KR20040089951A - Electrode of alkaline fuel cell - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Provided is an electrode for an alkaline fuel cell, which uses alloys having excellent hydrogen storage characteristics to permit hydrogen storage in the electrode itself, and has improved activity so as to increase initial starting capability and operation quality of a fuel cell. CONSTITUTION: The alkaline fuel cell includes an anode and a cathode, wherein the anode comprises an electrode sheet(11) formed of Ni-based hydrogen storage alloy, and a catalyst layer(12) laminated on one surface of the electrode sheet(11) and forming a metallic bond with the electrode sheet(11) through interfacial contact. Particularly, the electrode sheet(11) comprises base alloy including 0.1-60 wt% of Ti, 0.1-40 wt% of Zr, 0-60 wt% of V, 0.1-0.57 wt% of Ni and 0-56 wt% of Cr, the base alloy being mixed with 0-7.5 wt% of Co, 13-17 wt% of Mn, 0-3.5 wt% of Fe, 0-1.5 wt% of Sn and 0.01-0.003 wt% of B, based on 100 wt% of the total weight of the mixture.

Description

알칼리형 연료전지 전극{Electrode of alkaline fuel cell}Alkaline fuel cell electrode {Electrode of alkaline fuel cell}

본 발명은 알칼리형 연료전지의 전극 재료에 관한 것으로, 더 자세하게는 수소 저장 특성이 우수한 Ni계 합금으로 이루어진 전극 쉬트의 일측 표면에 Ni-Al,Ni-Pt, Ni-Pd, Ni-Ir계 합금 촉매재들 중의 하나를 코팅하여 전극 자체에 수소 저장 능력을 부여함과 동시에 전극의 활성도를 높여 줌으로써, 연료전지의 초기 기동성을 향상시킬 수 있는 동시에 연료전지의 운전 성능을 높일 수 있도록 한 알칼리형 연료전지의 전극에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode material of an alkaline fuel cell, and more particularly, to an Ni-Al, Ni-Pt, Ni-Pd, and Ni-Ir alloy on one surface of an electrode sheet made of a Ni-based alloy having excellent hydrogen storage characteristics. Alkaline-type fuel that has been coated with one of the catalyst materials to impart hydrogen storage capacity to the electrode itself and at the same time increase the activity of the electrode, thereby improving the initial maneuverability of the fuel cell and increasing the operating performance of the fuel cell. It relates to an electrode of a battery.

세계 인구의 증가와 산업화에 따라 많은 양의 에너지원이 필요해지고 있으며, 대부분의 에너지원으로는 화석 원료가 사용되고 있는 바, 머지 않은 장래에 화석 연료가 고갈될 것으로 예상되고 있으나, 대체 에너지의 개발은 미비한 실정이다.As the world's population grows and industrializes, a large amount of energy sources are needed, and fossil fuels are expected to be depleted in the near future because most energy sources use fossil raw materials. It is inadequate.

그리고, 오늘날의 주 에너지원인 상기 화석 연료는 연소시 다량의 일산화 탄소와 다이옥신 등과 같은 유해물질을 발생시키기 때문에 지구의 온난화와 심각한 환경 오염을 초래하는 문제점을 안고 있다.In addition, the fossil fuel, which is the main energy source of today, generates a large amount of harmful substances such as carbon monoxide and dioxin during combustion, which causes problems of global warming and serious environmental pollution.

따라서, 지구 온난화를 비롯한 환경 오염 문제를 해결하고 화석 연료를 대체할 수 있는 청정 에너지원의 확보를 위하여 풍력, 조력, 태양열 등의 에너지를 효과적으로 사용할 수 있는 방법들이 연구되고 있으며, 위치가 고정되지 않는 운반 수단인 자동차의 에너지원으로 화학적 반응을 전기로 변환시켜 주는 연료전지가 널리 연구되고 있다.Therefore, methods to effectively use energy such as wind power, tidal power, and solar power are being researched to solve environmental problems such as global warming and secure clean energy sources that can replace fossil fuels. Fuel cells that convert chemical reactions into electricity have been widely studied as energy sources of automobiles, which are vehicles for transportation.

상기 연료전지는 가스 연료의 화학반응에 의해 생성되는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 전지로서, 산화/환원반응을 이용한다는 점에 있어서는 보통의 화학전지와 동일하나, 폐쇄계 내에서 전지 반응을 하는 화학전지와는 달리, 반응물이 연속적으로 외부로부터 공급되면서 반응 생성물은 연속적으로 계외로 제거되는하나의 발전 장치 역할을 수행하게 된다.The fuel cell is a battery that converts chemical energy generated by a chemical reaction of gaseous fuel into electrical energy. The fuel cell is the same as a conventional chemical cell in that it uses an oxidation / reduction reaction, but a chemical reaction is performed in a closed system. Unlike batteries, the reactants are continuously supplied from the outside, which serves as a power generation device in which the reaction products are continuously removed out of the system.

즉, 연료전지는 음극과 양극에 각각 공급되는 산소와 수소가 물의 전기분해 역반응에 해당하는 전기 화학 반응에 의해 전기를 얻는 수단으로서, 전기 외에 부수적으로 열과 물이 함께 발생되는 무공해 에너지 발생 장치이다.That is, a fuel cell is a means for obtaining electricity by an electrochemical reaction in which oxygen and hydrogen supplied to a cathode and an anode correspond to reverse electrolysis reactions of water, and are a pollution-free energy generator in which heat and water are incidentally generated besides electricity.

상기 연료전지의 대표적인 것으로는, 제미니 및 아폴로 우주선에도 사용된 수소―산소 연료전지가 있는 바, 이 연료전지는 알칼리 수용액을 전해질로 이용하고 순수한 수소와 산소를 반응물로 사용하는 제 1세대 연료전지이며, 이와 달리 귀금속 촉매를 사용하지 않은 고온형의 용융탄산염 연료전지를 제2세대, 그리고 보다 높은 효율로 발전 가능한 고체 전해질 연료전지를 제3세대의 연료전지라 한다.Representative of the fuel cell is a hydrogen-oxygen fuel cell used in Gemini and Apollo spacecraft, which is a first generation fuel cell using an alkaline aqueous solution as an electrolyte and using pure hydrogen and oxygen as reactants. In contrast, a high temperature molten carbonate fuel cell that does not use a noble metal catalyst is a second generation, and a solid electrolyte fuel cell capable of generating higher efficiency is called a third generation fuel cell.

상기 여러 형태의 연료전지들 중에서 현재 가장 실용화에 가까운 것은 인산 전해질을 사용하는 알칼리형 연료전지인 상기 제1세대 연료전지이며, 대부분의 연료전지는 주로 화석 연료를 개질시킨 수소를 주성분으로 하는 수소 가스와 공기 속의 산소를 반응물로 이용하게 된다.Among the various types of fuel cells, the closest practical use is the first generation fuel cell, which is an alkaline fuel cell using a phosphate electrolyte, and most fuel cells mainly include hydrogen gas mainly composed of hydrogen reformed fossil fuel. And oxygen in the air are used as reactants.

그리고, 전해질로서 산(acid)을 사용하는 피이엠(P.E.M, proton exchange membrane) 연료전지에 대한 연구개발도 널리 이루어졌으나, 이 연료전지는 전기 전환 효율이 낮고, 산을 전해질로 사용함에 따라 전극이 귀금속이어야 하기 때문에 가격이 비쌀 뿐 아니라, 일산화탄소와 같은 유해물질이 발생시키는 단점이 있어 근래에는 주로 알칼리형 연료전지에 대한 연구개발이 주류를 이루고 있다.In addition, although research and development of PEM fuel cells using acid as an electrolyte have been widely conducted, the fuel cell has low electric conversion efficiency, and the acid is used as an electrolyte. As it is a precious metal, it is not only expensive but also has a disadvantage of generating harmful substances such as carbon monoxide.

에너지 변환 효율이 우수하고 공해 요인이 전무한 연료전지를 실용화하기 위해서는 연료전지를 대용량화시키고 연료전지의 성능을 향상시켜야 하는 바, 연료전지의 성능 향상에 가장 기본적인 것으로 연료전지 전극의 성능 향상을 들 수 있다.In order to make a fuel cell with high energy conversion efficiency and no pollution factor, it is necessary to increase the capacity of the fuel cell and to improve the performance of the fuel cell. The most basic element for improving the performance of the fuel cell is the improvement of the performance of the fuel cell electrode. .

그러나, 종래의 알칼리형 연료 전지는 상기 피이엠 연료전지에 비하여 효율과 비용의 측면에서 유리하기는 하나, 반응 중 생성되는 탄산염이 니켈 합금 또는 백금을 사용한 전극 표면에 축적되므로써 전극의 활성도가 저하되고, 그에 따라 연료전지의 성능이 작동 시간 증가할 수록 떨어지게 되는 단점을 가지고 있다.However, the conventional alkaline fuel cell is advantageous in terms of efficiency and cost compared to the PPM fuel cell, but the carbonate generated during the reaction accumulates on the electrode surface using nickel alloy or platinum, thereby degrading the activity of the electrode. As a result, the performance of the fuel cell is reduced as the operating time increases.

또한, 종래에는 미국특허 제6,242,260호에 개시된 바와 같이, 전극과 촉매가 분리된 상태이기 때문에 반응 면적이 작고 전극의 활성도가 낮은 단점이 있다.In addition, conventionally, as disclosed in US Pat. No. 6,242,260, since the electrode and the catalyst are separated, there is a disadvantage in that the reaction area is small and the activity of the electrode is low.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 알칼리형 연료 전지의 전극이 가지고 있는 제반 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 수소 저장 특성이 우수한 합금을 전극으로 직접 사용하여 전극 자체에서 수소를 저장할 수 있도록 하며, 전극에 촉매층을 결합시킴으로써 전극의 활성도를 향상시켜 연료인 수소의 효과적 사용과 전극의 반응성 증대에 의하여 초기 시동성과 작동 성능이 우수한 알칼리형 연료전지의 전극을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.The present invention was devised to solve all the problems of the electrode of the conventional alkaline fuel cell as described above, by using an alloy having excellent hydrogen storage characteristics directly as an electrode to store hydrogen in the electrode itself, An object of the present invention is to provide an electrode of an alkaline fuel cell having excellent initial starting performance and operating performance by improving the activity of the electrode by combining the catalyst layer with the effective use of hydrogen as a fuel and increasing the reactivity of the electrode.

도 1은 본 발명 일실시예 전극의 사시도.1 is a perspective view of an embodiment of the present invention electrode.

도 2는 본 발명 일실시예 전극의 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view of one embodiment electrode of the present invention.

도 3은 단위전지의 개략 단면도.3 is a schematic cross-sectional view of a unit cell.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))((Explanation of symbols for main part of drawing))

1. 본 발명 일실시예 전극 11. 전극 쉬트1. Embodiment of the Invention Electrode 11. Electrode Sheet

12. 촉매층 31. 양극12. Catalyst layer 31. Anode

32. 전해질 33. 음극32. Electrolytes 33. Cathode

E. 돌기E. Turning

본 발명의 상기 목적은 수소 저장 능력을 갖는 Ni계 합금 분말로 이루어진 전극 쉬트와, 전극 쉬트의 일측 표면에 적층결합되는 Ni계 촉매에 의하여 달성된다.The above object of the present invention is achieved by an electrode sheet made of Ni-based alloy powder having a hydrogen storage capability, and a Ni-based catalyst laminated on one surface of the electrode sheet.

본 발명의 알칼리형 연료전지의 연료극인 양극용 전극은, 상기 Ni계 합금 분말로 만들어지는 전극 쉬트의 일측 표면에 Ni계 촉매층이 피복되어 상호 계면에서 금속결합함으로써 일체화되는 적층 구조를 가지며, 상기 전극 쉬트를 이루는 물질로서 수소 저장 능력이 우수한 Ni계 합금을 사용함으로써 연료가 되는 수소의 공급을 원활히 함과 동시에, 상기 전극 쉬트의 일측 표면에 적층되는 촉매층의 표면에 다수의 돌기들을 돌출 형성시켜 얻어지는 요철 표면에 의한 반응 면적 확대와 활성도 증가를 통하여 전극의 성능을 더욱 향상시킬 수 있도록 함에 본 발명의 기술적 특징이 있다.An anode electrode, which is a fuel electrode of an alkaline fuel cell of the present invention, has a laminated structure in which a Ni-based catalyst layer is coated on one surface of an electrode sheet made of the Ni-based alloy powder and integrated by metal bonding at an interface thereof. Unevenness obtained by using a Ni-based alloy having excellent hydrogen storage ability as a sheet forming material to smoothly supply hydrogen as fuel and protruding a plurality of protrusions on the surface of the catalyst layer laminated on one surface of the electrode sheet. The technical feature of the present invention is that the performance of the electrode can be further improved by expanding the reaction area by the surface and increasing the activity.

본 발명의 전극을 구성하는 상기 전극 쉬트의 물질인 수소 저장 능력이 우수한 Ni계 합금은, 0.1~60wt% Ti, 0.1~40wt% Zr, 0~60wt% V, 0.1~0.57wt% Ni, 0~56wt% Cr의 조성을 갖는 베이스 합금에 전체 중량비 100wt%가 되도록 0~7.5wt% Co와, 13~17wt% Mn과, 0~3.5wt% Fe과, 0~1.5wt% Sn 및 0.01~0.003wt% B가 첨가되는 조성을 가지며, 이때 상기 조성 범위 중 0wt%는 필요에 따라 합금에 함유되지 않을 수도 있다는 의미이다.Ni-based alloy having excellent hydrogen storage ability as a material of the electrode sheet constituting the electrode of the present invention is 0.1 to 60wt% Ti, 0.1 to 40wt% Zr, 0 to 60wt% V, 0.1 to 0.57wt% Ni, 0 to 0 to 7.5 wt% Co, 13 to 17 wt% Mn, 0 to 3.5 wt% Fe, 0 to 1.5 wt% Sn and 0.01 to 0.003 wt% to the base alloy having a composition of 56 wt% Cr so that the total weight ratio is 100 wt% B has a composition to be added, where 0wt% of the composition range may mean that it may not be contained in the alloy, if necessary.

그리고, 연료극인 양극을 구성하는 상기 Ni계 합금 전극 쉬트의 표면에 적층 피복되는 촉매층 물질로는 35~65wt% Ni과 35~65% Al 및 0~1.5wt% Cr으로 조성되는 Ni-Al 합금과, 3∼20wt%Ni-Pt 합금과, 3∼20wt%Ni-Pd 합금과, 3∼20wt%Ni-Ir 합금 중의 하나가 사용되며, 공기극인 음극용 전극으로는 3∼20wt%Ni-Ag 합금을 사용한다.In addition, the catalyst layer material laminated and coated on the surface of the Ni-based alloy electrode sheet constituting the anode, which is the anode, is a Ni-Al alloy composed of 35 to 65 wt% Ni, 35 to 65% Al, and 0 to 1.5 wt% Cr. , 3 to 20 wt% Ni-Pt alloy, 3 to 20 wt% Ni-Pd alloy, and 3 to 20 wt% Ni-Ir alloy are used. Use

이때, 촉매층용으로 사용되는 Ni계 2원 합금의 경우, Ni이 아닌 Pt, Pd, Ir,Ag가 촉매로 작용하기 때문에 이론적으로 Ni은 없어도 관계 없으나, 상기와 같이 Ni 합금으로 사용되는 것은 전극과 촉매층의 계면에서 두 계면간의 금속결합을 형성시키기 위한 것으로, Ni의 함량이 3wt%에 미치지 못하면 전극과 촉매층간의 계면 결합력이 약하여 내구성이 떨어지거나 분리될 수 있게 되고, 20wt%를 초과하게 되면 촉매 금속의 절대양이 부족하여 전체적인 전극의 반응성과 활성도가 떨어지게 된다.In this case, in the case of the Ni-based binary alloy used for the catalyst layer, Pt, Pd, Ir, and Ag, rather than Ni, act as a catalyst, but theoretically, Ni does not matter, but it is used as the Ni alloy as described above. It is for forming metal bond between two interfaces at the interface of catalyst layer. If the content of Ni is less than 3wt%, the interfacial bonding force between electrode and catalyst layer is weak so that durability can be separated or separated, and if it exceeds 20wt%, catalytic metal The absolute amount of is insufficient and the reactivity and activity of the whole electrode is reduced.

상기 본 발명의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.Details of the effects and the resulting effects, including the object and technical configuration of the present invention will be clearly understood by the following description with reference to the drawings showing a preferred embodiment of the present invention.

도 1에 본 발명 일실시예 전극의 사시도를, 도 2에 그 단면도를 도시하였다.Figure 1 is a perspective view of an embodiment of the present invention electrode, Figure 2 is a cross-sectional view thereof.

도시된 바와 같이 본 발명의 양극용 전극은, 수소저장 합금인 Ni계 합금으로 이루어진 얇은 판상의 전극 쉬트(11)와; 이 전극 쉬트(12)의 상면에 적층결합되며, 규칙적인 다수의 돌기(E)가 표면에 돌출 형성된 촉매층(12)으로 구성된다.As shown, the positive electrode of the present invention includes a thin plate-shaped electrode sheet 11 made of a Ni-based alloy which is a hydrogen storage alloy; Stacked on the upper surface of the electrode sheet 12, a plurality of regular projections (E) is composed of a catalyst layer 12 protruding on the surface.

이때, 상기 촉매층의 표면에 돌기들을 형성시키지 않아도 관계 없으나, 돌기들을 형성시킴으로써 전극의 성능 향상을 꾀할 수 있는 바, 돌기들을 형성시키는 것이 더욱 바람직하다.In this case, although it is not necessary to form protrusions on the surface of the catalyst layer, by forming the protrusions to improve the performance of the electrode, it is more preferable to form the protrusions.

상기와 같은 적층 구조를 갖는 본 발명 실시예 연료극용 전극을 제조한 후 종래의 전극과 그 성능을 비교 측정하였는 바, 이를 자세히 살펴보면 다음과 같다.After fabricating the electrode for a fuel electrode according to the present invention having the laminated structure as described above, the performance of the conventional electrode was compared with that of the conventional electrode.

상기 양극용 전극 쉬트를 이루는 재료로는 6.9wt% Ti, 5.1wt% V, 25.7wt% Zr, 38.4wt% Ni, 3.1wt% Cr, 15.7wt% Mn, 0.7wt% Sn, 1.3wt% Co, 0.5wt% Al,2.6wt% Fe 로 조성되며 입경이 2~8㎛인 Ni계 수소 저장 합금 분말을, 촉매층용 재료로는 61.5wt% Pt-38.5wt% Ni 또는 5wt% Pd-40wt% Pt-55wt% Ni 중의 하나로 조성되며 입경이 10~20㎛ 인 2종류의 분말을 준비하였다.Materials for forming the electrode sheet for the positive electrode is 6.9wt% Ti, 5.1wt% V, 25.7wt% Zr, 38.4wt% Ni, 3.1wt% Cr, 15.7wt% Mn, 0.7wt% Sn, 1.3wt% Co, Ni-based hydrogen storage alloy powder composed of 0.5wt% Al, 2.6wt% Fe and particle size of 2 ~ 8㎛, 61.5wt% Pt-38.5wt% Ni or 5wt% Pd-40wt% Pt- Two kinds of powders, each composed of 55 wt% Ni and having a particle diameter of 10 to 20 μm, were prepared.

상기 수소 저장 합금 분말을 형압연(shaping rolling)하여 두께 0.6mm, 폭 150mm 인 1차 그린 쉬트(green sheet)를 만든 후, 1차 그린 쉬트의 일측 표면에 상기 촉매층용 분말을 형압연하여 촉매층의 두께가 0.2mm 되도록 적층된 2차 그린 쉬트를 제조하였다.After shaping rolling the hydrogen storage alloy powder to make a primary green sheet having a thickness of 0.6 mm and a width of 150 mm, the catalyst layer powder is rolled on one surface of the primary green sheet to form a catalyst layer. Secondary green sheets laminated to have a thickness of 0.2 mm were prepared.

이때, 촉매층 분말의 형압연에 사용된 롤은, 매끄러운 표면의 것과, 하단 직경(c) 2mm, 돌기간 간격(d) 3mm, 높이(e) 0.35mm인 돌기(E)에 형합되는 요홈들이 형성된 요철 표면의 것의 두 종류를 각각 사용하여 모두 4종류의 촉매층을 형성시켰다.At this time, the roll used for the die-rolling of the catalyst layer powder has a smooth surface and grooves are formed in the protrusion (E) having a bottom diameter (c) of 2 mm, a protrusion period (d) of 3 mm, and a height (e) of 0.35 mm. Four types of catalyst layers were formed by using two types of each of the uneven surface.

상기와 같이 각 조성 성분의 촉매층에 대하여 두 가지의 표면 형상으로 제조된 4종류의 2차 그린 쉬트를 900℃의 수소 분위기에서 60분간 소결 처리한 후 700℃에서 열간 압연을 하여 두께 0.6mm의 다공성 극판을 제조하였다.As described above, four kinds of secondary green sheets prepared in two surface shapes of the catalyst layers of each composition component were sintered for 60 minutes in a hydrogen atmosphere at 900 ° C., followed by hot rolling at 700 ° C. to increase the porosity of 0.6 mm. The electrode plate was manufactured.

이때, 수소 저장 합금으로 이루어진 전극 쉬트에 형성된 기공의 직경은 0.08~6㎛ 이었으며, 촉매층에 형성된 기공의 크기는 10~18㎛ 이었고, 2차 그린 쉬트의 촉매층에 형성되었던 하단 직경(c) 2mm, 돌기간 간격(d) 3mm, 높이(e) 0.35mm의 표면 요철은 열간압연 후 각각 1.8mm, 2.5mm, 0.19mm로 변화되었다.At this time, the diameter of the pores formed in the electrode sheet made of a hydrogen storage alloy was 0.08 ~ 6㎛, the pore size formed in the catalyst layer was 10 ~ 18㎛, the bottom diameter (c) 2mm, which was formed in the catalyst layer of the secondary green sheet, The surface irregularities of the protrusion period (d) 3mm and the height (e) 0.35mm were changed to 1.8mm, 2.5mm and 0.19mm after hot rolling, respectively.

상기와 같이 제조된 본 발명 일실시예 다공성 전극의 전극 활성도(mass activity)를 조사하기 위하여 상기 각 전극을 이용하여 반전지(half cell)를 제작한 후 포텐셔스태트/갈바노스태트(Potentiostat/Galvanostat)를 컴퓨터에 연결하여 상기 전극 활성도를 측정 하였으며, 기준 전극으로는 알에이치이(RHE, Reference Hydrogen Electrode)를 사용하였다.Potentiometer / Galvanostat after preparing a half cell using each electrode to investigate the electrode activity (mass activity) of the porous electrode according to the present invention prepared as described above (Potentiostat / Galvanostat) ) Was connected to a computer to measure the electrode activity, and RHE (Reference Hydrogen Electrode) was used as a reference electrode.

전극과 전해질이 접촉하는 면적을 1㎤로 하였고, 액간 접촉 전위 제거 및 IR 강화를 최소화하기 위하여 기준 전극의 러깅(Luggin) 모세관을 작업 전극에 가능한 가까이 밀착시켰다.The area where the electrode and the electrolyte contact each other was 1 cm 3, and the rugged capillary of the reference electrode was brought into close contact with the working electrode as close as possible to minimize the inter-liquid contact potential removal and IR enhancement.

그리고, IR 강하의 보정은 포텐셔스태트/갈바노스태트에서 자동 보정하였으며, 전기화학적 측정시 상기 반전지의 운전 온도는 85℃이었고, 전해질은 6N KOH을 사용하였다.In addition, the correction of the IR drop was automatically corrected in the potentiator / galvanostat, the operating temperature of the half cell was 85 ° C. in the electrochemical measurement, and 6N KOH was used as the electrolyte.

전극 활성도 측정 시편으로는, 본 발명의 실시예로 제작된 4종류 극판(Pt 코팅된 니켈 합금, Pd 코팅된 니켈 합금, 코팅부에 요철이 있는 Pt 코팅된 니켈 합금, 코팅부에 요철이 있는 Pd 코팅된 니켈 합금)과, 비교재로서 수소 전극의 촉매로 가장 많이 사용되는 라니(Raney) 니켈로 이루어진 전극을 사용하였다.As the electrode activity measurement specimens, four kinds of electrode plates (Pt coated nickel alloy, Pd coated nickel alloy, Pt coated nickel alloy with irregularities on the coating part, Pd with irregularities on the coating part) were prepared according to the embodiment of the present invention. Coated nickel alloy) and Raney nickel, which is most often used as a catalyst for hydrogen electrodes, was used as a comparative material.

상기 각 시편의 전극 활성도를 측정한 결과를 다음의 표1에 나타내었다.The results of measuring electrode activity of each specimen are shown in Table 1 below.

구 분division 전극의 종류Type of electrode 활성도(mass activity, A/g)Mass activity (A / g) 비교재Comparative material 라니 니켈 촉매Raney Nickel Catalyst 3.263.26 실시예Example 수소저장합금+Pt-Ni 합금 코팅+평탄한 표면Hydrogen Storage Alloy + Pt-Ni Alloy Coating + Flat Surface 3.453.45 수소저장합금+Pd-Pt-Ni 합금 코팅+평탄한 표면Hydrogen Storage Alloy + Pd-Pt-Ni Alloy Coating + Flat Surface 3.593.59 수소저장합금+Pt-Ni 합금 코팅+요철 표면Hydrogen Storage Alloy + Pt-Ni Alloy Coating + Uneven Surface 3.583.58 수소저장합금+Pd-Pt-Ni 합금 코팅+요철 표면Hydrogen Storage Alloy + Pd-Pt-Ni Alloy Coating + Uneven Surface 3.753.75

상기 표 1로부터, 수소 전극 활성도의 경우 비교재인 라니 니켈 촉매로 제작한 전극에 비하여 4종류의 본 발명 실시예 전극은 5.8∼15.0% 높은 활성도를 보이고 있음을 알 수 있다.From Table 1, it can be seen that the four types of electrode according to the present invention showed 5.8 to 15.0% higher activity than the electrode manufactured with Raney nickel catalyst as a comparative material in the case of hydrogen electrode activity.

그리고, 본 발명 실시예 전극들 중 동일한 조성의 전극이면서도 촉매층에 표면 요철이 있는 것이 전극 활성도에 있어서 표면 요철이 없는 것 보다 0.13~0.16A/g 높게 나타났는데, 이는 표면 요철에 의해 촉매층의 표면적이 넓어짐으로써 반응 면적이 확대되었기 때문이다.In addition, the electrode having the same composition and surface irregularities in the catalyst layer of the inventive examples appeared 0.13 to 0.16 A / g higher than the surface irregularities in the electrode activity, which is due to the surface irregularities of the catalyst layer. This is because the reaction area was enlarged by widening.

상기 반전지를 이용한 알칼리형 연료 전지의 전지 성능 외에 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 본 발명의 실시예 전극과 비교재로서 백금분산탄소(Pt/C) 전극을 각각 양극 전극(31)으로 한 단위 전지를 구성하여 전극 활성도를 측정하였으며, 이때 전해질(32)이 개재된 상태에서 상기 양극(31)과 마주한 음극(33)으로는 공히 Ni-Ag 합금 전극을 사용하였다.In addition to the battery performance of the alkaline fuel cell using the half-cell, as shown in FIG. 3, a unit having a platinum dispersed carbon (Pt / C) electrode as the anode electrode 31 as the electrode and the comparative material of the present invention, respectively, as shown in FIG. A battery was constructed to measure electrode activity. At this time, a Ni-Ag alloy electrode was used as the anode 33 facing the cathode 31 while the electrolyte 32 was interposed therebetween.

그리고, 상기 단위전지는, 수소와 산소의 비가 2:1 인 가습 가스를 공급하면서 반응가스의 압력을 5기압으로 하고, 전지 온도 80℃, 수소극 온도 90℃, 산소극 온도 85℃ 인 조건에서 작동되도록 하였으며, 이때 각 단위전지의 성능 시험 결과는 다음의 표 2와 같다.The unit cell is supplied with a humidification gas having a ratio of hydrogen and oxygen of 2: 1, and the pressure of the reaction gas is 5 atm, under conditions of a battery temperature of 80 ° C, a hydrogen electrode temperature of 90 ° C, and an oxygen electrode temperature of 85 ° C. In this case, the performance test results of each unit cell are shown in Table 2 below.

구 분division 전극의 종류Type of electrode 활성도(mass activity, mA/mg-Pt)Mass activity (mA / mg-Pt) 비교재Comparative material 백금분산탄소 전극Platinum dispersed carbon electrode 7070 실시예Example 수소저장합금+Pt-Ni 합금 코팅+평탄한 표면Hydrogen Storage Alloy + Pt-Ni Alloy Coating + Flat Surface 145145 수소저장합금+Pd-Pt-Ni 합금 코팅+평탄한 표면Hydrogen Storage Alloy + Pd-Pt-Ni Alloy Coating + Flat Surface 172172 수소저장합금+Pt-Ni 합금 코팅+요철 표면Hydrogen Storage Alloy + Pt-Ni Alloy Coating + Uneven Surface 167167 수소저장합금+Pd-Pt-Ni 합금 코팅+요철 표면Hydrogen Storage Alloy + Pd-Pt-Ni Alloy Coating + Uneven Surface 213213

상기 표 2로부터 본 발명 실시예 전극들을 사용한 경우가 종래의 Pt/C 전극 보다 활성도가 2~3배 증가한 것을 알 수 있으며, 실시예 전극들 중에서도 촉매층에 요철이 있는 경우가 촉매층에 요철이 없는 경우 보다 22~41mA/mg 높게 나타났다.It can be seen from Table 2 that the use of the inventive electrodes of the present invention increased the activity 2 to 3 times higher than that of the conventional Pt / C electrode, and the unevenness of the catalyst layer is the case of the unevenness of the catalyst layer among the example electrodes. It was higher than 22 ~ 41mA / mg.

상기와 같이, 본 발명의 전극은 수소 활성도가 뛰어난 수소 저장 합금 우수한 니켈 합금과 촉매 특성을 지닌 촉매재가 결합되어 전극의 활성도를 높인데서 기인한 것으로 판단된다. 또한 전극 자체에 수소를 저장하고 있어 전지 가동 중단후 재 가동시 전지의 반응 속도가 빠른 것으로 나타났다.As described above, the electrode of the present invention is believed to be due to the combination of a catalyst material having a catalytic properties with a nickel alloy excellent in hydrogen storage alloy excellent in hydrogen activity to increase the activity of the electrode. In addition, since hydrogen is stored in the electrode itself, the reaction rate of the battery is high when the battery is restarted after being shut down.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 전극은 수소 저장 능력이 우수한 니켈 합금 전극의 표면에 촉매가 결합됨으로써, 전극의 활성도가 향상되고, 전극에 수소를 저장할 수 있기 때문에 작동 즉시 전기를 생산할 수 있는 장점이 있다.As described above, the electrode of the present invention has the advantage that the catalyst is bonded to the surface of the nickel alloy electrode having excellent hydrogen storage ability, thereby improving the activity of the electrode, and can store the hydrogen in the electrode to produce electricity immediately after operation There is this.

Claims (5)

양극과 음극을 포함하여 구성된 알칼리형 연료전지에 있어서, 상기 양극은 Ni계 수소 저장 합금으로 이루어진 전극 쉬트(11)와; 전극 쉬트(11)의 일측 표면에 적층되어 접촉 계면을 통하여 금속결합된 촉매층(12)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 알칼리형 연료전지 전극.An alkaline fuel cell comprising an anode and a cathode, the anode comprising: an electrode sheet (11) made of a Ni-based hydrogen storage alloy; Alkaline fuel cell electrode, characterized in that consisting of a catalyst layer (12) laminated on one surface of the electrode sheet (11) through a contact interface. 제 1항에 있어서, 상기 전극 쉬트(11)는 0.1~60wt% Ti, 0.1~40wt% Zr, 0~60wt% V, 0.1~0.57wt% Ni, 0~56wt% Cr의 조성을 갖는 베이스 합금에 전체 중량비 100wt%가 되도록 0~7.5wt% Co와, 13~17wt% Mn과, 0~3.5wt% Fe과, 0~1.5wt% Sn 및 0.01~0.003wt% B가 첨가된 조성인 것을 특징으로 하는 알칼리형 연료전지 전극.The method of claim 1, wherein the electrode sheet 11 is a total of a base alloy having a composition of 0.1 ~ 60wt% Ti, 0.1 ~ 40wt% Zr, 0 ~ 60wt% V, 0.1 ~ 0.57wt% Ni, 0 ~ 56wt% Cr 0 to 7.5 wt% Co, 13 to 17 wt% Mn, 0 to 3.5 wt% Fe, 0 to 1.5 wt% Sn, and 0.01 to 0.003 wt% B are added so that the weight ratio is 100 wt%. Alkaline fuel cell electrode. 제 1항에 있어서, 상기 촉매층(12)은 35~65wt% Ni과 35~65% Al 및 0~1.5wt% Cr으로 조성되는 Ni-Al 합금과, 3∼20wt%Ni-Pt 합금과, 3∼20wt%Ni-Pd 합금과, 3∼20wt%Ni-Ir 합금 중의 하나인 것을 특징으로 하는 알칼리형 연료전지 전극.The catalyst layer 12 of claim 1, wherein the catalyst layer 12 is made of 35-65 wt% Ni, 35-65% Al, and 0-1.5 wt% Cr, 3-20 wt% Ni-Pt alloy, 3 An alkali fuel cell electrode, which is one of a -20 wt% Ni-Pd alloy and a 3-20 wt% Ni-Ir alloy. 제 1항에 있어서, 상기 촉매층(12)의 표면에는 다수의 돌기가 돌출 형성된것을 특징으로 하는 알칼리형 연료전지 전극.2. The alkaline fuel cell electrode as claimed in claim 1, wherein a plurality of protrusions protrude from the surface of the catalyst layer. 양극과 음극을 포함하여 구성된 알칼리형 연료전지에 있어서, 상기 음극은 3∼20wt%Ni-Ag 합금인 것을 특징으로 하는 알칼리형 연료전지 전극.An alkaline fuel cell comprising an anode and a cathode, wherein the cathode is a 3-20 wt% Ni-Ag alloy.
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