KR101571844B1 - 밀착력이 우수한 cnt-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀착력이 우수한 CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 방법에 비하여 간편한 방법에 의하여 제조가능하고, 우수한 내구성을 가지는 전기도금 또는 전해용 양극의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 밀착력이 우수한 CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극의 제조방법은 모재를 준비하는 단계; 상기 모재를 대전하는 단계; 및 대전된 상기 모재 표면에 탄소나노튜브 잉크를 분무하여 코팅하여 탄소나노튜브 코팅층을 형성시키는 단계를 포함하는 과정으로서, 상기 탄소나노튜브 잉크를 분무할 때, 분무되는 탄소나노튜브 잉크를 대전된 상기 모재의 극성과 반대의 극성으로 대전하며, 모재를 120~150℃로 가열할 수 있다.

Description

밀착력이 우수한 CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING ANODE FOR ELECTROPLATING OR ELECTROLYSIS HAVING CNT-TI COMBINED STRUCTURE WITH IMPROVED ADHESION}

본 발명은 밀착력이 우수한 CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 방법에 비하여 간편한 방법에 의하여 제조가능하고, 우수한 내구성을 가지는 전기도금 또는 전해용 양극의 제조방법에 관한 것이다.

전기도금 또는 전해 작업은 양극과 음극 사이에 전압차를 형성하여 전류를 흘려줌으로써, 재료의 산화 또는 환원 반응을 유도하는 작업이다. 즉, 상기 전기도금 또는 전해 공정에서는 양극에서는 산화반응이 일어나며, 음극에서는 환원반응이 일어난다.

그런데, 이들 반응에는 원래 반응대상인 물질만 참여하는 것이 가장 이상적이나, 실제는 양극 등에서는 의도하지 않는 양극 재료의 산화(이온화)로 인한 양극재료의 용출을 피하기가 어렵다. 이러한 용출은 양극재료의 사용수명을 단축시킨다는 문제는 물론이며, 용출된 양극재료가 전해액에 포함됨으로써 도금 또는 전해에 의해 얻어지는 결과물의 순도를 떨어뜨리는 문제를 유발할 수 있다.

따라서, 양극재료의 용출을 방지하는 것은 전기도금 도는 전해 산업에서 중요한 기술로 인식되어 왔다. 양극재료의 용출을 방지하는 종래의 기술로는 재료의 표면에 귀금속을 코팅시키는 기술을 들 수 있다. 상기 귀금속은 이온화 경향이 낮고, 내식성이 높아서 예를 들면 황산 수용액과 같은 전해용액 내에서도 용출되지 않아, 귀금속 재료를 모재에 코팅할 경우 코팅 층 하부의 모재 층의 용출도 방지할 수 있다. 이러한 코팅용 귀금속으로는 백금계 원소인 Pt, Ir, Ta 등을 사용하는데, 근래에는 경제성 등을 고려하여 Ir 코팅을 많이 실시한다.

상기 백금계 원소, 그 중에서 Ir을 예를 들어 양극 표면에 코팅하는 방법을 설명하면 다음과 같다. 상기 코팅방법은 우선 표면에 조도가 형성된 양극재 모재를 준비한다. 상기 표면 조도는 코팅층이 형성되기 용이하게 하는 역할을 할 수 있다. 이후, 상기 모재의 표면에 Ir의 산화물(IrO₂)를 코팅하는 과정이 후속한다. IrO₂는 미세한 입도의 분말을 용제에 현탁시킨 저점도의 휘발성 용액상태로 코팅될 수 있다. IrO₂를 코팅한 후에는 상기 코팅층을 경화시키고 모재와의 밀착력을 높이기 위해서 약 600℃에서 소성하는 절차가 후속된다. 이러한 과정을 통하여 도 1에 도시한 바와 같이, 양극재 모재(2)의 표면에는 IrO₂ 코팅층(1)이 형성되게 된다.

그러나, 상기 과정을 1회 수행함에 따라 모재 위에 형성될 수 있는 코팅층(1)은 코팅용 용액의 저 점도의 영향으로 그 두께가 매우 얇으므로 1회분의 두께만으로는 모재를 충분히 보호하기 어렵다. 따라서, 상기의 코팅층 형성과정은 약 40회 정도 실시되는 것이 보통인데, 이러한 반복적인 코팅과정은 생산성을 저하시키고, 비용을 증가시키는 원인이 된다.

또한, 상기 Ir의 산화물(IrO₂)은 수많은 미세입자가 모재 표면을 코팅하게 되는데, 상기 미세입자와 미세입자의 사이에는 불가피하게 미세한 공극이 존재하게 된다. 이러한 공극 사이로 전해질 용액이 침투하게 되면 결국 전해질과 모재(1)가 접하게 되어 결국 양극재 모재(1)의 용출로 이어지게 된다. 뿐만 아니라, 상기 IrO₂ 등(2)은 친수성의 성질을 가지고 있는데, 전기도금이나 전해와 같이 수용액을 전해질로 사용하는 환경하에서는 전해질 수용액에 용이하게 젖게 된다는 문제가 있다. 상기 산화물이 전해질 수용액에 젖을 경우에는 결국 전해질 수용액이 내부까지 침투하는 것을 더욱 조장하게 되며, 그 결과 모재(1)와 전해질의 접촉은 더욱 용이하게 될 수 밖에 없다.

이러한 이유로 종래의 방법에 따르면 귀금속으로 코팅하였음에도 모재와 전해질 접촉을 충분히 방지하는 것은 용이하지 않았으며, 그 결과 표면에는 귀금속 코팅층이 존재함에도 불구하고 이면의 모재가 산화되는 현상이 일어난다. 모재가 일단 산화되면 부도체인 산화물이 형성되므로 양극으로서의 기능이 저하되게 되며, 또한 금속에 비하여 부피가 큰 산화물의 특성상 코팅층의 이면이 팽창해 버리는 현상이 발생한다. 이러한 팽창 현상에 의하여 모재의 산화물 층 또는 표면의 코팅층은 모재로 부터 박리되어 버리게 되는데, 이러한 박리 현상이 발생하면 표면에 보호층이 상실되므로 모재의 용출은 걷잡을 수 없이 가속화 되고 결국에는 모재는 양극의 기능을 상실하게 된다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일측면에 따르면, 우수한 내구성을 갖춘 전기도금 또는 전해용 양극을 효율적으로 제조하는 방법이 제공된다.

본 발명의 과제는 상술한 내용에 제한되지 않는다. 본 발명의 과제는 본 발명 명세서의 전반적인 내용으로부터 파악될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면, 본 발명의 설명으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 특별한 어려움이 없을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 밀착력이 우수한 CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극의 제조방법은 모재를 준비하는 단계; 상기 모재를 대전하는 단계; 및 대전된 상기 모재 표면에 탄소나노튜브 잉크를 분무하여 코팅하여 탄소나노튜브 코팅층을 형성시키는 단계를 포함하는 과정으로서, 상기 탄소나노튜브 잉크를 분무할 때, 분무되는 탄소나노튜브 잉크를 대전된 상기 모재의 극성과 반대의 극성으로 대전하며, 모재를 120~150℃로 가열할 수 있다.

이때, 상기 모재의 표면 조도는 4~6㎛일 수 있다.

또한, 본 발명의 한가지 구현예에서는 상기 모재를 대전할 때 대전장치에 인가되는 전압은 1000~5000V일 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 한가지 구현예에서는 상기 탄소나노튜브 잉크를 대전할 때, 대전장치에 인가되는 전압은 1200~2400V일 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 상기 탄소나노튜브 코팅층의 두께는 0.5~5㎛로서 상당히 얇고 치밀한 코팅층을 형성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 전기도금 또는 전해용 양극의 표면 코팅층으로서 탄소나노튜브를 코팅한다. 상기 탄소나노튜브는 그 자체로 전해액에 용출되지 않을 뿐만 아니라, 구조적인 특성과 표면특성으로 인하여 전해액이 하부로 침투하는 것을 방지할 수 있어 양극의 수명을 획기적으로 개선시킬 수 있다.

따라서, 탄소나노튜브가 모재 표면에 강고히 결합하고 있을 수록 모재를 포함하는 양극의 수명은 증가할 수 있는데, 본 발명에서는 코팅시 모재와 탄소나노튜브를 서로 다른 극성으로 대전시킴으로써 정전기력에 의하여 탄소나노튜브가 모재에 강하게 밀착하도록 한다. 이렇게 밀착된 상태에서 탄소나노튜브의 코팅층을 형성시키므로 탄소나노튜브 코팅층과 모재 사이의 밀착력은 더욱 증대될 수 있다.

도 1은 백금계 원소를 코팅한 종래의 전기도금 또는 전해용 양극의 코팅층 단면을 도시한 부분단면도,
도 2는 본 발명의 탄소나노튜브가 코팅된 전기도금 또는 전해용 양극의 코팅층 단면을 도시한 부분 단면도,
도 3은 본 발명의 전기도금 또는 전해용 양극을 제조하기 위한 모재의 형상을 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 한가지 구현예에서 모재의 표면에 정전기를 부여(대전)하는 과정을 나타낸 개략도, 그리고
도 5는 본 발명의 한가지 구현예에서 상기 대전된 모재의 표면에 대전된 탄소나노튜브(CNT) 잉크를 분무하는 과정을 나타낸 개략도이다.

본 발명의 발명자들은 종래의 전기도금 또는 전해용 양극이 가지는 문제점을 확인하고 이를 개선하기 위하여 연구하던 중, 도 2에 도시한 바와 같이 탄소나노튜브(3)의 박막을 양극재 모재(2)의 표면에 코팅할 경우 탄소나노튜브(3)가 가지는 여러 가지 물리적, 화학적 특성으로 인하여 양극의 수명을 크게 개선할 수 있다는 사실을 파악하고 본 발명에 이르게 되었다.

즉, 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube; CNT)는 나노사이즈의 튜브(또는 와이어) 형상물질이므로 모재(2)의 표면에 탄소나노튜브(3)를 코팅할 경우, 상기 탄소나노튜브(3)가 무질서하게 배열된 그물망 구조를 가진 코팅층이 형성되게 된다. 이때, 상기 탄소나노튜브(3)의 나노사이즈로 인하여 상기 그물망 구조는 매우 치밀하게 형성될 수 있으며, 외부 용액의 침투를 효과적으로 방어할 수 있다.

또한, 상기 탄소나노튜브(3)의 또 한가지 유리한 효과로서는 소수성의 성질을 가진다는 것이다. 즉, 극성용매인 물 등과는 친화력이 낮은 소수성 표면을 가짐으로써 혹시 존재할지도 모르는 탄소나노튜브와 탄소나노튜브 사이의 공극으로 수분을 포함하는 전해액이 침투하는 것을 방지할 수 있다. 특히, 본 발명의 특별한 방법에 의하여 상기 탄소나노튜브를 치밀하면서도 모재에 대한 강한 밀착력을 가지도록 코팅할 경우에는 얇은 박막으로 코팅하더라도 전해액에 의한 모재의 부식을 방지할 수 있어 효과적이다.

본 발명에서는 이와 같이 유리한 특징을 가지는 탄소나노튜브를 코팅층(3)으로 이용함으로써 하층에 존재하는 모재(2)를 전해액으로부터 효과적으로 보호할 수 있다. 본 발명에서 상층과 하층이라 함은 반드시 상하의 위치관계를 의미하는 것이 아니라, 코팅층(3)과 상기 코팅층이 놓여 있는 모재(2) 등과의 관계에서 보다 외곽에 존재하는 코팅층(3)을 상층, 내곽에 존재하는 모재(2)를 하층으로 지정하는 의미로 사용하는데 유의할 필요가 있다.

또한, 본 발명의 탄소나노튜브 코팅층은 위와 같이 전해액의 침투만 방지하는 것이 아니라, 모재와 코팅층을 포함하는 소재가 전기도금 또는 전해용 양극으로서도 그 역할을 훌륭하게 수행할 수 있도록 한다. 즉, 탄소나노튜브는 전기적 전도체로서 전류의 흐름이 필수인 양극에서 단순히 모재 표면을 보호만 하는 것이 아니라, 그 자체가 양극의 구성으로서 양극과 전해질간의 전기적 접촉이 가능하도록 한다.

따라서, 본 발명의 전기도금 또는 전해용 양극은 모재와 모재 표면에 형성된 탄소나노튜브 코팅층을 포함하는 형태를 가질 수 있다. 본 발명에서 사용되는 모재는 양극재로 사용 가능한 것이라면 어떠한 것이라도 사용가능하며, 충분한 전도성을 고려하여 금속인 것이 바람직하며, 그 중에서도 Ti를 사용하는 것이 보다 바람직하다.

그런데, 전기도금 또는 전해용 양극의 모재는 친수성 금속인 반면 탄소나노튜브는 소수성 물질이므로 두 물질 사이의 결합력이 약하다는 문제가 있을 수 있다. 물론, 통상적인 바인더 사용으로 어느 정도의 밀착력은 확보할 수 있겠으나, 양극으로서의 수명을 높이기 위해서는 상기 탄소나노튜브와 모재 사이의 밀착력을 더욱 높일 필요가 있다. 이를 위하여 본 발명의 제조방법은 아래와 같은 본 발명만의 독특한 과정을 포함할 수 있다.

이하, 도 3 내지 도 5를 참고하여 본 발명의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 도 3에 도시한 바와 같이 모재(2)를 준비하는 단계가 필요하다. 상기 모재(2)는 상술하였듯이, 전기적으로 양호한 도체일 필요가 있으며, 이러한 이유로 금속인 것이 바람직하며, 그 중에서도 Ti인 것이 보다 바람직하다.

이때, 반드시 이로 제한하는 것은 아니나 본 발명의 한가지 유리한 구현례에 따르면 상기 모재는 표면에 4~6㎛ 범위의 표면 조도(Ra)를 가질 수 있다. 즉, 모재의 표면에 형성되는 탄소나노튜브가 모재 표면에 용이하게 정착되어 코팅될 수 있도록 하기 위해서는 모재와 탄소나노튜브의 접촉면적을 증대시키는 것이 유리한데, 이를 위해서는 상기 모재의 표면 조도를 4㎛ 이상으로 제어하는 것이 효과적이다. 표면 조도가 증대될수록 접촉면적은 늘어날 수 있으나, 과도한 표면 조도는 후술하는 바와 같이 위치에 따른 코팅층 두께 편차가 크게 되고 그에 따라 모재의 위치에 따라 코팅층이 조기 소모되어 모재가(특히, 첨두부분이) 상대적으로 짧은 사용시간 경과 후에 표면에 노출되어 버리는 문제가 있을 수가 있으므로 표면 조도의 상한은 6㎛로 제한할 수 있다. 뿐만 아니라, 과도한 조도 발생은 오히려 코팅층의 균일성을 해치는 요인이 되며, 요철의 형상에 따른 코팅층의 유지(step coverage) 가 나빠질 수 있으며, 특히 모재가 Ti 일 경우에는 모재의 경도가 높아 과도한 조도의 발생은 비용과 시간을 더 많이 소요하게 되기 때문에 상기 표면 조도의 상한은 6㎛로 제한하는 것이 유리하다.

본 발명에서 모재의 표면조도를 형성하는 방법은 특별히 제한하지 않는다. 즉, 재료의 표면에 조도를 형성하는 방법이라면 어떤 방법이라도 사용할 수 있으며, 한가지 예를 든다면 샌드 블라스팅을 포함하는 블라스팅 법을 들 수 있다. 만일 표면 조도가 불균일하여 일부 규정하는 범위를 벗어난 부분(과대 첨두)이 있다면, 모재에 대하여 방전가공을 실시하여 과대 첨두를 제거하는 단계가 포함될 수도 있지만, 반드시 이로 제한하지는 않는다. 상기 방전가공은 아크가 방전 팁으로부터의 거리가 상대적으로 짧은 과대 첨두에 아크가 집중되는 원리를 이용하여 과대 첨두를 아크에 의해 제거하는 과정이다.

이후, 상기 도 4에 도시한 바와 같이 모재를 대전시키는 과정이 수행된다. 모재의 대전시 대전되는 전하의 극성은 양전하이든 음전하이든 특별히 가리지 않는다. 상기 모재가 대전되면 이후 코팅되는 탄소나노튜브 잉크를 반대극성의 전하로 대전시킴으로써 정전기력에 의한 모재와 탄소나노튜브의 밀착력을 더욱 높일 수 있다. 본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 금속 모재를 사용하는 것을 고려하여 상기 모재는 양전하로 대전되고 상기 탄소나노튜브 잉크는 음전하로 대전될 수 있다.

이때, 상기 정전기는 통상의 대전장치에 의해서 인가될 수 있으며, 그 한가지 예로서 도 4에 도시한 대전 장치(4)를 들 수 있다. 바람직한 한가지 구현례에 따르면, 상기 모재를 대전할 때 대전장치에 인가되는 전압은 약 1000~5000V 정도일 수 있다. 상술한 전압은 대전장치의 과도한 전압 상승 없이 탄소나노튜브가 모재의 표면에 용이하게 부착할 수 있는 범위로 정해진 것이다. 상기 정전기 인가에 의해 모재의 표면, 특히 조도의 돌출된 부분 쪽에 전하가 다량 대전될 수 있다. 이때, 상기 모재(2)가 주위와 전기적으로 연결되어 있을 경우에는 정전기를 인가하더라도 접지되어 버릴 수 있으므로 상기 모재(2)는 정전기 인가시점 부터는 절연되어 있을 것이 요구된다.

이를 위해서 바람직한 한가지 구현례에 따르면 상기 모(2)재는 전기적 절연체, 예를 들면 테플론 플레이트(도시 생략) 위에 놓여진 상태에서 대전될 수 있다.

상술한 과정에 의해 모재(2)가 대전되고 난 이후에는 모재의 표면에 탄소나노튜브를 코팅하는 과정이 후속된다. 본 발명에서는 탄소나노튜브를 저점도의 잉크 상태로 코팅한다. 여기서 탄소나노튜브 잉크라 함은 용매(예를 들면 알코올 용매)에 탄소나노튜브가 희석된 것을 의미하는 것으로서, 통상 이용되는 탄소나노튜브 잉크는 어떠한 것이라도 본 발명에서 모두 이용가능하다. 따라서, 탄소나노튜브 잉크의 한가지 구현례로서는 알코올계 탄소나노튜브(함량 5~10중량%) 잉크를 들 수 있으나, 탄소나노튜브 잉크 용액이라면 대부분 본 발명에서 사용이 가능하므로 농도와 희석용 용매의 종류 및 조건에 대해서는 특별히 제한하지 않는다.

상기 탄소나노튜브 잉크는 통상의 페이스트와는 달리 점도가 낮으므로 분무에 의해 모재 표면에 코팅될 수 있다. 이를 위해서는 도 5에 도시한 바와 같이 스프레이 노즐(5)을 사용할 수 있다. 이때, 중요한 것은 상기 스프레이 노즐(5)을 통해 분무되는 탄소나노튜브의 미스트(mist)가 대전되도록 스프레이 노즐(5)의 출구측에 정전기 프루브(6)를 포함하는 대전 장치를 설치할 필요가 있다는 것이다. 상기 대전 장치는 약 1200~2400V의 전압을 가지고 상기 미스트에 정전기를 인가할 수 있다. 이때, 인가되는 정전기는 모재의 표면에 인가된 정전기와 반대의 극성을 가질 필요가 있다. 즉, 본 발명의 한가지 바람직한 구현례에서는 상기 모재는 양전하로 대전될 수 있으며, 탄소나노튜브 잉크의 미스트는 음전하로 대전될 수 있다. 본 발명에서는 얇은 코팅층을 골고루 형성하기 위하여 상기 스프레이 노즐로는 저압 스프레이 노즐을 이용할 수 있으며, 이때 상기 저압 스프레이 노즐의 분무 압력을 0.2~1.5kgf/cm²으로 정할 수 있다.

이와 같이 대전된 탄소나노튜브 잉크는 정전기력에 의하여 반대극성으로 대전된 모재(2)의 표면과 강하게 결합(밀착)할 수 있다. 특히, 본 발명에서는 강한 정전기력에 의해 모재 표면에 밀착된 탄소나노튜브가 모재에 접촉하면서 밀착과 동시에 경화될 수 있도록 가열장치에 의하여 모재(2)를 코팅하는 것이 보다 바람직하다. 이때, 상기 가열장치로는 모재(2)가 절연될 수 있도록 세라믹 히터(7)를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 가열장치에 의한 모재(2)의 가열온도는 120~150℃인 것이 바람직하다. 즉, 탄소나노튜브 잉크에 포함된 용매 등이 제거되어 탄소나노튜브가 모재에 코팅될 수 있도록 하기 위해서는 상기 모재의 가열온도는 120℃ 이상인 것이 바람직하다. 다만, 온도가 과다하게 높을 경우에는 휘발 성분 등이 급작스럽게 제거됨에 따라 표면 코팅층에 균열이 생성되는 등의 문제가 있을 수 있어 상기 경화온도의 상한은 150℃로 정하는 것이 바람직하다. 이와 같은 본 발명의 경화온도는 종래의 백금계 원소 코팅시의 경화온도(예를 들면 약 600℃)에 비하여 매우 낮은 수준으로서, 백금계 원소에 비하여 간편한 과정에 의해 코팅층이 모재 표면에 밀착될 수 있어 공정상으로도 유리하다. 특히, 본 발명은 알코올계 용매를 사용하므로 경화 온도가 낮으며, IrO₂ 를 코팅하던 종래 기술과는 달리 탄소나노튜브(CNT)는 금속이 아니므로 금속의 상(phase)를 형성하기 위한 고온이 필요 없으며 피막만 경화시키면 되기 때문에, 백금계 원소의 경화온도에 비하여 낮은 경화온도를 가질 수 있는 것이다.

이러한 과정에 의하여 상기 탄소나노튜브는 모재의 표면에 강한 밀착력을 가지면서 밀착될 수 있으며, 밀착과 동시에 경화될 수 있다.

또한, 상기와 같은 과정에 의해 형성되는 탄소나노튜브의 코팅층(3)은 그 두께가 0.5~5㎛인 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에서는 분무법에 의해 탄소나노튜브 잉크를 모재의 표면에 분무할 뿐만 아니라, 모재와 탄소나노튜브를 정전기력에 의해 강하게 결합시키는 동시에 신속하게 용매를 제거하기 때문에 탄소나노튜브 코팅층이 매우 치밀하게 형성될 수 있다. 따라서, 0.5㎛의 두께만으로도 모재를 전해액으로부터 보호할 수 있다. 또한, 과다한 두께는 생산비의 상승을 초래할 수 있으므로, 상기 탄소나노튜브 코팅층의 두께는 상술한 범위로 정한다. 이때, 탄소나노튜브 코팅층이 모재의 표면 조도를 따라 형성되므로 탄소나노튜브코팅층의 두께는 상기 모재의 표면(조도가 형성된 표면)으로부터 수직한 방향으로 측정한 두께를 의미한다.

본 발명의 탄소나노튜브는 백금계 원소를 코팅하는 경우와는 달리 짧은 시간의 분무 과정만으로도 충분한 두께로 코팅될 수 있어 경제적이다. 특히, 한가지 유리한 구현례에 따르면 1회 처리과정에서 연속적으로 분무 및 경화시킴으로써 목표하는 두께의 탄소나노튜브(CNT) 박막을 얻을 수 있다. 특히, 저점도의 탄소나노튜브 잉크를 강한 밀착력으로 모재의 표면에 코팅하는 방식이므로 모재와 탄소나노튜브 코팅층 사이에 공극(void)이 발생한다든지 하는 문제가 예방될 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 하는 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

(실시예)

Ti를 모재로 하여 하기와 같은 방식으로 CNT-모재 복합구조를 가지는 양극을 제조하였다.

우선, 300mm × 300mm의 면적을 가지는 Ti 모재(두께 약 5mm의 판재, 한가지 구현례에서는 통상 5mm이상, 20mm일 수 있다)를 준비하였다. 상기 모재의 표면에는 약 6㎛의 표면 조도가 미리 형성되어 있었다.

준비된 모재를 테플론 플레이트 위에 놓은 후 도 4에 도시한 바와 같은 대전 장치로 약 1200V로 정전기를 가하여 양전하로 대전되도록 하였다.

상기와 같은 모재의 표면에 탄소나노튜브 잉크(각각 탄소나노튜브의 함량이 5중량% 및 10중량%인 알코올계 탄소나노튜브 잉크)를 코팅하였다. 코팅은 도 5에 도시한 형태의 스프레이 노즐을 이용하여 실시하였다. 코팅시 1000V의 전압을 가지는 정전기 프루브를 가지는 대전장치를 통하여 탄소나노튜브 잉크의 미스트를 음전하로 대전시켰다. 코팅시 모재를 전기적으로 절연이 가능한 세라믹 히터 위에 둔 후 120℃로 가열하여, 미스트 중 용매등이 증발하면서 탄소나노튜브가 모재에 고착(고정, 유동성을 잃게 되어 흐르지 않을 정도의 범위)되고 경화되어 원하는 두께를 가지는 코팅층이 형성되도록 하였다. 상기와 같은 과정에 의하여 모재의 표면에 2~3㎛ 두께의 탄소나노튜브 코팅층이 형성되었으며, 이를 전기도금 또는 전해용 음극으로 사용하였다..

이러한 과정을 거쳐서 제조된 본 발명의 전기도금 또는 전해용 양극의 수명상의 우수성을 확인하기 위하여 본 발명의 양극과 종래방식에 의해 IrO₂를 코팅한 양극에 대하여 가속수명시험을 실시하였다. 가속수명시험은 5중량%의 황산용액을 전해액으로 하고 120A/dm² 정도의 고전류 전기도금환경에서 실시하였다.

그 결과, IrO₂가 코팅된 종래의 양극은 상기 가속수명시험에서 약 4개월 정도의 수명을 나타낸 것에 비하여 본 발명에 의하여 제조된 양극은 6~8개월 정도의 높은 수명을 나타내게 되었다.

이는, 종래의 백금계 원소를 코팅하였던 전극에 비하여 약 1/100에 불과한 저렴한 소재인 탄소나노튜브(예를 들면 Pt의 경우는 1 온스당 1200$ 수준인 반면 탄소나노튜브는 1 온스당 10$에 불과하다)로도 그 보다 월등한 성능을 가지는 양극을 제조할 수 있음을 의미한다.

따라서, 본 발명의 유리한 효과를 확인할 수 있었다.

1: 백금계 입자(IrO₂) 코팅층
2: 모재
3: 탄소나노튜브 (코팅층)
4: 대전 장치
5: 스프레이 노즐
6: 정전기 프루브
7: 가열장치

Claims (5)

1. 표면 조도가 4~6㎛인 모재를 준비하는 단계;
   상기 모재를 1000~5000V의 인가 전압으로 대전하는 단계; 및
   대전된 상기 모재 표면에 소수성의 탄소나노튜브 잉크를 분무하여 코팅하여 탄소나노튜브 코팅층을 형성시키는 단계를 포함하고,
   상기 탄소나노튜브 잉크를 분무할 때, 분무되는 탄소나노튜브 잉크를 대전된 상기 모재의 극성과 반대의 극성으로 1200~2400V의 인가 전압으로 대전하며, 모재를 120~150℃로 가열하는
   밀착력이 우수한 CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극의 제조방법.
   
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5. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소나노튜브 코팅층의 두께는 0.5~5㎛인 밀착력이 우수한 CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극의 제조방법.

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