KR20240031100A - Method for operating electrochemical carbon dioxide conversion system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전해질 조성물; 산화 전극; 분리막; 및 환원 전극을 포함하는 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 압력이 0.010 내지 0.300 bar인 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법을 제공한다. The present invention relates to an electrolyte composition; oxidizing electrode; separation membrane; and a method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system including a reduction electrode, wherein the internal pressure of the electrochemical carbon dioxide conversion system is 0.010 to 0.300 bar.
Description
본 발명은 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 환원 전극에 수분이 침투하는 플러딩 현상을 방지하여 내구성을 개선시키고 장시간 동안 운전을 가능하게 하는 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system, and more specifically, to a method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system that improves durability and enables operation for a long time by preventing the flooding phenomenon where moisture penetrates the cathode. It's about method.
산업화가 고도화됨에 따라 화석 연료가 과도하게 사용되어 이산화 탄소가 과도하게 발생되었다. 그 결과 이상 기후와 지구 온난화 등의 문제가 대두되고 있다. 이러한 문제로 인한 경제적, 사회적 문제가 가시화되면서 이산화 탄소의 배출량 저감을 위한 국제적 논의가 확대되고 있다. 따라서, 지구 온난화의 주원인인 이산화 탄소를 유용한 화합물로 전환하는 기술이 많은 관심을 받고 있다. 이러한 기술 중 전기 화학적 전환 기술은 이산화 탄소를 고부가 가치의 연료 또는 석유 화학 제품의 합성을 위한 플랫폼 화합물 등의 유용한 물질로 전환할 수 있다. 뿐만 아니라, 신재생 에너지 저장 기술로 활용이 가능하여 중요성이 부각되고 있다. 그러나 이러한 기술을 현실화하고 산업에 적용하여 이윤을 창출하기 위해서는 많은 시스템과 소재 개발이 이루어져야 한다. As industrialization has advanced, fossil fuels have been used excessively, resulting in excessive carbon dioxide generation. As a result, problems such as abnormal climate and global warming are emerging. As the economic and social problems caused by these problems become more visible, international discussions on reducing carbon dioxide emissions are expanding. Therefore, technology for converting carbon dioxide, the main cause of global warming, into useful compounds is receiving much attention. Among these technologies, electrochemical conversion technology can convert carbon dioxide into useful materials such as high-value fuels or platform compounds for the synthesis of petrochemical products. In addition, its importance is emerging as it can be used as a renewable energy storage technology. However, in order to realize these technologies and apply them to industry to generate profits, many systems and materials must be developed.
한편, 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 성능을 향상시키기 위해 플로우 셀 형태를 도입하면, 반응 전해조에 전해질 조성물과 이산화 탄소를 따로 공급할 수 있게 되고, 이로 인해 전기 화학적 전환 반응 시 전류 밀도를 높일 수 있다. 그러나 환원 전극을 도입한 시스템을 상업적으로 유효한 전류 밀도 조건(200 ㎃/㎠ 이상)에서 장시간 운전 시, 환원 전극에 전해질 조성물이 침투하여, 환원 전극이 가진 본연의 소수성을 잃고 수분이 침투하는 플러딩(flooding) 현상이 발생하였다. 또한 플러딩 현상이 발생하면 환원 전극으로 투입된 이산화 탄소가 이동하는 것이 방해돼 시스템의 교체 주기가 단축되는 문제점이 발생하였다.Meanwhile, if a flow cell type is introduced to improve the performance of the electrochemical carbon dioxide conversion system, it becomes possible to separately supply the electrolyte composition and carbon dioxide to the reaction electrolyzer, thereby increasing the current density during the electrochemical conversion reaction. However, when a system incorporating a cathode electrode is operated for a long time under commercially effective current density conditions (more than 200 ㎃/㎠), the electrolyte composition penetrates the cathode electrode, causing flooding (in which the cathode electrode loses its natural hydrophobicity and moisture penetrates). A flooding phenomenon occurred. Additionally, when a flooding phenomenon occurs, the movement of carbon dioxide introduced to the cathode is impeded, resulting in a shortened system replacement cycle.
본 발명의 과제는 환원 전극에 수분이 침투하는 플러딩 현상을 방지하여, 내구성이 개선되고, 장시간 운전이 가능한 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법을 제공하는 것이다.The object of the present invention is to provide a method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system that prevents the flooding phenomenon where moisture penetrates into the cathode, improves durability, and enables long-term operation.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 1) 본 발명은 전해질 조성물; 산화 전극; 분리막; 및 환원 전극을 포함하는 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 압력이 0.010 내지 0.300 bar인 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법을 제공한다. In order to solve the above-described problems, 1) the present invention provides an electrolyte composition; oxidizing electrode; separation membrane; and a method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system including a reduction electrode, wherein the internal pressure of the electrochemical carbon dioxide conversion system is 0.010 to 0.300 bar.
2) 본 발명은 상기 1)에 있어서, 상기 내부 압력은 0.100 내지 0.200 bar인 것인 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법을 제공한다.2) The present invention provides a method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system according to 1) above, wherein the internal pressure is 0.100 to 0.200 bar.
3) 본 발명은 상기 1) 또는 2)에 있어서, 상기 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 온도는 10 내지 50 ℃인 것인 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법을 제공한다.3) The present invention provides a method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system according to 1) or 2) above, wherein the internal temperature of the electrochemical carbon dioxide conversion system is 10 to 50 ° C.
4) 본 발명은 상기 1) 내지 3) 중 어느 하나에 있어서, 상기 산화 전극에 상기 전해질 조성물이 공급되는 속도는 상기 산화 전극의 단위 면적(1 ㎠)에 대하여 0.1 내지 5.0 ㎖/min인 것인 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법을 제공한다.4) The present invention according to any one of 1) to 3) above, wherein the rate at which the electrolyte composition is supplied to the anode is 0.1 to 5.0 mL/min per unit area (1 cm 2) of the anode. A method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system is provided.
5) 본 발명은 상기 1) 내지 4) 중 어느 하나에 있어서, 상기 환원 전극에 이산화 탄소가 공급되는 속도는 상기 환원 전극의 단위 면적(1 ㎠)에 대하여 1.0 내지 20.0 ㎤/min인 것인 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법을 제공한다.5) The present invention according to any one of 1) to 4) above, wherein the rate at which carbon dioxide is supplied to the cathode is 1.0 to 20.0 cm3/min per unit area (1 cm2) of the cathode. A method of operating a chemical carbon dioxide conversion system is provided.
6) 본 발명은 상기 1) 내지 5) 중 어느 하나에 있어서, 상기 내부 압력은 압력 조절기로 조절되고, 상기 압력 조절기는 상기 환원 전극과, 상기 환원 전극과 연결된 생성물 유출구 사이에 설치된 것인 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법을 제공한다.6) The present invention is an electrochemical method according to any one of 1) to 5) above, wherein the internal pressure is controlled by a pressure regulator, and the pressure regulator is installed between the cathode and the product outlet connected to the cathode. A method of operating a carbon dioxide conversion system is provided.
7) 본 발명은 상기 1) 내지 6) 중 어느 하나에 있어서, 상기 전해질 조성물은 KOH, KHCO3, K2CO3, NaOH, NaHCO3, Na2CO3, LiOH, LiHCO3, Li2CO3, CsOH, CsHCO3 및 Cs2CO3로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 전해질을 포함하는 것인 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법을 제공한다.7) The present invention according to any one of 1) to 6) above, wherein the electrolyte composition is KOH, KHCO 3 , K 2 CO 3 , NaOH, NaHCO 3 , Na 2 CO 3 , LiOH, LiHCO 3 , Li 2 CO 3 , CsOH, CsHCO 3 and Cs 2 CO 3 A driving method of an electrochemical carbon dioxide conversion system comprising one or more electrolytes selected from the group consisting of is provided.
8) 본 발명은 상기 1) 내지 7) 중 어느 하나에 있어서, 상기 산화 전극은 지지체 및 상기 지지체 상에 위치한 금속 산화물을 포함하는 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법을 제공한다.8) The present invention provides a method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system according to any one of 1) to 7) above, wherein the oxidizing electrode includes a support and a metal oxide located on the support.
9) 본 발명은 상기 1) 내지 8) 중 어느 하나에 있어서, 상기 환원 전극은 기체확산층 및 상기 기체확산층 상에 위치한 촉매층을 포함하는 것인 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법을 제공한다.9) The present invention provides a method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system according to any one of 1) to 8) above, wherein the reduction electrode includes a gas diffusion layer and a catalyst layer located on the gas diffusion layer.
10) 본 발명은 상기 9)에 있어서, 상기 촉매층은 Ni, Co, Fe, V, Mn, Ag, Au, Zn, In, Sn, Hg, Pb, Zn, Au, Ag 및 Cu로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법을 제공한다.10) In the present invention, in 9) above, the catalyst layer is selected from the group consisting of Ni, Co, Fe, V, Mn, Ag, Au, Zn, In, Sn, Hg, Pb, Zn, Au, Ag and Cu. Provides a method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system that includes one or more types of.
본 발명의 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법은 환원 전극에 수분이 침투하는 플러딩 현상을 방지하여, 내구성이 개선되고 장시간 운전을 가능하게 할 수 있다.The driving method of the electrochemical carbon dioxide conversion system of the present invention can prevent the flooding phenomenon in which moisture penetrates the cathode, improving durability and enabling long-term operation.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to aid understanding.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니된다. 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their ordinary or dictionary meanings. Based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to explain his or her invention in the best way, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법Driving method of electrochemical carbon dioxide conversion system
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법은 전해질 조성물; 산화 전극; 분리막; 및 환원 전극을 포함하는 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 압력이 0.010 내지 0.300 bar이다.A method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system according to an embodiment of the present invention includes an electrolyte composition; oxidizing electrode; separation membrane; and the internal pressure of the electrochemical carbon dioxide conversion system including the cathode is 0.010 to 0.300 bar.
여기서, 내부 압력은 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템 전체의 평균 내부 압력을 의미한다.Here, internal pressure refers to the average internal pressure of the entire electrochemical carbon dioxide conversion system.
상술한 내부 압력이 0.010 내지 0.300 bar이고, 바람직하게는 0.100 내지 0.200 bar, 보다 바람직하게는 0.100 내지 0.150 bar일 수 있다. 상술한 조건을 만족하면, 전해질 조성물이 환원 전극으로 이동하지 않아, 환원 전극의 본연의 성질인 소수성이 유지되어 내부로 수분이 침투하는 플러딩 현상을 방지할 수 있다. 하지만 상술한 조건 미만이면, 산화 전극에 공급된 전해질 조성물이 환원 전극으로 이동하여 환원 전극이 소수성을 잃게 되어 내부로 수분이 침투하는 플러딩 현상이 발생할 수 있다. 상술한 조건을 초과하면, 산화 전극에 공급된 전해질 조성물이 환원 전극으로 이동하여 플러딩 현상이 발생한다. 또한, 에틸렌을 포함한 생성물이 환원 전극 방향의 유출구로 배출되지 못할 수 있다.The above-mentioned internal pressure may be 0.010 to 0.300 bar, preferably 0.100 to 0.200 bar, and more preferably 0.100 to 0.150 bar. If the above-mentioned conditions are satisfied, the electrolyte composition does not move to the cathode, and the hydrophobicity, which is the natural property of the cathode, is maintained, thereby preventing flooding phenomenon in which moisture penetrates into the cathode. However, if the conditions are below the above-mentioned conditions, the electrolyte composition supplied to the anode moves to the cathode, causing the cathode to lose hydrophobicity, which may cause a flooding phenomenon in which moisture penetrates into the anode. If the above-mentioned conditions are exceeded, the electrolyte composition supplied to the anode moves to the cathode and a flooding phenomenon occurs. Additionally, products containing ethylene may not be discharged through the outlet toward the cathode electrode.
상기 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 온도는 10 내지 50 ℃, 바람직하게는 25 내지 40 ℃일 수 있다. 상술한 조건을 만족하면, 반응 효율이 극대화될 수 있다. The internal temperature of the electrochemical carbon dioxide conversion system may be 10 to 50 °C, preferably 25 to 40 °C. If the above-mentioned conditions are satisfied, reaction efficiency can be maximized.
여기서, 내부 온도는 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템 전체의 평균 내부 온도를 의미한다.Here, the internal temperature means the average internal temperature of the entire electrochemical carbon dioxide conversion system.
상기 산화 전극에 상기 전해질 조성물이 공급되는 속도는 상기 산화 전극의 단위 면적(1 ㎠)에 대하여 0.1 내지 5.0 ㎖/min이고, 바람직하게는 0.3 내지 2.4 ㎖/min일 수 있다. 상술한 조건을 만족하면, 상기 전해질 조성물의 공급량이 적절하여 액체 생성물의 순환이 순조롭게 진행될 수 있다.The rate at which the electrolyte composition is supplied to the anode may be 0.1 to 5.0 ml/min, preferably 0.3 to 2.4 ml/min, per unit area (1 cm 2) of the anode. If the above-mentioned conditions are satisfied, the supply amount of the electrolyte composition is appropriate and the circulation of the liquid product can proceed smoothly.
상기 환원 전극에 이산화 탄소가 공급되는 속도는 상기 환원 전극의 단위 면적(1 ㎠)에 대하여 1.0 내지 20.0 ㎤/min이고, 바람직하게는 2.0 내지 16.0 ㎤/min 일 수 있다. 상술한 조건을 만족하면, 이산화 탄소의 공급이 충분하여, C2 이상의 생성물이 충분히 제조될 수 있다.The rate at which carbon dioxide is supplied to the cathode may be 1.0 to 20.0 cm3/min, preferably 2.0 to 16.0 cm3/min, per unit area (1 cm2) of the cathode. If the above-mentioned conditions are satisfied, the supply of carbon dioxide is sufficient, and products of C2 or higher can be sufficiently produced.
여기서 이산화 탄소는 가습된 이산화 탄소일 수 있다.Here, the carbon dioxide may be humidified carbon dioxide.
한편, 상기 내부 압력은 압력 조절기로 조절되고, 상기 압력 조절기는 상기 환원 전극과, 상기 환원 전극과 연결된 생성물 유출구 사이에 설치된 것일 수 있다. 상기 압력 조절기는 밸브형인 것이 바람직하다.Meanwhile, the internal pressure is controlled by a pressure regulator, and the pressure regulator may be installed between the reduction electrode and the product outlet connected to the reduction electrode. The pressure regulator is preferably of a valve type.
한편, 상기 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템은 막전극 집합체형 셀(membrane electrode assembly type cell) 또는 플로우형 셀(flow type cell)일 수 있다.Meanwhile, the electrochemical carbon dioxide conversion system may be a membrane electrode assembly type cell or a flow type cell.
여기서, 상기 막전극 집합체형 셀은 산화 전극, 분리막 및 환원 전극이 순차적으로 위치한 구조를 의미한다. 그리고, 상기 막전극 집합체형 셀은 전해질 조성물을 산화 전극에 공급하고 이산화 탄소를 환원 전극에 공급하여 구동할 수 있다.Here, the membrane electrode assembly type cell refers to a structure in which an oxidation electrode, a separator, and a reduction electrode are located sequentially. Additionally, the membrane electrode assembly type cell can be driven by supplying electrolyte composition to the anode and carbon dioxide to the cathode.
상기 플로우형 셀은 산화 전극과 환원 전극 사이에 분리막이 위치하고, 산화 전극과 분리막 사이에 전해질 조성물이 위치하고 환원 전극과 분리막 사이에 전해질 조성물이 위치하는 구조를 의미한다. 또한, 상기 플로우형 셀은 이산화 탄소를 환원 전극에 공급하여 구동할 수 있다.The flow-type cell refers to a structure in which a separator is positioned between the anode and the cathode, an electrolyte composition is positioned between the anode and the separator, and an electrolyte composition is positioned between the cathode and the separator. Additionally, the flow-type cell can be driven by supplying carbon dioxide to the reduction electrode.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the configuration of the electrochemical carbon dioxide conversion system according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
1) 전해질 조성물1) Electrolyte composition
전해질 조성물은 KOH, KHCO3, K2CO3, NaOH, NaHCO3, Na2CO3, LiOH, LiHCO3, Li2CO3, CsOH, CsHCO3 및 Cs2CO3로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 전해질을 포함할 수 있고, 이 중 수소 기체 발생 반응을 억제할 수 있는 강염기인 KOH, KHCO3 및 Cs2CO3로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 바람직하다.The electrolyte composition is one selected from the group consisting of KOH, KHCO 3 , K 2 CO 3 , NaOH, NaHCO 3 , Na 2 CO 3 , LiOH, LiHCO 3 , Li 2 CO 3 , CsOH, CsHCO 3 and Cs 2 CO 3 It may contain the above electrolyte, and among these, at least one selected from the group consisting of KOH, KHCO 3 and Cs 2 CO 3 , which are strong bases capable of suppressing the hydrogen gas generation reaction, is preferred.
또한, 상기 전해질 조성물은 수계 용매를 포함할 수 있다. 상기 수계 용매는 물일 수 있고, 구체적으로는 순수, 이온교환수 및 증류수로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.Additionally, the electrolyte composition may include an aqueous solvent. The aqueous solvent may be water, and specifically may be one or more selected from the group consisting of pure water, ion-exchanged water, and distilled water.
상기 전해질 조성물은 상기 전해질을 0.1 내지 15.0 M, 바람직하게는 0.25 내지 10.0 M로 포함할 수 있다. 전해질의 농도는 생성물의 발생 효율(인가된 전류 밀도 대비 타겟 생성물의 발생 효율)과 전압에 관련이 있다. 전해질의 농도가 높을수록 발생 전압, 필요 전압 또는 과전압이 낮아지나, 제조비용 상승 및 부반응에 의한 부가물 발생을 최소화하기 위하여 상술한 조건이 바람직하다.The electrolyte composition may include 0.1 to 15.0 M of the electrolyte, preferably 0.25 to 10.0 M. The concentration of the electrolyte is related to the product generation efficiency (generation efficiency of the target product relative to the applied current density) and voltage. The higher the electrolyte concentration, the lower the generated voltage, required voltage, or overvoltage, but the above-mentioned conditions are preferable to minimize increased manufacturing costs and generation of adducts due to side reactions.
2) 산화 전극2) Oxidizing electrode
전해질 조성물이 중성이나 염기성일 경우, 산화 전극에서는 OH-가 산화되어 산소, 물 및 전자(e-)가 발생할 수 있고, 물과 전자가 환원 전극으로 이동하여 이산화 탄소 환원 반응이 일어날 수 있다.If the electrolyte composition is neutral or basic, OH - may be oxidized at the anode to generate oxygen, water, and electrons (e - ), and the water and electrons may move to the reduction electrode, causing a carbon dioxide reduction reaction.
또한, 전해질 조성물이 산성일 경우, 산화 전극에서는 물 분자가 산화되어 산소 기체, 수소 이온(H+) 및 전자(e-)가 발생할 수 있다. 상기 수소 이온은 분리막을 통해 전자는 외부 회로를 통해 환원 전극으로 이동할 수 있다. 산화 전극으로부터 이동한 수소 이온 및 전자가 이산화 탄소와 만나 환원 반응을 일으키며, 반응에 참여하는 전자와 수소 이온의 개수에 따라 아래와 같은 다양한 전환 생성물이 생성될 수 있다.Additionally, if the electrolyte composition is acidic, water molecules may be oxidized at the anode to generate oxygen gas, hydrogen ions (H + ), and electrons (e - ). The hydrogen ions can move to the reduction electrode through the separator and electrons through an external circuit. Hydrogen ions and electrons moving from the anode meet carbon dioxide to cause a reduction reaction, and depending on the number of electrons and hydrogen ions participating in the reaction, various conversion products as shown below can be generated.
CO2 + 2H+ + 2e- → CO + H2OCO 2 + 2H + + 2e - → CO + H 2 O
CO2 + 2H+ + 2e- → HCOOHCO 2 + 2H + + 2e - → HCOOH
CO2 + 4H+ + 4e- → HCHO + H2OCO 2 + 4H + + 4e - → HCHO + H 2 O
CO2 + 6H+ + 6e- → CH3OH + H2OCO 2 + 6H + + 6e - → CH 3 OH + H 2 O
CO2 + 8H+ + 8e- → CH4 + 2H2OCO 2 + 8H + + 8e - → CH 4 + 2H 2 O
2CO2 + 12H+ + 12e- → C2H4 + 4H2O2CO 2 + 12H + + 12e - → C 2 H 4 + 4H 2 O
상기 산화 전극은 지지체 및 상기 지지체 상에 위치한 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 금속 산화물은 Ti, Ru, Ir, Pt, Co, Ni, Fe 및 Cu로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 산화물일 수 있다. 구체적으로 상기 금속 산화물은 TiO2, RuO2, IrO2, PtO2, CoO, NiO, FeO, Fe3O4, Fe2O3 및 CuO로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The oxidizing electrode may include a support and a metal oxide located on the support. The metal oxide may be an oxide containing one or more types selected from the group consisting of Ti, Ru, Ir, Pt, Co, Ni, Fe, and Cu. Specifically, the metal oxide may be one or more selected from the group consisting of TiO 2 , RuO 2 , IrO 2 , PtO 2 , CoO, NiO, FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 and CuO.
상기 지지체는 금속 메시(mesh)일 수 있으며, 구체적으로는 티타늄 메시 또는 니켈 메시일 수 있다. The support may be a metal mesh, specifically a titanium mesh or a nickel mesh.
상기 산화 전극은 금속 산화물이 분리막과 마주 보게 위치할 수 있다.The oxidizing electrode may be positioned so that the metal oxide faces the separator.
상기 이산화 탄소 전환 시스템이 막전극 집합체형 셀일 경우, 상기 산화 전극에는 전해질 조성물 유입구 및 전해질 조성물 유출구가 설치될 수 있다.When the carbon dioxide conversion system is a membrane electrode assembly type cell, an electrolyte composition inlet and an electrolyte composition outlet may be installed at the anode.
3) 분리막 3) Separator
분리막은 산화 전극과 환원 전극을 분리시키면서, 산화 전극에서 발생한 수소 이온이 환원 전극으로 이동하는 통로일 수 있다.The separator separates the anode and cathode and may be a passage through which hydrogen ions generated at the anode move to the cathode.
상기 분리막은 이온 교환막 또는 다공성막일 수 있다.The separation membrane may be an ion exchange membrane or a porous membrane.
상기 이온 교환막은 음이온 교환막일 수 있다. 상기 음이온 교환막은 이산화 탄소의 전환율이 양호하지만, 상온에서 쉽게 건조해지므로 부스러지거나 파손될 수 있다. 이에 따라, 상기 음이온 교환막은 일정량의 수분을 항상 포함하는 것이 바람직하다. The ion exchange membrane may be an anion exchange membrane. Although the anion exchange membrane has a good conversion rate of carbon dioxide, it dries easily at room temperature and may become brittle or damaged. Accordingly, it is desirable that the anion exchange membrane always contains a certain amount of moisture.
상기 음이온 교환막은 시판 중인 제품을 이용할 수 있으며, Dioxide material 사의 Sustainion을 이용할 수 있다.The anion exchange membrane can be a commercially available product, and Sustainion from Dioxide Material can be used.
상기 다공성막은 친수성 다공성 기재를 포함하며, 일정량의 수분을 항상 포함하는 것이 바람직하다. 상기 친수성 다공성 기재는 친수성 고분자일 수 있으며, 하이드록시기, 카르복시기, 알킬렌옥사이드기 및 아민기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 친수성기를 포함하는 단량체를 중합하여 제조한 고분자일 수 있다. 상기 친수성 고분자는 폴리피롤리돈, 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리비닐알코올로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 상기 친수성 고분자는 소수성 고분자에 친수 처리한 것일 수도 있다. 상기 친수 처리는 소수성 고분자의 표면에 대한 물의 접촉각을 감소시켜 친수성을 갖도록 하는 것으로서, 고전압 코로나 방전, 직류 플라즈마 방전, 표면 처리 등이 있다. 상기 표면 처리는 소수성 고분자 표면에 친수성 수지 또는 친수화 처리제를 도포하는 것일 수 있다. 이때, 상기 소수성 고분자는 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리설폰, 폴리비닐리덴디플로라이드 및 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The porous membrane includes a hydrophilic porous substrate, and preferably contains a certain amount of moisture at all times. The hydrophilic porous substrate may be a hydrophilic polymer, and may be a polymer prepared by polymerizing a monomer containing at least one hydrophilic group selected from the group consisting of a hydroxy group, a carboxyl group, an alkylene oxide group, and an amine group. The hydrophilic polymer may be one or more selected from the group consisting of polypyrrolidone, polyethylene oxide, and polyvinyl alcohol. The hydrophilic polymer may be a hydrophobic polymer treated to be hydrophilic. The hydrophilic treatment is to reduce the contact angle of water on the surface of a hydrophobic polymer to make it hydrophilic, and includes high-voltage corona discharge, direct current plasma discharge, and surface treatment. The surface treatment may be applying a hydrophilic resin or hydrophilic treatment agent to the surface of the hydrophobic polymer. At this time, the hydrophobic polymer may be one or more selected from the group consisting of polycarbonate, polyimide, polyetherimide, polysulfone, polyvinylidene difluoride, and polytetrafluoroethylene.
상기 다공성막은 기공의 평균 입경이 20 ㎚ 내지 700 ㎚인 것이 바람직하다. 상술한 조건을 만족하면, 전해질에 의해 이온, 물 분자를 포함한 다양한 분자들이 원활하게 이동할 수 있는 통로를 제공할 수 있다. 또한 이산화 탄소 전환율을 높이고 과전압을 감소시킬 수 있다.The porous membrane preferably has an average pore diameter of 20 nm to 700 nm. If the above-mentioned conditions are met, the electrolyte can provide a passage through which various molecules, including ions and water molecules, can move smoothly. It can also increase carbon dioxide conversion rate and reduce overvoltage.
4) 환원 전극4) Reduction electrode
환원 전극에서 상기 산화 전극에서 이동한 물 및 전자가 이산화 탄소와 만나 환원 반응을 일으키거나, 상기 산화 전극에서 이동한 수소 이온 및 전자가 이산화 탄소와 만나 환원 반응을 일으킬 수 있다.At the reduction electrode, water and electrons transferred from the anode may meet carbon dioxide to cause a reduction reaction, or hydrogen ions and electrons transferred from the anode may meet carbon dioxide to cause a reduction reaction.
상기 환원 전극은 기체확산층 및 상기 기체확산층 상에 위치한 촉매층을 포함할 수 있다.The reduction electrode may include a gas diffusion layer and a catalyst layer located on the gas diffusion layer.
상기 기체확산층은 기체확산매체(Gas Diffusion Medium) 및 미세다공층(Micro Porous Layer)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. The gas diffusion layer may include one or more types selected from the group consisting of a gas diffusion medium and a micro porous layer.
상기 기체확산매체는 상기 미세다공층보다 큰 기공을 가지며, 부직 카본 페이퍼, 카본 펠트, 니켈 폼, 타타늄 폼 및 절연 메쉬로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The gas diffusion medium has pores larger than the microporous layer and may include one or more selected from the group consisting of non-woven carbon paper, carbon felt, nickel foam, titanium foam, and insulating mesh.
상기 미세다공층은 카본 분말 및 열팽창성 흑연으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The microporous layer may include at least one selected from the group consisting of carbon powder and thermally expandable graphite.
상기 기체확산층이 기체확산매체와 미세다공층을 모두 포함하는 경우, 상기 기체확산층은 상기 기체확산매체, 상기 기체확산매체 상에 위치하는 미세다공층, 및 상기 미세다공층 상에 위치하는 촉매층을 포함할 수 있다.When the gas diffusion layer includes both a gas diffusion medium and a microporous layer, the gas diffusion layer includes the gas diffusion medium, a microporous layer located on the gas diffusion medium, and a catalyst layer located on the microporous layer. can do.
상기 촉매층은 이산화 탄소 전환 반응에 대하여 활성을 갖는 Ni, Co, Fe, V, Mn, Ag, Au, Zn, Cd, In, Sn, Hg, Tl, Pb 및 Cu로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다. 또한, 상기 촉매층은 불소계 고분자 및 음이온성 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함할 수 있다. 상기 불소계 고분자는 폴리테트라플루오로에틸렌일 수 있다. 또한, 상기 불소계 고분자로 시판중인 Nafion을 이용할 수 있다.The catalyst layer is one or more selected from the group consisting of Ni, Co, Fe, V, Mn, Ag, Au, Zn, Cd, In, Sn, Hg, Tl, Pb and Cu, which are active for the carbon dioxide conversion reaction. May contain metal. Additionally, the catalyst layer may include one or more polymers selected from the group consisting of fluorine-based polymers and anionic polymers. The fluorine-based polymer may be polytetrafluoroethylene. Additionally, commercially available Nafion can be used as the fluorine-based polymer.
여기서, 상기 촉매층은 상기 금속을 금속 원소 자체, 산화물 또는 질화물 형태로 포함할 수 있으나, 특별히 한정하지 않는다.Here, the catalyst layer may include the metal in the form of the metal element itself, oxide, or nitride, but is not particularly limited.
한편, 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템은 환원 전극의 촉매에 따라 생성물이 결정될 수 있다.Meanwhile, in the electrochemical carbon dioxide conversion system, the product can be determined depending on the catalyst of the reduction electrode.
예를 들면, 상기 환원 전극의 촉매층이 Ni, Co, Fe, V 및 Mn로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 경우, 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템은 H2를 생성할 수 있다. 또한, 상기 환원 전극의 촉매층이 Ag, Au 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 경우, 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템은 CO를 생성할 수 있다. 또한, 상기 환원 전극의 촉매층이 Cd, In, Sn, Hg, Tl 및 Pb로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 경우, 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템은 HCOOH를 생성할 수 있다. 또한, 상기 환원 전극의 촉매층이 Cu를 포함할 경우, 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템은 에틸렌 등의 탄화수소를 생성할 수 있다. 그리고, 탄화수소의 생성 시 효율을 높이기 위하여, Cu에 Ag, Au, Zn 및 SiO2로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상 또는 상술한 고분자를 조합할 수 있다.For example, when the catalyst layer of the reduction electrode includes at least one selected from the group consisting of Ni, Co, Fe, V, and Mn, the electrochemical carbon dioxide conversion system can generate H 2 . Additionally, when the catalyst layer of the reduction electrode includes at least one selected from the group consisting of Ag, Au, and Zn, the electrochemical carbon dioxide conversion system can generate CO. Additionally, when the catalyst layer of the reduction electrode includes at least one selected from the group consisting of Cd, In, Sn, Hg, Tl, and Pb, the electrochemical carbon dioxide conversion system can generate HCOOH. Additionally, when the catalyst layer of the reduction electrode includes Cu, the electrochemical carbon dioxide conversion system can produce hydrocarbons such as ethylene. In order to increase efficiency in producing hydrocarbons, Cu may be combined with one or more types selected from the group consisting of Ag, Au, Zn, and SiO 2 or the above-mentioned polymers.
상기 환원 전극은 상기 촉매층이 분리막과 마주보게 위치할 수 있다.The reduction electrode may be positioned so that the catalyst layer faces the separation membrane.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 상기 실시예는 본 기재를 예시하는 것일 뿐 본 기재의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것은 당연한 것이다.Hereinafter, preferred embodiments are presented to aid understanding of the present invention. However, the above examples are merely illustrative of the present description, and it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and technical spirit of the present description. And it is natural that such variations and modifications fall within the scope of the attached patent claims.
제조예 1Manufacturing Example 1
에탄올과 물을 9:1의 부피비로 포함하는 용매에 구리 입자(평균 입경: 100 ㎚, 제조사: Sigma Aldrich) 5 ㎎/㎖, Nafion D-521 ionomer(상품명, 제조사: Alfa Aesar, 구성: 에탄올과 물을 9:1로 포함하는 용액에 Nafion(Rf[OCF2CF(CF3)2]nOCF2CF2SO3)을 10 중량%로 혼합하여 제조함) 0.5 ㎎/㎖로 첨가하여 촉매 잉크를 제조하였다. Copper particles (average particle diameter: 100 ㎚, manufacturer: Sigma Aldrich) 5 mg/mL, Nafion D-521 ionomer (product name, manufacturer: Alfa Aesar, composition: ethanol and water) in a solvent containing ethanol and water at a volume ratio of 9:1 Nafion (prepared by mixing 10% by weight of Rf[OCF 2 CF(CF 3 ) 2 ]nOCF 2 CF 2 SO 3 ) in a solution containing water in a ratio of 9:1) was added at 0.5 mg/ml to make catalyst ink. Manufactured.
기체확산층(상품명: Sigracet 36BB, 제조사: SGL, 구성성분: 부직 카본 페이퍼 기체확산매체) 상에 상기 촉매 잉크를 도포하고, 60 분 동안 초음파 처리한 후, 60 분 동안 균질기로 처리한 후, 초음파 코팅하였다. 그 결과 상기 기체확산층에 구리 나노 입자와 Nafion D-521 ionomer의 고형분의 총 함량이 1.0 ㎎/㎠가 도포된 환원 전극을 제조하였다.The catalyst ink was applied on the gas diffusion layer (product name: Sigracet 36BB, manufacturer: SGL, component: non-woven carbon paper gas diffusion medium), sonicated for 60 minutes, treated with a homogenizer for 60 minutes, and then ultrasonic coated. did. As a result, a reduction electrode was manufactured in which a total solid content of 1.0 mg/cm2 of copper nanoparticles and Nafion D-521 ionomer was applied to the gas diffusion layer.
제조예 2Production example 2
Cs2CO3를 순수에 녹여 0.25 M의 농도가 되는 Cs2CO3 수용액인 전해질 조성물을 제조하였다.Cs 2 CO 3 was dissolved in pure water to prepare an electrolyte composition that was an aqueous Cs 2 CO 3 solution with a concentration of 0.25 M.
실시예 1 및 2, 비교예 1Examples 1 and 2, Comparative Example 1
제조예 1의 환원 전극과 산화 전극(구성성분: IrO2/Ti 메시)이 다공성 분리막으로 분리된 막전극 집합체형 셀(활성 면적: 25 ㎠)인 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템을 제조하였다.An electrochemical carbon dioxide conversion system was prepared as a membrane electrode assembly type cell (active area: 25 cm2) in which the cathode and anode electrodes (component: IrO 2 /Ti mesh) of Preparation Example 1 were separated by a porous separator.
그리고, 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 온도 및 내부 압력을 하기 표 1 내지 표 3에 기재된 바와 같이 조절하고, 상기 산화 전극에 제조예 2의 전해질 조성물을 상기 산화 전극의 단위 면적(1 ㎠)에 대하여 하기 표 1 내지 표 3에 기재된 속도로 공급하였고, 상기 환원 전극에는 40 ℃로 가습된 이산화 탄소를 상기 환원 전극의 단위 면적(1 ㎠)에 대하여 하기 표 1 내지 표 3에 기재된 속도로 공급하였다.Then, the internal temperature and internal pressure of the electrochemical carbon dioxide conversion system were adjusted as shown in Tables 1 to 3 below, and the electrolyte composition of Preparation Example 2 was added to the anode to the unit area (1 cm 2) of the anode. It was supplied at the rates shown in Tables 1 to 3 below, and carbon dioxide humidified at 40°C was supplied to the cathode at the rates shown in Tables 1 to 3 per unit area (1 cm2) of the cathode electrode. .
실험예 1Experimental Example 1
실시예 및 비교예의 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템에 전원 장치(모델명: SP32VDC1600W, 제조사: MK Power)로 표 1 내지 표 3에 기재된 밀도로 정전류를 인가하여, 구동하였다. The electrochemical carbon dioxide conversion system of Examples and Comparative Examples was driven by applying a constant current with a power supply (model name: SP32VDC1600W, manufacturer: MK Power) at the densities shown in Tables 1 to 3.
한편, 정전류를 인가할 때, 상술한 전원 장치의 음극에 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 환원 전극을 연결하고, 전원 장치의 양극에 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 산화 전극을 연결하였다. 그리고, 셀 전압과 전류 밀도는 상술한 전원 장치로 측정하였다. Meanwhile, when applying a constant current, the reduction electrode of the electrochemical carbon dioxide conversion system was connected to the cathode of the above-described power supply device, and the anode electrode of the electrochemical carbon dioxide conversion system was connected to the anode of the power supply device. Additionally, cell voltage and current density were measured using the power supply device described above.
표 1을 참조하면, 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 압력이 0.010 bar인 실시예 1은 셀 전압이 구동 개시 시점부터 60 분이 경과한 시점까지 비교적 일정하게 유지되었다. 전압이 비교적 일정하게 유지된 것을 확인한 후, 구동을 중지하였다. 또한, 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 압력이 0.200 bar인 실시예 2는 셀 전압이 구동 개시 시점부터 100 분이 경과한 시점까지 비교적 일정하게 유지되었다. 전압이 비교적 일정하게 유지된 것을 확인한 후, 구동을 중지하였다.Referring to Table 1, in Example 1, where the internal pressure of the electrochemical carbon dioxide conversion system was 0.010 bar, the cell voltage remained relatively constant until 60 minutes had elapsed from the start of operation. After confirming that the voltage remained relatively constant, the operation was stopped. Additionally, in Example 2, where the internal pressure of the electrochemical carbon dioxide conversion system was 0.200 bar, the cell voltage remained relatively constant from the start of operation until 100 minutes had elapsed. After confirming that the voltage remained relatively constant, the operation was stopped.
또한, 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 압력이 0.300 bar인 실시예 3은 셀 전압이 구동 개시 시점부터 60 분이 경과한 시점까지 비교적 일정하게 유지되었다. 전압이 비교적 일정하게 유지된 것을 확인한 후, 구동을 중지하였다.Additionally, in Example 3, where the internal pressure of the electrochemical carbon dioxide conversion system was 0.300 bar, the cell voltage remained relatively constant from the start of operation until 60 minutes had elapsed. After confirming that the voltage remained relatively constant, the operation was stopped.
하지만, 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 압력이 0.000 bar인 비교예 1은 셀 전압이 구동 개시 시점부터 50 분이 경과한 후에 급격하게 변화하였다. 전압이 급격하게 변화한 것을 확인한 후, 구동을 중지하였다.However, in Comparative Example 1, where the internal pressure of the electrochemical carbon dioxide conversion system was 0.000 bar, the cell voltage changed rapidly after 50 minutes from the start of operation. After confirming that the voltage changed suddenly, the operation was stopped.
전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 압력이 0.350 bar인 비교예 2는 셀 전압이 구동 개시 시점부터 30 분이 경과한 후에 급격하게 변화하였다. 전압이 급격하게 변화한 것을 확인한 후, 구동을 중지하였다. In Comparative Example 2, where the internal pressure of the electrochemical carbon dioxide conversion system was 0.350 bar, the cell voltage changed rapidly after 30 minutes from the start of operation. After confirming that the voltage changed suddenly, the operation was stopped.
표 2를 참조하면, 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 압력이 0.010 bar인 실시예 4는 셀 전압이 구동 개시 시점부터 110 분이 경과한 시점까지 비교적 일정하게 유지되었다. 전압이 비교적 일정하게 유지된 것을 확인한 후, 구동을 중지하였다.Referring to Table 2, in Example 4, where the internal pressure of the carbon dioxide conversion system was 0.010 bar, the cell voltage remained relatively constant until 110 minutes had elapsed from the start of operation. After confirming that the voltage remained relatively constant, the operation was stopped.
또한, 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 압력이 0.200 bar인 실시예 5는 셀 전압이 구동 개시 시점부터 60 분이 경과한 시점까지 비교적 일정하게 유지되었다. 전압이 비교적 일정하게 유지된 것을 확인한 후, 구동을 중지하였다.Additionally, in Example 5, where the internal pressure of the carbon dioxide conversion system was 0.200 bar, the cell voltage remained relatively constant until 60 minutes had elapsed from the start of operation. After confirming that the voltage remained relatively constant, the operation was stopped.
또한, 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 압력이 0.300 bar인 실시예 6은 셀 전압이 구동 개시 시점부터 80 분이 경과한 시점까지 일정하게 유지되었다. 전압이 비교적 일정하게 유지된 것을 확인한 후, 구동을 중지하였다.Additionally, in Example 6, where the internal pressure of the carbon dioxide conversion system was 0.300 bar, the cell voltage was maintained constant from the start of operation until 80 minutes had elapsed. After confirming that the voltage remained relatively constant, the operation was stopped.
하지만, 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 압력이 0.000 bar인 비교예 3은 셀 전압이 구동 개시 시점부터 30 분이 경과한 후에 급격하게 변화하였다. 전압이 급격하게 변화한 것을 확인한 후, 구동을 중지하였다.However, in Comparative Example 3, where the internal pressure of the carbon dioxide conversion system was 0.000 bar, the cell voltage changed rapidly after 30 minutes from the start of operation. After confirming that the voltage changed suddenly, the operation was stopped.
이산화 탄소 전환 시스템의 내부 압력이 0.350 bar인 비교예 4는 셀 전압이 구동 개시 시점부터 30 분이 경과한 후에 급격하게 변화하였다. 전압이 급격하게 변화한 것을 확인한 후, 구동을 중지하였다.In Comparative Example 4, where the internal pressure of the carbon dioxide conversion system was 0.350 bar, the cell voltage changed rapidly after 30 minutes from the start of operation. After confirming that the voltage changed suddenly, the operation was stopped.
표 3을 참조하면, 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 압력이 0.100 bar인 실시예 7은 셀 전압이 구동 개시 시점부터 180 분이 경과한 시점까지 일정하게 유지되었다. Referring to Table 3, in Example 7, where the internal pressure of the carbon dioxide conversion system was 0.100 bar, the cell voltage was kept constant until 180 minutes had elapsed from the start of operation.
또한, 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 압력이 0.200 bar인 실시예 8은 셀 전압이 구동 개시 시점부터 180 분이 경과한 시점까지 일정하게 유지되었다.Additionally, in Example 8, where the internal pressure of the carbon dioxide conversion system was 0.200 bar, the cell voltage remained constant until 180 minutes had elapsed from the start of operation.
또한, 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 압력이 0.200 bar인 실시예 9는 셀 전압이 구동 개시 시점부터 120 분이 경과한 시점까지 일정하게 유지되었다. 전압이 비교적 일정하게 유지된 것을 확인한 후, 구동을 중지하였다.Additionally, in Example 9, in which the internal pressure of the carbon dioxide conversion system was 0.200 bar, the cell voltage was maintained constant until 120 minutes had elapsed from the start of operation. After confirming that the voltage remained relatively constant, the operation was stopped.
이러한 실험 결과로부터 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 압력이 0.010 내지 0.300 bar일 때, 환원 전극에 수분이 침투하는 플러딩 현상을 방지하여, 환원 전극의 내구성이 개선되고, 그 결과 이산화 탄소 전환 시스템을 장시간 동안 일정한 전압으로 운전할 수 있다는 것을 알 수 있었다.From these experimental results, when the internal pressure of the electrochemical carbon dioxide conversion system is 0.010 to 0.300 bar, the flooding phenomenon in which moisture penetrates the cathode is prevented, the durability of the cathode is improved, and as a result, the carbon dioxide conversion system can be used for a long time. It was found that it was possible to drive at a constant voltage.
Claims (10)
electrolyte composition; oxidizing electrode; separation membrane; and a method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system, wherein the internal pressure of the electrochemical carbon dioxide conversion system including a reduction electrode is 0.010 to 0.300 bar.
상기 내부 압력은 0.100 내지 0.200 bar인 것인 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법.
In claim 1,
A method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system, wherein the internal pressure is 0.100 to 0.200 bar.
상기 전기화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 내부 온도는 10 내지 50 ℃인 것인 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법.
In claim 1,
A method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system, wherein the internal temperature of the electrochemical carbon dioxide conversion system is 10 to 50 ° C.
상기 산화 전극에 상기 전해질 조성물이 공급되는 속도는 상기 산화 전극의 단위 면적(1 ㎠)에 대하여 0.1 내지 5.0 ㎖/min인 것인 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법.
In claim 1,
A method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system, wherein the rate at which the electrolyte composition is supplied to the anode is 0.1 to 5.0 mL/min per unit area (1 cm 2) of the anode.
상기 환원 전극에 이산화 탄소가 공급되는 속도는 상기 환원 전극의 단위 면적(1 ㎠)에 대하여 1.0 내지 20.0 ㎤/min인 것인 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법.
In claim 1,
A method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system, wherein the rate at which carbon dioxide is supplied to the cathode is 1.0 to 20.0 cm3/min per unit area (1 cm2) of the cathode.
상기 내부 압력은 압력 조절기로 조절되고,
상기 압력 조절기는 상기 환원 전극과, 상기 환원 전극과 연결된 생성물 유출구 사이에 설치된 것인 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법.
In claim 1,
The internal pressure is controlled by a pressure regulator,
A method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system, wherein the pressure regulator is installed between the cathode and the product outlet connected to the cathode.
상기 전해질 조성물은 KOH, KHCO3, K2CO3, NaOH, NaHCO3, Na2CO3, LiOH, LiHCO3, Li2CO3, CsOH, CsHCO3 및 Cs2CO3로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 전해질을 포함하는 것인 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법.
In claim 1,
The electrolyte composition is one selected from the group consisting of KOH, KHCO 3 , K 2 CO 3 , NaOH, NaHCO 3 , Na 2 CO 3 , LiOH, LiHCO 3 , Li 2 CO 3 , CsOH, CsHCO 3 and Cs 2 CO 3 A method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system comprising more than one type of electrolyte.
상기 산화 전극은 지지체 및 상기 지지체 상에 위치한 금속 산화물을 포함하는 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법.
In claim 1,
A method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system, wherein the oxidizing electrode includes a support and a metal oxide located on the support.
상기 환원 전극은 기체확산층 및 상기 기체확산층 상에 위치한 촉매층을 포함하는 것인 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법.
In claim 1,
A method of driving an electrochemical carbon dioxide conversion system, wherein the reduction electrode includes a gas diffusion layer and a catalyst layer located on the gas diffusion layer.
상기 촉매층은 Ni, Co, Fe, V, Mn, Ag, Au, Zn, In, Sn, Hg, Pb, Zn, Au, Ag 및 Cu로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 전기 화학적 이산화 탄소 전환 시스템의 구동 방법.In claim 9,
The catalyst layer is an electrochemical layer containing at least one selected from the group consisting of Ni, Co, Fe, V, Mn, Ag, Au, Zn, In, Sn, Hg, Pb, Zn, Au, Ag and Cu. Driving method of carbon dioxide conversion system.
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|---|---|---|---|---|
| JP2020524742A (en) | 2017-06-21 | 2020-08-20 | コベストロ、ドイチュラント、アクチエンゲゼルシャフトＣｏｖｅｓｔｒｏ Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ Ａｇ | Gas diffusion electrode that reduces carbon dioxide |
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