KR20210130031A - Electrode catalyst, manufacturing method thereof and fuel cell using the same - Google Patents

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KR20210130031A KR1020200048291A KR20200048291A KR20210130031A KR 20210130031 A KR20210130031 A KR 20210130031A KR 1020200048291 A KR1020200048291 A KR 1020200048291A KR 20200048291 A KR20200048291 A KR 20200048291A KR 20210130031 A KR20210130031 A KR 20210130031A
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한국전력공사
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Abstract

The present invention relates to an electrode catalyst, a method for manufacturing the same, and a fuel cell using the same. Provided are an electrode catalyst, a method for manufacturing the same, and a fuel cell using the same, wherein the electrode catalyst comprises: a carbon layer that increases electron affinity of a catalyst by fluorine to increase catalytic activity and is complexly doped with nitrogen and fluorine to improve stability by carbon coating; and a transition metal.

Description

전극촉매, 그 제조방법 및 이를 이용한 연료전지{Electrode catalyst, manufacturing method thereof and fuel cell using the same}Electrode catalyst, manufacturing method thereof, and fuel cell using same

본 발명은 전극촉매, 그 제조방법 및 이를 이용한 연료전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질소와 불소가 도핑된 탄소코팅층과 전이금속 코어층을 포함하고 있어 산소환원반응 특성과 안정성이 향상되는 전극촉매와 그 제조방법 및 이를 이용한 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode catalyst, a method for manufacturing the same, and a fuel cell using the same, and more particularly, an electrode catalyst comprising a carbon coating layer doped with nitrogen and fluorine and a transition metal core layer, thereby improving oxygen reduction reaction characteristics and stability and a method for manufacturing the same, and a fuel cell using the same.

연료전지는 전기화학반응을 이용하여 수소 또는 메탄올 등의 탄화수소 연료가 가진 화학 에너지를 전기에너지로 변환하는 에너지 변환장치로, 산소 등과 직접 화학반응을 통해 에너지 변환이 이루어지므로 효율이 높고 공해 물질의 배출이 없어 친환경 에너지 장치라는 장점이 있다.A fuel cell is an energy conversion device that converts chemical energy of hydrocarbon fuels such as hydrogen or methanol into electrical energy using an electrochemical reaction. Since energy is converted through a direct chemical reaction with oxygen, the efficiency is high and the emission of pollutants is high. It has the advantage of being an eco-friendly energy device.

그러나 연료전지는 백금 나노입자 등 고가의 귀금속 물질을 화학반응을 위한 촉매로 사용하므로 연료전지의 원가를 상승시키고, 장기 운전시 백금 나노입자의 응집 등 열화 현상이 발생하므로 관련 시장의 창출에 어려움을 겪고 있다.However, since fuel cells use expensive precious metals such as platinum nanoparticles as catalysts for chemical reactions, the cost of fuel cells increases, and deterioration such as aggregation of platinum nanoparticles occurs during long-term operation, making it difficult to create related markets. are suffering

따라서 이러한 문제를 개선할 수 있는 저가이면서 고내구성을 가지는 대체 촉매소재의 개발이 연료전지 산업의 발전을 위하여 요구된다.Therefore, the development of an alternative catalyst material having a low cost and high durability that can improve these problems is required for the development of the fuel cell industry.

연료전지 촉매의 개발과정 초기에는 백금, 팔라듐, 이리듐 등의 귀금속 물질만이 주로 연구되었으며, 그래핀, 탄소나노튜브 등의 탄소 소재는 주로 고내구성 지지체 소재로 사용되어 왔다.In the early stage of the fuel cell catalyst development process, only noble metals such as platinum, palladium, and iridium were mainly studied, and carbon materials such as graphene and carbon nanotubes have been mainly used as highly durable support materials.

그러나, 탄소 소재의 구조 내에 코발트, 철 등의 전이금속 원소를 도입하여 연료전지에서의 산소환원반응(Oxygen Reduction Reaction, ORR)에 대한 활성을 부여하려는 연구가 진행되고 있어 백금을 대체할 수 있는 저가 촉매 소재로 주목을 받고 있다.However, research is underway to impart activity to the Oxygen Reduction Reaction (ORR) in fuel cells by introducing transition metal elements such as cobalt and iron into the structure of the carbon material. It is attracting attention as a catalyst material.

한국등록특허공보 제10-1969547호Korean Patent Publication No. 10-1969547 한국공개특허공보 제10-2013-0039456호Korean Patent Publication No. 10-2013-0039456

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 고가의 귀금속 촉매를 대체할 수 있도록 탄소재료와 전이금속을 포함하여 산소환원반응에 대한 높은 활성을 가지는 전극촉매와 그 제조방법 및 이를 이용한 연료전지를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention was created to improve the problems of the prior art, and includes an electrode catalyst having high activity for oxygen reduction reaction including a carbon material and a transition metal so as to replace an expensive noble metal catalyst, and a method for manufacturing the same and to provide a fuel cell using the same.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 전극촉매는 산소환원 활성을 나타내는 촉매활성부; 및 상기 촉매활성부를 지지하고 전자가 이동가능한 탄소지지부;를 포함하고, 상기 촉매활성부는 촉매반응이 일어나는 전이금속 코어층; 및 안정성이 향상되도록 상기 전이금속 코어층의 외측이 코팅되어 형성된 탄소코팅층;을 포함하고, 상기 탄소코팅층은 산소환원 활성이 향상되도록 질소 및 불소가 도핑된다.In order to achieve the above object, the electrode catalyst according to the present invention comprises: a catalytically active part exhibiting oxygen reduction activity; and a carbon support part supporting the catalytically active part and allowing electrons to move; and a carbon coating layer formed by coating the outside of the transition metal core layer to improve stability, wherein the carbon coating layer is doped with nitrogen and fluorine to improve oxygen reduction activity.

전이금속 코어층은 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 몰리브덴(Mo), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 레늄(Re), 바나듐(V), 텅스텐(W), 코발트(Co), 철(Fe), 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 비스무트(Bi), 주석(Sn), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 세륨(Ce) 및 구리(Cu)로 구성되는 군 중에서 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.The transition metal core layer includes ruthenium (Ru), rhodium (Rh), molybdenum (Mo), osmium (Os), iridium (Ir), rhenium (Re), vanadium (V), tungsten (W), cobalt (Co), At least from the group consisting of iron (Fe), selenium (Se), nickel (Ni), bismuth (Bi), tin (Sn), chromium (Cr), titanium (Ti), cerium (Ce), and copper (Cu) It may include more than one.

탄소코팅층은 전이금속 코어층의 활성을 높이기 위하여 질소(N), 불소(F), 붕소(B), 황(S)으로 구성되는 군 중에서 적어도 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다.The carbon coating layer may include at least one element from the group consisting of nitrogen (N), fluorine (F), boron (B), and sulfur (S) in order to increase the activity of the transition metal core layer.

촉매활성부는 산소환원반응이 표면에서 일어나도록 구형, 막대형, 선형 또는 다면체 형태일 수 있다.The catalytically active portion may have a spherical, rod-shaped, linear or polyhedral shape so that the oxygen reduction reaction occurs on the surface.

또한, 본 발명에 의한 전극촉매 제조방법은 아닐린 단량체, 불소를 포함한 아닐린 단량체, 산소환원 활성을 나타내는 전이금속 전구체 및 산화제를 포함하는 원료를 혼합하여 고분자 복합체를 중합하는 고분자중합단계; 상기 고분자 복합체를 건조하는 고분자건조단계; 건조된 상기 고분자 복합체를 열처리하여 탄화시키는 탄화단계; 상기 고분자 복합체가 탄화되어 형성된 전극촉매를 산처리하는 산처리단계; 및 산처리된 전극촉매를 열처리하는 열처리단계;을 포함하고,In addition, the electrode catalyst manufacturing method according to the present invention comprises a polymer polymerization step of polymerizing a polymer composite by mixing a raw material containing an aniline monomer, an aniline monomer including fluorine, a transition metal precursor exhibiting oxygen reduction activity, and an oxidizing agent; a polymer drying step of drying the polymer composite; a carbonization step of carbonizing the dried polymer composite by heat treatment; an acid treatment step of acid-treating the electrode catalyst formed by carbonizing the polymer composite; and a heat treatment step of heat-treating the acid-treated electrode catalyst.

상기 고분자중합단계에서는 아닐린 단량체, 불소를 포함한 아닐린 단량체, 산소환원 활성을 나타내는 전이금속 전구체 및 산화제를 포함하는 원료가 기계적으로 교반되어 상기 고분자 복합체를 중합한다.In the polymer polymerization step, raw materials including an aniline monomer, an aniline monomer including fluorine, a transition metal precursor exhibiting oxygen reduction activity, and an oxidizing agent are mechanically stirred to polymerize the polymer composite.

전이금속 전구체는 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 몰리브덴(Mo), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 레늄(Re), 바나듐(V), 텅스텐(W), 코발트(Co), 철(Fe), 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 비스무트(Bi), 주석(Sn), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 세륨(Ce) 및 구리(Cu)로 구성되는 군 중에서 적어도 하나 이상의 원소가 포함된 화합물일 수 있다.Transition metal precursors are ruthenium (Ru), rhodium (Rh), molybdenum (Mo), osmium (Os), iridium (Ir), rhenium (Re), vanadium (V), tungsten (W), cobalt (Co), iron At least one selected from the group consisting of (Fe), selenium (Se), nickel (Ni), bismuth (Bi), tin (Sn), chromium (Cr), titanium (Ti), cerium (Ce), and copper (Cu) It may be a compound containing the above elements.

산화제는 염산, 황산, 질산, 아세트산 중 어느 하나 이상이 선택된 산 또는 황산암모늄, 과황산암모늄, 황산나트륨, 과황산나트륨, 황산칼륨 중 어느 하나 이상이 선택된 황산염을 포함할 수 있다.The oxidizing agent may include an acid selected from at least one of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and acetic acid, or a sulfate selected from at least one selected from ammonium sulfate, ammonium persulfate, sodium sulfate, sodium persulfate, and potassium sulfate.

고분자중합단계에서는 질소(N), 불소(F), 붕소(B), 황(S) 중 적어도 어느 하나 이상이 포함된 화합물을 상기 원료에 더 혼합할 수 있다.In the polymer polymerization step, a compound containing at least one of nitrogen (N), fluorine (F), boron (B), and sulfur (S) may be further mixed with the raw material.

고분자중합단계에서는 상기 아닐린 단량체과 상기 불소를 포함한 아닐린 단량체를 1:1 부피비 이상 1:100 부피비 이하로 구성하고 10rpm 이상 400rpm 이하의 회전 속도에서 5분 이상 100시간 이하 동안 교반할 수 있다.In the polymer polymerization step, the aniline monomer and the aniline monomer including fluorine are composed of 1:1 volume ratio or more and 1:100 volume ratio and stirred at a rotation speed of 10 rpm or more and 400 rpm or less for 5 minutes or more and 100 hours or less.

고분자중합단계에서는 상기 산화제가 0.1M 이상 10M 이하로 포함된 용액을 투여하고 10rpm 이상 400rpm 이하의 회전 속도에서 5분 이상 100시간 이하 동안 교반할 수 있다.In the polymer polymerization step, a solution containing 0.1 M or more and 10 M or less of the oxidizing agent may be administered and stirred at a rotation speed of 10 rpm or more and 400 rpm or less for 5 minutes or more and 100 hours or less.

고분자건조단계에서는 상기 고분자 복합체에 포함된 용매가 제거되도록 10도 이상 80도 이하에서 5시간 이상 24시간 이하 동안 건조할 수 있다.In the polymer drying step, it may be dried at 10 degrees or more and 80 degrees or less for 5 hours or more and 24 hours or less so that the solvent contained in the polymer composite is removed.

탄화단계에서는 상기 고분자 복합체를 질소, 수소 또는 아르곤 중 적어도 하나 이상을 포함하는 기체 분위기에서 300도 이상 1000도 이하의 온도로 10분 이상 24시간 이하 동안 가열하여 탄화시킬 수 있다.In the carbonization step, the polymer composite may be carbonized by heating it in a gas atmosphere containing at least one of nitrogen, hydrogen, or argon at a temperature of 300 degrees or more and 1000 degrees or less for 10 minutes or more and 24 hours or less.

산처리단계에서는 탄화된 상기 전극촉매에서 금속 부산물이 제거되도록 염산, 황산, 질산 및 과염소산 중 어느 하나 이상을 0.1M 이상 1M 이하로 포함하는 용액에 담지하여 5분 이상 24시간 이하 동안 산처리할 수 있다.In the acid treatment step, acid treatment can be carried out for 5 minutes or more and 24 hours or less by supporting it in a solution containing at least one of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and perchloric acid in an amount of 0.1 M or more and 1 M or less so as to remove metal by-products from the carbonized electrode catalyst. have.

열처리단계에서는 상기 전극촉매를 질소, 수소 또는 아르곤 중 적어도 하나 이상을 포함하는 기체 분위기에서 300도 이상 1000도 이하의 온도로 10분 이상 24시간 이하 동안 가열할 수 있다.In the heat treatment step, the electrode catalyst may be heated in a gas atmosphere containing at least one of nitrogen, hydrogen, or argon at a temperature of 300 degrees or more and 1000 degrees or less for 10 minutes or more and 24 hours or less.

또한, 본 발명에 의한 연료전지는 본 발명에 따른 전극촉매을 포함하는 공기극, 연료가 공급되는 연료극 및 상기 공기극과 상기 연료극 사이에 구비되고 이온이 이동가능한 분리막;을 포함한다.In addition, the fuel cell according to the present invention includes an anode including the electrode catalyst according to the present invention, an anode to which fuel is supplied, and a separator provided between the cathode and the anode, in which ions are movable.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전극촉매와 그 제조방법 및 이를 이용한 연료전지에 의하면, 산소환원반응이 일어나는 전이금속 코어를 포함하고, 질소와 불소가 복합 도핑된 탄소층이 표면에 코팅된 산소환원반응 촉매을 제공한다.As described above, according to the electrode catalyst, the method for manufacturing the same, and the fuel cell using the same according to the present invention, it includes a transition metal core in which oxygen reduction reaction occurs, and oxygen coated with a carbon layer complexly doped with nitrogen and fluorine on the surface. A reduction catalyst is provided.

따라서, 도핑원 원소에 의하여 산소환원반응 촉매의 전자친화도가 증가하여 촉매활성이 상승하고 탄소로 전이금속을 코팅하여 안정성이 향상되어, 산소환원반응 촉매가 백금 촉매 대비 활성이 낮고 연료전지 구동조건에서 안정성이 떨어지는 문제점을 해결한다.Therefore, the electron affinity of the oxygen reduction reaction catalyst is increased by the doping source element, so that the catalytic activity is increased, and the stability is improved by coating the transition metal with carbon. to solve the problem of poor stability.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극촉매의 제조사진을 도시한 설명도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예예 따른 전극촉매의 제조방법을 설명한 블럭다이아그램이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극촉매의 구조를 도시한 사시도이다.
도 4은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지의 구조를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극촉매의 형상을 전자주사현미경으로 촬영한 사진과 EDX(Energy Dispersive X-ray microanalysis)로 분석한 결과이다.
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극촉매를 구성하는 촉매활성부의 형상을 투과전자현미경으로 촬영한 사진과 EDX로 분석한 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극촉매 형성방법에서 탄화온도를 달리하여 형성한 촉매활성부의 전기화학적 특성을 0.1M 수산화칼륨 전해질에서 순환전압전류법(Cyclic Voltammetry, CV) 및 선형주사전위법(Linear Sweep Voltammetry, LSV)에 따라 측정한 그래프도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극촉매 형성방법에서 탄화단계의 온도를 달리하여 형성한 촉매활성부의 전기화학적 특성을 0.1M 과염소산 전해질에서 순환전압전류법 및 선형주사전위법에 따라 측정한 그래프도이다.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극촉매 상의 촉매활성부의 안정성을 가속열화시험(Accelerated Degradation Test)을 통해 측정한 결과를 나타낸 그래프도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 양성자 이온교환막 또는 음이온 이온교환막을 사용한 양성자 이온교환막연료전지(PEMFC) 셀과 음이온 이온교환막연료전지(AEMFC) 셀의 전압/전류 커브를 나타낸 그래프도이다.
1 is an explanatory diagram illustrating a photograph of an electrode catalyst according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a method of manufacturing an electrode catalyst according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view showing the structure of an electrode catalyst according to another embodiment of the present invention.
4 is a perspective view illustrating a structure of a fuel cell according to another embodiment of the present invention.
5 is a picture taken with a scanning electron microscope and analysis results of the shape of the electrode catalyst according to another embodiment of the present invention by EDX (Energy Dispersive X-ray microanalysis).
6 is a picture taken with a transmission electron microscope and an EDX analysis result of the shape of the catalytically active part constituting the electrode catalyst according to another embodiment of the present invention.
7 is a cyclic voltammetry (CV) and linear scanning method showing the electrochemical characteristics of the catalytically active part formed by varying the carbonization temperature in the method for forming an electrode catalyst according to an embodiment of the present invention in 0.1M potassium hydroxide electrolyte. It is a graph measured according to Linear Sweep Voltammetry (LSV).
8 shows electrochemical characteristics of a catalytically active part formed by varying the temperature of the carbonization step in the method for forming an electrode catalyst according to an embodiment of the present invention in 0.1 M perchloric acid electrolyte. Measured by cyclic voltammetry and linear scanning potential method; It is also a graph.
9 is a graph showing the results of measuring the stability of the catalytically active part on the electrode catalyst according to another embodiment of the present invention through an accelerated degradation test.
10 is a graph showing voltage/current curves of a proton ion exchange membrane fuel cell (PEMFC) cell and an anion ion exchange membrane fuel cell (AEMFC) cell using a proton ion exchange membrane or an anion ion exchange membrane in another embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. This is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be construed to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. In describing the present invention, terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components may not be limited by the terms. The above terms are only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.

"및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다. The term “and/or” may include a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. can be understood On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it may be understood that the other element does not exist in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression may include the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and one or more other features It may be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary may be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, it is interpreted in an ideal or excessively formal meaning. it may not be

아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.In addition, the following embodiments are provided to more completely explain to those with average knowledge in the art, and the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer description.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극촉매는 산소환원 활성을 나타내는 촉매활성부(10) 및 상기 촉매활성부(10)를 지지하고 전자가 이동되는 탄소지지부(20)를 포함하고, 상기 촉매활성부(10)는 촉매반응이 일어나는 전이금속 코어층(11) 및 안정성이 향상되도록 상기 전이금속 코어층(11)의 외측이 코팅되어 형성된 탄소코팅층(12)을 포함하고, 상기 탄소코팅층(12)은 산소환원 활성이 향상되도록 질소 및 불소가 도핑된다.Referring to FIG. 3 , the electrocatalyst according to an embodiment of the present invention includes a catalytically active part 10 exhibiting oxygen reduction activity and a carbon support 20 supporting the catalytically active part 10 and through which electrons are moved. and the catalytically active part 10 includes a transition metal core layer 11 in which a catalytic reaction occurs and a carbon coating layer 12 formed by coating the outside of the transition metal core layer 11 to improve stability, The carbon coating layer 12 is doped with nitrogen and fluorine to improve oxygen reduction activity.

상세히 설명하면, 전극촉매는 탄소재료를 포함하는 탄소지지부(20)가 촉매활성부(10)를 지지하고, 촉매활성부(10)는 중심에 전이금속 코어층(11)을 포함하고 외부가 탄소로 코팅되어 있어 연료전지의 전해질 환경에서 부식이 방지되고 안정성이 향상된다.More specifically, in the electrocatalyst, a carbon support portion 20 comprising a carbon material supports the catalytically active portion 10 , and the catalytically active portion 10 includes a transition metal core layer 11 in the center, and has carbon on the outside. As it is coated with , corrosion is prevented and stability is improved in the electrolyte environment of the fuel cell.

또한, 탄소코팅층(12)에는 질소 및 불소가 동시에 도핑되어 활성도가 높아지므로 전이금속 코어층(11)을 보호하면서 산소환원반응을 촉진하는 효과가 있어 기존 백금 촉매를 대체할 수 있으며 연료전지 내에서 장기간 안정적으로 구동될 수 있다.In addition, since the carbon coating layer 12 is doped with nitrogen and fluorine at the same time to increase the activity, it has the effect of accelerating the oxygen reduction reaction while protecting the transition metal core layer 11, so that it can replace the existing platinum catalyst and in the fuel cell. It can be operated stably for a long time.

촉매활성부(10)의 중심부에 구성된 전이금속 코어층(11)은 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 몰리브덴(Mo), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 레늄(Re), 바나듐(V), 텅스텐(W), 코발트(Co), 철(Fe), 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 비스무트(Bi), 주석(Sn), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 세륨(Ce) 및 구리(Cu)로 구성되는 군 중에서 적어도 하나 이상을 포함하며, 가장 바랍직하게는 전이금속 코어층(11)이 금속철 및 탄소철을 포함하도록 구성될 수 있다.The transition metal core layer 11 configured in the center of the catalytically active part 10 is ruthenium (Ru), rhodium (Rh), molybdenum (Mo), osmium (Os), iridium (Ir), rhenium (Re), vanadium ( V), tungsten (W), cobalt (Co), iron (Fe), selenium (Se), nickel (Ni), bismuth (Bi), tin (Sn), chromium (Cr), titanium (Ti), cerium ( Ce) and at least one or more from the group consisting of copper (Cu), and most preferably, the transition metal core layer 11 may be configured to include metallic iron and carbon iron.

전이금속 코어층(11)의 외곽이 코팅되는 탄소코팅층(12)은 전이금속 코어층의 활성을 높이기 위하여 질소(N), 불소(F), 붕소(B), 황(S)등으로 구성되는 군 중에서 적어도 하나 이상을 포함하도록 구성될 수 있다.The carbon coating layer 12 on which the outer portion of the transition metal core layer 11 is coated is composed of nitrogen (N), fluorine (F), boron (B), sulfur (S), etc. in order to increase the activity of the transition metal core layer. It may be configured to include at least one or more from the group.

촉매활성부(10)는 산소환원반응이 표면에서 일어나도록 구형, 막대형, 선형 또는 다면체 형태 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.The catalytically active part 10 is characterized in that it has any one of a spherical shape, a rod shape, a linear shape, or a polyhedral shape so that the oxygen reduction reaction occurs on the surface.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극촉매 제조방법은 아닐린 단량체, 불소를 포함한 아닐린 단량체, 산소환원 활성을 나타내는 전이금속 전구체 및 산화제를 포함하는 원료를 혼합하여 고분자 복합체를 중합하는 고분자중합단계(S10), 고분자 복합체를 건조하는 고분자건조단계(S20), 건조된 상기 고분자 복합체를 열처리하여 탄화시키는 탄화단계(S30), 고분자 복합체가 탄화되어 형성된 전극촉매를 산처리하는 산처리단계(S40), 산처리된 전극촉매를 열처리하는 열처리단계(S50)를 포함한다.1 and 2, the electrode catalyst manufacturing method according to another embodiment of the present invention is a polymer composite by mixing a raw material containing an aniline monomer, an aniline monomer including fluorine, a transition metal precursor exhibiting oxygen reduction activity, and an oxidizing agent. A polymer polymerization step (S10) of polymerizing the polymer composite, a polymer drying step (S20) of drying the polymer composite, a carbonization step of carbonizing the dried polymer composite by heat treatment (S30), acid treatment of the electrode catalyst formed by carbonizing the polymer composite It includes an acid treatment step (S40) and a heat treatment step (S50) of heat-treating the acid-treated electrode catalyst.

상세히 설명하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극촉매 제조방법은 터보밀, 슈퍼미크론밀, 롤러밀, 레이몬드밀, 포트밀, 제트밀, 볼밀 등 적어도 하나의 혼합법을 사용하여 혼합되며, 바랍직하게는 설치 및 운용 비용이 저렴하고 다양한 재료를 비교적 쉽게 다룰 수 있는 볼밀을 사용하여 혼합될 수 있다.In detail, the electrode catalyst manufacturing method according to another embodiment of the present invention is mixed using at least one mixing method such as a turbo mill, a super micron mill, a roller mill, a Raymond mill, a pot mill, a jet mill, a ball mill, etc. Directly, they can be mixed using a ball mill that is inexpensive to install and operate and can handle a variety of materials with relative ease.

상기 볼밀에 사용되는 세라믹볼은 외부 충격에 강한 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 실리카(SiO2), 스테인리스 스틸(Stainless steel)을 사용하는 것을 특징으로 한다.The ceramic ball used in the ball mill is characterized by using alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), silica (SiO 2 ), and stainless steel (Stainless steel) strong against external impact.

고분자중합단계(S10)에서는 볼밀과 같은 혼합방법을 사용하여 원료가 교반된 후 산화제를 통해 고분자 복합체를 중합한다In the polymer polymerization step (S10), the raw material is stirred using a mixing method such as a ball mill, and then the polymer composite is polymerized through an oxidizing agent.

상세히 설명하면, 전이금속 전구체는 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 몰리브덴(Mo), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 레늄(Re), 바나듐(V), 텅스텐(W), 코발트(Co), 철(Fe), 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 비스무트(Bi), 주석(Sn), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 세륨(Ce) 및 구리(Cu)로 구성되는 군 중에서 적어도 하나 이상의 원소가 포함된 화합물을 포함하여 사용할 수 있다.In detail, the transition metal precursor is ruthenium (Ru), rhodium (Rh), molybdenum (Mo), osmium (Os), iridium (Ir), rhenium (Re), vanadium (V), tungsten (W), cobalt ( Co), iron (Fe), selenium (Se), nickel (Ni), bismuth (Bi), tin (Sn), chromium (Cr), titanium (Ti), cerium (Ce) and copper (Cu) It can be used including a compound containing at least one element from the group.

산화제는 염산, 황산, 질산, 아세트산 중 어느 하나 이상이 선택된 산 또는 황산암모늄, 과황산암모늄, 황산나트륨, 과황산나트륨, 황산칼륨 중 어느 하나 이상이 선택된 황산염을 포함할 수 있다.The oxidizing agent may include an acid selected from at least one of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and acetic acid, or a sulfate selected from at least one selected from ammonium sulfate, ammonium persulfate, sodium sulfate, sodium persulfate, and potassium sulfate.

고분자중합단계(S10)에서는 질소(N), 불소(F), 붕소(B), 황(S) 중 적어도 어느 하나 이상의 원소가 포함된 화합물을 상기 원료에 더 혼합하여 이종원소가 탄소코팅층(12)에 형성되도록 할 수 있다.In the polymer polymerization step (S10), a compound containing at least one or more of nitrogen (N), fluorine (F), boron (B), and sulfur (S) is further mixed with the raw material so that heterogeneous elements are mixed with the carbon coating layer 12 ) can be formed.

고분자중합단계(S10)에서는 아닐린 단량체와 불소를 포함한 아닐린 단량체를 1:1 부피비 이상 1:100 부피비 이하로 구성하고 10rpm 이상 400rpm 이하의 회전 속도에서 5분 이상 100시간 이하 동안 교반할 수 있다.In the polymer polymerization step (S10), the aniline monomer and the aniline monomer including fluorine are composed of 1:1 volume ratio or more and 1:100 volume ratio and stirred at a rotation speed of 10 rpm or more and 400 rpm or less for 5 minutes or more and 100 hours or less.

아닐린 단량체와 불소를 포함한 아닐린 단량체과 1:1 부피비 미만인 경우 고분자가 아닐린 위주로 형성되어 불소가 충분히 포함되지 않을 수 있고, 1:100 부피비를 초과하는 경우 불소가 과잉 포함되는 문제점이 발생한다.When the ratio of the aniline monomer and the aniline monomer including fluorine is less than 1:1 by volume, the polymer is mainly formed of aniline, so that fluorine may not be sufficiently contained.

또한, 회전 속도가 10rpm 미만인 경우 원료가 충분히 교반되지 않으며, 400rpm 초과인 경우 혼합 과정에서 원료간의 마찰로 인하여 온도가 불필요하게 상승하여 원하지 않는 반응이 일어날 수 있다.In addition, if the rotation speed is less than 10 rpm, the raw material is not sufficiently stirred, and if it is more than 400 rpm, the temperature is unnecessarily increased due to friction between the raw materials during the mixing process, which may cause an unwanted reaction.

또한, 교반되는 시간이 5분 미만인 경우 원료가 충분히 교반되지 않으며, 100시간 이상인 경우 추가적인 특성향상을 관측할 수 없어 필요성이 감소한다.In addition, if the stirring time is less than 5 minutes, the raw material is not sufficiently stirred, and if it is more than 100 hours, no further improvement in properties can be observed, so the necessity is reduced.

고분자중합단계(S10)에서는 상기 산화제가 0.1M 이상 10M 이하로 포함된 용액을 투여하고 10rpm 이상 400rpm 이하의 회전 속도에서 5분 이상 100시간 이하 동안 교반할 수 있다.In the polymer polymerization step (S10), a solution containing 0.1 M or more and 10 M or less of the oxidizing agent may be administered and stirred at a rotation speed of 10 rpm or more and 400 rpm or less for 5 minutes or more and 100 hours or less.

산화제가 0.1M 미만인 경우에 충분한 산화를 통해 원하는 고분자 복합체가 형성되지 않으며, 10M을 초과하면 고분자 복합체 형성이 충분히 완료된 후에도 산화제가 과잉으로 잔류하여 낭비된다.When the oxidizing agent is less than 0.1M, the desired polymer composite is not formed through sufficient oxidation, and when it exceeds 10M, the oxidizing agent remains excessively and is wasted even after the formation of the polymer composite is sufficiently completed.

또한, 회전 속도가 10rpm 미만인 경우 원료가 충분히 교반되지 않으며, 400rpm 초과인 경우 중합과정에서 원료간의 마찰로 인하여 온도가 불필요하게 상승하여 원하지 않는 반응이 일어날 수 있다.In addition, when the rotation speed is less than 10 rpm, the raw material is not sufficiently stirred, and when it is more than 400 rpm, the temperature is unnecessarily increased due to friction between the raw materials in the polymerization process, and unwanted reactions may occur.

또한, 중합되는 시간이 5분 미만인 경우 중합반응이 불완전하며, 100시간 이상인 경우 반응이 충분히 완료되어 추가적인 반응이 없어 필요성이 감소한다.In addition, if the polymerization time is less than 5 minutes, the polymerization reaction is incomplete, and if it is more than 100 hours, the reaction is sufficiently completed and there is no additional reaction, thereby reducing the need.

고분자건조단계(S20)에서는 고분자 복합체에 포함된 용매가 제거되도록 10도 이상 80도 이하에서 5시간 이상 24시간 이하 동안 건조할 수 있다.In the polymer drying step (S20), it may be dried at 10 degrees or more and 80 degrees or less for 5 hours or more and 24 hours or less so that the solvent contained in the polymer composite is removed.

온도가 10도 미만인 경우 용매가 건조되기 어려우며 80도 이상에서는 고분자의 변형이 발생할 수 있다.If the temperature is less than 10 degrees, it is difficult to dry the solvent, and at 80 degrees or more, deformation of the polymer may occur.

또한, 5시간 미만인 경우 용매가 충분히 건조되어 제거되지 않으며, 24시간 초과하면 건조가 완료되어 필요성이 감소한다.In addition, if it is less than 5 hours, the solvent is not sufficiently dried and removed, and if it exceeds 24 hours, drying is completed, thereby reducing the need.

탄화단계(S30)에서는 고분자 복합체를 질소, 수소 또는 아르곤 중 적어도 하나 이상을 포함하는 기체 분위기에서 300도 이상 1000도 이하의 온도로 10분 이상 24시간 이하에서 가열하여 탄화시킬 수 있다.In the carbonization step (S30), the polymer composite may be carbonized by heating it in a gas atmosphere containing at least one of nitrogen, hydrogen, or argon at a temperature of 300 degrees or more and 1000 degrees or less for 10 minutes or more and 24 hours or less.

고분자 복합체를 300도 미만에서 처리하면 충분히 탄화되지 않을 수 있으며, 1000도를 초과하는 경우 결합이 분리되어 탄소층을 형성하지 못하거나 금속이 용융되어 손상될 수 있다.If the polymer composite is treated at less than 300 degrees, it may not be sufficiently carbonized, and if it exceeds 1000 degrees, the bonds may be separated and the carbon layer may not be formed or the metal may be melted and damaged.

또한, 10분 미만으로 가열하는 경우에는 충분히 탄화되지 않을 수 있으며, 24시간을 초과하는 경우 추가적인 탄화를 기대하기 어렵다.In addition, when heated for less than 10 minutes, it may not be sufficiently carbonized, and when it exceeds 24 hours, it is difficult to expect additional carbonization.

산처리단계(S40)에서는 탄화된 상기 전극촉매에서 금속 부산물이 제거되도록 염산, 황산, 질산 및 과염소산 중 어느 하나 이상을 0.1M 이상 1M 이하로 포함하는 용액에 담지하여 5분 이상 24시간 이하 동안 산처리할 수 있다.In the acid treatment step (S40), the acid treatment step (S40) is carried out in a solution containing at least one of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and perchloric acid in an amount of 0.1 M or more and 1 M or less so as to remove metal by-products from the carbonized electrode catalyst for 5 minutes or more and 24 hours or less. can be processed

0.1M 미만의 산이 포함된 용액을 사용하면 금속 부산물이 충분히 제거되지 않으며, 1M 이상인 경우 과도하게 금속이 부식되거나 다른 효과가 발생할 수 있다.If a solution containing less than 0.1 M of acid is used, metal by-products will not be sufficiently removed, and if it is more than 1 M, excessive metal corrosion or other effects may occur.

또한, 5분 미만로 처리하는 경우 금속 부산물이 충분히 제거되지 않으며, 24시간 초과로 진행되면 금속 부산물이 충분히 제거되어 필요성이 감소한다.In addition, if the treatment is less than 5 minutes, the metal by-product is not sufficiently removed, and if it proceeds for more than 24 hours, the metal by-product is sufficiently removed, thereby reducing the need.

상기 열처리단계(S50)에서는 전극촉매을 질소, 수소 또는 아르곤 중 적어도 하나 이상을 포함하는 기체 분위기에서 300도 이상 1000도 이하의 온도로 10분 이상 24시간 이하에서 가열할 수 있다.In the heat treatment step (S50), the electrode catalyst may be heated in a gas atmosphere containing at least one of nitrogen, hydrogen, or argon at a temperature of 300 degrees or more and 1000 degrees or less for 10 minutes or more and 24 hours or less.

전극촉매을 300도 미만에서 처리하면 충분히 열처리되지 않아 특성이 열화되며, 1000도를 초과하는 경우 금속이 용융되어 손상될 수 있다.If the electrocatalyst is treated at less than 300°C, the properties are deteriorated due to insufficient heat treatment, and if it exceeds 1000°C, the metal may be melted and damaged.

또한, 10분 미만으로 가열하는 경우에는 충분히 열처리되지 않으며, 24시간을 초과하는 경우 열처리에 따른 추가적인 효과를 기대하기 어렵다.In addition, when heated for less than 10 minutes, heat treatment is not sufficiently performed, and when it exceeds 24 hours, it is difficult to expect additional effects due to heat treatment.

또한, 도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지(100)는 본 발명에 따른 전극촉매를 포함하는 공기극(120) 및 연료가 공급되는 연료극(110), 공기극(120)과 연료극(110) 사이에 구비되고 이온이 이동가능한 분리막(130)을 포함한다.In addition, referring to FIG. 4 , a fuel cell 100 according to another embodiment of the present invention includes an anode 120 including the electrode catalyst according to the present invention, an anode 110 to which fuel is supplied, and the cathode 120 . and the separation membrane 130 provided between the anode 110 and the ion movement.

연료극(110)은 연료에 의한 내피독성이 우수하도록 백금(Pt), 백금-철 합금(PtFe), 백금-코발트 합금(PtCo) 중 적어도 어느 하나 이상을 선택하여 포함하는 촉매를 사용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 백금(Pt)을 포함할 수 있다.The anode 110 may use a catalyst including at least one selected from among platinum (Pt), platinum-iron alloy (PtFe), and platinum-cobalt alloy (PtCo) so as to have excellent skin toxicity by fuel, and the most Preferably, platinum (Pt) may be included.

연료극(110)에 사용되는 연료는 수소, 메탄올, 에탄올 등을 포함하는 알코올, 천연가스, 메탄, 프로판, 부탄 등을 포함하는 탄화수소를 사용할 수 있다.The fuel used for the anode 110 may be hydrogen, alcohol including methanol, ethanol, and hydrocarbons including natural gas, methane, propane, butane, and the like.

공기극(120)은 본 발명에 따른 전극촉매를 포함하여 산소를 포함하는 외부 공기가 유동할 수 있도록 형성된다.The cathode 120 includes the electrode catalyst according to the present invention and is formed so that external air containing oxygen can flow.

공기극(120)과 연료극(110) 사이에 구비되는 분리막(130)은 양성자를 빠르게 전달하도록 이온전도도가 높은 나피온 등의 과불소화탄소 계열 또는 술폰산기 이온을 포함하는 술폰화 내열성고분자 등 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하도록 형성될 수 있다.The separation membrane 130 provided between the cathode 120 and the anode 110 is at least any one of a perfluorocarbon series such as Nafion, which has high ionic conductivity, or a sulfonated heat-resistant polymer containing a sulfonic acid group ion to rapidly transfer protons. It may be formed to include one or more.

또한, 분리막(130)은 음이온을 빠르게 전달하도록 암모늄, 피리디늄, 포스포늄, 소디윰, 구아니디늄 등의 염 중 적어도 하나 이상을 포함하는 용액이 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene Fluoride)에 충진되거나 염을 포함하는 고분자 전해질 형태로 형성될 수 있다.In addition, the separation membrane 130 is a solution containing at least one of salts such as ammonium, pyridinium, phosphonium, sodium, guanidinium, etc. to rapidly transfer anions polyethylene or polypropylene, polyvinylidene fluoride (Polyvinylidene) Fluoride) or may be formed in the form of a polymer electrolyte containing salt.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극촉매 제조방법의 탄화단계(S30)에서 탄화온도를 달리하여 제조된 전극촉매의 형상을 전자주사현미경으로 촬영한 사진과 EDX(Energy Dispersive X-ray microanalysis)로 분석한 결과를 확인할 수 있다.5, in the carbonization step (S30) of the electrocatalyst manufacturing method according to another embodiment of the present invention, the shape of the electrode catalyst prepared by varying the carbonization temperature is taken with a scanning electron microscope and EDX (Energy Dispersive X) -ray microanalysis) analysis result can be confirmed.

탄화단계는 각각 (a)800도,(b)900도, (c)950도, (d)1000도의 온도조건에서 진행되었으며, 제조된 전극촉매는 각각 (a)NFC@Fe/Fe3C-8, (b)NFC@Fe/Fe3C-9, (c)NFC@Fe/Fe3C-9.5 및 (d)NFC@Fe/Fe3C-10로 표기된다.The carbonization step was carried out at a temperature condition of (a) 800 degrees, (b) 900 degrees, (c) 950 degrees, and (d) 1000 degrees, respectively, and the prepared electrode catalysts were (a) NFC@Fe/Fe3C-8, (b)NFC@Fe/Fe3C-9, (c)NFC@Fe/Fe3C-9.5 and (d)NFC@Fe/Fe3C-10.

SEM 분석사진(a-d)에 따르면, 각 촉매활성부(10) 입자는 탄소지지부(20) 상에 분산되어 형성되어 있음을 확인할 수 있으며, 플루오린 원자는 금속에 가까이 분포하고 있는 반면 질소 원자는 전 영역에 균일하게 분포하고 있음을 확인할 수 있다.According to the SEM analysis photo (ad), it can be confirmed that each catalytically active part 10 particles are dispersed and formed on the carbon support part 20, while the fluorine atoms are distributed close to the metal, while the nitrogen atoms are all It can be seen that they are uniformly distributed over the area.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 다른 전극촉매 제조방법에 의해 제조된 NFC@Fe/Fe3C-9 전극촉매의 촉매활성부(10)는 전이금속 코어층(11)의 외측에 탄소코팅층(12)이 형성되어 있음을 확인할 수 있으며 두께는 약 10nm 수준으로 형성되는 것으로 확인된다.Referring to FIG. 6 , the catalytically active part 10 of the NFC@Fe/Fe3C-9 electrocatalyst manufactured by the method for preparing an electrocatalyst according to another embodiment of the present invention includes carbon on the outside of the transition metal core layer 11 . It can be confirmed that the coating layer 12 is formed, and it is confirmed that the thickness is formed at a level of about 10 nm.

또한, 질소는 전이금속 코어층(11) 외부의 탄소코팅층(12) 및 탄소지지부(20)에 걸쳐 분포해있는 반면, 불소는 전이금속 코어층(11) 외부의 탄소코팅층(12)에 집중되어 있음을 확인할 수 있다.In addition, nitrogen is distributed over the carbon coating layer 12 and the carbon support 20 outside the transition metal core layer 11, while fluorine is concentrated in the carbon coating layer 12 outside the transition metal core layer 11, It can be confirmed that there is

도 7을 참조하면,본 발명의 일 실시예에 따른 전극촉매 형성방법에서 탄화온도((a)800도,(b)900도, (c)950도, (d)1000도)를 달리하여 형성한 전극촉매((a)NFC@Fe/Fe3C-8, (b)NFC@Fe/Fe3C-9, (c)NFC@Fe/Fe3C-9.5, (d)NFC@Fe/Fe3C-10)의 전기화학적 특성을 0.1M 수산화칼륨 전해질에서 순환전압전류법(Cyclic Voltammetry) 및 선형주사전위법(Linear Sweep Voltammetry)에 따라 측정한 그래프를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7 , in the method for forming an electrode catalyst according to an embodiment of the present invention, the carbonization temperature ((a) 800 degrees, (b) 900 degrees, (c) 950 degrees, (d) 1000 degrees) is varied. Electricity of one electrocatalyst ((a)NFC@Fe/Fe3C-8, (b)NFC@Fe/Fe3C-9, (c)NFC@Fe/Fe3C-9.5, (d)NFC@Fe/Fe3C-10) It can be seen a graph measuring chemical properties in 0.1M potassium hydroxide electrolyte according to Cyclic Voltammetry and Linear Sweep Voltammetry.

백금/탄소 기준전극과 비교하여 0.1M 수산화칼륨 전해질 조건에서 전극촉매를 0.03V ~ 1.13V 범위에서 전기화학적 특성을 측정한 결과 그래프(점선:아르곤 조건, 실선:산소 조건)를 참고하면 NFC@Fe/Fe3C 전이금속 코어층(11)의 모든 조건에서 전기화학적인 활성을 확인할 수 있다.When referring to the graph (dashed line: argon condition, solid line: oxygen condition), the result of measuring the electrochemical properties of the electrode catalyst in the range of 0.03V to 1.13V in the 0.1M potassium hydroxide electrolyte condition compared to the platinum/carbon reference electrode, NFC@Fe The electrochemical activity of the /Fe3C transition metal core layer 11 can be confirmed under all conditions.

또한, LSV 곡선을 참조하면 900도에서 열처리한 NFC@Fe/Fe3C-9 전극촉매에서 다른 온도에서 탄화된 경우보다 우수한 특성을 보여 가장 백금에 근접한 특성을 보이는 것을 확인할 수 있다.In addition, referring to the LSV curve, it can be seen that the NFC@Fe/Fe3C-9 electrode catalyst heat-treated at 900 degrees showed superior properties than carbonized at other temperatures, showing the closest properties to platinum.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극촉매 형성방법에서 탄화온도((a)800도,(b)900도, (c)950도, (d)1000도)를 달리하여 형성한 촉매활성부((a)NFC@Fe/Fe3C-8, (b)NFC@Fe/Fe3C-9, (c)NFC@Fe/Fe3C-9.5, (d)NFC@Fe/Fe3C-10)의 전기화학적 특성을 0.1M 과염소산 전해질에서 순환전압전류법(Cyclic Voltammetry, CV) 및 선형주사전위법(Linear Sweep Voltammetry, LSV)에 따라 측정한 그래프를 확인할 수 있다.8, in the method for forming an electrode catalyst according to an embodiment of the present invention, the carbonization temperature ((a) 800 degrees, (b) 900 degrees, (c) 950 degrees, (d) 1000 degrees) is varied. of one catalytically active part ((a)NFC@Fe/Fe3C-8, (b)NFC@Fe/Fe3C-9, (c)NFC@Fe/Fe3C-9.5, (d)NFC@Fe/Fe3C-10) A graph of electrochemical properties measured in 0.1M perchloric acid electrolyte according to Cyclic Voltammetry (CV) and Linear Sweep Voltammetry (LSV) can be seen.

백금/탄소 기준전극과 비교하여 0.1M 과염소산 전해질 전해질 조건에서 전극촉매를 0.03V ~ 1.13V 범위에서 전기화학적 특성을 측정한 결과 그래프(점선:아르곤 조건, 실선:산소 조건)를 참고하면 NFC@Fe/Fe3C 전이금속 코어층(11)의 모든 조건에서 전기화확적인 활성을 확인할 수 있다.Compared with the platinum/carbon reference electrode, the electrochemical properties of the electrode catalyst were measured in the range of 0.03V to 1.13V in the 0.1M perchlorate electrolyte electrolyte condition. Referring to the graph (dashed line: argon condition, solid line: oxygen condition), The electrochemical activity of the /Fe3C transition metal core layer 11 can be confirmed under all conditions.

또한, LSV 곡선을 참조하면 900도에서 열처리한 NFC@Fe/Fe3C 전극촉매가 다른 온도에서 탄화된 경우보다 우수한 특성을 보이는 것을 확인하였으나 백금과 큰 차이를 보이는 것을 확인할 수 있다.In addition, referring to the LSV curve, it was confirmed that the NFC@Fe/Fe3C electrocatalyst heat treated at 900°C showed superior characteristics than the case of carbonization at other temperatures, but showed a significant difference from platinum.

도 9을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극촉매 상의 촉매활성부의 안정성을 측정하는 가속열화시험(Accelerated Degradation Test, ADT) 결과를 나타내는 그래프로, (a-b)0.1M 수산화칼륨 전해질 및 (c-d)0.1M 과염소산 전해질에서 구동한 후 CV 및 LSV 결과를 나타낸 것이다.9, a graph showing the results of an Accelerated Degradation Test (ADT) for measuring the stability of the catalytically active part on the electrode catalyst according to another embodiment of the present invention, (ab) 0.1M potassium hydroxide electrolyte and ( cd) CV and LSV results are shown after running in 0.1M perchloric acid electrolyte.

ADT를 50,000사이클가지 진행하였을 때, 촉매의 활성 면적이 약간 감소하는 것을 확인할 수 있으나, 귀금속이 아닌 촉매 중에서 매우 적은 손실인 것을 확인할 수 있다.When ADT is performed for 50,000 cycles, it can be seen that the active area of the catalyst is slightly reduced, but it can be confirmed that the loss is very small among catalysts other than noble metals.

도 10을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양성자 이온교환막 또는 음이온 이온교환막을 사용한 양성자 이온교환막연료전지(PEMFC) 셀과 음이온 이온교환막연료전지(AEMFC) 셀을 0kPa(w/o bp), 50kPa, 250kPa로 가압한 후의 전압/전류 커브를 나타낸 그래프로, 상용 Pt/C를 사용한 PEMFC/AEMFC 전지와 유사한 성능을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10 , a proton ion exchange membrane fuel cell (PEMFC) cell and an anion ion exchange membrane fuel cell (AEMFC) cell using a proton ion exchange membrane or an anion ion exchange membrane according to another embodiment of the present invention were 0 kPa (w/o bp) ), 50 kPa, and 250 kPa as a graph showing the voltage/current curve after pressurization, and the performance similar to that of the PEMFC/AEMFC battery using commercial Pt/C can be confirmed.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.Although the present invention has been described in detail through specific examples, it is intended to describe the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto. It is clear that the transformation or improvement is possible by the person.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다. All simple modifications and variations of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will be made clear by the appended claims.

10 : 촉매활성부
11 : 전이금속 코어층
12 : 탄소코팅층
20 : 탄소지지부
100 : 연료전지
110 : 연료극
120 : 공기극
130 : 분리막
10: catalyst active part
11: transition metal core layer
12: carbon coating layer
20: carbon support
100: fuel cell
110: anode
120: air electrode
130: separator

Claims (15)

산소환원 활성을 나타내는 촉매활성부; 및
상기 촉매활성부를 지지하고 전자가 이동가능한 탄소지지부;
를 포함하고,
상기 촉매활성부는,
촉매반응이 일어나는 전이금속 코어층; 및
안정성이 향상되도록 상기 전이금속 코어층의 외측이 코팅되어 형성된 탄소코팅층;
을 포함하고,
상기 탄소코팅층은,
산소환원 활성이 향상되도록 질소 및 불소가 도핑된 것을 특징으로 하는 전극촉매.
a catalytically active part exhibiting oxygen reduction activity; and
a carbon support part supporting the catalytically active part and allowing electrons to move;
including,
The catalytically active part,
a transition metal core layer in which a catalytic reaction occurs; and
a carbon coating layer formed by coating the outside of the transition metal core layer to improve stability;
including,
The carbon coating layer,
An electrocatalyst characterized in that it is doped with nitrogen and fluorine to improve oxygen reduction activity.
청구항 1에 있어서,
상기 전이금속 코어층은 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 몰리브덴(Mo), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 레늄(Re), 바나듐(V), 텅스텐(W), 코발트(Co), 철(Fe), 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 비스무트(Bi), 주석(Sn), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 세륨(Ce) 및 구리(Cu)로 구성되는 군 중에서 적어도 하나 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극촉매.
The method according to claim 1,
The transition metal core layer is ruthenium (Ru), rhodium (Rh), molybdenum (Mo), osmium (Os), iridium (Ir), rhenium (Re), vanadium (V), tungsten (W), cobalt (Co) , from the group consisting of iron (Fe), selenium (Se), nickel (Ni), bismuth (Bi), tin (Sn), chromium (Cr), titanium (Ti), cerium (Ce) and copper (Cu). Electrocatalyst comprising at least one or more elements.
청구항 1에 있어서,
상기 탄소코팅층은,
상기 전이금속 코어층의 활성을 높이기 위하여 질소(N), 불소(F), 붕소(B), 황(S)으로 구성되는 군 중에서 적어도 어느 하나 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극촉매.
The method according to claim 1,
The carbon coating layer,
Electrocatalyst comprising at least one element from the group consisting of nitrogen (N), fluorine (F), boron (B), and sulfur (S) in order to increase the activity of the transition metal core layer.
청구항 1에 있어서,
상기 촉매활성부는,
산소환원반응이 표면에서 일어나도록 구형, 막대형, 선형 또는 다면체 형태인 것을 특징으로 하는 전극촉매.
The method according to claim 1,
The catalytically active part,
Electrocatalyst, characterized in that it has a spherical, rod-shaped, linear or polyhedral shape so that oxygen reduction reaction occurs on the surface.
아닐린 단량체, 불소를 포함한 아닐린 단량체, 산소환원 활성을 나타내는 전이금속 전구체 및 산화제를 포함하는 원료를 혼합하여 고분자 복합체를 중합하는 고분자중합단계;
상기 고분자 복합체를 건조하는 고분자건조단계;
건조된 상기 고분자 복합체를 열처리하여 탄화시키는 탄화단계;
상기 고분자 복합체가 탄화되어 형성된 전극촉매를 산처리하는 산처리단계;
산처리된 전극촉매를 열처리하는 열처리단계;
을 포함하고,
상기 고분자중합단계에서는,
상기 원료가 기계적으로 교반된 후 상기 산화제를 통해 상기 고분자 복합체를 중합하는 전극촉매 제조방법.
A polymer polymerization step of polymerizing a polymer composite by mixing a raw material including an aniline monomer, an aniline monomer including fluorine, a transition metal precursor exhibiting oxygen reduction activity, and an oxidizing agent;
a polymer drying step of drying the polymer composite;
a carbonization step of carbonizing the dried polymer composite by heat treatment;
an acid treatment step of acid-treating the electrode catalyst formed by carbonizing the polymer composite;
a heat treatment step of heat-treating the acid-treated electrode catalyst;
including,
In the polymer polymerization step,
An electrode catalyst manufacturing method for polymerizing the polymer composite through the oxidizing agent after the raw material is mechanically stirred.
청구항 5에 있어서,
상기 전이금속 전구체는,
루테늄(Ru), 로듐(Rh), 몰리브덴(Mo), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 레늄(Re), 바나듐(V), 텅스텐(W), 코발트(Co), 철(Fe), 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 비스무트(Bi), 주석(Sn), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 세륨(Ce) 및 구리(Cu)로 구성되는 군 중에서 적어도 하나 이상의 원소가 포함된 화합물인 것을 특징으로 하는 전극촉매 제조방법.
6. The method of claim 5,
The transition metal precursor is
Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Molybdenum (Mo), Osmium (Os), Iridium (Ir), Rhenium (Re), Vanadium (V), Tungsten (W), Cobalt (Co), Iron (Fe), Contains at least one element from the group consisting of selenium (Se), nickel (Ni), bismuth (Bi), tin (Sn), chromium (Cr), titanium (Ti), cerium (Ce), and copper (Cu) Electrocatalyst manufacturing method, characterized in that the compound.
청구항 5에 있어서,
상기 산화제는,
염산, 황산, 질산, 아세트산 중 어느 하나 이상이 선택된 산 또는 황산암모늄, 과황산암모늄, 황산나트륨, 과황산나트륨, 황산칼륨 중 어느 하나 이상이 선택된 황산염을 포함하는 전극촉매 제조방법.
6. The method of claim 5,
The oxidizing agent,
A method for producing an electrode catalyst comprising an acid selected from at least one of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and acetic acid, or a sulfate salt selected from at least one selected from ammonium sulfate, ammonium persulfate, sodium sulfate, sodium persulfate, and potassium sulfate.
청구항 5에 있어서,
상기 고분자중합단계에서는,
질소(N), 불소(F), 붕소(B), 황(S)으로 구성되는 군 중 적어도 어느 하나 이상의 원소가 포함된 화합물을 상기 원료에 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 전극촉매 제조방법.
6. The method of claim 5,
In the polymer polymerization step,
An electrode catalyst manufacturing method, characterized in that the raw material is further mixed with a compound containing at least one element selected from the group consisting of nitrogen (N), fluorine (F), boron (B), and sulfur (S).
청구항 5에 있어서,
상기 고분자중합단계에서는,
상기 아닐린 단량체과 상기 불소를 포함한 아닐린 단량체를 1:1 부피비 이상 1:100 부피비 이하로 구성하고 10rpm 이상 400rpm 이하의 회전 속도에서 5분 이상 100시간 이하 동안 교반하는 것을 특징으로 하는 전극촉매 제조방법.
6. The method of claim 5,
In the polymer polymerization step,
An electrocatalyst manufacturing method, characterized in that the aniline monomer and the aniline monomer containing fluorine are composed of 1:1 volume ratio or more and 1:100 volume ratio and stirred at a rotation speed of 10 rpm or more and 400 rpm or less for 5 minutes or more and 100 hours or less.
청구항 5에 있어서,
상기 고분자중합단계에서는,
상기 산화제가 0.1M 이상 10M 이하로 포함된 용액을 투여하고 10rpm 이상 400rpm 이하의 회전 속도에서 5분 이상 100시간 이하 동안 교반하는 것을 특징으로 하는 전극촉매 제조방법.
6. The method of claim 5,
In the polymer polymerization step,
An electrocatalyst manufacturing method, characterized in that a solution containing the oxidizing agent in an amount of 0.1 M or more and 10 M or less is administered and stirred at a rotation speed of 10 rpm or more and 400 rpm or less for 5 minutes or more and 100 hours or less.
청구항 5에 있어서,
상기 고분자건조단계에서는,
상기 고분자 복합체에 포함된 용매가 제거되도록 10도 이상 80도 이하에서 5시간 이상 24시간 이하 동안 건조하는 것을 특징으로 하는 전극촉매 제조방법.
6. The method of claim 5,
In the polymer drying step,
An electrocatalyst manufacturing method, characterized in that drying is carried out at 10 degrees or more and 80 degrees or less for 5 hours or more and 24 hours or less so that the solvent contained in the polymer composite is removed.
청구항 5에 있어서,
상기 탄화단계에서는,
상기 고분자 복합체를 질소, 수소 또는 아르곤 중 적어도 하나 이상을 포함하는 기체 분위기에서 300도 이상 1000도 이하의 온도로 10분 이상 24시간 이하 동안 가열하여 탄화시키는 것을 특징으로 하는 전극촉매 제조방법.
6. The method of claim 5,
In the carbonization step,
An electrode catalyst manufacturing method, characterized in that the polymer composite is carbonized by heating it in a gas atmosphere containing at least one of nitrogen, hydrogen, or argon at a temperature of 300 degrees or more and 1000 degrees or less for 10 minutes or more and 24 hours or less.
청구항 5에 있어서,
상기 산처리단계에서는,
탄화된 상기 전극촉매에서 금속 부산물이 제거되도록 염산, 황산, 질산 및 과염소산 중 어느 하나 이상을 0.1M 이상 1M 이하로 포함하는 용액에 담지하여 5분 이상 24시간 이하 동안 산처리하는 것을 특징으로 하는 전극촉매 제조방법.
6. The method of claim 5,
In the acid treatment step,
Electrode characterized in that it is supported in a solution containing at least one of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and perchloric acid in an amount of 0.1 M or more and 1 M or less and acid-treated for 5 minutes or more and 24 hours or less so as to remove metal by-products from the carbonized electrode catalyst. Catalyst preparation method.
청구항 6에 있어서,
상기 열처리단계에서는,
상기 전극촉매를 질소, 수소 또는 아르곤 중 적어도 하나 이상을 포함하는 기체 분위기에서 300도 이상 1000도 이하의 온도로 10분 이상 24시간 이하 동안 가열하는 것을 특징으로 하는 전극촉매 제조방법.
7. The method of claim 6,
In the heat treatment step,
An electrocatalyst manufacturing method, characterized in that the electrocatalyst is heated in a gas atmosphere containing at least one of nitrogen, hydrogen, or argon at a temperature of 300 degrees or more and 1000 degrees or less for 10 minutes or more and 24 hours or less.
청구항 제1항 내지 제4항 중 어느 하나에 따른 전극촉매을 포함하는 공기극;
연료가 공급되는 연료극; 및
상기 공기극과 상기 연료극 사이에 구비되고 이온이 이동가능한 분리막;
을 포함하는 연료전지.
A cathode comprising the electrocatalyst according to any one of claims 1 to 4;
anode to which fuel is supplied; and
a separation membrane provided between the cathode and the anode and through which ions are movable;
A fuel cell comprising a.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130039456A (en) 2011-10-12 2013-04-22 숭실대학교산학협력단 Nitrogen doped core/shell nanostructure catalyst and its preparation method
KR101969547B1 (en) 2017-08-25 2019-04-16 한국과학기술원 Catalyst for oxygen reduction reaction comprising porous carbon nanofiber co-doped with transition metal and nitrogen and preparation method thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130039456A (en) 2011-10-12 2013-04-22 숭실대학교산학협력단 Nitrogen doped core/shell nanostructure catalyst and its preparation method
KR101969547B1 (en) 2017-08-25 2019-04-16 한국과학기술원 Catalyst for oxygen reduction reaction comprising porous carbon nanofiber co-doped with transition metal and nitrogen and preparation method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230140748A (en) 2022-03-30 2023-10-10 코오롱인더스트리 주식회사 Manufacturing Method for Catalyst Layer Including Fluorine-Processed Undeposited Nano Particles And Membrane Electrode Assembly Using The Same

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