KR20230027582A - Catalyst-Electrode Structure and Electrochemical Reactor using the same and System of utilizing Carbon Dioxide using the same - Google Patents

Catalyst-Electrode Structure and Electrochemical Reactor using the same and System of utilizing Carbon Dioxide using the same Download PDF

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Abstract

The present invention provides a catalyst-electrode structure, an electrochemical reaction device using the same, and a carbon dioxide utilization system, wherein the catalyst-electrode structure includes: an electrode body made of a conductive material; an inlet comprising a hole penetrating the electrode body at one side of the electrode body; an outlet comprising a hole penetrating the electrode body on the other side of the electrode body; a passage comprising a groove provided on one surface of the electrode body and connecting a gap between the inlet and the outlet; and a catalyst filled in the passage.

Description

촉매-전극 구조체 및 그를 이용한 전기화학적 반응장치 및 이산화탄소 활용시스템{Catalyst-Electrode Structure and Electrochemical Reactor using the same and System of utilizing Carbon Dioxide using the same}Catalyst-Electrode Structure and Electrochemical Reactor using the same and System of utilizing Carbon Dioxide using the same}

본 발명은 이산화탄소를 환원하기 위한 전기화학적 반응장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전기화학적 반응장치에 이용될 수 있는 촉매-전극 구조체에 관한 것이다. The present invention relates to an electrochemical reaction device for reducing carbon dioxide, and more particularly, to a catalyst-electrode structure that can be used in an electrochemical reaction device.

지구 상의 탄소순환은 대기 중의 이산화탄소의 증가로 인해서 그 균형이 깨지고 있다. 대기 중의 이산화탄소의 증가는 공장, 발전소 또는 자동차 등으로부터 이산화탄소 배출량의 증가가 그 주요 원인이 되고 있다. The global carbon cycle is being thrown out of balance by the increase in carbon dioxide in the atmosphere. The increase in carbon dioxide in the atmosphere is mainly caused by an increase in carbon dioxide emissions from factories, power plants, or automobiles.

따라서, 대기 중의 이산화탄소를 제거하기 위해서 이산화탄소의 전기화학적 환원 및 그에 따른 유용한 합성 가스의 생산에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있다. Therefore, in order to remove carbon dioxide in the atmosphere, research on the electrochemical reduction of carbon dioxide and the production of useful syngas has been steadily conducted.

지금까지 이산화탄소를 환원하여 다양한 합성 가스를 생산할 수 있는 전기화학적 반응 장치에 대해서 제안되었지만, 아직까지 합성 가스의 전환효율이 저조한 상태이다. So far, electrochemical reaction devices capable of producing various syngas by reducing carbon dioxide have been proposed, but conversion efficiency of syngas is still low.

본 발명은 전술한 종래의 실정을 감안하여 고안된 것으로서, 본 발명은 이산화탄소의 전환효율을 향상시킬 수 있는 촉매-전극 구조체 및 그를 이용한 전기화학적 반응장치와 이산화탄 활용 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been devised in view of the above-mentioned conventional situation, and an object of the present invention is to provide a catalyst-electrode structure capable of improving the conversion efficiency of carbon dioxide, an electrochemical reaction device using the same, and a carbon dioxide utilization system.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 도전성 물질로 이루어진 전극 몸체; 상기 전극 몸체의 일 측에서 상기 전극 몸체를 관통하는 홀로 이루어진 입구; 상기 전극 몸체의 타 측에서 상기 전극 몸체를 관통하는 홀로 이루어진 출구; 상기 전극 몸체의 일 면에 구비된 홈으로 이루어지면서 상기 입구와 상기 출구 사이를 연결하는 유로; 및 상기 유로에 충진된 촉매를 포함하여 이루어진 촉매-전극 구조체를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention is an electrode body made of a conductive material; an inlet made of a hole penetrating the electrode body at one side of the electrode body; an outlet formed of a hole penetrating the electrode body on the other side of the electrode body; a passage made of a groove provided on one surface of the electrode body and connecting between the inlet and the outlet; and a catalyst filled in the passage to provide a catalyst-electrode structure.

상기 촉매는 상기 유로 내부 전체에 충진되어 상기 유로의 하면 및 측면 모두와 접촉할 수 있다. The catalyst may fill the entire inside of the passage and contact both the lower surface and the side surface of the passage.

상기 촉매 상단의 높이는 상기 전극 몸체의 일 면의 높이와 동일할 수 있다.The height of the top of the catalyst may be the same as that of one side of the electrode body.

상기 촉매가 상기 입구 또는 상기 출구로 흐르는 것을 방지하기 위한 차단벽이 추가로 구비될 수 있다. A blocking wall for preventing the catalyst from flowing into the inlet or the outlet may be further provided.

상기 차단벽은 상기 입구와 상기 유로 사이의 경계면에 구비된 제1 차단벽 및 상기 출구와 상기 유로 사이의 경계면에 구비된 제2 차단벽을 포함할 수 있다. The blocking wall may include a first blocking wall provided on a boundary surface between the inlet and the flow path and a second blocking wall provided on a boundary surface between the outlet and the flow path.

상기 제1 차단벽 및 상기 제2 차단벽 각각은 복수의 홀을 포함하고 있고, 상기 복수의 홀의 직경은 상기 촉매의 직경보다 작을 수 있다. Each of the first blocking wall and the second blocking wall may include a plurality of holes, and a diameter of the plurality of holes may be smaller than a diameter of the catalyst.

상기 유로는 굴곡된 직선 구조, 굴곡된 곡선 구조, 및 메쉬 구조 중 적어도 하나의 구조를 포함하여 이루어질 수 있다. The passage may include at least one of a curved straight structure, a curved curved structure, and a mesh structure.

상기 전극 몸체의 일 면에 구비된 홈으로 이루어지면서, 상기 입구, 상기 출구, 및 상기 유로의 외곽에 구비된 밀봉홈을 추가로 포함하고, 상기 유로의 홈의 깊이는 상기 밀봉홈의 홈의 깊이보다 깊게 형성될 수 있다. It is made of a groove provided on one surface of the electrode body, and further includes a sealing groove provided on the outside of the inlet, the outlet, and the flow path, and the depth of the groove of the flow path is the depth of the groove of the sealing groove. can be made deeper.

본 발명은 또한, 서로 마주하는 환원전극과 산화전극; 상기 환원전극과 상기 산화전극 사이에 구비된 분리막; 상기 환원전극과 연결된 환원물질 입출입부; 및 상기 산화전극과 연결된 산화물질 입출입부를 포함하여 이루어지고, 상기 환원전극과 상기 산화전극 중 적어도 하나의 전극은 전술한 촉매-전극 구조체로 이루어진 전기화학적 반응장치를 제공한다. The present invention also provides a reduction electrode and an oxidation electrode facing each other; a separation membrane provided between the reduction electrode and the oxidation electrode; a reducing material input/output unit connected to the reduction electrode; and an oxide input/output unit connected to the oxidation electrode, wherein at least one of the reduction electrode and the oxidation electrode provides an electrochemical reaction device comprising the above-described catalyst-electrode structure.

상기 분리막은 상기 전극 몸체에 구비된 입구, 출구 및 유로와 중첩되면서 상기 촉매 및 상기 전극 몸체의 일 면과 접할 수 있다. The separator may contact one surface of the catalyst and the electrode body while overlapping the inlet, outlet, and flow path provided in the electrode body.

상기 환원전극에 HCO3 -을 포함하는 3차 아민 수용액이 투입되어 일산화탄소와 수소를 생성할 수 있다. A tertiary amine aqueous solution containing HCO 3 - may be introduced into the cathode to generate carbon monoxide and hydrogen.

상기 분리막은 양극성 막으로 이루어지고, 상기 양극성 막은 OH-가 상기 산화전극으로 이동하고, H+는 상기 환원전극으로 이동하도록 구비되고, HCO3 -가 상기 산화전극으로 이동하지 않도록 구비될 수 있다. The separator may be formed of a bipolar membrane, and the bipolar membrane may be provided so that OH moves to the oxidation electrode, H + moves to the reduction electrode, and HCO 3 does not move to the oxidation electrode.

본 발명은 또한, 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집장치; 상기 이산화탄소 포집장치에서 포집한 이산화탄소를 환원하여 합성가스를 생산하는 전기화학적 반응장치; 상기 전기화학적 반응장치에서 생산한 합성가스를 이용하여 수소운반체 물질을 제조하는 수소운반체 제조장치; 상기 수소운반 제조장치에서 제조한 수소운반체 물질로부터 수소를 생산하는 탈수소 장치; 및 상기 탈수소 장치에서 생산한 수소를 활용하는 수소 활용 장치를 포함하고, 상기 전기화학적 반응장치는 전술한 전기화학적 반응장치로 이루어진 이산화탄소 활용 시스템을 제공한다. The present invention also, a carbon dioxide capture device for capturing carbon dioxide; an electrochemical reaction device for producing synthesis gas by reducing the carbon dioxide collected by the carbon dioxide collecting device; a hydrogen carrier manufacturing device for manufacturing a hydrogen carrier material using the syngas produced in the electrochemical reactor; a dehydrogenation device for producing hydrogen from the hydrogen carrier material produced in the hydrogen transport production device; and a hydrogen utilization device utilizing hydrogen produced by the dehydrogenation device, wherein the electrochemical reaction device provides a carbon dioxide utilization system composed of the aforementioned electrochemical reaction device.

이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다. According to the present invention as described above, there are the following effects.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 환원전극을 구성하는 촉매-전극 구조체가 유로를 구비한 전극 몸체 및 상기 유로에 충진된 촉매를 포함하여 이루어짐으로써, 이산화탄소가 상기 유로를 통과하면서 상기 촉매와의 접촉면적이 증가할 수 있게 되어 이산화탄소의 전환효율이 향상될 수 있다. 유사하게, 산화전극을 구성하는 촉매-전극 구조체가 유로를 구비한 전극 몸체 및 상기 유로에 충진된 촉매를 포함하여 이루어짐으로써, 전해질 수용액이 상기 유로를 통과하면서 상기 촉매와의 접촉면적이 증가할 수 있게 되어 산소가스의 생성율이 향상될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the catalyst-electrode structure constituting the reduction electrode includes an electrode body having a flow path and a catalyst filled in the flow path, so that carbon dioxide contacts the catalyst while passing through the flow path. Since the area can be increased, the conversion efficiency of carbon dioxide can be improved. Similarly, since the catalyst-electrode structure constituting the oxidation electrode includes an electrode body having a flow path and a catalyst filled in the flow path, the contact area with the catalyst may increase while the aqueous electrolyte solution passes through the flow path. As a result, the production rate of oxygen gas can be improved.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이산화탄소 포집장치에서 포집된 이산화탄소를 아민 수용액으로부터 분리하는 분리공정을 거치지 않고 아민 수용액에 이산화탄소가 포집된 상태, 보다 구체적으로, HCO3 -을 포함한 아민 수용액이 전기화학적 반응장치로 투입되므로, 이산화탄소 분리 공정 비용이 절약되고, 이산화탄소 전환효율이 향상되고, 이산화탄소가 상대전극으로 넘어가는 크로스오버가 발생하지 않는다. According to another embodiment of the present invention, a state in which carbon dioxide is captured in an aqueous amine solution, more specifically, an aqueous amine solution including HCO 3 - is electrochemically Since it is introduced into the reaction device, the cost of the carbon dioxide separation process is saved, the carbon dioxide conversion efficiency is improved, and crossover of carbon dioxide to the counter electrode does not occur.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전기화학적 반응장치의 분리막이 양극성 막(bipolar membrane)으로 이루어짐으로써, 환원전극에서 수소 생성효율이 향상되고 산화전극에서 산소 생성 효율이 향상될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, since the separator of the electrochemical reaction device is formed of a bipolar membrane, the efficiency of generating hydrogen at the cathode and the efficiency of generating oxygen at the anode can be improved.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 탈수소 장치에서 수소를 생산하여 수소 활용 장치로 공급함과 더불어 탈수소 장치에서 이산화탄소를 생산하여 이산화탄소 포집장치로 공급함으로써, 이산화탄소를 순환시켜 재활용하는 장점이 있다. According to another embodiment of the present invention, by producing hydrogen from the dehydrogenation device and supplying it to the hydrogen utilization device, as well as producing carbon dioxide from the dehydrogenation device and supplying it to the carbon dioxide capture device, there is an advantage of recycling carbon dioxide by circulating it.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학적 반응장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매-전극 구조체의 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-B라인의 단면도이다.
도 4는 도 2의 C-D라인의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 환원전극, 산화전극 및 분리막의 결합구조를 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매-전극 구조체의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기화학적 반응장치의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용 시스템의 개략도이다.
1 is a schematic diagram of an electrochemical reactor according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view of a catalyst-electrode structure according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view along line AB of FIG. 2 .
4 is a cross-sectional view of the CD line of FIG. 2;
5 is a cross-sectional view showing a coupling structure of a reduction electrode, an oxidation electrode, and a separator according to an embodiment of the present invention.
6 is a plan view of a catalyst-electrode structure according to another embodiment of the present invention.
7 is a schematic diagram of an electrochemical reactor according to another embodiment of the present invention.
8 is a schematic diagram of a carbon dioxide utilization system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.The shapes, sizes, ratios, angles, numbers, etc. disclosed in the drawings for explaining the embodiments of the present invention are illustrative, so the present invention is not limited to the details shown. Like reference numbers designate like elements throughout the specification. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. When 'includes', 'has', 'consists of', etc. mentioned in this specification is used, other parts may be added unless 'only' is used. In the case where a component is expressed in the singular, the case including the plural is included unless otherwise explicitly stated.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.In interpreting the components, even if there is no separate explicit description, it is interpreted as including the error range.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.In the case of a description of a positional relationship, for example, 'on top of', 'on top of', 'at the bottom of', 'next to', etc. Or, unless 'directly' is used, one or more other parts may be located between the two parts.

시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.In the case of a description of a temporal relationship, for example, 'immediately' or 'directly' when a temporal precedence relationship is described in terms of 'after', 'following', 'next to', 'before', etc. It can also include non-continuous cases unless is used.

제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.Although first, second, etc. are used to describe various components, these components are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Therefore, the first component mentioned below may also be the second component within the technical spirit of the present invention.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다. Each feature of the various embodiments of the present invention can be partially or entirely combined or combined with each other, technically various interlocking and driving are possible, and each embodiment can be implemented independently of each other or can be implemented together in a related relationship. may be

이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학적 반응장치의 개략도이다. 1 is a schematic diagram of an electrochemical reactor according to an embodiment of the present invention.

도 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학적 반응장치는 환원전극(10), 산화전극(20), 분리막(30), 환원물질 입출입부(40), 및 산화물질 입출입부(50)를 포함하여 이루어진다. As can be seen in FIG. 1, the electrochemical reaction device according to an embodiment of the present invention includes a reduction electrode 10, an oxidation electrode 20, a separator 30, a reducing material input/output unit 40, and an oxide material input/output unit. (50).

상기 환원전극(10)은 상기 환원물질 입출입부(40)로부터 공급받은 이산화탄소를 환원시켜 합성가스를 생성할 수 있다. 상기 환원전극(10)은 후술하는 촉매-전극 구조체로 이루어지며, 촉매의 종류 등에 따라 일산화탄소, 개미산, 또는 에틸렌 등과 같은 다양한 합성가스를 생성할 수 있다. The reduction electrode 10 may generate syngas by reducing carbon dioxide supplied from the reducing material input/output unit 40 . The reduction electrode 10 is composed of a catalyst-electrode structure described later, and can generate various syngas such as carbon monoxide, formic acid, or ethylene depending on the type of catalyst.

상기 산화전극(20)은 상기 산화물질 입출입부(50)로부터 공급받은 물을 산화시켜 산소가스를 생성할 수 있다. 상기 산화전극(20)도 후술하는 촉매-전극 구조체로 이루어질 수 있다. The oxidation electrode 20 may generate oxygen gas by oxidizing water supplied from the oxidizing input/output unit 50 . The oxidation electrode 20 may also be formed of a catalyst-electrode structure described later.

상기 분리막(30)은 상기 환원전극(10)과 상기 산화전극(20) 사이에 구비되어 있다. 상기 분리막(30)은 당업계에 공지된 다양한 이온교환막으로 이루어질 수 있다. The separator 30 is provided between the reduction electrode 10 and the oxidation electrode 20 . The separation membrane 30 may be formed of various ion exchange membranes known in the art.

상기 환원물질 입출입부(40)는 외부의 제1 저장장치에 저장된 환원물질을 상기 환원전극(10) 내부로 공급함과 더불어 상기 환원전극(10)에서 생성된 합성가스를 외부의 제2 저장장치로 보내는 역할을 할 수 있다. 이를 위해서, 상기 환원물질 입출입부(40)는 입구(41)와 출구(42)를 포함하여 이루어진다. 상기 환원물질 입출입부(40)의 입구(41)를 통해서 이산화탄소가 상기 환원전극(10) 내부로 들어가고, 상기 환원물질 입출입부(40)의 출구(42)로부터 합성가스가 상기 환원전극(10) 외부로 나오게 된다. The reducing material input/output unit 40 supplies the reducing material stored in the external first storage device to the inside of the reduction electrode 10 and also supplies the syngas generated from the reduction electrode 10 to the external second storage device. can serve as a sender. To this end, the reducing material input/output unit 40 includes an inlet 41 and an outlet 42. Carbon dioxide enters the reduction electrode 10 through the inlet 41 of the reducing material input/output unit 40, and synthesis gas flows through the reduction electrode 10 through the outlet 42 of the reducing material input/output unit 40. will come out

상기 산화물질 입출입부(50)는 외부의 제3 저장장치에 저장된 산화물질을 상기 산화전극(20) 내부로 공급함과 더불어 상기 산화전극(20)에서 생성된 산소가스를 외부의 제4 저장장치로 보내는 역할을 할 수 있다. 이를 위해서, 상기 산화물질 입출입부(50)는 입구(51)와 출구(52)를 포함하여 이루어진다. 상기 산화물질 입출입부(50)의 입구(51)를 통해서 전해질 수용액이 상기 산화전극(20) 내부로 들어가고, 상기 산화물질 입출입부(50)의 출구(52)로부터 산소가스가 상기 산화전극(20) 외부로 나오게 된다. The oxide material input/output unit 50 supplies oxide material stored in the external third storage device to the inside of the oxidation electrode 20 and oxygen gas generated from the oxidation electrode 20 to the external fourth storage device. can serve as a sender. To this end, the oxidizing input/output unit 50 includes an inlet 51 and an outlet 52. An aqueous electrolyte solution enters the oxidation electrode 20 through the inlet 51 of the oxide input/output unit 50, and oxygen gas flows into the oxidation electrode 20 from the outlet 52 of the oxide input/output unit 50. ) come out.

상기 환원물질 입출입부(40) 및 산화물질 입출입부(50)는 전기화학적 반응장치의 집전체로 기능할 수 있다. The reducing material input/output unit 40 and the oxide material input/output unit 50 may function as current collectors of an electrochemical reaction device.

본 명세서에서 환원물질은 환원의 대상의 되는 물질을 의미하고 산화물질은 산화의 대상이 되는 물질을 의미한다. In this specification, a reducing material means a material to be reduced, and an oxidizing material means a material to be oxidized.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매-전극 구조체의 평면도이고, 도 3은 도 2의 A-B라인의 단면도이고, 도 4는 도 2의 C-D라인의 단면도이다. 2 is a plan view of a catalyst-electrode structure according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line A-B of FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line C-D of FIG.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매-전극 구조체는 전극 몸체(100) 및 촉매(200)를 포함하여 이루어진다. Referring to FIG. 2 , a catalyst-electrode structure according to an embodiment of the present invention includes an electrode body 100 and a catalyst 200.

상기 전극 몸체(100)는 소정 형상, 예로서 사각형 플레이트 구조로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. 상기 전극 몸체(100)는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. The electrode body 100 may have a predetermined shape, for example, a rectangular plate structure, but is not necessarily limited thereto. The electrode body 100 may be made of a conductive material.

상기 전극 몸체(100)에는 입구(110) 및 출구(120)가 구비되어 있다. 상기 입구(110)는 상기 전극 몸체(100)의 일측, 예로서 사각형 플레이트의 일 모서리 근방에 형성될 수 있으며, 상기 전극 몸체(100)를 관통하는 홀로 이루어진다. 상기 출구(120)는 상기 전극 몸체(100)의 타측, 예로서 사각형 플레이트의 다른 모서리 근방에 형성될 수 있으며, 상기 전극 몸체(100)를 관통하는 홀로 이루어진다. 도시한 바와 같이, 상기 전극 몸체(100)의 입구(110) 및 출구(120)는 사각형 플레이트의 대각선 방향의 두 모서리에서 서로 마주하도록 형성될 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. The electrode body 100 is provided with an inlet 110 and an outlet 120. The inlet 110 may be formed on one side of the electrode body 100, for example, near one corner of a rectangular plate, and is formed of a hole penetrating the electrode body 100. The outlet 120 may be formed on the other side of the electrode body 100, for example, near another corner of a rectangular plate, and is formed of a hole penetrating the electrode body 100. As shown, the inlet 110 and the outlet 120 of the electrode body 100 may be formed to face each other at two diagonal corners of the rectangular plate, but are not necessarily limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 촉매-전극 구조체가 전술한 도 1의 환원전극(10)을 구성할 경우, 상기 전극 몸체(100)의 입구(110)는 전술한 도 1의 상기 환원물질 입출입부(40)의 입구(41)와 연통되고, 상기 전극 몸체(100)의 출구(120)는 전술한 도 1의 환원물질 입출입부(40)의 출구(51)와 연통된다. 또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매-전극 구조체가 전술한 도 1의 산화전극(20)을 구성할 경우, 상기 전극 몸체(100)의 입구(110)는 전술한 도 1의 산화물질 입출입부(50)의 입구(51)와 연통되고, 상기 전극 몸체(100)의 출구(120)는 전술한 도 1의 산화물질 입출입부(50)의 출구(52)와 연통된다. When the catalyst-electrode structure according to an embodiment of the present invention constitutes the reduction electrode 10 of FIG. 1 described above, the inlet 110 of the electrode body 100 is the reducing material entry/exit portion of FIG. 1 described above. 40 communicates with the inlet 41, and the outlet 120 of the electrode body 100 communicates with the outlet 51 of the reducing material inlet/output 40 of FIG. 1 described above. Alternatively, when the catalyst-electrode structure according to an embodiment of the present invention constitutes the anode 20 of FIG. 1 described above, the inlet 110 of the electrode body 100 enters and exits the oxide material of FIG. 1 described above. It communicates with the inlet 51 of the unit 50, and the outlet 120 of the electrode body 100 communicates with the outlet 52 of the oxide input/output unit 50 of FIG. 1 described above.

상기 전극 몸체(100)에는 상기 입구(110) 및 출구(120) 사이에 유로(130)가 형성되어 있다. 상기 유로(130)는 상기 입구(110)와 상기 출구(120) 사이를 연결하면서 상기 전극 몸체(100)의 제1 면(101)에 구비된 음각의 홈의 구조로 이루어진다. 따라서, 상기 입구(110)를 통해 들어온 환원물질 또는 산화물질은 상기 유로(130)를 따라 이동하면서 상기 출구(120)를 통해 빠져나갈 수 있다. A flow path 130 is formed between the inlet 110 and the outlet 120 in the electrode body 100 . The passage 130 has a structure of an intaglio groove provided on the first surface 101 of the electrode body 100 while connecting between the inlet 110 and the outlet 120 . Accordingly, the reducing material or oxidizing material entering through the inlet 110 may exit through the outlet 120 while moving along the flow path 130 .

상기 전극 몸체(100)에는 상기 입구(110), 상기 출구(120), 및 상기 유로(130)의 외곽에 밀봉홈(140)이 형성되어 있다. 상기 밀봉홈(140)은 상기 입구(110) 및 상기 출구(120)의 외곽 영역에서 상기 입구(110) 및 상기 출구(120)의 홀 형상에 대응하는 곡선형 구조를 가지면서 전체적으로 폐쇄된 루프 구조로 이루어질 수 있다. The electrode body 100 has a sealing groove 140 formed outside the inlet 110 , the outlet 120 , and the flow path 130 . The sealing groove 140 has a curved structure corresponding to the hole shape of the inlet 110 and the outlet 120 in the outer region of the inlet 110 and the outlet 120 and has a closed loop structure as a whole. can be made with

상기 밀봉홈(140)은 상기 몸체(100)의 제1 면(101)에 구비된 음각의 홈의 구조로 이루어진다. 상기 밀봉홈(140)은, 도 1에서와 같이 서로 마주하게 되는 산화전극(10)과 환원전극(20) 사이를 밀봉하는 역할을 하며, 상기 밀봉홈(140) 내에는 밀봉부재가 삽입된다. The sealing groove 140 has a structure of an intaglio groove provided on the first surface 101 of the body 100. The sealing groove 140 serves to seal between the anode 10 and the cathode 20 facing each other, as shown in FIG. 1 , and a sealing member is inserted into the sealing groove 140 .

상기 밀봉홈(140)의 안쪽 영역이 반응영역이 되며, 따라서 상기 밀봉홈(140)의 안쪽 영역에 전술한 도 1의 분리막(30)이 배치된다. 상기 분리막(30)은 상기 몸체(100)의 유로(130)와 중첩될 뿐만 아니라 상기 몸체(100)의 입구(110) 및 출구(120)와도 중첩될 수 있다. 상기 분리막(30)은 상기 밀봉홈(140)의 안쪽 영역에 대응하는 형상을 가지도록 형성될 수 있다. The inner region of the sealing groove 140 becomes a reaction region, and thus the separation membrane 30 of FIG. 1 is disposed in the inner region of the sealing groove 140 . The separator 30 may overlap not only the flow path 130 of the body 100 but also the inlet 110 and outlet 120 of the body 100 . The separation membrane 30 may be formed to have a shape corresponding to an inner region of the sealing groove 140 .

또한, 상기 전극 몸체(100)에는 제1 차단벽(150) 및 제2 차단벽(160)이 구비되어 있다. 상기 제1 차단벽(150) 및 제2 차단벽(160)은 상기 촉매(200)가 상기 입구(110) 또는 상기 출구(120)로 흐르는 것을 방지하도록 구비된다. In addition, the electrode body 100 includes a first blocking wall 150 and a second blocking wall 160 . The first blocking wall 150 and the second blocking wall 160 are provided to prevent the catalyst 200 from flowing into the inlet 110 or the outlet 120 .

상기 제1 차단벽(150)은 상기 입구(110)와 상기 유로(130) 사이의 경계면에 구비되어 있고, 상기 제2 차단벽(160)은 상기 출구(120)와 상기 유로(130) 사이의 경계면에 구비되어 있다. 따라서, 상기 제1 차단벽(150) 및 제2 차단벽(160)에 의해서 상기 유로(130)에 충진된 촉매(200)가 상기 입구(110) 또는 상기 출구(120)로 유입되는 것이 차단될 수 있다. The first blocking wall 150 is provided at a boundary between the inlet 110 and the flow path 130, and the second blocking wall 160 is provided between the outlet 120 and the flow path 130. are available at the border. Therefore, the catalyst 200 filled in the flow path 130 is blocked from flowing into the inlet 110 or the outlet 120 by the first blocking wall 150 and the second blocking wall 160. can

상기 촉매(200)는 상기 전극 몸체(100)의 상기 유로(130) 내에 충진되어 있다. 상기 촉매(200)는 복수의 입자 구조물로 이루어질 수 있다. 상기 촉매(200)는 당업계에 공지된 환원 촉매 또는 산화 촉매로 이루어질 수 있다. The catalyst 200 is filled in the passage 130 of the electrode body 100 . The catalyst 200 may be formed of a plurality of particle structures. The catalyst 200 may be formed of a reduction catalyst or an oxidation catalyst known in the art.

도 3을 참조하면, 상기 전극 몸체(100)의 입구(110) 및 출구(120)는 각각 상기 전극 몸체(100)의 제1 면(101), 예로서 상면에서부터 상기 제1 면(101)과 마주하는 제2 면(102), 예로서 하면까지 관통된 홀 구조로 이루어진다. Referring to FIG. 3, the inlet 110 and the outlet 120 of the electrode body 100 are respectively connected to the first surface 101 of the electrode body 100, for example, from the upper surface to the first surface 101. It consists of a hole structure through to the facing second surface 102, for example, the lower surface.

상기 유로(130)는 상기 전극 몸체(100)의 제1 면(101)에 구비되며, 상기 입구(110)와 상기 출구(120) 사이를 연결한다. The passage 130 is provided on the first surface 101 of the electrode body 100 and connects the inlet 110 and the outlet 120 .

상기 밀봉홈(140)은 상기 입구(110) 및 상기 출구(120)의 외곽에 형성되며, 상기 전극 몸체(100)의 제1 면(101)에 구비된다. The sealing groove 140 is formed outside the inlet 110 and the outlet 120 and is provided on the first surface 101 of the electrode body 100 .

상기 제1 차단벽(150)은 상기 입구(110)와 상기 유로(130) 사이의 경계면에서 상기 유로(130)의 하면 상에 구비되어 있고, 상기 제2 차단벽(160)은 상기 출구(120)와 상기 유로(130) 사이의 경계면에서 상기 유로(130)의 하면 상에 구비되어 있다. 상기 제1 차단벽(150) 및 제2 차단벽(160)의 상단의 높이는 상기 전극 몸체(100)의 제1 면(101)의 높이와 동일하게 형성될 수 있다. 도 3에서 화살표로 인출된 도면을 참조하면, 상기 제1 차단벽(150) 및 제2 차단벽(160) 각각에는 복수의 홀(H)이 구비되어 있어서, 상기 복수의 홀(H)을 통해서 액체 또는 기체의 반응물질이 용이하게 이동할 수 있다. The first blocking wall 150 is provided on the lower surface of the flow path 130 at the boundary between the inlet 110 and the flow path 130, and the second blocking wall 160 is provided on the outlet 120. ) and the lower surface of the flow path 130 at the interface between the flow path 130. The upper ends of the first blocking wall 150 and the second blocking wall 160 may have the same height as the height of the first surface 101 of the electrode body 100 . Referring to the drawing drawn out by the arrow in FIG. 3, each of the first blocking wall 150 and the second blocking wall 160 is provided with a plurality of holes H, through the plurality of holes H. Liquid or gaseous reactants can move easily.

상기 촉매(200)는 상기 유로(130) 내에 충진되어 있다. 상기 촉매(200)의 직경은 상기 제1 차단벽(150) 및 제2 차단벽(160) 각각에 구비된 복수의 홀(H)의 직경보다 크게 형성되어, 상기 촉매(200)가 상기 홀(H)을 통해 이동할 수 없게 된다. 따라서, 상기 촉매(200)는 상기 제1 차단벽(150) 및 상기 제2 차단벽(160)에 의해서 상기 입구(110) 및 상기 출구(120)로 흐르지 않고 상기 유로(130) 내에 갇히게 된다.The catalyst 200 is filled in the flow path 130 . The diameter of the catalyst 200 is larger than the diameter of the plurality of holes H provided in each of the first blocking wall 150 and the second blocking wall 160, so that the catalyst 200 is formed through the hole ( H) will not be able to move through. Therefore, the catalyst 200 is trapped in the flow path 130 without flowing into the inlet 110 and the outlet 120 by the first blocking wall 150 and the second blocking wall 160 .

본 발명의 일 실시예에 따른 촉매-전극 구조체가 전술한 도 1의 환원전극(10)을 구성할 경우, 상기 입구(110)를 통해 이산화탄소가 공급되고, 공급된 이산화탄소는 상기 제1 차단벽(150)의 홀(H)을 통과한 후 상기 유로(130)를 통해 이동하면서 상기 촉매(200)와 접촉하면서 반응을 하여 합성 가스를 생산하고, 생산된 합성 가스는 상기 제2 차단벽(160)의 홀(H)을 통과한 후 상기 출구(120)를 통해 배출된다. When the catalyst-electrode structure according to an embodiment of the present invention constitutes the reduction electrode 10 of FIG. 1 described above, carbon dioxide is supplied through the inlet 110, and the supplied carbon dioxide is the first blocking wall ( After passing through the hole H of 150), it moves through the passage 130 and reacts while contacting the catalyst 200 to produce synthesis gas, and the produced synthesis gas passes through the second barrier wall 160 After passing through the hole H of, it is discharged through the outlet 120.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매-전극 구조체가 전술한 도 1의 산화전극(20)을 구성할 경우, 상기 입구(110)를 통해 물을 포함한 전해질 수용액이 공급되고, 공급된 물은 상기 제1 차단벽(150)의 홀(H)을 통과한 후 상기 유로(130)를 통해 이동하면서 상기 촉매(200)와 접촉하면서 반응을 하여 산소 가스를 생산하고, 생산된 산소 가스는 상기 제2 차단벽(160)의 홀(H)을 통과한 후 상기 출구(120)를 통해 배출된다.In addition, when the catalyst-electrode structure according to an embodiment of the present invention constitutes the anode 20 of FIG. 1 described above, an aqueous electrolyte solution including water is supplied through the inlet 110, and the supplied water is After passing through the hole H of the first barrier wall 150, it moves through the passage 130 and reacts while contacting the catalyst 200 to produce oxygen gas. 2 After passing through the hole (H) of the blocking wall (160), it is discharged through the outlet (120).

도 4를 참조하면, 상기 유로(130)와 상기 밀봉홈(140)은 상기 전극 몸체(100)의 제1 면(101)에 구비된 홈 구조로 이루어진다. 이때, 상기 유로(130)의 깊이(H1)가 상기 밀봉홈(140)의 깊이(H2)보다 깊게 형성될 수 있다. 그에 따라, 상기 유로(130) 내부에 충분한 양의 촉매(200)가 충진될 수 있어 환원물질 또는 산화물질이 촉매(200)와의 접촉면적이 증가될 수 있다. Referring to FIG. 4 , the passage 130 and the sealing groove 140 have a groove structure provided on the first surface 101 of the electrode body 100 . In this case, the depth H1 of the passage 130 may be formed deeper than the depth H2 of the sealing groove 140 . Accordingly, a sufficient amount of the catalyst 200 can be filled in the passage 130, so that the contact area between the reducing material or the oxidizing material and the catalyst 200 can be increased.

상기 촉매(200)는 상기 유로(130)의 내부 전체에 충진될 수 있다. 따라서, 상기 촉매(200)는 상기 유로(130)의 하면 및 측면 모두와 접촉할 수 있고, 그에 따라, 상기 유로(130)를 따라 이동하는 환원물질 또는 산화물질이 상기 촉매(200)와의 접촉면적을 증가시킬 수 있다. 상기 촉매(200)의 상단은 상기 전극 몸체(100)의 제1 면(101)과 동일한 높이로 형성될 수 있다. The catalyst 200 may fill the entire inside of the passage 130 . Therefore, the catalyst 200 can contact both the bottom surface and the side surface of the flow path 130, and thus, the reducing material or oxidizing material moving along the flow path 130 has a contact area with the catalyst 200. can increase An upper end of the catalyst 200 may be formed at the same height as the first surface 101 of the electrode body 100 .

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 환원전극, 산화전극 및 분리막의 결합구조를 보여주는 단면도이다. 5 is a cross-sectional view showing a coupling structure of a reduction electrode, an oxidation electrode, and a separator according to an embodiment of the present invention.

도 5에서 알 수 있듯이, 환원전극(10)과 산화전극(20)은 전술한 도 2 내지 도 4에 따른 촉매-전극 구조체로 이루어진다. As can be seen from FIG. 5, the reduction electrode 10 and the oxidation electrode 20 are composed of the catalyst-electrode structure according to FIGS. 2 to 4 described above.

이때, 상기 환원전극(10)을 구성하는 촉매-전극 구조체의 촉매(200)는 상기 산화전극(20)을 구성하는 촉매-전극 구조체의 촉매(200)와 마주하고 있다. 또한, 상기 환원전극(10)을 구성하는 촉매-전극 구조체의 밀봉홈(140)은 상기 산화전극(20)을 구성하는 촉매-전극 구조체의 밀봉홈(140)과 중첩되면서 마주하고 있다. At this time, the catalyst 200 of the catalyst-electrode structure constituting the reduction electrode 10 faces the catalyst 200 of the catalyst-electrode structure constituting the oxidation electrode 20 . In addition, the sealing groove 140 of the catalyst-electrode structure constituting the reduction electrode 10 overlaps and faces the sealing groove 140 of the catalyst-electrode structure constituting the oxidation electrode 20 .

상기 환원전극(10)과 상기 산화전극(20) 사이에는 분리막(30)과 밀봉부재(300)가 형성되어 있다. A separator 30 and a sealing member 300 are formed between the reduction electrode 10 and the oxidation electrode 20 .

상기 분리막(30)은 상기 환원전극(10)의 촉매(200) 및 상기 산화전극(20)의 촉매(200)와 접하도록 구비되어 있다. 또한, 상기 분리막(30)은 상기 환원전극(10)의 제1 및 제2 차단벽(150, 160) 및 상기 산화전극(20)의 제1 및 제2 차단벽(150, 160)과 접하도록 구비되어 있다.The separation membrane 30 is provided to contact the catalyst 200 of the reduction electrode 10 and the catalyst 200 of the oxidation electrode 20 . In addition, the separator 30 is in contact with the first and second blocking walls 150 and 160 of the reduction electrode 10 and the first and second blocking walls 150 and 160 of the oxidation electrode 20 . It is available.

또한, 상기 분리막(30)은 상기 환원전극(10)을 구성하는 촉매-전극 구조체의 입구(110) 및 출구(120)와 중첩됨과 더불어 상기 산화전극(20)을 구성하는 촉매-전극 구조체의 입구(110) 및 출구(120)와도 중첩된다. 또한, 상기 분리막(30)은 상기 환원전극(10)을 구성하는 촉매-전극 구조체의 제1 면(101) 및 상기 산화전극(20)을 구성하는 촉매-전극 구조체의 제1 면(101)과도 접하도록 연장될 수 있다. 또한, 상기 분리막(30)의 양 끝단은 상기 밀봉부재(300)와 접할 수 있다. In addition, the separation membrane 30 overlaps the inlet 110 and the outlet 120 of the catalyst-electrode structure constituting the reduction electrode 10 and the inlet of the catalyst-electrode structure constituting the oxidation electrode 20. It also overlaps with (110) and outlet (120). In addition, the separator 30 is also connected to the first surface 101 of the catalyst-electrode structure constituting the reduction electrode 10 and the first surface 101 of the catalyst-electrode structure constituting the oxidation electrode 20. It can be extended to touch. In addition, both ends of the separation membrane 30 may be in contact with the sealing member 300 .

상기 밀봉부재(300)는 상기 환원전극(10)을 구성하는 촉매-전극 구조체의 밀봉홈(140) 및 상기 산화전극(20)을 구성하는 촉매-전극 구조체의 밀봉홈(140)에 삽입되어 있다. The sealing member 300 is inserted into the sealing groove 140 of the catalyst-electrode structure constituting the reduction electrode 10 and the sealing groove 140 of the catalyst-electrode structure constituting the oxidation electrode 20. .

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매-전극 구조체의 평면도이다. 도 6에 따른 촉매-전극 구조체는 유로(130)의 구조가 변경된 것을 제외하고 전술한 도 2에 따른 촉매-전극 구조체와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서 동일한 도면부호를 부여하였고, 이하에서는 상이한 구성에 대해서만 설명하기로 한다. 6 is a plan view of a catalyst-electrode structure according to another embodiment of the present invention. The catalyst-electrode structure according to FIG. 6 is the same as the catalyst-electrode structure according to FIG. 2 except that the structure of the flow path 130 is changed. Therefore, the same reference numerals are assigned to the same components, and only different configurations will be described below.

도 2의 경우, 유로(130)가 입구(110)와 출구(120) 사이에서 굴곡된 직선 구조로 이루어진다. 그에 반하여, 도 6의 경우, 유로(130)가 입구(110)와 출구(120) 사이에서 메쉬(mesh) 구조로 이루어진다. 도 2의 경우에 비하여 도 6의 경우는 유로(130)의 길이가 연장될 수 있고 그에 따라 상기 유로(130)를 통해 흐르는 환원물질 또는 산화물질이 상기 유로(130) 내부에 충진되는 촉매(200)와의 접촉시간을 증가시켜 반응효율을 향상시킬 수 있다. In the case of FIG. 2 , the flow path 130 has a curved straight structure between the inlet 110 and the outlet 120 . In contrast, in the case of FIG. 6 , the passage 130 has a mesh structure between the inlet 110 and the outlet 120 . Compared to the case of FIG. 2, in the case of FIG. 6, the length of the passage 130 may be extended, and accordingly, the catalyst 200 in which the reducing material or oxidizing material flowing through the passage 130 is filled in the passage 130 ), the reaction efficiency can be improved by increasing the contact time.

본 발명에 따른 유로(130)가 반드시 도 2 또는 도 6의 구조로 한정되는 것은 아니고, 상기 입구(110)와 출구(120) 사이를 연결할 수 있는 다양한 구조를 포함할 수 있다. 예로서, 상기 유로(130)는 상기 입구(110)와 출구(120) 사이를 연결하는 다양한 곡선형 유로를 포함할 수 있다. The flow path 130 according to the present invention is not necessarily limited to the structure of FIG. 2 or 6, and may include various structures capable of connecting the inlet 110 and the outlet 120. For example, the passage 130 may include various curved passages connecting the inlet 110 and the outlet 120 .

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기화학적 반응장치의 개략도이다. 7 is a schematic diagram of an electrochemical reactor according to another embodiment of the present invention.

도 7에서 알 수 있듯이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기화학적 반응장치는 환원전극(10), 산화전극(20), 분리막(30), 환원물질 입출입부(40), 산화물질 입출입부(50), 환원물질 순환부(60), 및 산화물질 순환부(70)를 포함하여 이루어진다. As can be seen in FIG. 7, the electrochemical reaction device according to another embodiment of the present invention includes a reduction electrode 10, an oxidation electrode 20, a separator 30, a reducing material input/output unit 40, an oxide input/output unit ( 50), a reducing material circulation unit 60, and an oxidizing material circulation unit 70.

상기 환원전극(10) 및 상기 산화전극(20) 중 적어도 하나는 전술한 실시예에서 따른 촉매-전극 구조체로 이루어질 수 있다. At least one of the reduction electrode 10 and the oxidation electrode 20 may be formed of the catalyst-electrode structure according to the above-described embodiment.

이때, 상기 환원전극(10)은 이산화탄소가 환원되어 일산화탄소와 수소가 생성될 수 있도록 구비된다. 이를 위해서 상기 환원전극(10)은 은 촉매, 특히 은 나노 촉매를 포함할 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. At this time, the reduction electrode 10 is provided so that carbon dioxide is reduced to produce carbon monoxide and hydrogen. To this end, the cathode 10 may include a silver catalyst, particularly a silver nano-catalyst, but is not necessarily limited thereto.

상기 환원전극(10)에는 이산화탄소가 포집된 아민 수용액이 투입될 수 있다. An aqueous amine solution in which carbon dioxide is captured may be introduced into the reduction electrode 10 .

상기 아민은 3차 아민, 바람직하게는 OH기가 없는 3차 아민을 포함한다. 상기 OH기가 없는 3차 아민은 트리에틸아민(triethylamine; TEA)을 포함할 수 있다. The amines include tertiary amines, preferably tertiary amines without OH groups. The tertiary amine without an OH group may include triethylamine (TEA).

상기 트리에틸아민(triethylamine; TEA)은 아래 화학식 1과 같은 R3N(여기서, R은 CH2CH3)로 표현될 수 있다. The triethylamine (TEA) may be represented by R 3 N (where R is CH 2 CH 3 ) as shown in Formula 1 below.

화학식 1Formula 1

Figure pat00001
Figure pat00001

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이산화탄소가 아민용액에 포집된 상태로 상기 환원전극(10)에 투입될 수 있는데, 상기 아민 수용액을 이용한 이산화탄소 포집반응은 아래 반응식 1과 같다. As such, according to one embodiment of the present invention, carbon dioxide can be introduced into the cathode 10 in a state of being captured in an amine solution, and the carbon dioxide capture reaction using the amine aqueous solution is shown in Scheme 1 below.

반응식 1Scheme 1

CO2 + R3N + H2O → R3NH+ +HCO3 - CO 2 + R 3 N + H 2 O → R 3 NH + +HCO 3 -

따라서, 이산화탄소가 HCO3 -와 같은 이온의 상태로 아민 수용액에 포함되며, 이와 같은 HCO3 -을 포함한 아민 수용액이 상기 환원전극(10)으로 투입될 수 있다. Accordingly, carbon dioxide is included in the aqueous amine solution in the form of ions such as HCO 3 - , and the aqueous amine solution including HCO 3 - may be introduced into the cathode 10 .

상기 환원물질 입출입부(40)는 상기 환원물질 순환부(60)와 상기 환원전극(10) 사이를 연결하며, 입구(41)와 출구(42)를 포함하여 이루어진다. The reducing material input/output unit 40 connects the reducing material circulation unit 60 and the reduction electrode 10, and includes an inlet 41 and an outlet 42.

상기 입구(41)를 통해서 상기 환원물질 순환부(60)에 저장되어 있는 이산화탄소가 포집된 아민 수용액이 상기 환원전극(10) 내부로 들어가고, 상기 출구(42)로부터 이산화탄소의 환원을 통해 생성된 합성 가스 및 미반응된 이산화탄소가 포집된 아민 수용액이 상기 환원전극(10)의 외부로 나오게 된다. 상기 출구(42)에서 나오는 합성 가스 및 미반응된 이산화탄소가 포집된 아민 수용액은 다시 상기 환원물질 순환부(60)로 공급된다. 이때, 일산화탄소와 수소를 포함하는 상기 합성 가스는 상기 환원물질 순환부(60)에서 분리되고, 상기 미반응된 이산화탄소가 포집된 아민 수용액은 상기 입구(41)를 통해 상기 환원전극(10) 내부로 이동한다. Through the inlet 41, the amine aqueous solution in which the carbon dioxide stored in the reducing material circulation unit 60 is captured enters the reduction electrode 10, and the carbon dioxide is reduced from the outlet 42. The aqueous amine solution in which gas and unreacted carbon dioxide are collected comes out of the reduction electrode 10 . The synthetic gas coming out of the outlet 42 and the amine aqueous solution in which unreacted carbon dioxide is collected are supplied to the reducing material circulation unit 60 again. At this time, the synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen is separated in the reducing material circulation unit 60, and the aqueous amine solution in which the unreacted carbon dioxide is collected is introduced into the reduction electrode 10 through the inlet 41. move

이상과 같은 상기 환원전극(10)에서는 아래와 같은 반응식 2와 반응식 3의 연속 반응이 일어나면서 일산화탄소가 생성된다. In the reduction electrode 10 as described above, carbon monoxide is generated while continuous reactions of Reaction Formula 2 and Reaction Formula 3 below occur.

반응식 2Scheme 2

HCO3 - + H+ → CO2 + H2OHCO 3 - + H + → CO 2 + H 2 O

반응식 3Scheme 3

CO2 + H2O + 2e- → CO + 2OH- CO2 + H 2 O + 2e - → CO + 2OH -

상기 산화물질 입출입부(50)는 상기 산화물질 순환부(70)와 상기 산화전극(20) 사이를 연결하면서 입구(51)와 출구(52)를 포함하여 이루어진다. The oxide material input/output part 50 includes an inlet 51 and an outlet 52 while connecting the oxide material circulation part 70 and the oxidation electrode 20 .

상기 입구(51)를 통해서 상기 산화물질 순환부(70)에 저장되어 있는 전해질 수용액이 상기 산화전극(20) 내부로 들어가고, 상기 출구(52)로부터 상기 산화전극(20) 근방에서 생성된 산소 및 전해질 수용액이 상기 산화전극(20)의 외부로 나오게 된다. 상기 출구(52)에서 나오는 전해질 수용액은 다시 상기 산화물질 순환부(70)로 공급된다. 이때, 산소는 상기 산화물질 순환부(70)에서 분리될 수 있다. Through the inlet 51, the aqueous electrolyte solution stored in the oxidant circulation unit 70 enters the inside of the oxidation electrode 20, and oxygen and The aqueous electrolyte solution comes out of the oxidation electrode 20 . The aqueous electrolyte solution coming out of the outlet 52 is supplied to the oxide circulation unit 70 again. At this time, oxygen may be separated from the oxidant circulation unit 70 .

이상과 같은 상기 산화전극(10)에서는 아래와 같은 반응식 4의 반응이 일어나면서 산소가 생성된다. In the oxidation electrode 10 as described above, oxygen is generated while the reaction of Reaction Formula 4 below occurs.

반응식 4Scheme 4

2OH- → 2e- + 1/2 O2 + H2O2OH - → 2e - + 1/2 O 2 + H 2 O

상기 분리막(30)은 상기 환원전극(10)과 상기 산화전극(20) 사이에 구비되어 있다. 상기 분리막(30)은 양극성 막(bipolar membrane)으로 이루어진 것이 바람직하다. The separator 30 is provided between the reduction electrode 10 and the oxidation electrode 20 . The separation membrane 30 is preferably made of a bipolar membrane.

상기 분리막(30)은 음이온 교환막으로 이루어진 경우, 3차 아민 수용액에 포함된 중탄산이온(HCO3-)이 상기 산화전극(20) 쪽으로 이동할 수 있고, 그 결과, 상기 환원전극(10) 쪽에 존재하는 이산화탄소의 양이 줄어들어 상기 환원전극(10)에서 이루어지는 합성 가스 생성 반응의 효율이 저하될 수 있다. When the separation membrane 30 is made of an anion exchange membrane, bicarbonate ions (HCO3-) contained in the tertiary amine aqueous solution can move toward the oxidation electrode 20, and as a result, the carbon dioxide present on the reduction electrode 10 As the amount of is reduced, the efficiency of the synthesis gas generation reaction performed in the cathode 10 may be reduced.

또한, 상기 분리막(30)이 양이온 교환막으로 이루어진 경우, 3차 아민 수용액에 포함된 수소화된 아민, 예로서 (CH2CH3)3NH+ 이온이 상기 산화전극(20) 쪽으로 이동할 수 있고, 상기 산화전극(20) 쪽의 수용액 내의 전해질 양이온, 예로서 수산화칼륨에서 유래된 칼륨 이온(K+)이 상기 환원전극(10) 쪽으로 이동할 수 있고, 그 결과, 상기 환원전극(10) 쪽에서 이루어지는 합성 가스 생성 반응의 효율이 저하될 수 있다In addition, when the separation membrane 30 is formed of a cation exchange membrane, hydrogenated amines included in the tertiary amine aqueous solution, for example (CH 2 CH 3 ) 3 NH + ions, can move toward the oxidation electrode 20, and the Electrolyte cations in the aqueous solution on the anode 20 side, for example, potassium ions (K + ) derived from potassium hydroxide can move to the cathode 10 side, and as a result, synthesis gas formed on the cathode 10 side. The efficiency of the production reaction may be reduced

그에 반하여, 상기 분리막(30)이 양극성 막으로 이루어진 경우, 상기 분리막(30)은 OH-는 상기 산화전극(20)으로 이동하도록 하고, H+는 상기 환원전극(10)으로 이동하도록 하며, 또한, HCO3 -가 상기 산화전극(20)으로 이동하지 않도록 하여, 상기 환원전극(10)에서 수소 생성효율이 향상되고 상기 산화전극(20)에서 산소 생성 효율이 향상될 수 있다. In contrast, when the separation membrane 30 is made of a bipolar membrane, the separation membrane 30 allows OH - to move to the oxidation electrode 20 and H + to move to the reduction electrode 10, and also , HCO 3 - is prevented from moving to the oxidation electrode 20, so that the hydrogen generation efficiency in the reduction electrode 10 and the oxygen generation efficiency in the oxidation electrode 20 can be improved.

상기 환원물질 순환부(60)는 이산화탄소가 포집된 아민 수용액을 상기 환원전극(10)으로 공급하고, 상기 환원전극(10)에서 생성된 합성 가스 및 미반응된 이산화탄소가 포집된 아민 수용액을 수용하는 역할을 한다. The reducing material circulation unit 60 supplies the aqueous amine solution in which carbon dioxide is captured to the reduction electrode 10 and receives the synthetic gas generated at the reduction electrode 10 and the aqueous amine solution in which unreacted carbon dioxide is captured. play a role

상기 환원물질 순환부(60)와 상기 환원전극(10) 사이에는 펌프가 마련되어 있어 5바(bar) 이상, 바람직하게는 20바(bar) 이상의 고압의 상태로 이산화탄소가 포집된 아민 수용액을 상기 환원전극(10)으로 공급할 수 있다. A pump is provided between the reducing material circulating unit 60 and the reduction electrode 10 to reduce the amine aqueous solution in which carbon dioxide is captured under a high pressure of 5 bar or more, preferably 20 bar or more. It can be supplied to the electrode (10).

상기 합성 가스는 상기 환원물질 순환부(60)에서 분리되어 후술하는 수소운반체 제조장치로 공급될 수 있고, 상기 미반응된 이산화탄소가 포집된 아민 수용액은 상기 환원전극(10) 내부로 이동하면서 순환하게 된다. The synthesis gas may be separated in the reducing material circulation unit 60 and supplied to a hydrogen carrier manufacturing device described later, and the aqueous amine solution in which the unreacted carbon dioxide is collected is circulated while moving into the reduction electrode 10 do.

상기 산화물질 순환부(70)는 KOH와 같은 전해질 수용액을 상기 산화전극(20)으로 공급하고, 상기 산화전극(20)에서 생성된 산소 및 전해질 수용액을 수용하는 역할을 한다. 상기 산화물질 순환부(70)와 상기 산화전극(20) 사이에도 펌프가 마련될 수 있다. The oxide circulation unit 70 serves to supply an aqueous electrolyte solution such as KOH to the anode 20 and to receive oxygen and an aqueous electrolyte solution generated in the anode 20 . A pump may also be provided between the oxide circulation unit 70 and the oxidation electrode 20 .

상기 산소는 상기 산화물질 순환부(70)에서 분리되고, 상기 전해질 수용액은 상기 산화전극(20) 내부로 이동하면서 순환하게 된다. The oxygen is separated in the oxide circulation unit 70, and the aqueous electrolyte solution is circulated while moving into the oxidation electrode 20.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용 시스템의 개략도이다. 8 is a schematic diagram of a carbon dioxide utilization system according to an embodiment of the present invention.

도 8에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용 시스템은 이산화탄소 포집장치(1), 전기화학적 반응장치(2), 수소운반체 제조장치(3), 탈수소 장치(4) 및 수소 활용장치(5)를 포함하여 이루어진다. As can be seen in FIG. 8, the carbon dioxide utilization system according to an embodiment of the present invention includes a carbon dioxide capture device 1, an electrochemical reaction device 2, a hydrogen carrier manufacturing device 3, a dehydrogenation device 4, and hydrogen utilization. It consists of a device (5).

상기 이산화탄소 포집장치(1)는 다양한 분야에서 생성되는 이산화탄소, 예로서 공장, 발전소 또는 자동차 등에 의해서 대기 중에 포함되어 있는 이산화탄소를 포집하는 장치로서, 아민 수용액을 포함하여 이루어진다. 구체적으로, 상기 이산화탄소 포집장치(1)는 아민과 물을 포함하여 이루어지며, 상기 아민은 3차 아민, 바람직하게는 OH기가 없는 3차 아민을 포함한다. 상기 OH기가 없는 3차 아민은 트리에틸아민(triethylamine; TEA)을 포함할 수 있다. The carbon dioxide collecting device 1 is a device for capturing carbon dioxide generated in various fields, for example, carbon dioxide contained in the atmosphere by factories, power plants, or automobiles, etc., and includes an aqueous amine solution. Specifically, the carbon dioxide capture device 1 includes amine and water, and the amine includes tertiary amine, preferably tertiary amine without an OH group. The tertiary amine without an OH group may include triethylamine (TEA).

상기 전기화학적 반응장치(2)는 상기 이산화탄소 포집장치(1)에서 포집된 이산탄소를 이용하여 합성 가스를 생성한다. 상기 전기화학적 반응장치(2)는 전술한 도 7에 따른 구조로 이루어질 수 있다. The electrochemical reaction device 2 generates synthesis gas using the carbon dioxide collected in the carbon dioxide capture device 1. The electrochemical reactor 2 may have a structure according to FIG. 7 described above.

종래 경우에는 예로서 배가스에서 이산화탄소를 포집한 후에 포집한 이산화탄소를 다시 분리하여 상기 전기화학적 반응장치(2)로 투입하였지만, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이산화탄소 포집장치(1)에서 포집된 이산화탄소를 아민 수용액으로부터 분리하는 분리공정을 거치지 않고 아민 수용액에 이산화탄소가 포집된 상태, 보다 구체적으로, HCO3 -을 포함한 아민 수용액이 상기 전기화학적 반응장치(2)로 투입된다. In the conventional case, as an example, after capturing carbon dioxide from exhaust gas, the captured carbon dioxide is separated again and introduced into the electrochemical reaction device 2, but according to an embodiment of the present invention, the carbon dioxide captured in the carbon dioxide capture device 1 A state in which carbon dioxide is captured in the aqueous amine solution, more specifically, an aqueous amine solution including HCO 3 is introduced into the electrochemical reactor 2 without going through a separation process for separating carbon dioxide from the aqueous amine solution.

따라서, 본 발명은 종래 경우에 비하여 이산화탄소 분리 공정 비용이 절약되는 장점이 있다. 또한, 종래의 경우는 분리공정을 거쳐 고순도의 이산화탄소를 분리하였음에도 불구하고 상기 전기화학적 반응장치(2)에서 생성되는 합성 가스의 생성율이 저조하여 이산화탄소 전환효율이 떨어지지만, 본 발명의 경우는 분리공정을 거치지 않은 상대적으로 저순도의 이산화탄소를 이용함으로써 이산화탄소 전환효율이 종래 대비 향상되는 장점이 있다. 또한, 종래의 경우 분리된 이산화탄소가 상대전극으로 넘어가는 크로스오버로 인해서 시스템이 불안정한 문제가 발생하지만, 본 발명의 경우 이산화탄소가 아민 수용액에 포집된 상태로 상기 전기화학적 반응장치(2)로 투입되기 때문에 이산화탄소가 상대전극으로 넘어가는 크로스오버가 발생하지 않는다. 또한, 종래의 경우 상기 전기화학적 반응장치(2)에서 생성된 합성가스를 이산화탄소와 분리하는 추가공정이 필요하지만, 본 발명의 경우 이산화탄소는 아민수용액에 포집된 상태로 순환하기 때문에 합성가스를 이산화탄소와 분리하는 추가공정이 필요하지 않다. Therefore, the present invention has the advantage of saving the cost of the carbon dioxide separation process compared to the conventional case. In addition, in the case of the prior art, despite the separation of high-purity carbon dioxide through a separation process, the production rate of synthesis gas generated in the electrochemical reaction device 2 is low, resulting in low carbon dioxide conversion efficiency, but in the case of the present invention, the separation process There is an advantage in that the carbon dioxide conversion efficiency is improved compared to the prior art by using relatively low-purity carbon dioxide that has not been passed through. In addition, in the conventional case, the system is unstable due to the crossover of the separated carbon dioxide to the counter electrode, but in the case of the present invention, carbon dioxide is collected in the amine aqueous solution and introduced into the electrochemical reaction device Therefore, crossover in which carbon dioxide passes to the counter electrode does not occur. In addition, in the conventional case, an additional process of separating the syngas generated in the electrochemical reaction device 2 from carbon dioxide is required, but in the case of the present invention, since carbon dioxide is circulated in a state captured in an amine aqueous solution, No additional separation process is required.

상기 전기화학적 반응장치(2)는 전술한 도 7의 환원전극(10), 산화전극(20), 및 환원전극(10)과 산화전극(20) 사이에 구비되는 분리막(30)을 포함하여 이루어지며, 상기 환원전극(10)에서 이산화탄소를 환원시켜 일산화탄소(CO)와 수소(H2)의 합성 가스를 생성한다. 이때, 상기 일산화탄소(CO)와 수소(H2)는 1:2의 몰비로 생성하는 것이 상기 수소운반체 제조장치(3)에서 수소운반체 제조 공정을 용이하게 할 수 있다. The electrochemical reaction device 2 includes the aforementioned reduction electrode 10, the oxidation electrode 20, and the separator 30 provided between the reduction electrode 10 and the oxidation electrode 20. In addition, carbon dioxide is reduced in the reduction electrode 10 to produce synthesis gas of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ). In this case, generating the carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) at a molar ratio of 1:2 may facilitate the hydrogen carrier manufacturing process in the hydrogen carrier manufacturing apparatus 3 .

상기 전기화학적 반응장치(2)에서 생성된 수소(H2)는 가스상태로 운반하기가 용이하지 않기 때문에 상기 수소운반체 제조장치(3)에서 운반하기 용이한 액체 상태의 수소운반체로 제조된다. Since the hydrogen (H 2 ) generated in the electrochemical reaction device 2 is not easily transported in a gaseous state, the hydrogen carrier manufacturing device 3 is prepared as a hydrogen carrier in a liquid state that is easy to transport.

상기 수소운반체 제조장치(3)는 상기 전기화학적 반응장치(2)에서 생성된 일산화탄소(CO)와 수소(H2)의 합성 가스를 이용하여 수소운반체로서 메탄올을 생성할 수 있다. The hydrogen carrier manufacturing apparatus 3 may generate methanol as a hydrogen carrier using synthesis gas of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) generated in the electrochemical reaction apparatus 2 .

상기 수소운반체 제조장치(3)는 열화학반응기를 이용하여 1몰의 일산화탄소(CO)와 2몰의 수소(H2)를 반응시켜 1몰의 메탄올(CH3OH)을 생성할 수 있다. 이와 같은 반응은 발열반응으로 이루어질 수 있고 다단 반응기를 이용함으로써 메탄올 생성율을 향상시킬 수 있다. The hydrogen carrier manufacturing apparatus 3 may generate 1 mole of methanol (CH 3 OH) by reacting 1 mole of carbon monoxide (CO) with 2 moles of hydrogen (H 2 ) using a thermochemical reactor. Such a reaction may be performed as an exothermic reaction, and the methanol production rate may be improved by using a multi-stage reactor.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 전기화학적 반응장치(2)에서 생성된 일산화탄소와 수소가 상기 수소운반체 제조장치(3)의 반응기로 공급되고 이산화탄소는 상기 수소운반체 제조장치(3)의 반응기로 공급되지 않는다. 따라서, 상기 수소운반체 제조장치(3)의 반응기에서 메탄올이 생성되고 부산물로 물이 생성되지 않으며, 그에 따라 상기 수소운반체 제조장치(3)의 반응기의 후단에 설치되어 생성된 메탄올을 회수하는 회수기의 후단에 부산물인 물을 분리하기 위한 증류기와 같은 별도의 분리기를 설치할 필요가 없다. According to an embodiment of the present invention, carbon monoxide and hydrogen generated in the above-described electrochemical reactor 2 are supplied to the reactor of the hydrogen carrier manufacturing apparatus 3, and carbon dioxide is supplied to the reactor of the hydrogen carrier manufacturing apparatus 3 not supplied with Therefore, methanol is produced in the reactor of the hydrogen carrier manufacturing apparatus 3, and water is not produced as a by-product. There is no need to install a separate separator such as a still for separating by-product water at the downstream.

상기 수소운반체 제조장치(3)의 반응기 내부로 일산화탄소와 수소 이외에 이산화탄소가 함께 공급될 경우 생성물로서 메탄올뿐만 아니라 물이 생성될 수 있으며, 그 경우에는 상기 메탄올 회수기의 후단에 메탄올을 물로부터 분리하기 위한 증류기와 같은 별도의 분리기가 설치되어야 한다. When carbon dioxide in addition to carbon monoxide and hydrogen is supplied into the reactor of the hydrogen carrier manufacturing apparatus 3, water as well as methanol may be produced as a product. A separate separator, such as a still, must be installed.

그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전기화학적 반응장치(2)에서 생성된 일산화탄소와 수소가 상기 수소운반체 제조장치(3)의 반응기로 공급될 뿐 이산화탄소가 상기 수소운반체 제조장치(3)의 반응기로 공급되지 않기 때문에, 상기 메탄올 회수기의 후단에 별도의 분리기가 설치될 필요가 없다. 따라서, 상기 수소운반체 제조장치(3)의 메탄올 회수기는 그 후단에 별도의 분리기를 구비하지 않은 채로 상기 탈수소 장치(4)와 연결될 수 있다. However, according to one embodiment of the present invention, carbon monoxide and hydrogen generated in the electrochemical reactor 2 are supplied to the reactor of the hydrogen carrier manufacturing apparatus 3, and carbon dioxide is supplied to the hydrogen carrier manufacturing apparatus 3 Since it is not supplied to the reactor, there is no need to install a separate separator at the rear of the methanol recovery unit. Therefore, the methanol recovery unit of the hydrogen carrier manufacturing apparatus 3 can be connected to the dehydrogenation unit 4 without having a separate separator at the rear thereof.

상기 탈수소 장치(4)는 상기 수소운반체 제조장치(3)에서 제조한 메탄올을 개질하여 수소(H2)를 생성할 수 있다. 구체적으로, 상기 탈수소 장치(4)는 메탄올을 물과 반응시켜 이산화탄소와 수소를 생성할 수 있다. 이와 같은 탈수소 장치(4)는 산화전극, 환원전극 및 상기 산화전극과 환원전극 사이에 구비된 분리막을 포함한 전기화학반응기를 포함할 수 있다. 상기 전기화학반응기의 산화전극에서 상기 이산화탄소가 생성되고, 상기 전기화학반응기의 환원전극에서 상기 수소가 생성될 수 있다. The dehydrogenation device 4 may generate hydrogen (H 2 ) by reforming the methanol produced in the hydrogen carrier manufacturing device 3. Specifically, the dehydrogenation device 4 may generate carbon dioxide and hydrogen by reacting methanol with water. Such a dehydrogenation device 4 may include an electrochemical reactor including an oxidation electrode, a reduction electrode, and a separator provided between the oxidation electrode and the reduction electrode. Carbon dioxide may be generated at an anode of the electrochemical reactor, and hydrogen may be generated at a cathode of the electrochemical reactor.

상기 탈수소 장치(4)에서 생성된 이산화탄소는 다시 상기 이산화탄소 포집장치(1)로 투입되어 순환하게 되며, 상기 탈수소 장치(4)에서 생성된 수소는 상기 수소 활용장치(5)로 공급된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 이산화탄소가 순환하면서 다양한 용도로 사용될 수 있는 유용한 물질인 수소를 얻을 수 있게 된다. The carbon dioxide generated in the dehydrogenation device 4 is put into the carbon dioxide capture device 1 and circulated, and the hydrogen generated in the dehydrogenation device 4 is supplied to the hydrogen utilization device 5. Therefore, the system according to an embodiment of the present invention can obtain hydrogen, which is a useful material that can be used for various purposes, while carbon dioxide is circulated.

상기 수소 활용장치(5)는 수소를 활용할 수 있는 당업계에 공지된 다양한 장치가 될 수 있다. 예로서, 상기 수소 활용장치(5)는 수소를 연료로 이용하는 수소 연료셀을 포함할 수 있다. The hydrogen utilization device 5 may be various devices known in the art capable of utilizing hydrogen. For example, the hydrogen utilization device 5 may include a hydrogen fuel cell using hydrogen as a fuel.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in more detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not necessarily limited to these embodiments, and may be variously modified and implemented without departing from the technical spirit of the present invention. . Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The protection scope of the present invention should be construed according to the scope of the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

10: 환원전극 20: 산화전극
30: 분리막 40: 환원물질 입출입부
50: 산화물질 입출입부 41, 51, 110: 입구
42, 52, 120: 출구 60: 환원물질 순환부
70: 산화물질 순환부 100: 몸체
101: 제1 면 102: 제2 면
130: 유로 140: 밀봉홈
150: 제1 차단벽 160: 제2 차단벽
200: 촉매 300: 밀봉부재
10: reduction electrode 20: oxidation electrode
30: separation membrane 40: reducing material input and output unit
50: oxide input/output unit 41, 51, 110: entrance
42, 52, 120: outlet 60: reducing material circulation unit
70: oxidative circulation unit 100: body
101: first side 102: second side
130: Euro 140: sealing groove
150: first blocking wall 160: second blocking wall
200: catalyst 300: sealing member

Claims (13)

도전성 물질로 이루어진 전극 몸체;
상기 전극 몸체의 일 측에서 상기 전극 몸체를 관통하는 홀로 이루어진 입구;
상기 전극 몸체의 타 측에서 상기 전극 몸체를 관통하는 홀로 이루어진 출구;
상기 전극 몸체의 일 면에 구비된 홈으로 이루어지면서 상기 입구와 상기 출구 사이를 연결하는 유로; 및
상기 유로에 충진된 촉매를 포함하여 이루어진 촉매-전극 구조체.
An electrode body made of a conductive material;
an inlet made of a hole penetrating the electrode body at one side of the electrode body;
an outlet formed of a hole penetrating the electrode body on the other side of the electrode body;
a passage made of a groove provided on one surface of the electrode body and connecting between the inlet and the outlet; and
A catalyst-electrode structure comprising a catalyst filled in the passage.
제1항에 있어서,
상기 촉매는 상기 유로 내부 전체에 충진되어 상기 유로의 하면 및 측면 모두와 접촉하는 촉매-전극 구조체.
According to claim 1,
The catalyst-electrode structure is filled in the entire inside of the passage and contacts both the lower surface and the side surface of the passage.
제2항에 있어서,
상기 촉매 상단의 높이는 상기 전극 몸체의 일 면의 높이와 동일한 촉매-전극 구조체.
According to claim 2,
A height of the top of the catalyst is the same as a height of one side of the electrode body. Catalyst-electrode structure.
제1항에 있어서,
상기 촉매가 상기 입구 또는 상기 출구로 흐르는 것을 방지하기 위한 차단벽이 추가로 구비되어 있는 촉매-전극 구조체.
According to claim 1,
A catalyst-electrode structure further comprising a blocking wall for preventing the catalyst from flowing into the inlet or the outlet.
제1항에 있어서,
상기 차단벽은 상기 입구와 상기 유로 사이의 경계면에 구비된 제1 차단벽 및 상기 출구와 상기 유로 사이의 경계면에 구비된 제2 차단벽을 포함하는 촉매-전극 구조체.
According to claim 1,
The catalyst-electrode structure according to claim 1 , wherein the blocking wall includes a first blocking wall provided at an interface between the inlet and the flow path and a second blocking wall provided at an interface between the outlet and the flow path.
제1항에 있어서,
상기 제1 차단벽 및 상기 제2 차단벽 각각은 복수의 홀을 포함하고 있고, 상기 복수의 홀의 직경은 상기 촉매의 직경보다 작은 촉매-전극 구조체.
According to claim 1,
The catalyst-electrode structure of claim 1 , wherein each of the first blocking wall and the second blocking wall includes a plurality of holes, and a diameter of the plurality of holes is smaller than a diameter of the catalyst.
제1항에 있어서,
상기 유로는 굴곡된 직선 구조, 굴곡된 곡선 구조, 및 메쉬 구조 중 적어도 하나의 구조를 포함하여 이루어진 촉매-전극 구조체.
According to claim 1,
The catalyst-electrode structure of claim 1, wherein the flow path includes at least one of a curved straight structure, a curved curved structure, and a mesh structure.
제1항에 있어서,
상기 전극 몸체의 일 면에 구비된 홈으로 이루어지면서, 상기 입구, 상기 출구, 및 상기 유로의 외곽에 구비된 밀봉홈을 추가로 포함하고,
상기 유로의 홈의 깊이는 상기 밀봉홈의 홈의 깊이보다 깊은 촉매-전극 구조체.
According to claim 1,
It is made of a groove provided on one surface of the electrode body and further includes a sealing groove provided on the outside of the inlet, the outlet, and the flow path,
The catalyst-electrode structure of claim 1 , wherein the depth of the groove of the passage is greater than that of the groove of the sealing groove.
서로 마주하는 환원전극과 산화전극;
상기 환원전극과 상기 산화전극 사이에 구비된 분리막;
상기 환원전극과 연결된 환원물질 입출입부; 및
상기 산화전극과 연결된 산화물질 입출입부를 포함하여 이루어지고,
상기 환원전극과 상기 산화전극 중 적어도 하나의 전극은 전술한 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 촉매-전극 구조체로 이루어진 전기화학적 반응장치.
a reduction electrode and an oxidation electrode facing each other;
a separation membrane provided between the reduction electrode and the oxidation electrode;
a reducing material input/output unit connected to the reduction electrode; and
It includes an oxide input/output unit connected to the oxidation electrode,
At least one of the reduction electrode and the oxidation electrode is an electrochemical reaction device composed of the catalyst-electrode structure according to any one of claims 1 to 8.
제9항에 있어서,
상기 분리막은 상기 전극 몸체에 구비된 입구, 출구 및 유로와 중첩되면서 상기 촉매 및 상기 전극 몸체의 일 면과 접하는 전기화학적 반응장치.
According to claim 9,
The separator is an electrochemical reaction device in contact with one surface of the catalyst and the electrode body while overlapping the inlet, outlet, and flow path provided in the electrode body.
제9항에 있어서,
상기 환원전극에 HCO3 -을 포함하는 3차 아민 수용액이 투입되어 일산화탄소와 수소를 생성하는 전기화학적 반응장치.
According to claim 9,
An electrochemical reaction device in which a tertiary amine aqueous solution containing HCO 3 - is introduced into the reduction electrode to generate carbon monoxide and hydrogen.
제9항에 있어서,
상기 분리막은 양극성 막으로 이루어지고, 상기 양극성 막은 OH-가 상기 산화전극으로 이동하고, H+는 상기 환원전극으로 이동하도록 구비되고, HCO3 -가 상기 산화전극으로 이동하지 않도록 구비된 전기화학적 반응장치.
According to claim 9,
The separator is made of a bipolar membrane, and the bipolar membrane is provided so that OH moves to the anode, H + moves to the reduction electrode, and HCO 3 does not move to the anode for an electrochemical reaction. Device.
이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집장치;
상기 이산화탄소 포집장치에서 포집한 이산화탄소를 환원하여 합성가스를 생산하는 전기화학적 반응장치;
상기 전기화학적 반응장치에서 생산한 합성가스를 이용하여 수소운반체 물질을 제조하는 수소운반체 제조장치;
상기 수소운반 제조장치에서 제조한 수소운반체 물질로부터 수소를 생산하는 탈수소 장치; 및
상기 탈수소 장치에서 생산한 수소를 활용하는 수소 활용 장치를 포함하고,
상기 전기화학적 반응장치는 전술한 제9항에 따른 전기화학적 반응장치로 이루어진 이산화탄소 활용 시스템.
a carbon dioxide capture device for capturing carbon dioxide;
an electrochemical reaction device for producing synthesis gas by reducing the carbon dioxide collected by the carbon dioxide collecting device;
a hydrogen carrier manufacturing device for manufacturing a hydrogen carrier material using the syngas produced in the electrochemical reactor;
a dehydrogenation device for producing hydrogen from the hydrogen carrier material produced in the hydrogen transport production device; and
Including a hydrogen utilization device that utilizes the hydrogen produced by the dehydrogenation device,
The electrochemical reactor is a carbon dioxide utilization system consisting of the electrochemical reactor according to claim 9.
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