(1) 제품설명

AEM 전해조 ( AEM Electrolyzer )는 음이온 교환막 ( Anion Exchange Membrane) 을 이용하여 물을 전기 분해하여 양극 (+) / 애노드 (Anode) 과 음극 (-) / 캐소드 ( Cathode ) 에서 각각 산소와 수소를 발생시키는 원리를 가지고 있습니다. AEM 전해조는 낮은 전압에서도 작동이 가능하고, 고압에서도 압축기 없이 고순도 수소 생산이 가능하며, 저렴한 촉매를 사용할 수 있다는 장점이 있습니다.

AEM 전해조는 물을 전기 분해하여 수소와 산소를 생산하는 기술로 전기 에너지를 사용하여 물 분자를 수소 이온과 수산화 이온으로 분해하며 Cathode 에서는 수소 이온이 전자를 얻어 수소 기체 (H₂) 로 환원되고 Anode 에서는 수산화 이온이 전자를 잃어 산소 기체 (O₂) 와 물 (H₂O) 로 산화됩니다.

AEM ( Anion Exchange Membrane, 음이온교환막 ) 전해조의 수전해의 반응식은 다음과 같습니다.
*. 전체 반응: 2H₂O(l) → 2H₂(g) + O₂(g)
*. 음극 Cathode (환원 반응) : 2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq)
*. 양극 Anode (산화 반응) : 2OH⁻(aq) → 1/2O₂(g) + H₂O(l) + 2e⁻

그리고 AEM 전해조는 다음과 같은 장점/특징이 있습니다.
*. 음이온교환막 멤브레인 사용
*. 알카리성 계면환경 -> 1Mole KOH
*. AWE로서 효율적인 촉매 및 하드웨어 활용
*. 고전류 수준에서 고품질 H2 를 생산 가능

나라셀텍㈜에서는 AEMWE ( Anion Exchange Membrane Water Electrolysis ) = 음이온교환막 수전해 단셀 ( Unit Cell ) 을 각종 재료 및 구성요소의 시험 및 평가를 목적으로 아래와 같이 시험셀 지그 ( Test Cell Fixture ) 를 제작하여 공급하고 있으며 AEM 전해조 시험셀은 완전한 알칼리성 음이온교환막 수전해기 하드웨어이고 부식 방지를 위하여 니켈이나 티탄재료의 Anode 양극 및 Cathode 음극의 유로분리판, 비금속 촉매가 장착된 촉매코팅멤브레인 (CCN), 금속가스 확산층 ( PTL ) , 테프론 가스켓 등이 포함됩니다. ( 히터 및 온도센서 및 컨트롤러, 케이블 등은 옵션입니다. ) 기본적으로 본 시험셀은 Zengcai Liu 외의 저서 "알칼리성 수전해기에 대한 막의 영향" 에 기술된 바와 같이 양극과 음극에 1M KOH가 흐르도록 설계되었습니다.

[ AEMWE 단셀의 전극면적 : 1 / 5 / 25 / 50 / 100 Cm² ]

      -. 멤브레인                      : 음이온교환막 ( AEM )
      -. 애노드 전극                  : NiFe계 및 IrO2 등
      -. 캐소드 전극                  : Pt/C 등
      -. 아노드 확산층 (LGDL)   : 티타늄 다공판 100 µm
      -. 캐소드 확산층 (LGDL)   : 카본페이퍼 + MPL
      -. 내부 가스켓                   : 테프론 (PTFE) 외
      -. 애노드 분리판/집전판    : Ni - 직선/핀/서펜타인
      -. 캐소드 분리판/집전판    : Ti  - 직선/핀/서펜타인
      -. 외부 가스켓                   : 테프론 (PTFE) 외
      -. 체결판                          : SUS316L 외

AEMWE의 시험셀 지그 ( Test Cell Fixture ) 의 전극면적 1 Cm2 및 25 Cm2 의 단셀에 대하여 상기의 구성요소로 단면도는 하기와 같은 구조로 제작 사례가 있습니다.

   

커스텀 AEMWE 시험셀을 제작하기 위하여서는 다음과 같은 구체적인 사양이 필요합니다.

(1) 전극 면적
(2) 멤브레인 면적
(3) Anode 분리판 재질 및 유로 ( 형상/리브폭/유로깊이/피치 )
(4) Cathode 분리판 재질 및 유로 ( 형상/리브폭/유로깊이/피치 )
(5) 전극두께 & 눌림량
(6) 가스켓 소재 및 두께
(7) PTL ( 다공체 ) 사용여부 : 재질, 형태, 사양 ( 두께 )
(8) 전해액 종류 : Cathode 에 KOH 1 mole 용액 ?
(9) 체결판 재질
(10) 전해액 공급 피팅 사양
(11) 온도 조절 영역
(12) 정량펌프 사양 ( 수용액 공급량, 압력 외 )
(13) 구조 개념도 : 하기를 참조바랍니다.

또한 이러한 AEMWE 시험셀을 평가할 수 있는 시험 및 평가장비는 하기와 같이 구성할 수 있으며 나라셀텍㈜에서는 관련 장비도 제작하고 있습니다.

 

(2) 제품 종류

[ AEM전해조 평가셀 ( AEMWE Test Cell ) / 음이온교환막 ( Anion Exchange Membrane )

/ AEMWE 평가시스템 ( AEMWE Test System ) ]

 

(3) 참조사항

[ AEM 전해조 운전 예시 – 전극면적 5 Cm2 의 경우 ]

용액 저장조와 가스배출장치의 하단 연결부에서 1M KOH 용액을 분당 3ml의 속도로 펌핑하여 두 개의 흐름으로 나누고, 하나는 Anode 양극 챔버 입구로, 다른 하나는 Cathode 음극 챔버로 공급합니다. 그런 다음 온도조절기를 켜서 셀 가열을 시작하고 온도를 60°C 로 설정한 후 전류를 인가하기 전에 최소 30분 동안 60°C로 유지합니다.

전선/케이블을 사용하여 양극전기 리드 (빨간색) 와 음극전기 리드(검은색) 를 각각 전원공급 장치의 양극 및 음극 연결부에 연결합니다.

전원 공급 장치 전압을 2.2V로 설정하고 전류를 5A (1A/cm²) 까지 천천히 증가시키고 셀 전류는 셀막 및 전극 컨디셔닝에 따라 몇 분 또는 몇 시간 내에 원하는 dSA에 도달하며 테스트 프로토콜에 따라 평가합니다.

[ AWE / PEMWE / AEMWE 비교 사례 ]