KR20220068205A - Oxygen electrode comprising a dual plating catalyst, water electrolysis device, regenerative fuel cell including the same and method for preparing the oxygen electrode - Google Patents

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박희영
김진영
이소영
유성종
디억 헨켄스마이어
김형준
임아연
김준영
이혜진
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Abstract

According to the specification, disclosed are an oxygen electrode including a double plating catalyst, a water electrolysis device including the same, a renewable fuel cell, and a method for manufacturing the oxygen electrode. The present invention lowers the loading of platinum and iridium oxide.

Description

이중도금 촉매를 포함하는 산소 전극, 이를 포함하는 수전해 장치, 재생 연료전지 및 상기 산소 전극의 제조 방법 {OXYGEN ELECTRODE COMPRISING A DUAL PLATING CATALYST, WATER ELECTROLYSIS DEVICE, REGENERATIVE FUEL CELL INCLUDING THE SAME AND METHOD FOR PREPARING THE OXYGEN ELECTRODE}Oxygen electrode including double plating catalyst, water electrolysis device including same, regenerative fuel cell, and method for manufacturing the oxygen electrode OXYGEN ELECTRODE}

본 발명은 이중도금 촉매를 포함하는 산소 전극, 이를 포함하는 수전해 장치, 재생 연료전지 및 상기 산소 전극의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 기판 상에 백금(Pt) 층 및 산화 이리듐 층이 순차적으로 전기 도금된 이중도금 촉매를 포함하는 산소 전극, 이를 포함하는 수전해 장치, 재생 연료전지 및 상기 산소 전극의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an oxygen electrode including a double plating catalyst, a water electrolysis device including the same, a regenerative fuel cell, and a method for manufacturing the oxygen electrode. More specifically, the present invention provides a layer of platinum (Pt) and iridium oxide on a substrate. An oxygen electrode including a double plating catalyst in which layers are sequentially electroplated, a water electrolysis device including the same, a regenerative fuel cell, and a method for manufacturing the oxygen electrode.

태양광, 풍력 발전 등의 신재생 에너지는 기후 변화 문제가 심각해짐에 따라 기존 화석 연료의 미래 대체 에너지로써 각광받고 있다. 신재생 에너지로 생산된 전기는 간헐적이기 때문에 하나의 연료 형태로 저장되는 것이 필요한데 수소는 이에 있어 가장 가망성 있는 대체 연료 후보이다. 수소 연료를 생산하는 기술로 사용되는 수전해의 경우 물을 전기 분해하여 수소와 산소를 생산할 수 있고, 연료전지의 경우 수소와 산소 연료를 사용하여 전기를 생산할 수 있다. 또한, 연료전지는 자동차에 적용하여 수소차의 상용화가 이루어질 정도로 연구가 많이 진행된 상황이다. Renewable energies such as solar and wind power are in the spotlight as future alternative energy to existing fossil fuels as climate change problems become serious. Since electricity generated from renewable energy is intermittent, it needs to be stored in a form of fuel, and hydrogen is the most promising alternative fuel candidate in this regard. In the case of water electrolysis, which is used as a technology for producing hydrogen fuel, hydrogen and oxygen can be produced by electrolysis of water, and in the case of a fuel cell, electricity can be produced using hydrogen and oxygen fuel. In addition, a lot of research has been conducted on fuel cells to the extent that they are applied to automobiles and commercialization of hydrogen vehicles is achieved.

한편, 하기 화학식 1 및 2를 참조하면, 재생 연료전지는 상기 수전해 및 연료 전지로서의 두 가지 기능을 모두 할 수 있는 하나의 시스템으로 전기화학적 에너지 저장 및 전환을 위해 활용되는 장치이다. 도 1, 도 2a 및 2b를 참조하면, 일체형 재생 연료전지(Unitized regenerative fuel cell; 이하 URFC로 표시할 수 있다)는 두 가지의 기능을 하나의 장비에서 하는 전지로 분리형 재생 연료전지에 비해 자본 비용 저감의 효과가 있다. On the other hand, referring to Chemical Formulas 1 and 2 below, the renewable fuel cell is a system that can perform both the functions of the water electrolysis and the fuel cell, and is a device used for storing and converting electrochemical energy. 1, 2A, and 2B , a unitized regenerative fuel cell (hereinafter, may be referred to as URFC) is a cell that performs two functions in one device, and the capital cost compared to a separate type regenerative fuel cell It has a reducing effect.

[화학식 1] 수전해 운전 시, [Formula 1] During water electrolysis operation,

산소 전극: H2O → 1/2O2 + 2H+ + 2e- Oxygen electrode: H 2 O → 1/2O 2 + 2H + + 2e -

수소 전극: 2H+ + 2e- → H2 Hydrogen electrode: 2H + + 2e - → H 2

[화학식 2] 연료전지 운전 시,[Formula 2] During fuel cell operation,

산소 전극: 1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2OOxygen electrode: 1/2O 2 + 2H + + 2e - → H 2 O

수소 전극: H2 → 2H+ + 2e- Hydrogen electrode: H 2 → 2H + + 2e -

그러나, 현재 일체형 재생 연료전지는 전극 제조시 과량의 귀금속 촉매가 필요하여 시스템 비용이 매우 높은 상황으로, 그동안 산소 전극에서의 수전해 운전 시 산소 발생 반응, 연료전지 운전 시 산소환원반응은 느린 반응으로 인해 Ir(또는 RuO2, 산화 이리듐)와 Pt 같은 귀금속 촉매를 사용해왔다. However, the current integrated regenerative fuel cell requires an excessive amount of precious metal catalyst to manufacture the electrode, so the system cost is very high. For this reason, noble metal catalysts such as Ir (or RuO 2 , iridium oxide) and Pt have been used.

이러한 문제를 해결하기 위하여 많은 비 귀금속 촉매의 연구들이 되어왔지만, 아직까지 산성 조건에서 Ir(또는 RuO2, 산화 이리듐)와 Pt 만큼 높은 활성과 안정성을 가지는 촉매를 대체할 수 있는 것은 없는 상황이다. 이에 따라 저감된 귀금속 촉매 함량으로 높은 활성을 끌어올리는 것이 필요하다. Although many non-noble metal catalysts have been studied to solve this problem, there is still no substitute for a catalyst having as high activity and stability as Ir (or RuO 2 , iridium oxide) and Pt under acidic conditions. Accordingly, it is necessary to elevate high activity with a reduced noble metal catalyst content.

한국 공개 특허 제10-2010-0088176호Korean Patent Publication No. 10-2010-0088176 한국 공개 특허 제10-2017-0058352호Korean Patent Publication No. 10-2017-0058352

T. Ioroi, N. Kitazawa, K. Yasuda, Y. Yamamoto, H. Takenaka. Journal of Applied Electrochemistry 31 (2001) : 1179-1183. T. Ioroi, N. Kitazawa, K. Yasuda, Y. Yamamoto, H. Takenaka. Journal of Applied Electrochemistry 31 (2001): 1179-1183. Wenli Yao, Jun Yang, Jiulin Wang, Yanna Nuli. Electrochemistry Communications 9 (2007) : 1029-1034. Wenli Yao, Jun Yang, Jiulin Wang, and Yanna Nuli. Electrochemistry Communications 9 (2007): 1029-1034. Byung-Seok Lee, Hee-Young Park, Min Kyung Cho, JeaWoo Jung, Hyoung-Juhn Kim, Dirk Henkensmeier, Sung Jong Yoo, Jin Young Kim, Sehkyu Park, Kwan-Young Lee, Jong Hyun Jang. Electrochemistry Communications 64 (2016) 14-17. Byung-Seok Lee, Hee-Young Park, Min Kyung Cho, JeaWoo Jung, Hyoung-Juhn Kim, Dirk Henkensmeier, Sung Jong Yoo, Jin Young Kim, Sehkyu Park, Kwan-Young Lee, Jong Hyun Jang. Electrochemistry Communications 64 (2016) 14-17. 2016 Int. J. Hydro. energy, 41, 20650-20659 2016 Int. J. Hydro. energy, 41, 20650-20659 2012 Int. J. Hydro. Energy, 37, 13522-13528 2012 Int. J. Hydro. Energy, 37, 13522-13528 2011 Electrochimica Acta, 56, 4287-4293 2011 Electrochimica Acta, 56, 4287-4293 2012 J. Power Sources., 198, 23- 29 2012 J. Power Sources., 198, 23- 29

본 발명의 목적은 귀금속, 특히 백금과 산화 이리듐의 로딩량을 낮추면서도 우수한 효과를 나타내는 산소 전극, 구체적으로 기판 상에 백금(Pt) 층 및 산화 이리듐 층이 순차적으로 전기 도금된 이중도금 촉매를 포함하는 산소 전극, 이를 포함하는 수전해 장치, 재생 연료전지 및 상기 산소 전극의 제조 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is an oxygen electrode, specifically a platinum (Pt) layer and iridium oxide on a substrate, which exhibits excellent effects while lowering the loading amount of noble metals, particularly platinum and iridium oxide. To provide an oxygen electrode including a double plating catalyst in which layers are sequentially electroplated, a water electrolysis device including the same, a regenerative fuel cell, and a method for manufacturing the oxygen electrode.

본 발명의 예시적인 구현예에서는 기판; 상기 기판 상에 전기 도금으로 형성된 백금(Pt) 층; 상기 백금(Pt) 층 상에 전기 도금으로 형성된 산화 이리듐 층;을 포함하는, 산소 전극을 제공한다. An exemplary embodiment of the present invention includes a substrate; a platinum (Pt) layer formed on the substrate by electroplating; It provides an oxygen electrode comprising; an iridium oxide layer formed on the platinum (Pt) layer by electroplating.

본 발명의 예시적인 구현예에서는 전술한 산소 전극을 포함하는 수전해 장치를 제공한다. An exemplary embodiment of the present invention provides a water electrolysis device including the above-described oxygen electrode.

본 발명의 예시적인 구현예에서는 전술한 산소 전극을 포함하는 재생 연료전지를 제공한다. An exemplary embodiment of the present invention provides a renewable fuel cell including the above-described oxygen electrode.

본 발명의 예시적인 구현예에서는 전술한 산소 전극의 제조 방법으로서, 기판 상에 백금(Pt) 층을 전기 도금으로 형성하는 단계; 및 상기 백금(Pt) 층 상에 산화 이리듐 층을 전기 도금으로 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 전극 제조 방법을 제공한다. In an exemplary embodiment of the present invention, there is provided a method for manufacturing the above-described oxygen electrode, comprising: forming a platinum (Pt) layer on a substrate by electroplating; and forming an iridium oxide layer on the platinum (Pt) layer by electroplating.

본 발명에 따른 산소 전극은 기판 상에 백금(Pt) 층 및 산화 이리듐 층이 순차적으로 전기 도금되어, 물리적 결합이 아닌 전기화학반응에 의한 담지가 이루어지므로, 귀금속, 특히 백금 로딩량을 낮추면서도 수전해 장치 또는 재생 연료전지 운행 시 우수한 효과를 나타낼 수 있다. Oxygen electrode according to the present invention is a platinum (Pt) layer and iridium oxide on a substrate Since the layers are sequentially electroplated and supported by an electrochemical reaction rather than a physical bond, an excellent effect can be exhibited when operating a water electrolysis device or a regenerative fuel cell while reducing the loading of precious metals, particularly platinum.

또한, 본 발명에 따른 산소 전극 제조 방법은 백금(Pt) 층 또는 산화 이리듐 층 전기 도금시 나노미터 수준의 얇은 촉매층 담지가 가능하며, 스프레이(spray) 방식과 비교하여 손실되는 촉매 활성 면적이 감소하여, 적은 로딩량으로 높은 촉매의 활성을 나타내는 산소 전극을 제조할 수 있다. In addition, the oxygen electrode manufacturing method according to the present invention can support a nanometer-level thin catalyst layer during electroplating of a platinum (Pt) layer or an iridium oxide layer, and the catalytically active area lost compared to the spray method is reduced. , it is possible to manufacture an oxygen electrode exhibiting high catalyst activity with a small loading amount.

도 1는 일반적인 일체형 재생 연료전지 운용에 대한 개념도이다.
도 2a 및 2b는 일반적인 일체형 재생 연료전지의 수전해 운전 및 연료전지 운전을 간략하게 나타내는 개념도이다.
도 3a는 종래의 스프레이(spray) 방식의 촉매 제조 방법을 나타낸 그림이고, 및 3b는 본 발명의 일 구현예에 따른 전기 도금 방식을 나타낸 그림이다.
도 4a 및 4b는 종래의 산소 전극을 나타낸 그림이고, 도 4c는 본 발명의 일 구현예에 따른 산소 전극을 나타낸 그림이다.
도 5a 내지 5c는 각각 기판 상에 산화 이리듐 층이 전기 도금된 산소 전극(5a), 기판 상에 백금(Pt) 층이 전기 도금된 산소 전극(5b) 및 기판 상에 백금(Pt) 층 및 산화 이리듐 층이 차례로 전기 도금된 산소 전극(5c)의 표면을 촬영한 주사현미경 사진이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서, 산소 전극의 백금(Pt) 층 전기 도금 시간에 따른 연료전지 및 수전해의 성능을 나타낸 그래프이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서, 산소 전극의 백금(Pt) 층 로딩량에 따른 이중도금 전극의 수전해의 성능(도 7a) 및 산소 전극 내 총 귀금속 촉매 로딩량에 따른 수전해의 성능(도 7b)을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서, 산소 전극의 기판 상에 백금(Pt) 층만 전기 도금한 경우, 산화 이리듐 층만 전기 도금한 경우 및 기판 상에 백금(Pt) 층 및 산화 이리듐 층을 차례로 전기 도금한 경우의 수전해 성능을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서, 전기 도금된 산화 이리듐의 로딩량이 동일할 때, 산소 전극의 기판 상에 백금(Pt) 층 및 산화 이리듐 층을 차례로 전기 도금한 경우 및 산소 전극의 기판 상에 산화 이리듐 층 전기 도금 후, 상기 산화 이리듐 층 상에 백금(Pt) 층을 스프레이(spray) 방식으로 형성시킨 경우 연료전지 성능을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예 및 비교예(reference 1-4)에 있어서, 유사한 촉매 로딩량일 때 일체형 재생 연료전지의 순환 효율을 나타낸 그래프이다.
1 is a conceptual diagram for the operation of a general integrated regenerative fuel cell.
2A and 2B are conceptual diagrams schematically illustrating a water electrolysis operation and a fuel cell operation of a general integrated regenerative fuel cell.
3A is a diagram illustrating a conventional method for preparing a catalyst using a spray method, and FIG. 3B is a diagram illustrating an electroplating method according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B are diagrams illustrating a conventional oxygen electrode, and FIG. 4C is a diagram illustrating an oxygen electrode according to an embodiment of the present invention.
5a to 5c show an oxygen electrode 5a electroplated with an iridium oxide layer on a substrate, an oxygen electrode 5b with an electroplated platinum (Pt) layer on the substrate, and a platinum (Pt) layer and oxide on the substrate, respectively. It is a scanning microscope photograph of the surface of the oxygen electrode 5c on which the iridium layer is electroplated one after another.
6A and 6B are graphs showing the performance of the fuel cell and water electrolysis according to the electroplating time of the platinum (Pt) layer of the oxygen electrode in Examples and Comparative Examples of the present invention.
7A and 7B show the performance of water electrolysis of the double plating electrode according to the platinum (Pt) layer loading amount of the oxygen electrode ( FIG. 7A ) and the total noble metal catalyst loading amount in the oxygen electrode in Examples and Comparative Examples of the present invention It is a graph showing the performance (FIG. 7b) of water electrolysis.
8 is a diagram illustrating a case in which only a platinum (Pt) layer is electroplated on a substrate of an oxygen electrode, only an iridium oxide layer is electroplated, and a platinum (Pt) layer and an iridium oxide layer on the substrate in Examples and Comparative Examples of the present invention; It is a graph showing the water electrolysis performance in the case of electroplating sequentially.
9 is an oxygen electrode in which a platinum (Pt) layer and an iridium oxide layer are sequentially electroplated on the substrate of the oxygen electrode when the loading amount of the electroplated iridium oxide is the same in Examples and Comparative Examples of the present invention; A graph showing fuel cell performance when a platinum (Pt) layer is formed on the iridium oxide layer by a spray method after electroplating the iridium oxide layer on the substrate.
10 is a graph showing the circulation efficiency of the integrated renewable fuel cell at a similar catalyst loading amount in Examples and Comparative Examples (reference 1-4) of the present invention.

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

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들은 단지 설명을 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. The embodiments of the present invention disclosed in the text are illustrated for the purpose of explanation only, and the embodiments of the present invention may be embodied in various forms and should not be construed as being limited to the embodiments described in the text. .

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들은 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. The present invention can make various changes and can have various forms, and the embodiments are not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and all changes, equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the present invention should be understood as including

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the present specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

산소 전극oxygen electrode

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 기판; 상기 기판 상에 전기 도금으로 형성된 백금(Pt) 층; 상기 백금(Pt) 층 상에 전기 도금으로 형성된 산화 이리듐 층;을 포함하는, 산소 전극을 제공한다. Exemplary embodiments of the present invention include a substrate; a platinum (Pt) layer formed on the substrate by electroplating; It provides an oxygen electrode comprising; an iridium oxide layer formed on the platinum (Pt) layer by electroplating.

도 4a 내지 4c를 참조하면, 종래 기술들은 백금 위 담지된 산화 이리듐 또는 산화 이리듐 위 담지된 백금 촉매, 산화 이리듐 도금 후 백금을 스프레이 방식으로 올리는 전극, 예컨대, 산소 발생 촉매, 산소 환원 촉매 모두 스프레이(도 4a), 산소 발생 촉매 도금한 후 그 위 산소 환원 촉매 스프레이(도 4b) 등을 개발하여 주로 스프레이 방식으로 촉매층을 형성하였으나, 이 경우 과량의 촉매(예컨대, 1-3 mg/cm2)가 사용되어, 손실되는 귀금속의 양이 많은 문제점이 있었다. 4A to 4C, the prior art uses iridium oxide supported on platinum or a platinum catalyst supported on iridium oxide, an electrode that raises platinum by a spray method after iridium oxide plating, for example, an oxygen generating catalyst, an oxygen reduction catalyst, both spray ( 4a), after oxygen generation catalyst plating, oxygen reduction catalyst spray (FIG. 4b) was developed and the catalyst layer was mainly formed by a spray method, but in this case, an excess of catalyst (eg, 1-3 mg/cm 2 ) There was a problem in that the amount of precious metal that was used and lost was large.

이와 달리, 본 발명자들은, 산소 전극의 촉매층 형성시 이중 도금을 활용하여(도 4c), 전기 도금된 산소 환원 촉매 상에 산소 발생 촉매를 전기 도금한 것으로, 백금과 산화 이리듐(산화 이리듐) 모두 작은 로딩량을 올리면서 동시에 서로 화학적으로 결합되어 있는 촉매층을 형성하여 시너지 효과로 인한 우수한 연료전지 및 수전해 성능의 기술을 개발하였다. On the contrary, the present inventors used double plating when forming the catalyst layer of the oxygen electrode (FIG. 4c), and electroplated the oxygen generating catalyst on the electroplated oxygen reduction catalyst, and both platinum and iridium oxide (iridium oxide) are small. By increasing the loading and forming a catalyst layer that is chemically bonded to each other at the same time, a technology with excellent fuel cell and water electrolysis performance due to synergistic effect was developed.

구체적으로, 본 발명의 산소 전극은, 기판 상에 촉매층(백금(Pt) 층 및 산화 이리듐 층 형성시 스프레이 방식과 다르게 기판과 물리적 결합이 아닌 전기화학반응에 의한 담지(전기 도금)가 이루어져 접촉저항 감소에 기여하고, 전기 도금시 기판 위에 나노미터 수준의 얇은 촉매층 담지가 가능하며 손실되는 촉매 활성 면적이 감소하여 적은 로딩량으로 높은 촉매의 활성을 얻을 수 있으며, 도금 조건에 따른 촉매 로딩량 조절이 용이하다. Specifically, in the oxygen electrode of the present invention, when the catalyst layer (platinum (Pt) layer and iridium oxide layer is formed on the substrate, unlike the spray method, it is supported (electroplating) by electrochemical reaction rather than physical bonding with the substrate, so that the contact resistance It contributes to the reduction, and it is possible to support a nanometer-level thin catalyst layer on the substrate during electroplating, and it is possible to obtain a high catalyst activity with a small loading amount by reducing the lost catalyst active area, and to control the catalyst loading amount according to the plating conditions Easy.

비제한적인 예시에서, 상기 기판은 가스 확산층으로서, 60%의 기공률을 가질 수 있다. In a non-limiting example, the substrate may have a porosity of 60% as a gas diffusion layer.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 산소 전극은 수전해 장치용일 수 있고, 재생 연료전지용일 수 있다. In example embodiments, the oxygen electrode may be for a water electrolysis device or for a regenerative fuel cell.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 백금(Pt) 층은 백금(Pt) 입자들이 상기 기판 상에 부착(또는 deposited)되어 있는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 백금(Pt) 층이 기판 표면을 커버하는 것이되, 기판 재료가 노출되지 않도록 커버하는 것이 바람직하다. 즉, 바람직한 구조는 기판 표면을 백금(Pt) 층이 커버하되 기판 재료 노출이 없는 구조(exposure free structure)이다.In example embodiments, the platinum (Pt) layer is platinum (Pt). The particles may be attached (or deposited) on the substrate. Specifically, the platinum (Pt) The layer covers the substrate surface, preferably covering such that the substrate material is not exposed. In other words, the preferred structure is a platinum (Pt) substrate surface. It is an exposure free structure with a layer covering but no substrate material exposure.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 산화 이리듐 층은 산화 이리듐 입자들이 상기 백금(Pt) 층 또는 백금(Pt) 입자들을 둘러싼 것일 수 있다. 구체적으로 상기 백금(Pt) 층 상에 산화 이리듐 층을 전기 도금으로 형성한 경우, 백금(Pt) 층 또는 백금(Pt) 입자들을 산화 이리듐 입자들이 둘러싼 형태로서, 서로 물리적 결합이 아닌 전기화학반응에 의하여 결합된 촉매의 형태일 수 있다. 따라서, 산화 이리듐의 표면적이 넓어져 수전해 성능이 증가하게 된다.In example embodiments, the iridium oxide layer may include iridium oxide particles surrounding the platinum (Pt) layer or platinum (Pt) particles. Specifically, when the iridium oxide layer is formed on the platinum (Pt) layer by electroplating, the platinum (Pt) layer or the platinum (Pt) particles are surrounded by iridium oxide particles, and are not physically bonded to each other but in an electrochemical reaction. It may be in the form of a catalyst bound by the Accordingly, the surface area of the iridium oxide is increased to increase the water electrolysis performance.

상기 산화 이리듐의 화학식은 IrOX일 수 있고, 상기 x는 1.5 내지 2.5일 수 있다. The chemical formula of the iridium oxide may be IrO X , and x may be 1.5 to 2.5.

비제한적인 예시에서, 상기 산화 이리듐의 표면적은 25 내지 200 cm2/cm2 geo일 수 있다. In a non-limiting example, the surface area of the iridium oxide may be 25 to 200 cm 2 /cm 2 geo .

비제한적인 예시에서, 상기 백금(Pt) 층의 두께는 0.01~1.2 ㎛, 바람직하게는 10~500 nm이며, 백금(Pt) 입자 사이즈는 3~20 nm, 바람직하게는 5~10 nm이다. In a non-limiting example, the platinum (Pt) The thickness of the layer is 0.01-1.2 μm, preferably 10-500 nm, and platinum (Pt) The particle size is 3-20 nm, preferably 5-10 nm.

비제한적인 예시에서, 상기 산화 이리듐 층의 두께는 0.01~1 ㎛, 바람직하게는 10~100 nm이고, 산화 이리듐 입자 사이즈는 1~10 nm, 바람직하게는 1.5~2 nm이다. In a non-limiting example, the iridium oxide The thickness of the layer is 0.01-1 μm, preferably 10-100 nm, iridium oxide The particle size is 1 to 10 nm, preferably 1.5 to 2 nm.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 백금(Pt) 층의 중량은 0.05 내지 0.5 mg/cm2 일 수 있다. 백금의 중량이 0.05 mg/cm2 미만인 경우 연료전지 모드에서의 성능 감소가 있을 수 있고, 0.5 mg/cm2 초과인 경우 수전해 모드에서의 질량당 촉매 활성의 감소가 있을 수 있다.In example embodiments, the weight of the platinum (Pt) layer may be 0.05 to 0.5 mg/cm 2 . If the weight of platinum is less than 0.05 mg/cm 2 , there may be a decrease in performance in the fuel cell mode, and if it is more than 0.5 mg/cm 2 , there may be a decrease in catalytic activity per mass in the water electrolysis mode.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 백금(Pt) 층 및 산화 이리듐 층의 총 중량은 0.1 내지 1.0 mg/cm2 일 수 있다. 상기 총 중량이 0.1 mg/cm2 미만인 경우에서는 연료전지 모드에서의 성능 감소가 있을 수 있고, 1.0 mg/cm2을 넘어가는 경우 수전해 모드에서의 질량당 촉매 활성의 감소가 있을 수 있다.In example embodiments, the total weight of the platinum (Pt) layer and the iridium oxide layer may be 0.1 to 1.0 mg/cm 2 . When the total weight is less than 0.1 mg/cm 2 , there may be a decrease in performance in the fuel cell mode, and when it exceeds 1.0 mg/cm 2 , there may be a decrease in catalytic activity per mass in the water electrolysis mode.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 기판은 티타늄 섬유로 이루어진 티타늄 페이퍼일 수 있다. 기존에 보고된 전극들은 기판으로 탄소 재료를 사용하여 탄소 부식 문제를 가지고 있으나, 본 발명에서는 티타늄을 사용하여 전극의 안정성을 높일 수 있다. In exemplary embodiments, the substrate may be titanium paper made of titanium fibers. Previously reported electrodes have a carbon corrosion problem by using a carbon material as a substrate, but in the present invention, titanium can be used to increase the stability of the electrode.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 산소 전극은 0.1 A/cm2 이상의 전류 밀도로 운전되는 재생 연료전지에 사용될 수 있다. In example embodiments, the oxygen electrode may be used in a regenerative fuel cell operated at a current density of 0.1 A/cm 2 or more.

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 전술한 산소 전극을 포함하는 수전해 장치를 제공한다.In exemplary embodiments of the present invention, a water electrolysis device including the above-described oxygen electrode is provided.

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 전술한 산소 전극을 포함하는 재생 연료전지를 제공한다. In exemplary embodiments of the present invention, there is provided a regenerative fuel cell including the above-described oxygen electrode.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 재생 연료전지는 일체형 재생 연료전지일 수 있다. In example embodiments, the regenerative fuel cell may be an integrated regenerative fuel cell.

산소 전극 제조 방법Oxygen electrode manufacturing method

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 전술한 산소 전극의 제조 방법으로서, 기판 상에 백금(Pt) 층을 전기 도금으로 형성하는 단계; 및 상기 백금(Pt) 층 상에 산화 이리듐 층을 전기 도금으로 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 전극 제조 방법을 제공한다. In exemplary embodiments of the present invention, there is provided a method for manufacturing the above-described oxygen electrode, comprising: forming a platinum (Pt) layer on a substrate by electroplating; and forming an iridium oxide layer on the platinum (Pt) layer by electroplating.

도 3a를 참조하면, 종래의 전극 제작 방식은 촉매, 이오노머 용액, 아이소프로필알코올, 물 등의 구성으로, 촉매가 함유된 슬러리를 제조하여 1시간 소니케이션 스프레이 건을 활용해 목표치의 양만큼 기판 위 분사하는 스프레이(spray) 방식이다. Referring to FIG. 3A , the conventional electrode manufacturing method is composed of a catalyst, an ionomer solution, isopropyl alcohol, and water, and a slurry containing the catalyst is prepared and a sonication spray gun is used for 1 hour on the substrate by a target amount. It is a spray method.

이와 달리 도 3b를 참조하면, 본원 발명의 산소 전극은 스프레이 방식과 다르게 전기 도금으로 백금(Pt) 층 및 산화 이리듐 층을 형성하여, 기판과 물리적 결합이 아닌 전기화학반응에 의한 담지가 이루어지고, 도금시 기판 위에 나노미터 수준의 얇은 촉매층 담지가 가능하며 손실되는 촉매 활성 면적이 감소하여 적은 로딩량으로 높은 촉매의 활성을 얻을 수 있으며, 도금 조건에 따른 촉매 로딩량 조절이 용이하다. On the other hand, referring to FIG. 3b, the oxygen electrode of the present invention forms a platinum (Pt) layer and an iridium oxide layer by electroplating differently from the spray method, so that it is supported by an electrochemical reaction rather than a physical bonding with the substrate, During plating, a nanometer-level thin catalyst layer can be supported on the substrate, and the loss of catalyst active area is reduced, so that high catalyst activity can be obtained with a small loading amount, and it is easy to control the catalyst loading amount according to the plating conditions.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 기판 상에 백금(Pt) 층을 전기 도금으로 형성하는 단계에서, 도금 전류 및 도금 시간 중 하나 이상을 조절할 수 있다. In example embodiments, in forming a platinum (Pt) layer on the substrate by electroplating, at least one of a plating current and a plating time may be adjusted.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 기판 상에 백금(Pt) 층을 전기 도금으로 형성하는 단계에서, 상기 도금 전류는 -100 mA cm-2 내지 -5 mA cm-2일 수 있고 예컨대 -50 mA cm-2 내지 -5 mA cm-2 또는 바람직하게는 -10 mA cm-2일 수 있다.In exemplary embodiments, in the step of forming a platinum (Pt) layer on the substrate by electroplating, the plating current may be -100 mA cm -2 to -5 mA cm -2 , for example, -50 mA cm -2 to -5 mA cm -2 or preferably -10 mA cm -2 .

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 기판 상에 백금(Pt) 층을 전기 도금으로 형성하는 단계에서, 상기 도금 시간은 30초 내지 10분일 수 있고, 바람직하게는 5분 내지 8분일 수 있다. 상기 도금 시간이 30초 이내인 경우, 도금이 충분히 이루어지지 않을 수 있고, 상기 도금 시간이 10분 초과인 경우 귀금속 양에 비례하여 성능이 더 이상 증가하지 않으므로, 불필요한 비용이 지출될 수 있다. In exemplary embodiments, in the step of forming a platinum (Pt) layer on the substrate by electroplating, the plating time may be 30 seconds to 10 minutes, preferably 5 minutes to 8 minutes. If the plating time is less than 30 seconds, plating may not be sufficiently performed, and if the plating time is longer than 10 minutes, the performance does not increase in proportion to the amount of noble metal any more, so unnecessary costs may be spent.

이하의 실시를 통하여 본 발명은 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. The present invention will be described in more detail through the following practice. However, the examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited thereto.

{실시예}{Example}

실시예 1. 산소 전극 제조: Ti paper(250 μm, Bekaert) 위 백금(Pt) 층 도금Example 1. Oxygen electrode preparation: Platinum (Pt) layer plating on Ti paper (250 μm, Bekaert)

염화 백금산 수화물(Chloroplatinic acid hydrate)(99.995%, sigma aldrich)를 0.5 M H2SO4 용액에 넣고 소닉을 30분간 하였다. 도금 전 티타늄 페이퍼(Titanium paper)는 60℃의 옥살산(oxalic acid) 용액에서 30분 동안 산처리를 하였다. 그 후 10 mA/cm2 으로 일정 전류를 흘려주며 도금을 하였다. 도금 시간은 30 초, 1 분, 2 분, 5 분, 8 분 및 10 분으로 조절하였다. Chloroplatinic acid hydrate (99.995%, sigma aldrich) was added to a 0.5 MH 2 SO 4 solution and sonic was performed for 30 minutes. Before plating, titanium paper was acid-treated in an oxalic acid solution at 60° C. for 30 minutes. After that, a constant current was passed at 10 mA/cm 2 and plating was performed. The plating time was adjusted to 30 seconds, 1 minute, 2 minutes, 5 minutes, 8 minutes and 10 minutes.

실시예 2. 산소 전극 제조: 산화 이리듐 층 도금Example 2. Oxygen Electrode Fabrication: Iridium Oxide Layer Plating

증류수(deionized water, DI water)에 이리듐 클로라이드 하이드레이트(Iridium chloride hydrate)(IrCl4·H2O), 옥살산(oxalic acid)((COOH)2·2H2O), 과산화수소(hydrogen peroxide)(35% H2O2)와 탄산칼륨(anhydrous potassium carbonate)을 넣고 3일 동안 자기 교반(magnetic stirring)을 수행하였다. 그 후 앞서 실시예 1에서 제조한 백금(Pt) 층이 도금된 전극 위에서, 0.7 V(vs. SCE)의 조건으로 10분 동안 도금을 진행한다.Iridium chloride hydrate (IrCl 4 ·H 2 O), oxalic acid ((COOH) 2 ·2H 2 O), hydrogen peroxide (35%) in deionized water (DI water) H 2 O 2 ) and potassium carbonate (anhydrous potassium carbonate) were added thereto, and magnetic stirring was performed for 3 days. Then, on the electrode on which the platinum (Pt) layer prepared in Example 1 was plated, plating was performed for 10 minutes under the condition of 0.7 V (vs. SCE).

실시예 3. 수소 전극 제조: Pt/C 스프레이Example 3. Hydrogen Electrode Preparation: Pt/C Spray

촉매를 전극 위에 올리기 위한 슬러리를 다음과 같이 제조하였다. 46.2 wt% Pt/C, 증류수(DI water), 5 wt% 나피온 용액(nafion solution), 이소프로판올(isopropanol)을 넣고 1 시간 동안 소니케이션을 수행하였다. 그 후 0BC(SGL carbon Ltd.) 위에 0.4 mg/cm2의 무게가 올라가도록 스프레이를 진행하였다. A slurry for loading the catalyst on the electrode was prepared as follows. 46.2 wt% Pt/C, distilled water (DI water), 5 wt% nafion solution, and isopropanol were added, and sonication was performed for 1 hour. After that, spraying was carried out so that the weight of 0.4 mg/cm 2 went up on 0BC (SGL carbon Ltd.).

실시예 4. 일체형 재생 연료전지 제작Example 4. Fabrication of an integrated regenerative fuel cell

Membrane electrode assembly(MEA)를 제작하기 위해 제작된 수소 전극, Nafion 212, 산소 전극을 순서대로 쌓아 올리고 120℃에서 1분 동안 2.7 Mpa의 압력으로 열 압착(Hot pressing)을 진행하였다. 그 후 80 Lbin로 셀을 체결하였다. To fabricate a membrane electrode assembly (MEA), the hydrogen electrode, Nafion 212, and oxygen electrode were sequentially stacked, and hot pressing was performed at 120° C. for 1 minute at a pressure of 2.7 Mpa. Thereafter, the cell was tightened with 80 Lbin.

실시예 5. 일체형 재생 연료전지 성능평가Example 5. Integrated Renewable Fuel Cell Performance Evaluation

수전해 운전시, 80℃의 셀온도 조건에서 15 ml/min의 속도로 증류수(DI water)를 산소 전극에 공급하였다. 수소 전극에는 외부로부터 기체가 들어가지 않도록 기체가 들어오는 입구를 막아주었다. 1.25 V에서 2.0 V까지 0.5 V씩 올려주면서 각 전압에서 1분 동안 성능을 측정하였다. 각 전압에서 측정된 전류 밀도는 10초에 1번씩 기록되며, 이 값의 평균값으로 각 전압에서의 전류 밀도를 구하였다. During the water electrolysis operation, distilled water (DI water) was supplied to the oxygen electrode at a rate of 15 ml/min at a cell temperature of 80°C. In the hydrogen electrode, the gas inlet was blocked to prevent gas from entering from the outside. Performance was measured for 1 minute at each voltage while raising the voltage by 0.5 V from 1.25 V to 2.0 V. The current density measured at each voltage is recorded once every 10 seconds, and the average value of this value was used to obtain the current density at each voltage.

연료전지 운전시, 셀의 온도는 수전해에서와 동일하게 80℃로 유지하였고, 공급되는 연료는 70℃의 온도로 맞추어준다. 산소 전극에는 400 ccm의 속도로 산소가 공급해주고, 수소 전극에는 400 ccm의 속도로 수소를 공급하였다. OCV 조건에서부터 0.2 V까지 성능을 측정하였다. During fuel cell operation, the cell temperature was maintained at 80°C, the same as in water electrolysis, and the supplied fuel was adjusted to a temperature of 70°C. Oxygen was supplied to the oxygen electrode at a rate of 400 ccm, and hydrogen was supplied to the hydrogen electrode at a rate of 400 ccm. Performance was measured from OCV condition to 0.2 V.

비교예comparative example

산소 전극 제조시, 산화 이리듐 층 또는 백금(Pt) 층을 단독으로 전기 도금한 것 외에는 실시예와 동일하게 일체형 재생 연료전지를 제조하였다(ED-산화 이리듐/ Ti, ED-Pt/Ti). An integrated regenerative fuel cell was manufactured in the same manner as in Example except that an iridium oxide layer or a platinum (Pt) layer was solely electroplated when the oxygen electrode was manufactured (ED-iridium oxide/Ti, ED-Pt/Ti).

또한, 산소 전극 제조시, 산소 전극의 기판 상에 산화 이리듐 층 전기 도금 후, 상기 산화 이리듐 층 상에 백금(Pt) 층을 스프레이(spray) 방식으로 형성시킨 것을 제외하고, 실시예와 동일하게 일체형 재생 연료전지를 제조하였다(spray-Pt/ED-산화 이리듐/Ti). In addition, in the case of manufacturing the oxygen electrode, after electroplating the iridium oxide layer on the substrate of the oxygen electrode, a platinum (Pt) layer was formed on the iridium oxide layer by a spray method, except for the same as in the embodiment. A regenerative fuel cell was prepared (spray-Pt/ED-iridium oxide/Ti).

시험예test example

먼저, 도 5a 내지 5c는 본 발명의 실시예들에 있어서, 각각 기판 상에 산화 이리듐 층이 전기 도금된 산소 전극(5a), 기판 상에 백금(Pt) 층이 전기 도금된 산소 전극(5b) 및 기판 상에 백금(Pt) 층 및 산화 이리듐 층이 차례로 전기 도금된 산소 전극(5c)의 표면을 촬영한 주사현미경 사진이다. 이를 참조하면, 백금(Pt) 층 및 산화 이리듐 층이 차례로 전기 도금된 산소 전극(5c)의 경우 다른 것에 비하여, 표면적이 넓으며 표면이 거친 것을 알 수 있다.First, FIGS. 5A to 5C show an oxygen electrode 5a in which an iridium oxide layer is electroplated on a substrate, and an oxygen electrode 5b in which a platinum (Pt) layer is electroplated on a substrate, respectively, in embodiments of the present invention. and a scanning microscope photograph of the surface of the oxygen electrode 5c on which a platinum (Pt) layer and an iridium oxide layer are sequentially electroplated on a substrate. Referring to this, in the case of the oxygen electrode 5c in which a platinum (Pt) layer and an iridium oxide layer are sequentially electroplated, it can be seen that the surface area is wide and the surface is rough compared to the others.

도 6a, 도 6b 및 하기 표 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서, 산화 이리듐의 도금 시간은 동일하게 하는 경우, 산소 전극의 백금(Pt) 층 전기 도금 시간에 따른 연료전지 및 수전해의 성능을 나타낸 그래프이다. 이를 참조하면, 백금 도금 시간이 증가함에 따라 연료전지 성능이 증가하나, 특정 양 이상에서는 더 이상의 연료전지 성능 증가가 크게 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다. 6A, 6B, and Table 1 below show that in Examples and Comparative Examples of the present invention, when the plating time of iridium oxide is the same, the fuel cell and water electrolysis according to the electroplating time of the platinum (Pt) layer of the oxygen electrode This is a graph showing the performance of Referring to this, it can be seen that although the fuel cell performance increases as the platinum plating time increases, the fuel cell performance does not significantly increase beyond a certain amount.

특히, 도 6b를 참조하면, 백금이 도금되지 않은 전극 상에 산화 이리듐 층을 도금하는 경우(ED-IrOx w/o Pt)와 비교하여, 백금 도금 전극 상에 산화 이리듐 층이 도금됨에 따라, 수전해 성능이 급증하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 특정 백금 도금 시간이 지나면 더 이상의 수전해 성능 증가가 크게 일어나지 않는다는 것을 확인할 수 있다. In particular, referring to FIG. 6B , as compared to the case where the iridium oxide layer is plated on the platinum-plated electrode (ED-IrOx w/o Pt), the iridium oxide layer is plated on the platinum-plated electrode, It can be seen that the performance increases rapidly. In addition, it can be confirmed that after a certain platinum plating time, the increase in water electrolysis performance does not occur significantly.

Ptavg.
/mg cm-2
Pt avg.
/mg cm -2
Iravg.
/mg cm-2
Ir avg.
/mg cm -2
Total
/mg cm-2
Total
/mg cm -2
Current Density at 0.6 V
/A cm-2
Current Density at 0.6 V
/A cm -2
Current Density at 1.9 V
/A cm-2
Current Density at 1.9 V
/A cm -2
ED-IrOx w/o PtED-IrOx w/o Pt 00 0.1500.150 0.1500.150 0.0140.014 2.292.29 ED-IrOx on
DC-Pt 30 s
ED-IrOx on
DC-Pt 30 s
0.0790.079 0.063 0.063 0.1420.142 0.0040.004 3.223.22
ED-IrOx onDC-Pt 1 min ED-IrOx onDC-Pt 1 min 0.136 0.136 0.075 0.075 0.2110.211 0.0050.005 3.693.69 ED-IrOx onDC-Pt 2 min ED-IrOx onDC-Pt 2 min 0.168 0.168 0.170 0.170 0.3380.338 0.1460.146 5.005.00 ED-IrOx onDC-Pt 5 min ED-IrOx onDC-Pt 5 min 0.277 0.277 0.157 0.157 0.4340.434 0.3160.316 5.575.57 ED-IrOx onDC-Pt 8 min ED-IrOx onDC-Pt 8 min 0.417 0.417 0.198 0.198 0.6150.615 0.2450.245 5.415.41 ED-IrOx onDC-Pt 10 min ED-IrOx onDC-Pt 10 min 0.661 0.661 0.255 0.255 0.9160.916 0.3920.392 5.605.60

도 7a 및 7b은 본 발명의 실시예들 및 비교예에 있어서, 산소 전극의 백금(Pt) 층 로딩량에 따른 이중도금 전극의 수전해의 성능(도 7a) 및 산소 전극 내 총 귀금속 촉매 로딩량에 따른 수전해의 성능(도 7b)을 나타낸 그래프이다. 이를 참조하면, 특정한 백금 로딩량 이상에서는 더 이상의 수전해 성능 증가가 크게 일어나지 않고, 약 0.3 mg/cm2의 적은 백금(Pt) 양으로도 충분한 성능을 나타낸다는 사실을 알 수 있다. 구체적으로, 5분, 8분, 10분을 비교해보면 더 이상 백금 로딩량 증가에 따른 영향이 비례적이지 않고 증가율이 거의 없는 것을 알 수 있다. 도 8은 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서, 산소 전극의 기판 상에 백금(Pt) 층만 전기 도금한 경우, 산화 이리듐 층만 전기 도금한 경우 및 기판 상에 백금(Pt) 층 및 산화 이리듐 층을 차례로 전기 도금한 경우의 수전해 성능을 나타낸 그래프이다. 백금(Pt) 층의 경우 각각 5분씩 도금하였다. 이를 참조하면, 산소 전극의 기판 상에 백금(Pt) 층만 전기 도금한 경우 수전해 성능은 거의 나타나지 않지만, 도금된 백금이 없는 상태에서의 산화 이리듐 도금 전극보다 백금 도금 전극 위 산화 이리듐이 도금되었을 때 수전해 성능이 급증한다는 사실을 확인할 수 있다. 또한, 2.0 V에서 약 2.9 A/cm2에서 7.1 A/cm2으로 전류 밀도가 2.4배 이상 증가하였다는 사실을 알 수 있다. 7A and 7B show the performance of water electrolysis of the double plating electrode according to the platinum (Pt) layer loading amount of the oxygen electrode ( FIG. 7A ) and the total noble metal catalyst loading amount in the oxygen electrode in Examples and Comparative Examples of the present invention It is a graph showing the performance of water electrolysis according to (Fig. 7b). Referring to this, it can be seen that the water electrolysis performance does not increase significantly above a specific platinum loading amount, and sufficient performance is exhibited even with a small amount of platinum (Pt) of about 0.3 mg/cm 2 . Specifically, comparing 5 minutes, 8 minutes, and 10 minutes, it can be seen that the effect of increasing the platinum loading is no longer proportional and there is almost no increase rate. 8 is a diagram illustrating a case in which only a platinum (Pt) layer is electroplated on a substrate of an oxygen electrode, only an iridium oxide layer is electroplated, and a platinum (Pt) layer and an iridium oxide layer on the substrate in Examples and Comparative Examples of the present invention; It is a graph showing the water electrolysis performance in the case of electroplating sequentially. Platinum (Pt) layers were plated for 5 minutes each. Referring to this, when only the platinum (Pt) layer is electroplated on the substrate of the oxygen electrode, the water electrolysis performance hardly appears, but when iridium oxide is plated on the platinum-plated electrode than the iridium oxide-plated electrode in the absence of plated platinum It can be seen that the water electrolysis performance is rapidly increased. In addition, it can be seen that the current density increased more than 2.4 times from about 2.9 A/cm 2 to 7.1 A/cm 2 at 2.0 V.

도 9는 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서, 전기 도금된 산화 이리듐의 로딩량이 동일할 때, 산소 전극의 기판 상에 백금(Pt) 층 및 산화 이리듐 층을 차례로 전기 도금한 경우 및 산소 전극의 기판 상에 산화 이리듐 층 전기 도금 후, 상기 산화 이리듐 층 상에 백금(Pt) 층을 스프레이(spray) 방식으로 형성시킨 경우의 연료전지 성능을 나타낸 그래프이다. 9 is a case in which a platinum (Pt) layer and an iridium oxide layer are sequentially electroplated on the substrate of the oxygen electrode when the loading amount of the electroplated iridium oxide is the same in Examples and Comparative Examples of the present invention, and the oxygen electrode It is a graph showing the fuel cell performance when a platinum (Pt) layer is formed on the iridium oxide layer by a spray method after electroplating the iridium oxide layer on the substrate.

이를 참조하면, 도금되어 올라간 산화 이리듐 무게가 0.15-0.2 mg/cm2로 유사함에도 불구하고, 수전해 성능은 2배로 늘어난 것을 확인할 수 있으며, 앞선 도 8의 데이터로 보았을 때 도금되어 올라간 Pt로 인한 수전해 성능은 아닌 것으로 생각된다. 또한, 스프레이 방식으로 올라간 유사한 양의 백금 촉매 전극과 비교하여 연료전지 성능 또한 2배 정도 증가하였다는 사실을 확인할 수 있다. Referring to this, although the weight of plated iridium oxide is similar to 0.15-0.2 mg/cm 2 , it can be confirmed that the water electrolysis performance is doubled, and when viewed from the data of FIG. It is thought that the electrolysis performance is not. In addition, it can be confirmed that the fuel cell performance is also increased by about 2 times compared to the platinum catalyst electrode of a similar amount raised by the spray method.

또한, URFC의 순환 효율 50 %에 해당하는 촉매 질량당 수전해 운전 전류는 5.6816 A/mg(1.7 V)이고, 촉매 질량당 연료전지 운전 전류는 0.0294 A/mg(0.85V)으로, 이를 고려한 일체형 재생 연료전지의 순환효율 50 %에서의 촉매 질량당 수전해 운전 전류 및 연료전지 운전 전류의 곱은 0.171 (A/mg)2이다.In addition, the water electrolysis operation current per catalyst mass corresponding to 50% of the URFC's circulation efficiency is 5.6816 A/mg (1.7 V), and the fuel cell operation current per catalyst mass is 0.0294 A/mg (0.85 V). The product of the water electrolysis operation current per catalyst mass and the fuel cell operation current at 50% circulation efficiency of the renewable fuel cell is 0.171 (A/mg) 2 .

도 10은 본 발명의 실시예 및 비교예(reference 1-4)에 있어서, 유사한 촉매 로딩량일 때 일체형 재생 연료전지의 순환 효율을 나타낸 그래프이다. 특히, [Reference 1] 2016 Int. J. Hydro. energy, 41, 20650-20659, [Reference 2] 2012 Int. J. Hydro. Energy, 37, 13522-13528, [Reference 3] 2011 Electrochimica Acta, 56, 4287-4293, [Reference 4] 2012 J. Power Sources., 198, 23- 29와 같은 Ti GDL 사용 URFC 연구 사례와 비교한 결과, 선행 연구들 대비했을 때 유사한 촉매 로딩량으로는 더 높은 순환 효율을 나타내고, 기존 연구들에서의 높은 촉매 로딩량보다 2배 이상 적은 귀금속 촉매 함량으로 유사한 순환 효율을 나타낸다는 사실을 확인할 수 있다.10 is a graph showing the circulation efficiency of the integrated renewable fuel cell at a similar catalyst loading amount in Examples and Comparative Examples (reference 1-4) of the present invention. In particular, [Reference 1] 2016 Int. J. Hydro. energy, 41, 20650-20659, [Reference 2] 2012 Int. J. Hydro. Energy, 37, 13522-13528, [Reference 3] 2011 Electrochimica Acta, 56, 4287-4293, [Reference 4] 2012 J. Power Sources., 198, 23-29 compared with URFC studies using Ti GDL. , it can be confirmed that, compared to previous studies, higher cycling efficiency with a similar catalyst loading amount, and similar cycling efficiency with a noble metal catalyst content that is more than twice less than the high catalyst loading in previous studies.

Claims (12)

산소 전극 제조 방법으로서,
기판 상에 백금(Pt) 층을 전기 도금으로 형성하는 단계; 및
상기 백금(Pt) 층 상에 산화 이리듐 층을 전기 도금으로 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 기판 상에 백금(Pt) 층을 전기 도금으로 형성하는 단계에서, 도금 시간은 2분 초과 내지 8분 미만이며,
상기 산소 전극에서,
상기 산화 이리듐 층은 표면이 거친 구조이며,
상기 백금(Pt) 층의 중량은 0.168 mg/cm2 초과 내지 0.417 mg/cm2 미만이고,
상기 백금(Pt) 층 및 산화 이리듐 층의 총 중량은 0.338 mg/cm2 초과 내지 0.615 mg/cm2 미만인 것을 특징으로 하는, 산소 전극 제조 방법.
A method for manufacturing an oxygen electrode, comprising:
forming a platinum (Pt) layer on the substrate by electroplating; and
Including; forming an iridium oxide layer on the platinum (Pt) layer by electroplating;
In the step of forming a platinum (Pt) layer on the substrate by electroplating, the plating time is more than 2 minutes to less than 8 minutes,
In the oxygen electrode,
The iridium oxide layer has a rough surface structure,
The weight of the platinum (Pt) layer is greater than 0.168 mg/cm 2 to less than 0.417 mg/cm 2 ,
The method of manufacturing an oxygen electrode, characterized in that the total weight of the platinum (Pt) layer and the iridium oxide layer is greater than 0.338 mg/cm 2 to less than 0.615 mg/cm 2 .
제1항에 있어서,
상기 기판 상에 백금(Pt) 층을 전기 도금으로 형성하는 단계에서, 도금 전류 밀도는 -100 mA cm-2 내지 -5 mA cm-2인 것을 특징으로 하는, 산소 전극 제조 방법.
The method of claim 1,
In the step of forming a platinum (Pt) layer on the substrate by electroplating, the plating current density is -100 mA cm -2 to -5 mA cm -2 , characterized in that the oxygen electrode manufacturing method.
제1항 또는 제2항의 제조 방법에 의하여 제조된 산소 전극으로서,
기판;
상기 기판 상에 전기 도금으로 형성된 백금(Pt) 층; 및
상기 백금(Pt) 층 상에 전기 도금으로 형성된 산화 이리듐 층;을 포함하며,
상기 산화 이리듐 층은 표면이 거친 구조이며,
상기 백금(Pt) 층의 중량은 0.168 mg/cm2 초과 내지 0.417 mg/cm2 미만이고,
상기 백금(Pt) 층 및 산화 이리듐 층의 총 중량은 0.338 mg/cm2 초과 내지 0.615 mg/cm2 미만인 것을 특징으로 하는, 산소 전극.
As an oxygen electrode manufactured by the manufacturing method of claim 1 or 2,
Board;
a platinum (Pt) layer formed on the substrate by electroplating; and
Including; an iridium oxide layer formed by electroplating on the platinum (Pt) layer,
The iridium oxide layer has a rough surface structure,
The weight of the platinum (Pt) layer is greater than 0.168 mg/cm 2 to less than 0.417 mg/cm 2 ,
Oxygen electrode, characterized in that the total weight of the platinum (Pt) layer and the iridium oxide layer is greater than 0.338 mg/cm 2 and less than 0.615 mg/cm 2 .
제3항에 있어서,
상기 산소 전극은 수전해 장치용인 것을 특징으로 하는, 산소 전극.
4. The method of claim 3,
The oxygen electrode, characterized in that for a water electrolysis device, oxygen electrode.
제3항에 있어서,
상기 산소 전극은 재생 연료전지용인 것을 특징으로 하는, 산소 전극.
4. The method of claim 3,
The oxygen electrode is characterized in that for a regenerative fuel cell, oxygen electrode.
제3항에 있어서,
상기 백금(Pt) 층은 백금(Pt) 입자들이 상기 기판 상에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는, 산소 전극.
4. The method of claim 3,
The platinum (Pt) layer is platinum (Pt) An oxygen electrode, characterized in that particles are deposited on the substrate.
제6항에 있어서,
상기 산화 이리듐 층은 산화 이리듐 입자들이 상기 백금(Pt) 입자들을 둘러싼 것을 특징으로 하는, 산소 전극.
7. The method of claim 6,
The iridium oxide layer is characterized in that iridium oxide particles surround the platinum (Pt) particles.
제3항에 있어서,
상기 기판은 티타늄 섬유로 이루어진 티타늄 페이퍼인 것을 특징으로 하는, 산소 전극.
4. The method of claim 3,
The substrate is an oxygen electrode, characterized in that the titanium paper made of titanium fibers.
제3항에 있어서,
상기 산소 전극은 0.1 A/cm2 이상의 전류 밀도로 운전되는 재생 연료전지에 사용되는 것을 특징으로 하는 산소 전극.
4. The method of claim 3,
The oxygen electrode is an oxygen electrode, characterized in that used in a regenerative fuel cell operated at a current density of 0.1 A/cm 2 or more.
제4항에 따른 산소 전극을 포함하는 수전해 장치.A water electrolysis device comprising the oxygen electrode according to claim 4 . 제5항에 따른 산소 전극을 포함하는 재생 연료전지.A regenerative fuel cell comprising the oxygen electrode according to claim 5 . 제11항에 있어서,
상기 재생 연료전지는 일체형 재생 연료전지인 것을 특징으로 하는 재생 연료전지.
12. The method of claim 11,
The regenerative fuel cell is a regenerative fuel cell, characterized in that it is an integrated regenerative fuel cell.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102642597B1 (en) * 2021-12-29 2024-03-04 한국에너지기술연구원 Method of manufacturing membrane electrode assembly for PEM electrolysis capable of improving the electrical conductivity of the electrode layer

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100088176A (en) 2009-01-30 2010-08-09 전북대학교산학협력단 Manufacturing method of carbon black sheet with thin layer of metal nanoparticles catalyst by pulse electroplating, carbon black sheet and mea for fuel cell prepared by using this sheet
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4355828B2 (en) 2002-10-08 2009-11-04 独立行政法人産業技術総合研究所 Porous gas diffuser and reversible cell using the same
KR101326120B1 (en) * 2010-08-18 2013-11-06 (주)엘켐텍 Electrolysis Module and Oxygen Generator with the Same
JP2014152341A (en) 2013-02-05 2014-08-25 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk Anode electrolytic plating method of iridium oxide coating

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100088176A (en) 2009-01-30 2010-08-09 전북대학교산학협력단 Manufacturing method of carbon black sheet with thin layer of metal nanoparticles catalyst by pulse electroplating, carbon black sheet and mea for fuel cell prepared by using this sheet
KR20170058352A (en) 2017-05-18 2017-05-26 한국과학기술연구원 Polymer electrolyte membrane water electrolysis anode and method for preparing the same using IrO₂electrodeposited porous carbon material, polymer electrolyte membrane water electrolysis apparatus and method using the same

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
2011 Electrochimica Acta, 56, 4287-4293
2012 Int. J. Hydro. Energy, 37, 13522-13528
2012 J. Power Sources., 198, 23- 29
2016 Int. J. Hydro. energy, 41, 20650-20659
Byung-Seok Lee, Hee-Young Park, Min Kyung Cho, JeaWoo Jung, Hyoung-Juhn Kim, Dirk Henkensmeier, Sung Jong Yoo, Jin Young Kim, Sehkyu Park, Kwan-Young Lee, Jong Hyun Jang. Electrochemistry Communications 64 (2016) 14-17.
T. Ioroi, N. Kitazawa, K. Yasuda, Y. Yamamoto, H. Takenaka. Journal of Applied Electrochemistry 31 (2001) : 1179-1183.
Wenli Yao, Jun Yang, Jiulin Wang, Yanna Nuli. Electrochemistry Communications 9 (2007) : 1029-1034.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240022244A (en) 2022-08-11 2024-02-20 한국전력공사 Manufacturing method for membrane-electrode-assembly and water electrolyser including membrane-electrode-assembly the same

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