KR101997782B1 - Hydrogen generation apparatus and method using battery - Google Patents

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김창민
김정원
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울산과학기술원
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Abstract

According to the present invention, the present invention provides a hydrogen generation device utilizing a battery. The hydrogen generation device utilizing a battery comprises: a battery having a reactor providing a response space inside, a water electrolyte accommodated in the response space, a cathode of which at least a part is submerged in the water electrolyte, and an anode of a metal material of which at least a part is submerged in the water electrolyte; and a nitrogen purging unit purging the water electrolyte to nitrogen. The battery generates hydrogen gas by coupling a hydrogen ion existing in the water electrolyte when being discharged and an electron supplied from the cathode in a state of allowing the water electrolyte to be saturated with the nitrogen by the nitrogen purging unit.

Description

전지를 활용한 수소 생산 장치 및 방법 {HYDROGEN GENERATION APPARATUS AND METHOD USING BATTERY}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a hydrogen-

본 발명은 수소 생산 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전지를 활용한 수소 발생 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to hydrogen production technology, and more particularly, to an apparatus and a method for generating hydrogen using a battery.

최근 화석 연료의 사용을 줄이기 위한 연료로 천연 가스와 같은 기체 연료의 사용이 증가하고 있으며, 20세기 후반부터 가속화되기 시작한 연료전지의 개발과 화석 연료의 고갈 및 환경 오염 문제로 인해 청정 연료인 수소 생산에 대한 관심이 높아지고 있다.In recent years, the use of gaseous fuels such as natural gas has been increasing as a fuel to reduce the use of fossil fuels. The development of fuel cells, which have been accelerating since the latter half of the 20th century, and the depletion of fossil fuels and environmental pollution, There is growing interest in.

종래의 수소 생산 공정들 중 대표적인 수소 생산 공정인 메탄 수증기 개질 공정은 공정 가격이 저렴하고, 수소의 대량 생산이 가능하다는 장점이 있지만, 최종 생성물이 온실가스인 이산화탄소(CO2)를 배출한다는 문제가 있다.The methane steam reforming process, which is a typical hydrogen production process among the conventional hydrogen production processes, is advantageous in that the process price is low and mass production of hydrogen is possible. However, there is a problem that the final product releases carbon dioxide (CO 2 ) have.

대한민국 등록특허공보 제10-0864024호 (2008.10.16.)Korean Registered Patent No. 10-0864024 (October 16, 2008)

본 발명의 목적은 종래의 수소 생산 공정에 비해 단순한 구조로 다른 생성물 없이 수소만을 생산할 수 있는 수소 생산 장치 및 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a hydrogen production apparatus and method which can produce only hydrogen without any other product in comparison with a conventional hydrogen production process.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 반응 공간을 제공하는 반응 용기와, 상기 반응 공간에 수용되는 수계 전해질과, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠기는 캐소드와, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠기는 금속 재질의 애노드를 구비하는 전지; 및 상기 수계 전해질을 질소로 퍼징하는 질소 퍼징부를 포함하며, 상기 전지는 상기 수계 전해질이 상기 질소 퍼징부에 의해 질소로 포화된 상태에서, 방전 시 상기 수계 전해질에 존재하는 수소 이온이 상기 캐소드에서 공급되는 전자와 결합하여 수소 가스를 발생시키는 전지를 활용한 수소 생산 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrochemical device including a reaction vessel for providing a reaction space therein, an aqueous electrolyte contained in the reaction space, A battery having a cathode which is immersed in the aqueous electrolyte and an anode made of a metal at least partially immersed in the aqueous electrolyte in the reaction space; And a nitrogen purging unit for purging the aqueous electrolyte with nitrogen, wherein in the state where the aqueous electrolyte is saturated with nitrogen by the nitrogen purge unit, hydrogen ions present in the aqueous electrolyte at the time of discharge are supplied from the cathode A hydrogen generator for generating hydrogen gas in combination with the electrons generated by the hydrogen generator.

상기 한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 내부에 반응 공간을 제공하는 반응 용기와, 상기 반응 공간에 수용되는 수계 전해질과, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠기는 캐소드와, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠기는 금속 재질의 애노드를 구비하는 전지를 준비하는 전지 준비 단계; 상기 전지 준비 단계를 통해 준비된 상기 전지의 상기 수계 전해질을 질소로 퍼징하는 질소 퍼징 단계; 및 상기 질소 퍼징 단계가 수행된 후 상기 전지를 방전시키는 방전 단계를 포함하며, 상기 방전 단계에서 상기 수계 전해질에 존재하는 수소 이온이 상기 캐소드에서 공급되는 전자와 결합하여 수소 가스가 발생되는 전지를 활용한 수소 생산 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrochemical device including a reaction vessel for providing a reaction space therein, an aqueous electrolyte contained in the reaction space, Preparing a battery having a cathode that is immersed in an aqueous electrolyte and an anode of a metal material at least partially immersed in the aqueous electrolyte in the reaction space; A nitrogen purging step of purging the aqueous electrolyte of the battery prepared through the battery preparation step with nitrogen; And a discharging step of discharging the battery after the nitrogen purging step is performed. In the discharging step, a hydrogen cell in which hydrogen ions present in the aqueous electrolyte are combined with electrons supplied from the cathode to generate hydrogen gas A hydrogen production method is provided.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 본 발명에 따른 수소 생산 장치가, 내부에 반응 공간을 제공하는 반응 용기와, 상기 반응 공간에 수용되는 수계 전해질과, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠기는 캐소드와, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠기는 금속 재질의 애노드를 구비하는 전지; 및 상기 수계 전해질을 질소로 퍼징하는 질소 퍼징부를 포함하며, 상기 전지는 상기 수계 전해질이 상기 질소 퍼징부에 의해 질소로 포화된 상태에서, 방전 시 상기 수계 전해질에 존재하는 수소 이온이 상기 캐소드에서 공급되는 전자와 결합하여 수소 가스를 발생시킴으로써, 비교적 단순한 구조로 순수한 수소만을 발생시킬 수 있고, 그에 따라 추가적인 공정도 필요없게 된다.According to the present invention, all of the objects of the present invention described above can be achieved. Specifically, the hydrogen production apparatus according to the present invention comprises a reaction vessel for providing a reaction space therein, an aqueous electrolyte contained in the reaction space, a cathode at least partially submerged in the aqueous electrolyte in the reaction space, A battery having an anode made of a metal at least partially immersed in the aqueous electrolyte in a reaction space; And a nitrogen purging unit for purging the aqueous electrolyte with nitrogen, wherein in the state where the aqueous electrolyte is saturated with nitrogen by the nitrogen purge unit, hydrogen ions present in the aqueous electrolyte at the time of discharge are supplied from the cathode Hydrogen gas can be generated in combination with electrons to be generated, thereby generating only pure hydrogen with a relatively simple structure, so that no additional process is required.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지를 활용한 수소 생산 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지를 활용한 수소 생산 방법을 도시한 순서도이다.FIG. 1 is a view showing a configuration of a hydrogen production apparatus using a battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method for producing hydrogen using a battery according to an embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 전지를 활용한 수소 생산 장치의 구성이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지를 활용한 수소 생산 장치(100)는 방전 과정에서 전기에너지와 수소를 함께 생산하는 전지(100a)와, 전지(100a)에 질소 퍼징을 실시하는 질소 퍼징부(120)와, 전지(100a)에서 생산된 수소가 저장되는 수소 저장부(130)를 포함한다.FIG. 1 shows a configuration of a hydrogen production apparatus using a battery according to an embodiment of the present invention, in accordance with an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a hydrogen producing apparatus 100 using a battery according to an embodiment of the present invention includes a cell 100a for producing electric energy and hydrogen together in a discharging process, And a hydrogen storage unit 130 for storing hydrogen produced by the battery 100a.

전지(100a)는 이차전지로서, 내부에 반응 공간(111)을 제공하는 반응 용기(110)와, 반응 공간(111)에 담긴 수계 전해질(115)과, 반응 공간(111)에서 수계 전해질(115)에 적어도 일부가 잠기는 캐소드(cathode)(118)와, 반응 공간(111)에서 수계 전해질(115)에 적어도 일부가 잠기는 애노드(anode)(158)를 구비한다. 전지(100a)는 방전 과정에서 전기에너지와 함께 수소를 생산한다. The battery 100a is a secondary battery which includes a reaction vessel 110 for providing a reaction space 111 therein, an aqueous electrolyte 115 contained in the reaction space 111, and a water-based electrolyte 115 A cathode 118 at least partially submerged in the reaction space 111 and an anode 158 at least partially submerged in the aqueous electrolyte 115 in the reaction space 111. The battery 100a produces hydrogen together with electric energy in a discharge process.

반응 용기(110)는 내부에 수계 전해질(115)이 담기고 캐소드(118)와 애노드(158)가 수용되는 반응 공간(111)을 제공한다. 반응 용기(110)에는 반응 공간(111)과 연통되는 유입구(112)와 배출구(113)가 형성된다. 유입구(112)는 수계 전해질(115)의 수면보다 아래에 위치하도록 반응 공간(111)의 하부에 위치한다. 배출구(113)는 수계 전해질(115)의 수면보다 위에 위치하도록 반응 공간(111)의 상부에 위치한다. 유입구(112)를 통해 수계 전해질을 퍼징하는 질소 가스(N2)가 유입된다. 필요 시 유입구(112)를 통해 수계 전해질(115)도 유입될 수 있다. 배출구(113)를 통해서는 충·방전 과정에서 생성된 가스가 외부로 배출되는데, 특히 방전 과정에서 발생한 수소 가스(H2)는 배출구(113)를 통해 배출되어서 수소 저장부(130)에 저장된다. 유입구(112)와 배출구(113)는 충전 및 방전시 제1, 제2 밸브(150, 160)에 의해 선택적으로 적절히 시기에 맞춰서 개폐될 수 있다.The reaction vessel 110 has a reaction space 111 in which an aqueous electrolyte 115 is contained and a cathode 118 and an anode 158 are accommodated. The reaction vessel 110 is provided with an inlet 112 and an outlet 113 communicating with the reaction space 111. The inlet 112 is located below the reaction space 111 so as to be located below the water surface of the water-based electrolyte 115. The discharge port 113 is located above the reaction space 111 so as to be positioned above the water surface of the water-based electrolyte 115. Nitrogen gas (N 2 ) for purging the aqueous electrolyte is introduced through the inlet 112. The water-based electrolyte 115 can also be introduced through the inlet 112 if necessary. The hydrogen gas (H 2 ) generated during the discharging process is discharged through the discharge port 113 and stored in the hydrogen storage unit 130 . The inlet 112 and the outlet 113 can be selectively opened and closed at appropriate times by the first and second valves 150 and 160 during charging and discharging.

수계 전해질(115)은 반응 공간(111)에 담기며, 수계 전해질(115)에 캐소드(118)의 적어도 일부와 애노드(158)의 적어도 일부가 잠긴다. 수계 전해질(115)로는 알칼리 용액이 사용될 수 있는데, 본 실시예에서는 4M의 수산화나트륨(NaOH) 또는 6M의 수산화칼륨(KOH)와 같은 강염기성 용액이 사용되는 것으로 설명한다. 수계 전해질(115)은 유입구(112)를 통해 유입되는 퍼징 질소 가스에 의해 질소로 포화된다.The aqueous electrolyte 115 is contained in the reaction space 111 and at least a portion of the cathode 118 and at least a portion of the anode 158 are immersed in the aqueous electrolyte 115. As the aqueous electrolyte 115, an alkaline solution can be used. In this embodiment, a strong basic solution such as 4M sodium hydroxide (NaOH) or 6M potassium hydroxide (KOH) is used. The aqueous electrolyte 115 is saturated with nitrogen by purging nitrogen gas flowing through the inlet 112.

캐소드(118)는 반응 공간(111)에서 수계 전해질(115)에 적어도 일부가 잠긴다. 캐소드(118)는 전기 회로를 형성하기 위한 전극으로서, 탄소 페이퍼, 탄소 섬유, 탄소 펠트, 탄소 천, 금속 폼, 금속박막, 또는 이들의 조합일 수 있으며, 백금 촉매도 사용될 수 있다. 촉매의 경우, 백금 촉매 외에 탄소 계열 촉매, 탄소-금속 계열 복합 촉매, 페로브스카이트 산화물 촉매 등 일반적으로 산소발생반응(HER) 촉매로 사용될 수 있는 다른 모든 촉매도 포함한다. 방전 시 캐소드(118)에서는 수소 발생 반응이 일어난다. 수소 발생 반응은 수계 전해질(115)이 질소 퍼징부(120)에 의해 질소로 포화된 상태에서 방전시 캐소드(118)에서 일어나며, 그 반응식은 다음 [반응식 1]과 같다.The cathode 118 is at least partially submerged in the aqueous electrolyte 115 in the reaction space 111. The cathode 118 may be a carbon paper, a carbon fiber, a carbon felt, a carbon cloth, a metal foil, a metal thin film, or a combination thereof, and a platinum catalyst may be used as an electrode for forming an electric circuit. In the case of the catalyst, in addition to the platinum catalyst, it includes all other catalysts that can be generally used as an oxygen generating reaction (HER) catalyst such as a carbon-based catalyst, a carbon-metal complex catalyst, and a perovskite oxide catalyst. During the discharge, a hydrogen generation reaction occurs in the cathode 118. The hydrogen generation reaction occurs in the cathode 118 when the water-based electrolyte 115 is discharged in a state of being saturated with nitrogen by the nitrogen purge portion 120, and the reaction formula thereof is as shown in the following Reaction Scheme 1.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

2H+(aq) + 2e- → H2(g)2H + (aq) + 2e - ? H 2 (g)

수계 전해질(115)에 산소가 존재하는 경우에는 방전시 다음 [반응식 2]와 같은 산소 환원 반응이 발생한다.When oxygen is present in the water-based electrolyte 115, an oxygen reduction reaction as shown in the following reaction formula (2) occurs at the time of discharge.

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

O2(g) + 2H2O(l) + 4e- → 4OH-(aq)O 2 (g) + 2H 2 O (1) + 4e - → 4OH - (aq)

하지만, 질소 퍼징에 의해 수계 전해질(115)에는 산소가 존재하지 않고 질소로 포화된 상태이므로, 캐소드(118)에서는 [반응식 2]와 같은 산소 환원 반응은 일어나지 않고, 수계 전해질(115)에 존재하는 수소 이온이 캐소드(118)의 전자와 결합하여 수소 가스를 발생시키는 [반응식 1]과 같은 반응이 일어나게 된다.However, since oxygen is not present in the water-based electrolyte 115 due to nitrogen purge and is saturated with nitrogen, the oxygen reduction reaction as shown in Reaction Scheme 2 does not occur in the cathode 118, A reaction as shown in Reaction Scheme 1 in which hydrogen ions combine with electrons of the cathode 118 to generate hydrogen gas is generated.

애노드(158)는 반응 공간(111)에서 수계 전해질(115)에 적어도 일부가 잠긴다. 애노드(158)는 전기 회로를 이루는 금속 재질의 전극으로서, 본 실시예에서는 애노드(158)로 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 아연(Zn)이 사용되는 것으로 설명한다. 방전 시 애노드(158)에서는 산화 반응이 일어나게 된다.The anode 158 is at least partially submerged in the aqueous electrolyte 115 in the reaction space 111. The anode 158 is an electrode made of a metal that forms an electric circuit. In this embodiment, the anode 158 is made of vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Ni), copper (Cu), aluminum (Al), or zinc (Zn) are used. During the discharge, an oxidation reaction occurs in the anode 158.

애노드(158)가 아연(Zn)인 경우에 애노드(158)에서는 다음 [반응식 3]과 같은 산화 반응이 이루어진다.When the anode 158 is zinc (Zn), an oxidation reaction as shown in the following Reaction Scheme 3 is performed on the anode 158.

[반응식 3][Reaction Scheme 3]

Zn → Zn2+ + 2e- Zn → Zn 2+ + 2e -

애노드(158)가 알루미늄(Al)인 경우에 애노드(158)에서는 다음 [반응식 4]와 같은 산화 반응이 이루어진다.In the case where the anode 158 is aluminum (Al), the oxidation reaction as shown in the following Reaction Scheme 4 is performed on the anode 158.

[반응식 4][Reaction Scheme 4]

Al → Al3+ + 3e- Al - > Al 3+ + 3e -

애노드(158)가 바나듐(V)인 경우에 애노드(158)에서는 다음 [반응식 5]와 같은 산화 반응이 이루어진다.When the anode 158 is vanadium (V), the oxidation reaction as shown in the following Reaction Scheme 5 is performed on the anode 158.

[반응식 5][Reaction Scheme 5]

V → V2+ + 2e- V? V 2+ + 2e -

애노드(158)가 크롬(Cr)인 경우에 애노드(158)에서는 다음 [반응식 6]와 같은 산화 반응이 이루어진다.When the anode 158 is chromium (Cr), an oxidation reaction as shown in the following Reaction Scheme 6 is performed on the anode 158.

[반응식 6][Reaction Scheme 6]

Cr → Cr3+ + 3e- Cr - > Cr < 3 + > + 3e -

애노드(158)가 망간(Mn)인 경우에 애노드(158)에서는 다음 [반응식 7]와 같은 산화 반응이 이루어진다.In the case where the anode 158 is manganese (Mn), the oxidation reaction as shown in the following Reaction Scheme 7 is performed on the anode 158.

[반응식 7][Reaction Scheme 7]

Mn → Mn2+ + 2e- Mn - Mn 2+ + 2e -

애노드(158)가 철(Fe)인 경우에 애노드(158)에서는 다음 [반응식 8]와 같은 산화 반응이 이루어진다.In the case where the anode 158 is iron (Fe), the oxidation reaction as shown in the following Reaction Scheme 8 is performed on the anode 158.

[반응식 8][Reaction Scheme 8]

Fe → Fe2+ + 2e- Fe - > Fe < 2 + > + 2e -

애노드(158)가 코발트(Co)인 경우에 애노드(158)에서는 다음 [반응식 9]와 같은 산화 반응이 이루어진다.In the case where the anode 158 is cobalt (Co), the oxidation reaction as shown in the following Reaction Scheme 9 is performed on the anode 158.

[반응식 9][Reaction Scheme 9]

Co → Co2+ + 2e- Co → Co 2+ + 2e -

애노드(158)가 니켈(Ni)인 경우에 애노드(158)에서는 다음 [반응식 10]와 같은 산화 반응이 이루어진다.In the case where the anode 158 is nickel (Ni), the oxidation reaction is performed in the anode 158 as shown in the following [Reaction Formula 10].

[반응식 10][Reaction Scheme 10]

Ni → Ni2+ + 2e- Ni - > Ni < 2 + > + 2e -

애노드(158)가 구리(Cu)인 경우에 애노드(158)에서는 다음 [반응식 11]와 같은 산화 반응이 이루어진다.When the anode 158 is copper (Cu), the oxidation reaction as shown in the following Reaction Scheme 11 is performed on the anode 158.

[반응식 11][Reaction Scheme 11]

Cu → Cu+ + e- Cu → Cu + + e -

질소 퍼징부(120)는 전지(100a)의 유입구(112)를 통해 수계 전해질(115)에 질소 가스를 공급하여 수계 전해질(115)을 질소로 퍼징한다. 질소 퍼징부(120)에 의해 수행되는 질소 퍼징에 의해 수계 전해질(115)에는 산소가 존재하지 않고 질소가 포화된다.The nitrogen purge part 120 supplies nitrogen gas to the aqueous electrolyte 115 through the inlet 112 of the battery 100a to purge the aqueous electrolyte 115 with nitrogen. Nitrogen is purged in the aqueous electrolyte 115 due to nitrogen purge performed by the nitrogen purge portion 120 without oxygen.

수소 저장부(130)에는 전지(100a)에서 생산되어서 배출구(113)를 통해 배출되는 수소 가스가 저장된다.The hydrogen storage part 130 stores hydrogen gas produced in the battery 100a and discharged through the discharge port 113. [

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지를 활용한 수소 생산 방법이 순서도로서 도시되어 있다. 도 2에 도시된 전지를 활용한 수소 생산 방법은 도 1에 도시된 수소 생산 장치(100)를 이용하므로, 도 1을 함께 참조하여 설명된다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a method for producing hydrogen using a battery according to an embodiment of the present invention. The hydrogen producing method using the battery shown in Fig. 2 uses the hydrogen producing apparatus 100 shown in Fig. 1 and therefore will be described with reference to Fig.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지를 활용한 수소 생산 방법은 도 1에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 전지를 준비하는 전지 준비 단계(S10)와, 전지 준비 단계(S10)를 통해 준비된 전지의 수계 전해질을 질소로 퍼징하여 수계 전해질에서 산소를 제거하고 수계 전해질을 질소로 포화시키는 질소 퍼징 단계(S20)와, 질소 퍼징 단계(S20)에 의해 전지의 수계 전해질이 질소로 포화된 상태에서 전지를 방전하여 수소를 생산하는 방전 단계(S30)를 포함한다.Referring to FIG. 2, a method for producing hydrogen using a battery according to an embodiment of the present invention includes preparing a battery having a structure as shown in FIG. 1 (S10), preparing a battery (S10) (S20) purging the water-based electrolyte of the prepared cell through nitrogen to remove oxygen from the water-based electrolyte and saturate the aqueous electrolyte with nitrogen, and nitrogen purging (S20) to saturate the aqueous electrolyte of the battery with nitrogen And a discharging step (S30) of discharging the battery to produce hydrogen.

전지 준비 단계(S10)에서는 도 1에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 전지(100a)가 준비된다. 전지 준비 단계(S10)에서 준비되는 전지(100a)의 수계 전해질(115)에는 산소가 포함된 상태이다. 전지(100a)의 구체적인 구성은 앞서서 설명된 바와 같다. 전지 준비 단계(S10)에 의해 전지(100a)가 준비된 후에는 질소 퍼징 단계(S20)가 수행된다.In the battery preparing step S10, a battery 100a having a configuration as shown in Fig. 1 is prepared. The aqueous electrolyte 115 of the battery 100a prepared in the battery preparation step S10 contains oxygen. The specific configuration of the battery 100a is as described above. After the battery 100a is prepared by the battery preparation step S10, the nitrogen purge step S20 is performed.

질소 퍼징 단계(S20)에서는 전지 준비 단계(S10)를 통해 준비된 전지의 수계 전해질을 질소로 퍼징한다. 질소 퍼징 단계(S20)는 도 1에 도시된 질소 퍼징부(120)를 이용하여 질소 가스가 전지(100a)의 유입구(112)를 통해 수계 전해질(115)로 유입됨으로써 수행된다. 질소 퍼징 단계(S20)를 통해 수계 전해질(115)에는 산소가 존재하지 않게 되고 수계 전해질(115)에는 질소가 포화된다. 질소 퍼징 단계(S20)에 의해 수계 전해질(115)이 질소로 포화된 후에는 방전 단계(S30)가 수행된다. 상기 질소 퍼징 단계(S20)는 수계 전해질(115)에 산소가 제거되고 질소가 수계 전해질(115)에 포화될 때까지 수행된다.In the nitrogen purging step (S20), the aqueous electrolyte of the battery prepared through the battery preparation step (S10) is purged with nitrogen. The nitrogen purging step S20 is performed by introducing nitrogen gas into the aqueous electrolyte 115 through the inlet 112 of the cell 100a using the nitrogen purge unit 120 shown in FIG. Through the nitrogen purge step S20, oxygen is not present in the aqueous electrolyte 115 and nitrogen is saturated in the aqueous electrolyte 115. After the water-based electrolyte 115 is saturated with nitrogen by the nitrogen purging step (S20), the discharging step (S30) is performed. The nitrogen purging step (S20) is performed until oxygen is removed from the aqueous electrolyte (115) and nitrogen is saturated with the aqueous electrolyte (115).

방전 단계(S30)에서는 질소 퍼징 단계(S20)에 의해 전지(100a)의 수계 전해질(115)이 산소 없이 질소로 포화된 상태에서 전지(100a)가 방전된다. 방전 단계(S30)에서 수계 전해질(115)에는 질소로 포화되어서 산소가 존재하지 않으므로, 캐소드(118)에서는 산소 환원 반응을 일어나지 않고 상술한 [반응식 1]과 같은 반응이 일어나서 수소 가스가 생산된다. In the discharging step S30, the battery 100a is discharged in a state where the aqueous electrolyte 115 of the battery 100a is saturated with nitrogen without oxygen by the nitrogen purge step S20. In the discharge step S30, since the oxygen in the aqueous electrolyte 115 is saturated with nitrogen and no oxygen is present, the oxygen reduction reaction does not occur in the cathode 118, and the reaction as shown in the above-mentioned Reaction Scheme 1 occurs to produce hydrogen gas.

이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100 : 수소 발생 장치 100a : 전지
110 : 반응 용기 111 : 반응 공간
112 : 유입구 113 : 배출구
115 : 수계 전해질 118 : 캐소드
120 : 질소 퍼징부 130 : 수소 저장부100: hydrogen generator 100a: battery
110: reaction vessel 111: reaction space
112: inlet 113: outlet
115: aqueous electrolyte 118: cathode
120: nitrogen purge part 130: hydrogen storage part

Claims (7)

내부에 반응 공간을 제공하는 반응 용기와, 상기 반응 공간에 수용되는 염기성 용액의 수계 전해질과, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠기는 캐소드와, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠기는 금속 재질의 애노드를 구비하는 전지;
상기 반응공간에서 생성된 수소 가스가 상기 반응 용기로부터 배출되어서 저장되는 수소 저장부; 및
상기 수계 전해질을 질소로 퍼징하는 질소 퍼징부를 포함하며,
상기 전지는 상기 수계 전해질이 상기 질소 퍼징부에 의해 질소로 포화되고 상기 수계 전해질 내 산소가 제거되어서 방전시 상기 캐소드에서는 산소 환원 반응이 일어나지 않고 상기 수계 전해질에 존재하는 수소 이온이 상기 캐소드에서 공급되는 전자와 결합하여 수소 가스를 발생시키는 수소발생반응만이 일어나는 전지를 활용한 수소 생산 장치.A reaction chamber in which a reaction space is provided, an aqueous electrolyte of a basic solution accommodated in the reaction space, a cathode at least partially immersed in the aqueous electrolyte in the reaction space, and at least a portion of the aqueous electrolyte in the reaction space 1. A battery comprising: a battery;
A hydrogen storage part in which hydrogen gas generated in the reaction space is discharged from the reaction vessel and stored; And
And a nitrogen purging unit for purging the aqueous electrolyte with nitrogen,
In the battery, the aqueous electrolyte is saturated with nitrogen by the nitrogen purge part, and oxygen in the aqueous electrolyte is removed, so that oxygen is not reduced in the cathode at the time of discharge, and hydrogen ions existing in the aqueous electrolyte are supplied from the cathode A hydrogen production device utilizing a cell in which only a hydrogen generation reaction occurs, which generates hydrogen gas in association with electrons. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 수계 전해질은 수산화나트륨 수용액 또는 수산화칼륨 수용액인 전지를 활용한 수소 생산 장치.The method according to claim 1,
Wherein the aqueous electrolyte is an aqueous solution of sodium hydroxide or an aqueous solution of potassium hydroxide. 청구항 1에 있어서,
상기 애노드의 재질은 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 아연(Zn)인 전지를 활용한 수소 생산 장치.The method according to claim 1,
The material of the anode is selected from the group consisting of vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu) A hydrogen production device utilizing a battery. 삭제delete 내부에 반응 공간을 제공하는 반응 용기와, 상기 반응 공간에 수용되는 염기성 용액의 수계 전해질과, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠기는 캐소드와, 상기 반응 공간에서 상기 수계 전해질에 적어도 일부가 잠기는 금속 재질의 애노드를 구비하는 전지를 준비하는 전지 준비 단계;
상기 전지 준비 단계를 통해 준비된 상기 전지의 상기 수계 전해질에서 산소가 제거되고 상기 수계 전해질에 질소가 포화될 때까지 상기 수계 전해질을 질소로 퍼징하는 질소 퍼징 단계; 및
상기 질소 퍼징 단계가 수행된 후 상기 전지를 방전시키는 방전 단계를 포함하며,
상기 방전 단계에서 상기 캐소드에서는 산소 환원 반응이 일어나지 않고 상기 수계 전해질에 존재하는 수소 이온이 상기 캐소드에서 공급되는 전자와 결합하여 수소 가스를 발생시키는 수소발생반응만이 일어나는 전지를 활용한 수소 생산 방법.A reaction chamber in which a reaction space is provided, an aqueous electrolyte of a basic solution accommodated in the reaction space, a cathode at least partially immersed in the aqueous electrolyte in the reaction space, and at least a portion of the aqueous electrolyte in the reaction space A battery preparing step of preparing a battery having an anode made of a metal that is locked;
A nitrogen purge step of purging the aqueous electrolyte with nitrogen until the oxygen in the aqueous electrolyte of the battery prepared through the battery preparation step is removed and the nitrogen in the aqueous electrolyte is saturated; And
And a discharging step of discharging the battery after the nitrogen purge step is performed,
Wherein a hydrogen generation reaction is performed only in the discharging step in which the hydrogen reduction reaction does not occur in the cathode and hydrogen ions present in the aqueous electrolyte are combined with electrons supplied from the cathode to generate hydrogen gas. 삭제delete
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