KR20200084261A - Electrode for electrolysis and preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an electrolytic electrode which comprises: a metal substrate; and an active layer formed on the metal substrate, wherein the metal substrate is a structure having a three-dimensional porous grid shape, and the active layer comprises a platinum group metal and a lanthanum group metal.

Description

전해용 전극 및 이의 제조방법{ELECTRODE FOR ELECTROLYSIS AND PREPARATION METHOD THEREOF}Electrolytic electrode and manufacturing method therefor{ELECTRODE FOR ELECTROLYSIS AND PREPARATION METHOD THEREOF}

본 발명은 과전압이 개선된 전해용 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an electrode for electrolysis with improved overvoltage and a method for manufacturing the same.

클로르-알칼리 공정(Chlor-alkali process)는 염수의 전기분해로 염소(Cl2) 및 가성소다(NaOH)를 제조하는 공정으로서, 석유화학 분야에서 기초 소재로 널리 사용되는 두 가지 물질을 대량 생산할 수 있는 산업적으로 유용한 공정이다.The chlor-alkali process is a process for producing chlorine (Cl 2 ) and caustic soda (NaOH) by electrolysis of brine, which can mass-produce two materials widely used as basic materials in the petrochemical field. Is an industrially useful process.

클로르-알칼리 공정은 전해 촉매를 포함하는 전해용 전극을 구비하는 클로르-알칼리 막 또는 다이아프램(diaphragm) 전해 셀에서 이루어진다. 클로르-알칼리 공정에서는 이론적으로 필요한 전압 외에 셀 내의 각종 고유 저항을 극복하기 위하여 과전압이 적용되어야 한다. 이러한 과전압이 감소하면 셀 작용과 관련된 에너지 비용이 상당히 절약되므로, 과전압 요구량을 최소화하는 방법을 개발하는 것이 바람직하다.The chlor-alkali process is performed in a chlor-alkali membrane or diaphragm electrolysis cell having an electrolytic electrode comprising an electrolytic catalyst. In the chlor-alkali process, overvoltage must be applied to overcome various intrinsic resistances in the cell in addition to the theoretically necessary voltage. Since reducing the overvoltage significantly reduces the energy costs associated with cell operation, it is desirable to develop a method to minimize the overvoltage requirement.

전해 셀의 과전압 요구량을 감소시키는 방법 중 하나로서 전극의 과전압을 감소시키는 방안이 다수 제안되어 왔다. 일례로, 양극(anode)으로는 DSA(Dimensionallly Stable Anode)라 불리는 전극이 개발되어 사용되고 있으며, 음극의 경우, 종래 사용되던 연강이나 니켈 또는 스테인리스 스틸이 300 ~ 400 mV의 과전압을 가지고 있어, 이의 표면에 합금을 형성하거나, 산화 루테늄 등으로 피복하여 표면을 활성화함으로써 과전압을 감소시키는 방법이 제안되는 등 다양한 소재가 개발되고 있다.As one of the methods for reducing the overvoltage requirement of the electrolytic cell, a number of methods for reducing the overvoltage of the electrode have been proposed. For example, an electrode called DSA (Dimensionallly Stable Anode) has been developed and used as an anode, and in the case of a cathode, mild steel, nickel, or stainless steel, which is conventionally used, has an overvoltage of 300 to 400 mV. Various materials have been developed, such as a method of reducing an overvoltage by forming an alloy on the surface or covering the surface with ruthenium oxide to activate the surface.

하지만, 현재 개발되고 있는 전극은 여전히 높은 과전압을 나타내므로, 전해 전압을 감소시키기 위해서는 전극의 과전압을 더욱 감소시키는 것이 필수이며, 전기 분해 공정이 지속되면 도금이 열화되고, 활성 물질 코팅이 탈락되어 과전압이 상승될 수 있다.However, since the electrode currently being developed still exhibits a high overvoltage, it is essential to further reduce the overvoltage of the electrode in order to reduce the electrolytic voltage, and if the electrolysis process continues, the plating deteriorates, and the active material coating falls off, resulting in overvoltage. Can be elevated.

따라서, 전극의 활성 및 내구성을 높여 전기분해의 효율을 높일 수 있는 전극의 개발이 요구되는 실정이다.Therefore, there is a need to develop an electrode capable of increasing the activity and durability of the electrode to increase the efficiency of electrolysis.

본 발명의 목적은 과전압이 낮아 전해 셀의 과전압 요구량을 감소시킬 수 있는 전해용 전극을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide an electrode for electrolysis that can reduce the overvoltage demand of the electrolysis cell due to low overvoltage.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 전해용 전극의 제조방법을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the electrode for electrolysis.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, The present invention to solve the above problems,

금속 기판; 및 상기 금속 기판상에 형성된 활성층;을 포함하는 전해용 전극으로서,Metal substrates; And an active layer formed on the metal substrate.

상기 금속 기판은, 3차원 다공체 격자 형상을 가지는 구조체이며, The metal substrate is a structure having a three-dimensional porous lattice shape,

상기 활성층은 백금족 금속 및 란탄족 금속을 포함하는, 전해용 전극을 제공한다.The active layer provides an electrode for electrolysis, comprising a platinum group metal and a lanthanide metal.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 3차원 다공체 격자 형상을 가지는 구조체는, In one embodiment of the invention, the structure having the three-dimensional porous lattice shape,

제 1 방향을 따라 각각 길게 연장된 복수 개의 채널; 및A plurality of channels each elongated along the first direction; And

제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따라 인접하는 2개의 채널들의 측벽을 연결하도록 마련되고, 제 1 방향을 따라 소정 간격으로 이격된 복수 개의 리블렛 요소; A plurality of riblet elements provided to connect side walls of two adjacent channels along a second direction orthogonal to the first direction, and spaced apart at predetermined intervals along the first direction;

상기 리블렛 요소들 중 인접한 2개의 리블렛 요소 사이에 위치하는 개구부;An opening positioned between two adjacent riblet elements of the riblet elements;

를 포함할 수 있다.It may include.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 백금족 금속은, 루테늄, 백금, 로듐, 이리듐, 오스뮴 및 팔라듐으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 상세하게는, 루테늄이거나, 또는 루테늄 및 백금일 수 있다. 즉, 활성층은, 백금족 금속으로서, 루테늄 하나의 금속을 포함할 수 있고, 또는 루테늄 및 백금 두 금속을 모두 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the platinum group metal may be at least one selected from the group consisting of ruthenium, platinum, rhodium, iridium, osmium, and palladium, and in detail, may be ruthenium, or ruthenium and platinum. . That is, the active layer, as a platinum group metal, may include one metal of ruthenium, or both metals of ruthenium and platinum.

본 발명의 일 구현예에서, 란탄족 금속은, 세륨 및 이트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the lanthanide metal may be one or more selected from the group consisting of cerium and yttrium.

이때, 상기 활성층은 상기 백금족 금속 및 란탄족 금속을 산화물 형태로 포함할 수 있다.In this case, the active layer may include the platinum group metal and the lanthanide metal in an oxide form.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 상기 백금족 금속 및 란탄족 금속은 30:1 내지 2:1의 몰 비율로 포함될 수 있다. 여기서, 각각의 금속이 2종 이상인 경우, 각 금속의 총 몰 수를 기준으로 계산한다.In one embodiment of the present invention, the platinum group metal and the lanthanide metal may be included in a molar ratio of 30:1 to 2:1. Here, when each metal is two or more, it is calculated based on the total number of moles of each metal.

또한, 본 발명은 전해용 전극을 제조하는 방법으로서, In addition, the present invention is a method for manufacturing an electrode for electrolysis,

(a) 금속 박판을 3차원 다공체 격자 형상을 가지는 구조체로 제조하여 금속 기판을 얻는 과정;(A) a process for obtaining a metal substrate by manufacturing a thin metal plate as a structure having a three-dimensional porous lattice shape;

(b) 백금족 금속 전구체, 란탄족 금속 전구체, 용매를 포함하는 활성층용 코팅액을 제조하는 단계;(b) preparing a coating solution for an active layer comprising a platinum group metal precursor, a lanthanide metal precursor, and a solvent;

(c) 상기 활성층용 코팅액을 금속 기판 상에 도포하여 활성층을 형성하는 단계; 및(c) forming an active layer by applying the coating liquid for the active layer on a metal substrate; And

(d) 상기 활성층을 건조 및 열처리하는 단계; (d) drying and heat-treating the active layer;

를 포함하는, 전해용 전극의 제조 방법을 제공한다.It provides a method for producing an electrode for electrolysis comprising.

본 발명의 일 구현예에서, In one embodiment of the invention,

상기 과정(a)는,The process (a),

(a-1) 금속 박판에 에칭 또는 펀칭을 이용하여 2차원 패턴의 개구부를 형성시키는 과정;(a-1) a process of forming an opening of a two-dimensional pattern by etching or punching on a thin metal plate;

(a-2) 직선형의 성형된 유로를 가지는 금형을 제작하는 과정; 및(a-2) a process of manufacturing a mold having a straight molded flow path; And

(a-3) 상기 금형을 이용하여 2차원 패턴이 형성된 금속 박판 상에 스탬핑 작업을 수행하는 과정;(a-3) a process of performing a stamping operation on a metal thin plate on which a two-dimensional pattern is formed using the mold;

을 포함할 수 있다.It may include.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 과정(b)는, 황산 수용액에 금속 기판을 침지시켜 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the process (b) may be performed by immersing the metal substrate in an aqueous sulfuric acid solution.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 백금족 금속 전구체는, 염화루테늄 수화물(RuCl3ㆍ nH2O), 염화백금산 수화물(H2PtCl6ㆍnH2O), 염화백금(PtCl4), 테트라아민백금(Ⅱ) 클로라이드 수화물(Pt(NH3)4Cl2ㆍH2O), 염화로듐(RhCl3), 질산로듐 수화물(Rh(NO3)3ㆍnH2O), 염화이리듐 수화물(IrCl3ㆍnH2O), 질산팔라듐(Pd(NO3)2)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 상세하게는, 염화루테늄 수화물(RuCl3ㆍ nH2O), 또는, 염화루테늄 수화물(RuCl3ㆍ nH2O) 및 테트라아민플래티늄(Ⅱ) 클로라이드 수화물(Pt(NH3)4Cl2ㆍH2O)일 수 있다.In one embodiment of the invention, the platinum group metal precursor, ruthenium chloride hydrate (RuCl 3 · nH 2 O), chloroplatinic acid hydrate (H 2 PtCl 6 · nH 2 O), platinum chloride (PtCl 4 ), tetraamine platinum (II) Chloride hydrate (Pt(NH 3 ) 4 Cl 2 ㆍH 2 O), rhodium chloride (RhCl 3 ), rhodium nitrate hydrate (Rh(NO 3 ) 3 ㆍnH 2 O), iridium chloride hydrate (IrCl 3 ㆍ nH 2 O), palladium nitrate (Pd(NO 3 ) 2 ) It may be at least one selected from the group consisting of, in detail, ruthenium chloride hydrate (RuCl 3 · nH 2 O), or, ruthenium chloride hydrate (RuCl 3 ㆍ nH 2 O) and tetraamine platinum(II) chloride hydrate (Pt(NH 3 ) 4 Cl 2 ㆍH 2 O).

본 발명의 일 구현예에서, 상기 란탄족 금속 전구체는 질산세륨(Ⅲ)(Ce(NO3)3), 탄산세륨(Ⅲ)(Ce2(CO3)3), 염화세륨(Ⅲ)(CeCl3), 산화이트륨(Y2O3) 및 탄산이트륨(Y2(CO3)3)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the lanthanide metal precursor is cerium(III) nitrate (Ce(NO 3 ) 3 ), cerium(III) carbonate (Ce 2 (CO 3 ) 3 ), cerium(III) chloride (CeCl) 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and yttrium carbonate (Y 2 (CO 3 ) 3 ).

이때, 상기 백금족 금속 전구체 및 란탄족 금속 전구체는 각 전구체에 포함되는 금속의 몰수가 30:1 내지 2:1 비율이 되도록 포함될 수 있다.In this case, the platinum group metal precursor and the lanthanide metal precursor may be included so that the number of moles of the metal contained in each precursor is in a ratio of 30:1 to 2:1.

상기 각각의 전구체 종류에서 2종의 금속 전구체를 포함하는 경우, 총 몰 수를 기준으로 계산한다.When two types of metal precursors are included in each of the precursor types, the total number of moles is calculated.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 용매는 C1 내지 C6의 알코올, C4 내지 C8의 글리콜 에테르, 또는 이들의 혼합 용매일 수 있고, 이때, 혼합비는, 부피비로 10: 1 내지 1:2일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the solvent may be a C1 to C6 alcohol, a C4 to C8 glycol ether, or a mixed solvent thereof, wherein the mixing ratio may be 10: 1 to 1:2 by volume ratio. .

상기 활성층용 코팅액의 농도는 50 내지 150 g/L일 수 있고, The concentration of the coating solution for the active layer may be 50 to 150 g/L,

상기 건조 온도는, 70 내지 200 ℃범위, 상기 열처리 온도는 300 내지 600 ℃ 범위일 수 있다.The drying temperature may range from 70 to 200°C, and the heat treatment temperature may range from 300 to 600°C.

본 발명의 전해용 전극은, 전극의 형상을 3차원적으로 가공하여 3차원 다공체 격자 형상을 가지게 함으로써, 액상 반응물 및 생성되는 기체의 유동을 용이하게 하므로, 전기 분해 과정에서의 음극의 과전압을 낮추는 바, 우수한 과전압 개선 효과를 나타낼 수 있다.Electrolytic electrode of the present invention, by processing the shape of the electrode in three dimensions to have a three-dimensional porous lattice shape, thereby facilitating the flow of liquid reactants and generated gases, thereby lowering the overvoltage of the cathode in the electrolysis process Bar, it can exhibit an excellent overvoltage improvement effect.

또한, 본 발명의 전해용 전극의 제조방법에 따르면 추가 물질들의 도입 없이도 상기 효과를 가지는 전해용 전극을 제조할 수 있다.Further, according to the method of manufacturing an electrode for electrolysis of the present invention, an electrode for electrolysis having the above-described effect can be manufactured without introducing additional materials.

도 1은 본 발명에 따른 금속 기판의 평면도이다;
도 2는 본 발명에 따른 금속 기판의 사시도이다;
도 3 내지 4는 본 발명에 따른 금속 기판의 제조방법을 설명하기 위한 평면도들이다'
도 5는 본 발명에 따른 금속 기판의 사진이다;
도 6은 실험예 1에 따른 셀 전압 그래프이다;
도 7은 실험예 2에 따른 셀 전압 그래프이다.
1 is a plan view of a metal substrate according to the present invention;
2 is a perspective view of a metal substrate according to the present invention;
3 to 4 are plan views for explaining a method of manufacturing a metal substrate according to the present invention.
5 is a photograph of a metal substrate according to the present invention;
6 is a cell voltage graph according to Experimental Example 1;
7 is a cell voltage graph according to Experimental Example 2.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this specification are only used to describe exemplary embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "include", "have" or "have" are intended to indicate that an implemented feature, step, component, or combination thereof exists, one or more other features or steps, It should be understood that the existence or addition possibilities of the components, or combinations thereof, are not excluded in advance.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention can be applied to various changes and may have various forms, and specific embodiments will be illustrated and described in detail below. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosure form, and it should be understood that all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention are included.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 금속 기판; 및 상기 금속 기판상에 형성된 활성층;을 포함하는 전해용 전극으로서,The present invention is a metal substrate; And an active layer formed on the metal substrate.

상기 금속 기판은, 3차원 다공체 격자 형상을 가지는 구조체이며, The metal substrate is a structure having a three-dimensional porous lattice shape,

상기 활성층은 백금족 금속 및 란탄족 금속을 포함하는, 전해용 전극을 제공한다.The active layer provides an electrode for electrolysis, comprising a platinum group metal and a lanthanide metal.

본 발명의 전해용 전극은 금속 기판으로 3차원 다공체 격자 형상을 가지는 구조체를 사용함으로써, 전극에서의 액상 반응물의 공급 및 액상 전기 분해시 생성되는 기체의 방출이 용이하여 전기 분해 과정에서의 음극의 과전압을 낮출 수 있다. The electrode for electrolysis of the present invention uses a structure having a three-dimensional porous lattice shape as a metal substrate, so it is easy to supply liquid reactants at the electrode and to release gas generated during liquid electrolysis, so that the overvoltage of the cathode in the electrolysis process Can lower it.

한편, 상기 금속 기판의 재질은, 전기 전도성을 갖는 금속 기재로서 본 발명의 기술분야에서 통상 사용되는 것이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 니켈, 니켈 합금, 스테인리스 강, 구리, 코발트, 철, 강철, 또는 이들의 합금이 가능하며, 전기 전도성 및 내구성 측면에서 니켈 또는 니켈 합금이 바람직하다. On the other hand, the material of the metal substrate, a metal substrate having electrical conductivity, which is commonly used in the technical field of the present invention can be used without limitation. For example, nickel, nickel alloys, stainless steel, copper, cobalt, iron, steel, or alloys thereof are possible, and nickel or nickel alloys are preferred in terms of electrical conductivity and durability.

상기 금속 기판의 형상은, 3차원 다공체 격자 형상을 가지는 것이라면 한정되지 아니하고, 음극이 구동되는 조건에 맞게 형상 조절이 가능하다. 즉, 다공체로서, 다수의 개구부를 가지는 형상이라면 한정되지 아니한다.The shape of the metal substrate is not limited as long as it has a three-dimensional porous lattice shape, and the shape can be adjusted according to the conditions under which the cathode is driven. That is, as a porous body, if it is a shape having a plurality of openings, it is not limited.

이러한 구조들 중, 예를 들어, 상기 3차원 다공체 격자 형상을 가지는 구조체는, Among these structures, for example, a structure having the three-dimensional porous grid shape,

제 1 방향을 따라 각각 길게 연장된 복수 개의 채널; 및A plurality of channels each elongated along the first direction; And

제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따라 인접하는 2개의 채널들의 측벽을 연결하도록 마련되고, 제 1 방향을 따라 소정 간격으로 이격된 복수 개의 리블렛 요소; A plurality of riblet elements provided to connect side walls of two adjacent channels along a second direction orthogonal to the first direction, and spaced apart at predetermined intervals along the first direction;

상기 리블렛 요소들 중 인접한 2개의 리블렛 요소 사이에 위치하는 개구부;An opening positioned between two adjacent riblet elements of the riblet elements;

를 포함할 수 있다. It may include.

여기서, 상기 리블렛 요소 및 개구부들은 평행사변형 형상을 가질 수 있고, 즉, 길이가 긴 한 쌍의 대변이 제 1 방향 및 제 2 방향에 대하여 각각 경사지도록 마련될 수 있다.Here, the riblet element and the openings may have a parallelogram shape, that is, a pair of long sides may be provided to be inclined with respect to the first direction and the second direction, respectively.

좀 더 상기 구조에 대해서 명확히 설명하기 위해 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명한다.In order to more clearly describe the above structure, it will be described with reference to FIGS. 1 to 2.

도 1에는 본 발명의 일 구현예에 따른 금속 기판의 평면도가 도시되어 있고, 도 2에는 상기 금속 기판의 사시도가 도시되어 있다.1 is a plan view of a metal substrate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of the metal substrate.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 금속 기판(100)은 제 1 방향(x축 방향 또는 길이방향)을 따라 각각 길게 연장된 복수 개의 채널(110) 및 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향(y축 방향 또는 폭 방향)을 따라 인접하는 2개의 채널(110)들의 측벽(112)을 연결하도록 마련된 복수 개의 리블렛 요소(120)를 포함한다. 상기 채널(110)은 리블렛 요소(120) 측으로 개방된 구조를 갖는다. 상기 채널(110)은 바닥부와 측벽을 포함하며, 바닥부와 각각의 측벽은 직교하도록 마련될 수 있다. 또한, 채널(110)의 바닥부와 리블렛 요소는 평행하게 마련될 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 2, the metal substrate 100 according to the present invention includes a plurality of channels 110 each extending elongated along a first direction (x-axis direction or a longitudinal direction) and an orthogonal to the first direction It includes a plurality of riblet elements 120 provided to connect side walls 112 of two adjacent channels 110 along two directions (y-axis direction or width direction). The channel 110 has a structure open toward the riblet element 120. The channel 110 includes a bottom portion and a side wall, and the bottom portion and each side wall may be provided to be orthogonal. Further, the bottom part of the channel 110 and the riblet element may be provided in parallel.

인접하는 2개의 채널(110)들의 측벽을 연결하는 복수 개의 리블렛 요소(120)는, 제 1 방향을 따라 소정 간격으로 이격되며, 제1 방향을 따라 인접한 2개의 리블렛 요소(120) 사이에는 개구부(130)가 마련된다.The plurality of riblet elements 120 connecting the side walls of the two adjacent channels 110 are spaced apart at predetermined intervals along the first direction, and between the two adjacent riblet elements 120 along the first direction. The opening 130 is provided.

여기서, 개구부(130)는 다양한 형상을 가질 수 있고, 예를 들어, 원형, 타원형, 또는 다각형 형상을 가질 수도 있다. 일 구현예로, 개구부(130)는 평행사변형 형상을 갖도록 마련될 수 있다. 구체적으로, 개구부(130)는 길이가 긴 한 쌍의 대변이 제 1 방향 및 제 2 방향에 대하여 각각 경사지도록 마련될 수 있다.Here, the opening 130 may have various shapes, for example, may have a circular, elliptical, or polygonal shape. In one embodiment, the opening 130 may be provided to have a parallelogram shape. Specifically, the opening 130 may be provided such that a pair of long sides of the stool is inclined with respect to the first direction and the second direction, respectively.

유사하게, 리블렛 요소(120)는, 인접하는 개구부(130)들의 형상에 의해 결정된 형상을 가질 수 있으며, 일 구현예로, 리블렛 요소(120)는 다각형 형상을 가질 수 있고, 구체적으로, 리블렛 요소(120)는 평행사변형 형상을 갖도록 마련될 수 있다. 즉, 리블렛 요소(120)는 길이가 긴 한 쌍의 대변이 제 1 방향 및 제 2 방향에 대하여 각각 경사지도록 마련될 수 있다. Similarly, the riblet element 120 may have a shape determined by the shape of adjacent openings 130, and in one embodiment, the riblet element 120 may have a polygonal shape, specifically, The riblet element 120 may be provided to have a parallelogram shape. That is, the riblet element 120 may be provided such that a pair of long sides of the stool is inclined with respect to the first direction and the second direction, respectively.

또한, 제 2 방향에 따라 인접하는 2개의 리블렛 요소(120)는 채널(110)을 기준(제 1 방향)으로 대칭된 형상을 갖도록 마련될 수 있다.In addition, the two riblet elements 120 adjacent along the second direction may be provided to have a symmetrical shape with respect to the channel 110 as a reference (first direction).

이와 같은 구조를 가지는 금속 기판을 사용하는 경우, 액상 반응물 또는생성되는 기체가 제 2 방향으로 배치된 개구부들을 통해 직선 유로를 형성하지 못하고, 굴곡(wave-like) 유로를 형성함으로써, 와류를 형성시키고 이로 인해 물질 전달을 촉진시킬 수 있다.When using a metal substrate having such a structure, the liquid reactant or the gas to be generated does not form a straight flow path through the openings arranged in the second direction, and forms a vortex by forming a wave-like flow path. This can facilitate mass transfer.

한편, 상기 활성층은, 백금족 금속 및 란탄족 금속을 포함할 수 있다. Meanwhile, the active layer may include a platinum group metal and a lanthanide metal.

이때, 상기 백금족 금속은 루테늄(Ru), 백금(Pt), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 상기 백금족 금속은 촉매 활성을 가지며, 전해용 전극에 포함되어 과전압을 저하시키고, 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 상세하게는, 상기 백금족 금속은 루테늄이거나, 루테늄 및 백금일 수 있다. 즉, 상기 활성층은 백금족 금속으로서, 루테늄만 포함할 수도 있고, 루테늄 이외에 백금을 함께 포함할 수 있다. 더욱 상세하게는 루테늄 및 백금일 수 있다.In this case, the platinum group metal may be at least one selected from the group consisting of ruthenium (Ru), platinum (Pt), rhodium (Rh), iridium (Ir), osmium (Os), and palladium (Pd). The platinum group metal has catalytic activity, and is included in the electrode for electrolysis to reduce overvoltage and improve life characteristics. Specifically, the platinum group metal may be ruthenium, or ruthenium and platinum. That is, the active layer is a platinum group metal, and may include only ruthenium or platinum together with ruthenium. More specifically, it may be ruthenium and platinum.

상기 백금족 금속으로서 루테늄을 사용하는 경우, 루테늄 산화물이 전해액 내에서 안정하게 존재할 뿐 아니라 타 금속 종에 비해 낮은 전극 과전압을 보일 수 있어 바람직하며, 백금을 사용하는 경우, 루테늄 산화물의 활성화를 촉진시켜 단시간 내에 낮은 전극 과전압에 도달하게 하므로, 루테늄을 사용하거나, 이와 더불어 백금을 함께 사용하는 것이 더욱 바람직하다.When ruthenium is used as the platinum group metal, ruthenium oxide is not only stably present in the electrolytic solution, but also exhibits a lower electrode overvoltage than other metal species, and when platinum is used, activation of ruthenium oxide is promoted for a short time. It is more preferable to use ruthenium or, in addition, platinum together, since it leads to a low electrode overvoltage within.

또한, 상기 란탄족 금속은, 세륨 및 이트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 상세하게는, 세륨일 수 있다.Further, the lanthanide metal may be one or more selected from the group consisting of cerium and yttrium. Specifically, it may be cerium.

상기 백금족 금속 및 란탄족 금속은, 금속의 몰 수가 30:1 내지 2:1의 몰 비율로 포함될 수 있다. 여기서, 상기 백금족 금속 또는 란탄족 금속이 2종 이상 포함될 때, 각각의 금속의 몰 수를 합친 총 몰 수를 기준으로 상기 범위를 만족할 수 있다. 즉, 예를 들어, 상기 백금족 금속으로서 루테늄 및 백금이 함께 포함되고, 란탄족 금속으로서 세륨이 포함되는 경우, 루테늄의 몰 수 + 백금 몰 수 : 세륨 몰수가 상기 범위를 만족할 수 있다.The platinum group metal and the lanthanide group metal may include a molar number of metals in a molar ratio of 30:1 to 2:1. Here, when two or more platinum group metals or lanthanide metals are included, the above range may be satisfied based on the total number of moles of each metal combined. That is, for example, when ruthenium and platinum are included together as the platinum group metal and cerium is included as the lanthanide metal, the number of moles of ruthenium + the number of platinum moles: the number of moles of cerium may satisfy the above range.

만일, 백금족 금속의 함량이 활성층 중 상기 범위를 벗어나, 너무 적게 포함되는 경우 전극의 촉매 작용을 하는 백금족 금속 함량이 충분하지 않으므로 전극 성능이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 너무 많으면 제조 비용의 증가로 경제성이 떨어질 수 있다.If, if the content of the platinum group metal is out of the above range in the active layer and is included too little, there may be a problem that the electrode performance is deteriorated because the platinum group metal content that catalyzes the electrode is not sufficient. Economics may drop.

또한, 상기 백금족 금속이 루테늄 및 백금을 포함하는 경우, 상기 루테늄과 백금은 100:1 내지 2:1의 몰 비율로 포함될 수 있다.In addition, when the platinum group metal includes ruthenium and platinum, the ruthenium and platinum may be included in a molar ratio of 100:1 to 2:1.

상기 백금은, 매우 우수한 촉매 작용을 나타내나, 그 비용이 비싸 경제적으로 비효율적이다. 따라서, 상기 범위를 벗어나, 백금의 함량이 너무 많은 경우, 경제성이 현저하게 떨어지는 바, 상기 범위로 포함됨이 바람직하다. 또한, 백금의 함량이 너무 적은 경우에는 백금의 의한 루테늄 산화물의 활성화 촉진 효과가 감소하여 전극 과전압을 단시간 내에 낮추기가 어렵다.The platinum exhibits a very good catalytic action, but is expensive and economically inefficient. Therefore, if the content of platinum outside the above range is too large, the economic efficiency is significantly reduced, and it is preferable to be included in the above range. In addition, when the platinum content is too small, the effect of promoting activation of ruthenium oxide by platinum decreases, making it difficult to lower the electrode overvoltage in a short time.

한편, 상기 활성층은, 상기 백금족 금속 및 란탄족 금속을 산화물 형태로 포함할 수 있다.Meanwhile, the active layer may include the platinum group metal and the lanthanide metal in an oxide form.

상기 활성층의 촉매 로딩량은 0.1 mg/cm2 내지 20 mg/cm2일 수 있고, 구체적으로, 0.5 mg/cm2 내지 15 mg/cm2, 또는 1 mg/cm2 내지 10 mg/cm2일 수 있다. 상기 범위를 만족할 때, 우수한 전극 활성을 확보할 수 있어 바람직하다. The catalyst loading of the active layer may be 0.1 mg/cm 2 to 20 mg/cm 2 , specifically, 0.5 mg/cm 2 to 15 mg/cm 2 , or 1 mg/cm 2 to 10 mg/cm 2 days Can. When the above range is satisfied, excellent electrode activity can be ensured, which is preferable.

본 발명은, 또한, The present invention,

(a) 금속 박판을 3차원 다공체 격자 형상을 가지는 구조체로 제조하여 금속 기판을 얻는 과정;(A) a process for obtaining a metal substrate by manufacturing a thin metal plate as a structure having a three-dimensional porous lattice shape;

(b) 백금족 금속 전구체, 란탄족 금속 전구체, 용매를 포함하는 활성층용 코팅액을 제조하는 단계;(b) preparing a coating solution for an active layer comprising a platinum group metal precursor, a lanthanide metal precursor, and a solvent;

(c) 상기 활성층용 코팅액을 금속 기판 상에 도포하여 활성층을 형성하는 단계; 및(c) forming an active layer by applying the coating liquid for the active layer on a metal substrate; And

(d) 상기 활성층을 건조 및 열처리하는 단계; (d) drying and heat-treating the active layer;

를 포함하는 전해용 전극의 제조 방법을 제공한다.It provides a method for producing an electrode for electrolysis comprising.

본 발명에 따라 제조된 전해용 전극은, 액상 반응물과 생성 기체의 유동성을 원활하게 하여 음극의 과전압 개선 정도가 우수하다.The electrode for electrolysis produced according to the present invention is excellent in the degree of improvement in the overvoltage of the cathode by smoothing the fluidity of the liquid reactant and the product gas.

구체적으로, 상기 과정(a)는, Specifically, the process (a),

(a-1) 금속 박판에 에칭 또는 펀칭을 이용하여 2차원 패턴의 개구부를 형성시키는 과정;(a-1) a process of forming an opening of a two-dimensional pattern by etching or punching on a thin metal plate;

(a-2) 직선형의 성형된 유로를 가지는 금형을 제작하는 과정; 및(a-2) a process of manufacturing a mold having a straight molded flow path; And

(a-3) 상기 금형을 이용하여 2차원 패턴이 형성된 금속 박판 상에 스탬핑 작업을 수행하는 과정;(a-3) a process of performing a stamping operation on a metal thin plate on which a two-dimensional pattern is formed using the mold;

을 포함할 수 있다.It may include.

더욱 구체적으로 설명하기 위해, 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명한다.For more specific description, it will be described with reference to FIGS. 3 to 4.

도 3 및 도 4는 금속 기판의 제조방법을 설명하기 위한 평면도이다.3 and 4 are plan views illustrating a method of manufacturing a metal substrate.

먼저, 3차원 다공체 격자 형상을 가지는 구조체의 금속 기판을 제조하기 위해, 금속 박판(200)을 준비한다. First, in order to manufacture a metal substrate having a three-dimensional porous lattice structure, a metal thin plate 200 is prepared.

먼저 도 3을 참조하면, 상기 금속 기판의 제조방법은, 금속 박판(200)에 길이방향을 따라 대칭 형상을 갖는 한 쌍의 개구부(210) 패턴을 형성하는 과정을 포함한다. 한 쌍의 개구부(210)는 소정 간격으로 이격되며, 그 사이 영역은 전술한 채널(110)로 형성된다. 개구부(210) 패턴이라 함은 복수 개의 개구부(210)들이 일정한 규칙을 갖도록 배열된 것을 의미한다. 도 3에 도시된 개구부(210)는 금속 기판(100)의 개구부(130)에 대응될 수 있다.Referring first to FIG. 3, the method of manufacturing the metal substrate includes forming a pair of opening 210 patterns having a symmetrical shape along the longitudinal direction on the metal thin plate 200. The pair of openings 210 are spaced at a predetermined interval, and the region therebetween is formed of the aforementioned channel 110. The opening 210 pattern means that the plurality of openings 210 are arranged to have a certain rule. The opening 210 illustrated in FIG. 3 may correspond to the opening 130 of the metal substrate 100.

한편, 상기 개구부(210)는 원형, 타원형, 다각형(예를 들어, 평행사변형) 형상을 가질 수 있다. 상기 개구부(210) 패턴은 에칭(etching) 또는 펀칭(punching)을 통해 형성될 수 있다.On the other hand, the opening 210 may have a circular, elliptical, polygonal (eg, parallelogram) shape. The opening 210 pattern may be formed through etching or punching.

다음으로, 이와 같이 2차원 패턴의 개구부를 포함하는 금속 박판을 직선형의 성형된 유로를 가지는 금형을 이용하여, 스탬핑하는 과정을 수행한다.Next, the metal thin plate including the opening of the two-dimensional pattern is stamped by using a mold having a linearly formed flow path.

도 4를 참조하면, 상기 제조방법은, 구체적으로, 개구부(210) 영역에 대응하는 리블렛 요소(120, 도 1 참조)와 개구부(210)와 인접한 영역에 대응하는 채널(110, 도 1참조)이 단차 구조를 갖도록 금속 박판(200)의 길이방향을 따라 스탬핑(stamping)하는 단계를 포함한다Referring to FIG. 4, the manufacturing method may include, specifically, a riblet element 120 (see FIG. 1) corresponding to the opening 210 region and a channel 110 (see FIG. 1) corresponding to the region adjacent to the opening 210. ) Is stamped along the longitudinal direction of the thin metal plate 200 so as to have a stepped structure.

도 3에서와 같이, 에칭 또는 펀칭 공정을 통해 개구부 패턴을 형성함으로써 금속 박판에 2D 유로를 형성할 수 있고, 금형을 이용한, 도 4에서와 같이 스탬핑 공정을 통해 최종 3D 리블렛 형상을 갖도록 금속 기판(100)을 성형할 수 있다. 특히, 스탬핑 공정에서 단순한 직선 성형 유로의 형상이 적용됨에 따라, 금형 제작 비용을 절감할 수 있고, 금형 제작 공차의 민감도 영향을 최소화할 수 있으며, 성형 난이도를 낮출 수 있다.As shown in Figure 3, by forming the opening pattern through an etching or punching process, it is possible to form a 2D flow path on a metal thin plate, and a metal substrate having a final 3D riblet shape through a stamping process as in FIG. 4 using a mold (100) can be molded. In particular, as the shape of the simple straight forming flow path is applied in the stamping process, the mold manufacturing cost can be reduced, the influence of sensitivity of the mold manufacturing tolerance can be minimized, and the molding difficulty can be reduced.

이와 같이 제조된 금속 기판의 사진을 도 5에 도시하였다.5 is a photograph of the metal substrate manufactured as described above.

한편, 상기 활성층용 코팅액에 포함되는 백금족 금속 전구체는, 상기 백금족 금속의 염 또는 산화물일 수 있다. 이때, 상기 염 또는 산화물은 수화물 형태인 것이 사용될 수도 있다.Meanwhile, the platinum group metal precursor included in the coating solution for the active layer may be a salt or oxide of the platinum group metal. At this time, the salt or oxide may be used in the form of a hydrate.

예를 들어, 상기 백금족 금속 전구체는, 염화루테늄 수화물(RuCl3ㆍ nH2O), 염화백금산 수화물(H2PtCl6ㆍnH2O), 염화백금(PtCl4), 테트라아민백금(Ⅱ) 클로라이드 수화물(Pt(NH3)4Cl2ㆍH2O), 염화로듐(RhCl3), 질산로듐 수화물(Rh(NO3)3ㆍnH2O), 염화이리듐 수화물(IrCl3ㆍnH2O), 질산팔라듐(Pd(NO3)2)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. For example, the platinum group metal precursor includes ruthenium chloride hydrate (RuCl 3 ㆍ nH 2 O), chloroplatinic acid hydrate (H 2 PtCl 6 ㆍnH 2 O), platinum chloride (PtCl 4 ), tetraamine platinum (II) chloride Hydrate (Pt(NH 3 ) 4 Cl 2 ㆍH 2 O), Rhodium chloride (RhCl 3 ), Rhodium nitrate hydrate (Rh(NO 3 ) 3 ㆍnH 2 O), Iridium chloride hydrate (IrCl 3 ㆍnH 2 O) , Palladium nitrate (Pd(NO 3 ) 2 ) One or more selected from the group consisting of.

상기 백금족 금속 전구체는 열처리 단계에 의하여 소성되어, 촉매 활성 입자, 즉, 물의 전기환원에 대하여 촉매성인 금속 또는 화합물 입자로 전환된다. 이러한 백금족 금속 또는 화합물이 전극 내에 포함될 경우, 전극 과전압이 개선되는 효과를 얻을 수 있다. The platinum group metal precursor is calcined by a heat treatment step to be converted into catalytically active particles, that is, metal or compound particles that are catalytic for the electroreduction of water. When such a platinum group metal or compound is included in the electrode, an effect that the electrode overvoltage is improved can be obtained.

상세하게는, 상기 백금족 금속 전구체는, 염화루테늄 수화물(RuCl3ㆍ nH2O), 또는, 염화루테늄 수화물(RuCl3ㆍ nH2O) 및 염화백금(PtCl4) 또는 염화백금산 수화물(H2PtCl6ㆍnH2O)일 수 있다.Specifically, the platinum group metal precursor is, ruthenium chloride hydrate (RuCl 3 · nH 2 O), or ruthenium chloride hydrate (RuCl 3 · nH 2 O) and platinum chloride (PtCl 4 ) or chloroplatinic acid hydrate (H 2 PtCl 6 ㆍnH 2 O).

상기 란탄족 금속 전구체는, 상술한 란탄족 금속을 포함하는 염 또는 산화물로서, 한정되지는 아니하나, 예를 들어, 질산세륨(Ⅲ)(Ce(NO3)3), 탄산세륨(Ⅲ)(Ce2(CO3)3), 염화세륨(Ⅲ)(CeCl3), 산화이트륨(Y2O3) 및 탄산이트륨(Y2(CO3)3)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 상세하게는, 질산세륨(Ⅲ)(Ce(NO3)3)일 수 있다.The lanthanide metal precursor is a salt or oxide containing the above-described lanthanide metal, but is not limited, for example, cerium(III) nitrate (Ce(NO 3 ) 3 ), cerium(III) carbonate ( Ce 2 (CO 3 ) 3 ), cerium (III) chloride (CeCl 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and yttrium carbonate (Y 2 (CO 3 ) 3 ) may be at least one selected from the group consisting of , Specifically, cerium(III) nitrate (Ce(NO 3 ) 3 ).

또한, 상기 염 또는 산화물은 수화물(Hydrate) 형태인 것을 사용할 수 있다. 일례로, 질산세륨 6 수화물, 탄산세륨 5, 8, 또는 9 수화물, 염화세륨 1, 3, 6, 또는 7 수화물, 탄산이트륨 3 수화물 등이 사용될 수 있으며, 상세하게는, 질산세륨 6 수화물(Ce(NO3)3ㆍ6H2O)을 사용할 수 있다.In addition, the salt or oxide may be used in the form of a hydrate (Hydrate). For example, cerium nitrate hexahydrate, cerium carbonate 5, 8, or 9 hydrate, cerium chloride 1, 3, 6, or 7 hydrate, yttrium carbonate trihydrate, and the like can be used, and specifically, cerium nitrate hexahydrate (Ce (NO 3 ) 3 ㆍ6H 2 O) can be used.

상기 란탄족 금속 전구체는 열처리 단계에서 소성되어 란탄족 금속 산화물로 전환된다. 란탄족 금속 산화물은 수소 발생 활성은 부족하나, 수소가 발생하는 환경 하에서 입자형에서 침상형으로 변화하며, 이러한 침상 형태는 백금족 화합물의 활성층을 지지하는 역할을 하여 활성층의 탈락을 억제하는 효과가 있다. The lanthanide metal precursor is calcined in a heat treatment step to be converted to a lanthanide metal oxide. The lanthanide metal oxide lacks hydrogen-producing activity, but changes from a particle form to a needle form under an environment in which hydrogen is generated, and this needle form serves to support the active layer of the platinum group compound, thereby suppressing the fall of the active layer. .

상기 백금족 금속 전구체 및 란탄족 금속 전구체의 혼합 비율은 특별히 한정되지 아니하나, 상술한 바와 같이, 최종 제조되는 전해용 전극의 촉매 활성을 최적화하기 위하여, 전구체에 포함되는 금속의 몰 수가 30:1 내지 2:1 몰 비율이 되도록, 상세하게는, 10:1 내지 3:1 의 비율이 되도록 혼합하여 사용될 수 있다. The mixing ratio of the platinum group metal precursor and the lanthanide metal precursor is not particularly limited, as described above, in order to optimize the catalytic activity of the electrode for final electrolysis, the number of moles of the metal contained in the precursor is 30:1 to The mixture may be used in a ratio of 2:1 molar ratio, specifically, in a ratio of 10:1 to 3:1.

이때, 상술한 바와 같이, 상기 백금족 금속 전구체 또는 란탄족 금속 전구체가 2종 이상 포함될 때, 각각의 금속의 몰 수를 합친 총 몰 수를 기준으로 상기 범위를 만족할 수 있다.At this time, as described above, when two or more platinum group metal precursors or lanthanide metal precursors are included, the above range may be satisfied based on the total number of moles of each metal combined.

한편, 상기 전구체들은, 결정수 등을 제거하기 위해, 진공 오븐에서 전처리하는 과정을 거칠 수도 있다.Meanwhile, the precursors may be subjected to a pre-treatment process in a vacuum oven to remove crystalline water and the like.

상기 전처리는 진공 오븐에서 50℃ 내지 120℃ 조건에서 3시간 내지 60시간동안 수행될 수 있다.The pretreatment may be performed in a vacuum oven at 50°C to 120°C for 3 hours to 60 hours.

본 발명에서 활성층용 코팅액에 사용되는 용매는 백금족 금속 전구체 및 란탄족 금속 전구체의 용해가 가능한 유기 용매로서, 건조 및 열처리 단계에서 95% 이상 휘발될 수 있는 용매가 적합하다. The solvent used in the coating solution for the active layer in the present invention is an organic solvent capable of dissolving a platinum group metal precursor and a lanthanide metal precursor, and a solvent capable of volatilizing 95% or more in a drying and heat treatment step is suitable.

예를 들어 상기 유기 용매로는 알코올계 용매, 글리콜 에테르계 용매, 에스테르계 용매, 케톤계 용매 등의 유기 극성 용매가 사용될 수 있으며, 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하기로, 상기 유기 용매로는 알코올계 용매, 글리콜 에테르계 용매, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다.For example, as the organic solvent, an organic polar solvent such as an alcohol-based solvent, a glycol ether-based solvent, an ester-based solvent, or a ketone-based solvent may be used, and one or more of them may be mixed and used. Preferably, the organic solvent may be an alcohol-based solvent, a glycol ether-based solvent, or a combination thereof.

상기 알코올계 용매는 C1 내지 C6의 알코올이 바람직하며, 구체적으로 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 에틸렌글리콜, 및 프로필렌글리콜로 이루어지는 군에서 선택되는 1종이 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The alcohol-based solvent is preferably an alcohol of C1 to C6, and specifically, one selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, ethylene glycol, and propylene glycol may be used, but is not limited thereto.

상기 글리콜 에테르계 용매는 C4 내지 C8의 글리콜 에테르가 바람직하며, 구체적으로 2-에톡시에탄올, 2-프로폭시에탄올, 2-이소프로폭시에탄올, 2-부톡시에탄올, 및 2-(2-메톡시에톡시)에탄올로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The glycol ether-based solvent is preferably a C4 to C8 glycol ether, specifically 2-ethoxyethanol, 2-propoxyethanol, 2-isopropoxyethanol, 2-butoxyethanol, and 2-(2-meth One or more selected from the group consisting of ethoxyethoxy)ethanol may be used, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구현예에서 상기 유기 용매는 C1 내지 C6 알코올 및 C4 내지 C8 글리콜 에테르의 혼합용매일 수 있다. 이와 같은 혼합 용매를 사용할 경우 단일 알코올계 용매만 사용한 전극에 비해 제조한 전극의 박리와 크랙(crack) 발생이 현저히 줄어드는 효과가 있으며, 대면적 코팅 시 건조 시간이 길어지면서 보다 균일한 코팅이 가능한 효과가 있어 바람직하다. In one embodiment of the present invention, the organic solvent may be a mixed solvent of C1 to C6 alcohol and C4 to C8 glycol ether. When such a mixed solvent is used, peeling and cracking of the prepared electrode is significantly reduced compared to an electrode using only a single alcohol-based solvent, and a more uniform coating is possible with a longer drying time when coating a large area. It is preferred.

상기 효과를 확보하기 위하여, C1 내지 C6 알코올 및 C4 내지 C8 글리콜 에테르의 혼합비는 부피비로 10:1 내지 1:2 범위인 것이 바람직하며, 4:1 내지 1:1 범위가 보다 바람직하다. 본 발명의 일 구현예에서는 상기 유기용매로 이소프로판올 및 2-부톡시에탄올의 1:1 혼합용매를 사용하였으나, 용매의 조합 및 혼합비가 이에 한정되는 것은 아니다.In order to secure the above effect, the mixing ratio of C1 to C6 alcohol and C4 to C8 glycol ether is preferably in the range of 10:1 to 1:2 by volume ratio, and more preferably in the range of 4:1 to 1:1. In one embodiment of the present invention, a 1:1 mixed solvent of isopropanol and 2-butoxyethanol was used as the organic solvent, but the combination and mixing ratio of the solvent are not limited thereto.

또한, 활성층용 코팅액은, 상기 유기 용매 외에 안정화제로서 아민계 용매를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 코팅액에 아민계 용매를 포함하는 경우 최종 제조되는 전극은 셀 구동 중 표면에 란탄족 금속의 침상 구조가 증대되고, 이에 따라 전극의 내구성이 향상되며, 전극의 과전압 감소 효과 또한 더욱 향상되는 효과를 나타낼 수 있다. In addition, the coating solution for the active layer may further include an amine-based solvent as a stabilizer in addition to the organic solvent. When the amine-based solvent is included in the coating solution as described above, the electrode structure that is finally manufactured increases the needle-like structure of the lanthanide metal on the surface while driving the cell, thereby improving the durability of the electrode and further improving the overvoltage reduction effect of the electrode. Can represent.

상기 아민계 용매는 C6 내지 C30의 포화 또는 불포화 지방족 아민이 사용될 수 있으며, 그 종류는 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 옥틸아민, 데실아민, 도데실아민, 올레일아민, 라우릴아민 및 헥사데실아민으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다. 상세하게는, 상기 아민계 용매는 옥틸아민, 올레일아민 및 이들의 조합이 사용될 수 있다.The amine-based solvent may be a C6 to C30 saturated or unsaturated aliphatic amine, and the type is not particularly limited, for example, octylamine, decylamine, dodecylamine, oleylamine, laurylamine and hexa One or more selected from the group consisting of decylamine may be used. In detail, octylamine, oleylamine, and combinations thereof may be used as the amine-based solvent.

본 발명에서 상기 아민계 용매는 활성층용 코팅액 100 부피%에 대하여 3 내지 40 부피% 범위로 포함되며, 또는 5 내지 30 부피%로 포함될 수 있다. 만일, 아민계 용매의 함량이 3 부피% 미만이면 상기한 전극의 내구성 향상 효과, 과전압 감소 효과를 확보할 수 없고, 40 부피%를 초과하면 금속 전구체들을 용해시키기 어려워 전구체가 균일하게 분산된 코팅액을 얻을 수 없는 문제가 있다.In the present invention, the amine-based solvent may be included in a range of 3 to 40% by volume, or 5 to 30% by volume relative to 100% by volume of the coating solution for the active layer. If, when the content of the amine-based solvent is less than 3% by volume, the durability improvement effect and the overvoltage reduction effect of the above-described electrode cannot be secured, and if it exceeds 40% by volume, it is difficult to dissolve the metal precursors and the coating solution in which the precursors are uniformly dispersed is used. There is a problem that cannot be obtained.

본 발명에서 활성층용 코팅액의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 일례로 유기 용매에 백금족 금속 전구체와 란탄족 금속 전구체를 투입하고 용해시키는 방법에 의할 수 있다. In the present invention, the method of preparing the coating solution for the active layer is not particularly limited, and for example, it may be by a method of introducing and dissolving a platinum group metal precursor and a lanthanide metal precursor in an organic solvent.

이때, 활성층용 코팅액의 최종 농도는 50 내지 150 g/L, 또는 80 내지 120 g/L일 수 있다. 상기 농도 범위를 만족할 때, 코팅액 중 금속 전구체의 함량이 충분하게 되어 전극 성능 및 내구성을 확보할 수 있으며, 코팅액을 기판 상에 적절한 두께로 코팅할 수 있어 공정 효율이 극대화될 수 있다.At this time, the final concentration of the coating solution for the active layer may be 50 to 150 g/L, or 80 to 120 g/L. When the concentration range is satisfied, the content of the metal precursor in the coating solution becomes sufficient to ensure electrode performance and durability, and the coating solution can be coated with an appropriate thickness on the substrate to maximize process efficiency.

다음으로, 상기 활성층용 코팅액을 금속 기판상에 도포하여 활성층을 형성하고, 이를 건조 및 열처리하여 전해용 전극을 제조한다. Next, the active layer coating liquid is applied on a metal substrate to form an active layer, and dried and heat-treated to prepare an electrode for electrolysis.

한편, 금속 기판은 활성층을 형성하기 전에 탈지, 블래스트 등의 청정화 처리 또는 표면조화 처리를 하여, 활성층과의 부착성을 더욱 향상시키도록 할 수 있다.On the other hand, the metal substrate may be subjected to a cleaning treatment such as degreasing or blasting or a surface roughening treatment before forming the active layer to further improve adhesion to the active layer.

예를 들어, (a') 상기 금속 기판을 샌드블라스팅(sandblasting)하여 요철을 형성하는 과정; 및 (a'') 상기 요철이 형성된 금속 기판을 전처리하는 과정;For example, (a') the process of forming the unevenness by sandblasting the metal substrate (sandblasting); And (a'') pre-processing the metal substrate on which the irregularities are formed;

을 더 포함할 수 있다.It may further include.

여기서, 상기 과정(a'')의 전처리는, 황산 수용액에 금속 기판을 침지시켜 수행될 수 있다.Here, the pre-treatment of the process (a'') may be performed by immersing the metal substrate in an aqueous sulfuric acid solution.

또한, 적절한 두께의 전극을 형성하기 위하여, 코팅액의 도포, 건조 및 열처리 단계는 수회 반복될 수 있다. In addition, in order to form an electrode of an appropriate thickness, the steps of applying, drying and heat-treating the coating solution may be repeated several times.

활성층용 코팅액의 도포 방법은 특별히 제한되지 않으며, 스프레이 코팅, 페인트 브러싱, 닥터 블레이드, 침지-인상법, 스핀코팅법 등 당 업계에 알려진 코팅법이 사용될 수 있다. The method of applying the coating solution for the active layer is not particularly limited, and spray coating, paint brushing, doctor blade, immersion-impression method, spin coating method, and other coating methods known in the art may be used.

건조 단계는 활성층에 포함된 용매를 제거하기 위하여 수행하는 것으로서, 건조 조건은 특별히 제한되지 않으며 사용된 용매 및 활성층의 두께에 따라 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 건조 단계는 70 내지 200 ℃의 온도에서 5분 내지 15분 동안 수행될 수 있다.The drying step is performed to remove the solvent contained in the active layer, and drying conditions are not particularly limited and may be appropriately adjusted according to the solvent used and the thickness of the active layer. For example, the drying step may be performed for 5 minutes to 15 minutes at a temperature of 70 to 200 °C.

다음으로, 금속 전구체의 소성을 위한 열처리 단계를 수행한다.Next, a heat treatment step for firing the metal precursor is performed.

상기 열처리 단계에서 활성층 중의 백금족 금속 전구체와 란탄족 금속 전구체의 열분해가 일어나며, 이에 따라 촉매 활성을 갖는 백금족 금속 및 그 화합물과 란탄족 금속 산화물 등으로 전환된다.In the heat treatment step, thermal decomposition of the platinum group metal precursor and the lanthanide metal precursor in the active layer occurs, and accordingly, it is converted into a platinum group metal having a catalytic activity, a compound thereof, a lanthanide metal oxide, and the like.

열처리 조건은 사용된 금속 전구체의 종류에 따라 상이할 수 있으나, 구체적으로 열처리 온도는 300 내지 600 ℃ 또는 400 내지 550 ℃, 열처리 시간은 10분 내지 2시간일 수 있다. Heat treatment conditions may be different depending on the type of metal precursor used, specifically, the heat treatment temperature may be 300 to 600°C or 400 to 550°C, and the heat treatment time may be 10 minutes to 2 hours.

만일, 상술한 바와 같이 도포, 건조 및 열처리 단계를 1회 이상 반복하여 전극을 제조하는 경우, 각 도포, 건조 단계 이후에 수행하는 열처리 단계는 5분 내지 15분 정도로 짧게 수행하고, 마지막 건조 단계 이후의 최종 열처리 단계는 30분 이상, 또는 1시간 내지 2시간 정도로 충분한 시간 동안 수행하는 방법을 사용할 수 있다. 이와 같이 마지막의 열처리 단계를 장시간 수행하게 되면 금속 전구체를 완전히 열분해시킬 수 있고, 각 활성층의 계면이 최소화되어 전극 성능 향상 효과를 얻을 수 있어 바람직하다.If the electrodes are manufactured by repeating the coating, drying and heat treatment steps one or more times as described above, the heat treatment steps performed after each coating and drying steps are performed as short as 5 to 15 minutes, and after the last drying step The final heat treatment step of 30 minutes or more, or can be used a method performed for a sufficient time of about 1 to 2 hours. When the final heat treatment step is performed for a long time as described above, the metal precursor can be completely thermally decomposed, and the interface of each active layer is minimized to obtain an electrode performance improvement effect, which is preferable.

상기와 같은 방법에 의하여 제조된 전해용 전극에서 활성층의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니나, 구체적으로 0.5 내지 10 ㎛ 범위일 수 있으며, 1 내지 3 ㎛ 범위일 수 있다. The thickness of the active layer in the electrolytic electrode manufactured by the above method is not particularly limited, but may be specifically in the range of 0.5 to 10 μm, and in the range of 1 to 3 μm.

상술한 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 전해용 전극은 각종 공업 전해의 전해 셀에 적용될 수 있으며, 특히 클로르-알칼리 셀(chlor-alkali cell)의 음극(cathode)으로서 적합하게 사용될 수 있다. The electrode for electrolysis prepared according to the above-described manufacturing method of the present invention can be applied to electrolysis cells of various industrial electrolysis, and can be suitably used as a cathode of a chlor-alkali cell.

이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred examples are provided to help understanding of the present invention, but the following examples are merely illustrative of the present invention, and it is apparent to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and technical scope of the present invention. It is natural that changes and modifications fall within the scope of the appended claims.

제조예 1Preparation Example 1

니켈 박판(가로 5cm x 세로 5 cm, 두께 100㎛) 상에 에칭(etching) 방법을 이용하여 2차원 패턴을 하기 도 3과 같이 형성시켰다. 직선형의 성형된 유로를 가지는 금형을 제작하여 상기 2차원 패턴이 형성된 니켈 기재 상에 스탬핑(stamping) 작업(한일너클프레스㈜ 사의 HKCA-200 프레스 제품을 이용하여 200ton의 압력을 인가)을 수행하여 최종적으로 3차원 다공체 격자 구조체의 금속 기판을 얻었다. A two-dimensional pattern was formed as shown in FIG. 3 by using an etching method on a nickel thin plate (5 cm x 5 cm x 5 cm thick). By manufacturing a mold having a straight molded flow path, a stamping operation is performed on the nickel substrate on which the 2D pattern is formed (200 tons of pressure is applied by using HKCA-200 press product manufactured by Hanil Knuckle Press Co., Ltd.). As a result, a metal substrate having a three-dimensional porous lattice structure was obtained.

제조예 2Preparation Example 2

니켈 메쉬(일동금망사, 200㎛)를 준비하였다.A nickel mesh (monolithic gold mesh, 200 μm) was prepared.

실시예 1Example 1

제조예 1에서 제조된 3차원 다공체 격자 구조체의 금속 기판 표면을 알루미늄 옥사이드(White alumina, F120)로 0.8 kgf/cm2 조건에서 샌드블라스팅(Sandblasting)하여 요철이 있는 구조로 가공하였다. 상온의 5M H2SO4 수용액에 넣고 3분 동안 추가로 처리함으로써 금속 기판의 전처리 과정을 완료하였다.The surface of the metal substrate of the three-dimensional porous lattice structure prepared in Preparation Example 1 was sandblasted at 0.8 kgf/cm 2 with aluminum oxide (White alumina, F120) to process a structure with irregularities. The pretreatment process of the metal substrate was completed by adding it to a 5M H 2 SO 4 aqueous solution at room temperature and further processing for 3 minutes.

또한, 상기 금속 기판 제조 이전에 염화루테늄 수화물을 진공 오븐에 넣고 70 ℃ 조건에서 20 시간 동안 건조시켜 결정수를 제거하는 과정을 통해 염화루테늄 전구체를 전처리하였다.In addition, before manufacturing the metal substrate, the ruthenium chloride precursor was pretreated through a process of removing crystalline water by placing the ruthenium chloride hydrate in a vacuum oven and drying at 70° C. for 20 hours.

1 ml의 이소프로판올 (Isopropanol) 및 1 ml의 2-부톡시에탄올 (2-Butoxyethanol) 혼합용매에 200 mg의 전처리된 염화루테늄 전구체 및 84 mg의 질산세륨 6 수화물 전구체, 32mg의 염화백금을 넣은 뒤, 50℃ 조건에서 1.5 시간 동안 교반시켰다. 이후 0.1ml의 n-옥틸아민 (n-Octylamine)을 추가로 넣고 18 시간 동안 50℃ 조건에서 추가로 교반하여 코팅액을 얻었다. 200 ml of pretreated ruthenium chloride precursor, 84 mg of cerium nitrate hexahydrate precursor, and 32 mg of platinum chloride were added to 1 ml of isopropanol and 1 ml of 2-butoxyethanol mixed solvent. The mixture was stirred at 50°C for 1.5 hours. Then, 0.1 ml of n-octylamine was additionally added, and further stirred at 50° C. for 18 hours to obtain a coating solution.

상기에서 얻어진 코팅액을 상기 표면 처리된 3차원 다공체 격자 구조체의 금속 기판에 코팅하고 180℃의 대류식 건조오븐에 넣어 10 분간 건조시켰으며, 이후 500℃의 전기 가열로에 넣어 10 분간 열처리하였다. 이러한 코팅, 건조 및 열처리 과정을 추가로 9회 수행한 뒤, 최종적으로 500℃에서 1 시간 동안 열처리함으로써 전기 분해용 음극을 얻었다.The coating solution obtained above was coated on the metal substrate of the surface-treated three-dimensional porous lattice structure, placed in a convection drying oven at 180°C, dried for 10 minutes, and then placed in an electric heating furnace at 500°C for heat treatment for 10 minutes. After the coating, drying, and heat treatment were additionally performed 9 times, finally, a cathode for electrolysis was obtained by heat treatment at 500° C. for 1 hour.

실시예 2Example 2

1 ml의 이소프로판올 (Isopropanol) 및 1 ml의 2-부톡시에탄올 (2-Butoxyethanol) 혼합용매에 200 mg의 전처리된 염화루테늄 전구체 및 68 mg의 질산세륨 6수화물 전구체를 넣은 뒤, 50℃ 조건에서 1.5 시간 동안 교반시켰다. 이후 0.1 ml의 n-옥틸아민 (n-Octylamine)을 추가로 넣고 18 시간 동안 50℃ 조건에서 추가로 교반하여 코팅액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 전기 분해용 음극을 얻었다.After adding 200 mg of pretreated ruthenium chloride precursor and 68 mg of cerium nitrate hexahydrate precursor to 1 ml of isopropanol and 1 ml of 2-Butoxyethanol mixed solvent, 1.5 at 50°C Stir for hours. Subsequently, 0.1 ml of n-octylamine was additionally added, followed by further stirring at 50° C. for 18 hours to obtain a cathode for electrolysis in the same manner as in Example 1.

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1에서, 금속 기판으로서, 제조예 2의 금속 기판을 사용한 것을 제외하고는 금속 기판의 전처리 과정, 전구체의 전처리 과정 등을 동일하게 수행하여 전기 분해용 음극을 얻었다.In Example 1, the metal substrate of Preparation Example 2 was used as the metal substrate, and the pretreatment process of the metal substrate and the pretreatment process of the precursor were performed in the same manner to obtain a cathode for electrolysis.

비교예 2Comparative Example 2

실시예 1에서, 금속 기판으로서, 제조예 2의 금속 기판을 사용하고, 실시예 2의 코팅액을 사용한 것을 제외하고는, 금속 기판의 전처리 과정, 전구체의 전처리 과정 등을 동일하게 수행하여 전기 분해용 음극을 얻었다.In Example 1, the metal substrate of Preparation Example 2 was used as the metal substrate, and the pretreatment process of the metal substrate and the pretreatment process of the precursor were performed in the same manner, except that the coating solution of Example 2 was used. A cathode was obtained.

실험예 1: 과전압 개선 평가Experimental Example 1: Overvoltage improvement evaluation

상기 실시예 1 내지 2, 비교예 1 내지 2의 음극 성능을 확인하기 위하여, 염수 전기 분해(Chlor-Alkali Electrolysis)에서의 전압 측정 실험을 수행하였다. 음극부 전해액으로는 30.7% NaOH 수용액을, 양극부 전해액으로는 350 g/L의 NaCl 수용액을 이용하였으며, 유량은 각각 15 ml/min으로 설정하였다. 셀 온도는 90℃로 유지하였으며, 전류 밀도 0.62 A/cm2 조건에서의 전압을 측정하였다. In order to confirm the cathode performances of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, voltage measurement experiments were performed in a salt-water electrolysis (Chlor-Alkali Electrolysis). A 30.7% NaOH aqueous solution was used as the negative electrode electrolyte, and a 350 g/L NaCl aqueous solution was used as the positive electrode electrolyte, and the flow rate was set to 15 ml/min, respectively. The cell temperature was maintained at 90°C, and the voltage at a current density of 0.62 A/cm 2 was measured.

실험에 사용된 각 전극 면적은 5*5 cm2로 하였으며, 음극으로는 실시예 1 및 비교예 1의 전극을 사용하였고, 양극으로는 Asahi-Kasei 사의 상용 DSA (Dimensionally Stable Anode)를, 분리막으로는 Asahi-Kasei사의 상용 Aciplex F6808을 사용하였다. 그 결과를 하기 도 6 및 도 7에 도시하였다.The area of each electrode used in the experiment was 5*5 cm 2 , and the electrodes of Example 1 and Comparative Example 1 were used as the cathode, and commercial DSA (Dimensionally Stable Anode) of Asahi-Kasei was used as the anode, as a separator. Asahi-Kasei commercial Aciplex F6808 was used. The results are shown in FIGS. 6 and 7 below.

도 6 및 도 7을 참조하면, 해당 전류 밀도 조건에서 실시예가 비교예에 비해 낮은 셀 전압을 보임을 확인할 수 있다. 즉, 니켈 메쉬를 기재로 사용하여 음극을 제조하는 경우에 비해 3차원 다공체 격자 구조체의 금속 기판을 기재로 사용하여 음극을 제조할 경우 음극 과전압을 낮출 수 있어 전기 분해 시의 전력 소모량을 감소시킬 수 있다. 이러한 결과는 3차원 다공체 격자 구조체가 기존 니켈 메쉬와는 차별화된 형상을 가지고 있어 액상 반응물과 기체 생성물의 물질 전달을 용이하게 한 측면에 기인한다.6 and 7, it can be seen that, in the current density condition, the embodiment shows a lower cell voltage than the comparative example. That is, compared to the case of manufacturing a cathode using a nickel mesh as a substrate, when manufacturing a cathode using a metal substrate of a three-dimensional porous lattice structure as a substrate, the cathode overvoltage can be lowered to reduce power consumption during electrolysis. have. These results are due to the aspect in which the three-dimensional porous lattice structure has a different shape from the existing nickel mesh, thereby facilitating the mass transfer of liquid reactants and gaseous products.

또한, 도 6 및 도 7을 참조하면, 백금족 금속으로서, 루테늄만을 사용한 경우보다 백금을 함께 사용한 경우, 음극의 과전압을 낮출 수 있음을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 금속 기재를 사용하고, 백금족 금속으로서 루테늄 및 백금을 포함하는 활성층을 코팅하는 경우, 가장 우수한 음극 과전압의 감소를 나타낼 수 있다. In addition, referring to FIGS. 6 and 7, it can be confirmed that when platinum is used together than when only ruthenium is used as a platinum group metal, the overvoltage of the cathode can be lowered. Therefore, when using the metal substrate according to the present invention, and coating an active layer containing ruthenium and platinum as a platinum group metal, it is possible to exhibit the best reduction of the cathode overvoltage.

Claims (20)

금속 기판; 및 상기 금속 기판상에 형성된 활성층;을 포함하는 전해용 전극으로서,
상기 금속 기판은, 3차원 다공체 격자 형상을 가지는 구조체이며,
상기 활성층은 백금족 금속 및 란탄족 금속을 포함하는, 전해용 전극.
Metal substrates; And an active layer formed on the metal substrate.
The metal substrate is a structure having a three-dimensional porous lattice shape,
The active layer includes a platinum group metal and a lanthanide metal, an electrode for electrolysis.
제1항에 있어서,
상기 3차원 다공체 격자 형상을 가지는 구조체는,
제 1 방향을 따라 각각 길게 연장된 복수 개의 채널; 및
제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따라 인접하는 2개의 채널들의 측벽을 연결하도록 마련되고, 제 1 방향을 따라 소정 간격으로 이격된 복수 개의 리블렛 요소;
상기 리블렛 요소들 중 인접한 2개의 리블렛 요소 사이에 위치하는 개구부;
를 포함하는, 전해용 전극.
According to claim 1,
The structure having the three-dimensional porous grid shape,
A plurality of channels each elongated along the first direction; And
A plurality of riblet elements provided to connect side walls of two adjacent channels along a second direction orthogonal to the first direction, and spaced apart at predetermined intervals along the first direction;
An opening positioned between two adjacent riblet elements of the riblet elements;
The electrode for electrolysis containing.
제1항에 있어서, 백금족 금속은, 루테늄, 백금, 로듐, 이리듐, 오스뮴 및 팔라듐으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인, 전해용 전극.The electrode for electrolysis according to claim 1, wherein the platinum group metal is at least one selected from the group consisting of ruthenium, platinum, rhodium, iridium, osmium and palladium. 제3항에 있어서, 백금족 금속은, 루테늄, 또는 루테늄 및 백금인, 전해용 전극. The electrode for electrolysis according to claim 3, wherein the platinum group metal is ruthenium, or ruthenium and platinum. 제1항에 있어서, 란탄족 금속은, 세륨 및 이트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인, 전해용 전극.The electrode for electrolysis according to claim 1, wherein the lanthanide metal is at least one selected from the group consisting of cerium and yttrium. 제1항에 있어서, 활성층은, 상기 백금족 금속 및 란탄족 금속을 산화물 형태로 포함하는, 전해용 전극.The electrode for electrolysis of claim 1, wherein the active layer contains the platinum group metal and the lanthanide metal in an oxide form. 제1항에 있어서,
상기 백금족 금속 및 란탄족 금속은 30:1 내지 2:1의 몰 비율로 포함되는, 전해용 전극.
According to claim 1,
The platinum group metal and the lanthanide group metal are included in a molar ratio of 30:1 to 2:1, the electrode for electrolysis.
제 1 항에 따른 전해용 전극을 제조하는 방법으로서,
(a) 금속 박판을 3차원 다공체 격자 형상을 가지는 구조체로 제조하여 금속 기판을 얻는 과정;
(b) 백금족 금속 전구체, 란탄족 금속 전구체, 용매를 포함하는 활성층용 코팅액을 제조하는 단계;
(c) 상기 활성층용 코팅액을 금속 기판 상에 도포하여 활성층을 형성하는 단계; 및
(d) 상기 활성층을 건조 및 열처리하는 단계;
를 포함하는, 전해용 전극의 제조 방법.
As a method for manufacturing the electrode for electrolysis according to claim 1,
(A) a process for obtaining a metal substrate by manufacturing a thin metal plate as a structure having a three-dimensional porous lattice shape;
(b) preparing a coating solution for an active layer comprising a platinum group metal precursor, a lanthanide metal precursor, and a solvent;
(c) forming an active layer by applying the coating liquid for the active layer on a metal substrate; And
(d) drying and heat-treating the active layer;
The manufacturing method of the electrode for electrolysis containing.
제8항에 있어서,
상기 과정(a)는,
(a-1) 금속 박판에 에칭 또는 펀칭을 이용하여 2차원 패턴의 개구부를 형성시키는 과정;
(a-2) 직선형의 성형된 유로를 가지는 금형을 제작하는 과정; 및
(a-3) 상기 금형을 이용하여 2차원 패턴이 형성된 금속 박판 상에 스탬핑 작업을 수행하는 과정;
을 포함하는, 전해용 전극의 제조방법.
The method of claim 8,
The process (a),
(a-1) a process of forming an opening of a two-dimensional pattern by etching or punching on a thin metal plate;
(a-2) a process of manufacturing a mold having a straight molded flow path; And
(a-3) a process of performing a stamping operation on a metal thin plate on which a two-dimensional pattern is formed using the mold;
The manufacturing method of the electrode for electrolysis containing.
제8항에 있어서, 상기 금속 기판에 활성층을 형성하기 전에, (a') 상기 금속 기판을 샌드블라시팅(sandblasting)하여 요철을 형성하는 과정; 및 (a'') 상기 요철이 형성된 금속 기판을 전처리하는 과정;
을 더 포함하는, 전해용 전극의 제조방법.
According to claim 8, Before forming an active layer on the metal substrate, (a') sandblasting the metal substrate (sandblasting) to form irregularities; And (a'') pre-processing the metal substrate on which the irregularities are formed;
Further comprising, a method of manufacturing an electrode for electrolysis.
제10항에 있어서, 상기 과정(a'')는, 황산 수용액에 금속 기판을 침지시켜 수행되는, 전해용 전극의 제조방법.The method of claim 10, wherein the process (a'') is performed by immersing a metal substrate in an aqueous sulfuric acid solution. 제8항에 있어서, 상기 백금족 금속 전구체는, 염화루테늄 수화물(RuCl3ㆍ nH2O), 염화백금산 수화물(H2PtCl6ㆍnH2O), 염화백금(PtCl4), 테트라아민백금(Ⅱ) 클로라이드 수화물(Pt(NH3)4Cl2ㆍH2O), 염화로듐(RhCl3), 질산로듐 수화물(Rh(NO3)3ㆍnH2O), 염화이리듐 수화물(IrCl3ㆍnH2O), 질산팔라듐(Pd(NO3)2)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인, 전해용 전극의 제조방법.The platinum group metal precursor is ruthenium chloride hydrate (RuCl 3 ㆍ nH 2 O), chloroplatinic acid hydrate (H 2 PtCl 6 ㆍnH 2 O), platinum chloride (PtCl 4 ), tetraamine platinum (II) ) Chloride hydrate (Pt(NH 3 ) 4 Cl 2 ㆍH 2 O), rhodium chloride (RhCl 3 ), rhodium nitrate hydrate (Rh(NO 3 ) 3 ㆍnH 2 O), iridium chloride hydrate (IrCl 3 ㆍnH 2 O), Palladium nitrate (Pd (NO 3 ) 2 ) At least one selected from the group consisting of, the method of manufacturing an electrode for electrolysis. 제12항에 있어서, 상기 백금족 금속 전구체는, 염화루테늄 수화물(RuCl3ㆍ nH2O), 또는, 염화루테늄 수화물(RuCl3ㆍ nH2O) 및 염화백금(PtCl4) 또는 염화백금산 수화물(H2PtCl4 H2O)인, 전해용 전극의 제조방법.According to claim 12, The platinum group metal precursor, ruthenium chloride hydrate (RuCl 3 · nH 2 O), or ruthenium chloride hydrate (RuCl 3 · nH 2 O) and platinum chloride (PtCl 4 ) or chloroplatinic acid hydrate (H 2 PtCl 4 H 2 O), a method of manufacturing an electrode for electrolysis. 제8항에 있어서, 상기 란탄족 금속 전구체는 질산세륨(Ⅲ)(Ce(NO3)3), 탄산세륨(Ⅲ)(Ce2(CO3)3), 염화세륨(Ⅲ)(CeCl3), 산화이트륨(Y2O3) 및 탄산이트륨(Y2(CO3)3)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인, 전해용 전극의 제조방법.The method of claim 8, wherein the lanthanide metal precursor is cerium(III) nitrate (Ce(NO 3 ) 3 ), cerium(III) carbonate (Ce 2 (CO 3 ) 3 ), cerium(III) chloride (CeCl 3 ) , Yttrium oxide (Y 2 O 3 ) And yttrium carbonate (Y 2 (CO 3 ) 3 ) At least one selected from the group consisting of, the method of manufacturing an electrode for electrolysis. 제8항에 있어서,
상기 용매는 C1 내지 C6의 알코올, C4 내지 C8의 글리콜 에테르, 또는 이들의 혼합 용매인, 전해용 전극의 제조방법.
The method of claim 8,
The solvent is a C1 to C6 alcohol, a C4 to C8 glycol ether, or a mixed solvent thereof, a method for producing an electrode for electrolysis.
제15항에 있어서,
상기 C1 내지 C6의 알코올 및 C4 내지 C8의 글리콜 에테르의 혼합비는 부피비로 10: 1 내지 1:2인, 전해용 전극의 제조방법.
The method of claim 15,
The mixing ratio of the alcohol of C1 to C6 and the glycol ether of C4 to C8 is 10: 1 to 1:2 in a volume ratio, the method of manufacturing an electrode for electrolysis.
제8항에 있어서,
상기 백금족 금속 전구체 및 란탄족 금속 전구체는 전구체에 포함되는 금속의 몰 수가 30:1 내지 2:1 비율이 되도록 포함되는 것인, 전해용 전극의 제조방법.
The method of claim 8,
The platinum group metal precursor and the lanthanide metal precursor are included so that the molar number of metals contained in the precursor is in a ratio of 30:1 to 2:1, the method of manufacturing an electrode for electrolysis.
제8항에 있어서,
상기 활성층용 코팅액의 농도는 50 내지 150 g/L인, 전해용 전극의 제조방법.
The method of claim 8,
The concentration of the coating solution for the active layer is 50 to 150 g/L, a method of manufacturing an electrode for electrolysis.
제8항에 있어서,
상기 건조 온도는 70 내지 200 ℃인, 전해용 전극의 제조방법.
The method of claim 8,
The drying temperature is 70 to 200 ℃, the method of manufacturing an electrode for electrolysis.
제8항에 있어서,
상기 열처리 온도는 300 내지 600 ℃인, 전해용 전극의 제조방법.
The method of claim 8,
The heat treatment temperature is 300 to 600 ℃, the manufacturing method of the electrode for electrolysis.
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CN114016024A (en) * 2021-10-15 2022-02-08 昆明贵研新材料科技有限公司 Method for preparing noble metal oxide coating electrode in high flux
CN115725997A (en) * 2021-08-25 2023-03-03 蓝星(北京)化工机械有限公司 High current density electrolytic active cathode and preparation method thereof

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