KR20140089056A - Cnt-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극 및 그 제조방법 - Google Patents

Cnt-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 방법에 비하여 간편한 방법에 의하여 제조가능하고, 우수한 내구성을 가지는 전기도금 또는 전해용 양극 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 모재; 및 상기 모재 표면에 코팅층이 형성된 양극으로서 생산성이 우수한 전기도금 또는 전해용 양극 및 그 제조방법이 제공된다.

Description

CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극 및 그 제조방법{ANODE FOR ELECTROPLATING OR ELECTROLYSIS HAVING CNT-TI COMBINED STRUCTURE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 방법에 비하여 간편한 방법에 의하여 제조가능하고, 우수한 내구성을 가지는 전기도금 또는 전해용 양극 및 그 제조방법에 관한 것이다.
전기도금 또는 전해 작업은 양극과 음극 사이에 전압차를 형성하여 전류를 흘려줌으로써, 재료의 산화 또는 환원 반응을 유도하는 작업이다. 즉, 상기 전기도금 또는 전해작업시 양극에서는 산화반응이 일어나며, 음극에서는 환원반응이 일어난다.
그런데, 이들 반응에는 원래 반응대상인 물질만 참여하는 것이 가장 이상적이나, 실제는 양극 등에서는 의도하지 않는 양극 재료의 산화(이온화)로 인한 양극재료의 용출을 피하기가 어렵다. 이러한 용출은 양극재료의 사용수명을 단축시킨다는 문제는 물론이며, 용출된 양극재료가 전해액에 포함됨으로써 도금 또는 전해에 의해 얻어지는 결과물의 순도를 떨어뜨리는 문제를 유발할 수 있다.
따라서, 양극재료의 용출을 방지하는 것은 전기도금 도는 전해 산업에서 중요한 기술로 인식되어 왔다. 양극재료의 용출을 방지하는 종래의 기술로는 재료의 표면에 귀금속을 코팅시키는 기술을 들 수 있다. 상기 귀금속은 이온화 경향이 낮고, 내식성이 높아서 예를 들면 황산 수용액과 같은 전해용액 내에서도 용출되지 않아, 귀금속 재료를 모재에 코팅할 경우 코팅 층 하부의 모재층의 용출도 방지할 수 있다. 이러한 코팅용 귀금속으로는 백금계 원소인 Pt, Ir, Ta 등을 사용하는데, 근래에는 경제성 등을 고려하여 Ir 코팅을 많이 실시한다.
상기 백금계 원소, 그 중에서 Ir을 예를 들어 양극 표면에 코팅하는 방법을 설명하면 다음과 같다. 상기 코팅방법은 우선 표면에 조도가 형성된 양극재 모재를 준비한다. 상기 표면 조도는 코팅층이 형성되기 용이하게 하는 역할을 할 수 있다. 이후, 상기 모재의 표면에 Ir의 산화물(IrO2)를 코팅하는 과정이 후속한다. IrO2는 미세한 입도의 분말을 용제에 현탁시킨 저점도의 휘발성 용액상태로 코팅될 수 있다. IrO2를 코팅한 후에는 상기 코팅층을 경화시키고 모재와의 밀착력을 높이기 위해서 약 600℃에서 소성하는 절차가 후속된다. 이러한 과정을 통하여 도 1에 도시한 바와 같이, 양극재 모재(2)의 표면에는 IrO2 코팅층(1)이 형성되게 된다.
그러나, 상기 과정을 1회 수행함에 따라 모재 위에 형성될 수 있는 코팅층(1)은 코팅용 용액의 저점도의 영향으로 그 두께가 매우 얇으므로 1회분의 두께만으로는 모재를 충분히 보호하기 어렵다. 따라서, 상기의 코팅층 형성과정은 약 40회 정도 실시되는 것이 보통인데, 이러한 반복적인 코팅과정은 생산성을 저하시키고, 비용을 증가시키는 원인이 된다.
또한, 상기 Ir의 산화물(IrO2)은 수많은 미세입자가 모재 표면을 코팅하게 되는데, 상기 미세입자와 미세입자의 사이에는 불가피하게 미세한 공극이 존재하게 된다. 이러한 공극사이로 전해질 용액이 침투하게 되면 결국 전해질과 모재(1)가 접하게 되어 결국 양극재 모재(1)의 용출로 이어지게 된다. 뿐만 아니라, 상기 IrO2 등(2)은 친수성의 성질을 가지고 있는데, 전기도금이나 전해와 같이 수용액을 전해질로 사용하는 환경하에서는 전해질 수용액에 용이하게 젖게 된다는 문제가 있다. 상기 산화물이 전해질 수용액에 젖을 경우에는 결국 전해질 수용액이 내부까지 침투하는 것을 더욱 조장하게 되며, 그 결과 모재(1)와 전해질의 접촉은 더욱 용이하게 될 수 밖에 없다.
이러한 이유로 종래의 방법에 따르면 귀금속으로 코팅하였음에도 모재와 전해질 접촉을 충분히 방지하는 것은 용이하지 않았으며, 그 결과 표면에는 귀금속 코팅층이 존재함에도 불구하고 이면의 모재가 산화되는 현상이 일어난다. 모재가 일단 산화되면 부도체인 산화물이 형성되므로 양극으로서의 기능이 저하되게 되며, 또한 금속에 비하여 부피가 큰 산화물의 특성상 코팅층의 이면이 팽창해 버리는 현상이 발생한다. 이러한 팽창 현상에 의하여 모재의 산화물 층 또는 표면의 코팅층은 모재로부터 박리되어 버리게 되는데, 이러한 박리 현상이 발생하면 표면에 보호층이 상실되므로 모재의 용출은 걷잡을 수 없이 가속화 되고 결국에는 모재는 양극의 기능을 상실하게 된다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일측면에 따르면, 표면에 코팅층이 형성된 양극으로서 생산성이 우수한 전기도금 또는 전해용 양극 및 그 제조방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 또다른 측면에 따르면, 표면에 코팅층이 형성된 양극으로서, 상기 코팅층을 통하여 전해액의 침투가 충분히 방지되는 내구성이 우수한 전기도금 또는 전해용 양극 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 제한되지 않는다. 본 발명의 과제는 본 발명 명세서의 전반적인 내용으로부터 파악될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면, 본 발명의 설명으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 특별한 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극은 모재; 및 상기 모재 표면에 형성된 탄소나노튜브 코팅층을 포함하는 구조를 가질 수 있다.
이때, 상기 모재의 표면 조도는 4~6㎛일 수 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브 코팅층의 두께는 5~20㎛인 것이 바람직하다.
본 발명의 또다른 한가지 측면인 CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극의 제조방법은 모재를 준비하는 단계; 모재 표면에 표면 조도를 부여하는 단계; 모재 표면에 부여된 상기 표면 조도를 균일화 하는 단계; 상기 표면 조도가 균일화된 모재의 표면에 탄소나노튜브를 포함하는 페이스트를 코팅하는 단계; 및 모재의 표면에 코팅된 상기 탄소나노튜브를 포함하는 페이스트를 경화하여 탄소나노튜브 코팅층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 표면 조도를 균일화하는 단계는 방전가공에 의해 이루어지는 것이 유리하다.
또한, 균일화된 상기 표면 조도는 4~6㎛인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 페이스트의 코팅 두께는 5~20㎛인 것이 바람직하다.
또한, 상기 페이스트를 경화하는 단계의 경화온도는 100~120℃인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 전기도금 또는 전해용 양극의 표면 코팅층으로서, 탄소나노튜브(CNT)를 사용한다. 상기 탄소나노튜브는 그 자체로 전해액에 용출되지 않을 뿐만 아니라, 구조적인 특성과 표면특성으로 인하여 전해액이 하부로 침투하는 것을 방지할 수 있어 양극의 수명을 획기적으로 개선시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 탄소나노튜브 코팅층은 수십회 코팅하여야 하는 백금계 귀금속 코팅층과는 달리 간단한 도포 및 경화공정에 의하여 얻어질 수 있으므로, 생산성 면에서도 매우 유리하다.
도 1은 백금계 원소를 코팅한 종래의 전기도금 또는 전해용 양극의 코팅층 단면을 도시한 부분단면도,
도 2는 본 발명의 탄소나노튜브가 코팅된 전기도금 또는 전해용 양극의 코팅층 단면을 도시한 부분 단면도,
도 3은 본 발명의 전기도금 또는 전해용 양극을 제조하는 과정을 도시한 공정 흐름도, 그리고
도 4는 본 발명의 전기도금 또는 전해용 양극의 제조하는 과정에 포함되는 일단계 중 과도하게 큰 첨두를 제거함으로써 표면 조도를 균일하게 제어하는 방법을 개략적으로 도시한 개략도이다.
이하, 본 발명을 설명한다.
본 발명의 발명자들은 종래의 전기도금 또는 전해용 양극이 가지는 문제점을 확인하고 이를 개선하기 위하여 연구하던 중, 도 2에 도시한 바와 같이 탄소나노튜브(3)를 양극재 모재(2)의 표면에 코팅할 경우 탄소나노튜브(3)가 가지는 여러가지 물리적, 화학적 특성으로 인하여 양극의 수명을 크게 개선할 수 있다는 사실을 파악하고 본 발명에 이르게 되었다.
즉, 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube; CNT)는 나노사이즈의 튜브(또는 와이어) 형상물질이므로 모재(2)의 표면에 탄소나노튜브(3)를 코팅할 경우, 상기 탄소나노튜브(3)가 무질서하게 배열된 그물망 구조를 가진 코팅층이 형성되게 된다. 이때, 상기 탄소나노튜브(3)의 나노사이즈로 인하여 상기 그물망 구조는 매우 치밀하게 형성될 수 있으며, 외부 용액의 침투를 효과적으로 방어할 수 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브(3)의 또 한가지 유리한 효과로서는 소수성의 성질을 가진다는 것이다. 즉, 극성용매인 물 등과는 친화력이 낮은 소수성 표면을 가짐으로써 혹시 존재할지도 모르는 탄소나노튜브와 탄소나노튜브 사이의 공극으로 수분을 포함하는 전해액이 침투하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에서는 이와 같이 유리한 특징을 가지는 탄소나노튜브를 코팅층(3)으로 이용함으로써 하층에 존재하는 모재(2)를 전해액으로부터 효과적으로 보호할 수 있다. 본 발명에서 상층과 하층이라 함은 반드시 상하의 위치관계를 의미하는 것이 아니라, 코팅층(3)과 상기 코팅층이 놓여 있는 모재(2) 등과의 관계에서 보다 외곽에 존재하는 코팅층(3)을 상층, 내곽에 존재하는 모재(2)를 하층으로 지정하는 의미로 사용하는데 유의할 필요가 있다.
또한, 본 발명의 탄소나노튜브 코팅층은 위와 같이 전해액의 침투만 방지하는 것이 아니라, 모재와 코팅층을 포함하는 소재가 전기도금 또는 전해용 양극으로서도 그 역할을 훌륭하게 수행할 수 있도록 한다. 즉, 탄소나노튜브는 전기적 전도체로서 전류의 흐름이 필수인 양극에서 단순히 모재 표면을 보호만 하는 것이 아니라, 그 자체가 양극의 구성으로서 양극과 전해질간의 전기적 접촉이 가능하도록 한다.
따라서, 본 발명의 전기도금 또는 전해용 양극은 모재와 모재 표면에 형성된 탄소나노튜브 코팅층을 포함하는 형태를 가질 수 있다. 본 발명에서 사용되는 모재는 양극재로 사용가능한 것이라면 어떠한 것이라도 사용가능하며, 충분한 전도성을 고려하여 금속인 것이 바람직하며, 그중에서도 Ti를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
이때, 본 발명의 한가지 유리한 구현례에 따르면 상기 모재는 표면에 4~6㎛ 범위의 표면 조도(Ra)를 가지는 것이 바람직하다. 즉, 모재의 표면에 형성되는 탄소나노튜브가 모재 표면에 용이하게 정착되어 코팅될 수 있도록 하기 위해서는 모재와 탄소나노튜브의 접촉면적을 증대시키는 것이 유리한데, 이를 위해서는 상기 모재의 표면 조도를 4㎛ 이상으로 제어하는 것이 효과적이다. 표면 조도가 증대될수록 접촉면적은 늘어날 수 있으나, 과도한 표면 조도는 후술하는 바와 같이 위치에 따른 코팅층 두께 편차가 크게 되고 그에 따라 모재의 위치에 따라 코팅층이 조기 소모되어 모재가(특히, 첨두부분이) 상대적으로 짧은 사용시간 경과 후에 표면에 노출되어 버리는 문제가 있을 수가 있으므로 표면 조도의 상한은 6㎛로 제한할 수 있다. 뿐만 아니라, 과도한 조도 발생은 오히려 코팅층의 균일성을 해치는 요인이 되며, 요철의 형상에 따른 코팅층의 유지(step coverage) 가 나빠질 수 있으며, 특히 모재가 Ti 일 경우에는 모재의 경도가 높아 과도한 조도의 발생은 비용과 시간을 더 많이 소요하게 되기 때문에 상기 표면 조도의 상한은 6㎛로 제한하는 것이 유리하다.
또한, 본 발명의 탄소나노 튜브 코팅층은 5~20㎛의 두께를 가질 수 있다. 즉, 모재가 전해액으로부터 충분히 보호될 수 있도록 하기 위해서는 상기 코팅 두께는 5㎛ 이상인 것이 바람직하다. 그러나, 두께가 과다할 경우에는 재료 비용이 상승하며, 더이상의 효과 상승을 기대하기 어려우므로, 상기 코팅 두께의 상한은 20㎛로 정한다. 이때, 본 발명에서 코팅 두께라 함은 모재 표면에 형성된 표면에 형성한 조도의 평균치로부터 측정된 두께(모재의 조도가 위치에 따라 달라질 수 있는데, 그 조도의 평균값을 구하고 그 높이로부터 추가적으로 올라가는 두께를 의미함)를 의미함에 유의할 필요가 있다.
이하에서는, 상술한 본 발명의 전기도금 또는 전해용 양극을 제조하는 보다 바람직한 한가지 구현례에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 한가지 바람직한 제조방법을 도 3을 참고하여 설명하면, 본 발명의 양극을 제조하기 위해서는 우선 양극제조에 적합한 모재(2)를 준비하는 단계가 필요하다. 상기 모재(2)는 상술하였듯이, 전기적으로 양호한 도체일 필요가 있으며, 이러한 이유로 금속인 것이 바람직하며, 그 중에서도 Ti인 것이 보다 바람직하다.
이후, 준비된 상기 모재(2) 표면에 적절한 표면 조도를 형성시키는 단계가 필요하다. 본 발명에서는 상기 표면 조도를 형성시키는 단계를 크게 표면 조도 부여 단계와 표면 조도 균일화 단계로 나누어 설명한다.
즉, 우선 모재의 표면에 표면 조도를 부여하는 단계가 선행된다. 표면 조도 부여 방법은 물리적 방법이든 화학적 방법이든 가리지 않으며, 표면 조도 부여에 적합한 방법이라면 어떠한 방법이라도 사용가능하다. 다만, 시간적인 측면과 경제적인 측면 등을 고려하였을 때는 블라스팅(예를 들면 샌드 블라스팅)과 같은 방법이 유리하게 사용될 수 있다. 블라스팅시 분사 압력이나 투사구의 종류 또는 기타 공정변수를 조절하여 원하는 정도의 표면 조도를 형성시키는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 쉽게 이용할 수 있는 일반적인 사항이기 때문에 본 발명에서 특별히 제한하지 않는다. 상술한 과정에 의해 모재의 표면에는 대략 4~6㎛의 표면 조도가 부여된다.
그런데, 상술한 표면 조도 부여 단계에서는 모재의 표면에 대략 원하는 범위의 표면 조도가 형성되기는 하나 도 4의 윗부분에 도시한 바와 같이 일부 목표 범위를 넘어서 과도하게 큰 첨두가 형성되어 버리는 경우가 발생하기도 한다. 이러한 경우에는 그 위에 후속되는 탄소나노튜브 코팅층을 형성한다 하더라도, 과도하게 큰 첨두가 형성된 부분은 상대적으로 코팅층의 두께가 얇아지게 되는데, 이러한 이유로 사용시간이 충분히 경과하지 못하였음에도 불구하고 첨두 부분이 우선적으로 노출되어 버릴 수 있다. 일부분이라도 모재가 노출되면, 노출된 부분의 모재가 전해액과 반응하게 되며, 그 부분을 통하여 반응구역이 넓어지게 되어 결국은 모재의 사용수명을 단축하는 결과로 이어진다.
따라서, 본 발명의 전기도금 또는 전해용 양극 제조방법에서는 상기 첨두를 제거하는 단계가 중요한 단계 중 하나로 포함될 수 있다. 본 발명에서는 상기 첨두를 방전가공을 이용하여 제거할 수 있다. 도 4의 아래 도면에 방전가공에 의한 첨두 제거 원리를 나타내었다. 즉, 방전가공에 의해 발생하는 아크(6)는 최단경로로 전류흐름을 형성시키는 경향이 있다. 따라서, 주위의 다른 영역에 비하여 높이가 높은 첨두가 형성되어 있고, 뾰족한 형상의 방전 팁(tip)(7)이 상기 첨두 주위에 존재할 경우에는 첨두쪽으로 아크(6)가 형성되게 되며, 아크(6)에 의해 공급되는 높은 에너지로 첨두 부분의 모재가 증발 내지는 제거될 수 있다. 따라서, 상기 표면 조도 부여 과정에 의해 형성된 표면 조도를 본 발명의 일구현례의 바람직한 범위로 제어(표면 조도 균일화)할 수 있다.
이때, 방전가공은 적절한 속도로 방전 팁(7)을 모재 전범위로 스캔(scan) 하는 과정에 의해 이루어질 수 있는데, 상기 방전 팁(7)의 스캔 속도는 방전시의 전압치, 방전 팁(7)과 모재(2) 사이의 거리 등에 의해 정해질 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 과도한 반복 실험 없이 용이하게 실시할 수 있으므로 본 발명에서 특별히 제한하지는 않는다.
특히, 방전가공은 통상 모재(4)의 표면에 표면 조도를 형성시키기 위해서 수행되는 것이 일반적이나, 본 발명에서는 아크(6)의 성질을 이용하여 과다하게 큰 첨두를 제거하는 데 사용한다. 이와 같이 방전가공의 목적과 역할이 상이하므로, 본 발명의 방전가공은 표면 조도부여를 위한 방전가공에 비하여 훨씬 짧은 시간내에 이루어질 수 있다. 본 발명의 한가지 유리한 구현례에서는 300mm × 300mm의 면적을 수분내에 스캔하여 간단히 표면 조도 균일화시킬 수 있어 생산성 측면에서 효과적이다.
이후, 상기 표면 조도 균일화 과정에 의해 얻어진 모재(2)의 표면에 탄소나노튜브(3)를 코팅하는 단계가 포함될 수 있다. 본 발명에서 상기 탄소나노튜브(3)는 페이스트의 형태로 코팅될 수 있다. 페이스트 조성물은 탄소나노튜브가 전체 중량 대비 10~20중량% 이며, 나머지 알코올 용매, 분산제, 유기성 바인더의 혼합물로 이루어질 수 있다. 여기서 알코올 용매는 혼합물을 용해하기 위한 용매로서의 역할을 수행하며, 분산제는 탄소나노튜브의 뭉침을 방지하며, 유기성 바인더는 탄소나노튜브 코팅층이 모재 표면에 강고하게 밀착할 수 있도록 하는 역할을 한다. 상기, 알코올 용매, 분산제, 유기성 바인더의 종류 및 함량은 페이스트 조성물에 속하는 분야에서 통상 이용되는 것이면 충분하므로 본 발명에서 특별히 제한하지는 않는다. 이와 같은 조성을 가지는 페이스트 조성물은 꿀이나 그리스(grease)와 유사한 정도의 점도를 가질 수 있어 모재 표면에 한번에 두껍게 코팅될 수 있다.
탄소나노튜브(3)를 포함하는 상기 페이스트 조성물은 모재의 표면에 코팅될 수 있다. 후술하는 경화과정에 의하더라도 최종 코팅층의 두께가 크게 달라지지는 않으므로 페이스트 조성물이 코팅되는 두께는 최종 코팅층의 목표 두께에 맞추어 결정될 수 있다. 따라서, 본 발명의 한가지 구현례에 따르면 상기 페이스트의 조성물이 모재에 코팅되는 두께는 5~20㎛일 수 있다.
상기 탄소나노튜브를 포함하는 페이스트 조성물을 목표 두께로 코팅하는 방법은 통상 알려진 코팅방법이라면 어떠한 방법이라도 사용가능하며, 본 발명에서 특별히 제한하지는 않는다. 다만, 한가지 바람직한 방법을 제시한다면 실크 스크린법을 사용하거나 모재 표면에 페이스트 조성물을 코팅한 후 닥터 블레이드(5)에 의해 그 두께를 제어하는 방법 등을 들 수 있다(도 3 참조).
본 발명의 탄소나노튜브는 백금계 원소를 코팅하는 경우와는 달리 1~2회의 코팅만으로도 충분한 두께로 코팅될 수 있어 경제적이다.
이후 상술한 과정에 의해 목표하는 두께로 모재 표면에 코팅된 탄소나노튜브를 포함하는 페이스트 조성물을 경화하는 단계가 후속된다. 경화단계는 페이스트 조성물 중 바인더나 용제 등의 첨가물 중 불필요한 부분을 증발(또는 제거)시켜서 실질적으로 탄소나노튜브만 잔류시킬 뿐만 아니라, 탄소나노튜브를 모재 표면에 강하게 밀착시키는 단계이다. 상기와 같은 과정에 의해서 상당량의 용제 또는 바인더가 제거될 수 있으며, 그 결과 탄소나노튜브가 주체로 형성된 탄소나노 튜브 코팅층을 얻을 수 있다.
이를 위해서 본 발명에서는 상기 페이스트 조성물은 100~120℃의 온도 범위에서 경화될 수 있다. 즉, 공업적으로 사용가능한 단시간 내에 페이스트 조성물을 경화시키기 위해서는 상기 경화온도는 100℃ 이상일 수 있다. 또한, 너무 높은 온도에서 경화할 경우에는 휘발 성분 등이 급작스럽게 제거됨에 따라 표면 코팅층에 균열이 생성되는 등의 문제가 있을 수 있어 상기 경화온도의 상한은 120℃로 정하는 것이 바람직하다. 이와 같은 본 발명의 경화온도는 종래의 백금계 원소 코팅시의 경화온도(예를 들면 약 600℃)에 비하여 매우 낮은 수준으로서, 백금계 원소에 비하여 간편한 과정에 의해 코팅층이 모재 표면에 밀착될 수 있어 공정상으로도 유리하다. 특히, 본 발명은 알코올계 용매를 사용하므로 경화 온도가 낮으며, IrO2 를 코팅하던 종래 기술과는 달리 탄소나노튜브(CNT)는 금속이 아니므로 금속의 상(phase)를 형성하기 위한 고온이 필요 없으며 피막만 경화시키면 되기 때문에, 백금계 원소의 경화온도에 비하여 낮은 경화온도를 가질 수 있는 것이다.
상술한 과정에 의해서 모재 표면에 탄소나노튜브가 형성된 본 발명의 전기도금 또는 전해용 양극을 얻을 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 하는 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
Ti를 모재로 하여 하기와 같은 방식으로 CNT-모재 복합구조를 가지는 양극을 제조하였다.
우선, 300mm × 300mm의 면적을 가지는 Ti 모재(두께 약 5mm의 판재, 한가지 구현례에서는 통상 5mm이상, 20mm일 수 있다)를 준비하였으며, 상기 모재의 양면을 샌드 블라스팅하여 표면에 약 6㎛의 표면조도를 형성하였다. 이후, 상기 조도중 6㎛를 초과하는 첨두가 있어 이를 제거하기 위하여 방전가공을 실시하였다. 상기 방전가공은 모재 1면당 2분 정도의 시간에 걸쳐서 실시하였으며, 모재와 방전가공 팁 사이의 거리는 5mm로 설정하였다. 나머지 조건은 통상적인 방전가공의 조건 범위에서 벗어나지 않도록 하여 설정하였다.
상기와 같은 표면 조도 부여 및 조도 균일화 과정을 거친 모재의 표면에 탄소나노튜브 페이스트를 코팅하였다. 상기 페이스트 중 탄소나노튜브는 중량기준으로 10% 포함되어 있었으며, 나머지 90%는 알코올 용매, 분산제, 유기성 바인더로 이루어져 있었다. 페이스트는 모재 표면에 코팅된 후 닥터 블레이드에 의해 불필요한 부분이 제거됨으로써(즉, 1회의 코팅과정만으로도) 원하는 두께를 가질 수 있었다.
이후, 상기 탄소나노튜브를 포함하는 페이스트가 코팅된 모재는 120℃에서 1시간 열처리 됨으로써 페이스트 중 용매, 기타 첨가물이 상당량 제거되었으며, 따라서, 탄소나노튜브가 주성분으로 존재하는 코팅층이 모재의 표면에 형성될 수 있었으며, 형성된 코팅층은 15㎛의 두께를 가지고 있었다.
이러한 과정을 거쳐서 제조된 본 발명의 전기도금 또는 전해용 양극의 수명상의 우수성을 확인하기 위하여 본 발명의 양극과 종래방식에 의해 IrO2를 코팅한 양극에 대하여 가속수명시험을 실시하였다. 가속수명시험은 5%의 황산용액을 전해액으로 하고 120A/dm2 정도의 고전류 전기도금환경에서 실시하였다.
그 결과, IrO2가 코팅된 종래의 양극은 상기 가속수명시험에서 약 4개월 정도의 수명을 나타낸 것에 비하여 본 발명에 의하여 제조된 양극은 6개월 정도의 높은 수명을 나타내게 되었다.
이는, 종래의 백금계 원소를 코팅하였던 전극에 비하여 약 1/100에 불과한 저렴한 소재인 탄소나노튜브(예를 들면 Pt의 경우는 1 온스당 1200$ 수준인 반면 탄소나노튜브는 1 온스당 10$에 불과하다)로도 그 보다 월등한 성능을 가지는 양극을 제조할 수 있음을 의미한다.
따라서, 본 발명의 유리한 효과를 확인할 수 있었다.
1: 백금계 입자(IrO2) 코팅층
2: 모재
3: 탄소나노튜브 (코팅층)
5: 닥터 블레이드
6: 아크
7: 방전 팁

Claims (8)

  1. 모재; 및
    상기 모재 표면에 형성된 탄소나노튜브 코팅층을 포함하는 CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 모재의 표면 조도는 4~6㎛인 CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소나노튜브 코팅층의 두께는 5~20㎛인 CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극.
  4. 모재를 준비하는 단계;
    모재 표면에 표면 조도를 부여하는 단계;
    모재 표면에 부여된 상기 표면 조도를 균일화 하는 단계;
    상기 표면 조도가 균일화된 모재의 표면에 탄소나노튜브를 포함하는 페이스트를 코팅하는 단계; 및
    모재의 표면에 코팅된 상기 탄소나노튜브를 포함하는 페이스트를 경화하여 탄소나노튜브 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 표면 조도를 균일화하는 단계는 방전가공에 의해 이루어지는 CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 균일화된 상기 표면 조도는 4~6㎛인 CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극의 제조방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 페이스트의 코팅 두께는 5~20㎛인 CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극의 제조방법.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 페이스트를 경화하는 단계의 경화온도는 100~120℃인 CNT-모재 복합구조를 가지는 전기도금 또는 전해용 양극의 제조방법.
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