KR102321639B1 - Method for manufacturing electrolyte for metal air cell - Google Patents

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Abstract

본 발명은 그래핀 나노조각을 포함함으로써, 자율적으로 충전이 가능하며, 장기간 충방전 사이클에서 금속 공기 전지의 우수한 안정성을 나타낼 수 있는 금속 공기 전지용 전해질에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 금속 공기 전지용 전해질은 알칼리 용액; 및 상기 알칼리 용액에 분산되어 있는 그래핀 나노조각;을 포함하며, 상기 그래핀 나노조각은 친수성기로 표면 개질된 것일 수 있다.
The present invention discloses an electrolyte for a metal-air battery capable of autonomously charging by including graphene nanoflakes and exhibiting excellent stability of the metal-air battery in a long-term charge/discharge cycle.
The electrolyte for a metal-air battery according to the present invention includes an alkali solution; and graphene nanoflakes dispersed in the alkaline solution, wherein the graphene nanoflakes may be surface-modified with a hydrophilic group.

Description

금속 공기 전지용 전해질의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING ELECTROLYTE FOR METAL AIR CELL}Method for manufacturing an electrolyte for a metal-air battery TECHNICAL FIELD

본 발명은 그래핀 나노조각을 포함하는 금속 공기 전지용 전해질 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an electrolyte for a metal-air battery containing graphene nanoflakes and a method for manufacturing the same.

금속 공기 전지는 철, 아연, 마그네슘, 알루미늄 등의 금속을 음극(anode)으로 사용하고, 공기중의 산소를 양극 (cathode)로 사용하는 전지로서, 양극, 음극 및 전해질로 구성된다. A metal-air battery uses a metal such as iron, zinc, magnesium, and aluminum as an anode and oxygen in the air as a cathode, and consists of a cathode, a cathode and an electrolyte.

방전 시, 음극에서는 금속이 산화되면서 금속 이온이 생성되고, 생성된 금속 이온은 전해질을 가로질러 양극인 산소 공기극으로 이동하게 된다. 양극에서는 외부의 산소가 양극을 통해 전해질에 용해되어 환원된다. 예를 들면, 아연-공기 전지는 방전시 음극과 양극에서 아래와 같은 반응에 의해 전기의 생성을 가능하게 한다.During discharge, the metal is oxidized at the cathode to generate metal ions, and the generated metal ions move across the electrolyte to the oxygen cathode, which is the anode. At the anode, external oxygen is dissolved in the electrolyte through the anode and reduced. For example, a zinc-air battery enables generation of electricity by the following reaction at the negative electrode and the positive electrode during discharge.

음극 : 2Zn + 4OH- → 2ZnO + 2H2O + 4e- Cathode: 2Zn + 4OH - → 2ZnO + 2H 2 O + 4e -

양극 : O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- Anode: O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4OH -

이처럼, 금속 공기 전지는 전해질 내에서 금속과 공기 중의 산소가 반응하여 생성되는 전자를 집전하여 전기를 생성하는 것이다. 금속 공기 전지는 음극에서 발생한 전자가 외부도선을 따라 양극으로 이동하면서 전류를 발생시킨다.As such, the metal-air battery generates electricity by collecting electrons generated by the reaction between metal and oxygen in the air in the electrolyte. In a metal-air battery, electrons generated at the negative electrode move to the positive electrode along an external conductor to generate an electric current.

금속 공기 전지는 공기 중으로부터 무제한 공급받을 수 있는 산소를 양극 활물질로 이용하기 때문에, 양극 및 음극 소재의 이론용량에 의해 제한을 받는 리튬 이온 전지와 비교하여 에너지 밀도 월등히 높다는 특징이 있다.Since the metal-air battery uses oxygen, which can be supplied unrestrictedly from the air, as the positive electrode active material, it has a feature that the energy density is significantly higher than that of the lithium ion battery, which is limited by the theoretical capacity of the positive and negative electrode materials.

또한 금속 공기 전지의 음극 재료는 상대적으로 안전하고 값싼 금속을 적용하기 때문에 안전하고 경제적인 장점이 있다. 따라서 금속 공기 전지는 전기 에너지 저장 및 자동차와 같은 운송 장비에서 요구되는 고 용량화에 적합한 특성을 가지고 있을 뿐만 아니라, 경제적이고 환경 친화적이라는 장점을 가지고 있다. In addition, the cathode material of the metal-air battery is safe and economical because it uses a relatively safe and cheap metal. Therefore, the metal-air battery has the advantages of being economical and environmentally friendly as well as having characteristics suitable for high capacity required for electric energy storage and transportation equipment such as automobiles.

하지만, 금속 공기 전지는 높은 에너지 밀도를 가짐에도 불구하고, 실질적으로 이론적 에너지 밀도 전부를 나타내는데 어려움이 있으며, 수명이 짧고, 높은 분극(polarization)에 의한 과전압이 발생하는 단점이 있다. 대표적인 예로, 금속 공기 전지는 방전할 때 금속산화물이 생성되는데, 금속산화물은 이온전도도가 낮고 금속산화물이 양극을 덮으면 분극이 높게 일어나 전지의 에너지 효율을 떨어뜨리게 된다. 또한 금속 공기 전지의 양극에서는 방전시 산소환원반응 (Oxygen Reduction Reaction, ORR)이 일어나며, 충전시에는 산소생성반응(Oxygen Evolution Reaction, OER)이 일어나게 되는데, 특히 이러한 산소 기체의 산화환원 반응은 매우 느린 반응속도를 나타나기 때문에 충방전이 원활하게 일어나지 않고 충방전 사이클 수명이 떨어지는 문제점이 있다. However, although the metal-air battery has a high energy density, it is difficult to substantially represent all of the theoretical energy density, has a short lifespan, and has disadvantages in that overvoltage occurs due to high polarization. As a representative example, a metal-air battery generates a metal oxide when discharging. The metal oxide has low ionic conductivity, and when the metal oxide covers the anode, the polarization is high, thereby reducing the energy efficiency of the battery. In addition, in the anode of a metal-air battery, an oxygen reduction reaction (ORR) occurs during discharge and an oxygen evolution reaction (OER) occurs during charging. In particular, the oxidation reduction reaction of oxygen gas is very slow Since the reaction rate appears, charging and discharging do not occur smoothly, and there is a problem that the charge/discharge cycle life is reduced.

따라서, 금속 공기 전지는 산소환원반응 (ORR) 및 산소생성반응 (OER)을 촉진하기 위한 촉매를 사용하고 있다. 촉매는 일반적으로 백금(Pt)와 같은 귀금속 촉매나 IrO2, RuO2 등의 금속산화물을 이용하고 있으나, 이는 가격이 매우 고가이며, 고체상 촉매이기 때문에 촉매 활성이 낮거나 효율이 떨어지는 경우가 많다. 이에 최근에는 전해질에 액상 촉매(soluble catalysts) 포함하는 연구가 이루어지고 있는데, 이는 전해질 내부에서 자유롭게 움직일 수 있어 촉매효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 산화된 액상 촉매가 음극으로 이동하고 반응하여 부반응물을 생성하면 역시 전지의 충방전 용량 및 수명을 떨어뜨리는 문제점이 있다. 따라서, 금속 공기 전지의 용량 및 수명 향상을 위해 촉매반응효율이 높고 안정성이 높은 신규 전해질의 개발이 여전히 요구된다. Therefore, metal-air batteries use catalysts to promote oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen production reaction (OER). Catalysts generally use noble metal catalysts such as platinum (Pt) or metal oxides such as IrO 2 , RuO 2 , but these are very expensive and often have low catalytic activity or low efficiency because they are solid catalysts. In recent years, research to include soluble catalysts in the electrolyte has been conducted, which has the advantage of increasing catalyst efficiency because it can freely move in the electrolyte. When the oxidized liquid catalyst moves to the negative electrode and reacts to generate side reactants, there is a problem in that the charge/discharge capacity and lifespan of the battery are also reduced. Therefore, in order to improve the capacity and lifespan of the metal-air battery, there is still a need to develop a novel electrolyte having high catalytic reaction efficiency and high stability.

등록특허공보 10-1851564호(2018.04.25.)Registered Patent Publication No. 10-1851564 (2018.04.25.)

본 발명의 목적은 표면 기능화된 그래핀 나노조각을 포함하여, 충방전 효율이 우수하고, 장기간 충방전 사이클에서 금속 공기 전지의 우수한 안정성을 나타낼 수 있는 전해질을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an electrolyte including surface functionalized graphene nanoflakes, which has excellent charge/discharge efficiency and exhibits excellent stability of a metal-air battery in a long-term charge/discharge cycle.

또한 본 발명의 목적은 금속 공기 전지의 양극에서 산소생성반응의 효율을 높여 자가 충전(self-charging)이 가능하도록 하는 전해질을 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide an electrolyte capable of self-charging by increasing the efficiency of an oxygen production reaction in a positive electrode of a metal-air battery.

또한 본 발명의 목적은 상기 전해질을 이용한 금속 공기 전지를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a metal-air battery using the electrolyte.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention not mentioned may be understood by the following description, and will be more clearly understood by the examples of the present invention. Moreover, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

본 발명에 따른 금속 공기 전지용 전해질은 알칼리 용액; 및 상기 알칼리 용액에 분산되어 있는 그래핀 나노조각;을 포함하며, 상기 그래핀 나노조각은 친수성기로 표면 개질된 것이다.The electrolyte for a metal-air battery according to the present invention includes an alkali solution; and graphene nanoflakes dispersed in the alkaline solution, wherein the graphene nanoflakes are surface-modified with a hydrophilic group.

본 발명에 따른 금속 공기 전지용 전해질의 제조 방법은 (a) 탄소 함유 전구체를 수열처리하는 단계; (b) 상기 수열처리된 탄소 함유 전구체를 탄화시켜 그래핀 나노조각을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 그래핀 나노조각을 산 용액으로 처리하여 표면을 친수성기로 개질하는 단계; 및 (d) 상기 표면 개질된 그래핀 나노조각을 알칼리 용액에 분산 및 혼합하는 단계;를 포함한다.A method for preparing an electrolyte for a metal-air battery according to the present invention comprises the steps of: (a) hydrothermal treatment of a carbon-containing precursor; (b) carbonizing the hydrothermal-treated carbon-containing precursor to prepare graphene nanoflakes; and (c) treating the graphene nanoflakes with an acid solution to modify the surface thereof with a hydrophilic group; and (d) dispersing and mixing the surface-modified graphene nanoflakes in an alkaline solution.

본 발명에 따른 금속 공기 전지는 금속을 포함하는 음극; 산소를 활물질로 하는 양극; 및 상기 음극과 양극 사이에 개재되는 전해질;을 포함하고, 상기 전해질은 알칼리 용액, 및 상기 알칼리 용액에 분산되어 있는 그래핀 나노조각을 포함하며, 상기 그래핀 나노조각은 친수성기로 표면 개질된 것이다.A metal-air battery according to the present invention includes a negative electrode comprising a metal; a positive electrode using oxygen as an active material; and an electrolyte interposed between the negative electrode and the positive electrode, wherein the electrolyte includes an alkaline solution and graphene nanoflakes dispersed in the alkaline solution, wherein the graphene nanoflakes are surface-modified with a hydrophilic group.

본 발명에 따른 전해질은 금속 공기 전지에 적용되는 것으로, 그래핀 나노조각을 포함함으로써, 자율적으로 충전이 가능하며, 충방전 효율이 높고, 우수한 충방전 사이클 수명을 나타낼 수 있다.The electrolyte according to the present invention is applied to a metal-air battery, and by including graphene nanoflakes, it can be charged autonomously, has high charge and discharge efficiency, and can exhibit excellent charge and discharge cycle life.

또한, 본 발명에 따른 전해질은 제조 공정이 간단하며, 이를 이용한 금속 공기 전지는 기존의 금속-공기 전지와 비교하여 월등히 높은 충방전 효율과 충방전 사이클 수명을 나타내는 특징이 있다.In addition, the electrolyte according to the present invention has a simple manufacturing process, and the metal-air battery using the same is characterized in that it exhibits significantly higher charge-discharge efficiency and charge-discharge cycle life compared to the conventional metal-air battery.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the above-described effects, the specific effects of the present invention will be described together while describing specific details for carrying out the invention below.

도 1은 본 발명에 따른 금속 공기 전지용 전해질의 제조 방법을 나타낸 공정도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 금속 공기 전지용 전해질에 포함되는 표면 개질된 그래핀 나노조각의 특성을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 금속 공기 전지의 구성 및 상기 금속 공기 전지를 외부 회로와 연결한 모습이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 금속 공기 전지의 특성을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 금속 공기 전지의 자가충전 특성을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 금속 공기 전지의 자가충전 메커니즘을 나타낸 것이다.
1 is a process diagram showing a method of manufacturing an electrolyte for a metal-air battery according to the present invention.
2 and 3 show the properties of the surface-modified graphene nanoflakes included in the electrolyte for a metal-air battery according to the present invention.
4 is a diagram illustrating a configuration of a metal-air battery according to the present invention and a state in which the metal-air battery is connected to an external circuit.
5 and 6 show the characteristics of the metal-air battery according to the present invention.
7 shows the self-charging characteristics of the metal-air battery according to the present invention.
8 shows the self-charging mechanism of the metal-air battery according to the present invention.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-described objects, features and advantages will be described below in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.

이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다. In the following, that an arbitrary component is disposed on the "upper (or lower)" of a component or "upper (or below)" of a component means that any component is disposed in contact with the upper surface (or lower surface) of the component. Furthermore, it may mean that other components may be interposed between the component and any component disposed on (or under) the component.

또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. Also, when it is described that a component is "connected", "coupled" or "connected" to another component, the components may be directly connected or connected to each other, but other components are "interposed" between each component. It is to be understood that “or, each component may be “connected,” “coupled,” or “connected” through another component.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 금속 공기 전지용 전해질 및 그 제조 방법, 및 이를 이용한 금속 공기 전지를 설명하도록 한다.Hereinafter, an electrolyte for a metal-air battery according to an embodiment of the present invention, a method for manufacturing the same, and a metal-air battery using the same will be described.

본 발명에서 금속 공기 전지는 아연, 리튬, 마그네슘, 알루미늄 등과 같은 금속을 공기 중의 산소와 결합시켜 전기를 발생시키는 2차 전지를 일컫는다. 이러한 금속 공기 전지는 금속을 포함하는 음극, 산소를 활물질로 하는 양극, 및 상기 음극과 양극 사이에 개재되는 전해질을 포함한다. In the present invention, a metal-air battery refers to a secondary battery that generates electricity by combining a metal such as zinc, lithium, magnesium, aluminum, etc. with oxygen in the air. Such a metal-air battery includes a negative electrode including a metal, a positive electrode using oxygen as an active material, and an electrolyte interposed between the negative electrode and the positive electrode.

먼저, 상기 금속 공기 전지에 적용될 수 있는 전해질 및 그 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.First, an electrolyte applicable to the metal-air battery and a method for manufacturing the same will be described.

본 명세서에서 사용되는 용어인 "공기(air)"는 대기 공기로 제한되는 것은 아니며, 산소를 포함하는 기체의 조합, 또는 순수 산소 기체를 포함할 수 있다. As used herein, the term “air” is not limited to atmospheric air, and may include a combination of gases including oxygen, or pure oxygen gas.

금속 공기 전지용 전해질Electrolyte for Metal Air Cells

본 발명의 금속 공기 전지용 전해질은 표면 기능화된 그래핀 나노조각을 포함한다.The electrolyte for a metal-air battery of the present invention includes surface functionalized graphene nanoflakes.

상기 금속 공기 전지용 전해질은 전극의 전기화학적 반응이 일어나고 이온이 이동하는 공간이다. 상기 금속 공기 전지용 전해질은 수계 전해질로 물에 금속염을 용해시킨 것일 수 있다. 예를 들어, 리튬-공기 전지의 경우에는 리튬 염의 수용액일 수 있다. 또한, 아연-공기 전지의 경우에는 알칼리 수용액일 수 있다. 상기 알칼리 수용액은 수산화칼륨(KOH) 수용액을 사용하나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 알칼리 수용액은 경우에 따라서는 수산화나트륨 (NaOH) 수용액, 및 수산화암모늄 (NH4OH) 수용액 등을 사용할 수 있다. 상기 알칼리 수용액은 음극에서 수산화이온(OH-)의 결핍을 방지할 수 있어 금속 공기 전지의 출력특성 및 방전효율을 향상시키는 역할을 한다. 발명의 전해질로서 사용되는 알칼리 용액은 음극에서 수산화이온(OH-)의 농도를 유지할 수 있는 버퍼(buffer)의 역할을 할 수 있으며, 전기저항을 감소시켜 금속 공기 전지의 성능을 향상시킨다.The electrolyte for a metal-air battery is a space in which an electrochemical reaction of an electrode occurs and ions move. The electrolyte for a metal-air battery may be an aqueous electrolyte obtained by dissolving a metal salt in water. For example, in the case of a lithium-air battery, it may be an aqueous solution of a lithium salt. In addition, in the case of a zinc-air battery, it may be an aqueous alkali solution. As the aqueous alkali solution, an aqueous potassium hydroxide (KOH) solution is used, but is not particularly limited thereto. In some cases, the aqueous alkali solution may include an aqueous sodium hydroxide (NaOH) solution, an ammonium hydroxide (NH 4 OH) aqueous solution, and the like. The aqueous alkali solution can prevent a deficiency of hydroxide ions (OH − ) in the negative electrode, and thus serves to improve the output characteristics and discharge efficiency of the metal-air battery. The alkali solution used as the electrolyte of the present invention can serve as a buffer capable of maintaining the concentration of hydroxide ions (OH − ) in the negative electrode, and improves the performance of the metal-air battery by reducing electrical resistance.

이를 위해, 상기 금속 공기 전지용 전해질은 알칼리 용액을 포함하는 것이 바람직하고, 예를 들어, 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화암모늄(NH4OH) 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 알칼리 용액의 농도는 대략 1~10M일 수 있으며, 바람직하게는 2~6M일 수 있다. 상기 알칼리 용액의 농도가 1M 이하인 경우, 음극에서의 수산화이온 결핍을 방지하기에 충분하지 않을 수 있다. 반대로 알칼리 용액의 농도가 10 M 이상일 경우에는 전해질 이온 농도 증가에 의한 효과가 미미할 수 있다.To this end, the electrolyte for a metal-air battery preferably includes an alkali solution, for example, potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), may include one or more of ammonium hydroxide (NH 4 OH). . The concentration of the alkali solution may be approximately 1 ~ 10M, preferably may be 2 ~ 6M. When the concentration of the alkali solution is 1M or less, it may not be sufficient to prevent the hydroxide ion deficiency in the negative electrode. Conversely, when the concentration of the alkali solution is 10 M or more, the effect of increasing the electrolyte ion concentration may be insignificant.

보다 구체적으로, 상기 알칼리 용액은 금속염이 용해된 것으로, 상기 금속염은 음극에 사용되는 금속과 동일한 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 아연-공기 전지에서 전해질에 포함되는 금속염은 아세트산아연 등이 사용될 수 있다. 상기 금속염의 농도는 대략 0.01~1M일 수 있으며, 바람직하게는 0.01~0.5M일 수 있다. 상기 금속염의 농도가 0.01~1M을 벗어난 경우, 금속 이온의 농도 균형이 깨져 충방전 사이클 특성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.More specifically, the alkali solution has a metal salt dissolved therein, and the metal salt may include the same metal as the metal used for the negative electrode. For example, zinc acetate or the like may be used as the metal salt included in the electrolyte in the zinc-air battery. The concentration of the metal salt may be about 0.01 ~ 1M, preferably 0.01 ~ 0.5M. When the concentration of the metal salt is out of 0.01 ~ 1M, the balance of the concentration of metal ions is broken, and a problem in which charge/discharge cycle characteristics are deteriorated may occur.

표면 기능화된 나노조각은 그래핀 결정구조를 포함하고 있는 2차원 구조의 탄소로서, 표면에 산소, 질소, 황, 인등을 포함하는 관능기를 포함하고 있다. 표면 기능화된 그래핀 나노조각은 충방전시 자신이 산화 또는 환원되면서 금속-공기 전지 양극에서의 산소환원반응(ORR) 또는 산소생성반응(OER)의 반응이 잘 이루어질 수 있도록 하는 촉매의 역할을 한다. The surface-functionalized nanoflakes are carbon having a two-dimensional structure including a graphene crystal structure, and include functional groups including oxygen, nitrogen, sulfur, phosphorus, etc. on the surface. The surface-functionalized graphene nanoflakes act as catalysts that allow the oxygen reduction reaction (ORR) or oxygen production reaction (OER) reaction in the anode of the metal-air battery to occur well while being oxidized or reduced during charging and discharging. .

표면 기능화된 그래핀 나노조각은 전해질에 포함되어 산화-환원 매개체 (redox mediator)로서 양극에서의 ORR 또는 OER 반응을 촉진함으로써 충방전이 원활하게 이루어지는 역할을 하며, 금속 공기 전지의 용량 효율성(capacity efficiency)을 향상시킬 수 있다.Surface-functionalized graphene nanoflakes are included in the electrolyte and serve as redox mediators to facilitate ORR or OER reactions at the positive electrode, thereby smoothly charging and discharging, and improving the capacity efficiency of metal-air batteries. ) can be improved.

또한, 상기 전해질에 포함되는 그래핀 나노조각은 높은 비표면적 특성으로 촉매 반응 효율이 높아 전지의 향상된 성능에 이르도록 한다.In addition, the graphene nanoflakes included in the electrolyte have high catalytic reaction efficiency due to their high specific surface area, leading to improved battery performance.

본 발명에 사용되는 표면 기능화된 그래핀 나노조각은 그래핀 결정구조를 포함하고 있는 2차원 구조의 탄소로서, 표면에 산소를 포함하는 관능기를 포함하고 있다.The surface functionalized graphene nanoflakes used in the present invention are carbon having a two-dimensional structure including a graphene crystal structure, and include a functional group including oxygen on the surface.

상기 알칼리 용액에는 복수개의 그래핀 나노조각들이 분산되어 있다. 본 발명의 그래핀 나노조각의 크기는 수십 ㎛ 이상일 경우, 그래핀이 전해질 용액내에서 침전될 수 있어 부분적인 합선을 일으킬 수 있다. A plurality of graphene nanoflakes are dispersed in the alkaline solution. When the size of the graphene nanoflakes of the present invention is more than several tens of μm, the graphene may be precipitated in the electrolyte solution, which may cause a partial short circuit.

따라서, 상기 그래핀 나노조각의 크기는 대략 1nm ~10㎛인 것이 바람직하다. 그래핀 나노조각의 크기는 장축의 길이 방향의 길이이거나, 가로 방향의 길이 또는 세로 방향의 길이일 수 있다. 그래핀 나노조각은 환원 또는 산화된 그래핀일 수 있으며, 단일층 또는 다중층일 수 있다.Accordingly, the size of the graphene nanoflakes is preferably about 1 nm to 10 μm. The size of the graphene nanoflakes may be a length in a longitudinal direction of a major axis, a length in a transverse direction, or a length in a longitudinal direction. The graphene nanoflakes may be reduced or oxidized graphene, and may be single-layered or multi-layered.

상기 그래핀 나노조각은 그래핀의 특성을 향상시키기 위해 친수성기로 표면 개질되는 것이 바람직하다. 표면 개질된 그래핀 나노조각은 전해질에서 침전, 응집 또는 현탁되는 것을 방지하고, 향상된 분산성을 제공할 수 있다. 상기 친수성기는 히드록시기, 카르복실기, 카르보닐기, 아미노기 및 인산기 중 1종 이상을 포함할 수 있다.The graphene nanoflakes are preferably surface-modified with a hydrophilic group in order to improve the properties of graphene. The surface-modified graphene nanoflakes can prevent precipitation, agglomeration or suspension in an electrolyte and provide improved dispersibility. The hydrophilic group may include at least one of a hydroxyl group, a carboxyl group, a carbonyl group, an amino group, and a phosphoric acid group.

상기 표면 개질된 그래핀 나노조각은 알칼리 용액 100중량%를 기준으로, 대략 5~50중량%로 존재할 수 있다. 표면 개질된 그래핀 나노조각이 5중량%보다 적은 양으로 존재하는 경우, 충방전 사이클 수명 향상 효과가 저하된다.The surface-modified graphene nanoflakes may be present in an amount of about 5 to 50% by weight based on 100% by weight of the alkali solution. When the surface-modified graphene nanoflakes are present in an amount less than 5% by weight, the effect of improving the charge/discharge cycle life is reduced.

반대로, 50중량%보다 많은 양으로 존재하는 경우, 그래핀이 알칼리수용액에 침전될 수 있다.Conversely, when present in an amount greater than 50% by weight, graphene may be precipitated in an alkaline aqueous solution.

금속 공기 전지용 전해질의 제조 방법Method for manufacturing electrolyte for metal-air battery

도 1은 본 발명에 따른 금속 공기 전지용 전해질의 제조 방법을 나타낸 공정도이다. 1 is a process diagram showing a method of manufacturing an electrolyte for a metal-air battery according to the present invention.

먼저, 탄소 함유 전구체를 수열처리(Hydrothermal treatment)한다.First, the carbon-containing precursor is subjected to hydrothermal treatment.

상기 탄소 함유 전구체를 탄소원으로 사용하여, 180~250℃에서 12~48시간 동안 수열처리한다.Using the carbon-containing precursor as a carbon source, hydrothermal treatment is performed at 180-250° C. for 12-48 hours.

수열처리된 탄소 함유 전구체는 속슬렛(soxhlet) 추출기를 이용하여 아세톤, 메탄올 등과 같은 유기용매로 정제될 수 있다.The hydrothermal-treated carbon-containing precursor may be purified with an organic solvent such as acetone or methanol using a soxhlet extractor.

상기 탄소 함유 전구체는 식물 유래의 유기물, 고분자 화합물, 피치류, 과일, 전분 등이 사용될 수 있다. 상기 식물 유래의 유기물은 커피 원두 유래의 유기물을 포함할 수 있다. 상기 고분자 화합물은 페놀 수지 등의 열경화성 수지 등을 포함할 수 있다. 상기 피치류는 석유계 또는 석탄계가 있다. 상기 과일은 배, 사과 등을 포함할 수 있다.As the carbon-containing precursor, plant-derived organic substances, high molecular compounds, pitches, fruits, starch, and the like may be used. The plant-derived organic material may include an organic material derived from coffee beans. The polymer compound may include a thermosetting resin such as a phenol resin. The pitch is petroleum-based or coal-based. The fruit may include a pear, an apple, and the like.

이어서, 상기 수열처리된 탄소 함유 전구체를 탄화시켜 그래핀 나노조각을 제조한다. Then, the hydrothermal-treated carbon-containing precursor is carbonized to prepare graphene nanoflakes.

상기 탄화는 300~1000℃에서 이루어지는 것이 바람직하다. 탄화 온도가 300℃ 미만일 경우 탄화가 충분히 이루어지지 않아 그래핀을 포함한 탄소결정의 생성이 잘 이루어지지 않을 수 있다. 반대로 1000℃ 이상일 경우에는 최종적으로 얻어지는 그래핀 나노조각의 수율이 저하될 수 있다. The carbonization is preferably made at 300 ~ 1000 ℃. If the carbonization temperature is less than 300 °C, carbonization may not be sufficiently performed, and thus the production of carbon crystals including graphene may not be performed well. Conversely, when the temperature is higher than 1000°C, the yield of finally obtained graphene nanoflakes may be reduced.

상기 탄화 시간은 1~10시간 동안 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The carbonization time may be performed for 1 to 10 hours, but is not limited thereto.

이어서, 제조된 그래핀 나노조각을 기능화시키기 위해, 상기 그래핀 나노조각을 산 용액으로 처리하여 표면을 친수성기로 개질한다.Then, in order to functionalize the prepared graphene nanoflakes, the surface of the graphene nanoflakes is modified with a hydrophilic group by treating the graphene nanoflakes with an acid solution.

그래핀 나노조각 : 산 용액의 혼합비는 중량비로 1 : 1 ~ 1 : 10일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이 단계에서는 그래핀 나노조각이 산 용액과 충분히 혼합될 수 있는 정도로 교반시키는 것이 중요하다. 상기 산 용액은 질산, 황산, 염산 등이 사용될 수 있다.The mixing ratio of the graphene nanoflakes: the acid solution may be 1:1 to 1:10 by weight, but is not limited thereto. At this stage, it is important to agitate the graphene nanoflakes sufficiently to mix them with the acid solution. The acid solution may be nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, or the like.

상기 산 용액에 의해 표면 개질이 이루어진 후, 상기 산 용액을 건조시켜 제거하면 친수성기로 표면 개질된 그래핀 나노조각을 수득할 수 있다. 여기서, 친수성기는 히드록시기, 카르복실기, 카르보닐기, 아미노기 및 인산기 중 1종 이상을 포함할 수 있다.After the surface modification is made by the acid solution, the acid solution is dried and removed to obtain graphene nanoflakes surface-modified with a hydrophilic group. Here, the hydrophilic group may include one or more of a hydroxyl group, a carboxyl group, a carbonyl group, an amino group, and a phosphoric acid group.

이어서, 상기 표면 개질된 그래핀 나노조각을 알칼리 용액에 분산 및 혼합하여 전해질을 제조한다.Then, the surface-modified graphene nanoflakes are dispersed and mixed in an alkaline solution to prepare an electrolyte.

이 단계는 25±10℃에서 교반이 이루어지며, 알칼리 용액에 표면 개질된 그래핀 나노조각이 균일하게 분산되어 있게 된다.In this step, stirring is performed at 25±10° C., and surface-modified graphene nanoflakes are uniformly dispersed in an alkaline solution.

금속 공기 전지metal air battery

본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 전해질은 금속 공기 전지에 적용될 수 있다. 상기 금속 공기 전지는 금속을 포함하는 음극, 산소를 활물질로 하는 양극, 및 상기 음극과 양극 사이에 개재되는 전해질을 포함한다. 상기 음극의 일면과 양극의 일면은 전해질에 접촉되어 있다.The electrolyte prepared according to the manufacturing method of the present invention can be applied to a metal-air battery. The metal-air battery includes a negative electrode including a metal, a positive electrode using oxygen as an active material, and an electrolyte interposed between the negative electrode and the positive electrode. One surface of the negative electrode and one surface of the positive electrode are in contact with the electrolyte.

상기 전해질은 알칼리 용액, 및 상기 알칼리 용액에 분산되어 있는 그래핀 나노조각을 포함하며, 상기 그래핀 나노조각은 친수성기로 표면 개질된 것이다.The electrolyte includes an alkali solution and graphene nanoflakes dispersed in the alkali solution, and the graphene nanoflakes are surface-modified with a hydrophilic group.

상기 음극은 금속판 또는 합금판 자체로 작용될 수 있으며, 금속 소모 시 교체하여 사용할 수 있다. 상기 음극에 포함되는 금속은 아연, 리튬, 마그네슘 및 알루미늄 중 1종 이상을 포함할 수 있다.The negative electrode may act as a metal plate or an alloy plate itself, and may be replaced when the metal is consumed. The metal included in the negative electrode may include at least one of zinc, lithium, magnesium, and aluminum.

상기 양극은 음극에 비해 상대적으로 두께가 얇은 판상의 전극으로서, 바인더 용액에 양극 재료를 넣고 교반하여 슬러리를 제조한 후, 이를 집전체에 도포하는 방법으로 제조될 수 있다.The positive electrode is a plate-shaped electrode having a relatively thin thickness compared to the negative electrode, and may be prepared by adding a positive electrode material to a binder solution and stirring to prepare a slurry, and then applying it to a current collector.

상기 산소를 활물질로 하는 양극에는 도전성 재료가 사용될 수 있다. 상기 도전성 재료는 다공성 및 도전성을 갖는 것이라면 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 다공성을 갖는 탄소계 재료를 사용할 수 있다. 이와 같은 탄소계 재료로서는 카본 블랙류, 그라파이트류, 그래핀류, 활성탄류, 탄소섬유류 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. A conductive material may be used for the positive electrode using oxygen as an active material. The conductive material may be used without limitation as long as it has porosity and conductivity, for example, a carbon-based material having porosity may be used. As such a carbon-based material, carbon black, graphite, graphene, activated carbon, carbon fibers, and the like may be used alone or in combination.

본 발명의 금속 공기 전지의 작동 과정은 다음과 같다. 금속 공기 전지는 아래와 같은 반응에 의해 전기의 생성을 가능하게 한다.The operation process of the metal-air battery of the present invention is as follows. Metal-air batteries enable the generation of electricity by the following reactions.

음극 : 2Zn + 4OH- → 2ZnO + 2H2O + 4e- (1)Cathode: 2Zn + 4OH - → 2ZnO + 2H 2 O + 4e - (1)

양극 : O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- (2)Anode: O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4OH - (2)

방전 시((1)~(2)), 음극에서는 금속이 산화되면서 전자를 발생시키게 되며, 양극에서는 산소가 음극으로부터 이동된 전자와 만나 산소환원반응 (ORR)이 일어나게 된다. During discharge ((1) to (2)), the metal is oxidized at the cathode to generate electrons, and at the anode, oxygen meets the electrons moved from the cathode and an oxygen reduction reaction (ORR) occurs.

방전시 본 발명의 그래핀 나노조각은 전해질에 포함되어 양극에서의 산소환원반응을 촉진하는 촉매역할을 하게 되며, 이에 대한 반응식((3)~(7))은 하기와 같다. During discharge, the graphene nanoflakes of the present invention are included in the electrolyte and serve as a catalyst to promote the oxygen reduction reaction at the anode, and the reaction formulas ((3) to (7)) are as follows.

O2 + * → O2* (3)O 2 + * → O 2 * (3)

O2* + H2O (l) + e- → OOH* + OH- (4)O 2 * + H 2 O (l) + e - → OOH* + OH - (4)

OOH* + e- → O* + OH- (5)OOH* + e - → O* + OH - (5)

O* + H2O (l) + e- → OH* + OH- (6)O* + H 2 O (l) + e - → OH* + OH - (6)

OH* + e- → * + OH- (7)OH* + e - → * + OH - (7)

여기서, *는 그래핀 나노조각 표면의 활성 부위를 나타내며, O*, OH*, OOH*는 그래핀 표면의 중간생성물이다. Here, * represents an active site on the surface of the graphene nanoflakes, and O*, OH*, and OOH* are intermediate products of the graphene surface.

충전 시((8)~(9))에는 방전시 반응((1)~(2))의 역반응이 일어난다.During charging ((8) to (9)), the reverse reaction of the reaction during discharge ((1) to (2)) occurs.

음극: 2ZnO + 2H2O + 4 e- → 2Zn + 4OH- (8)Cathode: 2ZnO + 2H 2 O + 4 e - → 2Zn + 4OH - (8)

양극: 4OH- → O2 + 2H2O +4e- (9)Anode: 4OH - → O 2 + 2H 2 O +4e - (9)

충전 시((8)~(9)), 양극에서는 산소가 발생하는 산소생성반응 (OER)이 일어나게 되는데, 충전시 본 발명의 그래핀 나노조각은 양극에서의 산소생성반응을 촉진하는 촉매역할을 하게 된다. During charging ((8) to (9)), an oxygen generation reaction (OER) in which oxygen is generated occurs at the positive electrode. During charging, the graphene nanoflakes of the present invention serve as a catalyst to promote the oxygen generation reaction at the positive electrode. will do

이에 대한 반응식은 하기와 같다. ((10)~ (14))The reaction formula for this is as follows. ((10) to (14))

OH-+ * → OH* + e- (10)OH - + * → OH* + e - (10)

OH* + OH- → O* + H2O (l) + e- (11)OH* + OH - → O* + H 2 O (l) + e - (11)

O* + OH- → OOH* + e- (12)O* + OH - → OOH* + e - (12)

OOH* + OH- → * + O2 (g) + H2O (l) + e- (13)OOH* + OH - → * + O 2 (g) + H 2 O (l) + e - (13)

여기서, *는 그래핀 나노조각 표면의 활성 부위를 나타내며, O*, OH*, OOH*는 그래핀 표면의 중간생성물이다.Here, * represents an active site on the surface of the graphene nanoflakes, and O*, OH*, and OOH* are intermediate products of the graphene surface.

이처럼, 본 발명에 따른 금속 공기 전지는 전해질로서 표면 개질된 그래핀 나노조각을 포함함으로써, 자율적으로 충전이 가능하며, 장기간 충방전 사이클에서 금속 공기 전지의 우수한 안정성을 나타낼 수 있다.As such, the metal-air battery according to the present invention can be autonomously charged by including the surface-modified graphene nanoflakes as an electrolyte, and can exhibit excellent stability of the metal-air battery in a long-term charge/discharge cycle.

또한, 본 발명에 따른 전해질은 제조 공정이 간단하며, 이를 이용한 금속 공기 전지는 촉매를 사용하지 않고서도 짧은 시간에 전기를 생성할 수 있다.In addition, the electrolyte according to the present invention has a simple manufacturing process, and a metal-air battery using the same can generate electricity in a short time without using a catalyst.

본 발명에 따른 금속 공기 전지는 충방전이 가능한 이차전지일 수 있고, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 동력원 또는 전력 저장장치의 전원 등으로 사용될 수 있다. 또한 본 발명에 따른 금속 공기 전지는 저비용으로 에너지를 생성할 수 있으며 모양과 크기에 제한없이 제작 가능하여 공간에 제한없이 사용될 수 있다.The metal-air battery according to the present invention may be a rechargeable battery capable of charging and discharging, and may be used as a power source for an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or the like, or as a power source for a power storage device. In addition, the metal-air battery according to the present invention can generate energy at low cost and can be manufactured without limitation in shape and size, so that it can be used without limitation in space.

이와 같이 금속 공기 전지용 전해질 및 그 제조 방법, 및 이를 이용한 금속 공기 전지에 대하여 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.As described above, a detailed example of an electrolyte for a metal-air battery, a method for manufacturing the same, and a metal-air battery using the same will be described as follows.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 금속 공기 전지용 전해질에 포함되는 표면 개질된 그래핀 나노조각의 특성을 나타낸 것이다. 도 2 및 도 3에서 측정된 표면 개질된 그래핀 나노조각은 다음과 같은 방법으로 제조된 것이다. 2 and 3 show the properties of the surface-modified graphene nanoflakes included in the electrolyte for a metal-air battery according to the present invention. The surface-modified graphene nanoflakes measured in FIGS. 2 and 3 were prepared as follows.

먼저, 배를 탄소원으로 사용하여 250℃에서 48시간 동안 수열처리하였다. 속슬렛 추출기를 이용하여 아세톤으로 정제한 후, 400℃에서 2시간 동안 탄화시켜 그래핀 나노조각을 제조하였다. 이어서, 제조된 그래핀 나노조각을 질산(HNO3)과 혼합한 후, 남아있는 질산 용액을 제거하여 표면 개질된 그래핀 나노조각을 마련하였다.First, using the pear as a carbon source, hydrothermal treatment was carried out at 250° C. for 48 hours. After purification with acetone using a Soxhlet extractor, graphene nanoflakes were prepared by carbonization at 400° C. for 2 hours. Then, the prepared graphene nanoflakes were mixed with nitric acid (HNO 3 ), and then the remaining nitric acid solution was removed to prepare surface-modified graphene nanoflakes.

도 2(a)는 FTIR 측정 결과로 그래핀 골격에 산소 작용기의 존재를 보여준다. 도 2(b)는 라만 측정 결과로 그래핀 성질을 보여준다. 도 2(c)는 XRD 측정 결과로 합성 물질의 상 순도를 보여준다. 도 2(d)는 XPS 측정 결과로 조성물과 표면 기능을 결정한다. 도 2(e) 및 2(f)는 XPS 측정결과로 그래핀 나노조각 표면에 산소를 포함하는 기능기가 형성되었음을 보여준다. Figure 2(a) shows the presence of oxygen functional groups in the graphene skeleton as a result of FTIR measurement. Figure 2 (b) shows the graphene properties as a result of Raman measurement. Figure 2(c) shows the phase purity of the synthetic material as a result of XRD measurement. Figure 2(d) determines the composition and surface function as a result of XPS measurement. 2(e) and 2(f) show the formation of functional groups containing oxygen on the surface of graphene nanoflakes as a result of XPS measurement.

도 3(a)는 SEM 이미지로 표면 개질된 그래핀 나노조각이 시트와 같은 형상임을 보여준다. 도 3(b)는 TEM 이미지로 무작위로 배향된 다층의 그래핀 나노조각 시트를 보여주며, 접힌 주름을 관찰할 수 있다. 도 3(c)는 HRTEM 이미지로 격자 줄무늬를 보여준다. 도 3(d)~3(f)는 원소 맵핑 측정 결과로 탄소와 산소의 균일한 분포를 보여준다.3(a) shows that the surface-modified graphene nanoflakes have a sheet-like shape as an SEM image. 3(b) shows a randomly oriented multi-layered graphene nanoflake sheet as a TEM image, and folds can be observed. Fig. 3(c) shows lattice fringes as an HRTEM image. 3(d) to 3(f) show a uniform distribution of carbon and oxygen as a result of element mapping measurement.

도 4는 본 발명에 따른 금속 공기 전지의 구성 및 상기 금속 공기 전지를 외부 회로와 연결한 모습이다.4 is a diagram illustrating a configuration of a metal-air battery according to the present invention and a state in which the metal-air battery is connected to an external circuit.

도 4(a)는 0.2M 아세트산아연(Zn(CH3CO2)2)가 포함된 6M 수산화칼Q(KOH)에 표면 개질된 그래핀 나노조각이 분산된 전해질, 음극으로서 아연 호일 및 양극으로서 탄소섬유 박판강(strip, 지름 0.05mm)의 분해 사시도이다. 도 4(b)는 도 4(a)의 금속 공기 전지를 외부 회로와 연결한 모습이다.4(a) is an electrolyte in which surface-modified graphene nanoflakes are dispersed in 6M calcium hydroxide Q(KOH) containing 0.2M zinc acetate (Zn(CH 3 CO 2 ) 2 ), zinc foil as an anode, and an anode. It is an exploded perspective view of a carbon fiber sheet steel (strip, diameter 0.05mm). Figure 4 (b) is a state in which the metal-air battery of Figure 4 (a) is connected to an external circuit.

도 5 내지 도 7은 도 4에서 제조된 아연 공기 전지의 특성을 나타낸 것이다.5 to 7 show the characteristics of the zinc-air battery prepared in FIG.

도 5(a)는 아연 공기 전지의 분극 곡선과 전력 프로파일, 도 5(b)는 상이한 전류밀도에서 아연 공기 전지의 방전 프로파일, 도 5(c)는 전형적인 비례 용량 곡선, 도 5(d)는 5mAcm-2의 전류 밀도에서 최대 1000 사이클까지 방전 및 자가 충전 모드(15분 정지 시)에서의 자가 충전의 장기간 안정성 실험, 도 5(e)는 처음 4사이클 및 도 5(f)는 마지막 4사이클에 대한 정전류 방전 및 자가 충전 곡선.Fig. 5(a) is a polarization curve and power profile of a zinc-air battery, Fig. 5(b) is a discharge profile of a zinc-air battery at different current densities, Fig. 5(c) is a typical proportional capacity curve, and Fig. 5(d) is Long - term stability experiment of self-charging in discharging and self-charging mode (at 15-minute pause) up to 1000 cycles at a current density of 5 mAcm -2 , Fig. 5(e) is the first 4 cycles and Fig. 5(f) is the last 4 cycles Constant current discharge and self-charge curves for

도 5(e) 및 도 5(f)를 참조하면, 아연 공기 전지가 장기간 동안 자가 충전되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 5 (e) and 5 (f), it can be seen that the zinc-air battery is self-charging for a long period of time.

도 7은 공기 중에서 자가 충전 과정 및 5mAcm-2에서의 정전류 방전 과정을 보여준다. 밝은 노란색 영역(왼쪽)은 표면 개질된 그래핀 나노조각(f-GNS)의 공기 중 호흡에 의해, 자가 충전되는 것이다.7 shows a self-charging process in air and a constant current discharging process at 5mAcm -2 . The bright yellow region (left) is self-charged by air respiration of surface-modified graphene nanoflakes (f-GNS).

도 8은 본 발명에 따른 금속 공기 전지의 자가충전 메커니즘을 나타낸 것이다.8 shows the self-charging mechanism of the metal-air battery according to the present invention.

전해질에 포함되어 있는 표면개질된 그래핀 나노조각 (f-GNS)은 방전 시 양극에서의 산소환원반응을 촉진하는 촉매역할을 하게 되며, 충전 시에는 양극에서의 산소생성반응을 촉진하는 촉매역할을 하게 된다.The surface-modified graphene nanoflakes (f-GNS) contained in the electrolyte serve as a catalyst for accelerating the oxygen reduction reaction at the anode during discharge, and as a catalyst for accelerating the oxygen production reaction at the anode during charging. will do

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above, the present invention has been described with reference to the illustrated drawings, but the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed in the present specification. It is obvious that variations can be made. In addition, although the effects according to the configuration of the present invention are not explicitly described and described while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the effects predictable by the configuration should also be recognized.

Claims (8)

삭제delete 삭제delete (a) 탄소 함유 전구체를 수열처리하는 단계;
(b) 상기 수열처리된 탄소 함유 전구체를 탄화시켜 그래핀 나노조각을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 그래핀 나노조각을 산 용액으로 처리하여 표면을 친수성기로 개질하는 단계; 및
(d) 상기 표면 개질된 그래핀 나노조각과 알칼리 용액을 분산 및 혼합하는 단계;를 포함하고,
상기 표면 개질된 그래핀 나노조각은 주름진 시트 형상인 금속 공기 전지용 전해질의 제조 방법.
(a) hydrothermal treatment of the carbon-containing precursor;
(b) carbonizing the hydrothermal-treated carbon-containing precursor to prepare graphene nanoflakes; and
(c) treating the graphene nanoflakes with an acid solution to modify the surface thereof with a hydrophilic group; and
(d) dispersing and mixing the surface-modified graphene nanoflakes and an alkali solution;
The surface-modified graphene nanoflakes are a method of manufacturing an electrolyte for a metal-air battery in the form of a corrugated sheet.
제3항에 있어서,
상기 (a) 단계는 180~250℃에서 수열처리하는 금속 공기 전지용 전해질의 제조 방법.
4. The method of claim 3,
The step (a) is a method for producing an electrolyte for a metal-air battery that is hydrothermal treatment at 180 ~ 250 ℃.
제3항에 있어서,
상기 (b) 단계는 300~1000℃에서 탄화시키는 금속 공기 전지용 전해질의 제조 방법.
4. The method of claim 3,
The step (b) is a method of manufacturing an electrolyte for a metal-air battery that is carbonized at 300 ~ 1000 ℃.
제3항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 친수성기는 히드록시기, 카르복실기, 카르보닐기, 아미노기 및 인산기 중 1종 이상을 포함하는 금속 공기 전지용 전해질의 제조 방법.
4. The method of claim 3,
In step (c), the hydrophilic group includes at least one of a hydroxyl group, a carboxyl group, a carbonyl group, an amino group, and a phosphoric acid group.
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