KR102075923B1 - metal CNT Polymer Composite and Manufacturing Method - Google Patents

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KR102075923B1 KR1020190066313A KR20190066313A KR102075923B1 KR 102075923 B1 KR102075923 B1 KR 102075923B1 KR 1020190066313 A KR1020190066313 A KR 1020190066313A KR 20190066313 A KR20190066313 A KR 20190066313A KR 102075923 B1 KR102075923 B1 KR 102075923B1
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이광용
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Abstract

A method of manufacturing a low resistance (Ω) Al-CNT polymer composite material by using aluminum oxidation expansion according to the present invention comprises: a first step of oxidizing the surface of an aluminum powder; a second step of settling the surface-oxidized aluminum powder and a CNT powder into an organic acid solution to mix the surface-oxidized aluminum powder and the CNT powder with the organic acid solution; a third step of hot-pressing the material of the second step to manufacture an Al-CNT plate shaped pellet, and drying the Al-CNT plate shaped pellet to pyrolyze an organic acid; a fourth step of producing an Al-CNT polymer composite material by compounding the Al-CNT plate shaped pellet manufactured by the third step with polymer plastics; a fifth step of forming a polymer composite electrode catalyst for water electrolysis by using an electroconductive Al-CNT polymer composite material manufactured in the fourth step; and a sixth step of oxidation-expanding and aging an aluminum powder in the polymer composite electrode catalyst by anodic oxidation method. The method according to the present invention has effects of improving dispersibility of CNT and enabling contact point of CNT due to oxidation expansion to be reinforced in the polymer by using oxidation characteristics of the aluminum powder.

Description

알루미늄 산화 팽창을 이용한 저 저항(Ω)의 Al-CNT 고분자 복합소재 제조방법 및 물 전기분해용 고분자 복합 전극촉매 제조방법 그리고 그 제품{metal CNT Polymer Composite and Manufacturing Method}Manufacturing method of low-resistance Al-CNT polymer composite material using aluminum oxide expansion, manufacturing method of polymer composite electrode catalyst for water electrolysis and its products {metal CNT Polymer Composite and Manufacturing Method}

본 발명은 물 전기분해용 백금족(백금, 루테늄, 로듐, 이리듐, 티타늄 外) 전극촉매를 대체할 수 있는 저 저항(Ω)의 Al-CNT 고분자 복합소재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 Al, Ti, Mg, Zn 등에 금속 파우더의 산화 특성을 활용해 고분자 내에서 MW-CNT의 분산성을 향상시키고, 물 전기분해 전극촉매로 적용할 때 고분자 내에서 금속 파우더의 산화 팽창으로 CNT의 망 구조의 접점을 향상시킬 수 있는 물 전기분해용 고분자 복합 전극촉매 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a low-resistance Al-CNT polymer composite material that can replace the electrolytic platinum group (platinum, ruthenium, rhodium, iridium, titanium, etc.) electrode catalyst, and more specifically, Al, Ti MW-CNT dispersibility is improved in the polymer by oxidizing properties of metal powder, Mg, Zn, etc., and the contact of CNT network structure by oxidative expansion of metal powder in polymer when applied as water electrolysis catalyst It relates to a method for producing a polymer composite electrode catalyst for water electrolysis that can be improved.

최근 들어 수소 연료 자동차 및 한정된 화석연료를 대체하기 위한 수소 에너지 산업 분야와 온실가스로 인한 지구 온난화 문제를 해결하기 위한 대안으로 물 전기분해로 수소를 생산할 수 있는 많은 시스템 및 장비들이 개발되고 있다. Recently, many systems and equipment have been developed to produce hydrogen by water electrolysis as an alternative to the hydrogen energy industry to replace hydrogen fueled cars and limited fossil fuels and to solve the global warming problem caused by greenhouse gases.

종래에는 물 전기분해용 전극촉매로 고가의 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(RH), 이리듐(Ir) 외 다양한 금속을 활용하며 제조하여 왔으나 경제성 및 양산성으로 인해 다양한 분야의 적용에 한계가 있다.Conventionally, as an electrocatalyst for water electrolysis, it has been manufactured using expensive platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (RH), iridium (Ir) and various other metals. There is a limit.

또한, 기존 금속 파우더의 CNT를 분산시키고 코팅 후 소결하여 Zn, 주석, 구리 등에 금속계 첨가용으로 사용되거나 열전도성 금속 CNT 복합소재로 개발되어 적용되고 있는 경우는 많이 있었으나, 상기와 같은 특성의 소재들은 백금계 전극촉매를 대체하는 물 전기분해 전극촉매로 사용에 제한적이고 어려움이 있다. In addition, the CNT of the existing metal powder is dispersed, coated and sintered to be used as a metal-based addition to Zn, tin, copper, etc., or developed and applied as a thermally conductive metal CNT composite material. It is limited and difficult to use as a water electrolysis electrocatalyst to replace the platinum-based electrocatalyst.

최근 들어 고분자 소재에 CNT를 분산시킨 소재들이 많이 있으나 대부분 코팅용이거나 마스터 배치로 사용하고 있다. CNT는 반데르발스 영향으로 인해 고분자 소재와 컴파운딩시 고함량(25%이상) CNT는 뭉치는 현상 및 가벼운 비중으로 분산성에 문제가 있어 전처리 과정을 거치거나 계면활성제 또는 관능기 도입과 같은 번거로움이 있었다.Recently, there are many materials in which CNTs are dispersed in polymer materials, but most of them are used for coating or master batch. Due to van der Waals effects, CNTs have a high content (more than 25%) when compounding with polymer materials. there was.

이 또한 CNT 분산제로 사용한 계면활성제가 빠져나오면서 물 전기분해용 전극촉매 성능을 급감시키고, CNT와 CNT 간의 접점 저항이 높아져 저 저항의 성능이 요구되는 전극촉매로 활용의 이슈가 될 수 있고, 또한, CNT에 기계적 분산 방법으로는 고 함량의 CNT 첨가가 어렵거나, 저 저항 및 전기 전도성 고분자 플라스틱의 사출 시 미 성형 되거나 물리적 특성이 나빠져 전극촉매로써의 기능이 저하될 수밖에 없다.In addition, as the surfactant used as the CNT dispersant escapes, the performance of the electrocatalyst for water electrolysis is drastically reduced, and the contact resistance between the CNT and the CNT is increased, which may be an issue of use as an electrode catalyst requiring low performance. It is difficult to add a high content of CNT to CNTs by mechanical dispersion, or unmolded or deteriorated physical properties during injection of low-resistance and electrically conductive polymer plastics.

따라서 새로운 대안으로 생산성과 경제성이 우수한 고분자 플라스틱 전극촉매를 필요로 하고 있는 실정이다.Therefore, there is a need for a polymer plastic electrode catalyst having excellent productivity and economical efficiency as a new alternative.

KR 등록특허공보 제10-1666881호(2016.10.11)KR Patent Publication No. 10-1666881 (2016.10.11) KR 등록특허공보 제10-1666884호(2016.10.11)KR Patent Publication No. 10-1666884 (2016.10.11)

본 발명은 종래와 같은 문제점을 해소하기 위해 창안한 것으로, Al, Ti, Mg, Zn 등의 금속 파우더의 산화 특성을 활용해 CNT의 분산성을 향상시키고 고분자 내에서 산화 팽창으로 인한 CNT의 접점을 강화시킬 수 있는 금속 산화 팽창을 이용한 저 저항(Ω)의 Al-CNT 고분자 복합소재 제조방법 및 물 전기분해용 고분자 복합 전극촉매 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the same problem as before, utilizing the oxidation characteristics of metal powders such as Al, Ti, Mg, Zn to improve the dispersibility of CNTs and improve the contact point of CNTs due to oxidative expansion in polymers. It is an object of the present invention to provide a method for producing a low-resistance Al-CNT polymer composite material using a metal oxide expansion that can be strengthened and a method for preparing a polymer composite electrode catalyst for water electrolysis.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 알루미늄 산화 팽창을 이용한 저 저항(Ω)의 Al-CNT 고분자 복합소재 제조방법은,Low-resistance Al-CNT polymer composite material manufacturing method using aluminum oxide expansion according to the present invention for achieving the above object,

알루미늄 파우더 표면을 산화 처리하는 제1 단계;A first step of oxidizing the aluminum powder surface;

제1 단계의 표면 산화 처리된 알루미늄 파우더와 CNT 파우더를 유기산 용액에 침전시켜 혼합하는 제2 단계;A second step of precipitating and mixing the surface-oxidized aluminum powder and the CNT powder of the first step into an organic acid solution;

제2 단계의 소재를 열 압착하여 Al-CNT 판상 펠렛을 제조하고 건조하여 유기산을 열분해하는 제3 단계;A third step of thermally compressing the material of the second step to prepare Al-CNT plate-shaped pellets and drying to pyrolyze the organic acid;

제3 단계에 의해 제조된 Al-CNT 판상 펠렛과 고분자 플라스틱을 컴파운딩하여 Al-CNT 고분자 복합소재를 생산하는 제4 단계; 를 포함함을 특징으로 한다.A fourth step of compounding the Al-CNT plate-shaped pellet prepared by the third step and the polymer plastic to produce an Al-CNT polymer composite material; Characterized in that it comprises a.

또한, 상기 제4 단계에서 제조된 전기전도성 Al-CNT 고분자 복합소재를 이용하여 물 전기분해용 고분자 복합 전극촉매로 성형하는 제5 단계;In addition, a fifth step of molding into a polymer composite electrode catalyst for water electrolysis using the electrically conductive Al-CNT polymer composite material prepared in the fourth step;

양극 산화법에 의해 고분자 복합 전극촉매 내에 있는 알루미늄 파우더를 산화 팽창시키고 에이징(aging)하는 제6 단계; 를 더 포함함을 특징으로 한다.A sixth step of oxidatively expanding and aging the aluminum powder in the polymer composite electrode catalyst by anodizing; It characterized in that it further comprises.

또한, 제1 단계의 알루미늄 파우더는 입자 크기가 10 ~ 60㎛임을 특징으로 한다.In addition, the aluminum powder of the first step is characterized in that the particle size of 10 ~ 60㎛.

또한, 제2 단계의 CNT 파우더는 60 ~ 80중량%, 알루미늄 파우더는 건조 중량 20 ~ 40중량%의 비율로 혼합하되, 유기산 용액에 알루미늄 파우더를 침전 후 교반기 RPM 5 ~ 10으로 교반하면서, CNT 파우더 60 ~ 80중량%를 투입 후 10 ~ 20분 교반하여 혼합함을 특징으로 한다.In addition, the CNT powder of the second step is 60 to 80% by weight, aluminum powder is mixed in a ratio of 20 to 40% by weight dry weight, while precipitated aluminum powder in an organic acid solution and stirred with agitator RPM 5 ~ 10, CNT powder After 60 to 80% by weight, it is characterized by mixing by stirring for 10 to 20 minutes.

또한, 상기 제3 단계의 열 압착롤 간격은 1mm, 롤의 지름은 150mm로 하고, 온도 190 ~ 200℃에서 RPM 3 ~ 5 속도로 2회 진행하며, 챔버 온도 100 ~ 120℃에서 잔류 수분함량이 2 ~ 4중량%가 되도록 건조함을 특징으로 한다.In addition, the thermal compression roll interval of the third step is 1mm, the diameter of the roll is 150mm, proceeds twice at a speed of 3 to 5 RPM at 190 ~ 200 ℃ temperature, the residual moisture content at the chamber temperature 100 ~ 120 ℃ It is characterized by drying to 2 to 4% by weight.

또한, 상기 제4 단계의 고분자 플라스틱 소재는 내화학성이 우수한 PP, PE, SEBS 중 택 1종을 사용하되, 고분자 플라스틱 소재 60 ~ 70중량%, Al-CNT 판상 펠렛 30 ~ 40중량%를 혼합한 후 트윈 압출기 온도 200 ~ 240℃에서 압출 후 3 ~ 5mm 크기로 핫커팅함을 특징으로 한다.In addition, the polymer plastic material of the fourth step is one selected from PP, PE, SEBS with excellent chemical resistance, but mixed 60 to 70% by weight of the polymer plastic material, 30 to 40% by weight of Al-CNT plate pellets After extruded at a twin extruder temperature 200 ~ 240 ℃ characterized in that the hot cut to a size of 3 ~ 5mm.

또한, 상기 제6 단계의 고분자 복합 전극촉매를 (+)극에 1장, (-)극에 1장을 2mm간격으로 결착한 후 플라스틱 용기에 물 10ℓ에 구연산 10중량%(1000g)를 첨가하여 물 온도 25℃의 구연산 전해용액을 제조하고, 결합된 전극촉매를 장착 후 DC12V의 전압을 인가하되, 전원 인가 시간을 30 ~ 60분으로 하고, (+)극과 (-)극을 교체하여 다시 30 ~ 60분을 전기분해하여 Total 시간은 60 ~ 120분으로 고분자 표면에 분산된 알루미늄 파우더부터 내부쪽으로 양극 산화 팽창시킴을 특징으로 한다.In addition, after binding the polymer composite electrode catalyst of the sixth step to one (+) pole and one sheet to the (-) pole at a 2 mm interval, 10 wt% (1000 g) of citric acid was added to 10 l of water in a plastic container. Prepare a citric acid electrolytic solution with a water temperature of 25 ℃, install a combined electrode catalyst, apply a voltage of DC12V, and set the power supply time to 30 to 60 minutes, and replace the (+) and (-) poles again. The total time is 60 to 120 minutes by electrolysis of 30 to 60 minutes, characterized by anodizing and expanding from the aluminum powder dispersed on the polymer surface to the inside.

본 발명에 따른 알루미늄 산화 팽창을 이용한 저 저항(Ω)의 Al-CNT 고분자 복합소재 제조방법 및 물 전기분해용 고분자 복합 전극촉매 제조방법은 알루미늄 파우더의 산화 특성을 활용해 CNT의 분산성을 향상시키고 고분자 내에서 산화 팽창으로 인한 CNT의 접점을 강화시킬 수 있는 효과가 있다.The method for producing low-resistance Al-CNT polymer composite material and the method for preparing polymer composite electrode catalyst for water electrolysis using aluminum oxide expansion according to the present invention improve the dispersibility of CNT by utilizing the oxidation characteristics of aluminum powder. There is an effect that can strengthen the contact point of the CNT due to oxidative expansion in the polymer.

도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 산화 팽창을 이용한 저 저항(Ω)의 Al-CNT 고분자 복합소재 제조과정을 도시한 공정도.1 is a process chart showing a low-resistance Al-CNT polymer composite material manufacturing process using aluminum oxide expansion according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 알루미늄 산화 팽창을 이용한 저 저항(Ω)의 Al-CNT 고분자 복합소재 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a low resistance Al-CNT polymer composite material using aluminum oxide expansion according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 산화 팽창을 이용한 저 저항(Ω)의 Al-CNT 고분자 복합소재 제조과정을 도시한 공정도로서, 도면에 도시된 바와 같이 알루미늄 파우더 표면 산화처리 단계; 표면 산화 처리된 알루미늄 파우더와 CNT 파우더 혼합 단계; Al-CNT 판상 펠렛 제조 및 구연산 열분해 단계; 고분자 플라스틱과 컴파운딩 후 압출 펠렛 생산 단계; 물 전기분해용 전기 전도성 전극촉매 제조 단계; 전극촉매 결착 에이징 단계; 를 포함한다.1 is a process chart showing a low-resistance Al-CNT polymer composite material manufacturing process using aluminum oxide expansion according to the present invention, the aluminum powder surface oxidation step as shown in the figure; Surface oxidation-treated aluminum powder and CNT powder mixing step; Al-CNT platelet pellet preparation and citric acid pyrolysis step; Extrusion pellet production step after compounding with polymer plastic; Preparing an electroconductive electrocatalyst for water electrolysis; Electrocatalyst binding aging step; It includes.

[제1 단계] 알루미늄 파우더 표면 산화 처리 단계[First Step] Aluminum Powder Surface Oxidation Step

금속 파우더 비중은 알루미늄(AL)이 2.7, 티타늄(Ti)이 4.51, 마그네슘(Mg)이 1.74, 아연(Zn)이 7.1로써, 이들 중 1종 또는 2종의 입자 크기 10 ~ 60㎛ 금속 파우더를 사용한다. 백금족 금속인 백금(Pt), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 오스늄(Os) 등은 생산량의 한계와 고가의 가격이고, 철(Fe) 및 구리(Cu) 등은 물 전기분해시 산화된 부분이 석출되어 문제가 되거나 내부 기공이 생성되어 전극촉매에 물성을 급감시킬 수 있다. 모든 금속은 대기 중에서 표면이 일부 산화가 되지만, 이것은 반데르발스 힘에 의해 비중이 가벼운 CNT의 뭉침 현상을 개선하는데 어려움이 있다. The specific gravity of the metal powder is aluminum (AL) of 2.7, titanium (Ti) of 4.51, magnesium (Mg) of 1.74, and zinc (Zn) of 7.1. use. Platinum group metals such as platinum (Pt), iridium (Ir), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), and osmium (Os) are limited in production and expensive. Iron (Fe) and copper (Cu) When water electrolysis, the oxidized portion may be precipitated to cause a problem or internal pores may be generated to drastically reduce the physical properties of the electrode catalyst. All metals are partially oxidized in the atmosphere, but it is difficult to improve the aggregation of light-weight CNTs by van der Waals forces.

상기 금속 파우더의 입자가 10㎛ 이하일 경우 대기 중 자연산화와 제조 과정 중 산화 시 고분자 내에서 산화 팽창율이 미약해 CNT와 CNT의 접점 강화를 약화시킬 수 있고, 입자 크기가 60㎛ 이상일 때는 CNT와 혼합 시 비중의 차이로 분리될 수 있다. When the particle size of the metal powder is 10 μm or less, the oxidation expansion rate is weak in the polymer during natural oxidation and oxidation during the manufacturing process, thereby weakening the contact strengthening of the CNT and the CNT, and when the particle size is 60 μm or more, when mixed with CNT It can be separated by the difference in specific gravity.

상기 금속 파우더의 입자 10 ~ 60㎛를 사용하는 것은 고분자 내에서 금속 파우더가 압출 및 사출 시 압력으로 CNT 뭉침 현상을 볼밀현상처럼 고분자 내에서 고 함량의 CNT 분산을 향상시키게 된다.Using 10 to 60 μm of particles of the metal powder improves CNT dispersion of the high content in the polymer, such as ball milling, in which the metal powder in the polymer is extruded and injected under pressure during the extrusion.

또한, 나노 사이즈의 금속 파우더는 CNT와 CNT 층간에 혼입되어 코팅용으로 사용 가능하나 산화 팽창의 특성 활용이 미약하다.In addition, nano-size metal powder is mixed between the CNT and the CNT layer can be used for coating, but the use of the characteristics of oxidative expansion is weak.

나노 입자 크기의 Al, Ti, Mg, Zn은 작업 공정 중 완전 산화로 인해 고분자 내에서 물 전기분해 전극촉매로 사용시 산화 부피 팽창의 효과를 이용해 CNT와 CNT 간의 크로스링크 된 접점의 강도 보강에 어려움이 있다.Al, Ti, Mg and Zn of nano particle size have difficulty in reinforcing the strength of crosslinked junction between CNT and CNT by using the effect of oxidative volume expansion when used as water electrolysis electrocatalyst in polymer due to complete oxidation during working process have.

금속 파우더의 표면 산화처리는 유기산을 이용하되 구연산, 사과산, 호박산, 숙신산 중 1종 또는 2종 이상의 용액을 제조하여 사용할 수 있다. 본 발명에서는 금속 파우더로 알루미늄(Al)이 사용되고 유기산으로 구연산을 활용하였다.Surface oxidation treatment of the metal powder may be used by preparing an organic acid, but using one or two or more solutions of citric acid, malic acid, succinic acid and succinic acid. In the present invention, aluminum (Al) is used as the metal powder and citric acid is used as the organic acid.

알루미늄 파우더와 CNT의 비율은 건조중량 기준 알루미늄 파우더 20 ~ 40중량%와 CNT 파우더 60 ~ 80중량%이다. 여기서, 알루미늄 파우더가 20중량% 이하이면 고분자 내에 산화 팽창이 약하여 CNT와 CNT의 접점을 약화시킬 수 있고, 알루미늄 파우더가 40중량% 이상이면 상대적으로 CNT 함량이 적어져 전극촉매에 표면저항을 상승시켜 전기 전도성을 나쁘게 할 수 있다. The ratio of aluminum powder to CNT is 20 to 40% by weight of dry aluminum powder and 60 to 80% by weight of CNT powder. Here, if the aluminum powder is less than 20% by weight, the oxidative expansion is weak in the polymer to weaken the contact between the CNT and the CNT. If the aluminum powder is more than 40% by weight, the CNT content is relatively low, thereby increasing the surface resistance of the electrode catalyst. It may worsen the electrical conductivity.

[제2 단계] CNT와 알루미늄 파우더 혼합 단계[Step 2] CNT and Aluminum Powder Mixing Step

물 100ml에 물 온도 20 ~ 30℃에서 구연산 용액을 제조한다. 구연산 파우더 함량은 1 ~ 2중량%이며, 이때, PH는 2.25 ~ 2.32인 약산성으로 제조하되 알루미늄 파우더의 표면산화 정도는 물의 온도, 시간 등에 따라 PH를 조절 할 수 있음을 밝혀둔다. 구연산 용액을 사용하는 것은 제2 단계와 제6 단계 후 셀스택을 양극 산화 팽창시키는 단계와 구분된다.In 100 ml of water, a citric acid solution is prepared at a water temperature of 20 to 30 ° C. Citric acid powder content is 1 to 2% by weight, wherein the pH is 2.25 ~ 2.32 is produced with a weak acidity, but the surface oxidation degree of aluminum powder reveals that the pH can be adjusted according to the temperature, time and the like. Using citric acid solution is distinguished from anodizing and expanding the cell stack after the second and sixth steps.

먼저 상기 구연산 용액 60 ~ 80 중량%에 알루미늄 파우더 건조 중량 20 ~ 40중량%를 구연산 용액에 침전 후 교반기 RPM 5 ~ 10으로 교반하면서 CNT 파우더 60 ~ 80중량%를 조금씩 나누어 투입 후 10 ~ 20분 정도 교반 혼합한다. CNT는 MW-CNT로 CNT함량 98 ~ 100중량%로 CNT 잔류 촉매인 Fe, Co, Ni 등이 물 전기분해 시 석출되어 문제가 될 수 있으므로 바람직하게는 잔류 촉매가 적은 CNT를 사용하는 것이 좋다. 이때, 구연산 용액이 60중량% 이하이면 알루미늄 파우더와 CNT 파우더에 구연산 용액 흡수율이 미약 할 수 있고, 구연산 용액이 80중량%이상이면 건조시간이 길어질 수 있다.First, the aluminum powder dry weight 20 to 40% by weight to 60 to 80% by weight of the citric acid solution is precipitated in the citric acid solution, while stirring with agitator RPM 5 to 10, divided into 60 to 80% by weight of CNT powder after 10 to 20 minutes Stir and mix. CNT is MW-CNT with a CNT content of 98 to 100% by weight, because CNT residual catalysts Fe, Co, Ni, etc. may be a problem due to precipitation during water electrolysis, it is preferable to use CNTs with less residual catalyst. At this time, if the citric acid solution is less than 60% by weight citric acid solution absorption in the aluminum powder and CNT powder may be weak, the drying time may be longer if the citric acid solution is more than 80% by weight.

[제3 단계] Al-CNT 판상 펠렛 제조 및 구연산 열분해 단계[Step 3] Al-CNT Plate Pellet Preparation and Citric Acid Pyrolysis Step

상기 제2 단계의 소재를 열 압착롤을 통해 Al-CNT 판상 펠렛을 제조한다. 상기 열 압착롤 간격은 1mm, 롤의 지름은 150mm로 하고, 온도 190 ~ 200℃에서 RPM 3 ~ 5 속도로 2회 진행한다. 이때, 1회만 진행할 경우 Al-CNT 판상 펠렛이 부서질 수 있고, 2회 이상 진행할 경우 압착강도가 강해져 분산에 문제가 있을 수 있다.Al-CNT plate-like pellets are produced by the material of the second step through a thermocompression roll. The thermal compression roll spacing is 1mm, the diameter of the roll is 150mm, and proceeds twice at RPM 3-5 speed at a temperature of 190 ~ 200 ℃. At this time, Al-CNT plate-like pellets may be broken when only one time progresses, and when the two or more times progresses, the compressive strength may be increased, thereby causing a problem in dispersion.

Al-CNT 판상 펠렛을 챔버 온도 100 ~ 120℃에서 잔류 수분함량이 2 ~ 4중량%가 되도록 건조한다. 이때, 일부 수분이 제거되고, 유기산인 구연산을 열 분해시킨다. 구연산의 열분해는 후술되는 압출 및 사출시 추가 제거가 가능하고, 수분 함량이 2중량%이하이면 Al-CNT 판상 펠렛이 부서질 수 있고 4중량%이상이면 고분자 소재와 컴파운딩 압출시 수분으로 인해 CNT와 고분자 수지에 계면을 약화시킬 수 있다.The Al-CNT plate-shaped pellets are dried at a chamber temperature of 100-120 ° C. such that the residual moisture content is 2-4% by weight. At this time, some water is removed, and the organic acid citric acid is thermally decomposed. Pyrolysis of citric acid can be further removed during extrusion and injection, which will be described later, Al-CNT plate-like pellets may be broken when the water content is 2% by weight or less and CNT due to moisture during the extrusion of the polymer material and compounding by more than 4% by weight. The interface can be weakened to the polymer resin.

상기 과정 중 열 압착롤 공정과 건조 공정 중에 알루미늄 파우더는 표면 산화가 미약하게 진행되며 Al-CNT 판상 펠렛은 CNT와 CNT 사이에 있는 알루미늄 파우더가 추가적으로 산화되므로 양쪽성 이온을 가진 표면 산화 팽창 알루미늄이 되고, 이것은 고분자 내에서 CNT에 뭉침 현상을 개선시키고 분산성을 향상시킨다. 이때, Al-CNT 판상 펠렛의 사이즈는 두께 1mm에 불규칙한 크기로 평균 0.1 ~ 5mm 전후의 크기이다.During the thermal compression roll process and the drying process, the aluminum powder has a slight surface oxidation, and the Al-CNT platelet pellet is a surface oxide expanded aluminum having amphoteric ions since the aluminum powder between CNT and CNT is additionally oxidized. This improves agglomeration of CNTs and dispersibility in polymers. At this time, the size of the Al-CNT plate-like pellets are irregular sizes in the thickness of 1mm, the size of about 0.1 ~ 5mm around.

[제4 단계] 고분자 플라스틱과 컴파운딩 후 Al-CNT 고분자 복합소재 생산 단계[Step 4] Al-CNT polymer composite production step after compounding with polymer plastic

제3 단계에 의해 제조된 Al-CNT 판상 펠렛과 고분자 플라스틱을 컴파운딩하여 Al-CNT 복합소재를 생산한다. 여기서 고분자 플라스틱 소재는 내화학성이 우수한 PP, PE, SEBS 중 택 1종을 사용한다. 본 발명에서는 PP를 활용한다.Compounding the Al-CNT plate-shaped pellets and the polymer plastic produced by the third step to produce an Al-CNT composite material. Here, the polymer plastic material uses one of PP, PE, and SEBS having excellent chemical resistance. In the present invention, PP is used.

즉, PP 60 ~ 70중량%, Al-CNT 판상 펠렛 30 ~ 40중량%를 혼합한 후 트윈 압출기 온도 200 ~ 240℃에서 압출 후 3 ~ 5mm 크기로 핫커팅하여 Al-CNT 복합소재를 생산한다. 이때, Al-CNT 판상 펠렛이 40중량%이상이 되면 판상 펠렛 내부에 존재하는 CNT는 32중량%의 고함량 CNT가 되어 사출이 어렵거나 미성형이 될 수 있고 Al-CNT 판상 펠렛이 30중량%이하가 되면 CNT함량이 적어 표면 전기 전도성이 나빠질 수 있다. 펠렛 컷팅은 수냉식으로 진행할 경우 수분이 CNT로 침투되어 문제가 있을 수 있으므로 핫커팅을 실시한다.That is, after mixing 60 to 70% by weight of PP, 30 to 40% by weight of Al-CNT platelet pellets and extrusion at a twin extruder temperature of 200 ~ 240 ℃ hot-cut to 3 ~ 5mm size to produce an Al-CNT composite material. At this time, when Al-CNT platelet pellet is more than 40% by weight, CNT present in the platelet pellet becomes 32% by weight of high content CNT, which may be difficult or unmolded, and Al-CNT platelet pellet is 30% by weight. If it is less than the CNT content may be poor surface electrical conductivity. Pellet cutting is hot-cutting because water may penetrate into the CNTs when water-cooled.

[제5 단계] 물 전기분해용 전극촉매 성형 단계[Fifth Step] Electrocatalyst Molding Step for Water Electrolysis

제4 단계에서 제조된 전기 전도성 Al- CNT 고분자 복합소재를 사출기 스크류 온도 220℃ ~ 240℃에서 두께 4mm, 가로 110mm, 세로 110mm의 물 전기분해용 고분자 복합 전극촉매를 제조한다. 물 전기분해용 고분자 복합 전극촉매는 물의 용량 및 용도, 용기에 따라 모양과 크기, 사이즈를 다르게 설계하여 제조할 수 있다.The electroconductive Al-CNT polymer composite material prepared in the fourth step prepares a polymer composite electrode catalyst for water electrolysis having a thickness of 4 mm, a width of 110 mm, and a length of 110 mm at an injection machine screw temperature of 220 ° C. to 240 ° C. The polymer composite electrode catalyst for water electrolysis may be manufactured by designing different shapes, sizes, and sizes according to water capacity, use, and container.

[제6 단계] 전극촉매 결착 에이징 단계[Sixth Step] Electrocatalyst Binding Step

양극 산화법에 의해 고분자 복합 전극촉매 내에 있는 알루미늄 파우더를 산화 팽창시키고 에이징(aging)하는 단계로서, 알루미늄 파우더 입자 크기 10 ~ 60㎛의 입자를 고분자 플라스틱 표면에 분산된 알루미늄 파우더부터 서서히 내부쪽으로 산화 팽창시킴으로써 CNT와 CNT의 접점 저항을 감소시키며 CNT와 고분자 계면을 강화시켜 내산성 및 내화학성, 전기 전도성을 향상시키고, 일정하고 안정된 전류(2A)를 얻을 수 있다.Oxidative expansion and aging of the aluminum powder in the polymer composite electrode catalyst by the anodic oxidation method. By reducing the contact resistance of CNT and CNT and strengthening the CNT-polymer interface, it is possible to improve acid resistance, chemical resistance, and electrical conductivity, and to obtain a constant and stable current (2A).

고분자 복합 전극촉매 표면에 분산된 알루미늄 파우더부터 산화팽창이 진행되며 유기산 중 구연산을 활용했다.From the aluminum powder dispersed on the surface of the polymer composite electrode catalyst, oxidation expansion proceeded and citric acid among organic acids was used.

상기 단계에서 제조된 고분자 복합 전극촉매를 (+)극에 1장, (-)극에 1장을 2mm간격으로 결착한 후 플라스틱 용기에 물 10ℓ에 구연산 10중량%(1000g)를 첨가하여 물 온도 25℃의 구연산 전해용액을 제조하고, 결합된 전극촉매를 장착 후 DC12V의 전압을 인가한다. 이때, 전원 인가 시간을 30 ~ 60분으로 하고, (+)극과 (-)극을 교체하여 다시 30 ~ 60분을 전기분해하여 Total 시간은 60 ~ 120분으로 고분자 표면에 분산된 알루미늄 파우더부터 내부쪽으로 양극 산화 팽창시킨다. 여기서, 유기산은 구연산 이외에 다른 유기산을 사용해도 되지만, 구연산 10중량%의 용액이 PH 1.68로, PH는 1.5 내지 1.8 정도로 사용하여 다른 유기산을 사용할 수 있다. 또한, 무기 용액을 사용하면 양극 산화시 강한 산성으로 인해 고분자 플라스틱의 물성 저하로 전극촉매의 기능을 약화시킬 수 있다.The polymer composite electrode catalyst prepared in the above step is bound to one sheet on the (+) pole and one sheet on the (-) pole at 2 mm intervals, and then 10 wt% (1000 g) of citric acid is added to 10 l of water in a plastic container to give a water temperature. A citric acid electrolytic solution at 25 ° C. was prepared, and a combined electrode catalyst was applied thereto and then a voltage of 12 V DC was applied. At this time, the power application time is 30 ~ 60 minutes, and the (+) and (-) poles are replaced, and electrolysis is again performed for 30 to 60 minutes, and the total time is 60 to 120 minutes. Anodic oxidation expands inward. Here, the organic acid may be used in addition to citric acid, but other organic acids may be used. The solution of 10 wt% citric acid may be PH 1.68, and the pH may be about 1.5 to 1.8. In addition, the use of the inorganic solution may weaken the function of the electrode catalyst due to the deterioration of physical properties of the polymer plastic due to strong acidity during anodization.

이때, 고분자 플라스틱에 분산된 알루미늄 파우더 입자에 표면 양극 산화 두께는 2 ~ 6㎛로 물과 접촉면 부분은 6㎛이고, 고분자 내부쪽으로 갈수록 4㎛부터 2㎛로 알루미늄 파우더 입자는 전극촉매 정중앙 부분은 상대적으로 적은 2㎛ 전후이다. 이것은 금속판 전체에 미치는 전류와 고분자 내부로 갈수록 용액 침투량이 상대적으로 적어지면 표면부터 양극 산화가 빠르게 진행되기 때문이다.At this time, the surface anodic oxidation thickness of the aluminum powder particles dispersed in the polymer plastic is 2 ~ 6㎛, the contact surface portion with the water is 6㎛, and toward the inside of the polymer from 4㎛ to 2㎛ as the aluminum powder particles relative to the center of the electrode catalyst As little as 2㎛ around. This is because anodic oxidation proceeds rapidly from the surface as the current penetrates the entire metal plate and the solution penetration into the polymer decreases relatively.

알루미늄 파우더와 CNT를 잡아주는 지지체는 열가소성 PP소재의 고분자 플라스틱으로 과다한 양극 산화시간은 오히려 플라스틱 표면을 부풀게 하거나 박리되어 전극촉매 기능을 약화시킬 수 있다.The support for holding aluminum powder and CNT is a polymer plastic made of thermoplastic PP material. Excessive anodic oxidation time may swell or exfoliate the plastic surface, thereby weakening the electrocatalyst function.

고분자 복합 전극촉매의 양극 산화 에이징 시간은 60분을 넘지 않는 것이 좋으며 단시간에 알루미늄 산화 팽창시 내부 응력과 압력으로 표면 크랙이나 박리가 될 수 있다. 또한, 양극 산화 이후에 물 전기분해시 미약하게 서서히 양극 산화가 진해되어 지속적인 전극촉매에 안정성을 유지시킨다. 양극산화 에이징 시간이 30분 이하가 되면 전원 인가시 전류(A)에 변화가 진행되어 안정적인 컨트롤이 어렵다.The anodic oxidation aging time of the polymer composite electrode catalyst should not exceed 60 minutes, and surface cracking or peeling may occur due to internal stress and pressure during aluminum oxide expansion in a short time. In addition, after anodic oxidation, the anodic oxidation gradually increases during water electrolysis to maintain stability in the continuous electrode catalyst. If the anodization aging time is less than 30 minutes, the change in the current (A) when the power is applied is difficult to stable control.

본 발명은 상기와 같은 방법으로 전극 촉매 내부는 우수한 내식성과 내산화성으로 지속적이고 안정적인 표면 전기 전도성을 유지시킬 수 있으며, CNT는 물과 접촉되는 표면층에서 미세구조와 다공성 조성으로 CNT에 넓은 표면적을 극대화시킬 수 있다. The present invention can maintain a stable and stable surface electrical conductivity of the electrode catalyst inside the electrode catalyst in the above manner with excellent corrosion resistance and oxidation resistance, CNT maximizes a large surface area in the CNT by the microstructure and porous composition in the surface layer in contact with water You can.

[비교 1][Comparative 1]

고분자 플라스틱 PP에 CNT함량에 따른 물성 비교Comparison of Properties of Polymer Plastic PP with CNT Content

본 발명은 상기 데이터를 기반으로 아래 비율조건 두께 4mm, 가로 110mm, 세로 110mm 크기로 사출하여 실험한다.The present invention is tested by injection molding the following ratio condition thickness 4mm, horizontal 110mm, vertical 110mm size based on the data.

비율 조건Rate condition

Al-CNT 판상 펠렛 제조 비율Al-CNT Plate Pellet Manufacturing Rate

1단계 : 알루미늄 파우더 건조중량 20 ~ 40중량%, CNT 건조중량 80 ~ 60중량%1st step: Aluminum powder dry weight 20 ~ 40% by weight, CNT dry weight 80 ~ 60% by weight

2단계 : 1단계에서 제조된 Al-CNT 판상 펠렛의 비율을 기준으로 하여Step 2: Based on the ratio of Al-CNT plate pellets prepared in step 1

A : Al-CNT 판상 펠렛 40중량%, PP 60중량% 일때A: When 40 weight% of Al-CNT sheet pellets and 60 weight% of PP

B : A 비율 중 Al-CNT 판상 펠렛 40중량%에 상기 1단계 비율 적용을 알루미늄 파우더 20중량%, CNT 80중량% 시 CNT함량 32중량%, 알루미늄 파우더 8중량%가 함유됨B: 20 wt% of aluminum powder, 40 wt% of aluminum powder, 32 wt% of CNT, 8 wt% of aluminum powder

C : A 비율 중 Al-CNT 판상 펠렛 40중량%에 상기 1단계 비율 적용을 알루미늄 파우더 40중량%, CNT 60중량% 시 CNT 함량 24중량%, 알루미늄 파우더 16중량%가 함유됨.40% by weight of aluminum powder, 40% by weight of CNT content, 24% by weight of CNT content and 16% by weight of aluminum powder.

D : CNT 25중량%, PP 75중량%의 기존 제품D: 25% by weight of CNT, 75% by weight of PP

상기 기준으로 양극산화 실행 전에 사각 판상의 표면저항 및 무게 측정Measurement of surface resistance and weight on square plate before anodization

CNT 함량(중량%)CNT content (% by weight) 표면저항Surface resistance BB CNT 32 / 알루미늄 파우더 8CNT 32 / Aluminum Powder 8 0.180.18 CC CNT 24 / 알루미늄 파우더 16CNT 24 / Aluminum Powder 16 0.240.24 DD CNT 24 / 알루미늄 파우더 zeroCNT 24 / Aluminum Powder Zero 0.370.37

상기 데이터는 5회 측정한 평균치이며 D번의 조건 중 CNT 함량이 25중량% 이상시 미성형으로 제품 구현이 어렵고, B번의 알루미늄 파우더 CNT 복합 소재는 최대 CNT함량 32중량% 이상시 D번과 같이 미성형이 되었다.The data is the average value measured five times, the product is difficult to realize the unmolded when the CNT content of more than 25% by weight of the D conditions, and the aluminum powder CNT composite material of B is not as D when the maximum CNT content of 32% by weight or more Molding was obtained.

또한, 내부 밀도 및 무게는 C번의 알루미늄 파우더 16중량%가 우수했지만 성능을 향상시킬 수 있는 전기 전도성 표면 저항은 B번의 CNT 32중량%가 우수했다.In addition, the internal density and weight was excellent in the aluminum powder of C No. 16 weight percent, but the electrically conductive surface resistance that can improve the performance was excellent in 32 wt% CNT No. B.

[비교 2][Comparative 2]

60분에 양극 산화 에이징 전후의 표면 저항 변화Surface resistance change before and after anodizing at 60 minutes

전(Ω/□)All (Ω / □) 후(Ω/□)After (Ω / □) BB 0.180.18 0.160.16 CC 0.240.24 0.210.21 DD 0.370.37 0.460.46

5회 측정 평균 수치5 measurement average

구연산 용액에 의한 전극촉매에 산화 에이징 전후를 비교 테스트 결과Comparative test results of before and after oxidation aging to electrode catalyst by citric acid solution

알루미늄 파우더의 함량이 zero인 D번은 구연산 용액에 산성 특성으로 인해 표면저항이 0.37Ω/□에서 60분 후 0.46Ω/□으로 상승하여 전기 전도성을 나쁘게 하였고, 상대적으로 알루미늄 파우더 함량이 16중량%인 C번은 알루미늄 파우더의 산화 팽창으로 인해 CNT와 CNT의 접점을 강화시켜 표면저항 0.24Ω/□에서 0.21Ω/□으로 개선시킴으로써 전극촉매에 기능을 향상시킬 수 있다.The number D of the aluminum powder is zero, which increases the surface resistance from 0.37Ω / □ to 0.46Ω / □ after 60 minutes due to the acidic nature of the citric acid solution. C can improve the function of the electrode catalyst by enhancing the contact between CNT and CNT due to the oxidative expansion of aluminum powder and improving the surface resistance from 0.24Ω / □ to 0.21Ω / □.

[실험 1][Experiment 1]

본 실험은 비교 2에서 양극산화 에이징 후에 전극을 25℃ 수돗물(TDS : 110ppm) 4000g을 절연용기에 넣고, DC12V 를 인가하여 28일 동안에 전류(A)에 변화를 실험하였으며 B, C, D, E에 촉매전극을 2mm 간격으로 (+)극에 1장, (-)극에 1장씩 각각 결합 후 전극 (+극, -극)에 역전 없이 진행하였으며 동일한 조건으로 E 금속계 촉매인 티타늄(Ti) 평판에 가로 110mm, 세로 110mm에 루테늄(Ru) 1.5㎛가 코팅된 금속촉매.In the experiment 2, 4000g of 25 ℃ tap water (TDS: 110ppm) was put in an insulation container after anodizing and the DC 12V was applied to change the current (A) for 28 days. The catalyst electrodes were bonded to each of the (+) and 1 (-) poles at 2mm intervals, respectively, and then proceeded without reversal to the electrodes (+ and-poles). Metal catalyst coated with ruthenium (Ru) 1.5㎛ at 110mm horizontally and 110mm vertically.

또한, 물의 전기분해는 수소, 산소 발생량에 따라 물속에 전해질량이 상대적으로 증가하며 물의 온도 변화로 인해 다소 차이가 있을 수도 있다.In addition, the electrolysis of water is relatively increased due to the amount of electrolyte in the water according to the amount of hydrogen, oxygen and may vary slightly due to the temperature change of the water.

최초(A)First (A) 7 days(A)7 days (A) 14 days(A)14 days (A) 21 days(A)21 days (A) 28 days(A)28 days (A) 평균 A DownAverage A Down BB 1.291.29 1.271.27 1.261.26 1.251.25 1.241.24 3.5%3.5% CC 1.051.05 1.041.04 1.041.04 1.031.03 1.021.02 2.3%2.3% DD 0.810.81 0.730.73 0.650.65 0.570.57 0.620.62 23.5%23.5% EE 1.131.13 1.021.02 0.980.98 0.950.95 0.920.92 18.2%18.2%

각각 3세트씩 준비하여 3회 반복 실험 후 평균수치이며, 물은 1 day주기로 교체했다.Three sets of each were prepared and averaged after three repeated experiments, and water was replaced with a 1 day cycle.

실험 결과 B번, C번의 결과로 알루미늄 파우더의 산화 팽창은 CNT와 CNT의 접점을 강화시키고, 안정된 표면 전류와 고분자 플라스틱 전극촉매에 성능을 향상시켰다. As a result of experiments B and C, the oxidative expansion of aluminum powder strengthened the contact between CNT and CNT, and improved the performance of stable surface current and polymer plastic electrode catalyst.

알루미늄 파우더 첨가가 없는 D번은 28일 후 전류가 23.5% Down되었고, E번은 18.2% Down되어 전극촉매 성능이 감소되었고, 상대적으로 B번과 C번 중 알루미늄 파우더 함량이 많은 C번은 B번보다 다소 안정되었다.After 28 days, D had no aluminum powder and the current decreased by 23.5%, E decreased by 18.2%, and the electrocatalyst performance decreased, and C, which has a high aluminum powder content of B and C, was more stable than B. It became.

또한, 금속계 전극촉매인 E번은 물(H2O)속에 각종 미네랄 성분이 흡착 후 경화되면서 물 전기분해 기능을 약화시키고 최소 15분 이내에 전극(+극, -극)을 역전시켜야 하는 문제점이 있으나 B번, C번의 경우 탄소 성분의 CNT와 고분자 특성으로 각종 미네랄과 이물질이 경화가 되지 않고 지속적인 효능 유지가 가능함을 알 수 있다.In addition, the E-catalyst, which is a metal-based electrode catalyst, has a problem of weakening the water electrolysis function and reversing the electrode (+ pole,-pole) within at least 15 minutes as various mineral components are adsorbed and cured in water (H 2 O). In case of C, it can be seen that various minerals and foreign substances are not cured due to CNTs and polymer properties of carbon components, and thus sustaining efficacy can be maintained.

Claims (10)

알루미늄 파우더 표면을 산화 처리하는 제1 단계;
제1 단계의 표면 산화 처리된 알루미늄 파우더와 CNT 파우더를 유기산 용액에 침전시켜 혼합하는 제2 단계;
제2 단계의 소재를 열 압착하여 Al-CNT 판상 펠렛을 제조하고 건조하여 유기산을 열분해하는 제3 단계;
제3 단계에 의해 제조된 Al-CNT 판상 펠렛과 고분자 플라스틱을 컴파운딩하는 제4 단계; 를 포함함을 특징으로 하는 알루미늄 산화 팽창을 이용한 저 저항(Ω)의 Al-CNT 고분자 복합소재 제조방법.
A first step of oxidizing the aluminum powder surface;
A second step of precipitating and mixing the surface-oxidized aluminum powder and the CNT powder of the first step into an organic acid solution;
A third step of thermally compressing the material of the second step to prepare Al-CNT plate-shaped pellets and drying to pyrolyze the organic acid;
A fourth step of compounding the Al-CNT plate-shaped pellet prepared by the third step and the polymer plastic; Low-resistance Al-CNT polymer composite material manufacturing method using aluminum oxide expansion, comprising a.
제1 항에 있어서,
상기 제2 단계의 CNT 파우더는 60 ~ 80중량%, 알루미늄 파우더는 건조 중량 20 ~ 40중량%의 비율로 혼합하되, 유기산 용액에 알루미늄 파우더를 침전 후 교반기 RPM 5 ~ 10으로 교반하면서 CNT 파우더 60 ~ 80중량%를 투입 후 10 ~ 20분 교반하여 혼합하고,
상기 제4 단계의 고분자 플라스틱 소재는 내화학성이 우수한 PP, PE, SEBS 중 택 1종을 사용하되, 고분자 플라스틱 소재 60 ~ 70중량%, Al-CNT 판상 펠렛 30 ~ 40중량%를 혼합한 후 트윈 압출기 온도 200 ~ 240℃에서 압출 후 3 ~ 5mm 크기로 핫커팅함을 특징으로 하는 알루미늄 산화 팽창을 이용한 저 저항(Ω)의 Al-CNT 고분자 복합소재 제조방법.
According to claim 1,
60 to 80% by weight of the CNT powder of the second step, aluminum powder is mixed at a ratio of 20 to 40% by weight of dry weight, CNT powder 60 ~ while stirring the precipitated aluminum powder in an organic acid solution with agitator RPM 5 ~ 10 After adding 80% by weight, mix by stirring for 10-20 minutes,
In the fourth step, the polymer plastic material is selected from PP, PE, and SEBS having excellent chemical resistance, but is mixed with 60 to 70% by weight of the polymer plastic material and 30 to 40% by weight of Al-CNT plate pellets. A low resistance Al-CNT polymer composite material manufacturing method using aluminum oxide expansion, characterized in that the hot-cut to 3 ~ 5mm size after extrusion at an extruder temperature 200 ~ 240 ℃.
알루미늄 파우더 표면을 산화 처리하는 제1 단계;
제1 단계의 표면 산화 처리된 알루미늄 파우더와 CNT 파우더를 유기산 용액에 침전시켜 혼합하는 제2 단계;
제2 단계의 소재를 열 압착하여 Al-CNT 판상 펠렛을 제조하고 건조하여 유기산을 열분해하는 제3 단계;
제3 단계에 의해 제조된 Al-CNT 판상 펠렛과 고분자 플라스틱을 컴파운딩하여 Al-CNT 고분자 복합소재를 생산하는 제4 단계;
제4 단계에서 제조된 전기전도성 Al-CNT 고분자 복합소재를 이용하여 물 전기분해용 고분자 복합 전극촉매를 성형하는 제5 단계;
양극 산화법에 의해 고분자 복합 전극촉매 내에 있는 알루미늄 파우더를 산화 팽창시키고 에이징(aging)하는 제6 단계; 를 포함함을 특징으로 하는 물 전기분해용 고분자 복합 전극촉매 제조방법.
A first step of oxidizing the aluminum powder surface;
A second step of precipitating and mixing the surface-oxidized aluminum powder and the CNT powder of the first step into an organic acid solution;
A third step of thermally compressing the material of the second step to prepare Al-CNT plate-shaped pellets and drying to pyrolyze the organic acid;
A fourth step of compounding the Al-CNT plate-shaped pellet manufactured by the third step and the polymer plastic to produce the Al-CNT polymer composite material;
A fifth step of molding the polymer composite electrode catalyst for water electrolysis using the electrically conductive Al-CNT polymer composite material prepared in the fourth step;
A sixth step of oxidatively expanding and aging the aluminum powder in the polymer composite electrode catalyst by anodizing; Method for producing a polymer composite electrode catalyst for water electrolysis comprising a.
제3 항에 있어서, 상기 제1 단계의 알루미늄 파우더는 입자 크기가 10 ~ 60㎛임을 특징으로 하는 물 전기분해용 고분자 복합 전극촉매 제조방법.
The method of claim 3, wherein the aluminum powder of the first step has a particle size of 10 μm to 60 μm.
제3 항에 있어서, 상기 제2 단계의 CNT 파우더는 60 ~ 80중량%, 알루미늄 파우더는 건조 중량 20 ~ 40중량%의 비율로 혼합하되, 먼저 알루미늄 파우더를 유기산 용액에 침전 후 교반기 RPM 5 ~ 10으로 교반하면서 CNT 파우더 60 ~ 80중량%를 투입 후 10 ~ 20분 교반하여 혼합함을 특징으로 하는 물 전기분해용 고분자 복합 전극촉매 제조방법.
According to claim 3, wherein the CNT powder of the second step is 60 to 80% by weight, the aluminum powder is mixed in a ratio of 20 to 40% by weight dry, first precipitate the aluminum powder in an organic acid solution and then agitator RPM 5 ~ 10 Method for producing a polymer composite electrode catalyst for water electrolysis, characterized in that by stirring for 10 to 20 minutes after adding 60 ~ 80% by weight of CNT powder while stirring.
제3 항에 있어서, 상기 제3 단계의 열 압착 시 열 압착롤을 이용하되, 열 압착롤 간격은 1mm, 롤의 지름은 150mm로 하고, 온도 190 ~ 200℃에서 RPM 3 ~ 5 속도로 2회 진행하며, 챔버 온도 100 ~ 120℃에서 잔류 수분함량이 2 ~ 4중량%가 되도록 건조함을 특징으로 하는 물 전기분해용 고분자 복합 전극촉매 제조방법.
According to claim 3, wherein the thermocompression roll is used during the thermal compression of the third step, the thermal compression roll interval is 1mm, the diameter of the roll is 150mm, two times at a speed of 3 ~ 5 RPM at 190 ~ 200 ℃ temperature The process for producing a polymer composite electrode catalyst for water electrolysis, characterized in that for drying, so that the residual moisture content is 2 to 4% by weight at a chamber temperature of 100 ~ 120 ℃.
제3 항에 있어서, 상기 제4 단계의 고분자 플라스틱 소재는 내화학성이 우수한 PP, PE, SEBS 중 택 1종을 사용하되, 고분자 플라스틱 소재 60 ~ 70중량%, Al-CNT 판상 펠렛 30 ~ 40중량%를 혼합한 후 트윈 압출기 온도 200 ~ 240℃에서 압출 후 3 ~ 5mm 크기로 핫커팅함을 특징으로 하는 물 전기분해용 고분자 복합 전극촉매 제조방법.
According to claim 3, wherein the polymer plastic material of the fourth step is selected from PP, PE, SEBS of the excellent chemical resistance, using 60 to 70% by weight of the polymer plastic material, Al-CNT plate pellets 30 to 40 weight Method for producing a polymer composite electrode catalyst for water electrolysis characterized in that the hot-cut to a size of 3 ~ 5mm after extrusion at a twin extruder temperature 200 ~ 240 ℃ after mixing%.
제3 항에 있어서, 상기 제6 단계의 고분자 복합 전극촉매를 (+)극에 1장, (-)극에 1장을 2mm간격으로 결착한 후 플라스틱 용기에 물 10ℓ에 구연산 10중량%(1000g)를 첨가하여 물 온도 25℃의 구연산 전해용액을 제조하고, 결합된 전극촉매를 장착 후 DC12V의 전압을 인가하되, 전원 인가 시간을 30 ~ 60분으로 하고, (+)극과 (-)극을 교체하여 다시 30 ~ 60분을 전기분해하여 Total 시간은 60 ~ 120분으로 고분자 표면에 분산된 알루미늄 파우더부터 내부쪽으로 양극 산화 팽창시킴을 특징으로 하는 물 전기분해용 고분자 복합 전극촉매 제조방법.
The method of claim 3, wherein the polymer composite electrode catalyst of the sixth step is bonded to one (+) pole and one (-) pole at 2 mm intervals, and then 10 wt% of citric acid (1000 g) in 10 l of water in a plastic container. ) Was prepared to prepare a citric acid electrolytic solution with a water temperature of 25 ℃, after mounting the combined electrode catalyst applied a voltage of DC12V, the power supply time is 30 ~ 60 minutes, and the (+) and (-) electrodes Electrolysis 30 ~ 60 minutes again to replace the total time is 60 ~ 120 minutes in the polymer composite electrode catalyst for water electrolysis characterized in that the anodic oxidation expansion from the aluminum powder dispersed on the polymer surface to the inside.
제1 항 또는 제2 항의 방법으로 제조된 알루미늄 산화 팽창을 이용한 저 저항(Ω)의 Al-CNT 고분자 복합소재.
A low-resistance Al-CNT polymer composite material using aluminum oxide expansion prepared by the method of claim 1 or 2.
제3 항 내지 제8 항 중 어느 하나의 방법으로 제조된 물 전기분해용 고분자 복합 전극촉매.A polymer composite electrode catalyst for water electrolysis prepared by any one of claims 3 to 8.
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