KR101525461B1 - 전기화학적 적용을 위한 기계적 조면화 표면을 갖는 전극 - Google Patents

전기화학적 적용을 위한 기계적 조면화 표면을 갖는 전극 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산업 전기화학 적용에서의 전극 지지체로서 사용된 금속 시트의 표면을 거칠게 하기 위한 방법과, 상기 방법에 의해서 제조된 전극에 관한 것이다. 기계적 조면화는 롤링 밀의 두개의 롤러들 사이에 있는 시트를 조질 압연함으로써 부여되고, 상기 롤러의 적어도 하나는 상기 금속 시트 표면에 대한 압축에 의해서 전달되는 소정 프로파일에 따라서 패턴화된다.
금속 시트, 롤러, 조질 압연, 표면 조면화 프로파일 패턴, 전극 기판

Description

전기화학적 적용을 위한 기계적 조면화 표면을 갖는 전극{ELECTRODES WITH MECHANICALLY ROUGHENED SURFACE FOR ELECTROCHEMICAL APPLICATIONS}
본 발명은 전기화학적 적용을 위한 전극들에 관한 것이며, 특히 전해전지에서 사용하기 위한 금속 전극들에 대해서 기술한다.
코팅 금속 전극들을 이용하는 여러개의 산업 전기화학 공정들이 알려져 있다. 특히 적당한 예는 니켈 음극과 티타늄 양극들이 설치된 전지들이 현재 사용되는 염소 알칼리 전해질에 의해서 주어진다. 전지 전압의 직접적인 작용인, 에너지 소비를 감소시키기 위하여, 촉매층은 니켈 및 티타늄 지지 기판 상에 도포된다. 유사한 상황이 다른 것들중에서도, 물 전해질, 금속 일렉트로위닝(metal electrowinning), 전기도금 및 물처리와 같은 기타 중요한 전기화학적 공정에 적용된다. 대부분의 전기화학 반응들은 적당한 촉매층을 연속적인 기계적 응력에 놓이게 하는 가스의 전개(evolution)와 관련되므로, 금속 기판에 대한 상기 층의 부착은 산업적으로 허용가능한 서비스 수명을 얻는데 중요한 역할을 한다. 촉매층의 부착은 엄격하게는 지지 기판[이하 "수용면"으로 칭함]의 표면적인 조면화 프로파일과 관련된 것이며, 상기 조면화(roughness)는 주로 고정 요소로서 작용한다는 사실은 당업자에게 알려진 것이다.
기술 문헌은 수용면에 조면화를 부여하기 위한 여러 유형의 처리에 대해서 공개하고 있다. 하나의 절차는 샌드 또는 그릿 블라스팅(grit-blasting)으로 구성되며, 여기서 금속 표면은 샌드 또는 금속 그릿과 함께 고압 공기의 타격 분사물(impinging jet) 즉, 건식 샌드 블라스팅 또는 샌드 또는 금속 그릿을 갖는 고압수의 샌드 블라스팅 즉, 습식 샌드 블라스팅에 의해서 연마된다. 이 처리들은 상당한 양의 에너지를 금속 구조체에 주입하고, 그 결과 내부 응력을 발생시킨다. 예를 들어 1mm 미만의 두께를 갖는 얇은 금속 시트들이 사용될 때, 내부 응력은 변형을 일으켜서 그 결과 평탄성이 상실될 것으로 추정된다. 이러한 이유로 인하여, 건식 또는 습식 블라스팅은 비교적 두꺼운 시트들에만 적용될 수 있다. 그러나, 두꺼운 시트들에서의, 기계적 블라스팅 작용은 촉매층을 도포하는 동안 크랙을 발생시킬 수 있는 실질적인 경도의 증가를 유발한다. 이 방법의 추가 결점은 조면화 프로파일의 품질에 의해서 나타나며, 상기 조면화 프로파일의 품질은 제어하기가 어렵고, 샌드 또는 그릿의 크기 분포, 공기 또는 물의 압력, 노즐의 크기와 표면에 대한 분사물의 각도와 같은 여러 제조 변수들의 조합에 따라서 좌우된다. 또한, 수용면은 일단 샌드 또는 그릿-블라스팅이 완료하면, 촉매층의 부착에 부정적 영향을 미치는 금속에 부딪치는 입자들에 의해서 오염될 가능성이 있다. 마지막으로, 샌드 또는 그릿 스톡은 입자 크기가 감소하고 그 결과 연마 효율이 감소하기 때문에 임의의 작용 시간 후에 방출되어야 한다. 처리된 금속 기판들의 연마 입자들에 의해서 오염되는 샌드 또는 그릿은 처분하기에 어렵고 비용이 많이 소요된다.
당기술에 공지된 기타 기술들은 HCI에서의 제 1 에칭, 에칭에 이은 열처리, 및 금속 또는 조면화층의 성장을 낮추는 금속 또는 세라믹 산화물의 용융물 분무와 결합된 샌드 또는 그릿 블라스팅을 포함한다. 그러나, 이 기술들은 관련 결점들을 각각 가지고 있다.
따라서, 촉매층의 부착에 부정적인 영향을 미치는 사전처리된 표면의 불충분한 청결도, 부여된 조도를 미리 규정하는 것의 어려움, 산업적 제조의 동일한 샘플 내에서 그리고 다른 샘플들중에서 수용면의 품질의 재생의 부족함, 그리고 배출된 샌드 또는 그릿 스톡과 소모된 에칭 욕조의 처분 비용의 불편함들을 피하면서, 수용면을 사전처리하는 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 본 발명은 롤링 밀의 두개의 롤러들 사이로 금속 시트를 조질 압연(skin pass)함으로써, 상기 금속 시트의 적어도 하나의 주요면에 표면 조면화 프로파일 패턴을 임프린트(imprint)하는 것을 포함하고, 상기 롤러의 적어도 하나는 상기 조면화 프로파일 패턴의 음화(negative image)를 구비하는, 전극 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 발명은 또한 촉매층으로 코팅된 금속 기판을 포함하는 전기화학적 적용을 위한 전극에 관한 것으로서, 상기 기판은 롤링 밀의 두개의 롤러들 사이로 상기 금속 시트를 조질 압연함으로써 제공된 표면 조면화 프로파일 패턴을 구비한 금속 시트를 포함하고, 상기 롤러의 적어도 하나는 상기 조면화 프로파일 패턴의 음화를 구비한다.
본 발명의 목적을 위하여, 하기 용어들은 다음과 같은 의미를 가질 수 있다:
용어 "하나"는 전체적으로 하나 이상을 지칭한다; 예를 들어, "한 양극"은 하나 이상의 양극 및 적어도 하나의 양극을 지칭한다. 이와 같이, 용어 "하나", "하나 이상" 및 "적어도 하나"는 상호 교환가능하게 사용될 수 있다. 용어 "함유하다", "포함하다" 및 "구비하다"는 상호교환가능하게 사용될 수 있다는 것도 주의해야 한다. 또한, "하나 이상으로부터 선택된" 화합물은 둘 이상의 화합물의 혼합물(즉, 조합물)을 포함하는, 하기 목록에 있는 하나 이상의 화합물을 지칭한다.
용어 "음화"는 규칙성 및 재생성의 관점에서 돌출부 및 오목부의 실질적으로 동일한 기하학적 분포와 동일한 품질을 구비한 거울상으로서 규정되며; "음화"는 기계적 전달 공정에서 수용면의 임의의 정도의 탄성 복귀성이 고려되어야 하기 때문에, 평균 조도의 동일한 절대값으로 특징되지 않는다.
당기술에 알려진 바와 같이, 전기 에너지 소비는 주로 전지 전압을 감소시킴으로써 감소되며, 이것은 수소, 염소 또는 산소의 전개(evolution)와 같은 필요한 전기화학 공정을 촉진시킬 수 있는 적당한 촉매층을 갖는 양극 및/또는 음극을 교대로 제공함으로써 달성될 수 있다. 본 발명은 전기 에너지 소비의 최소화가 가장 중요한 전기화학 전지에서 양극 또는 음극으로서 설치되는 전극의 지지 기판들로서 사용되는 금속 시트들의 사전처리를 위한 방법에 관한 것이다.
일 실시예에서, 본 발명은 두개의 롤러로 구성된 롤링 밀에 있는 금속 시트를 조질 압연함으로써, 패턴 프로파일을 기계적으로 전달하는 것을 포함하는 금속 시트 전극 기판의 수용면 상에 미리 규정된 조면화 프로파일을 부여하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 금속 시트에 적용된 상기 조면화 프로파일은 롤링 밀의 적어도 하나의 롤러의 표면 상에 있는 음화를 제공함으로써 미리 결정된다.
본 발명에 따른 방법에서, 조면화(roughen)될 수용면은 전기화학식 공정에 대한 전극의 불활성 기판으로서 사용하기에 적합한 임의의 금속으로 제조될 수 있다. 염소 알칼리 전해질, 금속 일렉트로위닝, 전기도금, 전기분해 염소화(electrochlorination) 및 물 전해질의 경우에 있어서, 가장 공통적으로 사용된 재료들은 스테인레스 강, 니켈 및 티타늄을 함유한다. 상표 Incoloy®, Inconel® 및 Hastelloy®로 상업화된 크롬-니켈 합금, 0.2% 팔라듐/5% 탄탈 및 알루미늄-바나듐-주석 티타늄 합금을 포함하는 추가 금속 합금이 사용될 수 있다. Incoloy® 및 Inconel®은 INCO Ltd의 상표이고 Hastelloy®은 Haynes Ltd의 상표이다.
촉매층은 갈바닉 방법(galvanic method) 또는 여러 단계에서 300℃ 내지 600℃ 범위에 있는 온도에서 실행된 적당한 전구체를 수용하는 페인트들의 열분해를 포함하는, 당분야에 알려진 방법들에 의해서 기판 수용면에 도포될 수 있는 백금, 루테늄, 팔라듐, 로듐 및 그 합금 또는 산화물, 탄화물, 질화물, 질화 탄소, 붕화물 및 규화물과 같은 귀금속을 함유한다. 각 단계에 대해서, 열 경화는 몇 분의 통상적인 지속기간과 한 시간 이상까지의 선택적인 최종 열처리를 갖는다.
이들 유형의 전극들의 성능은 기타 특성들중에서, 수용면에 대한 촉매층의 부착성에 따라 명확하게 의존하며, 상기 부착성은 선택된 유형의 금속 또는 합금과는 무관하게 수용면의 다수의 특성들 그리고 특히 청결도 및 표면 조도의 함수이 다. 청결도에 관해서, 수용면에 충돌하는 이물질은 잠재적으로 전기화학 성능을 악화시키고 코팅 도포 단계 동안 분해되어서 촉매층 안으로 확산될 수 있으며 상기 이물질은 엄격하게는 조면화 프로파일과 관련되는 층의 부착성에 조차 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 세정된 표면은 청결한 금속면을 달성하기 위하여 기계적 세정, 화학 또는 전해질 탈지 또는 다른 화학 세정 동작중 하나 이상을 포함하는, 당분야에 알려진 임의의 처리들에 의해서 얻어질 수 있다.
조면화 프로파일의 거칠기(peak-to-valley height)는 촉매층의 부착성에 영향을 미치는 중요 변수들중 하나이고, 추가 변수는 예를 들어, 조면화될 금속 시트의 적층 방향 및 그 직경 방향과 같은 두개의 방향을 따라 측정된 길이 단위당 피크들(또는 밸리들)의 평균 수이다. 거칠기는 평균 표면 레벨로부터의 절대값 편차의 수학적 평균으로서 표현된 평균 조도(Ra)에 의해서 정량화된다. 일 실시예에서, 1 마이크로미터(㎛)의 최소 Ra값은 촉매층의 부착성의 심각한 손실을 방지하는데 필요하다는 것이 확인되었다. 다른 실시예에서, 산소 전개 전극의 경우에서와 같이, 5㎛ 초과의 큰 Ra 값은 바람직한 부착성을 보장하고 전기화학 반응이 일어나는 특정 활성 영역에서의 증가를 제공한다. 또는, 다시 말해서, 국부적인 유효 전류 밀도를 감소시키기 위한 감소된 국부적인 가스 전개 및 촉매층에 인가된 낮은 기계적 응력을 의미한다. 단위 길이당 피크들(또는 밸리들)의 평균 수 또는 피크 주파수는 금속 시트 기판의 적층 방향을 따라 그리고 그 직교 방향을 따라 모두 측정된 cm당 적어도 15 피크들을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 수용면의 상기 규정된 조면화 형태는 두개의 롤러들 사이로 시트를 조질 압연함으로써, 제조되고 상기 롤러의 적어도 하나는 적당한 조면화 프로파일 패턴을 구비한다. 도포될 선택된 조면화 프로파일의 음화는 샌드 또는 그릿으로 블라스팅, 포토에칭 또는 레이저 기입(laser inscribing)을 포함하는 다양한 방법들에 의해서 적어도 하나의 롤러 표면에 제조되고, 상기 패턴은 금속 시트에 대해서 선택된 조면화 프로파일의 음화를 나타낸다. 일 실시예에서, 시트의 양측이 조면화되어야 할 때, 양 롤러들은 그에 따라서 패턴화될 것이다. 다른 실시예에서, 제어된 조면화 프로파일이 일측에만 필요할 때, 단지 하나의 패턴화된 롤러가 매끄러운 롤러와 협력하여 사용될 것이다. 표면 돌출부의 피크 내지 밸리 크기(peak to valley size)와 같은 일반적인 조면화 프로파일 변수들이 중요한 곳에서, 샌드 또는 그릿 기술이 적용될 수 있다.
피크들 및 밸리들의 기하학적 형태, 예를 들어 사각형 기반 피라미드 또는 기타 특정 기하학적 형태들의 배열이 바람직한 곳에서, 포토에칭 및 레이저 기입 방법들이 적용될 수 있다. 적어도 하나의 패턴화된 롤러의 프로파일 패턴이 압축에 의해서 금속 시트로 전달될 때, 금속 시트에 부여된 조면화 프로파일의 품질이 산업적 제조 공정 동안 동일한 시트 내에서 그리고 여러 시트들을 따라서 완전히 재생산가능하다.
Ra 값에 관해서, 두개의 롤러들 사이로의 조질 압연은 일반적으로 적어도 하나의 패턴화된 롤러의 Ra 값의 60% 내지 80% 사이의 범위에 있는 Ra값을 특징으로 하는 조면화 프로파일을 유도하며, 상기 값이 수용면의 자연 조건 및 야금 조건에 의해서 실질적으로 영향을 받는다는 사실이 확인되었다. 선택적으로, 하나 이상의 단일 통과(pass), 예를 들어, 둘 또는 세개의 통과가 금속 시트의 바람직한 Ra 값을 달성하기 위하여 롤링 밀에서 필요할 수 있다. 또한, 양 롤러들이 동일한 조면화 프로파일 패턴 즉, 피크 앤드 밸리 모집단의 동일 Ra 및 피크 주파수와 동일 분포를 갖는 패턴들을 가진다면, 그때 금속 시트는 완전히 평탄한 조건(대칭 조면화)에서 조질 압연 동작에서 나온다는 것도 또한 확인되었다. 대칭 조면화가 금속 시트에 적용될 때, 평탄성이 또한 촉매층의 도포에 필요한 열순환 이후에 조차 임의의 중요한 변형없이 유지된다. 이러한 결과는 조면화될 금속 시트가 얇은 금속 시트, 예를 들어 0.5mm 이하의 두께를 구비한 시트일 때 특히 중요하다. 당업자에게 알려진 바와 같이, 이러한 유형의 시트는 가압된 블라스팅 분사물의 에너지가 촉매층 도포와 연계된 열처리 동안 크게 증가하는 심각한 변형을 유발하기 때문에, 샌드 또는 그릿 블라스팅에 의해서 촉매층의 최상의 부착을 보장하는데 요구되는 필요한 조면화를 거칠 수 없다. 필요한 조면화 프로파일을 제조하기 위한 유일한 가능성은 연장된 주기 동안 얇은 금속 시트를 침해성 욕조(aggressive bath)에 침지시키는 것을 요구하는 에칭 처리에 의해서 재연(represent)된다. 이들 절차는 시트의 취급을 어렵게 하는 수용할 수 없는 박판화(thinning)와, 그 처분 비용이 큰 욕조들의 신속한 배출의 불편함을 나타낸다.
여러 할당량(lot)의 금속 시트들의 기계적 조면화에서 얻어지는 실제 경험은 롤러들의 프로파일 패턴이 조질 압연의 동작 동안 마모될 수 있으며, 마모 속도(decaying rate)는 롤러들의 패턴 프로파일을 전달하는데 필요한 압축 공정동안 금속 시트에서 유도된 표면 경도 증가의 크기의 직접적인 함수이다. 예를 들어, 적층 방향 및 직교 방향 모두를 따른 cm당 40피크들의 피크 주파수와 30㎛의 Ra값을 특징으로 하는 조면화 프로파일을 갖는 롤러들로써 0.5mm 니켈 시트 200(UNS N02200)의 조질 압연에서, 비커스 경도(Vickers hardness)는 공급될 때 어닐링된 시트의 120HV의 값에서 165HV까지 증가한다. ASTM B 265에 따른 등급 1 티타늄의 0.5mm 시트의 조질 압연 시에, 유사한 거동이 확인되었다.
롤러들의 표면 경도가 합리적으로 높아질 경우에, 롤러들의 수명이 산업적 생산의 경제성에 의해서 요구되는 바와 같이 실질적으로 증가될 수 있다는 것도 또한 확인되었다. 경화성 표면에 조면화 프로파일을 임프린트(imprint)하는 것이 어렵기 때문에, 롤러들의 패턴화는 유리하게는 복수 단계 절차에 의해서 얻어질 수 있다는 것이 확인되었다. 일 실시예에 있어서, 제 1 단계에서 롤러들의 구성 재료가 충분히 낮은 경도값을 갖는 제 1 야금 조건에 있는 동안, 선택된 조면화 패턴이 임프린트되고, 제 2 단계에서, 롤러들의 구성 재료는 표면 경도가 높은 값으로 증가하는 제 2 야금 조건에 있다. 일 실시예에 있어서, 제 2 야금 조건의 표면 경도가 300HV 초과이고, 다른 실시예에서 500 HV이므로, 조질 압연 동작의 마모 작용은 거의 무시할 수 있게 된다. 이러한 결과는 당업자에게 알려진 다수의 방식으로 달성될 수 있다. 미리 적용된 조면화 프로파일 패턴에 영향을 미치지 않고 롤러들의 표면 경도를 증가시키기 위한 적당한 수단은 롤러들의 적당한 열 처리, 크롬 도금 또는 화학 처리를 포함하고 이들에 국한되지 않는다. 경도를 증가시키기 위한 열 처리는 특히 UNS S13800, S14800, S15700, S17400 및 S 17700과 같은 석출 경화강으로 제조된 롤러들에 적용된다. 이들 강은 조면화 프로파일 패턴의 임프린트 동 안 고체 용융 상태(저경도 조건)에서 유지될 수 있고 그후에 고체 구조(고경도 조건) 내에 확산된 미립자 형성을 유발하는 적당한 열처리에 의해서 석출될 수 있는 알루미늄 및 니오브와 같은 원소를 함유할 수 있다.
바람직한 수준의 경도를 얻기 위한 다른 선택사항은 화학 처리이고, 그에 의해서 롤러들의 표면은 적당한 확산된 원소들, 특히 탄소 및/또는 질소로 농축된다. 이러한 결과는 메탄 또는 일산화탄소 함유 혼합물 또는 암모니아와 같은 질소 가스와 같은 침탄 가스의 제공 상태에서 롤러들을 적당한 온도에서 처리함으로써 얻어질 수 있다. 롤러들은 또한 조면화 프로파일에게 과도한 정도까지 영향을 미치지 않고 필요한 내마모성을 부여할 수 있는 적당한 두께의 크롬 도금에 의해서 경화될 수 있다.
바람직한 조면화 패턴을 갖는 롤러들이 적당한 방식으로 준비되면, 상기 롤러들은 적당한 롤링 밀에 설치될 수 있고 실질적으로 균등한 조면화 프로파일을 갖는 기계적으로 조면화된 금속 시트들이 용이하게 제조될 수 있다. 전체 동작은 미리 규정되고 고도로 재생가능한 우수한 조면화 프로파일을 구비한 금속 시트들이 전극 제조업자에게 제공되어서, 그 결과 실질적으로 단순하고 훨씬 저렴한 공정이 얻어지도록, 제조 밀에서 실행될 수 있다.
예 1
니켈 200(UNS N02200)의 샘플 시트(두께 ?)는 500톤의 압력 상태에서 석출 경화강으로 제조된 패턴화된 커플(구체적으로 2?) 롤러를 통해서 조질 압연되었다. 롤링 밀에 설치되기 전에, 롤러들은 적당한 유동 속도(정확한 유동 속도를 아는가?)의 가압 공기로써 철 사력층(iron gravel) GL 18을 블라스팅함으로써 조면화 프로파일 패턴을 구비한다. 조면화 프로파일 패턴은 말하자면, 시트의 적층 방향과 그 직교 방향으로 Hommelwerk Gmbh에 의해서 제조된 Hommel T1000 C 기계적 프로필로미터(profilometer)로써 두 방향을 따라 측정되었다. 상기 패턴은 21㎛의 Ra 값과 cm당 18피크들의 피크 주파수를 특징으로 하였다. 조면화 단계 후에, 롤러들은 열처리에 의해서 경화되었고, 그후에 390의 HV값이 측정되었다. 롤러의 프로파일 패턴은 다시 체크되었고 Ra값과 피크 주파수의 중요 변화는 검출되지 않았다.
조질 압연후에, 니켈 시트의 Ra와 피크 주파수는 각각 15㎛와 cm당 17피크이다: 측정값은 매우 작은 Ra값과 피크 주파수 편차를 갖는 시트의 전체 표면에 대해서 30cm의 거리에서 반복되었다. 상당한 두께 감소는 검출되지 않았다.
예 2
ASTM B 265에 따른 등급 1 티타늄의 0.5mm 시트는 500 톤의 압력 상태에서 표면 경화된 강철로 제조된 패턴화된 롤러의 커플(구체적으로 2?)이 장착된, 예 1의 하나와 동등한 롤링 밀에서 조질 압연되었다. 롤링 밀에 설치되기 전에, 롤러들은 적당한 유동 속도(정확한 유동 속도를 아는가?)의 가압 공기로써 철 사력층(iron gravel) GL 18을 블라스팅함으로써 조면화 프로파일 패턴을 구비한다. 조면화 프로파일 패턴은 말하자면, 시트의 적층 방향과 그 직교 방향으로 Hommelwerk Gmbh에 의해서 제조된 Hommel T1000 C 기계적 프로필로미터(profilometer)로써 두 방향을 따라 측정되었다. 상기 패턴은 40㎛의 Ra 값과 cm당 60피크들의 피크 주파수를 특징으로 하였다. 조면화 단계 후에, 롤러들은 일산화탄소와 이산화탄소의 혼합물을 함유하는 침탄 대기의 표면 화학 처리에 의해서 경화되었다. 처리의 종료 시에 430 HV의 경화값이 측정되었다. 롤러의 조면화 프로파일 패턴은 다시 체크되었고 Ra값과 피크 주파수의 중요 변화는 검출되지 않았다.
조질 압연후에, 티타늄 시트의 Ra와 피크 주파수는 각각 28㎛와 cm당 57피크이다: 측정값은 매우 작은 Ra값과 피크 주파수 편차를 갖는 시트의 전체 표면에 대해서 20cm의 거리에서 반복되었다. 두께 감소는 검출되지 않았다.
예 3
35cm ×35cm 크기의 샘플은 예 1 및 2의 니켈 시트 및 티타늄 시트로부터 절단되고 하기 기술된 촉매층으로 활성화된다:
- 니켈 샘플들은 먼저 세정 목적을 위해서 2분 동안 80℃에서 10% 염산에서 피클링(pickling) 처리되었다. 혼합 루테늄과 질소 산화물의 촉매층은 루테늄 3염화물과 니켈 2염화물을 함유하는 액성 용액을 페인트하고 그후에 강제 공기 순환으로 오븐에서 열분해되었다: 페인트와 열분해 단계는 12g/m2의 귀금속 적재(loading)를 얻을 때까지 5번 반복되었다. 무작위로 선택된 쿠폰(얼마나 많은 가? 쿠폰의 크기를 아는가?)은 당업자에게 알려진 바와 같이 전극의 산업 제조를 위해 품질 규격으로서 일반적으로 사용되는 소위 "스코치 테입 시험(Scotch Tape test)"에 따라 서 접착제 테입으로 접착 시험을 거쳤다. (이를 위한 ASTM 규격이 있는 가?): 모든 경우에 만족스러운 결과가 얻어졌다(표준규격에 따라 만족스러운 것이 무엇인가?). 잔여 쿠폰들은 염소-알칼리 실험 멜브레인에서 음극으로 설치되고 90℃에서 8000 A/m2의 전류 밀도에서 작동되었다. 연속 동작의 10개월 후에, 쿠폰들은 전지들에서 추출되고 다시 스코치 테입 시험을 거치고 만족스러운 결과를 얻었다.
○ 티타늄 샘플은 먼저 세정 목적을 위해서 3분 동안 90℃에서 15% 염산에서 피클링(pickling) 처리되었다. 루테늄과 티타늄 산화물로 구성되는 촉매층은 루테늄 3염화물과 티타늄 4염화물을 함유하는 액성 용액을 페인트하고 그후에 강제 공기 순환으로 오븐에서 열분해되었다: 페인트와 열분해 단계는 13g/m2의 귀금속 적재(loading)를 얻을 때까지 여러번 반복되었다. 활성화된 샘플들은 쿠폰들로 절단되었다. 무작위로 선택된 쿠폰은 상술한 바와 같이 스코치 테입 시험을 거쳤다: 모든 경우에 완전히 만족스러운 결과가 얻어졌다. 잔여 쿠폰들은 염소주입 비분할 전지(electrochlorination undivided cell)에서 양극으로 설치되고 3%의 나트륨 염화 용액에서 30℃에서 2000 A/m2의 전류 밀도에서 작동되었다. 연속 동작의 400 시간 후에, 쿠폰들은 전지들에서 추출되고 다시 스코치 테입 시험을 거치고 만족스러운 결과를 얻었다.
상술한 설명은 본 발명을 제한하려는 것으로 이해될 수 없으며, 본 발명은 그 범주 내에서 다른 실시예에 따라서 실행될 수 있고 그 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims (17)

  1. 전해 전지의 가스 전개 전극 기판의 제조 방법으로서,
    롤링 밀의 두개의 롤러들 사이로 금속 시트를 조질 압연(skin pass)함으로써, 상기 금속 시트의 적어도 하나의 주요면에 표면 조면화 프로파일 패턴(roughness profile pattern)을 임프린트(imprint)하는 것을 포함하고, 상기 롤러들 중의 적어도 하나는 상기 조면화 프로파일 패턴의 음화(negative image)를 구비하며, 상기 조면화 프로파일 패턴은 적어도 5㎛의 최소 Ra 값과, cm당 적어도 15 피크의 피크 주파수를 갖는, 가스 전개 전극 기판의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 조면화는 상기 금속 시트의 적층 방향 및 직교 방향으로 균일한, 가스 전개 전극 기판의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 두개의 롤러는 상기 조면화 프로파일 패턴을 구비하는, 가스 전개 전극 기판의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 조면화 프로파일 패턴의 상기 음화는 샌드 블라스팅, 그릿 블라스팅, 포토에칭 또는 레이저 기입(laser inscribing)을 포함하는 수단에 의해서 상기 적어도 하나의 롤러 상에 제조되는, 가스 전개 전극 기판의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 조면화 프로파일 패턴의 상기 음화는 제 1 야금 조건에서 상기 적어도 하나의 롤러 상에 제조되고, 상기 패턴된 롤러는 경화 처리에 의해서 차후에 제 2 야금 조건에 놓이는, 가스 전개 전극 기판의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 롤러는 석출 경화강으로 제조되고 상기 경화 처리는 열처리인, 가스 전개 전극 기판의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 경화 처리는 질화 가스 또는 침탄 가스(carburizing gas)의 제공 상태에서 상기 적어도 하나의 롤러를 가열하는 단계를 포함하는 표면 화학 처리인, 가스 전개 전극 기판의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 질화 가스는 암모니아인, 가스 전개 전극 기판의 제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 침탄 가스는 하나 이상의 메탄, 일산화탄소 및 선택적으로 CO2중 하나 이상을 포함하는, 가스 전개 전극 기판의 제조 방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 경화 처리는 크롬 도금을 포함하는, 가스 전개 전극 기판의 제조 방법.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 야금 조건에 있는 상기 적어도 하나의 롤러의 표면 경도는 300HV를 초과하는, 가스 전개 전극 기판의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 표면 경도는 500HV를 초과하는, 가스 전개 전극 기판의 제조 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 시트는 티타늄, 니켈 및 그 합금, 스테인레스 강, 크롬-니켈 합금, 팔라듐-탄탈 합금 및 알루미늄-바나듐-주석-티타늄 합금중 하나 이상을 함유하는, 가스 전개 전극 기판의 제조 방법.
  15. 촉매층으로 코팅된 금속 기판을 포함하는 전해 전지의 가스 전개 전극으로서,
    상기 기판은 금속 시트의 적어도 하나의 표면 상에 표면 조면화 프로파일 패턴(roughness profile pattern)을 구비한 금속 시트로 구성되고, 상기 표면 조면화 프로파일은 롤링 밀의 두개의 롤러들 사이로 상기 금속 시트를 조질 압연(skin pass)함으로써 제공되고, 상기 롤러들 중의 적어도 하나는 상기 조면화 프로파일 패턴의 음화를 구비하며, 상기 조면화 프로파일 패턴은 적어도 5㎛의 최소 Ra 값과, cm당 적어도 15 피크의 피크 주파수를 갖는, 가스 전개 전극.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전극은 염소 또는 산소-전개 전기화학 전지에 있는 양극을 포함하는, 가스 전개 전극.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 전극은 전기화학 전지의 수소-전개 음극을 포함하는, 가스 전개 전극.
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