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질소 나노버블 스파저(sparger)를 이용한 전기화학적 암모니아 합성방법으로,상기 방법은 산화전극과 산화 전극액 또는 물을 포함하는 산화극부에서 전자(e-), 수소이온(H+) 및 산소기체(O2)를 생성하는 단계;상기 수소이온이 상기 산화극부 및 환원극부 사이에 위치하는 양성자 교환막(proton exchange membrane, PEM) 또는 분리막을 통과하는 단계; 및상기 양성자 교환막 또는 분리막을 통과한 수소이온이 환원전극, 환원 전극액 및 질소 나노버블을 포함하는 환원극부에 도달하여 암모니아 가스(NH3 gas) 또는 암모늄 이온(NH4+)을 생산하는 단계;를 포함하고,상기 환원 전극액은 알칼리 금속 이온 첨가제를 포함하고, 상기 질소 나노버블은 상기 환원전극으로부터 1 내지 10 mm의 간격을 두고 이격되어 있는 질소 나노버블 스파저로부터 공급되는 것인 전기화학적 암모니아 합성방법
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제1항에 있어서,상기 산화전극은 Ir, Pt, Ti 및 Ni로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 및 촉매를 포함하는 것인 전기화학적 암모니아 합성방법
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제1항에 있어서,상기 산화 전극액은 수소이온 공여체, 이온전달 물질 또는 이들의 혼합물을 포함하고,상기 수소이온 공여체는 물, 수소, 황화수소, 메탄, 알코올 및 바닷물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고,상기 이온전달 물질은 황산 수용액, 질산 수용액, 염산 수용액, 염화리튬 수용액, 황산리튬 수용액, 황산나트륨 수용액 및 과염소산리튬 수용액으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 전기화학적 암모니아 합성방법
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제1항에 있어서,상기 환원전극은 폼(foam), 메쉬(mesh), 펠트(felt), 직조(woven) 또는 카본 페이퍼(carbon paper) 형태이고, 상기 환원전극은 Ni, Mo, Fe, Co, Ni, Zn, Au, Bi 및 Ti로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 전도성 금속 및 촉매를 포함하는 것인 전기화학적 암모니아 합성방법
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제1항에 있어서,상기 알칼리 금속 이온 첨가제는 LiClO4, Li2SO4, LiOH 및 LiF로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 전기화학적 암모니아 합성방법
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제1항에 있어서,상기 질소 나노버블은 평균입경이 100 nm 내지 10 ㎛인 것인 전기화학적 암모니아 합성방법
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제1항에 있어서,상기 암모니아 가스(NH3 gas) 또는 암모늄 이온(NH4+)을 생산하는 단계에서 생산된 암모니아의 농도는 30 cm2의 단일 전극 기준으로 2 내지 10 ppm/hr인 것인 전기화학적 암모니아 합성방법
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제1항에 있어서,상기 산화전극은 Pt/Ti 메쉬이고,상기 산화 전극액은 황산나트륨 수용액을 포함하고,상기 환원전극은 니켈 폼이고,상기 알칼리 금속 이온 첨가제는 LiClO4이고, 상기 질소 나노버블은 평균입경이 400 내지 600 nm이고,상기 질소 나노버블은 상기 질소 나노버블 스파저로부터 환원전극 표면에 2 내지 3 bar의 주입 압력 하에 10 내지 30 cc의 주입량으로 주입되고,상기 질소 나노버블은 상기 환원전극으로부터 1 내지 3 mm의 간격을 두고 이격되어 있는 질소 나노버블 스파저로부터 공급되고, 상기 암모니아 가스(NH3 gas) 또는 암모늄 이온(NH4+)을 생산하는 단계는 상온 및 상압 조건에서 2 시간 내지 6 시간 동안 수행하고, 상기 암모니아 생산 가스 중 암모니아의 농도는 30 cm2의 단일 전극 기준으로 2 내지 5 ppm/hr인 것인 전기화학적 암모니아 합성방법
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반응 챔버;상기 반응 챔버의 내부에 위치하고, 환원전극 및 환원 전극액을 포함하는 환원극부;상기 반응 챔버 내부의 환원전극으로부터 1 내지 10 mm의 간격으로 이격되어 위치하는 질소 나노버블 스파저;상기 질소 나노버블 스파저와 연결되어 있고, 상기 반응 챔버의 외부에 위치하는 질소 나노버블 발생기;상기 반응 챔버의 내부에 위치하고, 산화전극 및 산화 전극액을 포함하는 산화극부; 및상기 환원극부 및 산화극부 사이에 위치하는 양성자 교환막 또는 분리막;을 포함하는 전기화학적 암모니아 합성장치
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제9항에 있어서,상기 반응 챔버 내 산화극부로 물을 공급하는 물 공급부; 및 상기 산화극부으로부터 물의 전기분해에 의해 발생된 산소를 회수하는 산소 회수부;를 더 포함하는 것인 전기화학적 암모니아 합성장치
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제9항에 있어서,상기 반응 챔버 내 환원전극과 연결되어 있고, 상기 반응 챔버의 외부에 위치하여 생성된 암모니아 농도를 측정하는 암모니아 농도 측정부;를 더 포함하는 것인 전기화학적 암모니아 합성장치
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