KR102471969B1 - 전극제조방법, 전극제조장치 및 이를 이용해 제조된 전극 - Google Patents

전극제조방법, 전극제조장치 및 이를 이용해 제조된 전극 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극제조방법, 전극제조장치 및 이를 이용해 제조된 전극에 관한 것으로, 본 발명에 의한 전극제조방법은 a) 제1전극판, 전해질용액, 제2전극판을 차례로 배치하는 단계 및 b) 상기 제1전극판과 상기 제2전극판에 일산화질소를 공급하면서 전압을 걸어, 상기 제1전극판의 표면을 개질하면서 상기 일산화질소를 아산화질소, 질소 및 암모니아로 전환하는 단계를 포함한다.

Description

전극제조방법, 전극제조장치 및 이를 이용해 제조된 전극{Electrode manufacturing method, electrode manufacturing device and the electrode manufactured using the method}
본 발명은 전극제조방법, 전극제조장치 및 이를 이용해 제조된 전극에 관한 것으로, 보다 상세히는 표면이 개질된 전극에 관한 것이다.
특허문헌 001은 투명 전극막의 개질 방법으로, 기판과, 상기 기판 상에 형성된 투명 전극막을 구비하는 투명 전극막이 부착된 기판에 있어서의 투명 전극막의 개질 방법으로서, 상기 투명 전극막에 플래시 램프를 사용하여 광 펄스 지속 시간이 0.1 ∼ 10 msec 인 플래시 광을 조사하여 상기 투명 전극막을 가열함으로써 어닐 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 투명 전극막의 개질 방법을 개시하고 있다.
특허문헌 002는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 투명 전극막을 구비하는 투명 전극막이 부착된 기판에 있어서의 투명 전극막의 개질 방법으로, 화학식 1로 표시되는 단일상(single phase)의 균일(homogenous) 촉매인 것을 특징으로 하는 촉매를 개시하고 있다.
특허문헌 003은 대향전극의 표면개질방법 및 표면개질된 대향전극으로, 기판 위에 전도성 물질층을 형성하는 단계; 및 상기 전도성 물질층 표면을 하기 화학식 1의 물질로 표면개질하는 단계를 포함하는 대향전극의 표면개질방법을 개시하고 있다.
특허문헌 004는 통전에 의한 탄소재 전극 표면 개질방법, 표면개질된 탄소재 전극 및 표면개질된 탄소재 전극을 포함한 전기화학 커패시터로, 탄소재 전극을 준비하는 단계, 상기 탄소재 전극의 일단에 (+) 단자 및 타단에 (-) 단자로 이루어진 통전단자를 결착시키는 단계 및 상기 탄소재 전극 내 탄소재에 존재하는 산성 관능기(Acidic functional group) 또는 흡착수가 제거되도록 상기 통전단자에 전류를 인가하여 상기 탄소재 간의 접촉저항 및 상기 탄소재의 기공에 의해 저항이 발생되면서 줄열(Joule's heat)을 발생시키는 단계를 포함하되, 상기 줄열을 발생시키는 단계는, 상기 줄열을 통하여 상기 탄소재가 표면개질되어 상기 탄소재의 기공 구조 변화가 최소화됨에 따라, 상기 탄소재의 기공에 존재하는 산성 관능기 또는 상기 기공에 흡착된 수분이 가수화되어 외부로 배출됨으로써 탄소재의 비표면적을 크게 하고, 상기 탄소재 전극에 질소 원소를 포함하는 가스를 주입하여 상기 탄소재의 표면에 피리돈(Pyridone), 피롤릭(Pyrrolic), 피리디닉(Pyridinic) 및 쿼터너리(Quaternary) 중 1종 이상으로 이루어져 이종원소인 질소를 포함하는 탄소구조가 형성되고, 상기 질소를 포함하는 탄소구조가 상기 기공에 흡착되어 산성 관능기의 재형성을 억제하는 것을 특징으로 하는 통전에 의한 탄소재 전극 표면 개질방법을 개시하고 있다.
KR 10-2011-0061564 (2011.06.09.) KR 10-1457098 (2014.11.04.) KR 10-1166018 (2021.07.19.) KR 10-2297370 (2021.09.01.)
본 발명은 전극제조방법, 전극제조장치 및 이를 이용해 제조된 전극에 관한 것이다.
종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 전극제조방법은, a) 제1전극판, 전해질용액, 제2전극판을 차례로 배치하는 단계 및 b) 상기 제1전극판과 상기 제2전극판에 일산화질소를 공급하면서 전압을 걸어, 상기 제1전극판의 표면을 개질하면서 상기 일산화질소를 아산화질소, 질소 및 암모니아로 전환하는 단계를 포함한다.
종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 전극제조방법은, 상기 제1전극판은, 구리, 니켈 및 철 중 어느 하나로 제조된다.
종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 전극제조방법은, 상기 b) 단계에서 상기 제1전극판과 상기 제2전극판의 전위차는 1.2~1.4V이다.
종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 전극제조장치는, 제1전극판, 상기 제1전극판과 일정간격 이격되는 제2전극판, 상기 제1전극판과 상기 제2전극판 사이에 위치하는 전해질 용액, 상기 제1전극판에 일산화질소를 공급하는 공급부, 상기 제1전극판과 상기 제2전극판에 전기적으로 연결되어 상기 제1전극판과 상기 제2전극판에 소정의 전위차를 가지도록 전압을 인가하는 전원부 및 상기 전원부를 제어하는 제어부를 포함한다.
종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 전극제조장치는, 상기 제1전극판은 구리, 니켈 및 철 중 어느 하나로 제조된다.
종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 전극제조장치는, 상기 제어부는 상기 제1전극판과 상기 제2전극판의 전위차가 1.2~1.4V가 되도록 상기 전원부를 제어한다.
종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 전극제조장치는, 상기 공급부는 상기 전해질 용액 내부로 일산화질소를 상기 제1전극판으로 공급하거나, 상기 전해질 용액 외부에서 일산화질소를 상기 제1전극판으로 공급한다.
종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 전극제조방법에 의해 제조된 전극은, 앞서 설명한 전극제조방법에 의해 제조되어 표면이 개질된다.
상기한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 전극제조방법, 전극제조장치 및 이를 이용해 제조된 전극은, 제1전극판의 표면 개질을 통해 전기전도도가 향상되고, 이에 따라 아산화질소, 질소가스 및 암모니아의 전환율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전극제조방법의 순서도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 전극제조장치의 개략도이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 전극제조방법으로 제조된 전극과 종래 전극의 전기전도도의 차이 그래프이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 전극제조방법으로 제조된 전극 표면의 변화 사진이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 전극제조방법에서 제1전극판과 제2전극판의 전위차에 따른 일산화질소의 전환율 그래프이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
아래의 실시예에서 인용하는 번호는 인용대상에만 한정되지 않으며, 모든 실시예에 적용될 수 있다. 실시예에서 제시한 구성과 동일한 목적 및 효과를 발휘하는 대상은 균등한 치환대상에 해당된다. 실시예에서 제시한 상위개념은 기재하지 않은 하위개념 대상을 포함한다.
(실시예 1-1) 본 발명에 의한 전극제조방법은, a) 제1전극판(100), 전해질용액(300), 제2전극판(200)을 차례로 배치하는 단계 및 b) 상기 제1전극판(100)과 상기 제2전극판(200)에 일산화질소를 공급하면서 전압을 걸어, 상기 제1전극판(100)의 표면을 개질하면서 상기 일산화질소를 아산화질소, 질소 및 암모니아로 전환하는 단계를 포함하되, 상기 제1전극판(100)은 구리, 니켈 및 철 중 어느 하나이다.
상기한 바와 같은 동작을 위해, 제1전극판(100), 제2전극판(200)은 도체로 형성될 수 있다. 제1전극판(100)과 제2전극판(200)은 각각 전원부(500)와 연결될 수 있으며, 전원부(500)는 제어부(600)에 의해 제어될 수 있다. 제어부(600)는 전원부(500)를 제어하여 제1전극판(100)과 제2전극판(200) 사이의 전위차를 결정할 수 있다.
본 실시예에서 일산화질소는 가스형태로 제1전극판(100)에 공급될 수 있다. 이를 위해 가스형태의 일산화질소는 전해질용액(300)의 하부에서 제1전극판(100)측으로 분사될 수 있으며, 본 실시예는 가스형태의 일산화질소를 제1전극판(100)측으로 분사하는 공급부(400)를 더 포함할 수 있다. 단, 본 발명은 일산화질소의 공급 방식을 상기한 바와 같이 공급부(400)를 이용한 가스형태의 일산화질소 분사 방식으로 한정하는 것은 아니며, 전해질용액에 일산화질소를 용해시키는 방식으로 일산화질소를 제1전극판(100)에 공급하는 방식 또한 가능하다.
제1전극판(100)에 일산화질소를 공급하면서 제1전극판(100)에 전압을 걸어주면 제1전극판(100)의 금속은 산화과정을 거치게 되면서 표면이 개질되고, 상기 일산화질소를 아산화질소, 질소 및 암모니아로 전환시킨다. 단 이때, 제1전극판(100)에는 -전압이 인가되고, 제2전극판(200)은 +전압이 인가될 수 있다. 이는 제1전극판(100)의 전압이 제2전극판(200)의 전압보다 낮다는 것을 의미한다.
제1전극판(100)이 구리, 니켈 및 철 중 구리일 경우, 제1전극판(100)에서 일어나는 화학반응의 화학식은 아래와 같다.
Figure 112022032052527-pat00001
Figure 112022032052527-pat00002
Figure 112022032052527-pat00003
즉, 본 실시예에서는 (a) 단계 및 (b) 단계가 수행됨에 따라 상기한 [화학식 1]내지 [화학식 3]이 제1전극판(100)의 표면에서 동시에 일어나면서, 최종적으로 구리 재질의 제1전극판(100)의 표면이 개질되고, 일산화질소가 아산화질소, 질소가스 및 암모니아로 전환된다. 이때 제1전극판(100)의 표면이 개질됨에 따라, 제1전극판(100)의 전기전도도가 개질 전보다 상승하게 됨과 동시에 아산화질소, 질소가스 및 암모니아의 전환 비율이 증가하는 효과가 있다.
상기 제1전극판(100)이 니켈 또는 철일 경우, 상기 화학식과 같은 반응을 통해 일산화질소가 아산화질소, 질소가스 및 암모니아로 전환되며, 제1전극판(100)의 표면이 개질되어, 제1전극판(100)이 구리일 때와 동일하게 전기전도도가 향상되고, 아산화질소, 질소가스 및 암모니아의 전환 비율이 증가한다.
(실시예 1-2) 본 발명에 의한 전극제조방법은, (실시예 1-1)에 있어서, 상기 b) 단계에서 상기 제1전극판(100)과 상기 제2전극판(200)의 전위차는 1.2~1.4V이다.
제1전극판(100)과 제2전극판(200) 사이의 전위차에 따라, 일산화질소가 아산화질소, 질소가스 및 암모니아로 전환되는 비율이 다를 수 있다. 본 발명에서는 제1전극판(100)과 제2전극판(200) 사이의 전위차가 1.2~1.4V로 한정하여 전환 비율이 높은 전위차 범위를 제시하며, 본 실시예에서는 제1전극판(100)과 제2전극판(200)의 전위차를 1.3V로 한정하여, 일산화질소가 아산화질소, 질소가스 및 암모니아로 전환되는 비율을 극대화시킨다. 제1전극판(100)과 제2전극판(200)의 전위차에 따른 일산화질소의 변환율에 대해서는 도면에 도시되어 있다.
(실시예 2-1) 본 발명에 의한 전극제조장치는, 제1전극판(100), 상기 제1전극판(100)과 일정간격 이격되는 제2전극판(200), 상기 제1전극판(100)과 상기 제2전극판(200) 사이에 위치하는 전해질 용액(300), 상기 제1전극판(100)에 일산화질소를 공급하는 공급부(400), 상기 제1전극판(100)과 상기 제2전극판(200)에 전기적으로 연결되어 상기 제1전극판(100)과 상기 제2전극판(200)에 소정의 전위차를 가지도록 전압을 인가하는 전원부(500) 및 상기 전원부(500)를 제어하는 제어부(600)를 포함하고, 상기 제1전극판(100)은 구리, 니켈 및 철 중 어느 하나로 제조된다.
본 실시예에 의한 전극제조장치는 앞서 설명한 전극제조방법을 수행하는 각 장치들을 의미한다. 제1전극판(100)과 제2전극판(200)은 도체로 형성되고, 전원부(500)는 제1전극판(100) 및 제2전극판(200)과 전기적으로 연결되어 제1전극판(100) 및 제2전극판(200)에 전원을 인가한다. 제1전극판(100)과 제2전극판(200)은 구리, 니켈 및 철 중 어느 하나로 제조될 수 있는데, 이는 공급부(400)에서 공급하는 일산화질소와 반응하여 표면이 개질됨과 동시에, 일산화질소를 아산화질소, 질소가스 및 암모니아로 전환하기 위함이다. 전해질 용액(300)은 제1전극판(100)과 제2전극판(200), 그리고 하부 및 전극판을 제외한 측면에 위치한 하우징(700)을 통해 형성된 공간에 수용될 수 있다. 단, 이외에도 소정의 공간이 형성된 하우징(700)에 전해질 용액(300)이 수용되고, 해당 전해질 용액(300)에 제1전극판(100)과 제2전극판(200)이 담기는 등의 실시예 또한 있을 수 있다.
상기한 바와 같은 반응을 통해 전환된 아산화질소, 질소가스 및 암모니아는 전해질 용액(300)에 용해되거나, 전해질 용액(300)의 외부로 배출될 수 있으며, 본 발명은 전해질 용액(300)에 용해된 아산화질소, 질소가스 및 암모니아를 추출하거나, 외부로 배출되는 아산화질소, 질소가스 및 암모니아를 포집하는 장치를 더 포함할 수 있다.
(실시예 2-2) 본 발명에 의한 전극제조장치는, (실시예 2-1)에 있어서, 상기 제어부(600)는 상기 제1전극판(100)과 상기 제2전극판(200)의 전위차가 1.2~1.4V가 되도록 상기 전원부(500)를 제어한다.
제1전극판(100)과 제2전극판(200) 사이의 전위차에 따라, 일산화질소가 아산화질소, 질소가스 및 암모니아로 전환되는 비율이 다를 수 있다. 제어부(600)는 제1전극판(100)과 제2전극판(200)의 전위차가 1.2~1.4V, 보다 구체적으로는 1.3V가 되도록 전원부(500)를 제어하여, 일산화질소의 전환율을 극대화시킬 수 있다.
(실시예 2-3) 본 발명에 의한 전극제조장치는, (실시예 2-1)에 있어서, 상기 공급부(400)는 상기 전해질 용액(300) 내부로 일산화질소를 상기 제1전극판(100)으로 공급하거나, 상기 전해질 용액(300) 외부에서 일산화질소를 상기 제1전극판(100)으로 공급한다.
공급부(400)에서 일산화질소를 전해질 용액(300) 내부로 공급하는 경우에는 공급부(400)의 말단은 전해질 용액(300) 내부에 위치하며, 공급부(400)에서 일산화질소를 제1전극판(100)에 직접 공급하는 경우에는 공급부(400)의 말단은 전해질 용액(300)의 외부에 위치할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 제1전극판
200 : 제2전극판
300 : 전해질 용액
400 : 공급부
500 : 전원부
600 : 제어부
700 : 하우징

Claims (8)

  1. a) 제1전극판, 전해질용액, 제2전극판을 차례로 배치하는 단계; 및
    b) 상기 제1전극판과 상기 제2전극판에 일산화질소를 공급하면서 전압을 걸어, 화학반응을 통해 상기 제1전극판의 표면을 개질하면서 상기 일산화질소를 아산화질소, 질소 및 암모니아로 전환하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1전극판 및 상기 제2전극판은 도체로 형성되며,
    상기 제1전극판과 상기 제2전극판은 각각 전원부와 연결되어 제어부에 의해 제어되고,
    상기 제어부는 상기 전원부를 제어하여 상기 제1전극판과 상기 제2전극판 사이의 전위차를 결정하되, 상기 제1전극판과 상기 제2전극판의 전위차는 1.3V이고,
    상기 제1전극판은, 니켈 또는 철 중 어느 하나로 제조되며,
    가스형태의 일산화질소를 상기 제1전극판 측으로 분사하는 공급부를 포함하며,
    상기 제1전극판에는 -전압이 인가되고, 상기 제2전극판은 +전압이 인가되어 상기 제1전극판(100)의 전압이 상기 제2전극판(200)의 전압보다 낮게 설정하는 것을 포함하는 전극제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1전극판;
    상기 제1전극판과 일정간격 이격되는 제2전극판;
    상기 제1전극판과 제2전극판 사이에 위치하는 전해질 용액;
    상기 제1전극판에 일산화질소를 공급하는 공급부;
    상기 제1전극판과 제2전극판에 전기적으로 연결되어 상기 제1전극판과 제2전극판에 소정의 전위차를 가지도록 전압을 인가하는 전원부; 및
    상기 전원부를 제어하여 상기 제1전극판과 제2전극판 사이의 전위차를 1.3V가 되도록 결정하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제1전극판은 니켈 및 철 중 어느 하나로 제조되며,
    상기 제1전극판과 제2전극판은 도체로 형성되고,
    상기 전해질 용액은 상기 제1전극판과 제2전극판 및 하우징을 통해 형성된 공간에 수용되며,
    상기 공급부가 상기 전해질 용액 내부로 일산화질소를 공급하는 경우에는 공급부의 말단은 상기 전해질 용액 내부에 위치하는 것을 포함하는 전극제조장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
KR1020220036844A 2022-03-24 2022-03-24 전극제조방법, 전극제조장치 및 이를 이용해 제조된 전극 KR102471969B1 (ko)

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