KR101814525B1 - Method of manufacturing Graphene electrode material - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 산화물과 질소가 도핑되어 높은 전기 전도도를 가지고, 활성이 높고, 안정성이 높은 그래핀 전극 소재의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 전극 소재의 제조 방법은, 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 형성하는 단계; 상기 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 폴리머와 혼합하여 방사 용액을 형성하는 단계; 상기 방사 용액을 전기방사 방법을 이용하여 방사하여 그물망 구조체를 형성하는 단계; 및 상기 그물망 구조체를 열처리하여, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 형성하는 단계;를 포함한다.The present invention provides a method for producing a graphene electrode material doped with a metal oxide and nitrogen, having high electrical conductivity, high activity, and high stability. A method of fabricating a graphene electrode material according to an embodiment of the present invention includes: forming a graphene doped with a metal and nitrogen; Mixing the metal and nitrogen-doped graphene with a polymer to form a spinning solution; Spinning the spinning solution using an electrospinning method to form a mesh structure; And heat treating the mesh structure to form a graphene electrode material doped with a metal oxide and nitrogen.

Description

그래핀 전극 소재의 제조 방법{Method of manufacturing Graphene electrode material}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a graphene electrode material,

본 발명의 기술적 사상은 그래핀 전극 소재에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 그래핀 전극 소재, 그의 제조 방법, 이를 포함하는 금속공기전지, 이를 포함하는 고체 산화물 연료전지, 및 이를 포함하는 고체 산화물 수전해 셀에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a graphene electrode material. More particularly, the present invention relates to a graphene electrode material, a method of manufacturing the same, a metal air cell including the same, a solid oxide fuel cell including the same, and a solid oxide water-receiving cell comprising the same.

최근에는 기존을 리튬 이온 전지를 대체할 수 있는 이차 전치로서, 고체 산화물 연료전지 및 금속공기전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In recent years, solid oxide fuel cells and metal air cells have been actively studied as secondary replacements that can replace conventional lithium ion batteries.

고체 산화물 연료전지(solid oxide fuel cell: SOFC)는 연료 가스의 화학적 에너지를 전기적 에너지로 직접 변환시키는 고효율의 환경친화적인 전기화학적 발전 기술이다. SOFC는 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 소재가 상대적으로 저렴하며, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없다. 또한 금속공기전지는 현재 쓰이는 이차전지 중 에너지 밀도가 가장 높은 리튬이온전지보다 에너지 밀도가 훨씬 높은 이차전지 기술로, 전기 자동차 등의 차세대 에너지원으로서 활발하게 연구되는 전지이다. A solid oxide fuel cell (SOFC) is a highly efficient, environmentally friendly electrochemical power generation technology that directly converts the chemical energy of a fuel gas into electrical energy. Since all components are solid, SOFC has a simple structure, relatively low cost, and is free from electrolyte loss and replacement and corrosion problems compared to other fuel cells. The metal air cell is a secondary battery technology which is much higher in energy density than the lithium ion battery having the highest energy density among currently used secondary batteries and is actively studied as a next generation energy source for electric vehicles and the like.

고체 산화물 연료전지와 금속공기전지는, 느린 산소환원반응으로 백금과 같은 귀금속 촉매가 요구되므로, 제조 단가가 높은 한계가 있다. 또한, 캐소드의 부반응으로 형성되는 Li2CO3 화합물 등은 전지 성능을 약화시키고, 전지 수명을 단축시킬 우려가 있다. 그러므로, 탄소체 등으로 구성된 집전체가 리튬 이온 등과 반응하지 않는 안정성이 요구된다.The solid oxide fuel cell and the metal air cell are required to have a noble metal catalyst such as platinum due to the slow oxygen reduction reaction, so that the manufacturing cost is high. In addition, Li 2 CO 3 compounds formed by side reactions of the cathode may deteriorate battery performance and shorten battery life. Therefore, it is required that the current collector composed of a carbon body or the like does not react with lithium ions or the like.

또한, 촉매로서 사용되는 니켈이 탄소 증착(carbon deposition)에 의하여 애노드 전극이 급격히 파괴되는 문제점이 있다. 또한, 애노드 전극이 수소 환경에서 구조 상이 안정해야 되며, 동시에 일정 값 이상의 전기 전도도를 유지하는 것이 매우 중요하다. 이러한 수소 환경에서 장기간 사용시 애노드의 성능 저하가 발생할 우려가 있다.Further, the anode used as the catalyst has a problem that the anode electrode is rapidly destroyed by carbon deposition. Also, it is very important that the anode electrode should have a stable structure in a hydrogen environment, and at the same time maintain an electric conductivity higher than a certain value. There is a possibility that the performance of the anode may deteriorate during long-term use in such a hydrogen environment.

따라서, 상온에서 높은 전기 전도도를 가지고, 산소환원반응이나 산소발생반응 등의 활성이 높고, 안정성이 높은 전극소재의 개발이 요구된다.Therefore, development of an electrode material having high electrical conductivity at room temperature, high activity such as oxygen reduction reaction and oxygen generation reaction, and high stability is required.

1. 한국등록특허 제10-1216052호1. Korean Patent No. 10-1216052 2. 한국등록특허 제10-1245815호2. Korean Patent No. 10-1245815

본 발명의 기술적 과제는 금속 산화물과 질소가 도핑되어 높은 전기 전도도를 가지고, 활성이 높고, 안정성이 높은 그래핀 전극 소재를 제공하는 것이다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention provides a graphene electrode material doped with a metal oxide and nitrogen, having high electrical conductivity, high activity, and high stability.

본 발명의 기술적 과제는 높은 전기 전도도를 가지고, 활성이 높고, 안정성이 높은 그래핀 전극 소재의 제조 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method of manufacturing a graphene electrode material having high electrical conductivity, high activity, and high stability.

본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 그래핀 전극 소재를 포함하는 금속공기전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a metal air cell including the graphene electrode material.

본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 그래핀 전극 소재를 포함하는 고체 산화물 연료전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell including the graphene electrode material.

본 발명의 다른 기술적 과제는 그래핀 전극 소재를 포함하는 고체 산화물 수전해 셀을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a solid oxide electrolytic cell including a graphene electrode material.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 그래핀 전극 소재의 제조 방법은, 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 형성하는 단계; 상기 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 폴리머와 혼합하여 방사 용액을 형성하는 단계; 상기 방사 용액을 전기방사 방법을 이용하여 방사하여 그물망 구조체를 형성하는 단계; 및 상기 그물망 구조체를 열처리하여, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 형성하는 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a graphene electrode material, the method including forming graphene doped with a metal and nitrogen; Mixing the metal and nitrogen-doped graphene with a polymer to form a spinning solution; Spinning the spinning solution using an electrospinning method to form a mesh structure; And heat treating the mesh structure to form a graphene electrode material doped with a metal oxide and nitrogen.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 형성하는 단계는, 그라파이트와 금속 볼을 금속 용기에 장입하는 단계; 상기 금속 용기의 내부를 질소 분위기로 형성하는 단계; 및 상기 그라파이트를 상기 금속 볼을 이용하여 볼밀하여 분쇄하여 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of forming the metal and nitrogen-doped graphene comprises the steps of charging graphite and a metal ball into a metal container; Forming an interior of the metal container in a nitrogen atmosphere; And grinding the graphite by ball milling using the metal balls to form graphene doped with a metal and nitrogen.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 그라파이트는 10 메쉬 내지 1000 메쉬의 크기를 가지는 분말을 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the graphite may include a powder having a size of 10 mesh to 1000 mesh.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 금속 볼과 상기 금속 용기는, 스테인레스, 철(Fe), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 망간(Mn), 코발트(Co), 구리(Cu), 아연(Zn), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 테크네튬(Tc), 루비듐(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 카드뮴(Cd), 하프늄(Hf), 탈륨(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 금(Au), 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal ball and the metal container may be made of stainless steel, Fe, Cr, Ni, Sc, Ti, V, (Mn), Co, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, (Rh), Pd, Ag, Cd, Hafnium, Ta, W, Re, Platinum (Pt), gold (Au), or an alloy thereof.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 그래핀에 도핑되는 금속은, 상기 금속 볼, 상기 금속 용기, 또는 이들 모두로부터 제공될 수 있다.In one embodiment of the present invention, a metal doped to the graphene may be provided from the metal ball, the metal container, or both.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 금속 용기 내를 질소 분위기로 형성하는 단계는, 상기 금속 용기를 질소 가스로 충진하고 배출하는 단계를 반복적으로 수행한 후에 최종적으로 상기 금속 용기를 질소 가스로 충진하여 이루어질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of forming the metal container in the nitrogen atmosphere includes repeatedly performing the step of filling and discharging the metal container with the nitrogen gas, and finally filling the metal container with the nitrogen gas .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 그래핀에 도핑된 상기 금속은, 상기 그래핀을 구성하는 탄소 원자 사이에 개재되도록 배치되거나, 상기 탄소 원자와 결합되는 질소 원자를 치환하여 상기 탄소 원자와 결합하도록 배치되거나, 상기 탄소 원자를 치환하여 배치될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal doped in the graphene is disposed to interpose between the carbon atoms constituting the graphene, or the metal atom bonded to the carbon atom is substituted with the carbon atom Or may be substituted by substituting the carbon atoms.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 그물망 구조체를 열처리하여, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 형성하는 단계는, 상기 그물망 구조체의 상기 폴리머가 고리 구조를 형성하도록, 상기 그물망 구조체를 안정화 처리하는 단계; 상기 고리 구조가 형성된 상기 그물망 구조체를 탄화 처리하는 단계; 및 상기 탄화 처리된 상기 그물망 구조체를 활성화 처리하는 단계;를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of heat treating the mesh structure to form a graphene electrode material doped with a metal oxide and nitrogen may include forming the mesh structure of the mesh structure so that the polymer of the mesh structure forms a ring structure. Stabilization processing; Carbonizing the mesh structure having the annular structure formed thereon; And activating the carbonization-treated mesh structure.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 안정화 처리하는 단계는, 공기 분위기에서 250℃ 내지 350℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of stabilizing may be performed at a temperature ranging from 250 ° C to 350 ° C in an air atmosphere.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탄화 처리하는 단계는, 불활성 분위기에서 900℃ 내지 1100℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of carbonizing may be performed at a temperature in the range of 900 ° C to 1100 ° C in an inert atmosphere.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 활성화 처리하는 단계는, 이산화탄소 분위기에서 700℃ 내지 900℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the activating step may be performed at a temperature in the range of 700 ° C to 900 ° C in a carbon dioxide atmosphere.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 안정화 처리하는 단계는 공기 분위기에서 280℃의 온도에서 1 시간 동안 수행되고, 상기 탄화 처리하는 단계는, 질소 가스 분위기에서 1000℃의 온도에서 1 시간 동안 수행되고, 상기 활성화 처리하는 단계는, 이산화탄소 분위기에서 800℃의 온도에서 1 시간 동안 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of stabilizing is performed in an air atmosphere at a temperature of 280 DEG C for 1 hour, and the carbonization step is performed in a nitrogen gas atmosphere at a temperature of 1000 DEG C for 1 hour , The activation step may be carried out at a temperature of 800 DEG C for 1 hour in a carbon dioxide atmosphere.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 그래핀에 도핑된 상기 금속은, 상기 안정화 처리하는 단계에서, 상기 탄화 처리하는 단계에서, 또는 양 단계 모두에서, 금속 산화물을 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal doped in the graphene may form a metal oxide in the step of stabilizing, in the step of carbonizing, or in both steps.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 폴리머는, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리메틸메스아크릴레이트(PMMA), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리우레탄, 폴리에테르우레탄, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 폴리메틸아크릴레이트(PMA), 폴리비닐아세테이트 (PVAc), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리퍼퓨릴알콜(PPFA), 폴리스티렌, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리카프로락톤, 폴리비닐풀루오라이드, 및 폴리아마이드로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the polymer is selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), polymethyl methacrylate (PMMA), polydimethylsiloxane (PDMS), polyurethane, (PMA), polyvinyl acetate (PVAc), polyacrylonitrile (PAN), polypyryl alcohol (PPFA), polystyrene, polyethylene (PE), polyvinyl pyrrolidone (PEO), polypropylene oxide (PPO), polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC), polycaprolactone, polyvinyl fluoride, and polyamide .

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 그래핀 전극 소재는 상술한 방법을 이용하여 형성하고, 금속 산화물과 질소가 도핑되어 있다.According to an aspect of the present invention, a graphene electrode material is formed using the above-described method, and is doped with a metal oxide and nitrogen.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 그래핀 전극 소재는, 탄소로 구성된 그물망 구조체; 및 상기 그물망 구조체에 결합되고, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀;을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a graphene electrode material comprising: a network structure composed of carbon; And graphene coupled to the mesh structure and doped with a metal oxide and nitrogen.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 그래핀은 상기 그물망 구조체의 표면에 노출될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the graphene may be exposed to the surface of the mesh structure.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 금속공기전지는, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재로 구성된 캐소드; 상기 캐소드를 마주보고 배치되는 애노드; 및 상기 캐소드와 상기 캐소드 사이에 배치되는 전해질을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a metal air cell including a cathode including a metal oxide and a nitrogen-doped graphene electrode material; An anode facing the cathode; And an electrolyte disposed between the cathode and the cathode.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 고체 산화물 연료전지는, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재로 구성된 캐소드; 상기 캐소드를 마주보고 배치되는 애노드; 및 상기 캐소드와 상기 캐소드 사이에 배치되는 전해질을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a solid oxide fuel cell comprising: a cathode comprising a graphene electrode material doped with a metal oxide and nitrogen; An anode facing the cathode; And an electrolyte disposed between the cathode and the cathode.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 고체 산화물 수전해 셀은, 물이 분해되어 형성된 수소 가스를 배출하는 캐소드; 상기 캐소드를 마주보고 배치되고 상기 물이 분해되어 형성된 산소 가스를 배출하는 애노드; 및 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 배치되는 전해질을 포함하는, 수소 및 산소를 생성하는 고체 산화물 수전해 셀로서, 상기 캐소드는, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재로 구성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a solid oxide water receiving cell including a cathode for discharging hydrogen gas formed by decomposition of water; An anode disposed facing the cathode and discharging the oxygen gas formed by decomposition of the water; And an electrolyte disposed between the anode and the cathode, wherein the cathode comprises a graphene electrode material doped with a metal oxide and nitrogen.

본 발명의 일 구현예에 의하면, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a graphene electrode material doped with a metal oxide and nitrogen.

상기 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재는, 금속 산화물이 그래핀에 도핑됨에 따라, 비교예들에 비하여 더 낮은 전압에서 산소환원 반응이 시작됨을 의미하고, 또한 동일한 전압에서 더 많은 전류를 발생시킬 수 있다. 실시예는 전압의 절대값이 커짐에 따라 약 -6 내지 -7 범위의 의 디스크 전류(idisk)값을 나타내었다. 이러한 실시예의 산소환원반응 특성은, 본 발명의 실시예가 빠른 산소환원반응을 제공하고 많은 전류를 생성할 수 있음을 의미한다. 산소환원반응에 대한 우수한 촉매가 갖추어야 할 조건은 산소환원 반응이 좀 더 낮은 전압에서 시작되고, 또한 동일한 전압 하에서 많은 전류를 발생해야 한다. 그러므로, 본 발명의 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재는 산소환원반응에 대한 우수한 촉매가 될 수 있다. The graphene electrode material doped with the metal oxide and nitrogen means that as the metal oxide is doped into the graphene, the oxygen reduction reaction starts at a lower voltage than the comparative examples, and furthermore, at the same voltage, . The embodiment showed a disc current (i disk ) value in the range of about -6 to -7 as the absolute value of the voltage increased. The oxygen reduction reaction characteristic of this embodiment means that the embodiment of the present invention provides a quick oxygen reduction reaction and can generate a large amount of current. A good catalyst for an oxygen reduction reaction must have an oxygen reduction reaction that starts at a lower voltage and generates a lot of current under the same voltage. Therefore, the metal oxide and nitrogen-doped graphene electrode materials of the present invention can be excellent catalysts for the oxygen reduction reaction.

상기 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재는, 장기 안정성을 제공할 수 있으며, 또한, 우수한 성능의 산소환원반응을 나타내므로, 전지의 활성을 증가시킬 수 있고, 안정성을 증가시킬 수 있고, 가격을 절감시킬 수 있다.Since the graphene electrode material doped with the metal oxide and nitrogen can provide long-term stability and exhibits excellent performance of oxygen reduction reaction, it is possible to increase the activity of the battery, increase the stability, It can reduce the price.

상기 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재는 금속공기전지, 고체 산화물 연료전지, 및 고체 산화물 수전해 셀의 전극 소재로 이용될 수 있다.The graphene electrode material doped with the metal oxide and nitrogen may be used as an electrode material of a metal air cell, a solid oxide fuel cell, and a solid oxide water-dissolving cell.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 그래핀 전극 소재의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1의 상기 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 형성하는 단계를 도시하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일시예에 따른, 도 2의 상기 그라파이트를 상기 금속 볼을 이용하여 볼밀하여 분쇄하여 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 형성하는 단계를 설명하는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일시예에 따른, 도 2의 상기 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 형성하는 단계에서 형성된 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1의 그래핀 전극 소재의 제조 방법의 전기방사 방법을 수행하는 전기방사 장치를 도시하는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 5의 전기방사 장치에서 방사 용액이 방사되는 형태를 나타내는 도시하는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1의 상기 그물망 구조체를 열처리하여, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 형성하는 단계를 도시하는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재로 형성된 전극을 포함하는 금속공기전지를 설명하는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재로 형성된 전극을 포함하는 고체산화물 연료전지를 설명하는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재로 형성된 전극을 포함하는 고체 산화물 수전해 셀을 설명하는 개략도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일시예에 따라 제조된 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 나타내는 주사전자 현미경 사진들이다.
도 13은 본 발명의 일시예에 따라 제조된 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 나타내는 투과전자 현미경 사진이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재의 산소환원반응을 측정한 그래프이다.
1 is a flow chart showing a method of manufacturing a graphene electrode material according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart illustrating the step of forming the metal and nitrogen doped graphene of Figure 1 according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view illustrating the step of grinding the graphite of FIG. 2 by ball milling using the metal ball to form a metal and nitrogen-doped graphene according to a temporal example of the present invention.
Fig. 4 is a schematic diagram showing a metal and nitrogen-doped graphene formed in the step of forming the metal and nitrogen-doped graphene of Fig. 2 according to a temporal example of the present invention; Fig.
Fig. 5 is a schematic view showing an electrospinning apparatus for performing the electrospinning method of the method of manufacturing the graphene electrode material of Fig. 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic view showing a state in which a spinning solution is radiated in the electrospinning apparatus of FIG. 5 according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a flow chart illustrating a step of heat treating the mesh structure of FIG. 1 to form a metal oxide and nitrogen-doped graphene electrode material, according to an embodiment of the present invention.
8 is a schematic view illustrating a metal air cell including an electrode formed of a metal oxide and a nitrogen-doped graphene electrode material, according to an embodiment of the present invention.
9 is a schematic diagram illustrating a solid oxide fuel cell including an electrode formed of a metal oxide and a nitrogen-doped graphene electrode material, according to an embodiment of the present invention.
10 is a schematic diagram illustrating a solid oxide acceptance cell including an electrode formed of a metal oxide and a nitrogen-doped graphene electrode material, according to an embodiment of the present invention.
11 and 12 are SEM micrographs showing a metal oxide and nitrogen-doped graphene electrode material prepared according to a temporary example of the present invention.
FIG. 13 is a transmission electron microscope photograph showing a metal oxide and nitrogen-doped graphene electrode material manufactured according to a temporary example of the present invention.
FIG. 14 is a graph illustrating an oxygen reduction reaction of a metal oxide and a nitrogen-doped graphene electrode material manufactured according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명에 대하여 더 상세하게 설명한다. 이하 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어를 해석하는 데 있어서는, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 반드시 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석할 것이 아니며, 본 명세서에서 기재하는 바에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석하여야 한다는 것을 밝혀 둔다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. In interpreting the terms or words used in the present specification and claims, it is to be understood that the interpretation of terms or words used herein is necessarily conventional, based on the principle that the inventor can properly define the concept of the term to describe its invention in the best way It is to be understood that the invention is not to be interpreted as being limited only by the precautionary sense, but should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention as described in the present specification.

본 발명의 기술적 사상은 그래핀을 포함하는 전극 소재를 제공하는 것이다. 그래핀은 2차원 형상의 카본 나노 구조체이고, 전하이동도가 약 15,000cm2/Vs로 크고 열전도성이 우수한 것으로 알려져 있다. 이에 따라 그래핀은 전계효과 트랜지스터에 현재 사용되는 실리콘 물질을 대체할 차세대 물질로서 주목받고 있으며, 전극 소재로서도 사용이 기대되고 있다. 그래핀 물질을 이용하는 경우에는, 기존의 반도체 공정 기술 또는 광전소자 공정 기술을 이용하여 소자를 제조하기 용이하며, 특히 대면적 집적화가 용이한 잇점이 있다. 그래핀은 높은 강성과 전기 전도도를 가지고 있으므로, 광전소자나 태양전지의 투명전극이나 전자소자의 활성층에의 활용이 기대되고 있다.
The technical idea of the present invention is to provide an electrode material comprising graphene. Graphene is a two-dimensional carbon nanostructure, has a charge mobility of about 15,000 cm 2 / Vs, and is known to have excellent thermal conductivity. As a result, graphene has attracted attention as a next-generation material to replace silicon materials currently used for field-effect transistors, and is expected to be used as an electrode material. In the case of using a graphen material, it is easy to manufacture a device by using a conventional semiconductor process technology or a photoelectric device process technology, and particularly, it is advantageous in that it can be easily integrated in a large area. Since graphene has high rigidity and electrical conductivity, it is expected to be applied to a transparent electrode of a photoelectric device, a solar cell, or an active layer of an electronic device.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 그래핀 전극 소재의 제조 방법(S100)을 도시하는 흐름도이다.1 is a flow chart showing a method (S100) for manufacturing a graphene electrode material according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 그래핀 전극 소재의 제조 방법(S100)은, 금속과 질소가 도핑된 그래핀(graphene)을 형성하는 단계(S110); 상기 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 폴리머와 혼합하여 방사 용액을 형성하는 단계(S120); 상기 방사 용액을 전기방사 방법을 이용하여 방사하여 그물망 구조체를 형성하는 단계(S130); 및 상기 그물망 구조체를 열처리하여, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 형성하는 단계(S140);를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method (S100) for manufacturing a graphene electrode material includes forming a graphene doped with a metal and nitrogen (S110); Mixing the metal and nitrogen-doped graphene with a polymer to form a spinning solution (S120); (S130) spinning the spinning solution using an electrospinning method to form a mesh structure; And a step (S140) of heat treating the mesh structure to form a graphene electrode material doped with a metal oxide and nitrogen.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1의 상기 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 형성하는 단계(S110)를 도시하는 흐름도이다.Figure 2 is a flow diagram illustrating step S110 of forming the metal and nitrogen doped graphene of Figure 1 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 형성하는 단계(S110)는, 그라파이트(graphite)와 금속 볼을 금속 용기에 장입하는 단계(S111); 상기 금속 용기의 내부를 질소 분위기로 형성하는 단계(S112); 및 상기 그라파이트를 상기 금속 볼을 이용하여 볼밀하여 분쇄하여 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 형성하는 단계(S113);를 포함한다.Referring to FIG. 2, step (S110) of forming the metal and nitrogen-doped graphene comprises: charging (S111) a graphite and a metal ball into a metal container; Forming an interior of the metal container in a nitrogen atmosphere (S112); And grinding the graphite by ball milling using the metal balls to form graphene doped with a metal and nitrogen (S113).

그라파이트와 금속 볼을 금속 용기에 장입하는 단계(S111)에서, 상기 그라파이트는 벌크(bulk) 형태를 가지거나 또는 분말 형태를 가질 수 있다. 상기 그라파이트는, 예를 들어 10 메쉬(mesh) 내지 1000 메쉬의 크기를 가지는 분말을 포함할 수 있고, 예를 들어 100 메쉬의 크기를 가지는 분말을 포함할 수 있다. 상기 금속 볼은, 예를 들어 지름 1 mm 내지 10 mm의 크기를 가질 수 있고, 예를 들어 지름 5 mm 의 크기를 가질 수 있다. In step S111 of loading the graphite and the metal balls into the metal container, the graphite may have a bulk form or may have a powder form. The graphite may include, for example, powder having a size of 10 mesh to 1000 mesh, and may include powder having a size of 100 mesh, for example. The metal ball may have a size of, for example, 1 mm to 10 mm in diameter, and may have a size of, for example, 5 mm in diameter.

상기 금속 볼과 금속 용기는 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 전이 금속을 포함할 수 있다. 상기 금속 볼과 금속 용기는 동일한 물질로 구성되거나 또는 서로 다른 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 볼과 금속 용기는 스테인레스로 구성될 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 금속 볼과 금속 용기는, 철(Fe), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 망간(Mn), 코발트(Co), 구리(Cu), 아연(Zn), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 테크네튬(Tc), 루비듐(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 카드뮴(Cd), 하프늄(Hf), 탈륨(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 금(Au), 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.The metal ball and the metal container may include a metal, and may include, for example, a transition metal. The metal ball and the metal container may be made of the same material or may be made of different materials. For example, the metal ball and the metal container may be made of stainless steel. However, this is illustrative and the technical idea of the present invention is not limited thereto. For example, the metal balls and the metal container may be formed of a metal such as iron (Fe), chromium (Cr), nickel (Ni), scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), manganese ), Copper (Cu), zinc (Zn), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), technetium (Tc), rubidium (Ru) ), Silver (Ag), cadmium (Cd), hafnium (Hf), thallium (Ta), tungsten (W), rhenium (Re), osmium (Os), iridium ), Or an alloy thereof.

상기 금속 용기의 내부를 질소 분위기로 형성하는 단계(S112)는, 질소 가스(N2)를 이용하여 상기 질소 분위기를 형성할 수 있다. 상기 금속 용기의 내부를 질소 분위기로 형성하는 단계(S112)는, 상기 금속 용기의 내부에 질소 가스를 충진하고 배출하는 단계를 반복적으로 수행한 후에, 최종적으로 상기 금속 용기를 질소 가스로 충진하여 이루어질 수 있다. 이러한 반복적인 충진과 배출로 인하여, 상기 금속 용기의 내부를 높은 순도의 질소 가스로 충진시킬 수 있다. 상기 금속 용기의 내부를 질소 분위기로 형성하는 단계(S112)는, 상기 질소 가스의 압력을, 예를 들어 1 bar 내지 20 bar 범위로 형성할 수 있고, 예를 들어 8 bar 로 형성할 수 있다.In the step (S112) of forming the interior of the metal container in a nitrogen atmosphere, the nitrogen atmosphere may be formed using nitrogen gas (N 2 ). The step S112 of forming the interior of the metal container in a nitrogen atmosphere may include repeating the step of filling the metal container with nitrogen gas and discharging the metal container repeatedly and finally filling the metal container with nitrogen gas . Due to such repetitive filling and discharging, the inside of the metal container can be filled with nitrogen gas of high purity. The step of forming the inside of the metal container in a nitrogen atmosphere (S112) may be performed at a pressure of, for example, 1 bar to 20 bar, for example, 8 bar.

상기 그라파이트를 상기 금속 볼을 이용하여 볼밀하여 분쇄하여 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 형성하는 단계(S113)는, 상기 그라파이트와 상기 금속 볼을 예를 들어 100 rpm 내지 1000 rpm의 속도로, 예를 들어 500 rpm의 속도로 회전시킨다. 이러한 회전 시간은, 예를 들어 1시간 내지 100 시간 동안 수행될 수 있고, 예를 들어 48 시간 동안 수행될 수 있다.The step (S113) of forming the graphite and the nitrogen-doped graphene by pulverizing the graphite using the metal ball by ball milling can be carried out by mixing the graphite and the metal ball at a speed of, for example, 100 rpm to 1000 rpm, And rotated at a speed of 500 rpm. This rotation time can be performed, for example, from 1 hour to 100 hours, and can be performed, for example, for 48 hours.

상기 단계(S113) 동안에 상기 그라파이트는 분쇄되어 그라핀을 형성하고, 상기 질소 가스로부터 분해된 질소와 상기 금속 볼, 상기 금속 용기, 또는 이들 모두로부터 제공되는 금속이 상기 그래핀에 도핑될 수 있다. 이에 따라, 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 볼과 상기 금속 용기가 스테인레스 재질로 구성되는 경우에는, 상기 그래핀에 철(Fe), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 등의 상기 스테인레스를 구성하는 물질이 도핑될 수 있다.During the step S113, the graphite is pulverized to form graphene, and nitrogen decomposed from the nitrogen gas and a metal provided from the metal ball, the metal container, or both can be doped to the graphene. Thus, metal and nitrogen-doped graphene can be formed. For example, when the metal ball and the metal container are made of stainless steel, the graphene may be doped with a material such as iron (Fe), chromium (Cr), nickel (Ni) have.

도 3은 본 발명의 일시예에 따른, 도 2의 상기 그라파이트를 상기 금속 볼을 이용하여 볼밀하여 분쇄하여 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 형성하는 단계(S113)를 설명하는 개략도이다.FIG. 3 is a schematic view for explaining a step (S113) of grinding the graphite of FIG. 2 by ball milling using the metal ball to form a graphene doped with a metal and nitrogen according to a temporal example of the present invention.

도 3을 참조하면, 좌측에 도시된 그라파이트는, 복수의 탄소 평판 층이 적층된 적층 구조를 가지고 있고, 금속 용기 내에서 볼밀 단계를 수행하는 도중에 금속 볼에 의하여 분쇄된다. 분쇄된 그라파이트는 우측에 도시된 그라핀으로 분해될 수 있다. 상기 그라핀은 한 층의 탄소 구조체로 구성될 수 있고, 상기 탄소 구조체의 외측에는 질소가 결합되어 도핑될 수 있다. 도 3에서는 금속 원자의 도핑이 생략되어 있으며, 이러한 그래핀은 하기의 도 4에 더 상세하게 도시되어 있다.Referring to Fig. 3, the graphite shown on the left side has a laminated structure in which a plurality of carbon plate layers are laminated, and is crushed by the metal balls during the ball milling step in the metal vessel. The ground graphite can be decomposed into graphene shown on the right side. The graphene may be composed of one layer of carbon structure, and nitrogen may be coupled to the outside of the carbon structure to be doped. In FIG. 3 doping of the metal atoms is omitted, and such graphenes are shown in more detail in FIG. 4 below.

도 4는 본 발명의 일시예에 따른, 도 2의 상기 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 형성하는 단계(S113)에서 형성된 금속과 질소가 도핑된 그래핀(100)을 나타내는 개략도이다.FIG. 4 is a schematic diagram showing a metal and nitrogen-doped graphene 100 formed in step S113 of forming the metal and nitrogen-doped graphene of FIG. 2 according to a temporal example of the present invention.

도 4를 참조하면, 금속과 질소가 도핑된 그래핀(1)은 탄소 구조체를 구성하는 탄소 원자(2), 탄소 원자(2)의 일부와 결합된 질소 원자(3), 및 금속 원자(4)를 포함할 수 있다. 금속 원자(4)는 상술한 바와 같이 상기 금속 볼 또는 금속 용기로부터 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 볼이 상기 그라파이트를 분쇄하는 과정에서 일부가 파괴되거나 박리되어 금속 원자를 배출할 수 있고, 이러한 금속 원자가 그래핀 구조 내에 도핑될 수 있다. 금속 원자(4)는, 탄소 원자(2) 사이에 개재되도록 배치되는 제1 금속 원자(41), 탄소 원자(2)와 결합되는 질소 원자(3)를 치환하여 탄소 원자(2)와 결합하도록 배치되는 제2 금속 원자(42), 그래핀 구조 내의 탄소 원자(2)를 치환하여 배치되는 제3 금속 원자(43)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the graphene 1 doped with a metal and nitrogen has carbon atoms 2 constituting the carbon structure, nitrogen atoms 3 bonded to a part of the carbon atoms 2, and metal atoms 4 ). Metal atoms 4 may be provided from the metal balls or metal containers as described above. For example, the metal balls may be partially or partly broken or peeled during the grinding of the graphite to discharge metal atoms, and such metal atoms may be doped into the graphene structure. The metal atom (4) is a metal atom (4) which is substituted with a carbon atom (2) by substituting a first metal atom (41) and a nitrogen atom (3) A second metal atom 42 disposed thereon, and a third metal atom 43 substituted with carbon atoms 2 in the graphene structure.

그러나, 상술한 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀을 형성하는 방법은 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
However, the method of forming the above-described metal oxide and nitrogen-doped graphene is exemplary and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

다시 도 1을 참조하면, 상기 방사 용액을 형성하는 단계(S120)는, 상기 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 폴리머와 혼합하여 수행될 수 있다. 상기 폴리머는 폴리머 물질이 용매에 용해 또는 분산된 폴리머 용액으로 구성될 수 있다. 또는, 상기 폴리머는 그래핀을 용매에 분산시킨 후, 고상의 폴리머를 상기 용매에 용해하여 형성할 수 있다.Referring again to FIG. 1, forming the spinning solution (S120) may be performed by mixing the metal and nitrogen-doped graphene with a polymer. The polymer may be composed of a polymer solution in which the polymer material is dissolved or dispersed in a solvent. Alternatively, the polymer may be formed by dispersing graphene in a solvent, and then dissolving a solid polymer in the solvent.

상기 폴리머 물질은, 예를 들어 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리메틸메스아크릴레이트(PMMA), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리우레탄, 폴리에테르우레탄, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 폴리메틸아크릴레이트(PMA), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리퍼퓨릴알콜(PPFA), 폴리스티렌, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리카프로락톤, 폴리비닐풀루오라이드, 및 폴리아마이드로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 폴리머 물질은 상술한 물질의 공중합체를 포함할 수 있고, 예를 들어 폴리우레탄 공중합체, 폴리아크릴 공중합체, 폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리스티렌 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드 공중합체, 폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 및 폴리비닐리덴풀루오라이드 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 폴리머 물질은 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.The polymer material may be selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), polymethyl methacrylate (PMMA), polydimethylsiloxane (PDMS), polyurethane, polyether urethane, cellulose acetate, Cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, polymethyl acrylate (PMA), polyvinyl acetate (PVAc), polyacrylonitrile (PAN), polyperfuryl alcohol (PPFA), polystyrene, polyethylene oxide (PEO) And at least one selected from the group consisting of polypropylene oxide (PPO), polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC), polycaprolactone, polyvinyl fluoride, and polyamide. The polymer material may also include a copolymer of the above-mentioned materials, and may be, for example, a polyurethane copolymer, a polyacrylic copolymer, a polyvinyl acetate copolymer, a polystyrene copolymer, a polyethylene oxide copolymer, a polypropylene oxide copolymer , And a polyvinylidene fluoride copolymer. [0035] The term " a " However, these polymer materials are illustrative, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

상기 용매는 다양한 용매 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 증류수(distilled water) 또는 탈이온수(deionized water)와 같은 물, 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 아세톤(Acetone), 벤젠(Benzene), 톨루엔(toluene), 헥산(hexane), 아세토니트릴(acetonitrile), N,N'-디메틸포름아미드(DMF), 디메틸설폭사이드(DMSO), N-메틸피롤리돈(NMP), 메틸렌클로라이드(CH2Cl2), 클로로포름(chloroform, CH3Cl), 테트라하이드로퓨란(THF), 폴리비닐피롤리돈(PVP) 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 더 나아가, 상기 용매는 알칸족(Alkanes), 방향족(Aromatics), 에테르족(Ethers), 알킬 할라이드족(Alkyl halides), 에스테르족(Esters), 알데히드족(Aldehydes), 케톤족(Ketones), 아민족(Amines), 알코올족(Alcohols), 아미드족(Amide), 및 카르복실산족(Carboxylic acids) 등 다양한 물질을 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 용매는 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.The solvent may comprise a variety of solvent materials. For example, the solvent may be water, such as distilled water or deionized water, methanol, ethanol, acetone, benzene, toluene, hexane hexane, acetonitrile, N, N'-dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO), N-methylpyrrolidone (NMP), methylene chloride (CH 2 Cl 2 ), chloroform , CH 3 Cl), tetrahydrofuran (THF), polyvinyl pyrrolidone (PVP), and mixtures thereof. Further, the solvent may be selected from the group consisting of Alkanes, Aromatics, Ethers, Alkyl halides, Esters, Aldehydes, Ketones, And may include various materials such as amines, alcohols, amides, and carboxylic acids. However, such a solvent is illustrative, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

상기 방사 용액을 형성하는 단계(S120)는, 적절한 온도 하에서 적절한 혼합 시간 동안 이루어질 수 있고, 예를 들어 상온에서 수행되거나, 또는 예를 들어 0℃ 내지 100℃ 범위의 온도에서 이루어질 수 있고, 1분 내지 24 시간의 범위의 혼합 시간에서 이루어질 수 있다.The step of forming the spinning solution (S120) may be carried out at a suitable temperature for a suitable mixing time, for example at ambient temperature, or at a temperature in the range of 0 ° C to 100 ° C, RTI ID = 0.0 > 24 hours. ≪ / RTI >

상기 방사 용액을 전기방사 방법을 이용하여 방사하여 그물망 구조체를 형성하는 단계(S130)는, 전기방사 방법을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 전기방사 방법은 방사 용액을 컬렉터 기판 또는 컬럭터 기판 상에 배치된 별개의 기판 등과 같은 타겟 기판 상에 방사하여 그물망 구조체를 형성할 수 있다. 상기 타겟 기판은, 상기 그물망 구조체를 형성한 후, 상기 열처리 하는 단계(S140)를 수행하기 전에 제거되거나, 또는 상기 열처리하는 단계(S140)를 수행한 후에 제거될 수 있다. 상기 타겟 기판은 다양한 형상과 재질을 가질 수 있고, 예를 들어 판형, 드럼형, 평행한 로드들, 교차된 복수의 로드들, 또는 그리드형 등과 같은 형상을 가질 수 있고, 금속과 같은 도전성 물질을 포함하거나, 또는 유리 또는 폴리머 물질과 같은 절연성 물질을 포함할 수 있다.The step S130 of spinning the spinning solution using an electrospinning method to form a network structure may be performed using an electrospinning method. The electrospinning method may spin the spinning solution onto a target substrate such as a collector substrate or a separate substrate disposed on the collector substrate to form a mesh structure. The target substrate may be removed after performing the heat treatment step (S140) after forming the mesh structure, or may be removed after performing the heat treatment step (S140). The target substrate may have various shapes and materials and may have a shape such as, for example, a plate shape, a drum shape, parallel rods, a plurality of intersecting rods, or a grid shape, Or may comprise an insulating material such as a glass or polymer material.

이러한 전기방사 방법은 전기방사 장치에 의하여 수행될 수 있고, 이러한 전기방사 장치 및 방법에 대하여는 도 5를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Such an electrospinning method can be performed by an electrospinning apparatus, and such electrospinning apparatus and method will be described in detail with reference to FIG.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1의 그래핀 전극 소재의 제조 방법의 전기방사 방법을 수행하는 전기방사 장치(1000)를 도시하는 개략도이다.5 is a schematic diagram showing an electrospinning apparatus 1000 that performs the electrospinning method of the method of manufacturing the graphene electrode material of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 전기방사 장치(1000)은 방사 용액 탱크(10), 방사 노즐(20), 방사 노즐팁(30), 외부 전원(40), 및 컬렉터 기판(50)을 포함한다.5, the electrospinning apparatus 1000 includes a spinning solution tank 10, a spinning nozzle 20, a spinneret nozzle tip 30, an external power source 40, and a collector substrate 50.

방사 용액 탱크(10)는 방사 용액(60)을 저장할 수 있다. 방사 용액(60)은 방사(Spinning)를 원하는 물질에 따라 변화할 수 있다. 방사 용액(60)은, 상술한 제조 방법(S100)에서 형성한 방사 용액과 같이 상기 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 폴리머와 혼합하여 이루어질 수 있다. 방사 용액 탱크(10)는 내장된 펌프(미도시)를 이용하여 방사 용액(60)을 가압하여 방사 노즐(20)에 방사 용액(60)을 제공할 수 있다.The spinning solution tank 10 may store the spinning solution 60. The spinning solution 60 may vary depending on the material to be spinned. The spinning solution 60 may be formed by mixing the metal and nitrogen-doped graphene with the polymer as in the spinning solution formed in the above-described production method (S100). The spinning solution tank 10 may pressurize the spinning solution 60 using a built-in pump (not shown) to provide the spinning solution 60 to the spinning nozzle 20.

방사 노즐(20)은 방사 용액 탱크(10)로부터 방사 용액(60)을 제공받아 일단부에 위치한 방사 노즐팁(30)을 통하여 방사 용액(60)을 방사할 수 있다.The spinning nozzle 20 may receive the spinning solution 60 from the spinning solution tank 10 and spin the spinning solution 60 through the spinning nozzle tip 30 located at one end.

방사 노즐팁(30)은 상기 펌프에 의하여 방사 용액(60)이 가압되어 내부의 노즐관을 채운 후에, 외부 전원(40)에 의하여 인가된 전압에 의하여 방사 용액(60)을 방사할 수 있다.The spinneret nozzle tip 30 can spin the spinning solution 60 by the voltage applied by the external power source 40 after the spinning solution 60 is pressurized by the pump to fill the nozzle tube therein.

외부 전원(40)은 방사 노즐(20)에 방사 용액(60)이 방사되도록 전압을 제공할 수 있다. 상기 전압은 방사 용액(60)의 종류, 방사 양, 컬렉터 기판(50)의 종류 및 공정 환경 등에 따라 변화될 수 있고, 예를 들어 약 100 V 내지 약 30000 V 의 범위일 수 있고, 직류이거나 교류일 수 있다. 상술한 바와 같이, 외부 전원(40)에 의하여 인가된 전압은 방사 노즐팁(30)에 채워진 방사 용액(60)을 방사시킬 수 있다.The external power supply 40 may provide a voltage such that the spinning solution 60 is radiated to the spinning nozzle 20. The voltage may vary depending on the type of spinning solution 60, the amount of spinning, the type of collector substrate 50, the process environment, and the like, and may range, for example, from about 100 V to about 30000 V, Lt; / RTI > As described above, the voltage applied by the external power supply 40 can radiate the spinning solution 60 filled in the spinneret nozzle tip 30. [

컬렉터 기판(50)은 방사 노즐(20)의 하측에 위치하고, 방사되는 방사 용액(60)을 수용한다. 컬렉터 기판(50)은 접지될 수 있고, 이에 따라 접지 전압, 예를 들어 0V의 전압을 가질 수 있다. 또는, 컬렉터 기판(50)은 방사 노즐(20)과는 반대의 전압을 가질 수 있다. 컬렉터 기판(50)과 방사 노즐(20)의 위치 관계는 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 컬렉터 기판(50)이 방사 노즐(20)의 상측에 위치하고 방사 노즐(20)에서 방사되는 방사 용액(60)이 상측 방향으로 방사되는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다. 예를 들어, 컬렉터 기판(50)이 방사 노즐(20)에 대하여 수평하게 위치하고 방사 노즐(20)에서 방사되는 방사 용액(60)이 수평 방향으로 방사되는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다. 컬렉터 기판(50)은 방사 노즐(20)과 수평하거나 같은 공간 축 상에 있을 수 있다.The collector substrate 50 is located below the spinneret 20 and receives the spinning solution 60 to be emitted. The collector substrate 50 may be grounded and accordingly have a ground voltage, for example, a voltage of 0V. Alternatively, the collector substrate 50 may have a voltage opposite to that of the spinneret 20. The positional relationship between the collector substrate 50 and the spinneret 20 is exemplary and the technical idea of the present invention is not limited thereto. For example, the case where the collector substrate 50 is positioned above the spinneret 20 and the spinning solution 60 radiated from the spinneret 20 emits in the upward direction is also included in the technical idea of the present invention. For example, the case where the collector substrate 50 is positioned horizontally with respect to the spinneret 20 and the spinning solution 60 radiated from the spinneret 20 is radiated in the horizontal direction is also included in the technical idea of the present invention. The collector substrate 50 may be on a horizontal axis or the same spatial axis as the spinneret 20.

외부 전원(40)에 의하여 방사 노즐(20) 및 방사 노즐팁(30)이 양의 전압 또는 음의 전압으로 하전되고, 이에 따라 방사 용액(60)도 하전되므로, 접지되거나 반대의 전압을 가지는 컬렉터 기판(50)과 전압 차이가 발생된다. 외부 전원(40)에 의하여 방사 노즐(20) 및 방사 노즐팁(30)에 전압이 인가되면, 방사 노즐팁(30)의 단부에서 방사 용액(60)은 테일러 콘과 같은 원뿔형 형상을 가질 수 있다. 이때, 방사 노즐팁(30)과 방사 용액(60) 사이에는 약 50000 V/m 내지 약 150000 V/m 범위의 전기장이 형성될 수 있다. 상기 전압 차이에 의하여 방사 용액(60)은 컬렉터 기판(50)으로 방사되어 수용될 수 있다. 이러한 방사 원리를 전기수력학적 잉크 방사(electro-hydro dynamic inkjet) 또는 전기방사(electro-spinning)으로 지칭할 수 있다.The radiation nozzle 20 and the spinneret nozzle tip 30 are charged to a positive voltage or a negative voltage by the external power source 40 so that the spinning solution 60 is also charged, A voltage difference with the substrate 50 is generated. The spinning solution 60 at the end of the spinneret nozzle tip 30 may have a conical shape such as a Taylor cone when a voltage is applied to the spinneret 20 and the spinneret tip 30 by the external power source 40 . At this time, an electric field of about 50000 V / m to about 150000 V / m may be formed between the spinneret tip 30 and the spinning solution 60. By the voltage difference, the spinning solution 60 can be radiated to the collector substrate 50 and accommodated. This radiation principle can be referred to as electro-hydro dynamic inkjet or electro-spinning.

방사 용액(60)의 유량과 방사 노즐팁(30)과 컬렉터 기판(50)의 전압 차이를 제어함에 따라, 방사 용액(60)의 방사에 의하여 컬렉터 기판(50)에 수용되는 화이버의 직경과 길이를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 화이버는 약 50 nm 내지 1 ㎛ 범위의 두께 및 약 수 ㎛ 내지 수백 ㎛ 범위의 길이를 가질 수 있다.By controlling the flow rate of the spinning solution 60 and the voltage difference between the spinneret tip 30 and the collector substrate 50 the diameter and length of the fibers received in the collector substrate 50 by spinning solution 60 Can be controlled. For example, the fiber may have a thickness in the range of about 50 nm to 1 占 퐉 and a length in the range of about several 占 퐉 to several hundred 占 퐉.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 5의 전기방사 장치(1000)에서 방사 용액이 방사되는 형태를 나타내는 도시하는 개략도이다.Fig. 6 is a schematic view showing a state in which a spinning solution is radiated in the electrospinning apparatus 1000 of Fig. 5 according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 방사 노즐팁(30)은 방사 용액(60)을 선형 형태로, 예를 들어 와이어 형태 또는 로드 형태로 방사시킬 수 있다. 이러한 방사를 스피닝 모드(Spinning mode)로 지칭할 수 있다. 방사 용액(60)은 용액의 점성, 용액 내의 용질의 무게 비, 용질과 용액의 종류, 및 용질과 용매의 분자량 등과 같은 자신의 물성에 따라 다른 형태로 방사될 수 있다. 또한, 인가되는 전압의 크기에 따라 다른 형태로 방사될 수 있다. 예를 들어, 방사 노즐팁(30)은 방사 용액(60)을 스프레이 형태로 방사시킬 수 있다. 이러한 방사를 스프레이 모드(Spray mode)로 지칭할 수 있다.Referring to FIG. 6, the spinneret nozzle tip 30 may spin the spinning solution 60 in a linear form, for example in the form of a wire or rod. Such radiation can be referred to as a spinning mode. The spinning solution 60 may be radiated in different forms depending on its physical properties such as the viscosity of the solution, the weight ratio of the solute in the solution, the type of solute and solution, and the molecular weight of the solute and solvent. Also, it can be radiated in different forms depending on the magnitude of the applied voltage. For example, the spinneret nozzle tip 30 may spin the spinning solution 60 in the form of a spray. This radiation can be referred to as a spray mode.

도 6에 도시된 바와 같이, 방사 용액(60)이 선형 형태로 방사되는 경우에는, 상술한 그물망 구조체를 형성할 수 있다. 이러한 그물망 구조체는 1차원, 2차원 또는 3차원 네트워크 구조체를 구성하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 상기 그물망 구조체는 복수의 선형 형상의 구조들이 평행하게 서로 겹쳐져 연결되어 하나의 선형 형상으로 연결된 1차원 네트워크 구조체로 이루어 질 수 있다. 예를 들어, 상기 그물망 구조체는 복수의 선형 형상의 구조들이 소정의 각도를 가지도록 서로 겹쳐져 연결되어 하나의 평면 형상으로 연결된 2차원 네트워크 구조체로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 그물망 구조체는 복수의 선형 형상의 구조들이 소정의 각도를 가지도록 서로 겹쳐져 연결되어 하나의 입체 형상으로 연결된 3차원 네트워크 구조체로 이루어 질 수 있다. 상기 그물망 구조체는, 다양한 형상을 포함할 수 있고, 예를 들어 메쉬(mesh) 형상 또는 웹(web) 형상을 가질 수 있다.
As shown in Fig. 6, when the spinning solution 60 is radiated in a linear form, the above-described network structure can be formed. Such a network structure may be arranged to constitute a one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional network structure. For example, the network structure may be composed of a one-dimensional network structure in which a plurality of linear structures are connected in parallel and connected in a linear shape. For example, the network structure may be a two-dimensional network structure in which a plurality of linear-shaped structures are overlapped and connected to each other at a predetermined angle and connected in a planar shape. For example, the network structure may be composed of a three-dimensional network structure in which a plurality of linear-shaped structures are overlapped and connected to each other so as to have a predetermined angle and connected in a three-dimensional shape. The network structure may include various shapes, for example, a mesh shape or a web shape.

다시 도 1을 참조하면, 상기 그물망 구조체를 열처리하여, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 형성하는 단계(S140)는 다양한 열처리 단계들을 포함할 수 있다. 하기에 설명되는 열처리 단계들은 상기 그물망 구조체를 열처리로 등에 장입하여 이루어지거나, 또는 상기 그물망 구조체에 적외선 광들을 조사하여 이루어 질 수 있다.Referring again to FIG. 1, a step (S140) of forming a graphene electrode material doped with a metal oxide and nitrogen by heat treating the mesh structure may include various heat treatment steps. The heat treatment steps described below may be performed by charging the mesh structure to a heat treatment furnace, or by irradiating infrared rays to the mesh structure.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1의 상기 그물망 구조체를 열처리하여, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 형성하는 단계(S140)를 도시하는 흐름도이다.FIG. 7 is a flow chart illustrating a step (S140) of forming a metal oxide and nitrogen-doped graphene electrode material by heat treating the mesh structure of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 상기 그물망 구조체를 열처리하여, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 형성하는 단계(S140)는, 상기 그물망 구조체의 상기 폴리머가 고리 구조를 형성하도록, 상기 그물망 구조체를 안정화 처리하는 단계(S141); 상기 고리 구조가 형성된 상기 그물망 구조체를 탄화 처리하는 단계(S142); 및 상기 탄화 처리된 상기 그물망 구조체를 활성화 처리하는 단계(S143);를 포함한다. 이러한 열처리는 상기 그물망 구조체를 상술한 방사 장치의 컬럭터 기판으로부터 분리한 후에 수행될 수 있다. 또는, 이러한 열처리를 수행한 후에 상기 그물망 구조체를 상기 컬럭터 기판으로부터 분리할 수 있다.Referring to FIG. 7, the step (S140) of forming a graphene electrode material doped with a metal oxide and nitrogen by heat treating the mesh structure may include forming a mesh structure of the mesh structure A stabilization processing step S141; Carbonizing the mesh structure having the annular structure formed therein (S142); And activating the carbonization-treated mesh structure (S143). This heat treatment may be performed after separating the mesh structure from the colletor substrate of the spinneret described above. Alternatively, after performing such a heat treatment, the mesh structure may be separated from the collet substrate.

상기 안정화 처리하는 단계(S141)는, 상기 그물망 구조체를 구성하는 상기 폴리머가 고리 구조를 형성할 수 있는 온도 범위에서 수행될 수 있다. 상기 안정화 처리하는 단계(S141)는, 예를 들어 250℃ 내지 350℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 안정화 처리하는 단계(S141)는 다양한 분위기 하에서 수행될 수 있고, 예를 들어 공기 분위기, 산소 가스 등을 포함하는 산화성 분위기, 수소 가스 등을 포함하는 환원성 분위기, 또는 아르곤 가스나 질소 가스를 포함하는 불활성 분위기에서 수행될 수 있다. 상기 안정화 처리하는 단계(S141)는, 예를 들어 1분 내지 24 시간 범위의 시간 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 안정화 처리하는 단계(S141)는, 공기 분위기에서, 약 280℃의 온도에서 약 1 시간 동안 수행될 수 있다. 또한, 상기 안정화 처리하는 단계(S141)에서, 안정화 처리를 수행하는 온도까지의 승온 속도는, 예를 들어 0.1℃/분 내지 1000℃/분의 범위일 수 있고, 예를 들어 1℃/분 내지 2℃/분의 범위일 수 있다.The stabilizing step (S141) may be performed in a temperature range in which the polymer constituting the network structure can form a ring structure. The stabilizing step (S141) may be performed at a temperature in the range of, for example, 250 DEG C to 350 DEG C. [ The stabilization step (S141) may be performed in a variety of atmospheres. For example, an oxidizing atmosphere containing an air atmosphere or an oxygen gas, a reducing atmosphere containing hydrogen gas or the like, or an argon gas or a nitrogen gas , ≪ / RTI > The stabilization processing step S141 may be performed for a time ranging from, for example, 1 minute to 24 hours. For example, the stabilizing step (S141) may be performed in an air atmosphere at a temperature of about 280 DEG C for about one hour. In the stabilization step S141, the rate of temperature rise to the temperature at which the stabilization process is performed may be, for example, in the range of 0.1 占 폚 / min to 1000 占 폚 / min, for example, 2 [deg.] C / min.

상기 안정화 처리하는 단계(S141)에서 이루어지는 상기 고리 구조의 형성은, 상기 폴리머를 구성하는 탄소, 수소, 산소, 질소 등과 같은 원소들이 결합되어 고리 구조를 형성함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리머가, 폴리아크릴로니트릴(PAN)인 경우에, 상기 폴리아크릴로니트릴을 구성하는 물질이 피리미딘(pyrimidine) 고리를 형성할 수 있다. 이러한 피리미딘 고리는 탄소화 반응을 제어할 수 있고, 내염화 공정으로 지칭될 수 있다.The formation of the cyclic structure in the stabilization step (S141) can be realized by combining elements such as carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen and the like constituting the polymer to form a cyclic structure. For example, when the polymer is polyacrylonitrile (PAN), the material constituting the polyacrylonitrile may form a pyrimidine ring. Such a pyrimidine ring can control the carbonation reaction and can be referred to as a dechlorination process.

상기 탄화 처리하는 단계(S142)는, 상기 고리 구조가 형성된 상기 그물망 구조체를 탄화 처리하는 온도 범위에서 수행될 수 있다. 상기 탄화 처리하는 단계(S142)는, 예를 들어 900℃ 내지 1100℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 탄화 처리하는 단계(S142)는, 아르곤 가스나 질소 가스를 포함하는 불활성 분위기에서 수행될 수 있다. 상기 탄화 처리하는 단계(S142)는, 예를 들어 1분 내지 24 시간 범위의 시간 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 탄화 처리하는 단계(S142)는, 질소 가스 분위기에서, 약 1000℃의 온도에서 약 1 시간 동안 수행될 수 있다. 또한, 상기 탄화 처리하는 단계(S142)에서, 탄화 처리를 수행하는 온도까지의 승온 속도는, 예를 들어 0.1℃/분 내지 1000℃/분의 범위일 수 있고, 예를 들어 1℃/분 내지 2℃/분의 범위일 수 있다.The carbonization step (S142) may be performed in a temperature range for carbonizing the mesh structure having the ring structure formed thereon. The carbonization step (S142) may be performed at a temperature in the range of, for example, 900 DEG C to 1100 DEG C. [ Further, the carbonization step (S142) may be performed in an inert atmosphere containing argon gas or nitrogen gas. The carbonization step (S142) may be performed for a time ranging from, for example, 1 minute to 24 hours. For example, the carbonization step (S142) may be performed in a nitrogen gas atmosphere at a temperature of about 1000 캜 for about 1 hour. In the carbonization treatment step (S142), the temperature raising rate up to the temperature for performing the carbonization treatment may be, for example, in the range of 0.1 占 폚 / min to 1000 占 폚 / min, for example, 2 [deg.] C / min.

상기 탄화 처리하는 단계(S142)에 의하여, 그물망 구조체의 불필요한 유기물은 모두 제거되고, 상기 폴리머의 탄소 성분과 상기 그래핀이 잔류하게 된다. 이러한 잔류물은 상기 안정화 처리 및 상기 탄화 처리 이전에 형성된 그물망 구조체의 형태를 유지할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리머의 탄소 성분으로 구성된 그물망 구조체와 상기 그물망 구조체의 내부에 위치하는 그래핀이 형성될 수 있다.By the carbonization step (S142), unnecessary organic matters in the mesh structure are all removed, and the carbon component of the polymer and the graphene are left. Such residues can maintain the shape of the mesh structure formed before the stabilization treatment and the carbonization treatment. For example, a mesh structure composed of the carbon component of the polymer and graphene positioned inside the mesh structure may be formed.

상기 그래핀에 도핑된 상기 금속은 산소와 반응하여 금속 산화물을 형성할 수 있다. 이러한 금속 산화물은 상기 그래핀에 도핑되어 존재할 수 있다. 예를 들어, 상기 그래핀에 도핑된 상기 금속은 상기 안정화 처리하는 단계(S141)에서, 상기 탄화 처리하는 단계(S142)에서, 또는 양 단계 모두에서, 금속 산화물을 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 그래핀에 도핑된 상기 금속의 적어도 일부는, 상기 안정화 처리하는 단계(S141)에서, 공기 중의 산소와 반응하여 금속 산화물을 형성할 수 있다. 또한, 상기 그래핀에 도핑된 상기 금속의 적어도 일부는, 상기 탄화 처리하는 단계(S142)에서, 상기 폴리머에서 배출되는 산소와 반응하여 금속 산화물을 형성할 수 있다. 이러한 금속 산화물의 형성 단계는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 금속 산화물이, 상기 그라파이트를 상기 금속 볼을 이용하여 볼밀하여 분쇄하여 그래핀을 형성하는 단계(S113)에서 형성되고, 상기 그래핀이 금속 산화물을 포함하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.The metal doped in the graphene may react with oxygen to form a metal oxide. These metal oxides may be present doped to the graphene. For example, the metal doped in the graphene may form a metal oxide in the stabilization step (S141), in the carbonization step (S142), or in both steps. In particular, at least a portion of the metal doped in the graphene may react with oxygen in the air to form a metal oxide in the stabilizing step (S 141). In addition, at least a part of the metal doped to the graphene may react with oxygen emitted from the polymer to form a metal oxide in the carbonization step (S142). The step of forming such a metal oxide is illustrative and the technical idea of the present invention is not limited thereto. For example, in the case where the metal oxide is formed in the step (S113) of grinding the graphite by ball milling using the metal ball to form graphene, and the graphene includes a metal oxide, Included in thought.

상기 활성화 처리하는 단계(S143)는, 상기 그래핀에 도핑된 금속 또는 금속 산화물의 촉매 특성을 활성화하는 온도 범위에서 수행될 수 있다. 상기 활성화 처리하는 단계(S143)는, 예를 들어 700℃ 내지 900℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 활성화 처리하는 단계(S143)는, 90% 내지 100%의 이산화탄소 가스 분위기에서 수행될 수 있다. 상기 활성화 처리하는 단계(S143)는, 예를 들어 1분 내지 24 시간 범위의 시간 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성화 처리하는 단계(S143)는, 예를 들어 100% 이산화탄소 가스 분위기에서,약 800℃의 온도에서 약 1 시간 동안 수행될 수 있다. 또한, 상기 활성화 처리하는 단계(S143)에서, 활성화 처리를 수행하는 온도까지의 승온 속도는, 예를 들어 0.1℃/분 내지 1000℃/분의 범위일 수 있고, 예를 들어 1℃/분 내지 10℃/분의 범위일 수 있다.The step of activating (S143) may be performed in a temperature range that activates the catalytic properties of the metal or metal oxide doped in the graphene. The step S143 of performing the activation treatment may be performed at a temperature in the range of, for example, 700 ° C to 900 ° C. In addition, the activation step (S143) may be performed in a carbon dioxide gas atmosphere of 90% to 100%. The activation processing step S143 may be performed for a time ranging from, for example, 1 minute to 24 hours. For example, the activation step S143 may be performed at a temperature of about 800 DEG C for about 1 hour, for example, in a 100% carbon dioxide gas atmosphere. In the activation step S143, the temperature raising rate up to the temperature for performing the activation treatment may be, for example, in the range of 0.1 占 폚 / min to 1000 占 폚 / min, for example, 1 占 폚 / Lt; 0 > C / min.

상기 활성화 처리하는 단계(S143)에서, 상기 그래핀은 상기 그물망 구조체의 표면에서 노출될 수 있다. 이러한 노출에 의하여 상기 그래핀의 촉매 특성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 그래핀에 도핑된 상기 금속의 적어도 일부는, 상기 활성화 처리하는 단계(S143)에서, 이산화탄소 중의 산소와 반응하여 금속 산화물을 형성할 수 있다. 상기 이산화탄소는 이러한 반응에 의하여 일산화탄소로 변화할 수 있다.In the activation step S143, the graphene may be exposed at the surface of the mesh structure. Such exposure can improve the catalytic properties of the graphene. In addition, at least a part of the metal doped in the graphene may react with oxygen in carbon dioxide to form a metal oxide in the activation treatment step (S143). The carbon dioxide can be converted into carbon monoxide by such a reaction.

상술한 바와 같은 열처리 단계(S140)를 수행함에 의하여, 그래핀에 도핑된 금속은 금속 산화물로 변화될 수 있다. 구체적으로, 도 4에 도시된 금속 원자(4)들이 금속 산화물로 변화될 수 있다. 즉, 상기 금속 산화물은, 도 4의 제1 금속 원자(41)의 위치와 같이 탄소 원자 사이에 개재되도록 배치되거나, 도 4의 제2 금속 원자(42)의 위치와 같이 탄소 원자와 결합되는 질소 원자를 치환하여 탄소 원자와 결합하도록 배치되거나, 도 4의 제3 금속 원자(43)의 위치와 같이 그래핀 구조 내의 탄소 원자를 치환하여 배치될 수 있다.
By performing the heat treatment step S140 as described above, the metal doped in graphene can be converted into a metal oxide. Specifically, the metal atoms 4 shown in Fig. 4 can be changed to metal oxides. That is, the metal oxide may be interposed between the carbon atoms, such as the position of the first metal atom 41 in FIG. 4, or may be a nitrogen atom, such as the position of the second metal atom 42 in FIG. 4, May be arranged to substitute carbon atoms for substitution with an atom or substitute carbon atoms in the graphene structure such as the position of the third metal atom 43 in Fig.

도 1의 그래핀 전극 소재의 제조 방법(S100)에 의하여 형성된 상기 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재는, 금속공기전지, 고체 산화물 연료전지, 및 고체 산화물 수전해 셀 등의 캐소드 또는 애노드의 전극 소재로서 사용될 수 있다. The graphene electrode material doped with the metal oxide and nitrogen formed by the manufacturing method (S100) of the graphene electrode material of FIG. 1 can be applied to a cathode or an anode of a metal air cell, a solid oxide fuel cell, As shown in Fig.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재로 형성된 전극을 포함하는 금속공기전지(100)를 설명하는 개략도이다.8 is a schematic diagram illustrating a metal air cell 100 including an electrode formed of a metal oxide and a nitrogen-doped graphene electrode material, according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 금속공기전지(100)는, 음극인 애노드(110), 애노드(110)를 마주보고 배치되는 양극인 캐소드(120) 및 애노드(110)와 캐소드(120) 사이에 위치하는 전해질(130)을 포함한다. 캐소드(120)는 집전체(140)와 촉매체(150)를 더 포함할 수 있다. 애노드(110)와 캐소드(120)는 서로 마주보고 배치된다.8, the metal air cell 100 includes an anode 110 as a cathode, a cathode 120 as an anode disposed facing the anode 110, and a cathode 120 disposed between the anode 110 and the cathode 120 And an electrolyte (130). The cathode 120 may further include a current collector 140 and a catalyst body 150. The anode 110 and the cathode 120 are disposed facing each other.

금속공기전지(100)는 금속과 산소의 반응을 이용하여 전력을 생성한다. 금속공기전지(100)의 최대 장점은 자연계에 무한히 존재하는 산소를 활물질로 이용하며, 다른 이차전지에 비하여 매우 높은 이론 에너지 밀도를 가지고, 또한 친화경적인 특성을 보유하는 것이다. 또한, 금속공기전지(100)는 내부에 화학 산화제를 포함하지 않으므로 폭발이나 화재의 우려가 없으며 무게를 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 수소나 알코올을 사용하는 연료 전지에 비하여 매우 경제적이고 안정성이 우수하고 낮은 온도에서의 작동능력도 우수하다.The metal air cell 100 generates electric power by using a reaction between metal and oxygen. The greatest advantage of the metal air cell 100 is that it uses oxygen existing in the natural world as an active material and possesses a very high theoretical energy density as compared with other secondary batteries and also possesses an affinity characteristic. In addition, since the metal air cell 100 does not contain a chemical oxidizer therein, there is no risk of explosion or fire, and the weight can be greatly reduced. In addition, it is very economical, superior in stability, and operates at low temperatures as compared with a fuel cell using hydrogen or alcohol.

애노드(110)는, 방전 시에 전자를 잃어 양이온이 되는 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 리튬, 아연, 마그네슘, 알루미늄, 칼슘을 포함할 수 있다. 특히, 리튬은 이론적인 에너지 밀도가 11,140 Wh/kg으로서 13,000 Wh/kg의 가솔린에 거의 유사한 수준을 나타낸다. 참고로, 알루미늄은 8130 Wh/kg, 칼슘은 4180 Wh/kg, 아연은 1350 Wh/kg의 이론적인 에너지 밀도를 가진다. 또한, 애노드(110)는 본 발명의 기술적 사상에 따른 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 이용하여 구성될 수 있다.The anode 110 may include a material that becomes a cation when it loses electrons at the time of discharging, and may include, for example, a metal and may include, for example, lithium, zinc, magnesium, aluminum, and calcium. In particular, lithium has a theoretical energy density of 11,140 Wh / kg, which is almost similar to that of gasoline at 13,000 Wh / kg. For reference, aluminum has a theoretical energy density of 8130 Wh / kg, calcium 4180 Wh / kg and zinc 1350 Wh / kg. Also, the anode 110 may be formed using a metal oxide and a nitrogen-doped graphene electrode material according to the technical idea of the present invention.

캐소드(120)는 공기 중의 산소를 이용하도록 구성되며, 상기 산소를 집전할 수 있다. 금속공기전지(100)는 캐소드(120)가 공기 중의 산소를 이용할 수 있으므로, 이론적으로는 캐소드(120)의 무게를 0으로 또는 비약적으로 감소시킬 수 있다. 그러므로, 캐소드(120)의 무게를 감소시킴에 따라 애노드(110)의 무게를 증가시킬 수 있으므로, 금속공기전지(100)의 전체 무게에 대한 애노드(110)의 무게 비율이 증가되어, 결과적으로 전지 단위 무게 당 높은 에너지 밀도를 제공할 수 있다.The cathode 120 is configured to use oxygen in the air, and can collect the oxygen. The metal air cell 100 can theoretically reduce the weight of the cathode 120 to zero or drastically because the cathode 120 can use oxygen in the air. Therefore, since the weight of the anode 110 can be increased by reducing the weight of the cathode 120, the weight ratio of the anode 110 to the total weight of the metal air cell 100 is increased, It can provide a high energy density per unit weight.

캐소드(120)는 본 발명의 기술적 사상에 따른 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 이용하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 집전체(140)와 촉매체(150) 중 적어도 어느 하나는 본 발명의 기술적 사상에 따른 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 이용하여 구성될 수 있다.The cathode 120 may be formed using a metal oxide and a nitrogen-doped graphene electrode material according to the technical idea of the present invention. For example, at least one of the current collector 140 and the catalyst body 150 may be formed using a metal oxide and a nitrogen-doped graphene electrode material according to the technical idea of the present invention.

전해질(130)은 애노드(110)와 캐소드(120) 사이에 위치하고, 전해 물질을 포함할 수 있다. 전해질(130)은, 예를 들어 수산화나트륨(NaOH) 용액이나 수산화칼슘(KOH) 용액을 포함할 수 있다. 또한, 전해질(130)은 고상의 매체로 구성될 수 있다.The electrolyte 130 is disposed between the anode 110 and the cathode 120 and may include an electrolytic material. The electrolyte 130 may include, for example, a sodium hydroxide (NaOH) solution or a calcium hydroxide (KOH) solution. Also, the electrolyte 130 may be composed of a solid-phase medium.

이하에서는, 금속공기전지(100)에서의 전력 생성에 대하여 설명하기로 한다. 애노드(110)와 캐소드(120)에서는 방전 반응과 충전 반응이 이루어질 수 있다. 애노드(110)와 캐소드(120)에서의 방전 반응은 다음과 같다. 충전 반응은 하기의 반응들이 반대 반향으로 향하게 된다. 아래의 반응식에서 "M"은 애노드(110)를 구성하는 물질로서 금속일 수 있다.Hereinafter, power generation in the metal air battery 100 will be described. The anode 110 and the cathode 120 may be subjected to a discharge reaction and a charging reaction. The discharge reaction in the anode 110 and the cathode 120 is as follows. The charging reaction is such that the following reactions are directed to the opposite echo. In the following reaction formula, "M" may be a metal as a material constituting the anode 110.

<애노드 반응><Anode Reaction>

M -> M+ + e- M -> M + + e -

<캐소드 반응><Cathode reaction>

2( M+ + e-) + O2 -> M2O2
2 (M + + e - ) + O 2 - > M 2 O 2

이러한 방전 반응에 의하여 애노드(110)에서 형성된 양이온(170)은 전해질(130)을 통과하여 캐소드(120)로 향하게 된다. 이때, 상이 양이온이 잃어버린 전자는 별도의 도선을 거쳐 부하(190)를 통과함으로써, 결과적으로 부하(190)에 전력을 공급하게 된다.The positive ions 170 formed on the anode 110 through the discharge reaction are directed to the cathode 120 through the electrolyte 130. At this time, the electrons whose positive and negative ions are lost pass through the load 190 through separate conductors, thereby supplying power to the load 190 as a result.

외부로부터 산소(180)가 캐소드(120)에 제공되고, 양이온(170)은 산소(180)와 캐소드(120)에서 반응하여 산화물을 형성한다. 이때에, 부하(190)를 통과한 전자가 캐소드(120)에 제공되어 상기 산화물을 함께 형성한다.Oxygen 180 from the outside is supplied to the cathode 120 and the cation 170 reacts with the oxygen 180 and the cathode 120 to form an oxide. At this time, electrons passing through the load 190 are supplied to the cathode 120 to form the oxide together.

반면, 충전 시에는 상기 산화물이 분해되어 상기 양이온은 전자를 획득하여 캐소드(120)로부터 전해질(130)을 거쳐서 애노드(110)로 다시 돌아가게 된다.
On the other hand, at the time of charging, the oxide is decomposed, and the cation acquires electrons and returns from the cathode 120 to the anode 110 through the electrolyte 130.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재로 형성된 전극을 포함하는 고체산화물 연료전지(200)를 설명하는 개략도이다.9 is a schematic diagram illustrating a solid oxide fuel cell 200 including an electrode formed of a metal oxide and a nitrogen-doped graphene electrode material, according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 고체산화물 연료전지(200)는 애노드(210), 애노드(210)를 마주보고 배치되는 캐소드(220), 및 애노드(210)와 캐소드(220) 사이에 배치되는 산소 이온 전도성 고체 산화물인 전해질(230)을 포함한다. 선택적으로(optionally), 애노드(210)와 전해질(230) 사이에 배치되는 버퍼층(240)을 더 포함할 수 있다.9, the solid oxide fuel cell 200 includes an anode 210, a cathode 220 disposed opposite the anode 210, and an anode 210 disposed between the anode 210 and the cathode 220, And an electrolyte 230 which is a solid oxide. And optionally a buffer layer 240 disposed between the anode 210 and the electrolyte 230.

고체산화물 연료전지(200)의 전기화학반응은 하기 반응식에 나타낸 바와 같이, 캐소드(220)의 산소가스 O2가 산소이온 O2-으로 변하는 양극반응과 애노드(210)의 연료(H2 또는 탄화수소)와 전해질을 통해 이동해 온 산소이온이 반응하는 음극반응으로 이루어진다.Solid oxide fuel cells of the fuel 200, as shown in electrochemical reaction is the following reaction scheme, a cathode 220, oxygen gas O 2 has an anode reaction and the anode 210, changing the oxygen ions O 2- of the (H 2 or hydrocarbon ) And oxygen ions that have moved through the electrolyte.

<반응식><Reaction Scheme>

양극반응: 1/2 O2 + 2e- -> O2- Anode reaction: 1/2 O 2 + 2e - -> O 2-

음극반응: H2 + O2- -> H2O + 2e- Cathode reaction: H 2 + O 2- -> H 2 O + 2e -

고체산화물 연료전지(200)의 캐소드(220)에서는 전극표면에 흡착된 산소가 해리 및 표면 확산을 거쳐 전해질(230), 캐소드(220), 기공(미도시)이 만나는 삼상계면(triple phase boundary)으로 이동하여 전자를 얻어 산소이온으로 되고 생성된 산소이온은 전해질(230)을 통해 연료극인 애노드(210)로 이동하게 된다.In the cathode 220 of the solid oxide fuel cell 200, oxygen adsorbed on the surface of the electrode is dissociated and diffused to form a triple phase boundary where the electrolyte 230, the cathode 220 and the pores (not shown) The oxygen ions are converted into oxygen ions, and the generated oxygen ions are transferred to the anode 210, which is a fuel electrode, through the electrolyte 230.

고체산화물 연료전지(200)의 애노드(210)에서는 이동한 산소이온이 연료 내에 포함된 수소와 결합하여 물을 생성한다. 이때 수소는 전자를 배출하여 수소 이온(H+)으로 변화하여 상기 산소이온과 결합한다. 배출된 전자는 배선(미도시)를 통하여 캐소드(220)로 이동하여 산소를 산소 이온으로 변화시킨다. 이러한 전자 이동을 통하여, 고체산화물 연료전지(200)는 전지 기능을 수행할 수 있다. In the anode 210 of the solid oxide fuel cell 200, the moved oxygen ions combine with the hydrogen contained in the fuel to generate water. At this time, hydrogen evolves electrons to hydrogen ions (H + ) and binds to the oxygen ions. The discharged electrons move to the cathode 220 through wiring (not shown) to change oxygen to oxygen ions. Through this electron transfer, the solid oxide fuel cell 200 can perform the battery function.

고체산화물 연료전지(200)는 해당 기술 분야에서 각종 문헌에 공지되어 있는 통상적인 방법을 이용하여 제조할 수 있으므로, 여기서는 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 고체산화물 연료전지(200)는 원통형(tubular) 스택, 평관형(flat tubular) 스택, 평판형(planar type) 스택 등 다양한 구조에 적용될 수 있다.The solid oxide fuel cell 200 can be manufactured by using a conventional method known in the art, so a detailed description thereof will be omitted here. In addition, the solid oxide fuel cell 200 can be applied to various structures such as a tubular stack, a flat tubular stack, a planar type stack, and the like.

고체산화물 연료전지(200)는 단위 전지의 스택(stack) 형태일 수 있다. 예를 들어, 애노드(210), 캐소드(220), 및 전해질(230)로 구성되는 단위 전지(MEA, Membrane and Electrode Assembly)가 직렬로 적층되고 상기 단위 전지들 사이에 이들을 전기적으로 연결하는 분리판(separator)가 개재되어 단위 전지의 스택(stack)이 얻어질 수 있다. The solid oxide fuel cell 200 may be in the form of a stack of unit cells. For example, a unit cell (MEA) composed of an anode 210, a cathode 220, and an electrolyte 230 is stacked in series, and a separator plate (not shown) a stack of unit cells can be obtained with a separator interposed therebetween.

애노드(210) 및 캐소드(220) 중 적어도 어느 하나는 본 발명의 기술적 사상에 따른 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 이용하여 형성될 수 있다.At least one of the anode 210 and the cathode 220 may be formed using a metal oxide and a nitrogen-doped graphene electrode material according to the technical idea of the present invention.

전해질(230)은 본 기술 분야에서 일반적으로 사용할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 전해질(230)은, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ) 등의 안정화 지르코니아계; 사마리아 도핑된 세리아(SDC), 가돌리니아 도핑된 세리아(GDC) 등과 같은 희토류 원소가 첨가된 세리리아계; 기타 LSGM ((La, Sr)(Ga, Mg)O3)계; 등을 포함할 수 있다. 또한, 전해질(230)은, 스트론튬 또는 마그네슘이 도핑된 란타늄 갈레이트(lanthanum gallate) 등을 포함할 수 있다.The electrolyte 230 is not particularly limited as long as it can be generally used in the art. For example, the electrolyte 230 may be a stabilized zirconia based system such as yttria stabilized zirconia (YSZ) and scandia stabilized zirconia (ScSZ); Ceria systems doped with rare earth elements such as samaria-doped ceria (SDC), gadolinia-doped ceria (GDC) and the like; Other LSGM ((La, Sr) (Ga, Mg) O 3 ) system; And the like. In addition, the electrolyte 230 may include strontium or magnesium-doped lanthanum gallate.

버퍼층(240)은 애노드(210)와 전해질(230) 사이에 위치하여 원활한 접촉을 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 버퍼층(240)은, 예를 들어 애노드(210)와 전해질(230) 사이의 결정 격자 뒤틀림을 완화하는 기능을 수행할 수 있다. 버퍼층(240)은, 예를 들어 LDC(La0.4Ce0.6O2-δ) 를 포함할 수 있다. 버퍼층(240)은 선택적인 구성요소로서 생략될 수 있다.
The buffer layer 240 may be positioned between the anode 210 and the electrolyte 230 to provide a smooth contact. The buffer layer 240 may function to mitigate, for example, crystal lattice distortion between the anode 210 and the electrolyte 230. The buffer layer 240 may comprise, for example, LDC (La 0.4 Ce 0.6 O 2 -δ ). The buffer layer 240 may be omitted as an optional component.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재로 형성된 전극을 포함하는 고체 산화물 수전해 셀(300)을 설명하는 개략도이다.FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a solid oxide acceptance cell 300 including an electrode formed of a metal oxide and a nitrogen-doped graphene electrode material, according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 고체 산화물 수전해 셀(300)은 애노드(310), 애노드(310)를 마주보고 배치되는 캐소드(320), 및 애노드(310)와 캐소드(320) 사이에 배치되는 산소 이온 전도성 고체 산화물인 전해질(electrolyte)(330)을 포함한다. 캐소드(320)는 수소 가스와 접촉하므로 수소 전극으로 지칭될 수 있고, 애노드(310)는 산소 가스와 접촉하므로 산소 전극으로 지칭될 수 있다.10, the solid oxide acceptance cell 300 includes an anode 310, a cathode 320 disposed opposite the anode 310, and an anode 310 disposed between the anode 310 and the cathode 320, And an electrolyte 330 which is a conductive solid oxide. The cathode 320 may be referred to as a hydrogen electrode because it is in contact with hydrogen gas, and the anode 310 may be referred to as an oxygen electrode in contact with oxygen gas.

고체 산화물 수전해 셀(300)의 전기화학반응은 하기 반응식에 나타낸 바와 같이, 캐소드(320)의 물(H2O)이 수소 가스(H2)와 산소 이온(O2-)으로 변하는 음극반응과 전해질(330)을 통해 이동해 온 상기 산소 이온이 산소 가스(O2)로 변하는 양극반응으로 이루어진다. 이러한 반응은 통상적인 연료 전지의 반응 원리와는 반대이다.The electrochemical reaction of the solid oxide water electrolytic cell 300 is performed by an anode reaction in which water (H 2 O) in the cathode 320 is converted into hydrogen gas (H 2 ) and oxygen ions (O 2- ) And an anode reaction in which the oxygen ions that have been moved through the electrolyte 330 are converted into oxygen gas (O 2 ). This reaction is opposite to the reaction principle of a typical fuel cell.

<반응식><Reaction Scheme>

음극반응: H2O + 2e- -> O2- + H2 Cathode reaction: H 2 O + 2e - -> O 2- + H 2

양극반응: O2- -> 1/2 O2 + 2e- Anode reaction: O 2- -> 1/2 O 2 + 2e -

고체 산화물 수전해 셀(300)에 외부 전원(340)으로부터 전력이 인가되면, 외부 전원(340)으로부터 고체 산화물 수전해 셀(300)에 전자가 제공된다. 상기 전자는 캐소드(320)에 제공되는 물과 반응하여 수소 가스와 산소 이온을 생성한다. 상기 수소 가스는 외부로 배출되고, 상기 산소 이온은 전해질(330)을 통과하여 애노드(310)로 이동된다. 애노드(310)로 이동된 상기 산소 이온은 전자를 잃고 산소 가스로 변환하여 외부로 배출된다. 상기 전자는 외부 전원(340)으로 흐르게 된다. 이러한 전자 이동을 통하여, 고체 산화물 수전해 셀(300)는 물을 전기 분해하여, 캐소드(320)에서 수소 가스를 형성하고, 애노드(310)에서 산소 가스를 형성할 수 있다.When power is applied to the solid oxide electrolytic cell 300 from the external power supply 340, electrons are supplied from the external power supply 340 to the solid oxide electrolytic cell 300. The electrons react with water supplied to the cathode 320 to generate hydrogen gas and oxygen ions. The hydrogen gas is discharged to the outside, and the oxygen ions are transferred to the anode 310 through the electrolyte 330. The oxygen ions transferred to the anode 310 lose electrons and are converted into oxygen gas and discharged to the outside. The electrons flow to the external power source 340. Through this electron transfer, the solid oxide electrolytic cell 300 can electrolyze water to form hydrogen gas at the cathode 320 and oxygen gas at the anode 310.

애노드(310) 및 캐소드(320) 중 적어도 어느 하나는 본 발명의 기술적 사상에 따른 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 이용하여 형성될 수 있다.At least one of the anode 310 and the cathode 320 may be formed using a metal oxide and a nitrogen-doped graphene electrode material according to the technical idea of the present invention.

전해질(330)은 본 기술 분야에서 일반적으로 사용할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 전해질(330)은 도 9를 참조하여 상술한 고체 산화물 연료전지(200)의 전해질(230)과 동일한 물질을 포함하거나 동일한 구조를 가질 수 있다.
The electrolyte 330 is not particularly limited as long as it can be generally used in the art. The electrolyte 330 may include the same material as the electrolyte 230 of the solid oxide fuel cell 200 described above with reference to FIG. 9, or may have the same structure.

[실시예][Example]

이하에서는, 본 발명을 예시로써 상세하게 설명하기 위하여 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 상기 실시예는 본 발명의 범위를 제한하기 위한 의도가 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The above embodiments are not intended to limit the scope of the present invention.

그라파이트 조각과 금속 볼을 볼밀 장치(Pulverisette 6, Fritsch)에 질소 분위기 하에서 장입하였다. 장입된 상기 그라파이트 조각은 알파에이사(Alfa Aesar) 제품으로, 99.9995% 순도와 100 메쉬 (150 ㎛ 이하)의 크기의 자연 그라파이트(natural graphite)이었고, 1회 총 장입량은 5g 이었다. 상기 볼밀 장치는 500 mL 내부 부피의 스테인레스 재질로 구성되었다. 상기 금속 볼은 지름 5 mm, 무게 500 g, 및 스테인레스 재질로 구성되었다.The graphite pieces and the metal balls were charged to a ball mill apparatus (Pulverisette 6, Fritsch) under a nitrogen atmosphere. The loaded graphite piece was a product of Alfa Aesar, natural graphite having a purity of 99.9995% and a size of 100 mesh (150 μm or less), and the total charge amount was 5 g. The ball mill device was constructed of a 500 mL internal volume stainless steel material. The metal ball was 5 mm in diameter, 500 g in weight, and made of stainless steel.

볼밀 장치는 밀봉된 후, 그 내부를 질소 가스로 8 bar 수준까지 충진하여 질소 분위기를 형성하였었다. 상기 충진은 질소 가스를 이용하여 충진과 배출을 5회 수행한 후에 이루어졌다.The ball mill apparatus was sealed and filled with nitrogen gas to a level of 8 bar to form a nitrogen atmosphere. The filling was carried out five times with filling and discharging using nitrogen gas.

상기 볼밀 장치 내에서, 상기 그라파이트와 상기 금속 볼을 500 rpm의 속도로 48 시간 동안 회전하여 상기 그라파이트를 볼밀하였다. 이러한 볼밀에 의하여 상기 그라파이트는 분쇄되어 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 형성하였다.In the ball mill, the graphite and the metal ball were rotated at a speed of 500 rpm for 48 hours to ball-mill the graphite. By means of this ball mill, the graphite was pulverized to form graphene doped with metal and nitrogen.

상기 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 용매인 디메틸포름아미드(Dimethylformamide, DMF)에 분산시킨 후, 폴리머 물질인 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile, PAN)을 상기 디메틸포름아미드에 용해하여 방사 용액을 형성하였다. 상기 방사 용액을 상술한 전기방사 장치를 이용하여 전기방사하여 그물망 구조체를 형성하였다.The metal and nitrogen-doped graphene were dispersed in dimethylformamide (DMF) as a solvent, and polyacrylonitrile (PAN) as a polymer material was dissolved in the dimethylformamide to form a spinning solution . The spinning solution was electrospun by using the electrospinning apparatus described above to form a mesh structure.

이어서, 상기 그물망 구조체를 구성하는 상기 폴리머가 고리 구조를 형성할 수 있도록, 상기 그물망 구조체를 안정화 처리하였다. 상기 안정화 처리는 공기 분위기에서, 약 280℃의 온도에서 약 1 시간 동안 수행되었다. 상기 안정화 처리의 온도까지의 승온 속도는 2℃/분 이었다.Then, the mesh structure was stabilized so that the polymer constituting the mesh structure could form a ring structure. The stabilization treatment was carried out in an air atmosphere at a temperature of about 280 DEG C for about 1 hour. The rate of temperature rise to the temperature of the stabilization treatment was 2 ° C / min.

이어서, 상기 고리 구조가 형성된 상기 그물망 구조체를 탄화 처리하였다. 상기 탄화 처리는 질소 가스 분위기에서, 약 1000℃의 온도에서 약 1 시간 동안 수행되었다. 상기 탄화 처리의 온도까지의 승온 속도는 2℃/분 이었다.Then, the mesh structure having the ring structure formed therein was carbonized. The carbonization treatment was performed in a nitrogen gas atmosphere at a temperature of about 1000 캜 for about 1 hour. The rate of temperature rise to the temperature of the carbonization treatment was 2 ° C / min.

이어서, 상기 탄화 처리된 상기 그물망 구조체를 활성화 처리하였다. 상기 탄화 처리는 100% 이산화탄소 가스 분위기에서, 약 800℃의 온도에서 약 1 시간 동안 수행되었다. 상기 활성화 처리의 온도까지의 승온 속도는 5℃/분 이었다.Then, the carbon nanotubes were subjected to activation treatment. The carbonization treatment was carried out in a 100% carbon dioxide gas atmosphere at a temperature of about 800 DEG C for about 1 hour. The rate of temperature rise up to the temperature of the activation treatment was 5 ° C / min.

상술한 방법에 따라, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재는 탄소로 구성된 그물망 구조체, 상기 그물망 구조체에 결합되고, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀을 포함한다. 상기 그래핀은 상기 그물망 구조체에 표면에 노출되어 위치할 수 있다.
According to the above-described method, the graphene electrode material doped with a metal oxide and nitrogen includes a mesh structure composed of carbon, graphene bonded to the mesh structure, and doped with a metal oxide and nitrogen. The graphene may be exposed to the surface of the mesh structure.

도 11 및 도 12는 본 발명의 일시예에 따라 제조된 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 나타내는 주사전자 현미경 사진들이다.11 and 12 are SEM micrographs showing a metal oxide and nitrogen-doped graphene electrode material prepared according to a temporary example of the present invention.

도 11을 참조하면, 상술한 방법에 따라 전기방사에 의하여 형성된 그물망 구조체를 안정화 처리한 후의 사진이다. 상기 그물망 구조체는 상기 안정화 처리 후에도 100 nm 내지 1000 nm 범위의 폭을 가지는 그물들을 포함하고 있다. 또한, 도 11에서는 239.0 nm, 553.9 nm, 및 848.8 nm의 폭을 가지는 그물들이 예시적으로 나타나 있다. 이러한 안정화 후에는 비교적 다른 두께의 폭을 가지는 그물망 구조체를 확인 할 수 있다. 이러한 그물망 구조체는 하기의 탄화 처리를 거치면서 보다 작고 일관된 두께의 그물망 구조체를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 11, there is shown a photograph of a mesh structure formed by electrospinning according to the above-mentioned method after stabilization treatment. The mesh structure includes meshes having a width in the range of 100 nm to 1000 nm even after the stabilization process. Also, in FIG. 11, nets having widths of 239.0 nm, 553.9 nm, and 848.8 nm are exemplarily shown. After such stabilization, a network structure having a relatively different thickness width can be identified. Such a network structure can form a network structure with a smaller and consistent thickness through the following carbonization treatment.

도 12를 참조하면, 상술한 방법에 따라 안정화 처리된 그물망 구조체를 탄화 처리한 후의 사진이다. 탄화 처리 후에도 그물망 구조체의 구조가 잔존하고 있음을 알 수 있다. 상기 그물망 구조체는 상기 탄화 처리 후에도 100 nm 내지 1000 nm 범위의 폭을 가지는 그물들을 포함하고 있다. 또한, 도 12에서는 195.5 nm, 200.4 nm, 265.2 nm, 269.6 nm 및 341.2 nm의 폭을 가지는 그물들이 예시적으로 나타나 있다. 이러한 탄화 처리를 통하여, 상기 그물망 구조체 폭의 값이 적어진 것을 확인할 수 있으며, 균일함이 증가되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 12, the stabilized mesh structure according to the above-described method is carbonized. It can be seen that the structure of the mesh structure remains after the carbonization treatment. The network structure includes nets having a width in the range of 100 nm to 1000 nm after the carbonization treatment. Further, in FIG. 12, nets having a width of 195.5 nm, 200.4 nm, 265.2 nm, 269.6 nm and 341.2 nm are exemplarily shown. Through this carbonization treatment, it can be confirmed that the value of the width of the network structure is decreased, and it can be confirmed that the uniformity is increased.

도 13은 본 발명의 일시예에 따라 제조된 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 나타내는 투과전자 현미경 사진이다.FIG. 13 is a transmission electron microscope photograph showing a metal oxide and nitrogen-doped graphene electrode material manufactured according to a temporary example of the present invention.

도 13은 도 12의 상술한 방법에 따라 탄화 처리된 그물망 구조체를 활성화 처리한 후의 사진이다. 그물망 구조체의 외측에 짙은 회색으로 나타난 바와 같은 그래핀이 분포하는 것을 알 수 있다. 따라서, 그래핀은 그물망 구조체의 표면에 노출됨에 따라 촉매 활성이 증가될 수 있다.
FIG. 13 is a photograph of the carbonized mesh structure according to the above-described method of FIG. 12 after activation treatment. It can be seen that graphene is distributed on the outer side of the network structure as shown by dark gray. Therefore, the catalytic activity can be increased as the graphene is exposed to the surface of the mesh structure.

예를 들어, 아연 금속 공기전지 개발에 있어 느린 산소환원반응이 가장 큰 문제점으로 대두되고 있다. 즉, 전지 방전 반응 시에 아연 음극에서 OH- 이온 소모속도가 공기극에서의 OH- 이온 생성속도보다 훨씬 크기 때문에, 전해질 내의 OH- 이온 농도가 급격히 낮아지게 되고, 이에 따라 전지 성능이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 이차전지 분야에서는 산소환원반응이 빠른 물질 개발이 요구된다.For example, in the development of zinc metal air cells, the slow oxygen reduction reaction is becoming the biggest problem. That is, in the battery discharge reaction, the OH - ion consumption rate at the zinc cathode is much larger than the OH - ion production rate at the cathode, so that the OH - ion concentration in the electrolyte is rapidly lowered, have. Therefore, in the field of secondary batteries, it is required to develop a material having a rapid oxygen reduction reaction.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재의 산소환원반응을 측정한 그래프이다. 도 14의 그래프는 0.1M KOH 전해질에서 회전 고리 원판 전극 (Rotating Ring Disk Electrode; RRDE) 측정 방법으로 측정하였다. 전극은 카본을 이용하여 측정을 수행하였다.FIG. 14 is a graph illustrating an oxygen reduction reaction of a metal oxide and a nitrogen-doped graphene electrode material manufactured according to an embodiment of the present invention. The graph of FIG. 14 was measured by a Rotating Ring Disk Electrode (RRDE) measurement method in a 0.1 M KOH electrolyte. The electrode was made using carbon.

도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예("ACT CNF-N5"로 표시됨)는 백금 촉매를 사용한 경우("20 wt% Pt/C"로 표시됨)와 거의 유사한 디스크 전류(idisk)값을 나타내었고, 이는 거의 유사한 산소환원반응 특성을 가지는 것으로 분석된다. 따라서, 본 발명의 실시예는 매우 우수한 산소환원반응 특성을 가짐을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 질소가 도핑되고 금속 산화물이 그래핀에 도핑되지 않는 비교예들("CNF-N0", "CNF-N3", "CNF-N5", 및 "CNF-N10"으로 표시됨)에 비하여 그래프가 절대값이 큰 전압 하에서 절대값이 큰 전류값을 나타내므로, 금속 산화물의 그래핀에의 도핑이 산소환원반응 특성을 향상시킴을 알 수 있다.Referring to Figure 14, an embodiment of the present invention (denoted as "ACT CNF-N5") has a disk current (i disk ) value that is similar to that of a platinum catalyst (denoted "20 wt% Pt / C & , Which is analyzed to have almost similar oxygen reduction characteristics. Therefore, it can be seen that the embodiment of the present invention has very excellent oxygen reduction reaction characteristics. In addition, embodiments of the present invention can also be used with comparative examples ("CNF-N0", "CNF-N3", "CNF-N5", and "CNF-N10") in which the nitrogen is doped and the metal oxide is not doped into the graphene , The graph shows a current value having a large absolute value under a voltage having a large absolute value, so that doping of the metal oxide with graphene improves the oxygen reduction reaction characteristic.

본 발명의 실시예는, 금속 산화물이 그래핀에 도핑됨에 따라, 비교예들에 비하여 더 낮은 전압에서 산소환원 반응이 시작됨을 의미하고, 또한 동일한 전압에서 더 많은 전류를 발생시킬 수 있다. 본 발명의 실시예는 전압의 절대값이 커짐에 따라 약 -6 내지 -7 범위의 의 디스크 전류(idisk)값을 나타내었다. 이러한 실시예의 산소환원반응 특성은, 본 발명의 실시예가 빠른 산소환원반응을 제공하고 많은 전류를 생성할 수 있음을 의미한다. 산소환원반응에 대한 우수한 촉매가 갖추어야 할 조건은 산소환원 반응이 좀 더 낮은 전압에서 시작되고, 또한 동일한 전압 하에서 많은 전류를 발생해야 한다. 그러므로, 본 발명의 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재는 산소환원반응에 대한 우수한 촉매가 될 수 있다. An embodiment of the present invention means that as the metal oxide is doped into the graphene, the oxygen reduction reaction starts at a lower voltage than the comparative examples, and more current can be generated at the same voltage. Embodiments of the present invention showed disk current (i disk ) values in the range of about -6 to -7 as the absolute value of the voltage increased. The oxygen reduction reaction characteristic of this embodiment means that the embodiment of the present invention provides a quick oxygen reduction reaction and can generate a large amount of current. A good catalyst for an oxygen reduction reaction must have an oxygen reduction reaction that starts at a lower voltage and generates a lot of current under the same voltage. Therefore, the metal oxide and nitrogen-doped graphene electrode materials of the present invention can be excellent catalysts for the oxygen reduction reaction.

상기 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재는, 장기 안정성을 제공할 수 있으며, 또한, 우수한 성능의 산소환원반응을 나타내므로, 전지의 활성을 증가시킬 수 있고, 안정성을 증가시킬 수 있고, 가격을 절감시킬 수 있다.Since the graphene electrode material doped with the metal oxide and nitrogen can provide long-term stability and exhibits excellent performance of oxygen reduction reaction, it is possible to increase the activity of the battery, increase the stability, It can reduce the price.

상기 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재는 금속공기전지, 고체 산화물 연료전지, 및 고체 산화물 수전해 셀의 전극 소재로 이용될 수 있다.
The graphene electrode material doped with the metal oxide and nitrogen may be used as an electrode material of a metal air cell, a solid oxide fuel cell, and a solid oxide water-dissolving cell.

이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.

1: 금속과 질소가 도핑된 그래핀, 2: 탄소 원자, 3: 질소 원자,
4, 41, 42, 43: 금속 원자
1000: 전기방사 장치, 10: 방사 용액 탱크, 20: 방사 노즐,
30: 방사 노즐팁, 40: 외부 전원, 50: 컬렉터 기판, 60: 방사 용액,
100: 금속공기전지, 110: 애노드, 120: 캐소드, 130: 전해질,
140: 집전체, 150: 촉매체, 170: 양이온, 180: 산소, 190: 부하,
200: 고체산화물 연료전지, 210: 애노드,
220: 캐소드, 230: 전해질, 240: 버퍼층,
300: 고체 산화물 수전해 셀, 310: 애노드, 320: 캐소드,
330: 전해질, 340: 외부 전원,
1: graphene doped with a metal and nitrogen, 2: carbon atom, 3: nitrogen atom,
4, 41, 42, 43: metal atom
1000: electrospinning device, 10: spinning solution tank, 20: spinning nozzle,
30: spinning nozzle tip, 40: external power source, 50: collector substrate, 60: spinning solution,
100: metal air cell, 110: anode, 120: cathode, 130: electrolyte,
The present invention relates to a method for producing a catalyst,
200: solid oxide fuel cell, 210: anode,
220: cathode, 230: electrolyte, 240: buffer layer,
300: solid oxide electrolytic cell, 310: anode, 320: cathode,
330: electrolyte, 340: external power supply,

Claims (20)

금속과 질소가 도핑된 그래핀을 형성하는 단계;
상기 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 이용하여 구조체를 형성하는 단계; 및
상기 구조체를 열처리하여, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 이용하여 구조체를 형성하는 단계는,
상기 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 폴리머와 혼합하여 방사 용액을 형성하는 단계; 및
상기 방사 용액을 전기방사 방법을 이용하여 방사하여 그물망 구조체를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 구조체를 열처리하여, 금속 산화물과 질소가 도핑된 그래핀 전극 소재를 형성하는 단계는,
상기 그물망 구조체의 상기 폴리머가 고리 구조를 형성하도록, 상기 그물망 구조체를 안정화 처리하는 단계;
상기 고리 구조가 형성된 상기 그물망 구조체를 탄화 처리하는 단계; 및
상기 탄화 처리된 상기 그물망 구조체를 활성화 처리하는 단계;
를 포함하는, 그래핀 전극 소재의 제조 방법.
Forming a metal and nitrogen doped graphene;
Forming a structure using the metal and nitrogen-doped graphene; And
Heat treating the structure to form a graphene electrode material doped with a metal oxide and nitrogen,
The step of forming the structure using the metal and nitrogen-doped graphene may include:
Mixing the metal and nitrogen-doped graphene with a polymer to form a spinning solution; And
And spinning the spinning solution using an electrospinning method to form a mesh structure,
The step of heat treating the structure to form a graphene electrode material doped with a metal oxide and nitrogen,
Stabilizing the mesh structure so that the polymer of the mesh structure forms a ring structure;
Carbonizing the mesh structure having the annular structure formed thereon; And
Activating the carbonized mesh network structure;
&Lt; / RTI &gt;
청구항 1에 있어서,
상기 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 형성하는 단계는,
그라파이트와 금속 볼을 금속 용기에 장입하는 단계;
상기 금속 용기의 내부를 질소 분위기로 형성하는 단계; 및
상기 그라파이트를 상기 금속 볼을 이용하여 볼밀하여 분쇄하여 금속과 질소가 도핑된 그래핀을 형성하는 단계;
를 포함하는, 그래핀 전극 소재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The step of forming the metal and nitrogen-doped graphene comprises:
Charging graphite and a metal ball into a metal container;
Forming an interior of the metal container in a nitrogen atmosphere; And
Milling the graphite by ball milling using the metal balls to form graphene doped with a metal and nitrogen;
&Lt; / RTI &gt;
청구항 2에 있어서,
상기 그라파이트는 10 메쉬(mesh) 내지 1000 메쉬의 크기를 가지는 분말을 포함하는, 그래핀 전극 소재의 제조 방법.
The method of claim 2,
Wherein the graphite comprises a powder having a size of 10 mesh to 1000 mesh.
청구항 2에 있어서,
상기 금속 볼과 상기 금속 용기는, 스테인레스, 철(Fe), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 망간(Mn), 코발트(Co), 구리(Cu), 아연(Zn), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 테크네튬(Tc), 루비듐(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 카드뮴(Cd), 하프늄(Hf), 탈륨(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 금(Au), 또는 이들의 합금을 포함하는, 그래핀 전극 소재의 제조 방법.
The method of claim 2,
The metal ball and the metal container may be made of a metal such as stainless steel, Fe, Cr, Ni, Sc, Ti, V, Mn, (Cu), zinc (Zn), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), technetium (Tc), rubidium (Ru) (Au), cadmium (Cd), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir) , Or an alloy thereof. &Lt; / RTI &gt;
청구항 2에 있어서,
상기 그래핀에 도핑되는 금속은, 상기 금속 볼, 상기 금속 용기, 또는 이들 모두로부터 제공되는, 그래핀 전극 소재의 제조 방법.
The method of claim 2,
Wherein the metal doped to the graphene is provided from the metal ball, the metal container, or both.
청구항 2에 있어서,
상기 금속 용기 내를 질소 분위기로 형성하는 단계는, 상기 금속 용기를 질소 가스로 충진하고 배출하는 단계를 반복적으로 수행한 후에 최종적으로 상기 금속 용기를 질소 가스로 충진하여 이루어지는, 그래핀 전극 소재의 제조 방법.
The method of claim 2,
The step of forming the metal container in a nitrogen atmosphere may include repeatedly performing the step of filling and discharging the metal container with nitrogen gas, and finally filling the metal container with nitrogen gas. Way.
청구항 1에 있어서,
상기 그래핀에 도핑된 상기 금속은, 상기 그래핀을 구성하는 탄소 원자 사이에 개재되도록 배치되거나, 상기 탄소 원자와 결합되는 질소 원자를 치환하여 상기 탄소 원자와 결합하도록 배치되거나, 상기 탄소 원자를 치환하여 배치되는, 그래핀 전극 소재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The metal doped in the graphene may be arranged to interpose between the carbon atoms constituting the graphene or may be arranged to substitute the nitrogen atom bonded to the carbon atom to bond with the carbon atom, Wherein the graphene electrode material is disposed on the surface of the substrate.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 안정화 처리하는 단계는, 공기 분위기에서 250℃ 내지 350℃ 범위의 온도에서 수행되는, 그래핀 전극 소재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the stabilizing step is performed at a temperature in the range of 250 DEG C to 350 DEG C in an air atmosphere.
청구항 1에 있어서,
상기 탄화 처리하는 단계는, 불활성 분위기에서 900℃ 내지 1100℃ 범위의 온도에서 수행되는, 그래핀 전극 소재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the carbonization step is performed at a temperature in the range of 900 占 폚 to 1100 占 폚 in an inert atmosphere.
청구항 1에 있어서,
상기 활성화 처리하는 단계는, 이산화탄소 분위기에서 700℃ 내지 900℃ 범위의 온도에서 수행되는, 그래핀 전극 소재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the activating step is performed at a temperature in the range of 700 DEG C to 900 DEG C in a carbon dioxide atmosphere.
청구항 1에 있어서,
상기 안정화 처리하는 단계는 공기 분위기에서 280℃의 온도에서 1 시간 동안 수행되고,
상기 탄화 처리하는 단계는, 질소 가스 분위기에서 1000℃의 온도에서 1 시간 동안 수행되고,
상기 활성화 처리하는 단계는, 이산화탄소 분위기에서 800℃의 온도에서 1 시간 동안 수행되는, 그래핀 전극 소재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The stabilizing step is carried out in an air atmosphere at a temperature of 280 DEG C for 1 hour,
The carbonization step is carried out at a temperature of 1000 캜 for 1 hour in a nitrogen gas atmosphere,
Wherein the activating step is performed at a temperature of 800 DEG C for 1 hour in a carbon dioxide atmosphere.
청구항 1에 있어서,
상기 그래핀에 도핑된 상기 금속은, 상기 안정화 처리하는 단계에서, 상기 탄화 처리하는 단계에서, 또는 양 단계 모두에서, 금속 산화물을 형성하는, 그래핀 전극 소재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal doped in the graphene forms a metal oxide in the stabilization step, in the carbonization step, or in both steps.
청구항 1에 있어서,
상기 폴리머는, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리메틸메스아크릴레이트(PMMA), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리우레탄, 폴리에테르우레탄, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 폴리메틸아크릴레이트(PMA), 폴리비닐아세테이트 (PVAc), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리퍼퓨릴알콜(PPFA), 폴리스티렌, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리카프로락톤, 폴리비닐풀루오라이드, 및 폴리아마이드로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는, 그래핀 전극 소재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The polymer may be selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), polymethyl methacrylate (PMMA), polydimethylsiloxane (PDMS), polyurethane, polyether urethane, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate , Cellulose acetate propionate, polymethyl acrylate (PMA), polyvinyl acetate (PVAc), polyacrylonitrile (PAN), polyperfuryl alcohol (PPFA), polystyrene, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide Wherein the at least one material is at least one selected from the group consisting of PPO, polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC), polycaprolactone, polyvinyl fluoride, and polyamide.
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