KR101583179B1 - High-load durable anode for oxygen generation and manufacturing method for the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전해 동박(銅箔)과 같은 전해 금속박의 제조, 알루미늄 액중 급전(aluminum liquid contact), 연속 전기 아연 도금 강판 제조, 금속 채취(metal extraction)를 포함하는 공업적 전해에 사용되는 산소 발생용 양극 및 그의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다. 본 발명은 도전성 금속 기체(基體; substrate), 및 상기 도전성 금속 기체 상에 형성된 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을 포함하는 산소 발생용 양극(anode) 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 상기 촉매층의 1회당 이리듐 코팅량≥2g/㎡이며, 상기 코팅은 430℃ 내지 480℃의 고온 영역에서 가열 소성되어 비정질 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을 형성하고, 상기 비정질 산화 이리듐을 함유하는 촉매층은 520℃ 내지 600℃의 고온 영역에서 후-베이킹(post-baking)되어 상기 촉매층 중의 산화 이리듐의 거의 전량을 결정화하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a process for the production of oxygen used for industrial electrolysis, including the production of electrolytic metal foil such as electrolytic copper foil, aluminum liquid contact, continuous galvanized steel sheet production, metal extraction, An anode and a method of manufacturing the same. The present invention relates to an oxygen generating anode comprising a conductive metal substrate and a catalyst layer containing iridium oxide formed on the conductive metal substrate and a method of producing the same, And the coating is heat-fired in a high temperature region of 430 to 480 DEG C to form a catalyst layer containing amorphous iridium oxide, and the catalyst layer containing the amorphous iridium oxide is heated at a high temperature of 520 DEG C to 600 DEG C Baking (post-baking) in the catalytic layer to crystallize substantially all of the iridium oxide in the catalyst layer.

Figure 112014064456813-pct00006
Figure 112014064456813-pct00006

Description

내고부하용 산소 발생용 양극 및 그의 제조방법{HIGH-LOAD DURABLE ANODE FOR OXYGEN GENERATION AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an anode for generating oxygen for high load resistance and a method of manufacturing the same. BACKGROUND OF THE INVENTION [0001]

본 발명은 각종 공업적 전해에 사용되는 산소 발생용 양극 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전해 동박(銅箔) 등의 전해 금속박 제조, 알루미늄 액중(液中) 급전(給電), 연속 전기 아연 도금 강판 제조, 금속 채취 등의 공업적 전해에서 사용되는, 고부하 전해 조건하에서 뛰어난 내구성을 가지는 내고부하(耐高負荷)용 산소 발생용 양극 및 그의 제조방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to an anode for oxygen generation used in various industrial electrolysis and a method for producing the same, and more specifically, to an electrolytic metal foil such as electrolytic copper foil, an aluminum electrolytic liquid feed, An anode for oxygen generation for high load resistance having excellent durability under high load electrolysis conditions, and a method for producing the same, which are used in industrial electrolysis such as production of an electrogalvanized steel sheet and metal picking.

전해 동박, 알루미늄 액중 급전, 연속 전기 아연 도금강판, 금속 채취 등의 공업적 전해에서는, 양극에서 산소 발생이 수반된다. 이러한 이유로, 금속티탄 기체(基體) 상에서 전극 촉매로서 산소 발생에 대한 내성을 갖는 주로 산화 이리듐으로 코팅된 양극이 널리 이용되어 왔다. 일반적으로 양극에서 산소 발생을 수반하는 이런 종류의 공업적 전해에서는, 생산 효율이나, 에너지 절약 등의 측면에서 정전류(定電流)로 전해를 실시하는 경우가 많다. 전류 밀도는 금속 채취 등의 분야에서 주로 이용되는 수(數)A/d㎡ 내지, 전해 동박의 제조를 위한 최대 100A/d㎡의 범위에서 설정되었다.Industrial electrolysis such as electrolytic copper foil, aluminum hydride feed, continuous galvanized steel sheet, metal picking, etc., involves oxygen generation at the anode. For this reason, a cathode coated with iridium oxide mainly having resistance to oxygen generation as an electrode catalyst on a metallic titanium base has been widely used. Generally, in this type of industrial electrolysis involving generation of oxygen in the anode, electrolysis is often carried out at a constant current in terms of production efficiency, energy saving, and the like. The current density was set in the range of several A / dm 2, which is mainly used in the field of metal picking, to a maximum of 100 A / dm 2 for the production of electrolytic copper foil.

그러나, 최근에는 제품의 품질 향상이나, 특수한 성능 특성을 부여하기 위하여, 300A/d㎡ 내지 700A/d㎡ 혹은 그 이상의 전류 밀도로 전해를 실시하는 경우도 자주 볼 수 있다. 이러한 높은 전류는 공업적 전해 설비에 있어서 설치된 모든 양극에 공급되는 것이 아니라, 전해로부터 얻어지는 제품에 특수한 성능 특성을 부여하기 위해서 고부하 전해 조건이 적용되는 특정 개소에 보조 양극으로서 양극을 설치하는 것을 생각할 수 있다.However, in recent years, electrolytic electrolysis is often performed at a current density of 300 A / dm 2 to 700 A / dm 2 or more in order to improve the quality of products or to give special performance characteristics. It is conceivable that such a high current is not supplied to all the anodes installed in industrial electrolytic facilities but that the anode is provided as a secondary anode at a specific point where high load electrolysis conditions are applied in order to give specific performance characteristics to products obtained from electrolysis have.

이러한 고 전류밀도의 전해하에서는, 전극 촉매층에 부하가 높아지고 전류 집중이 일어나기 쉽기 때문에, 전극 촉매층의 소모가 빨라지는 경향이 있다. 게다가, 제품을 안정화시키기 위해서 첨가된 유기물 또는 불순물 원소가 다양한 전기 화학 반응 또는 화학 반응을 일으키며, 따라서 산소 발생 반응의 결과로서 수소 이온 농도가 증가하고, pH가 저하하여 전극 촉매의 소모를 촉진시킨다.Under such high current density electrolysis, the load on the electrode catalyst layer tends to increase and current concentration tends to occur, so that consumption of the electrode catalyst layer tends to be accelerated. In addition, organic or impurity elements added to stabilize the product cause various electrochemical reactions or chemical reactions, and consequently, the hydrogen ion concentration increases as a result of the oxygen generation reaction, and the pH is lowered, thereby promoting the consumption of the electrode catalyst.

상기 문제점의 하나의 해결책으로서 전극 촉매층의 표면적을 증가시켜서 실전류(實電流) 부하를 저하시키는 것이 고려될 수 있다. 예를 들면, 종래의 판 기재(板基材; plate substrate) 대신에, 메쉬 또는 펀칭된 금속(punched metal) 등 기재를 사용하여 표면적을 물리적으로 증대시키는 것도 하나의 해결책이 될 수 있다. 그러나, 상기 기재의 사용은 원치 않는 가공비용을 수반한다. 게다가, 물리적으로 증대된 기재의 표면적에 의해서 감소된 전류 밀도는 전극 촉매층에서의 전류 집중을 개선시키지 못하며, 촉매 소모의 미미한 억제 효과를 초래하였다.As one solution to the above problem, it may be considered to decrease the actual current load by increasing the surface area of the electrode catalyst layer. For example, physically increasing the surface area by using a substrate such as a mesh or punched metal instead of a conventional plate substrate may be a solution. However, the use of such substrates entails undesirable processing costs. In addition, the current density reduced by the surface area of the physically enhanced substrate does not improve the current concentration in the electrode catalyst layer, resulting in a slight inhibition effect on catalyst consumption.

전극 촉매층의 코팅 및 소성(燒成)을 반복하는 열분해 형성 방법에 있어서, 1회당 이리듐 코팅량이 증가하는 경우, 형성된 촉매층이 소프트(soft)하고 플러피(fluffy)할 수 있지만, 이 방법만으로는, 전극의 촉매층의 유효 표면적의 증대가가 미약하고, 고부하 조건하에서의 촉매층 소모의 억제 및 내구성 향상 효과가 뚜렷하게 나타나지 않았다.In the thermal decomposition forming method of repeatedly coating and firing the electrode catalyst layer, if the iridium coating amount per one time increases, the formed catalyst layer may be soft and fluffy, but with this method alone, The increase of the effective surface area of the catalyst layer is weak, and the effect of suppressing the consumption of the catalyst layer and improving the durability under the high load condition is not apparent.

이러한 종류의 전해용 전극으로는, 산소 발생 전위가 낮고 수명이 긴 전극이 요구되고 있다. 종래 이런 종류의 전극으로는, 티탄 등의 도전성 금속 기체 상에 귀금속 또는 귀금속 산화물을 함유하는 촉매층으로 피복된 티탄 등의 도전성 금속 기체를 포함하는 불용성 전극이 이용되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 티탄 등의 도전성 금속 기체 상에, 산화 이리듐과 밸브 금속 산화물을 함유하는 촉매층을 코팅하고, 산화성 분위기 중에서 가열하고 650℃ 내지 800℃의 온도에서 소성하여 밸브 금속 산화물을 부분적으로 결정화(結晶化)하는 방식으로 제조된 불용성 전극이 개시되어 있다. 그러나, 상기 전극은 650℃ 이상의 온도에서 소성되기 때문에, 티탄 등의 금속 기체의 계면부식을 야기하고, 불량한 도전체로 되고, 전극으로서 사용할 수 없을 정도로 산소 과전압을 증가시킨다. 게다가, 촉매층 중의 산화 이리듐의 결정자 지름이 커져서, 촉매층의 전극 유효 표면적의 감소를 초래하여 촉매 활성을 저하시키게 된다.Electrolytic electrodes of this type are required to have electrodes with low oxygen generating potential and long lifetime. Conventionally, as this type of electrode, an insoluble electrode containing a conductive metal base such as titanium covered with a catalyst layer containing a noble metal or a noble metal oxide on a conductive metal base such as titanium is used. For example, in Patent Document 1, a catalyst layer containing iridium oxide and a valve metal oxide is coated on a conductive metal substrate such as titanium, heated in an oxidizing atmosphere, and baked at a temperature of 650 to 800 ° C to obtain a valve metal oxide An insoluble electrode manufactured by a method of partially crystallizing (crystallizing) an insoluble electrode is disclosed. However, since the electrode is fired at a temperature of 650 占 폚 or more, it causes interfacial corrosion of a metal such as titanium, becomes a poor conductor, and increases the oxygen overvoltage to an extent that it can not be used as an electrode. In addition, the crystallite diameter of iridium oxide in the catalyst layer becomes large, which leads to a decrease in the electrode effective surface area of the catalyst layer, thereby lowering the catalytic activity.

특허문헌 2에는 티탄 등의 도전성 금속 기체 상에, 비정질(非晶質)의 산화 이리듐 및 비정질의 산화 탄탈을 혼합된 상태로 포함하는 촉매층을 제공하는 방식으로 제조된 구리 도금 및 동박 제조용 양극의 사용이 개시되어 있다. 그러나, 상기 전극은 비정질 산화 이리듐을 특징으로 하고 있기 때문에, 전극 내구성이 충분하지 않았다. 비정질 산화 이리듐이 적용될 때 내식성이 저하하는 이유는 비정질 산화 이리듐이 결정질(結晶質) 산화 이리듐과 비교하여 이리듐과 산소 사이에서 불안정한 결합을 나타내기 때문이다.Patent Document 2 discloses the use of a positive electrode for copper plating and copper foil produced by a method of providing a catalyst layer containing a mixture of amorphous iridium oxide and amorphous tantalum oxide on a conductive metal substrate such as titanium . However, since the electrode is characterized by amorphous iridium oxide, the electrode durability was not sufficient. The reason why the amorphous iridium oxide is deteriorated when the iridium oxide is applied is because the amorphous iridium oxide shows an unstable bond between iridium and oxygen as compared with crystalline (crystalline) iridium oxide.

특허문헌 3에는 촉매층의 소모를 억제하고 전극의 내구성을 향상시키기 위해서, 결정질 산화 이리듐의 하층 및 비정질 산화 이리듐의 상층의 2층 구조를 포함하는 촉매층으로 코팅된 전극이 개시되어 있다. 그런데, 특허문헌 3에 개시된 전극은, 촉매층의 상층이 비정질 산화 이리듐이기 때문에, 전극 내구성이 충분하지 않았다. 게다가, 결정질 산화 이리듐은 하층에만 존재하고 촉매층 전체에 균일하게 분포하고 있지 않아서 불충분한 전극 내구성을 초래한다.Patent Document 3 discloses an electrode coated with a catalyst layer including a two-layer structure of a lower layer of crystalline iridium oxide and an upper layer of amorphous iridium oxide in order to suppress consumption of the catalyst layer and improve durability of the electrode. However, in the electrode disclosed in Patent Document 3, since the upper layer of the catalyst layer is amorphous iridium oxide, the electrode durability is not sufficient. In addition, crystalline iridium oxide exists only in the lower layer and is not uniformly distributed throughout the catalyst layer, resulting in insufficient electrode durability.

특허문헌 4에는, 필요조건으로서 비정질 산화 이리듐, 및 결정질 산화 이리듐을 혼합된 상태로 함유하는 촉매층이 티탄 등의 도전성 금속 기체 상에 제공되어 있는 아연 전해 채취용 양극이 개시되어 있다. 특허문헌 5에는, 필요조건으로서 비정질 산화 이리듐, 및 결정질 산화 이리듐을 혼합된 상태로 함유하는 촉매층이 티탄 등의 도전성 금속 기체 상에 제공되어 있는 코발트 전해 채취용 양극이 개시되어 있다. 그러나, 이들 두 전극은 필요조건으로서 다량의 비정질 산화 이리듐을 함유하고 있기 때문에 전극 내구성이 불충분한 것으로 생각된다.Patent Document 4 discloses a zinc electrolytic sampling anode in which a catalyst layer containing amorphous iridium oxide and crystalline iridium oxide in a mixed state is provided on a conductive metal substrate such as titanium as a necessary condition. Patent Document 5 discloses a positive electrode for cobalt electrolytic picking, in which a catalyst layer containing amorphous iridium oxide and crystalline iridium oxide in a mixed state is provided on a conductive metal substrate such as titanium as a necessary condition. However, since these two electrodes contain a large amount of amorphous iridium oxide as a necessary condition, it is considered that the electrode durability is insufficient.

상기 문제점들을 해결하기 위해서 본 발명의 본 발명자들은, 산소 발생 과전압 저하를 주요 목적으로 하여 1회당 이리듐 코팅량≤2g/㎡인 경우, (1) 저온 소성(370℃ 내지 400℃) + 고온 후-베이킹(520℃ 내지 600℃)에 의한 결정질 산화 이리듐 및 비정질 산화 이리듐이 혼재하는 촉매층을 형성하는 소성 방법 및 (2) 고온 소성(410℃ 내지 450℃) + 고온 후-베이킹(520℃ 내지 560℃)에 의한 거의 완전한 결정질 산화 이리듐만을 함유하는 촉매층을 형성하는 소성 방법을 개발하여, 본 출원과 동일자로 2건의 특허출원을 하였다.In order to solve the above problems, the inventors of the present invention have found that (1) low temperature firing (370 ° C. to 400 ° C.) + high temperature firing (when the iridium coating amount per unit time is 2 g / Baking (520 DEG C to 560 DEG C) after high temperature baking (410 DEG C to 450 DEG C) + high temperature baking (520 DEG C to 600 DEG C), and (2) firing method in which a catalyst layer in which crystalline iridium oxide and amorphous iridium oxide are mixed by baking ) Was developed, and two patent applications were filed in the same manner as in the present application.

상기 2건의 특허출원 발명에 따르면, 100A/d㎡ 이하의 전류 밀도의 전해 조건에 있어서는, 1회당 이리듐 코팅량≤2g/㎡인 경우 납 부착 내성이 달성될 수 있으며, 촉매층의 유효 면적의 증대에 의한 내구성의 향상, 산소 발생 과전압의 저감을 달성할 수 있다.According to the above-mentioned two patent applications, when the iridium coating amount ≤ 2 g / m 2 per one electrolytic condition at a current density of 100 A / dm 2 or less, lead adhesion resistance can be achieved and the increase of the effective area of the catalyst layer It is possible to improve the durability and reduce the oxygen generation overvoltage.

그러나, 최근에는 제품의 품질 향상 또는 특수한 성능 특성을 부여하기 위하여, 300A/d㎡ 내지 700A/d㎡ 혹은 그 이상의 전류 밀도로 전해를 실시하는 경우도 자주 볼 수 있다. 이러한 높은 전류는 공업적 전해 설비에 있어서 설치된 모든 양극에 공급되는 것이 아니라, 전해로부터 얻어진 제품에 특수한 성능 특성을 부여하기 위하여, 고부하 전해 조건이 적용되는 특정 개소에 보조 양극으로서 설치된다.However, in recent years, electrolysis is often performed at a current density of 300 A / dm 2 to 700 A / dm 2 or more to improve product quality or to impart special performance characteristics. These high currents are not supplied to all the anodes installed in industrial electrolytic facilities but are installed as auxiliary anodes at specific locations where high load electrolytic conditions are applied in order to impart specific performance characteristics to products obtained from electrolysis.

이러한 고 전류밀도의 전해하에서는, 전극 촉매층이 고 부하로 되고, 거기에서 전류 집중이 일어나는 경향이 있기 때문에, 전극 촉매층을 빠르게 소모한다. 또한, 제품을 안정화시키기 위해서 부가된 유기물 또는 불순물 원소가 여러 가지의 전기 화학 반응 또는 화학 반응을 일으키고, 산소 발생 반응에 따라 수소 이온 농도가 증가하고, pH가 저하하며, 전극 촉매의 소모를 한층 더 촉진시킨다. 이러한 현상으로부터, 본 발명자들은 상기 2건의 특허출원과 관련된 발명에서는 촉매층의 유효 면적의 증대에 의한 내구성의 향상, 산소 발생 과전압의 저감이 항상 달성될 수는 없다는 것을 밝혀냈다.Under such high current density electrolysis, the electrode catalyst layer becomes high load, and current concentration tends to occur there, so that the electrode catalyst layer is consumed quickly. Further, in order to stabilize the product, the added organic or impurity element causes various electrochemical reactions or chemical reactions, and the hydrogen ion concentration increases according to the oxygen generating reaction, the pH decreases, and the consumption of the electrode catalyst is further increased Promote. From these phenomena, the inventors of the present invention have found that, in the inventions related to the above-mentioned two patent applications, improvement in durability and reduction in oxygen generation overvoltage can not always be achieved by increasing the effective area of the catalyst layer.

일본공개특허공보 2002-275697호 공보(특허 제3654204호)Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-275697 (Patent No. 3654204) 일본공개특허공보 2004-238697호 공보(특허 제3914162호)Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-238697 (Patent No. 3914162) 일본공개특허공보 2007-146215호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-146215 일본공개특허공보 2009-293117호 공보(특허 제4516617호)Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2009-293117 (Patent No. 4516617) 일본공개특허공보 2010-1556호 공보(특허 제4516618호)Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-1556 (Patent No. 4516618)

상기 문제들을 해결하기 위해서, 본 발명은 고 부하의 조건하에서, 전극 촉매층의 유효 표면적을 증대시킴으로써 전극 촉매층으로의 전류 분포를 개선시키고, 전극 촉매의 소모를 억제하며, 전극 촉매의 내구성을 향상시킬 수 있는 뛰어난 내구성을 갖는 내고부하용 산소 발생용 양극 및 그의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.In order to solve the above problems, the present invention improves the current distribution to the electrode catalyst layer by increasing the effective surface area of the electrode catalyst layer under high load conditions, suppresses consumption of the electrode catalyst, and improves the durability of the electrode catalyst Which has excellent durability, and a method for producing the same.

상기 목적을 달성하기 위한 제 1 과제 해결 수단으로서, 본 발명은 도전성 금속 기체(基體; substrate), 및 상기 도전성 금속 기체 상에 형성된 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을 포함하는 산소 발생용 양극(anode)에 있어서, 상기 촉매층의 1회당 이리듐 코팅량≥2g/㎡이며, 상기 코팅은 430℃ 내지 480℃의 비교적 고온 영역에서 가열 소성되어 비정질 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을 형성하고, 상기 비정질 산화 이리듐을 함유하는 촉매층은 520℃ 내지 600℃의 추가의 고온 영역에서 후-베이킹(post-baking)되어 상기 촉매층 중의 산화 이리듐의 거의 전량을 결정화하는 것을 특징으로 하는 산소 발생용 양극을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a process for producing an oxygen-containing anode comprising a conductive metal substrate and a catalyst layer containing iridium oxide formed on the conductive metal substrate, And the coating is heated and fired in a relatively high temperature region of 430 to 480 DEG C to form a catalyst layer containing amorphous iridium oxide, and the amorphous iridium oxide-containing And the catalyst layer is post-baked at an additional high-temperature region of 520 to 600 ° C to crystallize nearly all of the iridium oxide in the catalyst layer.

상기 목적을 달성하기 위한 제 2 과제 해결 수단으로서, 본 발명은 도전성 금속 기체, 및 상기 도전성 금속 기체 상에 형성된 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을 포함하는 산소 발생용 양극에 있어서, 상기 촉매층의 1회당 이리듐 코팅량≥2g/㎡이며, 상기 후-베이킹 후의 촉매층 중의 산화 이리듐의 결정화도(結晶化度)≥80%인 것을 특징으로 하는 산소 발생용 양극을 제공한다.As a second object of the present invention, there is provided an oxygen generating anode comprising a conductive metal substrate and a catalyst layer containing iridium oxide formed on the conductive metal substrate, wherein the iridium The coating amount is 2 g / m 2, and the crystallinity (crystallinity) of the iridium oxide in the catalyst layer after the post-baking is 80%.

상기 목적을 달성하기 위한 제 3 과제 해결 수단으로서, 본 발명은 도전성 금속 기체, 및 상기 도전성 금속 기체 상에 형성된 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을 포함하는 산소 발생용 양극에 있어서, 상기 촉매층의 1회당 이리듐 코팅량≥2g/㎡이며, 상기 촉매층 중의 산화 이리듐의 결정자 지름≤9.0㎚인 것을 특징으로 하는 산소 발생용 양극을 제공한다.As a third aspect of the present invention to achieve the above object, the present invention provides an oxygen generating anode comprising a conductive metal base and a catalyst layer containing iridium oxide formed on the conductive metal base, wherein the iridium Wherein the coating amount is 2 g / m < 2 >, and the crystallite diameter of the iridium oxide in the catalyst layer is 9.0 nm.

상기 목적을 달성하기 위한 제 4 과제 해결 수단으로서, 본 발명은 도전성 금속 기체, 및 상기 도전성 금속 기체 상에 형성된 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을 포함하는 산소 발생용 양극에 있어서, 상기 촉매층을 형성하기 전에 아크 이온 도금법(arc ion plating process; 이하 'AIP 법'이라 함)에 의해서 상기 도전성 금속 기체 상에 탄탈 및 티탄 성분들을 함유하는 아크 이온 도금 기초층(arc ion plating base layer)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 산소 발생용 양극을 제공한다.In a fourth aspect of the present invention, there is provided an oxygen generating anode comprising a conductive metal substrate and a catalyst layer containing iridium oxide formed on the conductive metal substrate, An arc ion plating base layer containing tantalum and titanium components is formed on the conductive metal substrate by an arc ion plating process (hereinafter referred to as "AIP method"). Is provided.

상기 목적을 달성하기 위한 제 5 과제 해결 수단으로서, 본 발명은 도전성 금속 기체, 및 상기 도전성 금속 기체 상에 형성된 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을 포함하는 산소 발생용 양극의 제조방법에 있어서, 상기 촉매층의 1회당 이리듐 코팅량≥2g/㎡로 하여 430℃ 내지 480℃의 비교적 고온 영역에서 가열 소성함으로써 상기 도전성 금속 기체의 표면에 비정질 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을 형성하고, 상기 비정질 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을 520℃ 내지 600℃의 추가의 고온 영역에서 후-베이킹하여 상기 촉매층 중의 산화 이리듐의 거의 전량을 결정화하는 것을 특징으로 하는 산소 발생용 양극의 제조방법을 제공한다.In a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for producing an oxygen-generating anode comprising a conductive metal substrate and a catalyst layer containing iridium oxide formed on the conductive metal substrate, Forming a catalyst layer containing amorphous iridium oxide on the surface of the conductive metal substrate by heating and firing at a relatively high temperature range of 430 to 480 캜 at an iridium coating amount of ≥ 2 g / Is post-baked at an additional high temperature region of 520 DEG C to 600 DEG C to crystallize substantially all of the iridium oxide in the catalyst layer.

상기 목적을 달성하기 위한 제 6 과제 해결 수단으로서, 본 발명은 상기 촉매층의 1회당 이리듐 코팅량≥2g/㎡로 하여 430℃ 내지 480℃의 비교적 고온 영역에서 가열 소성함으로써 도전성 금속 기체의 표면에 비정질 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을 형성하고, 상기 비정질 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을, 상기 촉매층 중의 산화 이리듐의 결정화도≥80%로 되도록 520℃ 내지 600℃의 추가의 고온 영역에서 후-베이킹하는 것을 특징으로 하는 산소 발생용 양극의 제조방법을 제공한다.As a sixth solution for achieving the above object, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: heating and firing a relatively high temperature region of 430 ° C to 480 ° C at an iridium coating amount of 2 g / Characterized in that a catalyst layer containing iridium oxide is formed and the catalyst layer containing the amorphous iridium oxide is post-baked at an additional high temperature region of 520 ° C to 600 ° C so that the crystallinity of iridium oxide in the catalyst layer is 80% And an anode for generating oxygen.

상기 목적을 달성하기 위한 제 7 과제 해결 수단으로서, 본 발명은 상기 촉매층의 1회당 이리듐 코팅량≥2g/㎡로 하여 430℃ 내지 480℃의 비교적 고온 영역에서 가열 소성함으로써 도전성 금속 기체의 표면에 비정질 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을 형성하고, 상기 비정질 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을, 상기 촉매층 중의 산화 이리듐의 결정자 지름≤9.0㎚로 되도록 520℃ 내지 600℃의 추가의 고온 영역에서 후-베이킹하는 것을 특징으로 하는 산소 발생용 양극의 제조방법을 제공한다.As a seventh solution to achieve the above object, the present invention provides a method for producing an amorphous carbon film, which comprises heating and firing a relatively high temperature region of 430 to 480 캜 at an iridium coating amount ≥ 2 g / Baking the catalyst layer containing the amorphous iridium oxide at an additional high temperature region of 520 DEG C to 600 DEG C such that the crystallite diameter of iridium oxide in the catalyst layer is 9.0 nm or less. And a cathode for generating oxygen.

상기 목적을 달성하기 위한 제 8 과제 해결 수단으로서, 본 발명은 도전성 금속 기체, 및 상기 도전성 금속 기체 상에 형성된 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을 포함하는 산소 발생용 양극의 제조방법에 있어서, 상기 촉매층을 형성하기 전에 AIP 법에 의해서 상기 도전성 금속 기체 상에 탄탈 및 티탄 성분들을 함유하는 AIP 기초층을 형성하는 것을 특징으로 하는 산소 발생용 양극의 제조방법을 제공한다.As a eighth solution to achieve the above object, the present invention provides a process for producing an oxygen-generating anode comprising a conductive metal substrate and a catalyst layer containing iridium oxide formed on the conductive metal substrate, And forming an AIP base layer containing tantalum and titanium components on the conductive metal substrate by an AIP method prior to formation.

본 발명에 의한 산화 이리듐을 함유하는 전극 촉매층의 형성에 있어서, 상기 촉매층의 1회당 이리듐 코팅량≥2g/㎡로 하여, 산화 이리듐의 완전한 결정 석출 온도(perfect crystal depsosition temperature)인 500℃ 이상에서 소성을 반복하는 종래기술 대신에, 430℃ 내지 480℃의 비교적 고온 영역에서 가열 소성함으로써 비정질 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을 형성하는 단계 및 520℃ 내지 600℃의 추가의 고온 영역에서 후-베이킹하여 전극 촉매층 중의 산화 이리듐의 결정자 지름을 바람직하게는 9.0㎚ 이하로 억제하고 산화 이리듐의 거의 전량, 바람직하게는 결정화도≥80%로 결정화하는 2 단계 공정에 의해서 소성이 수행된다. 그에 따라, 산화 이리듐의 결정자 지름의 성장이 억제될 수 있으며 촉매층의 유효 표면적이 증대될 수 있었다. 따라서 본 발명에 의해서 산화 이리듐의 결정자 지름의 성장이 억제될 수 있다. 그 이유로는 하기의 것들을 들 수 있다: 소성은, 먼저 430℃ 내지 480℃의 비교적 고온 영역에서 코팅 및 소성을 반복하는 단계 및 이어서 520℃ 내지 600℃의 추가의 고온 영역에서 후-베이킹하는 단계의 2 단계 공정으로 수행된다. 종래 방법과 같이 처음부터 고온에서 소성하는 경우와 비교하여, 본 발명하에서 결정자 지름은 일정 정도 너머로 확대되지 않는다. 산화 이리듐의 결정자 지름의 성장이 억제되는 경우 결정자 지름이 작을수록 촉매층의 유효 표면적이 커지게 된다. 다음으로, 전극의 산소 발생 과전압이 감소될 수 있으며, 산소 발생이 촉진되고, 납 이온으로부터의 PbO2를 형성하는 반응이 억제될 수 있다. 이러한 방식으로 PbO2 부착 및 전극상의 피복이 억제될 수 있다. In the formation of the electrode catalyst layer containing iridium oxide according to the present invention, the iridium-coated amount of the catalyst layer is 2 g / m < 2 >, and the sintering is performed at 500 DEG C or higher, which is the perfect crystal depsosition temperature of iridium oxide. Baking at a relatively high temperature region of 430 ° C to 480 ° C to form a catalyst layer containing amorphous iridium oxide and post-baking at an additional high temperature region of 520 ° C to 600 ° C to form an electrode catalyst layer The calcination is carried out by a two-step process in which the crystallite diameter of the iridium oxide in the oxide iridium is preferably suppressed to 9.0 nm or less, and crystallization is carried out almost all of the iridium oxide, preferably crystallization degree? 80%. As a result, the growth of crystallite diameter of iridium oxide can be suppressed and the effective surface area of the catalyst layer can be increased. Therefore, the growth of crystallite diameter of iridium oxide can be suppressed by the present invention. The reasons for this are as follows: firing is carried out by repeating the coating and firing first in the relatively high temperature region of 430 ° C to 480 ° C, followed by post-baking in the further high temperature region of 520 ° C to 600 ° C This is done in a two step process. The crystallite diameter does not expand beyond a certain degree under the present invention as compared with the case where calcination is performed at a high temperature from the beginning as in the conventional method. When the crystallite diameter of iridium oxide is suppressed, the effective surface area of the catalyst layer becomes larger as the crystallite diameter is smaller. Next, the oxygen generation overvoltage of the electrode can be reduced, oxygen generation is promoted, and the reaction to form PbO 2 from the lead ion can be suppressed. In this way, PbO 2 attachment and coating on the electrodes can be suppressed.

또한, 본 발명에 따르면, 촉매층의 유효 표면적을 증대시키면서 전류 분포가 고르게 분산되고, 즉 전류 집중이 억제될 수 있으며, 전해에 의한 촉매층의 소모가 감소되며, 이것이 전극 내구성을 향상시킬 수 있다. Further, according to the present invention, the current distribution can be evenly dispersed while increasing the effective surface area of the catalyst layer, that is, current concentration can be suppressed, and consumption of the catalyst layer by electrolysis is reduced, which can improve electrode durability.

추가로, 본 발명에 따르면, 상기 촉매층의 1회당 이리듐 코팅량≥2g/㎡로 조절함으로써, 제품의 향상된 품질 및 특수한 성능 특성의 부여가 달성된다. 전해가 300A/d㎡ 내지 700A/d㎡ 혹은 그 이상의 전류 밀도로 실시되거나, 또는 보조 양극이 고 부하 하의 특정한 개소에 설치되어 전해로부터 수득된 제품에 특수한 성능 특성을 부여하는 경우에도 전극 측매층에 대한 부하가 저감하고 전류 집중이 방지되어 전극 촉매층의 소모가 억제될 수 있다. Further, according to the present invention, by adjusting the iridium coating amount per unit time of the catalyst layer to 2 g / m 2, the imparting of the improved quality and specific performance characteristics of the product is achieved. Even when the electrolysis is carried out at a current density of 300 A / dm 2 to 700 A / dm 2 or more, or the auxiliary anode is installed in a specific place under a high load to give the product obtained from electrolysis a special performance characteristic, The load on the electrode catalyst layer can be reduced and the current concentration can be prevented, so that consumption of the electrode catalyst layer can be suppressed.

도 1은 소성 온도 및 후-베이킹 온도에 의한 촉매층의 산화 이리듐(IrO2)의 결정화도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 소성 온도 및 후-베이킹 온도에 의한 촉매층의 산화 이리듐(IrO2)의 결정자 지름의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 소성 온도 및 후-베이킹 온도에 의한 전극 정전 용량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 소성 조건에 대한 산소 과전압의 의존성을 나타내는 그래프이다.
FIG. 1 is a graph showing the change in crystallinity of iridium oxide (IrO 2 ) in the catalyst layer due to firing temperature and post-baking temperature.
2 is a sintering temperature, and then a graph showing the change of the crystallite diameter of the iridium oxide (IrO 2) of the catalyst layer due to the baking temperature.
3 is a graph showing changes in electrode electrostatic capacity due to a firing temperature and a post-bake temperature.
4 is a graph showing the dependence of the oxygen overvoltage on the firing condition.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조로 하여 구체적으로 설명한다. 본 발명에서는, 전극 표면에 대한 산화 납의 부착 반응을 억제시키기 위해서 전극 촉매층의 유효 표면적을 증대시키는 경우 산소 발생 과전압이 저감될 수 있으며 그에 따라 산소 발생이 촉진되며, 그와 동시에 산화 납의 부착 반응이 억제될 수 있다는 것을 발견하였다. 또한, 본 발명은 전극 내구성을 동시에 향상시키기 위해서 촉매층의 산화 이리듐이 주로 결정질인 것이 필요하다는 사상(idea)으로부터 완성된 것이다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present invention, when the effective surface area of the electrode catalyst layer is increased in order to suppress the adhesion reaction of lead oxide to the surface of the electrode, the oxygen overpotential can be reduced, thereby promoting the generation of oxygen, and at the same time, . ≪ / RTI > Further, the present invention has been completed from the idea that it is necessary that iridium oxide in the catalyst layer is mainly crystalline in order to simultaneously improve electrode durability.

본 발명에서는, 먼저 430℃ 내지 480℃의 비교적 고온 영역에서의 소성으로 비정질 IrO2를 함유하는 촉매층을 형성하고, 이어서 520℃ 내지 600℃의 추가의 고온 영역에서 후-베이킹하여 촉매층의 산화 이리듐을 거의 완전하게 결정화하는 2 단계 소성이 실시된다.In the present invention, first, a catalyst layer containing amorphous IrO 2 is formed by firing in a relatively high temperature region of 430 ° C to 480 ° C, followed by post-baking at a further high temperature region of 520 ° C to 600 ° C to remove iridium oxide A two-stage firing is performed in which almost complete crystallization occurs.

본 발명의 발명자들에 의해서 수행된 실험을 통해서, 유효 표면적을 크게 증대시킬 수 있는 비정질 산화 이리듐을 함유하는 촉매층이 전해에 의해서 상당히 빠르게 비정질 산화 이리듐을 소모하고 내구성이 상대적으로 저하된다는 것이 밝혀졌다. 즉, 촉매층의 산화 이리듐이 결정화되지 않는 한 전극 내구성은 개선될 수 없는 것으로 고려된다. 따라서, 전극 촉매층의 유효 표면적이 증대되고 전극의 과전압이 저감되는 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 고온 소성 + 고온 후-베이킹의 2 단계 소성을 행함으로써 촉매층의 산화 이리듐의 결정자 지름을 제어할 수 있으며, 종래 제품보다 작은 산화 이리듐 결정을 석출하므로, 종래 제품에 비하여, 전극 촉매층의 유효 표면적을 증대시킬 수 있으며, 과전압의 저감을 실현할 수 있었다.Experiments conducted by the inventors of the present invention have revealed that a catalyst layer containing amorphous iridium oxide, which can significantly increase the effective surface area, consumes amorphous iridium oxide considerably rapidly by electrolysis and has a relatively low durability. That is, it is considered that the electrode durability can not be improved unless the iridium oxide of the catalyst layer is crystallized. Therefore, in order to achieve the object of the present invention, in which the effective surface area of the electrode catalyst layer is increased and the overvoltage of the electrode is reduced, the present invention is characterized in that the calcination of the iridium oxide And it can precipitate iridium oxide crystals smaller than those of the conventional product. Therefore, the effective surface area of the electrode catalyst layer can be increased and the overvoltage can be reduced compared with the conventional product.

본 발명에 있어서는, 도전성 금속 기체의 표면에, 430℃ 내지 480℃의 비교적 고온 영역에서 가열 소성함으로써 비정질 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을 형성하고, 이어서 비정질 산화 이리듐의 촉매층을 520℃ 내지 600℃의 추가의 고온 영역에서 후-베이킹하여 상기 촉매층 중의 산화 이리듐을 거의 완전하게 결정화시킨다.In the present invention, a catalyst layer containing amorphous iridium oxide is formed by heating and firing the surface of the conductive metal base at a relatively high temperature range of 430 to 480 deg. C, and then a catalyst layer of amorphous iridium oxide is added at 520 deg. C to 600 deg. Baking in a high temperature region of the catalyst layer to almost completely crystallize the iridium oxide in the catalyst layer.

본 발명에 따르면, 산화 이리듐 촉매층의 1회당 이리듐 코팅량≥2g/㎡로 조절함으로써 제품의 개선된 품질 또는 특수 성능의 부여가 달성된다. 전해가 300A/d㎡ 내지 700A/d㎡ 혹은 그 이상의 전류 밀도로 실시되거나 또는 보조 양극이 고부하 전해 조건하의 특정 개소에 설치되어 전해로부터 수득된 제품에 특수한 성능 특성을 부여하는 경우에도, 전극 촉매층으로의 부하가 저감되고, 전류 집중이 방지되어 전극 촉매층의 소모를 억제할 수 있다.According to the present invention, the provision of improved quality or specific performance of the product is achieved by adjusting the iridium coating amount per unit time of the iridium oxide catalyst layer to 2 g / m 2. Even when the electrolysis is carried out at a current density of 300 A / dm 2 to 700 A / dm 2 or more, or even when the auxiliary anode is installed at a specific location under high load electrolysis conditions to give specific performance characteristics to the product obtained from electrolysis, The current concentration is prevented, and the consumption of the electrode catalyst layer can be suppressed.

상기 430℃ 내지 480℃의 비교적 고온 영역에서의 소성 온도 및 상기 520℃ 내지 600℃의 추가의 고온 영역에서의 후-베이킹 온도는 촉매층 중에 형성되는 산화 이리듐의 결정 입자 크기 및 결정화도에 의해서 결정되며, 낮은 산소 과전압 및 뛰어난 내식성을 갖는 촉매층이 상기 온도범위에서 형성된다.The firing temperature in the relatively high temperature region of 430 ° C to 480 ° C and the post-bake temperature in the further high temperature region of 520 ° C to 600 ° C are determined by the crystal grain size and crystallinity of the iridium oxide formed in the catalyst layer, A catalyst layer having a low oxygen overvoltage and an excellent corrosion resistance is formed in the above temperature range.

본 발명에 있어서는, 전극 촉매층 중의 산화 이리듐의 결정자 지름을 작게, 바람직하게는 결정자 지름≤9.0㎚로 조절함으로써 산화 이리듐의 결정자 지름의 성장이 억제되고 촉매층의 유효 표면적이 증대될 수 있으며, 산화 이리듐의 대부분이 바람직하게는 80% 이상의 결정화도로 결정화될 수 있었다.In the present invention, the crystallite diameter of the iridium oxide can be suppressed and the effective surface area of the catalyst layer can be increased by controlling the crystallite diameter of the iridium oxide in the electrode catalyst layer to be small, preferably to the crystallite diameter of 9.0 nm. Most of them could be crystallized preferably with a degree of crystallization of 80% or more.

상기 촉매층을 형성하기 전에, 탄탈 및 티탄 성분들을 함유하는 AIP 기초층이 상기 도전성 금속 기체 상에 제공되는 경우 금속 기체의 계면 부식을 한층 더 방지할 수 있다.Before the catalyst layer is formed, interfacial corrosion of the metal gas can be further prevented if an AIP base layer containing tantalum and titanium components is provided on the conductive metal base.

AIP 기초층 대신에, TiTaOx 산화물층으로 이루어진 기초층이 형성될 수 있다.Instead of the AIP base layer, TiTaO x A base layer composed of an oxide layer may be formed.

코팅액으로서 IrCl3/Ta2Cl5의 염산 수용액을 1회당 3g-Ir/㎡로 AIP 코팅된 티탄기재에 코팅하고 IrO2의 일부가 결정화하는 온도(430 내지 480℃)에서 소성하는 방식으로 촉매층을 형성시켰다. 촉매의 필요 담지량(support amount)이 얻어질 때까지 상기 코팅 및 소성 공정을 반복한 후, 추가의 고온(520℃ 내지 600℃)에서 1시간 후-베이킹을 실시하였다. 이러한 방식으로 전극 샘플을 제작하였다. 제작된 샘플은 X 선에 의한 촉매층의 IrO2 결정성, 산소 발생 과전압, 전극 정전 용량 등에 대해 측정하고 황산 및 젤라틴-부가 황산 전해 및 납 부착 시험에 대한 평가를 실시하였다.Coating the coating solution as IrCl 3 / Ta 2 AIP coated titanium substrate a hydrochloric acid solution of Cl 5 as per 3g-Ir / ㎡ and a catalyst layer in such a way that the firing at a temperature (430 to 480 ℃) to the crystallization part of the IrO 2 / RTI > The coating and firing process was repeated until a support amount of catalyst was obtained and then post-baking was performed at an additional high temperature (520 ° C to 600 ° C) for 1 hour. An electrode sample was prepared in this manner. The prepared samples were evaluated for IrO 2 crystallinity, oxygen generation overvoltage and electrode electrostatic capacity of the catalyst layer by X - ray, and evaluated for sulfuric acid and gelatin - added sulfuric acid electrolysis and lead adhesion test.

그 결과, 형성된 촉매층의 IrO2의 대부분은 결정질이었으며 결정자 지름은 작아져서 전극 유효 표면적을 증대시킬 수 있었다. 가속 전해 수명 평가를 실시한 결과, 후술하는 바와 같이, 황산 전해 수명은 종래 제품의 약 1.4배, 젤라틴-부가 황산 전해 수명은 종래 제품의 약 1.5배가 되어, 내구성 향상 효과가 인정되었다.As a result, most of the IrO 2 in the formed catalyst layer was crystalline and the crystallite diameter became smaller, which enabled the effective surface area of the electrode to be increased. As a result of the evaluation of the accelerated electrolytic life, the sulfate life was about 1.4 times as long as that of the conventional product, and the gelatin-added sulfuric acid electrolytic life was about 1.5 times that of the conventional product.

이하, 본 발명에 따른 실험 조건 및 방법을 나타낸다.Hereinafter, experimental conditions and methods according to the present invention will be described.

비정질 산화 이리듐의 형성 온도 및 그 후의 결정화를 위한 후-베이킹 온도의 범위를 조사하기 위해서, 표 1에 나타낸 시료를 제작하여 X선 회절, 순환 전압-전류법(cyclic voltammetry), 산소 발생 과전압 등을 측정하였다.In order to investigate the formation temperature of the amorphous iridium oxide and the range of the post-baking temperature for subsequent crystallization, samples shown in Table 1 were prepared and subjected to X-ray diffraction, cyclic voltammetry, Respectively.

시료의 제작 방법은 이하와 같이 하였다.A sample was prepared as follows.

JIS I종 티탄판의 표면을 철 그릿(iron grit)(G120 사이즈)로 건식 블러스트 처리를 하고, 이어서 비등 농염산 수용액 중에서 10분간 산 세척 처리를 하여 전극 금속 기체의 세정 처리를 실시하였다. 세정된 전극 금속 기체를 증발원(源)으로 하여 Ti-Ta 합금 타겟을 이용한 아크 이온 도금 장치에 세트하고, 전극 금속 기체 표면에 탄탈 및 티탄 합금 기초층 코팅 피복을 실시하였다. 코팅 조건은 표 1과 같다.The surface of the JIS I type titanium plate was dry blast treated with iron grit (G120 size), and then subjected to acid cleaning treatment in a boiling concentrated hydrochloric acid aqueous solution for 10 minutes to perform cleaning treatment of the electrode metal gas. The cleaned electrode metal gas was set as an evaporation source in an arc ion plating apparatus using a Ti-Ta alloy target, and the surface of the electrode metal substrate was coated with a tantalum and titanium alloy base layer coating. The coating conditions are shown in Table 1.

[표 1][Table 1]

Figure 112014064456813-pct00001
Figure 112014064456813-pct00001

이어서, 상기 코팅된 금속 기체는 공기 순환식 전기로 안에서 530℃에서 180분동안 열처리를 실시하였다.Subsequently, the coated metal gas was heat-treated at 530 DEG C for 180 minutes in an air circulating electric furnace.

이어서, 사염화 이리듐, 오염화 탄탈을 농염산에 용해하여 코팅액으로 하고, 상기 피복 처리된 금속 기체에 도포하였다. 건조시킨 후, 공기 순환식 전기로 안에서 표 2에 나타낸 온도로 15분동안 열분해 코팅을 실시하고, 산화 이리듐과 산화 탄탈과의 혼합 산화물로 이루어진 전극 촉매층을 형성하였다. 코팅액의 1회당 코팅 두께가 이리듐 금속으로 환산하여 거의 3.0g/㎡가 되도록 상기 코팅액의 양을 설정하고, 이러한 코팅-소성 조작을 9회 반복하여, 이리듐 금속 환산으로 약 27.0g/㎡의 전극 촉매층을 얻었다.Then, iridium tetrachloride and tantalized tantalum were dissolved in concentrated hydrochloric acid to prepare a coating solution, which was then applied to the coated metal substrate. After drying, thermal decomposition coating was carried out in the air circulating electric furnace at the temperature shown in Table 2 for 15 minutes to form an electrode catalyst layer made of mixed oxide of iridium oxide and tantalum oxide. The amount of the coating solution was set so that the coating thickness of the coating solution was approximately 3.0 g / m 2 in terms of iridium metal, and the coating-firing operation was repeated 9 times to obtain an electrode catalyst layer of about 27.0 g / ≪ / RTI >

이어서, 상기 촉매층을 피복한 시료는 공기 순환식 전기로 안에서 표 2에 나타낸 온도에서 추가로 1시간동안 후-베이킹을 실시하여, 전해용 전극을 제작하였다. 또한, 비교 목적으로 후-베이킹을 하지 않은 시료를 제작하였다.Subsequently, the sample coated with the catalyst layer was subjected to post-baking for 1 hour at the temperature shown in Table 2 in an air circulating electric furnace to produce an electrolytic electrode. In addition, a sample without post-baking was prepared for comparison purposes.

각 시료의 소성 온도와 후-베이킹 온도의 리스트는 표 2에 나타냈다.A list of firing temperature and post-bake temperature of each sample is shown in Table 2.

평가 실험 항목Evaluation experiment item

(1) 결정화도와 결정자 지름의 측정(1) Measurement of crystallinity and crystallite diameter

X선 회절법으로 촉매층의 IrO2 결정성 및 결정자 지름을 측정하였다.The X-ray diffraction method was used to measure the IrO 2 Crystallinity and crystallite diameter were measured.

회절 피크 강도로부터 결정화도를 추산하였다.The degree of crystallization was estimated from the diffraction peak intensity.

(2) 전극 정전 용량(2) Electrostatic capacitance

순환 전압-전류법 법(cyclic voltammetry method)The cyclic voltammetry method

전해액:150g/L H2SO4 수용액Electrolyte: 150 g / LH 2 SO 4 aqueous solution

전해 온도:60℃Electrolysis temperature: 60 ℃

전해 면적:10×10㎟Electrolytic area: 10 × 10㎟

반대극:Zr 판(20mm×70mm)Reverse polarity: Zr plate (20 mm x 70 mm)

참조 전극:황산 제일 수은 전극(SSE)Reference electrode: Mercury Sulfate Electrode (SSE)

(3) 산소 과전압 측정(3) Oxygen overvoltage measurement

전류 차단법(current interrupt method)Current interrupt method

전해액:150g/L H2SO4 수용액Electrolyte: 150 g / LH 2 SO 4 aqueous solution

전해 온도:60℃Electrolysis temperature: 60 ℃

전해 면적:10×10㎟Electrolytic area: 10 × 10㎟

반대극:Zr 판(20mm×70mm)Reverse polarity: Zr plate (20 mm x 70 mm)

참조 전극:황산 제일 수은 전극(SSE)Reference electrode: Mercury Sulfate Electrode (SSE)

[표 2][Table 2]

Figure 112014064456813-pct00002
Figure 112014064456813-pct00002

소성 온도 및 후-베이킹 온도에 의한 IrO2 결정성의 변화는 하기와 같았다.The change in the crystallinity of IrO 2 by the baking temperature and post-baking temperature was as follows.

결정화도의 추산은 종래 제품의 결정 회절 피크(θ=28°) 강도를 100으로 하여, 각 샘플의 결정 회절 피크(θ=28°)의 강도와 종래 제품의 강도와의 비율을 결정화도로 하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다. 또한, 표 2의 결정화도에 관한 데이터를 근거로 작성한 그래프를 도 1에 나타내었다.The degree of crystallization was determined by setting the intensity of the crystal diffraction peak (? = 28 占 of the conventional product to 100, and the ratio of the intensity of the crystal diffraction peak (? = 28 占) of each sample to the intensity of the conventional product as the degree of crystallization. The results are shown in Table 2. Further, a graph prepared based on the data on the degree of crystallization of Table 2 is shown in Fig.

표 2 및 도 1로부터 명백하듯이, 본 발명의 실시예(430℃ 내지 480℃의 비교적 고온 영역에서의 고온 소성 + 520℃ 내지 600℃의 추가의 고온 영역에서의 후-베이킹)에 의한 샘플 2 내지 4 및 6 내지 8의 후-베이킹 후의 산화 이리듐의 결정화도≥80%였다. 한편, 후-베이킹 없는 430℃ 소성에 의한 전극 촉매층(샘플 1)에 귀속하는 산화 이리듐의 명료한 피크는 인정되지 않고, 이 시료의 촉매층이 비정질의 산화 이리듐으로 형성되어 있는 것을 확인하였다. 후-베이킹 없는 480℃ 소성에 의한 전극 촉매층(샘플 5)의 결정화도는 72%이며, 비정질 산화 이리듐이 많이 잔존하고 있었다. 또한, 종래 제품인 샘플 9는 완전하게 결정화되어 결정화도는, 100%였지만, 결정자 지름이 9.1㎚로 커져서, 그로 인해, 전기 정전 용량은 7.6으로 낮은 값이 되고, 유효 표면적이 작았다.As apparent from Table 2 and FIG. 1, it can be seen that the sample of the present invention (post-baking at a high temperature region of 430 DEG C to 480 DEG C and post-baking at an additional high temperature region of 520 DEG C to 600 DEG C) The crystallinity of the iridium oxide after the post-baking of 4 and 6 to 8 was 80%. On the other hand, a clear peak of iridium oxide attributed to the electrode catalyst layer (sample 1) by firing at 430 ° C without post-baking was not recognized, and it was confirmed that the catalyst layer of this sample was formed of amorphous iridium oxide. The degree of crystallization of the electrode catalyst layer (Sample 5) by baking at 480 DEG C without post-baking was 72%, and a large amount of amorphous iridium oxide remained. Sample 9, which is a conventional product, was completely crystallized to have a crystallinity of 100%, but had a crystallite diameter of 9.1 nm, resulting in a low electrostatic capacitance of 7.6 and a small effective surface area.

즉, 고온 후-베이킹에 의한 결정화도의 변화에 대해서, 430℃의 소성 후, 추가로 고온 후-베이킹을 실시한 것에 의한 전극 촉매층에 귀속하는 IrO2의 명료한 피크가 나타났으며, 고온 후-베이킹에 의해 촉매층의 비정질 IrO2는 결정질로 전환한 것을 알았다. 또한, 어떤 후-베이킹 온도에서도 피크 강도가 종래 제품과 같았으며, 비정질의 IrO2는 잔존하고 있지 않은 것을 알았다. 한편, 480℃에서 소성처리된 제품은 후-베이킹에 의해서 추가로 높은 정도의 결정화도를 나타내었다. 그러나, 520℃와 560℃에서의 후-베이킹 후 IrO2 비정질이 아직 소량으로 잔존하고 있는 것을 알았다. 이것에 대해서 600℃의 후-베이킹 후의 IrO2 결정화도는 종래 제품과 거의 동등하게 되어, 완전하게 결정화한 것을 알았다.That is, with respect to the change in the degree of crystallization due to the high-temperature post-baking, a clear peak of IrO 2 attributed to the electrode catalyst layer due to the high-temperature post-baking after firing at 430 ° C. was observed, The amorphous IrO 2 in the catalyst layer was converted to crystalline. It was also found that the peak strength was the same as that of the conventional product at any post-baking temperature, and the amorphous IrO 2 remained unremoved. On the other hand, the product calcined at 480 DEG C exhibited an even higher degree of crystallinity after post-baking. However, it was found that after the post-baking at 520 ° C and 560 ° C, the IrO 2 amorphous material still remains in a small amount. On the contrary, it was found that the degree of crystallization of IrO 2 after post-baking at 600 ° C was almost equal to that of the conventional product, and the product was completely crystallized.

이어서, X선 회절에 의해, 결정자 지름을 계산하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다. 또한, 표 2의 결정자 지름에 관한 데이터에 근거해 작성한 그래프를 도 2에 나타냈다.Then, crystallite diameter was calculated by X-ray diffraction. The results are shown in Table 2. A graph created based on the crystallite diameter in Table 2 is shown in Fig.

후-베이킹 없이 430℃에서의 소성에 의해서 형성된 비정질 IrO2의 결정자 지름은 「0」으로 표시하였다. 후-베이킹이 실시되는 경우, 비정질 IrO2는 결정화되었지만, 형성한 결정의 결정자 지름은 종래 제품과 비교해 작아진 것을 알았다. 또한, 후-베이킹 온도 및 IrO2 결정자 지름과의 의존성은 거의 볼 수 없었다.The crystallite diameter of the amorphous IrO 2 formed by firing at 430 ° C without post-baking was expressed as "0". When post-baking is performed, amorphous IrO 2 crystallized, but it was found that the crystallite diameter of the formed crystal was smaller than that of the conventional product. In addition, the dependence of the post-baking temperature and the crystallite diameter of IrO 2 was hardly visible.

한편, 후-베이킹에 따른 480℃ 소성 제품의 결정자 지름은, 후-베이킹 온도와 무관하게, 종래 제품 보다 작아지는 것을 알았다. 즉, 저온 소성에서 형성된 촉매층의 IrO2 결정화도는 후-베이킹에 의해서 상승하였지만, IrO2 결정자 지름의 증가가 억제될 수 있었다.On the other hand, it was found that the crystallite diameter of the fired product at 480 DEG C by post-baking becomes smaller than that of the conventional product regardless of the post-baking temperature. That is, the IrO 2 crystallinity of the catalyst layer formed at low-temperature firing increased by post-baking, but the IrO 2 An increase in crystallite diameter could be suppressed.

표 2의 결정자 지름에 관한 데이터 및 도 2로부터 명백하듯이, 본 발명의 실시예(430℃ 내지 480℃의 비교적 고온 영역에서의 고온 소성 + 520℃ 내지 600℃의 추가의 고온 영역에서의 후-베이킹)에 의한 샘플 2 내지 4 및 6 내지 8의 후-베이킹 후의 산화 이리듐의 결정자 지름≤9.0㎚였다. 한편, 후-베이킹 없이 430℃에서의 소성에 의해서 처리된 전극 촉매층(샘플 1)에 귀속하는 산화 이리듐의 명료한 피크는 인정되지 않고, 이 시료의 촉매층이 비정질의 산화 이리듐으로 형성되어 있는 것을 확인하였다. 후-베이킹 없이 480℃에서의 소성에 의해서 처리된 전극 촉매층(샘플 5)의 결정자 지름은 9.3㎚로 컸다. 또한, 종래 제품인 샘플 9의 산화 이리듐의 결정자 지름은 9.1㎚였다.As can be seen from the data of the crystallite diameters in Table 2 and FIG. 2, it can be seen that in the embodiment of the present invention (high temperature calcination in a relatively high temperature region of 430 DEG C to 480 DEG C, and post-high temperature calcination in a further high temperature region of 520 DEG C to 600 DEG C, Baking) of samples 2 to 4 and 6 to 8 had a crystallite diameter of? 9.0 nm of iridium oxide. On the other hand, no clear peak of iridium oxide attributed to the electrode catalyst layer (Sample 1) treated by firing at 430 ° C without post-baking was recognized, and it was confirmed that the catalyst layer of this sample was formed of amorphous iridium oxide Respectively. The crystallite diameter of the electrode catalyst layer (Sample 5) treated by firing at 480 DEG C without post-baking was as large as 9.3 nm. The crystallite diameter of the iridium oxide of Sample 9, which is a conventional product, was 9.1 nm.

이어서, 430℃ 내지 480℃의 비교적 고온 영역에서의 고온 소성 + 520℃ 내지 600℃의 추가의 고온 영역에서의 후-베이킹에 의한 전극 촉매층의 유효 표면적의 변화를 측정하였다.Subsequently, the change in the effective surface area of the electrode catalyst layer was measured by post-baking at a high temperature of 430 ° C to 480 ° C and a high temperature of + 520 ° C to 600 ° C.

순환 전압-전류법 법으로 산출한 전극 정전 용량은 표 2에 나타냈다. 전극 정전 용량은, 전극의 유효 표면적에 비례하며, 이른바 정전 용량이 많아지면 유효 표면적도 높다고 말할 수 있다. 표 2의 데이터에 근거하여 촉매층의 소성 조건과 정전 용량과의 관계 도면이 도 3에 도시되었다.Table 2 shows the electrode capacitance calculated by the cyclic voltammetry method. The electrostatic capacitance of the electrode is proportional to the effective surface area of the electrode, and when the so-called electrostatic capacity is increased, the effective surface area can be said to be high. A relationship diagram between the firing conditions of the catalyst layer and the electrostatic capacity based on the data in Table 2 is shown in Fig.

표 2 및 도 3으로부터 본 발명의 실시예(430℃ 내지 480℃의 비교적 고온 영역에서의 고온 소성 + 520℃ 내지 600℃의 추가의 고온 영역에서의 후-베이킹)에 의한 샘플 2 내지 4 및 6 내지 8의 전극 정전 용량은 11.6 이상으로 높아지는 것으로 밝혀졌다. 한편, 후-베이킹 없는 430℃의 소성으로 형성한 촉매층의 IrO2(샘플 1)는 비정질이므로, 최대의 유효 표면적(전기 정전 용량)을 나타냈다. 후-베이킹을 실시 한 후, IrO2가 결정화되기 때문에, 유효 표면적(전기 정전 용량)이 감소되었지만, 종래 제품에 비하면 높은 것을 알았다. 이것은 형성한 결정자 지름이 종래 제품에 비해 작아졌기 때문이라고 생각한다. 또한, 후-베이킹 온도의 증가에 의한 전극 유효 표면적(전기 정전 용량)의 감소 경향이 나타났다.From Table 2 and Figure 3 it can be seen that Samples 2 to 4 and 6 < RTI ID = 0.0 > (OMEGA < / RTI > And the electrostatic capacity of the electrode of the present invention was 11.6 or more. On the other hand, IrO 2 (Sample 1) of the catalyst layer formed by firing at 430 ° C without post-baking exhibited the maximum effective surface area (electrostatic capacity) because it was amorphous. After the post-baking, the effective surface area (electrostatic capacity) was decreased because IrO 2 crystallized, but it was found to be higher than that of the conventional products. This is thought to be because the crystallite diameter formed is smaller than that of the conventional product. In addition, there was a tendency to decrease the electrode effective surface area (electrostatic capacity) by increasing the post-baking temperature.

또한, 480℃ 소성 후 후-베이킹 했을 경우(샘플 5 내지 8)에, 후-베이킹 온도와 무관하게, 유효 표면적(전기 정전 용량)은, 거의 동등하지만, 종래 제품에 비해 2배 증대한 것을 알았다. 이것은 IrO2 결정자 지름이 종래 제품에 비해 작고, 또 비정질의 IrO2가 소량으로 잔존하고 있기 때문이라고 생각된다. 또한, 후-베이킹 온도를 상승해도 전극 유효 표면적(전기 정전 용량)의 변화가 나타나지 않았다.In addition, it was found that the effective surface area (electrostatic capacity) was almost the same in the case of post-baking after baking at 480 占 폚 (samples 5 to 8) regardless of the post-baking temperature, . This is thought to be because the IrO 2 crystallite diameter is smaller than the conventional product, and is left with a small amount of amorphous IrO 2. Further, even when the post-baking temperature was raised, no change in electrode effective surface area (electrostatic capacity) was observed.

각 시료의 산소 발생 과전압(100A/d㎡에서 V vs. SSE)을 측정하였다. 결과를 표 2에 나타내었다. 또한, 소성 조건과 산소 발생 과전압과의 의존성은 도 4에 도시되었다. 도 4의 그래프의 변화 경향은 도 3과 반대로 되며, 전극 유효 표면적의 증대에 따라, 시료의 산소 발생 과전압은 저하된 경향이 보였다. 이것은 전극 유효 표면적의 증대에 의한 전류 분포를 분산할 수 있으며, 실전류를 떨어뜨리기 때문인 것으로 생각된다.The oxygen overvoltage (V vs. SSE at 100 A / dm 2) of each sample was measured. The results are shown in Table 2. The dependence of the firing condition and the oxygen overvoltage is also shown in Fig. The tendency of change of the graph of Fig. 4 is opposite to that of Fig. 3, and as the electrode effective surface area increases, the oxygen overvoltage of the sample tends to decrease. It is considered that this is because the current distribution due to the increase of the electrode effective surface area can be dispersed and the actual current is lowered.

최대의 유효 표면적을 가지는 후-베이킹 없는 430℃ 소성 제품은 최저의 산소 과전압을 나타냈지만, 후-베이킹에 의한 유효 표면적을 감소시킴으로써 산소 과전압이 상승하였다. 480℃ 소성 제품의 산소 과전압과 후-베이킹 온도와의 의존성은 동일한 경향을 나타내었다. 또한, 이들 시료의 산소 과전압은 종래 제품에 비해 높아진 것도 알았다. 이것은 종래 제품보다 표면적이 증대했기 때문인 것으로 생각된다.The 430 ° C calcined product with maximum effective surface area exhibited the lowest oxygen overvoltage but increased oxygen overvoltage by reducing the effective surface area by post-baking. The dependence of the oxygen overvoltage and post-baking temperature of the baked product at 480 ° C showed the same tendency. It was also found that the oxygen overvoltage of these samples was higher than that of the conventional products. This is thought to be due to an increase in surface area compared with the conventional product.

표 2 및 도 4로부터 본 발명의 실시예(430℃ 내지 480℃의 비교적 고온 영역에서의 고온 소성 + 520℃ 내지 600℃의 추가의 고온 영역에서의 후-베이킹)에 의한 샘플 2 내지 4 및 6 내지 8의 산소 발생 과전압이 낮아지는 것으로 밝혀졌다.From Table 2 and Figure 4 it can be seen that Samples 2 to 4 and 6 < RTI ID = 0.0 > (I) < / RTI > To < RTI ID = 0.0 > 8 < / RTI >

전술한 바와 같이, 430℃ 내지 480℃의 비교적 고온 영역에서의 고온 소성 + 520℃ 내지 600℃의 추가의 고온 영역에서의 후-베이킹에 의한 소성 수단에 의해서 제작된 전극은 종래 제품에 비해 촉매층의 IrO2 결정이 작고, 전극 표면적을 증대시킬 수 있었다. 이들 시료는 고부하 조건하에서 전류 분포를 분산할 수 있으며, 실전류 부하를 저하시켰으므로, 촉매 소모의 억제 효과가 크고, 내구성의 향상도 기대할 수 있는 것으로 생각된다.As described above, the electrode fabricated by firing at a high temperature in a relatively high temperature range of 430 DEG C to 480 DEG C and a firing means in a further high temperature range of 520 DEG C to 600 DEG C by post-bake, The IrO 2 crystal was small and the electrode surface area could be increased. These samples are able to disperse the current distribution under high load conditions and reduce the actual current load, so that the effect of suppressing the catalyst consumption is high and the improvement of the durability is also expected to be expected.

실시예Example

이어서, 본 발명의 실시예를 설명하지만, 본 발명은 이들에 의해서 제한되는 것은 아니다.Next, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.

<실시예 1>≪ Example 1 >

JIS I종 티탄판의 표면을 철 그릿(G120 사이즈)로 건식 블러스트 처리를 하고, 이어서, 비등 농염산 수용액 중에서 10분간 산 세척 처리를 실시하여, 전극 금속 기체의 세정 처리를 하였다. 세정된 전극 금속 기체를 증발원으로 하여 Ti-Ta 합금 타겟을 이용한 아크 이온 도금 장치에 세트하고, 전극 금속 기체 표면에 탄탈 및 티탄을 함유하는 AIP 기초층 코팅 피복을 실시하였다. 피복 조건은 표 1과 동일하다.The surface of the JIS I-type titanium plate was subjected to a dry blast treatment with iron grit (G120 size) and then subjected to a pickling treatment in a boiling concentrated hydrochloric acid aqueous solution for 10 minutes to perform cleaning treatment of the electrode metal gas. The cleaned electrode metal gas was set as an evaporation source in an arc ion plating apparatus using a Ti-Ta alloy target, and an AIP base layer coating coating containing tantalum and titanium was performed on the electrode metal base surface. The coating conditions are the same as in Table 1.

이어서, 상기 피복 처리된 금속 기체는 공기 순환식 전기로 안에서 530℃에서 180분동안 열처리를 실시하였다. Then, the coated metal gas was heat-treated at 530 DEG C for 180 minutes in an air circulating electric furnace.

이어서, 사염화 이리듐, 오염화 탄탈을 농염산에 용해하여 코팅액으로 하고, 상기 피복된 금속 기체에 도포하였다. 건조시킨 후, 공기 순환식 전기로 안에서 480℃에서 15분동안 열분해 코팅을 실시하고, 산화 이리듐과 산화 탄탈의 혼합 산화물로 포함하는 전극 촉매층을 형성하였다. 코팅액의 1회당 코팅 두께가 이리듐 금속으로 환산하여 거의 3.0g/㎡가 되도록 상기 코팅액의 양을 설정하고, 이 코팅-소성의 조작을 9회 반복하여, 이리듐 금속 환산으로 약 27.0g/㎡의 전극 촉매층을 얻었다.Next, iridium tetrachloride and tantalized tantalum were dissolved in concentrated hydrochloric acid to prepare a coating solution, which was then applied to the coated metal gas. After drying, thermal decomposition coating was carried out at 480 DEG C for 15 minutes in an air circulating electric furnace to form an electrode catalyst layer containing a mixed oxide of iridium oxide and tantalum oxide. The amount of the coating solution was set so that the coating thickness of the coating solution was almost 3.0 g / m 2 in terms of iridium metal, and the coating-firing operation was repeated nine times to obtain an electrode having an electrode of about 27.0 g / Thereby obtaining a catalyst layer.

이 시료에 대해 X선 회절을 실시한 결과, 전극 촉매층에 귀속하는 산화 이리듐의 명료한 피크는 인정되었지만, 피크의 강도는 비교예 1에 비해 낮고, 결정질의 IrO2는 부분적으로 석출한 것을 알았다.As a result of performing X-ray diffraction on this sample, although a clear peak of iridium oxide attributed to the electrode catalyst layer was recognized, the peak intensity was lower than that of Comparative Example 1, and it was found that the crystalline IrO 2 partially precipitated.

이어서, 상기 촉매층을 피복한 시료는 공기 순환식 전기로 안에서 추가로 520℃, 1시간의 후-베이킹을 실시하여, 전해용 전극을 제작하였다.Subsequently, the sample coated with the catalyst layer was further subjected to post-baking at 520 DEG C for 1 hour in an air circulating electric furnace to prepare an electrolytic electrode.

후-베이킹 후 시료에 대해 X선 회절을 실시한 결과, 전극 촉매층에 귀속하는 IrO2의 명료한 피크가 나타났으며, 피크의 강도는 후-베이킹 전에 비해 높아졌지만, 비교예 1에 비해서는 여전히 낮았다. 이로부터, 고온 후-베이킹 이전의 저온 소성의 피복 공정으로 형성한 촉매층의 결정화도가 증가했지만, 비정질 IrO2이 여전히 부분적으로 잔존하고 있는 것을 알았다.As a result of performing X-ray diffraction on the sample after the post-baking, a clear peak of IrO 2 attributed to the electrode catalyst layer appeared, and the intensity of the peak was higher than that before the post-baking but was still lower than that of Comparative Example 1 . From this, it was found that although the degree of crystallization of the catalyst layer formed by the low temperature baking process before high temperature post-baking was increased, the amorphous IrO 2 still remained partially.

이와 같이 하여 제작한 전해용 전극에 대해 표 3에 나타낸 2종류 수명 평가 시험(순(純)황산 용액 및 젤라틴-부가 황산 용액의 양쪽)을 실시하였다. 결과를 표 4에 나타내었다. 표 4의 비교예 1(종래 제품)에 비하면, 황산 전해 수명은 1.7배, 젤라틴 전해 수명은 1.1배가 되었으므로, 황산 또는 유기 첨가물에 대한 내구성이 양쪽 모두 향상된 것임이 명백하였다.Two types of life evaluation tests (both of a pure sulfuric acid solution and a gelatin-added sulfuric acid solution) shown in Table 3 were performed on the electrolytic electrode thus produced. The results are shown in Table 4. It was clear that the durability against sulfuric acid or the organic additive was improved because the sulfuric acid electrolytic life span was 1.7 times and the gelatin electrolytic water life was 1.1 times that of Comparative Example 1 (conventional product) shown in Table 4.

[표 3][Table 3]

Figure 112014064456813-pct00003
Figure 112014064456813-pct00003

<실시예 2>≪ Example 2 >

공기 순환식 전기로 안에서의 후-베이킹의 온도를 560℃으로 한 것 이외는, 실시예 1과 같게 하여, 평가용 전극의 제작을 실시하고, 이어서 같은 전해 평가를 실시하였다.The evaluation electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the temperature for post-baking in the air circulating electric furnace was changed to 560 캜, and then the same electrolytic evaluation was carried out.

후-베이킹 후의 X선 회절을 실시한 결과, 촉매층의 IrO2의 결정화도와 결정자 지름은 실시예 1과 동일한 정도로 인정되었다.As a result of X-ray diffraction after post-baking, the degree of crystallization and the crystallite diameter of IrO 2 in the catalyst layer were found to be about the same as in Example 1.

표 4에 나타낸 바와 같이, 표 4의 비교예 1(종래 제품)과 비교하면, 황산 전해 수명은 1.5배, 젤라틴 전해 수명은 1.3배가 되었으므로, 황산 또는 유기 첨가물에 대한 내구성이 양쪽 모두 향상된 것임이 분명히 하였다.As shown in Table 4, as compared with Comparative Example 1 (conventional product) shown in Table 4, since the sulfuric acid electrolytic life span was 1.5 times and the gelatin electrolytic water life was 1.3 times, the durability against sulfuric acid or organic additives was both improved Respectively.

<비교예 1>≪ Comparative Example 1 &

실시예 1에 있어서의 공기 순환식 전기로 안에서의 소성 온도, 소성 시간을 520℃, 15분간으로 바꾸어 열분해 코팅을 실시하여, 산화 이리듐과 산화 탄탈과의 혼합 산화물로 이루어진 전극 촉매층을 형성하였다. 이렇게 하여 제작된 전극은 후-베이킹을 실시하지 않고, 실시예 1과 같은 X선 회절과 전해 평가를 실시하였다.The firing temperature and the firing time in the air circulating electric furnace of Example 1 were changed to 520 ° C for 15 minutes to form an electrode catalyst layer made of a mixed oxide of iridium oxide and tantalum oxide. The electrode thus produced was subjected to the same X-ray diffraction and electrolysis evaluation as in Example 1, without post-baking.

이 시료에 대해 X선 회절을 실시한 결과, 전극 촉매층에 귀속하는 산화 이리듐의 명료한 피크는 인정되어 촉매층의 IrO2가 결정질인 것을 확인하였다.As a result of performing X-ray diffraction on this sample, a clear peak of iridium oxide attributed to the electrode catalyst layer was recognized, and it was confirmed that IrO 2 in the catalyst layer was crystalline.

실시예 1과 같은 수명 평가를 실시하였다. 표 4에 나타낸 결과로부터, 본 발명에서 제안된 저온 소성 + 고온 후-베이킹의 촉매층의 형성에 의해 고부하 조건하에서의 전해에 대한 내구성이 향상된 것임이 명백하였다.The life evaluation was performed in the same manner as in Example 1. From the results shown in Table 4, it was clear that the durability against electrolysis under high load conditions was improved by the formation of the catalyst layer of low temperature firing + high temperature post-baking proposed in the present invention.

<비교예 2>≪ Comparative Example 2 &

후-베이킹을 실시하지 않는 것 이외는, 실시예 1과 같게 하여, 평가용 전극의 제작을 실시하고, 이어서 실시예 1과 같은 전해 평가를 실시하였다.The evaluation electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the post-baking was not performed, and then the same electrolytic evaluation as in Example 1 was carried out.

표 4에 나타낸 것처럼, 후-베이킹하지 않고 480℃ 소성한 전극의 황산 전해 수명과 젤라틴 전해 수명은 비교예 1의 종래 제품과 동등하게 되어, 내구성 향상 효과가 나타나지 않았다.As shown in Table 4, the sulfate life and gelatin electrolytic life of the electrode baked at 480 占 폚 without post-baking were equivalent to those of the conventional product of Comparative Example 1, and the durability improvement effect did not appear.

[표 4][Table 4]

Figure 112014064456813-pct00004
Figure 112014064456813-pct00004

산업상의 이용 가능성Industrial availability

본 발명은, 각종 공업적 전해에 사용되는 산소 발생용 양극 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전해 동박 등의 전해 금속박 제조, 알루미늄 액중 급전, 연속 전기 아연 도금 강판 제조, 금속 채취 등의 공업적 전해에서 사용되는, 고부하 전해 조건하에서 뛰어난 내구성을 가지는 내고부하용 산소 발생용 양극으로서 이용할 수 있다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an anode for generating oxygen for use in various industrial electrolysis and a method of producing the same, and more specifically, to a method for producing an electrolytic metal foil such as an electrolytic copper foil, feeding in an aluminum liquid, producing a continuous galvanized steel sheet, And can be used as an oxygen generating anode for high-temperature and high-load-carrying high load durability under high load electrolysis conditions, which is used in industrial electrolysis.

Claims (8)

도전성 금속 기체(基體; substrate), 및 상기 도전성 금속 기체 상에 형성된 산화 이리듐 및 산화 탄탈을 함유하는 촉매층을 포함하는 산소 발생용 양극(anode)에 있어서, 상기 촉매층의 1회당 이리듐 코팅량≥2g/㎡이며, 상기 코팅은 430℃ 내지 480℃의 고온 영역에서 가열 소성되어 산화 탄탈 및 비정질 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을 형성하고, 상기 산화 탄탈 및 비정질 산화 이리듐을 함유하는 촉매층은 520℃ 내지 600℃의 추가의 고온 영역에서 후-베이킹(post-baking)되어 상기 촉매층 중의 산화 이리듐을 결정화하는 것을 특징으로 하는 산소 발생용 양극.1. An anode for generating oxygen, comprising a conductive metal substrate and a catalyst layer containing iridium oxide and tantalum oxide formed on the conductive metal substrate, wherein the iridium coating amount per unit time of the catalyst layer is 2 g / And the coating is heat-fired in a high-temperature region of 430 to 480 DEG C to form a catalyst layer containing tantalum oxide and amorphous iridium oxide, and the catalyst layer containing tantalum oxide and amorphous iridium oxide is heated to a temperature of 520 to 600 DEG C And post-baking in an additional high-temperature region to crystallize iridium oxide in the catalyst layer. 제 1 항에 있어서,
도전성 금속 기체, 및 상기 도전성 금속 기체 상에 형성된 산화 이리듐 및 산화 탄탈을 함유하는 촉매층을 포함하되, 상기 촉매층의 1회당 이리듐 코팅량≥2g/㎡이며, 상기 후-베이킹 후의 촉매층 중의 산화 이리듐의 결정화도≥80%인 것을 특징으로 하는 산소 발생용 양극.
The method according to claim 1,
And a catalyst layer containing iridium oxide and tantalum oxide formed on the conductive metal substrate, wherein the iridium coating amount per one time of the catalyst layer is 2 g / m < 2 >, and the crystallinity of the iridium oxide in the catalyst layer after the post- ≪ / RTI > 80%.
제 1 항에 있어서,
도전성 금속 기체, 및 상기 도전성 금속 기체 상에 형성된 산화 이리듐 및 산화 탄탈을 함유하는 촉매층을 포함하되, 상기 촉매층의 1회당 이리듐 코팅량≥2g/㎡이며, 상기 촉매층 중의 산화 이리듐의 결정자 지름≤9.0㎚인 것을 특징으로 하는 산소 발생용 양극.
The method according to claim 1,
And a catalyst layer containing iridium oxide and tantalum oxide formed on the conductive metal substrate, wherein the iridium coating amount per one time of the catalyst layer is? 2 g / m 2, the crystallite diameter of the iridium oxide in the catalyst layer is? 9.0 nm Wherein the anode is made of a metal.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
도전성 금속 기체, 및 상기 도전성 금속 기체 상에 형성된 산화 이리듐 및 산화 탄탈을 함유하는 촉매층을 포함하되, 상기 촉매층을 형성하기 전에 아크 이온 도금법(arc ion plating process)에 의해서 상기 도전성 금속 기체 상에 탄탈 및 티탄 성분들을 함유하는 아크 이온 도금 기초층(arc ion plating base layer)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 산소 발생용 양극.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
And a catalyst layer containing iridium oxide and tantalum oxide formed on the conductive metal substrate, wherein the tantalum and / or tantalum oxide is formed on the conductive metal substrate by an arc ion plating process before forming the catalyst layer, Wherein an arc ion plating base layer containing titanium components is formed.
도전성 금속 기체의 표면에 산화 이리듐 및 산화 탄탈을 함유하는 촉매층을 포함하는 산소 발생용 양극의 제조방법에 있어서,
상기 도전성 금속 기체의 표면에 상기 촉매층 형성용 코팅액(coating solution)을 도포하는 단계로서, 상기 코팅액은, 산화 이리듐 및 산화 탄탈의 원재료(raw material)를 함유하거나, 또는 이리듐 염 또는 탄탈 염을 함유하는 것이고, 상기 촉매층의 1회당 이리듐 코팅량≥2g/㎡로 하는 것인 단계;
상기 도전성 금속 기체를 산화성 분위기 중의 430℃ 내지 480℃의 고온 영역에서 가열 소성하여 비정질 및 결정질 산화 이리듐을 공존시키는 단계; 및
상기 도전성 금속 기체를 산화성 분위기 중의 520℃ 내지 600℃의 추가의 고온 영역에서 후-베이킹하여 상기 촉매층 중의 산화 이리듐을 결정화시키는 단계
를 포함하는, 산소 발생용 양극의 제조방법.
A production method of an oxygen-generating anode comprising a catalyst layer containing iridium oxide and tantalum oxide on the surface of a conductive metal substrate,
Applying a coating solution for forming a catalyst layer on the surface of the conductive metal substrate, wherein the coating solution contains a raw material of iridium oxide and tantalum oxide, or contains an iridium salt or a tantalum salt , And the iridium coating amount per unit time of the catalyst layer is 2 g / m 2;
Heating and firing the conductive metal gas in a high temperature region of 430 ° C to 480 ° C in an oxidizing atmosphere to coexist amorphous and crystalline iridium oxide; And
Post-baking the conductive metal gas in an oxidizing atmosphere at an additional high temperature region of 520 ° C to 600 ° C to crystallize iridium oxide in the catalyst layer
Wherein the cathode is made of a metal.
제 5 항에 있어서,
상기 촉매층의 1회당 이리듐 코팅량≥2g/㎡로 하여 430℃ 내지 480℃의 고온 영역에서 가열 소성함으로써 도전성 금속 기체의 표면에 산화 탄탈 및 비정질 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을 형성하고, 상기 산화 탄탈 및 비정질 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을, 상기 촉매층 중의 산화 이리듐의 결정화도≥80%로 되도록 520℃ 내지 600℃의 추가의 고온 영역에서 후-베이킹하는 것을 특징으로 하는 산소 발생용 양극의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Forming a catalytic layer containing tantalum oxide and amorphous iridium oxide on the surface of the conductive metal substrate by heating and firing at a high temperature region of 430 ° C to 480 ° C at an iridium coating amount of 2 g / Wherein the catalyst layer containing amorphous iridium oxide is post-baked at an additional high temperature region of 520 DEG C to 600 DEG C such that the crystallinity of the iridium oxide in the catalyst layer is 80%.
제 5 항에 있어서,
상기 촉매층의 1회당 이리듐 코팅량≥2g/㎡로 하여 430℃ 내지 480℃의 고온 영역에서 가열 소성함으로써 도전성 금속 기체의 표면에 산화 탄탈 및 비정질 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을 형성하고, 상기 산화 탄탈 및 비정질 산화 이리듐을 함유하는 촉매층을, 상기 촉매층 중의 산화 이리듐의 결정자 지름≤9.0㎚로 되도록 520℃ 내지 600℃의 추가의 고온 영역에서 후-베이킹하는 것을 특징으로 하는 산소 발생용 양극의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Forming a catalytic layer containing tantalum oxide and amorphous iridium oxide on the surface of the conductive metal substrate by heating and firing at a high temperature region of 430 ° C to 480 ° C at an iridium coating amount of 2 g / Baking the catalyst layer containing amorphous iridium oxide at an additional high temperature region of 520 DEG C to 600 DEG C such that the crystallite diameter of the iridium oxide in the catalyst layer is 9.0 nm or less.
제 5 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,
도전성 금속 기체, 및 상기 도전성 금속 기체 상에 형성된 산화 이리듐 및 산화 탄탈을 함유하는 촉매층을 포함하는 산소 발생용 양극의 제조방법에 있어서, 상기 촉매층을 형성하기 전에 아크 이온 도금법에 의해서 상기 도전성 금속 기체 상에 탄탈 및 티탄 성분들을 함유하는 아크 이온 도금 기초층을 형성하는 것을 특징으로 하는 산소 발생용 양극의 제조방법.
8. The method according to any one of claims 5 to 7,
A method for producing an oxygen-generating anode comprising a conductive metal substrate and a catalyst layer containing iridium oxide and tantalum oxide formed on the conductive metal substrate, wherein the conductive metal substrate phase Wherein an arc ion plating base layer containing tantalum and titanium components is formed on the surface of the substrate.
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