KR101505285B1 - Manufacturing method of oxygen reduction reaction catalysts and catalysts thereof, Cathode using oxygen reduction reaction catalysts - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산소환원 반응 촉매 제조 방법 및 그 촉매, 이를 이용한 금속-공기 전지용 전극에 관한 것으로, 상용의 멜라민 폼에 전이금속 이온을 흡착시킨 후 탄화시키고, 탄화된 멜라민 폼 담지체의 다공구조에 카본블랙을 담지시켜 산소환원반응 촉진 효과를 극대화시킬수 있는 산소반응촉매를 경제성 있게 제조할 수 있는 산소반응 촉매 제조방법과 이로부터 제조된 금속-공기 전지용 산소반응촉매 그리고 이 촉매를 이용한 금속-공기 전지용 전극을 제공하는 데 있다.The present invention relates to a method for producing an oxygen reduction catalyst, a catalyst therefor, and electrodes for metal-air batteries using the same, wherein a transition metal ion is adsorbed onto commercially available melamine foams and carbonized, The present invention relates to a method for producing an oxygen-containing catalyst capable of economically producing an oxygen-containing catalyst capable of maximizing the effect of accelerating an oxygen reduction reaction by supporting black, an oxygen-containing catalyst for metal- .

Description

산소환원 반응 촉매 제조 방법 및 그 촉매, 이를 이용한 금속-공기 전지용 전극{Manufacturing method of oxygen reduction reaction catalysts and catalysts thereof, Cathode using oxygen reduction reaction catalysts}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode for an oxygen reduction reaction catalyst,

본 발명은 산소환원 반응 촉매 제조 방법 및 그 촉매, 이를 이용한 금속-공기 전지용 전극에 관한 것으로, 자세하게는 상업적으로 널리 이용되는 멜라민 폼에 전이금속 이온을 도입시킨 후 탄소화시켜 탄소-질소-전이금속 반응자리를 만들어 탄소화된 멜라민 폼의 거대기공 안에 최종적으로 카본블랙을 섞어서 제조한 고효율 산소환원반응 촉매의 제조방법과 그 촉매 그리고 이를 이용한 금속-공기전지용 전극에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing an oxygen reduction catalyst, a catalyst therefor, and an electrode for a metal-air battery using the catalyst. More particularly, the present invention relates to a carbon- And a method for preparing the same. The present invention also relates to a catalyst for preparing the catalyst and a metal-air battery electrode using the same.

금속-공기 전지는 갈수록 대두되는 화석 연료 고갈 및 친환경, 고효율 대체 에너지의 요구가 높아짐에 따라 주목 받기 시작한 분야이다. 특히 사용하는 소재의 대부분이 환경 친화적이면서 저렴하며 많은 발전 가능성이 남아 있다는 점에서 앞으로 초고용량의 전지를 설계하는 것이 가능하다.Metal-air cells are becoming increasingly popular as the demand for fossil fuel depletion and environmentally friendly, highly efficient alternative energy is increasing. In particular, most of the materials used are environmentally friendly, inexpensive, and have a lot of potential for future development, so it is possible to design a very high capacity battery in the future.

금속-공기 전지 형태 중 하나인 아연-공기전지 경우 현재 보청기용이나 소 용량 기기에 이용되고 있으며 이의 2차 전지화로 응용이 진행되고 있다. 아연-공기전지는 음극에 아연(Zn) 분말 혹은 아연 판(Plate)을 사용한다. 아연 분말의 경우 전해액인 알칼리 수용액에 겔화제(gelling agent)등을 혼합 반죽하여 막고, 아연분말의 성형성을 높여 제조 할 수 있다.Zinc-air batteries, one of the metal-air battery types, are currently used in hearing aids and small-capacity devices, and their secondary cell applications are underway. Zinc-air batteries use zinc (Zn) powder or zinc plate for the negative electrode. In the case of zinc powder, a gelling agent or the like may be mixed and kneaded in an aqueous alkali solution, which is an electrolytic solution, to enhance the moldability of the zinc powder.

아연-공기 전지의 양극은 촉매층과 확산층, 소수성 막을 포함하여 구성되어 있으며, 촉매층은 촉매와 이를 지지하는 담체와 도전제 등으로 구성될 수 있고, 확산층은 산소의 유로를 제공 할 수 있는 활성탄과 이를 성형 시키고, 공기극의 소수성을 유지하기 위해서, 소수성 바인더인 (PTFE, polytetraflouroethylene) 등이 이용된다. 이를 금속 스크린 혹은 금속 폼 등에 압착하여 확산층으로 사용되거나 탄소 종이, 탄소 섬유 등이 사용될 수 있다.The anode of the zinc-air battery includes a catalyst layer, a diffusion layer, and a hydrophobic membrane. The catalyst layer may be composed of a catalyst, a carrier for supporting the catalyst, and a conductive agent. The diffusion layer may include activated carbon, A hydrophobic binder such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or the like is used in order to maintain the hydrophobicity of the air electrode. It can be used as a diffusion layer by pressing it on a metal screen or a metal foam, or carbon paper, carbon fiber, or the like can be used.

아연-공기전지는 음극인 아연겔 혹은 아연 판과 이 음극과 양극을 분리하는 이온투과성을 갖는 PP(polypropylene), Nylon filter, PE(polyethylene), Polymer 분리막(separator) 그리고 공기 중의 산소와 반응하여 양극반응을 일으키는 탄소(carbon)와 촉매가 함유된 촉매층, 탄소와 바인더로 이루어지거나 탄소 종이나 탄소 섬유로 대체 되어 질 수 있는 확산층, 전자전도를 갖는 금속층, 외부로부터 유입되는 수분을 방지하여 전지의 수명을 연장하기 위해 구성된 PTFE (polytetraflouroethylene) 소수성 막과 외부로부터 들어온 공기의 균일한 확산을 위한 확산층으로 구성된다.
Zinc-air cells are composed of a zinc gel or zinc plate, which is an anode, and a polypropylene (PP), a nylon filter, a polyethylene (PE), a polymer separator and an ion permeable separator separating the anode and cathode. A catalytic layer containing carbon and catalyst to cause a reaction, a diffusion layer made of carbon and a binder, a carbon species or carbon fiber, a metal layer having electron conduction, A PTFE (polytetraflouroethylene) hydrophobic membrane configured to extend the permeable membrane, and a diffusion layer for uniform diffusion of air from the outside.

하기 반응식 1은 금속-공기 전지 현태 중 아연을 음극으로 하였을 때의 일실시예로 아연 대신 다른 금속을 음극으로 사용시 다양한 금속-공기전지 형태로 반응식이 나올 수 있음은 물론이다.
The following Reaction Scheme 1 is one example of the case where zinc is used as a negative electrode in a metal-air battery cell. It is a matter of course that a reaction formula may be formed in the form of a variety of metal-air batteries when another metal is used instead of zinc.

반응식 1Scheme 1

양극 : O2+2H2O+4e→ 4OH- Anode: O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH -

음극 : 2Zn + 4OH-→ 2ZnO + 2H2O+4e- Cathode: 2Zn + 4OH - → 2ZnO + 2H 2 O + 4e -

전체반응 : 2Zn + O2→ 2ZnO
The overall reaction: 2Zn + O 2 → 2ZnO

아연-공기 전지는 대기중의 산소를 양극활물질로 이용하기 때문에, 가벼운 탄소소재의 공기극의 사용과 더불어, 배터리의 무게를 감소시켜, 리튬-이온전지대비 높은 에너지 밀도가 가능하다는 가장 큰 장점이 존재한다. Since zinc-air cells use atmospheric oxygen as a cathode active material, there is a great advantage that the use of a lightweight carbon cathode can reduce the weight of the battery and enable a higher energy density than a lithium-ion battery do.

하지만 산소환원반응은 금속 음극의 산화속도에 비해서, 매우 더딘 반응이기 때문에, 전체 배터리의 반응은 공기극(양극)의 산소환원반응의 속도에 의존한다. However, since the oxygen reduction reaction is very slow compared to the oxidation rate of the metal cathode, the reaction of the whole battery depends on the rate of the oxygen reduction reaction of the cathode (anode).

따라서 고출력 고에너지 밀도의 아연-공기전지를 위해서는 효과적인 산소환원반응 촉매가 필요한데, 이를 위해 사용되는 촉매담지체로는 고가의 카본나노튜브(Carbon Nanotube)나 제조 공정이 매우 복잡한 그래핀이 주로 사용된다. 다만 이와 같은 촉매담지체를 사용한 고가의 귀금속 촉매(Noble metal)는 우수한 성능을 가지지만 가격이 매우 비싸기 때문에, 아연-공기 전지의 가장 큰 장점 중에 하나인 경제성이 사라지게 된다. 하여 일반적으로 아연-공기 전지의 경우 금속산화물(망간, 코발트, 철 등)과, 질소가 탄소 면에 치환된 물질인 금속을 전혀 포함하지 않는 촉매에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있는데, 이와 같은 방법은 질소를 탄소 면에 치환시키는 과정이 매우 복잡하기 때문에, 합성에 있어서 어려운 점이 지적되어 왔다.
Therefore, an effective oxygen reduction catalyst is required for a zinc-air battery having a high output and a high energy density. Carbon nanotubes and graphene, which are very complicated in manufacturing process, are mainly used for the catalyst support. However, an expensive noble metal catalyst using such a catalyst carrier is excellent in performance but is very expensive, so that economical efficiency, one of the greatest advantages of zinc-air batteries, is lost. In general, researches on catalysts which do not include metal oxides (manganese, cobalt, iron, etc.) and metal which is a substance in which nitrogen is substituted on the carbon face are actively studied in the case of a zinc- Has been pointed out that the process of substituting nitrogen on the carbon surface is very complicated and therefore difficult to synthesize.

국내특허공개공보 공개번호 10-2010-0122706(2010.11.23.)Korean Patent Publication No. 10-2010-0122706 (Nov. 23, 2010) 국내특허공개공보 공개번호 10-2011-0105051(2011.09.26.)Korean Patent Laid Open Publication No. 10-2011-0105051 (September 26, 2011) 국내특허등록공보 등록번호 10-0875105(2008.12.15)Korean Patent Registration Registration No. 10-0875105 (December 15, 2008)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 상용의 멜라민 폼 담지체에 전이금속 이온을 흡착시킨 후, 멜라민 폼 담지체를 탄화시키고, 탄화된 멜라민 폼 담지체의 다공구조에 카본블랙을 담지시켜 산소환원반응 촉진 효과를 극대화시킬 수 있는 산소반응촉매를 경제성 있게 제조할 수 있는 산소반응 촉매 제조방법과 이로부터 제조된 금속-공기 전지용 산소반응촉매를 제공하는 데 있다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to adsorb transition metal ions onto a commercial melamine foam carrier, to carbonize the melamine foam carrier, to support carbon black in the porous structure of the carbonized melamine foam carrier, Which can maximize the effect of accelerating the oxygen reduction reaction, and to provide an oxygen reaction catalyst for the metal-air battery produced therefrom.

또한 본 발명의 다른 목적은 상기 복합 촉매를 이용한 금속-공기 전지용 전극을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide an electrode for a metal-air battery using the composite catalyst.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 흡착된 철 이온을 포함하는 탄화된 멜라민 폼 담지체; 및 상기 탄화된 멜라민 폼 담지체의 다공구조에 담지된 카본블랙;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 산소환원 반응 촉매를 제공함으로써 달성된다.

바람직한 실시예로, 상기 산소환원 반응 촉매는 상기 흡착된 철 이온을 포함하는 탄화된 멜라민 폼 담지체 50 ~ 80 wt%와 카본블랙 20 ~ 50wt%으로 이루어질 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 철 이온은 탄화된 멜라민 폼 전체 중량%를 기준으로 1 ~ 10wt% 포함될 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 철이온은 FeCl2·4H2O, FeCl3·6H2O, Fe(NO3)3·6H2O 중에서 선택된 어느 하나 이상의 철이온 착화물 수용액으로부터 제공될 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 카본블랙은 덴카블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 퍼니스블랙, 써멀블랙, 램프블랙 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.

또한 본 발명은 다른 실시양태로,
상기 산소환원 반응 촉매가 활성탄 및 바인더와 혼합된 것을 특징으로 하는 산소환원 반응 촉매를 이용한 금속-공기 전지용 전극을 제공함으로써 달성된다.

바람직한 실시예로, 상기 금속-공기 전지는 음극이 아연 또는 리튬일 수 있다.

또한 본 발명은 다른 실시양태로,
a) 멜라민 폼 담지체를 준비하는 단계와;
b) 철 이온 착화물 수용액을 준비하는 단계와;
c) 멜라민 폼 담지체에 철 이온 착화물 수용액을 함침시키는 단계와;
d) 철 이온 착화물 수용액이 함침된 멜라민 폼 담지체를 건조시키는 단계와;
e) 건조된 멜라민 폼 담지체를 불활성가스 분위기에서 열처리하여 탄화시킴으로써 흡착된 철 이온을 포함하는 탄화된 멜라민 폼 담지체를 제조하는 단계와;
f) 흡착된 철 이온을 포함하는 탄화된 멜라민 폼 담지체와 카본블랙을 섞어서 탄화된 멜라민 폼 담지체의 다공구조에 카본블랙이 담지되도록 하여 최종 촉매를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소환원 반응 촉매 제조 방법을 제공함으로써 달성된다.

바람직한 실시예로, 상기 f) 단계는 철 이온이 탄화된 멜라민 폼 담지체 50 ~ 80 wt%와; 카본블랙 20 ~ 50wt%을 섞은 것일 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 탄화된 멜라민 폼 담지체 전체 중량%를 기준으로 철 이온이 1 ~ 10wt% 포함될 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 d)단계는 함침된 멜라민 폼 담지체를 섭씨 40 ~ 50도 온도범위 내에서 24시간 이상 건조시킬 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 e)단계는 건조된 흡착된 철 이온을 포함하는 멜라민 폼 담지체를 불활성가스 분위기에서 섭씨 600 ~ 900도로 1 ~ 2 시간 동안 탄화시킬 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 철 이온 착화물 수용액은 FeCl2·4H2O, FeCl3·6H2O, Fe(NO3)3·6H2O 중에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 카본블랙은 덴카블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 퍼니스블랙, 써멀블랙, 램프블랙 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
The present invention provides a carbonized melamine foam carrier comprising adsorbed iron ions, the carbonized melamine foam carrier comprising: And a carbon black carried on the porous structure of the carbonized melamine foam carrier. The present invention also provides an oxygen reduction catalyst comprising the carbon black supported on the porous structure of the carbonized melamine foam carrier.

In a preferred embodiment, the oxygen reduction catalyst may comprise 50 to 80 wt% of a carbonized melamine foam carrier containing the adsorbed iron ion and 20 to 50 wt% of carbon black.
In a preferred embodiment, the iron ions may comprise 1-10 wt%, based on the total weight percent of the carbonized melamine foam.
In a preferred embodiment, the iron ion may be provided from an aqueous solution of at least one iron selected from FeCl 2 .4H 2 O, FeCl 3 .6H 2 O, and Fe (NO 3 ) 3 .6H 2 O.
In a preferred embodiment, the carbon black may be at least one selected from Denka Black, Acetylene Black, Ketjen Black, Furnace Black, Thermal Black, and Lamp Black.

The present invention also provides, in another embodiment,
And an electrode for a metal-air battery using the oxygen reduction catalyst, wherein the oxygen reduction catalyst is mixed with activated carbon and a binder.

In a preferred embodiment, the negative electrode of the metal-air battery may be zinc or lithium.

The present invention also provides, in another embodiment,
a) preparing a melamine foam carrier;
b) preparing an aqueous solution of ferric ion complex;
c) impregnating the melamine foam carrier with an iron ion complex aqueous solution;
d) drying the melamine foam carrier impregnated with the iron ion complex aqueous solution;
e) carbonizing the dried melamine foam carrier by heat treatment in an inert gas atmosphere to produce a carbonized melamine foam carrier containing the adsorbed iron ion;
f) mixing the carbonized melamine foam carrier containing adsorbed iron ions with carbon black to produce a final catalyst by supporting the carbon black on the porous structure of the carbonized melamine foam carrier; and And a method for producing an oxygen reduction catalyst.

In a preferred embodiment, the step f) comprises: 50 to 80 wt% of a melamine foam carrier in which iron ions are carbonized; And 20 to 50 wt% of carbon black.
In a preferred embodiment, the carbonized melamine foam carrier may contain 1 to 10 wt% of iron ions based on the total weight% of the carbonized melamine foam carrier.
In a preferred embodiment, the step d) may dry the impregnated melamine foam carrier for at least 24 hours in a temperature range of 40-50 degrees Celsius.
In a preferred embodiment, the step e) may carbonize the melamine foam carrier containing the dried adsorbed iron ion in an inert gas atmosphere at 600 to 900 degrees Celsius for 1 to 2 hours.
In a preferred embodiment, the iron ion complex aqueous solution may be at least one selected from FeCl 2 .4H 2 O, FeCl 3 .6H 2 O, and Fe (NO 3 ) 3 .6H 2 O.
In a preferred embodiment, the carbon black may be at least one selected from Denka Black, Acetylene Black, Ketjen Black, Furnace Black, Thermal Black, and Lamp Black.

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상기와 같이 본 발명은 상업적으로 널리 이용되고 있는 멜라민 폼에 전이금속 이온을 수용성 용액기반에서 도입시킨 후, 질소분위기에서 고온조건에서 태우는 간단한 원 포트 반응(one-pot reaction)으로, 간단하게 효과적인 촉매반응자리인 탄소-질소-전이금속을 만들고, 카본화된 멜라민 폼의 3차원적인 큰 구멍에 간단하게 도전성 탄소인 카본블랙을 물리적으로 집어넣어, 산소환원반응 촉매를 제조함으로써 필요한 물질들이 매우 저렴하고 대량 생산이 가능하고, 또한 합성과정이 매우 간단하며, 또한 제조된 촉매가 귀금속인 백금촉매 만큼의 유사한 성능을 가진다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.
As described above, the present invention is a simple one-pot reaction in which transition metal ions are introduced into melamine foams which are widely used in the market, based on a water-soluble solution, and burned under a nitrogen atmosphere at a high temperature, By making a carbon-nitrogen-transition metal as a reaction site and physically putting carbon black, which is a conductive carbon, into a large three-dimensional hole of a carbonized melamine foam, an oxygen reduction catalyst is produced, The present invention is a useful invention having a merit that mass production is possible and the synthesis process is very simple and the produced catalyst has similar performance as a platinum catalyst of a noble metal.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 제조된 철 이온으로 기능화된 멜라민 폼과 케첸블랙 복합촉매의 제조공정을 보인 순서도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 제조된 촉매복합체의 SEM 사진이고(철 이온으로 기능화되어 탄화된 멜라민 폼(좌), 제조된 멜라민 폼과 케첸블랙 탄소 복합촉매(우)),
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 산소포화 분위기에서 제조된 촉매의 선형훑음전압법(Linear sweep voltammetry)에 의한 비교 그래프이다.
FIG. 1 is a flowchart showing a process for producing a melamine foam and a Ketjen black composite catalyst functionalized with iron ions according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a SEM image of a catalyst composite prepared according to an embodiment of the present invention (melamine foam (left) functionalized with iron ion (left), melamine foam prepared with ketone black and carbon black composite catalyst (right)
3 is a comparative graph of a catalyst prepared in an oxygen saturated atmosphere according to an embodiment of the present invention by linear sweep voltammetry.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명은 자연적으로 탄소 골격 내에 치환된 질소를 많이 포함하고, 그 구조가 3차원적으로 큰 기공 구조를 가지는 다공구조의 멜라민 폼에 우선 전이금속 이온을 흡착시키고, 불활성 가스 분위기에서 고온에서 태워서 실질적인 반응 자리인 탄소-질소-전이금속을 많이 함유하고 있는 탄화된 멜라민 폼을 제조하고, 제조된 폼과 카본블랙을 간단하게 물리적으로 섞어서, 산소환원반응 촉진 효과가 극대화된 촉매를 제조하는 방법이다.The present invention relates to a method for adsorbing a transition metal ion on a melamine foam having a porous structure which naturally contains a large amount of nitrogen substituted in a carbon skeleton and has a three-dimensionally large pore structure and then burns the metal ion at an elevated temperature in an inert gas atmosphere, A carbonized melamine foam containing a large amount of carbon-nitrogen-transition metal as a reaction site is prepared, and the prepared foam and carbon black are simply physically mixed to produce a catalyst maximizing the effect of accelerating the oxygen reduction reaction.

즉, 처음부터 질소를 포함하고 있는 폴리머이자 상업적으로 널리 이용되고 있는 멜라민 폼을 기반으로 하여, 촉매의 효과를 극대화 하고자 전이금속 이온을 추가적으로 도입하고, 불활성 가스 분위기에서 고온에서 태워서, 탄소화시키는 간단한 원 포트 반응(one-pot reaction)을 이용한 방법을 개발하여, 합성에 있어서의 문제점과 촉매의 효과를 극대화 하고, 또한 멜라민 폼 특유의 3차원적인 구조가 카본화 과정 이후에도 남아있기 때문에 큰 구멍들에 추가적으로 값싸고 이미 널리 이용되고 있는 도전성 탄소인 카본블랙을 추가적으로 도입하여, 효과적인 산소환원반응 촉매를 제조하는 방법이다. 이러한 촉매 제조를 위한 본 발명의 제조방법은,That is, based on a commercially available melamine foam and a polymer containing nitrogen from the beginning, a simple circle for carbonization by additionally introducing transition metal ions to maximize the effect of the catalyst and burning it in an inert gas atmosphere at a high temperature, The present inventors have developed a method using a one-pot reaction to maximize the problem of synthesis and the effect of the catalyst, and furthermore, since the three-dimensional structure unique to the melamine foam remains after the carbonization process, Is a method for producing an effective oxygen reduction catalyst by additionally introducing carbon black which is inexpensive and already widely used conductive carbon. The production method of the present invention for producing such a catalyst,

a) 멜라민 폼 담지체를 준비하는 단계와;
b) 철 이온 착화물 수용액을 준비하는 단계와;
c) 멜라민 폼 담지체에 철 이온 착화물 수용액을 함침시키는 단계와;
d) 철 이온 착화물 수용액이 함침된 멜라민 폼 담지체를 건조시키는 단계와;
e) 건조된 멜라민 폼 담지체를 불활성가스 분위기에서 열처리하여 탄화시킴으로써 흡착된 철 이온을 포함하는 탄화된 멜라민 폼 담지체를 제조하는 단계와;
f) 흡착된 철 이온을 포함하는 탄화된 멜라민 폼 담지체와 카본블랙을 섞어서 탄화된 멜라민 폼 담지체의 다공구조에 카본블랙이 담지되도록 하여 최종 촉매를 제조하는 단계;로 이루어진다.
a) preparing a melamine foam carrier;
b) preparing an aqueous solution of ferric ion complex;
c) impregnating the melamine foam carrier with an iron ion complex aqueous solution;
d) drying the melamine foam carrier impregnated with the iron ion complex aqueous solution;
e) carbonizing the dried melamine foam carrier by heat treatment in an inert gas atmosphere to produce a carbonized melamine foam carrier containing the adsorbed iron ion;
f) mixing the carbonized melamine foam carrier containing the adsorbed iron ions with carbon black to form carbon black on the porous structure of the carbonized melamine foam carrier to produce a final catalyst.

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상기 a) 멜라민 폼 담지체를 준비하는 단계와 b) 철 이온 착화물 수용액을 준비하는 단계는 전후 단계의 관계가 아니므로 순서와는 무관하다. The step of preparing the melamine foam carrier a) and the step of preparing the aqueous solution of the iron ion complex b) are not related to each other since they are not related to each other.

상기 c)단계 이후의 제조방법은 순차적인 순서로 이루어 질 수 있다.
The manufacturing method after the step c) may be performed in a sequential order.

상기에서 멜라민 폼(melamine foam) 담지체는 가정에서 흔히 식기 등의 세척 또는 기타 청소용 등으로 사용되는 것으로, 자연적으로 탄소 골격 내에 치환된 질소를 많이 포함하고, 그 구조가 3차원적으로 이루어지고, 멜라민 폼 기공이 약 100마이크론 정도를 가진다. 본 발명의 실시예에서는 독일 BASF사 등에서 제조하여 시판하는 상용 매직블록을 사용하였다. 물론 이것 외에도 어떤 멜라민 폼을 사용해도 됨은 물론이다.The melamine foam carrier used in the home is often used in cleaning or other cleaning of tableware or the like in home, and it contains a large amount of nitrogen substituted in the carbon skeleton naturally, its structure is three-dimensionally formed, The melamine foam pores have a thickness of about 100 microns. In the examples of the present invention, a commercially available magic block manufactured by BASF, Germany or the like was used. Of course, you can use any melamine foam.

이러한 멜라민 폼 담지체를 구성하는 멜라민은 헤테로고리 모양 아민으로서 유기 염기이며 사이안아마이드의 삼량체이다. 질량의 66%가 질소로 이루어져 있으며 수지와 혼합하면 불에 잘 견디는 성질을 가진다.The melamine constituting such a melamine foam carrier is a heterocyclic amine, which is an organic base and a trimer of cyanamide. 66% of the mass is made of nitrogen, and when mixed with resin, it has fire-proof property.

보통 특대 사이즈 기준 멜라민 폼 담지체는 110mm (가로) * 270mm (세로) * 40mm (높이) 정도의 크기를 가지는데 이것을 필요한 길이 예로 들자면 50mm * 50mm * 40mm 정도로 잘라 사용할 수 있다. 하지만 이러한 수치는 예시적인 것으로, 필요한 임의의 크기로 자를 수 있음은 물론이다.
Usually, the oversized standard melamine foam carrier has a size of about 110 mm (width) * 270 mm (length) * 40 mm (height), which can be cut to about 50 mm * 50 mm * 40 mm. However, it should be understood that these numerical values are illustrative and that they can be cut to any desired size.

상기 철 이온은 철 이온 착화물 수용액을 사용한다. 철 이온 착화물 수용액으로는 FeCl2·4H2O, FeCl3· 6H2O, Fe(NO3)3·6H2O 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.The iron ion is an aqueous solution of iron ion complex. As the iron ion complex aqueous solution, any one or more selected from among FeCl 2 .4H 2 O, FeCl 3 .6H 2 O and Fe (NO 3 ) 3 .6H 2 O can be used.

상기 철 이온 착화물 수용액의 농도는 바람직하게는 5 mM ~ 20 mM인 것을 사용한다. 농도가 하한값보다 낮으면 철 이온들의 흡착률이 낮아 촉매 효율이 떨어지고, 또한 상한 값 이상이면 철 이온들이 모두 흡착되어 더 이상 흡착되지 않기 때문이다. The concentration of the iron ion complex aqueous solution is preferably 5 mM to 20 mM. If the concentration is lower than the lower limit, the adsorption rate of the iron ions is low and the catalytic efficiency is lowered. If the concentration is higher than the upper limit value, the iron ions are adsorbed and no longer adsorbed.

참고로 철 이온일 경우 5mM FeCl2·4H2O 수용액 50mL에 멜라민 폼 1.1g를 담그면 충분히 흡수가 이루어진다. For reference, in the case of iron ion, 1.1 g of melamine foam is immersed in 50 mL of 5 mM FeCl 2 · 4H 2 O aqueous solution, and absorption is fully performed.

즉, 5 mM ~ 20 mM FeCl2·4H2O수용액에 포함된 철 이온 착화물과 멜라민 폼 담지체 간의 혼합비(wt%)가 0.56 ~ 2.25: 1이 되도록 혼합할 수 있다.
That is, the mixing ratio (wt%) between the iron ion complex and the melamine foam carrier contained in the aqueous solution of 5 mM to 20 mM FeCl 2 .4H 2 O is 0.56 to 2.25: 1.

이러한 수치일 때 본 발명 멜라민 폼 담지체의 촉매 성능을 최적으로 발휘할 수 있는 철 이온이 함침되게 된다. 이와 같은 함침 비율일 경우 철 이온양은 탄화된 멜라민 폼 담지체 전체 중량%를 기준으로 1 ~ 10wt%를 이루게 된다. 만약 이보다 더 많이 포함되거나 적게 되면 촉매의 성능저하가 발생하게 된다.
At such a value, iron ions capable of optimally exhibiting the catalytic performance of the melamine foam carrier of the present invention are impregnated. In the case of the impregnation rate, the amount of iron ion is 1 to 10 wt% based on the total weight% of the carbonized melamine foam carrier. If more or less than this amount is included, the performance of the catalyst deteriorates.

상기 멜라민 폼 담지체를 건조시키는 단계는 상온(25도)에서 함침되어 제조된 철 이온 착화물에 멜라민 폼 담지체를 함침시킨 후, 함침된 멜라민 폼 담지체를 섭씨 40 ~ 50도 온도범위 내에서 24 시간이상 충분히 건조시킨다. 이와 같은 온도범위일 경우 건조에 따른 물성 변화 없이 충분히 건조되기 때문이다.In the step of drying the melamine foam carrier, the iron ion complex impregnated at room temperature (25 ° C) is impregnated with a melamine foam carrier, and then the impregnated melamine foam carrier is immersed in a temperature range of 40 to 50 degrees Celsius Allow to dry thoroughly for more than 24 hours. In such a temperature range, it is dried sufficiently without changing physical properties upon drying.

만약 충분히 건조되지 않은 상태에서 불활성가스 분위기에서 고온(섭씨 900도)에서 태우게 되면 멜라민 폼 담지체 전체가 다 타버릴 수 있기 때문이다.
If it is burned at high temperature (900 degrees Celsius) in an inert gas atmosphere without being fully dried, the whole melamine foam carrier may burn out.

상기 건조된 멜라민 폼 담지체를 불활성 가스에서 열처리하여 탄화시키는 단계는 The step of carbonizing the dried melamine foam carrier by heat treatment in an inert gas

질소 분위기나 아르곤 분위기에서와 같은 불활성 가스 분위기에서 태워야 한다. 공기 중에서 태우면 절대 탄소로 바뀌지 않고, 모조리 다 CO2로 바뀌어 대기 중으로 날아가게 되기 때문이다. It should be burned in an inert gas atmosphere such as in a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere. When burned in the air, it is not converted to absolute carbon, it is converted to CO 2, and it is blown into the atmosphere.

상기 불활성 가스는 주기율표 18족에 속하는 불활성 가스 뿐만 아니라 질소 등과 같이 상기 조건에서 반응에 참여하지 않는 기체를 모두 포함하는 개념이다.The inert gas includes not only an inert gas belonging to group 18 of the periodic table but also a gas which does not participate in the reaction under the above conditions such as nitrogen.

또한 열처리 온도가 높아지고, 열처리 시간이 길어지면, N(질소) 함유량이 일반적으로 떨어지게 되는데 N 함유량이 떨어지면 Fe 이온이 흡착할 수 있는 자리가 줄어들게 되므로, ORR(Oxygen Reduction Reaction: 산소환원반응) 성능이 떨어질 수 있게 된다. 따라서 바람직한 온도는 섭씨 600 ~ 900도 일때 가장 좋은 탄화성능을 가지게 된다. 또한 태우는 시간은 1 ~ 2 시간이면 모두 탄화가 이루어진다.
In addition, when the heat treatment temperature is increased and the heat treatment time is prolonged, the content of N (nitrogen) is generally decreased. If the content of N is decreased, the place where the Fe ion can adsorb is reduced, so that ORR (Oxygen Reduction Reaction) It will fall. Therefore, the preferred temperature is 600 to 900 degrees Celsius, which is the best carbonization performance. In addition, the burning time is 1 to 2 hours in all the carbonization is done.

상기 다공구조를 가진 탄화된 멜라민 폼 담지체와 카본블랙을 일정 비율로 섞어서 최종 촉매를 제조하는 단계는 담지체인 상기 탄화된 멜라민 폼과 여기에 담지된 카본블랙 탄소의 혼합비율은 최종 제조된 촉매의 중량% 기준으로 50 ~ 80 wt% 탄화된 멜라민 폼과 20 ~ 50wt% 카본블랙의 비율이 되도록 한다. 이와 같은 수치 한정의 이유는 카본블랙의 양이 20 wt%보다 적으면, 전도성이 떨어져서, 좋은 성능을 보이지 못하며, 50 wt% 이상이면 카본블랙의 양이 너무 많아져서, 멜라민 촉매의 효과를 떨어뜨려 저하된 성능을 보여주기 때문이다.
In the step of mixing the carbonized melamine foam carrier having the porous structure with the carbon black at a predetermined ratio to prepare the final catalyst, the mixing ratio of the carbonized melamine foam as the support to the carbon black supported thereon is The ratio of 50 to 80 wt% carbonized melamine foam and 20 to 50 wt% carbon black on a weight% basis. The reason for this numerical limitation is that when the amount of carbon black is less than 20 wt%, the conductivity is lowered and the performance is not good. When the amount of carbon black is more than 50 wt%, the amount of carbon black becomes too large, Because it shows degraded performance.

상기 카본블랙으로는 덴카블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 퍼니스블랙, 써멀블랙, 램프블랙 중에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.The carbon black may be at least one selected from Denka black, acetylene black, Ketjen black, furnace black, thermal black and lamp black.

한 실시예로, 본 발명에 사용된 카본블랙 탄소는 상업적으로 널리 이용되는 도전물질인 상용의 케첸블랙(Ketjenblack 600-JD)으로 고가의 카본나노튜브보다 매우 저렴한 물질이다.
In one embodiment, the carbon black carbon used in the present invention is a commercially available conductive material, Ketjenblack 600-JD, which is much cheaper than expensive carbon nanotubes.

상기 탄화단계와 촉매제조단계의 일시예는 탄화된 멜라민 담지체를 갈아, 분말형태로 만들 수 있고 이 분말 형태에 카본블랙을 20 ~ 50 wt% 정도 섞어서 최종 촉매를 제조하게 된다.
A temporary example of the carbonization step and the catalyst preparation step may be a step of grinding the carbonized melamine support into a powder form, and mixing the carbonized powder with 20 to 50 wt% of carbon black to prepare a final catalyst.

상기와 같이 제조된 촉매의 형태(덩어리 또는 분말)를 금속-공기 전지용 전극에 적용하는 방법을 이하 설명한다. 이하 본 발명에서 말하는 금속-공기 전지라 함은 음극을 구성하는 금속으로 아연 또는 리튬을 사용한 아연-공기 전지 또는 리튬-공기 전지일 수 있다. A method of applying the shape (lump or powder) of the catalyst thus prepared to electrodes for metal-air batteries will be described below. Hereinafter, the metal-air battery in the present invention may be a zinc-air battery or a lithium-air battery using zinc or lithium as a metal constituting the cathode.

기본적으로 공기 전극의 제조방법은 활성탄 + 본 발명에 의한 복합촉매 + 바인더를 일정비율로 섞어 반죽한 다음 밀어서 제조하는 단계로 이루어진다.Basically, the manufacturing method of the air electrode comprises mixing the active carbon + the composite catalyst + binder according to the present invention at a predetermined ratio, kneading, and then pushing the mixture.

즉, 본 발명에 따른 금속-공기 전지 공기 전극 제조 방법은,
That is, in the method of manufacturing a metal-air battery air electrode according to the present invention,

1. 슬러지 제조단계1. Sludge preparation stage

상기 본 발명의 촉매 제조 방법에 의해 제조된 복합촉매는 이를 지지 할 수 있는 탄소 담체와 바인더를 혼합하여 슬러리를 제조할 수 있다. The composite catalyst prepared by the catalyst preparation method of the present invention may be prepared by mixing a carbon support capable of supporting the composite catalyst with a binder.

여기서 바인더로는 PTFE(polytetraflouroethylene), PVDF(Polyvinylidene fluoride), NAFION 등이 바인더로 사용될 수 있다.As the binder, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), NAFION, or the like can be used as a binder.

상기 바인더와 용매(바인더를 녹이기 위한 용매로써 나중에 휘발시켜 날려버림. 이소프로필 알콜 등의 용매가 사용됨)의 종류와 양에 따라 이 슬러리의 점성이 달라지는데 이 슬러리의 점성에 따라 확산층에 촉매층을 도포시키는 방법이 달라질 수 있다. The viscosity of the slurry varies depending on the type and amount of the binder and the solvent (solvent is used to dissolve the binder, which is then volatilized and blown off, such as isopropyl alcohol). Depending on the viscosity of the slurry, the catalyst layer is applied to the diffusion layer The method can be different.

여기서 탄소담체는 활성탄소(activated carbon) 등의 구형탄소 담지체를 일반적으로 사용하지만, 공기를 유입시킬 수 있는 구조를 형성할 수 있고 전도도를 갖는 것이라면 무엇이든 사용 가능하다.Here, the carbon carrier generally uses a spherical carbon carrier such as activated carbon, but any carbon carrier capable of forming a structure capable of introducing air and having conductivity can be used.

이때 본 발명 복합 촉매, 탄소 및 담체 바인더간의 혼합비율은 통상적인 전극 제조예에 따르면 된다.At this time, the mixing ratio between the composite catalyst of the present invention, carbon and the carrier binder may be in accordance with a conventional electrode production example.

2. 촉매층 형성단계2. Catalyst layer formation step

이하는 상기 공기 전극을 구성하는 촉매층을 형성하는 여러 가지 방법을 보이고 있는데 나열된 방법 중 어느 하나의 방법으로 상기 슬러리를 이용하여 공기극(공기극의 제 1 확산층) 위에 형성할 수 있다. 그외에도 당업자들에게 알려진 다른 방법도 가능하다.Hereinafter, various methods of forming the catalyst layer constituting the air electrode are shown. The slurry may be formed on the air electrode (the first diffusion layer of the air electrode) by any one of the methods listed. Other methods known to those skilled in the art are also possible.

(1). 공기극 위에 롤 프레스(Roll press)나 핫 프레스(Hot press)를 이용하여 촉매층을 형성하는 방법.(One). A method of forming a catalyst layer on a cathode by using a roll press or a hot press.

(2). Doctor blade나 Roller coater를 이용한 방법으로 촉매층을 형성하는 방법.(2). A method of forming a catalyst layer by using Doctor blade or Roller coater.

(3). 전기 방사(Electrospinning) 방법을 이용하여 촉매층을 형성하는 방법.(3). A method of forming a catalyst layer using an electrospinning method.

(4). 전기 분사(Electrospray) 방법을 이용하여 촉매층을 형성하는 방법.
(4). A method of forming a catalyst layer using an electrospray method.

이하 본 발명의 바람직한 실시예이다. 하기 실시예는 본 발명 실시예 중 바람직한 일 실시예를 예시한 것으로, 이러한 일 실시예에 의해 본 발명 전체가 한정되는 것은 아니다.
The following is a preferred embodiment of the present invention. The following examples illustrate preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not limited by these examples.

(실시예 1) 촉매 제조 방법(Example 1) Catalyst production method

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 제조된 철 이온으로 기능화된 멜라민 폼과 케첸블랙 복합촉매의 제조공정을 보인 순서도이다. 도시된 한 실시예에 따른 제조방법은,FIG. 1 is a flowchart illustrating a process for producing a melamine foam and a Ketjen black composite catalyst functionalized with iron ions according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. According to an embodiment of the present invention,

1. 상업적으로 널리 이용되는 멜라민 폼(BASF사)을 50mm * 50mm * 40mm 정도로 자른다.1. Cut melamine foam (BASF), which is widely used in commerce, into about 50mm * 50mm * 40mm.

2. 10 mM의 FeCl2·4H2O수용액을 준비한다.2. Prepare a 10 mM FeCl 2 .4H 2 O aqueous solution.

3. 2번의 수용액 50ml에 준비한 크기의 멜라민 폼을 담가서 충분히 적신다.3. Immerse melamine foam in the amount of 50 ml of 2 times of aqueous solution.

4. 40도에서 24시간 동안 철 이온 수용액으로 젖어 있는 멜라민 폼을 충분히 건조시킨다.4. Dry the wet melamine foam with an aqueous solution of iron ion at 40 ° C for 24 hours.

5. 900도에서 질소 분위기하의 튜브퍼니스(Tube Furnace)에서 2시간 정도 열처리 한다.5. Heat treatment at 900 ° C for 2 hours in a tube furnace under a nitrogen atmosphere.

6. 탄화된 멜라민 폼 담지체 0.3g과 케첸블랙 0.3g을 섞어서, 최종 촉매를 제조하는 단계로 구성된다.
6. Mixing 0.3 g of the carbonized melamine foam carrier and 0.3 g of Ketjenblack to prepare the final catalyst.

(시험예 1) (Test Example 1)

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 제조된 촉매복합체의 SEM 사진으로 좌측 사진은 철 이온으로 기능화되어 탄화된 멜라민 폼 담지체이고, 우측 사진은 제조된 멜라민 폼 담지체와 케첸블랙 탄소 복합촉매를 나타낸 SEM 사진이다.FIG. 2 is a SEM photograph of a catalyst composite prepared according to an embodiment of the present invention. The left photograph shows a carbonized melamine foam carrier functionalized with iron ions, and the right photograph shows the prepared melamine foam carrier and a Ketjen black carbon composite catalyst Fig.

SEM 사진을 보면 탄화된 멜라민 폼 담지체(좌측)와 이 탄화된 멜라민 폼 담지체 안에 케첸블록이 섞인 것(우측)을 보이고 있다.
SEM pictures show a carbonized melamine foam carrier (left) and a ketamine block (right) mixed in the carbonized melamine foam carrier.

(시험예 2) (Test Example 2)

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 산소포화 분위기에서 제조된 촉매의 선형훑음전압법(Linear sweep voltammetry)에 의한 비교 그래프이다.3 is a comparative graph of a catalyst prepared in an oxygen saturated atmosphere according to an embodiment of the present invention by linear sweep voltammetry.

훑음전압을 약 10mV/s로 하여 0V 에서 1.0V까지 변화시켜 가며 전류값을 측정하였다. 전류의 절대값이 큰 것이 전기화학적으로 더 좋은 성능을 나타내는 것으로서, 본 발명에 따른 케첸블랙을 사용한 복합촉매의 비교된 촉매들보다 높은 성능을 나타냄을 알 수 있다.The current value was measured by changing the scanning voltage to about 10 mV / s from 0 V to 1.0 V. It can be seen that the larger the absolute value of the current is, the higher the electrochemically better performance, the higher the performance of the catalysts of the composite catalyst using the Ketjenblack according to the present invention.

도면을 보면 백금촉매와 본 발명 촉매의 성능 정도의 유사한 성능을 가짐을 알 수 있다.
It can be seen that the platinum catalyst has similar performance to the catalyst of the present invention.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims and their equivalents. Of course, such modifications are within the scope of the claims.

Claims (18)

흡착된 철 이온을 포함하는 탄화된 멜라민 폼 담지체; 및 상기 탄화된 멜라민 폼 담지체의 다공구조에 담지된 카본블랙;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 산소환원 반응 촉매.
A carbonized melamine foam carrier containing adsorbed iron ions; And carbon black supported on the porous structure of the carbonized melamine foam carrier.
청구항 1에 있어서,
상기 산소환원 반응 촉매는 상기 흡착된 철 이온을 포함하는 탄화된 멜라민 폼 담지체 50 ~ 80 wt%와 카본블랙 20 ~ 50wt%으로 이루어진 것을 특징으로 하는 산소환원 반응 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the oxygen reduction reaction catalyst comprises 50 to 80 wt% of a carbonized melamine foam carrier containing the adsorbed iron ion and 20 to 50 wt% of carbon black.
청구항 1에 있어서,
상기 철 이온은 탄화된 멜라민 폼 전체 중량%를 기준으로 1 ~ 10wt% 포함된 것을 특징으로 산소환원 반응 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the iron ion is contained in an amount of 1 to 10 wt% based on the total weight% of the carbonized melamine foam.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 철이온은 FeCl2·4H2O, FeCl3·6H2O, Fe(NO3)3·6H2O 중에서 선택된 어느 하나 이상의 철이온 착화물 수용액으로부터 제공되는 것을 특징으로 하는 산소환원 반응 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the iron ion is provided from an aqueous solution of at least one iron selected from FeCl 2 .4H 2 O, FeCl 3 .6H 2 O and Fe (NO 3 ) 3 .6H 2 O.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 카본블랙은 덴카블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 퍼니스블랙, 써멀블랙, 램프블랙 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 산소환원 반응 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon black is at least one selected from Denka black, acetylene black, Ketjen black, furnace black, thermal black, and lamp black.
청구항 1, 2, 3, 5, 7 중 어느 한 항의 산소환원 반응 촉매가 활성탄 및 바인더와 혼합된 것을 특징으로 하는 산소환원 반응 촉매를 이용한 금속-공기 전지용 전극.
An electrode for a metal-air battery using an oxygen reduction catalyst, wherein the oxygen reduction catalyst according to any one of claims 1, 2, 3, 5 and 7 is mixed with activated carbon and a binder.
청구항 8에 있어서,
상기 금속-공기 전지는 음극이 아연 또는 리튬인 것을 특징으로 하는 산소환원 반응 촉매를 이용한 금속-공기 전지용 전극.
The method of claim 8,
The electrode for a metal-air battery using the oxygen reduction catalyst, wherein the metal-air battery is zinc or lithium.
a) 멜라민 폼 담지체를 준비하는 단계와;
b) 철 이온 착화물 수용액을 준비하는 단계와;
c) 멜라민 폼 담지체에 철 이온 착화물 수용액을 함침시키는 단계와;
d) 철 이온 착화물 수용액이 함침된 멜라민 폼 담지체를 건조시키는 단계와;
e) 건조된 멜라민 폼 담지체를 불활성가스 분위기에서 열처리하여 탄화시킴으로써 흡착된 철 이온을 포함하는 탄화된 멜라민 폼 담지체를 제조하는 단계와;
f) 흡착된 철 이온을 포함하는 탄화된 멜라민 폼 담지체와 카본블랙을 섞어서 탄화된 멜라민 폼 담지체의 다공구조에 카본블랙이 담지되도록 하여 최종 촉매를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소환원 반응 촉매 제조 방법.
a) preparing a melamine foam carrier;
b) preparing an aqueous solution of ferric ion complex;
c) impregnating the melamine foam carrier with an iron ion complex aqueous solution;
d) drying the melamine foam carrier impregnated with the iron ion complex aqueous solution;
e) carbonizing the dried melamine foam carrier by heat treatment in an inert gas atmosphere to produce a carbonized melamine foam carrier containing the adsorbed iron ion;
f) mixing the carbonized melamine foam carrier containing adsorbed iron ions with carbon black to produce a final catalyst by supporting the carbon black on the porous structure of the carbonized melamine foam carrier; and A method for producing an oxygen reduction catalyst.
청구항 10에 있어서,
상기 f) 단계는 철 이온이 탄화된 멜라민 폼 담지체 50 ~ 80 wt%와; 카본블랙 20 ~ 50wt%을 섞은 것을 특징으로 산소환원 반응 촉매 제조 방법.
The method of claim 10,
Wherein the step (f) comprises: 50 to 80 wt% of a melamine foam carrier having iron ions carbonized; And 20 to 50 wt% of carbon black.
청구항 10에 있어서,
상기 탄화된 멜라민 폼 담지체 전체 중량%를 기준으로 철 이온이 1 ~ 10wt% 포함된 것을 특징으로 산소환원 반응 촉매 제조 방법.
The method of claim 10,
Wherein the carbonized melamine foam carrier comprises 1 to 10 wt% of iron ions based on the total weight% of the carbonized melamine foam carrier.
청구항 10에 있어서,
상기 d)단계는 함침된 멜라민 폼 담지체를 섭씨 40 ~ 50도 온도범위 내에서 24시간 이상 건조시킨 것을 특징으로 산소환원 반응 촉매 제조 방법.
The method of claim 10,
Wherein the impregnated melamine foam carrier is dried for at least 24 hours in a temperature range of 40 to 50 degrees Celsius.
청구항 10에 있어서,
상기 e)단계는 건조된 흡착된 철 이온을 포함하는 멜라민 폼 담지체를 불활성가스 분위기에서 섭씨 600 ~ 900도로 1 ~ 2 시간 동안 탄화시킨 것을 특징으로 하는 산소환원 반응 촉매 제조 방법.
The method of claim 10,
Wherein the step (e) comprises carbonizing the melamine foam carrier containing the dried adsorbed iron ions in an inert gas atmosphere at 600 to 900 ° C. for 1 to 2 hours.
삭제delete 청구항 10에 있어서,
상기 철 이온 착화물 수용액은 FeCl2·4H2O, FeCl3·6H2O, Fe(NO3)3·6H2O 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 산소환원 반응 촉매 제조 방법.
The method of claim 10,
Wherein the iron ion complex aqueous solution is at least one selected from FeCl 2 .4H 2 O, FeCl 3 .6H 2 O, and Fe (NO 3 ) 3 .6H 2 O.
삭제delete 청구항 10에 있어서,
상기 카본블랙은 덴카블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 퍼니스블랙, 써멀블랙, 램프블랙 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 산소환원 반응 촉매 제조 방법.
The method of claim 10,
Wherein the carbon black is at least one selected from Denka black, acetylene black, Ketjen black, furnace black, thermal black, and lamp black.
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