KR101778473B1 - Anatase multi-channel porous coating film - Google Patents
Anatase multi-channel porous coating film Download PDFInfo
- Publication number
- KR101778473B1 KR101778473B1 KR1020160161771A KR20160161771A KR101778473B1 KR 101778473 B1 KR101778473 B1 KR 101778473B1 KR 1020160161771 A KR1020160161771 A KR 1020160161771A KR 20160161771 A KR20160161771 A KR 20160161771A KR 101778473 B1 KR101778473 B1 KR 101778473B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- anatase
- porous
- coating film
- channel
- porous body
- Prior art date
Links
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 64
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 30
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 22
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 21
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 7
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 7
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003011 anion exchange membrane Substances 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 238000006298 dechlorination reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 2
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 2
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003086 Ti–Pt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 chlorine ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
- H01B1/08—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D1/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on inorganic substances
-
- C09D7/1291—
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
- C09D7/40—Additives
- C09D7/70—Additives characterised by shape, e.g. fibres, flakes or microspheres
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2022—Light-sensitive devices characterized by he counter electrode
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
Abstract
Description
본 발명은 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 복수의 제1기공과 상기 제1기공 내에 위치하는 복수의 제2다공체를 포함하는 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막에 관한 것이다.The present invention relates to an anatase multi-channel porous coating film, and more particularly, to an anatase multi-channel porous coating film including a plurality of first pores and a plurality of second porous bodies positioned in the first pores.
염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell)는 산화환원 전해질로 구성되어 있으며, 표면에 화학적으로 흡착된 염료 분자가 태양빛을 받아 전자를 냄으로써 전기를 생산하는 전지이다. 염료감응형 태양전지는 표면에 염료분자가 화학적으로 흡착된 나노 입자 반도체 산화물 전극에 태양빛이 흡수되면 염료분자는 전자를 내놓게 되는데 이 전자가 여러 경로를 통하여 투명 전도성 기판으로 전달되어 최종적으로 전류를 생성한다. 염료감응형 태양전지는 나노 크기의 염료분자를 사용하며 일반적으로 이산화티타늄(TiO2)을 많이 사용한다.Dye-sensitized solar cell is composed of redox electrolyte, and the dye molecules chemically adsorbed on the surface absorb the sunlight to generate electrons and generate electricity. In a dye-sensitized solar cell, when nanoparticle semiconductor oxide electrodes chemically adsorbed dye molecules on the surface are absorbed by the sunlight, the dye molecules emit electrons, which are transferred to the transparent conductive substrate through various paths, . Dye-sensitized solar cells use nano-sized dye molecules and generally use titanium dioxide (TiO 2 ).
염료감응형 태양전지의 에너지 효율을 높이기 위해서는 전극이 전류 밀도를 높일 수 있는 구조로 형성되어야 하는데, 이를 위해 일반적으로 전극을 다공성 구조로 형성한다. 종래에는 전극을 다공성 구조로 형성하기 위해 졸-겔 방법을 사용하여 분말 상태의 나노포러스 이산화티타늄을 형성한 후 이를 페이스트 상태의 전극재로 제조하였다. 예를 들어 대한민국 공개특허 제2011-0093153호에는 티타늄이소프로폭사이드(Ti-isopropoxide)를 2-프로판올(2-propanol)에 용해시키며 카본 블랙(carbon black)을 첨가하는 단계와, 수산화 암모늄(NH4OH) 수용액을 첨가하며 교반하여 졸(sol) 상태로 형성한 후 건조시켜 겔(gel) 상태로 형성하는 단계와, 소결로에서 소결한 후 분말 상태의 나노포러스 TiO2 파우더를 형성하는 단계 및 나노포러스 TiO2 파우더를 페이스트 상태의 전극재로 제조하는 단계를 통해 나노포러스 이산화티타늄 전극재를 제조하는 방법에 대해 기재되어 있다. In order to increase the energy efficiency of the dye-sensitized solar cell, the electrode must be formed in a structure capable of increasing the current density. In general, the electrode is formed into a porous structure. Conventionally, a powdered nanoporous titanium dioxide was formed by using a sol-gel method to form an electrode as a porous structure, and the electrode material was made into a paste state. For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0093153 discloses a method comprising the steps of dissolving titanium isopropoxide in 2-propanol and adding carbon black, and adding ammonium hydroxide (NH 3) 4 OH) aqueous solution is added and stirred to form a sol state, followed by drying to form a gel state; a step of forming a powdered nanoporous TiO 2 powder after sintering in a sintering furnace; There is disclosed a method of manufacturing a nanoporous titanium dioxide electrode material through a step of producing nanoporous TiO 2 powder as an electrode material in a paste state.
그러나 이러한 방법으로 제조된 나노포러스 이산화티타늄 전극재의 경우 제조 공정이 복잡하며, 형성된 기공의 구조가 일정하지 않아 전극의 전류 밀도가 높지 않다. 전극의 전류 밀도가 낮으면 염료감응형 태양전지의 에너지 효율이 낮아지는 문제점이 있다. However, in the case of the nanoporous titanium dioxide electrode material manufactured by this method, the manufacturing process is complicated, and the structure of the formed pores is not constant, so that the current density of the electrode is not high. When the current density of the electrode is low, the energy efficiency of the dye-sensitized solar cell is lowered.
본 발명의 목적은 구조가 단순한 다공성 구조이면서도 3차원 멀티채널을 통해 단위부피 당 아나타제의 접촉가능 면적을 극대화할 수 있는 삼차원 구조의 코팅막으로, 염료감응형 태양전지의 전극으로 사용되는 경우 높은 전류 밀도를 가질 수 있는 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a three-dimensional structure coating film capable of maximizing a contactable area of an anatase per unit volume through a three-dimensional multi-channel structure while having a simple porous structure. When used as an electrode of a dye-sensitized solar cell, The present invention also provides an anatase multi-channel porous coating film which can have an anatase multi-channel porous coating film.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다공성 코팅막은 아나타제 제1분말을 포함하여 이루어지며 0.1 내지 100 ㎛ 크기 범위의 복수의 제1기공을 포함하는 제1다공, 상기 제1기공 내에 위치하며, 아나타제 제2분말을 포함하여 이루어지는 제2다공체를 포함하는 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막으로 달성된다. In order to achieve the above object, the porous coating film of the present invention comprises a first powder of anatase and has a first porous structure including a plurality of first porous structures ranging from 0.1 to 100 탆 in size, And a second porous material including a second powder.
상기 다공성 구조체는 기재 상에 코팅되어 있을 수 있다. The porous structure may be coated on a substrate.
상기 아나타제 제1분말 및 제2분말 중 적어도 어느 하나는 입자분포가 단분산일 수 있다. At least one of the first and second anatase powders may have a monodisperse particle distribution.
상기 제1다공체는 복수의 제1기공의 기공과 인접하는 기공 사이를 연결하는 복수의 제1채널을 포함할 수 있다. The first porous body may include a plurality of first channels connecting pores of the plurality of first pores to adjacent pores.
상기 제1기공 내에서 상기 제2다공체의 적어도 일부는 제1다공체에 결합되어 있을 수 있다. At least a part of the second porous body in the first pore may be bonded to the first porous body.
상기 아나타제 제1분말의 입자 평균크기는 4 내지 10nm 일 수 있다. The average particle size of the first anatase powder may be 4 to 10 nm.
상기 아나타제 제2분말의 입자 평균크기는 4 내지 10nm 일 수 있다. The average particle size of the second anatase powder may be 4 to 10 nm.
상기 아나타제 제2다공체는 상기 제1채널보다 작은 크기의 제2채널을 포함할 수 있다. The second anatase porous body may include a second channel having a size smaller than the first channel.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 해결수단으로서, 상기 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막을 포함하여 이루어진 태양전지용 전극에 의해 달성된다. In order to achieve the above object, the present invention provides an electrode for a solar cell comprising the anatase multi-channel porous coating film.
본 발명은 상대적으로 커다란 제1기공과 제1기공을 연결하는 제1채널, 제1기공 내에 포함되어 복수의 제2채널을 포함하는 제2다공체를 포함하여 형성된 아나타제 다공성 코팅막 구조로서 종래에 비해 단위부피 당 아나타제의 접촉면적이 커지게 되어 염료감응형 태양전지의 전극으로 사용되는 경우 높은 전류 밀도를 가질 수 있어, 염료감응형 태양전지의 에너지 효율을 높일 수 있다.The present invention relates to an anatase porous coating film structure comprising a first channel connecting a relatively large first pore and a first pore, and a second porous body contained in the first pore and including a plurality of second channels, The contact area of the anatase per volume becomes large, and when used as an electrode of a dye-sensitized solar cell, a high current density can be obtained, thereby enhancing the energy efficiency of the dye-sensitized solar cell.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 코팅막을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막 제조방법을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 그래뉼 제조 장치를 개념적으로 나타내는 도면이다.1 is a view conceptually showing a porous coating film according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual view illustrating a method of manufacturing an anatase multi-channel porous coating film according to an embodiment of the present invention.
3 is a view conceptually showing a granulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the technical concept of the present invention, are incorporated in and constitute a part of the specification, and are not intended to limit the scope of the present invention. For the same reason, some of the components in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기재(500) 상에 형성된 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막(1000)을 나타낸 것이며, 그 중 일부를 확대하여 도식화한 것이다. 도 1의 그림 중 우측 하단의 그림은 제1채널을 명확히 나타내기 위해 제2다공체를 생략하여 나타내었다. 다공성 코팅막은 제1다공체(220)로 주 골격이 형성되어 있으며, 제1다공체(220)에 포함되어 있는 다수의 제1기공부(221) 내에 제2다공체(320)를 포함하고 있는 구조다. 또한, 다수의 제1기공부(221)는, 각각의 기공부와 인접하는 하나 이상의 기공부가 제1채널(222)로 연결되어 있다. 본 발명에서 사용한 도면들은 표현상 평면적인 2차원 형상으로 나타내었으나, 실제 각 구성요소가 3차원으로 입체적으로 형성된 구조로서 이해하는 것이 더욱 본 발명을 본질을 이해하는 데 도움이 된다. 제1다공체(220)의 제1기공부(221)는 제2다공체(320)를 포함한다. 다수의 제1기공부(221) 중 적어도 일부는 표면과 공간적으로 직접 연결될 수 있다. 마찬가지로 제2다공체(320) 중 적어도 일부는 코팅막의 상부의 오픈된 제1기공부(221)에도 포함될 수 있다. 제1다공체 내에 포함된 제2다공체(320)는 제1기공부(221) 내에서 제1다공체의 적어도 일부가 결합되어 있을 수 있다. 제2다공체는 제1다공체에 비해서 다소 느슨한 구조로서, 내부에 제2채널을 다수 포함하고 있어, 제1다공체에 연결되어 있어도 구조적으로 차이가 있어 구분이 가능하다. FIG. 1 illustrates an anatase multi-channel
본 발명에서 제1다공체(220)에 포함된 아나타제 제1분말의 입자의 평균크기는 4 내지 10nm 인 단분산 입자이다. 또한 제2다공체(320)에 포함된 아나타제 제1분말의 입자의 평균크기는 4 내지 10nm 인 단분산 입자이다. 제1다공체와 제2다공체에 포함된 아나타제의 입자는 동일한 분말을 사용할 수 있으며, 다른 평균크기의 입자를 사용할 수도 있다. 다만, 단분산 구형입자를 사용하는 것이 코팅막의 구조 및 성능의 균일성 측면에서 바람직하다. 단분산 구형입자 중에서도 크기는 작으면 작을수록 비표면적이 커지게 되므로 작은 입자를 사용하는 것이 유리하다. 그러나 잘 알려졌듯이 입자의 크기가 작아질수록 커지는 비표면적에 의해 입자의 상태가 불안정한 상태가 되어 입자간 응집이 발생하는 문제가 발생한다. 본 발명에서는 사염화티타늄(TiCl4)을 물과 반응시켜 TiOCl2 용액을 만들고 이를 음이온교환막(Anion Membrane)을 이용하는 전해투석법(Electrodialysis)을 사용하여 TiOCl2 수용액에서 염소이온을 제거해내는 탈염소반응(Dechlorination reaction)을 진행하는 방식으로 평균크기가 4 내지 10nm 인 단분산 입자를 용이하게 얻을 수 있었다. 따라서 평균입자 크기의 범위가 4 내지 10nm 인 아나타제 분말은 본 발명에서 활용하였던 제일 작은 크기범위의 입자를 한정한 것이다. In the present invention, the average size of the particles of the first anatase powder contained in the first
본 발명의 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막 제조방법은 다음과 같다. 도 2는 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막 제조방법을 개념적으로 나타내는 도면이다. The method for producing an anatase multi-channel porous coating film of the present invention is as follows. 2 is a conceptual view showing a method of manufacturing an anatase multi-channel porous coating film.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막(1000)를 형성하기 위해서는 우선 폴리스티렌 그래뉼(102)을 형성한다. 상기 폴리스티렌 그래뉼(102)은 폴리스티렌 단구체(101) 입자를 포함하여 구성된 그래뉼이다. 2 (a), in order to form an anatase multi-channel
상기 폴리스티렌 단구체(101) 입자의 평균크기는 입자직경이 대략 300 내지 500 nm 인 것을 이용하였다. 폴리스티렌 단구체(101) 평균크기는 이후 공정에서의 그래뉼 사이즈를 조절하기 용이한 범위와 또한 이후 형성되는 제1다공체의 기공크기를 고려하여 결정한 것이다. 상기 폴리스티렌 단구체(101)와 바인더를 혼합하여 폴리스티렌 페이스트를 형성한다. The mean size of the
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폴리스티렌 그래뉼 제조 장치(400)를 개념적으로 나타내는 도면이다. 폴리스티렌 그래뉼 제조 장치(400)는 길게 연장된 관체(4100)을 포함한다. 상기 공정에서 제조된 폴리스티렌 페이스트(103)를 폴리스티렌 그래뉼 제조 장치(400)에 포함된 가압부(4200)를 이용하여 가압하여 길게 연장된 관체(4100)를 통과시켜 간헐적으로 배출이 되도록 하여 일정한 크기 범위를 갖는 그래뉼을 형성할 수 있다. 가압부(4200)의 형상이나 가압하는 방식은 특별히 한정되지는 않으며, 용이하게 그래뉼을 형성할 수 있는 방법이면 가능하다. 본 발명에서는 주사기와 주사바늘을 이용하여 그래뉼을 형성하였다. 그래뉼의 크기는 길게 연장된 관체의 직경크기에 따라 달라질 수 있으며, 간헐적 배출 시의 배출 간격 역시 그래뉼의 크기를 결정하는 요소가 된다. 배출된 과립형상의 폴리스티렌 페이스트는 건조를 하여 폴리스티렌 그래뉼(102)을 형성하게 된다. 폴리스티렌 그래뉼의 평균 크기는 0.1 내지 100 ㎛가 바람직하다. 폴리스티렌 그래뉼을 길게 연장된 관체를 이용하여 형성하는 경우 평균 크기가 0.1 ㎛ 보다 작게 형성하기는 어려웠으며, 그래뉼의 평균 크기가 0.1 ㎛ 보다 작을 경우 이후 공정에서의 제2다공체 형성을 위한 아나타제 혼합체가 적절히 투입되지 않는 문제가 발생하였다. 그래뉼의 평균 크기가 100 ㎛ 보다 클 경우 제1다공체의 1차 기공이 너무 커서 멀티 채널 중 1차채널의 기능을 기대하기 어려운 문제가 발생하였다. 3 is a view conceptually showing a polystyrene granule manufacturing apparatus 400 according to an embodiment of the present invention. The apparatus 400 for producing polystyrene granules includes a long
도 2의 (b)에서와 같이 폴리스티렌 그래뉼(102)과 아나타제 슬러리(210)를 혼합하여 폴리스티렌-아나타제 혼합체를 형성한다. 폴리스티렌 그래뉼(102)과 아나타제 슬러리(210)를 혼합하여 폴리스티렌-아나타제 혼합체를 형성하는 방법은 특별히 한정되지는 않으나, 멀티채널을 용이하게 형성하기 위해서는 용기(300)에 폴리스티렌 그래뉼(102)을 먼저 채운 후 아나타제 슬러리(210)를 투입하는 것이 이후 단계인 제1다공체(220) 내의 균일한 제1기공부(221) 형성에 바람직하다. 여기서 균일하다는 것은 단위 부피당 기공의 부피의 편차가 크지 않다는 의미로 수학적으로 완전히 같다는 의미는 아니다. 상기 폴리스티렌 그래뉼(102)과 아나타제 슬러리(210)를 혼합하여 폴리스티렌-아나타제 혼합체를 형성하는 단계 이후 건조를 수행한다. 건조를 통해 아나타제 슬러리(210)에 포함된 수분이 증발되면서 아나타제 입자들이 폴리스티렌 그래뉼(102) 사이의 공간에서 입자간 약한 결합상태로 위치한다. 2 (b), the
건조 단계 이후 도 2의 (c)에서와 같이 1차가열단계를 수행한다. 본 발명에서는 1차가열을 600 내지 700℃의 온도로 수행하였다. 1차가열의 주목적은 폴리스티렌 그래뉼(102)을 고온으로 소멸시켜 제1기공부(221)를 형성하기 위함이며, 또 다른 목적은 제1기공부(221)가 안정적으로 유지되어 이후 단계가 원활히 수행될 수 있는 제1다공체(220)를 형성함에 있다. After the drying step, the primary heating step is performed as shown in Fig. 2 (c). In the present invention, the primary heating is carried out at a temperature of 600 to 700 ° C. The primary purpose of the primary heating is to dissolve the
도 2의 (d)는 제1기공부(221)를 포함하는 제1다공체(220)에 아나타제 분산체(310)를 투입하는 단계를 나타낸 것이다. 상기 아나타제 분산체는 상기 폴리스티렌-아나타제 혼합체를 형성하는 단계에서 사용한 것과 같은 아나타제 슬러리일 수 있으며, 아나타제 졸 또는 아나타제 겔 등도 가능하다. 제1다공체의 제1기공부(221) 내에서 다공성을 갖는 아나타제의 제2다공체(320)를 형성할 수 있다면 특별히 한정되지는 않으나, 아나타제 졸이 제1기공부에 투입하는 단계와 다공성 형성이라는 측면에서 고려하면 가장 바람직하다. 제1기공부에 아나타제 분산체(310)를 투입하는 단계 이후 2차가열을 통해, 아나타제 분산체(310)의 입자간 결합강도가 커지게 되어 제1기공부(221) 내에서 제2다공체(320)가 형성된다. 2차가열 온도는 이후 적용되는 용도에서 요구되는 구조체 강도가 얻어질 수 있는 정도의 온도범위이면 가능하다. 본 발명에서는 400 내지 650℃의 범위에서 2차가열을 수행하였다. 2차가열 온도가 400℃보다 낮으면 제2다공체(320)의 입자간 결합이 약해지고 제1다공체와의 결합이 제대로 이루어지지 않는 문제가 발생하였고, 650℃ 이상으로 할 경우에는 루타일 상이 함께 생성되어 광특성을 저해하는 현상과 입자간 소결이 진행되어 다공체 내의 채널이 급격히 감소되는 문제가 발생하였다. FIG. 2 (d) shows the step of injecting the
도 2의 (e)에서는 상기 제조단계를 거쳐 형성된 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막(1000)를 나타내었다. FIG. 2 (e) shows an anatase multi-channel
본 발명에서의 아나타제 슬러리에 포함된 아나타제 입자는 평균 크기가 4 내지 10 nm 인 단분산 입자 형태였다. 입자의 크기가 작을수록 입자 비표면적이 커져 입자간 응집 발생이 용이해져, 나노 크기의 아나타제 단분산 입자를 얻는 것은 일반적인 공정으로는 어렵다. 본 발명에서는 이온교환막을 이용한 전해공정을 이용하여 나노크기 범위의 단분산 입자를 용이하게 제조하였으며, 제조 방법은 다음과 같다. The anatase particles contained in the anatase slurry in the present invention were in the form of monodisperse particles having an average size of 4 to 10 nm. The smaller the size of the particles, the larger the specific surface area of the particles, which facilitates the coagulation between the particles. Thus, it is difficult to obtain nano-sized anatase monodisperse particles. In the present invention, monodisperse particles having a nano size range are easily manufactured using an electrolytic process using an ion exchange membrane.
본 발명의 실시예에 따른 아나타제 이산화티타늄 나노 분말을 제조하기 위해서는, 먼저 액체 상태의 사염화티타늄(TiCl4)을 물과 반응시켜 TiOCl2 수용액을 생성한다. TiOCl2 수용액이 생성되면, 생성된 TiOCl2 수용액은 이온 교환막을 경계로 구분된 일 영역에 위치시키고 이온 교환막의 반대영역에 물을 위치시킨다. 이후 TiOCl2 수용액과 물에 전류를 가하여 TiOCl2 수용액 내에 아나타제 이산화티타늄 나노 분말을 생성한다. 상기 이온 교환막(ion exchange membrane, 3200)은 음이온 교환막으로, Cl- 이온은 통과 가능하며, Ti2 + 이온은 통과하지 못하는 이온교환막이면 특별히 한정되지 않는다. 전류를 가하기 위한 전극으로는 Ti-Pt 전극이 사용될 수 있다. In order to prepare the anatase titanium nano powder according to the embodiment of the present invention, TiOCl 2 aqueous solution is first produced by reacting titanium tetrachloride (TiCl 4 ) in liquid state with water. When a TiOCl 2 aqueous solution is formed, the resulting TiOCl 2 aqueous solution is placed in one region bounded by the ion exchange membrane and water is placed in the opposite region of the ion exchange membrane. After adding the aqueous solution of TiOCl 2 and the current in the water to produce the anatase titanium dioxide nano-powder in the aqueous solution of TiOCl 2. The ion exchange membrane 3200 is an anion exchange membrane and is not particularly limited as long as it is an ion exchange membrane capable of passing Cl - ions and not allowing Ti 2 + ions to pass through. A Ti-Pt electrode can be used as an electrode for applying an electric current.
이와 같은 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막(1000)은 제1다공체 내의 제1기공부의 크기가 비교적 균일하며 제1기공부 내에 제2다공체에 의해 비표면적이 크게 증대된다. 따라서 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막 제조방법으로 제조된 다공성 구조체가 염료감응형 태양전지의 전극으로 사용되는 경우 높은 전류 밀도를 가질 수 있어, 염료감응형 태양전지의 에너지 효율을 높일 수 있다. In such an anatase multi-channel
본 발명은 실험예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.
Claims (9)
상기 제1기공 내에 위치하며, 아나타제 제2분말을 포함하여 이루어지는 제2다공체를 포함하는 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막. A first porous material comprising a first powder of anatase and comprising a plurality of first pores ranging from 0.1 to 100 mu m in size;
And a second porous material disposed in the first pore, the second porous material including a second powder of anatase.
상기 다공성 코팅막은 기재 상에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막.The method of claim 1,
Wherein the porous coating film is coated on a substrate.
상기 아나타제 제1분말 및 제2분말 중 적어도 어느 하나는 입자분포가 단분산인 것을 특징으로 하는 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막.The method of claim 1,
Wherein the particle distribution of at least one of the first powder and the second powder of the anatase is monodispersed.
상기 제1다공체는 복수의 제1기공의 기공과 인접하는 기공 사이를 연결하는 복수의 제1채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막.The method of claim 1,
Wherein the first porous body includes a plurality of first channels connecting pores of the plurality of first pores to adjacent pores.
상기 제1기공 내에서 상기 제2다공체의 적어도 일부는 제1다공체에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막.The method of claim 1,
Wherein at least a part of the second porous body in the first pores is bonded to the first porous body.
상기 아나타제 제1분말의 입자 평균크기는 4 내지 10nm 인 것을 특징으로 하는 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막.The method of claim 1,
Wherein the average particle size of the first anatase powder is 4 to 10 nm.
상기 아나타제 제2분말의 입자 평균크기는 4 내지 10nm 인 것을 특징으로 하는 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막.The method of claim 1,
Wherein the average particle size of the second anatase powder is 4 to 10 nm.
상기 제2다공체는 상기 제1채널보다 작은 크기의 제2채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 아나타제 멀티채널 다공성 코팅막.5. The method of claim 4,
Wherein the second porous body includes a second channel having a size smaller than that of the first channel.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160161771A KR101778473B1 (en) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | Anatase multi-channel porous coating film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160161771A KR101778473B1 (en) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | Anatase multi-channel porous coating film |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101778473B1 true KR101778473B1 (en) | 2017-09-13 |
Family
ID=59968031
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020160161771A KR101778473B1 (en) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | Anatase multi-channel porous coating film |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101778473B1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100830946B1 (en) | 2006-11-15 | 2008-05-20 | 한국과학기술연구원 | Dye sensitized solar cell and the fabrication method thereof |
KR100913308B1 (en) | 2008-10-28 | 2009-08-26 | (주)켐웰텍 | Dye-sensitized solar cell using the nanoporous spherical structure for photo-electrode |
JP4876450B2 (en) | 2004-07-08 | 2012-02-15 | 住友化学株式会社 | Porous electrode, composite element having the porous electrode, and manufacturing method thereof |
KR101410061B1 (en) | 2012-12-24 | 2014-06-30 | 국민대학교산학협력단 | Dye-sensitized solar cell and method of manufacturing thereof |
-
2016
- 2016-11-30 KR KR1020160161771A patent/KR101778473B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4876450B2 (en) | 2004-07-08 | 2012-02-15 | 住友化学株式会社 | Porous electrode, composite element having the porous electrode, and manufacturing method thereof |
KR100830946B1 (en) | 2006-11-15 | 2008-05-20 | 한국과학기술연구원 | Dye sensitized solar cell and the fabrication method thereof |
KR100913308B1 (en) | 2008-10-28 | 2009-08-26 | (주)켐웰텍 | Dye-sensitized solar cell using the nanoporous spherical structure for photo-electrode |
KR101410061B1 (en) | 2012-12-24 | 2014-06-30 | 국민대학교산학협력단 | Dye-sensitized solar cell and method of manufacturing thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Xiao et al. | Sub-5 nm ultrasmall metal–organic framework nanocrystals for highly efficient electrochemical energy storage | |
Song et al. | Synergistic design of a N, O co-doped honeycomb carbon electrode and an ionogel electrolyte enabling all-solid-state supercapacitors with an ultrahigh energy density | |
Chu et al. | Trifunctional of phosphorus-doped NiCo2O4 nanowire materials for asymmetric supercapacitor, oxygen evolution reaction, and hydrogen evolution reaction | |
Vafakhah et al. | Efficient sodium-ion intercalation into the freestanding Prussian blue/graphene aerogel anode in a hybrid capacitive deionization system | |
Wu et al. | Biomimetic bipolar microcapsules derived from Staphylococcus aureus for enhanced properties of lithium–sulfur battery cathodes | |
Cao et al. | Hybrid micro-/nano-structures derived from metal–organic frameworks: preparation and applications in energy storage and conversion | |
Moosavifard et al. | Hierarchical multi-shelled nanoporous mixed copper cobalt phosphide hollow microspheres as a novel advanced electrode for high-performance asymmetric supercapacitors | |
Oh et al. | M13 virus-directed synthesis of nanostructured metal oxides for lithium–oxygen batteries | |
Li et al. | Pseudocapacitive coating for effective capacitive deionization | |
Wu et al. | Carbon-free CoO mesoporous nanowire array cathode for high-performance aprotic Li–O2 batteries | |
US4058482A (en) | Fuel cell electrode | |
CN103578788B (en) | Porous carbon combined electrode containing charge conductive nano-particles, preparation of porous carbon combined electrode and application of porous carbon combined electrode | |
Pham et al. | MoO 2 nanocrystals interconnected on mesocellular carbon foam as a powerful catalyst for vanadium redox flow battery | |
Huang et al. | Controlled synthesis of hollow bimetallic prussian blue analog for conversion into efficient oxygen evolution electrocatalyst | |
Karfa et al. | Shape-dependent electrocatalytic activity of iridium oxide decorated erbium pyrosilicate toward the hydrogen evolution reaction over the entire pH range | |
Li et al. | Facile and nonradiation pretreated membrane as a high conductive separator for Li-ion batteries | |
CN104300133B (en) | A kind of lithium titanate material of CNT cladding and preparation method thereof | |
Wang et al. | Rational design of LaNiO3/carbon composites as outstanding platinum‐free photocathodes in dye‐sensitized solar cells with enhanced catalysis for the triiodide reduction reaction | |
Han et al. | Enhanced hybrid capacitive deionization performance by sodium titanium phosphate/reduced porous graphene oxide composites | |
Li et al. | A strategy for breaking the MOF template to obtain small-sized and highly dispersive polyoxometalate clusters loaded on solid films | |
Qu et al. | Bubble-assisted fabrication of hollow CoMoO 4 spheres for energy storage | |
WO2019021904A1 (en) | Carrier powder, method for producing same, carrier metal catalyst, and method for producing same | |
KR20040058330A (en) | Electrophoretically deposited hydrophilic coatings for fuel cell diffuser/current collector | |
Batyrgali et al. | Recent Advances on Modification of Separator for Li/S Batteries | |
Datar et al. | Improved electrosorption performance using acid treated electrode scaffold in capacitive deionization |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |