KR20230113036A - 수전해 스택 - Google Patents

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KR20230113036A
KR20230113036A KR1020220009447A KR20220009447A KR20230113036A KR 20230113036 A KR20230113036 A KR 20230113036A KR 1020220009447 A KR1020220009447 A KR 1020220009447A KR 20220009447 A KR20220009447 A KR 20220009447A KR 20230113036 A KR20230113036 A KR 20230113036A
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Abstract

본 발명의 다양한 실시예에 따른 수전해 스택은 수소극, 전해질 및 산소극을 포함하는 셀; 상기 수소극과 접하여 배치되는 수소극 집전체; 상기 산소극과 접하여 배치되고, 메쉬(mesh) 형상을 갖는 산소극 집전체; 및 상기 산소극 집전체와 접하여 배치되는 분리판을 포함할 수 있다.

Description

수전해 스택{Water Electrolysis Stack}
본 발명의 다양한 실시예는 수전해 스택에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 다양한 실시예는 메쉬(mesh) 형상의 집전체를 포함하는 수전해 스택에 관한 것이다.
최근 세계 선진국들의 풍력, 태양광과 같은 재생에너지의 개발 규모는 지속적으로 증가하고 있으며, 이에 따라 발생하는 예측 불가능성과 변동성으로 인해 재생전력 이용률 감소와 같은 문제점을 해결하기 위한 대안으로 대용량 에너지 저장에 대한 필요성이 증가하고 있다. 세계적인 환경 보호 정책으로 인해 디젤, 가솔린에 대한 황 허용치가 낮아짐에 따라 수소의 시장 규모는 매년 지속적으로 성장하고 있으며, 금속 또는 반도체 생산, 암모니아 등의 화합물 합성 등 여러 산업 분야에서 사용되고 있다. 수소는 탄화수소나 물로부터 수증기 개질, 자연 개질, 부분산화, 열화학분해, 직접분해, 생물학적 분해, 전기분해 등의 방법을 통해 수소를 추출하여 제조할 수 있다.
수전해란 순수한 물을 전기 분해하여 수소를 제조하는 방식으로써 현재 증가하는 수소 수요에 대응이 가능할 뿐 아니라 풍력, 태양광과 같은 재생에너지를 저장하는 대용량 전력저장을 목적으로 하는 기술이다. 수소는 에너지 밀도가 높고 안정적으로 오랜 기간 저장할 수 있으며 기체, 액체와 같이 다양한 형태로 저장이 가능한 이점이 있다. 이러한 수전해 기술은 고온 수전해, 알칼리형, 고분자 전해질막형 기술로 분류된다.
고온 수전해는 700 내지 850℃ 정도의 과열 증기를 전기분해하여 기존 60 내지 85℃에서 작동하는 저온수전해 공정에 비하여 20 내지 30% 정도의 전기에너지 절감할 수 있다는 장점이 있다.
고온 수전해를 위한 스택 구성으로 집전체는 Ni, Ni 합금(Ni-Co), Cu 합금(Cu-Mn), Crofer, Ag 와 같은 다양한 금속 폼(Foam)을 이용하는 것이 일반적이다. 이러한 폼(Foam)은 3차원(3D) 구조로 특히 산소극에 사용하기 위하여 Ni-Co 또는 Cu-Mn 과 같은 합금 금속을 적용하여 구동 중 스피넬(Spinel) 구조로 변화하는 특성을 이용하였다. 합금 금속으로부터 산화된 스피넬은 취성이 커서 기계적 특성이 매우 약하다는 단점이 있다. 또한 고가이며 특정 제조사에서 독과점 형태로 공급하고 있다는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 메쉬(mesh) 형상의 집전체를 포함하는 수전해 스택을 제공하고자 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로,
본 발명의 다양한 실시예에 따른 수전해 스택은 수소극, 전해질 및 산소극을 포함하는 셀; 상기 수소극과 접하여 배치되는 수소극 집전체; 상기 산소극과 접하여 배치되고, 메쉬(mesh) 형상을 갖는 산소극 집전체; 및 상기 산소극 집전체와 접하여 배치되는 분리판을 포함할 수 있다.
본 발명의 메쉬형 집전체는 다양한 범용 금속을 이용하여 저가의 에칭 공정으로 제조할 수 있다. 따라서, 공정 비용을 절감할 수 있다. 본 발명은 집전체에 포함되는 메쉬의 형상 및 분포를 다양하게 하여 이에 따른 가스채널을 확보할 수 있다. 또한, 가스 확산 특성을 임의로 제어할 수 있다.
구체적으로, 본 발명은 분리판에서의 가스의 유량에 따라 산소극 집전체의 메쉬 개구부 및 비개구부의 분포를 달리함으로써 셀로 도달하는 가스 유량 불균일을 해소할 수 있다. 예를 들면 분리판에서의 가스의 유량을 고려하여 산소극 집전체의 위치에 따라 메쉬 개구부의 크기, 메쉬 개구부의 형상, 및 개구부 및 비개구부의 분포 등을 달리함으로써 셀로 도달하는 유량을 조절할 수 있고 수전해 스택의 성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수전해 스택의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수전해 스택의 분해 사시도이다.
도 3은 도 3은 실시예에 따라 제조된 메쉬 형상의 집전체 사진이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
수전해 스택은 공급된 물이 분해되어 실제로 수소가 생산되는 장치로, 특히 본 발명의 고온 수전해는 500 내지 900℃ 정도의 과열 증기를 전기분해하여 기존 60 내지 85℃에서 작동하는 저온수전해 공정에 비하여 20 내지 30% 정도의 전기에너지 절감할 수 있다는 장점이 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 수전해 스택(10)은 수소극 집전체(100), 셀(200), 산소극 집전체(300) 및 분리판(400)을 포함할 수 있다.
셀(200)은 수소극 및 산소극을 포함하고, 전해질이 수소극 및 산소극 사이에 배치된다.
수소극(cathode)에서는 고온에서 수증기가 하기 반응에 의해 전기화학적 분해되어 수소가 발생하는 반응이 일어난다.
2H2O + 4e- → 2H2 + 2O2 -
상기 반응에서 발생한 2O2 -이온은 전해질을 통과하여 산소극(anode)으로 이동하게 되고 하기 반응에 의해 산소기체로 바뀐다.
2O2 -→2O2+4e-
전해질은 높은 이온(O2-) 전도도를 가진 물질로 구성될 수 있다. 예를 들면, 전해질은 지르코니아계, 세리아계 및 란타늄 갈레이트계 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 전해질은 이트리아 안정화　지르코니아(YSZ), 스칸디아 안정화　지르코니아(ScSZ) 등의 안정화　지르코니아계; 사마리아 도핑된 세리아(SDC), 가돌리니아 도핑된 세리아(GDC) 등과 같은 희토류 원소가 첨가된 세리아계; 기타 LSGM ((La, Sr)(Ga, Mg)O3)계; 등을 포함할 수 있다. 또한,　전해질은, 스트론튬 또는 마그네슘이 도핑된 란타늄 갈레이트(lanthanum gallate) 등을 포함할 수 있다.
한편, 수소극은 니켈, 니켈 합금, 구리, 구리합금 및 철계 합금 중에서 선택된 하나와 이온전도성 전해질 재료의 복합체일 수 있다. 이때, 이온전도성 전해질 재료는 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리늄 주입 세리아(Gd doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아(Sm doped-Ceria) 및 란타늄 갈레이트(Lanthanum gallates)중에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 또는 이온전도성 전해질의 재료는 Y2O3-doped Zirconia 또는 Y, Sc 또는 Yb가 첨가된 zirconia, Y, Gd 또는 Sm이 첨가된 ceria 및 Sr과 Mg이 동시에 첨가된 LaGaO3 중에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
산소극은 백금과 같은 귀금속(noble metal)이거나 고온에서도 안정성을 갖는 페브로스카이트형(perovskite type)의 란탄늄 스트로튬 망간나이트(LaSrMnO3, LSM)나 란탄늄 칼슘 망간나이트(LaCaMnO3, LCM)일 수 있다.
수소극 집전체(100)는 셀(200)의 수소극과 접하여 배치될 수 있다.
수소극 집전체(100)는 Ni, Ni 합금, Cu 합금, Crofer 및 Ag로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
산소극 집전체(300)는 셀(200)의 산소극과 접하여 배치될 수 있다. 본 발명의 산소극 집전체(300)는 메쉬(mesh) 형상일 수 있다. 산소극 집전체(300)는 스테인레스 및 금속으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 예를 들면, 산소극 집전체(300)는 Pt, Ni 합금, Co, Cu, Cu 합금, Ag 및 Li 등 다양한 범용 금속일 수 있다. 또는 Crofer와 같은 스테인레스일 수 있다. 이때, 내산화 코팅 등 금속 표면처리를 추가로 진행할 수 있다.
분리판(bipolar plate)(400)은 단위 셀(200) 사이에 배치된다. 분리판(400)은 수전해에서 물과 전류를 셀(200)에 공급해 주는 역할과 산소와 수소를 수집하여 외부로 배출하는 역할, 수소와 산소의 직접 접촉으로 인한 폭발, 연소 등의 위험성을 방지하는 역할을 수행한다.
분리판(400)은 전술한 바와 같이, 셀(200)의 애노드와 캐소드를 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 기능을 가지며, 또한 막-전극 접합체의 산화/환원 반응에 필요한 물을 애노드와 캐소드에 공급하는 통로의 기능을 한다. 이를 위해,　분리판(400)의 표면에는 셀(200)의 산화/환원 반응에 필요한 가스를 공급하는 유로가 형성되어 있다.
한편, 수전해 효율을 높이기 위해서는 분리판(400)을 통과하는 가스 유량을 균일하게 하는 것이 중요하다.
본 발명은 분리판(400)에서의 가스의 유량에 따라 산소극 집전체(300)의 메쉬 개구부(OA) 및 비개구부(NOA)의 분포를 달리함으로써 셀로 도달하는 가스 유량 불균일을 해소할 수 있다. 예를 들면 분리판(400)에서의 가스의 유량을 고려하여 산소극 집전체(300)의 위치에 따라 메쉬 개구부(OA)의 크기, 메쉬 개구부(OA)의 형상, 및 개구부(OA) 및 비개구부(NOA)의 분포 등을 달리함으로써 셀로 도달하는 유량을 제어할 수 있고 수전해 스택의 성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 비개구부(NOA)는 단차가 없는 무단차인 것을 특징으로 한다. 즉, 비개구부(NOA)는 평평한 면을 가질 수 있다. 만약 비개구부(NOA)가 꼬임형태 등 단차가 있는 형상일 경우 미세한 포인트 접촉이 발생할 수 있으나, 본 발명에서는 무단차 비개구부(NOA)를 통해 신뢰성을 향상할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 분리판(400)은 가스 확산 유량의 크기가 서로 다른 영역을 포함할 수 있다. 예를 들면, 가스 유량의 크기가 작은 순서대로 제1 영역(1A), 제2 영역(2A) 및 제3 영역(3A)을 포함할 수 있다. 이러한 분리판(400)의 각 영역에 대응되는 산소극 집전체(300)는 제1' 영역(1A'), 제2' 영역(2A') 및 제3' 영역(3A')을 포함할 수 있다.
산소극 집전체(300)의 제1' 영역(1A')은 분리판(400)에서 가스 유량의 크기가 가장 작은 제1 영역(1A)과 대응되는 영역이다. 제1' 영역(1A')은 가스확산을 원활하게 하기 위해 산소극 집전체(300)내에서 개구부가 가장 큰 폭을 갖는 제1 메쉬(300a) 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 메쉬 형상이 원형일 때, 제1 메쉬(300a)는 가장 큰 직경을 포함할 수 있다. 그러나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 메쉬 형상은 삼각형, 사각형, 오각형 등 다각형 형상일 수 있다. 이때, 개구부의 면적이 가장 크도록 설계될 수 있다.
산소극 집전체(300)의 제3' 영역(3A')은 분리판(400)에서 가스 유량의 크기가 가장 큰 제3 영역(3A)과 대응되는 영역이다. 제3' 영역(3A')은 가스확산을 균일하게 하기 위해 산소극 집전체(300)내에서 개구부가 가장 작은 폭을 갖는 제3 메쉬(300c) 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 메쉬 형상이 원형일 때, 제3 메쉬(300c)는 가장 작은 직경을 포함할 수 있다. 그러나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 메쉬 형상은 삼각형, 사각형, 오각형 등 다각형 형상일 수 있다. 이때, 개구부의 면적이 가장 작도록 설계될 수 있다.
산소극 집전체(300)의 제2' 영역(2A')은 분리판(400)에서 가스 유량의 크기가 중간인 제2 영역(2A)과 대응되는 영역이다. 제2' 영역(2A')은 가스확산을 균일하게 하기 위해 산소극 집전체(300)내에서 제2 메쉬(300b)는 제1 메쉬(300a) 및 제3 메쉬(300c) 사이의 개구부 폭을 가질 수 있다. 예를 들면, 메쉬 형상이 원형일 때, 제2 메쉬(300b)는 제1 메쉬(300a)의 직경보다는 작고 제3 메쉬(300c)의 직경보다는 큰 직경을 포함할 수 있다. 그러나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 메쉬 형상은 삼각형, 사각형, 오각형 등 다각형 형상일 수 있다. 이때, 개구부의 면적이 제1 메쉬(300a)보다는 작고 제3 메쉬(300c)보다는 크도록 설계될 수 있다.
이러한 산소극 집전체(300)는 다양한 범용 금속을 이용하여 저가의 에칭 공정으로 제조할 수 있다. 따라서, 공정 비용을 절감할 수 있다. 본 발명의 산소극 집전체(300)는 두께가 50 μm 내지 1 mm으로 매우 얇게 제어할 수 있다. 산소극 집전체(300)는 두께가 상기 범위를 가짐으로써, 스택의 경량화가 가능하고, 셀 스트레스 및 저항이 줄어들 수 있으며, 유연한 형상 변경을 통해 접촉 면적을 늘릴 수 있다. 앞서 살펴본 바와 같이 산소극 집전체(300)에 포함되는 메쉬의 형상 및 분포를 다양하게 하여 이에 따른 가스채널을 확보할 수 있다. 또한, 가스 확산 특성을 임의로 제어할 수 있다.
한편, 산소극 집전체(300)의 표면은 도금 또는 딥코팅(dip-coating) 등 표면처리 기법을 통해 내산화막을 처리할 수도 있다.
기존의 집전체는 Ni, Ni 합금(Ni-Co), Cu 합금(Cu-Mn), Crofer, Ag 와 같은 다양한 금속 폼(Foam)을 이용하는 것이 일반적이었다. 이러한 폼(Foam)은 3차원(3D) 구조로 특히 산소극에 사용하기 위하여 Ni-Co 또는 Cu-Mn 과 같은 합금 금속을 적용하여 구동 중 스피넬(Spinel) 구조로 변화하는 특성을 이용하였다. 합금 금속으로부터 산화된 스피넬은 취성이 커서 기계적 특성이 매우 약하다는 단점이 있다. 또한 고가이며 특정 제조사에서 독과점 형태로 공급하고 있다는 문제가 있다. 본 발명에서는 산소극 집전체(300)를 다양한 범용 금속을 이용하여 메쉬 형상으로 제조함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다.
한편, 도 2를 참고하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 수전해 스택을 설명한다.
도 2를 참고하면, 다양한 실시예에 따른 수전해 스택(12)은 수소극 집전체(110), 셀(210), 산소극 집전체(310) 및 분리판(410)을 포함할 수 있다.
이때, 분리판(410)은 가스 유량의 크기가 서로 다른 영역을 포함할 수 있다. 예를 들면, 분리판(410)은 제4 영역(1B), 제5 영역(2B) 및 제6 영역(3B)을 포함하고, 제5 영역(2B)에서의 가스 유량의 크기가 가장 크고, 제4 영역(1B) 및 제6 영역(3B)는 유사할 수 있다. 이러한 분리판(410)의 각 영역에 대응되는 산소극 집전체(310)는 제4' 영역(1B'), 제5' 영역(2B') 및 제6' 영역(3B')을 포함할 수 있다.
산소극 집전체(310)의 제5' 영역(2B')은 분리판(410)에서 가스 유량의 크기가 가장 큰 제5 영역(2B)과 대응되는 영역이다. 제5' 영역(2B')은 가스확산을 균일하게 하기 위해 산소극 집전체(310)내에서 개구부가 가장 작은 폭을 갖는 제5 메쉬(310b) 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 메쉬 형상이 원형일 때, 제5 메쉬(310b)는 가장 작은 직경을 포함할 수 있다. 그러나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 메쉬 형상은 삼각형, 사각형, 오각형 등 다각형 형상일 수 있다. 이때, 개구부의 면적이 가장 작도록 설계될 수 있다.
산소극 집전체(310)의 제4' 영역(1B') 및 제6' 영역(3B')은 분리판(410)에서 가스 유량의 크기가 작은 제4 영역(1B) 및 제6 영역(3B)과 대응되는 영역이다. 제4' 영역(1B') 및 제6' 영역(3B')은 가스확산을 원활하게 하기 위해 산소극 집전체(310)내에서 개구부가 가장 큰 폭을 갖는 제4 메쉬(310a) 및 제6 메쉬(310c) 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 메쉬 형상이 원형일 때, 제4 메쉬(310a) 및 제6 메쉬(310c)는 가장 큰 직경을 포함할 수 있다. 그러나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 메쉬 형상은 삼각형, 사각형, 오각형 등 다각형 형상일 수 있다. 이때, 개구부의 면적이 가장 크도록 설계될 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 통해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예 에 의해서 한정되는 것은 아니다.
실시예 : 수전해 스택용 집전체 제조
먼저, 금속 원판을 세척하여 전처리할 수 있다. 이때, 알칼리 성분의 세정액을 고압의 노즐을 이용해 원판 표면에 분사하여 원판의 표면 오일류 제거하였다. 또한, 원판 표면에 묻은 알칼리 성분액을 물로 제거하였다.
다음으로, 금속 원판에 에칭 필름을 부착하고 라미네이팅된 원판에 빛을 조사하여 노광 공정으로 패턴을 형상하였다. 패턴이 형상된 부분을 약품 처리를 통해 에칭 필름을 제거하였다. 이때, 노광된 원판에 고압의 노즐을 이용하여 용액을 분사 후 패턴된 에칭 필름을 제거할 수 있다.
다음으로, 원판에 남아있는 에칭 필름의 부착력을 향상시키기 위해 고온의 열을 가하였다. 이후 원판에 에칭 필름이 제거된 부분을 염화철(FeCl3)로 부식(에칭)시켰다. 에칭 후 원판 위의 에칭 필름을 박리용액(가성소다)로 제거함으로써 메쉬 형상의 집전체를 제조하였다.
도 3은 실시예에 따라 제조된 메쉬 형상의 집전체 사진이다. 도 3을 참고하면, 비개구부가 무단차 형상으로 형성되었음을 확인할 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 수소극, 전해질 및 산소극을 포함하는 셀;
    상기 수소극과 접하여 배치되는 수소극 집전체;
    상기 산소극과 접하여 배치되고, 메쉬(mesh) 형상을 갖는 산소극 집전체; 및
    상기 산소극 집전체와 접하여 배치되는 분리판을 포함하는 수전해 스택.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리판은 가스 확산 유량이 서로 다른 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고,
    상기 산소극 집전체는 상기 제1 영역에 대응되는 제1' 영역 및 상기 제2 영역에 대응되는 제2' 영역을 포함하고,
    상기 제1' 영역 및 상기 제2' 영역에 배치되는 메쉬의 개구부 면적이 서로 다른 것을 특징으로 하는 수전해 스택.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1' 영역에 배치되는 제1 메쉬 및 상기 제2' 영역에 배치되는 제2 메쉬의 개구부 직경이 서로 다른 것을 특징으로 하는 수전해 스택.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산소극 집전체의 두께는 50 μm 내지 1 mm 인 것을 특징으로 하는 수전해 스택.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 산소극 집전체는 스테인레스 및 금속으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수전해 스택.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메쉬는 개구부 및 비개구부를 포함하고,
    상기 비개구부는 무단차 형상인 것을 특징으로 하는 수전해 스택.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011525219A (ja) * 2008-06-19 2011-09-15 テナント カンパニー 種々のサイズ／形状をもつアパーチャを備える電極を有する電解セル
KR20110124415A (ko) * 2010-05-11 2011-11-17 우석대학교 산학협력단 삼차원 메쉬를 이용한 고분자전해질 수전해 장치
JP2018109221A (ja) * 2017-01-05 2018-07-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電気化学式水素ポンプ
JP2021191886A (ja) * 2020-06-05 2021-12-16 株式会社豊田中央研究所 積層構造体

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011525219A (ja) * 2008-06-19 2011-09-15 テナント カンパニー 種々のサイズ／形状をもつアパーチャを備える電極を有する電解セル
KR20110124415A (ko) * 2010-05-11 2011-11-17 우석대학교 산학협력단 삼차원 메쉬를 이용한 고분자전해질 수전해 장치
JP2018109221A (ja) * 2017-01-05 2018-07-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電気化学式水素ポンプ
JP2021191886A (ja) * 2020-06-05 2021-12-16 株式会社豊田中央研究所 積層構造体

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