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KR102128089B1 - Electrolyteless electrode - Google Patents

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KR102128089B1
KR102128089B1 KR1020180095064A KR20180095064A KR102128089B1 KR 102128089 B1 KR102128089 B1 KR 102128089B1 KR 1020180095064 A KR1020180095064 A KR 1020180095064A KR 20180095064 A KR20180095064 A KR 20180095064A KR 102128089 B1 KR102128089 B1 KR 102128089B1
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electrode
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conductive
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Abstract

본 발명은 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 무전해질 전극은, 양극과 음극이 각각 인가되는 한 쌍의 전극; 및 상기 한 쌍의 전극 사이에서 상호 간에 서로 40 마이크로미터(㎛)초과 220 마이크로미터(㎛) 이하의 극미세 간극을 가지도록 인접하게 형성되는 복수개의 전도성 전극;을 구비하고,상기 극미세 간극은, 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명은, 양극과 음극으로 이루어지며 전기화학반응장치에 사용되는 한 쌍의 전극판 사이에 상호 간에 서로 수백 마이크로미터 이하의 극미세 간극을 가지도록 인접하게 형성되는 복수개의 전극을 배치하여 전해질 없이도 비전도성 용액의 전기분해와 전해산화를 포함하는 전기화학반응을 유발시킬 수 있는 비전도성용액의 전기화학반응이 가능한 무전해질 전극구조를 제공하는 효과가 있다.The present invention relates to an electroless electrode for an electrochemical reaction that does not require an electrolyte, and the electroless electrode according to the present invention includes: a pair of electrodes to which positive and negative electrodes are respectively applied; And a plurality of conductive electrodes formed adjacent to each other to have a microfine gap of 40 micrometers (µm) or more and 220 micrometers (µm) or less between each other between the pair of electrodes. , At least one may be formed.
Therefore, the present invention is made of a positive electrode and a negative electrode, and a plurality of electrodes formed adjacent to each other so as to have extremely fine gaps of several hundred micrometers or less between each other is disposed between a pair of electrode plates used in an electrochemical reaction device. There is an effect of providing an electroless electrode structure capable of electrochemical reaction of a non-conductive solution that can cause an electrochemical reaction including electrolysis and electrolytic oxidation of a non-conductive solution without an electrolyte.

Figure 112018080483613-pat00002
Figure 112018080483613-pat00002

Description

전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극 {ELECTROLYTELESS ELECTRODE }Electroless electrode for electrochemical reaction that does not require electrolyte {ELECTROLYTELESS ELECTRODE}

본 발명은 무전해질 전극에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극과 음극으로 이루어지며 전기화학반응장치에 사용되는 한 쌍의 전극판 사이에 상호 간에 서로 수백 마이크로미터 이하의 극미세 간극을 가지도록 인접하게 형성되는 복수개의 전극을 배치하여 전해질 없이도 비전도성 용액의 전기분해와 전해산화를 포함하는 전기화학반응을 유발시킬 수 있는 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극에 관한 것이다. The present invention relates to an electroless electrode, and more specifically, it is made of an anode and a cathode, and adjacent to each other to have an extremely fine gap of several hundred micrometers or less between each other between a pair of electrode plates used in an electrochemical reaction apparatus. The present invention relates to an electroless electrode for an electrochemical reaction that does not require an electrolyte capable of inducing an electrochemical reaction including electrolysis and electrolysis of a non-conductive solution without an electrolyte by arranging a plurality of electrodes.

산업이 급속도로 발전하면서 전기분해, 전해산화, 및 전기도금 등과 같은 전기화학반응을 이용한 기술이 각광을 받고 있다.As the industry develops rapidly, technologies using electrochemical reactions such as electrolysis, electrolytic oxidation, and electroplating have been spotlighted.

이와 같이 전기를 이용한 전기화학반응은 전해질을 필요로 하는데, 여기서 전해질은 전류를 통하게 하는 물질로써 용액이 전기 전도성을 갖도록 하는 물질을 가리키며, 전도성이 거의 없거나 약한 비전도성용액은 전기화학반응이 일어나지 않아 필요로 하는 결과물을 얻지 못하기 때문에 반드시 전해질을 필요로 하고 있다.The electrochemical reaction using electricity in this way requires an electrolyte, where the electrolyte is a material that conducts electric current and refers to a material that allows the solution to have electrical conductivity. Non-conductive solutions with little or no conductivity do not undergo electrochemical reaction. Electrolyte is required because the required product cannot be obtained.

그러나, 전기화학반응에 전해질을 필요로 하면서 전해질에 의한 비전도성용액의 2차 오염문제와 전해질 사용 및 제거에 따른 비용증가문제가 대두되고 있다.However, while requiring an electrolyte for an electrochemical reaction, a secondary pollution problem of a non-conductive solution by the electrolyte and an increase in cost due to use and removal of the electrolyte are emerging.

또한, 전해질이 해리될 수 있는 용액(용매)에만 전해질 투입이 가능하기 때문에 전해질이 해리되지 않거나 전해질 투입이 어려운 용액(용매)의 경우에는 전기화학반응을 이용하는 것 자체가 어려운 문제점이 있었다.In addition, since the electrolyte can be added only to a solution (solvent) in which the electrolyte can be dissociated, in the case of a solution (solvent) in which the electrolyte is not dissociated or the electrolyte is difficult to be injected, it is difficult to use the electrochemical reaction itself.

따라서, 전해질이 없더라도 전기분해, 전해산화, 전기도금과 같은 전기화학반응을 일으킬 수 있는 현실적이고도 적용이 가능한 기술이 절실한 실정이다.Therefore, there is an urgent need for a practical and applicable technology that can cause electrochemical reactions such as electrolysis, electrolytic oxidation, and electroplating even without electrolyte.

한국공개특허공보 제10-2006-0070459호(2006.06.23)Korean Patent Publication No. 10-2006-0070459 (2006.06.23)

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은, 양극과 음극으로 이루어지며 전기화학반응장치에 사용되는 한 쌍의 전극판 사이에 상호 간에 서로 수백 마이크로미터 이하의 극미세 간극을 가지도록 인접하게 형성되는 복수개의 전극을 배치하여 전해질 없이도 비전도성 용액의 전기분해와 전해산화를 포함하는 전기화학반응을 유발시킬 수 있는 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극을 제공하는 데 목적이 있다.Therefore, the present invention has been devised to solve the above problems, and the present invention is made of an anode and a cathode, and a microfine gap of several hundred micrometers or less with each other between a pair of electrode plates used in an electrochemical reaction device. In order to provide an electroless electrode for an electrochemical reaction that does not require an electrolyte that can cause an electrochemical reaction including electrolysis and electrolysis of a non-conductive solution, without an electrolyte, by arranging a plurality of electrodes formed adjacent to have There is a purpose.

본 발명의 실시예에 따른 무전해질 전극은, 양극과 음극이 각각 인가되는 한 쌍의 전극; 및 상기 한 쌍의 전극 사이에서 상호 간에 서로 1 나노미터(nm) 이상 220 마이크로미터(㎛) 이하의 극미세 간극을 가지도록 인접하게 형성되는 복수개의 전도성 전극;을 구비하고, 상기 극미세 간극은, 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.An electroless electrode according to an embodiment of the present invention includes a pair of electrodes to which positive and negative electrodes are respectively applied; And a plurality of conductive electrodes formed adjacent to each other to have an extremely fine gap of 1 nanometer (nm) or more and 220 micrometers (µm) or less between each other between the pair of electrodes. , At least one may be formed.

본 발명의 실시예에 따른 무전해질 전극은, 상기 복수개의 전도성 전극을 보호하기 위한 보호커버를 더 구비할 수 있다.The electroless electrode according to an embodiment of the present invention may further include a protective cover for protecting the plurality of conductive electrodes.

상기 보호커버는, 상기 양극과 음극이 인가되는 한 쌍의 전극에 인접하여 배치될 경우에는 전도성을 갖는 재질로 형성되며, 상기 한 쌍의 전극이 배치되지 않은 부위에서 상기 복수개의 전도성 전극을 커버하는 경우에는 비전도성재질로 형성될 수 있다.The protective cover is formed of a material having conductivity when disposed adjacent to a pair of electrodes to which the anode and the cathode are applied, and covers the plurality of conductive electrodes at a portion where the pair of electrodes is not disposed. In case, it may be formed of a non-conductive material.

본 발명의 실시예에 따른 무전해질 전극은, 상기 한 쌍의 전극은 각각 외측으로 배치되고, 상기 복수개의 전도성 전극은 내측에 배치되며, 전체적으로 간극구조를 가지며 형성될 수 있다.In the electroless electrode according to the embodiment of the present invention, the pair of electrodes are respectively disposed outside, and the plurality of conductive electrodes are disposed inside, and may have a gap structure as a whole.

본 발명의 실시예에 따른 무전해질 전극은, 상기 한 쌍의 전극은 봉형상의 중심전극을 원통형의 외부전극이 둘러싸는 형태로 배치되고, 상기 복수개의 전도성 전극은 상기 중심전극을 기준으로 동심원을 가지며 서로 다른 크기의 지름을 갖는 복수개의 원통형 전극이 순차적으로 배치되는 구조로 형성될 수 있다.In the electroless electrode according to the embodiment of the present invention , the pair of electrodes are arranged in a form in which a cylindrical external electrode surrounds the rod-shaped central electrode, and the plurality of conductive electrodes have concentric circles based on the central electrode. A plurality of cylindrical electrodes having diameters of different sizes may be formed in a structure in which they are sequentially arranged.

상기 복수개의 전도성 전극은, 가느다란 모발이나 실형태의 전극체가 상하좌우로 배열되고 인접한 전극 사이 또는 전극 내부에 미세기공을 구비하는 다공질 전극체로 형성될 수 있다.The plurality of conductive electrodes may be formed of a porous electrode body in which thin, electrode-like electrode bodies are arranged vertically, horizontally, and have micropores between adjacent electrodes or inside electrodes.

상기 복수개의 전도성 전극은 각각, 메쉬망형태의 면을 갖는 전극체로 형성될 수 있다.Each of the plurality of conductive electrodes may be formed of an electrode body having a mesh network surface.

상기 복수개의 전도성 전극은 각각, 타공형태의 면을 갖는 전극체로 형성될 수 있다.Each of the plurality of conductive electrodes may be formed of an electrode body having a perforated surface.

상기 한 쌍의 전극은, 일측은 난용/불용성 금속재질의 양극 전극으로 형성되고, 타측은 전도성 금속재질의 음극 전극으로 형성되며, 인접하게 배치되는 복수개의 전도성 전극에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.The pair of electrodes, one side is formed of an anode electrode of a poorly soluble/insoluble metal material, the other side is formed of a cathode electrode of a conductive metal material, and may be electrically connected to a plurality of conductive electrodes disposed adjacent to each other.

상기 양극 전극으로 형성되는 난용/불용성 금속재질은, 금, 탄소, 은, 백금계, 이리듐계, 루테늄계, 팔라듐계, 티타늄계 재질 중 어느 하나이거나 이들의 혼합 재질일 수 있다.The poorly soluble/insoluble metal material formed of the anode electrode may be any one of gold, carbon, silver, platinum-based, iridium-based, ruthenium-based, palladium-based, and titanium-based materials, or a mixed material thereof.

상기 음극 전극으로 형성되는 전도성 금속재질은, 금, 탄소, 은, 백금계, 이리듐계, 루테늄계, 팔라듐계, 티타늄계, 스텐레스 스틸, 니켈, 알루미늄, 구리, 철, 주석, 크롬, 납, 아연 재질 중 어느 하나이거나 이들의 혼합 재질일 수 있다.The conductive metal material formed of the cathode electrode is gold, carbon, silver , platinum, iridium, ruthenium, palladium, titanium, stainless steel, nickel, aluminum, copper, iron, tin, chromium, lead, zinc It can be any one of the materials or a mixture of these materials.

상기 한 쌍의 전극 및 복수개의 전도성 전극은, 인가되는 전류밀도 값이 0 초과 32 ASD(Ampere Per Square Deci-Metre) 이하일 수 있다.The pair of electrodes and the plurality of conductive electrodes may have an applied current density value greater than 0 and less than or equal to 32 ASD (Ampere Per Square Deci-Metre).

본 발명의 실시예에 따른 무전해질 전극은, 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치되는 복수개의 전극이 형성하는 적어도 하나 이상의 극미세 간극에 의하여 비전도성용액에 전류가 통할 수 있다.In the non-electrolyte electrode according to the embodiment of the present invention, a current may pass through the non-conductive solution by at least one very fine gap formed by a plurality of electrodes disposed between the pair of electrodes.

본 발명의 실시예에 따른 무전해질 전극은, 상기 비전도성용액이 혼합액체일 경우에 서로 다른 크기의 전압을 인가하여 혼합액체에서 특정성분만을 분해할 수 있다.In the electroless electrode according to the embodiment of the present invention, when the non-conductive solution is a mixed liquid, voltages of different sizes may be applied to decompose only a specific component in the mixed liquid.

상기 비전도성용액은, 인가되는 전류농도가 0 초과 30 A/L(Ampere Per Liter)이하일 수 있다.The non-conductive solution, the applied current concentration may be greater than 0 and less than 30 A/L (Ampere Per Liter).

상기 복수개의 전극은, 난용/불용성 금속재질로 형성될 수 있다.The plurality of electrodes may be formed of a poorly/insoluble metal material.

상기 난용/불용성 금속재질은, 금, 탄소, 은, 백금계, 이리듐계, 루테늄계, 팔라듐계, 티타늄계 재질 중 어느 하나이거나 이들의 혼합재질일 수 있다.The poorly soluble / insoluble metal material, Gold, carbon, silver, platinum-based, iridium-based, ruthenium-based, palladium-based, or any one of titanium-based materials, or may be a mixture of these.

본 발명의 실시예에 따른 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극은, 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치되는 복수개의 전극이 형성하는 적어도 하나 이상의 극미세 간극에 의하여 전도성용액의 전도성을 높일 수 있다.The electroless electrode for an electrochemical reaction that does not require an electrolyte according to an embodiment of the present invention can increase the conductivity of a conductive solution by at least one extremely fine gap formed by a plurality of electrodes disposed between the pair of electrodes. have.

본 발명의 실시예에 따른 무전해질 전극은, 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치되는 복수개의 전극이 형성하는 적어도 하나 이상의 극미세 간극에 의하여 전해질 없이도 비전도성 용액에 전류를 흐르게 하므로 양극과 음극으로 이루어지며 물리화학반응으로 인한 전지를 구성할 경우에 전해질 없이 비전도성 용액을 사용하여도 전기를 발생시킬 수 있다.Electroless electrode according to an embodiment of the present invention, because the current flows in the non-conductive solution without an electrolyte by at least one ultra-fine gap formed by a plurality of electrodes disposed between the pair of electrodes is made of an anode and a cathode In the case of constructing a battery due to a physicochemical reaction, electricity can be generated even if a non-conductive solution is used without an electrolyte.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은, 양극과 음극으로 이루어지며 전기화학반응장치에 사용되는 한 쌍의 전극판 사이에 상호 간에 서로 수백 마이크로미터 이하의 극미세 간극을 가지도록 인접하게 형성되는 복수개의 전극을 배치하여 전해질 없이도 비전도성 용액의 전기분해와 전해산화를 포함하는 전기화학반응을 유발시킬 수 있는 비전도성용액의 전기화학반응이 가능한 무전해질 전극구조를 제공하는 효과가 있다.As described above, the present invention is made of an anode and a cathode, and a plurality of electrodes formed adjacent to each other to have an extremely fine gap of several hundred micrometers or less between each other between a pair of electrode plates used in an electrochemical reaction apparatus. There is an effect of providing an electroless electrode structure capable of electrochemical reaction of a non-conductive solution capable of inducing an electrochemical reaction including electrolysis and electrolytic oxidation of a non-conductive solution by disposing an electrode without an electrolyte.

또한, 본 발명은, 비전도성용액에 전해질을 첨가하지 않더라도 전기화학반응을 일으킬 수 있기 때문에 먹는물 정수, 지하수 정화 및 폐수처리와 같은 수처리 사업에 적용할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that can be applied to water treatment businesses such as drinking water purification, groundwater purification, and wastewater treatment because it can cause an electrochemical reaction even if no electrolyte is added to the non-conductive solution.

또한, 본 발명은, 전해질 첨가가 어렵거나 해리되지 않는 종래의 비전도성용액에서도 전기화학반응을 일으킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that can cause an electrochemical reaction even in a conventional non-conductive solution that does not dissociate or difficult to add electrolyte.

또한, 본 발명은, 전기화학반응장치에 사용되는 한 쌍의 전극 사이에 배치되는 복수개의 전극이 형성하는 적어도 하나 이상의 극미세 간극에 의하여 전도성용액의 전도성을 더욱 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention, there is an effect that can further increase the conductivity of the conductive solution by at least one very fine gap formed by a plurality of electrodes disposed between a pair of electrodes used in the electrochemical reaction apparatus.

또한, 본 발명은, 양극과 음극으로 이루어지며 물리화학반응으로 인한 전지를 구성할 경우에도 전해질이 없는 비전도성용액을 사용하여 전기를 통하게 할 수 있다.In addition, the present invention is made of a positive electrode and a negative electrode, even when configuring a battery due to a physicochemical reaction, it is possible to conduct electricity by using a non-conductive solution without electrolyte.

또한, 본 발명은, 극미세간극을 갖는 복수개의 전극이 전해질 없이도 비전도성 용액에 전류를 흐르게 하므로 양극과 음극으로 이루어지며 물리화학반응으로 인한 전지를 구성할 경우에 전해질 없이 비전도성 용액을 사용하여도 전기를 발생시키는 것이 가능하게 할 수 있다.In addition, in the present invention, since a plurality of electrodes having a very small gap flow current through a non-conductive solution without an electrolyte, it is composed of an anode and a cathode and uses a non-conductive solution without an electrolyte when constructing a battery due to a physicochemical reaction. It can also make it possible to generate electricity.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 무전해질 전극을 개략적으로 나타내는 외부사시도이다.
도 3은 도 1 내지 도 2에 도시된 한 쌍의 전극을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1 내지 도 2에 도시된 복수개의 전도성 전극을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무전해질 전극을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 전도성 전극 사이의 극미세 간극을 설명하기 위하여 실시예에 따른 무전해질 전극의 미세간극을 전자현미경으로 촬영하여 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무전해질 전극의 다공질형태를 전자현미경으로 촬영하여 나타내는 도면이다.
도 8은 미세간극의 크기에 따른 전류밀도변화량과 전압변화량의 비를 도시한 도면이다.
도 9는 전류밀도값과 전압 및 미세간극값의 실험결과와 관계식에 따른 예측값을 동시에 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 순수를 이용한 비전도성용액에 무전해질 전극을 적용하여 전류에 따른 전압변화 실험결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 종래기술과 본 발명에 따른 무전해질 전극을 사용한 전해질량을 비교하여 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명과 종래기술의 COD제거실험에 의한 효율을 비교하는 도면이다.
도 13 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 무전해질 전극의 전류농도와 전류밀도에 따른 전압변화를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 무전해질 전극구조를 적용하였을 때 다수의 비전도성용액에 대한 전압값의 실험결과를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따라 전해질을 첨가한 전도성용액에 대하여 무전해질 전극구조를 적용하였을 때와 기존전극을 적용하였을 때의 전압변화를 나타내는 도면이다.1 is a view schematically illustrating an electroless electrode for an electrochemical reaction that does not require an electrolyte according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an external perspective view schematically showing the electroless electrode illustrated in FIG. 1.
FIG. 3 is a view showing a pair of electrodes illustrated in FIGS. 1 to 2.
4 is a view showing a plurality of conductive electrodes shown in FIGS. 1 to 2.
5 is a view showing an electroless electrode according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view showing a microscopic gap of an electroless electrode according to an embodiment photographed by an electron microscope in order to describe an extremely fine gap between the conductive electrodes illustrated in FIG. 4.
7 is a view showing a porous shape of an electroless electrode according to an embodiment of the present invention photographed with an electron microscope.
8 is a view showing a ratio of a current density change amount and a voltage change amount according to the size of the fine gap.
9 is a view showing the current density value, the experimental result of the voltage and the fine gap value and the predicted value according to the relational expression at the same time.
FIG. 10 is a view showing the results of a voltage change experiment according to current by applying an electroless electrode to a non-conductive solution using pure water according to an embodiment of the present invention.
11 is a view showing a comparison of the amount of electrolyte using an electroless electrode according to the present invention and the prior art.
12 is a view for comparing the efficiency of the present invention and prior art COD removal experiments.
13 to 14 are diagrams showing voltage changes according to current concentration and current density of the electroless electrode according to an embodiment of the present invention.
15 is a view showing the experimental results of voltage values for a plurality of non-conductive solutions when applying the electroless electrode structure according to an embodiment of the present invention.
16 is a view showing a voltage change when an electroless electrode structure is applied to a conductive solution to which an electrolyte is added according to another embodiment of the present invention and when an existing electrode is applied.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the description of the present invention is merely an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the embodiments described in the text. That is, since the embodiments can be variously changed and have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing technical ideas.

한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.On the other hand, the meaning of the terms described in the present invention should be understood as follows.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as "first" and "second" are for distinguishing one component from other components, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is said to be "connected" to another component, it should be understood that other components may exist in the middle, although they may be directly connected to the other component. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle. On the other hand, other expressions describing the relationship between the components, that is, "between" and "immediately between" or "adjacent to" and "directly neighboring to" should be interpreted similarly.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions are to be understood as including plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as “comprises” or “have” are used features, numbers, steps, actions, components, parts or the like. It is to be understood that a combination is intended to be present, and should not be understood as pre-excluding the existence or addition possibility of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.

각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In each step, the identification code (for example, a, b, c, etc.) is used for convenience of explanation. The identification code does not describe the order of each step, and each step clearly identifies a specific order in context. Unless stated, it may occur in a different order than specified. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains, unless otherwise defined. The terms defined in the commonly used dictionary should be interpreted to be consistent with meanings in the context of related technologies, and cannot be interpreted as having ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present invention.

본 발명은 비전도성용액에 전해질을 첨가하지 않더라도 전류를 통하게 할 수 있는 무전해질 전극구조에 관한 것이다.The present invention relates to an electroless electrode structure capable of passing electric current even without adding an electrolyte to a non-conductive solution.

도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명하기에 앞서 본 발명에 따른 무전해질 전극구조에 적용된 기술적 사상을 설명하면 다음과 같다.The technical idea applied to the electroless electrode structure according to the present invention will be described below with reference to the drawings before describing the embodiment according to the present invention.

일반적으로 전압은 저항과 전류의 곱으로 계산되어지며, 일정시간동안 흐른 전하량을 전류로 볼때 저항이 작으면 전류가 잘 통하고 저항이 일정할 때는 전압이 높아질 때 전류가 잘 통할 수 있다.In general, voltage is calculated as the product of resistance and current, and when the amount of electric charge that has flowed for a certain time is seen as a current, if the resistance is small, the current passes well, and when the resistance is constant, the current can pass well when the voltage increases.

그러나, 전압이 높을 경우 과도한 전압으로 인해 시스템에 많은 부하가 걸릴 수 있으므로 전압을 높여 전류를 통하게 하는 것보다 저항을 조절하는 편이 효과적이다.However, if the voltage is high, it is more effective to adjust the resistance than to increase the voltage to allow current to flow, because excessive voltage may place a heavy load on the system.

한편, 본 발명이 적용되는 전기화학반응에서 용액은 하나의 저항으로 작용할 수 있다. 여기서, 저항은 전류가 통하는 길이와 비저항값에 비례하고 단면적에 반비례한다. 또한, 비저항은 전기전도도의 역수이다. 저항을 낮게 하는 것이 전기화학반응을 수행하는데 있어서 중요사항이다. On the other hand, in the electrochemical reaction to which the present invention is applied, the solution may act as one resistance. Here, the resistance is proportional to the length of the current passing through and the specific resistance value and inversely proportional to the cross-sectional area. In addition, the specific resistance is the reciprocal of electrical conductivity. Lowering resistance is an important factor in conducting an electrochemical reaction.

1833년 패러데이가 전기분해법칙을 발견한 이래로 네른스트가 평형상태의 단극전위차를 열역학적으로 구하여 전극전위를 화학반응종의 활량으로 나타내었다. 그 뒤 전기화학 반응을 위해 사용해야 하는 전해질 용액에 대한 연구가 활발히 진행되어, 디바이-휘켈은 전해질 용액의 이온세기와 활동도 계수의 관계를 수식화 하였고, 타펠은 전해에 있어서 과전압과 전류밀도의 관계를 밝혔다. 또한, 그동안 대부분 전도성이 낮은 용액에서 전해질을 첨가하여 저항을 줄이려는 노력을 시도해 왔다.Since Faraday discovered the law of electrolysis in 1833, Nernst thermodynamically determined the equilibrium unipolar potential difference and expressed the electrode potential as the activity of a chemically reactive species. Subsequently, research on the electrolyte solution to be used for the electrochemical reaction was actively conducted, and Divy-Hückel formulated the relationship between the ionic strength and the activity coefficient of the electrolyte solution, and Tafel developed the relationship between overvoltage and current density in electrolysis. Said. In addition, attempts have been made to reduce the resistance by adding an electrolyte in a solution having a low conductivity.

이와 같이 종래기술은 저항을 줄이기 위하여 전해질을 첨가하는데 반하여, 본 발명에서는 저항을 줄이기 위하여 전극사이의 간격을 줄이고자 시도하였다.As described above, in the prior art, an electrolyte was added to reduce the resistance, whereas in the present invention, an attempt was made to reduce the gap between the electrodes to reduce the resistance.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극을 개략적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 무전해질 전극을 개략적으로 나타내는 외부사시도이다.1 is a view for schematically explaining an electroless electrode for an electrochemical reaction that does not require an electrolyte according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an external perspective view schematically showing the electroless electrode shown in FIG. 1.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 비전도성용액의 전기화학반응이 가능한 무전해질 전극은, 한 쌍의 전극(10,20), 및 복수개의 전도성 전극(30)을 구비할 수 있다.As shown in the figure, an electroless electrode capable of electrochemical reaction of a non-conductive solution according to an embodiment of the present invention may include a pair of electrodes 10 and 20 and a plurality of conductive electrodes 30. have.

보다 상세하게는, 상기 한 쌍의 전극(10,20)은, 상측으로 배치되는 상부전극(10)과 하측으로 배치되는 하부전극(20)을 포함할 수 있으며, 상기 한 쌍의 전극(10,20)은 각각 외측으로 배치되고, 상기 복수개의 전도성 전극(30)은 내측에 배치되며, 전체적으로 간극구조를 가지며 형성될 수 있다.More specifically, the pair of electrodes 10 and 20 may include an upper electrode 10 disposed on the upper side and a lower electrode 20 disposed on the lower side, and the pair of electrodes 10, 20) are respectively disposed outside, and the plurality of conductive electrodes 30 are disposed inside, and may have a gap structure as a whole.

이때, 상기 상부전극(10)과 하부전극(20)은 외부전극과 전기적으로 연결되며, 본 발명의 실시예에서 상기 상부전극(10)은 난용/불용성 금속재질의 양극(애노드, anode, 산화) 전극으로 형성될 수 있고, 하부전극(20)은 전도성 금속재질의 음극(캐소드, cathode, 환원) 전극으로 형성되며, 인접하게 배치되는 복수개의 전극(30)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.At this time, the upper electrode 10 and the lower electrode 20 are electrically connected to an external electrode, and in the exemplary embodiment of the present invention, the upper electrode 10 is an anode (anode, anode, oxidation) of a poorly soluble/insoluble metal material. It may be formed of an electrode, the lower electrode 20 is formed of a cathode (cathode, cathode, reduction) electrode made of a conductive metal material, and may be electrically connected to a plurality of electrodes 30 disposed adjacent to each other.

또한, 상부전극(10)과 하부전극(20)의 이온화 경향의 차이를 이용하는 전지가 구성될 경우에는, 상기 상부전극(10)은 이온화 경향이 상대적으로 작은 전도성물질의 양극(캐소드, cathode, 환원) 전극으로 형성될 수 있고, 하부전극(20)은 이온화 경향이 상대적으로 큰 전도성물질의 음극(애노드, anode, 산화) 전극으로 형성되며, 인접하게 배치되는 복수개의 전극(30)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.In addition, when a battery using a difference in the ionization tendency between the upper electrode 10 and the lower electrode 20 is configured, the upper electrode 10 is a cathode (cathode, cathode, reduction) of a conductive material having a relatively small ionization tendency. ) May be formed of an electrode, and the lower electrode 20 is formed of a negative electrode (anode, anode, oxidation) electrode of a conductive material having a relatively large ionization tendency, and is electrically connected to a plurality of electrodes 30 disposed adjacent to each other. Can be connected.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 실험에서는 양극으로 구리를 사용하고 음극으로 아연을 사용하였을 때 약 0.8V 의 전압값을 나타내었고, 양극으로 아연을 사용하고 음극으로 알루미늄을 사용하였을 때 약 0.3V의 전압값을 나타내었다.In addition, in the experiment according to the embodiment of the present invention, when using copper as the anode and using zinc as the cathode, a voltage value of about 0.8 V was shown, and when using zinc as the anode and aluminum as the cathode, about 0.3 V The voltage value of was shown.

또한, 상기 복수개의 전극(30)은, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 한 쌍의 전극(10,20) 사이에서 상호 간에 서로 수백 마이크로미터 이하의 극미세 간극(100)을 가지도록 인접하게 형성될 수 있다.In addition, the plurality of electrodes 30, as shown in the figure, between the pair of electrodes (10,20) mutually formed so as to have a microfine gap 100 of each other hundreds of micrometers or less to each other. Can be.

여기서, 상기 극미세 간극(100)은 적어도 하나 이상 형성될 수 있으며, 상기 복수개의 전극(30)을 보호하기 위한 보호커버(40)를 더 구비할 수 있다. 이때, 상기 보호커버(40)는, 상기 양극과 음극이 인가되는 한 쌍의 전극에 인접하여 배치될 경우에는 전도성을 갖는 재질로 형성되며, 상기 한 쌍의 전극이 배치되지 않은 부위에서 상기 복수개의 전도성 전극을 커버하는 경우에는 비전도성재질로 형성될 수 있다.Here, at least one of the ultra-fine gaps 100 may be formed, and a protection cover 40 for protecting the plurality of electrodes 30 may be further provided. At this time, when the protective cover 40 is disposed adjacent to a pair of electrodes to which the positive electrode and the negative electrode are applied, the protective cover 40 is formed of a conductive material, and the plurality of electrodes are formed at a portion where the pair of electrodes is not disposed. When the conductive electrode is covered, it may be formed of a non-conductive material.

한편, 본 발명의 실시예에서는 상기 보호커버(40)가 전극(30)의 일측 외측면에 배치되어 전극판과 접하는 위치에 형성되었으나, 그 지점에 한정하지 않고 전극(30)을 보호하는 구조로 다양한 위치에 형성될 수 있다.On the other hand, in the embodiment of the present invention, the protective cover 40 is disposed on one side of the outer surface of the electrode 30 and formed at a position in contact with the electrode plate, but is not limited to that point, and has a structure for protecting the electrode 30 It can be formed in various positions.

도 3은 도 1 내지 도 2에 도시된 한 쌍의 전극을 나타내는 도면이다.FIG. 3 is a view showing a pair of electrodes illustrated in FIGS. 1 to 2.

도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 전극(10,20)을 상세하게 설명하면 다음과 같다.The pair of electrodes 10 and 20 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3 as follows.

본 발명의 실시예에서, 상기 한 쌍의 전극(10,20)은, 일측인 상부전극(10)은 난용/불용성 금속재질의 양극 전극으로 형성될 수 있고, 타측인 하부전극(20)은 전도성 금속재질의 음극 전극으로 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the pair of electrodes 10 and 20, one side of the upper electrode 10 may be formed of a poorly soluble/insoluble metal material anode electrode, the other side of the lower electrode 20 is conductive It may be formed of a metal cathode electrode.

여기서, 상기 양극 전극으로 형성되는 난용/불용성 금속재질은, 금, 탄소, 은, 백금계, 이리듐계, 루테늄계, 팔라듐계, 티타늄계 재질 중 어느 하나 이거나 이들의 혼합 재질일 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 백금 또는 이리듐계 재질로 형성될 수 있다.Here, the poorly-soluble/insoluble metal material formed of the anode electrode is gold, carbon, silver, Platinum-based, iridium-based, ruthenium-based, palladium-based, or any one of titanium-based materials, or a mixture of these materials, in embodiments of the present invention may be formed of platinum or iridium-based materials.

또한, 상기 음극 전극으로 형성되는 전도성 금속재질은, 금, 탄소, 은, 백금계, 이리듐계, 루테늄계, 팔라듐계, 티타늄계, 스텐레스 스틸, 니켈, 알루미늄, 구리, 철, 주석, 크롬, 납, 아연 재질 중 어느 하나이거나 이들의 혼합 재질일 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 티타늄계 재질로 형성될 수 있다.In addition, the conductive metal material formed of the negative electrode is gold, carbon, silver, platinum, iridium, ruthenium, palladium, titanium, stainless steel, nickel, aluminum, copper, iron, tin, chromium, lead , It may be any one of the zinc material or a mixed material thereof, in the embodiment of the present invention may be formed of a titanium-based material.

또한, 상기 한쌍의 전극(10,20)은 형상을 제한하지 않고, 다른 예로, 박막형태로 형성될 수 있으며, 메쉬망형태의 면을 갖는 전극체로 형성되거나 타공형태의 면을 갖는 전극체로 형성될 수 있다.In addition, the pair of electrodes 10, 20 is not limited in shape, and in another example, may be formed in a thin film form, and may be formed of an electrode body having a mesh network surface or an electrode body having a perforated surface. Can.

도 4는 도 1 내지 도 2에 도시된 복수개의 전도성 전극을 나타내는 도면이다.4 is a view showing a plurality of conductive electrodes shown in FIGS. 1 to 2.

도면에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 상부전극(10) 및 하부전극(20) 사이에서 극미세 간극을 가지고 복수개의 전극(30)이 형성된다.As shown in the figure, a plurality of electrodes 30 is formed with a very fine gap between a pair of upper electrodes 10 and lower electrodes 20.

이때, 상기 복수개의 전극(30)은, 본 발명의 실시예에서는 가느다란 모발이나 실형태의 전극체가 상하좌우로 배열되고 인접한 전극 사이 또는 전극내부에 미세기공을 구비하는 다공질 전극체로 형성될 수 있다.At this time, the plurality of electrodes 30, in the embodiment of the present invention, may be formed of a porous electrode body having fine pores inside or between adjacent electrodes in which slender hair or threaded electrode bodies are arranged vertically and horizontally. .

또한, 상기 복수개의 전극(30)은 형상을 제한하지 않고, 다른 예로, 박막형태로 형성될 수 있으며, 메쉬망형태의 면을 갖는 전극체로 형성되거나 타공형태의 면을 갖는 전극체로 형성될 수 있다.In addition, the plurality of electrodes 30 is not limited in shape, and may be formed in a thin film form as another example, and may be formed of an electrode body having a mesh network surface or an electrode body having a perforated surface. .

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 전극면상에 관통공이 형성됨으로서 전도성 및 전기화학반응 대상물질과의 반응표면적을 높일 수 있다.As described above, through-holes are formed on the electrode surface according to an embodiment of the present invention, thereby increasing the surface area of conductivity and the surface of the electrochemical reaction target material.

또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 복수개의 전극(30)은, 전극판과 전기적으로 연결된 채 상호간에 서로 극미세 간극을 가지고 배치되기 때문에 산화가 발생할 수 있으며, 따라서, 양극 전극과 같이 산화되는 것을 방지하기 위하여 난용/불용성 금속재질로 형성될 수 있다.In addition, in the embodiment of the present invention, the plurality of electrodes 30 may be oxidized because they are disposed to have an extremely fine gap with each other while being electrically connected to the electrode plate. It may be formed of a poorly soluble / insoluble metal material to prevent it.

여기서, 상기 난용/불용성 금속재질은, 금, 탄소, 은, 백금계, 이리듐계, 루테늄계, 팔라듐계, 티타늄계 재질 중 어느 하나이거나 이들의 혼합 재질이며, 본 발명의 실시예에서는 탄소재질로 형성될 수 있다.Here, the poorly-soluble/insoluble metal material is any one of gold, carbon, silver, platinum-based, iridium-based, ruthenium-based, palladium-based, and titanium-based materials, or a mixed material thereof. Can be formed.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 한 쌍의 전극(10,20) 사이에 배치되는 복수개의 전극이 형성하는 적어도 하나 이상의 극미세 간극(30)에 의하여 비전도성용액에 전류가 통하며, 즉, 전류는 항상 0 초과의 크기를 가질 수 있다. 따라서, 후술하는 도 13에서 설명한 바와 같이, 상기 비전도성용액은, 인가되는 전류농도가 0 초과 30 A/L(Ampere Per Liter)이하인 것이 바람직하다.According to an embodiment of the present invention, a current flows through the non-conductive solution by at least one ultra-fine gap 30 formed by a plurality of electrodes disposed between the pair of electrodes 10 and 20, that is, The current can always have a magnitude greater than zero. Therefore, as described in FIG. 13 to be described later, the non-conductive solution preferably has an applied current concentration of more than 0 and less than 30 A/L (Ampere Per Liter).

한편, 본 발명의 실시예에서, 후술하는 도 14에서 설명한 바와 같이, 상기 한 쌍의 전극 및 복수개의 전도성 전극은, 인가되는 전류밀도 값이 0 초과 32 ASD(Ampere Per Square Deci-Metre) 이하인 것이 바람직하다.On the other hand, in the embodiment of the present invention, as described in Figure 14 to be described later, the pair of electrodes and the plurality of conductive electrodes, the current density value applied is greater than 0 and less than 32 ASD (Ampere Per Square Deci-Metre) desirable.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무전해질 전극을 나타내는 도면이다.5 is a view showing an electroless electrode according to another embodiment of the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무전해질 전극은, 양극과 음극이 각각 인가되는 한 쌍의 전극(11,21) 및 상기 한 쌍의 전극 사이에서 상호 간에 서로 수백 마이크로미터 이하의 극미세 간극을 가지도록 인접하게 형성되는 복수개의 전도성 전극(31)을 구비할 수 있다.As shown in the figure, an electroless electrode according to another embodiment of the present invention, between a pair of electrodes 11 and 21 to which an anode and a cathode are respectively applied, and the pair of electrodes are each hundreds of micrometers from each other. A plurality of conductive electrodes 31 that are formed adjacent to each other to have the following ultra-fine gap may be provided.

여기서, 상기 한 쌍의 전극(11,21)은 봉형상의 중심전극(11)을 원통형의 외부전극(21)이 둘러싸는 형태로 배치되고, 상기 복수개의 전도성 전극(31)은 상기 중심전극(11)을 기준으로 동심원을 가지며 서로 다른 크기의 지름을 갖는 복수개의 원통형 전극이 순차적으로 배치되는 구조로 형성될 수 있다. 이때, 도면에는 도시되지 않았으나 상기 중심전극(11)이 외부원통형 전극(21)과 직접 접촉하는 부위는 절연체로 절연될 수 있으며, 복수개의 전극(31)을 보호하기 위하여 도 1에서 상술한 보호커버(미도시)를 더 구비할 수 있다.Here, the pair of electrodes 11 and 21 are arranged in a form in which a cylindrical outer electrode 21 surrounds the rod-shaped center electrode 11, and the plurality of conductive electrodes 31 are the center electrode 11 ), a plurality of cylindrical electrodes having concentric circles and diameters of different sizes may be sequentially formed. At this time, although not shown in the drawing, the portion where the center electrode 11 directly contacts the external cylindrical electrode 21 may be insulated with an insulator, and the protective cover described above in FIG. 1 to protect the plurality of electrodes 31. (Not shown) may be further provided.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무전해질 전극은, 상기 도 1에서 상술한 구성에 대응되는 구성에 대해서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.On the other hand, the electroless electrode according to another embodiment of the present invention, a detailed description of the configuration corresponding to the above-described configuration in FIG. 1 will be omitted.

도 6은 도 4에 도시된 전도성 전극 사이의 극미세 간극을 설명하기 위하여 실시예에 따른 무전해질 전극의 미세간극을 전자현미경으로 촬영하여 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무전해질 전극의 다공질형태를 전자현미경으로 촬영하여 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a view showing a microscopic gap of the electroless electrode according to the embodiment photographed by an electron microscope in order to describe the microscopic gap between the conductive electrodes illustrated in FIG. 4, and FIG. 7 is a diagram illustrating the radish according to an embodiment of the present invention This is a diagram showing the porous shape of the electrolyte electrode photographed with an electron microscope.

도면을 참조하여 본 발명에 적용된 도 1에서 상술한 복수개 전극(30) 사이의 극미세 간극(100)을 상세하게 설명하면 다음과 같다. Referring to the drawings, the microfine gap 100 between the plurality of electrodes 30 described above in FIG. 1 applied to the present invention will be described in detail as follows.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 복수개의 전극(30)은, 전기전도도와 전기화학반응 대상물질과의 반응표면적을 높이기 위하여 미세기공을 구비하는 다공질 전극체로 형성될 수 있으며, 상기 복수개의 전극(30)은 상호간에 인접하는 사이에서 전자현미경에 도시된 바와 같이 극미세 간극(100)으로 이격될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plurality of electrodes 30 may be formed of a porous electrode body having micropores in order to increase the electrical conductivity and the reaction surface area of the electrochemical reaction target material, and the plurality of electrodes ( 30) may be spaced apart from each other adjacent to each other, as shown in the electron microscope to the ultra-fine gap (100).

다음은 본 발명의 실시예에 따라 전극사이의 극미세 간극범위를 구하기 위한 설명일 수 있다.The following may be a description for obtaining an extremely fine gap range between electrodes according to an embodiment of the present invention.

금속전극이 용액속에 잠기게 되면 금속과 용액이 접촉하는 경계면에서 금속표면과 용액이 전기를 띠게 된다. 즉 금속의 표면에 전하가 모이면 용액 쪽에서도 경계면에 금속표면과 반대부호의 전하가 모이게 된다. 이러한 이유에서 금속표면에 전기이중층이 존재하게 되고 전극근처의 이러한 전기이중층에서는 양전하와 음전하가 분리되어 있어 공간전하가 있다고 한다. When the metal electrode is immersed in the solution, the metal surface and the solution are energized at the interface between the metal and the solution. That is, when charges collect on the surface of the metal, charges of opposite signs from the metal surface also collect on the interface even in the solution side. For this reason, it is said that there is an electric double layer on the metal surface, and in this electric double layer near the electrode, positive and negative charges are separated, and thus there is a space charge.

전극의 최소 간극은 이러한 전기이중층의 최소간극으로 볼 수 있다. The minimum gap of the electrode can be regarded as the minimum gap of this electric double layer.

디바이 휘켈(Debye-Huckel)이론에서 전기이중층의 두께는 디바이길이(Debye length)로 표시할 수 있고, 이러한 디바이길이를 살펴보면 이온세기가 1일 때 디바이길이는 0.3nm정도이다. 일반적으로는 이온세기가 0.1 이 되는 대략 외부 홀무르쯔면(OHP)까지의 거리가 될 것이고 홀무르쯔층(Helmholtz layer)의 두께인 1nm정도가 전극의 최소간극이라고 할 것이다. In the Debye-Huckel theory, the thickness of the electric double layer can be expressed by the Debye length. Looking at the Debye length, when the ion intensity is 1, the divide length is about 0.3 nm. In general, it will be approximately the distance to the outer Holmutz plane (OHP) where the ionic strength is 0.1, and the thickness of the Helmholtz layer, about 1 nm, will be called the minimum gap of the electrode.

하기의 [표 1]은 1A 전류를 비전도성용액에 인가하는 실험에서 전해질 없이 전기화학반응이 일어나는 극미세 간극(L)을 나타내는 실험결과이다.The following [Table 1] is an experimental result showing a very small gap (L) in which an electrochemical reaction occurs without electrolyte in an experiment in which 1A current is applied to a non-conductive solution.

비전도성액체Non-conductive liquid k(μS/cm) k(μS/cm) L(μm)L(μm) L(nm)L(nm) 액체-1Liquid-1 5.0E-015.0E-01 39.2339.23 액체-2Liquid-2 2.6E-012.6E-01 20.2820.28 액체-3Liquid-3 5.5E-025.5E-02 5.1155.115 액체-4Liquid-4 1.4E-021.4E-02 1.3441.344 액체-5Liquid-5 1.35E-031.35E-03 186186 액체-6Liquid-6 5E-045E-04 7878 액체-7Liquid-7 1E-051E-05 3.33.3

상기의 [표 1]에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 실험결과에 따르면, 상기 극미세 간극(100)은 비전도성액체가 액체 1일 때 39 마이크로미터(㎛) 이며, 액체3 일때 5.1 마이크로미터(㎛)인 것을 알 수 있으며, 전체적으로 3.3 나노미터(nm) ~ 39.23마이크로미터(㎛)인 것이 바람직하다.As shown in [Table 1] above, according to the experimental results of the present invention, the ultrafine gap 100 is 39 micrometers (µm) when the non-conductive liquid is liquid 1, and 5.1 micrometers when liquid 3 is Μm), and is preferably 3.3 nanometers (nm) to 39.23 micrometers (µm) as a whole.

한편, 비전도성 용액에서 전극사이의 미세간극이 어느 정도 크더라도 이를 극복할 수 있는 방법은 전압을 높여서 전류를 통하게 할 수 있다. 그러나, 전압이 높으면 일반적으로 열이 발생하기 때문에 열에너지로 인한 큰 에너지손실을 초래하게 되어 경제적이지 못할 뿐 아니라 열로 인해 여러가지 문제점이 발생할 수 있으므로 온도를 낮추기 위한 냉각장치가 필요하게 된다. 또한, 높은 전압에 의해 전기화학반응 시스템에 여러가지 문제를 초래하게 되므로 공학적인 관점에서 이러한 이유들로 인해 전극의 극미세 간극에 대한 최대 크기를 정하는 것이 바람직하다.On the other hand, in a non-conductive solution, a method capable of overcoming this, even if the micro gap between electrodes is somewhat large, may increase the voltage to allow current to pass. However, when the voltage is high, heat is generally generated, which results in a large energy loss due to thermal energy, and is not economical as well as various problems may occur due to heat, so a cooling device is required to lower the temperature. In addition, because the high voltage causes various problems in the electrochemical reaction system, from an engineering point of view, it is desirable to determine the maximum size of the microfine gap of the electrode for these reasons.

도 8 내지 도 9를 참조하여 마이크로미터를 이용하여 미세간극의 크기를 변화시켜가면서 비전도성 용액중에서 전류값에 따라 전압값이 어떻게 변화하는 지를 관찰하였다.8 to 9, while changing the size of the micro-gap using a micrometer, it was observed how the voltage value changes according to the current value in the non-conductive solution.

도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전해질 없는 비전도성 용액에서 전류를 통하기 위한 전극의 최대 간극을 실험한 결과를 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 8, the results of testing the maximum gap of the electrode for passing the current in the non-electrolytic solution without electrolyte according to the embodiment of the present invention will be described.

도 8은 미세간극의 크기에 따른 전류밀도변화량과 전압변화량의 비를 도시한 도면이다.8 is a view showing a ratio of a current density change amount and a voltage change amount according to the size of a fine gap.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 극미세 간극의 최대크기를 구하기 위하여, [표 1]의 실험결과에서 가장 전도성이 높은 비전도성 액체 1 내지 액체 3을 사용하여 마이크로미터 단위로 미세간극의 크기를 변화시켜 가면서 비전도성 용액 중에서 전류값에 따른 전압값이 변화하는 과정을 실험하였다.As shown in the figure, in order to obtain the maximum size of the microfine gap according to the embodiment of the present invention, in the experiment results of [Table 1], the most conductive non-conductive liquids 1 to 3 were used in micrometer units. The process of changing the voltage value according to the current value in the non-conductive solution was tested while changing the size of the micro gap.

즉, 일반적으로 전류(A, Ampere)가 증가함에 따라 전압도 증가하게 되는데, 전극사이의 간극이 클수록 전압의 증가폭이 크게 될 수 있다. 이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 간극이 40마이크로미터 까지는 전류밀도(ASD, Ampere per Square Deci-metre) 증가율에 따른 전압의 증가율이 낮았지만, 그 이상에서는 전류밀도에 따라 전압이 점점 많이 상승할 수 있다. 또한, 미세간극이 일정할 때 전류밀도가 증가함에 따라 전압이 일정구간까지는 선형적으로 증가할 수 있다.That is, in general, as the currents A and Ampere increase, the voltage also increases. As the gap between the electrodes increases, the voltage increase may increase. At this time, as shown in FIG. 8, the increase rate of the voltage according to the current density (ASD, Ampere per Square Deci-metre) increase rate was low until the gap was 40 micrometers, but the voltage increased more and more depending on the current density. Can. In addition, as the current density increases when the fine gap is constant, the voltage may increase linearly until a certain period.

도면을 참조하였을 때 미세간극의 크기에 따른 전류밀도변화량과 전압변화량의 비(△V/△ASD)가 도시된 것을 알 수 있다.When referring to the drawings, it can be seen that the ratio (ΔV/ΔASD) of the current density change amount and the voltage change amount according to the size of the fine gap is illustrated.

여기서, 도면에 도시된 바와 같이, 전류밀도변화량에 대한 전압변화량의 비(△V/△ASD)는 미세간극의 크기가 220마이크로미터 까지는 조금씩 점진적으로 증가하다가 그 이상에서는 급격히 증가하였다. Here, as shown in the figure, the ratio of the amount of change in voltage to the amount of change in current density (ΔV/ΔASD) gradually increased gradually up to 220 micrometers and then rapidly increased.

따라서, 미세간극이 220 마이크로미터를 넘어서면 전류에 비해 매우 큰 전압이 필요한 것을 고려할 때 미세간극의 크기는 220마이크로미터 이하일 수 있다.Therefore, when the micro-gap exceeds 220 micrometers, considering that a very large voltage is required compared to the current, the micro-gap size may be 220 micrometers or less.

결론적으로, 본 발명의 실시예에서 전극의 극미세 간극은 1나노미터이상에서 220마이크로미터이하의 크기이다.In conclusion, in the embodiment of the present invention, the ultra-fine gap of the electrode has a size of 1 nanometer or more and 220 micrometers or less.

도 9는 전류밀도값과 전압 및 미세간극값의 실험결과와 관계식에 따른 예측값을 동시에 나타내는 도면이다.9 is a view showing the current density value, the experimental results of the voltage and the fine gap value and the predicted value according to the relational expression at the same time.

본 발명은 도 9를 통해 특정전류밀도에서 전압값(V,volt)과 미세간극값의 관계에 대한 실험값을 수식으로 예측한 값을 나타내었다.The present invention shows the values predicted by formulas for experimental values of the relationship between the voltage value (V, volt) and the fine gap value at a specific current density through FIG. 9.

본 발명의 실시예에 따르면, 미세간극과 전류값과 전압값이 서로 어떠한 상관관계를 가지는지 알아보기 위하여 다양한 실험과 연구를 진행하였으며, 그 결과 특정 전류밀도(ASD)에서 미세간극값(D)에 대한 전압값의 관계를 수식으로 구할 수 있었다.According to an embodiment of the present invention, various experiments and studies have been conducted to find out how the micro-gap and the current value and the voltage value correlate with each other, and as a result, the micro-gap value (D) at a specific current density (ASD). The relationship between the voltage values for can be obtained by the equation.

간극의 값을 D(㎛)라고 할 때, 특정전류밀도에서 전압값(V,volt)의 관계식은 다음과 같다. When the value of the gap is D(µm), the relational expression of the voltage value (V,volt) at a specific current density is as follows.

V( ASD ) = a*D3+b*D2+c*D+d (a, b, c, d 는 ASD에 따른 계수)V ( ASD ) = a*D 3 +b*D 2 +c*D+d (a, b, c, d are coefficients according to ASD)

도 9에 도시된 바와 같이, 실험결과를 실선으로 표시하였고, 관계식을 점선으로 표시하였다. 관계식이 실험결과와 일치하며 전류밀도와 극간이 큰 부분은 관계식으로부터 전압값을 예측할 수 있다.As shown in Fig. 9, the experimental results were indicated by solid lines, and the relational equations were indicated by dotted lines. The relationship is consistent with the experimental results, and the voltage density can be predicted from the relationship between the current density and the large pole.

이와 같이, 본 발명은, 전기화학반응장치에 사용되는 한 쌍의 전극 사이에 배치되는 복수개의 전극이 형성하는 적어도 하나 이상의 극미세 간극에 의하여 비전도성용액에 전류를 통하게 할 수 있다.As described above, the present invention allows current to pass through a non-conductive solution by at least one extremely fine gap formed by a plurality of electrodes disposed between a pair of electrodes used in an electrochemical reaction apparatus.

뿐만 아니라, 본 발명은 상술한 극미세 간극에 의하여 비전도성 용액에 전류를 통하게 하기 때문에 전도성 용액에 적용할 경우에도 전도성을 높일 수 있으며, 이에 대한 설명은 도 16에서 후술하기로 한다.In addition, since the present invention allows current to pass through the non-conductive solution by the above-described microfine gap, conductivity can be increased even when applied to the conductive solution, and a description thereof will be described later with reference to FIG. 16.

도 10은 본 발명의 실시예에 따라 순수를 이용한 비전도성용액에 무전해질 전극을 적용하여 전류에 따른 전압변화 실험결과를 나타내는 도면이다.FIG. 10 is a view showing the results of a voltage change experiment according to current by applying an electroless electrode to a non-conductive solution using pure water according to an embodiment of the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무전해질 전극은 도면참조부호 A,B 두가지 조건으로 실험하였으며, 순수가 전기분해되는 것은 기포가 발생하는 것으로 확인할 수 있다.As shown in the figure, the electroless electrode according to the embodiment of the present invention was tested under the conditions of reference numerals A and B, and it can be confirmed that bubbles are generated when the pure water is electrolyzed.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무전해질 전극을 사용한 경우에도 전해질 용액에서 전기분해한 것 처럼 용액에 인가되는 전류를 상승시키면 전압도 증가함을 알 수 있다.As shown in FIG. 10, it can be seen that even when the electroless electrode according to the embodiment of the present invention is used, the voltage applied to the solution increases as the electrolysis is performed from the electrolyte solution.

이와 같은 실험결과를 바탕으로 종래기술과 본 발명을 비교 설명하면 다음과 같다.Based on the results of these experiments, the prior art and the present invention are compared as follows.

도 11은 종래기술과 본 발명에 따른 무전해질 전극을 사용한 전해질량을 비교하여 나타내는 도면이다.11 is a view showing a comparison of the amount of electrolyte using an electroless electrode according to the present invention and the prior art.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무전해질 전극에 1A의 전류를 인가하였을 때를 기준으로 종래기술의 전해질용액에 포함된 전해질량을 비교할 수 있다.As shown in the figure, it is possible to compare the amount of electrolyte contained in the electrolyte solution of the prior art based on when a current of 1A is applied to the electroless electrode according to the embodiment of the present invention.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 무전해질 전극은 종래기술에 따른 전해질량과 비교하였을 때 5,000 ~ 8,000ppm 정도에 해당되는 것을 알 수 있으며, 결과적으로 전해질용액을 사용하지 않더라도 본 발명에 따른 무전해질 전극구조를 적용할 경우에 전기분해와 같은 전기화학반응을 할 수 있음을 나타내고 있다.Here, it can be seen that the electroless electrode according to the embodiment of the present invention corresponds to about 5,000 to 8,000 ppm when compared with the amount of the electrolyte according to the prior art. As a result, even if no electrolyte solution is used, the electroless electrode according to the present invention It indicates that electrochemical reactions such as electrolysis can be performed when the electrode structure is applied.

도 12는 본 발명과 종래기술의 COD제거실험에 의한 효율을 비교하는 도면이다.12 is a view for comparing the efficiency of the present invention and prior art COD removal experiments.

도면에 도시된 바와 같이, 난분해성 COD(Chemical Oxygen Demand ; 화학적산소요구량)물질을 제거하는 실험을 통하여 기존 전해질 전극과 본 발명에 따른 무전해질 전극의 전해산화 효율을 비교하였다.As shown in the figure, the electrolytic oxidation efficiency of the existing electrolyte electrode and the electroless electrode according to the present invention was compared through an experiment of removing the recalcitrant COD (Chemical Oxygen Demand) material.

도면에 도시된 바와 같이, 원수의 COD는 약 1,400ppm 이었다.As shown in the figure, the COD of raw water was about 1,400 ppm.

본 실험에서는 전류를 인가한 시간에 대비하여 COD농도를 측정하였다.In this experiment, the COD concentration was measured against the time when the current was applied.

시료로 사용한 원폐수의 전도도가 낮아서 전기가 잘 통하지 않으므로 기존의 전해질 전극방식은 5,000ppm의 황산나트륨(Na2SO4, EP급, 순도99%)을 전해질로 첨가하였고, 도 12의 도면참조부호 A,D는 본 발명의 실시예가 적용된 무전해질 전극을 적용한 실험으로 전해질을 전혀 사용하지 않았다.Since the conductivity of the raw wastewater used as a sample is low and electricity does not pass well, the conventional electrolyte electrode method was added with 5,000 ppm of sodium sulfate (Na 2 SO 4, EP grade, purity 99%) as an electrolyte, and reference numeral A in FIG. ,D is an experiment applying an electroless electrode to which an embodiment of the present invention was applied, and no electrolyte was used.

전극면적은 A는 기존 전해질 전극과 동일한 크기이고, D는 A의 60% 정도의 크기로 작게 하였다.The electrode area A was the same size as that of the existing electrolyte electrode, and D was reduced to about 60% of A.

도면에 도시된 바와 같이, 동일전극면적을 기준으로 전해질 전극과 무전해질 전극 방식을 비교하면 효율이 기존전극에 비해 약 3배 정도 우수한 것을 알 수 있다.As shown in the figure, when comparing the electrolyte electrode and the electroless electrode method based on the same electrode area, it can be seen that the efficiency is about three times better than that of the conventional electrode.

도 13 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 무전해질 전극의 전류농도와 전류밀도에 따른 전압변화를 나타내는 도면이다.13 to 14 are diagrams showing voltage changes according to current concentration and current density of the electroless electrode according to an embodiment of the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 도 13은 용액에 가해질 수 있는 한계 전류농도(A/L, Ampere Per Liter)를 알기 위해 A/L에 따른 전압변화를 나타내고 있으며, 전류농도값을 증가시킴에 따라 전압이 상승하는 것을 알 수 있다.As shown in the figure, FIG. 13 shows the voltage change according to A/L to know the limiting current concentration (A/L, Ampere Per Liter) that can be applied to the solution, and the voltage increases as the current concentration increases. You can see that this is rising.

또한, 30 A/L을 넘어서자 전압값이 급속히 상승하기 시작하므로 전류농도는 0초과 30A/L 이하에서 적용하는 것이 바람직함을 알 수 있다.In addition, it can be seen that it is preferable to apply the current concentration below 0 A and 30 A/L since the voltage value starts to rise rapidly when it exceeds 30 A/L.

도 14는 전극에 가해질 수 있는 한계 전류밀도(ASD, Ampere Per Square Deci-Metre)를 알기 위해 전류밀도(ASD)에 따른 전압변화를 나타내고 있으며, 전류밀도값을 증가시키는 경우에 전압이 상승하는 것을 알 수 있다.14 shows the voltage change according to the current density (ASD) to know the limiting current density (ASD, Ampere Per Square Deci-Metre) that can be applied to the electrode, and when the current density value is increased, the voltage increases. Able to know.

본 발명의 실시예에서, 32 ASD를 넘어서자 전압값이 급속히 상승하기 시작하는 것을 알 수 있으며, 따라서, 본 발명의 실시예에서 무전해질 전극구조가 적용될 경우에 전류밀도는 0 초과 32 ASD 이하인 것이 바람직 한 것을 알 수 있다.In the embodiment of the present invention, it can be seen that the voltage value starts to rise rapidly when it exceeds 32 ASD. Therefore, when the electroless electrode structure is applied in the embodiment of the present invention, the current density is greater than 0 and less than 32 ASD. It is understood that it is preferable.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 무전해질 전극구조를 적용하였을 때 다수의 비전도성용액에 대한 전압값의 실험결과를 나타내는 도면이다.15 is a diagram showing the results of experiments of voltage values for a plurality of non-conductive solutions when the electroless electrode structure according to an embodiment of the present invention is applied.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 적용한 비전도성 용액은, 증류수, 무수에탄올, n옥탄올, 실리콘오일이다.As shown in the figure, the non-conductive solution applied to the embodiment of the present invention is distilled water, anhydrous ethanol, n-octanol, and silicone oil.

본 발명의 실시예에서는, 무전해질 전극구조를 적용하였을 때 모두 기포가 발생하여 전기분해가 되고 있음을 실험결과로 알 수 있으며, 도면에 도시된 바와 같이 전압값은 증류수, 무수에탄올, n옥탄올, 실리콘오일 순으로 높아지는 것을 알 수 있다.In the embodiment of the present invention, it can be seen from the experimental results that bubbles are generated and electrolysis is performed when the electroless electrode structure is applied. As shown in the figure, the voltage value is distilled water, ethanol anhydrous, n-octanol. It can be seen that, in the order of silicone oil, it increases.

실험결과로 본 발명에 따른 무전해질 전극구조에 의해 전해질 첨가가 불가능한 비전도성용액도 전기분해가 가능함을 알 수 있으며, 한편, 비전도성 용액에 따라 서로 다른 전기분해 전압을 가지고 있기 때문에 혼합액체에서 특정성분만을 분해할 수 있음을 알 수 있다.As a result of the experiment, it is impossible to add electrolyte by the electroless electrode structure according to the present invention It can be seen that the non-conductive solution can also be electrolyzed, and on the other hand, since it has different electrolysis voltages depending on the non-conductive solution, it can be seen that only certain components can be decomposed in the mixed liquid.

도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따라 전해질을 첨가한 전도성용액에 대하여 무전해질 전극구조를 적용하였을 때와 기존전극을 적용하였을 때의 전압변화를 나타내는 도면이다.16 is a view showing a voltage change when an electroless electrode structure is applied to a conductive solution to which an electrolyte is added according to another embodiment of the present invention and when an existing electrode is applied.

도면에 도시된 바와 같이, 도 16에서는 기존전극과 무전해질 전극에 대하여 전해질 첨가시 어떤 변화가 일어나는지 살펴보았다. 전해질은 시약 EP급 순도99%의 염화나트륨(NaCl)을 사용하였고, 순수에 염화나트륨 함량을 증가시켜 가면서 용액에 걸리는 전압의 변화를 관찰하였다. As shown in the figure, in FIG. 16, it was examined what changes occur when electrolyte is added to the existing electrode and the electroless electrode. As the electrolyte, sodium chloride (NaCl) having a reagent EP grade purity of 99% was used, and the change in the voltage applied to the solution was observed while increasing the sodium chloride content in the pure water.

본 발명의 실시예에서는, 전해질 첨가에 대하여 전압변화를 살펴본 결과, 기존전극은 전해질 첨가에 따라 전압이 계속 감소하다가 10,000ppm이후 일정하게 유지되었고, 무전해질 전극은 4,000ppm까지는 약간 감소하다가 그 뒤로는 일정한 값으로 유지됨을 보였다. 전압값이 무전해질 전극에서 더욱 낮은 값을 보이므로 본 발명의 실시예에 따른 무전해질 전극은 전도성 용액에서 전도성을 높일 수 있다.In the embodiment of the present invention, as a result of examining the voltage change with respect to the addition of the electrolyte, the voltage of the existing electrode continued to decrease with the addition of the electrolyte, and then kept constant after 10,000 ppm, and the electroless electrode decreased slightly to 4,000 ppm, followed by constant It was shown to remain at the value. Since the voltage value shows a lower value at the electroless electrode, the electroless electrode according to the embodiment of the present invention can increase conductivity in a conductive solution.

상기와 같이, 본 발명은, 양극과 음극으로 이루어지며 전기화학반응장치에 사용되는 한 쌍의 전극판 사이에 상호 간에 서로 수백 마이크로미터 이하의 극미세 간극을 가지도록 인접하게 형성되는 복수개의 전극을 배치하여 전해질 없이도 비전도성 용액의 전기분해와 전해산화를 포함하는 전기화학반응을 유발시킬 수 있는 비전도성용액의 전기화학반응이 가능한 무전해질 전극구조를 제공하는 효과가 있다.As described above, the present invention comprises a plurality of electrodes formed of anodes and cathodes and adjacently formed to have extremely fine gaps of several hundred micrometers or less between each other between a pair of electrode plates used in an electrochemical reaction device. There is an effect of providing an electroless electrode structure capable of electrochemical reaction of a non-conductive solution that can cause an electrochemical reaction including electrolysis and electrolysis of a non-conductive solution without an electrolyte.

또한, 본 발명은, 비전도성용액에 전해질을 첨가하지 않더라도 전기화학반응을 일으킬 수 있기 때문에 먹는물 정수, 지하수 정화 및 폐수처리와 같은 수처리 사업에 적용할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that can be applied to water treatment businesses such as drinking water purification, groundwater purification, and wastewater treatment because it can cause an electrochemical reaction even if no electrolyte is added to the non-conductive solution.

또한, 본 발명은, 전해질 첨가가 어렵거나 해리되지 않는 종래의 비전도성 용액에서도 전기화학반응을 일으킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that can cause an electrochemical reaction even in a conventional non-conductive solution that does not dissociate or difficult to add electrolyte.

또한, 본 발명은, 전기화학반응장치에 사용되는 한 쌍의 전극 사이에 배치되는 복수개의 전극이 형성하는 적어도 하나 이상의 극미세 간극에 의하여 전도성용액의 전도성을 더욱 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention, there is an effect that can further increase the conductivity of the conductive solution by at least one very fine gap formed by a plurality of electrodes disposed between a pair of electrodes used in the electrochemical reaction apparatus.

또한, 본 발명은, 양극과 음극으로 이루어지며 물리화학반응으로 인한 전지를 구성할 경우에도 전해질이 없는 비전도성용액을 사용하여 전기를 통하게 할 수 있다.In addition, the present invention is made of a positive electrode and a negative electrode, even when configuring a battery due to a physicochemical reaction, it is possible to conduct electricity by using a non-conductive solution without electrolyte.

또한, 본 발명은, 극미세간극을 갖는 복수개의 전극이 전해질 없이도 비전도성 용액에 전류를 흐르게 하므로 양극과 음극으로 이루어지며 물리화학반응으로 인한 전지(배터리)를 구성할 경우에 전해질 없이 비전도성 용액을 사용하여도 전기를 발생시키는 것이 가능하게 할 수 있다.In addition, in the present invention, since a plurality of electrodes having a very small gap flow current through a non-conductive solution even without an electrolyte, it is composed of an anode and a cathode, and when forming a battery (battery) due to a physicochemical reaction, a non-conductive solution without electrolyte It may be possible to generate electricity even by using.

지금까지 본 발명에 대해서 상세히 설명하였으나, 그 과정에서 언급한 실시예는 예시적인 것일 뿐이며, 한정적인 것이 아님을 분명히 하고, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 범위내에서, 균등하게 대처될 수 있는 정도의 구성요소 변경은 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.The present invention has been described in detail so far, but the embodiments mentioned in the process are merely illustrative, and it is clear that it is not limited, and the present invention is the technical spirit or field of the present invention provided by the following claims. Within the scope of not deviating from, it will be said that component changes to the extent that they can be dealt with equally fall within the scope of the present invention.

1 : 무전해질 전극
10 : 상부전극판
20 : 하부전극판
30 : 전도성 전극
40 : 보호커버
100 : 극미세 간극1: Electroless electrode
10: upper electrode plate
20: lower electrode plate
30: conductive electrode
40: protective cover
100: ultra-fine gap

Claims (14)

양극과 음극이 각각 인가되는 한 쌍의 전극; 및
상기 한 쌍의 전극 사이에서 상호 간에 서로 40 마이크로미터(㎛)초과 220 마이크로미터(㎛) 이하의 극미세 간극을 가지도록 인접하게 형성되는 복수개의 전도성 전극;을 구비하고,
상기 극미세 간극은,
적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극구조
A pair of electrodes to which positive and negative electrodes are respectively applied; And
And a plurality of conductive electrodes formed adjacent to each other to have extremely fine gaps of 40 micrometers (µm) or more and 220 micrometers (µm) or less between each other.
The ultra-fine gap,
Electroless electrode structure for an electrochemical reaction that does not require an electrolyte, characterized in that at least one is formed
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 전도성 전극을 보호하기 위한 보호커버를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극구조
The method according to claim 1,
An electroless electrode structure for an electrochemical reaction that does not require an electrolyte, further comprising a protective cover for protecting the plurality of conductive electrodes
청구항 1에 있어서,
상기 한 쌍의 전극은 봉형상의 중심전극을 원통형의 외부전극이 둘러싸는 형태로 배치되고,
상기 복수개의 전도성 전극은 상기 중심전극을 기준으로 동심원을 가지며 서로 다른 크기의 지름을 갖는 복수개의 원통형 전극이 순차적으로 배치되는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극구조
The method according to claim 1,
The pair of electrodes are arranged in a form in which a cylindrical external electrode surrounds the rod-shaped central electrode,
The plurality of conductive electrodes has a concentric circle based on the center electrode, and a plurality of cylindrical electrodes having diameters of different sizes are formed in a structure in which the electrolyte is not required. rescue
청구항 1에 있어서, 상기 복수개의 전도성 전극은,
가느다란 모발이나 실형태의 전극체가 상하좌우로 배열되고 인접한 전극 사이 또는 전극 내부에 미세기공을 구비하는 다공질 전극체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극구조
The method according to claim 1, The plurality of conductive electrodes,
Electroless electrode structure for electrochemical reactions that does not require electrolyte, characterized in that the electrode body in the form of thin hair or thread is arranged in a vertically and horizontally and adjacent electrodes, or a porous electrode body having fine pores inside the electrode.
청구항 1에 있어서, 상기 복수개의 전도성 전극은 각각,
메쉬망형태의 면을 갖는 전극체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극구조
The method according to claim 1, Each of the plurality of conductive electrodes,
An electroless electrode structure for an electrochemical reaction that does not require an electrolyte, characterized in that it is formed of an electrode body having a mesh-shaped surface.
청구항 1에 있어서, 상기 복수개의 전도성 전극은 각각,
타공형태의 면을 갖는 전극체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극구조
The method according to claim 1, Each of the plurality of conductive electrodes,
Electroless electrode structure for an electrochemical reaction that does not require electrolyte, characterized in that it is formed of an electrode body having a perforated surface.
청구항 1에 있어서, 상기 한 쌍의 전극은,
일측은 난용/불용성 금속재질의 양극 전극으로 형성되고, 타측은 전도성 금속재질의 음극 전극으로 형성되며,
인접하게 배치되는 복수개의 전도성 전극에 각각 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극구조
The method according to claim 1, The pair of electrodes,
One side is formed of an anode electrode of a poorly soluble/insoluble metal material, the other side is formed of a cathode electrode of a conductive metal material,
Electroless electrode structure for an electrochemical reaction that does not require an electrolyte, characterized in that it is electrically connected to a plurality of conductive electrodes disposed adjacent to each other
청구항 1에 있어서, 상기 한 쌍의 전극 및 복수개의 전도성 전극은,
인가되는 전류밀도 값이 0 초과 32 ASD(Ampere Per Square Deci-Metre) 이하인 것을 특징으로 하는 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극구조
The method according to claim 1, The pair of electrodes and the plurality of conductive electrodes,
Electroless electrode structure for electrochemical reaction that does not require electrolyte, characterized in that the applied current density value is greater than 0 and less than 32 ASD (Ampere Per Square Deci-Metre)
청구항 1에 있어서,
상기 한 쌍의 전극 사이에 배치되는 복수개의 전극이 형성하는 적어도 하나 이상의 극미세 간극에 의하여 전해질 첨가가 어렵거나 해리되지 않는 비전도성용액에서도 전류를 통하게 하여 전기화학반응을 일으킬 수 있는 것을 특징으로 하는 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극구조
The method according to claim 1,
It is characterized in that it is possible to cause an electrochemical reaction by passing electric current even in a non-conductive solution in which it is difficult to add an electrolyte or dissociate by at least one ultra-fine gap formed by a plurality of electrodes disposed between the pair of electrodes. Electroless electrode structure for electrochemical reaction that does not require electrolyte
청구항 9에 있어서,
상기 비전도성용액이 혼합액체일 경우에 서로 다른 크기의 전압을 인가하여 혼합액체에서 특정성분만을 분해할 수 있는 것을 특징으로 하는 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극구조
The method according to claim 9,
When the non-conductive solution is a mixed liquid, an electroless electrode structure for an electrochemical reaction that does not require an electrolyte is characterized in that only a specific component can be decomposed in a mixed liquid by applying a voltage of a different magnitude.
청구항 9에 있어서, 상기 비전도성용액은,
인가되는 전류농도가 0 초과 30 A/L(Ampere Per Liter)이하인 것을 특징으로 하는 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극구조
The method according to claim 9, The non-conductive solution,
Electroless electrode structure for electrochemical reaction that does not require electrolyte, characterized in that the applied current concentration is greater than 0 and less than 30 A/L (Ampere Per Liter)
청구항 1에 있어서, 상기 복수개의 전극은,
난용/불용성 금속재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극구조
The method according to claim 1, The plurality of electrodes,
Electroless electrode structure for electrochemical reaction that does not require electrolyte, characterized in that it is formed of a poorly soluble/insoluble metal material.
청구항 1에 있어서,
상기 한 쌍의 전극 사이에 배치되는 복수개의 전극이 형성하는 적어도 하나 이상의 극미세 간극에 의하여 전도성용액의 전도성을 더욱 높일 수 있는 것을 특징으로 하는 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극구조
The method according to claim 1,
An electroless electrode structure for an electrochemical reaction that does not require an electrolyte, characterized in that the conductivity of the conductive solution can be further increased by at least one ultra-fine gap formed by a plurality of electrodes disposed between the pair of electrodes.
청구항 9에 있어서,
상기 한 쌍의 전극 사이에 배치되는 복수개의 전극이 형성하는 적어도 하나 이상의 극미세 간극에 의하여 전해질 없이도 비전도성 용액에 전류를 흐르게 하므로 양극과 음극으로 이루어지며 물리화학반응으로 인한 전지(배터리)를 구성할 경우에 전해질 없이 비전도성 용액을 사용하여도 전기를 발생시키는 것이 가능하게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 전해질이 필요없는 전기화학반응용 무전해질 전극구조The method according to claim 9,
The current flows in a non-conductive solution without an electrolyte by at least one ultra-fine gap formed by a plurality of electrodes disposed between the pair of electrodes, so it is composed of an anode and a cathode and constitutes a battery (battery) due to a physicochemical reaction. Electroless electrode structure for an electrochemical reaction that does not require electrolyte, characterized in that it is possible to generate electricity even when a non-conductive solution is used without an electrolyte.
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