KR20210079202A - 전기분해용 전극 - Google Patents

전기분해용 전극 Download PDF

Info

Publication number
KR20210079202A
KR20210079202A KR1020200174217A KR20200174217A KR20210079202A KR 20210079202 A KR20210079202 A KR 20210079202A KR 1020200174217 A KR1020200174217 A KR 1020200174217A KR 20200174217 A KR20200174217 A KR 20200174217A KR 20210079202 A KR20210079202 A KR 20210079202A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
electrolysis
mesh
ruthenium
coating layer
Prior art date
Application number
KR1020200174217A
Other languages
English (en)
Inventor
엄희준
이동철
김연이
김명훈
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Publication of KR20210079202A publication Critical patent/KR20210079202A/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C25B11/031—Porous electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
    • C25B11/093—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds at least one noble metal or noble metal oxide and at least one non-noble metal oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/1204—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material inorganic material, e.g. non-oxide and non-metallic such as sulfides, nitrides based compounds
    • C23C18/1208—Oxides, e.g. ceramics
    • C23C18/1216—Metal oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/1229—Composition of the substrate
    • C23C18/1241—Metallic substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/125—Process of deposition of the inorganic material
    • C23C18/1295—Process of deposition of the inorganic material with after-treatment of the deposited inorganic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/24—Halogens or compounds thereof
    • C25B1/26—Chlorine; Compounds thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/34—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/34—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
    • C25B1/46—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/052—Electrodes comprising one or more electrocatalytic coatings on a substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/055—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material
    • C25B11/056—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material consisting of textile or non-woven fabric
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/055—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material
    • C25B11/057—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material consisting of a single element or compound
    • C25B11/061—Metal or alloy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

본 발명은 금속 기재층의 구조를 최적화한 전기분해용 전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 전기분해용 전극은 코팅층의 손실이 적어 내구성이 우수하면서도, 기존 전극 대비 개선된 과전압을 나타낸다.

Description

전기분해용 전극{Electrode for Electrolysis}
본 발명은 과전압을 개선할 수 있는 전기분해용 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
해수 등의 저가의 염수(Brine)를 전기분해하여 수산화물, 수소 및 염소를 생산하는 기술이 널리 알려져 있다. 이러한 전기분해 공정은 통상 클로르-알칼리(chlor-alkali) 공정이라고도 불리며, 이미 수십 년 간의 상업운전으로 성능 및 기술의 신뢰성이 입증된 공정이라 할 수 있다.
이러한 염수의 전기분해는 전해조 내부에 이온교환막을 설치하여 전해조를 양이온실과 음이온실로 구분하고, 전해질로 염수를 사용하여 양극에서 염소가스를, 음극에서 수소 및 가성소다를 얻는 이온교환막법이 현재 가장 널리 사용되고 있는 방법이다.
한편, 염수의 전기분해 공정은 하기 전기화학 반응식에 나타낸 바와 같은 반응을 통해 이루어진다.
양극(anode) 반응: 2Cl- → Cl2 + 2e- (E0 = +1.36 V)
음극(cathode) 반응: 2H2O + 2e- → 2OH- + H2 (E0 = -0.83 V)
전체 반응: 2Cl- + 2H2O → 2OH- + Cl2 + H2 (E0 = -2.19 V)
염수의 전기분해를 수행함에 있어 전해전압은 이론적인 염수의 전기분해에 필요한 전압에 양극의 과전압, 음극의 과전압, 이온교환막의 저항에 의한 전압 및 양극과 음극 간 거리에 의한 전압을 모두 고려해야 하며, 이들 전압 중 전극에 의한 과전압이 중요한 변수로 작용하고 있다.
이에, 전극의 과전압을 감소시킬 수 있는 방법이 연구되고 있으며, 예컨대 양극으로는 DSA(Dimensionally Stable Anode)라 불리는 귀금속계 전극이 개발되어 사용되고 있으며, 음극에 대해서도 과전압이 낮고 내구성이 있는 우수한 소재의 개발이 요구되고 있다.
이러한 음극으로는 스테인레스 스틸 또는 니켈이 주로 사용되었으며, 특히 전기분해 반응에서의 오버 포텐셜(η)은 활성 비표면적(active surface area, A)에 반비례함에 따라 활성 비표면적이 넓을 수 있는 우븐 메쉬(woven mesh) 또는 익스팬디드 메쉬(expended mesh) 형태의 니켈이 주로 사용되었다.
다만 활성 비표면적을 증가시키기 위해 니켈 메쉬의 기공 크기를 증가시킬 경우, 전극 제조 과정 중의 기재 전처리 과정에서 평탄도 확보가 어렵고, 코팅층 형성 과정에서도 메쉬 기공이 막힐 수 있다는 문제점이 발생할 수 있으며, 제조된 전극이 전기분해 반응에 활용될 때에도 전해질의 물질 전달 및 수소 기체의 탈착에 영향을 줄 수 있어 적절한 조건을 만족하는 니켈 메쉬를 개발할 필요가 있다.
JP2003-277967A
본 발명의 목적은 전기분해용 전극에 사용되는 금속 기재의 와이어 두께 및 메쉬 크기를 최적화하여, 종래 전극 대비 과전압이 개선된 전기분해용 전극 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 금속 기재층, 및 루테늄 산화물 및 질소를 포함하는 코팅층을 포함하며, 상기 금속 기재층은 메쉬 크기가 45 내지 60 메쉬인 메쉬 구조를 갖고, 상기 메쉬 구조의 개별 와이어 두께는 100 내지 160㎛이며, 상기 코팅층 내 질소 함량은 루테늄 산화물 대비 20 내지 60 몰%인 전기분해용 전극을 제공한다.
본 발명의 전기분해용 전극은 활성 비표면적이 넓고, 코팅층에 의한 기공의 막힘이 적어 낮은 과전압을 나타내면서도, 전해 과정에서의 코팅층 손실이 적어 우수한 내구성을 나타낸다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에서 설명하는 메쉬 크기 단위로써의 "메쉬"는 1인치 내에 포함되는 메쉬의 눈 수로 정의되며, 예컨대 40 메쉬는 1인치 내에 40개의 눈을 갖는 메쉬 구조의 크기를 지칭한다.
전기분해용 전극
본 발명은 금속 기재층, 및 루테늄 산화물 및 질소를 포함하는 코팅층을 포함하며, 상기 금속 기재층은 메쉬 크기가 45 내지 60 메쉬인 메쉬 구조를 갖고, 상기 메쉬 구조의 개별 와이어 두께는 100 내지 160㎛이며, 상기 코팅층 내 질소 함량은 루테늄 산화물 대비 20 내지 60 몰%인 전기분해용 전극을 제공한다.
기존 전기분해용 전극의 경우, 메쉬 크기가 40 메쉬인 금속 기재를 주로 사용하였으나, 40 메쉬의 메쉬 구조를 전기분해용 전극의 금속 기재로 사용할 경우, 충분한 정도의 활성 비표면적을 제공할 수 없어 상대적으로 높은 과전압이 나타나는 문제점이 있었다. 이에 본 발명의 발명자들은 전기분해용 전극에 사용되는 금속 기재의 구조를 최적화하여 과전압을 개선할 수 있으면서도, 전기분해 중 코팅층의 탈착이 적어 내구성 역시 우수한 전기분해용 전극을 발명하였다.
구체적으로, 본 발명이 제공하는 전기분해용 전극의 금속 기재는 45 내지 60 메쉬의 메쉬 크기를 갖는 메쉬 구조를 갖는 것이며, 상기 메쉬 구조를 구성하는 개별 와이어의 두께는 100 내지 160㎛인 것이다. 더욱 구체적으로 상기 메쉬 크기는 50 내지 60 메쉬이고, 상기 개별 와이어의 두게는 120 내지 150㎛ 인 것이 바람직하다. 금속 기재의 메쉬 크기와 개별 와이어의 두께를 상술한 범위 내로 할 경우, 과전압이 개선되면서도, 코팅층 성분의 탈락이 적다. 특히 와이어 두께가 본 발명의 범위보다 얇은 경우에는, 전극 제조 과정 중의 전처리 과정에서 평탄도가 유지되지 않을 수 있고, 물리적 내구성이 취약하여 작은 충격에도 흠집이 발생할 수 있다. 또한, 와이어 두께 감소에 따라 활성 면적 역시 감소하기 때문에 기존 전극 대비 과전압이 증가하는 문제점이 발생할 수 있다. 또한 와이어 두께가 본 발명의 범위보다 두꺼운 경우에는 두꺼운 개별 와이어에 의해 코팅층이 균일하게 형성되지 않을 수 있고, 코팅층 성분의 탈락이 더욱 쉽게 발생할 수 있으며, 와이어와 멤브레인 사이의 데드 볼륨(dead volume)이 발생하여 가스 트랩(gas trap) 현상이 발생할 수도 있다.
상기 금속 기재는 니켈, 티타늄, 탄탈, 알루미늄, 하프늄, 지르코늄, 몰리브덴, 텅스텐, 스테인레스 스틸 또는 이들의 합금일 수 있고, 이 중 니켈인 것이 바람직하다. 본 발명의 전기분해용 전극에 있어서, 이와 같은 종류의 금속 기재를 사용할 경우, 더욱 우수한 전극의 내구성 및 기계적 강도를 전극에 제공할 수 있다.
본 발명의 전기분해용 전극에 있어서, 코팅층은 루테늄 산화물을 포함한다. 상기 루테늄 산화물은 활성물질로서 코팅층에 루테늄 원소를 제공하는 역할을 수행하며, 루테늄 산화물을 전기분해용 전극의 코팅층에 사용할 경우 과전압 현상을 개선시키면서도, 전극 성능의 경시변화가 적으며, 이후 별도의 활성화 공정을 최소화시킬 수 있다. 상기 루테늄 산화물은 루테늄 원소와 산소 원자가 결합한 모든 종류의 산화물 형태를 포함하며, 특히 이산화물 또는 사산화물일 수 있다.
본 발명의 전기분해용 전극에 있어서, 코팅층은 질소를 포함한다. 상기 질소는 코팅층 제조 과정에서 코팅 조성물에 포함되는 아민계 첨가제로부터 기인한 것으로, 아민계 첨가제가 코팅 조성물에 첨가될 경우, 코팅층 내 포함되는 루테늄 원소 사이의 결합력 및 다른 금속 원소가 포함되는 경우 루테늄 원소와 해당 금속 원소 사이의 결합력을 개선하며, 루테늄 원소를 포함하는 입자의 산화 상태를 조절하여 보다 반응에 적합한 형태로 전극을 제작할 수 있다.
상기 코팅층 내 질소 함량은 루테늄 산화물 대비 30 내지 70 몰%, 바람직하게는 40 내지 60 몰%일 수 있으며, 질소 함량이 상술한 범위 내인 경우에 루테늄 원소 간의 결합력 개선이 극대화될 수 있다. 또한 질소 함량이 이보다 적은 범위에서는 질소에 의한 효과 발생이 미미하며, 이보다 큰 범위에서는 오히려 질소가 코팅층 내 불순물로 작용하는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 전기분해용 전극에 있어서, 코팅층은 세륨 산화물을 더 포함할 수 있고, 상기 세륨 산화물은 전기분해용 전극의 촉매층에 세륨 원소를 제공하는 역할을 수행한다. 세륨 산화물에 의해 제공되는 세륨 원소는 전기분해용 전극의 내구성을 개선시켜 활성화 또는 전기분해 시, 전기분해용 전극의 촉매층 내 활성물질인 루테늄 원소의 손실을 최소화시킬 수 있다.
구체적으로 설명하면, 전기분해용 전극의 활성화 또는 전기분해 시, 촉매층 내 루테늄 원소를 포함하는 입자는 구조가 변화하지 않으면서 금속성 원소가 되거나 부분적으로 수화되어 활성종(active species)로 환원된다. 그리고, 촉매층 내 세륨 원소를 포함하는 입자는 구조가 침상으로 변화되어 촉매층 내 루테늄 원소를 포함하는 입자의 물리적 탈락을 방지하는 보호 물질로 작용하며, 결과적으로 전기분해용 전극의 내구성을 개선시켜 촉매층 내 루테늄 원소의 손실을 방지할 수 있다. 상기 세륨 산화물은 세륨 원소와 산소 원자가 결합한 모든 종류의 산화물 형태를 포함하며, 특히 (II), (III) 또는 (IV)의 산화물일 수 있다.
상기 코팅층에 포함되는 루테늄 원소 및 세륨 원소 사이의 몰 비율은 100:5 내지 100:30, 바람직하게는 100:10 내지 100:20일 수 있다. 코팅층에 포함되는 루테늄 원소 및 세륨 원소의 몰 비율이 상술한 범위 내일 경우, 전기분해용 전극의 내구성과 전기 전도성 사이의 밸런스가 우수할 수 있다.
본 발명의 전기분해용 전극에 있어서, 코팅층은 플래티넘 산화물을 더 포함할 수 있다. 상기 플래티넘 산화물에 의하여 제공되는 플래티넘 원소는 루테늄 원소와 같이 활성물질로 작용할 수 있으며, 플래티넘 산화물과 루테늄 산화물을 함께 코팅층에 포함시킬 경우 전극의 내구성 및 과전압 측면에서 더 우수한 효과를 나타낼 수 있다. 상기 플래티넘 산화물은 플래티넘 원소와 산소 원자가 결합한 모든 종류의 산화물 형태를 포함하며, 특히 이산화물 또는 사산화물일 수 있다.
상기 코팅층에 포함되는 루테늄 원소 및 플래티넘 원소 사이의 몰 비율은 100:2 내지 100:20, 바람직하게는 100:5 내지 100:15일 수 있다. 코팅층에 포함되는 루테늄 원소와 플래티넘 원소의 몰 비율이 상술한 범위 내일 경우, 내구성 및 과전압 개선 측면에서 바람직하며, 플래티넘 원소가 이보다 적게 포함되는 경우, 내구성과 과전압이 악화될 수 있고, 이보다 많게 포함되는 경우에는 경제성 측면에서 유리하지 못하다.
전기분해용 전극의 제조방법
본 발명은 메쉬 크기가 45 내지 60 메쉬이고, 메쉬 구조의 개별 와이어 두께가 100 내지 160㎛인 메쉬 구조를 갖는 금속 기재의 적어도 일면 상에 코팅 조성물을 도포하는 단계 및 코팅 조성물이 도포된 금속 기재를 건조 및 열처리하여 코팅하는 단계를 포함하며, 상기 코팅 조성물은 루테늄 전구체 및 아민계 첨가제를 100:5 내지 100:20의 몰 비율로 포함하는 것인 전기분해용 전극의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 전기분해용 전극 제조방법에 있어서, 상기 금속 기재는 전술한 전기분해용 전극의 금속 기재와 동일한 것일 수 있다.
본 발명의 전기분해용 전극의 제조방법에 있어서, 상기 코팅 조성물은 루테늄 전구체 및 아민계 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 루테늄 전구체는 코팅 이후의 열처리 단계에서 산화되어 산화물로 전환된다.
상기 루테늄 전구체는 루테늄 산화물을 형성할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하며, 예컨대, 루테늄의 수화물, 수산화물, 할로겐화물 또는 산화물일 수 있고, 구체적으로는 루테늄헥사플루오라이드(RuF6), 루테늄(III) 클로라이드(RuCl3), 루테늄(III) 클로라이드 하이드레이트(RuCl3·xH2O), 루테늄(III) 브로마이드(RuBr3), 루테늄(III) 브로마이드 하이드레이트(RuBr3·xH2O), 루테늄 아이오디드(RuI3) 및 초산 루테늄염으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 상기 나열한 루테늄 전구체를 사용할 경우, 루테늄 산화물의 형성이 용이할 수 있다.
본 발명의 전기분해용 전극 제조방법에 있어서, 코팅 조성물은 코팅층과 금속 기재 사이의 강한 접착력을 부여하기 위한 아민계 첨가제를 더 포함할 수 있다. 특히 상기 아민계 첨가제는 코팅층 내 포함되는 루테늄 원소 사이의 결합력을 개선하며, 루테늄 원소를 포함하는 입자의 산화 상태를 조절하여 보다 반응에 적합한 형태로 전극을 제작할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 아민계 첨가제는 아민기를 가지면서도, 물에 대한 용해성이 커서 코팅층 형성에 사용되기에 특히 적합하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 아민계 첨가제로는 멜라민, 암모니아, 요소, 1-프로필아민, 1-부틸아민, 1-펜틸아민, 1-헵틸아민, 1-옥틸아민, 1-노닐아민, 1-도데실아민 등이 있으며, 이들로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 전기분해용 전극에 있어서, 상기 코팅층의 루테늄 원소와 아민계 첨가제는 100:20 내지 100:40, 바람직하게는 100:25 내지 100:35의 몰 비로 포함될 수 있다. 아민계 첨가제가 이보다 적게 포함될 경우에는 첨가제에 의한 결합력 개선 효과가 미미하고, 이보다 많게 포함될 경우에는 코팅액 내 침전물이 발생하기 쉬워 코팅의 균일성이 저하될 뿐만 아니라 루테늄 산화물의 기능을 방해할 수 있다.
상기 코팅 조성물은 코팅층에 세륨 산화물을 형성하기 위한 세륨 전구체를 더 포함할 수 있다. 상기 세륨 전구체는 세륨 산화물을 형성할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하며, 예컨대, 세륨 원소의 수화물, 수산화물, 할로겐화물 또는 산화물일 수 있고, 구체적으로는 세륨(III) 나이트레이트 헥사하이드레이트(Ce(NO3)3·6H2O), 세륨(IV) 설페이트 테트라하이드레이트(Ce(SO4)2·4H2O) 및 세륨(III) 클로라이드 헵타하이드레이트(CeCl3·7H2O)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 세륨 전구체일 수 있다. 상기 나열한 세륨 전구체를 사용할 경우, 세륨 산화물의 형성이 용이할 수 있다.
상기 코팅 조성물은 코팅층에 플래티넘 산화물을 형성하기 위한 플래티넘 전구체를 더 포함할 수 있다. 상기 플래티넘 전구체는 플래티넘 산화물을 형성할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하며, 예컨대, 클로로플래티닉산 헥사하이드레이트(H2PtCl6·6H2O), 디아민 디니트로 플래티넘(Pt(NH3)2(NO)2) 및 플래티넘(IV) 클로라이드(PtCl4), 플래티넘(II) 클로라이드(PtCl2), 칼륨 테트라클로로플래티네이트(K2PtCl4), 칼륨 헥사클로로플래티네이트(K2PtCl6)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 플래티넘 전구체를 사용할 수 있다. 상기 나열한 플래티넘 전구체를 사용할 경우, 플래티넘 산화물의 형성이 용이할 수 있다.
본 발명의 전기분해용 전극 제조방법에 있어서, 코팅 조성물의 용매로는 알코올계 용매를 사용할 수 있다. 알코올계 용매를 사용할 경우, 상기에서 설명한 성분들의 용해가 용이하며, 코팅 조성물의 도포 이후 코팅층이 형성되는 단계에서도 각 성분들의 결합력을 유지하게끔 할 수 있다. 바람직하게는 상기 용매로 이소프로필알코올과 뷰톡시에탄올 중 적어도 1종을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 이소프로필알코올과 뷰톡시에탄올의 혼합물을 사용할 수 있다. 이소프리폴알코올과 뷰톡시에탄올을 혼합하여 사용할 경우, 단독으로 사용하는 것에 비해 균일한 코팅을 진행할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 코팅 단계를 수행하기 전에 상기 금속 기재를 전처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전처리는 금속 기재를 화학적 식각, 블라스팅 또는 열 용사하여 상기 금속 기재 표면에 요철을 형성시키는 것일 수 있다.
상기 전처리는 금속 기재의 표면을 샌드 블라스팅하여 미세 요철을 형성시키고, 염 또는 산을 처리하여 수행할 수 있다. 예를 들어 금속 기재의 표면을 알루미나로 샌드 블라스팅하여 요철을 형성하고, 황산 수용액에 침지시키고, 세척 및 건조하여 금속 기재의 표면에 세세한 요철이 형성되도록 전처리할 수 있다.
상기 도포는 상기 촉매 조성물이 금속 기재 상에 고르게 도포될 수 있다면 특별히 제한하지 않고 당업계에서 공지된 방법으로 수행할 수 있다.
상기 도포는 닥터 블레이드, 다이캐스팅, 콤마 코팅, 스크린 프린팅, 스프레이 분사, 전기방사, 롤코팅 및 브러슁으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 수행될 수 있다.
상기 건조는 50℃ 내지 300℃에서 5분 내지 60분 동안 수행할 수 있으며, 50℃ 내지 200℃에서 5분 내지 20분 동안 수행하는 것이 바람직하다.
상술한 조건을 만족하면, 용매는 충분히 제거될 수 있으면서, 에너지 소비는 최소화할 수 있다.
상기 열처리는 400℃ 내지 600℃에서 1시간 이하 동안 수행할 수 있으며, 450℃ 내지 550℃에서 5분 내지 30 분 동안 수행하는 것이 바람직하다.
상술한 조건을 만족하면, 촉매층 내 불순물은 용이하게 제거되면서, 금속 기재의 강도에는 영향을 미치지 않을 수 있다.
한편, 상기 코팅은 금속 기재의 단위 면적(㎡) 당 루테늄 산화물을 기준으로 10 g 이상이 되도록 도포, 건조 및 열처리를 순차적으로 반복하여 수행할 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 제조방법은 금속 기재의 적어도 일면 상에 상기 촉매 조성물을 도포, 건조 및 열처리한 후, 첫번째 촉매 조성물을 도포한 금속 기재의 일면 상에 다시 도포, 건조 및 열처리하는 코팅을 반복해서 수행할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 실험예를 들어 더욱 상세하게 설명하나, 본 발명이 이들 실시예 및 실험예에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
재료
본 실시예에서는 루테늄 전구체로 루테늄(III) 클로라이드 하이드레이트(RuCl3·nH2O), 플래티넘 전구체로는 플래티넘(IV) 클로라이드, 세륨 전구체로는 세륨(III) 나이트레이트 헥사하이드레이트(Ce(NO3)3·6H2O)를 사용하였다. 또한, 아민계 첨가제로는 요소를 사용하였으며, 코팅 조성물을 위한 용매로는 2.375ml의 이소프로필알코올과 2.375ml의 2-부톡시에탄올의 혼합물을 사용하였다.
코팅 조성물의 제조
상기 재료의 혼합 용매에 2.41mmol의 루테늄(III) 클로라이드 하이드레이트, 0.842mmol의 세륨(III) 나이트레이트 헥사하이드레이트(Ce(NO3)3·6H2O) 및 0.1928mmol의 플래티넘(IV) 클로라이드를 1시간 동안 충분히 용해시키고, 요소 0.045g을 투입하고 혼합하여 코팅 조성물을 제조하였다.
금속 기재의 전처리
금속 기재에 코팅층을 형성하기 이전에, 각 실시예 및 비교예에서 사용될 기재 표면을 알루미늄 옥사이드(White alumina, F120)로 0.4 MPa의 조건에서 샌드 블라스팅한 후, 80℃로 가열된 5M의 H2SO4 수용액에 넣고 3분간 처리한 후 증류수로 세척하여 전처리를 완료하였다.
실시예 1
와이어 두께가 120㎛이고, 메쉬 크기가 60 메쉬인 니켈 메쉬(99% 이상 순도)를 앞서 설명한 전처리 방법을 통해 전처리한 후, 미리 제조한 코팅 조성물을 브러쉬를 이용하여 전처리된 니켈 메쉬에 코팅하였다. 그 후 180℃의 대류식 건조 오븐에서 10분간 건조 시켰으며 500℃의 전기 가열로에서 10분간 더 열처리하였다. 이러한 코팅, 건조 및 열처리 과정을 추가로 9회 더 수행한 뒤, 최종적으로 500℃의 전기 가열로에서 1시간 동안 열처리하여 전기분해용 전극을 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 니켈 메쉬로 와이어 두께가 150㎛이고, 메쉬 크기가 60 메쉬인(99% 이상 순도)를 사용하였다는 점을 제외하고는 동일하게 실시하여 전기분해용 전극을 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 니켈 메쉬로 와이어 두께가 150㎛이고, 메쉬 크기가 50 메쉬인(99% 이상 순도)를 사용하였다는 점을 제외하고는 동일하게 실시하여 전기분해용 전극을 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 니켈 메쉬로 와이어 두께가 150㎛이고, 메쉬 크기가 40 메쉬인(99% 이상 순도)를 사용하였다는 점을 제외하고는 동일하게 실시하여 전기분해용 전극을 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1에서 니켈 메쉬로 와이어 두께가 150㎛이고, 메쉬 크기가 30 메쉬인(99% 이상 순도)를 사용하였다는 점을 제외하고는 동일하게 실시하여 전기분해용 전극을 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 1에서 니켈 메쉬로 와이어 두께가 150㎛이고, 메쉬 크기가 80 메쉬인(99% 이상 순도)를 사용하였다는 점을 제외하고는 동일하게 실시하여 전기분해용 전극을 제조하였다.
비교예 4
상기 실시예 1에서 니켈 메쉬로 와이어 두께가 180㎛이고, 메쉬 크기가 60 메쉬인(99% 이상 순도)를 사용하였다는 점을 제외하고는 동일하게 실시하여 전기분해용 전극을 제조하였다.
비교예 5
상기 실시예 1에서 니켈 메쉬로 와이어 두께가 80㎛ 보다 작고, 메쉬 크기가 60 메쉬인(99% 이상 순도)를 사용하였다는 점을 제외하고는 동일하게 실시하여 전기분해용 전극을 제조하였다.
비교예 6
상기 실시예 1에서 코팅 조성물 중 플래티넘 전구체와 요소를 제외하였다는 점을 제외하고는 동일하게 실시하여 전기분해용 전극을 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 전극의 금속 기재 구조와 촉매 층 내 루테늄 및 질소 함량을 EDX 분석으로 확인하여 하기 표 1로 정리하였다. EDX 분석에 사용되는 장비로는 Bruker D4 Endeavor를 사용하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
메쉬 크기
(단위: 메쉬)		 60 60 50 40 30 80 60 60 60
와이어 두께
(㎛)		 120 150 150 150 150 150 180 >80 120
전극 내Ru(몰%) 18 14 15 17 26 23 16 23 26
전극 내 N(몰%) 9 7 7 7 9 9 7 10 4
N/Ru x100(몰%) 50 50 46 41 35 39 44 43 15
상기 비교예 1-3은 본 발명의 메쉬 크기 범위를 벗어나는 경우에 대한 것이며, 비교예 4-5는 본 발명의 개별 와이어 두께를 벗어나는 경우에 대한 것이고, 비교예 6은 본 발명의 코팅층 성분 중 일부가 포함되지 않은 경우에 대한 것이다. 실시예의 경우 코팅이 원활하게 수행되어 루테늄에 대한 질소 비율이 비교예 대비 높았으며, 특히 코팅 조성물에 요소가 포함되지 않았던 비교예 6의 경우, 질소 함량이 다른 실시예 및 비교예 대비 상당 수준 낮음을 나타내었다.
실험예 1. 제조된 전기분해용 전극의 성능 확인
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 전극의 성능을 확인하기 위하여 염수 전기 분해(Chlor-Alkali Electrolysis)에서의 성능 테스트를 수행하였다. 성능 테스트 장비로는 lab-scale zero-gap single-cell test 장비를 이용하였으며, 셀의 크기는 50 x 50mm로, Aciplex F6808 멤브레인을 사용하였다. 음극으로는 제조한 전기분해용 전극을, 양극(애노드)으로는 상용 AKC사 전극을 사용하였다. 테스트 조건은 전류 밀도 6.2kA/m2, 양극액 305g/L 농도의 염화나트륨 용액, 음극액 30.6% NaOH 수용액 및 반응 온도 90℃ 이었으며, 상기 테스트 조건에서의 전압을 측정하였다. 측정된 전압 값을 하기 표 2로 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
전압(at 6.2kA/m2, 단위: V) 3.129 3.087 3.093 3.133 3.151 3.240 3.096 3.220 3.156
상기 결과로부터, 메쉬 크기가 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예 1 내지 3의 경우, 전극 성능이 본 발명의 실시예 대비 열위함을 확인하였다. 또한 본 발명의 코팅층 성분 중 질소를 포함하지 않는 비교예 6 역시 본 발명의 실시예 대비 전극 성능이 열위함을 확인하였다. 더 나아가, 본 발명의 범위보다 얇은 와이어 두께를 갖는 메쉬 구조를 사용한 비교예 5의 경우, 역시 실시예 대비 전극 성능이 열위함을 확인하였다. 한편, 실시예보다 와이어 두께가 두꺼운 비교예 4의 경우, 전극 성능 측면에서는 본 발명의 실시예와 유사한 정도를 나타내었다.
실험예 2. 가속화 테스트 전후의 코팅층 손실 유무 확인
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 전극의 가속화 테스트 전후 코팅층 손실 유무를 확인하였다. 가속화 테스트는 제조된 전극을 반쪽 셀로 하여 수행하였으며, 정전류법을 통해 일정한 전류 밀도(60kA/m2)의 조건에서 1시간 동안 전기분해 반응한 후 XRF 분석 장치를 통해 가속화 전후의 코팅층의 금속 함량을 확인하였다. 전해액으로는 32%의 수산화나트륨 수용액을 이용하였으며, 상대 전극으로는 Pt 와이어, 기준 전극으로는 Hg/HgO 전극을 이용하였다. 상기 가속화 테스트 전후의 코팅층 루테늄, 세륨 및 플래티넘 성분 조성비를 하기 표 3으로 나타내었다.
가속화 테스트 전 가속화 테스트 후 Ru 변화량
(%)
Ru Ce Pt Ru Ce Pt
실시예 1 5.27 3.89 2.56 5.14 3.65 1.99 97.5
실시예 2 5.57 4.41 2.87 5.39 3.83 2.37 96.8
실시예 3 5.33 4.20 2.62 5.27 3.91 2.27 98,8
비교예 1 4.94 5.05 2.63 5.01 4.22 2.32 101.4
비교예 2 4.89 4.59 2.77 5.09 3.38 2.40 104.1
비교예 3 5.41 4.09 2.83 5.72 3.40 2.97 105.7
비교예 4 5.06 4.71 2.73 4.26 3.84 2.34 75.9
비교예 5 4.79 4.42 2.51 4.70 3.78 2.42 98.1
비교예 6 5.10 4.56 - 5.02 4.12 - 98.4
상기 결과로부터 본 발명의 실시예에서는 코팅층 탈락이 거의 발생하지 않는 반면, 본 발명과 유사한 과전압을 나타내었던 비교예 4의 경우에는 약 25% 가량의 루테늄 탈락이 발생함을 발견하였다. 이와 같은 코팅층 탈락은 전기분해 반응이 균일하게 진행될 수 없도록 하는 요인이 된다. 한편 비교예 1 내지 3에서의 Ru 변화량이 100% 이상인 것은 측정 오차에 기인한 것으로 확인하였다.

Claims (10)

  1. 금속 기재층; 및
    루테늄 산화물 및 질소를 포함하는 코팅층;을 포함하며,
    상기 금속 기재층은 메쉬 크기가 45 내지 60 메쉬인 메쉬 구조를 갖고,
    상기 메쉬 구조의 개별 와이어 두께는 100 내지 160㎛이며,
    상기 코팅층 내 질소 함량은 루테늄 산화물 대비 30 내지 70 몰%인 전기분해용 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 기재층의 메쉬 크기는 50 내지 60 메쉬인 전기분해용 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메쉬 구조의 개별 와이어 두께는 120 내지 150㎛인 전기분해용 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 세륨 산화물을 더 포함하는 것인 전기분해용 전극.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코팅층 내에서의 루테늄 원소와 세륨 원소 사이의 몰 비율은 100:5 내지 100:30인 전기분해용 전극
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 플래티넘 산화물을 더 포함하는 것인 전기분해용 전극.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 코팅층 내에서의 루테늄 원소와 플래티넘 원소 사이의 몰 비율은 100:2 내지 100:20인 전기분해용 전극
  8. 메쉬 크기가 45 내지 60 메쉬이고, 메쉬 구조의 개별 와이어 두께가 100 내지 160㎛인 메쉬 구조를 갖는 금속 기재의 적어도 일면 상에 코팅 조성물을 도포하는 단계; 및
    코팅 조성물이 도포된 금속 기재를 건조 및 열처리하여 코팅하는 단계를 포함하며,
    상기 코팅 조성물은 루테늄 전구체 및 아민계 첨가제를 100:20 내지 100:40의 몰 비율로 포함하는 것인 전기분해용 전극의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 아민계 첨가제는 멜라민, 암모니아, 요소, 1-프로필아민, 1-부틸아민, 1-펜틸아민, 1-헵틸아민, 1-옥틸아민, 1-노닐아민 및 1-도데실아민으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 전기분해용 전극의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 코팅 조성물은 세륨 전구체 및 플래티넘 전구체를 더 포함하는 것인 전기분해용 전극의 제조방법.
KR1020200174217A 2019-12-19 2020-12-14 전기분해용 전극 KR20210079202A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20190170677 2019-12-19
KR1020190170677 2019-12-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210079202A true KR20210079202A (ko) 2021-06-29

Family

ID=76477798

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200174217A KR20210079202A (ko) 2019-12-19 2020-12-14 전기분해용 전극

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220364250A1 (ko)
EP (1) EP3971326A4 (ko)
JP (1) JP7219828B2 (ko)
KR (1) KR20210079202A (ko)
CN (1) CN114008247A (ko)
WO (1) WO2021125720A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003277967A (ja) 2002-03-19 2003-10-02 Asahi Kasei Corp 水素発生用陰極の製造方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6017833B2 (ja) * 1980-07-11 1985-05-07 旭硝子株式会社 電極
JPS5837184A (ja) * 1981-08-31 1983-03-04 Tokuyama Soda Co Ltd 電極の製造方法
JPS5842778A (ja) * 1981-09-09 1983-03-12 Toyo Soda Mfg Co Ltd 電解方法
JP2003277966A (ja) * 2002-03-22 2003-10-02 Asahi Kasei Corp 低い過電圧と耐久性に優れた水素発生用陰極
TW200304503A (en) * 2002-03-20 2003-10-01 Asahi Chemical Ind Electrode for generation of hydrogen
NO321256B1 (no) * 2002-08-26 2006-04-10 Oro As Elektrodekonstruksjoner, samt anvendelse derav
JP4673628B2 (ja) * 2005-01-12 2011-04-20 ペルメレック電極株式会社 水素発生用陰極
CN202246894U (zh) * 2011-10-24 2012-05-30 重庆大学 一种活性阴极用镍网
JP5719387B2 (ja) 2013-01-18 2015-05-20 株式会社藤商事 弾球遊技機
JP5548296B1 (ja) * 2013-09-06 2014-07-16 ペルメレック電極株式会社 電解用電極の製造方法
US20170342578A1 (en) * 2014-11-11 2017-11-30 William Marsh Rice University A new class of electrocatalysts
JP6506983B2 (ja) * 2015-02-10 2019-04-24 旭化成株式会社 水素発生用陰極およびその製造方法
JP2017088952A (ja) * 2015-11-10 2017-05-25 株式会社大阪ソーダ イオン交換膜電解槽
JP6788378B2 (ja) * 2016-05-17 2020-11-25 旭化成株式会社 水電解セル及び複極式水電解槽
KR101743935B1 (ko) * 2016-09-07 2017-06-08 한국과학기술연구원 합금촉매를 담지한 전기분해용 고체산화물셀 연료극의 제조방법
WO2018139597A1 (ja) * 2017-01-26 2018-08-02 旭化成株式会社 電解槽、電解装置、電解方法
WO2018151228A1 (ja) * 2017-02-15 2018-08-23 旭化成株式会社 陰極、その製造方法、およびそれを用いた電解槽、水素製造方法
KR101950465B1 (ko) * 2017-08-11 2019-05-02 주식회사 엘지화학 전해용 전극 및 이의 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003277967A (ja) 2002-03-19 2003-10-02 Asahi Kasei Corp 水素発生用陰極の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114008247A (zh) 2022-02-01
EP3971326A4 (en) 2022-10-19
EP3971326A1 (en) 2022-03-23
JP2022532083A (ja) 2022-07-13
JP7219828B2 (ja) 2023-02-08
US20220364250A1 (en) 2022-11-17
WO2021125720A1 (ko) 2021-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114008249B (zh) 电解用电极
CN113242915B (zh) 用于电解的电极
KR102576668B1 (ko) 전기분해용 전극
KR102347983B1 (ko) 전기분해용 환원전극 및 이의 제조방법
KR20200136765A (ko) 전기분해용 전극
KR102687207B1 (ko) 전기분해용 전극
KR102573145B1 (ko) 전기분해용 전극
KR20210079202A (ko) 전기분해용 전극
KR102664290B1 (ko) 전기분해용 전극의 제조방법
KR20210027903A (ko) 전기분해용 전극
KR20240152288A (ko) 전기분해용 전극
US20230295819A1 (en) Electrode for Electrolysis
KR20200142464A (ko) 전기분해용 전극
KR20200142463A (ko) 전기분해용 전극

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X601 Decision of rejection after re-examination