부산대학교 도서관

Green hydrogen is a strong candidate for replacing fossil fuels because it only generates water and oxygen during combustion. Water electrolysis is a method for producing green hydrogen, but it has not been widely used because of its high operating cost. Various strategies have been adopted to overcome this limitation and to reduce the amount of energy required for water electrolysis.In this study, a hybrid electrochemical system with three electrolyte chambers is constructed using an anion-exchange membrane (AEM), a cation-exchange membrane (CEM), and a buffer electrolyte between the AEM and the CEM. For simultaneous operation of desalination and water electrolysis, the hydrogen evolution reaction was performed under strongly acidic conditions, while the oxygen evolution reaction was performed under highly alkaline conditions.In this system, the theoretical voltage required for water electrolysis was decreased from 1.229 V to 0.401 V based on the reaction potential changes depending on pH conditions. In addition, since the protons and hydroxide ions are consumed in the electrode reactions, the movement of ions in the buffer electrolyte is essential to achieve charge equilibrium, which causes deionization in the buffer electrolyte. As a result, water electrolysis and desalination occurred simultaneously. The voltage for water electrolysis is lower than that of conventional water electrolysis system.
인구의 증가와 산업의 발전으로 물 부족, 지구 온난화와 같은 여러 기후 문제가 발생하고 있다. 이를 해결하기 위해 세계적으로 여러 정책과 연구가 진행되고 있다. 배출되고 있는 이산화탄소 중 상당량이 에너지 분야에서 배출되고 있으며, 이를 감소시키기 위해 화석연료를 대체할 수 있는 새로운 에너지가 필요하다. 연소 과정에서 이산화탄소를 배출하는 화석연료와 달리 물만 생성된다는 장점 때문에 차세대 에너지로 수소가 꼽히고 있다. 하지만 현재 사용하는 수소의 대부분이 그레이 수소와 블루 수소이고, 이 수소들은 천연가스와 같은 화석연료로부터 생성되어 진정한 의미의 청정에너지라 할 수 없다. 따라서 궁극적으로는 생산 및 사용 과정에서 이산화탄소가 발생하지 않는 그린수소를 사용해야 한다. 하지만 아직까지는 그린수소의 비싼 생산단가 때문에 사용이 제한되고 있는 상황이다. 본 논문에서는 양극과 음극에서 수소 이온 농도 지수를 조절하여 수전해 반응에 필요한 에너지를 낮추고, 이와 동시에 완충용액에서의 담수화 공정이 동시에 일어나는 하이브리드 수전해 시스템을 설계했다. 이를 위해 환원 전극은 산성조건, 산화 전극은 염기 조건으로 구성했고, 각각의 전극에 양이온 교환막과 음이온 교환막을 사용했다.또한 하이브리드 수전해 시스템의 성능을 향상시키기 위해 전해질의 농도, 수소 이온 농도 지수 등의 요인을 조절하여 시스템이 더 높은 성능을 낼 수 있도록 최적화를 진행했고, 온도를 조절하여 하이브리드 수전해 시스템의 한계를 극복할 수 있는 방법을 제시했다.