극면,및 캐소드 전극면을 각각 보여주는 도면이다. 1 is a plan view schematically showing electrolyte circulation and carbon monoxide generation of a stack for converting carbon dioxide according to an embodiment of the present invention. Figure 2a is an exploded perspective view of a stack for converting carbon dioxide according to an embodiment of the present invention. 2B is an exploded perspective view of a membrane electrode assembly (MEA) according to an embodiment of the present invention. 3A and 3B are views illustrating an anode electrode surface and a cathode electrode surface of a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention, respectively.

도 1 및 도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 전환용 스택은 막전극접합체(Membrane Electrolyte Assembly; MEA, 10), 제1 및 제2 집전체(current collector, 20, 22), 바이폴라 플레이트(bipolar plate, 21), 제1 및 제2 절연판(30, 32), 및 제1 및 제2 엔드플레이트(end plate, 40, 42)를 포함한다. 상기 구성부재들은 나사로 체결될 수 있다. 1 and 2A, a stack for converting carbon dioxide according to an embodiment of the present invention includes a membrane electrode assembly (MEA, 10), first and second current collectors (20, 22). , Bipolar plates 21, first and second insulating plates 30 and 32, and first and second end plates 40 and 42. The components may be fastened with screws.

이에 한정되는 것은 아니나, 상기 스택의 구동전원(50)은 신재생에너지원을 포함할 수 있다. 상기 신재생에너지원은 태양광, 태양열, 풍력, 및 연료전지 등을 포함할 수 있다. 상기 신재생에너지원은 상기 스택에 직접 연결되어 결합 손실을 감소시킬 수 있다. 기존에 보고된 재생에너지(태양광) 연계는 태양전지로부터 전력을 생산하고 배터리에 저장한 후 저장된 배터리의 전력을 이용하여 디바이스를 구동하는 구조였다. 이와 같은 구조는 결합 손실(coupling loss)로 인한 에너지 손실률이 40% 이상 되는 것으로 보고되고 있기 때문에, 태양전지와 직접 연계하여 결합 손실(coupling loss)로 인한 에너지 손실을 줄여서 스택에 전력을 공급하는 효율적인 시스템을 구축할 수 있다.Although not limited thereto, the driving power source 50 of the stack may include a renewable energy source. The renewable energy source may include solar light, solar heat, wind power, and fuel cells. The renewable energy source may be directly connected to the stack to reduce coupling loss. The previously reported renewable energy (solar) linkage is a structure that generates power from a solar cell, stores it in a battery, and drives the device using the stored battery power. Such a structure is reported to have an energy loss rate of more than 40% due to the coupling loss (coupling loss), so it is effective to supply the stack power by reducing the energy loss due to the coupling loss in direct connection with the solar cell You can build a system.

도 2b, 도 3a, 및 도 3b를 참조하면, 상기 막전극접합체(10)는, 고분자 전해질막(12)과, 상기 전해질막(12)의 일면에 애노드 전극(13)과 제1 유체확산층(14)이 순차적으로 적층되고, 상기 전해질막(12)의 타면에 캐소드 전극(15)과 제2 유체확산층(16)이 순차적으로 적층되고, 상기 제1 유체확산층(14), 애노드 전극(13), 전해질막(12), 캐소드 전극(15), 및 제2 유체확산층(16)을 수용하는 통공부(11a)를 구비하는 프레임 형태의 몸체부(11b)를 포함하는 세퍼레이터(11)를 포함한다. 상기 세퍼레이터(11)는, 제1 유체확산층(14) 또는 제2 유체확산층(16)으로 일측이 개방된 복수의 미세 유입유로(11c, 11e) 및 배출유로(11d, 11f)를 구비한다. 2B, 3A, and 3B, the membrane electrode assembly 10 includes a polymer electrolyte membrane 12 and an anode electrode 13 and a first fluid diffusion layer on one surface of the electrolyte membrane 12. 14 are sequentially stacked, and the cathode electrode 15 and the second fluid diffusion layer 16 are sequentially stacked on the other surface of the electrolyte membrane 12, and the first fluid diffusion layer 14 and the anode electrode 13 are sequentially stacked. And a separator 11 including a body portion 11b having a frame shape including an electrolyte membrane 12, a cathode electrode 15, and a through portion 11a for receiving the second fluid diffusion layer 16. . The separator 11 includes a plurality of fine inflow passages 11c and 11e and discharge passages 11d and 11f, one side of which is open to the first fluid diffusion layer 14 or the second fluid diffusion layer 16.

도 1 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 대면적 이산화탄소 전환용 스택 및 막전극전합체(10)는 그 단면이 대략 원형 또는 타원형인 경우가 층류(laminar flow) 형성에 유리하고, 스택의 전극 공간이 비어 있는 것보다 다공성 구조로 이루어진 경우가 균일한 유체 흐름을 위해 적합할 수 있다. 상기와 같은 층류 형성 및 균일한 유체 흐름에 의해 대면적의 이산화탄소 전환용 스택을 제공할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 본 발명의 이산화탄소 전환용 스택은 그 단면이 100㎠ 이상으로 대면적일 수 있다.As shown in Figures 1 to 3b, the large-area carbon dioxide conversion stack and the membrane electrode assembly 10 according to the present invention is advantageous in the form of laminar flow when the cross section is approximately circular or elliptical, It may be suitable for a uniform fluid flow if the electrode space of the stack is of porous structure rather than empty. The laminar flow formation and uniform fluid flow as described above can provide a large-area carbon dioxide conversion stack. Although not limited thereto, the carbon dioxide conversion stack of the present invention may have a large area of 100 cm 2 or more in cross section.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체의 애노드 전극면을 보여주는 도면이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체의 캐소드 전극면을 보여주는 도면이다. Figure 3a is a view showing the anode electrode surface of the membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention, Figure 3b is a view showing the cathode electrode surface of the membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 세퍼레이터(11)의 몸체부(11b)의 일면(예를 들어, 애노드 전극면)에는 일정 영역에 제1 유입유로(11c) 및 제1 배출유로(11d)를 구비하고, 상기 세퍼레이터(11)의 몸체부(11b)의 타면(예를 들어, 캐소드 전극면)에는 일정 영역에 제2 유입유로(11e) 및 제2 배출유로(11f)를 구비한다. Referring to FIGS. 3A and 3B, one surface (eg, an anode electrode surface) of the body portion 11b of the separator 11 may include a first inflow passage 11c and a first discharge passage 11d in a predetermined region. And a second inflow passage 11e and a second discharge passage 11f in a predetermined region on the other surface (for example, the cathode electrode surface) of the body portion 11b of the separator 11.

도 1, 도 2b, 및 도 3a를 참조하면, 예시적으로 제1 유입유로(11c)를 통해 유입된 이산화탄소가 포화된 KHCO3의 애노드 전해액(anolyte)은 애노드 전극(13)의 표면과 접촉하여 반응이 일어나고 이후 제1 배출유로(11d)를 통해서 배출되면서 산소가 함께 배출될 수 있고, 애노드 전해액은 리사이클 된다. 1, 2B, and 3A, for example, an anode electrolyte of KHCO 3 saturated with carbon dioxide introduced through the first inflow passage 11c is in contact with the surface of the anode electrode 13. After the reaction occurs, the oxygen may be discharged together while being discharged through the first discharge passage 11d, and the anode electrolyte is recycled.

도 1, 도 2b, 및 도 3b를 참조하면, 제2 유입유로(11e)를 통해 유입된 이산화탄소가 용해된 KHCO3의 캐소드 전해액(catholyte)은 캐소드 전극(15)의 표면과 접촉하여 반응이 일어나고 이후 제2 배출유로(11f)를 통해서 배출되면서, 일산화탄소 및 수소를 함께 배출할 수 있고, 캐소드 전해액은 리사이클 된다. 상기 배출된 일산화탄소 및 수소는 수소분리막을 이용하여 분리할 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 이산화탄소 전환용 스택은 일산화탄소 생성 장치로 이용될 수 있다. 1, 2B, and 3B, a cathode electrolyte of KHCO 3 , in which carbon dioxide introduced through the second inflow passage 11e is dissolved, contacts with the surface of the cathode electrode 15 to react. After being discharged through the second discharge passage 11f, carbon monoxide and hydrogen can be discharged together, and the cathode electrolyte is recycled. The discharged carbon monoxide and hydrogen can be separated using a hydrogen separation membrane. Therefore, the stack for converting carbon dioxide according to the present invention can be used as a carbon monoxide generating device.

상기 전해액은 상기 이산화탄소 전환용 스택에 순환식으로 공급될 수 있다. 구체적으로 상기 이산화탄소 전환용 스택에 상기 전해액을 일정한 유량으로 공급 및 배출함으로써, 일정량의 전해액이 상기 반응조 내에 채워지고 유지되는 형태일 수 있다. 상기 전해액은 KOH 수용액, NaOH 수용액, LiOH 수용액, K2CO3 수용액 또는 KHCO3 수용액 등의 염기성 용액을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The electrolyte may be cyclically supplied to the stack for converting carbon dioxide. Specifically, by supplying and discharging the electrolyte to the carbon dioxide conversion stack at a constant flow rate, a predetermined amount of electrolyte may be filled and maintained in the reactor. The electrolyte solution may include a basic solution such as KOH aqueous solution, NaOH aqueous solution, LiOH aqueous solution, K 2 CO 3 aqueous solution or KHCO 3 aqueous solution, but is not limited thereto.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 세퍼레이터(11)의 몸체부(11b)의 양면에 상기 제1 및 제2 유입유로(11c, 11e) 및 제1 및 제2 배출유로(11d, 11f)를 내측에 포함하도록 형성되는 사각형 형의 홈(11g, 11h)에 끼워지는 O-ring 형태의 가스켓(도 2a 및 도 2b의 17)을 실링부재로 구비하여, 전해액 및 가스의 누출을 방지할 수 있다. 도 2의 도면부호 18의 O-ring부는 2개 이상의 셀을 포함하는 멀티스택에서 다음 셀로 이동할 때 전해액 및 가스의 누출을 방지할 수 있다. 3A and 3B, the first and second inflow passages 11c and 11e and the first and second discharge passages 11d and 11f are formed on both surfaces of the body portion 11b of the separator 11. O-ring-shaped gaskets (17 in FIGS. 2A and 2B) fitted into rectangular grooves 11g and 11h formed to be included inside are provided as a sealing member to prevent leakage of electrolyte and gas. . The O-ring portion 18 of FIG. 2 may prevent leakage of electrolyte and gas when moving from a multi-stack including two or more cells to the next cell.

다시 도 2b를 참조하면, 상기 전해질막(12)은 양이온교환막(proton exchange membrane; PEM) 또는 음이온교환막(anion exchange membrane; AEM)일 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 상기 전해질막(12)은 고분자 전해질막일 수 있고, 양이온교환막이 이산화탄소 전환 요율이 우수하여 적합할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 상기 양이온교환막은 불소계 양이온교환막인 나피온(Nafion)일 수 있다.Referring again to FIG. 2B, the electrolyte membrane 12 may be a cation exchange membrane (PEM) or anion exchange membrane (AEM). Although not limited thereto, the electrolyte membrane 12 may be a polymer electrolyte membrane, and the cation exchange membrane may be suitable because of its excellent carbon dioxide conversion rate. Although not limited thereto, the cation exchange membrane may be Nafion, which is a fluorine-based cation exchange membrane.

상기 애노드전극(13)은 이에 한정되는 것은 아니나, IrO2, RuO2, PtO2, PdO, 그 외 비귀금속 전이금속계 단일 또는 2원계 이상의 산화물(Co3O4, NiO, CuCo oxide) 등에서 선택되어 구성될 수 있다. The anode electrode 13 is not limited thereto, but is selected from IrO 2 , RuO 2 , PtO 2 , PdO, other non-noble metal transition metal-based single or binary or more oxides (Co 3 O 4 , NiO, CuCo oxide), and the like. Can be configured.

상기 제1 유체확산층(14)은 대면적 스택을 구성 시 유체 흐름을 균일하게 하기 위해, 탄소 다공성 섬유 재질로 제조될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 상기 제1 유체확산층(14)은 카본 펠트(carbon felt), Ni 또는 Ti 폼(form) 또는 절연메쉬로 구성될 수 있다. Ti 펠트가 중성 내부식성이 우수하고 수소 발생 촉매 등이 없어 적합할 수 있다. 상기 제1 유체확산층(14)이 Ni 또는 Ti 폼(form)으로 제조되면 폼의 두께를 조절하여 전해질막(12)과 애노드전극(13) 간의 거리 조절이 가능하다. The first fluid diffusion layer 14 may be made of a carbon porous fiber material in order to uniformize the fluid flow when constructing a large area stack. Although not limited thereto, the first fluid diffusion layer 14 may be formed of carbon felt, Ni or Ti foam, or insulating mesh. Ti felt may be suitable because it has good neutral corrosion resistance and no hydrogen generating catalyst. When the first fluid diffusion layer 14 is made of Ni or Ti foam, the distance between the electrolyte membrane 12 and the anode electrode 13 can be controlled by controlling the thickness of the foam.

상기 캐소드전극(15)은 이에 한정되는 것은 아니나, Ag, Cu, Pt, Co, 및 이의 합금으로 구성될 수 있고, 은 또는 은합금으로 구성되는 것이 적합할 수 있다. The cathode electrode 15 is not limited thereto, but may be composed of Ag, Cu, Pt, Co, and an alloy thereof, and may be appropriately composed of silver or silver alloy.

상기 제2 기체확산층(16)은 탄소 다공성 섬유 재질로 제조될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 상기 제2 기체확산층(16)은 카본펠트(carbon felt), Ni 또는 Ti 폼(form) 또는 절연메쉬로 구성될 수 있고, 카본펠트가 적합할 수 있다. 상기 제2 기체확산층(16)이 Ni 또는 Ti 폼(form)으로 제조되면 폼의 두께를 조절하여 전해질막(12)과 캐소드전극(15) 간의 거리 조절이 가능하다. The second gas diffusion layer 16 may be made of a carbon porous fiber material. Although not limited thereto, the second gas diffusion layer 16 may be made of carbon felt, Ni or Ti foam, or insulating mesh, and carbon felt may be suitable. When the second gas diffusion layer 16 is made of Ni or Ti foam, the distance between the electrolyte membrane 12 and the cathode electrode 15 can be controlled by controlling the thickness of the foam.

도 4는 단위전지((a) 전극면적 16㎠의 단위전지), 1셀의 이산화탄소 전환용 스택((b) 102㎠의 대면적의 스택-1), 및 본 발명의 일 실시예에 따른 2셀의 이산화탄소 전환용 멀티스택((c) 102㎠의 대면적의 스택-2)을 비교해서 나타낸 사진이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2셀의 이산화탄소 전환용 멀티스택에서의 이산화탄소 전환 반응을 개략적으로 보여주는 모식도이다. 4 is a unit cell ((a) unit cell having an electrode area of 16 cm 2), a single cell carbon dioxide conversion stack ((b) at a large area of 102 cm 2), and 2 according to an embodiment of the present invention. It is a photograph comparing the multi-stack for carbon dioxide conversion ((c) 102-2 cm <2> of stack 2) of a cell. 5 is a schematic diagram showing a carbon dioxide conversion reaction in a multi-stacked carbon dioxide conversion multi-stack in accordance with an embodiment of the present invention.

도 4 및 도 5에 도시된 2셀의 이산화탄소 전환용 멀티스택은 도 1에 도시된 스택의 막전극접합체(10)들을 집전체(current collector, 122)로 개재하여 연결한 구조이다. 도 5에는 제1 셀(100) 및 제2 셀(200)의 2개의 셀로 구성된 멀티스택이 도시되어 있으나, 집전체를 사이에 두고 다수의 셀을 동일한 방식으로 연결하여 3셀 이상의 멀티스택도 제조할 수 있다. The multi-stack for converting carbon dioxide of the two cells shown in FIGS. 4 and 5 is a structure in which the membrane electrode assemblies 10 of the stack shown in FIG. 1 are connected through a current collector 122. Although FIG. 5 illustrates a multi-stack composed of two cells of the first cell 100 and the second cell 200, a multi-stack of three or more cells is also manufactured by connecting a plurality of cells in the same manner with a current collector interposed therebetween. can do.

따라서 본 발명에 의한 이산화탄소 전환용 멀티스택은 단순하게 셀을 적층하여 늘릴 수 있는 구조로써, 용도에 적합하게 셀 수를 용이하게 조절할 수 있는 설계가 가능하다.Therefore, the multi-stack for carbon dioxide conversion according to the present invention is a structure that can be easily stacked by increasing the number of cells, it is possible to design that can easily adjust the number of cells to suit the purpose.

도 5를 참조하면, 적색 화살표를 따라서 제1 셀(100)의 세퍼레이터(111)의 제1 유입유로(111c)로 이산화탄소가 포화된 전해액을 공급하면, 제1 셀(100)의 애노드 전극(113)의 제1 유체확산층(114) 및 제2 셀(200)의 애노드 전극(213)의 제1 유체확산층(214)으로 이산화탄소가 포화된 전해액이 공급된다. 이때, 제1 셀(100)의 애노드 전극(113)의 제1 유체확산층(114)은 가스켓으로, 상기 제1 유입유로(111c)는 오링으로 실링이 되어 있어, 전해액 및 가스의 누출 없이 바로 제2 셀(200)의 애노드 전극(213)의 제1 유체확산층(214)으로 이동하여 이산화탄소가 포화된 전해액이 공급되게 된다. 이와 같은 방식으로 셀이 늘어나게 되더라도 애노드 전극으로 공급되는 이산화탄소가 포화된 전해액은 전해액 및 가스의 누출 없이 복수의 막전극복합체의 애노드 전극으로만 공급되도록 구성된다. Referring to FIG. 5, when the carbon dioxide saturated electrolyte is supplied to the first inflow passage 111c of the separator 111 of the first cell 100 along the red arrow, the anode electrode 113 of the first cell 100 is supplied. An electrolyte solution in which carbon dioxide is saturated is supplied to the first fluid diffusion layer 114 of) and the first fluid diffusion layer 214 of the anode electrode 213 of the second cell 200. In this case, the first fluid diffusion layer 114 of the anode electrode 113 of the first cell 100 is sealed with a gasket, and the first inflow passage 111c is sealed with an O-ring. The electrolyte flows to the first fluid diffusion layer 214 of the anode electrode 213 of the two cells 200 to supply the saturated carbon dioxide electrolyte. Even if the cell is stretched in this manner, the carbon dioxide-saturated electrolyte supplied to the anode electrode is configured to be supplied only to the anode electrodes of the plurality of membrane electrode composites without leakage of the electrolyte solution and gas.

도 5를 참조하면, 파란색 화살표를 따라서 제2 셀(200)의 세퍼레이터(211)의 제2 유입유로(211c)로 이산화탄소가 포화된 전해액을 공급하면, 제2 셀(200)의 캐소드 전극(215)의 제2 유체확산층(216) 및 제1 셀(100)의 캐소드 전극(115)의 제2 유체확산층(116)으로 이산화탄소가 포화된 전해액이 공급된다. 이때, 제2 셀(200)의 캐노드 전극(215)의 제2 유체확산층(216)은 가스켓으로, 상기 제2 유입유로(211c)는 오링으로 실링이 되어 있어, 전해액 및 가스의 누출 없이 바로 제1 셀(100)의 캐소드 전극(115)의 제2 유체확산층(116)으로 이동하여 이산화탄소가 포화된 전해액이 공급되게 된다. 이와 같은 방식으로 셀이 늘어나게 되더라도 캐소드 전극(115)으로 공급되는 이산화탄소가 포화된 전해액은 전해액 및 가스의 누출 없이 복수의 막전극복합체의 캐노드 전극으로만 공급되도록 구성된다. Referring to FIG. 5, when the carbon dioxide saturated electrolyte is supplied to the second inflow passage 211c of the separator 211 of the second cell 200 along the blue arrow, the cathode electrode 215 of the second cell 200 is supplied. An electrolyte solution in which carbon dioxide is saturated is supplied to the second fluid diffusion layer 216 of the second electrode diffusion layer 216 and the second fluid diffusion layer 116 of the cathode electrode 115 of the first cell 100. In this case, the second fluid diffusion layer 216 of the cathode electrode 215 of the second cell 200 is sealed with a gasket, and the second inflow passage 211c is sealed with an O-ring, so that electrolyte and gas are not leaked immediately. The electrolyte flows to the second fluid diffusion layer 116 of the cathode electrode 115 of the first cell 100 to supply carbon dioxide saturated electrolyte. Even if the cell is expanded in this manner, the carbon dioxide-saturated electrolyte supplied to the cathode electrode 115 is configured to be supplied only to the cathode electrodes of the plurality of membrane electrode composites without leakage of the electrolyte and gas.

도 5를 참조하면, 상기 멀티스택의 최외부의 캐소드 전극(215) 및 최외부의 애노드 전극(113) 중 1 이상의 일측에 챔버(300)를 더 구비할 수 있다. 상기 챔버(300)는 스택에 고압을 가할 수 있는 수단으로 전해액 내에서의 CO2 용해도를 높여 스택 내에서의 반응효율을 개선할 수 있다.Referring to FIG. 5, a chamber 300 may be further provided on at least one side of the outermost cathode electrode 215 and the outermost anode electrode 113 of the multi-stack. The chamber 300 may improve the reaction efficiency in the stack by increasing the CO 2 solubility in the electrolyte as a means for applying a high pressure to the stack.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 2 이상의 막전극접합체를 포함하는 이산화탄소 전환용 스택은 CO 생성 감소율이 20% 이하일 수 있다. 2 이상의 셀을 포함하는 스택의 경우, CO 생성 감소율이 높은 편이라서 이산화탄소 전환 장치로서 적합하지 않을 수 있다. 반면 본 발명의 경우 2 이상의 셀을 포함하여도 CO 생성 감소율을 20 % 이하, 또는 16 % 이하로 제어할 수 있어, 이산화탄소 전환 효율을 개선할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the carbon dioxide conversion stack including two or more membrane electrode assemblies may have a CO reduction rate of 20% or less. In the case of a stack including two or more cells, the CO production reduction rate is high and thus may not be suitable as a carbon dioxide conversion device. On the other hand, in the case of the present invention, even if two or more cells are included, the CO reduction rate can be controlled to 20% or less, or 16% or less, thereby improving carbon dioxide conversion efficiency.

이에 한정되는 것은 아니나, 본 발명의 이산화탄소 전환용 스택은 정전압이 3.0 V 미만, 또는 2.0 V 이상 3.0 V 미만인 경우가 전류밀도가 안정화되고 전체 패러데이 효율(faradaic efficiency)이 적절하게 유지되는 데 적합할 수 있다.Although not limited thereto, the stack for converting carbon dioxide of the present invention may be suitable for a constant voltage of less than 3.0 V, or more than 2.0 V and less than 3.0 V to stabilize the current density and maintain the overall faradaic efficiency appropriately. have.

이에 한정되는 것은 아니나, 본 발명의 이산화탄소 전환용 스택은 전해액 공급 유속을 1.8 L/min 이상으로 유지하는 것이 전류밀도가 안정화되고 전체 패러데이 효율(faradaic efficiency)이 적절하게 유지되는 데 적합할 수 있다.Although not limited thereto, the stack for converting carbon dioxide of the present invention may be suitable for maintaining an electrolyte supply flow rate of 1.8 L / min or more such that the current density is stabilized and the overall faradaic efficiency is appropriately maintained.

다른 측면에 의하면, 본 발명의 스택구조는 다양한 투입가스, 촉매, 및 전해액 중 1종 이상을 조합하여 스택에 공급하여 다양한 배출가스의 생성장치 또는 SOx, NOx 등의 필터로 이용될 수 있다. 예를 들어, 본원에서는 용액인 전해액에 이산화탄소를 용해시켜서 반응하는 스택구조를 중심으로 설명하였으나, 전해액을 사용하지 않고 가스 상태의 이산화탄소를 공급하는 스택구조로 적용할 수 있다.According to another aspect, the stack structure of the present invention may be used as a filter for generating various exhaust gases or SOx, NOx, or the like by supplying a combination of one or more of various input gases, catalysts, and electrolytes to the stack. For example, the present application has been described with reference to a stack structure in which carbon dioxide is dissolved and reacted in an electrolyte solution as a solution, but may be applied as a stack structure for supplying gaseous carbon dioxide without using an electrolyte solution.

예시적으로 하기 표 2 내지 4에는 본 발명의 스택구조에 적용할 수 있는 다양한 전해액, 금속, 포센셜 등에 따른 생성물이 나열되어 있다. Illustratively, Tables 2 to 4 list products according to various electrolytes, metals, and essentials that can be applied to the stack structure of the present invention.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

또 다른 측면에 의하면, 본 발명의 이산화탄소 전환용 스택은 이산화탄소를 포함한 가스에서 이산화탄소를 제거하는 장치로 사용될 수 있다.According to another aspect, the carbon dioxide conversion stack of the present invention can be used as a device for removing carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide.

실시예Example

1. 스택의 구조의 최적화1. Optimization of stack structure

(1) 스택의 형상 및 다공성(1) the shape and porosity of the stack

스택을 제작하기에 앞서 대면적 스택에 적합한 구조를 선정하기 위해, 전산 유체 역학(Computational fluid dynamics, CFD) 프로그램을 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 도 6a은 스택의 전극 공간이 비어 있는 경우와 펠트 등 다공성 구조물로 채워진 경우의 전산 유체 역학 시뮬레이션 결과를 나타낸다. Before fabricating the stack, simulations were performed using Computational fluid dynamics (CFD) programs to select a structure suitable for large area stacks. Figure 6a shows the results of computational fluid dynamics simulation when the electrode space of the stack is empty and filled with a porous structure such as felt.

스택의 단면의 형상은 대략 원형 또는 타원형인 경우가 층류 형성에 유리한 것을 확인하였다. 또한, 스택의 전극 공간이 비어 있는 것보다 폼(foam) 또는 펠트(felt) 등 다공성 구조가 균일한 유체의 흐름에 도움이 되는 것으로 확인하였다.It was confirmed that the shape of the cross section of the stack was advantageous for laminar flow formation when the shape was approximately circular or elliptical. In addition, it was confirmed that the porous structure such as foam or felt helps the flow of the uniform fluid rather than the electrode space of the stack.

중성에서 쉽게 산화되고 수소 발생에 효율적인 Ni 폼(foam)은 유체확산층으로 적합하지 않기 때문에, 중성 내부식성이 우수하고 수소발생촉매능이 없는 Ti 펠트가 적합하였다. Since Ni foam, which is easily oxidized in neutral and efficient for hydrogen generation, is not suitable as a fluid diffusion layer, Ti felt having excellent neutral corrosion resistance and no hydrogen generation catalyst is suitable.

따라서 전체적인 전극 형상은 원형으로 다공성 구조체는 Ti 펠트(porosity 81%, fiber diameter 20 um)로 선정하였다. 도 6b는 스택에 적용된 Ti 펠트의 형상을 보여주는 사진이다.Therefore, the overall electrode shape was circular, and the porous structure was selected as Ti felt (porosity 81%, fiber diameter 20 um). Figure 6b is a photograph showing the shape of the Ti felt applied to the stack.

(2) (2) 캐소드Cathode 전극 및 고분자 전해질막 Electrode and Polymer Electrolyte Membrane

CO2가 포화된 0.5M KHCO3를 애노드 전해액(anolyte) 및 캐소드 전해액( catholyte)으로 정량펌프를 이용하여 1.8 L/min 유속으로 산화극과 환원극에 공급하면서 2.6 V/cell을 인가하여 전류밀도, 패러데이 효율(faradaic efficiency), CO 변환율 등의 성능을 평가하였다.0.5 M KHCO 3 saturated with CO 2 is supplied to the anode and cathode at a flow rate of 1.8 L / min using a metering pump as an anode and a catholyte, and 2.6 V / cell is applied to the current density. , Faradaic efficiency, CO conversion rate, etc. were evaluated.

도 7a는 Ni의 캐소드 전극을 적용하고 고분자 전해질막을 양이온교환막(proton exchange membrane, PEM)으로 한 경우, CO 전환효율을 나타내는 그래프이고, 도 7b는 Ag의 캐소드 전극을 적용하고 고분자 전해질막을 양이온교환막(proton exchange membrane, PEM)으로 한 경우, CO 전환효율을 나타내는 그래프이다. FIG. 7A is a graph showing CO conversion efficiency when Ni cathode electrode is applied and the polymer electrolyte membrane is a cation exchange membrane (PEM), and FIG. 7B is a cathode electrode of Ag and the polymer electrolyte membrane is a cation exchange membrane ( proton exchange membrane (PEM), a graph showing CO conversion efficiency.

고분자 전해질막을 PEM (proton exchange membrane, 양이온교환막) 또는 AEM (anion exchange membrane, 음이온교환막)을 적용할 수 있지만, 도 7a 및 도 7b에 나타난 바와 같이, PEM을 고분자 전해질막으로 선정하는 경우 CO 전환 효율이 높을 수 있다.PEM (proton exchange membrane, cation exchange membrane) or AEM (anion exchange membrane, anion exchange membrane) can be applied to the polymer electrolyte membrane, but as shown in Figure 7a and 7b, when the PEM is selected as the polymer electrolyte membrane CO conversion efficiency This can be high.

또한, 도 7a 및 도 7b에 나타난 바와 같이, Ni의 캐소드 전극과 Ag의 캐소드 전극의 CO 전환 효율을 비교하면, Ag의 캐소드 전극의 CO 전환 효율이 2배 이상 높은 것으로 분석되었다. In addition, as shown in FIGS. 7A and 7B, when the CO conversion efficiency of the cathode electrode of Ni and the cathode electrode of Ag was compared, it was analyzed that the CO conversion efficiency of the cathode electrode of Ag was more than two times higher.

따라서 고분자 전해질막은 PEM로, 유체확산층은 Ti 펠트로, 캐소드 전극은 Ag, 애노드 전극은 IrO2 로 결정하여 스택-1과 스택-2에 적용하였다.Therefore, the polymer electrolyte membrane was PEM, the fluid diffusion layer was Ti felt, the cathode electrode was Ag, and the anode electrode was IrO 2 .

하기 표 4에 일 실시예에 따른 대면적 스택의 구성요소의 특징을 정리하여 나타내었다.Table 4 summarizes the features of the components of the large area stack according to one embodiment.

Figure pat00004
Figure pat00004

2. 스택-1 및 스택-2의 성능 평가2. Performance Evaluation of Stack-1 and Stack-2

(1) 정전압 테스트(1) constant voltage test

도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 전환용 스택의 성능을 평가하기 위해, 애노드 전해액 및 캐소드 전해액을 이산화탄소가 포화된 0.1M KHCO3를 pH 6.8로 조정하여 이용하였다. In order to evaluate the performance of the carbon dioxide conversion stack according to an embodiment of the present invention shown in Figure 1, the anode electrolyte and the cathode electrolyte was used to adjust the carbon dioxide saturated 0.1M KHCO 3 to pH 6.8.

실제로 가스가 발생하는 포텐셜을 찾기 위해 전압을 높이면서 전류의 변화를 확인하기 위한 LSV 테스트를 하고, 그 결과에 따라 2.6 V에서 정전압 테스트를 진행하여 이를 확인하였다. 상기 결과에 따른 안정화된 조건하에서 가스 시료를 채취하여, 패러데이 효율 및 CO 전환율을 확인하고 그 결과를 표 5에 나타내었다.In order to find the potential of generating gas, LSV test was performed to check the change of current while increasing the voltage, and according to the result, the constant voltage test was conducted at 2.6 V to confirm this. Gas samples were collected under stabilized conditions according to the above results to confirm Faraday efficiency and CO conversion, and the results are shown in Table 5.

Figure pat00005
Figure pat00005

도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 전환용 스택의 성능평가를 위해 실시한 LSV 테스트 결과를 나타내는 그래프이다. 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 전환용 스택의 성능평가를 위해 실시한 정전압 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.8A is a graph illustrating LSV test results performed for performance evaluation of a stack for converting carbon dioxide according to an embodiment of the present invention. 8B is a graph showing a result of a constant voltage test performed for performance evaluation of a stack for converting carbon dioxide according to an embodiment of the present invention.

(2) 전류밀도 변화 및 CO 전환 효율(2) current density change and CO conversion efficiency

도 9a는 스택-1의 정전압 (2.6V/cell)에서의 시간에 따른 전류밀도의 변화 및 CO 전환 효율을 나타낸 그래프이고, 도 9b는 스택-2의 정전압 (5.2V/cell)에서의 시간에 따른 전류밀도의 변화 및 CO 전환 효율을 나타낸 그래프이다. 9A is a graph showing the change of current density and CO conversion efficiency with time at the constant voltage (2.6 V / cell) of Stack-1, and FIG. 9B is the time at the constant voltage (5.2 V / cell) of Stack-2. It is a graph showing the change of current density and CO conversion efficiency according to.

도 9a를 참조하면, 스택-1의 경우, 정전압 2.6 V에서 약 1.25A로 전류밀도가 안정화되었고 H2 + CO의 패러데이 효율(faradaic efficiency)은 3.77%이고 CO의 패러데이 효율(faradaic efficiency)은 1.39%이며 H2 : CO 비는 63 : 37이었다.Referring to FIG. 9A, in the stack-1, the current density is stabilized to about 1.25 A at a constant voltage of 2.6 V, the faradaic efficiency of H 2 + CO is 3.77%, and the faradaic efficiency of CO is 1.39. % And H 2 : CO ratio was 63:37.

스택-1의 경우 인가전압이 2.6 V에서 3.0 V로 증가할 경우, 전류밀도가 1.75 V로 증가하지만, 전체 패러데이 효율은 2.27%로 감소하기 때문에 2.6 V의 인가 전압이 적절할 수 있다.In the case of Stack-1, when the applied voltage increases from 2.6 V to 3.0 V, the current density increases to 1.75 V, but the overall Faraday efficiency decreases to 2.27%, so an applied voltage of 2.6 V may be appropriate.

도 9b를 참조하면, 스택-2의 경우, 정전압 5.2 V에서 약 0.75A로 전류밀도가 안정화되었고 H2 + CO의 패러데이 효율(faradaic efficiency)은 7.39%이고 CO의 패러데이 효율은 1.17%이며 H2 : CO 비는 84 : 16로 CO 전환율은 스택-1 대비 50% 수준으로 낮아지나, CO 패러데이 효율은 84% (성능감소율 16%) 수준을 유지하였다.Referring to FIG. 9B, in the case of Stack-2, the current density was stabilized to about 0.75 A at a constant voltage of 5.2 V, the faradaic efficiency of H 2 + CO was 7.39%, and the Faraday efficiency of CO was 1.17% and H 2. The CO ratio was 84:16 and the CO conversion was lowered to 50% compared to Stack-1, but the CO Faraday efficiency was 84% (16% reduction).

따라서, 스택-2는 성능감소율이 16% 이하이므로, 전환 효율이 개선된 멀티셀 스택을 구현할 수 있다. Therefore, stack-2 has a performance reduction rate of 16% or less, thereby enabling a multicell stack having improved conversion efficiency.

이하 표 6에 스택-1 및 스택-2의 성능을 비교하여 정리하였다. Table 6 summarizes the performance of stack-1 and stack-2.

Figure pat00006
Figure pat00006

(3) 스택-2에서 전해액 공급 유속 변화에 따른 전류밀도 변화(3) Current Density Variation According to Electrolyte Supply Flow Rate in Stack-2

도 10은 스택-2에서의 전해액 공급 유속 변화에 따른 전류밀도 변화를 나타낸 그래프이다. 10 is a graph showing a change in current density according to a change in the electrolyte supply flow rate in the stack-2.

도 10에 나타난 바와 같이, 초기 1.8 L/min의 전해액 공급 유속은 약 4000 초 이후 1.6 L/min으로 감소하고, 전류밀도도 1.8 L/min으로 유지한 것보다 25% 낮은 전류밀도 (0.75 A)를 보였다. As shown in FIG. 10, the initial 1.8 L / min electrolyte supply flow rate decreased to 1.6 L / min after about 4000 seconds, and the current density was 25% lower than that maintained at 1.8 L / min (0.75 A). Showed.

이는 CO2가 포화된 전해액을 펌프를 이용하여 순환할 경우, 스택 내부 또는 유입 및 배출 유로 내부에 CO2 가스 버블이 붙어 있음으로 인한 유속 저하가 발생하고 이 유속감소는 시간이 지남에 따라 그 경향이 뚜렷해지고 이에 따라 성능감소도 지속적으로 나타나므로, 공급 유속을 1.8 L/min 이상으로 일정하게 유지하는 것이 적절하다.When a circulating CO 2 saturated electrolyte is pumped, the flow rate decreases due to the presence of CO 2 gas bubbles in the stack or inside the inlet and outlet flow paths, which tends to decrease over time. As this becomes apparent and the performance decreases continuously, it is appropriate to keep the feed flow rate constant above 1.8 L / min.

이상 본 개시를 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 개시를 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 본 개시의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다. 본 개시의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 개시의 영역에 속하는 것으로 본 개시의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다. The present disclosure has been described in detail through specific embodiments, which are intended to specifically describe the present disclosure, and the present disclosure is not limited thereto and may be performed by those skilled in the art within the technical spirit of the present disclosure. It is obvious that modifications and improvements are possible. Simple modifications and variations of the present disclosure are all within the scope of the present disclosure, and the specific scope of protection of the present disclosure will be apparent from the appended claims.

10: 막전극접합체
11, 111, 211: 세퍼레이터
11a: 통공부
11b: 몸체부
11c, 11e, 111c, 211e: 유입유로
11d, 11f, 111d, 211f: 배출유로
12, 112, 212: 전해질막
13, 113, 213: 애노드 전극
14, 16, 114, 116, 214, 216: 유체 확산층
15, 115, 215: 캐소드 전극
20, 22, 120, 122, 124 : 집전체
21: 바이폴라 플레이트
30, 32: 절연판
40, 42, 140, 142: 엔드플레이트
50: 구동전원
100, 200: 셀
10: membrane electrode assembly
11, 111, 211: separator
11a: through hole
11b: body
11c, 11e, 111c, 211e: inflow channel
11d, 11f, 111d, 211f: discharge flow path
12, 112, 212: electrolyte membrane
13, 113, 213: anode electrode
14, 16, 114, 116, 214, 216: fluid diffusion layer
15, 115, 215: cathode electrode
20, 22, 120, 122, 124: current collector
21: bipolar plate
30, 32: insulation plate
40, 42, 140, 142: end plate
50: drive power
100, 200: cell

Claims (16)

고분자 전해질막과, 상기 전해질막의 일면에 애노드 전극과 제1 유체확산층이 순차적으로 적층되고,
상기 전해질막의 타면에 캐소드 전극과 제2 유체확산층이 순차적으로 적층되고,
상기 제1 유체확산층, 애노드 전극, 전해질막, 캐소드 전극, 및 제2 유체확산층을 수용하는 통공부를 구비하고, 제1 유체확산층 또는 제2 유체확산층으로 일측이 개방된 복수의 미세유로를 구비하는 세퍼레이터를 포함하는 막전극접합체를 포함하고,
스택의 단면이 원형 또는 타원형인, 이산화탄소 전환용 스택.
A polymer electrolyte membrane, and an anode electrode and a first fluid diffusion layer are sequentially stacked on one surface of the electrolyte membrane,
The cathode electrode and the second fluid diffusion layer are sequentially stacked on the other surface of the electrolyte membrane,
A through hole for accommodating the first fluid diffusion layer, the anode electrode, the electrolyte membrane, the cathode electrode, and the second fluid diffusion layer, and has a plurality of micro-channels, one side of which is open to the first fluid diffusion layer or the second fluid diffusion layer Including a membrane electrode assembly comprising a separator,
A carbon dioxide conversion stack, wherein the stack has a circular or oval cross section.
제1항에 있어서,
상기 전해질막은 양이온교환막인, 이산화탄소 전환용 스택.
The method of claim 1,
The electrolyte membrane is a cation exchange membrane, carbon dioxide conversion stack.
제1항에 있어서,
상기 캐소드 전극은 은 또는 은합금으로 구성되는, 이산화탄소 전환용 스택.
The method of claim 1,
The cathode electrode is composed of silver or silver alloy, carbon dioxide conversion stack.
제1항에 있어서,
제1 유체확산층 및 제2 유체확산층 중 1 이상은 다공성 펠트 또는 폼으로 구성되는, 이산화탄소 전환용 스택.
The method of claim 1,
At least one of the first fluid diffusion layer and the second fluid diffusion layer is composed of a porous felt or foam, carbon dioxide conversion stack.
제1항에 있어서,
상기 막전극접합체가 집전체를 개재하여 2 이상 연결되고,
애노드 전해액이 복수의 막전극접합체의 애노드 전극의 제1 유체확산층으로 유입되도록 연결된 제1 유입유로와, 복수의 막전극접합체의 애노드 전극의 제1 유체확산층에서 유출되는 유체가 배출되는 제1 배출유로; 및
캐소드 전해액이 복수의 막전극접합체의 캐소드 전극의 제2 유체확산층으로 유입되도록 연결된 제2 유입유로와, 복수의 막전극접합체의 캐노드 전극의 제2 유체확산층에서 유출되는 유체가 배출되는 제2 배출유로를 포함하는, 이산화탄소 전환용 스택.
The method of claim 1,
The membrane electrode assembly is connected to two or more through a current collector,
A first inflow channel connected to the anode electrolyte to flow into the first fluid diffusion layer of the anode electrode of the plurality of membrane electrode assemblies, and a first discharge channel through which the fluid flowing out of the first fluid diffusion layer of the anode electrode of the plurality of membrane electrode assemblies is discharged ; And
A second inflow passage connected to the cathode electrolyte to flow into the second fluid diffusion layer of the cathode electrode of the plurality of membrane electrode assemblies, and a second discharge from which the fluid flowing out of the second fluid diffusion layer of the cathode electrode of the plurality of membrane electrode assemblies is discharged A stack for converting carbon dioxide, comprising a flow path.
제5항에 있어서,
상기 세퍼레이터는 상기 제1 유체확산층 또는 상기 제2 유체확산층을 밀봉하는 실링부재를 더 포함하는, 이산화탄소 전환용 스택.
The method of claim 5,
The separator further comprises a sealing member for sealing the first fluid diffusion layer or the second fluid diffusion layer, carbon dioxide conversion stack.
제5항에 있어서, 애노드 전해액 및 캐소드 전해액 중 1종 이상에서 이산화탄소 용해도를 높일 수 있는 가압 수단을 더 포함하는, 이산화탄소 전환용 스택.
The stack for carbon dioxide conversion according to claim 5, further comprising pressurizing means capable of increasing carbon dioxide solubility in at least one of the anode electrolyte and the cathode electrolyte.
제5항에 있어서, CO 생성 감소율이 20% 이하인, 이산화탄소 전환용 스택.
The stack for carbon dioxide conversion according to claim 5, wherein the reduction rate of CO production is 20% or less.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 정전압이 3V/cell 미만으로 공급되는, 이산화탄소 전환용 스택.
The stack for converting carbon dioxide according to any one of claims 1 to 8, wherein a constant voltage is supplied at less than 3 V / cell.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 전해액 공급 유속을 1.8 L/min 이상으로 유지하는, 이산화탄소 전환용 스택.
The stack for converting carbon dioxide according to any one of claims 1 to 8, wherein the electrolyte supply flow rate is maintained at 1.8 L / min or more.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 태양전지에 직접 연결되는, 이산화탄소 전환용 스택.
The stack for converting carbon dioxide according to any one of claims 1 to 8, which is directly connected to a solar cell.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 이산화탄소 전환용 스택을 포함하는, 일산화탄소 생성 장치.
A carbon monoxide generating device comprising the stack for converting carbon dioxide according to any one of claims 1 to 8.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 이산화탄소 전환용 스택을 포함하는, 이산화탄소 제거 장치.
A carbon dioxide removal apparatus comprising the stack for converting carbon dioxide according to any one of claims 1 to 8.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 이산화탄소 전환용 스택을 이용하여, 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하는, 이산화탄소 전환 방법.
The carbon dioxide conversion method which converts carbon dioxide into carbon monoxide using the carbon dioxide conversion stack in any one of Claims 1-8.
제14항에 있어서, 정전압이 3V/cell 미만으로 공급되는, 이산화탄소 전환 방법.
The method of claim 14, wherein the constant voltage is supplied at less than 3 V / cell.
제14항에 있어서, 전해액 공급 유속을 1.8 L/min 이상으로 유지하는, 이산화탄소 전환 방법.The carbon dioxide conversion method according to claim 14, wherein the electrolyte supply flow rate is maintained at 1.8 L / min or more.
KR1020180130833A 2018-02-08 2018-10-30 Stack for carbon dioxide conversion and method for carbon dioxide conversion using the same KR102606906B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180015935 2018-02-08
KR20180015935 2018-02-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190096265A true KR20190096265A (en) 2019-08-19
KR102606906B1 KR102606906B1 (en) 2023-11-29

Family

ID=67807233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180130833A KR102606906B1 (en) 2018-02-08 2018-10-30 Stack for carbon dioxide conversion and method for carbon dioxide conversion using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102606906B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024117729A1 (en) * 2022-11-28 2024-06-06 주식회사 엘지화학 Electrolysis device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3700858B2 (en) * 1994-03-21 2005-09-28 ジーテック コーポレーション Electrochemical converter with optimal pressure distribution
JP2007012537A (en) * 2005-07-01 2007-01-18 Daiki Engineering Kk Method of dimensional stabilization of solid polymer electrolyte film
KR20170015851A (en) * 2015-07-31 2017-02-09 한국에너지기술연구원 Electrolysis reactor and method for removing acid gases, having high gas-liquid contact efficiency
KR101773969B1 (en) * 2016-11-11 2017-09-04 한국과학기술연구원 Electrochemical reaction cell enhancing reduction reaction

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3700858B2 (en) * 1994-03-21 2005-09-28 ジーテック コーポレーション Electrochemical converter with optimal pressure distribution
JP2007012537A (en) * 2005-07-01 2007-01-18 Daiki Engineering Kk Method of dimensional stabilization of solid polymer electrolyte film
KR20170015851A (en) * 2015-07-31 2017-02-09 한국에너지기술연구원 Electrolysis reactor and method for removing acid gases, having high gas-liquid contact efficiency
KR101773969B1 (en) * 2016-11-11 2017-09-04 한국과학기술연구원 Electrochemical reaction cell enhancing reduction reaction

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024117729A1 (en) * 2022-11-28 2024-06-06 주식회사 엘지화학 Electrolysis device

Also Published As

Publication number Publication date
KR102606906B1 (en) 2023-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20060292407A1 (en) Microfluidic fuel cell system and method for portable energy applications
US7241521B2 (en) Hydrogen/hydrogen peroxide fuel cell
JP6811444B2 (en) Electrochemical hydrogen pump
Basri et al. Process system engineering in direct methanol fuel cell
JP2005527063A (en) Direct methanol fuel cell with water recovery
JP4121491B2 (en) Liquid fuel mixing apparatus and direct liquid fuel cell using the same
US20230191318A1 (en) Electrochemically driven carbon dioxide separator
JP2022513122A (en) Electrochemical devices and fuel cell systems
JP7413304B2 (en) carbon dioxide electrolyzer
JP2013531134A (en) Method and apparatus for generating gas
JP6667151B1 (en) Hydrogen pressurization system
KR20190055635A (en) Fuel cell membrane humidifier
US20030198862A1 (en) Liquid gallium alkaline electrolyte fuel cell
CN101217201A (en) A monolayer bipolar plate fuel battery with functions of gas humidification, film hydration, dewatering and cooling
CN105470542B (en) Fuel cell
JP5140123B2 (en) Water electrolysis system
KR102606906B1 (en) Stack for carbon dioxide conversion and method for carbon dioxide conversion using the same
WO2013086100A1 (en) Hydrogen bromide flow battery system for distributed scale applications using pressure balanced cells
Na et al. Effect of Dual-Flow Channel Structures on Electrochemical CO2 Reduction in Proton Exchange Membrane Electrolyzers
JP2005129261A (en) Direct liquid supply type fuel cell
CN112601842A (en) Compression device
AU2022221423B2 (en) Electrolytic device and method of driving electrolytic device
KR101637008B1 (en) Carbon felt with the differened in the active site and redox flow secondary battery comprises a the same
JPWO2013080415A1 (en) Fuel cell system
CN218059236U (en) Production device for producing hydrogen peroxide and hydrogen by high-efficiency electro-catalysis

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right