KR102319634B1 - A membrane-electrode assembly for electrolysis - Google Patents

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KR102319634B1
KR102319634B1 KR1020150080076A KR20150080076A KR102319634B1 KR 102319634 B1 KR102319634 B1 KR 102319634B1 KR 1020150080076 A KR1020150080076 A KR 1020150080076A KR 20150080076 A KR20150080076 A KR 20150080076A KR 102319634 B1 KR102319634 B1 KR 102319634B1
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Abstract

본 발명은 몸체부와 상기 몸체부의 제1면과 제2면을 관통하는 삽입부를 포함하는 프레임; 상기 삽입부에 삽입되는 막-전극 접합체; 및 상기 프레임과 결합하여, 상기 막-전극 접합체의 이탈을 방지하는 커버판을 포함하고, 상기 프레임은, 상기 몸체부의 제1면 일정 영역에 위치하는 제1입수부 및 상기 제1입수부와 마주보는 위치에 배치되는 제2입수부를 포함하며, 상기 몸체부의 제1면 일정 영역에 위치하는 제1배수부 및 상기 제1배수부와 마주보는 위치에 배치되는 제2배수부를 포함하는 멤브레인-전극 어셈블리에 관한 것으로, 간단한 멤브레인-전극 어셈블리 구조를 통해 전해가스 발생 장치의 전체 부피를 감소시킬 수 있다.The present invention is a frame including a body portion and an insertion portion penetrating the first surface and the second surface of the body portion; a membrane-electrode assembly inserted into the insert; and a cover plate coupled to the frame to prevent separation of the membrane-electrode assembly, wherein the frame includes a first intake part positioned on a first surface of the body part and a first intake part facing the first intake part Membrane-electrode assembly including a second water intake portion disposed at a viewing position, a first drain portion positioned in a predetermined region of the first surface of the body portion, and a second drain portion disposed at a position facing the first drain portion With respect to this, it is possible to reduce the overall volume of the electrolytic gas generator through a simple membrane-electrode assembly structure.

Description

전기 분해를 위한 멤브레인-전극 어셈블리{A MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY FOR ELECTROLYSIS}A MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY FOR ELECTROLYSIS

본 발명은 전기 분해를 위한 멤브레인-전극 어셈블리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전해가스 발생 장치의 전체 부피를 감소시킬 수 있는 전기 분해를 위한 멤브레인-전극 어셈블리에 관한 것이다.The present invention relates to a membrane-electrode assembly for electrolysis, and more particularly, to a membrane-electrode assembly for electrolysis capable of reducing the overall volume of an electrolytic gas generator.

근래, 수소 및 산소 가스는 공업적 이용은 물론 대체 에너지원으로 각광을 받고 있으며, 이에 따라 수소 및 산소가스를 효율적으로 발생시킬 수 있도록 하는 수소 및 산소 가스 발생장치의 개발이 활발히 진행되고 있다.In recent years, hydrogen and oxygen gas have been in the spotlight as an alternative energy source as well as industrial use, and accordingly, hydrogen and oxygen gas generators for efficiently generating hydrogen and oxygen gas are being actively developed.

이러한 수소 및 산소 가스 발생장치는 물이 전기분해되어 얻어지는 생성물인 수소 및 산소를 생산하기 위한 장치로서, 양(+) 및 음(-) 전극이 설치된 전해조 내에 소량의 전해물질이 첨가된 물을 공급하고 직류 전압을 인가함으로서 무공해 에너지원인 수소산소 혼합가스를 발생한다. This hydrogen and oxygen gas generator is a device for producing hydrogen and oxygen, which are products obtained by electrolysis of water, and supplies water to which a small amount of electrolyte is added into an electrolytic cell in which positive (+) and negative (-) electrodes are installed. And by applying a DC voltage, a non-polluting energy source, hydrogen-oxygen mixed gas is generated.

이때 발생되는 수소와 산소는 2 : 1의 몰비로 발생되며, - 전극 표면에 수소가 기포 형태로 생성되고, + 전극 표면에 산소가 기포 형태로 생성된다.At this time, the generated hydrogen and oxygen are generated in a molar ratio of 2:1, and hydrogen is generated in the form of bubbles on the surface of the - electrode, and oxygen is generated in the form of bubbles on the surface of the + electrode.

이렇게 생성된 수소와 산소는 혼합되어 혼합가스 형태가 되며 연소가 가능하다. 또한 수소산소 혼합가스는 연소시 오염물질의 생성하지 않아 친환경적인 에너지원으로서 새롭게 부각되고 있다.The generated hydrogen and oxygen are mixed to form a mixed gas, and combustion is possible. In addition, the hydrogen-oxygen mixed gas is newly emerging as an eco-friendly energy source because it does not generate pollutants during combustion.

이러한 수소 및 산소 가스 발생장치에는 일반적으로 전기 분해를 위한 멤브레인-전극 어셈블리를 포함하며, 즉, 복수개의 멤브레인-전극 어셈블리가 결합하여 수소 및 산소 가스 발생장치를 구성하게 된다.Such a hydrogen and oxygen gas generator generally includes a membrane-electrode assembly for electrolysis, that is, a plurality of membrane-electrode assemblies are combined to constitute a hydrogen and oxygen gas generator.

도 1은 종래의 수소 및 산소 가스 발생장치의 O형 전극에 의한 멤브레인-전극 어셈블리를 도시한 개략적인 사시도로, 국내실용신안 공보(공개번호 실1995-13442)에 게재된 것이다.1 is a schematic perspective view showing a membrane-electrode assembly using an O-type electrode of a conventional hydrogen and oxygen gas generator, which is disclosed in Korean Utility Model Publication (Publication No. Room 1995-13442).

도 1을 참조하면, 종래의 수소 및 산소 가스 발생장치의 O형 전극에 의한 멤브레인-전극 어셈블리는 O형 전극(1) 2개가 외벽을 이루며, 격벽(3)과 절연링(18)이 2개의 전극사이에 위치하여 산소와 수소가스가 각각 발생하는 전해실(21, 23)을 형성한다.Referring to FIG. 1, in the conventional membrane-electrode assembly using O-type electrodes of a hydrogen and oxygen gas generator, two O-type electrodes 1 form an outer wall, and a partition 3 and an insulating ring 18 are two It is positioned between the electrodes to form the electrolysis chambers 21 and 23 in which oxygen and hydrogen gas are generated, respectively.

상기 멤브레인-전극 어셈블리는 순차적으로 적층되어 하나의 전해가스 발생장치, 즉, 수소 및 산소 가스 발생장치를 이루고 있다. 한편, 멤브레인-전극 어셈블리는 "전해셀" 또는 "전기분해셀"로도 표현될 수 있다. The membrane-electrode assembly is sequentially stacked to form one electrolytic gas generator, that is, a hydrogen and oxygen gas generator. Meanwhile, the membrane-electrode assembly may also be expressed as an "electrolysis cell" or an "electrolysis cell".

즉, 종래의 수소 및 산소 가스 발생장치는 전해가스의 분리 포집을 위하여 전극(1)을 O형 형태로 하며 상기 전극(1) 각각에 포집공(15 또는 17)을 전극의 성질에 따라 선택적으로 선택하고, 전해액 투입구(11)와 전해액 배출구(13)를 가지고 있다.That is, in the conventional hydrogen and oxygen gas generator, the electrode 1 is in an O-type shape for separation and collection of the electrolytic gas, and a collection hole 15 or 17 is selectively formed in each of the electrodes 1 according to the properties of the electrode. It has an electrolyte inlet 11 and an electrolyte outlet 13 .

이러한 구조에 있어서의 멤브레인-전극 어셈블리는, 서로 다른 극을 가지는 O형 전극(1)을 각각 하나씩 구비하여야 하며, 두 전극의 전극(1)간 접촉에 의한 합선이 발생하지 않으며 두 전극에 결합부로 전해액이 누출되지 않도록 서로 다른 두 전극 사이에 절연링(18)을 위치시킨다.In the membrane-electrode assembly in this structure, one O-type electrode 1 having different poles should be provided, respectively, and a short circuit due to contact between the electrodes 1 of the two electrodes does not occur, and the two electrodes are connected as a coupling part. An insulating ring 18 is placed between the two different electrodes so that the electrolyte does not leak.

이때 각각의 전극(1)마다 전해액 보급과 배출을 위한 별도의 전해액 투입구(11)와 전해액 배출구(13)를 가지고 있으므로 연결부가 많아 그 구조가 복잡하다. At this time, since each electrode 1 has a separate electrolyte inlet 11 and an electrolyte outlet 13 for supplying and discharging the electrolyte, there are many connection parts, and the structure is complicated.

또한, 전해장치 외부에 전해액 보급과 배수를 위한 관과 포집된 가스의 이동 통로인 포집관(로)이 전해장치 외부에 위치하므로 전해가스 발생 장치의 전체 부피가 증가하며 더욱 구조가 복잡해지는 단점이 있다.In addition, since the pipe for supplying and draining the electrolyte to the outside of the electrolyzer and the collecting pipe (furnace), which is a passage for the collected gas, are located outside the electrolyzer, the overall volume of the electrolytic gas generator increases and the structure becomes more complicated. have.

또한, 전해가스의 분리 포집을 위하여 전극의 형태를 O형으로 함에 따라 전해실(21, 23) 전체에 고른 전기장이 형성되지 않아 상기 전해실에서 국부적인 전기분해가 발생한다. In addition, since the shape of the electrode is set to O-type for the separation and collection of the electrolytic gas, an even electric field is not formed in the entire electrolysis chambers 21 and 23, so that local electrolysis occurs in the electrolysis chamber.

게다가 전해액과의 접촉 면적이 줄어들어 단위 시간당 생산량이 작아 지속적이며 안정적으로 가스를 공급할 수 없는 문제점이 있다. In addition, since the contact area with the electrolyte is reduced, the production per unit time is small, so there is a problem that the gas cannot be continuously and stably supplied.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술된 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전해액과의 접촉 면적을 증가시켜 단위 시간당 생산량을 증대시킬 수 있는 전기 분해를 위한 멤브레인-전극 어셈블리를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems of the prior art, and to provide a membrane-electrode assembly for electrolysis capable of increasing production per unit time by increasing a contact area with an electrolyte.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 몸체부와 상기 몸체부의 제1면과 제2면을 관통하는 삽입부를 포함하는 프레임; 상기 삽입부에 삽입되는 막-전극 접합체; 및 상기 프레임과 결합하여, 상기 막-전극 접합체의 이탈을 방지하는 커버판을 포함하고, 상기 프레임은, 상기 몸체부의 제1면 일정 영역에 위치하는 제1입수부 및 상기 제1입수부와 마주보는 위치에 배치되는 제2입수부를 포함하며, 상기 몸체부의 제1면 일정 영역에 위치하는 제1배수부 및 상기 제1배수부와 마주보는 위치에 배치되는 제2배수부를 포함하는 멤브레인-전극 어셈블리를 제공한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a frame including a body portion and an insertion portion penetrating the first surface and the second surface of the body portion; a membrane-electrode assembly inserted into the insert; and a cover plate coupled to the frame to prevent separation of the membrane-electrode assembly, wherein the frame includes a first intake part positioned on a first surface of the body part and a first intake part facing the first intake part Membrane-electrode assembly including a second water intake portion disposed at a viewing position, a first drain portion positioned in a predetermined region of the first surface of the body portion, and a second drain portion disposed at a position facing the first drain portion provides

또한, 본 발명은 상기 삽입부는 사각형의 형태이고, 하나의 꼭지점을 기준으로, 반시계 방향으로 제1꼭지점, 제2꼭지점, 제3꼭지점 및 제4꼭지점을 포함하며, 상기 제1꼭지점과 상기 제2꼭지점을 잇는 제1선분, 상기 제2꼭지점과 상기 제3꼭지점을 잇는 제2선분, 상기 제3꼭지점과 상기 제4꼭지점을 잇는 제3선분, 상기 제4꼭지점과 상기 제1꼭지점을 잇는 제4선분을 포함하는 멤브레인-전극 어셈블리를 제공한다.In addition, in the present invention, the insertion part is in the form of a rectangle, and includes a first vertex, a second vertex, a third vertex, and a fourth vertex in a counterclockwise direction based on one vertex, and the first vertex and the first vertex A first line segment connecting two vertices, a second line segment connecting the second vertex and the third vertex, a third line segment connecting the third vertex and the fourth vertex, and a third line segment connecting the fourth vertex and the first vertex A membrane-electrode assembly comprising four wire segments is provided.

또한, 본 발명은 상기 제1입수부는 상기 제1꼭지점 영역에 위치하고, 상기 제2입수부는 상기 제3꼭지점 영역에 위치하며, 상기 제1배수부는 상기 제2꼭지점 영역에 위치하고, 상기 제2배수부는 상기 제4꼭지점 영역에 위치하는 멤브레인-전극 어셈블리를 제공한다.Further, in the present invention, the first intake unit is located in the first vertex region, the second intake unit is located in the third vertex region, the first drain unit is located in the second vertex region, and the second drainage unit is located in the second vertex region. Provided is a membrane-electrode assembly positioned in the fourth vertex region.

또한, 본 발명은 상기 제1입수부는 상기 제1선분의 중심 영역에 위치하고, 상기 제2입수부는 상기 제3선분의 중심 영역에 위치하며, 상기 제1배수부는 상기 제2선분의 중심 영역에 위치하고, 상기 제2배수부는 상기 제4선분의 중심 영역에 위치하는 멤브레인-전극 어셈블리를 제공한다.In the present invention, the first intake unit is located in the central region of the first line segment, the second intake unit is located in the central region of the third line segment, and the first drain unit is located in the central region of the second line segment. , the second drain unit provides a membrane-electrode assembly positioned in a central region of the fourth line segment.

또한, 본 발명은 상기 막-전극 접합체는, 한 쌍의 제1전극 및 제2전극; 상기 제1전극 및 상기 제2전극의 사이에 설치된 이온교환막을 포함하는 멤브레인-전극 어셈블리를 제공한다.In addition, the present invention provides the membrane-electrode assembly, comprising: a pair of first and second electrodes; It provides a membrane-electrode assembly including an ion exchange membrane installed between the first electrode and the second electrode.

또한, 본 발명은 상기 삽입부의 단면은 복수개의 단차를 포함하며, 상기 복수개의 단차 각각에 상기 제2전극, 상기 이온교환막 및 상기 제1전극이 순차적으로 적층되어 배치되는 멤브레인-전극 어셈블리를 제공한다.In addition, the present invention provides a membrane-electrode assembly in which the cross section of the insert includes a plurality of steps, and the second electrode, the ion exchange membrane, and the first electrode are sequentially stacked on each of the plurality of steps. .

또한, 본 발명은 상기 제1전극은 제1금속판 및 상기 제1금속판의 상부에 형성되는 제1촉매층을 포함하고, 상기 제2전극은 제2금속판 및 상기 제2금속판의 상부에 형성되는 제2촉매층을 포함하며, 상기 제1촉매층 및 상기 제2촉매층은 각각 상기 제1금속판 및 상기 제2금속판의 상부에 전기방사법에 의해 증착되는 멤브레인-전극 어셈블리를 제공한다.Also, in the present invention, the first electrode includes a first metal plate and a first catalyst layer formed on the first metal plate, and the second electrode includes a second metal plate and a second metal plate formed on the second metal plate. and a catalyst layer, wherein the first catalyst layer and the second catalyst layer are respectively deposited on the first metal plate and the second metal plate by an electrospinning method.

상기한 바와 같은 본 발명에서는, 간단한 멤브레인-전극 어셈블리 구조를 통해 전해가스 발생 장치의 전체 부피를 감소시킬 수 있다.In the present invention as described above, the overall volume of the electrolytic gas generator can be reduced through a simple membrane-electrode assembly structure.

또한, 본 발명에서는 전해액의 접촉이 상기 제1전극의 전체 면에 대하여 접촉하므로, 전해액과 전극의 접촉면적을 증가시킴으로써, 단위 시간당 생산량을 증대시킬 수 있다.In addition, in the present invention, since the contact of the electrolyte is in contact with the entire surface of the first electrode, by increasing the contact area between the electrolyte and the electrode, it is possible to increase the amount of production per unit time.

또한, 본 발명에서는 입수부와 배수부를 각각 2개씩 형성하고, 이들 입수부들이 서로 마주보고 배치하고, 이들 배수부들이 서로 마주보고 배치함으로써, 상기 입수부로 입수되는 물 흐름의 경로, 즉, 전해액의 흐름의 경로를 균일하게 함으로써, 상기 제1전극에 접촉되는 전해액의 흐름을 균일하게 할 수 있다.In addition, in the present invention, the acquisition part and the drainage part are formed by two each, and these acquisition parts are arranged to face each other, and these drainage parts are arranged to face each other, so that the path of the water flow obtained into the acquisition part, that is, of the electrolyte By making the flow path uniform, the flow of the electrolyte in contact with the first electrode can be made uniform.

도 1은 종래의 수소 및 산소 가스 발생장치의 O형 전극에 의한 멤브레인-전극 어셈블리를 도시한 개략적인 사시도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 멤브레인-전극 어셈블리를 도시하는 분리사시도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 멤브레인-전극 어셈블리를 도시하는 결합사시도이며, 도 2c는 도 2b의 I-I선에 따른 단면도이고, 도 2d는 도 2c의 단면도에서의 물의 흐름을 설명하는 모식도이다.
도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 입수부 및 배수부의 배치를 도시하는 개략적인 도면이고, 도 3b는 본 발명의 제2실시예에 따른 입수부 및 배수부의 배치를 도시하는 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일예에 따른 수소 및 산소 가스 발생장치의 구성을 설명하기 위한 개략적인 모식도이다. 1 is a schematic perspective view showing a membrane-electrode assembly using an O-type electrode of a conventional hydrogen and oxygen gas generator.
FIG. 2A is an exploded perspective view illustrating the membrane-electrode assembly according to the present invention, FIG. 2B is a combined perspective view illustrating the membrane-electrode assembly according to the present invention, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line II of FIG. 2B, FIG. 2D is a schematic diagram for explaining the flow of water in the cross-sectional view of FIG. 2C .
Figure 3a is a schematic view showing the arrangement of the acquisition and drainage according to the first embodiment of the present invention, Figure 3b is a schematic view showing the arrangement of the acquisition and drainage according to the second embodiment of the present invention am.
4 is a schematic schematic diagram for explaining the configuration of a hydrogen and oxygen gas generator according to an embodiment of the present invention.

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

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.Detailed contents for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings below. Regardless of the drawings, like reference numbers refer to like elements, and "and/or" includes each and every combination of one or more of the recited items.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various elements, these elements are not limited by these terms, of course. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, it goes without saying that the first component mentioned below may be the second component within the spirit of the present invention.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” and/or “comprising” does not exclude the presence or addition of one or more other components in addition to the stated components.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다. Spatially relative terms "below", "beneath", "lower", "above", "upper", etc. It can be used to easily describe the correlation between a component and other components. A spatially relative term should be understood as a term that includes different directions of components during use or operation in addition to the directions shown in the drawings. For example, when a component shown in the drawings is turned over, a component described as “beneath” or “beneath” of another component may be placed “above” of the other component. can Accordingly, the exemplary term “below” may include both directions below and above. Components may also be oriented in other orientations, and thus spatially relative terms may be interpreted according to orientation.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a는 본 발명에 따른 멤브레인-전극 어셈블리를 도시하는 분리사시도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 멤브레인-전극 어셈블리를 도시하는 결합사시도이며, 도 2c는 도 2b의 I-I선에 따른 단면도이고, 도 2d는 도 2c의 단면도에서의 물의 흐름을 설명하는 모식도이다.FIG. 2A is an exploded perspective view illustrating the membrane-electrode assembly according to the present invention, FIG. 2B is a combined perspective view illustrating the membrane-electrode assembly according to the present invention, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line II of FIG. 2B, FIG. 2D is a schematic diagram for explaining the flow of water in the cross-sectional view of FIG. 2C .

먼저, 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명에 따른 멤브레인-전극 어셈블리(100)는 본체를 이루는 프레임(130), 상기 프레임(130)에 삽입되는 막-전극 접합체(120); 및 상기 프레임과 결합하여, 상기 막-전극 접합체(120)의 이탈을 방지하는 커버판(110)을 포함한다.First, referring to FIGS. 2A to 2C , the membrane-electrode assembly 100 according to the present invention includes a frame 130 constituting a body, a membrane-electrode assembly 120 inserted into the frame 130 ; and a cover plate 110 coupled to the frame to prevent separation of the membrane-electrode assembly 120 .

보다 구체적으로, 먼저, 상기 막-전극 접합체(120)는 한 쌍의 제1전극(121) 및 제2전극(123); 상기 제1전극(121) 및 상기 제2전극(123)의 사이에 설치된 이온교환막(122)을 포함한다. 이때, 상기 제1전극(121) 및 상기 제2전극(123)은 전원에 연결된다.More specifically, first, the membrane-electrode assembly 120 includes a pair of first and second electrodes 121 and 123; and an ion exchange membrane 122 installed between the first electrode 121 and the second electrode 123 . In this case, the first electrode 121 and the second electrode 123 are connected to a power source.

상기 막-전극 접합체(120)의 구성에 대해서 추후 상술하기로 한다.The structure of the membrane-electrode assembly 120 will be described later.

다음으로, 상기 본체를 이루는 프레임(130)은 평판형태의 몸체부(131) 및 상기 몸체부(131)의 제1면과 제2면을 관통하는 삽입부(136)를 포함한다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 상기 제1면은 상면으로, 상기 제2면은 하면으로 명칭하기로 하며, 다만, 본 발명에서 상, 하의 개념에 제한을 두는 것은 아니다.Next, the frame 130 constituting the main body includes a flat body portion 131 and an insertion portion 136 penetrating the first and second surfaces of the body portion 131 . Hereinafter, for convenience of description, the first surface will be referred to as an upper surface and the second surface will be referred to as a lower surface, but the present invention is not limited to the concept of upper and lower.

즉, 상기 몸체부(131)의 삽입부(136)에 상기 막-전극 접합체(120)가 삽입되게 된다.That is, the membrane-electrode assembly 120 is inserted into the insertion part 136 of the body part 131 .

본 발명에서 상기 삽입부(136)의 형태는 사각형의 형태인 것을 특징으로 하며, 따라서, 본 발명에서는 상기 삽입부(136)에 삽입되는 상기 막-전극 접합체도 사각형의 형태인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the insertion part 136 is characterized in that it has a rectangular shape. Therefore, in the present invention, the membrane-electrode assembly inserted into the insertion part 136 is also characterized in that it has a rectangular shape.

이때, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 삽입부(136)의 단면은 복수개의 단차를 포함하며, 상기 복수개의 단차 각각에 상기 막-전극 접합체(120)의 구성인, 제2전극(123), 이온교환막(122) 및 제1전극(121)이 순차적으로 적층되어 배치될 수 있다.At this time, as shown in FIG. 2C , the cross section of the insertion part 136 includes a plurality of steps, and the membrane-electrode assembly 120 is configured at each of the plurality of steps, the second electrode 123 . , the ion exchange membrane 122 and the first electrode 121 may be sequentially stacked and disposed.

계속해서, 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 상기 프레임(130)은 상기 몸체부(131)의 상면 일정 영역에 위치하는 2개의 입수부(132, 134) 및 2개의 배수부(133, 135)를 포함한다.Continuingly, referring to FIGS. 2A to 2C , the frame 130 has two acquisition parts 132 and 134 and two drainage parts 133 and 135 located in a certain area of the upper surface of the body part 131 . includes

즉, 상기 프레임(130)은 상기 몸체부(131)의 상면 일정 영역에 위치하는 제1입수부(132) 및 상기 제1입수부(132)와 마주보는 위치에 배치되는 제2입수부(134)를 포함하며, 상기 몸체부(131)의 상면 일정 영역에 위치하는 제1배수부(133) 및 상기 제1배수부(133)와 마주보는 위치에 배치되는 제2배수부(135)를 포함한다.That is, the frame 130 has a first intake unit 132 located in a predetermined area of the upper surface of the body portion 131 and a second intake unit 134 located at a position facing the first intake unit 132 . ), including a first draining part 133 positioned in a certain area of the upper surface of the body part 131 and a second draining part 135 positioned facing the first draining part 133 . do.

이때, 상기 각각의 입수부는 입수구 및 상기 입수구와 상기 삽입부를 연결하는 입수 연결로를 포함하며, 상기 각각의 배수부는 배수구 및 상기 배수구와 상기 삽입부를 연결하는 배수 연결로를 포함한다.At this time, each of the acquisition parts includes a water inlet and a connection path connecting the inlet and the insert to the inlet, and each of the drains includes a drain and a drain connection connecting the drain and the insert.

예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 제2배수부(135)는 제2배수구(135a) 및 상기 제2배수구(135a)와 상기 삽입부(136)을 연결하는 제2배수 연결로(135b)를 포함하며, 이는 도 2c에서 알 수 있는 바와 같이, 제2배수 연결로(135b)는 상기 제2배수구(135a)와 상기 삽입부(136)을 연결하고 있음을 알 수 있다.For example, as shown in FIG. 2A , the second drain part 135 is a second drain hole 135a and a second drain connection path connecting the second drain hole 135a and the insertion part 136 . 135b is included, and as can be seen from FIG. 2C , it can be seen that the second drain connection path 135b connects the second drain port 135a and the insertion part 136 .

한편, 도 2c에서 132b는 제1입수 연결로에 해당한다.On the other hand, in Figure 2c 132b corresponds to the first inlet connection path.

도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 입수부 및 배수부의 배치를 도시하는 개략적인 도면이고, 도 3b는 본 발명의 제2실시예에 따른 입수부 및 배수부의 배치를 도시하는 개략적인 도면이다.Figure 3a is a schematic view showing the arrangement of the acquisition and drainage according to the first embodiment of the present invention, Figure 3b is a schematic view showing the arrangement of the acquisition and drainage according to the second embodiment of the present invention am.

상술한 바와 같이, 상기 삽입부(136)는 사각형의 형태에 해당하며, 따라서, 상기 삽입부(136)는 4개의 꼭지점과, 상기 4개의 꼭지점들을 각각 잇는 4개의 선분을 포함하고 있다.As described above, the insertion unit 136 has a rectangular shape, and thus, the insertion unit 136 includes four vertices and four line segments connecting the four vertices, respectively.

이하에서는 설명의 편의를 위하여, 하나의 꼭지점을 기준으로, 반시계 방향으로 제1꼭지점, 제2꼭지점, 제3꼭지점, 제4꼭지점으로 정의하기로 한다.Hereinafter, for convenience of description, a first vertex, a second vertex, a third vertex, and a fourth vertex are defined in a counterclockwise direction based on one vertex.

또한, 제1꼭지점과 제2꼭지점을 잇는 선분을 제1선분, 제2꼭지점과 제3꼭지점을 잇는 선분을 제2선분, 제3꼭지점과 제4꼭지점을 잇는 선분을 제3선분, 제4꼭지점과 제1꼭지점을 잇는 선분을 제4선분이라고 정의하기로 한다.In addition, the line segment connecting the first vertex and the second vertex is the first line segment, the line segment connecting the second vertex and the third vertex is the second line segment, and the line segment connecting the third vertex and the fourth vertex is the third line segment and the fourth vertex The line segment connecting the first vertex and the first vertex is defined as the fourth line segment.

먼저, 도 3a를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 입수부 및 배수부의 배치는, 상기 2개의 입수부(132, 134) 및 2개의 배수부(133, 135)가 각각 상기 삽입부(136)의 4개의 꼭지점 영역에 위치하는 것을 특징으로 한다.First, referring to Figure 3a, the arrangement of the acquisition part and the drainage according to the first embodiment of the present invention, the two acquisition parts (132, 134) and the two drainage parts (133, 135) are the insertion parts, respectively. It is characterized in that it is located in the region of the four vertices of (136).

즉, 본 발명의 제1실시예에 따른 입수부 및 배수부의 배치는, 상기 몸체부의 상면 일정 영역에 위치하고, 상기 삽입부(136)의 제1꼭지점 영역에 위치하는 제1입수부(132) 및 상기 제1입수부(132)와 마주보는 위치에 배치되고, 상기 삽입부(136)의 제3꼭지점 영역에 위치하는 제2입수부(134)를 포함한다.That is, the arrangement of the acquisition part and the drainage part according to the first embodiment of the present invention is located in a certain area of the upper surface of the body part, the first intake part 132 located in the first vertex area of the insertion part 136 and and a second intake unit 134 disposed at a position facing the first intake unit 132 and positioned at a third vertex region of the insertion unit 136 .

또한, 상기 몸체부의 상면 일정 영역에 위치하고, 상기 삽입부(136)의 제2꼭지점 영역에 위치하는 제1배수부(133) 및 상기 제1배수부(133)와 마주보는 위치에 배치되고, 상기 삽입부(136)의 제4꼭지점 영역에 위치하는 제2배수부(135)를 포함한다.In addition, the first drain part 133 positioned in a predetermined area of the upper surface of the body part, the first drain part 133 positioned in the second vertex region of the insertion part 136 and the first drain part 133 are positioned opposite to each other, and the and a second drainage unit 135 positioned at the fourth vertex region of the insertion unit 136 .

다음으로, 도 3b를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 입수부 및 배수부의 배치는, 상기 2개의 입수부(232, 234) 및 2개의 배수부(233, 235)가 각각 상기 삽입부(236)의 4개의 선분의 중심 영역에 위치하는 것을 특징으로 한다.Next, referring to FIG. 3b, the arrangement of the acquisition part and the drainage part according to the second embodiment of the present invention, the two acquisition parts (232, 234) and the two drainage parts (233, 235) are each inserted It is characterized in that it is located in the central region of the four line segments of the portion (236).

즉, 본 발명의 제2실시예에 따른 입수부 및 배수부의 배치는, 상기 몸체부의 상면 일정 영역에 위치하고, 상기 삽입부(236)의 제1꼭지점과 제2꼭지점을 잇는 제1선분의 중심 영역 위치하는 제1입수부(232) 및 상기 제1입수부(232)와 마주보는 위치에 배치되고, 상기 삽입부(236)의 제3꼭지점과 제4꼭지점을 잇는 제3선분의 중심 영역 위치하는 제2입수부(234)를 포함한다.That is, the arrangement of the acquisition part and the drainage part according to the second embodiment of the present invention is located in a certain area of the upper surface of the body part, and the center area of the first line segment connecting the first vertex and the second vertex of the insertion part 236 . The first intake part 232 positioned at a position facing the first intake part 232, and the center region of the third line segment connecting the third vertex and the fourth vertex of the insertion part 236 is located and a second intake unit 234 .

상기 몸체부의 상면 일정 영역에 위치하고, 상기 삽입부(236)의 제2꼭지점과 제3꼭지점을 잇는 제2선분의 중심 영역 위치하는 제1배수부(233) 및 상기 제1배수부(133)와 마주보는 위치에 배치되고, 상기 삽입부(236)의 제4꼭지점과 제1꼭지점을 잇는 제4선분의 중심 영역 위치하는 제2배수부(235)를 포함한다.The first draining part 233 and the first draining part 133 located in a certain area of the upper surface of the body part and located in the center area of the second line segment connecting the second vertex and the third vertex of the insertion part 236 and and a second draining part 235 disposed at a position facing each other and positioned in a central region of a fourth line segment connecting the fourth vertex and the first vertex of the insertion part 236 .

본 발명에서 상기와 같이, 입수부와 배수부를 각각 2개씩 형성하고, 이들 입수부들이 서로 마주보고 배치되고, 이들 배수부들이 서로 마주보고 배치되도록 하는 것은, 상기 입수부로 입수되는 물 흐름의 경로를 균일하게 함으로써, 상기 제1전극에 접촉되는 물의 흐름을 균일하게 하기 위함이다.In the present invention, as described above, to form the acquisition part and the drainage part each two by two, these acquisition parts are arranged facing each other, and these drainage parts are arranged to face each other, the path of the water flow obtained to the acquisition part This is to make the flow of water in contact with the first electrode uniform by making it uniform.

예들 들어, 도 3a에서 입수부가 제1입수부(132)만 존재하고, 배수부가 제1배수부(133)만 존재한다면, 상기 제1입수부(132)를 통해 입수된 물은 상기 제1배수부(133)를 통해 배출되게 된다.For example, if the acquisition unit has only the first intake unit 132 in FIG. 3A and only the first drainage unit 133 is present in the drainage unit, the water obtained through the first intake unit 132 is the first drainage unit. It is discharged through the portion 133 .

이때, 입수부로 입수되는 물 흐름의 경로는 제1입수부(132)에서 제1배수부(133)을 잇는 최단 경로가 있는 반면, 도 3a에 도시된 제1입수부로 입수되어, 제2배수부 영역과 제2입수부 영역을 거쳐 제1배수부로 배수되는 최장 경로가 있을 수 있게 된다.At this time, while there is a shortest path connecting the first drainage unit 133 from the first intake unit 132 to the path of the water flow obtained through the acquisition unit, it is obtained through the first intake unit shown in FIG. 3A, and the second drainage unit There may be a longest path that drains through the area and the second inlet area to the first drain.

이러한 최단 경로와 최장 경로를 통해 물이 흐르는 동안, 상기 물은 상기 제1전극에 접촉되는 시간이 서로 상이하게 되고, 따라서, 분해된 물의 양 또는 속도가 각각의 경로마다 상이하게 되므로, 따라서, 균일한 물의 분해가 어렵게 된다.While the water flows through the shortest path and the longest path, the contact time of the water with the first electrode is different from each other, and accordingly, the amount or speed of the decomposed water is different for each path. The decomposition of one water becomes difficult.

따라서, 본 발명에서는 상기 입수부로 입수되는 물의 흐름의 경로를 최대한 균일하게 하기 위하여, 입수부와 배수부를 각각 2개씩 형성하고, 이들 입수부들이 서로 마주보고 배치되고, 이들 배수부들이 서로 마주보고 배치되도록 하는 것이다.Therefore, in the present invention, in order to make the path of the flow of water obtained to the acquisition part as uniform as possible, the acquisition part and the drainage part are each formed two by two, these acquisition parts are arranged facing each other, and these drainage parts are arranged facing each other to make it happen

계속해서, 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 상기 커버판(110)은 상기 막-전극 접합체(120)가 상기 프레임(130)의 삽입부(136)에 삽입된 상태에서, 상기 삽입부(136)로부터 상기 막-전극 접합체(120)가 이탈하는 것을 방지할 수 있다.Continuingly, referring to FIGS. 2A to 2C , the cover plate 110 has the membrane-electrode assembly 120 inserted into the insertion part 136 of the frame 130 in the state where the insertion part 136 is inserted. ) from the membrane-electrode assembly 120 can be prevented from being separated.

이때, 상기 커버판의 일정 영역에는 상기 2개의 입수부(132, 134) 및 2개의 배수부(133, 135)와 각각 대응하여 위치하는 홀을 포함하며, 보다 구체적으로, 상기 제1입수부(132)와 대응하여 위치하는 제1홀(112), 상기 제1배수부(133)와 대응하여 위치하는 제2홀(113), 상기 제2입수부(134)와 대응하여 위치하는 제3홀(114) 및 상기 제2배수부(135)와 대응하여 위치하는 제4홀(115)을 포함한다.At this time, a predetermined area of the cover plate includes a hole positioned to correspond to the two acquisition parts 132 and 134 and the two drain parts 133 and 135, respectively, and more specifically, the first intake part ( A first hole 112 positioned to correspond to 132 , a second hole 113 positioned to correspond to the first drain unit 133 , and a third hole positioned to correspond to the second water intake unit 134 . 114 and a fourth hole 115 positioned to correspond to the second drain unit 135 .

즉, 상기 제1홀(112) 및 상기 제3홀(114)을 통해 입수된 물이 상기 제1입수부(132) 및 상기 제2입수부(134)를 통해 유입되어 상기 제1전극(121)의 표면과 접촉하게 되며, 이후, 상기 제1배수부(133) 및 상기 제2배수부(135)를 통해 배수되어, 최종적으로 상기 제2홀(113) 및 상기 제4홀(115)을 통해 배수되게 된다.That is, the water obtained through the first hole 112 and the third hole 114 flows through the first inlet 132 and the second inlet 134 to the first electrode 121 . ), and is then drained through the first drain 133 and the second drain 135, finally forming the second hole 113 and the fourth hole 115. will be drained through

도 2d에는 이러한 물의 흐름을 도시하고 있으며, 도 2d에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 상기 제1홀(112)을 통해 입수된 물이 상기 제1입수부(132)를 통해 유입되어 상기 제1전극(121)의 표면과 접촉하게 되며, 이후, 상기 제2배수부(135)를 통해 배수되어, 최종적으로 상기 제4홀(115)을 통해 배수되게 된다.FIG. 2D shows the flow of such water, and as shown in FIG. 2D, for example, water obtained through the first hole 112 is introduced through the first intake unit 132 and the second It comes into contact with the surface of the first electrode 121 , and is then drained through the second draining part 135 , and finally drained through the fourth hole 115 .

이상과 같이, 본 발명에서는 상기 프레임(130)의 삽입부(136)에 상기 막-전극 접합체(120)를 배치시키고, 이를 커버판(110)을 통해 이탈을 방지시킴으로써 본 발명에 따른 멤브레인-전극 어셈블리를 제조할 수 있다.As described above, in the present invention, the membrane-electrode assembly 120 is disposed on the insertion part 136 of the frame 130 and the membrane-electrode according to the present invention is prevented from being separated through the cover plate 110 . assembly can be manufactured.

따라서, 본 발명에서는 간단한 멤브레인-전극 어셈블리 구조를 통해 전해가스 발생 장치의 전체 부피를 감소시킬 수 있다.Therefore, in the present invention, the overall volume of the electrolytic gas generator can be reduced through a simple membrane-electrode assembly structure.

또한, 물, 즉, 전해액의 접촉이 상기 제1전극의 전체 면에 대하여 접촉하므로, 전해액과 전극의 접촉면적을 증가시킴으로써, 단위 시간당 생산량을 증대시킬 수 있다.In addition, since the contact of water, ie, the electrolyte, is in contact with the entire surface of the first electrode, by increasing the contact area between the electrolyte and the electrode, it is possible to increase production per unit time.

또한, 본 발명에서는 입수부와 배수부를 각각 2개씩 형성하고, 이들 입수부들이 서로 마주보고 배치하고, 이들 배수부들이 서로 마주보고 배치함으로써, 상기 입수부로 입수되는 물 흐름의 경로, 즉, 전해액의 흐름의 경로를 균일하게 함으로써, 상기 제1전극에 접촉되는 전해액의 흐름을 균일하게 할 수 있다.In addition, in the present invention, the acquisition part and the drainage part are formed by two each, and these acquisition parts are arranged to face each other, and these drainage parts are arranged to face each other, so that the path of the water flow obtained into the acquisition part, that is, of the electrolyte By making the flow path uniform, the flow of the electrolyte in contact with the first electrode can be made uniform.

도 4는 본 발명의 일예에 따른 수소 및 산소 가스 발생장치의 구성을 설명하기 위한 개략적인 모식도이다. 한편, 상기 수소 및 산소 가스 발생장치는 전해가스 발생 장치로도 명칭될 수 있다.4 is a schematic schematic diagram for explaining the configuration of a hydrogen and oxygen gas generator according to an embodiment of the present invention. On the other hand, the hydrogen and oxygen gas generator may also be referred to as an electrolytic gas generator.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일예에 따른 수소 및 산소 가스 발생장치는 제1멤브레인-전극 어셈블리(300) 및 제2멤브레인-전극 어셈블리(400)가 적층되어 구성될 수 있다.Referring to FIG. 4 , the device for generating hydrogen and oxygen gas according to an embodiment of the present invention may be configured by stacking a first membrane-electrode assembly 300 and a second membrane-electrode assembly 400 .

즉, 복수개의 멤브레인-전극 어셈블리가 적층되어 하나의 수소 및 산소 가스 발생장치를 구성할 수 있는 것으로, 이는 당업계에서 자명한 사항이므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.That is, a plurality of membrane-electrode assemblies may be stacked to configure one hydrogen and oxygen gas generator, which is well known in the art, and thus detailed description thereof will be omitted.

이때, 복수개의 멤브레인-전극 어셈블리를 적층하는 것은 요철(凹凸)구조를 통해 달성할 수 있다.In this case, stacking a plurality of membrane-electrode assemblies may be achieved through a concave-convex structure.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1멤브레인-전극 어셈블리(300)는, 제1면의 일정 영역에 위치하는 제1철(凸)부(310)를 포함할 수 있으며, 제1면의 일정 영역에 위치하는 제1요(凹)부(320)를 포함할 수 있다.That is, as shown in FIG. 4 , the first membrane-electrode assembly 300 may include a first convex portion 310 positioned in a predetermined area of the first surface, and the first surface It may include a first yaw (凹) portion 320 located in a certain area of the.

상기 제2멤브레인-전극 어셈블리(400)는, 제1면의 일정 영역에 위치하는 제2철(凸)부(410)를 포함할 수 있으며, 제2면의 일정 영역에 위치하는 제2요(凹)부(420)를 포함할 수 있다.The second membrane-electrode assembly 400 may include a second convex portion 410 located in a predetermined area of the first surface, and a second concave (凸) portion 410 located in a predetermined area of the second surface.凹) portion 420 may be included.

이때, 상기 제2멤브레인-전극 어셈블리(400)의 제2철(凸)부(410)가 상기 제1멤브레인-전극 어셈블리(300)의 제1요(凹)부(320)에 삽입됨으로써, 상기 제1멤브레인-전극 어셈블리(300)와 상기 제2멤브레인-전극 어셈블리(400)가 상호 체결될 수 있다.At this time, as the ferric portion 410 of the second membrane-electrode assembly 400 is inserted into the first concave portion 320 of the first membrane-electrode assembly 300 , the The first membrane-electrode assembly 300 and the second membrane-electrode assembly 400 may be coupled to each other.

다만, 본 발명에서 상기 제1멤브레인-전극 어셈블리(300)와 상기 제2멤브레인-전극 어셈블리(400)의 체결방법을 제한하는 것은 아니다.However, the method of coupling the first membrane-electrode assembly 300 and the second membrane-electrode assembly 400 is not limited in the present invention.

이하에서는 본 발명에 따른 막-전극 접합체(120)를 상술하기로 한다.Hereinafter, the membrane-electrode assembly 120 according to the present invention will be described in detail.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 막-전극 접합체(120)는 한 쌍의 제1전극(121) 및 제2전극(123); 상기 제1전극(121) 및 상기 제2전극(123)의 사이에 설치된 이온교환막(122)을 포함한다. 이때, 상기 제1전극(121) 및 상기 제2전극(123)은 전원에 연결된다.As described above, the membrane-electrode assembly 120 according to the present invention includes a pair of first and second electrodes 121 and 123; and an ion exchange membrane 122 installed between the first electrode 121 and the second electrode 123 . In this case, the first electrode 121 and the second electrode 123 are connected to a power source.

이때, 상기 제1전극(121)은 제1금속판 및 상기 제1금속판의 상부에 형성되는 제1촉매층을 포함할 수 있으며, 상기 제2전극(123)은 제2금속판 및 상기 제2금속판의 상부에 형성되는 제2촉매층을 포함할 수 있다.In this case, the first electrode 121 may include a first metal plate and a first catalyst layer formed on the first metal plate, and the second electrode 123 is a second metal plate and an upper portion of the second metal plate. It may include a second catalyst layer formed on the.

상기 제1금속판 및 상기 제2금속판은 스테인레스계, 티탄계, 니켈계, 탄탈늄계 또는 카본계 일 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 제1금속판 및 상기 제2금속판의 재질을 제한하는 것은 아니다.The first metal plate and the second metal plate may be stainless-based, titanium-based, nickel-based, tantalum-based, or carbon-based, but materials of the first metal plate and the second metal plate are not limited in the present invention.

한편, 본 발명에서 상기 제1촉매층 및 상기 제2촉매층은 상기 제1금속판 및 상기 제2금속판의 상부에 전기방사법에 의해 증착되는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, in the present invention, the first catalyst layer and the second catalyst layer are deposited on the first metal plate and the second metal plate by an electrospinning method.

즉, 본 발명에 따른 촉매층은 금속판의 상부에 전기증착법을 통해 직접 형성될 수 있다.That is, the catalyst layer according to the present invention can be directly formed on the upper portion of the metal plate through the electrodeposition method.

일반적인 촉매층의 형성방법의 경우, 먼저, 촉매층을 제조하기 위한 촉매층 물질을 전기방사법에 의해 형성한 이후에, 다음으로, 상기 촉매층 물질을 각각의 전극층에 증착, 스프레이법 등의 방법에 의하여 형성하였다.In the case of a general method of forming a catalyst layer, first, a catalyst layer material for preparing a catalyst layer is formed by an electrospinning method, and then, the catalyst layer material is formed on each electrode layer by a method such as vapor deposition or a spray method.

즉, 일반적인 촉매층의 경우에는 전기방사법을 통하여 별도의 촉매층 물질을 형성한 이후에, 촉매층 물질을 공지된 증착 또는 스프레이법에 의해 금속판의 상부에 형성하게 된다.That is, in the case of a general catalyst layer, after a separate catalyst layer material is formed through an electrospinning method, the catalyst layer material is formed on the metal plate by a known deposition or spray method.

하지만, 본 발명에서는 전기방사법을 통해, 촉매층을 상기 금속판의 상부에 직접 형성시킬 수 있다.However, in the present invention, the catalyst layer may be directly formed on the metal plate through the electrospinning method.

상기 전기방사법을 통한 촉매층의 형성방법은 방사용액을 이용하여 형성할 수 있다.The method of forming the catalyst layer through the electrospinning method may be formed using a spinning solution.

이때, 상기 방사용액은 비전도성 폴리머, 커플링제 및 금속촉매를 포함하여 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 비전도성 폴리머는 예를 들어, 실리콘 수지, 페놀 수지, 천연 변성 페놀수지, 에폭시 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 셀룰로스계 수지, 폴리올레핀계 수지, 스티렌계 수지 및 아크릴계 수지 중 적어도 어느 하나의 물질을 사용할 수 있으며, 상기 금속촉매는 주석(Sn), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 철(Fe), 카드늄(Cd), 납(Pb), 로듐(Rd), 파라듐(Pd) 및 루비듐(Ru) 중 적어도 어느 하나의 물질을 사용할 수 있다.In this case, the spinning solution may be formed to include a non-conductive polymer, a coupling agent, and a metal catalyst, and more specifically, the non-conductive polymer is, for example, a silicone resin, a phenol resin, a naturally modified phenol resin, an epoxy resin, At least one of a polyvinyl alcohol-based resin, a cellulose-based resin, a polyolefin-based resin, a styrene-based resin, and an acrylic resin may be used, and the metal catalyst is tin (Sn), gold (Au), silver (Ag), At least one of copper (Cu), nickel (Ni), iron (Fe), cadnium (Cd), lead (Pb), rhodium (Rd), palladium (Pd), and rubidium (Ru) may be used. .

또한, 상기 커플링제로는 실란커플링제의 사용이 가능하며, 실란 커플링제는 가수 분해에 의해 실라놀기를 생성하는 가수분해성 관능기를 가진다. 가수 분해성 관능기로는 Si 원자에 직접 결합한 알콕시(-OR)기 등을 들 수 있다. 알콕시기를 구성하는 R로는 직쇄상, 분기상 또는 환상 (環狀)의 어느 하나의 알킬기이며 탄소수가 1～6인 것이 바람직하고, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 시클로 펜틸기, 시클로 헥실기 등을 들 수 있다.In addition, as the coupling agent, a silane coupling agent can be used, and the silane coupling agent has a hydrolyzable functional group that generates a silanol group by hydrolysis. Examples of the hydrolyzable functional group include an alkoxy (-OR) group directly bonded to a Si atom. R constituting the alkoxy group is a linear, branched or cyclic alkyl group, preferably having 1 to 6 carbon atoms, specifically, a methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n -butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, etc. are mentioned.

상기 전기방사법을 이용하여, 촉매층을 형성하는 것은 공지된 전기방사법을 이용할 수 있으며, 본 발명에서 상기 전기방사법의 종류를 제한하는 것은 아니다.A known electrospinning method may be used to form the catalyst layer using the electrospinning method, and the type of the electrospinning method is not limited in the present invention.

예를 들어, 먼저, 방사용액을 방사노즐(20; Capillary Tube)에 제공하고, 금속판의 타면(즉, 방사용액을 도포할 일면의 반대면)에 집전판을 배치한다. For example, first, a spinning solution is provided to the spinning nozzle 20;

그 후, 방사용액에 전압공급기로 10kV 내지 20kV의 전압을 공급하고, 집전판을 접지(Ground)시켜, 방사용액과 집전판 사이에 소정의 전압을 인가한다.Thereafter, a voltage of 10 kV to 20 kV is supplied to the spinning solution by a voltage supplier, the current collector plate is grounded, and a predetermined voltage is applied between the spinning solution and the current collector plate.

방사용액과 집전판 사이에 소정의 전압을 인가하면, 표면 장력에 의해서 방사노즐의 말단에 매달려 있는 방사용액의 미세 방울에 전기장이 인가되고, 그에 따라 미세 방울의 표면에는 전하가 유도된다. When a predetermined voltage is applied between the spinning solution and the current collector, an electric field is applied to the microdroplets of the spinning solution hanging from the end of the spinning nozzle by surface tension, and thus electric charges are induced on the surface of the microdroplets.

이때, 유도된 전하의 상호반발력은 미세 방울의 표면 장력과 반대 방향으로 발생한다. 이러한 전하의 상호반발력에 의해서, 방사노즐의 말단에 매달려 있는 방사용액의 미세 방울은 테일러 콘으로 변형되고, 전하의 상호반발력이 표면 장력보다 강해지게 되면 전하를 띤 방사용액의 제트가 방사노즐로부터 방출된다.At this time, the mutual repulsion force of the induced charges occurs in the opposite direction to the surface tension of the microdroplets. Due to the mutual repulsion of these charges, the microdroplets of the spinning solution suspended at the end of the spinning nozzle are transformed into a Taylor cone, and when the mutual repulsion of the charges becomes stronger than the surface tension, a charged jet of spinning solution is ejected from the spinning nozzle do.

방사용액의 제트가 공기 중으로 날아가는 동안 용매는 휘발되고, 방사용액의 제트는 웹(Web) 형태로 금속판의 일면에 도포되어, 상기 금속판의 전면(全面)에 금속층을 형성할 수 있다.The solvent is volatilized while the jet of the spinning solution is blown into the air, and the jet of the spinning solution is applied to one surface of the metal plate in the form of a web, thereby forming a metal layer on the entire surface of the metal plate.

또한, 상기 이온교환막(122)는 불소계 고분자, 비불소계 고분자, 부분 불소계 고분자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 형성될 수 있다.In addition, the ion exchange membrane 122 may be formed of a fluorine-based polymer, a non-fluorine-based polymer, a partially fluorine-based polymer, or a mixture of two or more thereof.

상기 불소계 고분자로는 퍼플루오르술폰산계, 폴리테트라플루오로에틸렌계(PTFE: polytetrafluoro ethylene), 플루오리네이티드에틸렌프로필렌 공중합체(FEP: fluorinated ethylene propylene copolymer), 폴리비닐리덴플루오라이드계 (PVdF: polyvinylidenefluoride)등이 있고, 비불소계 고분자로는 폴리이미드계, 폴리페닐렌옥사이드계, 폴리술폰계, 폴리에테르케톤계, 폴리벤즈이디마졸계, 폴리포스파진계 등이 있고, 부분 불소계 고분자로는 등이 있고, 이들 중 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용하여 이온교환막을 형성할 수 있다. 이때, 퍼플루오르술폰산계로는 양이온교환막인 Dupont사의 Nafion이 있다.Examples of the fluorine-based polymer include perfluorosulfonic acid, polytetrafluoro ethylene (PTFE), fluorinated ethylene propylene copolymer (FEP), and polyvinylidene fluoride (PVdF: polyvinylidenefluoride). and the like, and non-fluorine-based polymers include polyimide-based, polyphenylene oxide-based, polysulfone-based, polyether ketone-based, polybenzidimazole-based, polyphosphazine-based, and the like, and partially fluorine-based polymers include, One or a mixture of two or more of these may be used to form an ion exchange membrane. At this time, as the perfluorosulfonic acid-based cation exchange membrane, Dupont's Nafion is used.

다만, 본 발명에서 상기 이온교환막의 재질을 제한하는 것은 아니다.However, the material of the ion exchange membrane is not limited in the present invention.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the above and the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can practice the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You can understand that there is Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (7)

몸체부와 상기 몸체부의 제1면과 제2면을 관통하는 삽입부를 포함하는 프레임;
상기 삽입부에 삽입되는 막-전극 접합체; 및
상기 프레임과 결합하여, 상기 막-전극 접합체의 이탈을 방지하는 커버판을 포함하고,
상기 프레임은,
상기 몸체부의 제1면 일정 영역에 위치하는 제1입수부 및 상기 제1입수부와 마주보는 위치에 배치되는 제2입수부를 포함하며,
상기 몸체부의 제1면 일정 영역에 위치하는 제1배수부 및 상기 제1배수부와 마주보는 위치에 배치되는 제2배수부를 포함하고,
상기 제1입수부와 상기 제1배수부 간의 거리와, 상기 제1입수부와 상기 제2배수부 간의 거리가 동일하고,
상기 제2입수부와 상기 제1배수부 간의 거리와, 상기 제2입수부와 상기 제2배수부 간의 거리가 동일한 것인 멤브레인-전극 어셈블리.a frame including a body portion and an insertion portion penetrating the first and second surfaces of the body portion;
a membrane-electrode assembly inserted into the insert; and
and a cover plate coupled to the frame to prevent separation of the membrane-electrode assembly,
The frame is
It includes a first intake portion located in a predetermined region of the first surface of the body portion and a second intake portion disposed at a position facing the first intake portion,
a first draining part positioned in a predetermined area of the first surface of the body part and a second draining part disposed in a position facing the first draining part;
a distance between the first intake unit and the first drainage unit is the same as a distance between the first intake unit and the second drainage unit;
and a distance between the second intake unit and the first drainage unit and a distance between the second intake unit and the second drainage unit are the same. 제 1 항에 있어서,
상기 삽입부는 사각형의 형태이고,
하나의 꼭지점을 기준으로, 반시계 방향으로 제1꼭지점, 제2꼭지점, 제3꼭지점 및 제4꼭지점을 포함하며,
상기 제1꼭지점과 상기 제2꼭지점을 잇는 제1선분, 상기 제2꼭지점과 상기 제3꼭지점을 잇는 제2선분, 상기 제3꼭지점과 상기 제4꼭지점을 잇는 제3선분, 상기 제4꼭지점과 상기 제1꼭지점을 잇는 제4선분을 포함하는 멤브레인-전극 어셈블리.The method of claim 1,
The insert is in the form of a rectangle,
Based on one vertex, it includes a first vertex, a second vertex, a third vertex, and a fourth vertex in a counterclockwise direction,
A first line segment connecting the first vertex and the second vertex, a second line segment connecting the second vertex and the third vertex, a third line segment connecting the third vertex and the fourth vertex, and the fourth vertex A membrane-electrode assembly including a fourth line segment connecting the first vertex. 제 2 항에 있어서,
상기 제1입수부는 상기 제1꼭지점 영역에 위치하고, 상기 제2입수부는 상기 제3꼭지점 영역에 위치하며, 상기 제1배수부는 상기 제2꼭지점 영역에 위치하고, 상기 제2배수부는 상기 제4꼭지점 영역에 위치하는 멤브레인-전극 어셈블리.3. The method of claim 2,
The first intake unit is located in the first vertex region, the second intake unit is located in the third vertex region, the first drain unit is located in the second vertex region, and the second drain unit is located in the fourth vertex region. Membrane-electrode assembly located on the . 제 2 항에 있어서,
상기 제1입수부는 상기 제1선분의 중심 영역에 위치하고, 상기 제2입수부는 상기 제3선분의 중심 영역에 위치하며, 상기 제1배수부는 상기 제2선분의 중심 영역에 위치하고, 상기 제2배수부는 상기 제4선분의 중심 영역에 위치하는 멤브레인-전극 어셈블리.3. The method of claim 2,
The first intake unit is located in the central region of the first line segment, the second intake unit is located in the central region of the third line segment, the first drain unit is located in the central region of the second line segment, and the second multiple The membrane-electrode assembly is located in the central region of the fourth line segment. 제 1 항에 있어서,
상기 막-전극 접합체는, 한 쌍의 제1전극 및 제2전극; 상기 제1전극 및 상기 제2전극의 사이에 설치된 이온교환막을 포함하는 멤브레인-전극 어셈블리.The method of claim 1,
The membrane-electrode assembly may include a pair of first and second electrodes; A membrane-electrode assembly comprising an ion exchange membrane installed between the first electrode and the second electrode. 제 5 항에 있어서,
상기 삽입부의 단면은 복수개의 단차를 포함하며,
상기 복수개의 단차 각각에 상기 제2전극, 상기 이온교환막 및 상기 제1전극이 순차적으로 적층되어 배치되는 멤브레인-전극 어셈블리.6. The method of claim 5,
The cross section of the insert includes a plurality of steps,
A membrane-electrode assembly in which the second electrode, the ion exchange membrane, and the first electrode are sequentially stacked on each of the plurality of steps. 제 5 항에 있어서,
상기 제1전극은 제1금속판 및 상기 제1금속판의 상부에 형성되는 제1촉매층을 포함하고,
상기 제2전극은 제2금속판 및 상기 제2금속판의 상부에 형성되는 제2촉매층을 포함하며,
상기 제1촉매층 및 상기 제2촉매층은 각각 상기 제1금속판 및 상기 제2금속판의 상부에 전기방사법에 의해 증착되는 멤브레인-전극 어셈블리.6. The method of claim 5,
The first electrode includes a first metal plate and a first catalyst layer formed on the first metal plate,
The second electrode includes a second metal plate and a second catalyst layer formed on the second metal plate,
The first catalyst layer and the second catalyst layer are respectively deposited on the first metal plate and the second metal plate by an electrospinning method.
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