KR20120104102A - 산소 소모 전극의 제조 방법 - Google Patents

산소 소모 전극의 제조 방법 Download PDF

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KR20120104102A
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안드레아스 불란
발터 클레스퍼
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바이엘 머티리얼사이언스 아게
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Abstract

본 발명은 (a) 결합제로서의 하나 이상의 중합체, 및 촉매 활성 성분으로 이루어지는 분말 혼합물의 제조 단계, (b) 분말 혼합물을 전기 전도성 시트형 지지체 요소에 도포하는 단계, 및 (c) 롤러를 사용하여 지지체 요소 상에서 분말 혼합물을 압축 및 압밀하는 단계를 포함하고, 압축 단계 c)에서 사용된 롤러가 탄화텅스텐의 표면 코팅을 포함하고, 이 롤러 표면이 0.5 ㎛ 이하의 조도를 갖는, 산소 소모 전극의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

산소 소모 전극의 제조 방법 {PROCESS FOR PRODUCING OXYGEN-CONSUMING ELECTRODES}
관련 출원에 대한 고찰
본 출원은 2011년 3월 11일에 출원된 독일 특허 출원 번호 10 2011 005 454.5호를 우선권 주장하며, 이 출원은 모든 유용한 목적을 위해 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
본 발명은, 지지체 요소 상에서의 촉매 조성물의 압축을 위한 특정 롤러의 사용에 의해, 특히 클로르알칼리 전기분해에 사용하기 위한 산소 소모 전극의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 추가로 이러한 방법에 의해 제조된 산소 소모 전극의, 클로르알칼리 전기분해 또는 연료 전지 기술에서의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 시트형 기체 확산 전극으로서 구성되고, 일반적으로 전기 전도성 지지체 및 촉매 활성 성분을 함유하는 기체 확산 층을 포함하는, 그 자체로 공지된 산소 소모 전극의 제조 방법으로부터 출발하여 이루어진 것이다.
공업적인 규모의 전기분해 전지에서 산소 소모 전극을 작동시키기 위한 다양한 제안들이 선행기술로부터 이론적으로 알려져 있다. 그 기본 아이디어는 전기분해 (예를 들면, 클로르알칼리 전기분해)의 수소 발포 캐소드(cathode)를 산소 소모 전극 (캐소드)으로 대체하는 것이다. 가능한 전지 디자인 및 해결책에 대한 개론을 문헌 [Moussallem et al "Chlor-Alkali Electrolysis with Oxygen Depolarized Cathodes: History, Present Status and Future Prospects", J. Appl. Electrochem. 38 (2008) 1177-1194]에서 찾아볼 수 있다.
산소 소모 전극 (하기에서는 간략하게 OCE로서 지칭됨)은 공업용 전기분해장치에서 사용 가능하도록 하기 위해서 일련의 요건들을 충족시켜야 한다. 즉, 사용되는 촉매 및 모든 다른 물질들은, 일반적으로 80-90℃의 온도에서 농도가 약 32중량％인 수산화나트륨 용액 및 순수한 산소에 대하여 화학적으로 안정해야 한다. 또한, 고도의 기계적 안정성이 요구되는데, 그 이유는 전극들이 일반적으로 2 ㎡를 초과하는 면적 크기 (공업용 크기)를 갖는 전기분해장치에 장착되어 작동하기 때문이다. 또 다른 특성에는 높은 전기 전도도, 얇은 층 두께, 높은 내부 표면적 및 전기화학적촉매의 높은 전기화학적 활성이 있다. 또한, 기체 공간 및 액체 공간이 서로 분리된 상태를 유지할 수 있도록 하는 불투과성과 같이, 적합한 소수성 및 친수성 기공, 그리고 기체 및 전해액의 전도를 위한 적절한 기공 구조가 필수적이다. 장기 안정성 및 저렴한 제조 비용은 공업적으로 사용 가능한 산소 소모 전극이 충족시켜야 할 또 다른 특정 요건들이다.
산소 소모 전극의 바람직한 제조 방법이 DE3710168A1에 기재되어 있다. 이 방법에서, 촉매와 중합체 성분의 혼합물이 미세한 입자로 분쇄된다. 이어서, 이 분말 혼합물은 압축되어 시트형 구조를 형성하고, 이어서 이 시트형 구조는 압착에 의해 전기 활성 지지체 요소에 도포된다.
시트형 구조를 형성하는 입자의 압축 및 지지체 요소 상의 시트형 구조의 압착은, 예컨대 롤러 프레스(roller press) 또는 캘린더(calender)에 의해 수행된다.
DE 10148599A1에서는 안정한 시트형 구조를 형성하기 위한 촉매 및 중합체의 압축을 위해 하기의 일련의 특정 조건을 지정한다:
분말 혼합물을 위한 롤링 공정 동안 롤러의 간격은 0.2 N/cm 내지 15 N/cm 범위의 롤러의 폐쇄 힘(closure force)으로 일정하게 유지될 수 있고;
롤러의 표면 조도는 0.05 내지 1.5 ㎛일 수 있고;
롤링 공정 동안 롤러의 원주 속도는 0.05 내지 15 m/분일 수 있고;
롤러의 직경은 15 kN/cm 이하의 폐쇄 힘에서 30 cm 이하일 수 있고;
롤러의 간격 설정은 0.005 내지 0.45 mm일 수 있고;
롤러는 냉각될 수 있다.
DE 10148599A1의 교시에 따르면, 30-40 cm의 너비 및 2-3 m의 길이를 갖는 산소 소비 전극이 상기 방법에 의해 제조될 수 있다.
EP 1728896 A2에서는 촉매 및 중합체 성분의 분쇄된 혼합물이 전기 전도성 지지체 요소에 바로 도포되고, 이어서 지지체 요소와 함께 압착되는 또다른 공정을 개시한다.
이러한 경우, 압착 동안의 힘은 0.01 내지 7　kN/cm의 범위로 가능한 작게 유지되어야 한다. EP 1728896 A2에서는 기재된 롤러에 의한 제조 방법이 물질, 표면 조도 및 압착에 사용되는 롤러의 직경에 독립적임을 나타낸다.
롤러에 의한 제조를 제공하는, 상기 언급되고 공지된 방법의 단점은, 압축된 촉매 층이 롤러의 표면에 쉽게 부착한다는 것이다. 그 결과, 롤링 공정은 상대적으로 빈번히 중단되어야 한다. 롤러에는 귀금속 함유 촉매 혼합물이 부착되지 않아야 하고, 결함이 있는 전극은 분류되어야 하며, 분류된 전극의 값비싼 코팅은 복잡한 방식으로 재사용되어야 한다.
상기 결함은, 실험실 시설에서 소규모로 소수의 전극을 제조하는 경우에는 어느 정도 용인될 수 있다. 그러나, 빈번한 중단 및 높은 거부율의 상기 방법은 공업적 규모의 대면적 전극의 제조에는 전적으로 적합하지 않다.
DE 10157521 A1에서는 롤러를 특정 유기 화합물로 처리함으로써 압착 롤러 상에서의 촉매 조성물의 부착을 어느 정도로 방지할 수 있다는 것을 개시한다. 이 문헌에 따르면, 상기 물질로 롤러 표면을 처리하여 너비 40 cm 및 길이 2 m를 갖는 산소 소모 전극을 제조할 수 있다.
그러나, 40 cm를 훨씬 초과하는 너비를 갖는 전극이 공업적 규모의 OCE의 제조에서 요구된다. 통상적인 막 전기분해장치에서, 전형적으로 1 미터 초과, 때때로 2 미터까지의 너비를 갖는 전극이 통상적이다. 또한, 가능하다면, 코팅의 길이는 제조 방법에 의해 제한되지 않아야 한다.
DE 10157521 A1에 기재된 방법은 연속적인 제조 방법을 위해 과도하게 복잡해진 것으로 나타났다. 롤러를 액체로 처리하기 위해 압착 작동을 계속해서 중단해야 하고, 롤러를 유기 액체로 세척하고, 건조시켜야 한다. 주변 공기는 유기 성분의 증발에 의해 오염되고, 오염의 결과로 다시 특별한 추출 및 공기 정화 장치가 요구된다.
본 발명의 목적은, 상대적으로 대면적의 품목 및 다수의 품목을 연속해서 작동시킬 수 있고, 공지된 제조 방법 및 이에 따라 제조된 전극의 상기 기재된 단점 (특히, 비-점착제의 복잡한 사용)이 없는, 특히 클로르알칼리 전기분해에 사용하기 위한 산소 소모 전극의 제조 방법을 발견하는 것이다.
본 발명의 실시양태의 특별한 목적은, 압착 롤러에 대한 물질의 부착으로 인해 공정이 중단되지 않고 작동될 수 있고, 이러한 공정에 의해 1.5 m를 초과하는 너비를 갖는 전극이 연속 공정으로 제조될 수 있는, 촉매 조성물의 압착 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적들은 롤러 프레스에서 수행되는 압축 및 압착에 의해 달성되고, 여기서 압착 롤러는 탄화텅스텐으로 코팅되고, 0.5 ㎛ 이하의 표면 조도를 갖는다.
바람직한 실시양태의 간단한 기재
본 발명의 실시양태는
a) 결합제로서의 하나 이상의 중합체, 및 촉매 활성 성분으로 이루어지는 분말 혼합물의 제조 단계,
b) 분말 혼합물을 전기 전도성 시트형 지지체 요소에 도포하는 단계, 및
c) 롤러를 사용하여 지지체 요소 상에서 분말 혼합물을 압축 및 압밀하는 단계
를 포함하고, 압축 단계 c)에서 사용된 롤러가 탄화텅스텐의 표면 코팅을 포함하고, 이 롤러 표면이 0.5 ㎛ 이하의 조도를 갖는, 산소 소모 전극의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 또다른 실시양태는, 상기에서 하나 이상의 중합체가 플루오르화된 중합체를 포함한다.
본 발명의 또다른 실시양태는, 상기에서 하나 이상의 중합체가 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)을 포함한다.
본 발명의 또다른 실시양태는, 상기에서 롤러 표면이 0.1 내지 0.35 ㎛의 조도를 갖는다.
본 발명의 또다른 실시양태는, 상기에서 분말 혼합물의 압축 단계 c)가 2.5:1 내지 6:1의 압축비로 수행된다.
본 발명의 또다른 실시양태는, 상기에서 분말 혼합물의 압축 단계 c)가 3:1 내지 4:1의 압축비로 수행된다.
본 발명의 또다른 실시양태는, 상기에서 압축 단계 c)가 서로 위에 위치하는 적어도 한 쌍의 롤러를 사용하는 것을 포함한다.
본 발명의 또다른 실시양태는, 상기에서 롤러 둘 다가 모터에 의해 작동되는 것이다.
본 발명의 또다른 실시양태는, 상기에서 압축 단계 c)가, 상부 롤러가 하부 롤러 위에 위치하고, 압축비를 설정하기 위해 상부 롤러가 하부 롤러에 대해 움직일 수 있도록 탑재되는, 상부 롤러 및 하부 롤러를 포함하는 적어도 한 쌍의 롤러를 사용하는 것을 포함한다.
본 발명의 또다른 실시양태는, 상기에서 압축 단계 c) 동안 분말 물질 및 지지체 요소 상에 작용하는 선형 힘이 0.2 내지 2 kN/cm이다.
본 발명의 또다른 실시양태는, 상기에서 촉매 활성 성분이 은, 산화은(I) 또는 산화은(II)의 분말, 또는 은 분말과 산화은 분말의 혼합물을 포함한다.
본 발명의 또다른 실시양태는, 상기에서 분말 혼합물이 산화은(I) 70 내지 95중량％, 은 금속 분말 0-15중량％ 및 플루오르화된 중합체 3-15중량％를 포함한다.
본 발명의 또다른 실시양태는, 상기에서 지지체 요소가 가요성 직물 구조를 포함한다.
본 발명의 또다른 실시양태는, 상기에서 지지체 요소가 금속 실을 포함하는 가요성 직물 구조를 포함하고, 니켈 및/또는 은-코팅 니켈을 더 포함한다.
본 발명의 또다른 실시양태는, 상기에서 롤러 간의 간격이 힘에 의해 0.2 내지 0.8 mm가 되도록 설정된다.
본 발명의 또다른 실시양태는, 상기에서 압축 단계 c) 동안 롤러의 원주 속도가 0.1 내지 20 m/분이다.
본 발명의 또다른 실시양태는, 상기에서 압축 단계 c) 동안 롤러의 원주 속도가 1 내지 15 m/분이다.
본 발명의 또다른 실시양태는 상기 방법에 의해 제조된 전극을 포함하는 금속/공기 배터리 또는 연료 전지이다.
본 발명의 또다른 실시양태는 상기 방법으로부터 수득된 산소 소모 전극이다.
본 발명의 또다른 실시양태는 산소 소모 캐소드로서 상기 방법에 의해 만들어진 산소 소모 전극을 포함하는 전기분해 장치이다.
본원에 사용된 것으로서, 단칭 명사 "에이(a)" 및 "더(the)"는 동의어이고, 단어 및/또는 문맥이 별도로 분명히 나타내지 않는 한, "하나 이상의" 및 "적어도 하나"의 의미로 통용되어 사용된다. 따라서, 예컨대 본원 또는 첨부된 청구항에서 "촉매 활성 성분"에 대한 언급은 하나의 촉매 활성 성분 또는 하나 초과의 촉매 활성 성분을 지칭할 수 있다. 또한, 별도로 특별한 언급이 없으면 모든 수치는 단어 "약"으로 수식되는 것으로 이해된다.
본 발명의 실시양태는
a) 결합제로서의 하나 이상의 중합체 (바람직하게 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)) 및 촉매 활성 성분 (바람직하게 촉매 활성 물질로서의 산화은 및/또는 은을 포함하는 성분)으로 이루어지는 분말 혼합물의 제조 단계,
b) 분말 혼합물을 전기 전도성 시트형 지지체 요소에 도포하는 단계, 및
c) 롤러를 사용하여 지지체 요소 상에서 분말 혼합물을 압축 및 압밀하는 단계
를 포함하고,
압축 단계 c)에서 사용된 압축 롤러가 탄화텅스텐의 표면 코팅을 포함하고, 0.5 ㎛ 이하, 특히 바람직하게 0.1 내지 0.35 ㎛의 롤러 표면 조도를 갖는 것을 특징으로 하는, 산소 소모 전극의 제조 방법을 제공한다.
분말 혼합물은 하나 이상의 촉매 및 결합제를 포함한다. 촉매로서 바람직한 것은 은, 산화은(I) 또는 산화은(II) 또는 이들의 혼합물의 사용이 제공되는 것이다. 결합제에는 중합체, 바람직하게 플루오르화된 중합체, 특히 바람직하게 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)이 있다. 특히, 바람직한 것은 산화은(I) 70 내지 95중량％, 은 금속 분말 0-15중량％ 및 플루오르화된 중합체, 특히 PTFE 3-15중량％를 함유하는 분말 혼합물의 사용이 제공되는 것이다.
지지체 요소는, 특히 메쉬(mesh), 부직물, 발포체, 직물, 브레이드(braid), 니트 직물, 팽창 금속 또는 또다른 투과성 시트형 구조의 형태로 사용될 수 있다. 바람직한 것은 가요성 직물 구조, 특히 금속 실로 만들어진 것의 사용이 제공되는 것이다. 니켈 및 은-코팅 니켈은, 특히 지지체 요소를 위한 물질로서 적합하다.
지지체 요소에 대한 분말 혼합물의 제조 및 도포는 EP1728896A2에 기재된 것과 유사한 방식으로 바람직한 실시양태에서 수행된다.
탄화텅스텐으로 코팅된 롤러는, 놀랍게도 분말 혼합물이 롤러에 부착되지 않은채 지지체가 분말로 잘 코팅되도록 드로우-인(draw-in)한다. 지지체 요소 상에서 분말 조성물의 균일하고 안정한 코팅이 수득된다.
특히, 바람직하게 산소 소모 전극의 제조에 사용되는 것으로서의, 탄화텅스텐으로 코팅된 롤러는 PTFE의 분말 혼합물 및 산화은과 은의 혼합물의 낮은 부착 경향성을 나타낸다. 그러나, 부착력은 롤러 간격으로의 분말 혼합물의 우수한 드로우-인 및 압축된 분말 혼합물의 수송을 보장하기에 충분하다. 또한, 탄화텅스텐의 경도는, 롤러가 임의의 상대적으로 거친 입자, 예컨대 본원의 산화은의 거친 입자에 의해 손상되지 않을 정도로 충분히 높다. 거친 산화은 입자는 롤러의 압력에 의해 더 작은 조각으로 파쇄된다.
전형적으로, 스테인리스강으로 만들어진 롤러의 코팅은, 바람직하게 화염 분무 공정, 특히 바람직하게 플라즈마 분무 공정에서 수행된다. 코팅은, 바람직하게 유도 결합에 의해 경화된다. 바람직하게 이용되는 롤러의 경도는, 바람직하게 70 로크웰(Rockwell) 이상이다.
DIN EN ISO 4287에 따라, 롤러는 Ra < 0.5 ㎛, 바람직하게 Ra < 0.35 ㎛, 특히 바람직하게 Ra = 0.1-0.35 ㎛의 표면 조도를 갖는다. 더 높은 조도는 전극의 성능을 손상시킬 수 있는, 전극 표면의 불균질을 초래한다. 추가적으로, Ra = 0.1 ㎛보다 훨씬 낮은 조도로의 감소는 전극의 품질에서 추가의 이점을 초래하지 않으나, Ra = 0.1 ㎛ 보다 낮은 조도의 경우에는 롤러의 제조 및 분쇄 경비가 지나치게 증가한다.
지지체 요소 상의 촉매 조성물의 압축은, 바람직하게 적어도 한 쌍의 롤러를 통해 단일 경로로 수행된다. 본원에서 탄화텅스텐으로 코팅된 디자인은, 바람직하게 롤러 둘 다에 대해 선택된다. 촉매 층이 전기 전도성 지지체 요소의 오직 한 면에만 존재하는 전극의 경우에는, 이 촉매 층에 대면하고 있는 단지 하나의 롤러만을 탄화텅스텐으로 코팅하는 것이 충분할 수 있다.
바람직한 방법에서, 롤러 둘 다가 동일한 회전 속도로 능동적으로 작동한다. 그러나, 롤러 중 단 하나만이 작동하고, 제2 롤러가 그 자체의 작동없이 실행되는 방식 역시 가능하다.
그러나, 또한 분말 물질의 압축 단계 c)는, 기본적으로, 본질적으로 평평한 기재 상에 작용하는 단지 하나의 롤러만을 사용하고, 상기 기재 또는 롤러 중 하나가 움직이도록 하여 수행될 수 있다.
상대적으로 다수의 전극의 제조에는 연속 공정의 이용이 바람직하다.
바람직하게, 상기 방법은 캘린더에 의한 연속적인 코팅 및 압착을 포함할 것이다. 특히, 지지체 요소가 연속적으로 공급되고 (예컨대, 롤로부터), 이어서 지지체 요소가 연속적으로 코팅 장치로 빨려 들어가고, 이어서 전극 분말 혼합물과 함께 압착되는 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
이어서, 전극은 크기에 맞게 절단될 수 있거나, 그렇지 않으면 추후의 절단을 위해 권취될 수 있다. 본원에 기재된, 전도성 지지체의 바람직한 직접적인 코팅에 대한 기재는 없지만, 시트형 구조를 연속해서 제조하는 상기 방법이 문헌 DE10130441B4에 기본적으로 요약되어 있다.
품목의 개수가 더 작은 경우, 다수의 전극이 코팅 및 압착되는, 적어도 반연속 방법이 시도될 것이다.
조립 상태에서 롤러 조도의 정확성은, 바람직하게 ±0.001　mm 이하의 편차를 갖는다.
압축 단계 c) 동안 분말 물질 및 지지체 요소에 작용하는 선형 힘은, 바람직하게 0.2 내지 2 kN/cm이다.
롤러의 간격은, 바람직하게 힘에 의해 0.2 내지 0.8 mm가 되도록 설정된다.
압축 단계 c) 동안 롤러의 속도 (= 롤러의 원주 속도)는, 바람직하게 0.1-20 m/분, 특히 바람직하게 1-15 m/분이다.
2 m 이하 및 이를 초과하는 롤러의 너비가 가능하다. 롤러는, 바람직하게 가열/냉각 회로와 연결될 수 있도록 디자인된다. 이것은, 예컨대 분말 혼합물에 대한 온도의 영향력이 제한되도록 한다. 바람직하게, 압축은, 예컨대 PTFE/은/산화은 혼합물이 대부분 쉽게 가공될 수 있는, 80℃ 이하, 바람직하게 55℃ 이하, 특히 바람직하게 30℃ 이하의 롤러의 온도에서 수행된다.
촉매 조성물은 2.5:1 내지 6:1, 바람직하게 3:1 내지 4:1의 압축비로 압축된다. 3:1의 비율인 경우, 이것은 지지체 요소에 도포되는 촉매 활성 성분과 중합체 결합제의 혼합물이 층의 본래 높이의 3분의 1로 압축되는 것을 의미한다.
신규한 방법에 의해 제조된 산소 소모 전극은, 특히 알칼리 금속 클로라이드, 바람직하게 나트륨클로라이드 또는 칼륨클로라이드, 특히 바람직하게 나트륨클로라이드의 전기분해를 위한 전기분해 전지에서, 바람직하게 캐소드로서 연결된다.
별법으로, 신규한 방법에 의해 제조된 산소 소모 전극은, 바람직하게 연료 전지에서 캐소드로서 연결될 수 있다.
따라서, 본 발명의 또다른 실시양태는, 알칼리 매질, 특히 알칼리 연료 전지에서의 산소의 환원을 위한, 신규한 방법에 의해 제조된 산소 소모 전극의 용도, 상수의 물 처리에서의 용도 (예컨대, 치아염소산나트륨 제조를 위해) 또는 클로르알칼리 전기분해에서의 용도 (특히, LiCl, KCl 또는 NaCl의 전기분해를 위해)를 추가로 제공한다.
신규한 방법에 의해 제조된 신규한 산소 소모 전극은, 특히 바람직하게 클로르알칼리 전기분해, 및 본원에서는, 특히 나트륨클로라이드 (NaCl)의 전기분해에서 사용된다.
본 발명의 실시양태는 하기 실시예에 의해 예시되며, 본 발명을 제한하지는 않는다.
실시예
실시예 1
PTFE 분말 7중량％, 산화은(I) 88중량％ 및 페로(Ferro) 사의 은 분말 유형 331 5중량％로 이루어진 분말 혼합물 3.5 kg을, 혼합 부품으로서 별모양의 임펠러(impeller)를 갖춘 이리히(Eirich) 사의 혼합기 (모델 R02)에서 6000 rpm의 회전 속도로, 분말 혼합물의 온도가 55℃를 초과하지 않도록 혼합하였다. 이것을 중단되는 혼합 작동에 의해 달성하였고, 냉각실에서 혼합물을 냉각시켰다. 혼합을 총 3회 수행하였다. 혼합 후, 분말 혼합물을 1.0 mm의 메쉬 오프닝(mesh opening)을 갖는 미세한 씨브(sieve)를 통해 체질하였다.
이어서, 체질된 분말 혼합물을 0.25 mm의 와이어 두께 및 0.5 mm의 메쉬 오프닝을 갖는 은-도금 니켈 와이어의 메쉬(mesh)에 도포하였다. 면적은 25 x 30 cm이었다. 1 mm의 메쉬 오프닝을 갖는 씨브에 의해 적용된 분말과 함께, 2 mm 두께의 템플릿을 사용하여 도포를 수행하였다. 템플릿의 상기 두께를 초과하여 돌출된 잉여량의 분말을 스크레이퍼(scraper)로 제거하였다.
템플릿을 제거한 후, 분말 혼합물로 도포된 지지체를 13 cm의 직경을 갖는, 2개의 매끄러운 크롬-도금 롤러로 이루어진 롤러 프레스로 도입하였다. 공급 속도는 140 cm/분이었고, 압착력은 0.45 kN/cm이었다. 압착 후, 전극의 두께는 0.5 mm이었다.
상부 롤러에서는 촉매 조성물의 부착이 나타났고, 심지어 이것은 하부 롤러의 일부분에서도 일어났다. 전극은 일부분, 특히 상부 (코팅) 면에서 충분히 코팅되지 않는 단점이 있었다. 전극은 전기분해에 사용할 수 없었다.
실시예 2
와이어 메쉬를 실시예 1에서와 같이 동일 분말 혼합물로 처리하였다.
분말 혼합물로 도포된 지지체를 13 cm의 직경을 갖는 2개의 강철 롤러로 이루어진 롤러 프레스로 도입하였다. 롤러를 화염 분무 공정에서 탄화텅스텐으로 코팅하였고, Ra = 0.25 ㎛의 표면 조도 (DIN EN ISO 4287에 따라 측정됨)로 분쇄하였다. 롤러에 대한 공급 속도는 140 cm/분이었고, 압착력은 0.45 kN/cm이었고, 전극을 0.52 mm의 두께로 압축하였다.
상부 롤러 및 하부 롤러 둘 다 촉매 조성물의 부착을 나타내지 않았다. 전극은 결점이 없었고, 바로 사용할 수 있었다.
당업자들은, 광범위한 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위에서, 상기 기재된 실시양태에 변화가 이루어질 수 있다는 것을 알 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시양태에 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구항에 의해 정의된 본 발명의 취지 및 범주 내의 변형을 포함시키고자 하는 것으로 이해된다.

Claims (20)

  1. a) 결합제로서의 하나 이상의 중합체, 및 촉매 활성 성분으로 이루어지는 분말 혼합물의 제조 단계,
    b) 분말 혼합물을 전기 전도성 시트형 지지체 요소에 도포하는 단계, 및
    c) 롤러를 사용하여 지지체 요소 상에서 분말 혼합물을 압축 및 압밀하는 단계
    를 포함하고, 압축 단계 c)에서 사용된 롤러가 탄화텅스텐의 표면 코팅을 포함하고, 이 롤러 표면이 0.5 ㎛ 이하의 조도를 갖는, 산소 소모 전극의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 중합체가 플루오르화된 중합체를 포함하는 것인 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 하나 이상의 중합체가 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)을 포함하는 것인 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 롤러 표면이 0.1 내지 0.35 ㎛의 조도를 갖는 것인 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 분말 혼합물의 압축 단계 c)가 2.5:1 내지 6:1의 압축비로 수행되는 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 분말 혼합물의 압축 단계 c)가 3:1 내지 4:1의 압축비로 수행되는 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 압축 단계 c)가 서로 위에 위치하는 적어도 한 쌍의 롤러를 사용하는 것을 포함하는 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 롤러 둘 다가 모터에 의해 작동되는 것인 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 압축 단계 c)가, 상부 롤러가 하부 롤러 위에 위치하고, 압축비를 설정하기 위해 상부 롤러가 하부 롤러에 대해 움직일 수 있도록 탑재되는, 상부 롤러 및 하부 롤러를 포함하는 적어도 한 쌍의 롤러를 사용하는 것을 포함하는 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 압축 단계 c) 동안 분말 물질 및 지지체 요소 상에 작용하는 선형 힘이 0.2 내지 2 kN/cm인 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서, 촉매 활성 성분이 은, 산화은(I) 또는 산화은(II)의 분말, 또는 은 분말과 산화은 분말의 혼합물을 포함하는 것인 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서, 분말 혼합물이 산화은(I) 70 내지 95중량％, 은 금속 분말 0-15중량％ 및 플루오르화된 중합체 3-15중량％를 포함하는 것인 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서, 지지체 요소가 가요성 직물 구조를 포함하는 것인 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서, 지지체 요소가 금속 실을 포함하는 가요성 직물 구조를 포함하고, 니켈 및/또는 은-코팅 니켈을 더 포함하는 것인 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서, 롤러 간의 간격이 힘에 의해 0.2 내지 0.8 mm가 되도록 설정되는 것인 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서, 압축 단계 c) 동안 롤러의 원주 속도가 0.1 내지 20 m/분인 제조 방법.
  17. 제1항에 있어서, 압축 단계 c) 동안 롤러의 원주 속도가 1 내지 15 m/분인 제조 방법.
  18. 제1항에 따른 방법에 의해 제조된 전극을 포함하는 금속/공기 배터리 또는 연료 전지.
  19. 제1항에 따른 방법으로부터 수득된 산소 소모 전극.
  20. 산소 소모 캐소드(cathode)로서 제1항에 따른 방법에 의해 만들어진 산소 소모 전극을 포함하는 전기분해 장치.
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