KR20220142106A - 전해동박 제조를 위한 불용성 양극어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 효율적이고 균일한 두께의 전해 동박을 제조하는 불용성 양극 어셈블리를 제안한다. 본 발명의 전해동박 제조를 위한 불용성 양극어셈블리는, 회전드럼형 음극에 대응하는 형상을 가지는 베이스(30)와, 상기 베이스 상에 설치되는 다수의 전극(20), 그리고 상기 다수의 전극을 베이스 위에 각각 고정하기 위한 다수의 볼트(10)를 포함한다. 볼트(10) 헤드(12)의 상면(12a)에는 전극과 같이 전해 반응을 생성하기 위하여 백금족 금속층이 형성되고, 베이스(30)의 오목부(34)에서 전극(20)과 접촉하는 볼트(10) 헤드(12)의 측면에는 전기적 전도성을 높이는 백금족 금속층을 형성한다.

Description

전해동박 제조를 위한 불용성 양극어셈블리{An insoluble anode assembly for manufacturing an electrolytic metal foil}

본 발명은 전해 동박과 같은 금속박의 제조에 사용되는 불용성 양극 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도금용 전극과의 접촉 저항을 최소화함으로써 통전율을 높이고, 이에 따라 효율적인 동박을 생산할 수 있는 불용성 양극 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로 전해 동박의 제조는 원통형상의 대형 제박기에서 전주 도금 형태로 이우러지고 있으며, 생산성을 위하여 고속의 유체 흐름 속에 고전류 밀도를 인가하여 고속 도금을 수행하고 있다. 그리고 이렇게 도금된 동박은 드럼형 음극에서 분리되어 코일 형태로 말려서 제품화된다. 이러한 전해 동박의 길이는 상당히 길기 때문에, 동박의 두께가 불균일하면 이러한 코일형 형상에도 문제가 발생할 뿐만 아니라 이를 이용하는 제품의 신뢰도에도 상당한 영향을 미치게 된다.

이와 같은 전해 동박(금속박)의 제조를 위한 선행 특허로 한국 공개 특허 제10-2019-0038325호를 들 수 있고, 이러한 선행 특허 문헌에서는 다음과 같이 설명하고 있다. 전해금속박의 제조에서는, 전기도금의 원리가 이용되고, 도금용 전극이 이용된다. 그리고 도 1에 도시한 바와 같이, 전해조(500)의 전해액(510)에 침지시킨 불용성 양극(520)과 드럼 형상의 회전 드럼형 음극(530)으로 이루어지는 전기도금장치가 이용된다. 불용성 양극(520)은 드럼형 음극(530)에 대하여 마주보도록 설치되어 있고, 드럼형 음극(530)의 "원형윤곽"을 따르도록 만곡한 형상을 가진다.

이와 같은 불용성 양극(520)과 드럼형 음극(530) 사이에서 통전이 이루어지면, 드럼형 음극(530)의 표면에 금속성분을 전해 석출시킬 수 있다. 따라서, 드럼형 음극(530)을 도금용 전극(520)에 대하여 회전시키면서 통전을 행하고, 전해석출에 기인하여 형성되는 금속층을 드럼형 음극(530)으로부터 순차 박리함으로써 금속박(550)을 연속적으로 얻을 수 있다. 이와 같은 전해 금속막(동막)을 제조하는 장치 및 방법은 실질적으로 널리 알려진 것이어서 위와 같이 간략하게 설명한다.

여기서 불용성 양극(520)은 도금용 전극과 베이스를 포함하여 구성되는데, 이러한 도금용 전극과 베이스는 다수의 나사(볼트)에 의하여 결합되어 있다. 일반적으로 전해액은 납 성분을 포함하고 있는데, 전해 반응에 의하여 도금용 전극에는 스케일로써 산화납이 석출된다. 그리고 전해용 전극의 나사 부분에는 접촉 저항에 따른 전류 분포의 불균일화로 발생하는 산화납의 부착량이 편차를 가지게 되고, 이에 따라서 동박 제품의 요철을 발생시키는 주된 원인이 된다.

그리고 이와 같이 도금용 전극에 부착된 산화납은 전해 정지시에 불향 도전체인 유산납화되어, 전류분포의 불균일로 도금용 전극(불용성 전극)의 수명을 짧게하는 단덤을 초래하게 된다. 또한 전해 동작 제조 공정상 처가제로 사용되는 젤라틴 등은 산화납의 부착 형태에 따라서 불용성 전극의 촉매 소모를 가속시켜 전극 수명 저하의 원인으로 작용하게 된다. 불용성 양극의 도금용 전극을 분리하여, 부착된 산화납을 제거하여 일정 회수 만큼 재사용하게 되는데, 나사의 접촉에 기인하는 포텐셜 강하 등에 의하여 동박 제품의 두께 편차를 발생시키고 도금용 전극의 교환 주기도 짧아지게 된다.

본 발명의 목적은, 균일한 두께를 가지는 전해 동박을 얻을 수 있는 전해동박 제조용 불용성 양극 어셈블리를 제공하는데 있다고 할 수 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전해동박 제조를 위한 불용성 양극어셈블리는, 회전드럼형 음극에 대응하는 형상을 가지는 베이스와, 상기 베이스 상에 설치되는 다수의 전극, 그리고 상기 다수의 전극을 베이스 위에 각각 고정하기 위한 다수의 볼트로 구성된다. 여기서 볼트 헤드의 상면에는 전극과 같이 전해 반응을 생성하기 위하여 백금족 금속층이 형성되고, 베이스의 오목부에서 전극과 접촉하는 볼트 헤드의 측면에는 전기적 전도성을 높이는 백금족 금속층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

위와 같은 기본적인 구성에 의하면, 불용성 양극을 구성하는 볼트의 상면에 도전성 전극 물질인 백금족 금속을 이용한 촉매층을 형성함과 같이, 볼트의 측면에 접촉 저항을 해결하기 위하여 전기적 전도성을 향상시키는 백금족 금속층을 형성하고 있음을 알 수 있다. 따라서 볼트의 상면에 형성된 백금족 금속층에 의하여 전체적으로 균일한 전해 반응을 통하여 만들어지는 동박의 두께를 최대한 균일화시킬 수 있음과 같이, 볼트의 측면에 형성되는 백금족 금속층에 기초하여 전해 반응시 이상 전류에 기인하는 문제점을 해결함으로써 양호한 동박 두께를 달성할 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 선행 특허 문헌에 의한 전해 동박 제조장치의 예시도.
도 2는 본 발명 전해 동박 제조장치의 불용성 양측의 예시도.

다음에는 도면에 도시한 실시례에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다.

도 2는 불용성 양극 어셈블리의 일부 단면을 예시적으로 도시하고 있다. 이를 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 전해 동박을 성형하기 위한 불용성 양극 어셈블리는, 회전 드럼형 음극에 대응하는 형상을 가지도록 성형되는 것으로, 전극(20)과, 전극(20)을 지지하기 위한 베이스(30)을 포함한다. 그리고 상기 전극(20)은 정해진 치수를 가지는 다수 개로 구성되고, 이들은 각각 다수의 볼트(10)에 의하여 베이스(10)에 지지된다.

여기서 고정을 위한 볼트(10)는, 헤드(12)와, 헤드(12)의 저면에서 하방으로 연장되는 나사부(14)를 포함하고 있다. 상기 헤드(12)는 부분적인 역원뿔 형상을 가지고 있으며, 대체적으로 평면 형상의 상면(12a)과, 상기 상면에서 하방으로 연장되고 역원뿔 형상의 외측면을 형성하는 경사진 측면(12b)을 구비하고 있다.

그리고 이와 같은 볼트(10)가 고정되는 부분의 전극(20) 및 베이스(30)에는, 역원뿔형상을 가지는 오목부(34)와, 이러한 오목부(34)에서 하방으로 성형되고 암사사산이 내부에 구비되어 있는 나사홈(32)이 형성되어 있다. 여기서 전극(20)은 오목부(34)까지 베이스(30)를 덮고 있고, 베이스(30)에 형성된 나사홈(32)에는 볼트(10)의 나사부(14)가 나사 결합된다. 이와 같은 볼트(10)가 전극(20) 및 베이스(30)에 결합된 상태에서, 볼트(10)의 헤드의 상면(12a)이 전극(20)의 상면보다 높지 않도록 설계되어 있다.

이와 같이 볼트(10)가 결합되면, 볼트(10)의 상면(12a)은 전극(20)의 상면과 같이 회전 드럼형 음극과의 사이에서 전해 반응을 일으키기 위한 일부분을 형성하게 된다. 그리고 볼트(10)의 나사부(14)가 나사홈(32)에 체결됨에 따라서, 볼트(10)의 경사진 측면(12b)은 전극(20)에 밀착된 상태를 유지하게 된다. 이와 같이 볼트(10)가 전극(20)에 밀착된 상태에서는, 접촉 저항(contact resistance)에 의한 전압 강하(voltage drop)가 발생하게 된다. 이렇게 발생하는 전압 강하는 동박의 균일한 두께에 악영향을 미치는 등 전해 과정에 좋지 않은 영향을 미치는 것은 당연하다고 할 수 있다.

여기서 불용성 양극 어셈블리에서, 상술한 전극(20)은 다수 개로 구성되고, 티타늄으로 만들어지는 베이스(30)에 정해진 위치에 고정되어야 한다. 이러한 전극(20)의 고정을 위하여 사용되는 볼트(10)는 많은 수가 사용되기 때문에 볼트(10)의 상면(12a)도 전극(20)과 같이 전해 동박 형성에 기여할 수 있도록 처리되는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명에서는, 먼저 전극(20)의 일부를 형성함으로써 전해 동박을 형성하는 전해 반응에 기여하는 볼트(10)의 상면(12a)에 백금족 코팅층을 형성한다. 이와 같이 백금족 코팅층을 볼트(10)의 상면(12a)에 형성함으로써, 전극(20)과 동등한 기능을 가질 수 있게 되어, 대응하는 회전 드럼형 음극과의 사이에서 전해 동박이 생성될 수 있을 것이다. 볼트(10)의 상면(12a)에 형성되는 백금족 코팅층은 알려진 방법을 포함하여 어떠한 공정에 의하여 성형되는 것도 가능하다.

예를 들면 백금족 금속(Pt, Ir, Ru, Rh, Pd, Os)을 포함하는 전극 물질 용액을 티타늄재의 베이스 금속 표면에 코팅하여, 고온(예를 들면 들면 400~600℃) 산화 환원 분위기 중에서 열분해 처리하여 백금족 코팅층을 전극(20) 상에 형성과 같이, 상기 볼트(10)의 상면에도 별도로 위와 같은 처리를 통하여 백금족 금속층이 형성된 볼트를 제조할 수 있다.

그리고 볼트(10)의 경사진 측면(12b)이 전극(20)에 긴밀하게 접촉하여 발생하는 접촉 저항(contact resistance)에 의한 전압 강하를 해소하기 위하여, 볼트(10)의 측면(12b)에 백금족 코팅층을 형성한다. 즉, 볼트(10)의 측면(12b)에는 백금족 금속층을 형성함으로써, 전기 전도율을 최대한 높일 수 있도록 함과 동시에, 전해 동박의 용액 조건인 산성의 황산구리용액에 대한 내식성을 충분히 높일 수 있도록 하고 있다. 이와 같이 전기적 연결을 위한 접지면이라고도 할 수 있는 측면(12b)에 형성되는 백금족 금속층은 거칠기를 최대한 낮게 함으로써 충분한 접지면을 형성할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이상에서와 같이, 불용성 양극을 구성하는 볼트의 상면에 도전성 전극 물질인 백금족 금속을 이용한 촉매층을 형성함과 같이, 볼트의 측면에 접촉 저항을 해결하기 위하여 전기적 전도성을 향상시키는 백금족 금속층을 형성하고 있음을 알 수 있다. 따라서 상면(12a)에 형성된 백금족 금속층에 의하여 전체적으로 형성되는 동박의 두께를 최대한 균일화시킬 수 있음과 같이, 측면(12b)에 형성되는 백금족 금속층에 기초하여 전해 반응시 이상 전류에 기인하는 문제점을 해결함으로써 양호한 막두께를 달성할 수 있을 것이다. 본 발명에서 백금족 금속층은 백금족 금속을 주성분으로 하는 금속 또는 금속 합금을 포함하는 개념이라고 정의할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 볼트의 상면에는 균일한 전해 반응을 목적으로 하는 금속 코팅층을 형성하고, 볼트의 측면에는 접점 저항을 최소화하여 전기적 전도성을 향상시키기 위한 금속 코팅층을 형성하는 것을 주된 기술적 착상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 변형이 가능함은 당연할 것으로 생각된다.

10 ..... 볼트
12 ..... 헤드
12a ..... 상면
12b ..... 측면
14 ..... 나사부
20 ..... 전극
30 ..... 베이스
32 ..... 나사홈
34 ..... 오목부

Claims (1)

1. 회전드럼형 음극에 대응하는 형상을 가지는 베이스(30)와, 상기 베이스 상에 설치되는 다수의 전극(20), 그리고 상기 다수의 전극을 베이스 위에 각각 고정하기 위한 다수의 볼트(10)로 구성되고;
   볼트(10) 헤드(12)의 상면(12a)에는 전극과 같이 전해 반응을 생성하기 위하여 백금족 금속층이 형성되고, 베이스(30)의 오목부(34)에서 전극(20)과 접촉하는 볼트(10) 헤드(12)의 측면에는 전기적 전도성을 높이는 백금족 금속층을 형성하는 것을 특징으로 하는 전해동박 제조를 위한 불용성 양극어셈블리.

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