KR20220142468A - 극성 반전 가능한 전극 및 이의 용도 - Google Patents

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마그네토 스페셜 애노드 (쑤저우) 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 출원은 극성 반전 가능한 전극 및 그의 용도를 개시한다. 전극은 금속 또는 이의 합금을 포함하는 기판; 상기 기판 상에 배치되고 백금족 금속 및 백금족 금속 산화물을 포함하는 중간층; 및 상기 중간층 상에 배치되고 혼합 금속 산화물을 포함하는 촉매층을 포함한다. 전극은 전기분해, 전기투석 또는 전기도금을 위한 전극으로 사용될 수 있다. 전극은 캐소드와 애노드의 작업 환경 요구 사항을 동시에 충족할 수 있어 환경 내성을 향상시키고 기판 보호를 실현하고; 극성 반전을 수행하여 전극 표면의 침전물을 빠르고 효율적으로 세정할 수 있다.

Description

극성 반전 가능한 전극 및 이의 용도
본 출원은 전기화학 분야에 관한 것이지만 이로 제한되지 않고, 특히 극성 반전 가능한 전극 및 이의 용도에 관한 것이지만 이로 제한되지 않는다.
산소 발생형 티타늄 전극은 친환경적인 불용성 애노드로서 전기화학 산업에서 널리 사용되어 왔으며, 주로 전기화학적 수처리, 금속 원소 추출 및 전기도금과 같은 미세 마무리 공정에 중점을 두고 있다. 산소 발생형 티타늄 전극은 주로 순수 금속 티타늄 또는 티타늄 합금 기판과 그 표면에 귀금속 산화물 촉매층으로 구성된다. 기판은 전도성 및 기계적 지원을 제공한다. 촉매층은 자체 산화 환원 공정을 통해 수용액에서 산소 발생 전위를 크게 감소시켜 에너지 절약 효과를 얻을 수 있다. 동시에, 애노드는 매우 낮은 전기화학적 소비율로 인해 서비스 수명이 길다. 산소 발생 촉매는 주로 이리듐 산화물이며, 이는 티타늄, 탄탈륨 또는 니오븀과 같은 밸브형 금속의 산화물과 혼합되어 코팅을 더 조밀하게 만들어 기판이 너무 빨리 부동태화되는 것을 방지할 수 있다. 때로는 티타늄, 탄탈륨 또는 합금과 같은 밸브형 금속의 혼합 산화물 또는 합금도 촉매층과 기판 사이에 개재되어 기판을 보호하는 중간층으로 사용된다.
전기분해 공정 동안, 일부 침전물은 불가피하게 전극 표면에 침전되어 전극의 전기분해 효율에 영향을 미치고 심지어 전극의 고장으로 이어진다. 따라서, 정기적으로 전극 표면의 침전물을 세정하는 것이 매우 필요하다.
애노드 표면은 산소 발생 반응으로 인해 산성 환경에 있고, 캐소드 표면은 수소 발생 반응으로 인해 알칼리성 환경이다. 산성 환경에서 생성된 침전물은 일반적으로 알칼리성 상태에서 쉽게 제거되며 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 염소 발생 전극(부분적으로 산소 발생)에서 전극의 극성을 반대로 하여 전극 표면의 침전물을 제거할 수 있다. 그러나, 산소 발생 전극의 경우 현재 제품은 반전 후 허용 가능한 수명 수준에 도달할 수 없다. 극성 반전 하에서 애노드의 고장을 조사하는 동안, 코팅에서 밸브 금속 산화물의 안정성이 짧은 수명 때문이라는 것이 하나의 설명이지만 주요 원인은 기판에서 오거나 또는 코팅과 기판 사이의 계면에서 오는 것으로 밝혀졌다. 기존 전극의 기판 재료(예를 들어, 티타늄 금속 또는 티타늄 합금)가 캐소드로 사용될 때 기판의 부식 속도가 크게 가속되면서 티타늄 수소화물이 동시에 생성되고 밀도-체적 변화로 인해 코팅이 벗겨지는 것으로 추정된다.
공개 공보에서, 수용액에서 Ti의 전기화학적 반응은 실제 밸브 금속(예를 들어, Zr, Nb, Ta)의 응답과 능동-수동 금속(예를 들어, Fe, Co, Ni, Cr)의 응답 사이에 있다. 특히, 산화막의 형성은 밸브 금속의 형성과 유사한 반면 그 부식은 능동-수동 금속의 부식과 유사하다. 산성 전해질에서 Ti에 대한 전류-전위 관계의 개략도는 문헌[James J. Noel, The electrochemistry of Titanium corrosion, 1999, University of Manitoba, Doctor thesis]에 의해 언급되었으며 도 1에 제시되어 있다.
활성 영역에서 Ti는 비교적 빠른 속도로 산화되어 용액에서 Ti(Ⅲ) 이온을 형성할 수 있으며, 수동 영역에서는 Ti가 산화막으로 덮여 있어 매우 천천히 산화될 수 있다. 애노드 응용에서 활성 상태는 피해야 하며, 애노드가 수동 상태에서 작동하는 것이 좋다. 합금은 Ti에 수동성을 생성하는 데 사용될 수 있으며, 애노드 반쪽 반응을 억제하거나 캐소드 반쪽 반응을 향상시키는 두 가지 방식으로 작동할 수 있다. 캐소드 개질에 의해 Ti의 수동성을 유도하는 것으로 제안된 합금 원소는 Pt, Pd, Ni, Mo 등을 포함한다. 문헌[M. Nakagawa, The effect of Pt and Pd alloying additions on the corrosion behavior of titanium in flfluoride-containing environments, Biomaterials 26 (2005) 2239-2246]에서, Pt 및 Pd와 합금화에 의해 Ti의 활성 영역이 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 거의 사라진다는 것이 명백하게 입증된다.
귀금속 산화물 코팅은 애노드이든지 또는 캐소드이든지 상관없이 비교적 안정적이다. 그러나 열분해 공정으로 인해, 크랙이 많이 발생하거나 보다 일반적으로 결함이 있다. 정상적인 산소 발생 응용에서, 애노드 반응에 의해 생성된 낮은 pH는 기판의 부식을 크게 가속화하며 일반적인 솔루션으로 Ta 산화물형 중간층이 사용되며 서비스 수명이 크게 증가한다. 그러나 본 발명자는 이러한 유형의 중간층이 극성 반전의 수명 문제를 해결할 수 없다는 것을 발견했다.
위의 이해에 기초하여, 극성 반전 응용의 애노드에서, 캐소드 분극 동안 발생하는 기판 문제를 해결하고, 산소 발생 및 극성 반전 응용에서 수명을 늘리기 위해 새로운 코팅 구조가 필요하다.
또한, 일부 응용은 전극이 전기투석 막 스택과 같이 전극의 극성을 반전시키는 기능을 가질 것을 또한 요구한다. 막 스택의 성능을 유지하기 위해, 전극의 극성은 주기적으로 반전되어야 한다. 그러나, 염소 발생 전극과 염화나트륨 극성 용액의 사용은 상대적으로 큰 염소의 오염 문제로 이어질 것이다.
이하는 본 명세서에 보다 상세히 설명된 주제의 개요이다. 본 내용은 청구항의 보호 범위를 제한하기 위해 의도된 것이 아니다.
전극 표면 상의 불필요한 침전물을 빠르고 효율적으로 세정하고 전극의 주기적 극성 반전이 필요한 분야에서 사용하기에 적합한 극성 반전이 가능한 산소 발생 전극을 찾기 위해, 본 출원의 발명자는 특히 도 1 내지 도 3에 설명된 내용에 기초하여 수 년 간의 신중한 연구를 통해 전극 구조를 개선하였고, Ta가 없는 Pt족 금속을 기반으로 하는 중간층은 캐소드 분극 및 연속 극성 반전 하에서 안정성을 향상시킬 수 있다고 가정했다.
본 출원은 극성 반전 가능한 전극으로서, 기판, 중간층 및 촉매층을 포함하고, 상기 기판은 금속 또는 이의 합금을 포함할 수 있고; 상기 중간층은 상기 기판 상에 배치되고 백금족 금속 및 백금족 금속 산화물을 포함할 수 있고; 상기 촉매층은 상기 중간층 상에 배치되고 혼합 금속 산화물을 포함할 수 있는, 전극을 제공한다.
일부 실시예에서, 중간층은 금속 백금과 이산화이리듐의 혼합물을 포함할 수 있다. 백금과 이리듐 함량의 합은 금속 함량을 기반으로 1g/㎡ 내지 30g/㎡일 수 있고, 예를 들어, 2g/㎡, 3g/㎡, 4g/㎡, 5g/㎡, 7.5g/㎡, 8g/㎡, 10g/㎡, 12g/㎡, 15g/㎡, 18g/㎡, 22g/㎡, 25g/㎡, 28g/㎡ 등일 수 있다. 백금 함량(금속 함량 기준)은 중간층의 총 금속 함량을 기반으로 10 중량% 내지 90 중량%일 수 있고, 예를 들어, 20 중량%, 30 중량%, 40 중량%, 50 중량%, 60 중량%, 70 중량%, 80 중량% 등일 수 있다. 이리듐 함량은 중간층의 총 금속 함량을 기반으로 10 중량% 내지 90 중량%일 수 있고, 예를 들어, 20 중량%, 30 중량%, 40 중량%, 50 중량%, 60 중량%, 70 중량%, 80 중량% 등일 수 있다. 대안적으로, 백금 함량(금속 함량 기준)은 중간층의 총 금속 함량 기반으로 40 중량% 내지 90 중량%일 수 있고, 예를 들어, 50 중량%, 60 중량%, 70 중량%, 80 중량% 등일 수 있고; 이리듐 함량은 중간층의 전체 금속 함량을 기반으로 10 중량% 내지 60 중량%일 수 있고, 예를 들어, 20 중량%, 30 중량%, 40 중량%, 50 중량% 등일 수 있다.
일부 실시예에서, 중간층은 또한 루테늄, 팔라듐, 및 로듐 중 임의의 하나 이상의 금속 산화물을 함유할 수 있다. 중간층의 금속 루테늄, 팔라듐, 로듐의 함량(금속 함량 기준)은 중간층의 총 금속 함량을 기준으로 각각 10 중량% 미만일 수 있고, 예를 들어, 1 중량%, 2 중량%, 5 중량%, 8 중량% 등일 수 있다.
일부 실시예에서, 중간층의 백금족 금속은 기판 내로 확산되어 혼합 전이층을 형성할 수 있다. 확산은 소결과 같은 열처리에 의해 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 촉매층은 이리듐의 금속 산화물을 포함할 수 있고, 또한 탄탈륨과 이리듐의 혼합 금속 산화물을 포함할 수 있고, 또한 오산화탄탈륨과 이산화이리듐을 포함할 수 있다. 촉매층의 이리듐 함량은 금속 함량을 기준으로 3g/㎡ 내지 100g/㎡일 수 있고, 예를 들어, 5g/㎡, 8g/㎡, 10g/㎡, 15g/㎡, 20g/㎡, 22g/㎡, 25g/㎡, 30g/㎡, 35g/㎡, 40g/㎡, 50g/㎡, 60g/㎡, 70g/㎡, 80g/㎡, 90g/㎡일 수 있다. 이리듐 함량(금속 함량 기준)은 촉매층의 총 금속 함량을 기준으로 20 중량% 내지 90 중량%일 수 있고, 예를 들어, 30 중량%, 40 중량%, 50 중량%, 60 중량%, 70 중량%, 80 중량% 등일 수 있다. 탄탈륨 함량(금속 함량 기준)은 촉매층의 총 금속 함량을 기준으로 10 중량% 내지 80 중량%일 수 있고, 예를 들어, 20 중량%, 30 중량%, 40 중량%, 50 중량%, 60 중량%, 70 중량% 등일 수 있다.
일부 실시예에서, 촉매층은 루테늄, 팔라듐, 로듐, 티타늄, 니오븀, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 몰리브덴 및 텅스텐 중 임의의 하나 이상의 금속 산화물을 추가로 함유할 수 있다. 촉매층의 루테늄, 팔라듐, 로듐, 티타늄, 니오븀, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 몰리브덴, 텅스텐의 함량(금속 함량 기준)은 촉매층의 전체 금속 함량을 기준으로 각각 10 중량% 미만일 수 있고, 예를 들어, 1 중량%, 2 중량%, 5 중량%, 8 중량% 등이다.
일부 실시예에서, 기판은 밸브형 금속 또는 밸브형 금속의 합금일 수 있다. 밸브형 금속은 티타늄, 탄탈륨, 니오븀, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 몰리브덴 및 텅스텐 중 하나 이상 중에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 기판은 금속성 티타늄 또는 티타늄 합금일 수 있다.
본 출원은 또한 전기분해, 전기투석 또는 전기도금을 위한 전극으로 사용될 수 있는 극성 반전 가능한 전극의 용도를 제공한다.
일부 실시예에서, 전극은 산소 발생 전극일 수 있다.
종래 기술과 비교하여, 본 출원은 다음과 같은 유익한 효과를 갖는다:
(1) 백금족 금속과 백금족 금속 산화물을 함유하는 중간층이 기판과 중간층 사이에 견고한 결합이 보장되도록 배열되고 캐소드로 사용될 때 기판의 내식성이 향상되고;
(2) 준비된 전극은 유기 용액에 더 내성이 있으며, 더 넓은 범위의 동작 상태에서 사용될 수 있고;
(3) 전극은 캐소드와 애노드의 작업 환경 요구 사항을 동시에 충족시킬 수 있어서 환경 내성을 향상시키고 기판 보호를 실현하고;
(4) 준비된 전극은 전극 표면의 침전물을 빠르고 효율적으로 세정할 수 있도록 극성 반전이 가능하고;
(5) 산소 발생 전극은 극성 반전이 주기적일 때에도 여전히 우수한 전극 수명을 유지할 수 있으며 전극의 극성을 주기적으로 반전시켜야 하는 분야에 적용할 수 있다.
본 출원의 다른 특징 및 이점은 하기 설명에서 제시될 것이며, 부분적으로 상세한 설명으로부터 명백해질 것이며, 또는 본 발명을 구현함으로써 이해될 것이다. 본 출원의 목적 및 기타 이점은 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 구체적으로 표시된 구조를 통해 달성 및 획득될 수 있다.
도면은 본 출원의 기술적 방안을 더 잘 이해하기 위한 것으로, 본 설명의 일부를 구성하며, 본 출원의 실시예와 조합하여 본 출원의 기술 방안을 설명하기 위해 사용되지만, 본 발명의 기술 방안을 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 산성 전해질에서 Ti에 대한 전류-전위 관계의 개략도이다.
도 2는 pH 4.0에서 0.2% NaF를 함유하는 인공 타액에서 Ti와 그 합금의 애노드 분극 곡선이다.
도 3은 pH 4.0에서 0.2% NaF를 함유하는 인공 타액에서 Ti-Pt 합금의 애노드 분극 곡선이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 전극 구조의 개략도이다.
도면에서, a: 수소 발생 영역; b: 활성 영역; c: 능동에서 수동으로 전환되는 영역; d: 수동 영역; 1. 기판; 2. 중간층; 3. 촉매층.
본 출원의 목적, 기술적 방안 및 이점을 보다 명확하게 하기 위하여, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 실시예를 상세히 설명한다. 본 출원의 실시예와 실시예의 특징은 충돌 없이 임의로 서로 조합될 수 있음에 유의해야 한다.
본 출원의 실시예는 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 극성 반전 가능한 전극을 제공하고, 여기서 전극은 하부에서 상부로 가면서 순차적으로 적층된 기판(1), 중간층(2) 및 촉매층(3)을 포함한다.
중간층(2)과 촉매층(3)은 또한 기판(1)의 양면에 대칭적으로 배치될 수 있다.
기판(1)은 밸브형 금속 또는 밸브형 금속의 합금일 수 있다. 밸브형 금속은 티타늄, 탄탈륨, 니오븀, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 몰리브덴 및 텅스텐 중에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 기판(1)은 금속성 티타늄 또는 티타늄 합금일 수 있다.
기판(1)은 예를 들어 산세척과 결합된 통상적인 에칭 또는 샌드 블라스팅에 의해 전처리될 수 있다.
중간층(2)은 백금족 금속과 백금족 금속 산화물을 포함할 수 있고, 금속 백금과 이산화이리듐의 혼합물일 수 있고, 중간층(2)은 루테늄, 팔라듐 및 로듐 중 임의의 하나 이상의 금속 산화물을 더 포함할 수 있다. 백금과 이리듐의 함량의 합은 금속 함량을 기준으로 1g/㎡ 내지 30g/㎡일 수 있다. 백금 함량(금속 함량 기준)은 10 중량% 내지 90 중량%일 수 있고, 이리듐 함량(금속 함량 기준)은 중간층의 전체 금속 함량 기준으로 10 중량% 내지 90 중량%일 수 있고; 금속 루테늄, 팔라듐 및 로듐의 함량(금속 함량 기준)은 중간층의 총 금속 함량 기준으로 각각 10 중량% 미만이다. 대안적으로, 백금 함량(금속 함량 기준)은 40 중량% 내지 90 중량%일 수 있고, 이리듐 함량(금속 함량 기준)은 중간층의 전체 금속 함량 기준으로 10 중량% 내지 60 중량%일 수 있고; 금속 루테늄, 팔라듐 및 로듐의 함량(금속 함량 기준)은 중간층의 총 금속 함량 기준으로 각각 10 중량% 미만이다.
중간층(2)에 사용된 백금족 금속은 촉매층(3)에 사용된 재료보다 더 높은 산소 발생 전위를 가지므로 전극의 기판이 산소 발생 조건에서 부동태화되지 않는 것을 보장한다. 동시에, 금속 백금의 존재로 인해 중간층(2)은 수소 발생 조건 하에서 안정적인 성능과, 캐소드의 작업 환경에 대한 높은 내성을 갖는다. 따라서, 중간층(2)은 캐소드와 애노드가 작용할 때 기판의 보호를 동시에 충족시킬 수 있어, 전극의 극성이 반전될 때 전극을 사용할 수 있게 되며, 이에 의해 전극 표면의 침전물을 빠르고 효율적으로 세정하고 전극의 극성을 주기적으로 반전해야 하는 분야에 적용할 수 있다.
중간층(2)은 대응하는 원소를 함유하는 전구체 용액을 코팅하고 건조 후 소성하여 형성된다. 백금의 전구체는 후속 소결 공정에서 금속 상태로 존재하여 금속 백금이 기판(1)(예를 들어, 티타늄)으로 확산되기 쉬워진다. 그러나, 순수 금속 백금의 코팅은 높은 산성 환경에서 안정성이 좋지 않다. 일정량의 이리듐(소결 동안 이산화이리듐으로 전환됨)을 추가하면 산소 발생에 의해 생성된 고도 산성 환경에서 중간층의 안정성을 향상시킬 수 있다.
중간층(2)을 제조하기 위한 전구체는 코팅 용액으로 조제되고, 예를 들어, 염화백금산 및 염화이리듐산은 염산 용액에서 코팅 용액으로 조제될 수 있으며, 여기서 백금 함량은 2.0 중량% 내지 6.0 중량%일 수 있고, 예를 들어, 3.0 중량%, 4.0 중량%, 4.2 중량%, 4.8 중량%, 5.0 중량% 등일 수 있다. 전처리된 기판(1)에 브러싱, 롤러 코팅, 스프레이 등의 통상적인 코팅 방법으로 일정량의 코팅 용액을 도포한다. 코팅된 기판(1)은 공기 중에서 또는 오븐에서 60℃ 내지 90℃, 예를 들어 80℃에서 건조된 다음, 공기 순환 전기로에서 400℃ 내지 600℃에서 10분 내지 30분 동안, 예를 들어, 500℃에서 20분 동안 소결된다. 다중 코팅 및 소결이 수행될 수 있고, 각각의 코팅 후 1회 소결을 수행한다. 소결 공정 동안, 염화백금산은 금속 백금과 소량의 백금 산화물로 분해되고, 염화이리듐산은 이산화이리듐으로 분해된다. 백금과 이산화이리듐의 혼합물은 또한 다른 화학적 기상 증착 또는 심지어 물리적 기상 증착 방법에 의해 기판(1)에 직접 코팅될 수 있다.
촉매층(3)은 이리듐의 금속 산화물을 포함할 수 있고, 또한 탄탈륨과 이리듐의 혼합 금속 산화물을 포함할 수 있고; 예를 들어, 촉매층(3)은 오산화탄탈륨과 이산화이리듐을 포함할 수 있다. 촉매층(3)은 또한 루테늄, 팔라듐, 로듐, 티타늄, 니오븀, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 몰리브덴 및 텅스텐 중 임의의 하나 이상의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 촉매층의 이리듐 함량은 금속 함량을 기준으로 3g/㎡ 내지 100g/㎡일 수 있다. 이리듐 함량(금속 함량 기준)은 20 중량% 내지 90 중량%일 수 있고, 탄탈 함량(금속 함량 기준)은 촉매층의 총 금속 함량 기준으로 10 중량% 내지 80 중량%일 수 있다. 금속 루테늄, 팔라듐, 로듐, 티타늄, 니오븀, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 몰리브덴 및 텅스텐의 함량은 중간층의 총 금속 함량을 기준으로 각각 10 중량% 미만이다.
촉매층(3)을 제조하는 방법은 중간층(2)을 제조하는 방법과 유사하며, 예를 들어, 염화이리듐산과 오염화탄탈륨을 전구체로 사용할 수 있으며, 코팅 용액은 염산 용액에서 제조할 수 있다.
중간층(2) 또는 촉매층(3)은 또한 다른 원소를 포함할 수 있으며, 대응하는 코팅 용액에 대응하는 원소의 전구체를 첨가하여 제조될 수 있으며, 일반적으로 다른 원소의 염화물을 첨가할 수 있다.
기판(1) 상에 중간층(2)을 제조한 후, 중간층(2)의 일부 금속 원소가 기판(1) 내부로 확산될 수 있도록 기판(1)과 중간층(2)을 열처리할 수 있다. 기판(1)과 중간층(2) 사이의 견고한 결합이 보장되고, 캐소드로 사용될 때 기판(1)의 내식성도 개선된다. 열처리는 공기 순환 전기로에서 기판(1)과 중간층(2)을 500℃ 내지 600℃에서 3시간 내지 6시간 동안, 예를 들어, 530℃에서 4시간 동안 소성하는 것일 수 있다.
실시예 1
Gr1 등급의 산업용 순수 티타늄을 기판으로 사용하여 500℃에서 1시간 동안 열처리한 후 30.0 중량% 황산으로 90℃에서 4시간 동안 에칭한 다음 초순수(ultra-pure water)에서 초음파 디바이스로 세척하고 공기 중에서 건조시켰다.
중간층용 코팅 용액은 염화이리듐산과 염화백금산을 함유하는 염산 용액으로 조제되었다. 금속 함량 기준으로 백금과 이리듐의 질량비는 8:2였고, 백금 함량은 4.8 중량%였고, HCl의 농도는 10.0 중량%(포화염산으로 첨가)였다. 금속 티타늄 기판 상에 중간층용 코팅 용액을 열분해법으로 4회 코팅하고(백금과 이리듐의 총량은 금속 함량을 기준으로 각각의 코팅에 대해 1.0g/㎡임), 각각의 코팅 후 500℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 금속 백금과 이산화이리듐을 함유하는 중간층을 얻었다. 중간층에서 백금과 이리듐의 총량은 금속 함량 기준으로 4.0g/㎡였다.
기판과 중간층을 530℃에서 4시간 동안 소결하였다.
촉매층용 코팅 용액은 염화이리듐산과 오염화탄탈륨을 함유하는 염산 용액으로 조제되었다. 금속 함량 기준으로 이리듐과 탄탈륨의 질량비는 7:3이었고, 이리듐 함량은 6.0 중량%였고, 염산 농도는 10.0 중량%였다. 촉매층용 코팅 용액을 중간층에 열분해법으로 10회 코팅하였다(이리듐 함량은 각각의 코팅에 대해 금속 함량 기준으로 1.0g/㎡임). 각각의 코팅 후 450℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 오산화탄탈륨과 이산화이리듐의 혼합 금속 산화물을 함유하는 촉매층을 얻었다. 촉매층에서 이리듐의 총량은 금속 함량 기준으로 10.0g/㎡였다.
비교예 1
Gr1 등급의 산업용 순수 티타늄을 기판으로 사용하여 500℃에서 1시간 동안 열처리한 후 30.0 중량% 황산으로 90℃에서 4시간 동안 에칭한 다음 초순수에서 초음파 디바이스로 세척하고 공기 중에서 건조시켰다.
중간층용 코팅 용액은 염화탄탈륨을 함유하는 염산용액으로 조제되었다. 금속 함량 기준으로 탄탈륨 함량은 6.0 중량%였고, 염산 농도는 10.0 중량%였다. 금속 티타늄 기판 상에 중간층용 코팅 용액을 열분해법으로 3회 코팅하고(탄탈륨의 총량은 각각의 코팅에 대해 금속 함량 기준으로 1.0g/㎡임), 각각의 코팅 후 520℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 오산화탄탈륨을 함유하는 중간층을 얻었다. 중간층의 탄탈륨 함량은 금속 함량을 기준으로 3.0g/㎡였다.
촉매층용 코팅 용액은 염화이리듐산과 오염화탄탈륨을 함유하는 염산 용액으로 조제되었다. 금속 함량 기준으로 이리듐과 탄탈륨의 질량비는 7:3이었고, 이리듐 함량은 6.0 중량%였고, 염산 농도는 10.0 중량%였다. 촉매층용 코팅 용액을 중간층에 열분해법으로 14회 코팅했다(이리듐의 양은 각각의 코팅에 대해 금속 함량을 기준으로 1.0g/㎡임). 각각의 코팅 후 450℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 오산화탄탈륨과 이산화이리듐의 혼합 금속 산화물을 함유하는 촉매층을 얻었다. 촉매층에서 이리듐의 총량은 금속 함량 기준으로 14.0g/㎡였다.
성능 테스트
정류기의 양극 극성과 음극 극성 및 전류 출력은 소프트웨어로 제어되었으며, 전극의 수명 테스트는 다음과 같은 조건에서 수행되었다.
테스트 1
테스트 조건은 5000A/㎡, 15% 황산 전해질, 극성 반전의 시간 간격은 5분이었다(즉, 테스트 동안 정류기는 5분마다 극성 반전을 받았다).
실시예 1의 전극의 가속 수명은 6.1 Mah/㎡였고;
비교예 1의 전극의 가속 수명은 0.3 Mah/㎡였다.
테스트 2
테스트 조건은 45000A/㎡, 80℃, 25% 황산 전해질, 극성 반전 없음이었다.
실시예 1의 전극의 가속 수명은 40.0 Mah/㎡였고;
비교예 1의 전극의 가속 수명은 35.0 Mah/㎡였다.
가속 수명은 실제 작업보다 높은 전류, 높은 온도, 높은 산도 등 더 가혹한 환경에서 전극이 실제 작업보다 빨리 수명을 다할 수 있도록 하여 전극의 성능을 평가하는 방법을 말한다.
전극의 극성 반전 공정에서 전극 상의 대부분의 침전물이 세정되므로 산소 발생 전극의 자체 세정이 실현되고 전극의 서비스 수명이 연장된다.
위에서 설명된 비교예 1의 테스트 1 및 테스트 2의 결과로부터, 오산화탄탈륨을 중간층으로 사용하는 전극의 가속 수명은 극적으로 감소되어 전극 성능은 주기적 극성 반전 응용에서 응용 요구 사항을 충족할 수 없음을 알 수 있다.
금속 백금과 이산화이리듐을 중간층으로 사용한 실시예 1의 전극과 일반적인 오산화탄탈륨을 중간층으로 사용한 비교예 1의 전극을 비교하고, 직류 전류 조건에서(전극 반전 테스트 없이, 테스트 2), 비교예 1의 전극의 서비스 수명과 비교하여 실시예 1의 전극의 서비스 수명이 약간 개선되지만; 극성 반전의 경우(테스트 1), 비교예 1의 전극의 서비스 수명과 비교하여 실시예 1의 전극의 서비스 수명이 현저히 연장된다.
실시예 2
Gr1 등급의 산업용 순수 티타늄을 기판으로 사용하여 500℃에서 1시간 동안 열처리한 후 30.0 중량% 황산으로 90℃에서 4시간 동안 에칭한 다음 초순수에서 초음파 디바이스로 세척하고 공기 중에서 건조시켰다.
중간층용 코팅 용액은 염화이리듐산과 염화백금산을 함유하는 n-부탄올 용액으로 조제되었다. 금속 함량 기준으로, 백금과 이리듐의 질량비는 7:3이었고, 백금 함량은 4.2 중량%였고, HCl의 농도는 2.0 중량%(포화염산으로 첨가)였고, 나머지 성분은 n-부탄올이었다. 금속 티타늄 기판 상에 중간층용 코팅 용액을 열분해법으로 8회 코팅하고(각각 코팅에 대해 백금과 이리듐의 총량은 금속 함량 기준으로 1.25g/㎡임), 각각의 코팅 후 500℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 금속 백금과 이산화이리듐을 함유하는 중간층을 얻었다. 중간층에서 백금과 이리듐의 총량은 금속 함량 기준으로 10.0g/㎡였다.
기판과 중간층을 540℃에서 6시간 동안 소결하였다.
촉매층용 코팅 용액은 염화이리듐산과 탄탈륨 에톡사이드를 함유하는 n-부탄올 용액으로 조제되었다. 금속 함량 기준으로, 이리듐과 탄탈륨의 질량비는 7:3이었고, 이리듐 함량은 5.0 중량%였고, HCl의 농도는 2.0 중량%(포화염산으로 첨가)였고, 나머지 성분은 n-부탄올이었다. 촉매층용 코팅 용액을 중간층에 열분해법으로 8회 코팅하였다(이리듐의 양은 각각의 코팅에 대해 금속 함량을 기준으로 1.0g/㎡임). 각각의 코팅 후 450℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 오산화탄탈륨과 이산화이리듐의 혼합 금속 산화물을 함유하는 촉매층을 얻었다. 촉매층에서 이리듐의 총량은 금속 함량 기준으로 8.0g/㎡였다.
비교예 2
Gr1 등급의 산업용 순수 티타늄을 기판으로 사용하여 500℃에서 1시간 동안 열처리한 후 30.0 중량% 황산으로 90℃에서 4시간 동안 에칭한 다음 초순수에서 초음파 디바이스로 세척하고 공기 중에서 건조시켰다.
중간층용 코팅 용액은 탄탈륨 에톡사이드를 함유하는 n-부탄올 용액으로 조제되었다. 금속 함량 기준으로, 탄탈륨 함량은 6.0 중량%였다. 금속 티타늄 기판 상에 중간층용 코팅 용액을 열분해법으로 3회 코팅하고(탄탈륨의 총량은 각각의 코팅에 대해 금속 함량 기준으로 1.0g/㎡임), 각각의 코팅 후 500℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 오산화탄탈륨을 함유하는 중간층을 얻었다. 중간층의 탄탈륨 함량은 금속 함량을 기준으로 3.0g/㎡였다.
촉매층용 코팅 용액은 염화이리듐산과 탄탈륨 에톡사이드를 포함하는 n-부탄올 용액으로 조제되었다. 금속 함량을 기준으로 이리듐과 탄탈륨의 질량비는 7:3이었고, 이리듐 함량은 6.0 중량%였다. 촉매층용 코팅 용액을 중간층에 열분해법으로 18회 코팅하였다(이리듐의 함량은 각각의 코팅에 대해 금속 함량 기준으로 1.0g/㎡임). 각각의 코팅 후 480℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 오산화탄탈륨과 이산화이리듐의 혼합 금속 산화물을 함유하는 촉매층을 얻었다. 촉매층에서 이리듐의 총량은 금속 함량 기준으로 18.0g/㎡였다.
성능 테스트
정류기의 양극 극성과 음극 극성 및 전류 출력은 소프트웨어로 제어되었으며, 전극의 수명 테스트는 다음과 같은 조건에서 수행되었다.
테스트 1
테스트 조건은 5000A/㎡, 15% 황산 전해질, 극성 반전의 시간 간격은 5분이었다.
실시예 2의 전극의 가속 수명은 10.8 Mah/㎡였고;
비교예 2의 전극의 가속 수명은 0.2 Mah/㎡였다.
테스트 2
테스트 조건은 45000A/㎡, 80℃, 25% 황산 전해질, 극성 반전 없음이었다.
실시예 2의 전극의 가속 수명은 68 Mah/㎡였고;
비교예 2의 전극의 가속 수명은 52.0 Mah/㎡였다.
유사하게, 전극의 극성 반전 공정에서 전극 상의 대부분의 침전물이 세정되어 산소 발생 전극의 자체 세정이 실현된다. 또한, 실시예 2는 비교예 2에 비해 직류 전류 조건에서는 서비스 수명이 향상되지만 극성 반전 조건에서는 크게 연장된다.
실시예 3
Gr1 등급의 산업용 순수 티타늄을 기판으로 사용하고, 500℃에서 1시간 동안 열처리를 한 후 7.5 중량% 옥살산에 90℃에서 1시간 동안 에칭한 다음 80℃로 냉각한 후 12시간 동안 에칭을 계속한 다음, 초순수에서 초음파 디바이스를 사용하여 세척하고 공기 중에서 건조하였다.
중간층용 코팅 용액은 염화이리듐산과 염화백금산을 함유하는 n-부탄올 용액으로 조제되었다. 금속 함량 기준으로 백금과 이리듐의 질량비는 5:5였고, 백금 함량은 3.0 중량%였고, 염산 농도는 2.0 중량%(포화염산으로 첨가)였고, 나머지 성분은 n-부탄올이었다. 금속 티타늄 기판 상에 중간층용 코팅 용액을 열분해법으로 2회 코팅하고(각각의 코팅에 대해 백금과 이리듐의 총량은 금속 함량 기준으로 1.0g/㎡임), 각각의 코팅 후 500℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 금속 백금과 이산화이리듐을 함유하는 중간층을 얻었다. 중간층에서 백금과 이리듐의 총량은 금속 함량 기준으로 2.0g/㎡였다.
기판과 중간층을 520℃에서 3시간 동안 소성하였다.
촉매층용 코팅 용액은 염화이리듐산과 탄탈륨 에톡사이드를 함유하는 n-부탄올 용액으로 조제되었다. 금속 함량을 기준으로 이리듐과 탄탈륨의 질량비는 7:3이었고, 이리듐 함량은 5.0 중량%였다. 촉매층용 코팅 용액을 중간층에 열분해법으로 8회 코팅하였다(이리듐의 함량은 각각의 코팅에 대해 금속 함량 기준으로 1.0g/㎡임). 각각의 코팅 후 450℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 오산화탄탈륨과 이산화이리듐의 혼합 금속 산화물을 포함하는 촉매층을 얻었다. 촉매층에서 이리듐의 총량은 금속 함량 기준으로 8.0g/㎡였다.
비교예 3
Gr1 등급의 산업용 순수 티타늄을 기판으로 사용하고, 500℃에서 1시간 동안 열처리한 후 7.5 중량% 옥살산에 90℃에서 1시간 동안 에칭한 다음 80℃로 냉각한 후 12시간 동안 에칭을 계속한 다음 초순수에서 초음파 디바이스를 이용하여 세척하고 공기 중에서 건조하였다.
중간층용 코팅 용액은 탄탈륨 에톡사이드와 테트라부틸 티타네이트를 함유하는 n-부탄올 용액으로 조제되었다. 금속 함량 기준으로 탄탈륨과 티타늄의 질량비는 7:3이었고, 탄탈륨 함량은 6.0 중량%였다. 금속 티타늄 기판 상에 중간층용 코팅 용액을 열분해법으로 4회 코팅하고(혼합된 티타늄-탄탈륨 산화물의 양은 각각의 코팅에 대해 혼합 산화물 기준으로 0.75g/㎡임), 각각의 코팅 후 520℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 혼합된 티타늄-탄탈륨 산화물을 함유하는 중간층을 얻었다. 중간층의 혼합 티타늄-탄탈륨 산화물의 함량은 혼합 산화물의 함량을 기준으로 3.0g/㎡였다.
촉매층용 코팅 용액은 염화이리듐산과 탄탈륨 에톡사이드를 함유하는 n-부탄올 용액으로 조제되었다. 금속 함량을 기준으로 이리듐과 탄탈륨의 질량비는 7:3이었고, 이리듐 함량은 6.0 중량%였다. 촉매층용 코팅 용액을 중간층에 열분해법으로 10회 코팅하였다(이리듐 함량은 각각의 코팅에 대해 금속 함량 기준으로 1.0g/㎡임). 각각의 코팅 후 500℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 오산화탄탈륨과 이산화이리듐의 혼합 금속 산화물을 함유하는 촉매층을 얻었다. 촉매층에서 이리듐의 총량은 금속 함량 기준으로 10.0g/㎡였다.
성능 테스트
정류기의 양극 극성과 음극 극성 및 전류 출력은 소프트웨어로 제어되었으며, 전극의 수명 테스트는 다음과 같은 조건에서 수행되었다.
테스트 1
테스트 조건은 5000A/㎡, 15% 황산 전해질, 극성 반전의 시간 간격은 5분이었다.
실시예 3의 전극의 가속 수명은 2.8 Mah/㎡였고;
비교예 3의 전극의 가속 수명은 0.3 Mah/㎡였다.
테스트 2
테스트 조건은 45000A/㎡, 80℃, 25% 황산 전해질, 극성 반전 없음이었다.
실시예 3의 전극의 가속 수명은 27.0 Mah/㎡였고;
비교예 3의 전극의 가속 수명은 24.8 Mah/㎡였다.
유사하게, 전극의 극성 반전 과정에서 전극 상의 대부분의 침전물이 세정되어 산소 발생 전극의 자체 세정이 실현된다. 또한, 실시예 3은 비교예 3에 비해 직류 전류 조건에서는 서비스 수명이 향상되지만 극성 반전 조건에서는 수명이 크게 연장된다.
실시예 4
Gr1 등급의 산업용 순수 티타늄을 기판으로 사용하고, 500℃에서 1시간 동안 열처리한 후 7.5 중량% 옥살산에 90℃에서 1시간 동안 에칭한 다음 80℃로 냉각한 후 12시간 동안 에칭을 계속한 다음 초순수에서 초음파 디바이스를 이용하여 세척하고 공기 중에서 건조하였다.
중간층용 코팅 용액은 염화이리듐산과 염화백금산을 함유하는 n-부탄올 용액으로 조제되었다. 금속 함량 기준으로 백금과 이리듐의 질량비는 6:4였고, 백금 함량은 4.0 중량%였고, HCl의 농도는 2.0 중량%(포화염산으로 첨가)였고, 나머지 성분은 n-부탄올이었다. 금속 티타늄 기판 상에 중간층용 코팅 용액을 열분해법으로 4회 코팅하고(각각의 코팅에 대해 백금과 이리듐의 총량은 금속 함량 기준으로 1.25g/㎡임), 각각의 코팅 후 500℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 금속 백금과 이산화이리듐을 함유하는 중간층을 얻었다. 중간층에서 백금과 이리듐의 총량은 금속 함량 기준으로 5.0g/㎡였다.
기판과 중간층을 520℃에서 4시간 동안 소성하였다.
촉매층용 코팅 용액은 염화이리듐산과 탄탈륨 에톡사이드를 함유하는 n-부탄올 용액으로 조제되었다. 금속 함량을 기준으로 이리듐과 탄탈륨의 질량비는 8:2였고, 이리듐 함량은 4.5 중량%였다. 촉매층용 코팅 용액을 중간층에 열분해법으로 10회 코팅하였다(이리듐 함량은 각각의 코팅에 대해 금속 함량 기준으로 1.0g/㎡임). 각각의 코팅 후 450℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 오산화탄탈륨과 이산화이리듐의 혼합 금속 산화물을 함유하는 촉매층을 얻었다. 촉매층에서 이리듐의 총량은 금속 함량 기준으로 10.0g/㎡였다.
비교예 4
Gr1 등급의 산업용 순수 티타늄을 기판으로 사용하고, 500℃에서 1시간 동안 열처리한 후 7.5 중량% 옥살산에 90℃에서 1시간 동안 에칭한 다음 80℃로 냉각한 후 12시간 동안 에칭을 계속하고 초순수에서 초음파 디바이스로 세척하고 공기 중에서 건조시켰다.
중간층용 코팅 용액은 탄탈륨 에톡사이드와 테트라부틸 티타네이트를 함유하는 n-부탄올 용액으로 조제되었다. 금속 함량 기준으로 탄탈륨과 티타늄의 질량비는 9:1이었고 탄탈륨 함량은 6.0 중량%였다. 금속 티타늄 기판 상에 중간층용 코팅 용액을 열분해법으로 4회 코팅하고(혼합된 티타늄-탄탈륨 산화물의 양은 각각의 코팅에 대해 혼합 산화물 기준으로 0.75g/㎡임), 각각의 코팅 후 500℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 혼합된 티타늄-탄탈륨 산화물을 함유하는 중간층을 얻었다. 중간층의 혼합 티타늄-탄탈륨 산화물의 함량은 혼합 산화물의 함량을 기준으로 3.0g/㎡였다.
촉매층용 코팅 용액은 염화이리듐산과 탄탈륨 에톡사이드를 함유하는 n-부탄올 용액으로 조제되었다. 금속 함량을 기준으로 이리듐과 탄탈륨의 질량비는 8:2였고, 이리듐 함량은 4.5 중량%였다. 촉매층용 코팅 용액을 중간층에 열분해법으로 13회 코팅하였다(이리듐 함량은 각각의 코팅에 대해 금속 함량 기준으로 1.0g/㎡임). 각각의 코팅 후 500℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 오산화탄탈륨과 이산화이리듐의 혼합 금속 산화물을 함유하는 촉매층을 얻었다. 촉매층의 이리듐 총량은 금속 함량 기준으로 13.0g/㎡였다.
성능 테스트
정류기의 양극 극성과 음극 극성 및 전류 출력은 소프트웨어로 제어되었으며, 전극의 수명 테스트는 다음과 같은 조건에서 수행되었다.
테스트 1
테스트 조건은 5000A/㎡, 15% 황산 전해질, 극성 반전의 시간 간격은 5분이었다.
실시예 4의 전극의 가속 수명은 5.8 Mah/㎡였고;
비교예 4의 전극의 가속 수명은 0.3 Mah/㎡였다.
테스트 2
테스트 조건은 45000A/㎡, 80℃, 25% 황산 전해질, 극성 반전 없음이었다.
실시예 4의 전극의 가속 수명은 32.0 Mah/㎡였고;
비교예 4의 전극의 가속 수명은 37.8 Mah/㎡였다.
유사하게, 전극의 극성 반전 과정에서 전극의 대부분의 침전물이 세정되어 산소 발생 전극의 자체 세정이 실현된다. 또한, 실시예 4는 비교예 4와 비교하여 직류 전류 조건에서는 유사한 서비스 수명을 갖지만 극성 반전 조건에서는 수명이 크게 연장된다.
실시예 5
Gr1 등급의 산업용 순수 티타늄을 기판으로 사용하고, 500℃에서 1시간 동안 열처리한 후 7.5 중량% 옥살산에 90℃에서 1시간 동안 에칭한 다음 80℃로 냉각한 후 12시간 동안 에칭을 계속하고 초순수에서 초음파 디바이스로 세척하고 공기 중에서 건조시켰다.
중간층용 코팅 용액은 염화이리듐산, 염화백금산 및 삼염화루테늄을 함유하는 n-부탄올 용액으로 조제되었다. 금속 함량 기준으로 백금:이리듐:루테늄의 질량비는 60:35:5였고, 백금 함량은 4.0 중량%였고, HCl의 농도는 2.0 중량%(포화염산으로 첨가)였고, 나머지 성분은 n-부탄올이었다. 금속 티타늄 기판 상에 중간층용 코팅 용액을 열분해법으로 6회 코팅하고(각각의 코팅에 대해 백금과 이리듐의 총량은 금속 함량 기준으로 1.25g/㎡임), 각각의 코팅 후 500℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 금속 백금, 이산화루테늄, 이산화이리듐을 함유하는 중간층을 얻었다. 중간층에서 백금과 이리듐의 총량은 금속 함량 기준으로 7.5g/㎡였다.
기판과 중간층을 520℃에서 4시간 동안 소성하였다.
촉매층용 코팅 용액은 염화이리듐산과 탄탈륨 에톡사이드를 함유하는 n-부탄올 용액으로 조제되었다. 금속 함량을 기준으로 이리듐과 탄탈륨의 질량비는 8:2였고, 이리듐 함량은 4.5 중량%였다. 촉매층용 코팅 용액을 중간층에 열분해법으로 22회 코팅하였다(이리듐의 함량은 각각의 코팅에 대해 금속 함량 기준으로 1.0g/㎡임). 각각의 코팅 후 450℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 오산화탄탈륨과 이산화이리듐의 혼합 금속 산화물을 함유하는 촉매층을 얻었다. 촉매층에서 이리듐의 총량은 금속 함량 기준으로 22.0g/㎡였다.
비교예 5
Gr1 등급의 산업용 순수 티타늄을 기판으로 사용하고, 500℃에서 1시간 동안 열처리한 후 7.5 중량% 옥살산에 90℃에서 1시간 동안 에칭한 다음 80℃로 냉각한 후 12시간 동안 에칭을 계속하고 초순수에서 초음파 디바이스로 세척하고 공기 중에서 건조시켰다.
중간층용 코팅 용액은 탄탈륨 에톡사이드와 테트라부틸 티타네이트를 함유하는 n-부탄올 용액으로 조제되었다. 금속 함량 기준으로 탄탈륨과 티타늄의 질량비는 9:1이었고, 탄탈륨 함량은 6.0 중량%였다. 금속 티타늄 기판 상에 중간층용 코팅 용액을 열분해법으로 4회 코팅하고(혼합된 티타늄-탄탈륨 산화물의 양은 각각의 코팅에 대해 혼합 산화물 기준으로 0.75g/㎡임), 각각의 코팅 후 500℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 혼합된 티타늄-탄탈륨 산화물을 함유하는 중간층을 얻었다. 중간층에서 혼합 티타늄-탄탈륨 산화물의 함량은 혼합 산화물의 함량을 기준으로 3.0g/㎡였다.
촉매층용 코팅 용액은 염화이리듐산과 탄탈륨 에톡사이드를 함유하는 n-부탄올 용액으로 조제되었다. 금속 함량을 기준으로 이리듐과 탄탈륨의 질량비는 8:2였고, 이리듐 함량은 4.5 중량%였다. 촉매층용 코팅 용액을 중간층에 열분해법으로 29회 코팅하였다(이리듐 함량은 각각의 코팅에 대해 금속 함량 기준으로 1.0g/㎡임). 각각의 코팅 후 500℃에서 20분 동안 열분해를 수행하여 오산화탄탈륨과 이산화이리듐의 혼합 금속 산화물을 함유하는 촉매층을 얻었다. 촉매층에서 이리듐의 총량은 금속 함량 기준으로 29.0g/㎡였다.
성능 테스트
정류기의 양극 극성과 음극 극성 및 전류 출력은 소프트웨어로 제어되었으며, 전극의 수명 테스트는 다음과 같은 조건에서 수행되었다.
테스트 1
테스트 조건은 5000A/㎡, 15% 황산 전해질, 극성 반전의 시간 간격은 5분이었다.
실시예 5의 전극의 가속 수명은 9.74 Mah/㎡였고;
비교예 5의 전극의 가속 수명은 0.3 Mah/㎡였다.
테스트 2
테스트 조건은 45000A/㎡, 80℃, 25% 황산 전해질, 극성 반전 없음이었다.
실시예 5의 전극의 가속 수명은 74.0 Mah/㎡였고;
비교예 5의 전극의 가속 수명은 57.8 Mah/㎡였다.
유사하게, 전극의 극성 반전 과정에서 전극 상의 대부분의 침전물이 세정되어 산소 발생 전극의 자체 세정이 실현된다. 또한, 실시예 5는 비교예 5에 비해 직류 전류 조건에서는 서비스 수명이 향상되었지만 극성 반전 조건에서는 수명이 크게 연장되었다.
본 출원에 개시된 실시예를 이상과 같이 설명하였으나, 전술한 내용은 본 출원의 이해를 돕기 위한 실시예일 뿐이며, 본 출원을 한정하려고 의도된 것은 아니다. 당업자라면 본 출원의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 실시예의 형태 및 세부사항에 대해 임의의 수정 및 변경을 할 수 있으므로, 본 출원의 특허 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해 한정된 범위를 따른다.

Claims (10)

  1. 극성 반전 가능한 전극으로서,
    금속 또는 이의 합금을 포함하는 기판;
    상기 기판 상에 배치되고 백금족 금속 및 백금족 금속 산화물을 포함하는 중간층; 및
    상기 중간층 상에 배치되고 혼합 금속 산화물을 포함하는 촉매층
    을 포함하는, 극성 반전 가능한 전극.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중간층은 금속 백금과 이산화이리듐의 혼합물을 포함하는, 극성 반전 가능한 전극.
  3. 제2항에 있어서, 상기 중간층의 백금과 이리듐 함량의 합은 상기 금속 함량을 기준으로 1g/㎡ 내지 30g/㎡이고; 바람직하게는, 상기 중간층의 백금 함량은 상기 중간층의 총 금속 함량을 기준으로 10 중량% 내지 90 중량%이고; 바람직하게는, 상기 중간층의 이리듐 함량은 상기 중간층의 총 금속 함량을 기준으로 10 중량% 내지 90 중량%이고; 바람직하게는, 상기 중간층의 총 금속 함량을 기준으로 상기 중간층의 백금 함량은 40 중량% 내지 90 중량%이고, 상기 중간층의 이리듐 함량은 10 중량% 내지 60 중량%인, 극성 반전 가능한 전극.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 중간층은 루테늄, 팔라듐 및 로듐 중 임의의 하나 이상을 더 포함하고; 바람직하게는, 상기 중간층의 금속 루테늄, 팔라듐 및 로듐의 함량은 상기 중간층의 총 금속 함량을 기준으로 각각 10 중량% 미만인, 극성 반전 가능한 전극.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중간층의 백금족 금속은 상기 기판 내로 확산되어 혼합 전이층을 형성하는, 극성 반전 가능한 전극.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매층은 이리듐의 금속 산화물을 포함하고; 바람직하게는, 상기 촉매층은 탄탈륨과 이리듐의 혼합 금속 산화물을 포함하고; 바람직하게는, 상기 촉매층은 오산화탄탈륨과 이산화이리듐을 포함하고; 바람직하게는, 상기 촉매층의 이리듐 함량은 상기 금속 함량을 기준으로 3g/㎡ 내지 100g/㎡이고; 바람직하게는, 상기 촉매층의 이리듐 함량은 상기 촉매층의 총 금속 함량을 기준으로 20 중량% 내지 90 중량%이고; 바람직하게는, 상기 촉매층의 탄탈륨 함량은 상기 촉매층의 총 금속 함량을 기준으로 10 중량% 내지 80 중량%인, 극성 반전 가능한 전극.
  7. 제6항에 있어서, 상기 촉매층은 루테늄, 팔라듐, 로듐, 티타늄, 니오븀, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 몰리브덴 및 텅스텐 중 임의의 하나 이상을 더 포함하고; 바람직하게는, 상기 촉매층의 루테늄, 팔라듐, 로듐, 티타늄, 니오븀, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 몰리브덴 및 텅스텐의 함량은 상기 촉매층의 총 금속 함량을 기준으로 각각 10 중량% 미만인, 극성 반전 가능한 전극.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 밸브형 금속 또는 밸브형 금속의 합금이고; 바람직하게는, 상기 밸브형 금속은 티타늄, 탄탈륨, 니오븀, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 몰리브덴 및 텅스텐 중 하나 이상 중에서 선택되고; 바람직하게는, 상기 기판은 금속성 티타늄 또는 티타늄 합금인, 극성 반전 가능한 전극.
  9. 전기분해, 전기투석 또는 전기도금을 위한 전극으로서의, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 전극의 용도.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전극은 산소 발생 전극인, 용도.
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