KR20230161255A - Chemical and electrochemical circulation system for carbon reduction - Google Patents
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Abstract
탄소 저감 화학/전기화학 순환 시스템, 구체적으로, 탄산칼슘을 생산하는 이차전지, 이를 사용한 탄산칼슘을 제조하는 설비, 및 탄산칼슘 제조방법에 관한 것으로써, 상기 이차전지는 수소를 고순도로 생산할 수 있고, 상기 이차전지를 사용하는 탄산칼슘 제조설비는 탄산염인 탄산칼슘을 고순도로 생산할 수 있는 장점이 있다.A carbon reduction chemical/electrochemical circulation system, specifically, a secondary battery producing calcium carbonate, a facility for producing calcium carbonate using the same, and a method for producing calcium carbonate, wherein the secondary battery can produce hydrogen with high purity; , Calcium carbonate production equipment using the secondary battery has the advantage of being able to produce calcium carbonate, a carbonate, with high purity.
Description
탄소 저감 화학/전기화학 순환 시스템, 구체적으로, 탄산칼슘을 생산하는 이차전지, 이를 사용한 탄산칼슘 제조 설비, 및 탄산칼슘 제조방법에 관한 것이다.It relates to a carbon reduction chemical/electrochemical circulation system, specifically, a secondary battery producing calcium carbonate, a calcium carbonate production facility using the same, and a calcium carbonate production method.
최근 산업화와 더불어 온실가스의 배출이 지속적으로 증가하고 있으며, 온실가스 중 이산화탄소가 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 산업 유형별 이산화탄소 배출량은 발전소 등 에너지 공급원에서 가장 많고, 발전을 포함한 시멘트/철강/정제 산업 등에서 발생되는 이산화탄소가 전 세계 발생량의 절반을 차지하고 있다. 이산화탄소 전환/활용 분야는 크게 화학적 전환, 생물학적 전환, 직접 활용으로 구분할 수 있으며, 기술적 범주로는 촉매, 전기화학, 바이오공정, 광활용, 무기(탄산)화, 폴리머 등으로 구분지을 수 있다. 이산화탄소는 다양한 산업 및 공정에서 발생되고, 하나의 기술로 이산화탄소 저감을 달성할 수 없기 때문에 이산화탄소 저감을 위한 다양한 접근 방식이 필요하다.Recently, with industrialization, greenhouse gas emissions are continuously increasing, and carbon dioxide accounts for the largest proportion of greenhouse gases. Carbon dioxide emissions by industry type are highest from energy sources such as power plants, and carbon dioxide generated from cement/steel/refining industries, including power generation, accounts for half of global emissions. The field of carbon dioxide conversion/utilization can be broadly divided into chemical conversion, biological conversion, and direct utilization, and technical categories include catalyst, electrochemistry, bioprocess, light utilization, inorganic (carbonation), and polymer. Carbon dioxide is generated from various industries and processes, and since carbon dioxide reduction cannot be achieved with one technology, various approaches are needed to reduce carbon dioxide.
현재 미국 에너지성 DOE(Department Of Energy)는 이산화탄소를 저감하기 위한 기술로 CCS(Carbon Capture Storage)와 CCU (CC & Utilization)이 복합된 CCUS 기술에 관심을 두고 다각적 기술 개발을 추진 중이다. CCUS 기술은 효과적인 온실가스 감축 방안으로 인정받고 있으나, 고 투자 비용, 유해 포집제의 대기 방출 가능성, 낮은 기술 성숙도의 문제에 직면하고 있다. 또한, 에너지 및 기후 정책적 관점에서 CCUS는 온실가스 배출량을 실질적으로 감축하는 수단을 제공하지만 기술의 실현에는 보완 사항이 많다. 따라서, 보다 효율적으로 이산화탄소 포집, 저장 및 활용하는 새로운 개념의 지속 사용가능한 한계돌파형(breakthrough) 기술 개발이 요구되고 있다.Currently, the U.S. Department of Energy (DOE) is interested in CCUS technology, which is a combination of CCS (Carbon Capture Storage) and CCU (CC & Utilization), as a technology to reduce carbon dioxide and is pursuing multifaceted technology development. CCUS technology is recognized as an effective greenhouse gas reduction method, but it faces the problems of high investment costs, the possibility of releasing harmful collectors into the air, and low technology maturity. Additionally, from an energy and climate policy perspective, CCUS provides a means to substantially reduce greenhouse gas emissions, but there are many complements to the realization of the technology. Therefore, there is a need to develop a new sustainable breakthrough technology that captures, stores, and utilizes carbon dioxide more efficiently.
한편, 경질 탄산칼슘(침강성 탄산칼슘)(PCC, precipitated calcium carbonate)을 제조하는 방법은 크게 칼슘이 녹아있는 용액에 탄산가스를 주입하는 방법과 용해된 칼슘염 용액에 용해 가능한 카보네이트 용액을 혼합하여 생산하는 방법 등이 있다.Meanwhile, the method of producing precipitated calcium carbonate (PCC) is largely produced by injecting carbon dioxide gas into a solution containing dissolved calcium and mixing a soluble carbonate solution with a dissolved calcium salt solution. There are ways to do it, etc.
그러나 가스상으로 이산화탄소를 주입하는 경우에는 이산화탄소를 따로 확보해야 하며, 품질 제어 등이 용이하지 않은 문제가 있다. 또한, 반응하지 못한 일부의 이산화탄소는 반응 중에 대기로 방출되고, 소성 공정에서 이산화탄소가 발생하여 환경오염을 야기한다. 더욱이, 제조공정이 복잡하고, 석회석을 1000℃ 이상의 고온으로 소성하여 중간물질인 생석회를 제조함으로써 제조비용이 증대된다. However, when injecting carbon dioxide in gaseous form, carbon dioxide must be secured separately, and quality control is not easy. Additionally, some of the carbon dioxide that fails to react is released into the atmosphere during the reaction, and carbon dioxide is generated during the firing process, causing environmental pollution. Moreover, the manufacturing process is complicated, and the manufacturing cost increases by calcining limestone at a high temperature of 1000°C or higher to produce quicklime, an intermediate material.
따라서, 이산화탄소 발생량을 저감하고 탄산칼슘 제조비용을 낮추기 위해서는 칼슘성분을 석회석에 공급해서는 안 되고 이산화탄소와 결합하지 않는 칼슘원을 사용하여야 하는 문제가 있다.Therefore, in order to reduce the amount of carbon dioxide generated and lower the cost of producing calcium carbonate, there is a problem that calcium components should not be supplied to limestone and a calcium source that does not bind to carbon dioxide should be used.
한편, 용해된 칼슘염 용액에 용해 가능한 카보네이트 용액을 혼합하여 생산하는 방법으로 액상으로 탄산칼슘을 제조하는 경우에는, 탄산염 등을 추가로 확보해야 하므로 비용이 증가되는 문제가 있다.On the other hand, when liquid calcium carbonate is produced by mixing a dissolved calcium salt solution with a soluble carbonate solution, there is a problem of increased cost because additional carbonate, etc. must be secured.
상기 문제를 해결하기 위한 목적은 다음과 같다.The purpose of solving the above problem is as follows.
제1 수용 공간에 포함된 제1 수용액, 및 상기 제1 수용액에 적어도 일부가 잠긴 캐소드를 구비하는 캐소드부; 제2 수용 공간에 수용되어 칼슘이온(Ca2+)과 염소이온(Cl-)을 포함하는 칼슘염을 포함하는 제2 수용액, 및 상기 제2 수용액에 적어도 일부가 잠긴 금속의 애노드를 구비하는 애노드부; 상기 제1 수용 공간과 상기 제2 수용 공간을 연통시키는 연결 통로, 및 상기 연결 통로에 위치한 양이온 교환막을 구비하는 연결부; 및 상기 제1 수용 공간과 연통되는 제3 수용 공간에 수용되는 제1 수용액을 구비하고, 이산화탄소 함유가스가 제3 수용공간으로 투입되는 이산화탄소 처리부;를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.a cathode portion including a first aqueous solution contained in a first accommodating space, and a cathode at least partially submerged in the first aqueous solution; An anode comprising a second aqueous solution accommodated in a second accommodating space and containing a calcium salt containing calcium ions (Ca 2+ ) and chlorine ions (Cl - ), and a metal anode at least partially immersed in the second aqueous solution. wealth; a connecting portion including a connecting passage that communicates the first accommodating space and the second accommodating space, and a cation exchange membrane located in the connecting passage; and a carbon dioxide treatment unit provided with a first aqueous solution accommodated in a third accommodating space in communication with the first accommodating space and injecting a carbon dioxide-containing gas into the third accommodating space.
또한, 용출제에 의해 칼슘 함유 물질로부터 칼슘이온을 용출하여 칼슘이온(Ca2+)과 염소이온(Cl-)을 포함하는 제2 수용액을 생성하는 용출 반응기; 및 이산화탄소 함유 가스, 및 상기 제2 수용액이 공급되며, 반응에 의해 탄산칼슘(CaCO3)을 생성하는 이차전지를 포함하는 탄산칼슘 제조 설비에 관한 것이다.In addition, an elution reactor for eluting calcium ions from a calcium-containing material using an eluting agent to generate a second aqueous solution containing calcium ions (Ca 2+ ) and chlorine ions (Cl - ); and a secondary battery to which carbon dioxide-containing gas and the second aqueous solution are supplied and produces calcium carbonate (CaCO 3 ) through a reaction.
또한, 상기 이차전지 및 탄산칼슘 제조설비를 이용한 탄산칼슘 제조방법에 관한 것이다.Additionally, it relates to a method for producing calcium carbonate using the secondary battery and calcium carbonate production equipment.
일 측면에 따른 이차전지는 제1 수용 공간에 포함된 제1 수용액, 및 상기 제1 수용액에 적어도 일부가 잠긴 캐소드를 구비하는 캐소드부;A secondary battery according to one aspect includes a cathode portion including a first aqueous solution contained in a first accommodating space, and a cathode at least partially submerged in the first aqueous solution;
제2 수용 공간에 수용되어 칼슘이온(Ca2+)과 염소이온(Cl-)을 포함하는 칼슘염을 포함하는 제2 수용액, 및 상기 제2 수용액에 적어도 일부가 잠긴 금속의 애노드를 구비하는 애노드부;An anode comprising a second aqueous solution accommodated in a second accommodating space and containing a calcium salt containing calcium ions (Ca 2+ ) and chlorine ions (Cl - ), and a metal anode at least partially immersed in the second aqueous solution. wealth;
상기 제1 수용 공간과 상기 제2 수용 공간을 연통시키는 연결 통로, 및 상기 연결 통로에 위치한 양이온 교환막을 구비하는 연결부; 및a connecting portion including a connecting passage that communicates the first accommodating space and the second accommodating space, and a cation exchange membrane located in the connecting passage; and
상기 제1 수용 공간과 연통되는 제3 수용 공간에 수용되는 제1 수용액을 구비하고, 이산화탄소 함유가스가 제3 수용공간으로 투입되는 이산화탄소 처리부;를 포함하며,It includes a carbon dioxide treatment unit having a first aqueous solution accommodated in a third accommodating space in communication with the first accommodating space, and injecting a carbon dioxide-containing gas into the third accommodating space,
방전 시, 상기 애노드부는 염소이온(Cl-)이 산화되어 염소기체(Cl2)와 전자(e-)를 발생시키고, 상기 제3 수용 공간의 상기 제1 수용액으로 이산화탄소 기체가 유입되어서 상기 제1 수용액과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온(H+)과 중탄산이온(HCO3 -)이 생성되고, 상기 캐소드부는 상기 물(H20)과 상기 애노드에서 발생된 전자가 결합되어 수산화이온(OH-)과 수소기체(H2)가 발생하는 것을 특징으로 한다.During discharging, the anode unit oxidizes chlorine ions (Cl - ) to generate chlorine gas (Cl 2 ) and electrons (e - ), and carbon dioxide gas flows into the first aqueous solution in the third accommodation space, thereby generating the first aqueous solution. Hydrogen ions (H + ) and bicarbonate ions (HCO 3 - ) are generated by the reaction of the aqueous solution and the carbon dioxide gas, and the cathode unit combines the water (H 2 O) with the electrons generated at the anode to produce hydroxide ions ( It is characterized by the generation of OH - ) and hydrogen gas (H 2 ).
상기 이산화탄소 처리부는 상기 제3 수용 공간의 상기 제1 수용액으로 유입되는 이산화탄소 기체 중 이온화되지 않은 이산화탄소 기체를 상기 제1 수용액으로부터 분리하여 상기 캐소드부로 공급되지 않도록 할 수 있다.The carbon dioxide treatment unit may separate un-ionized carbon dioxide gas from the carbon dioxide gas flowing into the first aqueous solution of the third accommodation space to prevent it from being supplied to the cathode unit.
상기 이산화탄소 처리부는, 상기 이온화되지 않은 이산화탄소 기체를 상기 제1 수용액과의 비중 차이를 이용하여 분리할 수 있다.The carbon dioxide treatment unit may separate the non-ionized carbon dioxide gas using a difference in specific gravity from the first aqueous solution.
상기 이산화탄소 처리부는 상기 이온화되지 않은 이산화탄소 기체를 상기 제3 수용 공간의 상기 제1 수용액의 수면 상부에서 수집할 수 있다.The carbon dioxide processing unit may collect the non-ionized carbon dioxide gas from an upper portion of the water surface of the first aqueous solution in the third accommodation space.
상기 이산화탄소 처리부는 상기 제3 수용 공간의 상기 제1 수용액의 수면보다 아래에 위치하고, 이산화탄소 기체가 유입되는 유입구; 및 상기 유입구보다 아래에 위치하여, 상기 제3 수용 공간에서 상기 제1 수용 공간과 연통되도록 형성된 연통구;를 더 포함할 수 있다.The carbon dioxide treatment unit is located below the water surface of the first aqueous solution in the third accommodation space and includes an inlet through which carbon dioxide gas flows; and a communication port located below the inlet and formed to communicate with the first accommodating space in the third accommodating space.
상기 캐소드부는 상기 제1 수용 공간에 수용되는 제1 수용액의 수면보다 위에 위치하여, 방전 시 발생한 수소 기체를 배출시키는 제1 배출구를 더 포함할 수 있다.The cathode unit may further include a first outlet that is located above the water surface of the first aqueous solution accommodated in the first accommodation space and discharges hydrogen gas generated during discharge.
상기 이산화탄소 처리부는 상기 제3 수용 공간의 상기 제1 수용액의 수면보다 위에 위치하여, 방전 시 상기 이온화되지 않은 이산화탄소 기체가 배출하는 제2 배출구를 더 포함할 수 있다.The carbon dioxide treatment unit may be located above the water surface of the first aqueous solution in the third accommodation space and may further include a second outlet through which the non-ionized carbon dioxide gas is discharged during discharge.
상기 이산화탄소 처리부는 상기 이온화되지 않은 이산화탄소 기체를 상기 제3 수용 공간의 상기 제1 수용액으로 공급하는 이산화탄소 순환 공급부를 더 포함할 수 있다.The carbon dioxide processing unit may further include a carbon dioxide circulation supply unit supplying the non-ionized carbon dioxide gas to the first aqueous solution in the third accommodation space.
상기 제1 수용액은 KOH, 및 KHCO3로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.The first aqueous solution may include one or more compounds selected from the group consisting of KOH and KHCO 3 .
상기 이차전지 방전 시, 캐소드부는 양이온교환막을 통해 이동한 칼슘이온(Ca2+)이 수산화이온(OH-)과 중탄산염(HCO3 -)과 반응을 통해 탄산칼슘(CaCO3)을 생산할 수 있다.When the secondary battery is discharged, the cathode unit can produce calcium carbonate ( CaCO 3 ) through the reaction of calcium ions (Ca 2+ ) that have moved through the cation exchange membrane with hydroxide ions (OH - ) and bicarbonate (HCO 3 - ).
다른 일 측면에 따른 탄산칼슘 제조 설비는 용출제에 의해 칼슘 함유 물질로부터 칼슘이온을 용출하여 칼슘이온(Ca2+)과 염소이온(Cl-)을 포함하는 제2 수용액을 생성하는 용출 반응기; 및 이산화탄소 함유 가스, 및 상기 제2 수용액이 공급되며, 반응에 의해 탄산칼슘(CaCO3)을 생성하는 이차전지를 포함한다.According to another aspect, a calcium carbonate production facility includes an elution reactor for eluting calcium ions from a calcium-containing material using an eluent to generate a second aqueous solution containing calcium ions (Ca 2+ ) and chlorine ions (Cl - ); and a secondary battery to which carbon dioxide-containing gas and the second aqueous solution are supplied, and which generates calcium carbonate (CaCO 3 ) through a reaction.
상기 이차전지 방전 시, 상기 용출제는 제1 수용공간에 남아있고, 상기 탄산칼슘(CaCO3)은 제2 수용 공간에서 생성될 수 있다.When the secondary battery is discharged, the eluent remains in the first accommodation space, and the calcium carbonate (CaCO 3 ) may be generated in the second accommodation space.
상기 용출제는 암모늄염일 수 있다.The eluent may be an ammonium salt.
상기 이산화탄소 함유 가스는 제철 배가스, 고순도 이산화탄소, 파이넥스 오프 가스(FOG, FINEX off gas), 파이넥스 테일 가스(FTG, FINEX tail gas), 고로 가스(BFG, Blast furnace gas), 전로 가스, 석탄 발전소 배가스, 가스 발전소 배가스, 소각로 배가스, 유리용해 배가스, 열설비 배가스, 석유화학공정 배가스, 석유화학공정 공정가스, 연소전/후 배가스 및 가스화기 배가스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.The carbon dioxide-containing gas includes steel exhaust gas, high-purity carbon dioxide, FOG (FINEX off gas), FINEX tail gas (FTG), blast furnace gas (BFG), converter gas, coal-fired power plant exhaust gas, It may be one or more selected from the group consisting of gas power plant off-gas, incinerator off-gas, glass melting off-gas, thermal facility off-gas, petrochemical process off-gas, petrochemical process process gas, pre-/post-combustion off-gas, and gasifier off-gas.
상기 칼슘 함유 물질은 폐시멘트, 폐콘크리트, 석탄재, 비산재, 제철 슬래그, 생석회(CaO), 염화칼슘(CaCl2), 규회석, 석회석, 감람석, 사문석, 석면 및 탈묵회로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.The calcium-containing material may be one or more selected from the group consisting of waste cement, waste concrete, coal ash, fly ash, iron slag, quicklime (CaO), calcium chloride (CaCl 2 ), wollastonite, limestone, olivine, serpentine, asbestos, and deinked ash. .
다른 일 측면에 따른 탄산칼슘 제조방법은 용출제에 의해 칼슘 함유 물질로부터 칼슘이온을 용출하여 제2 수용액을 생성하는 용출 단계; 및 이산화탄소 함유 가스 및 상기 제2 수용액을, 제1항에 따른 이차전지 방전 시 발생하는 수산화나트륨(NaOH)와 반응시켜 탄산칼슘(CaCO3)을 생성하는 탄산칼슘 생성 단계를 포함한다.A method for producing calcium carbonate according to another aspect includes an elution step of eluting calcium ions from a calcium-containing material using an eluting agent to produce a second aqueous solution; and a calcium carbonate generation step of reacting the carbon dioxide-containing gas and the second aqueous solution with sodium hydroxide (NaOH) generated during discharging of the secondary battery according to claim 1 to produce calcium carbonate (CaCO 3 ).
일 측면에 따른 이차전지는 수소를 고순도로 생산할 수 있고, 상기 이차전지를 사용하는 탄산칼슘 제조설비는 탄산염인 탄산칼슘을 고순도로 생산할 수 있는 장점이 있다.A secondary battery according to one aspect can produce hydrogen with high purity, and a calcium carbonate production facility using the secondary battery has the advantage of being able to produce calcium carbonate, a carbonate, with high purity.
도 1에는 본 발명의 일 구현예에 따른 따른 이산화탄소를 이용한 이차전지의 방전과정을 도시한 모식도이다.
도 2은 다른 일 구현예에 따른 이산화탄소를 이용하는 이차전지의 방전 과정을 도시한 모식도이다.
도 3은 또 다른 일 구현예에 따라 이차전지를 사용하는 탄산칼슘 제조 설비를 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 4는 실시예 1에 따라 제작한 탄산칼슘 제조 설비를 구동한 결과 생성된 탄산칼슘(CaCO3)의 XRD 분석 결과 값을 나타낸 그래프이다.Figure 1 is a schematic diagram showing the discharging process of a secondary battery using carbon dioxide according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing the discharging process of a secondary battery using carbon dioxide according to another embodiment.
Figure 3 is a schematic diagram schematically showing a calcium carbonate manufacturing facility using a secondary battery according to another embodiment.
Figure 4 is a graph showing the XRD analysis results of calcium carbonate (CaCO3) produced as a result of operating the calcium carbonate production facility manufactured according to Example 1.
이상의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, it is not limited to the embodiments described here and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and the technical ideas can be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.While describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components. In the attached drawings, the dimensions of the structures are enlarged from the actual size for clarity of the present invention. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Additionally, when a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be “on” another part, this includes not only being “directly above” the other part, but also cases where there is another part in between. Conversely, when a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be "underneath" another part, this includes not only being "immediately below" the other part, but also cases where there is another part in between.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.Unless otherwise specified, all numbers, values, and/or expressions used herein expressing quantities of components, reaction conditions, polymer compositions, and formulations are intended to represent, among other things, how such numbers inherently occur in obtaining such values. Since they are approximations reflecting the various uncertainties of measurement, they should be understood in all cases as being qualified by the term "approximately". Additionally, where a numerical range is disclosed herein, such range is continuous and, unless otherwise indicated, includes all values from the minimum to the maximum of such range inclusively. Furthermore, when such range refers to an integer, all integers from the minimum value up to and including the maximum value are included, unless otherwise indicated.
본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.In this specification, when a range is stated for a variable, the variable will be understood to include all values within the stated range, including the stated endpoints of the range. For example, the range "5 to 10" includes the values 5, 6, 7, 8, 9, and 10, as well as any subranges such as 6 to 10, 7 to 10, 6 to 9, 7 to 9, etc. It will be understood that it also includes any values between integers that fall within the scope of the stated range, such as 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 to 8.5, and 6.5 to 9, etc. Also, for example, the range "10% to 30%" includes values such as 10%, 11%, 12%, 13%, etc. and all integers up to and including 30%, as well as 10% to 15%, 12% to 12%, etc. It will be understood that it includes any subranges, such as 18%, 20% to 30%, etc., and any value between reasonable integers within the range of the stated range, such as 10.5%, 15.5%, 25.5%, etc.
종래 온실가스 배출량을 감축하는 수단은 많이 제공되고 있으나 보다 효율적으로 이산화탄소 포집, 저장 및 활용하는 새로운 개념의 지속 사용가능한 한계돌파형(breakthrough) 기술 개발이 요구되고 있는 실정이었다. 뿐만 아니라, 이산화탄소 발생량을 저감하고 탄산칼슘 제조비용을 낮추기 위해서는 칼슘성분을 석회석에 공급해서는 안 되고 이산화탄소와 결합하지 않는 칼슘원을 사용해야하는 문제점이 있었다.Although many means have been provided to reduce conventional greenhouse gas emissions, there is a need to develop a new concept of sustainable breakthrough technology that captures, stores, and utilizes carbon dioxide more efficiently. In addition, in order to reduce carbon dioxide emissions and lower the cost of producing calcium carbonate, there was a problem that calcium components should not be supplied to limestone and a calcium source that does not bind to carbon dioxide should be used.
이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 제1 수용 공간에 포함된 제1 수용액, 및 상기 제1 수용액에 적어도 일부가 잠긴 캐소드를 구비하는 캐소드부; 제2 수용 공간에 수용되어 칼슘이온(Ca2+)과 염소이온(Cl-)을 포함 하는 칼슘염을 포함하는 제2 수용액, 및 상기 제2 수용액에 적어도 일부가 잠긴 금속의 애노드를 구비하는 애노드부; 상기 제1 수용 공간과 상기 제2 수용 공간을 연통시키는 연결 통로, 및 상기 연결 통로에 위치한 양이온 교환막을 구비하는 연결부; 및 상기 제1 수용 공간과 연통되는 제3 수용 공간에 수용되는 제1 수용액을 구비하고, 이산화탄소 함유가스가 제3 수용공간으로 투입되는 이산화탄소 처리부;를 포함하는 이차전지의 경우 고순도의 수소기체(H2)를 생산할 뿐만 아니라, 상기 이차전지를 사용한 탄산칼슘 제조 설비는 탄산염인 탄산칼슘을 고순도로 생산할 수있다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors conducted extensive research to solve the above problem, and as a result, a cathode portion including a first aqueous solution included in the first accommodating space and a cathode at least partially submerged in the first aqueous solution; An anode comprising a second aqueous solution accommodated in a second accommodating space and containing a calcium salt containing calcium ions (Ca 2+ ) and chloride ions (Cl-), and a metal anode at least partially immersed in the second aqueous solution. wealth; a connecting portion including a connecting passage that communicates the first accommodating space and the second accommodating space, and a cation exchange membrane located in the connecting passage; And a carbon dioxide treatment unit provided with a first aqueous solution accommodated in a third accommodating space in communication with the first accommodating space and injecting a carbon dioxide-containing gas into the third accommodating space. In the case of a secondary battery comprising a high-purity hydrogen gas (H In addition to producing 2 ), the present invention was completed by discovering that the calcium carbonate production facility using the secondary battery can produce calcium carbonate, a carbonate, with high purity.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1에는 본 발명의 일 구현예에 따른 따른 이산화탄소를 이용한 이차전지의 방전과정을 도시한 모식도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 캐소드부(110)와, 애노드부(150)와, 캐소드부(110)와 애노드부(150)를 연결하는 연결부(190)를 포함한다. 이차전지(100)는 방전 과정에서 온실가스인 이산화탄소 기체(CO2)를 원료로 사용하여 친환경 연료인 수소(H2)와 탄산염인 탄산칼슘(CaCO3)를 생산할 수 있다.Figure 1 is a schematic diagram showing the discharging process of a secondary battery using carbon dioxide according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention includes a cathode portion 110, an anode portion 150, and a connection portion connecting the cathode portion 110 and the anode portion 150. 190). The secondary battery 100 uses carbon dioxide gas (CO 2 ), a greenhouse gas, as a raw material during the discharge process to produce hydrogen (H 2 ), an eco-friendly fuel, and calcium carbonate (CaCO 3 ), a carbonate.
상기 캐소드부(110)는 제1 수용 공간(111)에 담긴 제1 수용액(115), 제1 수용액(115)에 적어도 일부가 잠기는 캐소드(cathode)(118)를 구비할 수 있다. The cathode portion 110 may include a first aqueous solution 115 contained in the first receiving space 111 and a cathode 118 that is at least partially submerged in the first aqueous solution 115.
상기 제1 수용액(115)은 중성 수용액 또는 약알칼리성 수용액, 해수, 수돗물 및 증류수 등이 사용될 수 있고, 예를 들어, 바람직하게는, pH 10 정도의 약알칼리성 수용액일 수 있다.The first aqueous solution 115 may be a neutral aqueous solution, a slightly alkaline aqueous solution, seawater, tap water, distilled water, etc., and may preferably be a slightly alkaline aqueous solution with a pH of about 10.
일 실시예에 따라, 상기 제1 수용액(115)는 1M NaOH의 강염기성 용액일 수 있고, 추후 방전 시 CO2가 더 용해되어 1M KHCO3 약알칼리성 용액일 수 있다.According to one embodiment, the first aqueous solution 115 may be a strongly basic solution of 1M NaOH, and during subsequent discharge, CO 2 may be further dissolved and may be a weakly alkaline solution of 1M KHCO 3 .
상기 캐소드(118)는 일측이 상기 제1 전해질에 접촉하는 배치를 가질 수 있으나 바람직하게는, 상기 제1 전해질에 적어도 일부가 잠기도록 위치할 수 있다.The cathode 118 may have one side in contact with the first electrolyte, but preferably may be positioned so that at least a portion of the cathode 118 is submerged in the first electrolyte.
상기 캐소드(118)는 전기 회로를 형성하기 위한 환원전극일 수 있고, 캐소드에서 전자를 환원할 수 있는 물질을 포함하는 것이라면 특별하게 제한되지 않으며, 예를 들여, 탄소 페이퍼, 탄소 섬유, 탄소 펠트, 탄소 천, 금속 폼, 및 금속박막로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일수 있다.The cathode 118 may be a cathode for forming an electric circuit, and is not particularly limited as long as it contains a material that can reduce electrons at the cathode, for example, carbon paper, carbon fiber, carbon felt, It may be one or more selected from the group consisting of carbon cloth, metal foam, and metal thin film.
상기 캐소드(118)는 환원반응 촉진을 위해 촉매를 캐소드 내에 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 수소 발생 반응(hydrogen evolution reaction) 촉매일 수 있고, 예를 들어, 백금 촉매, 탄소 계열 촉매, 탄소-금속 계열 복합 촉매, 및 페로브스카이트 산화물 촉매로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 다양한 pH에서 수소 발생 활성도가 뛰어난 백금 촉매를 더 포함할 수 있다.The cathode 118 may further include a catalyst within the cathode to promote the reduction reaction. Specifically, it may be a hydrogen evolution reaction catalyst, for example, one or more types selected from the group consisting of platinum catalysts, carbon-based catalysts, carbon-metal composite catalysts, and perovskite oxide catalysts. It may include, and preferably may further include a platinum catalyst having excellent hydrogen generation activity at various pH.
캐소드부(110)는 제1 수용 공간(111)과 연통되는 제1 유입구(112), 제1 배출구(113), 및 제1 연결구(114)를 더 포함할 수 있다.The cathode portion 110 may further include a first inlet 112, a first outlet 113, and a first connector 114 that communicate with the first receiving space 111.
상기 제1 유입구(112)는 제1 수용액(115)의 수면보다 아래에 위치하도록 제1 수용 공간(111)의 하부에 위치할 수 있다. 제1 배출구(113)는 제1 수용액(115)의 수면보다 위에 위치하도록 제1 수용 공간(111)의 상부에 위치할 수 있다. 제1 유입구(112)를 통해 방전 과정에서 원료로 사용되는 이산화탄소가 제1 수용 공간(111)으로 유입되는데, 필요 시 제1 수용액(115)도 유입될 수 있다. 제1 배출구(113)를 통해서는 충·방전 과정에서 생성된 가스가 외부로 배출될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 유입구(112)와 배출구(113)는 충전 및 방전 시 밸브 등에 의해 선택적으로 적절히 시기에 맞춰서 개폐될 수 있다. 상기 제1 연결구(114)는 제1 수용액(115)의 수면보다 아래에 위치하며, 제1 연결구(114)에 연결부(190)가 연결된다. 캐소드부(110)는 방전 과정에서 이산화탄소 용리 반응이 일어날 수 있다.The first inlet 112 may be located at the lower part of the first receiving space 111 so as to be located below the water surface of the first aqueous solution 115. The first outlet 113 may be located at the upper part of the first receiving space 111 so as to be above the water surface of the first aqueous solution 115. Carbon dioxide, which is used as a raw material during the discharge process, flows into the first receiving space 111 through the first inlet 112, and when necessary, the first aqueous solution 115 can also flow in. Gas generated during charging and discharging can be discharged to the outside through the first outlet 113. Although not shown, the inlet 112 and outlet 113 may be selectively opened and closed at appropriate times by a valve or the like during charging and discharging. The first connector 114 is located below the water surface of the first aqueous solution 115, and a connector 190 is connected to the first connector 114. A carbon dioxide elution reaction may occur in the cathode portion 110 during the discharge process.
상기 애노드부(150)는 제2 수용 공간(151)에 담긴 제2 수용액(155), 및 제2 수용액(155)에 적어도 일부가 잠기는 애노드(anode)(158)를 구비할 수 있다.The anode unit 150 may include a second aqueous solution 155 contained in the second receiving space 151 and an anode 158 that is at least partially submerged in the second aqueous solution 155.
상기 제2 수용액(155)은 해수, 수돗물 및 증류수 등이 사용될 수 있고, 바람직하게는, 음이온으로 염소이온(Cl-), 및 탄산칼슘을 제조할 수 있는 칼슘이온(Ca2+)을 포함하는 염화탄소(CaCl2)가 용해된 용액일 수 있다.The second aqueous solution 155 may be seawater, tap water, distilled water, etc., and preferably contains chlorine ions (Cl - ) as anions and calcium ions (Ca 2+ ) that can produce calcium carbonate. It may be a solution in which carbon chloride (CaCl 2 ) is dissolved.
일 실시예에 따라, 상기 제2 수용액(155)는 0.1M 내지 2.0M 농도로 용해된 염화탄소(CaCl2) 용액일 수 있다.According to one embodiment, the second aqueous solution 155 may be a carbon chloride (CaCl 2 ) solution dissolved in a concentration of 0.1M to 2.0M.
상기 애노드(158)는 일측이 상기 제2 전해질에 접촉하는 배치를 가질 수 있으나 바람직하게는, 상기 제2 전해질에 적어도 일부가 잠기도록 위치할 수 있다.The anode 158 may have one side in contact with the second electrolyte, but preferably may be positioned so that at least a portion of the anode 158 is submerged in the second electrolyte.
상기 애노드(158)은 전기 회로를 이루는 산화전극으로써, 염소이온(Cl-)을 산화시켜 염소기체(Cl2)와 전자(e-)를 발생시킬 수 있으면 특별히 제한되지 않으며, 염소 발생 반응 촉매, 예를 들어, 금속 산화물 촉매, 페로브스카이트 산화물 촉매, 금속 황화물 촉매, 금속 탄화물 촉매, 및 탄소 촉매로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 수 있고, 바람직하게는, 상기 염소 발생 반응 촉매로써 Li, Co, Ni, Zn, Fe, Ti, Na, Mn, Cu, Ga, Sn, Cr, W, Ru, Ir, Pt, 및 Au 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상일 수 있다.The anode 158 is an oxidizing electrode forming an electric circuit, and is not particularly limited as long as it can oxidize chlorine ions (Cl - ) to generate chlorine gas (Cl 2 ) and electrons (e - ), and is a chlorine generation reaction catalyst, For example, it may include one or more selected from the group consisting of a metal oxide catalyst, a perovskite oxide catalyst, a metal sulfide catalyst, a metal carbide catalyst, and a carbon catalyst, and preferably, the chlorine generation The reaction catalyst may be at least one selected from the group consisting of Li, Co, Ni, Zn, Fe, Ti, Na, Mn, Cu, Ga, Sn, Cr, W, Ru, Ir, Pt, and Au.
상기 애노드부(150)에는 제2 수용공간(151)과 연통되는 제2 연결구(154)가 형성된다. 제2 연결구(154)는 제2 수용액(155)의 수면보다 아래에 위치하며, 제2 연결구(154)에 연결부(190)가 연결될 수 있다.A second connector 154 communicating with the second receiving space 151 is formed in the anode portion 150. The second connector 154 is located below the water surface of the second aqueous solution 155, and the connector 190 may be connected to the second connector 154.
연결부(190)는 캐소드부(110)와 애노드부(150)를 연결하는 연결 통로(191), 및 연결 통로(191)의 내부에 설치되는 양이온 교환막(membrane)(192)를 구비할 수 있다.The connection portion 190 may include a connection passage 191 connecting the cathode portion 110 and the anode portion 150, and a cation exchange membrane 192 installed inside the connection passage 191.
상기 연결 통로(191)는 캐소드부(110)에 형성된 제1 연결구(114)와 애노드부(150)에 형성된 제2 연결구(154)의 사이에 연장되어서 캐소드부(110)의 제1 수용 공간(111)과 애노드부(150)의 제2 수용 공간(151)을 연통시킬 수 있다. 상기 연결통로(191)의 내부에 양이온 교환막(membrane)(192)을 설치할 수 있다.The connection passage 191 extends between the first connector 114 formed in the cathode portion 110 and the second connector 154 formed in the anode portion 150 to form the first receiving space of the cathode portion 110 ( 111 and the second accommodation space 151 of the anode unit 150 may be connected. A cation exchange membrane 192 may be installed inside the connection passage 191.
상기 양이온 교환막(membrane)(192)은 연결 통로(191)의 내부를 막는 형태로 설치될 수 있다. 상기 양이온 교환막(membrane)(192)은 캐소드부(110)와 애노드부(150)의 사이에 이온의 이동만을 허용하여 방전과정에서 생기는 이온 불균형을 해소할 수 있고, 바람직하게는, 제2 수용액(155)에 포함된 칼슘이온(Ca2+)이 제1 수용액(115)으로 이동할 수 있다. The cation exchange membrane 192 may be installed to block the interior of the connection passage 191. The cation exchange membrane (membrane) 192 allows only the movement of ions between the cathode portion 110 and the anode portion 150 to resolve ion imbalance occurring during the discharge process. Preferably, the second aqueous solution ( Calcium ions (Ca 2+ ) contained in 155) may move to the first aqueous solution 115.
일 실시예에 따르면, 상기 양이온 교환막(membrane)(192)으로 양이온을 이동시킬 수 있는 막으로써, 미국의 듀퐁사에서 개발된 불소 수지계의 카티온 교환막인 내피온(Nafion 212, 117 등)을 사용할 수 있다.According to one embodiment, as a membrane capable of moving cations to the cation exchange membrane 192, Nafion (Nafion 212, 117, etc.), a fluororesin-based cation exchange membrane developed by DuPont in the United States, is used. You can.
도 2은 다른 일 구현예에 따른 이산화탄소를 이용하는 이차전지의 방전 과정을 도시한 모식도이다. 도 2을 참조하면, 이차전지(100a)는 캐소드부(110), 애노드부(150), 캐소드부(110)와 애노드부(150)를 연결하는 연결부(190), 이산화탄소 처리부(120), 이산화탄소 순환 공급부(130), 및 캐소드부(110)와 이산화탄소 처리부(120)를 연통시키는 연결관(140)을 포함할 수 있다.Figure 2 is a schematic diagram showing the discharging process of a secondary battery using carbon dioxide according to another embodiment. Referring to FIG. 2, the secondary battery 100a includes a cathode portion 110, an anode portion 150, a connection portion 190 connecting the cathode portion 110 and the anode portion 150, a carbon dioxide treatment portion 120, and a carbon dioxide It may include a circulation supply unit 130 and a connection pipe 140 that communicates the cathode unit 110 and the carbon dioxide treatment unit 120.
상기 캐소드부(110)와 애노드부(150) 및 연결부(190)와 관련된 내용 중 도 1에 도시된 일 실시예에서 설명된 내용과 중복되는 내용은 생략할 수 있다.Among the content related to the cathode portion 110, the anode portion 150, and the connection portion 190, content that overlaps with the content described in the embodiment shown in FIG. 1 may be omitted.
상기 이산화탄소 처리부(120)는 제3 수용 공간(121)에 수용되고 캐소드부(110)의 제1 수용액(115)과 동일한 수용액인 제1 수용액(115)을 구비할 수 있다.The carbon dioxide treatment unit 120 may be accommodated in the third accommodation space 121 and may be provided with a first aqueous solution 115 that is the same as the first aqueous solution 115 of the cathode unit 110.
상기 이산화탄소 처리부(120)는 제3 수용 공간(121)으로 이산화탄소가 유입되는 제2 유입구(122), 연결관(140)이 연결되는 연통구(123), 및 제3 수용 공간(121)의 상부에 위치하는 제2 배출구(124)를 포함할 수 있다.The carbon dioxide treatment unit 120 includes a second inlet 122 through which carbon dioxide flows into the third accommodation space 121, a communication port 123 to which the connection pipe 140 is connected, and an upper portion of the third accommodation space 121. It may include a second outlet 124 located at.
상기 제2 유입구(122)는 제3 수용 공간(121)에서 연통구(123)보다 위에 위치하고, 제2 배출구(124) 및 제1 수용액(115)의 수면보다 아래에 위치할 수 있다. 제2 유입구(122)를 통해 방전 과정에서 연료로 사용되는 이산화탄소 기체가제3 수용 공간(121)으로 유입될 수 있고, 제2 유입구(122)를 통해 필요에 따라 제1 수용액(115)도 공급될 수 있다. The second inlet 122 may be located above the communication port 123 in the third receiving space 121, and may be located below the second outlet 124 and the water surface of the first aqueous solution 115. Carbon dioxide gas used as fuel during the discharge process can flow into the third receiving space 121 through the second inlet 122, and the first aqueous solution 115 is also supplied through the second inlet 122 as needed. It can be.
상기 제2 배출구(124)는 제3 수용 공간(121)에서 제2 유입구(122) 및 제1 수용액(115)의 수면보다 위에 위치한다. 제2 배출구(124)를 통해 제3 수용 공간(121)에서 제1 수용액(115)에 용해되지 않아서 이온화되지 않은 이산화탄소 기체가 비중차이로 인해 상부로 뜨게되어 최종적으로 외부로 배출된다. 제2 배출구(124)를 통해 배출된 이산화탄소 가스는 이산화탄소 순환 공급부(130)를 통해 제2 유입구(122)로 공급될 수 있다.The second outlet 124 is located above the water level of the second inlet 122 and the first aqueous solution 115 in the third accommodation space 121. Carbon dioxide gas that is not dissolved in the first aqueous solution 115 and thus not ionized in the third accommodation space 121 through the second outlet 124 floats to the top due to the difference in specific gravity and is finally discharged to the outside. Carbon dioxide gas discharged through the second outlet 124 may be supplied to the second inlet 122 through the carbon dioxide circulation supply unit 130.
이를 통해 제1 배출구에서 배출되는 수소(H2)가스의 순도가 높아지는 장점이 있다. 즉, 기존에는 이산화탄소 처리부를 따로 포함하지 않아 이온화되지 않은 이산화탄소 기체와 이차전지에서 발생한 수소가스가 혼합되어 배출되어 순도가 낮아지는 단점이 있었다. 그러나, 다른 일 실시예에 따른 이차전지는 이산화탄소 처리부를 둠으로써 제3 수용 공간으로 유입된 이산화탄소 중 제1 수용액에 용해되지 않아서 이온화되지 않은 이산화탄소 기체는 캐소드부의 제1 수용 공간으로 이동하지 못하므로, 제2 배출구(124)를 통해 이온화되지 않은 이산화탄소 가스를 따로 배출시킴으로써 이차전지에서 발생한 수소가스가 배출하는 제1 배출구와 차이를 두어 순도 높은 수소가스를 얻을 수 있는 장점이 있다.This has the advantage of increasing the purity of hydrogen (H 2 ) gas discharged from the first outlet. In other words, the existing method did not include a separate carbon dioxide treatment unit, so there was a disadvantage in that unionized carbon dioxide gas and hydrogen gas generated from the secondary battery were mixed and discharged, lowering the purity. However, the secondary battery according to another embodiment has a carbon dioxide treatment unit, so that the carbon dioxide gas flowing into the third accommodation space is not dissolved in the first aqueous solution and thus the unionized carbon dioxide gas cannot move to the first accommodation space of the cathode unit. There is an advantage in that high purity hydrogen gas can be obtained by separately discharging the non-ionized carbon dioxide gas through the second outlet 124, which is different from the first outlet through which hydrogen gas generated from the secondary battery is discharged.
한편, 상기 제2 유입구(122)와 제1 배출구(113)는 충전 및 방전 시 밸브 등에 의해 선택적으로 적절한 시기에 맞춰서 개폐될 수 있다.Meanwhile, the second inlet 122 and the first outlet 113 may be selectively opened and closed at appropriate times by a valve or the like during charging and discharging.
상기 연통구(123)는 제3 수용 공간(121)에서 제2 유입구(122)보다 아래에 위치하며, 연통구(123)에는 연결관(140)이 연결될 수 있다. 상기 연통구(123)를 통해 제3 수용 공간(121)은 제1 수용 공간(111)과 연통될 수 있다.The communication port 123 is located below the second inlet 122 in the third accommodation space 121, and a connection pipe 140 may be connected to the communication port 123. The third accommodating space 121 may be in communication with the first accommodating space 111 through the communication port 123.
상기 연결관(140)은 제1 수용 공간(111)의 제1 유입구(112)와 제3 수용 공간(121)의 연통구(123)을 연결할 수 있다. 상기 연결관(140)의 내부에 형성되는 연결 통로를 통해 제1 수용 공간(111)과 제3 수용 공간(121)이 연통될 수 있다.The connection pipe 140 may connect the first inlet 112 of the first accommodation space 111 and the communication port 123 of the third accommodation space 121. The first accommodating space 111 and the third accommodating space 121 may be communicated through a connection passage formed inside the connecting pipe 140.
이산화탄소 순환 공급부(130)는 제2 배출구(124)를 통해 배출되는 이산화탄소 가스를 제2 유입구(122)로 순환시켜서 재공급할 수 있다.The carbon dioxide circulation supply unit 130 may circulate the carbon dioxide gas discharged through the second outlet 124 to the second inlet 122 and re-supply it.
즉, 제2 유입구(122)를 통해 이산화탄소 처리부(120)의 제3 수용 공간(121)으로 유입된 이산화탄소 중 제1 수용액(115)에 용해되지 않아서 이온화되지 않은 이산화탄소 기체는 캐소드부(110)의 제1 수용 공간(111)으로 이동하지 못하고 상승하여 제3 수용 공간(121) 내 제1 수용액(115)의 수면 위 공간에 모인 후 제2 배출구(124)를 통해 배출되고 제2 배출구(124)를 통해 배출된 이산화탄소 기체는 이산화탄소 순환 공급부(130)에 의해 제2 유입구(122)를 통해 제3 수용 공간(121)으로 공급되어서 재활용된다.That is, among the carbon dioxide gas that flows into the third accommodation space 121 of the carbon dioxide processing unit 120 through the second inlet 122, the carbon dioxide gas that is not dissolved in the first aqueous solution 115 and thus is not ionized is in the cathode unit 110. It fails to move to the first accommodating space 111 and rises, collects in the space above the water surface of the first aqueous solution 115 in the third accommodating space 121, and is then discharged through the second outlet 124 and the second outlet 124. The carbon dioxide gas discharged through is supplied to the third receiving space 121 through the second inlet 122 by the carbon dioxide circulation supply unit 130 and recycled.
따라서, 다른 일 실시예에 따른 이차전지는 이온화되지 않은 이산화탄소 가스를 이산화탄소 순환 공급부(130)를 통해 제2 유입구(122)로 공급시킬 수 있으므로 전지의 에너지 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.Therefore, the secondary battery according to another embodiment has the advantage of increasing the energy efficiency of the battery because it can supply non-ionized carbon dioxide gas to the second inlet 122 through the carbon dioxide circulation supply unit 130.
이제, 위에서 구성 중심으로 설명된 이차전지(100)의 방전 과정을 설명한다. 도 1 또는 도 2은 이차전지(100)의 방전 과정이 함께 도시되어 있다. 이를 참조하면, 제1 유입구(112)를 통해 제1 수용액(115)으로 수소 생산의 원료로서 이산화탄소가 주입되며, 캐소드부(110)에서는 다음 [반응식 1]과 같은 이산화탄소의 화학적 용리 반응이 이루어진다.Now, the discharging process of the secondary battery 100 described above in terms of configuration will be described. Figure 1 or Figure 2 shows the discharging process of the secondary battery 100. Referring to this, carbon dioxide as a raw material for hydrogen production is injected into the first aqueous solution 115 through the first inlet 112, and a chemical elution reaction of carbon dioxide occurs in the cathode unit 110 as shown in the following [Reaction Formula 1].
[반응식 1][Scheme 1]
H2O(l) + CO2(g) → H+(aq) + HCO3 -(aq)H 2 O(l) + CO 2 (g) → H + (aq) + HCO 3 - (aq)
즉, 캐소드부(110)에서는 캐소드부(110)에 공급된 이산화탄소(CO2)가 제1 수용액(115)의 물(H2O)과 자발적인 화학반응을 통해 수소 양이온(H+)과 중탄산염(HCO3 -)이 생성될 수 있다.That is, in the cathode unit 110, carbon dioxide (CO 2 ) supplied to the cathode unit 110 undergoes a spontaneous chemical reaction with water (H 2 O) of the first aqueous solution 115 to form hydrogen cations (H + ) and bicarbonate ( HCO 3 - ) can be produced.
한편, 캐소드부(110)에서는 다음 [반응식 2]와 같은 전기적 반응이 이루어진다.Meanwhile, an electrical reaction occurs in the cathode unit 110 as shown in [Reaction Formula 2].
[반응식 2] [Scheme 2]
2H2O + 2e- →2OH- + H2(g)2H 2 O + 2e - →2OH - + H 2 (g)
그 다음, [반응식 3]과 같은 화학반응을 통해 탄산칼슘을 고농도로 생산할 수 있다.Next, calcium carbonate can be produced at high concentration through a chemical reaction as shown in [Reaction Scheme 3].
[반응식 3][Scheme 3]
Ca2+ + OH- + HCO3 - → CaCO3(S) + H2OCa 2+ + OH - + HCO 3 - → CaCO 3(S) + H 2 O
즉, 캐소드부(110)에서 물(H2O)은 전자(e-)를 받아서 수소(H2) 기체와 수산화이온(OH-)을 발생시킨다. 한편, 물(H2O)로부터 발생된 수산화이온(OH-)과 이산화탄소로부터 발생된 중탄산염(HCO3 -)은 양이온교환막을 통해 이동한 칼슘이온(Ca2+)과의 반응을 통해 탄산칼슘(CaCO3)을 생산할 수 있다.That is, in the cathode unit 110, water (H 2 O) receives electrons (e - ) and generates hydrogen (H 2 ) gas and hydroxide ions (OH - ). Meanwhile, hydroxide ions (OH - ) generated from water (H 2 O) and bicarbonate (HCO 3 - ) generated from carbon dioxide react with calcium ions (Ca 2+ ) that have moved through the cation exchange membrane to form calcium carbonate ( CaCO 3 ) can be produced.
이때, 수산화이온(OH-)은 제1 수용 공간에 그대로 남아있을 수 있고, 순환과정을 통해 재투입될 수도 있다.At this time, hydroxide ions (OH - ) may remain in the first accommodation space and may be reintroduced through a circulation process.
한편, 수소 양이온(H+)은 전자(e-)를 받아서 수소(H2) 기체가 발생하게 된다. 발생된 수소(H2) 기체는 제1 배출구(113)를 통해서 외부로 배출된다.Meanwhile, the hydrogen cation (H+) receives electrons (e - ) and generates hydrogen (H 2 ) gas. The generated hydrogen (H 2 ) gas is discharged to the outside through the first outlet 113.
그리고, 애노드부(150)에서는 애노드(158)가 다음 [반응식 4]와 같은 염소 발생 반응 등의 산화 반응이 이루어진다.And, in the anode unit 150, an oxidation reaction such as chlorine generation reaction occurs in the anode 158 as shown in [Reaction Formula 4].
[반응식 4][Scheme 4]
2Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e- 2Cl - (aq) → Cl 2 (g) + 2e -
결과적으로, 상기 반응식들을 통해 알 수 있는 바와 같이, 방전 시, 금속 애노드(158)는 염소이온(Cl-)이 산화되어 염소기체(Cl2)와 전자(e-)를 발생시키고, 애노드부(150)의 제2 수용액(155)에 포함된 양이온이 양이온 교환막(192)을 통과하여 캐소드부(110)의 제1 수용액(115)으로 이동함으로써, 이산화탄소 공급에 따른 제1 수용액의 변화를 막을 수 있다. As a result, as can be seen through the above reaction equations, during discharge, chlorine ions (Cl - ) are oxidized in the metal anode 158 to generate chlorine gas (Cl 2 ) and electrons (e - ), and the anode part ( Cations contained in the second aqueous solution 155 of 150 pass through the cation exchange membrane 192 and move to the first aqueous solution 115 of the cathode unit 110, thereby preventing changes in the first aqueous solution due to carbon dioxide supply. there is.
한편, 제1 수용액(115)에서 용리된 이산화탄소에 의해 생성된 수소 이온이 캐소드(118)로부터 전자를 받아서 수소 기체로 환원되어서, 제1 배출구(113)를 통해 배출될 수도 있다.Meanwhile, hydrogen ions generated by carbon dioxide eluted from the first aqueous solution 115 may receive electrons from the cathode 118, be reduced to hydrogen gas, and be discharged through the first outlet 113.
도 3은 또 다른 일 구현예에 따라 이차전지를 사용하는 탄산칼슘 제조 설비를 개략적으로 도시한 모식도이다.Figure 3 is a schematic diagram schematically showing a calcium carbonate manufacturing facility using a secondary battery according to another embodiment.
이를 참고하면, 탄산칼슘 제조 설비는 용출제에 의해 칼슘 함유 물질로부터 칼슘이온을 용출하여 칼슘이온(Ca2+)과 염소이온(Cl-)을 포함하는 제2 수용액을 생성하는 용출 반응기; 및 이산화탄소 함유 가스, 및 상기 제2 수용액이 공급되며, 반응에 의해 탄산칼슘(CaCO3)을 생성하는 이차전지를 포함한다..With reference to this, the calcium carbonate production facility includes an elution reactor that elutes calcium ions from a calcium-containing material using an eluent to produce a second aqueous solution containing calcium ions (Ca 2+ ) and chloride ions (Cl - ); and a secondary battery to which carbon dioxide-containing gas and the second aqueous solution are supplied, and which generates calcium carbonate (CaCO 3 ) through a reaction.
상기 용출반응기는 용출제 및 칼슘 함유 물질이 공급되며, 용출제에 의해 칼슘 함유 물질로부터 칼슘 이온이 용출되어 칼슘염 수용액, 바람직하게는, 칼슘이온(Ca2+)과 염소이온(Cl-)을 포함하는 제2 수용액이 생성될 수 있다. 상기 용출제는 상기 칼슘 함유 물질과 반응하여 상기 칼슘 함유 물질 내에 포함된 칼슘을 칼슘 이온(Ca2+)의 형태로 용출하는 데 기여하는 것으로, 그 종류는 특별히 한정하지 않으나, 암모늄염일 수 있다. 상기 암모늄은, 예를 들어, 염화암모늄, 질산암모늄 및 아세트산 암모늄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.The elution reactor is supplied with an eluent and a calcium-containing material, and calcium ions are eluted from the calcium-containing material by the eluent to produce an aqueous calcium salt solution, preferably calcium ions (Ca 2+ ) and chloride ions (Cl - ). A second aqueous solution containing The eluting agent reacts with the calcium-containing material and contributes to eluting the calcium contained in the calcium-containing material in the form of calcium ions (Ca 2+ ). The type is not particularly limited, but may be an ammonium salt. The ammonium is preferably, for example, at least one selected from the group consisting of ammonium chloride, ammonium nitrate, and ammonium acetate.
상기 칼슘 함유 물질은 용출제에 의해 칼슘 이온을 용출할 수 있는 물질이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 폐시멘트, 폐콘크리트, 석탄재, 비산재, 제철 슬래그, 저급 생석회(CaO), 염화칼슘(CaCl2), 규회석, 석회석, 감람석, 사문석, 석면 및 탈묵회로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.The calcium-containing material is not particularly limited as long as it is a material capable of eluting calcium ions using an eluent, but for example, waste cement, waste concrete, coal ash, fly ash, iron slag, low-grade quicklime (CaO), calcium chloride (CaCl 2 ), it may be one or more selected from the group consisting of wollastonite, limestone, olivine, serpentine, asbestos, and deinked ash.
일 실시예에 따라, 용출제로 염화암모늄을 사용하여 제철 슬래그에 포함된 칼슘 이온을 용출하는 경우 하기 반응식 5에 의해 칼슘염 수용액인 칼슘이온(Ca2+)과 염소이온(Cl-)을 포함하는 제2 수용액을 생성할 수 있다.According to one embodiment, when ammonium chloride is used as an eluent to elute calcium ions contained in steel slag, calcium salt aqueous solution containing calcium ions (Ca 2+ ) and chloride ions (Cl - ) is obtained according to the following reaction equation 5. A second aqueous solution can be produced.
[반응식 5][Scheme 5]
제철 슬래그 + NH4Cl → CaCl2 + NH4OHSteel slag + NH 4 Cl → CaCl 2 + NH 4 OH
상기 생성된 제2 수용액은 상기 연료전지에 공급될 수 있으며, 상기 연료전지는 이외에도 이산화탄소 함유 가스가 연료전지에 공급될 수 있다.The generated second aqueous solution can be supplied to the fuel cell, and in addition to the fuel cell, carbon dioxide-containing gas can be supplied to the fuel cell.
특히, 또 다른 일 구현예에 따른 상기 중조 및 탄산칼슘 제조 설비는 추가적으로 수산화나트륨을 공급할 필요 없이, 연료전지 반응에 의해 생성된 수산화이온을 직접 공급하여 최종적으로 탄산칼슘을 고농도로 제조할 수 있는 장점이 있다.In particular, the sodium bicarbonate and calcium carbonate production facility according to another embodiment has the advantage of being able to ultimately produce calcium carbonate at a high concentration by directly supplying hydroxide ions generated by the fuel cell reaction without the need to additionally supply sodium hydroxide. There is.
즉, 추가적인 수산화나트륨을 공급할 필요가 없어 원가절감 및 탄산칼슘 생산 효율이 높을 뿐만 아니라, 상기 용출제는 상기 연료전지에 제1 수용공간에 남아있고, 상기 탄산칼슘(CaCO-3)은 제2 수용 공간에서 생성되므로, 용츌제 등의 불순물을 포함하지 않고, 높은 수율의 탄산칼슘(CaCO-3)을 얻을 수 있는 장점이 있다.In other words, there is no need to supply additional sodium hydroxide, which not only reduces costs and increases calcium carbonate production efficiency, but also the eluent remains in the first accommodation space of the fuel cell, and the calcium carbonate (CaCO- 3 ) is stored in the second accommodation space. Since it is produced in space, it has the advantage of being able to obtain high yields of calcium carbonate (CaCO- 3 ) without containing impurities such as solvents.
한편, 이산화탄소 함유 가스는 순수한 이산화탄소를 사용할 수 있음은 물론, 이산화탄소를 함유하는 가스라면 산업 부생 가스 또는 발전소 배가스 등도 적합하게 사용할 수 있다. 예로 들면, 제철 배가스, 고순도 이산화탄소, 파이넥스 오프 가스(FOG, FINEX off gas), 파이넥스 테일 가스(FTG, FINEX tail gas), 고로 가스(BFG, Blast furnace gas), 전로 가스, 석탄 발전소 배가스, 가스 발전소 배가스, 소각로 배가스, 유리용해 배가스, 열설비 배가스, 석유화학공정 배가스, 석유화학공정 공정가스, 연소전/후 배가스 및 가스화기 배가스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.Meanwhile, pure carbon dioxide can be used as the carbon dioxide-containing gas, and any gas containing carbon dioxide can also be suitably used, such as industrial by-product gas or power plant exhaust gas. For example, steel exhaust gas, high purity carbon dioxide, FOG (FINEX off gas), FINEX tail gas (FTG), blast furnace gas (BFG), converter gas, coal power plant exhaust gas, gas power plant. It may be one or more selected from the group consisting of flue gas, incinerator flue gas, glass melting flue gas, thermal facility flue gas, petrochemical process flue gas, petrochemical process process gas, pre-/post-combustion flue gas, and gasifier flue gas.
일 실시예에 따라, 이산화탄소 함유 가스는 제철 배가스 및 고순도 이산화탄소를 사용하여, 이차전지의 이산화탄소 처리부 내 제3 수용공간에 투입될 수 있다.According to one embodiment, carbon dioxide-containing gas may be introduced into the third receiving space in the carbon dioxide treatment unit of the secondary battery using steel exhaust gas and high purity carbon dioxide.
상기 이차전지는 고부가가치 물질인 탄산칼슘을 고농도로 생성할 수 있고, 고상의 물질인 탄산칼슘은 고액 분리장치(미도시)를 이용하여 회수할 수 있다. The secondary battery can produce calcium carbonate, a high value-added material, at high concentration, and calcium carbonate, a solid material, can be recovered using a solid-liquid separation device (not shown).
또한, 또 다른 일 구현예에 따라 이차전지를 사용하는 탄산칼슘 제조 설비를 사용하여 탄산칼슘 제조방법을 제공할 수 있다.Additionally, according to another embodiment, a method for producing calcium carbonate can be provided using a calcium carbonate production facility using a secondary battery.
구체적으로, 용출제에 의해 칼슘 함유 물질로부터 칼슘이온을 용출하여 제2 수용액을 생성하는 용출 단계; 및 이산화탄소 함유 가스 및 상기 제2 수용액을, 이차전지 방전 시 발생하는 수산화나트륨(NaOH)와 반응시켜 탄산칼슘(CaCO3)을 생성하는 탄산칼슘 생성 단계를 포함한다.Specifically, an elution step of eluting calcium ions from a calcium-containing material using an eluting agent to generate a second aqueous solution; and a calcium carbonate generation step of reacting the carbon dioxide-containing gas and the second aqueous solution with sodium hydroxide (NaOH) generated during discharge of the secondary battery to produce calcium carbonate (CaCO 3 ).
이때, 상기 제조방법을 설명하는 내용 중 상기 이차전지, 또는 탄산칼슘 제조 설비에서 설명한 내용과 중복되는 내용이 있으면 이를 생략할 수 있다.At this time, if any content explaining the manufacturing method overlaps with the content described in the secondary battery or calcium carbonate manufacturing facility, it can be omitted.
즉. 또 다른 일 구현예에 따른 탄산칼슘 제조 설비를 사용하여 탄산칼슘을 제조하는 경우, 탄산염인 탄산칼슘을 고순도로 생산할 수 있는 장점이 있다.in other words. When producing calcium carbonate using the calcium carbonate production facility according to another embodiment, there is an advantage in that calcium carbonate, a carbonate, can be produced with high purity.
이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail through examples below. The following examples are merely examples to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예 1 : 탄산칼슘 제조 설비를 이용하여 생성된 탄산칼슘 순도 및 고체상 확인Example 1: Confirmation of purity and solid phase of calcium carbonate produced using calcium carbonate production equipment
칼슘함유물질로 염화칼슘(CaCl2)을 사용하고 용출제로 염화 암모늄을 사용하여 1M 염화칼슘(CaCl2)인 제2 수용액을 제조하여 연료전지의 애노드부의 제2 수용공간에 공급하였다. 한편, 연료전지의 캐소드부의 제1 수용공간에 포함된 제1 수용액인 1M KOH에 이산화탄소를 공급하여, 이산화탄소가 제1 수용액에 용해되어 약알칼리성 환경으로 포화된 용액인 1M 탄산수소칼륨 (KHCO3) 용액을 활용하여 탄산칼슘 제조 설비를 제작하였다.A second aqueous solution of 1M calcium chloride (CaCl 2 ) was prepared using calcium chloride (CaCl 2 ) as a calcium-containing material and ammonium chloride as an eluent, and supplied to the second receiving space of the anode part of the fuel cell. Meanwhile, carbon dioxide is supplied to 1M KOH, the first aqueous solution contained in the first accommodation space of the cathode part of the fuel cell, so that carbon dioxide is dissolved in the first aqueous solution and 1M potassium hydrogen carbonate (KHCO 3 ), which is a saturated solution in a slightly alkaline environment, is added. A calcium carbonate manufacturing facility was manufactured using the solution.
그 다음, 제작한 탄산칼슘 제조 설비를 100mA로 약 250 min 구동한 후, 캐소드부에서 생성되는 탄산칼슘(CaCO3)를 XRD (X-ray diffraction) 분석을 이용하여 순도 및 상을 분석하고 그 결과를 도 4에 나타내었다.Next, after operating the manufactured calcium carbonate manufacturing facility at 100 mA for about 250 min, the purity and phase of the calcium carbonate (CaCO 3 ) generated in the cathode part was analyzed using XRD (X-ray diffraction) analysis, and the results were obtained. is shown in Figure 4.
구체적으로, 도 4는 실시예 1에 따라 제작한 탄산칼슘 제조 설비를 구동한 결과 생성된 탄산칼슘(CaCO3)의 XRD 분석 결과 값을 나타낸 그래프이다.Specifically, Figure 4 is a graph showing the XRD analysis results of calcium carbonate (CaCO 3 ) produced as a result of operating the calcium carbonate production facility manufactured according to Example 1.
도 4를 참고하면, 상기 제작한 탄산칼슘 제조 설비를 통해 생산된 탄산칼슘 (CaCO3)의 결정상을 확인하였으며, 또한, 탄산칼슘의 고체상 중 Calcite 형태로 99 % 이상 형성된 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 4, the crystalline phase of calcium carbonate (CaCO 3 ) produced through the calcium carbonate production facility manufactured above was confirmed, and it was also confirmed that more than 99% of the solid phase of calcium carbonate was formed in the form of calcite.
100, 100a : 이차전지
110 : 캐소드부, 111 : 제1 수용 공간, 112 : 제1 유입구, 113 : 제1 배출구 115 : 제1 수용액, 118 : 캐소드
120 : 이산화탄소 처리부, 121 : 제3 수용 공간 122 : 제2 유입구, 123 : 연통구, 124 : 제2 배출구
130 : 이산화탄소 순환 공급부, 140 : 연결관
150 : 애노드부 151 : 제2 수용 공간, 155 : 제2 수용액 158 : 애노드
190 : 연결부 191 : 연결 통로, 192 : 양이온 교환막100, 100a: secondary battery
110: cathode portion, 111: first receiving space, 112: first inlet, 113: first outlet 115: first aqueous solution, 118: cathode
120: carbon dioxide treatment unit, 121: third receiving space, 122: second inlet, 123: communication port, 124: second outlet
130: carbon dioxide circulation supply unit, 140: connector
150: anode part 151: second accommodation space, 155: second aqueous solution 158: anode
190: connection 191: connection passage, 192: cation exchange membrane
Claims (16)
제2 수용 공간에 수용되어 칼슘이온(Ca2+)과 염소이온(Cl-)을 포함하는 칼슘염을 포함하는 제2 수용액, 및 상기 제2 수용액에 적어도 일부가 잠긴 금속의 애노드를 구비하는 애노드부;
상기 제1 수용 공간과 상기 제2 수용 공간을 연통시키는 연결 통로, 및 상기 연결 통로에 위치한 양이온 교환막을 구비하는 연결부; 및
상기 제1 수용 공간과 연통되는 제3 수용 공간에 수용되는 제1 수용액을 구비하고, 이산화탄소 함유가스가 제3 수용공간으로 투입되는 이산화탄소 처리부;를 포함하며,
방전 시, 상기 애노드부는 염소이온(Cl-)이 산화되어 염소기체(Cl2)와 전자(e-)를 발생시키고, 상기 제3 수용 공간의 상기 제1 수용액으로 이산화탄소 기체가 유입되어서 상기 제1 수용액과 상기 이산화탄소 기체의 반응에 의해 수소이온(H+)과 중탄산이온(HCO3 -)이 생성되고, 상기 캐소드부는 상기 물(H20)과 상기 애노드에서 발생된 전자가 결합되어 수산화이온(OH-)과 수소기체(H2)가 발생하는 것을 특징으로 하는 이차전지.a cathode portion including a first aqueous solution contained in a first accommodating space, and a cathode at least partially submerged in the first aqueous solution;
An anode comprising a second aqueous solution accommodated in a second accommodating space and containing a calcium salt containing calcium ions (Ca 2+ ) and chlorine ions (Cl - ), and a metal anode at least partially immersed in the second aqueous solution. wealth;
a connecting portion including a connecting passage that communicates the first accommodating space and the second accommodating space, and a cation exchange membrane located in the connecting passage; and
It includes a carbon dioxide treatment unit having a first aqueous solution accommodated in a third accommodating space in communication with the first accommodating space, and injecting a carbon dioxide-containing gas into the third accommodating space,
During discharging, the anode unit oxidizes chlorine ions (Cl - ) to generate chlorine gas (Cl 2 ) and electrons (e - ), and carbon dioxide gas flows into the first aqueous solution in the third accommodation space, thereby generating the first aqueous solution. Hydrogen ions (H + ) and bicarbonate ions (HCO 3 - ) are generated by the reaction of the aqueous solution and the carbon dioxide gas, and the cathode unit combines the water (H 2 O) with the electrons generated at the anode to produce hydroxide ions ( A secondary battery characterized in that OH - ) and hydrogen gas (H 2 ) are generated.
상기 이산화탄소 처리부는
상기 제3 수용 공간의 상기 제1 수용액으로 유입되는 이산화탄소 기체 중 이온화되지 않은 이산화탄소 기체를 상기 제1 수용액으로부터 분리하여 상기 캐소드부로 공급되지 않도록 하는 것인 이차전지.According to paragraph 1,
The carbon dioxide processing unit
A secondary battery wherein un-ionized carbon dioxide gas among carbon dioxide gas flowing into the first aqueous solution of the third accommodation space is separated from the first aqueous solution to prevent it from being supplied to the cathode portion.
상기 이산화탄소 처리부는,
상기 이온화되지 않은 이산화탄소 기체를 상기 제1 수용액과의 비중 차이를 이용하여 분리하는 이차전지.According to paragraph 2,
The carbon dioxide treatment unit,
A secondary battery that separates the un-ionized carbon dioxide gas using a difference in specific gravity from the first aqueous solution.
상기 이산화탄소 처리부는
상기 이온화되지 않은 이산화탄소 기체를 상기 제3 수용 공간의 상기 제1 수용액의 수면 상부에서 수집하는 이차전지.According to paragraph 2,
The carbon dioxide processing unit
A secondary battery that collects the un-ionized carbon dioxide gas from an upper portion of the water surface of the first aqueous solution in the third accommodation space.
상기 이산화탄소 처리부는
상기 제3 수용 공간의 상기 제1 수용액의 수면보다 아래에 위치하고, 이산화탄소 기체가 유입되는 유입구; 및
상기 유입구보다 아래에 위치하여, 상기 제3 수용 공간에서 상기 제1 수용 공간과 연통되도록 형성된 연통구;를 더 포함하는 것인 이차전지.According to paragraph 2,
The carbon dioxide processing unit
an inlet located below the water surface of the first aqueous solution in the third accommodation space and through which carbon dioxide gas flows; and
A secondary battery further comprising a communication port located below the inlet and formed to communicate with the first accommodating space in the third accommodating space.
상기 캐소드부는
상기 제1 수용 공간에 수용되는 제1 수용액의 수면보다 위에 위치하여, 방전 시 발생한 수소 기체를 배출시키는 제1 배출구를 더 포함하는 것인 이차전지.According to paragraph 1,
The cathode part
The secondary battery further includes a first outlet located above the water surface of the first aqueous solution accommodated in the first accommodation space and discharging hydrogen gas generated during discharge.
상기 이산화탄소 처리부는
상기 제3 수용 공간의 상기 제1 수용액의 수면보다 위에 위치하여, 방전 시 상기 이온화되지 않은 이산화탄소 기체가 배출하는 제2 배출구를 더 포함하는 것인 이차전지.According to paragraph 2,
The carbon dioxide processing unit
The secondary battery further includes a second outlet located above the water surface of the first aqueous solution in the third accommodation space, through which the non-ionized carbon dioxide gas is discharged during discharge.
상기 이산화탄소 처리부는
상기 이온화되지 않은 이산화탄소 기체를 상기 제3 수용 공간의 상기 제1 수용액으로 공급하는 이산화탄소 순환 공급부를 더 포함하는 것인 이차전지.According to paragraph 2,
The carbon dioxide processing unit
A secondary battery further comprising a carbon dioxide circulation supply unit that supplies the non-ionized carbon dioxide gas to the first aqueous solution in the third accommodation space.
상기 제1 수용액은
KOH, 및 KHCO3로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 것인 이차전지.According to paragraph 1,
The first aqueous solution is
A secondary battery comprising at least one compound selected from the group consisting of KOH and KHCO 3 .
방전 시, 캐소드부는
양이온교환막을 통해 이동한 칼슘이온(Ca2+)이 수산화이온(OH-)과 중탄산염(HCO3 -)과 반응을 통해 탄산칼슘(CaCO3)을 생산하는 것인 이차전지.According to paragraph 1,
When discharging, the cathode part
A secondary battery in which calcium ions (Ca 2+ ) moved through a cation exchange membrane react with hydroxide ions (OH - ) and bicarbonate (HCO 3 - ) to produce calcium carbonate (CaCO 3 ).
이산화탄소 함유 가스, 및 상기 제2 수용액이 공급되며, 반응에 의해 탄산칼슘(CaCO3)을 생성하는 이차전지를 포함하는 탄산칼슘 제조 설비.An elution reactor for eluting calcium ions from a calcium-containing material using an eluting agent to produce a second aqueous solution containing calcium ions (Ca 2+ ) and chlorine ions (Cl - ); and
A calcium carbonate manufacturing facility comprising a secondary battery to which a carbon dioxide-containing gas and the second aqueous solution are supplied and which produces calcium carbonate (CaCO 3 ) through a reaction.
상기 이차전지 방전 시,
상기 용출제는 제1 수용공간에 남아있고,
상기 탄산칼슘(CaCO3)은 제2 수용 공간에서 생성되는 것인 탄산칼슘 제조 설비.According to clause 11,
When discharging the secondary battery,
The eluting agent remains in the first receiving space,
The calcium carbonate (CaCO 3 ) is a calcium carbonate manufacturing facility in which the calcium carbonate (CaCO 3 ) is produced in the second receiving space.
상기 용출제는
암모늄염인 것인 탄산칼슘 제조 설비.According to clause 11,
The eluent is
Equipment for manufacturing calcium carbonate, which is an ammonium salt.
상기 이산화탄소 함유 가스는
제철 배가스, 고순도 이산화탄소, 파이넥스 오프 가스(FOG, FINEX off gas), 파이넥스 테일 가스(FTG, FINEX tail gas), 고로 가스(BFG, Blast furnace gas), 전로 가스, 석탄 발전소 배가스, 가스 발전소 배가스, 소각로 배가스, 유리용해 배가스, 열설비 배가스, 석유화학공정 배가스, 석유화학공정 공정가스, 연소전/후 배가스 및 가스화기 배가스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 탄산칼슘 제조 설비.According to clause 11,
The carbon dioxide-containing gas is
Steel exhaust gas, high purity carbon dioxide, FOG (FINEX off gas), FINEX tail gas (FTG), blast furnace gas (BFG), converter gas, coal power plant exhaust gas, gas power plant exhaust gas, incinerator A calcium carbonate manufacturing facility that is at least one selected from the group consisting of flue gas, glass melting flue gas, heat facility flue gas, petrochemical process flue gas, petrochemical process process gas, pre-/post-combustion flue gas, and gasifier flue gas.
상기 칼슘 함유 물질은 폐시멘트, 폐콘크리트, 석탄재, 비산재, 제철 슬래그, 생석회(CaO), 염화칼슘(CaCl2), 규회석, 석회석, 감람석, 사문석, 석면 및 탈묵회로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 탄산칼슘 제조 설비.According to clause 11,
The calcium-containing material is one or more calcium carbonates selected from the group consisting of waste cement, waste concrete, coal ash, fly ash, iron slag, quicklime (CaO), calcium chloride (CaCl 2 ), wollastonite, limestone, olivine, serpentine, asbestos, and deinked ash. Manufacturing facilities.
이산화탄소 함유 가스 및 상기 제2 수용액을, 제1항에 따른 이차전지 방전 시 발생하는 수산화나트륨(NaOH)와 반응시켜 탄산칼슘(CaCO3)을 생성하는 탄산칼슘 생성 단계를 포함하는 탄산칼슘 제조방법.An elution step of eluting calcium ions from a calcium-containing material using an eluting agent to produce a second aqueous solution; and
A method for producing calcium carbonate comprising a step of producing calcium carbonate (CaCO 3 ) by reacting carbon dioxide-containing gas and the second aqueous solution with sodium hydroxide (NaOH) generated during discharging of the secondary battery according to claim 1.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101388217B1 (en) | 2012-09-27 | 2014-04-23 | 현대제철 주식회사 | Manufacturing apparatus of calcium carbonate |
-
2022
- 2022-05-18 KR KR1020220061049A patent/KR20230161255A/en unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101388217B1 (en) | 2012-09-27 | 2014-04-23 | 현대제철 주식회사 | Manufacturing apparatus of calcium carbonate |
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