KR102116043B1 - Electrochemical flow cell and system for the in-situ/operando electrochemical analysis using the same - Google Patents

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Abstract

전기화학적 흐름 전지 및 이를 이용한 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템이 제공된다. 상기 전기화학적 흐름 전지 및 이를 이용한 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템은 기존의 전기화학용 3전극 시스템과 달리 전극 및 촉매에서 발생되는 생성물 특히 기체 등을 바로 흘려 보내주어 생성물과 상관 없이 전기화학적 특성과 내구성을 확인할 수 있고 미세유로를 사용하여 반응 후 나오는 전해질을 분석장비와 연계, 실시간으로 측정하여 전극에서 생성되는 생성물 및 반응 후 녹아 나오는 전극 물질들을 매우 높은 감도로 실시간 분석을 진행 할 수 있다.An electrochemical flow battery and a real-time electrochemical characteristic analysis system using the same are provided. Unlike the conventional three-electrode system for electrochemistry, the electrochemical flow battery and the real-time electrochemical characteristic analysis system using the same flow directly through the product generated from the electrode and the catalyst, especially gas, so that the electrochemical properties and durability are irrespective of the product. It is possible to check and use the micro flow path to measure the electrolyte produced after the reaction in real time by linking it with the analytical equipment, and conduct the real-time analysis of the product generated from the electrode and the electrode materials dissolved after the reaction with very high sensitivity.

Figure R1020180107891
Figure R1020180107891

Description

전기화학적 흐름 전지 및 이를 이용한 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템{Electrochemical flow cell and system for the in-situ/operando electrochemical analysis using the same}Electrochemical flow cell and real-time electrochemical characteristic analysis system using the same {Electrochemical flow cell and system for the in-situ / operando electrochemical analysis using the same}

전기화학적 흐름 전지 및 이를 이용한 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템에 관한 것이다.An electrochemical flow battery and a real-time electrochemical characteristic analysis system using the same.

일반적으로 전기화학적 분석은 작업전극 (working electrode), 기준전극 (reference electrode), 상대전극 (counter electrode)이 연결되어 있는 3전극 시스템에서 이루어진다. 작업전극은 측정하고자 하는 전극 물질이 있는 전극으로 전기화학적 반응성이 떨어지는 Glassy carbon 위에 전극 촉매를 올려서 분석한다. 기준 전극의 경우 작업전극의 전압을 절대적 수치로 측정하기 위해 사용되며 일반적으로 전기화학 반응 시 전압이 크게 변하지 않는 물질로 이루어진 전극을 기준전극으로 사용하게 된다. 상대전극은 작업전극의 반응을 완결하기 위해 사용하는 전극으로, 작업전극이 산화가 일어날 경우 상대전극은 환원 반응이, 작업전극이 환원 반응이 일어날 경우 상대전극은 산화 반응이 일어나며, 일반적으로 백금, 흑연 등의 전도성 물질이 많이 사용된다.In general, electrochemical analysis is performed in a three-electrode system in which a working electrode, a reference electrode, and a counter electrode are connected. The working electrode is an electrode that contains the electrode material to be measured and is analyzed by placing an electrode catalyst on glassy carbon, which has poor electrochemical reactivity. In the case of the reference electrode, it is used to measure the voltage of the working electrode as an absolute value. In general, an electrode made of a material whose voltage does not significantly change during an electrochemical reaction is used as a reference electrode. The counter electrode is an electrode used to complete the reaction of the working electrode. When the working electrode is oxidized, the counter electrode undergoes a reduction reaction, and when the working electrode undergoes a reduction reaction, the counter electrode undergoes an oxidation reaction. Conductive materials such as graphite are often used.

일반적으로 전극 촉매의 전기화학적 특성 분석 시 대상 촉매 물질의 전기화학적 활성 및 내구성은 촉매가 적용되는 시스템의 상용화를 위해 매우 중요한 검증 요소이다. 이중 촉매의 내구성 분석은 전기화학 반응에 의한 생성 물질(예: 기체, 유기물 등)의 영향을 받아 정확한 전기화학적 신호를 얻을 수 없다. 특히, 산소 기체를 발생시키는 수전해 반응의 경우, 생성되는 기포가 전극 표면을 덮고, 이로 인해 높은 과전압이 전극에 인가되어 전극 촉매 지지체로 사용되는 탄소 종이 (carbon paper)가 산화될 수 있다. 이러한 전극 지지체의 부식은 전극의 활성 표면적을 감소시킴은 물론 전극 촉매의 물리적 떨어짐 현상을 발생시킨다. 또한, 높은 과전압은 전극 촉매의 용해 현상을 가속화 시키며, 이를 통해 전체적인 전극 촉매의 활성 및 내구성 저하를 야기시킨다. In general, when analyzing the electrochemical properties of the electrode catalyst, the electrochemical activity and durability of the target catalyst material are very important verification factors for commercialization of the system to which the catalyst is applied. Analysis of the durability of the double catalyst is not possible to obtain an accurate electrochemical signal due to the influence of the product (eg, gas, organic matter, etc.) generated by the electrochemical reaction. In particular, in the case of a water electrolysis reaction generating oxygen gas, the generated bubbles cover the electrode surface, whereby a high overvoltage is applied to the electrode, whereby carbon paper used as an electrode catalyst support can be oxidized. Corrosion of the electrode support not only reduces the active surface area of the electrode, but also causes a physical fall of the electrode catalyst. In addition, the high overvoltage accelerates the dissolution phenomenon of the electrode catalyst, thereby causing a decrease in the overall activity and durability of the electrode catalyst.

이러한 이유로 기체가 발생하는 전기화학 촉매의 활성 및 내구성 분석은 회전원판전극(rotating disk electrode, RDE) 시스템에서 진행되기도 한다. 그러나 상기 RDE 시스템의 전극은 값이 매우 비싸고 전극의 한가운데에서 발생한 기체는 전극이 회전하더라도 제거가 되지 않은 경우가 많아 정확한 전기화학적 신호를 측정하는 것이 어렵다.For this reason, the analysis of the activity and durability of the gas-generating electrochemical catalyst may be conducted in a rotating disk electrode (RDE) system. However, the electrode of the RDE system is very expensive, and gas generated in the middle of the electrode is often not removed even if the electrode is rotated, so it is difficult to measure an accurate electrochemical signal.

최근 연구 경향을 보면, 단순히 3전극 시스템을 통한 전기화학적 분석 이외에도 분석장비를 연계하여 전기화학 반응의 생성물 또는 전극에서 용해되거나 이온화되는 촉매들을 실시간 정량 분석하는 연구가 활발히 진행중이며, 이를 통해 촉매의 활성 및 내구성 저하 메커니즘을 분석하고 있다. 그러나, 일반적인 3전극 전기화학 셀의 경우 분석장비와 연계하는 것이 용이하지 않으며, 한 반응기 안에서 생성물과 반응물이 섞이기 때문에, 측정하고자 하는 물질이 언제 생성되었는지 확인할 수 없다.In view of recent research trends, research is being actively conducted in real-time quantitative analysis of catalysts dissolved or ionized in the product or electrode of an electrochemical reaction in addition to electrochemical analysis through a three-electrode system, through which the catalyst is activated. And durability reduction mechanisms. However, in the case of a general three-electrode electrochemical cell, it is not easy to link with analytical equipment, and since a product and a reactant are mixed in one reactor, it is impossible to check when a substance to be measured is produced.

따라서, 전기화학 반응 생성물의 영향을 받지 않고 분석장비가 연계된 전극 촉매의 전기화학적 특성을 장시간 안정적으로 실시간 분석할 수 있는 시스템 개발이 요구된다.Accordingly, there is a need to develop a system capable of stably real-time analysis of the electrochemical properties of an electrode catalyst linked with analytical equipment without being affected by an electrochemical reaction product.

본 발명의 일 측면은 전기화학 반응 생성물의 영향을 받지 않고 전극 촉매의 전기화학적 특성을 장시간 안정적으로 실시간 분석할 수 있는 전기화학적 흐름 전지를 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide an electrochemical flow battery capable of stably real-time analysis of the electrochemical properties of an electrode catalyst for a long time without being affected by an electrochemical reaction product.

본 발명의 다른 측면은 분석장비가 연계된, 상기 전기화학적 흐름 전지를 포함하는 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a real-time electrochemical property analysis system including the electrochemical flow cell, which is connected with analytical equipment.

본 발명의 일 측면에서는, In one aspect of the invention,

전방부재;Front member;

상기 전방부재의 후방에 배치되는 후방부재;A rear member disposed behind the front member;

상기 전방부재와 상기 후방부재 사이에 배치되며, 전해질이 흐르는 전해질 흐름 공간이 형성된 중간부재;An intermediate member disposed between the front member and the rear member and having an electrolyte flow space through which electrolyte flows;

전해질과 접촉하는 기준전극을 구비한 기준전극부;A reference electrode unit having a reference electrode in contact with the electrolyte;

전해질과 접촉하는 상대전극을 구비한 상대전극부;A counter electrode unit having a counter electrode in contact with the electrolyte;

전해질과 접촉하는 작동전극과, 상기 작동전극에 접속하는 작동전극 접속부를 구비하는 작동전극부;A working electrode part having a working electrode contacting the electrolyte and a working electrode connecting part connected to the working electrode;

상기 전해질 흐름 공간에 전해질을 도입하는 전해질 도입부;An electrolyte introduction unit for introducing an electrolyte into the electrolyte flow space;

상기 전해질 흐름 공간으로부터 전해질이 배출되는 전해질 배출부; An electrolyte discharge part through which electrolyte is discharged from the electrolyte flow space;

상기 전방부재와 상기 후방부재 중 어느 하나에 상기 제2공간에 대응되는 부분에 형성된 음압 작용홀;A negative pressure action hole formed in a portion corresponding to the second space in any one of the front member and the rear member;

상기 음압 작용홀에 대응되는 위치에 배치된 다공성 부재; 및A porous member disposed at a position corresponding to the negative pressure action hole; And

상기 음압 작용홀에 연결되어 상기 음압 작용홀에 음압을 작용하도록 하는 음압 배출부를 포함하며,It is connected to the negative pressure acting hole and includes a negative pressure discharge portion to act on the negative pressure acting hole,

상기 전해질 흐름 공간은,The electrolyte flow space,

상기 기준전극과 접촉하는 전해질이 배치된 제1공간;A first space in which an electrolyte in contact with the reference electrode is disposed;

상기 작동전극과 접촉하는 전해질이 배치되며, 상기 음압 작용홀에 대응되는 위치에 형성된 제2공간; 및An electrolyte in contact with the working electrode, and a second space formed at a position corresponding to the negative pressure action hole; And

상기 상대전극과 접촉하는 전해질이 배치되는 제3공간을 포함하는 전기화학적 흐름 전지가 제공된다.An electrochemical flow battery is provided that includes a third space in which an electrolyte in contact with the counter electrode is disposed.

본 발명의 다른 측면에서는,In another aspect of the invention,

상기 전기화학적 흐름 전지를 포함하는 분석장비 연계 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템이 제공된다.A real-time electrochemical characteristic analysis system in connection with analysis equipment including the electrochemical flow battery is provided.

일 구현예에 따른 전기화학적 흐름 전지 및 이를 이용한 분석장비 연계 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템은 기존의 전기화학용 3전극 시스템과 달리 전극 및 촉매에서 발생되는 생성물 특히 기체 등을 바로 흘려 보내주어 생성물과 상관 없이 전기화학적 특성과 내구성을 확인할 수 있고 미세유로를 사용하여 반응 후 나오는 전해질을 실시간으로 측정하여 전극에서 생성되는 생성물 및 반응 후 녹아 나오는 전극 물질들을 매우 높은 감도로 실시간 분석을 진행 할 수 있다.The real-time electrochemical characteristics analysis system in connection with an electrochemical flow battery and analytical equipment according to an embodiment, unlike a conventional three-electrode system for electrochemistry, directly flows products generated from electrodes and catalysts, particularly gases, and correlates with the product It is possible to check the electrochemical properties and durability without using it, and to measure the electrolyte produced after the reaction in real time using a micro-channel, it is possible to conduct a real-time analysis of the product generated from the electrode and the electrode materials dissolved after the reaction with very high sensitivity.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지의 전면을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지의 후면을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지의 개략적인 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지의 개략적인 단면도를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지를 포함하는 분석장비 연계 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템에 대한 개략적인 도면이다.
도 6은 실시예 1, 평가예 1에 따라 상용 백금과 코발트 합금 촉매의 순환전위법 (CV) 적용 내구성 평가에 있어, 순환 횟수에 따른 CV 그래프이다.
도 7은 실시예 1, 평가예 1 및 평가예 2에 따라 상용 백금코발트 합금 촉매의 내구성 테스트 시 실시간으로 전해액내 코발트 이온 농도를 ICP를 사용하여 측정한 그래프 이다.
도 8은 실시예 1, 평가예 1 및 평가예 2에 따라 상용 백금코발트 합금 촉매의 내구성 테스트 시 실시간으로 전해액내 백금 이온 농도를 ICP를 사용하여 측정한 그래프 이다.
도 9는 실시예 2, 평가예 3에 따른 니켈 촉매의 전기화학 평가 시 실시간으로 ICP를 사용하여 측정된 전해 용액 내 니켈 이온 농도 그래프이다.
도 10a 및 도 10b는 실시예 3, 평가예 4에 따른 백금 촉매의 전기화학적 평가시 암모니아의 유무에 따라 실시간으로 측정된 전해 용액 내 백금 이온 농도 및 전압변화 그래프이다.1 is a schematic perspective view showing a front surface of an electrochemical flow battery according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic perspective view showing the back of the electrochemical flow cell for an embodiment of the present invention.
3 is a schematic exploded perspective view of an electrochemical flow cell for an embodiment of the present invention.
4 is a schematic cross-sectional view of an electrochemical flow cell for an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram of a real-time electrochemical characteristic analysis system in connection with analytical equipment including an electrochemical flow battery according to an embodiment of the present invention.
6 is a CV graph according to the number of cycles in evaluating durability of commercial platinum and cobalt alloy catalysts using cyclic potential (CV) according to Example 1 and Evaluation Example 1.
7 is a graph measuring the concentration of cobalt ions in an electrolyte in real time using ICP during durability test of a commercial platinum cobalt alloy catalyst according to Example 1, Evaluation Example 1, and Evaluation Example 2.
8 is a graph measuring platinum ion concentration in an electrolyte in real time using ICP when testing durability of a commercial platinum cobalt alloy catalyst according to Example 1, Evaluation Example 1, and Evaluation Example 2.
9 is a graph of nickel ion concentration in an electrolytic solution measured using ICP in real time during the electrochemical evaluation of the nickel catalyst according to Example 2 and Evaluation Example 3.
10A and 10B are graphs of platinum ion concentration and voltage change in an electrolytic solution measured in real time depending on the presence or absence of ammonia in the electrochemical evaluation of the platinum catalyst according to Example 3 and Evaluation Example 4.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학적 흐름 전지 및 이를 이용한 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, an electrochemical flow battery according to an embodiment of the present invention and a real-time electrochemical characteristic analysis system using the same will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명의 일 구현예에 따른 전기화학적 흐름 전지는,Electrochemical flow battery according to an embodiment of the present invention,

전방부재;Front member;

상기 전방부재의 후방에 배치되는 후방부재;A rear member disposed behind the front member;

상기 전방부재와 상기 후방부재 사이에 배치되며, 전해질이 흐르는 전해질 흐름 공간이 형성된 중간부재;An intermediate member disposed between the front member and the rear member and having an electrolyte flow space through which electrolyte flows;

전해질과 접촉하는 기준전극을 구비한 기준전극부;A reference electrode unit having a reference electrode in contact with the electrolyte;

전해질과 접촉하는 상대전극을 구비한 상대전극부;A counter electrode unit having a counter electrode in contact with the electrolyte;

전해질과 접촉하는 작동전극과, 상기 작동전극에 접속하는 작동전극 접속부를 구비하는 작동전극부;A working electrode part having a working electrode contacting the electrolyte and a working electrode connecting part connected to the working electrode;

상기 전해질 흐름 공간에 전해질을 도입하는 전해질 도입부;An electrolyte introduction unit for introducing an electrolyte into the electrolyte flow space;

상기 전해질 흐름 공간으로부터 전해질이 배출되는 전해질 배출부; An electrolyte discharge part through which electrolyte is discharged from the electrolyte flow space;

상기 전방부재와 상기 후방부재 중 어느 하나에 상기 제2공간에 대응되는 부분에 형성된 음압 작용홀;A negative pressure action hole formed in a portion corresponding to the second space in any one of the front member and the rear member;

상기 음압 작용홀에 대응되는 위치에 배치된 다공성 부재; 및A porous member disposed at a position corresponding to the negative pressure action hole; And

상기 음압 작용홀에 연결되어 상기 음압 작용홀에 음압을 작용하도록 하는 음압 배출부를 포함하며,It is connected to the negative pressure acting hole and includes a negative pressure discharge portion to act on the negative pressure acting hole,

상기 전해질 흐름 공간은,The electrolyte flow space,

상기 기준전극과 접촉하는 전해질이 배치된 제1공간;A first space in which an electrolyte in contact with the reference electrode is disposed;

상기 작동전극과 접촉하는 전해질이 배치되며, 상기 음압 작용홀에 대응되는 위치에 형성된 제2공간; 및An electrolyte in contact with the working electrode, and a second space formed at a position corresponding to the negative pressure action hole; And

상기 상대전극과 접촉하는 전해질이 배치되는 제3공간을 포함한다.And a third space in which an electrolyte in contact with the counter electrode is disposed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지의 전면을 도시한 개략적인 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지의 후면을 도시한 개략적인 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지의 개략적인 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지의 개략적인 단면도를 도시한 도면이다.1 is a schematic view showing the front surface of an electrochemical flow cell for an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic view showing the rear surface of an electrochemical flow cell for an embodiment of the present invention, 3 is a schematic exploded perspective view of an electrochemical flow battery for an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an electrochemical flow battery for an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 4을 참조하면, 본 실시예에 따른 전기화학적 흐름 전지(100)는, 전방부재(110), 후방부재(120), 중간부재(130), 기준전극부(140), 상대전극부(150), 작동전극부(160), 전해질 도입부(170), 전해질 배출부(180), 음압 배출부(190)를 포함한다. 1 to 4, the electrochemical flow battery 100 according to the present embodiment includes a front member 110, a rear member 120, an intermediate member 130, a reference electrode unit 140, and a counter electrode. It includes a part 150, a working electrode part 160, an electrolyte introduction part 170, an electrolyte discharge part 180, and a negative pressure discharge part 190.

전해질은 액체 전해질이며, 예를 들어 수계 전해질일 수 있다.The electrolyte is a liquid electrolyte, and may be, for example, an aqueous electrolyte.

전기화학적 흐름 전지(100)의 소재는 전기가 통하지 않는 물질을 사용하여 다양한 pH 조건의 전해질에서 평가가 가능하도록 내산성, 내염기성을 가지는 것이 바람직하다.It is preferable that the material of the electrochemical flow battery 100 has acid resistance and basic resistance so that it can be evaluated in electrolytes of various pH conditions using a material that does not conduct electricity.

전방부재(110)는 전기화학적 흐름 전지(100)의 부분 중 앞쪽에 배치되는 부분으로서, 원형 판상의 형상을 가지고 있다.The front member 110 is a part disposed at the front of the parts of the electrochemical flow battery 100 and has a circular plate shape.

본 실시예에 따른 전방부재(110)는 원형 판상의 형상을 가지고 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 전방부재의 형상에는 특별한 제한이 없다. 예를 들면 본 발명에 따른 전방부재의 형상은 사각형 판상의 형상을 가질 수도 있다.The front member 110 according to the present embodiment has a circular plate shape, but the present invention is not limited thereto. That is, there is no particular limitation on the shape of the front member according to the present invention. For example, the shape of the front member according to the present invention may have a shape of a square plate.

일 실시예에 따르면, 전방부재(110)에는 음압 작용홀(111)이 형성되고, 음압 작용홀(111)에 대응되는 부분에는 다공성 부재(112)가 배치되어 있을 수 있다. 이를 위해 전방부재(110)에는 다공성 부재(112)가 배치되는 다공성 부재 수용부(114)가 형성될 수 있다. 아울러, 전방부재(110)는 2개의 광투과부(113)를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the negative pressure action hole 111 is formed in the front member 110, and the porous member 112 may be disposed in a portion corresponding to the negative pressure action hole 111. To this end, the porous member accommodating portion 114 on which the porous member 112 is disposed may be formed on the front member 110. In addition, the front member 110 may include two light transmitting portions 113.

대안적으로는, 후방부재(120)에 음압 작용홀(111)이 형성되고, 음압 작용홀(111)에 대응되는 부분에 다공성 부재(112)가 배치되어 있을 수 있다. 이를 위해 후방부재(120)에 다공성 부재(112)가 배치되는 다공성 부재 수용부(114)가 형성될 수 있다.Alternatively, the negative pressure action hole 111 is formed in the rear member 120, and the porous member 112 may be disposed in a portion corresponding to the negative pressure action hole 111. To this end, the porous member receiving portion 114 in which the porous member 112 is disposed on the rear member 120 may be formed.

전방부재(110)의 음압 작용홀(111)은, 작동전극부(160)의 작동전극(161)에서 생성된 기체가 음압(陰壓)에 의해 배출되는 곳이다. 음압 작용홀(111)은 음압 배출부(190)와 연결되어 있고, 음압 배출부(190)는 진공 펌프 또는 부압 파이프 등에 연결되어 있어, 그 내부로 음압이 작용하도록 구성되어 있다. 전기화학 반응에 의해 작동전극(161)에서 생성된 기체는 음압 작용에 의해 제2공간(131b)으로부터 다공성 부재(113)을 통과한 후, 음압 작용홀(111)을 통해 음압 배출부(190)로 배출되게 된다. 작동전극(161)이 있는 제2공간(131b)으로부터 기체를 제거해 줌으로써, 흐름 전지(100)에서 나오는 기체로 인해 전해질 분석이 방해 받지 않도록 할 수 있다.The negative pressure action hole 111 of the front member 110 is a place where gas generated at the working electrode 161 of the working electrode unit 160 is discharged by negative pressure. The negative pressure acting hole 111 is connected to the negative pressure discharge part 190, and the negative pressure discharge part 190 is connected to a vacuum pump or a negative pressure pipe, and is configured to operate negative pressure therein. The gas generated in the working electrode 161 by the electrochemical reaction passes through the porous member 113 from the second space 131b by the negative pressure action, and then the negative pressure discharge unit 190 through the negative pressure action hole 111. Is discharged. By removing the gas from the second space 131b with the working electrode 161, it is possible to prevent the electrolyte analysis from being disturbed due to the gas from the flow cell 100.

다공성 부재(112)는 다공성 필름으로 구성될 수 있다. 다공성 부재(112)는 기체를 통과시키지만, 전해질을 통과시키지 않는 구조 및/또는 재질로 되어 있어, 중간부재(130)의 제2공간(131b)에 존재하는 전해질은 외부로 유출되지 않는다. 다공성 필름(112)은 수계 전해질에 젖지 않도록 발수성의 다공성 필름일 수 있으며, 예를 들어 다공성의 불소수지 필름이 사용될 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 다공성의 PTFE (polytetrafluoroethylene) 필름이 사용될 수 있다.The porous member 112 may be made of a porous film. The porous member 112 passes through the gas, but is made of a structure and / or material that does not pass the electrolyte, so that the electrolyte present in the second space 131b of the intermediate member 130 does not flow out. The porous film 112 may be a water-repellent porous film so as not to get wet with the aqueous electrolyte, and for example, a porous fluororesin film may be used. Specifically, for example, a porous PTFE (polytetrafluoroethylene) film may be used.

전방부재(110) 또는 후방부재(120)는 광투과부(113)를 포함할 수 있다. 광투과부(113)는 중간부재(130)의 제1공간(131a) 및 제3공간(131c)에 대응하는 위치에 각각 배치될 수 있으며, 어느 한 쪽에만 배치될 수도 있다. 광투과부(113)를 통해 제1공간(131a), 제3공간(131c)에 배치된 전극의 상태 및 전기화학 반응을 육안으로 관찰할 수 있고, 발생한 기체로 인해 전해질의 흐름이 방해되는지 여부 등을 확인할 수 있다. 광투과부(113)는 제1공간(131a), 제3공간(131c)을 볼 수 있도록 투명하거나 반투명 상태여도 좋다. 광투과부(113)은 유리, 플라스틱, 합성소재 등의 광투과성 소재로 이루어질 수 있다.The front member 110 or the rear member 120 may include a light transmitting portion 113. The light transmitting portion 113 may be disposed at positions corresponding to the first space 131a and the third space 131c of the intermediate member 130, respectively, or may be disposed on only one side. The state of the electrodes and the electrochemical reactions of the electrodes disposed in the first space 131a and the third space 131c can be observed with the naked eye through the light transmission part 113, and whether the flow of the electrolyte is blocked due to the generated gas, etc. can confirm. The light transmitting portion 113 may be in a transparent or translucent state so that the first space 131a and the third space 131c are visible. The light transmitting portion 113 may be made of a light transmitting material such as glass, plastic, and synthetic materials.

대안적으로는, 광투과부(113)는 구멍의 형상을 가지고, 전방부재(110) 또는 후방부재(120)에서 광투과부에 대응되는 위치에 광투과성 부재 수용부가 형성되고, 여기에 광투과성 부재가 배치될 수 있다. 광투과성 부재가 배치된 광투과부를 통해 제1공간(131a), 제3공간(131c)에 존재하는 전해질의 유출을 방지하면서, 전극의 상태 및 전기화학 반응을 관찰할 수 있다. Alternatively, the light transmitting portion 113 has a shape of a hole, and a light transmitting member receiving portion is formed at a position corresponding to the light transmitting portion in the front member 110 or the rear member 120, where the light transmitting member is Can be deployed. The state of the electrode and the electrochemical reaction can be observed while preventing the leakage of the electrolytes present in the first space 131a and the third space 131c through the light transmitting part where the light transmissive member is disposed.

본 실시예에 따른 전방부재(110)는 광투과부(113)가 배치되어 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따른 전방부재에는 광투과부가 배치되어 있지 않을 수 있다.The front member 110 according to the present embodiment is provided with a light transmitting portion 113, but the present invention is not limited thereto. That is, the light transmitting portion may not be disposed on the front member according to the present invention.

한편, 후방부재(120)는 전방부재(110)의 후방에 배치된다.Meanwhile, the rear member 120 is disposed behind the front member 110.

본 실시예에 따른 후방부재(120)는 원형 판상의 형상을 가지고 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 후방부재의 형상에는 특별한 제한이 없다. 예를 들면, 본 발명에 따른 후방부재의 형상은 사각형 판상의 형상을 가질 수도 있다.The rear member 120 according to the present embodiment has a circular plate shape, but the present invention is not limited thereto. That is, the shape of the rear member according to the present invention is not particularly limited. For example, the shape of the rear member according to the present invention may have a shape of a square plate.

후방부재(120)에는 기준전극부 설치구멍(121), 상대전극부 설치구멍(122), 작동전극접속부 설치구멍(123)이 형성되는데, 여기에 각각 기준전극부(140), 상대전극부(150), 작동전극접속부(162)가 설치된다. 여기서, 기준전극부 설치구멍(121), 상대전극부 설치구멍(122), 작동전극접속부 설치구멍(123)의 내주에는 나사가 형성되는 것이 바람직한데, 그 경우 기준전극 지지부(142), 상대전극 지지부(152), 작동전극 접속부(162)의 외주면들에도 나사가 형성되어 서로 나사결합됨으로써, 기준전극부(140), 상대전극부(150), 작동전극접속부(162)가 단단하게 체결되고, 나아가 기준전극부 설치구멍(121), 상대전극부 설치구멍(122), 작동전극접속부 설치구멍(123)을 통한 전해질의 유출을 방지할 수 있다.The rear member 120 is formed with a reference electrode unit installation hole 121, a counter electrode unit installation hole 122, and a working electrode connection unit installation hole 123, wherein the reference electrode unit 140 and the counter electrode unit ( 150), the working electrode connecting portion 162 is installed. Here, it is preferable that a screw is formed on the inner circumference of the reference electrode portion installation hole 121, the counter electrode portion installation hole 122, and the working electrode connection portion installation hole 123. In this case, the reference electrode support portion 142, the counter electrode Screws are also formed on the outer circumferential surfaces of the support part 152 and the working electrode connecting part 162, so that the reference electrode part 140, the counter electrode part 150, and the working electrode connecting part 162 are tightly fastened, Furthermore, it is possible to prevent leakage of electrolyte through the reference electrode portion installation hole 121, the counter electrode portion installation hole 122, and the working electrode connection portion installation hole 123.

본 실시예에 따른 후방부재(120)에는 기준전극부 설치구멍(121), 상대전극부 설치구멍(122), 작동전극접속부 설치구멍(123)이 형성되지만 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따르면 후방부재(120)에 기준전극부 설치구멍(121), 상대전극부 설치구멍(122), 작동전극접속부 설치구멍(123)이 설치되지 않을 수 있으며, 그 경우 기준전극부 설치구멍(121), 상대전극부 설치구멍(122), 작동전극접속부 설치구멍(123)은 전방부재(110)에 설치되거나, 또는 이들 중 일부는 후방부재(120)에 나머지는 전방부재(110)에 설치될 수 있다.In the rear member 120 according to the present embodiment, the reference electrode portion installation hole 121, the counter electrode portion installation hole 122, and the working electrode connection portion installation hole 123 are formed, but the present invention is not limited thereto. That is, according to the present invention, the reference electrode portion installation hole 121, the counter electrode portion installation hole 122, and the working electrode connection portion installation hole 123 may not be installed in the rear member 120. In this case, the reference electrode portion is installed. The hole 121, the counter electrode portion installation hole 122, and the working electrode connection portion installation hole 123 are installed in the front member 110, or some of them are provided in the rear member 120 and the other is the front member 110. Can be installed on.

한편, 기준전극부(140), 작동전극부(160), 상대전극부(150)는 각 전기화학 반응에 따라 다르게 적용될 수 있으므로, 흐름 전지에 탈부착이 가능하도록 함으로써 각 전극을 교체할 수 있다.On the other hand, since the reference electrode unit 140, the working electrode unit 160, and the counter electrode unit 150 may be applied differently according to each electrochemical reaction, each electrode can be replaced by enabling detachment of the flow battery.

한편, 중간부재(130)는 전방부재(110)와 후방부재(120) 사이에 배치되며, 전방부재(110), 후방부재(120), 중간부재(130)는, 볼트(B), 너트(N)를 이용한 나사 결합에 의해 서로 고정된다.On the other hand, the intermediate member 130 is disposed between the front member 110 and the rear member 120, the front member 110, the rear member 120, the intermediate member 130, the bolt (B), the nut ( It is fixed to each other by screwing with N).

본 실시예에 따르면 전방부재(110), 후방부재(120), 중간부재(130)는, 나사 결합에 의해 서로 고정되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따르면 전방부재(110), 후방부재(120), 중간부재(130)는 여러 방법에 의해 서로 고정될 수 있다. 예를 들면, 접착제 고정, 리벳 고정, 테이프 고정 등 여러 고정 방법이 적용될 수 있다.According to the present embodiment, the front member 110, the rear member 120, and the intermediate member 130 are fixed to each other by screwing, but the present invention is not limited thereto. That is, according to the present invention, the front member 110, the rear member 120, and the intermediate member 130 may be fixed to each other by various methods. For example, various fixing methods such as adhesive fixing, rivet fixing, and tape fixing may be applied.

중간부재(130)에는 전해질이 흐르는 전해질 흐름 공간(131)이 형성되어 있다. 또한 중간부재(130)에는, 전방부재(110), 후방부재(120), 중간부재(130)의 상호 고정을 위해 볼트(B)가 통과되는 고정 구멍(H)이 형성된다.An electrolyte flow space 131 through which an electrolyte flows is formed in the intermediate member 130. In addition, a fixing hole H through which a bolt B passes is formed in the intermediate member 130 for mutual fixing of the front member 110, the rear member 120, and the intermediate member 130.

전해질 흐름 공간(131)은, 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c), 연결유로(C)를 포함한다. 중간부재(130)에는 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c)의 전해질의 유출을 방지하기 위해 O-ring이 설치될 수 있다.The electrolyte flow space 131 includes a first space 131a, a second space 131b, a third space 131c, and a connection flow path C. The intermediate member 130 may be provided with an O-ring to prevent leakage of electrolyte in the first space 131a, the second space 131b, and the third space 131c.

제1공간(131a)은, 기준전극부(140)의 기준전극(141)과 접촉하는 전해질이 배치된다. In the first space 131a, an electrolyte in contact with the reference electrode 141 of the reference electrode unit 140 is disposed.

제2공간(131b)은, 작동전극부(160)의 작동전극(161)과 접촉하는 전해질이 배치된다.In the second space 131b, an electrolyte in contact with the working electrode 161 of the working electrode unit 160 is disposed.

제3공간(131c)은, 상대전극부(150)의 상대전극(151)과 접촉하는 전해질이 배치된다.In the third space 131c, an electrolyte in contact with the counter electrode 151 of the counter electrode unit 150 is disposed.

중간부재(130)에 전해질 흐름 공간(131)을 형성하고 각 전극이 위치하는 공간을 분리한 것은 작동전극(161)에서 전기화학 반응의 생성물과 반응물이 한 공간 내에서 섞이지 않도록 하고, 작동전극(161)에서 반응 후 생성되는 물질 및 기체가 전해질 흐름 공간(131)을 통해 전해질을 따라 제거되므로 작동전극 표면에 잔류하여 전기화학 반응을 방해하는 것을 방지할 수 있기 때문이다.Forming the electrolyte flow space 131 in the intermediate member 130 and separating the space where each electrode is located prevents the product of the electrochemical reaction and the reactant from mixing in the working electrode 161, and the working electrode ( This is because the material and gas generated after the reaction in 161) are removed along the electrolyte through the electrolyte flow space 131, so that it can be prevented from remaining on the surface of the working electrode and interfering with the electrochemical reaction.

여기서, 전기화학 반응 후 생성되는 물질 등을 실시간 분석할 수 있도록 전해질의 유량이 선형(linear)으로 흐를 수 있도록 유로의 크기가 작을수록 좋다. 예를 들어, 상기 제2공간의 두께는 1 mm 내지 10 mm 범위일 수 있고, 예를 들면, 2 mm 내지 5 mm 범위일 수 있고, 구체적으로 1 mm 내지 1.5 mm 범위일 수 있다. 상기 범위에서 전해질의 유량이 선형(linear)으로 흐를 수 있도록 한다. Here, the smaller the size of the flow path is, so that the flow rate of the electrolyte flows linearly so that substances generated after the electrochemical reaction can be analyzed in real time. For example, the thickness of the second space may range from 1 mm to 10 mm, for example, from 2 mm to 5 mm, and specifically from 1 mm to 1.5 mm. In the above range, the flow rate of the electrolyte is allowed to flow linearly.

제1공간(131a)은 연결유로(C)를 통해 제2공간(131b) 및 전해질 도입부(170)와 직접 연통되며, 제2공간(131b)은 연결유로(C)를 통해 제1공간(131a) 및 제3공간(131c)와 직접 연통되며, 제3공간(131c)은 연결유로(C)를 통해 제2공간(131b) 및 전해질 배출부(180)와 직접 연통될 수 있다. The first space 131a is in direct communication with the second space 131b and the electrolyte introduction part 170 through the connection flow path C, and the second space 131b is the first space 131a through the connection flow path C. ) And the third space 131c can be directly communicated, and the third space 131c can be directly communicated with the second space 131b and the electrolyte outlet 180 through a connection channel C.

본 실시예에 따르면 전해질 도입부(170)로부터 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c) 순서로 연통되지만, 본 발명에 따르면 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c)의 상호간의 연통 순서에 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 제3공간(131c), 제2공간(131b), 제1공간(131a) 순서로 서로 연통될 수도 있고, 제1공간(131a), 제3공간(131c), 제2공간(131b) 순서로 서로 연통될 수도 있고, 제2공간(131b), 제3공간(131c), 제1공간(131a) 순서로 서로 연통될 수도 있고, 제2공간(131b), 제1공간(131a), 제3공간(131c) 순서로 서로 연통될 수도 있고, 제3공간(131c), 제1공간(131a), 제2공간(131b) 순서로 서로 연통될 수도 있다. 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c)에 흐르는 전해질의 이동 경로는 흐름 전지(100)의 성능에 영향을 크게 주지 않는다. 전해질 도입부(170)로부터 들어온 전해질은, 순서에 상관없이 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c)을 거쳐 전해질 배출부(180)로 배출되기만 하면 된다.According to this embodiment, the first space 131a, the second space 131b, and the third space 131c are communicated from the electrolyte introduction unit 170, but according to the present invention, the first space 131a and the second space (131b), there is no particular limitation on the order of communication between the third space 131c. For example, the third space 131c, the second space 131b, and the first space 131a may be in communication with each other, and the first space 131a, the third space 131c, and the second space ( 131b) may be in communication with each other in the order, the second space (131b), the third space (131c), the first space (131a) may be in communication with each other in the order, the second space (131b), the first space (131a) ), The third space 131c may be in communication with each other, or the third space 131c, the first space 131a, and the second space 131b may be in communication with each other. The movement paths of the electrolyte flowing in the first space 131a, the second space 131b, and the third space 131c do not significantly affect the performance of the flow cell 100. The electrolyte introduced from the electrolyte introduction unit 170 need only be discharged to the electrolyte discharge unit 180 through the first space 131a, the second space 131b, and the third space 131c regardless of the order.

전해질 도입부(170)는 전해질 흐름 공간(131)에 전해질을 도입하는데, 포트 또는 관의 형상을 가지고 있다. 전해질 도입부(170)의 일단은 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c) 중 하나와 연통된 연결유로(C)와 연결되고, 타단은 외부 펌프 또는 가압된 전해질이 흐르는 파이프와 연결되는 유로와 연결되어 있다. The electrolyte introduction unit 170 introduces electrolyte into the electrolyte flow space 131, and has a shape of a port or a tube. One end of the electrolyte introduction unit 170 is connected to a connection channel C communicating with one of the first space 131a, the second space 131b, and the third space 131c, and the other end is an external pump or pressurized electrolyte. It is connected to a flow path connected to this flowing pipe.

전해질 배출부(180)는 전해질 흐름 공간(131)으로부터 전해질이 배출되는 곳인데, 포트 또는 관의 형상을 가지고 있다. 전해질 배출부(180)의 일단은 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c) 중 하나와 연통된 연결유로(C)와 연결되고, 타단은 외부 유로와 연결되어 있다.The electrolyte discharge part 180 is a place where electrolyte is discharged from the electrolyte flow space 131, and has a shape of a port or a tube. One end of the electrolyte discharge unit 180 is connected to a connection channel C communicating with one of the first space 131a, the second space 131b, and the third space 131c, and the other end is connected to an external flow channel have.

본 실시예에 따르면, 중력 방향을 기준으로 할 때, 전해질 도입부(170)는 전해질 배출부(180)보다 더 아래에 위치하는 것이 바람직하다. 화학반응에 의해 전해질에서 발생되는 기체는, 중력의 반대 방향(위쪽 방향)으로 이동하려는 성질을 가지므로, 전해질 도입부(170)를 전해질 배출부(180)보다 더 아래에 위치시키면 전해질 흐름을 통해 작동전극(161)의 전기화학 반응에 의해 생성된 기체가 지속적으로 용이하게 배출될 수 있다.According to the present embodiment, when based on the direction of gravity, the electrolyte introduction portion 170 is preferably located below the electrolyte discharge portion 180. The gas generated from the electrolyte by the chemical reaction has a property of moving in the opposite direction (upward direction) of gravity, so if the electrolyte inlet 170 is positioned below the electrolyte outlet 180, it operates through the electrolyte flow. The gas generated by the electrochemical reaction of the electrode 161 can be continuously and easily discharged.

전해질 도입부(170)는 전해질 배출부(180)보다 더 아래에 위치하고, 이들 사이에 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c)은 순서에 상관없이 서로 연통하여 배치됨으로써, 전해질이 하부로부터 상부 방향으로 흐를 수 있는 전해질 흐름 공간(131)이 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전해질 흐름 공간(131)은 중력 방향과 평행하게, 즉 지상에 수직 방향으로 형성하여, 전해질을 아래에서 위로 흘려주어 발생한 기체가 전해질 흐름 공간(131)에 정체 없이 용이하게 빠져 나갈 수 있도록 한다.The electrolyte introduction part 170 is located below the electrolyte discharge part 180, and the first space 131a, the second space 131b, and the third space 131c are disposed in communication with each other in any order. As a result, an electrolyte flow space 131 through which electrolyte can flow from the bottom to the top can be formed. According to an embodiment, the electrolyte flow space 131 is formed parallel to the direction of gravity, that is, perpendicular to the ground, and the gas generated by flowing the electrolyte from bottom to top is easily drained into the electrolyte flow space 131 without congestion. Make it out.

본 실시예에 따르면 전해질 도입부(170)는 제1공간(131a)과 연통되고, 전해질 배출부(180)는 제3공간(131c)과 연통되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 발명에 따르면 전해질 도입부(170)는 제2, 3 공간 중 어느 하나와 연통되고, 전해질 배출부(180)는 제1, 2, 3 공간들 중 전해질 도입부(170)가 연통된 공간이 아닌 공간에 연통될 수도 있다. 그러한 경우에도 가급적 전해질 도입부(170)를 전해질 배출부(180)보다 더 아래에 위치시키는 것이 기체 배출을 위해 바람직하다.According to the present embodiment, the electrolyte introduction unit 170 communicates with the first space 131a, and the electrolyte discharge unit 180 communicates with the third space 131c, but the present invention is not limited thereto. For example, according to the present invention, the electrolyte introduction part 170 communicates with any one of the second and third spaces, and the electrolyte discharge part 180 communicates with the electrolyte introduction part 170 among the first, second and third spaces. It may be communicated with a space other than space. Even in such a case, it is preferable to place the electrolyte introduction part 170 below the electrolyte discharge part 180 as much as possible.

한편, 기준전극부(140)는 기준전극(141)과 기준전극 지지부(142)를 포함한다. 기준전극(141)은 제1공간(131a)에 배치된 전해질과 접촉하도록 배치되며, 기준전극 지지부(142)는 기준전극(141)을 지지하면서 후방부재(120)의 기준전극부 설치구멍(121)에 설치된다.Meanwhile, the reference electrode unit 140 includes a reference electrode 141 and a reference electrode support unit 142. The reference electrode 141 is disposed to contact the electrolyte disposed in the first space 131a, and the reference electrode support 142 supports the reference electrode 141 while supporting the reference electrode portion installation hole 121 of the rear member 120 ).

상대전극부(150)는 상대전극(151)과 상대전극 지지부(152)를 포함한다. 상대전극(151)은 제3공간(131c)에 배치된 전해질과 접촉하도록 배치되며, 상대전극 지지부(152)는 상대전극(151)을 지지하면서 후방부재(120)의 상대전극부 설치구멍(122)에 설치된다.The counter electrode unit 150 includes a counter electrode 151 and a counter electrode support unit 152. The counter electrode 151 is disposed to contact the electrolyte disposed in the third space 131c, and the counter electrode support portion 152 supports the counter electrode 151 while supporting the counter electrode portion installation hole 122 of the rear member 120 ).

기준전극(141)은 과전압에서도 변하지 않는 안정한 전극을 사용하는 것이 바람직하고, 상대전극(151)은 백금, 탄소 등 전도성을 가지면서 전기화학 반응에 안정한 물질이 바람직하다.The reference electrode 141 is preferably a stable electrode that does not change even in overvoltage, and the counter electrode 151 is preferably a material that is stable in electrochemical reactions while having conductivity such as platinum and carbon.

작동전극부(160)는 작동전극(161)과 작동전극 접속부(162)를 포함한다.The working electrode unit 160 includes a working electrode 161 and a working electrode connection unit 162.

작동전극(161)은 판상의 형상을 가지고 있으며, 후방부재(120)와 중간부재(130) 사이에 배치된다. 이를 위해 후방부재(120)에는 작동전극(161)이 배치되는 작동전극 수용부(125)가 형성될 수 있다. The working electrode 161 has a plate shape, and is disposed between the rear member 120 and the intermediate member 130. To this end, a working electrode accommodating portion 125 on which a working electrode 161 is disposed may be formed on the rear member 120.

대안적으로는, 작동전극(161)은 전방부재(110)와 중간부재(130) 사이에 배치될 수 있으며, 이 경우 후방부재(120)에 음압 작용홀이 형성되고, 음압 작용홀에 대응되는 부분에 다공성 부재가 배치될 수 있다.Alternatively, the working electrode 161 may be disposed between the front member 110 and the intermediate member 130, in which case a negative pressure acting hole is formed in the rear member 120 and corresponding to the negative acting hole A porous member may be disposed in the portion.

작동전극(161)은, 전기 전도성의 물질을 포함하여 이루어지며, 분석하기 원하는 물질을 전극 모양으로 제조하여 바로 사용할 수 있고, 또는 전도성을 갖는 다른 물질, 예를 들면 탄소. 금, 백금 등의 전극에 분석하고자 하는 물질을 배치하여 사용하여도 된다.The working electrode 161 is made of an electrically conductive material, and a material to be analyzed can be prepared in the form of an electrode and used immediately, or another material having conductivity, for example carbon. Materials to be analyzed may be arranged and used on electrodes such as gold and platinum.

작동전극(161)의 일면은, 제2공간(131b)에 배치된 전해질과 접촉하도록 배치된다. One surface of the working electrode 161 is disposed to contact the electrolyte disposed in the second space 131b.

작동전극 접속부(162)는, 후방부재(120)의 작동전극접속부 설치구멍(123)에 설치되는데, 작동전극(161)과 탄성적인 전기적 접속이 이루어지는 단자부(162a)를 포함한다. 즉 작동전극 접속부(162)는 탄성 접촉이 가능한 포고 핀의 구조를 포함한다.The working electrode connecting portion 162 is installed in the working electrode connecting portion installation hole 123 of the rear member 120, and includes a terminal portion 162a that is elastically connected to the working electrode 161. That is, the working electrode connection part 162 includes a structure of a pogo pin capable of elastic contact.

본 실시예의 작동전극 접속부(162)는 탄성 접촉이 가능한 포고 핀의 구조를 포함하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따르면 작동전극 접속부는 탄성 접촉이 가능하지 않은 구조를 가질 수도 있다.The working electrode connecting portion 162 of this embodiment includes a structure of a pogo pin capable of elastic contact, but the present invention is not limited thereto. That is, according to the present invention, the working electrode connection part may have a structure in which elastic contact is not possible.

한편, 음압 배출부(190)는 음압 작용홀(111)에 연결되어 있다. 음압 배출부(190)는 진공 펌프 또는 부압 파이프 등에 연결되어 있어, 그 내부로 음압이 작용하도록 구성되어 있다. 따라서 음압 배출부(190)에 연결된 음압 작용홀(111)에도 음압이 작용하는데, 그렇게 되면 전기화학 반응으로 작동전극(161)의 표면에서 발생된 기체는 다공성 부재(112)와 음압 작용홀(111)을 순차적으로 경유한 뒤 음압 배출부(190)로 배출되게 된다.Meanwhile, the negative pressure discharge unit 190 is connected to the negative pressure action hole 111. The negative pressure discharge unit 190 is connected to a vacuum pump or a negative pressure pipe, and is configured to operate with negative pressure therein. Therefore, the negative pressure acts on the negative pressure action hole 111 connected to the negative pressure discharge unit 190. In this case, the gas generated from the surface of the working electrode 161 due to the electrochemical reaction is the porous member 112 and the negative pressure action hole 111. ) And then discharged to the negative pressure discharge unit 190.

본 발명의 일 구현예에 따른 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템은 상술한 전기화학적 흐름 전지를 포함한다.A real-time electrochemical property analysis system according to an embodiment of the present invention includes the above-described electrochemical flow battery.

도 1 내지 도 5를 참조로 하여, 일 실시예에 따른 전기화학적 흐름 전지(100)를 포함하는 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템(10)의 작동에 대해 설명하면서, 아울러 전기화학적 흐름 전지(100)의 구동에 대해서도 설명한다.Referring to FIGS. 1 to 5, while describing the operation of the real-time electrochemical characteristic analysis system 10 including the electrochemical flow battery 100 according to an embodiment, the electrochemical flow battery 100 is also described. Driving is also described.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지(100)를 포함하는 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템(10)에 대한 개략적인 도면이다.5 is a schematic diagram of a real-time electrochemical property analysis system 10 including an electrochemical flow cell 100 for an embodiment of the present invention.

실시간 전기화학적 특성 분석 시스템(10)은, 전기화학 반응 중 용해되는 전극 촉매 이온들의 농도를 실시간으로 측정할 수 있으며, 이를 위해, 일정 전위기(Potentiostat)(11), 진공 펌프(12), 전해질 공급부(13), 산 공급부(14), 합류 밸브(15), 유도 결합 플라즈마(Inductively coupled plasma) 분석기(16), 전기화학적 흐름 전지(100)를 포함하고 있다. 여기서, 진공 펌프(12)는 음압 배출부(190)에 음압을 공급하고, 전해질 공급부(13)는 전해질 보관부(13a)와 전해질 공급 펌프(13b)를 포함하고, 산 공급부(14)는 산 보관부(14a)와 산 공급 펌프(14b)를 포함한다.The real-time electrochemical property analysis system 10 can measure the concentration of electrode catalyst ions dissolved during the electrochemical reaction in real time, and for this purpose, a constant potentiometer (11), a vacuum pump (12), and an electrolyte It includes a supply unit 13, an acid supply unit 14, a confluence valve 15, an inductively coupled plasma analyzer 16, and an electrochemical flow cell 100. Here, the vacuum pump 12 supplies a negative pressure to the negative pressure discharge unit 190, the electrolyte supply unit 13 includes an electrolyte storage unit 13a and an electrolyte supply pump 13b, and the acid supply unit 14 is an acid It includes a storage portion (14a) and an acid supply pump (14b).

또한, 전기화학적 흐름 전지(100)의 높이를 조절하기 위하여, 흐름 전지(100)를 지그와 고정시켜 지그를 통해 흐름 전지의 높이를 조절할 수 있다.In addition, in order to adjust the height of the electrochemical flow battery 100, the flow battery 100 can be fixed with a jig to adjust the height of the flow battery through the jig.

사용자가, 진공 펌프(12), 전해질 공급 펌프(13a), 산 공급 펌프(14b), 유도 결합 플라즈마 분석기(16)를 작동시키고, 아울러 일정 전위기(11)를 작동시켜 전기화학적 흐름 전지(100)의 작동전극(161)에 전원을 인가시키면, 제2공간(131b)에 존재하는 작동전극(161)에서는 전기화학 반응이 일어나게 된다. The user operates the vacuum pump 12, the electrolyte supply pump 13a, the acid supply pump 14b, the inductively coupled plasma analyzer 16, and also the constant potentiometer 11 to operate the electrochemical flow cell 100 When power is applied to the working electrode 161 of), an electrochemical reaction occurs in the working electrode 161 existing in the second space 131b.

그러한 과정 중 작동전극(161)의 표면에는 기체가 발생하게 되는데, 발생된 기체는 전해질 흐름 공간(131)을 통해 이동하거나, 또는 제2공간(131b)에 존재하다가, 음압 배출부(190)에 연결된 진공 펌프(12)의 음압 작용에 의해, 다공성 부재(113)을 통과하여 순차적으로 음압 작용홀(111), 음압 배출부(190) 쪽으로 배출되게 된다. 이를 통해, 작동전극(161)에서 발생된 기체가 유도 결합 플라즈마 분석기(18)의 신호를 방해하는 것을 방지할 수 있게 된다. Gas is generated on the surface of the working electrode 161 during such a process. The generated gas moves through the electrolyte flow space 131, or is present in the second space 131b, and then is transferred to the negative pressure discharge unit 190. By the negative pressure action of the connected vacuum pump 12, it passes through the porous member 113 and is sequentially discharged toward the negative pressure action hole 111 and the negative pressure discharge unit 190. Through this, it is possible to prevent the gas generated from the working electrode 161 from interfering with the signal of the inductively coupled plasma analyzer 18.

한편, 전해질 공급 펌프(13b)에 의해 전해질 보관부(13a)로부터 전해질 도입부(170)로 도입된 전해질(E)은, 소정의 압력에 의해 전해질 흐름 공간(131)인 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c)을 거쳐 전해질 배출부(180)로 이동하게 되는데, 그 과정에서 작동전극(161)에서 발생된 기체들도 함께 이동하게 됨으로써, 발생된 기체가 작동전극(161)에 부착되어 전기화학 반응이 방해되는 현상이 방지된다. 특히, 전술한 바와 같이 전해질 도입부(170)는 전해질 배출부(180)보다 더 아래에 위치하기 때문에, 작동전극(161)에서 발생된 기체는 전해질 배출부(180)로 빠르고 쉽게 이동하게 된다. Meanwhile, the electrolyte E introduced from the electrolyte storage unit 13a to the electrolyte introduction unit 170 by the electrolyte supply pump 13b is a first space 131a that is an electrolyte flow space 131 by a predetermined pressure, The second space 131b and the third space 131c are moved to the electrolyte discharge unit 180. In the process, gases generated in the working electrode 161 are also moved, so that the generated gas is operated. It is attached to the electrode 161 to prevent the phenomenon that the electrochemical reaction is interrupted. In particular, as described above, since the electrolyte introduction part 170 is located below the electrolyte discharge part 180, the gas generated from the working electrode 161 is quickly and easily moved to the electrolyte discharge part 180.

한편, 전해질 배출부(180)에서 배출된 전해질(E: Electrolyte)은, 산 공급 펌프(14b)에 의해 산 보관부(14a)로부터 공급되는 산(A: Acid)과 합류 밸브(17)에서 합류하게 되는데, 그렇게 되면 염기성, 중성 조건의 전기 화학 반응에서 발생한 금속 물질을 산에 의해 이온화시킬 수 있으므로, 유도 결합 플라즈마 분석기(18)에서 정량 평가가 가능하도록 하게 한다. On the other hand, the electrolyte (E: Electrolyte) discharged from the electrolyte discharge unit 180 is joined by an acid (A: Acid) supplied from the acid storage unit 14a by an acid supply pump 14b at the confluence valve 17 In this case, the metal material generated in the electrochemical reaction under basic and neutral conditions can be ionized by an acid, thereby enabling quantitative evaluation in the inductively coupled plasma analyzer 18.

일반적으로 흐름 전지에서 생성된 물질들을 정량 및 정성 평가하기 위해 유도플라즈마 분광기, 질량분석기, HPLC, NMR 등에 연계할 경우 산성 전해질 조건과 달리, 중성 및 염기성 조건에서는 해당 전해질에 녹은 금속이온들이 쉽게 산화되어 산화물 형태로 변화된다. 이러한 문제는 유도플라즈마 분광기등과 같은 분석장비에서 전해질 내 정확한 금속이온의 농도를 측정할 수 없는 경우가 있다. In general, in connection with induction plasma spectroscopy, mass spectrometry, HPLC, NMR, etc. in order to quantitatively and qualitatively evaluate materials produced in a flow cell, unlike acidic electrolyte conditions, metal ions dissolved in the electrolyte are easily oxidized in neutral and basic conditions It changes to oxide form. This problem may not be able to measure the exact metal ion concentration in the electrolyte in analytical equipment such as an induction plasma spectrometer.

이에 반해, 상기 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템(10)은 산 공급부(14)를 더 구비하고 있어서, 산성 조건이 아닌 pH가 다른 전해용액을 사용하는 전기화학 반응의 경우 흐름 전지(100)의 작동전극에서 전기화학 반응 후 흘러나온 전해질에 산 공급부(14)로부터 산을 섞어주어 산화물을 이온 형태로 변화시킴으로써 전해질 내 금속이온의 정확한 농도를 측정할 수 있다.On the other hand, the real-time electrochemical characteristic analysis system 10 further includes an acid supply unit 14, and in the case of an electrochemical reaction using an electrolytic solution having a different pH than the acidic condition, the working electrode of the flow cell 100 In the electrochemical reaction, the acid flowing from the acid supply unit 14 is mixed with the electrolyte flowing out to change the oxide to an ionic form, thereby measuring the exact concentration of metal ions in the electrolyte.

이상과 같은 방식으로, 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템(10)은, 전기화학 반응 중 용해되는 전극 촉매 이온들의 정확한 농도를 실시간 측정하여 실시간으로 전기화학적 특성 분석을 수행할 수 있게 된다. In the manner described above, the real-time electrochemical property analysis system 10 can perform real-time electrochemical property analysis by measuring the exact concentration of electrode catalyst ions dissolved during the electrochemical reaction in real time.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, a preferred embodiment is provided to help the understanding of the present invention, but the following examples are only illustrative of the present invention, and it is apparent to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and technical scope of the present invention. It is natural that such modifications and corrections fall within the scope of the appended claims.

실시예 1: 탄소 담지 백금코발트 합금 촉매의 산소환원 내구성 테스트Example 1: Oxygen reduction durability test of a carbon-supported platinum cobalt alloy catalyst

Tanaka 사의 탄소담지 백금코발트 합금 촉매 10 mg을 IPA 2.49 mL, 물 2.49 mL 5wt% Nafion solution 0.02 mL 혼합 용액에 sonication을 10분간 분산시켜 합금 촉매 잉크를 만들고 해당 용액을 이용하여 Glassy 탄소 전극에 100μg/cm2으로 로딩 한 뒤 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 제작한 전기화학적 흐름 전지의 작업전극 부분에 설치하였고, 상대 전극은 백금 선을, 기준 전극으로는 Ag/AgCl 전극을 설치하여 사용하였다. Tanaka's carbon-carrying platinum cobalt alloy catalyst 10 mg IPA 2.49 mL, water 2.49 mL 5wt% Nafion solution 0.02 mL sonication was dispersed for 10 minutes to make an alloy catalyst ink, and using the solution, 100 μg / cm on a glassy carbon electrode After loading with 2 , it was installed on the working electrode part of the electrochemical flow battery manufactured as shown in FIGS. 1 to 4, and a counter electrode was used by installing a platinum wire and an Ag / AgCl electrode as a reference electrode.

도 5에 도시한 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템을 이용하여, 촉매를 로딩한 상기 흐름 전지에 0.05 M 황산 수용액을 1 ccm의 유량으로 흘려주면서 0.05 ~ 1.2 V vs. RHE까지 전압을 50 mV/s의 속도로 변화시켜 가며 5,000번 사이클의 내구성 테스트를 진행하였고, 그 동안의 전류를 측정하고 그 결과를 도 6에 나타내었다. 이와 동시에 내구성 테스트 중 나오는 수용액을 실시간으로 ICP 장비에 흘려주면서 코발트와 백금 이온의 농도를 측정하고 그 결과를 도 7과 도 8에 나타내었다.Using the real-time electrochemical characteristic analysis system shown in FIG. 5, 0.05 to 1.2 V vs. 0.05 to 1.2 V vs. flowing a 0.05 M sulfuric acid aqueous solution at a flow rate of 1 ccm to the flow cell loaded with a catalyst. The durability test of 5,000 cycles was performed while the voltage was changed to a speed of 50 mV / s until RHE, and the current was measured and the results are shown in FIG. 6. At the same time, the concentrations of cobalt and platinum ions were measured while flowing the aqueous solution coming out of the durability test to the ICP equipment in real time, and the results are shown in FIGS. 7 and 8.

실시예 2: 니켈 촉매의 염기성 조건 내구성 테스트Example 2: Basic durability test of nickel catalyst

상용 Sigma Aldrich 사의 니켈 촉매 10 mg을 IPA 2.49 mL, 물 2.49 mL 5wt% Nafion solution 0.02 mL 혼합 용액에 sonication을 10분간 분산시켜 합금 촉매 잉크를 만들고 해당 용액을 이용하여 Glassy 탄소 전극에 100 μg/cm2으로 로딩 한 뒤 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이 제작한 전기화학적 흐름 전지의 작업전극 부분에 설치하였고, 상대 전극은 백금 선을, 기준 전극으로는 Ag/AgCl 전극을 설치하여 사용하였다.Disperse sonication in a mixed solution of commercially available Sigma Aldrich nickel catalyst 10 mg IPA 2.49 mL, water 2.49 mL 5wt% Nafion solution 0.02 mL for 10 minutes to create an alloy catalyst ink and use the solution to 100 μg / cm 2 on a glassy carbon electrode. After loading with, it was installed on the working electrode part of the electrochemical flow battery manufactured as shown in FIGS. 1 to 4, and a counter electrode was used by installing a platinum wire and an Ag / AgCl electrode as a reference electrode.

도 5에 도시한 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템을 이용하여, 촉매를 로딩한 상기 흐름 전지에 0.1M KOH 수용액을 1ccm의 유량으로 흘려주면서 0.05 V ~ 0.6 V vs. RHE까지 전압을 50 mV/s의 속도로 변화시켜 가며 사이클 테스트를 진행하였다. 반응 중 전류 값을 측정하면서 ICP를 사용하여 녹아 나오는 니켈의 농도를 측정하였다. 이때, KOH 전해 용액에 황산 용액을 첨가하는 것과 KOH 전해 용액 만을 사용한 경우를 비교하였으며 그 결과를 도 9에 나타냈다.Using the real-time electrochemical property analysis system shown in FIG. 5, a 0.1 M KOH aqueous solution was flowed at a flow rate of 1 ccm into the flow cell loaded with a catalyst, and 0.05 V to 0.6 V vs. The cycle test was performed by changing the voltage up to RHE at a rate of 50 mV / s. While measuring the current value during the reaction, the concentration of nickel dissolved by using ICP was measured. At this time, the addition of sulfuric acid solution to the KOH electrolytic solution and the case of using only the KOH electrolytic solution were compared and the results are shown in FIG. 9.

실시예 3: 니켈 촉매의 염기성 조건 내구성 테스트Example 3: basic condition durability test of nickel catalyst

상용 Alfa Aesar 사의 Pt black 10 mg을 IPA 2.49 mL, 물 2.49 mL 5wt% Nafion solution 0.02 mL 혼합 용액에 sonication을 10분간 분산시켜 합금 촉매 잉크를 만들고 해당 용액을 이용하여 Glassy 탄소 전극에 1 mg/cm2으로 로딩 한 뒤 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이 제작한 전기화학적 흐름 전지의 작업전극 부분에 설치하였고, 상대 전극은 백금 선을, 기준 전극으로는 Ag/AgCl 전극을 설치하여 사용하였다.Disperse sonication in a mixed solution of commercially available Alfa Aesar Pt black 10 mg IPA 2.49 mL, water 2.49 mL 5wt% Nafion solution 0.02 mL for 10 minutes to make an alloy catalyst ink and use the solution to 1 mg / cm 2 on a glassy carbon electrode. After loading with, it was installed on the working electrode part of the electrochemical flow battery manufactured as shown in FIGS. 1 to 4, and a counter electrode was used by installing a platinum wire and an Ag / AgCl electrode as a reference electrode.

도 5에 도시한 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템을 이용하여, 촉매를 로딩한 상기 흐름 전지에 0.1M KOH 수용액을 1ccm의 유량으로 흘려주면서 0.7 V ~ 1.0 V vs. RHE까지 전압을 10 mV/s의 속도로 변화시켜 가며 사이클 테스트를 진행하였다. 각 사이클마다 전압 범위를 0.3 V씩 증가시켜가며 반응 중 녹아 나오는 백금의 농도를 ICP를 사용하여 측정하였다. 반응 후 나온 KOH 전해 용액에 1M의 황산 용액을 첨가하여 백금을 이온화 하여 ICP에서 측정되도록 하였다. 이때, 암모니아 첨가 유무에 따른 백금의 녹아 나오는 정도를 비교하였으며 그 결과를 도 10a 및 도 10b에 나타내었다.Using the real-time electrochemical characterization system shown in FIG. 5, a 0.1 M KOH aqueous solution was flowed at a flow rate of 1 ccm into the flow cell loaded with a catalyst at a rate of 0.7 V to 1.0 V vs. The cycle test was performed by changing the voltage up to RHE at a rate of 10 mV / s. The voltage range of each cycle was increased by 0.3 V and the concentration of platinum dissolved during the reaction was measured using ICP. After the reaction, 1 M sulfuric acid solution was added to the KOH electrolytic solution, and platinum was ionized to be measured in ICP. At this time, the degree of melting of platinum with and without ammonia was compared, and the results are shown in FIGS. 10A and 10B.

평가예 1: CV 결과Evaluation Example 1: CV results

상기 실시예 1에 따른 흐름 전지로 측정한 탄소 담지 백금합금 촉매의 전기화학적 내구성 결과에 대해서 전압 전류 변화를 확인하고, 그 결과를 도 6에 나타냈다. The voltage current change was confirmed for the electrochemical durability results of the carbon-supported platinum alloy catalyst measured with the flow battery according to Example 1, and the results are shown in FIG. 6.

도 6에서 보는 바와 같이, 첫 사이클에는 activation이 되지 않아 백금 활성 표면적이 낮게 측정되지만, cycle이 증가하면서 activation이 되면서 30 cycle에는 백금활성 표면적이 크게 증가한다. 이후 5,000cycle 후에는 백금 활성 표면적 및 double layer capacitance가 줄어들면서 내구성 테스트 후에 촉매가 녹아 나오고, 탈착되었다는 것을 확인 할 수 있다. As shown in FIG. 6, the activation surface is not activated in the first cycle, and thus the platinum active surface area is measured low. After 5,000 cycles, it can be confirmed that the catalyst dissolved and desorbed after the durability test as the platinum active surface area and double layer capacitance decreased.

상기 결과를 통해 본 실시예에 따른 흐름 전지가 전기화학적 테스트를 장기간 진행할 수 있음을 확인 할 수 있다.Through the above results, it can be confirmed that the flow battery according to the present embodiment can perform an electrochemical test for a long time.

평가예 2: 산성조건 ICP 분석Evaluation Example 2: ICP analysis of acidic conditions

상기 실시예 1에 따른 흐름 전지로 측정한 탄소 담지 백금코발트합금 촉매의 전기화학적 내구성 테스트 중 나온 용액을 ICP를 이용하여 백금과 코발트 이온농도를 실시간으로 측정하고, 그 결과를 도 7과 도 8에 나타내었다.The solution obtained during the electrochemical durability test of the carbon-supported platinum cobalt alloy catalyst measured by the flow battery according to Example 1 was measured in real time using platinum ICP and ion concentrations of the solution, and the results are shown in FIGS. 7 and 8. Shown.

도 7의 코발트 농도의 경우 실험 초기에 급격히 측정되었다가 줄어드는 양상을 보이는데, 이는 백금코발트 합금 촉매의 activation 중 코발트 이온이 급격히 녹아 나오는 것을 나타낸다. In the case of the cobalt concentration in FIG. 7, it was rapidly measured at the beginning of the experiment and then decreased, indicating that the cobalt ions were rapidly dissolved during activation of the platinum cobalt alloy catalyst.

이에 반해, 도 8의 백금 농도의 경우 activation 중 백금 촉매가 거의 녹아 나오지 않아 activation 중 백금 표면의 합금되지 않은 코발트가 녹아나오면서 백금 합금 촉매의 활성 표면적이 향상되는 것을 알 수 있다.On the other hand, in the case of the platinum concentration in FIG. 8, it is found that the platinum catalyst is hardly melted during activation, and thus the active surface area of the platinum alloy catalyst is improved as the unalloyed cobalt on the platinum surface is melted during activation.

상기 결과를 통해 본 실시예에 따른 흐름 전지의 미세 유로로 인해 반응 후 용액이 선형으로 흘러나와 반응 후 용액을 안정적으로 실시간으로 분석할 수 있음을 알 수 있다.Through the above results, it can be seen that the solution flows linearly after the reaction due to the micro-channel of the flow battery according to the present embodiment, and the solution can be stably analyzed in real time after the reaction.

평가예 3: 염기성 조건 ICP 분석Evaluation Example 3: Basic condition ICP analysis

상기 실시예 2에 따른 흐름 전지로 측정한 니켈 촉매의 전기화학적 평가 중 녹아 나온 니켈의 농도를 ICP를 사용하여 측정하였으며, 그 결과를 도 9에 나타내었다. 니켈 촉매는 염기 조건의 물산화 촉매로 사용되나 전해 용액의 pH 조건에 의해 용해된 이온들이 빠르게 수산화물을 형성하는 문제점이 있다. 따라서 ICP를 연계한 전극 촉매의 내구성 평가가 쉽지 않다. 이를 해결하기 위해 본 실시예에서는 산성 용액을 도 5에서 보는 것과 같이 주입하였다. In the electrochemical evaluation of the nickel catalyst measured by the flow battery according to Example 2, the concentration of dissolved nickel was measured using ICP, and the results are shown in FIG. 9. The nickel catalyst is used as a water oxidation catalyst in a basic condition, but there is a problem in that ions dissolved by a pH condition of an electrolytic solution rapidly form a hydroxide. Therefore, it is not easy to evaluate the durability of the electrode catalyst linked to the ICP. To solve this, in this example, an acidic solution was injected as shown in FIG. 5.

그 결과는 도 9에서 확인할 수 있듯이 전기화학적 cyclic voltametry (CV)를 진행했을 때, 전해 용액에 황산이 추가된 경우 니켈의 농도를 확인할 수 있었던 반면, 순수 KOH의 경우 니켈의 이온화된 농도를 확인할 수 없었다. As can be seen in Figure 9, when electrochemical cyclic voltametry (CV) was performed, the concentration of nickel could be confirmed when sulfuric acid was added to the electrolytic solution, while the ionized concentration of nickel could be confirmed for pure KOH. There was not.

이와 같이, 본 발명이 적용된 평가예 3을 통해 모든 pH 영역의 전기화학 반응 중 용해되는 전극 촉매 이온들을 실시간 정량 평가 할 수 있음을 확인하였다. 이를 통해 전극 촉매의 전기화학적 내구성 평가는 물론 인가되는 전압 범위에 따른 전극 촉매의 내구성 저하 메커니즘을 규명 할 수 있다.As described above, it was confirmed through the evaluation example 3 to which the present invention was applied that the electrode catalyst ions dissolved in the electrochemical reaction in all pH regions can be quantitatively evaluated in real time. Through this, it is possible to investigate the electrochemical durability of the electrode catalyst and to identify a mechanism for reducing the durability of the electrode catalyst according to the applied voltage range.

평가예 4: 암모니아가 포함된 염기성 전해질 조건 ICP 분석Evaluation Example 4: ICP analysis of basic electrolyte conditions containing ammonia

상기 실시예 3에 따른 흐름 전지로 측정한 백금 촉매의 전기화학적 평가 중 암모니아의 유무에 따라 전해 용액 내 나온 백금 이온의 농도를 ICP를 사용하여 실시간 측정하였으며, 그 결과를 도 10a 및 도 10b에 나타내었다. 백금 촉매는 염기 조건에서 이온화 되는 경향이 빠르지 않지만, 암모니아가 주입 되었을 때 어떤 경향을 보이는지 확인된 바 없다. 이를 확인하기위해 본 실시예에서는 염기용액에 암모니아를 주입하여 전기화학 반응 중 ICP 분석을 실시하였다.In the electrochemical evaluation of the platinum catalyst measured with the flow battery according to Example 3, the concentration of platinum ions from the electrolytic solution depending on the presence or absence of ammonia was measured in real time using ICP, and the results are shown in FIGS. 10A and 10B. Did. Platinum catalysts do not tend to ionize quickly under basic conditions, but it has not been confirmed what tends to be seen when ammonia is injected. To confirm this, in this example, ammonia was injected into the base solution to perform ICP analysis during the electrochemical reaction.

그 결과는 도 10a 및 도 10b에서 확인할 수 있듯이 전기화학적 cyclic voltametry (CV)를 진행했을 때, 전해 용액에 암모니아가 추가된 경우 백금의 농도가 증가함을 확인할 수 있었던 반면, 암모니아를 사용하지 않은 백금의 이온화된 농도를 확인할 수 없었다.As a result, as shown in FIGS. 10A and 10B, when electrochemical cyclic voltametry (CV) was performed, it was confirmed that the concentration of platinum increased when ammonia was added to the electrolytic solution, whereas platinum without ammonia was used. It was not possible to confirm the ionized concentration of.

상기 실시예 결과를 통해 암모니아가 포함된 전해 용액은 백금의 이온화를 가속화하며, 환원 전압 영역에서 많은 백금들이 이온화되는 것을 확인하였다. 이를 통해 전극 촉매의 전기화학적 내구성 평가는 물론 인가되는 전압 범위에 따른 전극 촉매의 내구성 저하 메커니즘을 규명할 수 있다.Through the results of the above examples, it was confirmed that the electrolytic solution containing ammonia accelerated ionization of platinum, and that many platinums were ionized in the reduction voltage region. Through this, it is possible to identify the electrochemical durability evaluation of the electrode catalyst and the mechanism for reducing the durability of the electrode catalyst according to the applied voltage range.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.In the above, a preferred embodiment according to the present invention has been described with reference to the drawings and examples, but this is merely exemplary, and various modifications and equivalent other implementations are possible from those skilled in the art. Will be able to understand. Therefore, the protection scope of the present invention should be defined by the appended claims.

100 : 흐름 전지
110 : 전방부재
120 : 후방부재
130 : 중간부재
140 : 기준전극부
150 : 상대전극부
160 : 작동전극부
161 : 작동전극
170 : 전해질 도입부
180 : 전해질 배출부100: flow battery
110: front member
120: rear member
130: intermediate member
140: reference electrode unit
150: counter electrode unit
160: working electrode
161: working electrode
170: electrolyte introduction unit
180: electrolyte discharge unit

Claims (14)

전방부재;
상기 전방부재의 후방에 배치되는 후방부재;
상기 전방부재와 상기 후방부재 사이에 배치되며, 전해질이 흐르는 미세유로를 포함하는 전해질 흐름 공간이 형성된 중간부재;
전해질과 접촉하는 기준전극을 구비한 기준전극부;
전해질과 접촉하는 상대전극을 구비한 상대전극부;
전해질과 접촉하는 작동전극과, 상기 작동전극에 접속하는 작동전극 접속부를 구비하는 작동전극부;
상기 전해질 흐름 공간에 전해질을 도입하는 전해질 도입부;
상기 전해질 흐름 공간으로부터 전해질이 배출되는 전해질 배출부;
상기 전방부재와 상기 후방부재 중 어느 하나에 형성된 음압 작용홀;
상기 음압 작용홀에 대응되는 위치에 배치된 다공성 부재; 및
상기 음압 작용홀에 연결되어 상기 음압 작용홀에 음압을 작용하도록 하는 음압 배출부를 포함하며,
상기 전해질 흐름 공간은,
상기 기준전극과 접촉하는 전해질이 배치된 제1공간;
상기 작동전극과 접촉하는 전해질이 배치되며, 상기 음압 작용홀에 대응되는 위치에 형성된 제2공간; 및
상기 상대전극과 접촉하는 전해질이 배치되는 제3공간;을 포함하고,
상기 제1공간, 상기 제2공간 및 상기 제3공간은 서로 분리되어 있고 상기 미세유로에 의해 서로 연통되어 있는 전기화학적 흐름 전지.Front member;
A rear member disposed behind the front member;
An intermediate member disposed between the front member and the rear member and having an electrolyte flow space including a microchannel through which the electrolyte flows;
A reference electrode unit having a reference electrode in contact with the electrolyte;
A counter electrode unit having a counter electrode in contact with the electrolyte;
A working electrode part having a working electrode contacting the electrolyte and a working electrode connecting part connected to the working electrode;
An electrolyte introduction unit for introducing an electrolyte into the electrolyte flow space;
An electrolyte discharge part through which electrolyte is discharged from the electrolyte flow space;
A negative pressure action hole formed in one of the front member and the rear member;
A porous member disposed at a position corresponding to the negative pressure action hole; And
It is connected to the negative pressure working hole and includes a negative pressure discharge unit for applying a negative pressure to the negative pressure working hole,
The electrolyte flow space,
A first space in which an electrolyte in contact with the reference electrode is disposed;
An electrolyte disposed in contact with the working electrode, and a second space formed at a position corresponding to the negative pressure action hole; And
Including; a third space in which the electrolyte in contact with the counter electrode is disposed;
The first space, the second space and the third space are separated from each other and the electrochemical flow battery in communication with each other by the micro-channel. 제1항에 있어서,
상기 다공성 부재는 다공성의 불소수지 필름을 포함하는 전기화학적 흐름 전지.According to claim 1,
The porous member is an electrochemical flow battery comprising a porous fluororesin film. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 기준전극부는, 상기 전방부재와 상기 후방부재 중 어느 하나에 설치되는 전기화학적 흐름 전지.According to claim 1,
The reference electrode portion, an electrochemical flow battery installed on either of the front member and the rear member. 제1항에 있어서,
상기 상대전극부는, 상기 전방부재와 상기 후방부재 중 어느 하나에 설치되는 전기화학적 흐름 전지.According to claim 1,
The counter electrode unit is an electrochemical flow battery installed on any one of the front member and the rear member. 제1항에 있어서,
중력 방향을 기준으로 할 때, 상기 전해질 도입부는 상기 전해질 배출부보다 더 아래에 위치하는 전기화학적 흐름 전지.According to claim 1,
Based on the direction of gravity, the electrolytic inlet portion is located below the electrolyte outlet electrochemical flow battery. 제1항에 있어서,
상기 전해질 도입부와 상기 전해질 배출부 사이에서, 상기 제1공간, 상기 제2공간 및 상기 제3공간은 순서에 상관없이 서로 연통되는 전기화학적 흐름 전지.According to claim 1,
Between the electrolyte introduction portion and the electrolyte discharge portion, the first space, the second space and the third space are electrochemical flow batteries in communication with each other regardless of order. 제1항에 있어서,
상기 전해질 도입부는 상기 제1공간과 연통되고, 상기 제1공간은 상기 제2공간과 연통되고, 상기 제2공간은 상기 제3공간과 연통되고, 상기 제3공간은 상기 전해질 배출부와 연통되는 전기화학적 흐름 전지.According to claim 1,
The electrolyte introduction part communicates with the first space, the first space communicates with the second space, the second space communicates with the third space, and the third space communicates with the electrolyte discharge part. Electrochemical flow cell. 제1항에 있어서,
상기 제2공간의 두께는 1 mm 내지 10 mm 범위인 흐름 전지.According to claim 1,
The thickness of the second space is a flow battery in the range of 1 mm to 10 mm. 제1항, 제2항, 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 전기화학적 흐름 전지를 포함하는 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템.A real-time electrochemical characteristic analysis system comprising the electrochemical flow cell according to any one of claims 1, 2, 6 to 11. 제12항에 있어서,
상기 전기화학적 흐름 전지에 전원을 공급하는 일정 전위기;
상기 전기화학적 흐름 전지에 전해질을 공급하는 전해질 공급부;
상기 전기화학적 흐름 전지에서 나온 전해질에 산을 공급하는 산 공급부; 및
상기 산을 공급받은 전해질을 분석하는 유도 결합 플라즈마 분석기를 더 포함하는 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템.The method of claim 12,
A constant potentiometer for supplying power to the electrochemical flow battery;
An electrolyte supply unit supplying an electrolyte to the electrochemical flow battery;
An acid supply unit supplying an acid to the electrolyte from the electrochemical flow cell; And
Real-time electrochemical characteristics analysis system further comprising an inductively coupled plasma analyzer for analyzing the electrolyte supplied with the acid. 제12항에 있어서,
상기 전기화학적 흐름 전지에 음압을 제공하는 진공 펌프 또는 부압 파이프를 더 포함하는 실시간 전기화학적 특성 분석 시스템.The method of claim 12,
A real-time electrochemical characterization system further comprising a vacuum pump or negative pressure pipe providing negative pressure to the electrochemical flow cell.
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