KR102251850B1 - Catalyst coated electrode, catalyst paste composition and methods of manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기분해를 위한 산화전극과 환원전극 각각의 촉매 페이스트 조성물과 그 제조방법, 전극 코팅 방법 및 전극의 제조방법을 포함한다. 본 발명은, pH에 따라 전극의 안정성이 떨어지는 문제, 높은 과전압에 따른 촉매 효율 감소의 문제 및 기존의 촉매 코팅 전극이 가지고 있는 코팅층의 탈리 문제를 해결하고, 저전력을 통한 고효율 전기분해용 전극을 제공할 수 있다.The present invention includes a catalyst paste composition for each of an anode and a cathode for electrolysis, a method of manufacturing the same, an electrode coating method, and a method of manufacturing an electrode. The present invention solves the problem of poor electrode stability depending on pH, the problem of reducing catalyst efficiency due to high overvoltage, and the problem of desorption of the coating layer of the existing catalyst coating electrode, and provides an electrode for high efficiency electrolysis through low power can do.
Description
본 발명은, 전기분해를 위한 전극에 촉매를 코팅할 수 있는 페이스트 조성물 및 페이스트의 제조방법과 고효율, 고내구성의 전기분해를 위한 촉매 코팅 전극과 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a paste composition capable of coating a catalyst on an electrode for electrolysis, a method for producing a paste, and a catalyst-coated electrode for electrolysis with high efficiency and high durability, and a method for producing the same.
지구온난화와 화석연료의 고갈에 따른 대체 에너지의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이 중 실용가능성 있는 환경 및 에너지 문제 해결의 대안으로 수소에너지가 주목받고 있다. Research on alternative energy due to global warming and depletion of fossil fuels is being actively conducted. Among them, hydrogen energy is attracting attention as an alternative to solving practical environmental and energy problems.
수소는 친환경 에너지원으로 평가받는 기체로 여러 산업에서 광범위하게 사용되는 기체이다. 최근 수소에 대한 수요가 증가하면서 수소의 생산량이 공급량에 뒤처지고 있다. 수소를 생산하는 방법에는 천연가스 개질, 생물학적 수소제조, 물 전기분해법, 직접 열분해법으로 나뉘며 이 중 천연가스 개질이 절반 이상을 차지한다.Hydrogen is a gas that is evaluated as an eco-friendly energy source and is widely used in various industries. With the recent increase in demand for hydrogen, the production of hydrogen is lagging behind the supply. Hydrogen production methods are divided into natural gas reforming, biological hydrogen production, water electrolysis, and direct pyrolysis, of which natural gas reforming accounts for more than half.
그러나, 천연가스 개질로 수소기체를 생산하는 방법은 대기오염 물질을 생성한다는 단점을 가지고 있다. 반면, 물의 전기분해를 이용한 수소 생산은 대기오염 문제를 발생시키지 않으며, 물이라는 자원은 지구상 어느 곳에나 존재하는 무궁무진한 자원이라는 점, 수소와 산소로 반복하여 이용 가능한 재생 가능한 자원이라는 점에서 수소원료로서 큰 장점을 가지고 있다.However, the method of producing hydrogen gas by reforming natural gas has the disadvantage of generating air pollutants. On the other hand, hydrogen production using water electrolysis does not cause air pollution problems, and water is a source of hydrogen in that it is an endless resource that exists anywhere on the planet, and that it is a renewable resource that can be repeatedly used with hydrogen and oxygen. It has a great advantage.
하지만, 전기분해 과정에서 높은 과전압이 발생하므로 이를 낮추기 위해 귀금속 촉매를 사용하나, 비산성 환경에서 안정성이 낮으며 가격이 비싸다는 단점이 있다. 비금속 기반 촉매의 경우, 부식의 문제와 낮은 성능, 비용과 생산성 측면에서 문제가 있다.However, since a high overvoltage occurs in the electrolysis process, a noble metal catalyst is used to lower it, but there is a disadvantage of low stability and high price in a non-acidic environment. In the case of non-metal based catalysts, there are problems in terms of corrosion, low performance, cost and productivity.
한국등록특허 1729229호는 저가의 스테인리스강을 전극 지지체로 사용하면서도 내식성이 향상된 알칼리 수전해용 전극의 제조방법 및 그에 의해 제조된 전극에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스테인리스강 전극 지지체의 표면에 Ni-Cr계 합금 분말을 용사코팅하여 Ni-Cr계 부식 방지층을 형성하는 것을 특징으로 하는 알칼리 수전해용 스테인리스강 전극의 제조방법 및 그에 의해 제조된 전극에 관한 것이다.Korean Patent No. 1729229 relates to a method of manufacturing an electrode for alkaline water electrolysis with improved corrosion resistance while using inexpensive stainless steel as an electrode support, and an electrode manufactured by the method, and more specifically, Ni-Cr on the surface of the stainless steel electrode support. It relates to a method of manufacturing a stainless steel electrode for alkaline water electrolysis, characterized in that the thermal spray coating of the based alloy powder to form a Ni-Cr-based corrosion prevention layer, and an electrode manufactured thereby.
한국등록특허 1390654호는 본 발명은 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 탄탈륨(Ta) 산화물을 포함하는 금속 혼합 산화물 알칼리 수전해용 전극의 제조 방법과 전극에 관한 발명으로, 강염기 조건에서의 산소발생반응 조건 시 루테늄 산화물, 이리듐 산화물의 우수한 촉매능을 가질 뿐만 아니라 탄탈륨 산화물에 의한 알칼리에 대한 안정성 및 전기화학반응에 따른 안정성이 부가되어 우수한 전기화학적 특성을 보이는 바, 알칼리 수전해용 애노드 전극으로 유용하게 사용되는 것을 내용으로 한다.Korean Patent No. 1390654 is an invention related to a method and electrode for manufacturing an electrode for alkaline water electrolysis of a metal mixed oxide including ruthenium (Ru), iridium (Ir), and tantalum (Ta) oxides. Oxygen generation under strong basic conditions Under the reaction conditions, it has excellent catalytic ability of ruthenium oxide and iridium oxide, as well as stability against alkali by tantalum oxide and stability by electrochemical reaction, showing excellent electrochemical properties, making it useful as an anode electrode for alkaline water electrolysis. What is used is the content.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해, pH에 관계 없이 안정성이 우수하고, 높은 과전압에 따른 촉매 효율의 감소를 개선하여, 대량생산에 용이한 고효율 촉매 코팅 전극, 최적의 촉매 코팅 페이스트 조성물과 촉매 코팅 페이스트의 제조방법 및 이를 이용한 물의 전기 분해 방법을 제공하고자 한다. In order to solve the above problems, the present invention has excellent stability irrespective of pH, and improves the reduction of catalyst efficiency due to high overvoltage, so that it is easy to mass-produce a high-efficiency catalyst coating electrode, an optimal catalyst coating paste composition and a catalyst. To provide a method of manufacturing a coating paste and a method of electrolyzing water using the same.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 전기분해를 위한 촉매를 전극에 코팅할 수 있는 페이스트 조성물 및 페이스트의 제조방법과 고효율, 고내구성의 전기분해를 위한 촉매 코팅 전극과 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a paste composition capable of coating an electrode with a catalyst for electrolysis to solve the above-described problems, a method for preparing a paste, and a catalyst-coated electrode for electrolysis with high efficiency and high durability, and a method for manufacturing the same. It is for that purpose.
본 발명의 일 실시예에 따른 산화전극용 촉매 페이스트 조성물은 제1 금속 화합물, 제2 금속 화합물, 티타늄 산화물과 분산제를 포함할 수 있다.The catalyst paste composition for an anode according to an embodiment of the present invention may include a first metal compound, a second metal compound, a titanium oxide, and a dispersant.
상기 티타늄 산화물은 알킬기를 포함할 수 있다.The titanium oxide may include an alkyl group.
상기 제1 금속 화합물은 루테늄(Ru) 또는 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 화합물이고, 상기 제2 금속 화합물은 코발트(Co), 니켈(Ni), 이리듐(Ir) 또는 철(Fe) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 화합물이며, 상기 티타늄 산화물은 티타늄 부톡사이드 (Titanium n-butoxide), 티타늄 이소부톡사이드(Titanium isobutoxide) 또는 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium isopropxide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The first metal compound is a metal compound containing at least one of ruthenium (Ru) or nickel (Ni), and the second metal compound is cobalt (Co), nickel (Ni), iridium (Ir), or iron (Fe) It is a metal compound containing at least one of, and the titanium oxide may include at least one of titanium n-butoxide, titanium isobutoxide, or titanium isopropxide. .
상기 제1 금속 화합물을 구성하는 금속, 상기 제2 금속 화합물을 구성하는 금속 및 상기 티타늄 산화물에 포함된 티타늄(Ti)의 몰비(molar ratio)는 1 내지 3 : 0.05 내지 0.3 : 2 내지 6 일 수 있다.The molar ratio of the metal constituting the first metal compound, the metal constituting the second metal compound, and titanium (Ti) included in the titanium oxide may be 1 to 3: 0.05 to 0.3: 2 to 6 days. have.
상기 분산제는 알코올과 산 용액을 포함할 수 있다.The dispersant may include an alcohol and an acid solution.
상기 알코올은 n-부탄올(n-butanol) 또는 이소프로판올(isopropanol) 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 산 용액은 포화 HCl 용액일 수 있다.The alcohol may include at least one or more of n-butanol and isopropanol, and the acid solution may be a saturated HCl solution.
본 발명의 일 실시예에 따른 산화전극용 촉매 페이스트 제조방법은 제1 금속 화합물, 제2 금속 화합물, 티타늄 산화물 및 분산제를 준비하는 단계; 상기의 분산제에 상기 제1 금속 화합물, 상기 제2 금속 화합물, 상기 티타늄 산화물을 분산시키는 단계; 를 포함할 수 있다.A method for preparing a catalyst paste for an anode according to an embodiment of the present invention includes preparing a first metal compound, a second metal compound, a titanium oxide, and a dispersant; Dispersing the first metal compound, the second metal compound, and the titanium oxide in the dispersant; It may include.
상기 티타늄 산화물은 알킬기를 포함할 수 있다.The titanium oxide may include an alkyl group.
상기 제1 금속 화합물은 루테늄(Ru) 또는 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 화합물이고, 상기 제2 금속 화합물은 코발트(Co), 니켈(Ni), 이리듐(Ir) 또는 철(Fe) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 화합물이며, 상기 티타늄 산화물은 티타늄 부톡사이드 (Titanium n-butoxide), 티타늄 이소부톡사이드(Titanium isobutoxide) 또는 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium isopropoxide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The first metal compound is a metal compound containing at least one of ruthenium (Ru) or nickel (Ni), and the second metal compound is cobalt (Co), nickel (Ni), iridium (Ir), or iron (Fe) It is a metal compound containing at least one of, and the titanium oxide may include at least one of titanium n-butoxide, titanium isobutoxide, or titanium isopropoxide. .
상기 제1 금속 화합물을 구성하는 금속, 상기 제2 금속 화합물을 구성하는 금속 및 상기 티타늄 산화물에 포함된 티타늄(Ti)의 몰비(molar ratio)는 1 내지 3 : 0.05 내지 0.3 : 2 내지 6 일 수 있다.The molar ratio of the metal constituting the first metal compound, the metal constituting the second metal compound, and titanium (Ti) included in the titanium oxide may be 1 to 3: 0.05 to 0.3: 2 to 6 days. have.
상기 분산제는 알코올과 산 용액을 포함할 수 있다.The dispersant may include an alcohol and an acid solution.
상기 알코올은 n-부탄올 (n-butanol) 또는 이소프로판올(isopropanol) 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 산 용액은 포화 HCl 용액일 수 있다.The alcohol may include at least one or more of n-butanol or isopropanol, and the acid solution may be a saturated HCl solution.
본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 코팅 산화전극 제조방법은 전극 기판을 준비하는 단계; 상기의 산화전극용 촉매 페이스트를 준비하는 단계; 상기의 산화전극용 촉매 페이스트를 상기 전극 기판에 코팅한 후, 어닐링(annealing) 하는 제1 어닐링 단계; 상기 제1 어닐링 단계를 기설정된 횟수로 반복한 후, 재어닐링하는 제2 어닐링 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a catalyst-coated anode according to an embodiment of the present invention comprises: preparing an electrode substrate; Preparing the catalyst paste for the anode; A first annealing step of coating the anode catalyst paste on the electrode substrate and then annealing; After repeating the first annealing step a predetermined number of times, a second annealing step of reannealing may be included.
상기 전극 기판은 스테인리스, 티타늄 또는 탄소로 이루어진 기판 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The electrode substrate may include at least one of a substrate made of stainless steel, titanium, or carbon.
본 발명의 일 실시예에 따른 환원전극용 촉매 페이스트 조성물은 루테늄(Ru)이 탄소구조체에 담지된 촉매와 분산제를 포함할 수 있다.The catalyst paste composition for a cathode according to an embodiment of the present invention may include a catalyst and a dispersant in which ruthenium (Ru) is supported on a carbon structure.
상기 탄소구조체는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT), C2N 또는 CB(Carbon black) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The carbon structure may include at least one of multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), C 2 N, or carbon black (CB).
상기 분산제는 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol) 일 수 있다.The dispersant may be isopropyl alcohol.
본 발명의 일 실시예에 따른 환원전극용 촉매 페이스트 제조방법은 루테늄(Ru)이 탄소구조체에 담지된 촉매를 준비하는 단계; 상기 분산제에 상기 루테늄(Ru)이 탄소구조체에 담지된 촉매를 분산시키는 단계; 나피온 (Nafion) 용액을 상기 환원전극용 촉매 페이스트 조성물에 첨가하여 교반시키는 단계를 포함할 수 있다.A method for preparing a catalyst paste for a cathode according to an embodiment of the present invention includes: preparing a catalyst in which ruthenium (Ru) is supported on a carbon structure; Dispersing a catalyst in which the ruthenium (Ru) is supported on a carbon structure in the dispersant; It may include the step of stirring by adding a Nafion solution to the catalyst paste composition for a cathode.
상기 분산제는 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol)일 수 있다.The dispersant may be isopropyl alcohol.
상기 교반시키는 단계는 상기 환원전극용 촉매 페이스트 조성물에 루테늄 염화물과 티타늄 n-부톡사이드(Titanium n-butoxide)를 더 첨가하여 교반시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The stirring may further include stirring by further adding ruthenium chloride and titanium n-butoxide to the catalyst paste composition for the cathode.
본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 코팅 환원전극 제조방법은 전극 기판을 준비하는 단계; 상기 환원전극용 촉매 페이스트를 준비하는 단계; 상기 환원전극용 촉매 페이스트를 상기의 전극 기판에 코팅한 후, 어닐링하는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a catalyst-coated cathode according to an embodiment of the present invention comprises: preparing an electrode substrate; Preparing a catalyst paste for the cathode; After coating the cathode catalyst paste on the electrode substrate, annealing may be performed.
본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 코팅 환원전극 제조방법은 상기 촉매 코팅 산화전극 제조방법에서, 상기 제2 어닐링 단계는 산소가 없는 분위기에서 진행되는 단계를 포함할 수 있다.In the method for manufacturing a catalyst-coated cathode according to an embodiment of the present invention, in the method for manufacturing a catalyst-coated anode, the second annealing step may include a step of performing in an oxygen-free atmosphere.
본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 코팅 전극은 상기의 촉매 코팅 산화전극 제조방법, 상기의 촉매 코팅 환원전극 제조방법으로 제조될 수 있다.The catalyst-coated electrode according to an embodiment of the present invention may be manufactured by the method of manufacturing the catalyst-coated anode and the method of manufacturing the catalyst-coated cathode.
본 발명은 소비 전력을 낮춰주는 촉매를 안정적으로 전극에 코팅하는 페이스트 제조 성분 비율 및 페이스트 제조 방법, 전극 제조 방법 등 전극의 안정성과 활성을 개선하는 방법을 내용으로 한다.The present invention relates to a method of improving the stability and activity of an electrode, such as a ratio of components for preparing a paste, a method for preparing a paste, and a method for preparing an electrode, in which a catalyst that reduces power consumption is stably coated on an electrode.
본 발명은 pH에 관계 없이 안정성이 우수하고, 산화전극의 높은 과전압에 따른 촉매 효율의 감소를 개선하여, 대량생산에 용이한 고효율, 고내구성 촉매 코팅 전극을 제공함으로써 전극의 안정성을 개선하고 촉매의 활성을 촉진 시킴으로써 저전력 소모와 높은 촉매의 활성을 가져오는 효과가 있다.The present invention has excellent stability irrespective of pH, improves the reduction of catalyst efficiency due to high overvoltage of the anode, and provides a highly efficient, highly durable catalyst coated electrode that is easy for mass production, thereby improving the stability of the electrode and improving the stability of the catalyst. By promoting the activity, there is an effect of bringing low power consumption and high catalyst activity.
본 발명은 전극 사용 중 촉매 층의 이탈을 방지함으로써 전극 사용 중 촉매 층의 이탈로 인해 교체해야 하는 것을 방지하는 효과가 있다.The present invention has the effect of preventing separation of the catalyst layer during use of the electrode, thereby preventing the need to be replaced due to the separation of the catalyst layer during use of the electrode.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 따른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 전극 코팅 용액 사진으로 좌측은 산소 전극에 사용되는 코팅 용액, 우측은 수소 전극에 사용되는 코팅 용액을 보여준다.
도 2는 코팅을 하지 않은 전극을 전기분해에 사용한 후, 즉 반응으로 인해 수소와 산소가 발생한 후 부식된 산소 전극과 수소 전극을 보여준다.
도 3은 전극을 전기분해에 3시간 동안 사용하여 부식된 전극과 전기분해에 사용하기 전의 전극을 상하로 대비시켜놓은 것을 보여준다.
도 4는 촉매를 코팅한 전극과 촉매를 코팅하지 않은 전극을 전기분해에 사용한 후, 양 자를 비교한 것을 보여준다.
도 5는 전력에 따른 수소, 산소 기체 발생 속도 그래프를 보여준다.
도 6은 전력에 따른 수소, 산소 기체 발생 효율과 생산 속도 그래프로 코팅 전과 후의 결과를 각각 보여준다.1 is a photograph of an electrode coating solution. The left side shows the coating solution used for the oxygen electrode, and the right side shows the coating solution used for the hydrogen electrode.
2 shows an oxygen electrode and a hydrogen electrode corroded after an electrode without coating is used for electrolysis, that is, hydrogen and oxygen are generated due to a reaction.
3 shows that the electrode was used for electrolysis for 3 hours to compare the corroded electrode and the electrode before use for electrolysis up and down.
4 shows a comparison of the two after using the electrode coated with the catalyst and the electrode not coated with the catalyst for electrolysis.
5 shows a graph of hydrogen and oxygen gas generation rates according to power.
6 shows the results before and after coating in graphs of hydrogen and oxygen gas generation efficiency and production rate according to power.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments of the present invention disclosed in this specification or application are exemplified only for the purpose of describing the embodiments according to the present invention, and the embodiments according to the present invention may be implemented in various forms. And should not be construed as being limited to the embodiments described in this specification or application.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the embodiments according to the present invention can apply various changes and have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to a specific form of disclosure, and it should be understood that all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention are included.
본 명세서에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 즉, 구성요소들을 상기 용어들에 의해 한정하고자 함이 아니다.In the present specification, terms such as first and/or second are used only for the purpose of distinguishing one component from other components. That is, it is not intended to limit the components by the terms.
본 명세서에서 '포함하다' 라는 표현으로 언급되는 구성요소, 특징, 및 단계는 해당 구성요소, 특징 및 단계가 존재함을 의미하며, 하나 이상의 다른 구성요소, 특징, 단계 및 이와 동등한 것을 배제하고자 함이 아니다.Components, features, and steps referred to in the present specification as'comprise' means the existence of the corresponding components, features, and steps, and is intended to exclude one or more other components, features, steps, and equivalents thereof. This is not.
본 명세서에서 단수형으로 특정되어 언급되지 아니하는 한, 복수의 형태를 포함한다. 즉, 본 명세서에서 언급된 구성요소 등은 하나 이상의 다른 구성요소 등의 존재나 추가를 의미할 수 있다.Unless otherwise specified and stated in the singular form in the specification, plural forms are included. That is, the components and the like mentioned in the present specification may mean the presence or addition of one or more other components.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(통상의 기술자)에 의하여 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다.Unless otherwise defined, all terms used in this specification, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. to be.
즉, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.That is, terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings of the context of the related technology, and should be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in this specification. It doesn't work.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings.
도 1은 산화전극과 환원전극에 코팅되는 촉매 페이스트 용액을 보여준다. 아래에서 촉매 페이스트 조성물, 촉매 페이스트 제조방법 및 촉매 페이스트를 코팅한 전극의 제조방법을 구체적으로 설명한다.1 shows a catalyst paste solution coated on an anode and a cathode. Hereinafter, a catalyst paste composition, a method for preparing a catalyst paste, and a method for preparing an electrode coated with the catalyst paste will be described in detail.
본 발명의 일 실시예에 따른 산화전극용 촉매 페이스트 조성물은 제1 금속 화합물, 제2 금속 화합물, 티타늄 산화물과 분산제를 포함할 수 있다.The catalyst paste composition for an anode according to an embodiment of the present invention may include a first metal compound, a second metal compound, a titanium oxide, and a dispersant.
제1 금속 화합물은 루테늄(Ru), 니켈(Ni), 이리듐(Ir), 망간(Mn), 백금(Pt) 등의 촉매로 사용되는 금속이 포함된 화합물을 포함할 수 있다. 제2 금속 화합물은 코발트(Co), 니켈(Ni), 이리듐(Ir), 철(Fe) 등의 촉매로 사용되는 화합물을 포함할 수 있다. 분산제에 잘 용해되는 것이 좋으므로 금속 화합물은 금속 염화물인 것이 바람직하다.The first metal compound may include a compound containing a metal used as a catalyst such as ruthenium (Ru), nickel (Ni), iridium (Ir), manganese (Mn), and platinum (Pt). The second metal compound may include a compound used as a catalyst such as cobalt (Co), nickel (Ni), iridium (Ir), and iron (Fe). The metal compound is preferably a metal chloride because it is well soluble in the dispersant.
티타늄 산화물은 알킬기가 포함된 티타늄 산화물을 포함할 수 있다. 분산제에 티타늄 산화물이 잘 용해되어야 하므로 알킬기가 포함되는 것이 바람직하다. TiO2와 같이 극성이 없는 경우, 분산제에 잘 분산이 되지 않기 때문에 촉매 페이스트 조성에 어려움을 겪을 수 있다. 알킬기가 포함된 티타늄 산화물은 티타늄 부톡사이드(Titanium butoxide, Ti(OC4H9)4), 티타늄 이소부톡사이드(Titanium isobutoxide), 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium isopropoxide)를 포함할 수 있다. Titanium oxide may include titanium oxide containing an alkyl group. Since the titanium oxide must be well dissolved in the dispersant, it is preferable that an alkyl group is included. When there is no polarity such as TiO 2 , it is difficult to disperse well in the dispersant, and thus, it may be difficult to form a catalyst paste. Titanium oxide containing an alkyl group may include titanium butoxide (Ti(OC 4 H 9 ) 4 ), titanium isobutoxide, and titanium isopropoxide.
본 발명의 일 실시예에 따라, 산화전극용 페이스트 조성물이 RuCl3, CoCl2, Ti(OC4H9)4를 n-부탄올(n-butanol), 이소프로판올(isopropanol), 포화 HCl 용액으로 이루어진 분산제에 분산시켜 제조한 것일 때, 하기 표 1에서의 실험 조건에서 촉매의 성능이 최적으로 발현되는 것을 확인하였다. According to an embodiment of the present invention, the paste composition for the anode is a dispersant consisting of RuCl 3 , CoCl 2 , Ti(OC 4 H 9 ) 4 , n-butanol, isopropanol, and saturated HCl solution When prepared by dispersing in, it was confirmed that the performance of the catalyst was optimally expressed in the experimental conditions in Table 1 below.
그러나, 산화전극용 페이스트 제조 시, 사용되는 용액의 양, 비율(알코올과 산 용액)은 촉매 페이스트의 농도에 영향을 미치는 요소로 사용되는 금속의 비율에 비해 그 중요도가 떨어진다. However, when preparing the anode paste, the amount and ratio of the solution used (alcohol and acid solution) are less important than the ratio of the metal used as a factor affecting the concentration of the catalyst paste.
따라서, 상기의 실험을 통해 도출해낸, 촉매의 성능이 최적으로 발현되기 위한 RuCl3, CoCl2 및 Ti(OC4H9)4 간의 몰비(molar ratio)는 1 내지 3 : 0.05 내지 0.3 : 2 내지 6 이다. Therefore, RuCl 3 , CoCl 2 for optimal expression of the catalyst performance derived through the above experiment And The molar ratio between Ti(OC 4 H 9 ) 4 is 1 to 3: 0.05 to 0.3: 2 to 6.
즉, 제1 금속 화합물을 구성하는 금속, 제2 금속 화합물을 구성하는 금속 및 티타늄 산화물에 포함된 티타늄(Ti)의 최적의 몰비는 1 내지 3 : 0.05 내지 3 : 2 내지 6이다.That is, the optimum molar ratio of the metal constituting the first metal compound, the metal constituting the second metal compound, and the titanium (Ti) contained in the titanium oxide is 1 to 3: 0.05 to 3: 2 to 6.
예를 들어, 상기와 같이 산화전극용 페이스트 조성물이 RuCl3, CoCl2 및 Ti(OC4H9)4를 포함하는 경우, 루테늄(Ru), 코발트(Co) 및 티타늄(Ti)의 몰비(molar ratio)는 1 : 0.1 : 2일 때, 촉매의 성능이 최적으로 발현됨을 실험을 통해 확인할 수 있었다. (하기 표 1 참조)For example, as described above, the paste composition for the anode is RuCl 3 , CoCl 2 And Ti (OC 4 H 9 ) 4 , when the molar ratio of ruthenium (Ru), cobalt (Co) and titanium (Ti) is 1: 0.1: 2, the performance of the catalyst is optimally expressed. It was confirmed through an experiment. (See Table 1 below)
분산제는 알코올과 산 용액으로 이루어질 수 있다. 알코올은 금속 화합물을 분산시키기 위한 용도로 사용되고, 금속 화합물의 분산이 가능한 알코올이라면 특별한 종류에 한정되지 않고 모두 사용할 수 있다.The dispersant may consist of an alcohol and an acid solution. Alcohol is used for dispersing a metal compound, and any alcohol capable of dispersing the metal compound is not limited to a specific type and may be used.
산 용액은 금속의 용해를 좀 더 수월하게 이루어지도록 하는 역할로써 사용되고, 특별한 종류에 한정되지 않고 어떠한 산이라도 사용할 수 있다.The acid solution is used as a role to make the dissolution of the metal easier, and any acid can be used without being limited to a specific type.
알코올은 n-부탄올(n-butanol), 이소프로판올(isopropanol) 등을 포함할 수 있고, 산 용액은 포화 HCl 용액 등을 포함할 수 있다.The alcohol may include n-butanol, isopropanol, and the like, and the acid solution may include a saturated HCl solution.
본 발명의 일 실시 예에 따른 산화전극용 촉매 페이스트 제조방법은 상기의 제1 금속 화합물, 제2 금속 화합물, 티타늄 산화물 및 분산제를 준비하는 단계; 상기의 분산제에 상기의 제1 금속 화합물, 제2 금속 화합물 및 티타늄 산화물을 분산시키는 단계를 포함할 수 있다. 이에 대한 설명은 상기에 상세하게 기재되어 있는 바, 중복되는 내용은 설명을 생략한다.A method for preparing a catalyst paste for an anode according to an embodiment of the present invention includes preparing the first metal compound, the second metal compound, titanium oxide, and a dispersant; Dispersing the first metal compound, the second metal compound, and the titanium oxide in the dispersant may be included. A description of this has been described in detail above, and a description thereof will be omitted for redundant content.
본 발명의 일 실시 예에 따른 촉매 코팅 산화전극 제조방법은 전극 기판을 준비하는 단계; 상기의 산화전극용 촉매 페이스트를 준비하는 단계; 상기의 산화전극용 촉매 페이스트를 상기의 전극 기판에 코팅한 후, 어닐링(annealing)하는 제1 어닐링 단계; 상기의 제1 어닐링 단계를 기설정된 횟수로 반복한 후, 재어닐링하는 제2 어닐링단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a catalyst-coated anode according to an embodiment of the present invention comprises: preparing an electrode substrate; Preparing the catalyst paste for the anode; A first annealing step of coating the anode catalyst paste on the electrode substrate and then annealing; It may include a second annealing step of re-annealing after repeating the first annealing step a predetermined number of times.
페이스트를 전극 기판에 코팅하는 방법은 브러싱(brushing) 방법뿐만 아니라, 스프레이 코팅(spray coating), 드로핑(dropping) 등의 다양한 방법을 사용할 수 있다. As a method of coating the paste on the electrode substrate, not only a brushing method, but also various methods such as spray coating and dropping may be used.
산화전극용 촉매 페이스트를 제조하고, 이를 전극의 표면에 바를 때마다 열처리를 하여 알코올을 증발시킬 수 있다. 기설정된 횟수로 본 열처리 과정을 반복할 수 있다. (제1 어닐링 단계) A catalyst paste for an anode is prepared, and the alcohol can be evaporated by performing heat treatment each time it is applied to the surface of the electrode. This heat treatment process may be repeated at a preset number of times. (First annealing step)
제1 어닐링 단계를 마친 후, 제1 금속 화합물, 제2 금속 화합물 및 티타늄 산화물이 산화물 형태로 전극에 코팅층이 형성될 수 있도록 열처리를 할 수 있다. (제2 어닐링 단계)After completing the first annealing step, heat treatment may be performed so that a coating layer may be formed on the electrode in the form of oxides of the first metal compound, the second metal compound, and the titanium oxide. (Second annealing step)
전극 기판은 스테인리스, 티타늄 합금, 탄소로 이루어진 기판을 포함할 수 있다. 본 발명은 상기의 기판에 한정되는 것이 아니며, 전도성이나 사용 용도에 따라 다른 금속 또는 탄소 기반의 전극에 사용될 수 있다.The electrode substrate may include a substrate made of stainless steel, titanium alloy, or carbon. The present invention is not limited to the above substrate, and may be used for other metal or carbon-based electrodes depending on conductivity or usage.
전극의 형태 또한 플레이트 타입에 한정되지 않고 메쉬(mesh) 타입, 폼(foam) 타입 등 다양한 형태를 포함할 수 있다.The shape of the electrode is also not limited to the plate type, and may include various shapes such as a mesh type and a foam type.
본 발명의 일 실시예에 따른 환원전극용 촉매 페이스트 조성물은 루테늄(Ru)이 탄소구조체에 담지된 촉매와 분산제를 포함할 수 있다.The catalyst paste composition for a cathode according to an embodiment of the present invention may include a catalyst and a dispersant in which ruthenium (Ru) is supported on a carbon structure.
탄소구조체는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT), C2N 또는 CB(Carbon black) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 분산제는 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol)을 포함할 수 있다.The carbon structure may include at least one of multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), C 2 N, or carbon black (CB), and the dispersant may include isopropyl alcohol.
본 발명의 일 실시 예에 따른 환원전극용 촉매 페이스트 제조방법은 상기의 루테늄(Ru)이 탄소구조체에 담지된 촉매를 준비하는 단계; 상기의 분산제에 상기의 루테늄(Ru)이 탄소구조체에 담지된 촉매를 분산시키는 단계; 나피온(Nafion) 용액을 상기 환원전극용 촉매 페이스트 조성물에 첨가하여 교반시키는 단계를 포함할 수 있다. A method for preparing a catalyst paste for a cathode according to an embodiment of the present invention includes: preparing a catalyst in which the ruthenium (Ru) is supported on a carbon structure; Dispersing the catalyst in which the ruthenium (Ru) is supported on the carbon structure in the dispersant; It may include a step of stirring by adding a Nafion solution to the catalyst paste composition for a cathode.
환원전극용 촉매 페이스트 제조 시, 전극의 종류에 따라 전극과의 강한 결합을 형성하기 위하여 분산제에 첨가되는 물질이 달라질 수 있다.When preparing a catalyst paste for a cathode, a material added to the dispersant may vary depending on the type of electrode to form a strong bond with the electrode.
예컨대, 환원전극이 탄소 전극인 경우, 탄소 지지체와의 강한 결합을 형성하기 위해 환원전극용 촉매 페이스트 조성물에 나피온(Nafion) 용액을 첨가하여 교반시킨다.For example, when the cathode is a carbon electrode, Nafion solution is added to the cathode catalyst paste composition and stirred to form a strong bond with the carbon support.
예컨대, 환원전극이 금속 전극인 경우, 금속과의 강한 결합을 형성하기 위해 환원전극용 촉매 페이스트 조성물에 나피온(Nafion) 용액, RuCl3 및 티타늄 n-부톡사이드(Titanium n-butoxide)를 첨가하여 교반시킨다.For example, when the cathode is a metal electrode, Nafion solution, RuCl 3 and titanium n-butoxide are added to the catalyst paste composition for the cathode to form a strong bond with the metal. Stir.
본 발명의 일 실시 예에 따른 촉매 코팅 환원전극 제조방법은 전극 기판을 준비하는 단계; 상기의 환원전극용 촉매 페이스트를 준비하는 단계; 상기의 환원전극용 촉매 페이스트를 상기의 전극 기판에 코팅한 후, 어닐링(annealing)하는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a catalyst-coated cathode according to an embodiment of the present invention comprises: preparing an electrode substrate; Preparing the catalyst paste for the cathode; After coating the cathode catalyst paste on the electrode substrate, annealing may be performed.
어닐링(annealing)하는 단계에서 열처리를 하는 동안 산화되는 것을 방지하기 위하여 산소가 없는 환경에서 열처리를 진행할 수 있다.In the annealing step, in order to prevent oxidation during the heat treatment, the heat treatment may be performed in an oxygen-free environment.
본 발명의 일 실시 예에 따른 촉매 코팅 환원전극 제조방법은 상기의 촉매 코팅 산화전극 제조방법에서 제2 어닐링 단계는 산소가 없는 분위기에서 진행하는 단계를 포함할 수 있다. In the method for manufacturing a catalyst-coated cathode according to an embodiment of the present invention, the second annealing step in the method for manufacturing the catalyst-coated anode may include performing in an oxygen-free atmosphere.
즉, 촉매 코팅 산화전극 제조방법에서 제2 어닐링 단계를 산소가 없는 분위기에서 진행하는 경우 촉매 코팅 환원전극을 제조할 수 있다.That is, when the second annealing step is performed in an oxygen-free atmosphere in the method for manufacturing a catalyst-coated anode, a catalyst-coated cathode may be prepared.
예컨대, RuCl3, Ti(OC4H9)4 및 CoCl2를 페이스트 조성물로 하여 티타늄 전극에 페이스트를 코팅하는 경우, 페이스트를 전극에 바를 때마다 열처리를 하는 과정을 기설정된 횟수로 반복 시행한다. (제1 어닐링 단계) 이후, 티타늄 표면을 환원시키기 위해 산소가 없는 분위기에서 열처리를 하여 촉매 코팅 환원전극을 제조할 수 있다. (제2 어닐링 단계)For example, RuCl 3 , Ti(OC 4 H 9 ) 4 And when the paste is coated on the titanium electrode using CoCl 2 as a paste composition, the heat treatment process is repeatedly performed at a predetermined number of times each time the paste is applied to the electrode. After the (first annealing step), a catalyst-coated cathode may be manufactured by performing heat treatment in an oxygen-free atmosphere to reduce the titanium surface. (Second annealing step)
본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 코팅 전극은 상기의 촉매 코팅 산화전극 제조방법, 상기의 촉매 코팅 환원전극 제조방법으로 제조된 것을 포함할 수 있다.The catalyst-coated electrode according to an embodiment of the present invention may include those manufactured by the method of manufacturing the catalyst-coated anode and the method of manufacturing the catalyst-coated cathode.
이하, 하기 실시예를 들어 보다 구체적으로 본 발명을 설명하고, 도면을 참조하여 다양한 비교예를 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, and various comparative examples will be described with reference to the drawings.
실시예Example 1: 촉매 코팅 산화전극 제조 1: Preparation of catalyst coated anode
RuCl3 2g, Ti(OC4H9)4 6mL, CoCl2 0.6g을 n-부탄올(n-butanol) 36mL, 이소프로판올(isopropanol) 24mL, 포화 HCl 용액 1mL에 분산시켜 산화전극용 촉매 페이스트를 제조한다. 완성된 페이스트를 전극의 표면에 붓으로 브러싱(brushing)하여 바를 때마다 섭씨 415도에서 알코올을 증발시켰으며 이와 같은 시행을 15회 반복한다. (제1 어닐링 단계) 제1 어닐링 단계를 마친 후, RuCl3, Ti(OC4H9)4 및 CoCl2가 산화물 형태(RuO2-CoOx-TiO2)로 코팅층이 형성될 수 있도록 섭씨 470도로 2시간 동안 열처리를 해주어 촉매 코팅 산화전극을 제조한다. (제2 어닐링 단계) 2 g of RuCl 3, 6 ml of Ti(OC 4 H 9 ) 4 , and 0.6 g of CoCl 2 are dispersed in 36 ml of n-butanol, 24 ml of isopropanol, and 1 ml of a saturated HCl solution to prepare a catalyst paste for an anode. . The finished paste was brushed on the surface of the electrode and the alcohol was evaporated at 415 degrees Celsius each time it was applied, and the same procedure was repeated 15 times. (First annealing step) After completing the first annealing step, RuCl 3 , Ti(OC 4 H 9 ) 4 and CoCl 2 are 470 degrees Celsius so that a coating layer can be formed in an oxide form (RuO 2 -CoO x -TiO 2 ). Heat treatment is also performed for 2 hours to prepare a catalyst-coated anode. (Second annealing step)
실시예Example 2 : 촉매 코팅 2: catalyst coating 환원전극Cathode 제조 1 Manufacturing 1
2.5g의 루테늄(Ru)이 담지된 촉매를 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol) 60mL에 분산시킨다. 전극이 금속 전극인 경우, 금속과의 강한 결합을 형성하기 위해 200mg의 RuCl3와 3mL의 티타늄 n-부톡사이드(Titanium n-butoxide), 5mL의 나피온(Nafion)(5%) 용액을 첨가하여 교반시킨다. 전극이 탄소 전극인 경우, 탄소 지지체와의 강한 결합을 형성하기 위해 5mL의 나피온(Nafion)(5%) 용액을 첨가하여 교반시킨다. 완성된 페이스트를 전극에 바르고 섭씨 800도로 2시간 동안 열처리를 한다. 열처리를 하는 동안 산화되는 것을 방지하기 위해 산소가 없는 환경에서 열처리를 진행하여 촉매 코팅 환원전극을 제조한다.2.5 g of ruthenium (Ru)-supported catalyst was dispersed in 60 mL of isopropyl alcohol. When the electrode is a metal electrode, 200 mg of RuCl 3 , 3 mL of titanium n-butoxide, and 5 mL of Nafion (5%) solution were added to form a strong bond with the metal. Stir. When the electrode is a carbon electrode, 5 mL of Nafion (5%) solution is added and stirred to form a strong bond with the carbon support. The finished paste is applied to the electrode and heat-treated at 800 degrees Celsius for 2 hours. In order to prevent oxidation during the heat treatment, a catalyst coated cathode is manufactured by performing heat treatment in an oxygen-free environment.
실시예Example 3 : 촉매 코팅 3: catalyst coating 환원전극Cathode 제조 2 Manufacturing 2
RuCl3, Ti(OC4H9)4 및 CoCl2를 페이스트 조성물로 하여 티타늄 전극에 페이스트를 코팅하는 경우, 촉매 페이스트를 전극에 브러싱(brushing)할 때마다 섭씨 400도에서 열처리를 한다. 이 과정을 10회 반복 시행한다. (제1 어닐링 단계) RuCl 3 , Ti(OC 4 H 9 ) 4 And when the paste is coated on the titanium electrode using CoCl 2 as a paste composition, heat treatment is performed at 400 degrees Celsius each time the catalyst paste is brushed on the electrode. Repeat this process 10 times. (First annealing step)
이후, 티타늄 표면을 환원시키기 위해 섭씨 550도, 10% H2/Ar(수소/아르곤) 혼합 기체 분위기에서 4시간 동안 열처리를 하여 촉매 코팅 환원전극을 제조한다. (제2 어닐링 단계)Thereafter, in order to reduce the titanium surface, heat treatment was performed for 4 hours in an atmosphere of 550 degrees Celsius and a 10% H 2 /Ar (hydrogen/argon) mixed gas to prepare a catalyst-coated cathode. (Second annealing step)
비교예Comparative example 1 One
스테인리스 전극을 이용하여 본 발명의 페이스트를 스테인리스 전극에 바른 경우와 바르지 않은 경우에 수전해를 통한 수소와 산소 기체 발생량을 확인하고, 전극의 상태를 비교하였다. 본 실험은 2.5V의 전압에서 1M의 KOH 용액을 사용하였다.When the paste of the present invention was applied to the stainless steel electrode using a stainless electrode and when it was not applied, the amount of hydrogen and oxygen gas generated through water electrolysis was checked, and the states of the electrode were compared. In this experiment, a 1M KOH solution was used at a voltage of 2.5V.
도 2를 참조하면 페이스트를 코팅하지 않은 전극에서 수소와 산소가 발생한 후, 전극의 하단 가장자리 부분들이 부식으로 인해 녹아 나간 것을 확인할 수 있다. 도 3을 참조하면, 도 3의 윗 부분에 위치해 있는 전극 또한 페이스트를 코팅하지 않은 전극으로 3시간의 수전해 반응을 거친 후 부식이 일어난 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that after hydrogen and oxygen are generated in an electrode not coated with a paste, the lower edge portions of the electrode are melted due to corrosion. Referring to FIG. 3, it can be seen that the electrode located on the upper part of FIG. 3 also undergoes a water electrolysis reaction for 3 hours with an electrode not coated with a paste, and then corrosion occurs.
도 4를 참조하면, 페이스트를 전극에 코팅을 한 경우와 코팅을 하지 않은 경우를 비교하였을 때, 페이스트를 코팅한 전극에 색의 변화 및 변형이 발생하지 않고 그대로 활성이 유지된 것을 확인할 수 있다. 반면 페이스트를 코팅하지 않은 경우, 전극이 용액에 담겼던 부분에서 부식이 관찰된다.Referring to FIG. 4, when comparing the case where the electrode is coated with the paste and the case where the electrode is not coated, it can be seen that color change and deformation do not occur in the electrode coated with the paste, and the activity is maintained as it is. On the other hand, when the paste is not coated, corrosion is observed in the part where the electrode was immersed in the solution.
비교예Comparative example 2 2
CoCl2를 페이스트 조성물에 첨가했을 때와 첨가하지 않았을 때의 전극의 성능 비교를 실험을 통해 확인하였다.The comparison of the performance of the electrode when CoCl 2 was added and not added to the paste composition was confirmed through an experiment.
같은 전압에서의 전류량이 CoCl2를 페이스트 제조 시 첨가하지 않은 경우, 페이스트 제조 시 CoCl2를 첨가했을 때보다 약 40% 감소한 것을 확인할 수 있었다.If the amount of current at the same voltage are not the CoCl 2 addition of the paste prepared, the paste than when added to the manufacture of CoCl 2 was confirmed to decrease by about 40%.
이때, CoCl2 대신 IrCl3를 몰비에 맞추어 페이스트 제조 시 첨가했을 때와 IrCl3를 페이스 제조 시 첨가하지 않았을 때에도 위와 같은 차이점이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.In this case, instead of CoCl 2 was confirmed that even when the above differences did not added at the time of manufacturing the face 3 and IrCl the addition when the paste prepared according to IrCl 3 to the molar ratio appears.
비교예Comparative example 3 3
Ti(OC4H9)4를 페이스트 조성물에 첨가했을 때와 첨가하지 않았을 때의 전극의 성능 비교를 실험을 통해 확인하였다.A comparison of the performance of the electrode when Ti(OC 4 H 9 ) 4 was added to the paste composition and not added was confirmed through an experiment.
본 발명의 페이스트 성분 중 Ti(OC4H9)4를 첨가하지 않고 동일한 방법으로 페이스트를 제조한 후 전극에 페이스트를 코팅하였다. Ti(OC4H9)4를 페이스트 제조 시 첨가하지 않은 경우, 3시간의 수전해 테스트를 거친 결과, 건조 과정에서 촉매 코팅 층의 탈리가 일어남을 확인할 수 있었다.Among the paste components of the present invention, a paste was prepared in the same manner without adding Ti(OC 4 H 9 ) 4, and then the paste was coated on the electrode. When Ti(OC 4 H 9 ) 4 was not added during the paste preparation, as a result of a water electrolysis test for 3 hours, it was confirmed that desorption of the catalyst coating layer occurred during the drying process.
비교예Comparative example 4 4
도 5 및 도 6을 참조하면, 전극에 촉매 페이스트를 코팅하기 전과 후의 전력에 따른 수소, 산소 기체 발생 효율과 생산 속도 그래프를 확인할 수 있다. 촉매 페이스트를 전극에 코팅한 후의 수소, 산소 기체 발생 효율이 코팅을 하기 전의 그것보다 높은 것을 확인할 수 있다.5 and 6, graphs of hydrogen and oxygen gas generation efficiency and production rate according to power before and after coating the catalyst paste on the electrode can be seen. It can be seen that the efficiency of generating hydrogen and oxygen gas after coating the catalyst paste on the electrode is higher than that before coating.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (23)
산화전극용 촉매 페이스트 조성물.Including a ruthenium (Ru) metal compound, a cobalt (Co) metal compound, a titanium oxide and a dispersant,
Catalyst paste composition for an anode.
상기 티타늄 산화물은 알킬기를 포함하는,
산화전극용 촉매 페이스트 조성물.The method of claim 1,
The titanium oxide comprises an alkyl group,
Catalyst paste composition for an anode.
상기 티타늄 산화물은 티타늄 부톡사이드(Titanium n-butoxide), 티타늄 이소부톡사이드(Titanium isobutoxide) 또는 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium isopropoxide) 중 적어도 하나를 포함하는,
산화전극용 촉매 페이스트 조성물.The method of claim 1,
The titanium oxide comprises at least one of titanium n-butoxide, titanium isobutoxide, or titanium isopropoxide,
Catalyst paste composition for an anode.
상기 루테늄(Ru) 금속 화합물, 코발트(Co) 금속 화합물 및 상기 티타늄 산화물에 포함된 티타늄(Ti)의 몰비(molar ratio)는 1 내지 3 : 0.05 내지 0.3 : 2 내지 6 인,
산화전극용 촉매 페이스트 조성물.The method of claim 1,
The molar ratio of the ruthenium (Ru) metal compound, the cobalt (Co) metal compound, and the titanium (Ti) contained in the titanium oxide is 1 to 3: 0.05 to 0.3: 2 to 6,
Catalyst paste composition for an anode.
상기 분산제는 알코올과 산 용액을 포함하는,
산화전극용 촉매 페이스트 조성물. The method of claim 1,
The dispersant comprises an alcohol and an acid solution,
Catalyst paste composition for an anode.
상기 알코올은 n-부탄올(n-butanol) 또는 이소프로판올(isopropanol) 중 적어도 하나 이상을 포함하고,
상기 산 용액은 포화 HCl 용액인,
산화전극용 촉매 페이스트 조성물.The method of claim 5,
The alcohol contains at least one or more of n-butanol or isopropanol,
The acid solution is a saturated HCl solution,
Catalyst paste composition for an anode.
상기 분산제에 상기 루테늄(Ru) 금속 화합물, 코발트(Co) 금속 화합물, 상기 티타늄 산화물을 분산시키는 단계를 포함하는,
산화전극용 촉매 페이스트 제조방법.Preparing a ruthenium (Ru) metal compound, a cobalt (Co) metal compound, a titanium oxide, and a dispersant; And
Including the step of dispersing the ruthenium (Ru) metal compound, cobalt (Co) metal compound, the titanium oxide in the dispersant,
Method for producing a catalyst paste for an anode.
상기 티타늄 산화물은 알킬기를 포함하는,
산화전극용 촉매 페이스트 제조방법.The method of claim 7,
The titanium oxide comprises an alkyl group,
Method for producing a catalyst paste for an anode.
상기 티타늄 산화물은 티타늄 부톡사이드(Titanium n-butoxide), 티타늄 이소부톡사이드(Titanium isobutoxide), 또는 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium isopropoxide) 중 적어도 하나를 포함하는,
산화전극용 촉매 페이스트 제조방법. The method of claim 7,
The titanium oxide comprises at least one of titanium n-butoxide, titanium isobutoxide, or titanium isopropoxide,
Method for producing a catalyst paste for an anode.
상기 루테늄(Ru) 금속 화합물, 코발트(Co) 금속 화합물 및 상기 티타늄 산화물에 포함된 티타늄(Ti)의 몰비(molar ratio)는 1 내지 3 : 0.05 내지 0.3 : 2 내지 6 인,
산화전극용 촉매 페이스트 제조방법.The method of claim 7,
The molar ratio of the ruthenium (Ru) metal compound, the cobalt (Co) metal compound, and the titanium (Ti) contained in the titanium oxide is 1 to 3: 0.05 to 0.3: 2 to 6,
Method for producing a catalyst paste for an anode.
상기 분산제는 알코올과 산 용액을 포함하는,
산화전극용 촉매 페이스트 제조방법.The method of claim 7,
The dispersant comprises an alcohol and an acid solution,
Method for producing a catalyst paste for an anode.
상기 알코올은 n-부탄올(n-butanol) 또는 이소프로판올(isopropanol) 중 적어도 하나 이상을 포함하고,
상기 산 용액은 포화 HCl 용액인,
산화전극용 촉매 페이스트 제조방법.The method of claim 11,
The alcohol contains at least one or more of n-butanol or isopropanol,
The acid solution is a saturated HCl solution,
Method for producing a catalyst paste for an anode.
상기 제7항의 방법에 의해 제조된 산화전극용 촉매 페이스트를 준비하는 단계;
상기 촉매 페이스트를 상기 전극 기판에 코팅한 후, 어닐링(annealing)하는 제1 어닐링 단계; 및
상기 제1 어닐링 단계를 기설정된 횟수로 반복한 후, 재어닐링하는 제2 어닐링단계를 포함하는,
촉매 코팅 산화전극 제조방법.Preparing an electrode substrate;
Preparing a catalyst paste for an anode prepared by the method of claim 7;
A first annealing step of annealing after coating the catalyst paste on the electrode substrate; And
A second annealing step of re-annealing after repeating the first annealing step a predetermined number of times,
Catalyst coating anode manufacturing method.
상기 전극 기판은 스테인리스, 티타늄 또는 탄소로 이루어진 기판 중 적어도 하나를 포함하는,
촉매 코팅 산화전극 제조방법.The method of claim 13,
The electrode substrate includes at least one of a substrate made of stainless steel, titanium, or carbon,
Catalyst coating anode manufacturing method.
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| JP3883597B2 (en) * | 1994-11-30 | 2007-02-21 | ダウ グローバル テクノロジーズ インコーポレーテッド | Novel stable coating solutions for producing improved electrocatalytic mixed oxide coatings on metal substrates or metal-coated conductive substrates, and dimensionally stable anodes produced from such solutions |
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|---|
| Jared nash등. Journal of the electrochemical society. 2017.12.29., 164, 14, pp.1712~1716* |
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