KR102424816B1 - MANUFACTURING METHOD FOR PEROVSKITE-IrO2 COMPOSITE - Google Patents
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Abstract
본 발명은 물 분해 전지의 음극 소재로 활용될 수 있는 페로브스카이트-IrO2 복합체의 제조방법 및 이에 따라 제조된 복합체에 관한 것이다. 본 발명에 따른 페로브스카이트-IrO2 복합체 제조방법은 슈퍼 밀링을 이용한 간단한 공정을 통해 물리적 및 전기화학적 특성이 우수한 소재를 제조할 수 있다. 특히 본 발명에 따라 제조된 복합체는 물 분해 전지의 음극 소재로 활용될 수 있으며, 산소발생 성능이 뛰어나고 안정성이 우수한 촉매를 제조하는데 유용하게 활?層? 수 있다.The present invention relates to a method for preparing a perovskite-IrO 2 composite that can be used as an anode material for a water decomposition battery, and a composite prepared accordingly. The perovskite-IrO 2 composite manufacturing method according to the present invention can prepare a material having excellent physical and electrochemical properties through a simple process using super milling. In particular, the composite prepared according to the present invention can be used as an anode material for a water decomposition battery, and is useful for preparing a catalyst having excellent oxygen generation performance and excellent stability. can
Description
본 발명은 물 분해 전지의 음극 소재로 활용될 수 있는 페로브스카이트-IrO2 복합체의 제조방법 및 이에 따라 제조된 복합체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a perovskite-IrO 2 composite that can be used as an anode material for a water decomposition battery, and a composite prepared accordingly.
탄소 기반 에너지 저장 장치 사용에 의해 야기되는 지구 온난화의 증가로 인하여 신 재생 에너지에 대한 요구가 증가하고 있다. 그러나 신 재생 에너지 관련 일부 기술들은 대규모의 에너지 저장이나 전기 재생 시스템에는 적합하지 않고 신뢰성, 가격에 있어서도 문제가 있다.The demand for renewable energy is increasing due to the increase in global warming caused by the use of carbon-based energy storage devices. However, some technologies related to renewable energy are not suitable for large-scale energy storage or electricity regeneration systems and have problems in reliability and price.
한편, 물 분해 전지를 이용하여 수소를 전기화학적으로 생각하기 위한 재생 에너지의 이용이 광범위하게 연구되어 왔고, 여기서 생산된 수소는 연료 전지나 직접 연소 기관 등에 사용될 수 있다. 물 분해 전지는 방전 시 양극에서 수소발생반응(hydrogen evolution reaction; HER)이 일어나고 음극에서 산소발생반응(oxygen evolution reaction; OER)이 일어난다. 이때 복잡한 전기화학적 반응 중 하나인 OER은 물 분해 전지의 속도 결정 단계 (Rate Determining Step; RDS)에 크게 영향을 미치는 요소로 OER 성능에 따라 전체적인 물 분해 전지의 성능이 결정된다. 기존의 OER 촉매로는 IrO2와 같은 귀금속 기반의 촉매가 많이 사용되었으나 IrO2는 비교적 귀해 가격이 비싸고 안정성이 떨어진다는 단점이 있다.On the other hand, the use of renewable energy to electrochemically think of hydrogen using a water decomposition cell has been extensively studied, and the hydrogen produced here can be used in a fuel cell or a direct combustion engine. In a water decomposition battery, a hydrogen evolution reaction (HER) occurs at the positive electrode during discharge and an oxygen evolution reaction (OER) occurs at the negative electrode. At this time, OER, one of the complex electrochemical reactions, is a factor that greatly affects the rate determining step (RDS) of the water decomposition battery, and the overall performance of the water decomposition battery is determined according to the OER performance. As a conventional OER catalyst, a noble metal-based catalyst such as IrO 2 has been widely used, but IrO 2 is relatively rare, so it has disadvantages in that it is expensive and has poor stability.
본 발명의 하나의 목적은, 높은 산소 발생 반응(OER) 성능과 안정성을 가진 비귀금속 기반의 페로브스카이트-IrO2 복합체를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a method for preparing a non-noble metal-based perovskite-IrO 2 composite having high oxygen evolution reaction (OER) performance and stability.
본 발명의 다른 하나의 목적은, 상기 제조방법에 따라 제조되는 복합체를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composite prepared according to the manufacturing method.
본 발명의 또 다른 하나의 목적은, 상기 복합체를 포함하는 촉매를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a catalyst including the complex.
본 발명의 또 다른 하나의 목적은, 상기 복합체를 포함하는 음극 활물질을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a negative active material including the composite.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, In order to achieve the above object,
본 발명은 산화이리듐(IV)(Iridium(IV) oxide; IrO2) 및 페로브스카이트 화합물을 혼합하고, 슈퍼 밀링(super milling)하는 단계; 및 슈퍼 밀링된 혼합물을 건조하는 단계;를 포함하는, 페로브스카이트-IrO2 복합체 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of mixing iridium (IV) oxide (Iridium (IV) oxide; IrO 2 ) and a perovskite compound, and super milling; And drying the super-milled mixture; Perovskite-IrO 2 It provides a method for producing a complex comprising a.
또한, 본 발명은 상기 방법에 따라 제조되는 복합체를 제공한다.In addition, the present invention provides a composite prepared according to the above method.
또한, 본 발명은 상기 복합체를 포함하는 촉매를 제공한다.In addition, the present invention provides a catalyst comprising the complex.
또한, 본 발명은 상기 복합체를 포함하는 음극 활물질을 제공한다.In addition, the present invention provides an anode active material including the composite.
본 발명에 따른 페로브스카이트-IrO2 복합체 제조방법은 슈퍼 밀링을 이용한 간단한 공정을 통해 물리적 및 전기화학적 특성이 우수한 소재를 제조할 수 있다. 특히 본 발명에 따라 제조된 복합체는 물 분해 전지의 음극 소재로 활용될 수 있으며, 산소발생 성능이 뛰어나고 안정성이 우수한 촉매를 제조하는데 유용하게 활용될 수 있다. The perovskite-IrO 2 composite manufacturing method according to the present invention can prepare a material having excellent physical and electrochemical properties through a simple process using super milling. In particular, the composite prepared according to the present invention can be used as an anode material for a water decomposition battery, and can be usefully used to prepare a catalyst having excellent oxygen generation performance and excellent stability.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 페로브스카이트-IrO2 복합체에 대한 분말 X-선 회절 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 페로브스카이트-IrO2 복합체에 대한 투과 전자 현미경 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 페로브스카이트-IrO2 복합체에 대한 EDS-원소 맵핑 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 페로브스카이트-IrO2 복합체에 대한 X-선 광전자 분광법 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 페로브스카이트-IrO2 복합체에 대한 산소발생반응(oxygen evolution reaction; OER)에서의 성능 데이터 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 페로브스카이트-IrO2 복합체에 대한 개방 회로 전압 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 타펠 플롯(Tafel plot)을 통하여 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 페로브스카이트-IrO2 복합체에 대한 산소발생반응에서의 동역학적 성능을 확인한 결과를 나타낸 것이다.1 shows the powder X-ray diffraction measurement results for the perovskite-IrO 2 composite prepared according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows the transmission electron microscope measurement results for the perovskite-IrO 2 composite prepared according to an embodiment of the present invention.
3 shows the results of EDS-element mapping analysis for the perovskite-IrO 2 complex prepared according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows the X-ray photoelectron spectroscopy analysis results for the perovskite-IrO 2 composite prepared according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows the performance data results in the oxygen evolution reaction (oxygen evolution reaction; OER) for the perovskite-IrO 2 complex prepared according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows the open circuit voltage test results for the perovskite-IrO 2 composite prepared according to an embodiment of the present invention.
7 shows the results of confirming the kinetic performance in the oxygen evolution reaction for the perovskite-IrO 2 complex prepared according to an embodiment of the present invention through a Tafel plot.
이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The technology to be described below may have various changes and may have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the technology described below to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the technology described below.
본 발명은 하나의 양태로, 산화이리듐(IV)(Iridium(IV) oxide; IrO2) 및 페로브스카이트 화합물을 혼합하고, 슈퍼 밀링(super milling)하는 단계; 및 슈퍼 밀링된 혼합물을 건조하는 단계;를 포함하는, 페로브스카이트-IrO2 복합체 제조방법을 제공한다. In one aspect, the present invention comprises the steps of mixing iridium (IV) oxide (Iridium (IV) oxide; IrO 2 ) and a perovskite compound, and super milling; And drying the super-milled mixture; Perovskite-IrO 2 It provides a method for producing a complex comprising a.
하나의 구체적인 실시예로, 상기 산화이리듐(IV) 및 페로브스카이트 화합물은 1 : 1 내지 7의 질량비로 혼합되는 것일 수 있다. In one specific embodiment, the iridium (IV) oxide and the perovskite compound may be mixed in a mass ratio of 1:1 to 7.
다른 하나의 구체적인 실시예로, 상기 페로브스카이트 화합물은 코발트(Co)를 함유한 페로브스카이트 화합물인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는. Pr1.0Ba0.5Sr0.5Co1.5Fe0.5O3-d일 수 있다. 코발트를 함유한 페로브스카이트 화합물의 경우 슈퍼 밀링 시 화합물 격자 내의 Co가 산화이리듐(IrO2)의 이리듐(Ir)으로부터 전자를 공급받아 Ir-Co-O 결합을 형성하게되어, 제조되는 복합체의 물리적 및 촉매적 성능을 향상시킬 수 있다. In another specific embodiment, the perovskite compound is preferably a perovskite compound containing cobalt (Co), more preferably. Pr 1.0 Ba 0.5 Sr 0.5 Co 1.5 Fe 0.5 O 3-d . In the case of a cobalt-containing perovskite compound, during super milling, Co in the compound lattice receives electrons from iridium (Ir) of iridium oxide (IrO 2 ) to form an Ir-Co-O bond. Physical and catalytic performance can be improved.
또 다른 하나의 구체적인 실시예로, 상기 슈퍼 밀링은 아세톤과 지르코니아 볼을 첨가하여 수행하는 것일 수 있다. 상기 지르코니아 볼의 직경은 1 내지 3 mm인 것이 바람직하다. 이는 일반적인 볼 밀링에 사용되는 볼의 크기보다 매우 작은 크기로, 슈퍼 밀링 처리 과정 중 페로브스카이트 화합물과 산화이리듐의 상호작용 반응을 극대화할 수 있다. In another specific embodiment, the super milling may be performed by adding acetone and zirconia balls. The diameter of the zirconia ball is preferably 1 to 3 mm. This size is much smaller than the size of a ball used for general ball milling, and it is possible to maximize the interaction reaction between the perovskite compound and iridium oxide during the super milling process.
또 다른 하나의 구체적인 실시예로, 상기 슈퍼 밀링은 200 내지 600 rpm의 속도로 수행되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 300 내지 500 rpm, 가장 바람직하게는 400 rpm의 속도로 수행된다. 200 rpm 미만인 경우 페로브스카이트 화합물과 산화이리듐이 복합체를 형성하기 위해 필요한 정도의 상호작용 반응이 일어나지 않을 수 있으며, 600 rpm을 초과하는 경우 페로브스카이트 화합물 자체의 구조가 붕괴될 수 있다.In another specific embodiment, the super milling is preferably performed at a speed of 200 to 600 rpm, more preferably 300 to 500 rpm, and most preferably 400 rpm. If it is less than 200 rpm, the interaction reaction required to form a complex between the perovskite compound and iridium oxide may not occur, and if it exceeds 600 rpm, the structure of the perovskite compound itself may be collapsed.
또 다른 하나의 구체적인 실시예로, 상기 건조는 4 내지 12 시간 동안 70 내지 80 ℃ 온도로 수행되는 것일 수 있다. 상기 건조 시간이 4 시간 미만인 경우 슈퍼 밀링 처리시 사용한 아세톤이 완전히 제거되지 않을 수 있으며, 24 시간을 초과하는 경우 공정 효율이 감소하게 된다. 또한, 상기 건조 온도가 70 ℃ 미만인 경우 슈퍼 밀링 처리시 사용한 아세톤이 완전히 제거되지 않을 수 있으며, 80 ℃ 초과인 경우 합성된 복합체에서 질량 손해가 발생할 수 있다.In another specific embodiment, the drying may be performed at a temperature of 70 to 80° C. for 4 to 12 hours. If the drying time is less than 4 hours, the acetone used in the super milling treatment may not be completely removed, and if it exceeds 24 hours, the process efficiency is reduced. In addition, if the drying temperature is less than 70 ℃, the acetone used in the super milling treatment may not be completely removed, and if it is more than 80 ℃, mass loss may occur in the synthesized composite.
본 발명은 다른 하나의 양태로, 상기 방법에 따라 제조되는 페로브스카이트-IrO2 복합체를 제공한다. In another aspect, the present invention provides a perovskite-IrO 2 complex prepared according to the above method.
본 발명은 또 다른 하나의 양태로, 상기 페로브스카이트-IrO2 복합체를 포함하는, 촉매를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a catalyst, including the perovskite-IrO 2 complex.
하나의 구체적인 실시예로, 상기 촉매는 산소발생반응(oxygen evolution reaction; OER)의 촉매일 수 있다. In one specific embodiment, the catalyst may be an oxygen evolution reaction (OER) catalyst.
본 발명은 또 다른 하나의 구체적인 양태로, 상기 페로브스카이트-IrO2 복합체를 포함하는, 음극 활물질을 제공한다.In another specific aspect, the present invention provides a negative active material comprising the perovskite-IrO 2 composite.
하나의 구체적인 실시예로, 상기 음극 활물질은 물 분해 전지의 음극 소재로 활용되는 것일 수 있다. In one specific embodiment, the negative active material may be used as an anode material of a water decomposition battery.
본 발명에 있어서, “슈퍼 밀링(Super milling)”은 일반적인 볼 밀링과 달리 사용되는 산화지르코니아 볼의 크기가 더 작고, 회전 속도 또한 현저히 빠른 볼 밀링(ball milling)을 의미한다. 슈퍼 밀링 처리를 한 물질은 일반적인 볼 밀링 처리를 한 물질보다 입자크기가 더욱 작아 질량대비 표면적이 훨씬 넓어지게 되어 일반적인 볼 밀링 처리를 한 물질과 물리화학적인 특성이 달라지게 된다. In the present invention, “super milling” refers to ball milling in which the size of the zirconia ball used is smaller and the rotational speed is also significantly faster, unlike general ball milling. The material subjected to super milling treatment has a smaller particle size than the material subjected to general ball milling, and thus the surface area to mass ratio is much wider, resulting in different physicochemical properties from the material subjected to general ball milling treatment.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings in order to help the understanding of the present invention. However, the following examples are only provided for easier understanding of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.
실시예 1: 페로브스카이트 화합물 제조Example 1: Preparation of perovskite compound
Pr(NO3)3·6H2O, Ba(NO3)2, Sr(NO3)2, Co(NO3)2·6H2O 및 Fe(NO3)3·9H2O (Sigma Aldrich Co., 99%)을 화?e량론적으로 계산하여 준비한 후, 200 mL의 증류수에 시트르산(citric acid)과 함께 녹이고 교반하였다. 12 mL의 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol)을 교반된 용액에 넣어주고 핫 플레이트(hot plate)에서 300℃로 가열하여 용액 내의 수분이 전부 증발시켰다. 생성물을 머플로(muffle furnace)에서 600℃로 4시간 동안 하소(calcination) 처리하였다. 하소 후, 수득된 분말을 24시간 동안 볼 밀링(ball milling)을 한 뒤 950℃로 4시간 동안 소결(sintering)하여 페로브스카이트 화합물인 Pr1.0Ba0.5Sr0.5Co1.5Fe0.5O3-d(PBSCF05)를 제조하였다. Pr(NO3) 3 ·6H 2 O, Ba(NO 3 ) 2 , Sr(NO 3 ) 2 , Co(NO 3 ) 2 ·6H 2 O and Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O (Sigma Aldrich Co. , 99%) was calculated and prepared stoichiometrically, and then dissolved in 200 mL of distilled water with citric acid and stirred. 12 mL of polyethylene glycol was added to the stirred solution and heated to 300° C. on a hot plate to evaporate all moisture in the solution. The product was subjected to calcination in a muffle furnace at 600° C. for 4 hours. After calcination, the obtained powder was ball milled for 24 hours and then sintered at 950° C. for 4 hours to form a perovskite compound Pr 1.0 Ba 0.5 Sr 0.5 Co 1.5 Fe 0.5 O 3-d (PBSCF05) was prepared.
실시예 2: 페로브스카이트-IrOExample 2: Perovskite-IrO 22 복합체 제조 Composite Manufacturing
산화이리듐(IV)(Iridium(IV) oxide; IrO2) 및 상기 실시예 1에 따라 제조된 PBSCF05를 1:3의 질량비로 준비하여, 슈퍼 밀링(super milling; SM)용 세라믹 용기에 지르코니아 볼(1 ~ 3 mm, 80g)과 함께 넣어주고 아세톤을 내용물이 잠길 정도로 부었다. 이후, 400 rpm 속도로 2시간 동안 슈퍼 밀링을 실시한 뒤 4시간 동안 오븐에서 건조하였다. Iridium (IV) oxide (Iridium (IV) oxide; IrO 2 ) and PBSCF05 prepared according to Example 1 were prepared in a mass ratio of 1:3, and zirconia balls ( 1 ~ 3 mm, 80g) and poured acetone enough to submerge the contents. Thereafter, super milling was performed at a speed of 400 rpm for 2 hours and then dried in an oven for 4 hours.
실시예 3: 페로브스카이트-IrOExample 3: Perovskite-IrO 22 복합체 특성 분석 Composite Characterization
비교를 위해 각각 슈퍼 밀링 처리한 PBSCF05(950℃ 4hr air sintering)(비교예 1)과 IrO2(비교예 2)를 준비하였다. For comparison, PBSCF05 (950 ° C. 4 hr air sintering) (Comparative Example 1) and IrO 2 (Comparative Example 2) each super-milled were prepared.
분말 X-선 회절(Powder X-ray diffraction; XRD) 분석을 통하여 본 발명에 따라 제조된 페로브스카이트-IrO2 복합체와 비교예 1 및 비교예 2의 결정구조를 분석하였다. 그 결과를 도 1에 도시하였다.The crystal structures of the perovskite-IrO 2 composite prepared according to the present invention and Comparative Examples 1 and 2 were analyzed through powder X-ray diffraction (XRD) analysis. The results are shown in FIG. 1 .
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 페로브스카이트-IrO2 복합체(P-Ir)에서는 PBSCF05와 IrO2에 해당하는 peak이 모두 검출되었고, 불순물 없이 두 물질이 잘 혼합되었음을 확인할 수 있다.1, in the perovskite-IrO 2 complex (P-Ir) according to the present invention, both peaks corresponding to PBSCF05 and IrO 2 were detected, and it can be confirmed that the two materials were well mixed without impurities.
투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscope; TEM)을 이용하여 본 발명에 따라 제조된 페로브스카이트-IrO2 복합체(P-Ir)의 결정 형태를 관찰하였다. 그 결과를 도 2에 도시하였다.The crystal morphology of the perovskite-IrO 2 composite (P-Ir) prepared according to the present invention was observed using a transmission electron microscope (TEM). The results are shown in FIG. 2 .
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 페로브스카이트-IrO2 복합체(P-Ir)에는 층상 구조(layered structure)의 페로보스카이트와 6방정계 구조(hexagonal structure)의 IrO2가 잘 혼합되어 있음을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 2, in the perovskite-IrO 2 composite (P-Ir) prepared according to the present invention, perovskite having a layered structure and IrO 2 having a hexagonal structure are It can be seen that the mixture is well mixed.
본 발명에 따라 제조된 페로브스카이트-IrO2 복합체(P-Ir)의 공간적 원소 분포를 조사하기 위하여 전계방출형 주사전자현미경(field emission scanning electron microscope; FE-SEM)에 장착된 에너지-분산 X-선 분광계를 사용하여 EDS-원소 맵핑(EDS-elemental mapping) 분석을 실시하였다. 그 결과를 도 3에 도시하였다.Energy-dispersion mounted on a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) to investigate the spatial element distribution of the perovskite-IrO 2 composite (P-Ir) prepared according to the present invention EDS-elemental mapping analysis was performed using an X-ray spectrometer. The results are shown in FIG. 3 .
도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 페로브스카이트-IrO2 복합체(P-Ir)는 PBSCF05와 IrO2이 균일하게 혼성화되어, 복합체 전체에서 구성 요소들이 균일하게 분포되어 있음을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 3, in the perovskite-IrO 2 complex (P-Ir) prepared according to the present invention, PBSCF05 and IrO 2 are uniformly hybridized, and it can be confirmed that the components are uniformly distributed throughout the complex. can
X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy; XPS)을 이용하여 본 발명에 따라 제조된 페로브스카이트-IrO2 복합체(P-Ir)와 각각 슈퍼 밀링 처리한 PBSCF05(950℃ 4 hr air sintering)(비교예 1) 및 IrO2(비교예 2)의 Co 2p와 Ir 4f의 결합에너지(Binding Energy)를 분석하였다. 그 결과를 도 4에 도시하였다.Using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the perovskite-IrO 2 complex (P-Ir) prepared according to the present invention and PBSCF05 super-milled (950 ° C. 4 hr air sintering), respectively ) (Comparative Example 1) and IrO 2 (Comparative Example 2) of
도 4에 나타난 바와 같이, Co 2p의 경우, 바인딩 에너지가 감소하였으며 Co3+의 세기 줄어들면서 Co2+의 세기가 증가하는 것으로 나타나, P-Ir 격자 내의 Co가 전자를 받았음을 알 수 있다. 반면 Ir 4f는 바인딩 에너지가 증가하는 것으로 나타나 P-Ir의 Ir의 산화수가 감소하였음을 확인할 수 있다. 이를 통해, IrO2와 PBSCF05를 슈퍼 밀링 처리하면 Ir과 PBSCF05 격자 내의 Co가 상호작용하여 페로브스카이트-IrO2 복합체(P-Ir)를 형성함을 알 수 있다.As shown in FIG. 4 , in the case of
실시예 4: 촉매 특성 측정Example 4: Measurement of Catalyst Properties
페로브스카이트-IrO2 복합체(P-Ir)를 페로브스카이트와 산화이리듐(IV) 함량을 달리하여 제조한 뒤, 이의 전기화학 반응의 촉매로서의 활용성을 검토하였다. After the perovskite-IrO 2 complex (P-Ir) was prepared by varying the content of perovskite and iridium (IV) oxide, its utility as a catalyst for electrochemical reaction was examined.
제조된 페로브스카이트-IrO2 복합체(P-Ir)의 산소발생반응(oxygen evolution reaction; OER) 촉매로서의 성능을 측정하기 위해 반쪽 전지 시험(Half-cell test)을 수행하였다. 도 5는 산소발생반응(oxygen evolution reaction; OER)에서의 성능 데이터 결과이고, 도 6은 개방 회로 전압(Open Circuit Voltage; OCV) 시험 결과를 도시한 것이다. 도 7은 타펠 플롯(Tafel plot)을 통하여 OER에서의 동역학적 성능을 확인한 결과를 도시한 것이다.A half-cell test was performed to measure the performance of the prepared perovskite-IrO 2 complex (P-Ir) as an oxygen evolution reaction (OER) catalyst. 5 is a performance data result in an oxygen evolution reaction (OER), and FIG. 6 shows an open circuit voltage (OCV) test result. 7 shows the results of confirming the dynamic performance in OER through the Tafel plot.
도 5 및 6에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 제조된 페로브스카이트-IrO2 복합체(P-Ir)는 각각 단일의 물질을 슈퍼 밀링 처리한 PBSCF05 및 IrO2 보다 OER 성능 및 OCV가 현저히 뛰어남을 알 수 있다. 특히, PBSCF05 및 IrO2를 3 : 1로 혼합한 경우 P-Ir OER 성능 및 OCV가 가장 좋음을 확인할 수 있다. As shown in Figures 5 and 6, the prepared perovskite-IrO 2 complex (P-Ir) prepared according to the present invention has higher OER performance and OCV than PBSCF05 and IrO 2 , each super-milled with a single material. It can be seen that the outstanding In particular, when PBSCF05 and IrO 2 are mixed in a ratio of 3: 1, it can be confirmed that the P-Ir OER performance and OCV are the best.
도 7에 나타난 바와 같이, IrO2 및 PBSCF05을 각각 슈퍼 밀링 처리한 경우와 비교하였을 때, 본 발명에 따라 제조된 페로브스카이트-IrO2 복합체(P-Ir)의 타펠 슬로프(Tafel slope)가 가장 낮아, P-Ir이 산소발생반응에서의 동역학적(OER kinetic) 성능이 가장 빠름을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 7 , when compared to the case of super milling treatment with IrO 2 and PBSCF05, respectively, the Tafel slope of the perovskite-IrO 2 complex (P-Ir) prepared according to the present invention was The lowest, it can be confirmed that P-Ir has the fastest OER kinetic performance in the oxygen evolution reaction.
산소발생반응(oxygen evolution reaction; OER) 촉매로서의 안정성을 시험하였다. 양극으로 Pt/C 20wt%를 사용하고 음극으로 본 발명에 따라 제조된 페로브스카이트-IrO2 복합체(P-Ir, 붉은 선)와 IrO2(검은 선)를 각각 사용한 물 분해 전지를 제작하여 안정성을 측정하였다. 그 결과를 도 8에 도시하였다.Stability as an oxygen evolution reaction (OER) catalyst was tested. A water decomposition battery using 20 wt% of Pt/C as an anode and a perovskite-IrO 2 composite (P-Ir, red line) and IrO 2 (black line) prepared according to the present invention as a cathode was prepared, respectively. Stability was measured. The results are shown in FIG. 8 .
도 8에 나타난 바와 같이, 300시간 동안 측정한 결과, P-Ir을 음극 소재로 포함하는 물 분해 전지는 IrO2를 음극 소재로 포함하는 물 분해 전지와 달리 장시간 작동에도 성능 저하 없이 우수한 전위 값을 유지하고 있음을 확인할 수 있다. 이로부터, 본 발명에 따라 제조된 페로브스카이트-IrO2 복합체(P-Ir)를 활용하여 안정성이 우수한 물 분해 전지의 음극을 제조할 수 있음을 알 수 있다.As shown in FIG. 8 , as a result of measurement for 300 hours, the water decomposition battery containing P-Ir as an anode material exhibited excellent potential values without degradation even in long-term operation, unlike the water decomposition battery containing IrO 2 as an anode material. It can be confirmed that it is maintained. From this, it can be seen that the negative electrode of the water decomposition battery having excellent stability can be prepared by utilizing the perovskite-IrO 2 composite (P-Ir) prepared according to the present invention.
상기 진술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. The description of the present invention stated above is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. There will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
Claims (10)
슈퍼 밀링된 혼합물을 건조하는 단계;를 포함하고,
상기 산화이리듐(IV) 및 페로브스카이트 화합물은 1 : 3 내지 7의 질량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트-IrO2 복합체 제조방법.Mixing iridium (IV) oxide (Iridium (IV) oxide; IrO 2 ) and a perovskite compound, and super milling; and
drying the super milled mixture;
The iridium (IV) oxide and the perovskite compound are mixed in a mass ratio of 1: 3 to 7, the perovskite-IrO 2 composite manufacturing method.
상기 페로브스카이트 화합물은 코발트(Co)를 함유한 페로브스카이트 화합물인 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트-IrO2 복합체 제조방법.The method of claim 1,
The perovskite compound is a perovskite compound containing cobalt (Co), characterized in that, perovskite-IrO 2 Complex manufacturing method.
상기 슈퍼 밀링은 아세톤과 직경이 1 내지 3 mm인 지르코니아 볼을 첨가하여 수행하는 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트-IrO2 복합체 제조방법.The method of claim 1,
The super milling is characterized in that by adding acetone and zirconia balls having a diameter of 1 to 3 mm, the perovskite-IrO 2 composite manufacturing method.
상기 슈퍼 밀링은 200 내지 600 rpm의 속도로 수행되는 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트-IrO2 복합체 제조방법.The method of claim 1,
The super milling is characterized in that performed at a speed of 200 to 600 rpm, perovskite-IrO 2 Composite manufacturing method.
상기 건조는 4 내지 12 시간 동안 70 내지 80 ℃ 온도로 수행되는 것을 특징으로 하는, 페로브스카이트-IrO2 복합체 제조방법.The method of claim 1,
The drying is performed at a temperature of 70 to 80 ℃ for 4 to 12 hours, Perovskite-IrO 2 Method for producing a composite.
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