KR20210063678A - Electrode laminate for redution electrode, membrane electrode assembly comprising same and method of preparing same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an electrode laminate including: a porous current collector; and a catalyst layer formed on the porous current collector and including a conductive material, wherein the porous current collector has a mesh form. The electrode laminate, a membrane electrode assembly including the same, and a method for manufacturing the same of the present invention can save manufacturing time by directly coating a conductive material on the porous current collector by electroplating without a need to separately cast an electrode to manufacture the membrane electrode assembly.

Description

환원 전극용 전극 적층체, 그를 포함하는 막 전극 접합체 및 그의 제조방법 {ELECTRODE LAMINATE FOR REDUTION ELECTRODE, MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY COMPRISING SAME AND METHOD OF PREPARING SAME}An electrode laminate for a reduction electrode, a membrane electrode assembly comprising the same, and a method for manufacturing the same {ELECTRODE LAMINATE FOR REDUTION ELECTRODE, MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY COMPRISING SAME AND METHOD OF PREPARING SAME}

본 발명은 환원 전극용 전극 적층체, 그를 포함하는 막 전극 접합체 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다공성 집전체; 상기 다공성 집전체 상에 형성되고, 전도성 물질을 포함하는 촉매층;을 포함하고, 상기 다공성 집전체가 메쉬 형태인 환원 전극용 전극 적층체, 그를 포함하는 막 전극 접합체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode laminate for a reduction electrode, a membrane electrode assembly including the same, and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a porous current collector; It is formed on the porous current collector, and includes a catalyst layer comprising a conductive material, wherein the porous current collector is a mesh type electrode laminate for a reduction electrode, a membrane electrode assembly including the same, and a manufacturing method thereof.

화석 연료를 사용하면서 생성되는 CO2는 지구의 평균 기온을 상승시키는 온실가스의 주범으로 잘 알려져 있으며, 이로 인해 지구 온난화와 기후 변화에 의해 여러 가지 환경 문제가 발생하고 있다. 또한, 기후 변화에 의해서 전 세계적으로 매년 1.2조 달러의 피해를 보고 있으며, 한국에서도 최근 10년간 자연재해로 인해 11.5조원의 경제 손실을 보고 있다. 또한 매년 500만 명 이상의 사망자가 기후변화에 의해 발생하고 있고 있으며, 2030년에는 39억 명의 인구가 물 부족 현상에 직면할 것으로 예상된다. 따라서, CO2 분리, 저장 기술의 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 이상적으로는 CO2를 전환하여 연료나 화학원료를 생산하는 기술 등 탄소 자원화 기술이 각광받고 있다. CO2를 원료로 사용하고, 화석연료를 대체하는 화합물 원료 확보 기술은 환경적, 경제적, 산업적으로 기대효과가 큰 미래기술이며 CO2 분리 및 처리 등에 드는 에너지 소비량을 절약할 수 있다. CO 2 generated while using fossil fuels is well known as the main culprit of greenhouse gases that increase the average temperature of the earth, and this causes various environmental problems due to global warming and climate change. In addition, the world is suffering 1.2 trillion dollars of damage every year due to climate change, and Korea is also seeing an economic loss of 11.5 trillion won due to natural disasters in the last 10 years. In addition, more than 5 million deaths are caused by climate change every year, and by 2030, 3.9 billion people are expected to face water scarcity. Therefore, the development of CO 2 separation and storage technology is being actively carried out, and ideally, carbon resource conversion technology such as a technology for producing fuel or chemical raw materials by converting CO 2 is in the spotlight. Using CO 2 as a raw material and securing a compound raw material that replaces fossil fuels is a future technology with great environmental, economic, and industrial effects, and it can save energy consumption for CO 2 separation and treatment.

태양광을 에너지원으로 사용하여, 물과 이산화탄소로부터 지속 가능하게 화학 원료를 합성하는 기술은 광전기화학적 전환으로 태양광 에너지를 화학에너지로 저장하는 청정 기술이며 수소, CO(C1 화합물), C2H4(C2 화합물) 등 기체 화학 원료 제조가 가능하다. 열역학적으로 흡열반응을 진행시키기 위해서는 외부에서 에너지가 공급되어야 하는데, 이 때 필요한 에너지를 태양광으로부터 공급받아 고부가가치의 화합물을 제조할 수 있다. 물이나 이산화탄소는 매우 안정한 화학물이기 때문에, 물을 분해하여 수소와 산소를 생성하거나 이산화탄소를 환원하여 CO, CH4, C2H4 등의 화합물을 생성하는 반응은 모두 흡열반응으로 물과 이산화탄소를 전환하는 촉매 물질 개발을 통해 전환에 소비되는 에너지를 감소시킬 수 있으며, 또한 태양광 연료/원료 전환 효율을 향상 시킬 수 있다. The technology of synthesizing chemical raw materials sustainably from water and carbon dioxide using sunlight as an energy source is a clean technology that stores solar energy as chemical energy through photoelectrochemical conversion, and hydrogen, CO (C1 compound), C 2 H Gas chemical raw materials such as 4 (C2 compound) can be produced. In order for the endothermic reaction to proceed thermodynamically, energy must be supplied from the outside. At this time, the required energy can be supplied from sunlight to manufacture high value-added compounds. Since water and carbon dioxide are very stable chemicals, all reactions that decompose water to produce hydrogen and oxygen or reduce carbon dioxide to produce compounds such as CO, CH 4 , and C 2 H 4 are all endothermic reactions that produce water and carbon dioxide. Through the development of a catalytic material for conversion, the energy consumed for conversion can be reduced, and the efficiency of solar fuel/raw material conversion can be improved.

이러한 기술은 지구상에 매장량이 많고 공급 가격이 저렴한 소재들을 기반으로 하여 향후 상용화에 유리한 기술이며, 자연에서 식물이나 박테리아는 빛을 흡수하고 물과 이산화탄소를 결합하여 생물학적 연료인 당으로 전환하는 광합성 작용을 하는데, 태양광 화학원료 합성은 이를 모사한 기술이다. 자연에서의 광합성 작용은 태양광 흡수가 동반되는 광반응과 이 후 탄소 고정이 일어나는 암반응으로 구성되어 있는데 이를 본떠, 태양전지를 통해 빛을 흡수하는 단계, 생성된 전공이 물을 분해하는 단계와 여기 된 전자가 이산화탄소를 환원하는 촉매 반응 단계로 구성된 태양광 연료/원료 전환 디바이스를 구현에 많은 연구가 진행되고 있다. These technologies are advantageous for future commercialization based on materials with abundant reserves and low supply prices. In nature, plants and bacteria absorb light and combine water and carbon dioxide to convert photosynthesis into sugar, a biological fuel. However, photovoltaic chemical raw material synthesis is a technology that mimics this. Photosynthesis in nature consists of a photoreaction accompanied by absorption of sunlight and a dark reaction in which carbon is fixed thereafter. Modeled after this, a step of absorbing light through a solar cell, a step of decomposing water by the generated electrons, and excitation A lot of research is in progress on realizing a solar fuel/raw material conversion device consisting of a catalytic reaction step in which the converted electrons reduce carbon dioxide.

특히, 물을 분해하는 단계와 이산화탄소를 환원하는 반응이 이뤄지는 전기화학단위 전지 구조는 수소 이온이 이동하는 고분자 전해질막(Polymer Electrolyte Membrane)을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층(Catalyst Electrode Layer)이 부착된 막전극접합체(Membrane Electrode Assembly,MEA), 반응가스들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 가스확산층(Gas Diffusion Layer,GDL), 반응가스들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응가스들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(Bipolar Plate)을 포함하여 구성된다. 애노드에서는 물이 공급되어 전극촉매 상에서 반응하여 산소, 수소 이온과 전자를 발생시킨다. 음극에서는 고체 고분자 막을 통과한 수소이온이 전자와 결합하여 CO2가 CO로 환원된다. In particular, the electrochemical unit cell structure, in which the water decomposition step and the carbon dioxide reduction reaction are performed, has a catalyst electrode layer (Catalyst Electrode) in which an electrochemical reaction occurs on both sides of the membrane centering on a polymer electrolyte membrane (Polymer Electrolyte Membrane) through which hydrogen ions move. Membrane Electrode Assembly (MEA) to which the layer) is attached, the gas diffusion layer (GDL) that evenly distributes the reaction gases and transmits the generated electric energy, airtightness of the reaction gases and cooling water and a gasket and a fastening mechanism for maintaining an appropriate fastening pressure, and a bipolar plate for moving reactive gases and cooling water. At the anode, water is supplied and reacts on the electrocatalyst to generate oxygen, hydrogen ions and electrons. At the cathode, hydrogen ions passing through the polymer membrane combine with electrons to reduce CO 2 to CO.

양극: H2O → 1/2O2 + 2H+ + 2e- Anode: H 2 O → 1/2O 2 + 2H + + 2e -

음극: CO2 + 2H+ → CO + H2OCathode: CO 2 + 2H + → CO + H 2 O

이러한 막 전극 접합체는 주로 데칼(Decal)법을 이용하여 형성된다. 데칼법은 촉매물질과 프로톤 전도성 바인더 및 용매가 혼합된 전극 페이스트를 테프론 시트에 코팅한 다음 열융착을 이용하여 전도성 전해질막에 촉매층을 전이시킨다. 그러나, 이 데칼법은 촉매물질이 코팅될 때 표면에 균일한 두께로 분포되지 않기 때문에 촉매의 이용율을 감소시켜 성능이 저하된다는 것이 가장 큰 단점이다. 또한, 이차적으로 열 융착해야 하기 때문에 공정이 복잡해질 수 있고 계면 형성이 불연속적으로 형성된다는 것도 단점으로 들 수 있다.Such a membrane electrode assembly is mainly formed using a decal method. In the decal method, an electrode paste in which a catalyst material, a proton conductive binder, and a solvent are mixed is coated on a Teflon sheet, and then the catalyst layer is transferred to the conductive electrolyte membrane by thermal fusion. However, this decal method has the biggest drawback in that the catalyst material is not distributed in a uniform thickness on the surface when it is coated, so that the utilization rate of the catalyst is reduced and the performance is deteriorated. In addition, since the secondary thermal fusion is required, the process may be complicated and the interfacial formation may be discontinuously formed as a disadvantage.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 별도로 전극을 캐스팅하여 막 전극 접합체를 제조할 필요 없이 전기도금에 의해 다공성 집전체에 직접 전도성 물질을 코팅하는 전극 적층체, 그를 포함하는 막 전극 접합체 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to directly coat a conductive material on a porous current collector by electroplating without the need to separately cast an electrode to prepare a membrane electrode assembly. To provide a sieve, a membrane electrode assembly including the same, and a method for manufacturing the same.

또한, 본 발명의 목적은 이산화탄소(CO2)와 반응성이 높아 CO2를 환원시킬 수 있는 전극 적층체, 그를 포함하는 막 전극 접합체 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an electrode laminate capable of reducing CO 2 due to high reactivity with carbon dioxide (CO 2 ), a membrane electrode assembly including the same, and a method for manufacturing the same.

본 발명의 일 측면에 따르면, 다공성 집전체; 상기 다공성 집전체 상에 형성되고, 전도성 물질을 포함하는 촉매층;을 포함하고, 상기 다공성 집전체가 메쉬 형태인 것인, 전극 적층체가 제공된다. According to one aspect of the present invention, a porous current collector; A catalyst layer formed on the porous current collector and including a conductive material; and, wherein the porous current collector is in the form of a mesh, is provided.

상기 다공성 집전체는 니켈을 포함할 수 있다.The porous current collector may include nickel.

상기 촉매층이 상기 다공성 집전체의 일면 상에 형성될 수 있다.The catalyst layer may be formed on one surface of the porous current collector.

상기 다공성 집전체의 두께는 1 내지 500μm 일 수 있다.The thickness of the porous current collector may be 1 to 500 μm.

상기 전도성 물질은 은, 백금, 주석, 구리, 금, 백금, 팔라듐, 니켈, 인듐, 알루미늄, 철, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 몰리브덴, 아연, 바나듐, 텅스텐, 티탄, 망간, 크롬, 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The conductive material is silver, platinum, tin, copper, gold, platinum, palladium, nickel, indium, aluminum, iron, rhodium, ruthenium, osmium, cobalt, molybdenum, zinc, vanadium, tungsten, titanium, manganese, chromium, and these It may include one or more selected from the group consisting of alloys.

상기 전도성 물질은 은을 포함할 수 있다.The conductive material may include silver.

상기 촉매층 두께는 1 내지 50μm일 수 있다. The thickness of the catalyst layer may be 1 to 50 μm.

상기 전극 적층체가 이산화탄소 환원 전극으로 사용하기 위한 것일 수 있다.The electrode laminate may be for use as a carbon dioxide reduction electrode.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 전극 적층체를 포함하는 양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 전해질막;을 포함하는 막 전극 접합체가 제공된다.According to another aspect of the present invention, the positive electrode including the electrode stack; cathode; and an electrolyte membrane between the positive electrode and the negative electrode.

상기 전해질막은 나피온을 포함할 수 있다.The electrolyte membrane may include Nafion.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 막 전극 접합체를 포함하는 수분해 장치, 연료전지, 광전 변환소자, 및 이산화탄소 환원장치로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 전자부품이 제공된다.According to another aspect of the present invention, any one electronic component selected from the group consisting of a water decomposition device, a fuel cell, a photoelectric conversion device, and a carbon dioxide reduction device including the membrane electrode assembly is provided.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, (a) 다공성 집전체를 준비하는 단계; 및 (b) 상기 다공성 집전체 상에 전도성 물질을 전기도금함으로써 전도성 물질을 포함하는 촉매층을 형성하여 다공성 집전체/촉매층을 포함하는 전극 적층체를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 다공성 집전체가 메쉬 형태인 것인, 전극 적층체의 제조방법 이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (a) preparing a porous current collector; and (b) forming a catalyst layer including a conductive material by electroplating a conductive material on the porous current collector to prepare an electrode laminate including a porous current collector/catalyst layer; There is provided a method for manufacturing an electrode laminate, which is in the form of a mesh.

상기 단계 (b)가 (b-1) 상기 다공성 집전체를 도금용액에 함침하는 단계; 및 (b-2) 상기 다공성 집전체가 함침된 도금용액에 전류를 인가하여 다공성 집전체 상에 전도성 물질을 전기도금함으로써 전도성 물질을 포함하는 촉매층을 형성하여 다공성 집전체/촉매층을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.Step (b) is (b-1) impregnating the porous current collector in a plating solution; and (b-2) applying an electric current to the plating solution impregnated with the porous current collector to form a catalyst layer including the conductive material by electroplating the conductive material on the porous current collector to prepare a porous current collector/catalyst layer; may include.

상기 다공성 집전체는 니켈을 포함할 수 있다.The porous current collector may include nickel.

상기 전도성 물질이 은, 백금, 주석, 구리, 금, 백금, 팔라듐, 니켈, 인듐, 알루미늄, 철, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 몰리브덴, 아연, 바나듐, 텅스텐, 티탄, 망간, 크롬, 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The conductive material is silver, platinum, tin, copper, gold, platinum, palladium, nickel, indium, aluminum, iron, rhodium, ruthenium, osmium, cobalt, molybdenum, zinc, vanadium, tungsten, titanium, manganese, chromium, and these It may include one or more selected from the group consisting of alloys.

상기 전도성 물질이 은을 포함할 수 있다.The conductive material may include silver.

상기 다공성 집전체의 두께는 1 내지 500μm 일 수 있다.The thickness of the porous current collector may be 1 to 500 μm.

상기 촉매층의 두께는 1 내지 50μm일 수 있다.The thickness of the catalyst layer may be 1 to 50 μm.

본 발명의 전극 적층체, 그를 포함하는 막 전극 접합체 및 그의 제조방법은 별도로 전극을 캐스팅하여 막 전극 접합체(MEA)를 제조할 필요 없이 전기도금에 의해 다공성 전극기재에 직접 전도성 물질을 코팅함으로써 제조공정에 걸리는 시간을 절약할 수 있다.The electrode laminate of the present invention, a membrane electrode assembly including the same, and a manufacturing method thereof are manufactured by directly coating a conductive material on a porous electrode substrate by electroplating without the need to separately cast an electrode to prepare a membrane electrode assembly (MEA). You can save time on

또한, 본 발명의 전극 적층체, 그를 포함하는 막 전극 접합체 및 그의 제조방법은 촉매층의 전도성 물질과 이산화탄소(CO2)의 효율적인 접촉이 가능하여 이산화탄소(CO2)와 반응성을 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, the electrode stack, the membrane electrode assembly and a method of manufacturing the same comprising them of the invention it is possible to improve the carbon dioxide (CO 2) and the reactivity for efficient contact of the conductive material and the carbon dioxide (CO 2) of the catalyst bed .

도 1은 본 발명에 따른 전극 적층체의 개략도이다.
도 2는 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 Ag가 도금된 전극 적층체, 니켈 메쉬, 은(Ag)의 XRD pattern 그래프이다.
도 3a는 실시예 1에 따라 제조된 전극 적층체의 사진 및 SEM 분석 이미지이다.
도 3b는 실시예 2에 따라 제조된 전극 적층체의 사진 및 SEM 분석 이미지이다.
도 3c는 실시예 3에 따라 제조된 전극 적층체의 사진 및 SEM 분석 이미지이다.
도 3d는 실시예 4에 따라 제조된 전극 적층체의 사진 및 SEM 분석 이미지이다.
도 4는 소자실시예 1 내지 4에 따라 제조된 Half Cell의 LSV(Linear Sweep Voltammetry) 분석 결과이다.
도 5는 소자실시예 2에 따라 제조된 Half Cell의 -1.4 내지 2.0V까지 전압범위에서의 전류 변화 그래프이다.
1 is a schematic view of an electrode laminate according to the present invention.
2 is an XRD pattern graph of Ag-plated electrode laminates, nickel mesh, and silver (Ag) prepared according to Examples 1 to 4;
3A is a photograph and SEM analysis image of the electrode laminate prepared according to Example 1. FIG.
3B is a photograph and SEM analysis image of the electrode laminate prepared according to Example 2.
3C is a photograph and SEM analysis image of the electrode laminate prepared according to Example 3.
3D is a photograph and SEM analysis image of the electrode laminate prepared according to Example 4.
4 is a linear sweep voltammetry (LSV) analysis result of a half cell manufactured according to Device Examples 1 to 4;
5 is a graph of current change in a voltage range from -1.4 to 2.0V of a half cell manufactured according to Device Example 2. FIG.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention.

그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following description is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention in describing the present invention, the detailed description thereof will be omitted. .

본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is only used to describe specific embodiments, and is not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, element, or combination thereof described in the specification exists, but is one or more other features or It should be understood that the existence or addition of numbers, steps, acts, elements, or combinations thereof is not precluded in advance.

도 1은 본 발명에 따른 전극 적층체의 개략도이다.1 is a schematic view of an electrode laminate according to the present invention.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 전극 적층체 및 그를 포함하는 막 전극 접합체에 대해 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, the electrode laminate of the present invention and a membrane electrode assembly including the same will be described in detail with reference to FIG. 1 .

본 발명은 다공성 집전체; 및 상기 다공성 집전체 상에 형성되고, 전도성 물질을 포함하는 촉매층;을 포함하고, 상기 다공성 집전체가 메쉬 형태인 것인, 전극 적층체를 제공한다.The present invention is a porous current collector; and a catalyst layer formed on the porous current collector and including a conductive material, wherein the porous current collector is in the form of a mesh.

상기 다공성 집전체는 니켈을 포함할 수 있다. The porous current collector may include nickel.

상기 촉매층이 상기 다공성 집전체의 일면 상에 형성될 수 있다.The catalyst layer may be formed on one surface of the porous current collector.

상기 다공성 집전체의 두께는 1 내지 500μm일 수 있다. 상기 다공성 집전체의 두께가 500μm를 초과하는 경우 너무 두꺼워서 MEA 제작에 어려움이 있어 바람직하지 않다.The thickness of the porous current collector may be 1 to 500 μm. When the thickness of the porous current collector exceeds 500 μm, it is not preferable because it is too thick to produce an MEA.

상기 전도성 물질은 은, 백금, 주석, 구리, 금, 백금, 팔라듐, 니켈, 인듐, 알루미늄, 철, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 몰리브덴, 아연, 바나듐, 텅스텐, 티탄, 망간, 크롬, 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 은을 포함할 수 있다. 상기 은(Ag)은 저가이면서 CO Faradaic Effiency가 높아 촉매층의 전도성 물질로서 사용하기에 바람직하다. The conductive material is silver, platinum, tin, copper, gold, platinum, palladium, nickel, indium, aluminum, iron, rhodium, ruthenium, osmium, cobalt, molybdenum, zinc, vanadium, tungsten, titanium, manganese, chromium, and these It may include one or more selected from the group consisting of alloys of, preferably silver. The silver (Ag) is inexpensive and has high CO Faradaic Effiency, so it is preferable to be used as a conductive material for the catalyst layer.

상기 촉매층 두께는 1 내지 50μm일 수 있다. The thickness of the catalyst layer may be 1 to 50 μm.

상기 촉매층 두께가 1μm 미만이면, 다공성 집전체(Ni mesh)에 불균일한 도금층의 형성으로 부분적으로 Ni 표면이 노출되어 촉매 역할을 제대로 수행할 수 없어 바람직하지 않고, 50μm 초과이면, 응력에 의한 Ni 과의 접합이 파괴될 수 있고, mesh 내의 엣지 부분에서의 과도금 현상으로 인한 막힘 현상이 발생할 수 있어 바람직하지 않다.If the catalyst layer thickness is less than 1 μm, it is undesirable because the Ni surface is partially exposed due to the formation of a non-uniform plating layer on the porous current collector (Ni mesh), and thus the catalyst role cannot be properly performed. It is undesirable because it may break the joint of the mesh, and clogging may occur due to the overcharge phenomenon at the edge portion in the mesh.

상기 전극 적층체가 이산화탄소 환원 전극으로 사용하기 위한 것일 수 있다.The electrode laminate may be for use as a carbon dioxide reduction electrode.

본 발명은 상기 전극 적층체를 포함하는 양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 전해질막;을 포함하는 막 전극 접합체를 제공한다.The present invention provides a positive electrode comprising the electrode laminate; cathode; and an electrolyte membrane between the positive electrode and the negative electrode.

상기 전해질막은 나피온을 포함할 수 있다. The electrolyte membrane may include Nafion.

본 발명은 상기 막 전극 접합체를 포함하는 수분해 장치, 연료전지, 광전 변환소자, 및 이산화탄소 환원장치로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 전자부품을 제공한다.The present invention provides any one electronic component selected from the group consisting of a water decomposition device including the membrane electrode assembly, a fuel cell, a photoelectric conversion device, and a carbon dioxide reduction device.

이하, 본 발명의 막 전극 접합체의 제조방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for manufacturing the membrane electrode assembly of the present invention will be described in detail.

먼저, 다공성 집전체를 준비한다(단계 a).First, a porous current collector is prepared (step a).

상기 다공성 집전체가 메쉬 형태일 수 있다.The porous current collector may be in the form of a mesh.

상기 다공성 집전체는 니켈을 포함할 수 있다. The porous current collector may include nickel.

다음으로 상기 다공성 집전체 상에 전도성 물질을 전기도금함으로써 전도성 물질을 포함하는 촉매층을 형성하여 다공성 집전체/촉매층을 포함하는 전극 적층체를 제조한다(단계 b).Next, a catalyst layer including a conductive material is formed by electroplating a conductive material on the porous current collector to prepare an electrode laminate including a porous current collector/catalyst layer (step b).

상기 단계 (b)가 (b-1) 상기 다공성 집전체를 도금용액에 함침하는 단계; 및 (b-2) 상기 다공성 집전체가 함침된 도금용액에 전류를 인가하여 다공성 집전체 상에 전도성 물질을 전기도금함으로써 전도성 물질을 포함하는 촉매층을 형성하여 다공성 집전체/촉매층을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다. Step (b) is (b-1) impregnating the porous current collector in a plating solution; and (b-2) applying an electric current to the plating solution impregnated with the porous current collector and electroplating the conductive material on the porous current collector to form a catalyst layer including the conductive material to prepare a porous current collector/catalyst layer; may include.

상기 도금용액은 상기 전도성 물질을 포함할 수 있다.The plating solution may include the conductive material.

상기 전도성 물질이 은, 백금, 주석, 구리, 금, 백금, 팔라듐, 니켈, 인듐, 알루미늄, 철, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 몰리브덴, 아연, 바나듐, 텅스텐, 티탄, 망간, 크롬, 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 은을 포함할 수 있다.The conductive material is silver, platinum, tin, copper, gold, platinum, palladium, nickel, indium, aluminum, iron, rhodium, ruthenium, osmium, cobalt, molybdenum, zinc, vanadium, tungsten, titanium, manganese, chromium, and these It may include one or more selected from the group consisting of alloys of, preferably silver.

상기 다공성 집전체의 두께는 1 내지 500μm일 수 있다.The thickness of the porous current collector may be 1 to 500 μm.

상기 촉매층 두께는 1 내지 50μm일 수 있다. The thickness of the catalyst layer may be 1 to 50 μm.

[실시예] [Example]

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described. However, this is for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예 1: 전극 적층체 1(Ag-Mesh 1)Example 1: Electrode laminate 1 (Ag-Mesh 1)

0.2mm의 다공성 집전체 Ni Mesh를 은도금용액(시안화은 5g/L, 시안화칼륨 20g/L, 탄산칼륨 15g/L)에 함침시키고, 상온에서 15mA/cm2의 전류밀도를 10분 동안 인가하여 은이 15μm(함량 0.0139g) 도금된 전극 적층체를 제조하였다. A 0.2mm porous current collector Ni Mesh was impregnated with a silver plating solution (silver cyanide 5g/L, potassium cyanide 20g/L, potassium carbonate 15g/L), and a current density of 15mA/cm 2 was applied at room temperature for 10 minutes to make the silver 15μm. (content 0.0139 g) A plated electrode laminate was prepared.

실시예 2: 전극 적층체 2(Ag-Mesh 2)Example 2: Electrode laminate 2 (Ag-Mesh 2)

전류밀도를 10분 동안 인가하는 대신에 20분 동안 인가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 은이 30μm(함량 0.0095g) 도금된 전극 적층체를 제조하였다.An electrode laminate plated with silver 30 μm (content 0.0095 g) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the current density was applied for 20 minutes instead of for 10 minutes.

실시예 3: 전극 적층체 3(Ag-Mesh 3)Example 3: Electrode laminate 3 (Ag-Mesh 3)

전류밀도를 10분 동안 인가하는 대신에 30분 동안 인가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 은이 45μm(함량 0.0158g) 도금된 전극 적층체를 제조하였다. An electrode laminate plated with silver 45 μm (content 0.0158 g) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the current density was applied for 30 minutes instead of for 10 minutes.

실시예 4: 전극 적층체 4(Ag-Mesh 4)Example 4: Electrode Laminate 4 (Ag-Mesh 4)

전류밀도를 10분 동안 인가하는 대신에 40분 동안 인가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 은이 60μm(함량 0.0436g) 도금된 전극 적층체를 제조하였다. An electrode laminate plated with silver 60 μm (content 0.0436 g) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the current density was applied for 40 minutes instead of applying for 10 minutes.

소자실시예 1: Half Cell 제조 1Device Example 1: Half Cell Manufacturing 1

상대전극으로 Pt mesh를 사용하였고, 기준전극으로 Ag/AgCl 전극을 사용하였다. 작업전극은 전극 크기가 2 x 1.5cm로 3cm2의 면적을 갖도록 하고, 실시예 1에 따라 제조된 전극 적층체를 사용하였다. 0.5M KHCO3 전해질을 제조해 전해질로 사용하여 Half Cell을 제조하였다.A Pt mesh was used as a counter electrode, and an Ag/AgCl electrode was used as a reference electrode. The working electrode had an electrode size of 2 x 1.5 cm and an area of 3 cm 2 , and the electrode stack prepared according to Example 1 was used. A half cell was prepared by using 0.5M KHCO 3 electrolyte as an electrolyte.

소자실시예 2: Half Cell 제조 2Device Example 2: Half Cell Manufacturing 2

소자실시예 1에서 작업전극으로 실시예 1에 따라 제조된 전극 적층체를 사용하는 대신에 실시예 2에 따라 제조된 전극 적층체를 사용하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 Half Cell을 제조하였다.Half Cell in the same manner as in Device Example 1, except that the electrode stack manufactured according to Example 2 was used instead of using the electrode stack manufactured according to Example 1 as the working electrode in Device Example 1 was prepared.

소자실시예 3: Half Cell 제조 3Device Example 3: Half Cell Manufacturing 3

소자실시예 1에서 작업전극으로 실시예 1에 따라 제조된 전극 적층체를 사용하는 대신에 실시예 3에 따라 제조된 전극 적층체를 사용하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 Half Cell을 제조하였다.Half Cell in the same manner as in Device Example 1 except for using the electrode stack manufactured according to Example 3 instead of using the electrode stack manufactured according to Example 1 as the working electrode in Device Example 1 was prepared.

소자실시예 4: Half Cell 제조 4Device Example 4: Half Cell Manufacturing 4

소자실시예 1에서 작업전극으로 실시예 1에 따라 제조된 전극 적층체를 사용하는 대신에 실시예 4에 따라 제조된 전극 적층체를 사용하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 Half Cell을 제조하였다.Half Cell in the same manner as in Device Example 1 except for using the electrode stack manufactured according to Example 4 instead of using the electrode stack manufactured according to Example 1 as the working electrode in Device Example 1 was prepared.

[시험예] [Test Example]

시험예 1: XRD 및 SEM 분석Test Example 1: XRD and SEM analysis

도 2는 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 Ag가 도금된 전극 적층체, 니켈 메쉬, 은(Ag)의 XRD pattern 그래프이고, 도 3a 내지 3d는 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 전극 적층체의 사진 및 SEM 분석 이미지이다.2 is an XRD pattern graph of the Ag-plated electrode laminate, nickel mesh, and silver (Ag) prepared according to Examples 1 to 4, and FIGS. 3A to 3D are electrode laminates prepared according to Examples 1 to 4; are photographs and SEM analysis images.

도 2 및 3a 내지 3d를 참조하면, 도금시간이 증가함에 따라 XRD pattern의 intensity가 증가함을 확인할 수 있으며, 이는 도금시간에 따라 입자성장이 이루어 짐을 알 수 있다. 또한 SEM image를 통해서도 입자성장이 이루어짐을 확인할 수 있다. Referring to FIGS. 2 and 3A to 3D , it can be seen that the intensity of the XRD pattern increases as the plating time increases, and it can be seen that grain growth occurs according to the plating time. In addition, it can be confirmed that grain growth is made through the SEM image.

시험예 2: 전기화학적 특성 평가Test Example 2: Evaluation of electrochemical properties

도 4는 소자실시예 1 내지 4에 따라 제조된 Half Cell의 LSV(Linear Sweep Voltammetry) 분석 결과이다. 0 내지 -2.0V의 전압 범위에서 test를 진행하였으며, 30mV의 전압을 걸어주면서 실험을 진행하였다. 또한 소자실시예 1 내지 4의 E(RHE) 및 과전압 측정 결과를 표 1에 나타내었다. E(RHE) 변환식에 의해 과전압을 측정하였으며, 변환식 하기 식1과 같다.4 is a linear sweep voltammetry (LSV) analysis result of a half cell manufactured according to Device Examples 1 to 4; The test was carried out in a voltage range of 0 to -2.0V, and the experiment was carried out while applying a voltage of 30mV. In addition, Table 1 shows the E(RHE) and overvoltage measurement results of Device Examples 1 to 4. The overvoltage was measured by the E(RHE) conversion equation, and the conversion equation is as shown in Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

E(RHE) = E(Ag/AgCl) + 0.197V + 0.05915V x pHE(RHE) = E(Ag/AgCl) + 0.197V + 0.05915V x pH

Current
density
(mA/cm2)
Current
density
(mA/cm 2 )
소자실시예 1Device Example 1 소자실시예 2Device Example 2 소자실시예 3Device Example 3 소자실시예 4Device Example 4
Potential (V)
(E(Ag/AgCl))
Potential (V)
(E(Ag/AgCl))
E(RHE)
(V)
E (RHE)
(V)
Over
potential
(mV)
Over
potential
(mV)
Potential (V)
(E(Ag/AgCl))
Potential (V)
(E(Ag/AgCl))
E(RHE)
(V)
E (RHE)
(V)
Over
potential
(mV)
Over
potential
(mV)
Potential (V)
(E(Ag/AgCl))
Potential (V)
(E(Ag/AgCl))
E(RHE)
(V)
E (RHE)
(V)
Over
potential
(mV)
Over
potential
(mV)
Potential (V)
(E(Ag/AgCl))
Potential (V)
(E(Ag/AgCl))
E(RHE)
(V)
E (RHE)
(V)
Over
potential
(mV)
Over
potential
(mV)
55 -1.39-1.39 -0.779-0.779 249249 -1.38-1.38 -0.769-0.769 239239 -1.42-1.42 -0.809-0.809 279279 -1.48-1.48 -1.869-1.869 339339 1010 -1.59-1.59 -0.979-0.979 449449 -1.52-1.52 -0.909-0.909 379379 -1.59-1.59 -0.979-0.979 449449 -1.69-1.69 -1.079-1.079 579579 1515 -1.75-1.75 -1.139-1.139 609609 -1.63-1.63 -1.019-1.019 489489 -1.71-1.71 -1.099-1.099 569569 -1.83-1.83 -1.219-1.219 589589 2020 -1.87-1.87 -1.259-1.259 729729 -1.72-1.72 -1.109-1.109 579579 -1.82-1.82 -1.209-1.209 679679 -1.9-1.9 -1.289-1.289 759759

도 4 및 표 1을 참조하면, Half cell에 사용된 기준 전극이 Ag/AgCl이므로 위 변환식에 따라 RHE 전극 기준으로 전압을 변환하여 계산하였고, 0.5M KHCO3의 전해질을 사용하였기 때문에 pH 를 7로 계산하였다. 소자실시예 1 내지 4에 따른 Half cell 모두 Current density가 증가함에 따라 과전압이 증가함을 알 수 있으며 니켈메쉬에 Ag 촉매 로딩량이 증가함에 따라 과전압이 증가하는 경향을 보이며, 소자실시예 2의 경우, 5mA/cm2 의 전류량에서 가장 낮은 과전압을 확인할 수 있다.Referring to Figure 4 and Table 1, since the reference electrode used in the half cell is Ag/AgCl, the voltage was converted and calculated based on the RHE electrode according to the above conversion formula, and the pH was changed to 7 because an electrolyte of 0.5M KHCO 3 was used. Calculated. It can be seen that in all of the half cells according to Device Examples 1 to 4, the overvoltage increases as the current density increases, and the overvoltage tends to increase as the loading amount of the Ag catalyst in the nickel mesh increases. In the case of Device Example 2, The lowest overvoltage can be seen at a current of 5mA/cm 2 .

시험예 3: 수명 평가 그래프Test Example 3: Life evaluation graph

도 5는 소자실시예 2에 따라 제조된 Half Cell의 0.2V 간격으로 -1.4 내지 2.0V까지 전압범위에서의 전류 변화 그래프이다.5 is a graph of current change in a voltage range from -1.4 to 2.0V at 0.2V intervals of a half cell manufactured according to Device Example 2. FIG.

도 5를 참조하면, 전압이 증가함에 따라 발생하는 전류값이 커짐을 확인 할 수 있다. 소자실시예 2의 경우 각 전압에서의 생성되는 전류양이 30 ~50 mA 의 범위를 가짐을 확인할 수 있는데, 이는 반응 후 생성되는 생성물이 촉매표면에서 떨어지지 않아 반응면적의 감소 및 표면에서의 저항을 증가시키기 때문이다. 이러한 이유로 낮은 과전압을 보임을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5 , it can be confirmed that the value of the generated current increases as the voltage increases. In the case of Device Example 2, it can be seen that the amount of current generated at each voltage is in the range of 30 to 50 mA, which means that the product generated after the reaction does not fall from the catalyst surface, thereby reducing the reaction area and reducing the resistance at the surface. because it increases For this reason, it can be seen that the low overvoltage is shown.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, those of ordinary skill in the art can add, change, delete or It will be possible to variously modify and change the present invention by addition, etc., which will also be included within the scope of the present invention. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (18)

다공성 집전체; 및
상기 다공성 집전체 상에 형성되고, 전도성 물질을 포함하는 촉매층;을 포함하고,
상기 다공성 집전체가 메쉬 형태인 것인, 전극 적층체.
porous current collector; and
A catalyst layer formed on the porous current collector and comprising a conductive material;
The porous current collector will be in the form of a mesh, the electrode laminate.
제1항에 있어서,
상기 다공성 집전체는 니켈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
The method of claim 1,
The porous current collector is an electrode laminate, characterized in that it comprises nickel.
제1항에 있어서,
상기 촉매층이 상기 다공성 집전체의 일면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
The method of claim 1,
The electrode laminate, characterized in that the catalyst layer is formed on one surface of the porous current collector.
제1항에 있어서,
상기 다공성 집전체의 두께는 1 내지 500μm인 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
The method of claim 1,
The porous current collector has a thickness of 1 to 500 μm.
제1항에 있어서,
상기 전도성 물질은 은, 백금, 주석, 구리, 금, 백금, 팔라듐, 니켈, 인듐, 알루미늄, 철, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 몰리브덴, 아연, 바나듐, 텅스텐, 티탄, 망간, 크롬, 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
The method of claim 1,
The conductive material is silver, platinum, tin, copper, gold, platinum, palladium, nickel, indium, aluminum, iron, rhodium, ruthenium, osmium, cobalt, molybdenum, zinc, vanadium, tungsten, titanium, manganese, chromium, and these An electrode laminate comprising at least one selected from the group consisting of an alloy of
제5항에 있어서,
상기 전도성 물질은 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
The method of claim 5,
The electrode laminate, characterized in that the conductive material comprises silver.
제1항에 있어서,
상기 촉매층의 두께가 1 내지 50μm인 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
The method of claim 1,
The electrode laminate, characterized in that the thickness of the catalyst layer is 1 to 50㎛.
제1항에 있어서,
상기 전극 적층체가 이산화탄소 환원 전극으로 사용하기 위한 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
The method of claim 1,
The electrode laminate, characterized in that for use as a carbon dioxide reduction electrode.
제1항에 따른 전극 적층체를 포함하는 양극;
음극; 및
상기 양극과 음극 사이에 전해질막;을
포함하는 막 전극 접합체.
A positive electrode comprising the electrode stack according to claim 1;
cathode; and
an electrolyte membrane between the positive electrode and the negative electrode;
A membrane electrode assembly comprising.
제9항에 있어서,
상기 전해질막은 나피온을 포함하는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체.
The method of claim 9,
The electrolyte membrane is a membrane electrode assembly, characterized in that it comprises Nafion.
제9항에 따른 막 전극 접합체를 포함하는 수분해 장치, 연료전지, 광전 변환소자, 및 이산화탄소 환원장치로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 전자부품.Any one electronic component selected from the group consisting of a water decomposition device comprising the membrane electrode assembly according to claim 9, a fuel cell, a photoelectric conversion device, and a carbon dioxide reduction device. (a) 다공성 집전체를 준비하는 단계; 및
(b) 상기 다공성 집전체 상에 전도성 물질을 전기도금함으로써 전도성 물질을 포함하는 촉매층을 형성하여 다공성 집전체/촉매층을 포함하는 전극 적층체를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 다공성 집전체가 메쉬 형태인 것인, 전극 적층체의 제조방법.
(a) preparing a porous current collector; and
(b) forming a catalyst layer including a conductive material by electroplating a conductive material on the porous current collector to prepare an electrode laminate including a porous current collector/catalyst layer;
The method for producing an electrode laminate, wherein the porous current collector is in the form of a mesh.
제12항에 있어서,
상기 단계 (b)가
(b-1) 상기 다공성 집전체를 도금용액에 함침하는 단계; 및
(b-2) 상기 다공성 집전체가 함침된 도금용액에 전류를 인가하여 다공성 집전체 상에 전도성 물질을 전기도금함으로써 전도성 물질을 포함하는 촉매층을 형성하여 다공성 집전체/촉매층을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체의 제조방법.
The method of claim 12,
The step (b) is
(b-1) impregnating the porous current collector in a plating solution; and
(b-2) applying a current to the plating solution impregnated with the porous current collector to form a catalyst layer including a conductive material by electroplating the conductive material on the porous current collector to prepare a porous current collector/catalyst layer; A method of manufacturing an electrode laminate, comprising:
제12항에 있어서,
상기 다공성 집전체는 니켈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체의 제조방법.
The method of claim 12,
The porous current collector is a method of manufacturing an electrode stack, characterized in that it comprises nickel.
제12항에 있어서,
상기 전도성 물질이 은, 백금, 주석, 구리, 금, 백금, 팔라듐, 니켈, 인듐, 알루미늄, 철, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 몰리브덴, 아연, 바나듐, 텅스텐, 티탄, 망간, 크롬, 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체의 제조방법.
The method of claim 12,
The conductive material is silver, platinum, tin, copper, gold, platinum, palladium, nickel, indium, aluminum, iron, rhodium, ruthenium, osmium, cobalt, molybdenum, zinc, vanadium, tungsten, titanium, manganese, chromium, and these A method of manufacturing an electrode stack, comprising at least one selected from the group consisting of an alloy of
제15항에 있어서,
상기 전도성 물질이 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체의 제조방법.
The method of claim 15,
The method of manufacturing an electrode laminate, characterized in that the conductive material includes silver.
제12항에 있어서,
상기 다공성 집전체의 두께는 1 내지 500μm인 것을 특징으로 하는 전극 적층체의 제조방법.
The method of claim 12,
The thickness of the porous current collector is a method of manufacturing an electrode stack, characterized in that 1 to 500㎛.
제12항에 있어서,
상기 촉매층의 두께가 1 내지 50μm인 것을 특징으로 하는 전극 적층체의 제조방법.
The method of claim 12,
A method of manufacturing an electrode laminate, characterized in that the catalyst layer has a thickness of 1 to 50 μm.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023095193A1 (en) * 2021-11-24 2023-06-01 日本電信電話株式会社 Porous electrode–supporting electrolyte membrane and method for producing porous electrode–supporting electrolyte membrane

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090091503A (en) * 2008-02-25 2009-08-28 (주)엘켐텍 The oxygen generator
KR20130032832A (en) * 2011-09-23 2013-04-02 바이엘 인텔렉쳐 프로퍼티 게엠베하 - oxygen-consuming electrode and process for production thereof
KR20170009773A (en) * 2015-07-14 2017-01-25 한국에너지기술연구원 Method and device for preparing reduction product of carbon dioxide from electroreduction of carbon dioxide
KR20190091158A (en) * 2018-01-26 2019-08-05 중앙대학교 산학협력단 Method for fabricating electode for co2 reduction and electode for co2 reduction manufactured by the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090091503A (en) * 2008-02-25 2009-08-28 (주)엘켐텍 The oxygen generator
KR20130032832A (en) * 2011-09-23 2013-04-02 바이엘 인텔렉쳐 프로퍼티 게엠베하 - oxygen-consuming electrode and process for production thereof
KR20170009773A (en) * 2015-07-14 2017-01-25 한국에너지기술연구원 Method and device for preparing reduction product of carbon dioxide from electroreduction of carbon dioxide
KR20190091158A (en) * 2018-01-26 2019-08-05 중앙대학교 산학협력단 Method for fabricating electode for co2 reduction and electode for co2 reduction manufactured by the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023095193A1 (en) * 2021-11-24 2023-06-01 日本電信電話株式会社 Porous electrode–supporting electrolyte membrane and method for producing porous electrode–supporting electrolyte membrane

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