KR20220051161A - 수소 생산 장치 - Google Patents

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KR20220051161A
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KR1020227003037A
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스테파노 까따놀치
안토니오 필피
페레리카 트리바렐리
잰-주스터스 슈미트
션 클로우포드 채프먼
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이냅터 에스.알.엘.
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Abstract

본 발명은 수분 함유 액체로부터 수소 및 산소의 전기분해 생산을 위한 장치에 관한 것으로, 장치는: 양극 반쪽 전지(3) 및 음극 반쪽 전지(4)를 포함하고, 두 반쪽 전지 사이에 위치한 음이온 교환막(9)을 가진다. 반쪽 전지(3, 4)의 전극(7, 8) 및 음이온 교환막(9)은 막/전극 어셈블리(MEA)를 형성한다. 또한 양극 반쪽 전지(3) 및 음극 반쪽 전지(4) 중 하나에만 수분 함유 액체를 공급하기 위한 수단이 제공되며, 여기서 다른, 실질적으로 건식 반쪽 전지의 전극은 이오노머가 없거나 및/또는 결합제가 없다.

Description

수소 생산 장치
본 발명은 수소 생산 장치에 관한 것으로, 특히 반드시 그것에 한정되는 것은 아니지만 재생 가능한 에너지원을 활용하는 전해조에 관한 것이다.
수소는 에너지 저장으로부터 비료 생산에 이르기까지 다양한 용도를 가진다. 수소는 많은 공급원으로부터 유래될 수 있다. 이들 공급원 중 일부, 예컨대 화석 연료는 분명한 이유로 바람직하지 않다. 그러므로, 믿을 수 있고 지속적인 방식으로 수소를 생산할 수 있을 필요가 있다.
전해조는 물을 분열시킴으로써 수소 및 산소를 생성하기 위하여 사용된 장치이다. 그러한 장치는 예를 들어 배터리와는 반대로 에너지 저장 수단으로서 수소를 사용하여 과도한 재생 가능한 에너지로 전력을 공급하는 것이 가능하다. 전해조는 일반적으로 현재 이용 가능한 3가지의 주요 기술, 즉 음이온 교환막(AEM), 양성자 교환막(PEM), 및 액체 알칼리 시스템 중 하나에 속한다. 액체 알칼리 시스템은 가장 확립된 기술로, PEM은 어느 정도 확립되어 있다. AEM 전해조는 비교적 새로운 기술이다. 다른 기술, 예컨대 고체 산화물 전기분해가 이용 가능하다.
AEM 및 PEM 전해조는 수소 생성을 위해 한 반쪽 전지로부터 다른 반쪽 전지로의 이온 전달에 의존한다. AEM 시스템은 수산화물 이온인 OH-의 이동에 의존하는 한편, PEM 시스템은 수소 이온 H+의 이동에 의존한다.
AEM 전해조에서의 절반 반응은 다음과 같다:
양극 - 40H- → 2H20 + 4e- + 02
음극 - 4H20 + 4e- → 2H2 +40H-
AEM 및 PEM 시스템에 대한 막은 각각 OH- 또는 H+의 이동을 용이하게 하는 양이온 및 음이온을 포함한다. 일반적으로, 막 전극 어셈블리(MEA)는 전도성, 기계적 강도 및 열 안정성과 같은 어셈블리의 특성을 개선하기 위해 이오노머 및/또는 결합제를 포함한다. 결합제의 첨가는 전극 어셈블리의 통합성을 유지하는 작용을 하는 반면, 이오노머는 액체 전해질의 부재시에, 고체 전해질로서 작용하고 기질인 이오노머 및 전기촉매의 응집체를 형성함으로써 삼중 위상 경계 사이트를 생성하는 것을 돕는 이용 가능한 촉매층 두께를 증가시키는 것을 돕는다. 이오노머 및/또는 결합제의 첨가는 비용을 부가시키고, 감소된 성능과 관련될 수 있는데, 예를 들어 이오노머는 일부 경우에 내구성을 감소시킬 수 있는 반면, 결합제는 전도성에 영향을 준다.
본 발명의 목적은 개선된 수소 생산 장치를 제공하는 것이다.
발명에 따르면 수분 함유 액체로부터 수소 및 산소의 전기분해 생산을 위한 장치가 제공되며, 장치는:
Figure pct00001
양극 전극을 포함하는 양극 반쪽 전지, 및
Figure pct00002
음극 전극을 포함하는 음극 반쪽 전지,
Figure pct00003
두 반쪽 전지 사이에 위치한 음이온 교환막(AEM)을 포함하고, 여기서:
o 양극 전극, 음극 전극 및 음이온 교환막은 MEA를 형성하며,
o 양극 반쪽 전지 및 음극 반쪽 전지 중 하나에만 수분 함유 액체를 공급하기 위한 수단이 제공되고, 여기서:
Figure pct00004
적어도 다른, 실질적으로 건식 반쪽 전지의 전극은 이오노머가 없거나 및/또는 결합제가 없다.
본원에서 사용되는 바, 수분 함유 액체는 물 분자를 함유하는 임의의 용액일 수 있다. 그것이 AEM 시스템이기 때문에, 용액은 정상적으로 적어도 약간 알칼리성, 보다 바람직하게 약알칼리성 내지 강알칼리성일 것이다. 알칼리도는 임의의 적합한 화합물(예컨대 강 염기, 완충 용액....)에 의해 달성될 수 있는 것으로 예상된다. 그러나, 바람직한 구현예에서 KOH가 사용된다. 수분 함유 액체는 또한 수돗물, 해수, 보다 바람직하게 증류수 또는 탈이온수를 포함할 수 있다.
AEM 전해조의 유익은 부식성이 더 적은 전해질을 사용하는 능력이다. KOH, 또는 적합한 대체물의 존재는 1%-30%, 보다 바람직하게 0.1% 내지 10%의 범위에 있는 것으로 예상된다. 보다 바람직하게, KOH는 대략 0.1% 내지 5%, 가장 바람직하게 0.2% 내지 2%이다. KOH는 그것의 용해도 및 탄산염의 용해도로 인해 침전과 관련된 문제가 감소하기 때문에 바람직하며, 대체물로 NaOH 및 LiOH를 들 수 있다.
본원에서 사용되는 바, "건식" 반쪽 전지 또는 실질적으로 건식 반쪽 전지에 대한 언급은 액체가 직접 도입되지 않는 반쪽 전지에 대한 언급이다. 이것은 첨부된 도면에서 분명하게 표시된다. 건식 음극으로는, 삼투압 항력이 건식 반쪽 전지에 일시적인 약간의 물의 존재를 초래할 수 있지만, 건식 반쪽 전지에 존재하는 임의의 물은, 일어나는 반응에서 입증되는 것과 같이, 쉽게 수소와 하이드록실 이온으로 분리되는 것으로 인정된다. 하이드록실 이온은 다시 양극으로 이동하여, 동시에 전기삼투 항력에 의해 용매화된 물이 생성된다.
건식 양극으로는, 전기삼투 항력이 건식 반쪽 전지에서 하이드록실 이온을 움직여 산소 및 물을 생성할 수 있는 것으로 인정된다. 형성된 물은 다시 삼투압 항력에 의해 음극으로 이동한다. 두 경우에 모두 일시적인 물의 존재는 반쪽 전지를 건식이 아닌 것으로 만들기에 충분한 것으로 여겨지지 않는다.
기술분야에 통상적인 지식을 가진 사람은 플랜트 밸런스(BOP)에 친숙할 것이므로, BOP는 여기서는 심도있게 논의되지 않는다.
바람직한 구현예에서, 수분 함유 액체의 pH는 7, 또는 7 이상이다. 일반적으로, pH는 12-14의 범위에 있다. 바람직하게, pH 범위는 12.5 내지 13.5이며, 특히 pH는 13 내지 13.5이고, 예를 들어 pH는 13.25일 수 있다. 대안으로, 시스템이 7의 pH를 가진 실질적으로 중성인 액체를 사용할 수 있는 것이 가능한 예상되고 바람직하다.
본 발명에 따라 광범위한 온도에서 전해조를 작동시키는 것이 가능한 한편, 온도는 40℃ 내지 80℃의 범위, 보다 바람직하게 50℃ 내지 70℃의 범위, 보다 더 바람직하게 실질적으로 55℃ 내지 60℃의 범위인 것이 예상된다.
전해조는 한정하는 것은 아니지만, 태양열, 풍력, 수력, 지열 또는 그것들의 조합을 포함한 재생 가능한 에너지에 의해 전력이 공급되는 것이 바람직하다. 즉, 메인 전기가 전해조에 전력을 공급하기 위하여 사용될 수 있다. 주 전력 가격의 변동, 또는 전해조 사용자의 현재 부하를 초과하는 과잉량을 제공하는 재생 에너지로 인해, 전해조는 간헐적 작동에 적응하도록 되어 있다.
결합제는 다른 것들 중에서도 MEA의 기계적 안정성을 개선시키기 위해 사용된다. 다른 한편으로, 결합제의 부재는 촉매층의 안정성이 보장되어 막으로부터의 박리를 방지하고 촉매와 막 사이의 긴밀한 접촉을 보장해야 하는 것을 의미한다. 한정하는 것은 아니지만: 막의 중합체 골격의 가교결합, 더 두꺼운 막의 용법, 중합체와 촉매 사이의 분자간 결합력의 개선, 또는 그것들의 조합을 포함한 것을 달성하기 위하여 다양한 제조 방법이 사용될 수 있는 것으로 예상된다. 그러나, 그러한 조치는 효율성에 영향을 미칠 수 있는 MEA의 전도도를 감소시킬 수 있다.
바람직하게, 수분 함유 액체는 음극이 건식이고 생성된 수소가 실질적으로 건식이며 전해질이 없도록 양극에 공급된다. 대안으로, 수분 함유 액체는 양극이 건식이고 생성된 산소는 실질적으로 건식이며 양극의 반쪽 전지가 전해질이 없도록 전지의 음극 쪽에 공급될 수 있다.
수소는 자주 고압에서 필요로 한다. 따라서, 수소 생산 장치는 다양한 상승된 출력 압력에서 수소의 생성을 허용하는 수단을 포함할 수 있는 것으로 예상된다. 수소 출력이 1 바일 수 있는 한편, 지역적인 법률이 예를 들어, 일본의 경우에서 8 바와 같은 다른 요구조건을 제공하지 않는 한, 바람직하게 수소는 1 바를 초과하는, 예컨대 5-50 바, 보다 바람직하게 30-40 바의 범위에서 및 일반적으로 35 바에서 생성될 것이다. 차량 또는 다른 용도에서 사용하기 위하여, 700 바를 초과하는 고압이 필요할 수 있다. 그러한 경우에 압축기 또는 압력을 증가시키는 다른 수단이 필요할 것이다.
수소의 미리 결정된 출력 압력은 다양한 방법으로 관리될 수 있을 것으로 예상된다. 전해조는 달라진 수소 생산속도를 가지겠지만, 전해조가 작동하는 용량에 관계없이, 분명한 이유로 일정한 압력 출력이 바람직하다. 압력 제어 밸브, 또는 동등한 수단은 사용 중에, 또는 전해조가 작동하지 않을 때 조정될 수 있다. 실제로, 출력 압력에 대한 제한은 관련된 관할 구역의 생산에 대한 제한을 따르기 위해 제공되거나, 또는 서비스를 받는 관할 구역에서의 최대 압력과 일치할 것을 보장하기 위해 고정되도록 제공될 수 있는 것으로 예상된다. BOP는 여기서 기술되지 않는다.
전해조는 MEA를 포함하는 단일 전지로 작업될 수 있는 한편, 복수의 전지가 사용될 것으로 예상된다. 정상적으로 10 내지 30개의 전지가 있을 것이다; 바람직한 구현예에서 폭 48 cm(19 인치)의 캐비닛에 23개의 전지가 있고, 그러므로 각 전지의 너비는 약 2 cm이다, 즉, 스택은 함께 조립된 둘 이상의 전지를 구성할 것이다.
양극 및 음극 전극 둘 다는, 한정하는 것은 아니지만, 촉매 코팅된 막(CCM), 촉매 코팅된 기판(CCS) 또는 직접 증착(DD)과 같은 다양한 과정에 의해 제조될 수 있는 것으로 예상된다. 위의 것 중 임의의 것의 경우, 적어도 하나의 이오노머 및/또는 결합체 유리 반쪽 전지를 가지는 것이 가능하다.
수소를 고급 용도에 사용하기에 적합하게 만들기 위하여, 압축, 저장 또는 다른 사용 전에 전해조에 의해 생성된 수소에 대해 건조기를 제공하는 것이 필요할 수 있다. 건조를 위한 임의의 적합한 수단이 사용될 수 있다.
이오노머 및/또는 결합제에 대한 필요성을 제거하기 위하여, 촉매는 DD, 또는 CCM에 의해 포함될 것으로 예상된다. 촉매 코팅된 기판, 예컨대 한정하는 것은 아니지만 탄소 기반 옷감, 종이, 또는 펠트, 스테인레스 강 발포체 또는 니켈-기반 발포체가 사용될 수 있는 것으로 예상된다. 바람직하게 음극에는 탄소 옷감 또는 종이가 있고, 양극에는 니켈 발포체 또는 펠트가 있다. 기판은 또한 생성된 가스인, 각각 음극 및 양극에서 수소 및 산소가 확산되는 것을 허용하는 가스 확산층으로서 작용할 수 있다. 그러한 구현예에서, 기판은 수소 및 산소 발생 반쪽 반응 내에서 수분 함유 액체 및 화합물의 필요한 확산을 허용하기에 충분히 다공성이어야 한다.
전해조는 에너지 모니터링 시스템, 예컨대 소프트웨어에 의해 모니터링 및/또는 제어되도록 적응되어 사용자 개입을 위한 요구조건을 감소시킬 것으로 예상된다. 모니터링 시스템은 전해조 작동 파라미터의 모니터링 및 제어를 허용하도록 의도된다.
AEM의 유익은 백금족 금속(PGM)이 없는 촉매를 사용하는 능력이다. PGM 또는 다른 희토류 금속을 촉매로서 사용하지 않는 것이 바람직하다. PGM은 보다 풍부한 대체물, 예컨대 전이족 금속보다 본질적으로 덜 지속적이고 비용이 많이 든다.
양극에서, 비-화학양론적 전이 금속 산화물은 적합한 촉매일 것으로 예상된다. 양극에서의 예시적인 촉매로는 CuCoOx를 들 수 있다.
수소 발생 반응을 위한, 음극에서의 예시적인 촉매로는 Ni/CeO2-La203/C를 들 수 있다. 전이 금속 황화물, 전이 금속 인화물 또는 전기 전도성 기판, 예컨대 질소 도핑된 탄소 또는 큰 표면적을 갖도록 적응된 탄소에 분산된 전이 금속, 또는 스피넬 또는 페로브스카이트 구조를 갖는 다른 비-화학양론적 전이 금속 산화물 또는 전이 금속 착체와 같은 칼코게나이드(chalcogenides) 및 프닉토게나이드(pnictogenides)를 포함한 다른 적합한 비-PGM 음극 촉매가 사용될 수 있다.
사용될 임의의 막에 대해 필요한 특성은 기계적 강도, 열 안정성, 화학적 안정성, 이온 전도성 및 생성된 전자 및 생성된 가스가 반쪽 전지 구획 사이를 교차하는 것을 방지하는 것이다.
바람직하게, AEM은 음이온, 즉 하이드록사이드 이온을 수송하기에 적합한 작용기와 결합된 중합체 골격으로 형성된다. 중합체로는, 한정하는 것은 아니지만 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리벤즈이미다졸, 폴리페닐렌 옥사이드, 스티렌-부타디엔 블록 공중합체, 폴리에틸렌 등을 들 수 있다. 중합체 골격의 가교 결합은 기계적 안정성을 제공한다. 작용기는 아래에서 한층 더 논의된다. 그것은 중합체 골격에 직접 부착되거나 이온 전도성 도메인과 골격 도메인 사이의 더 나은 상 분리를 촉진하기 위하여 스페이서로서 짧은 지방족 또는 방향족 사슬에 의해 분리될 수 있다. 중합체 골격, 스페이서 또는 이온 교환 기에서 모두 가교 결합은 더 높은 기계적 안정성을 제공하며 또한 더 높은 화학적 및 열 안정성에도 기여할 수 있다.
이온 전달을 용이하게 하기 위하여, 이온 교환기가 존재해야 한다.
적합한 이온으로는, 한정하는 것은 아니지만 암모늄, 설포늄 또는 포스포늄 염을 들 수 있다. 막의 강도 및 열 안정성은 중합체 골격에 기여할 수 있는 한편 작용기는 이온 전도성을 가능하게 한다. 본 발명의 목적에 대해, 막은 음이온에 대해 전도성이다.
발명의 이해를 돕기 위하여, 발명의 특정 구현예가 이제 실시예에 의해 및 첨부되는 도면을 참조로 기술될 것이다.
도 1A는 건식 음극을 가진 AEM 시스템을 도시하고; 및
도 1B는 건식 양극을 가진 AEM 시스템을 도시한다.
도 1A 및 도 1B는 AEM을 활용하는 발명의 구현예에 관한 것이다. 도 1A는 실질적으로 수용액이 양극 쪽에 도입되는 본 발명의 구현예를 도시한다. 이 구현예의 전형적인 작동이 본원에서 기술된다.
도 1A에서 전해조 전지(1a)를 볼 수 있고, 전지는 양극 반쪽 전지(3) 및 음극 반쪽 전지(4)뿐만 아니라 MEA(10)를 포함한다. 양극 반쪽 전지에 수용액을 도입하기 위한 입구(2)가 있다. 이것은 KOH의 희석된 수용액일 수 있지만, 대체 알칼리 염이 사용되거나, 잠재적으로, 순수한 물이 사용될 수 있다. 전지에 전력을 공급하기 위한 수단은 잘 알려져 있고, 그로써 도시되지 않는다; 이것은 모든 구현예에 대한 경우이다.
MEA(10)는 양극 전극(또는 양극; 7), 음극 전극(또는 음극; 8) 및 음이온 교환막(9)을 포함한다. 발명의 이 구현예에서, 입구(2)가 양극 반쪽 전지(3)를 포함한 구획에 있기 때문에, 이오노머 및/또는 결합제가 없는 것은 음극(8)이다.
전지의 양극 쪽에서 생성된 산소는 출구(5)에 의해 전지를 벗어난다. 산소가 다른 곳에서의 사용을 위해 처리될 수 있는 한편, 일반적으로 그것은 배출된다. 음극에서 생성된 수소는 출구(6)를 통해 전지를 벗어난다. 수소 스트림은 삼투압 항력의 결과로서 미량의 물을 포함할 수 있고, 그러므로 이 스트림은 저장을 위해 압축되기 전에 건조기를 통과할 수 있다. 건식 음극을 가진 구현예에서, 전류 밀도를 변경하는 것은 생성된 수소의 순도에 영향을 줄 것이다. 전류 밀도를 증가시키면 수소 생성 속도가 증가하며, 이것은 음극에 더 적은 물이 존재하는 것을 의미한다. 물은 양극으로 되돌아가는 하이드록실 이온의 이동으로 인해 추가로 음극으로부터 제거되고, 동시에 전기삼투 항력에 의해 용매화된 물이 생성된다.
각각의 반쪽 전지에서의 반응은 다음과 같다:
양극: 40H- → 2H20 + 4e- + 02
음극: 4H20 + 4e- → 2H2 +40H-
생성된 수소는 음극 쪽에 전해질/물이 없다는 사실로 인해 실질적으로 건조하다. 약간의 물이 삼투압 항력으로 인해 막을 가로지를 수 있는 것이 인정되지만, 이것은 최소한인 것으로 이해되며, 음극을 건조하지 않게 만드는 것으로는 여겨지지 않는다.
이제 도 1B를 참조하면, 도 1B의 구현예는 대부분 도 1A의 구현예와 닮은 것은 것을 알 수 있다. 차이점은 입구(2)가 양극 반쪽 전지(3)와는 반대되는 음극 반쪽 전지(4)를 포함한 구획에 있다는 것이다. 각각의 반쪽 전지에서의 반응은 위에서와 같다. 물은 음극(8)에서 소비되고, 이 구현예는 그러므로 양극(7)으로부터 음극(8)까지의 물의 이동에 의해 제한되지 않는 것을 알 수 있다. 그러나, 이런 작동 방식은 습한 수소가 생성되는 것을 초래하는 반면 건식 수소가 일반적으로 바람직하다. 그로써, 건조기(도시되지 않음)가 수소를 정제하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 그러한 단계는 정상적으로 생성된 수소의 압축(도시되지 않음) 전에 수행될 것이다.
도 1A에서, 음극(8)은 건식이고 적어도 음극(8)은 이오노머 및/또는 결합제가 없다. 도 1B에서 양극(7)은 건식이고 적어도 양극(7)은 이오노머 및/또는 결합제가 없다.
바람직한 구현예에서, 양극 및 음극은 둘 다 이오노머 및/또는 결합제가 없다. 이것은 양극, 또는 음극에 이오노머가 없거나 및/또는 양극, 또는 음극, 또는 그것들의 조합에 결합제가 없는 것을 의미한다.
본 발명은 AEM인 것을 넘어서는 임의의 특정 막에 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 필요한 특성을 나타내는 임의의 막이 사용될 수 있고, 이것은 한 반쪽 전지로부터 다른 반쪽 전지로의 이온의 수송을 허용하는 것이다.
나아가, 기능화된 기 및 중합체 골격은 모두 어떠한 이름의 예로 제한되는 것으로 의도되지 않으며, 임의의 이온 교환기를 포함하는 임의의 적합한 중합체 골격이 사용되거나, 또는 임의의 무기 또는 유기 충전제가 그것의 조성물에 첨가될 강화제로서 작용될 수 있다.
본 발명은 사용된 촉매에 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 임의의 적합한 촉매 또는 막은 적절한 특성이 표시되는 한 사용될 수 있다.
추가적으로, MEA의 구성 및 또는 조성은 탈이온수 또는 실질적으로 중성 pH를 가진 또 다른 용액의 활용을 가능하게 하도록 달라질 수 있다. 완충 용액이 또한 사용될 수 있다. 어떤 경우에도, 적응은 본 발명의 범위를 넘어서 확장되도록 의도되지 않는다.

Claims (16)

  1. 수분 함유 액체로부터 수소 및 산소의 전기분해 생산을 위한 장치로서, 장치는:
    Figure pct00005
    양극 전극을 포함하는 양극 반쪽 전지, 및
    Figure pct00006
    음극 전극을 포함하는 음극 반쪽 전지,
    Figure pct00007
    두 반쪽 전지 사이에 위치한 음이온 교환막(AEM)을 포함하고, 여기서:
    o 양극 전극, 음극 전극, 및 음이온 교환막은 MEA를 형성하며,
    o 양극 반쪽 전지 및 음극 반쪽 전지 중 하나에만 수분 함유 액체를 공급하기 위한 수단이 제공되고, 여기서:
    Figure pct00008
    적어도 다른, 실질적으로 건식 반쪽 전지의 전극은 이오노머가 없거나 및/또는 결합제가 없는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 사용 중에 수분 함유 액체는 7 이상의 pH를 가지는 것인 장치.
  3. 제1항에 있어서, 사용 중에 수분 함유 액체는 12 내지 14의 pH를 가지는 것인 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 수분 함유 액체는 또한 0.1% 내지 10% KOH를 가지는 것인 장치.
  5. 제1항에 있어서, 시스템의 온도는 40℃ 내지 80℃의 범위인 것인 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 전극은 재생 가능한 에너지의 공급원인 전력 공급 장치에 연결되는 것인 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, MEA는 다음:
    Figure pct00009
    막의 중합체 골격, 스페이서 또는 이온 교환기의 가교 결합,
    Figure pct00010
    중합체와 촉매 사이의 분자간 결합력의 개선,
    Figure pct00011
    더 두꺼운 막, 또는
    Figure pct00012
    상기 중 임의의 것의 조합
    중 하나에 의해 안정화되는 것인 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 장치는 1 바를 넘는 고압에서 수소를 생성하도록 적응되는 것인 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 양극, 또는 음극 전극 중 어느 것이:
    Figure pct00013
    촉매 코팅된 막,
    Figure pct00014
    촉매 코팅된 기판, 또는
    Figure pct00015
    직접 막 증착인 것인 장치.
  10. 제9항에 있어서, 촉매 코팅된 기판은:
    Figure pct00016
    탄소 기반 옷감
    Figure pct00017
    탄소 기반 종이
    Figure pct00018
    탄소 기반 펠트
    Figure pct00019
    스테인레스 강 발포체, 및
    Figure pct00020
    니켈 기반 발포체
    중 어느 하나일 수 있는 것인 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 촉매는 백금족 유리 금속으로 만들어지는 것인 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 산소 발생 반응을 위한 양극에서의 촉매는 비-화학양론적 전이 금속 산화물을 포함하는 것인 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 수소 발생 반응을 위한 음극에서의 촉매는: 칼코게나이드, 프닉토게나이드, 전이 금속 황화물, 전이 금속 인화물, 전기 전도성 기판에 분산된 전이 금속, 또는 스피넬 또는 페로브스카이트 구조를 갖는 다른 비-화학양론적 전이 금속 산화물 또는 전이 금속 착체를 포함하는 것인 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, AEM은 음이온을 수송하기에 적합한 작용기와 결합된 중합체 골격으로 형성되며, 중합체는: 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리벤즈이미다졸, 폴리페닐렌 옥사이드, 스티렌-부타디엔 블록 공중합체, 폴리에틸렌 중 어느 하나인 것인 장치.
  15. 제14항에 있어서, 중합체 골격과 작용기 사이에 스페이서가 있는 것인 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 작용기는 암모늄, 설포늄 또는 포스포늄 염 중 임의의 하나 이상일 수 있는 것인 장치.
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