KR101986631B1 - Method and apparatus for mass production of non-oxidative exfoliated graphite by electrochemical treatment - Google Patents

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Abstract

본원 발명은 전기화학적 처리에 의한 비산화 박리 흑연의 대량생산 방법 및 그 장치에 대한 것으로 보다 구체적으로는 황산염이 용해된 전해질을 준비하는 전해질 준비단계; 상기 전해질 내에 소정의 간격을 두고 작동전극으로 N개(단, N은 1 이상의 정수)의 흑연전극을 배치하는 작동전극 배치단계; 상기 작동전극의 상대전극으로 소정의 간격을 두고 N+1개의 금속전극을 배치하되 인접한 2개의 금속전극의 사이에 흑연전극이 위치하도록 하는 상대전극 배치단계; 및 상기 작동전극과 상대전극에 전압을 인가하여 흑연전극으로부터 흑연을 박리하는 흑연 박리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 방법 및 그 장치에 대한 것이다.The present invention relates to a method for mass-producing non-oxidized peeled graphite by electrochemical treatment and an apparatus therefor, and more particularly, to an electrolyte preparation method for preparing an electrolyte in which a sulfate is dissolved; An operation electrode disposing step of disposing N (N is an integer of 1 or more) graphite electrodes as working electrodes at predetermined intervals in the electrolyte; Arranging N + 1 metal electrodes at predetermined intervals in the counter electrode of the working electrode so that graphite electrodes are positioned between adjacent two metal electrodes; And a graphite peeling step of peeling the graphite from the graphite electrode by applying a voltage to the working electrode and the counter electrode, and a method for mass production of the electrochemical non-oxidized peeling graphite.

Description

전기화학적 처리에 의한 비산화 박리 흑연의 대량생산 방법 및 그 장치{Method and apparatus for mass production of non-oxidative exfoliated graphite by electrochemical treatment}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a non-oxidative exfoliated graphite by electrochemical treatment,

본원 발명은 전기화학적 처리에 의한 비산화 박리 흑연(non-oxidative exfoliated graphite)의 대량생산 방법 및 그 장치에 대한 것이다.The present invention relates to a method for mass production of non-oxidative exfoliated graphite by electrochemical treatment and an apparatus therefor.

보다 구체적으로는 황산염이 용해된 전해질을 준비하는 전해질 준비단계; 상기 전해질 내에 소정의 간격을 두고 작동전극으로 N개(단, N은 1 이상의 정수)의 흑연전극을 배치하는 작동전극 배치단계; 상기 작동전극의 상대전극으로 소정의 간격을 두고 N+1개의 금속전극을 배치하되 인접한 2개의 금속전극의 사이에 흑연전극이 위치하도록 하는 상대전극 배치단계; 및 상기 작동전극과 상대전극에 전압을 인가하여 흑연전극으로부터 흑연을 박리하는 흑연 박리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 방법 및 그 장치에 대한 것이다.More specifically, an electrolyte preparation step of preparing an electrolyte in which a sulfate is dissolved; An operation electrode disposing step of disposing N (N is an integer of 1 or more) graphite electrodes as working electrodes at predetermined intervals in the electrolyte; Arranging N + 1 metal electrodes at predetermined intervals in the counter electrode of the working electrode so that graphite electrodes are positioned between adjacent two metal electrodes; And a graphite peeling step of peeling the graphite from the graphite electrode by applying a voltage to the working electrode and the counter electrode, and a method for mass production of the electrochemical non-oxidized peeling graphite.

그래핀(graphene)은 벌집 구조의 sp2 탄소로 구성되어 원자의 두께를 갖는 2차원 시트이다. 2004년에 처음으로 Geim 교수 그룹에 의해 그래핀이 단리된 이후 관련분야의 연구는 급속히 증가해왔다. 그러나 이러한 그래핀 제조관련 기술의 상당 부분은 실제 단층 그래핀에 대한 것이 아니라 2 내지 10개의 그래핀 층 두께를 갖는 수개 층 그래핀에 대한 것이거나 그래핀을 만드는데 이용되는 박리(exfoliation) 공정에서 다량으로 산화된 그래핀 산화물(GO)에 대한 것이 대부분이다. A graphene is a two-dimensional sheet consisting of sp2 carbons of a honeycomb structure and having a thickness of atoms. Since the first isolation of graphene by the Geim professor group in 2004, research in related fields has increased rapidly. However, much of this graphene-related technology is not directed to actual single-layer graphene but to multi-layer graphene having a thickness of 2 to 10 graphene layers, or to a large amount in the exfoliation process used to make graphene (GO) which is oxidized to the graphene oxide (GO).

이러한 나노미터 크기의 탄소재료의 제조상의 문제점을 해결하기 위하여 저가의 천연 흑연을 물리적ㆍ화학적 방법을 통해서 직접 박리함으로써 그래핀과 유사한 특성을 갖는 마이크로미터 크기(micrometer scale)의 박리 흑연(exfoliated graphite)을 제조하는 연구가 활발히 진행되었다.In order to solve the problem of manufacturing nanometer-sized carbon materials, exfoliated graphite having micrometer scale characteristics similar to graphene by directly separating low-cost natural graphite through physical and chemical methods, And the like.

최근에 독일 막스 플랑크(Max flanck) 연구소의 밀렌(mullen) 교수 연구팀에서 단순한 전기화학적인 공정을 통하여 특별한 물리적 압력이나 황산ㆍ질산 같은 유독한 강산을 사용하지 않고도, 단시간에 고품질의 박리흑연을 대량으로 생산할 수 있는 제조 공정을 개발(Mullen et al., J. Am. Chem. Sos. 2014, 135, 6083.)하였다. 이와 관련된 특허기술로는 한국 공개특허 제2013-0087018호에는 프로필렌 카보네이트, 디메틸포름아미드 등의 유기용매와 리튬염과 초음파를 이용한 흑연박리에 대한 기술이 공지되어 있고, 한국 공개특허 제2016-0079115호에는 전기화학반응을 통한 박리 방법으로 바람직한 수준의 산화를 유지하면서 적합한 수율 및 두께로 산화 그래핀을 제조할 수 있는 기술로 시트르산 나트륨을 전해질로 사용하는 기술이 개제되어 있다.Recently, Professor Mullen, a professor at Max flanck in Germany, has reported that a simple electrochemical process allows a large amount of high-quality exfoliated graphite in a short period of time without using special physical pressure or toxic strong acids such as sulfuric acid and nitric acid. (Mullen et al., J. Am. Chem. Sos. 2014, 135, 6083.). Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-0087018 discloses a technique relating to graphite peeling using an organic solvent such as propylene carbonate or dimethylformamide, a lithium salt and ultrasonic waves, and Korean Patent Publication No. 2016-0079115 Discloses a technique of using sodium citrate as an electrolyte as a technique capable of producing graphene oxide with an appropriate yield and thickness while maintaining a desired level of oxidation by a stripping method through an electrochemical reaction.

그러나 통상적으로 현재까지 대부분의 전기화학적 반응에서 사용하는 백금(Pt)전극은 전기 활성이 우수하고 부식에 강한 장점이 있기는 하지만 매우 고가이다. 특히 고품질의 박리흑연을 생산함에 있어서 경제성을 높이기 위해서는 단시간에 많은 양을 생산해야 하고 이러한 경우 전기화학적 반응장치 등의 구성에 있어서 백금(Pt)전극의 고가의 가격과 모양 및 크기 등의 형태 조절의 어려움은 해당 공정을 통한 대량생산 및 상업화에 큰 장애가 되고 있다. However, platinum (Pt) electrodes used in most electrochemical reactions to date have high electrochemical activity and high corrosion resistance, although they are advantageous against corrosion. In particular, in order to improve the economical efficiency in producing high-quality exfoliated graphite, it is necessary to produce a large amount in a short period of time. In this case, in the configuration of the electrochemical reaction device and the like, the cost, shape and size of the platinum Difficulties have become a major obstacle to mass production and commercialization through the process.

한국 공개특허 제2013-0087018호Korean Patent Publication No. 2013-0087018 한국 공개특허 제2016-0079115호Korean Patent Publication No. 2016-0079115

Mullen et al., J. Am. Chem. Soc. 2014, 135, 6083.Mullen et al., J. Am. Chem. Soc. 2014, 135, 6083.

본원 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 개발된 것으로, 비산화 박리 흑연(non-oxidative exfoliated graphite)의 대량생산을 위하여 백금(Pt) 전극을 대체하고, 경제성을 뒷받침할 수 있는 전기적활성을 가지며, 전극의 모양 및 크기 조절이 용이한 전기화학적 비산화 박리 흑연제조용 금속전극을 제공하고자 한다.The present invention has been developed in order to solve the above-mentioned problems. It is an object of the present invention to provide a non-oxidative exfoliated graphite which can replace platinum (Pt) electrodes for mass production of non-oxidative exfoliated graphite, To provide a metal electrode for electrochemical non-oxidative exfoliated graphite easy to be controlled in shape and size.

또한, 본원 발명에서는 백금(Pt) 전극을 대체할 수 있는 금속전극을 이용하여 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량 생산이 가능한 효율적인 전극의 배치방법과 이를 통한 단시간에 많은 양의 박리 흑연을 생산할 수 있는 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 장치를 제공하고자 한다.In addition, in the present invention, it is possible to efficiently manufacture an electrode, which can mass-produce electrochemically non-oxidative exfoliated graphite using a metal electrode which can replace a platinum (Pt) electrode, and a method of producing a large amount of exfoliated graphite To provide an apparatus for mass production of electrochemical non-oxidized peeled graphite.

본원 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위하여 전해질 내에 소정의 간격을 두고 작동전극으로 N개(단, N은 1 이상의 정수)의 흑연전극을 배치하는 작동전극을 배치하고, 상기 작동전극의 상대전극으로 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 니켈(Ni)로 구성되며 소정의 간격을 두고 N+1개의 금속전극을 배치하여 흑연전극으로부터 흑연을 박리하는 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, in the present invention, working electrodes for arranging N graphite electrodes (N is an integer of 1 or more) as working electrodes are arranged at predetermined intervals in the electrolyte, The present invention provides a method for mass production of electrochemical non-oxidized peeled graphite composed of stainless steel or nickel (Ni) and having N + 1 metal electrodes arranged at predetermined intervals to peel off graphite from graphite electrodes.

또한, 본원 발명에서는 반응 셀 내부의 서로 대향하는 양측면에 대칭되는 형태로 소정의 간격을 두고 2N+1개(단, N은 1 이상의 정수)의 쌍으로 구비되는 슬롯 형상의 전극 고정부 및 상기 전극 고정부에 삽입되는 3개의 구역으로 구획된 판상의 프레임으로 구성되고 상기 프레임의 중앙 구역에 시트(sheet), 호일(foil) 또는 판상(plate)의 형태의 작동전극 또는 상대전극이 고정되는 카트리지형 전극을 포함하여 구성되는 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 장치를 제공한다.Further, in the present invention, the slot-like electrode fixing portion provided in a pair of 2N + 1 (N is an integer of 1 or more) with symmetrical shapes on opposite sides facing each other in the reaction cell at predetermined intervals, A cartridge type in which a working electrode or counter electrode in the form of sheet, foil or plate is fixed to a central region of the frame, the plate-shaped frame being divided into three regions to be inserted into the fixing portion, The present invention provides an apparatus for mass production of electrochemical non-oxidized peeled graphite comprising an electrode.

본원 발명의 방법에 따르면, 기존의 고가의 백금(Pt) 전극을 대체할 수 있고, 전극의 모양 및 크기의 조절이 자유로운 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 니켈(Ni)을 금속전극으로 사용하면서도 단시간에 많은 양의 박리 흑연을 생산할 수 있는 장점이 있다.According to the method of the present invention, it is possible to replace the existing expensive platinum (Pt) electrode and to use the stainless steel or nickel (Ni), which is free to adjust the shape and size of the electrode, There is an advantage that a large amount of exfoliated graphite can be produced.

특히, 본원 발명의 방법은 N개의 흑연 전극이 소정의 간격을 두고 사이에 배치되는 N+1개의 금속전극에 의하여 흑연 전극의 양면에서 박리가 이루어져서 생산효율이 증가하는 장점이 있다.In particular, the method of the present invention is advantageous in that the production efficiency is increased by peeling the graphite electrode from both sides by N + 1 metal electrodes disposed between the N graphite electrodes with a predetermined gap therebetween.

또한, 본원 발명에 따른 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 장치는 다수의 전극이 배치되는 멀티 전극 시스템을 통하여 전극 간의 거리가 일정하여 박리 흑연의 생산 효율의 변동이 작아서 생산성을 효율적으로 관리할 수 있고, 흑연 전극과 금속 전극 간의 거리가 일정하게 유지되어 박리 흑연의 품질을 일정하게 유지 할 수 있으며, 전극 간의 접촉에 의한 화재 위험성을 낮출 수 있다.In addition, the apparatus for mass-production of electrochemical non-oxidized peeled graphite according to the present invention has a constant distance between electrodes through a multi-electrode system in which a plurality of electrodes are disposed, so that the fluctuation of the production efficiency of peeled graphite is small, And the distance between the graphite electrode and the metal electrode is kept constant, so that the quality of the peeled graphite can be kept constant and the risk of fire due to the contact between the electrodes can be reduced.

특히, 본원 발명에 따른 장치는 많은 양의 전해질 용액을 수월하게 공급하여 박리 흑연의 대량 생산 및 제조된 박리 흑연을 함유하는 전해질의 안정적 배출이 가능하고, 연속생산이 가능한 장점이 있다. Particularly, the apparatus according to the present invention is capable of mass production of exfoliated graphite by supplying a large amount of electrolytic solution easily, and stable discharging of the electrolyte containing the exfoliated graphite produced, and continuous production is possible.

도 1은 본원 발명의 일 구현예에 따른 단일 전극을 이용한 전기화학적 비산화 박리 흑연의 제조방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본원 발명의 일 구현예에 따른 다양한 금속전극의 LSV 측정결과 및 Cu 및 Fe 전극의 부식현상을 나타낸 것이다.
도 3은 본원 발명의 일 구현예에 따른 스테인레스 스틸(a) 및 니켈(b)을 금속전극으로 사용한 전기화학적 비산화 박리 흑연의 제조방법을 나타낸 것이다.
도 4는 본원 발명의 일 구현예에 따른 멀티 전극을 이용한 박리 흑연의 제조방법(a) 및 이로부터 제조된 다량의 박리 흑연(b)을 나타낸 것이다.
도 5는 본원 발명의 일 구현예에 따른 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 장치의 정면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본원 발명의 일 구현예에 따른 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 장치의 측면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 본원 발명의 일 구현예에 따른 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 장치의 반응 셀의 사시도를 나타낸 것이다.
도 8은 본원 발명의 일 구현예에 따른 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 장치의 전극 고정부(A)를 확대하여 나타낸 것이다.
도 9는 본원 발명의 일 구현예에 따른 카트리지형 전극을 나타낸 것이다.
도 10은 본원 발명의 일 구현예에 따른 반응 셀 내의 카트리지형 전극에 실제로 전극이 연결되어 박리 흑연을 제조하는 모습을 나타낸 사진이다.
도 11은 본원 발명의 일 구현예에 따른 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 장치 전체를 나타낸 사진이다.
FIG. 1 schematically shows a method for producing electrochemical non-oxidative peeled graphite using a single electrode according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 2 shows LSV measurement results of various metal electrodes and corrosion phenomena of Cu and Fe electrodes according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a method for producing electrochemical non-oxidized peeled graphite using stainless steel (a) and nickel (b) as metal electrodes according to an embodiment of the present invention.
4 shows a method (a) for producing peeled graphite using a multi-electrode according to an embodiment of the present invention and a large amount of peeled graphite (b) produced therefrom.
5 schematically shows a front view of an apparatus for mass-producing electrochemical non-oxidized peeled graphite according to an embodiment of the present invention.
6 schematically shows aspects of an apparatus for mass production of electrochemical non-oxidized peeled graphite according to an embodiment of the present invention.
7 is a perspective view of a reaction cell in an apparatus for mass-producing electrochemical non-oxidized peeled graphite according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an enlarged view of an electrode fixing portion A of an apparatus for mass-producing electrochemical non-oxidized peeled graphite according to an embodiment of the present invention.
9 shows a cartridge-like electrode according to an embodiment of the present invention.
10 is a photograph showing an electrode actually connected to a cartridge-type electrode in a reaction cell according to an embodiment of the present invention to produce peeled graphite.
11 is a photograph showing the entire apparatus for mass-producing electrochemical non-oxidized peeled graphite according to an embodiment of the present invention.

이하, 본원 발명에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본원 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

이하, 본원 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면과 같이 본원이 속하는 기술 분야에서 일반적인 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 본원의 구현 예 및 실시 예를 상세히 설명한다. 특히 이것에 의해 본원 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한을 받지 않는다. 또한, 본원 발명의 내용은 여러 가지 다른 형태의 장비로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 구현 예 및 실시 예에 한정되지 않는다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more clearly understood from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. In particular, the technical idea of the present invention and its core structure and action are not limited by this. In addition, the content of the present invention can be implemented by various other types of equipment, and is not limited to the embodiments and examples described herein.

본원 발명에서는 상기 과제를 달성하기 위하여 황산염이 용해된 전해질을 준비하는 전해질 준비단계; 상기 전해질 내에 소정의 간격을 두고 작동전극으로 N개(단, N은 1 이상의 정수)의 흑연전극을 배치하는 작동전극 배치단계; 상기 작동전극의 상대전극으로 소정의 간격을 두고 N+1개의 금속전극을 배치하되 인접한 2개의 금속전극의 사이에 흑연전극이 위치하도록 하는 상대전극 배치단계; 및 상기 작동전극과 상대전극에 전압을 인가하여 흑연전극으로부터 흑연을 박리하는 흑연 박리단계를 포함하는 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electrolyte preparation method for preparing an electrolyte in which a sulfate is dissolved; An operation electrode disposing step of disposing N (N is an integer of 1 or more) graphite electrodes as working electrodes at predetermined intervals in the electrolyte; Arranging N + 1 metal electrodes at predetermined intervals in the counter electrode of the working electrode so that graphite electrodes are positioned between adjacent two metal electrodes; And a graphite peeling step of peeling the graphite from the graphite electrode by applying a voltage to the working electrode and the counter electrode, in a mass production method of non-oxidized peeled graphite.

본원 발명의 일 구현예에 따른 단일 전극을 이용한 전기화학적 비산화 박리 흑연의 제조방법에 대한 것인 도 1의 방법을 참고하면, 황산암모늄 (NH4)2SO4 같은 전해질 용액 안에 금속 전극과 흑연 전극을 넣고 전기를 가하면, 흑연 층 사이에 들어가 있는 SO4 2- 이온 및 물 분자가 산화 되어 SO2 와 O2 가스가 발생하게 되고 이 가스화 반응에 의해서 흑연 층이 박리되면서 결함이 거의 없는 비산화 박리흑연이 5 내지 30분의 매우 짧은 시간에 제조될 수 있다. Referring to the method of Figure 1 for a electrochemical non manufacturing method of oxide exfoliation of graphite with a single electrode in accordance with one embodiment of the invention, ammonium sulfate (NH 4) 2 SO 4 metal electrode and the graphite in the same electrolyte solution When the electrode is inserted and electricity is applied, SO 4 2- ions and water molecules contained between the graphite layers are oxidized to generate SO 2 and O 2 gas, and the graphite layer is peeled off by the gasification reaction, The peeled graphite can be produced in a very short time of 5 to 30 minutes.

이때 필요에 따라 수용액 및 유기용제에서 짧은 시간의 초음파 처리를 하면 면적 10 마이크로미터 내외, 3 내지 5층의 그래핀으로 구성된 박리흑연으로 보다 효과적으로 분리될 수 있고, 산화 그래핀과 달리 화학적 작용기나 물리적 결함이 거의 없기 때문에, 환원 등의 후처리 공정이 필요 없고 전기적 특성이 우수한 장점이 있다. 비산화 박리흑연(non-oxidative exfoliated graphite)은 저렴한 흑연을 원료로 사용하기 때문에 낮은 비용으로 대량생산이 가능할 뿐만 아니라, 산 및 유기용제를 사용하지 않기 때문에 특별한 정제 및 후처리 과정이 필요 없어서 단시간에 제조가 가능하게 되어 이차전지의 음극재 및 도전재, 디스플레이용 투명전극, 방열 재료, 가스 및 광 센서 등 다양한 분야에 적용이 매우 용이한 장점을 가질 수 있다.In this case, if ultrasonic treatment is performed in aqueous solution and organic solvent for a short time, separation of graphite composed of grains of about 3 to 5 layers can be more effectively performed, and a chemical agent or physical Since there are few defects, there is an advantage that a post-treatment step such as reduction is not required and electrical characteristics are excellent. Because non-oxidative exfoliated graphite uses low cost graphite as a raw material, it can be mass-produced at low cost and does not use acid or organic solvent. Therefore, it does not need special purification and post-treatment process. It can be advantageously applied to various fields such as an anode material and a conductive material of a secondary battery, a transparent electrode for a display, a heat radiation material, a gas and an optical sensor.

본원 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 황산염은 황산암모늄((NH4)2SO4), 황산칼륨(K2SO4), 및 황산나트륨(Na2SO4)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 보다 바람직하게는 황산암모늄((NH4)2SO4)일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the sulfates are ammonium sulfate ((NH 4) 2 SO 4 ), potassium sulfate (K 2 SO 4), and sodium sulfate (Na 2 SO 4) 1 jong or more selected from the group consisting of . And more preferably from an ammonium sulfate ((NH 4) 2 SO 4 ).

본원 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전해질은 황산염이 0.1 내지 1.0 M 농도로 용해된 수용액일 수 있다. 전해질의 농도가 높을수록 동일시간 대비 박리되는 흑연의 양이 증가 즉, 수율이 높아지게 되지만 1.0 M 이상에서 실험을 진행할 경우 흑연이 안정적으로 박리되지 못하고 흑연이 덩어리 형태로 떨어지는 문제가 자주 발생하는 문제가 발생한다. 즉, 황산염이 0.1 내지 1.0 M 농도로 용해된 수용액일 때, 흑연이 안정적으로 박리되고 수율도 좋았다.According to an embodiment of the present invention, the electrolyte may be an aqueous solution in which the sulfate is dissolved at a concentration of 0.1 to 1.0 M. The higher the concentration of the electrolyte, the higher the amount of graphite to be peeled off compared to the same time. That is, the yield is increased. However, when the test is conducted at 1.0 M or more, graphite is not stably peeled off and the problem of graphite falling into a lump form frequently occurs Occurs. That is, when the sulfate was an aqueous solution dissolved at a concentration of 0.1 to 1.0 M, the graphite was stably peeled off and the yield was also good.

본원 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 흑연전극은 하드카본, 소프트카본, 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 흑연화 메조카본마이크로비드, 석유코크스, 수지소성체, 탄소섬유 및 열분해 탄소로 이루어진 군으로부터 유래된 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the graphite electrode is made of a material selected from the group consisting of hard carbon, soft carbon, artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, graphitized mesocarbon microbead, petroleum coke, Lt; / RTI >

본원 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 금속전극은 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 니켈(Ni)인 것이 바람직하다. 현재 대부분의 전기화학 반응에서 사용되는 백금(Pt) 전극은 전기 활성이 우수하고 부식에 강한 장점이 있으나, 매우 고가이고 전극의 모양 및 크기 조절이 어려워 대량생산 및 상업화에 걸림돌이 되고 있다. 따라서, 본원 발명에서는 박리 흑연의 저가 생산을 위하여 백금(Pt) 전극을 대체할 수 있는 일반 다양한 금속의 전극에 대하여 흑연의 전기화학적 박리 가능 여부에 대하여 시험하였다.According to an embodiment of the present invention, the metal electrode is preferably stainless steel or nickel (Ni). The platinum (Pt) electrode used in most of the electrochemical reactions has excellent electrochemical activity and strong resistance to corrosion, but it is very expensive, and it is difficult to control the shape and size of the electrode, which is a hindrance to mass production and commercialization. Accordingly, in the present invention, for the low-cost production of peeled graphite, electrochemical peeling of graphite was tested for various electrodes of various metals which can replace the platinum (Pt) electrode.

도 2는 본원 발명의 일 구현예에 따른 다양한 금속전극의 LSV 측정결과(a) 및 Cu 및 Fe 전극의 부식현상(b)을 나타낸 것이다. 도 2에서 알 수 있듯이 금속 전극의 LSV(linear sweep voltammetry) 시험결과 대부분의 금속 전극들은 백금(Pt)보다 현저히 떨어지는 전기 활성을 보였고, 특히 구리(Cu) 및 철(Fe) 등에서 전기 실험 후 심각한 부식현상이 관찰되었다. 따라서 이러한 전기 활성과 부식성을 고려해 볼 때 도 3의 (a) 스테인레스 스틸(stainless steel: SUS)과 (b) 니켈(Ni) 전극은 효과적으로 사용할 수 있었고, 이러한 시험결과는 도 3에 나타내었다.FIG. 2 shows (a) LSV measurement results of various metal electrodes and corrosion phenomenon (b) of Cu and Fe electrodes according to an embodiment of the present invention. As can be seen from FIG. 2, most of the metal electrodes were found to have significantly lower electrophoretic activity than platinum (Pt) in the result of LSV (linear sweep voltammetry) test of the metal electrode. Especially, in the copper (Cu) A phenomenon was observed. Therefore, considering such electrochemical activity and corrosiveness, stainless steel (SUS) and (b) nickel (Ni) electrodes of FIG. 3 (a) can be effectively used, and the test results are shown in FIG.

본원 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 작동전극 또는 상대전극은 시트(sheet), 호일(foil) 또는 판상(plate)의 형태인 것이 바람직하다. According to an embodiment of the present invention, the working electrode or the counter electrode is preferably in the form of a sheet, a foil, or a plate.

일반적으로 금속 양극과 흑연 음극 한 쌍의 전기화학적 박리 공정을 통해서 제조되는 박리 흑연의 양은 제한적일 수 밖에 없고, 여러 배치(batch)에서 제조된 박리 흑연의 품질(quality)을 일정하게 조절하기도 어렵기 때문에 한 번의 전기화학 배치에서 많은 양의 박리 흑연을 제조하는 것은 저가 대량 생산 공정에서 매우 중요한 요소이다. 따라서 박리 흑연의 단일 배치 생산량을 높이기 위하여 우선 금속 전극과 흑연 전극의 면적을 확대하는 것이 필요하므로 우선 작동전극 또는 상대전극은 시트(sheet), 호일(foil) 또는 판상(plate)의 형태가 바람직하다. 그러나 흑연 전극의 사이즈가 커지면 박리 공정의 시간이 길어지고, 장시간의 전기화학 반응으로 전기 산화가 발생 가능성이 커짐에 따라 공정성과 생산된 박리 흑연의 품질이 떨어지게 된다. Generally, the amount of exfoliated graphite produced through the electrochemical stripping process of a metal anode and a pair of graphite cathodes is inevitably limited, and it is also difficult to constantly control the quality of exfoliated graphite produced in various batches The production of large quantities of exfoliated graphite in a single electrochemical batch is a very important factor in low cost mass production processes. Therefore, in order to increase the single batch production amount of the peeled graphite, it is necessary to enlarge the area of the metal electrode and the graphite electrode. Therefore, the working electrode or the counter electrode is preferably in the form of sheet, foil or plate . However, as the size of the graphite electrode increases, the time required for the stripping process becomes longer and the possibility of electrooxidation due to electrochemical reaction for a long time increases, resulting in poor processability and poor quality of the produced peeled graphite.

본원 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 흑연 전극과 금속 전극의 개수를 늘린 멀티 전극 시스템을 제공하는 것이다. 즉, 흑연 전극을 사이에 두고 금속 전극을 양 면에 배치하고 전기를 걸어주면, 흑연 전극의 양면에서 박리 현상이 일어나 공정 효율이 올라가는 것을 확인할 수 있었고, 이를 확장하여 N개의 흑연 전극을 사이에 두고, N+1개의 금속 전극을 일정한 간격으로 설치한 후에 전기를 인가하면 동시에 N개의 흑연 전극이 박리되면서 단시간에 많은 양의 박리 흑연의 생산이 가능하게 된다. 이때 N개의 흑연 전극을 동시에 박리함으로써 박리 공정 효율이 N배 증가할 수 있을 뿐 아니라, 같은 배치에서 생산된 박리 흑연의 품질을 컨트롤 할 수 있다는 장점을 가지게 된다.The present invention provides a multi-electrode system in which the number of graphite electrodes and metal electrodes is increased to solve such a problem. In other words, it was confirmed that when the metal electrodes were disposed on both sides of the graphite electrode and the electricity was applied, the peeling phenomenon occurred on both surfaces of the graphite electrode and the process efficiency was increased. , When N + 1 metal electrodes are arranged at regular intervals and then electricity is applied, N graphite electrodes are peeled off at the same time, and a large amount of peeled graphite can be produced in a short time. At this time, peeling the N graphite electrodes at the same time not only increases the efficiency of the peeling process N times, but also has an advantage that the quality of the peeled graphite produced in the same batch can be controlled.

도 4는 본원 발명의 일 구현예에 따른 멀티 전극(a) 을 이용한 박리 흑연의 제조방법 및 이로부터 제조된 다량의 박리 흑연(b)을 나타낸 것이다.FIG. 4 shows a method for producing peeled graphite using a multi-electrode (a) according to an embodiment of the present invention and a large amount of peeled graphite (b) produced therefrom.

본원 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 흑연 박리단계는 10V 전압으로 20 내지 60 분(min)간 수행하는 것이 바람직하다. 특히 본원 발명에 따른 멀티전극을 가지는 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 장치를 사용하는 경우에는 1시간 내에 ~ 30 g의 박리 흑연을 제조할 수 있는 생산성을 가진다.According to one embodiment of the present invention, the graphite peeling step is preferably performed at a voltage of 10 V for 20 to 60 minutes (min). Particularly, when the apparatus for mass production of electrochemical non-oxidative peeled graphite having a multi-electrode according to the present invention is used, productivity of peelable graphite of ~ 30 g can be produced within 1 hour.

또한, 본원 발명에서는, 황산염이 용해된 전해질을 수용할 수 있는 소정의 부피를 가지는 반응 셀;Further, in the present invention, a reaction cell having a predetermined volume capable of containing an electrolyte in which a sulfate is dissolved;

상기 반응 셀 내부의 서로 대향하는 양측면에 대칭되는 형태로 소정의 간격을 두고 2N+1개(단, N은 1 이상의 정수)의 쌍으로 구비되는 슬롯 형상의 전극 고정부가 구비되되,(2N + 1) pairs (where N is an integer of 1 or more) at predetermined intervals in a symmetrical manner on opposite sides of the reaction cell,

상기 전극 고정부는 작동전극으로 N개(단, N은 1 이상의 정수)의 흑연전극을 고정할 수 있는 작동전극 고정부; 및Wherein the electrode fixing unit includes: a working electrode fixing unit capable of fixing N (N is an integer of 1 or more) graphite electrodes as working electrodes; And

상기 작동전극의 상대전극으로 소정의 간격을 두고 인접한 2개의 금속전극의 사이에 흑연전극이 위치하도록 하는 N+1개의 상대전극 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 장치를 제공한다.And N + 1 counter electrode fixing portions for allowing graphite electrodes to be positioned between two metal electrodes adjacent to the counter electrode of the working electrode with a predetermined gap therebetween. The electrochemical non-oxidized peel graphite mass production Device.

도 5는 본원 발명의 일 구현예에 따른 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 장치의 정면을 개략적으로 나타낸 것이고, 도 6은 측면을 개략적으로 나타낸 것이고FIG. 5 schematically shows a front view of a mass-production apparatus for electrochemical non-oxidative peeled graphite according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 schematically shows a side view

본원 발명의 일 구현예에 따르면 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 장치는 전체 장치 프레임(10)의 상부에는 반응 셀(20)가 위치하고, 상기 반응 셀(20)의 하부에는 개폐수단(30)을 포함하는 전해질 배출구(40)가 구비될 수 있고, 상기 전해질 배출구의 하부에는 분리수단(50)을 구비할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the apparatus for mass-producing electrochemical non-oxidized peeled graphite includes a reaction cell 20 disposed on an upper portion of the entire apparatus frame 10, And the separator 50 may be provided at a lower portion of the electrolyte outlet.

이때, 전해질 배출구(40)의 개폐수단(30)은 대표적인 예로는 코크(cock) 또는 밸브(valve) 등의 형태로 구현될 수 있고, 분리수단(50)의 대표적인 예로는 필터 또는 진공여과 등의 형태로 구현될 수 있다. 이와 같이 구성된 본원 발명의 일 구현예에 따르면 상부에 위치하는 반응 셀에서 박리 흑연을 제조한 후 바로 하부의 전해질 배출구로 박리된 흑연을 배출과 동시에 필터 등으로 분리하여 박리 흑연을 효과적으로 생산할 수 있는 장점이 있다.At this time, the opening and closing means 30 of the electrolyte outlet 40 may be embodied in the form of a cock or a valve as a representative example, and representative examples of the separating means 50 include a filter or a vacuum filtration . ≪ / RTI > According to one embodiment of the present invention configured as described above, the graphite peeled off at the electrolyte outlet of the lower portion immediately after the peeled graphite is produced in the upper reaction cell is discharged and simultaneously separated by a filter or the like to effectively produce peeled graphite .

도 7은 본원 발명의 일 구현예에 따른 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 장치의 반응 셀의 사시도를 나타낸 것이고, 도 8은 전극 고정부(A)를 확대한 것이다.FIG. 7 is a perspective view of a reaction cell in an apparatus for mass-producing electrochemical non-oxidized peeled graphite according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is an enlarged view of the electrode fixing section A. FIG.

본원 발명의 구현예에 따르면 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 장치는 황산염이 용해된 전해질을 수용할 수 있는 소정의 부피를 가지는 반응 셀(20);According to an embodiment of the present invention, an apparatus for mass-producing electrochemical non-oxidative exfoliated graphite includes a reaction cell 20 having a predetermined volume capable of accommodating electrolyte in which sulfate is dissolved;

상기 반응 셀 내부의 서로 대향하는 양측면에 대칭되는 형태로 소정의 간격을 두고 2N+1개(단, N은 1 이상의 정수)의 쌍으로 구비되는 슬롯 형상의 전극 고정부(A)가 구비되되,Shaped electrode fixing parts A provided in pairs of 2N + 1 (N is an integer of 1 or more) with symmetrical shapes on opposite sides of the reaction cell at predetermined intervals,

상기 전극 고정부는 작동전극으로 N개(단, N은 1 이상의 정수)의 흑연전극을 고정할 수 있는 작동전극 고정부; 및Wherein the electrode fixing unit includes: a working electrode fixing unit capable of fixing N (N is an integer of 1 or more) graphite electrodes as working electrodes; And

상기 작동전극의 상대전극으로 소정의 간격을 두고 인접한 2개의 금속전극의 사이에 흑연전극이 위치하도록 하는 N+1개의 상대전극 고정부를 포함할 수 있다.And an N + 1 counter electrode fixing unit for allowing the graphite electrode to be positioned between two adjacent metal electrodes at a predetermined interval with the counter electrode of the working electrode.

이때, 상기 소정의 부피를 가지는 반응 셀은 필요에 따라 다양한 모양과 크기로 제조될 수 있는데 바람직하게는 전극의 형태와 배치 등을 고려할 때 도 7과 같이 상부가 개방될 수 있는 육면체 형상일 수 있고, 재질은 비전도성으로 투명한 소재를 사용할 수 있으며 바람직하게는 아크릴 등의 재료로 제조될 수 있다. At this time, the reaction cell having the predetermined volume may be manufactured in various shapes and sizes as required. Preferably, the reaction cell may be in the form of a hexahedron having an open top as shown in FIG. 7, , The material may be a nonconductive transparent material, and preferably a material such as acrylic.

본원 발명의 구현예에 따른 상기 반응 셀(20)의 작동전극 고정부 및 상대전극 고정부에는 카트리지형 전극(60)이 삽입될 수 있다.The cartridge type electrode 60 may be inserted into the working electrode fixing portion and the counter electrode fixing portion of the reaction cell 20 according to the embodiment of the present invention.

도 9는 본원 발명의 일 구현예에 따른 카트리지형 전극을 나타낸 것으로 상기 카트리지형 전극은 3개의 구역으로 구획된 판상의 프레임으로 구성되고, 상기 프레임의 중앙 구역에 시트(sheet), 호일(foil) 또는 판상(plate)의 형태의 작동전극 또는 상대전극이 고정될 수 있도록 홈이 형성될 수 있고, 프레임으로 구획되는 3개의 영역의 좌우 부분은 전해질이 자유롭게 이동할 수 있도록 오픈된 구조이고, 중앙 구역또한 오픈된 구조이나 작동전극 또는 상대전극의 고정에 의하여 폐쇄될 수 있는 구조로 구성된다. 이때 카트리지형 전극의 중앙 구역은 시트(sheet), 호일(foil) 또는 판상(plate)의 작동전극 또는 상대전극이 내부에 통공이 형성된 2개의 겹쳐지는 사각 프레임의 슬롯(slot)에 끼워서 고정하는 것이 인접한 전극간의 접촉을 방지하고 안전을 확보하는 측면에서 보다 바람직하다. 또한, 박리 흑연의 제조시 필요에 따라 특정 전극만을 용이하게 교체할 수 있는 장점이 있다.FIG. 9 illustrates a cartridge-type electrode according to an embodiment of the present invention, wherein the cartridge-type electrode comprises a plate-shaped frame divided into three zones, and a sheet, a foil, A groove may be formed so that a working electrode or a counter electrode in the form of a plate or a plate can be fixed and the left and right portions of the three regions defined by the frame are open structures in which the electrolyte can freely move, And can be closed by the open structure or the fixing of the working electrode or the counter electrode. At this time, the central region of the cartridge-type electrode may be a sheet, a foil or a plate working electrode or a counter electrode which is inserted and fixed in a slot of two overlapping rectangular frames having a through hole formed therein It is more preferable in terms of preventing contact between adjacent electrodes and ensuring safety. In addition, there is an advantage that only a specific electrode can be easily replaced when necessary in the production of peeled graphite.

이러한 형태의 카트리지형 전극은 슬롯 형상의 전극 고정부(A)에 삽입 및 고정이 자유롭고 전극의 사용에 따른 교체가 용이하며, 소정의 고정된 거리를 두고 N개(단, N은 1 이상의 정수)의 작동전극인 흑연전극과 N+1개의 상대전극인 금속전극이 안정적으로 고정될 수 있어 생산성 및 안전성을 확보할 수 있는 장점이 있다.This type of cartridge-like electrode is easy to insert and fix in the slot-shaped electrode fixing portion A and can be easily replaced according to the use of the electrode, and N (where N is an integer of 1 or more) The graphite electrode as the working electrode and the metal electrode as the N + 1 counter electrode can be stably fixed, thereby ensuring productivity and safety.

도 10은 본원 발명의 일 구현예에 따른 반응 셀 내의 카트리지형 전극에 실제로 전극이 연결되어 박리 흑연을 제조하는 모습을 나타낸 사진으로 반응 셀 내에 교대로 구비되는 5개의 흑연 전극과 6개의 금속 전극에 의하여 박리 흑연이 제조된 후 하부의 반응 후 전해질로 전해질 배출구를 통하여 배출됨으로써 1회의 박리 흑연의 제조공정이 종료될 수 있고, 이후 동일 장치를 이용하여 반복적으로 다량의 박리 흑연의 제조가 가능하며, 필요에 따라 전극의 교체가 요구되는 경우에는 개별 사각 프레임으로 구성된 전극 부위만을 교체하면서 연속적으로 박리 흑연의 제조가 가능하다.FIG. 10 is a photograph showing a state in which an electrode is actually connected to a cartridge-type electrode in a reaction cell according to an embodiment of the present invention to produce peeled graphite. In FIG. 10, five graphite electrodes and six metal electrodes After the exfoliated graphite is produced, it is discharged through the outlet of the electrolyte to the electrolyte after the reaction in the lower part. Thus, the process of manufacturing the exfoliated graphite can be terminated. Thereafter, a large amount of exfoliated graphite can be produced repeatedly using the same apparatus, When replacement of the electrode is required as required, it is possible to continuously produce peeled graphite while replacing only the electrode portion constituted by the individual square frames.

이때 또한, 상기 반응 셀의 작동전극 고정부 및 상대전극 고정부에 전압을 인가할 수 있는 전압인가 수단을 더 포함하거나 또는 카트리지형 전극에 전압을 인가할 수 있는 전압인가 수단을 더 포함할 수 있다. 도 10에는 발명의 일 구현예에 따른 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 장치의 전극, 고정부 및 전압인가 수단의 모습을 나타낸 것으로 카트리지형 전극의 중앙부에 전압인가 수단을 연결한 형태이나, 각각의 전압인가 수단을 카트리지형 전극의 중앙부의 좌우 측면으로 교대로 배치하는 것도 가능하다. In this case, the apparatus may further include voltage applying means for applying a voltage to the working electrode fixing portion and the counter electrode fixing portion of the reaction cell, or may further include voltage applying means for applying a voltage to the cartridge type electrode . FIG. 10 shows an electrode, a fixed portion, and a voltage applying means of an apparatus for mass-producing electrochemical non-oxidized peeled graphite according to an embodiment of the present invention, in which a voltage applying means is connected to a central portion of a cartridge- It is also possible to arrange the voltage application means of the cartridge-type electrode alternately to the left and right sides of the central portion of the cartridge-like electrode.

도 11은 본원 발명의 일 구현예에 따른 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 장치 전체를 나타낸 사진으로 반응 전 전해질인 용액을 반응 셀로 공급하고, 반응 셀에서 비산화 박리 흑연을 대량으로 제조한 후. 밸브를 열어 전해질인 용액과 박리된 흑연을 하부로 이동하고, 진공여과장치를 이용하여 용액과 박리 흑연을 분리한다. 이러한 일련의 공정을 거친 후 박리 흑연의 제조는 계속해서 반복될 수 있고, 필요에 따라 일부 또는 전체 카트리지형 흑연 전극과 금속 전극을 교체하면서 박리 흑연의 제조가 가능하다. 특히, 일반적으로 금속 전극은 교체가 자주 필요하지는 않지만 흑연 전극의 경우 박리 흑연이 제조됨에 따라 전극의 두께 또는 형태에 변형이 생기므로 적절한 시기에 교체가 필요하게 되는데, 본원 발명의 카트리지형 전극은 교체가 필요한 일부 전극을 손쉽게 교체하여 박리 흑연을 지속적으로 생산이 가능한 것이 장점이다. FIG. 11 is a photograph showing the entire apparatus for mass-producing electrochemical non-oxidized peeled graphite according to an embodiment of the present invention. The solution, which is an electrolyte before reacting, is supplied to a reaction cell, and a large amount of non- . The valve is opened to move the electrolyte solution and the peeled graphite to the bottom, and the solution and the peeled graphite are separated using a vacuum filtration apparatus. After such a series of processes, the production of the exfoliated graphite can be continuously repeated, and it is possible to manufacture the exfoliated graphite while replacing some or all of the cartridge type graphite electrode and the metal electrode as necessary. Particularly, in general, the metal electrode is not required to be replaced frequently, but in the case of the graphite electrode, since the thickness or the shape of the electrode is deformed due to the production of the peeled graphite, the electrode is required to be replaced at an appropriate time. It is advantageous to continuously produce peeled graphite by easily replacing some of the electrodes required.

시험예Test Example 1: 금속전극의  1: Metal electrode LSVLSV 시험 exam

백금(Pt) 전극을 대체하기 위한 다양한 금속을 전극으로 사용하여 LSV 시험을 다음의 조건에서 수행하였다. 작동 전극(working electrode)으로 흑연 전극을 1개, 상대 전극(counter electrode)으로 Pt, SUS(스테인레스 스틸), Al. Brass, Cu, Fe, graphite foil, Ni, 및 Pb을 사용하였고, 작동 전극과 상대 전극의 면적은 1cm2이다. 그리고 기준 전극은 Ag/AgCl을 사용하였다. 전해질은 0.5M (NH4)2SO4를 3 ml 사용하였다. 측정 전압 범위는 0 V ~ -2.0 V 이고, scan rate는 20 mV/s 이다. 그 결과를 도 2에 나타내었다.The LSV test was performed under the following conditions using various metals as electrodes to replace platinum (Pt) electrodes. One working electrode is a graphite electrode, the counter electrode is Pt, SUS (stainless steel), Al. Brass, Cu, Fe, graphite foil, Ni, and Pb were used, and the area of the working electrode and the counter electrode was 1 cm 2 . Ag / AgCl was used as a reference electrode. The electrolyte is 0.5M (NH 4) was used for 2 SO 4 3 ml. The measurement voltage range is 0 V to -2.0 V and the scan rate is 20 mV / s. The results are shown in Fig.

상기 시험 중 SUS(스테인레스 스틸)과 Ni를 전극으로 사용하여 동일한 조건에서 박리 흑연을 제조하는 모습을 도 3에 나타내었다.FIG. 3 shows a state where SUS (stainless steel) and Ni are used as an electrode during the above test to produce peeled graphite under the same conditions.

실시예 1: 멀티 전극을 이용한 박리 흑연의 제조Example 1: Preparation of peeled graphite using a multi-electrode

작동 전극(working electrode)으로 흑연 전극을 2개, 상대 전극(counter electrode)으로 스테인레스 스틸 전극을 3개를 사용하여 도 4와 같이 전극을 배치한 후 전해질은 0.5M (NH4)2SO4를 사용하였다. 각각의 전극을 전해질에 담그고 전극 간 거리는 2cm로 유지한 상태로 흑연 전극에 +10V의 DC전압을 20분 동안 가하여 흑연을 박리한 후 진공여과장치를 이용하여 필터 및 세척하였다. 도 4의 (b)와 같이 다량의 박리 흑연을 얻을 수 있었다.The electrodes were arranged as shown in FIG. 4 using two graphite electrodes as a working electrode and three stainless steel electrodes as a counter electrode. Then, the electrolyte was 0.5 M (NH 4 ) 2 SO 4 Respectively. Each electrode was immersed in an electrolyte, and a DC voltage of + 10V was applied to the graphite electrode for 20 minutes while maintaining the distance between the electrodes at 2 cm. The graphite was peeled off and then filtered and cleaned using a vacuum filtration apparatus. A large amount of peeled graphite could be obtained as shown in Fig. 4 (b).

실시예 2: 멀티 전극을 이용한 박리 흑연의 대량생산Example 2 Mass Production of Peeled Graphite Using Multi-Electrode

작동 전극(working electrode)으로 10cm x 15cm 크기의 흑연 전극을 5개, 상대 전극(counter electrode)으로 10cm x 15cm 크기의 스테인레스 스틸 전극을 6개를 사용하여 도 10와 같이 전극을 배치한 후 전해질은 0.5M (NH4)2SO4를 사용하였다. 각각의 전극을 전해질에 담그고 전극 간 거리는 2cm로 유지한 상태로 흑연 전극에 +10V의 DC전압을 20분 동안 가하여 흑연을 박리한 후 진공여과장치를 이용하여 필터 및 세척하였다. 멀티 전극을 이용할 경우에 한 번의 실험으로 ~30 g의 박리 흑연을 얻을 수 있다.The electrodes were arranged as shown in FIG. 10 using five graphite electrodes each having a size of 10 cm x 15 cm as a working electrode and six stainless steel electrodes each having a size of 10 cm x 15 cm with a counter electrode. 0.5M (NH 4) was used for 2 SO 4. Each electrode was immersed in an electrolyte, and a DC voltage of + 10V was applied to the graphite electrode for 20 minutes while maintaining the distance between the electrodes at 2 cm. The graphite was peeled off and then filtered and cleaned using a vacuum filtration apparatus. When using multi-electrodes, ~ 30 g of peeled graphite can be obtained in one experiment.

10: 프레임
20: 반응 셀
30: 개폐수단
40: 전해질 배출구
50: 분리수단
60: 카트리지형 전극
A: 전극 고정부
10: frame
20: reaction cell
30: opening and closing means
40: electrolyte outlet
50: separation means
60: Cartridge type electrode
A:

Claims (10)

황산염이 용해된 전해질을 준비하는 전해질 준비단계;
상기 전해질 내에 소정의 간격을 두고 작동전극으로 N개(단, N은 1 이상의 정수)의 흑연전극을 배치하는 작동전극 배치단계;
상기 작동전극의 상대전극으로 소정의 간격을 두고 N+1개의 금속전극을 배치하되 인접한 2개의 금속전극의 사이에 흑연전극이 위치하도록 하는 상대전극 배치단계; 및
상기 작동전극과 상대전극에 전압을 인가하여 흑연전극으로부터 흑연을 박리하는 흑연 박리단계를 포함하되,
상기 작동전극 및 상대전극은 시트(sheet), 호일(foil) 또는 판상(plate)의 형태이고,
상기 금속전극은 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 니켈(Ni)인 것을 특징으로 하는 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 방법.
An electrolyte preparation step of preparing an electrolyte in which a sulfate is dissolved;
An operation electrode disposing step of disposing N (N is an integer of 1 or more) graphite electrodes as working electrodes at predetermined intervals in the electrolyte;
Arranging N + 1 metal electrodes at predetermined intervals in the counter electrode of the working electrode so that graphite electrodes are positioned between adjacent two metal electrodes; And
And a graphite peeling step of peeling the graphite from the graphite electrode by applying a voltage to the working electrode and the counter electrode,
The working electrode and the counter electrode are in the form of sheet, foil or plate,
Wherein the metal electrode is made of stainless steel or nickel (Ni).
청구항 1에 있어서,
상기 황산염은 황산암모늄((NH4)2SO4), 황산칼륨(K2SO4) 및 황산나트륨(Na2SO4)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 방법.
The method according to claim 1,
The sulfate is ammonium sulfate ((NH 4) 2 SO 4 ), potassium sulfate (K 2 SO 4) and sodium sulfate (Na 2 SO 4) electricity, characterized in that at least one member selected from the group consisting of chemically non-oxidizing peeling graphite Mass production method.
청구항 1에 있어서,
상기 전해질은 황산염이 0.1 내지 1.0 M 농도로 용해된 수용액인 것을 특징으로 하는 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte is an aqueous solution in which the sulfate is dissolved at a concentration of 0.1 to 1.0 M.
청구항 1에 있어서,
상기 흑연전극은 하드카본, 소프트카본, 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 흑연화 메조카본마이크로비드, 석유코크스, 수지소성체, 탄소섬유 및 열분해 탄소로 이루어진 군으로부터 유래된 것을 특징으로 하는 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that the graphite electrode is derived from the group consisting of hard carbon, soft carbon, artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fibers, graphitized mesocarbon microbeads, petroleum cokes, resin composites, carbon fibers and pyrolytic carbon Method for mass production of non - oxidative exfoliated graphite.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 흑연 박리단계는 10V 전압으로 20 내지 60분(min)간 수행하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the graphite peeling step is performed at a voltage of 10 V for 20 to 60 minutes (min).
황산염이 용해된 전해질을 수용할 수 있는 소정의 부피를 가지는 반응 셀;
상기 반응 셀 내부의 서로 대향하는 양 측면에 대칭되는 형태로 소정의 간격을 두고 2N+1개(단, N은 1 이상의 정수)의 쌍으로 구비되는 슬롯 형상의 전극 고정부가 구비되되,
상기 전극 고정부는 작동전극으로 N개(단, N은 1 이상의 정수)의 흑연전극을 고정할 수 있는 작동전극 고정부; 및
상기 작동전극의 상대전극으로 소정의 간격을 두고 인접한 2개의 금속전극의 사이에 흑연전극이 위치하도록 하는 N+1개의 상대전극 고정부를 포함하여 이루어지고,
상기 작동전극 고정부 및 상대전극 고정부에는 카트리지형 전극이 삽입되되,
상기 카트리지형 전극은 3개의 구역으로 구획된 판상의 프레임으로 구성되고, 상기 프레임의 중앙 구역에 시트(sheet), 호일(foil) 또는 판상(plate)의 형태의 작동전극 또는 상대전극이 고정되는 것을 특징으로 하는 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 장치.
A reaction cell having a predetermined volume capable of accommodating the electrolyte in which the sulfate is dissolved;
(2N + 1) pairs (where N is an integer of 1 or more) at predetermined intervals in a symmetrical manner on opposite sides of the reaction cell,
Wherein the electrode fixing unit includes: a working electrode fixing unit capable of fixing N (N is an integer of 1 or more) graphite electrodes as working electrodes; And
And an N + 1 counter electrode fixing portion for allowing a graphite electrode to be positioned between two adjacent metal electrodes with a predetermined gap therebetween as a counter electrode of the working electrode,
A cartridge-type electrode is inserted into the working electrode fixing portion and the counter electrode fixing portion,
The cartridge-type electrode comprises a plate-shaped frame divided into three zones, and a working electrode or counter electrode in the form of sheet, foil or plate is fixed to the central region of the frame Characterized in that the electrochemical non-oxidative peeled graphite mass production apparatus is characterized by:
청구항 8에 있어서,
상기 반응 셀의 하부에는 개폐수단을 포함하는 전해질 배출구가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 장치.
The method of claim 8,
Wherein an electrolyte outlet including an opening / closing means is provided at a lower portion of the reaction cell.
청구항 8에 있어서,
상기 금속전극은 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 니켈(Ni)인 것을 특징으로 하는 전기화학적 비산화 박리 흑연의 대량생산 장치.
The method of claim 8,
Wherein the metal electrode is made of stainless steel or nickel (Ni).
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