KR101540786B1 - Complex catalyst for zinc air battery, method of preparing the same, air electrode for zinc air battery and zinc air battery including the same - Google Patents

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Abstract

아연 공기 전지용 복합 촉매, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 아연 공기 전지용 공기극 및 아연 공기 전지에 관한 것으로, 카본 블랙(carbon black)-탄화된 젤라틴 화합물을 포함하고, 상기 화합물 내 질소가 도핑된 것인 아연 공기 전지용 복합촉매를 제공한다.The present invention relates to a composite catalyst for a zinc air cell, a method for producing the same, a cathode for a zinc air cell and a zinc air cell containing the same, which comprises a carbon black-carbonized gelatin compound, A composite catalyst for an air cell is provided.

Description

아연 공기 전지용 복합촉매, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 아연 공기 전지용 공기극 및 아연 공기 전지{COMPLEX CATALYST FOR ZINC AIR BATTERY, METHOD OF PREPARING THE SAME, AIR ELECTRODE FOR ZINC AIR BATTERY AND ZINC AIR BATTERY INCLUDING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite catalyst for a zinc-air battery, a method for producing the composite catalyst, a cathode for a zinc air battery and a zinc air battery including the same,

아연 공기 전지용 복합 촉매, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 아연 공기 전지용 공기극 및 아연 공기 전지가 제공된다.A composite catalyst for a zinc air cell, a method for producing the same, an air electrode for a zinc air battery and a zinc air cell including the same.

금속 공기 전지는 양극에서 공기 중의 산소를 환원시켜 에너지원으로 이용하여, 작동되는 전지이다. 기존의 일차전지나 대표적인 이차전지인 리튬 이온 전지에 비해 높은 출력과 에너지 밀도를 가지고 있어서 전지분야의 궁극적인 목표라고도 할 수 있는 전기자동차를 개발하는데 중요한 역할을 하게 될 전지이다. A metal air cell is a cell that operates by using oxygen as an energy source in the air at the anode. It is a battery that plays an important role in developing an electric vehicle, which has a higher output and energy density than a conventional primary battery or a typical secondary battery, a lithium ion battery, and is the ultimate goal of the battery field.

금속 공기 전지의 종류로는 크게 금속에 따라 리튬 및 아연 공기전지가 있다. The types of metal air cells include lithium and zinc air cells depending on the metal.

리튬 금속의 경우 물과 반응하면 폭발성이 있어 위험하며 제조과정에서 수분을 통제해야 한다는 어려움이 있다. 이에 비해 아연 금속의 경우 폭발성이 없어서 안전하므로 전기자동차용 전지로는 리튬 이차전지보다 더 유망하다고 볼 수 있고 제조과정 역시 상온 및 일반 공기 중에서 이루어지므로 제조비용이 적게 든다. In the case of lithium metal, it is dangerous to react with water because it is explosive and it is difficult to control the moisture in the manufacturing process. On the other hand, zinc metal is safe because it is not explosive. Therefore, it is more promising than lithium secondary battery in electric vehicle battery, and manufacturing process is also performed at room temperature and general air, so the manufacturing cost is low.

아연 공기 전지의 경우 전극으로는 산소가 환원되는 공기극인 양극과 아연이 산화되는 음극으로 구성되어 있고, 이를 분리해주기 위한 분리막과 이온들의 이동을 도와주는 이 존재한다. 상기 언급한 바와 같이 금속 공기 전지의 전체적인 효율을 높이기 위해서는 상대적으로 반응속도가 느린 양극에서의 산소 환원 반응을 빠르게 만들어 주는 것이 중요하다. 따라서 공기극 위에 촉매를 흡착시켜 두 층의 극을 만들어 산소의 환원을 활성화 시키는 방법을 사용한다. 음극의 경우 아연 금속이 아연 2가 이온으로 산화되면서 전자가 발생하고 이 전자는 외부 도선을 통해 이동하여 산소와 만나면서 반응하여 산소의 환원 반응이 일어나게 된다.In the case of zinc air cells, the electrode is composed of a cathode, which is an air electrode to which oxygen is reduced, and a cathode, which oxidizes zinc. As mentioned above, in order to increase the overall efficiency of the metal air cell, it is important to make the oxygen reduction reaction at the anode relatively slow in the reaction rate. Therefore, the catalyst is adsorbed on the air electrode to make two layers of poles to activate the reduction of oxygen. In the case of the cathode, electrons are generated as the zinc metal is oxidized to the zinc divalent ion, and the electrons move through the external conductor and react with each other while meeting the oxygen, so that the reduction reaction of oxygen occurs.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

양극반응: O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- Anode reaction: O 2 + 2H 2 O + 4e - ? 4OH -

음극반응: Zn → Zn2 + + 2e- Cathode reaction: Zn → Zn 2 + + 2e -

Zn2 + + 4OH- → Zn(OH)4 2- Zn 2 + + 4 OH - - > Zn (OH) 4 2-

Zn(OH)4 2- → ZnO + H2O + 2OH- Zn (OH) 4 2- → ZnO + H 2 O + 2OH -

촉매를 사용하지 않고 탄소 공기극만 이용할 경우 상기 양극 반응이 효율적으로 이루어 지지 않아 산소 환원 반응 특성이 좋지 않다. 따라서 양극의 촉매개발이 필수적이고 상용화된 백금 촉매가 가장 좋은 특성을 가지고 있으나, 가격적인 측면에서 불리하고 전해액이 알칼리 용액이 아닌 메탄올과 같은 용액에서 좋지 않은 특성을 보이므로 이를 보완할 필요성이 있다.When only a carbon cathode is used without using a catalyst, the anodic reaction is not efficiently performed and the oxygen reduction reaction characteristic is poor. Therefore, it is necessary to develop a catalyst for anode, and platinum catalyst which is commercialized has the best characteristics. However, it is disadvantageous in terms of cost and it is necessary to compensate the problem because electrolyte is not an alkaline solution but is poor in a solution such as methanol.

본 발명의 일 구현예는 금속을 포함하지 않으면서 효과적인 산소환원반응을 촉진하는 아연 공기 전지용 복합촉매를 제공하기 위한 것이다.One embodiment of the present invention is to provide a composite catalyst for a zinc air cell that promotes an effective oxygen reduction reaction without containing a metal.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 아연 공기 전지용 복합촉매를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.Another embodiment of the present invention is to provide a method for producing the composite catalyst for the zinc air battery.

본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기 아연 공기 전지용 복합촉매를 포함하는 아연 공기 전지용 공기극을 제공하기 위한 것이다.Another embodiment of the present invention is to provide an air electrode for a zinc air battery including the composite catalyst for the zinc air battery.

본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기 아연 공기 전지용 공기극을 포함하는 아연 공기 전지를 제공하기 위한 것이다.Another embodiment of the present invention is to provide a zinc air battery including the air electrode for the zinc air battery.

상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.Embodiments according to the present invention can be used to accomplish other tasks not specifically mentioned other than the above-described tasks.

본 발명의 일 구현예에서는 카본 블랙(carbon black)-탄화된 젤라틴 화합물을 포함하고, 상기 화합물 내 질소가 도핑된 것인 아연 공기 전지용 복합촉매를 제공한다.In one embodiment of the present invention, there is provided a composite catalyst for a zinc air cell, which comprises a carbon black-carbonized gelatin compound and is doped with nitrogen in the compound.

상기 카본 블랙(carbon black)은 전도성 카본 블랙일 수 있다.The carbon black may be a conductive carbon black.

상기 전도성 카본 블랙은 케첸(ketjen) 블랙일 수 있다. The conductive carbon black may be ketjen black.

상기 화합물 내 질소 도핑 비율은 화합물 내 탄소 원자에 대한 질소의 원자비가 약 0.01 내지 0.05일 수 있다.The nitrogen doping ratio in the compound may be about 0.01 to 0.05 atomic ratio of nitrogen to carbon atoms in the compound.

상기 카본 블랙(carbon black)-탄화된 젤라틴 화합물은 비정질(amorphous) 구조를 갖는 탄소 시트 형태일 수 있다.The carbon black-carbonized gelatin compound may be in the form of a carbon sheet having an amorphous structure.

본 발명의 일 구현예에서는 젤라틴을 용매에 용해시켜 젤라틴 용액을 제조하는 단계, 상기 젤라틴 용액에 카본 블랙을 첨가 및 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 및 상기 혼합물을 열처리하는 단계를 포함하는 아연 공기 전지용 복합촉매의 제조방법을 제공한다.In one embodiment of the present invention, there is provided a method for manufacturing a zinc air cell, comprising: preparing a gelatin solution by dissolving gelatin in a solvent; preparing a mixture by adding and mixing carbon black to the gelatin solution; and heat- A method for producing a composite catalyst is provided.

상기 젤라틴을 용매에 용해시켜 젤라틴 용액을 제조하는 단계에서, 상기 젤라틴 용액 내 젤라틴의 함량은 약 20 내지 50 중량%일 수 있다.In the step of dissolving the gelatin in a solvent to prepare a gelatin solution, the content of gelatin in the gelatin solution may be about 20 to 50% by weight.

상기 젤라틴 용액에 카본 블랙을 첨가 및 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계에서, 상기 혼합물 내 상기 카본 블랙의 함량은 약 1 내지 20 중량%일 수 있다.In the step of adding and mixing carbon black to the gelatin solution to prepare a mixture, the content of the carbon black in the mixture may be about 1 to 20% by weight.

상기 열처리 온도는 약 650 내지 1000 ℃일 수 있다.The heat treatment temperature may be about 650 to 1000 < 0 > C.

상기 혼합물을 열처리하는 단계는 아르곤 분위기일 수 있다.The step of heat-treating the mixture may be an argon atmosphere.

상기 젤라틴 용액에 카본 블랙을 첨가 및 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계 이후에, 상기 혼합물을 냉각하여 혼합물을 젤리 형태로 수득하는 단계를 더 포함할 수 있다.Adding the carbon black to the gelatin solution and mixing to prepare a mixture, and then cooling the mixture to obtain the mixture in the form of a jelly.

상기 아연 공기 전지용 복합촉매의 제조방법에 따라 수득된 복합촉매는 카본 블랙(carbon black)-탄화된 젤라틴 화합물을 포함하고, 상기 화합물 내 질소가 도핑된 것일 수 있다.The composite catalyst obtained by the method for producing a composite catalyst for a zinc air battery may include a carbon black-carbonized gelatin compound and nitrogen doped in the compound.

본 발명의 일 구현예에서는 본 발명의 일 구현예에 따른 아연 공기 전지용 복합촉매를 포함하는 아연 공기 전지용 공기극을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided an air electrode for a zinc air battery including a composite catalyst for a zinc air battery according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 구현예는 카본 블랙(carbon black)-탄화된 젤라틴 화합물을 포함하고, 상기 화합물 내 질소가 도핑된 것인 아연 공기 전지용 복합촉매를 포함하는 공기극, 아연 겔 또는 아연 판을 포함하는 음극, 세퍼레이터 및 알칼리 수용액을 포함하는 전해액을 포함하는 아연 공기 전지를 제공한다.An embodiment of the present invention is a negative electrode comprising a carbon black-carbonized gelatin compound and a composite catalyst for a zinc air cell in which the compound is doped with nitrogen, a negative electrode comprising a zinc gel or a zinc plate , A separator, and an electrolytic solution containing an aqueous alkali solution.

아연 공기 전지 공기극에 있어서, 도핑된 금속없이 산소환원반응을 촉진하고, 비용이 절감된 아연 공기 전지용 복합촉매를 제공할 수 있고, 경제적이고 대량생산에 유리한 아연 공기 전지용 복합촉매의 제조방법을 제공할 수 있다.Provided is a method for manufacturing a composite catalyst for a zinc air cell, which is capable of promoting an oxygen reduction reaction in a zinc air cell cathode and providing a composite catalyst for a zinc air battery with reduced cost, and which is economical and advantageous for mass production .

또한, 이를 포함하는 고 에너지밀도 특성을 갖는 아연 공기 전지를 구현할 수 있다.Also, it is possible to realize a zinc air cell having high energy density characteristics including the same.

도 1는 본 발명의 일 구현예에 따른 아연 공기 전지용 공기극을 보여주는 개략도이다.
도 2은 본 발명의 일 구현예에 따른 아연 공기 전지를 보여주는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케첸(ketjen) 블랙-탄화된 젤라틴 화합물의 제조 단계에 대한 모식도이다.
도 4는 비교예 1에서 사용된 케첸 블랙(A,B) 및 열처리를 거친 젤라틴 시료 각각의 TEM 및 고속 퓨리에 변환(fast fourier transform, FFT)사진을 나타낸다.
도 5는 실시예 1 내지 3에서 제조된 아연 공기 전지용 복합촉매에 대한 XPS 질소 1s 오비탈 스펙트라 분석결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실험예 2에 기재된 표 1의 열처리 온도에 따른 질소 함량(원자 %)을 재정리한 그래프이다.
도 7은 실시예 1 내지 3의 복합촉매 내 함유되는 탄소원자에 대한 질소원자 비(원자 %)를 나타낸 그래프이다.
도 8은 RRDE(Rotating Ring Dick Electrode) 및 선형 주사 전압법을 사용하여 전류밀도를 측정하여 그 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 실험예 3에 의한 결과 데이터 및 실험예 4에 기재된 [수학식 1]의 (1), (2)를 이용하여 산소환원반응에 참여한 전자의 개수를 계산한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 아연 공기 전지에 특정 전류밀도를 가하여 방전용량을 측정하는 실험에서 적용된 전류밀도가 50 mA/cm2인 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은 아연 공기 전지에 특정 전류밀도를 가하여 방전용량을 측정하는 실험에서 적용된 전류밀도가 25 mA/cm2인 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 12의 A는 질소함량 및 위치에 따른 다양한 모델을 나타낸 것이고, B는 GaussSum 2.2라는 프로그램을 통하여 HOMO-LUMO 에너지 차이를 분석하여 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예 1 내지 3에 대하여 XRD분석 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예 1 내지 3에 대하여 라만 스펙트라분석 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 복합촉매 및 백금촉매(20 중량% Pt)를 포함한 전극 각각에 대하여, 정전위 시험을 수행하여 전류밀도를 측정하는 것을 통해 메탄올 내성을 평가하여, 그 결과를 나타낸 그래프이다.
도 16은 실시예 2에서 제조된 복합촉매 및 백금촉매(20 중량% Pt)를 포함한 전극 각각에 대하여, 정전위 시험을 수행하여 상대전류(%)를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic view showing an air electrode for a zinc air battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view showing a zinc air cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of a step of preparing a ketjen black-carbonized gelatin compound according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows TEM and fast fourier transform (FFT) photographs of the Ketjen black (A, B) and the heat-treated gelatin samples used in Comparative Example 1, respectively.
FIG. 5 is a graph showing the results of XPS nitrogen 1s orbitals spectra of the composite catalyst for zinc air cells prepared in Examples 1 to 3. FIG.
6 is a graph summarizing the nitrogen content (atomic%) according to the heat treatment temperature in Table 1 described in Experimental Example 2 of the present invention.
7 is a graph showing nitrogen atomic ratios (atomic%) with respect to carbon atoms contained in the composite catalysts of Examples 1 to 3;
8 is a graph showing the results of measurement of current density using RRDE (Rotating Ring Dick Electrode) and a linear scanning voltage method.
9 is a graph showing the results of calculating the number of electrons participating in the oxygen reduction reaction using the result data according to Experimental Example 3 and (1) and (2) of [Equation 1] described in Experimental Example 4. FIG.
10 is a graph showing an experiment result of a current density of 50 mA / cm 2 applied in an experiment for measuring a discharge capacity by applying a specific current density to a zinc air cell.
11 is a graph showing an experiment result of a current density of 25 mA / cm 2 applied in an experiment for measuring a discharge capacity by applying a specific current density to a zinc air cell.
FIG. 12A is a graph showing various models according to nitrogen content and position, and B is a graph showing analysis of HOMO-LUMO energy difference through a program called GaussSum 2.2.
13 is an XRD analysis graph for Examples 1 to 3 of the present invention.
14 is a Raman spectroscopic analysis graph for Examples 1 to 3 of the present invention.
15 is a graph showing the results of evaluating methanol tolerance by measuring the current density by performing a constant potential test on each of the electrodes including the composite catalyst prepared in Example 2 of the present invention and a platinum catalyst (20 wt% Pt) Fig.
16 is a graph showing the result of measuring the relative current (%) by performing a constant potential test on each of the electrodes including the composite catalyst prepared in Example 2 and a platinum catalyst (20 wt% Pt).

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다.  다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

도 1는 일 구현예에 따른 아연 공기 전지용 공기극을 보여주는 개략도이고, 도 2는 일 구현예에 따른 아연 공기 전지를 보여주는 개략도이다.FIG. 1 is a schematic view showing an air electrode for a zinc air battery according to one embodiment, and FIG. 2 is a schematic view showing a zinc air battery according to an embodiment.

도 1를 참고하면, 일 구현예에 따른 아연 공기 전지용 공기극(110)은 전술한 아연 공기 전지용 복합 촉매(111), 탄소 담체(112) 및 바인더(113)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the air electrode 110 for a zinc air battery according to an embodiment may include the composite catalyst 111 for a zinc air battery, the carbon carrier 112, and the binder 113 described above.

상기 공기극(110)은 상기 아연 공기 전지용 복합촉매(111), 상기 탄소 담체(112) 및 상기 바인더(113)와 함께 슬러리를 형성하여, 제1 확산층 위에 도포될 수 있으며, 상기 도포는 상기 공기극 위에 롤 프레스(roll press) 또는 핫 프레스(hot press)를 이용하는 방법, 닥터 블레이드(doctor blade) 또는 롤러코터(roller coater)를 이용하는 방법, 전기 방사(electrospinning) 또는 전기 분사(electrospray) 중 어느 하나의 방법으로 이루어질 수 있다.The air electrode 110 may be formed on the first diffusion layer by forming a slurry together with the composite catalyst 111 for the zinc air battery, the carbon support 112 and the binder 113, A method using a roll press or a hot press, a method using a doctor blade or a roller coater, a method using either electrospinning or electrospray ≪ / RTI >

상기 공기극(110)은, 공기 중의 산소와 반응하여 하기 화학식 1의 반응을 일으킬 수 있다. The air electrode 110 may react with oxygen in the air to cause a reaction represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- O 2 + 2H 2 O + 4e - ? 4OH -

상기 탄소 담체(112)는 상기 아연 공기 전지용 복합촉매(111)를 지지하는 역할을 하고, 구체적으로 활성탄, 탄소 섬유, 카본나노튜브(CNT), 그래핀(graphene) 등이 포함될 수 있다. The carbon support 112 supports the composite catalyst 111 for the zinc air battery and may specifically include activated carbon, carbon fiber, carbon nanotube (CNT), graphene, and the like.

촉매를 사용하지 않고 탄소 공기극만 이용할 경우 상기 공기극 반응이 효율적으로 이루어 지지 않아 산소 환원 반응 특성이 좋지 않다.If only the carbon cathode is used without using the catalyst, the above-mentioned cathode reaction is not efficiently performed and the oxygen reduction reaction characteristic is not good.

이에, 본 발명의 일 구현예에서는 카본 블랙(carbon black)-탄화된 젤라틴 화합물을 포함하고, 상기 화합물 내에 질소가 도핑된 아연 공기 전지용 복합촉매(111)를 제공한다.Accordingly, in one embodiment of the present invention, there is provided a composite catalyst 111 for a zinc air cell including a carbon black-carbonized gelatin compound and doped with nitrogen in the compound.

본 발명의 일 구현예에서, 복합촉매(111)는 일정 비율의 질소원자를 포함할 수 있고, 상기 질소원자의 비율이 제조단계에서 사용되는 젤라틴 원료의 비율이나 열처리 온도 등을 제어함으로써 조절될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따른 질소원자를 포함하는 복합촉매(111)가 아연 공기 전지의 공기극으로 사용되는 경우에, 공기극에서 발생하는 산소환원반응을 촉진시킬 수 있다. In one embodiment of the present invention, the composite catalyst 111 may contain a certain percentage of nitrogen atoms, and the ratio of the nitrogen atoms may be controlled by controlling the ratio of the gelatin material used in the manufacturing step, have. In the case where the composite catalyst 111 containing nitrogen atoms according to an embodiment of the present invention is used as an air electrode of a zinc air battery, the oxygen reduction reaction occurring in the air electrode can be promoted.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 카본 블랙(carbon black)은 전도성 카본 블랙일 수 있다. 더욱 구체적으로, 전도성 카본 블랙은 케첸(ketjen) 블랙일 수 있으며, 케첸(ketjen) 블랙은 전도성이 높고 젤라틴 내에서 균일하게 혼합될 수 있다. 따라서, 아연 공기 전지의 공기극으로 사용되는 경우, 우수한 산소환원 특성을 나타낼 수 있다.Specifically, in one embodiment of the present invention, the carbon black may be a conductive carbon black. More specifically, the conductive carbon black may be ketjen black, and the ketjen black may be highly conductive and uniformly mixed in gelatin. Therefore, when used as the air electrode of a zinc air battery, excellent oxygen reduction characteristics can be exhibited.

본 발명의 일 구현예인 아연 공기 전지용 복합촉매 내의 탄소 원자에 대한 질소의 원자비가 약 0.01 내지 0.05일 수 있다. 보다 구체적으로, 0.01 내지 0.02일 수 있다. 구체적인 범위는 도 12로부터 계산될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 보다 구체적인 범위는 실험예 2의 표 1에서 계산될 수 있다.The atomic ratio of nitrogen to carbon atoms in the composite catalyst for a zinc air cell, which is an embodiment of the present invention, may be about 0.01 to 0.05. More specifically, it may be 0.01 to 0.02. The specific range can be calculated from FIG. 12, but is not limited thereto. A more specific range can be calculated in Table 1 of Experimental Example 2.

상기 질소의 원자비 범위 내에서 탄소원자 소스(source)인 카본 블랙의 탄소와 질소원자 소스(source)인 젤라틴으로부터의 질소간 적절한 결합 종류 및 비율이 형성되어 산소환원촉매로서 능력이 향상될 수 있다.The proper type and ratio of carbon between the carbon of the carbon atom source and the nitrogen from the nitrogen atom source gelatin can be formed within the atomic ratio of nitrogen to improve the ability as an oxygen reduction catalyst .

상기 탄소 및 질소간 결합의 종류에 따른 질소는 피리디닉(pyridinic) 질소를, 피롤릭(pyrrolic) 질소, 쿼터너리(quaternary) 질소, 옥시다이즈드 (oxidized) 질소 등으로 구분될 수 있다.Nitrogen according to the types of carbon and nitrogen bonds can be classified into pyridinic nitrogen, pyrrolic nitrogen, quaternary nitrogen, oxidized nitrogen, and the like.

본 발명의 일 구현에에서, 카본 블랙-탄화된 젤라틴 화합물은 비정질(amorphous)구조를 갖는 탄소 시트 형태일 수 있다. 구체적으로, 제조단계에서 상호 접촉하는 카본 블랙 및 젤라틴은 새로운 탄소 및 질소원자 결합을 형성할 수 있다. 이에 따라 제조된 카본 블랙-탄화된 젤라틴 화합물은 전체적으로 탄소 시트 형태이고, 카본 블랙-탄화된 젤라틴 화합물 내, 외부가 일정하게 비정질(amorphous)구조(disordered)를 가질 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 카본 블랙-탄화된 젤라틴 화합물 시트형태 구조의 내, 외부가 일정하게 비정질(amorphous)구조 (disordered)를 갖는 탄소 시트형태이므로, 활성이 우수한 복합촉매로서 역할을 수행할 수 있다. 본 발명의 일 구현예는 젤라틴을 용매에 용해시켜 젤라틴 용액을 제조하는 단계, 상기 젤라틴 용액에 카본 블랙을 첨가 및 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 및 상기 혼합물을 열처리하는 단계를 포함하는 아연 공기 전지용 복합촉매(111)의 제조방법을 제공한다.In one embodiment of the present invention, the carbon black-carbonized gelatin compound may be in the form of a carbon sheet having an amorphous structure. Specifically, carbon black and gelatin which are in contact with each other in the production step can form new carbon and nitrogen atom bonds. The carbon black-carbonized gelatin compound thus prepared is entirely in the form of a carbon sheet, and the carbon black-carbonized gelatin compound can have a constantly amorphous structure in the outside. In one embodiment of the present invention, since the carbon black-carbonized gelatin compound sheet structure is in the form of a carbon sheet having a constant amorphous structure inside and outside, it functions as a composite catalyst having excellent activity . One embodiment of the present invention is a method for producing a zinc air cell, comprising the steps of preparing a gelatin solution by dissolving gelatin in a solvent, preparing a mixture by adding and mixing carbon black to the gelatin solution, and heat- And a method for producing the composite catalyst 111 is provided.

이하, 본 발명의 일 구현예를 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail for each step.

먼저, 젤라틴을 용매에 용해시켜 젤라틴 용액을 제조하는 단계는 젤라틴을 용매에 용해시켜 혼합용액을 제조하기 위한 단계이다. 상기 용매는 구체적으로 물이 될 수 있다. 구체적으로, 상기 젤라틴을 용매에 용해시켜 젤라틴 용액을 제조하는 단계 내에서, 젤라틴을 물에 첨가되고 상온에서 약 30 분 내지 1시간동안 불리는 전처리가 수행될 수 있다.First, the step of dissolving gelatin in a solvent to prepare a gelatin solution is a step for preparing a mixed solution by dissolving gelatin in a solvent. The solvent may be specifically water. Specifically, in the step of dissolving the gelatin in a solvent to prepare a gelatin solution, a pretreatment in which gelatin is added to water and is called at room temperature for about 30 minutes to 1 hour can be performed.

젤라틴 용액을 제조하는 단계 이후에, 효과적인 젤라틴이 용매의 혼합이 이루어지도록 일정시간 동안 교반이 추가적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 상온에서 약 2 내지 4 시간동안 교반을 수행하여 효과적으로 혼합할 수 있다. After the step of preparing the gelatin solution, stirring can be additionally performed for a certain period of time so that the effective gelatin is mixed with the solvent. For example, mixing can be effected by stirring at room temperature for about 2 to 4 hours.

상기 젤라틴을 용매에 용해시켜 젤라틴 용액을 제조하는 단계에서 상기 젤라틴 용액 내 젤라틴의 함량은 20 내지 50 중량%일 수 있다. 더욱 구체적으로 30 내지 35 중량%일 수 있다. 상기 젤라틴 함량이 상기 범위 내에서, 이후 수행될 수 있는 카본 블랙을 첨가하는 단계에서, 첨가되는 카본 블랙의 분산이 용이할 수 있는 점도와 물성을 가질 수 있으며, 도핑되는 질소의 양을 적절한 수준으로 제어할 수 있다.In the step of dissolving the gelatin in a solvent to prepare a gelatin solution, the content of gelatin in the gelatin solution may be 20 to 50% by weight. More specifically from 30 to 35% by weight. In the step of adding the carbon black which can be carried out within the above range of the gelatin content, it is possible to have a viscosity and a physical property which can be easily dispersed in the carbon black to be added, Can be controlled.

다음으로, 상기 젤라틴 용액에 카본 블랙을 첨가 및 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계는 제조되는 복합촉매(111) 내의 산소환원특성이 우수한 탄소 및 질소간 결합을 형성하기 위하여 탄소원자 소스인 카본 블랙을 질소원자 소스인 젤라틴을 포함한 용액에 첨가 및 혼합하는 단계이다.Next, the step of adding and mixing carbon black to the gelatin solution to prepare a mixture is performed by mixing carbon black, which is a carbon atom source, with nitrogen to form a carbon-nitrogen bond having excellent oxygen reduction characteristics in the produced composite catalyst 111, To a solution containing gelatin, which is an atomic source.

구체적으로, 카본 블랙은 전도성 카본 블랙일 수 있다. 더욱 구체적으로, 전도성 카본 블랙은 케첸(ketjen) 블랙일 수 있으며, 케첸(ketjen) 블랙은 전도성이 높으며 젤라틴 내에서 균일하게 혼합될 수 있고, 혼합되는 질소원자 소스인 젤라틴과 혼합되어 제조되는 복합촉매(111) 내 적절한 탄소 및 질소 결합종류 및 비율을 형성할 수 있다. Specifically, the carbon black may be a conductive carbon black. More specifically, the conductive carbon black may be ketjen black, and the ketjen black is a composite catalyst prepared by mixing with gelatin which is highly conductive and can be uniformly mixed in gelatin and is a source of mixed nitrogen atoms 0.0 > (111) < / RTI >

또한, 상기 혼합물 내의 젤라틴 물질에 대한 상기 카본 블랙의 중량비는 약 1 내지 20 중량%일 수 있다. 보다 구체적으로, 5 내지 10중량%일 수 있다. 상기 카본 블랙의 중량비 내에서, 상기 젤라틴 용액 내에서 효과적으로 분산될 수 있고, 제조되는 복합촉매 내 탄소 대비 질소의 비율을 산소환원특성이 우수하게 나타나는 범위 내로 조절할 수 있게 된다.In addition, the weight ratio of the carbon black to the gelatin material in the mixture may be about 1 to 20 wt%. More specifically, it may be 5 to 10% by weight. It is possible to effectively disperse the carbon black in the gelatin solution within a weight ratio of the carbon black and control the ratio of carbon to nitrogen in the composite catalyst to be produced within a range that exhibits excellent oxygen reduction characteristics.

다음으로, 카본 블랙이 혼합된 혼합물을 열처리하는 단계로서, 이를 통해 혼합물 내의 용매를 제거할 뿐만 아니라, 제조되는 복합촉매(111) 내 존재하는 질소원자의 비율을 조절할 수 있다. 구체적으로, 상대적으로 고온에서 열처리를 수행하는 경우에 상대적으로 저온에서 열처리를 수행하여 제조되는 복합촉매(111) 내의 질소 원자 비율이 낮게 된다.Next, the step of heat-treating the mixture of carbon black is performed, thereby not only removing the solvent in the mixture but also controlling the ratio of the nitrogen atoms present in the composite catalyst 111 to be produced. Specifically, when the heat treatment is performed at a relatively high temperature, the nitrogen atom ratio in the composite catalyst 111 produced by performing the heat treatment at a relatively low temperature is low.

열처리 온도는 약 650 내지 1000 ℃일 수 있다. 더욱 구체적으로, 약 850 내지 950 ℃일 수 있다. 열처리 시간은 약 30분 내지 1시간 30분 일 수 있다.The heat treatment temperature may be about 650 to 1000 < 0 > C. More specifically, it may be about 850 to 950 < 0 > C. The heat treatment time may be about 30 minutes to 1 hour and 30 minutes.

상기 열처리 온도 범위 내에서 제조되는 복합촉매(111) 내 포함하는 질소원자를 조절하여 이를 포함하는 아연 공기 전지가 우수한 산소환원 특성을 나타낼 수 있다. It is possible to control the nitrogen atoms contained in the composite catalyst 111 manufactured within the heat treatment temperature range and to exhibit excellent oxygen reduction characteristics.

구체적으로, 열처리는 아르곤 분위기에서 수행될 수 있다.Specifically, the heat treatment can be performed in an argon atmosphere.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 젤라틴 용액에 카본 블랙을 첨가 및 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계 이후에 상기 혼합물을 냉각하여 혼합물을 젤리 형태로 수득하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 수득된 젤리 형태의 혼합물은 카본 블랙이 분산된 형태를 고정된 상태로 유지시켜, 이후 이어질 수 있는 열처리 공정 중에도 분산형태를 제어할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of adding the carbon black to the gelatin solution and mixing the mixture to prepare the mixture may further include cooling the mixture to obtain the mixture in the form of a jelly. The obtained jelly-like mixture can maintain the dispersed form of the carbon black in a fixed state, and can control the dispersed form during the subsequent heat treatment process.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케첸(ketjen) 블랙-탄화된 젤라틴 화합물의 제조 단계에 대한 모식도이다. 3 is a schematic diagram of a step of preparing a ketjen black-carbonized gelatin compound according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 젤라틴은 소수성과 친수성을 동시에 가지고 있어 친수성 용매 및 소수성을 갖는 카본 블랙과 용이하게 혼합이 가능함을 확인 할 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be confirmed that gelatin according to an embodiment of the present invention has both hydrophobicity and hydrophilicity, so that it can be easily mixed with a hydrophilic solvent and hydrophobic carbon black.

구체적으로, 도 3의 a는 실험예 2에서 물에 젤라틴 25g을 용해시킨 모습을 촬영한 사진이고, b는 실험예 2에서 젤라틴 25g이 용해된 혼합용액 내에 2g의 케첸 블랙분말을 첨가 및 혼합한 모습을 촬영한 사진이고, c는 실험예2에서 열처리단계를 마친 케첸 블랙-탄화된 젤라틴 화합물을 촬영한 사진이다.Specifically, Fig. 3 (a) is a photograph of a state in which 25 g of gelatin is dissolved in water in Experimental Example 2, and (b) 2 g of Ketjen Black powder is added and mixed in a mixed solution of 25 g of gelatin dissolved in Experimental Example 2 And c is a photograph of a Ketjenblack-carbonized gelatin compound after the heat treatment in Experimental Example 2. FIG.

본 발명의 일 실시예에서 아연 공기 전지용 복합촉매(111)의 제조방법에 따라 수득된 복합촉매(111)는 카본 블랙(carbon black)-탄화된 젤라틴 화합물을 포함하고, 상기 화합물 내 질소가 도핑된 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the composite catalyst 111 obtained by the method for producing the composite catalyst 111 for a zinc air battery includes a carbon black-carbonized gelatin compound, and the nitrogen-doped Lt; / RTI >

도 1을 참조하면, 상기 바인더(113)는 폴리테트라플루오로에틸렌 (polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF) 등이 포함될 수 있으나, 상기 물질에 한정하는 것은 아니며, 외부로부터 공기극으로 유입되는 수분을 차단하여 공기극의 소수성을 유지하게 하고, 전지의 수명을 연장할 수 있는 물질이라면 특별한 제한이 없다.Referring to FIG. 1, the binder 113 may include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), and the like. However, There is no particular limitation as long as it is a material that can block water flowing into the air electrode to maintain the hydrophobicity of the air electrode and prolong the life of the battery.

이하 상기 공기극을 포함하는 아연 공기 전지에 대하여 도 2를 참고하여 설명한다.Hereinafter, a zinc air cell including the air electrode will be described with reference to FIG.

도 2는 일 구현예에 따른 아연 공기 전지를 보여주는 개략도이다.2 is a schematic diagram illustrating a zinc air cell according to one embodiment.

도 2를 참고하면, 일 구현예에 따른 아연 공기 전지는 양극 또는 공기극(110), 아연겔 또는 아연판을 포함하는 음극부(120) 및 공기극(110)과 음극부(120) 사이에 개재되는 세퍼레이터(130) 및 전해액을 포함하여 구성될 수 있다.2, a zinc air cell according to an embodiment includes a cathode 120 including a cathode or anode 110, a zinc gel or a zinc plate, a separator 120 interposed between the cathode 110 and the cathode 120, An electrolyte 130, and an electrolytic solution.

또한, 전체 아연 공기 전지를 감싸는 케이스(140)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 일 구현예에 따른 케이스(140)는 아연 공기 전지의 외장재로서 전체 구성요소를 보호하는 기능을 수행한다. 케이스(140)의 상면, 즉 공기극(110)과 인접한 면에는 공기극(110)이 공기 중의 산소와 반응하여 화학식 1의 화학 반응을 할 수 있도록 하는 공기 구멍(141)이 형성되어 있을 수 있다. 또한, 케이스의 하면, 즉 음극부(120)와 인접한 면에는 아연 공기 전지의 음극 단자가 연장되어 외부로 노출될 수 있도록 하는 단자 노출부(142)가 형성되어 있을 수 있다.Further, it may further comprise a case 140 surrounding the entire zinc air cell. The case 140 according to one embodiment functions as an exterior material of the zinc air cell to protect the entire components. An air hole 141 may be formed on the upper surface of the case 140, that is, on the surface adjacent to the air electrode 110, so that the air electrode 110 reacts with oxygen in the air to perform a chemical reaction of the chemical formula 1. In addition, a terminal exposed portion 142 may be formed on the surface of the case, that is, on the surface adjacent to the cathode portion 120, so that the anode terminal of the zinc air battery is extended to be exposed to the outside.

상기 공기극(110)은 전술한 바와 같다.The air electrode 110 is as described above.

상기 음극부(120)는 하기 화학식 2의 화학 반응을 발생시킨다. The cathode part 120 generates a chemical reaction represented by the following formula (2).

[화학식 2](2)

Zn → Zn2++ 2e- Zn - > Zn 2 + + 2e -

Zn2+ + 4OH-→ Zn(OH)4 2- Zn 2 + + 4OH-? Zn (OH) 4 2-

Zn(OH)4 2-→ ZnO + H2O + 2OH- Zn (OH) 4 2- → ZnO + H 2 O + 2OH -

상기 아연의 겔화제로는 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시프로필메틸 셀룰로오스(hydroxylpropylmethyl cellulose), 젤라틴(gelatin), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol), 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 폴리부틸비닐 알코올(polybutylvinyl alcohol), 폴리아크릴산(polyzcrylic acid) 및 폴리아크릴아미드(polyacrylic amide) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Examples of the zinc gelling agent include carboxymethyl cellulose, hydroxypropylmethyl cellulose, gelatin, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polybutylvinyl alcohol, alcohol, polyzincrylic acid, and polyacrylic amide. However, the present invention is not limited thereto.

상기 세퍼레이터(130)는 공기극(110)의 하부에 구비되어 공기극(110)과 음극부(120)를 분리하는 기능을 수행한다. 세퍼레이터(130)는 공기극(110)의 일 구성요소인 아연 공기 전지용 복합 촉매의 하면에 접착되는 형태로 구현될 수 있다. 전술한 바와 같이, 공기극(110)은 화학식 1의 반응을 일으켜 수산화 이온 등을 발생시키는데, 이러한 수산화 이온은 세퍼레이터(130)를 통해 음극부(120)까지 전달되어야 한다. 따라서, 세퍼레이터(130)는 이온 투과성을 갖는 재질, 구체적으로 폴리프로필렌(polypropylene), 테프론, 폴리에틸렌, 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE), 나일론 멤브레인 필터 및 부직포 등으로 이루어질 수 있다.The separator 130 is disposed under the air electrode 110 to separate the air electrode 110 and the cathode unit 120 from each other. The separator 130 may be bonded to the lower surface of the composite catalyst for a zinc air battery, which is one component of the air electrode 110. As described above, the air electrode 110 generates a hydroxide ion or the like by causing a reaction of the formula (1). The hydroxide ion should be transmitted to the cathode unit 120 through the separator 130. Therefore, the separator 130 may be made of a material having ion permeability, specifically, polypropylene, teflon, polyethylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), nylon membrane filter, and nonwoven fabric.

상기 전해액은 알칼리 수용액을 포함할 수 있고, 구체적으로 수산화 칼륨, 수산화 나트륨, 수산화 리튬 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The electrolytic solution may include an aqueous alkali solution, and specifically, potassium hydroxide, sodium hydroxide, lithium hydroxide, or the like may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 물질 중에 선택된 하나 이상의 겔화제를 선택된 하나의 알칼리 전해액에 고속 교반 시키거나 초음파를 이용한 분산을 통해 용해시킨 후 상기 전해액에 아연을 첨가하여 아연 겔을 형성할 수 있다.One or more gelling agents selected from the above materials may be rapidly stirred into a selected alkaline electrolytic solution or dissolved by ultrasonic dispersion, and then zinc may be added to the electrolytic solution to form a zinc gel.

본 발명의 일 구현예는 카본 블랙-탄화된 젤라틴 화합물, 및 상기 화합물 내에 질소 원자를 포함하고, 상기 화합물 내 질소가 도핑된 아연 공기 전지용 복합촉매(111)를 포함하는 공기극, 아연 겔 또는 아연 판을 포함하는 음극, 세퍼레이터 및 알칼리 수용액을 포함하는 전해액을 포함하는 아연 공기 전지를 제공한다.An embodiment of the present invention is a carbon black-carbonated gelatin compound, and a cathode, a zinc gel or a zinc plate containing a composite catalyst (111) for a zinc air cell doped with nitrogen in the compound, A separator, and an electrolyte solution containing an aqueous alkaline solution.

본 발명의 일 구현예에 따른 아연 공기 전지용 복합촉매(111) 또는 공기극을 포함하는 아연 공기 전지는 제조공정 상 금속물질을 사용하지 않으면서도, 전기적 및 화학적 특성의 저하가 최소화되며, 경제적이고 대량생산이 가능하다.
The composite catalyst 111 for a zinc air cell or the zinc air cell including the air electrode according to an embodiment of the present invention minimizes deterioration of electrical and chemical characteristics without using a metal material in the manufacturing process, This is possible.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 본 발명이 제한되어서는 아니된다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. It is to be understood, however, that the embodiments described below are only for illustrative purposes or to illustrate the present invention, and the present invention should not be limited thereby.

<< 실시예Example 1>복합촉매의 제조 1> Preparation of composite catalyst

증류수 50 g에 젤라틴 25 g을 혼합하여 혼합용액을 제조한다. 그 후, 약 60 ℃에서 약 3시간 동안 젤라틴이 물에 완전히 용해될 때까지 교반한다.50 g of distilled water and 25 g of gelatin are mixed to prepare a mixed solution. Thereafter, the gelatin is stirred at about 60 캜 for about 3 hours until the gelatin is completely dissolved in the water.

다음으로, 젤라틴을 용해하여 교반한 혼합용액에 카본 블랙인 케첸(ketjen) 블랙 2 g을 혼합하고 균일하게 분산될 때까지 교반한다. 그 후, 케첸(ketjen) 블랙이 균일하게 분산된 혼합용액을 약 30 분동안 약 3 ℃에서 식혀 젤리형태의 물질을 제조한다. 다음으로, 상기 제조된 젤리형태의 물질을 아르곤 기체 분위기 하의 튜브 가열로(furnace)에 두어 약 800 ℃에서 약 1시간동안 열처리하여 아연 공기 전지용 복합촉매를 얻는다.Next, 2 g of ketjen black, which is carbon black, is mixed with the mixed solution in which gelatin is dissolved and stirred, and stirred until uniformly dispersed. Then, the mixed solution in which the ketjen black is uniformly dispersed is cooled at about 3 캜 for about 30 minutes to produce a jelly-like substance. Next, the produced jelly-like material is placed in a tube furnace under argon gas atmosphere and heat-treated at about 800 ° C for about 1 hour to obtain a composite catalyst for a zinc air cell.

<< 실시예Example 2>복합촉매의 제조  2> Preparation of composite catalyst

실시예 1에 있어서, 상기 열처리 온도를 약 900 ℃로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 아연 공기 전지용 복합촉매를 얻는다.A composite catalyst for a zinc air battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature was set at about 900 ° C.

<< 실시예Example 3>복합촉매의 제조  3> Preparation of composite catalyst

실시예 1에 있어서, 상기 열처리 온도를 약 1000 ℃로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 아연 공기 전지용 복합촉매를 얻는다.A composite catalyst for a zinc air cell was obtained in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment temperature was set at about 1000 캜.

<< 실시예Example 4>아연 공기 전지의 제조  4> Manufacture of zinc air cell

본 발명의 일 구현예에 따른 아연 공기 전지를 제조하기 위하여, 하기와 같은 방법으로 아연 공기 전지를 제조한다. In order to manufacture a zinc air cell according to an embodiment of the present invention, a zinc air cell is manufactured as follows.

음극 형성을 위하여 약 0.75g의 아연 분말을 약 200 마이크로미리터의 약 6 몰농도 KOH 수용액으로 적신다. About 0.75 grams of zinc powder is wetted with about 200 microns of aqueous solution of about 6 moles of KOH for the cathode formation.

그리고, 분리막 형성을 위하여, 상기 음극 상에 나일론 멤브레인을 적층한다. Then, in order to form a separation membrane, a nylon membrane is laminated on the negative electrode.

다음으로, 니켈 메쉬 상에 활성탄소분말과 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE) 혼합물을 적층시켜 촉매층이 존재하지 않는 공기극을 제조하여 상기 분리막 위에 얹는다. Next, an active carbon powder and a polytetrafluoroethylene (PTFE) mixture are laminated on a nickel mesh to prepare an air electrode in which a catalyst layer is not present, and is placed on the separator.

상기 공기극 내 상기 혼합물의 함량은 약 60 중량%이다. 상기 혼합물 내 활성탄소분말 및 폴리테트라 플루오로에틸렌의 중량 비율은 약 7:3(활성탄소분말 : 폴리테트라 플로오로에틸렌)이다. The content of the mixture in the air electrode is about 60% by weight. The weight ratio of active carbon powder and polytetrafluoroethylene in the mixture is about 7: 3 (activated carbon powder: polytetrafluoroethylene).

다음으로, 상기 촉매층이 존재하지 않는 공기극 상에, 복합촉매 분말을 잉크로 만들어 상기 잉크를 상기 촉매층이 존재하지 않는 공기극 위에 떨어뜨려 진공흡착을 하는 방법을 사용하여 실시예 1에서 제조된 아연 공기 전지용 복합촉매를 포함하는 아연 공기극을 제조한다. Next, using the method of making the composite catalyst powder as an ink on the air electrode on which the catalyst layer does not exist, and dropping the ink onto the air electrode on which the catalyst layer does not exist to perform vacuum adsorption, the zinc air battery produced in Example 1 A zinc cathode comprising a composite catalyst is prepared.

상기 잉크는 약 12 mg의 실시예 1에서 제조된 아연 공기 전지용 복합촉매와 약 400 마이크로리터의 약 0.05 % Nafion 용액 및 약 1600 마이크로리터의 에탄올을 혼합하여 초음파 처리를 약 1시간동안 수행하여 제조된다.The ink was prepared by mixing about 12 mg of the composite catalyst for zinc air cell prepared in Example 1, about 400 microliters of about 0.05% Nafion solution and about 1600 microliters of ethanol and performing ultrasonic treatment for about 1 hour .

<< 실시예Example 5>아연 공기 전지의 제조 5> Manufacture of zinc air cell

실시예 4에 있어서, 상기 잉크의 제조를 위해 사용된 복합촉매 분말을 실시예 2에서 제조된 아연 공기 전지용 복합촉매를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법을 수행하여 아연 공기 전지를 제조한다.A zinc air cell was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the composite catalyst powder used for the production of the ink was the composite catalyst for a zinc air cell produced in Example 2 .

<< 실시예Example 6>아연 공기 전지의 제조 6> Manufacture of zinc air cell

실시예 4에 있어서, 상기 잉크의 제조를 위해 사용된 복합촉매 분말을 실시예 3에서 제조된 아연 공기 전지용 복합촉매를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법을 수행하여 아연 공기 전지를 제조한다.A zinc air cell was manufactured in the same manner as in Example 4 except that the composite catalyst powder used for the production of the ink was the composite catalyst for zinc air battery prepared in Example 3 .

<< 비교예Comparative Example 1>단순 물리적 혼합에 의한 촉매의 제조 1> Preparation of catalyst by simple physical mixing

젤라틴 25g을 채취하여 약 900 ℃에서 열처리 한 시료를 케첸 블랙 분말 2 g과 물리적으로 단순 혼합하여 혼합분말 형태의 촉매를 제조한다.25 g of gelatin is sampled and the sample heat-treated at about 900 ° C is physically simply mixed with 2 g of Ketjenblack powder to prepare a mixed powder type catalyst.

<< 실험예Experimental Example 1>투과주사현미경( 1> Transmission scanning microscope ( TEMTEM ) 분석결과) Analysis

도 4는 비교예 1에서 사용된 케첸 블랙(A,B) 및 열처리를 거친 젤라틴 시료 각각의 TEM 및 고속 푸리에 변환(Fast fourier transform, FFT)사진을 나타낸다.FIG. 4 shows TEM and Fast Fourier transform (FFT) photographs of each of the keten black (A, B) and the heat-treated gelatin sample used in Comparative Example 1. FIG.

이를 통해, 케첸 블랙, 탄화된 젤라틴, 본 발명의 실시예 2에서 제조된 케첸 블랙-탄화된 젤라틴 화합물 모두가 탄소 시트 형태를 가지는 것을 관찰할 수 있다.As a result, it is observed that Ketjenblack, carbonized gelatin, and the Ketjenblack-carbonized gelatin compound prepared in Example 2 of the present invention all have a carbon sheet form.

구체적으로, 도 4의 A 및 B를 참조하면, 케첸 블랙은 외부 경계부분은 비교적 규칙적인(ordered)구조, 다시 말해, 결정질 구조이나, 내부는 비규칙적 (disdordered) 구조, 다시 말해, 비정질(amorphous)구조임을 확인할 수 있다. Specifically, referring to FIGS. 4A and 4B, the Ketjenblack shows that the outer boundary portion has a relatively ordered structure, that is, a crystalline structure, or a disdordered structure inside, that is, an amorphous ) Structure.

도 4의 C 및 D를 참조하면, 탄화된 젤라틴은 외부 경계부분은 비교적 규칙적인(ordered)구조, 다시 말해, 결정질 구조이나, 내부는 비규칙적(disdordered) 구조, 다시 말해, 비정질(amorphous) 구조임을 확인할 수 있다. 도 4의 E 및 F를 참조하면, 본 발명의 실시예 2에서 제조된 케첸 블랙-탄화된 젤라틴 화합물은 내외부의 구조가 일정하게 비정질(amorphous)구조(disordered) 임을 확인 할 수 있다. 여기서, 도 4의 F 내 오른쪽 상단 사각형 박스 안의 이미지는 도 4의 E에서 표시된 원부분을 확대하여 촬영한 FFT 이미지이다.Referring to FIGS. 4C and 4D, the carbonated gelatin has a relatively ordered structure, that is, a crystalline structure, or an internally disdordered structure, that is, an amorphous structure . Referring to FIGS. 4E and 4F, it can be seen that the Ketjenblack-carbonized gelatin compound prepared in Example 2 of the present invention has a constant internal and external structure and is amorphous (disordered). Here, the image in the upper right square box in F in FIG. 4 is an FFT image obtained by enlarging the circle portion indicated by E in FIG.

<< 실험예Experimental Example 2> 2> XPSXPS 분석 결과 Analysis

도 5는 실시예 1 내지 3에서 제조된 아연 공기 전지용 복합촉매에 대한 XPS 질소 1s 오비탈 스펙트라 분석결과를 나타낸 그래프이다. 도 5에서, N-6은 피리디닉(pyridinic) 질소를, N-5는 피롤릭(pyrrolic) 질소를, N-Q는 쿼터너리(quaternary) 질소를, N-X는 옥시다이즈드(oxidized) 질소를 나타낸다.FIG. 5 is a graph showing the results of XPS nitrogen 1s orbitals spectra of the composite catalyst for zinc air cells prepared in Examples 1 to 3. FIG. In FIG. 5, N-6 represents pyridinic nitrogen, N-5 represents pyrrolic nitrogen, NQ represents quaternary nitrogen, and NX represents oxidized nitrogen .

도 5를 참조하면, 복합촉매 제조단계 상의 열처리 온도가 증가할수록 N-Q의 상대적인 양이 N-6보다 많아짐을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 5, it can be seen that the relative amount of N-Q is greater than N-6 as the heat treatment temperature in the composite catalyst preparation step is increased.

하기의 표 1은 실험예 2의 XPS분석 결과에 따른 탄소, 질소, 산소의 존재비율을 정리한 것 이다. 각 샘플 명인 GK-800은 실시예 1, GK-900은 실시예 2 및 GK-1000은 실시예 3에서 제조된 복합촉매에 대응한다.The following Table 1 summarizes the existence ratio of carbon, nitrogen and oxygen according to the XPS analysis result of Experimental Example 2. Each of the sample name GK-800 corresponds to the composite catalyst prepared in Example 1, GK-900 to Example 2 and GK-1000 corresponds to the composite catalyst prepared in Example 3.

하기의 표 1을 참조하면, 제조단계 상의 열처리 온도가 증가할수록 질소의 양이 감소하는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1 below, it can be seen that the amount of nitrogen decreases as the heat treatment temperature in the production step increases.

Figure 112013101695808-pat00001
Figure 112013101695808-pat00001

또한, 도 6은 상기 표 1의 열처리 온도에 따른 질소 함량(원자 %)를 재정리한 그래프이고, 도 7은 실시예 1 내지 3의 복합촉매 내 함유되는 탄소원자에 대한 질소원자 비(원자 %)를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the nitrogen atomic ratio (atomic%) of the carbon atoms contained in the composite catalysts of Examples 1 to 3, Fig.

결과적으로, 제조단계 상의 열처리 온도 제어를 통해 제조되는 복합촉매 내의 질소 함량 및 종류를 제어가능 함을 알 수 있다.As a result, it can be seen that the nitrogen content and the kind in the composite catalyst can be controlled by controlling the heat treatment temperature in the production step.

<< 실험예Experimental Example 3>선형 주사  3> Linear scan 전압법의Voltage method 결과 분석 Results analysis

본 발명의 일 구현예에 따른 복합촉매를 포함하는 전극의 인가되는 전압에 대한 전류밀도를 평가하기 위해 RRDE (Rotating Ring Dick Electrode) 및 선형 주사 전압법을 사용하여 전류밀도를 측정한다. 측정 결과를 도 8에서 나타낸다. In order to evaluate the current density with respect to the applied voltage of the electrode including the composite catalyst according to an embodiment of the present invention, the current density is measured using a rotating ring dick electrode (RRDE) and a linear scanning voltage method. The measurement results are shown in Fig.

구체적으로, 실시예 1 내지 3, 비교예 1에서 제조된 복합촉매 및 백금촉매(20 중량%의 Pt)에 각각에 대하여, 실시예 4 에서 복합촉매 분말을 잉크로 만드는 방법과 동일한 방법을 수행하여 복합촉매 잉크를 제조한다. 상기 제조된 각각의 복합촉매 잉크를 Glassy carbon 전극 위에 5 마이크로리터를 진공흡착 약 10분 시킨 뒤, 0.1M KOH용액(산소포화 되어 있는)에 담궈 1600 rpm으로 회전을 시켜 실험을 위한 시스템을 각각 구성한다. 이 때, 상기 시스템은 glassy carbon 외에도 백금 counter electrode 및 Hg/HgO reference electrode도 함께 담궈져 있는 시스템이다. 상기 선형 주사 전압법의 경우 주사 속도를 약 10m V/s로 하였고 전압 범위를 약 0.2 V에서 -0.7 V까지 스캔한다.Specifically, the same procedure as in Example 4 for preparing the composite catalyst powder and the platinum catalyst (20 wt% of Pt) prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 was carried out in the same manner as in Example 4, To prepare a composite catalyst ink. Each of the composite catalyst inks prepared above was vacuum-adsorbed for 5 minutes on a glassy carbon electrode for about 10 minutes, immersed in 0.1 M KOH solution (oxygen-saturated), and rotated at 1600 rpm to form an experimental system do. At this time, the system is a system in which platinum counter electrode and Hg / HgO reference electrode are also dipped together with glassy carbon. In the case of the linear scanning voltage method, the scanning speed is set to about 10 mV / s and the voltage range is scanned from about 0.2 V to -0.7 V.

이로부터 측정한 각 시스템에서 측정된 전류밀도를 측정하여 그 결과를 도 8에서 나타낸다. The measured current density in each system was measured, and the results are shown in FIG.

도 8을 참조하면, 실시예 2의 복합촉매를 포함하는 경우, 백금촉매(20 중량%의 Pt)를 포함하는 경우와 비교하여, 전류밀도(current density)가 약간 우수한 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 8, it can be confirmed that the current density is slightly superior to the case of containing the composite catalyst of Example 2, as compared with the case of containing the platinum catalyst (20 wt% of Pt).

<< 실험예Experimental Example 4>산소환원반응에 참여한 전자개수 비교 4> Comparison of number of electrons involved in oxygen reduction reaction

본 발명의 일 구현예에 따른 복합촉매의 산소환원특성을 평가하기 위하여, 하기와 같은 방법으로 산소환원반응에 참여한 전자개수를 계산한다. In order to evaluate the oxygen reduction characteristics of the composite catalyst according to an embodiment of the present invention, the number of electrons participating in the oxygen reduction reaction is calculated as follows.

실험예 3에 의한 결과 데이터 및 하기의 [수학식 1]의 (1), (2)를 이용하여 산소환원반응에 참여한 전자의 개수를 계산하여 도 9에서 나타내고있다. The number of electrons involved in the oxygen reduction reaction is calculated using the result data according to Experimental Example 3 and (1) and (2) shown below in FIG.

[수학식 1][Equation 1]

H2O- (%) = 100

Figure 112013101695808-pat00002
(1)H 2 O - (%) = 100
Figure 112013101695808-pat00002
(One)

Figure 112013101695808-pat00003
(2)
Figure 112013101695808-pat00003
(2 )

이때, 각 변수 Ir은 ring current이고, Id는 disk current이고, N은 Collection Efficiency이다.At this time, each variable Ir is a ring current, Id is disk current, and N is a collection efficiency.

여기서, 상기 N의 경우 아르곤 분위기에서 10 mM의 K3[Fe(CN)6]를 사용하였을 때, 0.41의 값이 나온다. 또한, 위의 Id 및 Ir의 경우, 도 8의 데이터 값들을 이용하여 얻을 수 있고, 각 변수를 상기 수학식 1에 대입하여, 최종적으로 전자개수 n을 구할 수 있다.Here, when N is 10 mM K 3 [Fe (CN) 6 ] in an argon atmosphere, a value of 0.41 is obtained. In the case of Id and Ir described above, it is possible to obtain by using the data values in FIG. 8, and substitute each variable into the above equation 1 to finally obtain the number n of electrons.

도 9를 참조하면, 전자개수가 4에 가까울수록 4전자반응이 우세하고, 2에 가까울수록 2전자반응이 우세하다는 것을 뜻하는데, n 값이 4에 가까울수록 효율적인 산소환원반응을 일어남을 의미한다. 따라서, 실시예 1 내지 3의 경우 백금촉매를 포함한 경우에 비하여 산소환원반응의 효율성이 떨어지지 않음을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, the closer the number of electrons is to 4, the more dominant the 4-electron reaction. The closer to 2, the more dominant the 2-electron reaction. . Therefore, it can be seen that the efficiency of the oxygen reduction reaction is not lowered in Examples 1 to 3 as compared with the case of including the platinum catalyst.

<< 실험예Experimental Example 5>아연 공기 전지의 방전특성 평가 5> Evaluation of Discharge Characteristics of Zinc Air Battery

본 발명의 실시예 5에서 제조된 아연 공기 전지를 준비한다. 또한, 실시예 5 에 있어서, 상기 잉크 제조 시 실시예 2에서 제조된 아연 공기 전지용 복합촉매 대신 백금촉매(20 중량% Pt)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법을 수행하여 제조한 아연 공기 전지를 준비한다. 상기 두 아연 공기 전지에 특정 전류밀도를 가하여 방전용량을 측정하는 실험을 수행한다. 도 10 및 도 11은 그 결과를 나타낸다. 각각 도 10에서는 전류밀도가 50mA/cm2, 도 11에서는 25 mA/cm2인 경우의 그래프에 해당한다.A zinc air cell manufactured in Example 5 of the present invention is prepared. The same procedure as in Example 5 was carried out except that a platinum catalyst (20 wt% Pt) was used in place of the composite catalyst for a zinc air cell produced in Example 2 in Example 5, Prepare an air cell. Experiments to measure the discharge capacity by applying a specific current density to the two zinc air cells are performed. Figures 10 and 11 show the results. In Figure 10, each in the current density is 50mA / cm 2, 11 corresponds to the graph in the case of 25 mA / cm 2.

도 10 및 도 11을 참조하면 실시예 5에서 제조된 아연 공기 전지의 경우에, 초기 방전용량 및 방전용량이 백금촉매(20 중량% Pt)를 포함한 공기극을 가지는 아연 공기 전지에 비하여 오랜동안 지속되는 것을 확인할 수 있다.10 and 11, in the case of the zinc air cell manufactured in Example 5, the initial discharge capacity and the discharge capacity were longer than those of the zinc air cell having the air electrode containing the platinum catalyst (20 wt% Pt) .

<< 실험예Experimental Example 6>질소함량 및 위치에 따른  6> Depending on nitrogen content and position HOMOHOMO -- LUMOLUMO 에너지차이 평가 Energy difference evaluation

도 12는 질소함량 및 위치에 따른 다양한 모델을 도 12의 A와 같이 모델링을 한 뒤, GaussSum 2.2라는 프로그램을 통하여 HOMO-LUMO 에너지 차이를 분석하여 B와 같은 그래프로 나타낸 것이다. 질소 함량의 경우 하나도 없는 경우부터 2개, 4개, 6개가 도핑되어 있는 상황을 고려하고, 각각의 질소 위치 또한 바깥부터 안쪽까지 다양한 위치에 대하여 측정한다. 도 12의 B를 참조하면, 특정 질소함량에 따라 HOMO-LUMO 에너지 차이가 가장 최소가 되는 지점(Inner basal 및 Edge(pyridinic)에서는 4개, outer basal에서는 2개)이 있고, 그 지점이 산소환원 반응을 가장 잘 일으키는 질소함량으로 볼 수 있다. 복합촉매 내 질소함량에 있어서, 적절한 수준의 질소가 도핑되었을 때 가장 좋은 산소환원반응 능력을 보임을 알 수 있다.FIG. 12 is a graph showing the results of analysis of HOMO-LUMO energy difference through a program called GaussSum 2.2 after modeling various models according to nitrogen content and position as shown in FIG. 12A. Considering the case where 2, 4, or 6 are doped from the case of no nitrogen content, each nitrogen position is also measured at various positions from the outside to the inside. Referring to FIG. 12B, there are points at which the HOMO-LUMO energy difference becomes the minimum (four in the inner basal and the edge (pyridinic) and two in the outer basal) depending on the specific nitrogen content, It can be seen as the nitrogen content that gives the best response. It can be seen that the nitrogen content in the composite catalyst exhibits the best oxygen reduction reaction capability when an appropriate level of nitrogen is doped.

<< 실험예Experimental Example 7> 7> XRDXRD 및 라만 스펙트라 분석결과 And Raman spectra analysis results

본 발명의 실시예 1 내지 3에 대하여 XRD분석을 수행하여 도 13에 나타내었다. 또한, 본 발명의 실시예 1 내지 3에 대하여 라만 스펙트라분석을 수행하여 도 14에 나타내었다.XRD analysis was performed on Examples 1 to 3 of the present invention and is shown in Fig. In addition, Raman spectra analysis was performed on Examples 1 to 3 of the present invention, and it is shown in Fig.

도 13을 참조하면, 실시예 1 내지 3에서 제조된 복합촉매인 탄화된 젤라틴-케첸 블랙 촉매가 비정질 구조(amorphous structure)임을 알 수 있고,Referring to FIG. 13, it can be seen that the carbonated gelatin-Ketjenblack catalyst, which is the composite catalyst prepared in Examples 1 to 3, is an amorphous structure,

도 14를 참조하면, 열처리 온도가 증가함에 따라 I(D/G) 비율이 감소함을 알 수 있다.Referring to FIG. 14, it can be seen that the I (D / G) ratio decreases as the heat treatment temperature increases.

<< 실험예Experimental Example 8>메탄올 내성 실험 8> Methanol tolerance test

실시예 2에서 제조된 복합촉매 및 백금촉매(20 중량% Pt)를 포함한 각각의 전극을 실시예 4의 공기극을 제조하는 단계만을 별도로 수행하여 제조한다.Each of the electrodes including the composite catalyst prepared in Example 2 and the platinum catalyst (20 wt% Pt) was prepared separately from the step of preparing the air electrode of Example 4.

상기 제조된 각각의 전극에 대하여, 정전위 시험을 약 -0.2 V (vs Hg/HgO)조건으로 1600 rpm 및 산소가 포화된 0.1M KOH 전해질에서 진행하되, 약 150 초부근에서 KOH 수용액에 메탄올을 떨어뜨렸을 때, 전류변화를 관찰하는 실험을 수행한다. 그 결과를 도 15에서 나타내고 있다.Each of the prepared electrodes was subjected to a constant potential test under a condition of about -0.2 V (vs Hg / HgO) at 1600 rpm and a 0.1 M KOH electrolyte saturated with oxygen. Methanol was added to the KOH aqueous solution at about 150 seconds When dropped, perform an experiment to observe the current change. The results are shown in Fig.

도 15를 참조하면, 실시예 2에서 제조된 복합촉매를 포함한 전극의 경우 전류의 변화가 크게 없었으나 백금촉매(20 중량% Pt)를 포함한 전극의 경우, 부호자체가 바뀔정도로 크게 바뀌는 것 확인 할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일 구현예에 따른 복합촉매를 포함한 전극의 메탄올에 대한 내성이 우수함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 15, the electrode containing the composite catalyst prepared in Example 2 showed no significant change in current. However, in the case of an electrode including a platinum catalyst (20 wt% Pt) . As a result, it can be confirmed that the electrode including the composite catalyst according to an embodiment of the present invention has excellent resistance to methanol.

<< 실험예Experimental Example 9>정전위 내성시험 9> Electrostatic potential immunity test

실시예 2에서 제조된 복합촉매 및 백금촉매(20 중량% Pt)를 포함한 각각의 전극을 실시예 4의 공기극을 제조하는 단계만을 별도로 수행하여 제조한다.Each of the electrodes including the composite catalyst prepared in Example 2 and the platinum catalyst (20 wt% Pt) was prepared separately from the step of preparing the air electrode of Example 4.

상기 전극 각각에 대하여, 정전위 시험을 -0.2 V (vs Hg/HgO)조건으로 1600 rpm 및 산소가 포화된 0.1M KOH 전해질에서 약 20000 초동안 진행하여 상대전류(%)를 측정한다. 그 결과를 도 16에서 나타내고 있다.For each of the electrodes, the relative current (%) is measured by running the constant potential test under the condition of -0.2 V (vs Hg / HgO) at 1600 rpm and 0.1 M KOH electrolyte saturated with oxygen for about 20000 seconds. The results are shown in Fig.

실시예 2에서 제조된 복합촉매를 포함하는 전극의 경우, 처음 시작할 때의 전류의 세기 대비 20000 초에서의 촉매의 경우 약 79% 정도의 전류세기를 보였으나, 백금촉매(20 중량% Pt)를 포함한 전극의 경우 약 48%로 내구성 측면에서 본 발명의 일 구현예에 따른 복합촉매가 우수함을 알 수 있다.In the case of the electrode including the composite catalyst prepared in Example 2, the current intensity was about 79% in the case of the catalyst at 20000 seconds compared to the current intensity at the start, but the platinum catalyst (20 wt% Pt) It is found that the composite catalyst according to one embodiment of the present invention is excellent in terms of durability because it is about 48%

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
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 present invention as defined by the following claims. As will be understood by those skilled in the art. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

110: 공기극
111: 복합촉매
112: 탄소 담체
113: 바인더
120: 음극부
130: 세퍼레이터
140: 케이스
141: 공기 구멍
142: 단자 노출부
110: air electrode
111: composite catalyst
112: Carbon carrier
113: binder
120: cathode part
130: Separator
140: Case
141: air hole
142: Terminal exposed portion

Claims (14)

카본 블랙(carbon black)-탄화된 젤라틴 화합물을 포함하고,
상기 화합물 내 질소가 도핑된 것이며,
상기 화합물 내 질소 도핑 비율은,
상기 화합물 내 탄소 원자에 대한 질소의 원자비가 0.01 내지 0.05 인 아연 공기 전지용 복합촉매.
Carbon black - a carbonized gelatin compound,
Nitrogen in the compound is doped,
The nitrogen doping ratio in the compound is,
Wherein the atomic ratio of nitrogen to carbon atoms in the compound is 0.01 to 0.05.
제1항에서,
상기 카본 블랙(carbon black)은 전도성 카본 블랙인 아연 공기 전지용 복합촉매.
The method of claim 1,
Wherein the carbon black is a conductive carbon black.
제2항에서,
상기 전도성 카본 블랙은 케첸(ketjen) 블랙인 아연 공기 전지용 복합촉매.
3. The method of claim 2,
Wherein the conductive carbon black is ketjen black.
삭제delete 제1항에서,
상기 카본 블랙(carbon black)-탄화된 젤라틴 화합물은,
비정질(amorphous)구조를 갖는 탄소 시트 형태인 아연 공기 전지용 복합촉매.
The method of claim 1,
The carbon black-carbonized gelatin compound may be prepared by,
Composite catalyst for zinc air cell in the form of a carbon sheet having an amorphous structure.
젤라틴을 용매에 용해시켜 젤라틴 용액을 제조하는 단계,
상기 젤라틴 용액에 카본 블랙을 첨가 및 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 및
상기 혼합물을 열처리하는 단계,
를 포함하는 아연 공기 전지용 복합촉매의 제조방법.
Dissolving gelatin in a solvent to prepare a gelatin solution,
Adding and mixing carbon black to the gelatin solution to prepare a mixture, and
Heat treating the mixture,
&Lt; / RTI &gt; wherein the method comprises the steps of:
제6항에서,
상기 젤라틴을 용매에 용해시켜 젤라틴 용액을 제조하는 단계에서,
상기 젤라틴 용액 내 젤라틴의 함량은 20 내지 50 중량%인 아연 공기 전지용 복합촉매의 제조방법.
The method of claim 6,
In the step of dissolving the gelatin in a solvent to prepare a gelatin solution,
Wherein the content of gelatin in the gelatin solution is 20 to 50 wt%.
제6항에서,
상기 젤라틴 용액에 카본 블랙을 첨가 및 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계에서,
상기 혼합물 내 상기 카본 블랙의 함량은 1 내지 20 중량%인 아연 공기 전지용 복합촉매의 제조방법.
The method of claim 6,
In the step of adding and mixing carbon black to the gelatin solution to prepare a mixture,
Wherein the content of the carbon black in the mixture is 1 to 20 wt%.
제6항에서,
상기 열처리 온도는 650 내지 1000 ℃인 아연 공기 전지용 복합촉매의 제조방법.
The method of claim 6,
Wherein the heat treatment temperature is 650 to 1000 占 폚.
제6항에서,
상기 혼합물을 열처리하는 단계는, 아르곤 분위기인 것인 아연 공기 전지용 복합촉매의 제조방법.
The method of claim 6,
Wherein the step of heat-treating the mixture is an argon atmosphere.
제6항에서,
상기 젤라틴 용액에 카본 블랙을 첨가 및 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계 이후에,
상기 혼합물을 냉각하여 혼합물을 젤리 형태로 수득하는 단계;를 더 포함하는 것인 아연 공기 전지용 복합촉매의 제조방법.
The method of claim 6,
After adding the carbon black to the gelatin solution and mixing to prepare the mixture,
And cooling the mixture to obtain the mixture in the form of a jelly.
제6항에서,
상기 아연 공기 전지용 복합촉매의 제조방법에 따라 수득된 복합촉매는,
카본 블랙(carbon black)-탄화된 젤라틴 화합물을 포함하고, 상기 화합물 내 질소가 도핑된 것인 아연 공기 전지용 복합촉매의 제조방법.
The method of claim 6,
The composite catalyst obtained by the method for producing a composite catalyst for a zinc air battery,
A process for preparing a composite catalyst for a zinc air cell, the carbon black comprising a carbonized gelatin compound and doped with nitrogen in the compound.
제1항 내지 제3항, 및 제5항 중 어느 한 항의 아연 공기 전지용 복합촉매를 포함하는 아연 공기 전지용 공기극.A cathode for a zinc air battery, comprising the composite catalyst for a zinc air battery according to any one of claims 1 to 3 and 5. 카본 블랙(carbon black)-탄화된 젤라틴 화합물을 포함하고, 상기 화합물 내 질소가 도핑된 것이며, 상기 화합물 내 질소 도핑 비율은, 상기 화합물 내 탄소 원자에 대한 질소의 원자비가 0.01 내지 0.05 인 아연 공기 전지용 복합촉매를 포함하는 공기극;
아연 겔 또는 아연 판을 포함하는 음극;
세퍼레이터; 및
알칼리 수용액을 포함하는 전해액
을 포함하는 아연 공기 전지.
Carbon black-carbonized gelatin compound, wherein the nitrogen doping ratio in the compound is such that the atomic ratio of nitrogen to carbon atoms in the compound is from 0.01 to 0.05. An air electrode comprising a composite catalyst;
A negative electrode comprising a zinc gel or zinc plate;
A separator; And
An electrolyte solution containing an aqueous alkali solution
Gt;
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Title
Bin Xu 외 4인, J. Mater. Chem., 2012, 22권, 19088-19093쪽 *
Bin Xu 외 4인, J. Mater. Chem., 2012, 22권, 19088-19093쪽*
Jang-Soo Lee외 4인, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52권, 1026-1030쪽 *
Jang-Soo Lee외 4인, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52권, 1026-1030쪽*
Zoe Schnepp외 6인, J. Mater. Chem. A, 2013, 1권, 13576-13581쪽 *
Zoe Schnepp외 6인, J. Mater. Chem. A, 2013, 1권, 13576-13581쪽*

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