KR20230153210A - High crystallinity and porous catalyst for fuel cell, manufacturing method thereof, and fuel cell using same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지용 고결정성·다공성 촉매, 그 제조방법 및 이를 이용한 연료전지에 관한 것으로, 본 발명에 따른 연료전지 촉매 제조방법은 탄소의 결정성은 유지하면서 비표면적 증가 및 기공 구조가 발달된 촉매를 얻을 수 있는 장점이 있다. 또한 전자빔 조사 환원법을 활용하여 단시간에 제조 가능 하며, 유독 합성 반응 부산물의 생성을 방지할 수 있다.The present invention relates to a highly crystalline and porous catalyst for fuel cells, a manufacturing method thereof, and a fuel cell using the same. The method for manufacturing a fuel cell catalyst according to the present invention produces a catalyst with an increased specific surface area and a developed pore structure while maintaining the crystallinity of carbon. There are advantages that can be gained. In addition, it can be manufactured in a short time using the electron beam irradiation reduction method, and the creation of toxic synthesis reaction by-products can be prevented.
Description
본 발명은 고결정성·다공성 촉매에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연료전지용 촉매 응용에 적당한 흑연화도는 유지하면서도 고비표면적·메조 기공이 발달된 구조를 갖는 탄소 담지체 및 촉매의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a highly crystalline and porous catalyst, and more specifically, to a method of producing a carbon support and catalyst having a structure with a high specific surface area and developed mesopores while maintaining a degree of graphitization suitable for catalyst application in fuel cells.
차세대 친환경 에너지원으로 각광받고 있는 수소는 수소 경제 사회로의 전환을 이끄는 동력원으로 주목받고 있으며, 이러한 동력원 중 하나인 고분자 전해질 연료전지는 산소환원반응을 통해 전기에너지로 변환시키는 전기화학적 에너지 변환 장치이다.Hydrogen, which is in the spotlight as a next-generation eco-friendly energy source, is attracting attention as a power source that will lead the transition to a hydrogen economic society. One of these power sources, the polymer electrolyte fuel cell, is an electrochemical energy conversion device that converts it into electrical energy through an oxygen reduction reaction. .
연료전지의 작동 원리는 연료(수소, 메탄올 등)가 애노드에 공급되어 촉매 작용에 의해 연료가 산화되고 동시에 전자가 방출되어 외부 부하를 통해 캐소드로 전도되고, 캐소드에서는 다시 촉매 작용으로 산화제가 환원되어 물을 생성하면서 전기를 발생시키는 것이다(비특허문헌, Yun Wang et al., Applied Energy 88 (2011) 981-1007).The operating principle of a fuel cell is that fuel (hydrogen, methanol, etc.) is supplied to the anode, the fuel is oxidized by a catalyst action, and at the same time, electrons are released and conducted to the cathode through an external load, and at the cathode, the oxidant is reduced again by a catalyst action. Electricity is generated while generating water (non-patent literature, Yun Wang et al., Applied Energy 88 (2011) 981-1007).
연료전지 촉매의 주된 연구기술 분야는 촉매의 활성을 높이기 위해 수 나노미터 크기로 제조하는 연구와, 이를 높은 비표면적을 가지는 탄소 담지체에 고르게 담지하여 물질 이동을 고효율로 반응하게 하는 연구이다. 이때 탄소 담지체는 촉매 활성점인 백금 나노 입자의 고분산 담지를 유도하여 반응 효율을 극대화하고, 촉매 반응으로 생성되는 전자를 출력 장치에 원활히 전달하는 역할을 한다.The main areas of research and technology for fuel cell catalysts include manufacturing them in a size of several nanometers to increase catalyst activity and researching how to evenly support them on a carbon support with a high specific surface area to enable mass transfer and reaction with high efficiency. At this time, the carbon support maximizes reaction efficiency by inducing highly dispersed support of platinum nanoparticles, which are catalytic active sites, and serves to smoothly transfer electrons generated by the catalytic reaction to the output device.
일반적으로 탄소 담지체는 카본 블랙(Carbon black)이 사용되고 있으나, 연료전지 구동 시 시동 및 정지 과정에서 전극으로 유입된 외부 공기는 연료인 수소와 혼재되어 1.2V 이상의 고전위가 탄소에 영향을 미치게 된다. 탄소의 산화 표준 전위인 0.207V 보다 높은 전위로 인해 탄소 부식을 야기하고 이에 따라 연료전지의 성능과 수명을 단축시킨다.Carbon black is generally used as a carbon carrier, but the external air that flows into the electrode during the start and stop process of fuel cell operation is mixed with hydrogen, which is the fuel, and a high potential of 1.2V or more affects the carbon. . A potential higher than 0.207V, the standard oxidation potential of carbon, causes carbon corrosion and thus shortens the performance and lifespan of the fuel cell.
이에 대한 대책으로, 촉매 지지체인 탄소 소재의 무정형 탄소층을 고온 흑연화를 통해 결정질 탄소층을 증가시켜 탄소 담지체의 산화 개시 온도를 높이고, 이에 따라 연료전지 전극 열화에 의한 부식을 억제하려는 시도가 이루어지고 있다.As a countermeasure to this, an attempt was made to increase the oxidation initiation temperature of the carbon support by increasing the crystalline carbon layer through high-temperature graphitization of the amorphous carbon layer of the carbon material that is the catalyst support, thereby suppressing corrosion caused by fuel cell electrode deterioration. It is being done.
또한 연료전지 전기화학 반응의 실질적인 장소인 삼상계면은 전해질, 전극 및 반응가스(수소/산소)의 세가지 다른 상이 상호 접촉하는 영역이며, 수소 이온의 매개체로는 이오노머(ionomer)가 필요하고 전기화학 반응을 통해 생성된 전자의 매개체로는 고전도성 및 다공성 탄소가 필요하다.In addition, the three-phase interface, which is the actual site of the electrochemical reaction in a fuel cell, is an area where three different phases of electrolyte, electrode, and reaction gas (hydrogen/oxygen) come into contact with each other. An ionomer is required as a medium for hydrogen ions and the electrochemical reaction occurs. Highly conductive and porous carbon is required as a medium for the electrons generated through .
따라서, 일반적으로 연료전지용 촉매 담지체는 높은 전기 전도도, 금속 촉매와의 강한 상호작용, 넓은 비표면적, 다공성 구조 및 연료전지 운전 조건에서의 높은 부식 저항성을 필요로 한다.Therefore, catalyst carriers for fuel cells generally require high electrical conductivity, strong interaction with metal catalysts, large specific surface area, porous structure, and high corrosion resistance under fuel cell operating conditions.
본 발명의 일 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위해 고비표면적이면서 메조 기공이 발달된 다공성 연료전지 촉매의 제조방법을 제공하는 것이다.One purpose of the present invention is to provide a method for manufacturing a porous fuel cell catalyst with a high specific surface area and developed mesopores in order to solve the above problems.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탄소 지지체와 금속 화합물 분말을 혼합하는 단계, 상기 혼합된 탄소 지지체를 열처리하는 단계, 용매에 상기 탄소 지지체를 첨가하고 분산시켜 탄소 지지체 분산 용액을 형성하는 단계, 상기 탄소 지지체 분산 용액에 금속 전구체를 첨가 혼합하여 전구체 혼합 용액을 형성하는 단계, 상기 전구체 혼합 용액에 전자빔을 조사하여 금속을 합금화시키는 단계, 상기 금속이 합금된 탄소 지지체를 수득하는 단계를 포함하는 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes the steps of mixing a carbon support and a metal compound powder, heat treating the mixed carbon support, adding and dispersing the carbon support in a solvent to form a carbon support dispersion solution, Fuel comprising the steps of forming a precursor mixed solution by adding and mixing a metal precursor to the carbon support dispersion solution, alloying the metal by irradiating an electron beam to the precursor mixed solution, and obtaining a carbon support alloyed with the metal. A method for manufacturing a battery catalyst is provided.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 금속 화합물 분말이 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 또는 망간(Mg)의 착화합물 분말인 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a fuel cell catalyst wherein the metal compound powder is a complex compound powder of zinc (Zn), magnesium (Mg), or manganese (Mg).
다른 측면에서, 본 발명은 상기 금속 화합물 분말이 아연(Zn), 인산 아연(Zn3(PO4)2), 질산 아연(Zn(NO3)2), 또는 황산 아연(ZnSO4)인 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a fuel cell in which the metal compound powder is zinc (Zn), zinc phosphate (Zn 3 (PO 4 ) 2 ), zinc nitrate (Zn(NO 3 ) 2 ), or zinc sulfate (ZnSO 4 ). A method for producing a catalyst is provided.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 탄소 지지체와 금속 화합물 분말을 혼합하는 단계가 진동 혼합을 통해 이루어지는 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for manufacturing a fuel cell catalyst in which the step of mixing the carbon support and the metal compound powder is performed through vibration mixing.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 진동 혼합이 공명 음향학적 진동 혼합기에서 이루어지는 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for manufacturing a fuel cell catalyst in which the vibration mixing is performed in a resonant acoustic vibration mixer.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 진동 혼합이 30 내지 100 G의 가속도로, 5분 내지 30분동안 수행되는 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a fuel cell catalyst in which the vibration mixing is performed at an acceleration of 30 to 100 G for 5 to 30 minutes.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 탄소 지지체와 금속 화합물 분말을 혼합하는 단계가 상기 탄소 지지체를 열처리한 후 금속 화합물 분말과 혼합하는 것을 포함하는 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a fuel cell catalyst wherein the step of mixing the carbon support and the metal compound powder includes heat-treating the carbon support and then mixing it with the metal compound powder.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 탄소 지지체와 금속 화합물 분말을 혼합하는 단계에서의 열처리하는 온도가 이후 혼합된 탄소 지지체를 열처리하는 온도보다 높은 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method of manufacturing a fuel cell catalyst in which the heat treatment temperature in the step of mixing the carbon support and the metal compound powder is higher than the temperature of the subsequent heat treatment of the mixed carbon support.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 혼합된 탄소 지지체를 열처리하는 단계에서 열처리 온도가 910 내지 1600℃인 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a fuel cell catalyst wherein the heat treatment temperature is 910 to 1600°C in the step of heat treating the mixed carbon support.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 혼합된 탄소 지지체를 열처리하는 단계에서 열처리 시간이 1 내지 5시간인 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a fuel cell catalyst in which the heat treatment time is 1 to 5 hours in the step of heat treating the mixed carbon support.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 혼합된 탄소 지지체를 열처리하는 단계에 의하여 탄소 지지체의 기공도를 제어하는 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for manufacturing a fuel cell catalyst that controls the porosity of the carbon support by heat treating the mixed carbon support.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 용매가 무기 용매와 유기 용매의 혼합 용매인 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a fuel cell catalyst where the solvent is a mixed solvent of an inorganic solvent and an organic solvent.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 탄소 지지체 분산 용액을 형성하는 단계에서 용액의 온도가 10 내지 20℃로 유지되는 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a fuel cell catalyst in which the temperature of the solution is maintained at 10 to 20° C. in the step of forming the carbon support dispersed solution.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 금속 전구체가 백금(Pt) 전구체인 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for manufacturing a fuel cell catalyst where the metal precursor is a platinum (Pt) precursor.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 전구체 혼합 용액을 형성하는 단계에서 전구체 혼합 용액의 pH가 염기성으로 조절되는 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a fuel cell catalyst in which the pH of the precursor mixed solution is adjusted to basic in the step of forming the precursor mixed solution.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 금속을 합금화하는 단계에서 전자빔을 조사하는 시간이 15분 내지 30분인 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for manufacturing a fuel cell catalyst in which the electron beam irradiation time in the step of alloying the metal is 15 to 30 minutes.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 금속이 합금된 탄소 지지체를 수득하는 단계가 상기 전자빔이 조사된 전구체 혼합 용액을 여과한 후 건조하는 것을 포함하는 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a fuel cell catalyst, wherein the step of obtaining the metal-alloyed carbon support includes filtering and then drying the precursor mixture solution irradiated with the electron beam.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 연료전지 촉매가 2 내지 50 nm 크기의 메조 기공이 발달된 다공성 촉매인 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a fuel cell catalyst in which the fuel cell catalyst is a porous catalyst with developed mesopores of 2 to 50 nm in size.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 연료전지 촉매의 비표면적이 100 내지 500 m2/g인 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a fuel cell catalyst having a specific surface area of 100 to 500 m 2 /g.
또 다른 측면에서, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되는 연료전지 촉매를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a fuel cell catalyst prepared by the above manufacturing method.
본 발명에 따른 연료전지 촉매 제조방법은 탄소의 결정성은 유지하면서 비표면적 증가 및 기공 구조가 발달된 촉매를 얻을 수 있는 장점이 있다. 또한 전자빔 조사 환원법을 활용하여 단시간에 제조 가능 하며, 유독 합성 반응 부산물의 생성을 방지할 수 있다.The fuel cell catalyst manufacturing method according to the present invention has the advantage of obtaining a catalyst with an increased specific surface area and a developed pore structure while maintaining the crystallinity of carbon. In addition, it can be manufactured in a short time using the electron beam irradiation reduction method, and the creation of toxic synthesis reaction by-products can be prevented.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 촉매의 제조방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 촉매의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 촉매에 대한 투과 전자 현미경(TEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 촉매에 대한 X선 회절 패턴 분석 (XRD) 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 촉매에 대한 Raman 스펙트럼 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 촉매에 대한 BET 비표면적 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 촉매에 대한 기공도 크기 분포도(Pore Size Distribution) 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 촉매의 성능을 분석한 결과를 나타낸 것이다.1 is a flowchart sequentially showing a method for manufacturing a fuel cell catalyst according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram for explaining a method of manufacturing a fuel cell catalyst according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows a transmission electron microscope (TEM) image of a fuel cell catalyst according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows the results of X-ray diffraction pattern analysis (XRD) for a fuel cell catalyst according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows Raman spectrum results for a fuel cell catalyst according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows the results of BET specific surface area analysis for a fuel cell catalyst according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 shows the pore size distribution results for the fuel cell catalyst according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 shows the results of analyzing the performance of a fuel cell catalyst according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
한편, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Meanwhile, the embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Additionally, the embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the relevant technical field.
나아가, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.Furthermore, “including” a certain element throughout the specification means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 촉매의 제조방법을 순차적으로 도시한 순서도이고, 도 2의 (a) 및 (b)는 도 1의 연료전지 촉매의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a flow chart sequentially showing a method for manufacturing a fuel cell catalyst according to an embodiment of the present invention, and Figures 2 (a) and (b) are diagrams for explaining the manufacturing method for the fuel cell catalyst of Figure 1. am.
도 1, 도 2의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명은 탄소 지지체와 금속 화합물 분말을 혼합하는 단계(S100), 상기 혼합된 탄소 지지체를 열처리하는 단계(S200), 용매에 상기 탄소 지지체를 첨가하고 분산시켜 탄소 지지체 분산 용액을 형성하는 단계(S300), 상기 탄소 지지체 분산 용액에 금속 전구체를 첨가 혼합하여 전구체 혼합 용액을 형성하는 단계(S400), 상기 전구체 혼합 용액에 전자빔을 조사하여 금속을 합금화시키는 단계(S500), 및 상기 금속이 합금된 연료전지 촉매를 수득하는 단계(S600)를 포함하는 연료전지 촉매의 제조방법을 제공한다.Referring to Figures 1 and 2 (a) and (b), the present invention includes mixing a carbon support and a metal compound powder (S100), heat treating the mixed carbon support (S200), and mixing the carbon support with a solvent. Adding and dispersing a carbon support to form a carbon support dispersion solution (S300), adding and mixing a metal precursor to the carbon support dispersion solution to form a precursor mixed solution (S400), and irradiating the precursor mixed solution with an electron beam. A method for manufacturing a fuel cell catalyst is provided, including the step of alloying the metal (S500) and the step of obtaining a fuel cell catalyst alloyed with the metal (S600).
본 발명의 일 실시예에서 탄소 지지체와 금속 화합물 분말을 혼합하는 단계(S100)는 탄소 지지체를 열처리한 후 금속 화합물 분말과 혼합하는 단계이다. 금속 화합물 분말이 혼합된 탄소 지지체는 도 2의 (a)에 나타내었다.In one embodiment of the present invention, the step of mixing the carbon support and the metal compound powder (S100) is a step of heat treating the carbon support and then mixing it with the metal compound powder. The carbon support mixed with the metal compound powder is shown in Figure 2 (a).
탄소 지지체를 열처리하는 과정은 고온 열처리 가열로에서 진공 분위기에서 2시간 동안 이루어질 수 있으며, 열처리를 통해 고결정성의 탄소 지지체를 얻을 수 있다. 열처리 온도는 혼합된 탄소 지지체를 열처리하는 단계(S200)에서의 온도보다 높을 수 있으며, 구체적으로는 1600℃ 내지 2600℃의 온도일 수 있다.The process of heat treating the carbon support can be performed in a high-temperature heat treatment furnace in a vacuum atmosphere for 2 hours, and a highly crystalline carbon support can be obtained through heat treatment. The heat treatment temperature may be higher than the temperature in the step (S200) of heat treating the mixed carbon support, and may specifically be a temperature of 1600°C to 2600°C.
상기 금속 화합물 분말은 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 또는 망간(Mg)의 착화합물 분말일 수 있으며, 구체적으로는 아연(Zn), 인산 아연(Zn3(PO4)2), 질산 아연(Zn(NO3)2), 또는 황산 아연(ZnSO4)일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 금속 화합물 분말은 인산 아연이다.The metal compound powder may be a complex powder of zinc (Zn), magnesium (Mg), or manganese (Mg), and specifically, zinc (Zn), zinc phosphate (Zn 3 (PO 4 ) 2 ), zinc nitrate ( It may be Zn(NO 3 ) 2 ), or zinc sulfate (ZnSO 4 ). According to one embodiment of the present invention, the metal compound powder is zinc phosphate.
상기 열처리된 탄소 지지체와 금속 화합물 분말을 혼합하는 단계는 진동 혼합을 통해 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 공명 음향학적 진동 혼합기에서 수행될 수 있다. 상기 혼합 과정은 30 내지 100 G, 30 내지 90 G, 40 내지 90 G, 또는 50 내지 90 G의 가속도로 수행될 수 있으며, 바람직하게는 50 내지 90 G의 가속도로 수행되는 것이 좋다. 혼합 시간은 5 내지 30분, 5 내지 25분, 또는 5 내지 20분일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 20분인 것이 좋다.The step of mixing the heat-treated carbon support and the metal compound powder may be performed through vibration mixing. According to one embodiment of the present invention, it can be performed in a resonant acoustic vibration mixer. The mixing process may be performed at an acceleration of 30 to 100 G, 30 to 90 G, 40 to 90 G, or 50 to 90 G, and is preferably performed at an acceleration of 50 to 90 G. The mixing time may be 5 to 30 minutes, 5 to 25 minutes, or 5 to 20 minutes, and is preferably 5 to 20 minutes.
상기 혼합된 탄소 지지체를 열처리하는 단계(S200)는 금속을 기화시켜 탄소 지지체의 기공도를 제어하는 단계이다. 메조 기공이 형성된 다공성 탄소 지지체는 도 2의 (b)에 나타내었다.The step of heat treating the mixed carbon support (S200) is a step of controlling the porosity of the carbon support by vaporizing the metal. The porous carbon support with mesopores formed is shown in Figure 2(b).
열처리 온도는 910 내지 1600℃, 또는 950 내지 1600℃일 수 있으며, 금속의 기화점을 초과하는 온도라면 이에 제한되지 않는다. 열처리하는 시간은 1 내지 5시간, 1 내지 4시간, 또는 2 내지 4시간일 수 있으며, 바람직하게는 3시간인 것이 좋다. 열처리 시간은 금속의 종류에 따라 조절될 수 있다. 열처리를 통해 금속이 기화하면 응집 되어있던 고결정성 탄소 담지체의 응집율을 떨어뜨리며, 고결정성 탄소 응집체에 새로운 메조 기공을 형성하여 기공도 제어에 기여한다.The heat treatment temperature may be 910 to 1600°C, or 950 to 1600°C, and is not limited thereto as long as the temperature exceeds the vaporization point of the metal. The heat treatment time may be 1 to 5 hours, 1 to 4 hours, or 2 to 4 hours, and is preferably 3 hours. Heat treatment time can be adjusted depending on the type of metal. When the metal is vaporized through heat treatment, the agglomeration rate of the highly crystalline carbon support is reduced and new mesopores are formed in the highly crystalline carbon aggregate, contributing to porosity control.
이때 금속 화합물 분말을 혼합하는 단계(S100)를 수행하지 않고 에어 활성 분위기에서 열처리하여 에어 활성화된 탄소 지지체를 비교예 2로서 얻을 수 있다. 열처리는 1000 내지 1600℃에서 3시간동안 이루어질 수 있다.At this time, an air-activated carbon support can be obtained as Comparative Example 2 by heat treatment in an air-activated atmosphere without performing the step of mixing the metal compound powder (S100). Heat treatment can be performed at 1000 to 1600°C for 3 hours.
탄소 지지체 분산 용액을 형성하는 단계(S300)는 용매에 상기 탄소 지지체를 첨가하고 분산시켜 탄소 지지체 분산 용액을 형성하는 단계이다. 용매와 상기 탄소 지지체는 5 내지 20L/분으로 정량 주입할 수 있으며, 바람직하게는 10L/분으로 정량 주입하는 것이 좋다.The step of forming a carbon support dispersion solution (S300) is a step of adding and dispersing the carbon support in a solvent to form a carbon support dispersion solution. The solvent and the carbon support can be quantitatively injected at a rate of 5 to 20 L/min, preferably at a rate of 10 L/min.
상기 용매는 무기 용매와 유기 용매의 혼합 용매일 수 있으며, 이때 무기 용매와 유기 용매는 각각 물, 알코올일 수 있다. 상기 유기 용매에 포함되는 알코올은 다가 알코올인 것이 바람직하며 아세톤, 에탄올, 이소프로필 알코올, 에탄올, n-프로필 알코올, 부탄올, 에틸렌 글라이콜, 디에틸렌 글라이콜 및 글리세롤로 이루어진 군에서 선택되어 적어도 하나를 사용할 수 있다.The solvent may be a mixed solvent of an inorganic solvent and an organic solvent. In this case, the inorganic solvent and the organic solvent may be water and alcohol, respectively. The alcohol contained in the organic solvent is preferably a polyhydric alcohol and is at least selected from the group consisting of acetone, ethanol, isopropyl alcohol, ethanol, n-propyl alcohol, butanol, ethylene glycol, diethylene glycol, and glycerol. You can use one.
상기 용매에서 물 및 알코올의 부피비는 1:0.1 내지 1:2일 수 있다. 일 실시예로서, 상기 용매는 물 및 알코올을 1:0.5 내지 1:1의 부피비로 포함할 수 있다.The volume ratio of water and alcohol in the solvent may be 1:0.1 to 1:2. As an example, the solvent may include water and alcohol in a volume ratio of 1:0.5 to 1:1.
한편, 탄소 지지체 분산 용액을 형성하는 단계(S300)에서 용액을 교반함과 동시에 온도 컨트롤러를 통해 용액 전체에 균일한 온도를 유지할 수 있다. 이때 온도는 10 내지 30℃; 10 내지 25℃; 10 내지 20℃; 또는 10 내지 15℃로 유지할 수 있으며, 바람직하게는 15℃로 유지할 수 있다.Meanwhile, in the step of forming the carbon support dispersed solution (S300), the solution can be stirred and a uniform temperature throughout the solution can be maintained through a temperature controller. At this time, the temperature is 10 to 30°C; 10 to 25°C; 10 to 20°C; Alternatively, it can be maintained at 10 to 15°C, preferably at 15°C.
상기 용매를 분산시킴으로써 탄소 지지체 분산 용액을 형성할 수 있다. 상기 분산은 통상적으로 이용되는 방법을 이용할 수 있으며 예를 들면, 초음파 분산으로 수행될 수 있다. 초음파 분산 장치는 3초 가동-1초 정지, Amplitude intensity 50 %의 이하의 조건으로 실시할 수 있다.A carbon support dispersion solution can be formed by dispersing the solvent. The dispersion may be performed using a commonly used method, for example, by ultrasonic dispersion. The ultrasonic dispersion device can be operated under the following conditions: 3 seconds on, 1 second off,
전구체 혼합 용액을 형성하는 단계(S400)는 상기 형성된 탄소 지지체 분산 용액에 금속 전구체를 첨가 혼합하는 단계이다. 상기 금속 전구체는 백금 전구체일 수 있다. 상기 백금 전구체로는 H2PtCl6, H6Cl2N2Pt, PtCl2, PtBr2, 아세틸아세토네이트(platinum acetylacetonate), K2(PtCl4), H2Pt(OH)6, Pt(NO3)2, [Pt(NH3)4]Cl2, [Pt(NH3)4](HCO3)2, [Pt(NH3)4](OAc)2, (NH4)2PtBr6, (NH3)2PtCl6 및 이들의 수화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나가 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The step of forming a precursor mixed solution (S400) is a step of adding and mixing a metal precursor to the formed carbon support dispersion solution. The metal precursor may be a platinum precursor. The platinum precursors include H 2 PtCl 6 , H 6 Cl 2 N 2 Pt, PtCl 2 , PtBr 2 , acetylacetonate (platinum acetylacetonate), K 2 (PtCl 4 ), H 2 Pt(OH) 6 , and Pt(NO). 3 ) 2 , [Pt(NH 3 ) 4 ]Cl 2 , [Pt(NH 3 ) 4 ](HCO 3 ) 2 , [Pt(NH 3 ) 4 ](OAc) 2 , (NH 4 ) 2 PtBr 6 , At least one selected from the group consisting of (NH 3 ) 2 PtCl 6 and their hydrates may be used, but is not limited thereto.
한편, 전구체 혼합 용액을 형성하는 단계(S400)는 상기 전구체 혼합 용액의 pH를 염기성으로 조절하는 것을 포함할 수 있다. 이때 pH를 조절할 수 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않으며, pH 조절제를 정량 주입하여 pH를 조절할 수 있다. NaOH, Na2CO3, KOH, K2CO3, H2SO4와 같은 통상적인 pH 조절제 중에서 적어도 하나가 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, pH 범위는 pH 8 내지 14일 수 있다. 바람직하게는, 1 M NaOH를 사용하여 pH 10 내지 11로 조절할 수 있다. Meanwhile, forming the precursor mixed solution (S400) may include adjusting the pH of the precursor mixed solution to basic. At this time, there is no particular limitation as long as the method can adjust the pH, and the pH can be adjusted by injecting a fixed amount of a pH adjuster. At least one of common pH adjusters such as NaOH, Na 2 CO 3 , KOH, K 2 CO 3 and H 2 SO 4 may be used, but is not limited thereto, and the pH range may be pH 8 to 14. Preferably, pH can be adjusted to 10 to 11 using 1 M NaOH.
금속을 합금화시키는 단계(S500)는 상기 전구체 혼합 용액에 전자빔을 조사하여 금속을 합금화하는 단계이다.The metal alloying step (S500) is a step of alloying the metal by irradiating an electron beam to the precursor mixture solution.
상기 전자빔은 0.1 내지 2 MeV 에너지를 가질 수 있고, 인가 전류는 0.2 내지 20 mA일 수 있다. 상기 조건 하에 전자빔을 조사하면 금속 이온이 환원되어 탄소 지지체에 금속이 합금화된다. The electron beam may have energy of 0.1 to 2 MeV, and the applied current may be 0.2 to 20 mA. When an electron beam is irradiated under the above conditions, metal ions are reduced and the metal is alloyed on the carbon support.
전자빔을 조사하는 시간은 5분 내지 40분; 5분 내지 30분; 10분 내지 30분; 15분 내지 30분; 10분 내지 20분; 15분 내지 20분일 수 있으며, 바람직하게는 15분 내지 20분일 수 있다. 금속의 종류에 따라 적절한 시간동안 전자빔을 조사할 수 있다.The electron beam irradiation time is 5 to 40 minutes; 5 to 30 minutes; 10 to 30 minutes; 15 to 30 minutes; 10 to 20 minutes; It may be 15 to 20 minutes, preferably 15 to 20 minutes. Depending on the type of metal, the electron beam can be irradiated for an appropriate amount of time.
금속이 합금된 연료전지 촉매를 수득하는 단계(S600)는 상기 전자빔이 조사된 전구체 혼합 용액을 여과한 후 건조하는 것을 포함할 수 있다.Obtaining a metal alloy fuel cell catalyst (S600) may include filtering and drying the precursor mixture solution irradiated with the electron beam.
여과하는 방법이라면 특별히 제한되지 않으나, 진공 필터로 여과할 수 있다. 건조하는 방법이라면 특별히 제한되지 않고, 오븐에서 건조할 수 있다. 오븐에서 건조하는 경우 100℃ 이하의 온도에서 건조할 수 있으며, 바람직하게는 60℃인 것이 좋다. There is no particular limitation as to the method of filtration, but filtration may be performed using a vacuum filter. There is no particular limitation as to the drying method, and drying may be performed in an oven. When drying in an oven, it can be dried at a temperature of 100°C or lower, preferably at 60°C.
상기 연료전지 촉매는 메조 기공이 발달한 것을 특징으로 하며, 비표면적은 100 내지 500 m2/g; 150 내지 500 m2/g; 200 내지 500 m2/g; 250 내지 500 m2/g; 300 내지 500 m2/g; 또는 350 내지 500 m2/g 일 수 있다.The fuel cell catalyst is characterized by developed mesopores, and has a specific surface area of 100 to 500 m 2 /g; 150 to 500 m 2 /g; 200 to 500 m 2 /g; 250 to 500 m 2 /g; 300 to 500 m 2 /g; Or it may be 350 to 500 m 2 /g.
상기 용어 “메조 기공”은 직경이 2 내지 50 nm인 기공을 지칭하는 것으로 본 명세서에서 사용된다.The term “mesopore” is used herein to refer to pores with a diameter of 2 to 50 nm.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 제조방법으로 제조되는 연료전지 촉매를 제공한다.Another aspect of the present invention provides a fuel cell catalyst manufactured by the above manufacturing method.
상기 연료전지는 고분자 전해질 연료전지일 수 있으며, 고분자 전해질 연료전지의 막-전극 어셈블리(MEA)는 애노드, 캐소드, 및 이들 사이의 고분자 전해질막을 포함하되, 상기 애노드와 캐소드 중 적어도 하나는 본 발명의 촉매를 포함할 수 있다.The fuel cell may be a polymer electrolyte fuel cell, and the membrane-electrode assembly (MEA) of the polymer electrolyte fuel cell includes an anode, a cathode, and a polymer electrolyte membrane between them, and at least one of the anode and the cathode is the electrolyte membrane of the present invention. It may contain a catalyst.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예를 통해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples and experimental examples.
단, 후술하는 실시예 및 실험예는 본 발명을 일 측면에서 구체적으로 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.However, the examples and experimental examples described below only specifically illustrate the present invention from one aspect, and the present invention is not limited thereto.
<실시예> 다공성 탄소 지지체의 제조<Example> Preparation of porous carbon support
다공성 탄소 지지체의 제조방법은 상기 S100 내지 S200에서 기술한 바와 같으며, 금속 화합물 분말은 인산 아연을 사용하였다. 탄소 지지체와 인산 아연의 함량을 변화시키며 다공성 탄소 지지체를 제조하였고, 제조된 다공성 탄소 지지체의 함량 조건은 하기 표 1에 나타내었다. 비교예 1은 인산 아연을 혼합하지 않은 탄소 지지체이다.The manufacturing method of the porous carbon support was as described in S100 to S200 above, and zinc phosphate was used as the metal compound powder. A porous carbon support was prepared by varying the contents of the carbon support and zinc phosphate, and the content conditions of the prepared porous carbon support are shown in Table 1 below. Comparative Example 1 is a carbon support that does not contain zinc phosphate.
상기 표 1에서 단위는 중량%(wt%)이다.상기 본 실시예(실시예 2), 비교예 1(탄소 지지체) 및 비교예 2(에어 활성화된 탄소 지지체)에 대하여 투과 전자 현미경 (TEM) 이미지 분석하였으며, 그 결과는 도 3에 나타내었다. 도 3을 보면, 실시예에 따른 탄소 지지체의 경우 인산 아연의 기화에 따른 메조 기공의 생성 및 입자 간의 응집도가 낮아진 것을 확인할 수 있다.In Table 1, the unit is weight% (wt%). Transmission electron microscopy (TEM) for the present Example (Example 2), Comparative Example 1 (carbon support), and Comparative Example 2 (air-activated carbon support). Images were analyzed, and the results are shown in Figure 3. Looking at Figure 3, it can be seen that in the case of the carbon support according to the example, the creation of mesopores and the degree of cohesion between particles were reduced due to vaporization of zinc phosphate.
<실험예 1> X선 회절 패턴 분석 (XRD) 및 Raman 스펙트럼 분석<Experimental Example 1> X-ray diffraction pattern analysis (XRD) and Raman spectrum analysis
본 발명에 따른 실시예(실시예 2), 비교예 1(탄소 지지체) 및 비교예 2(에어 활성화된 탄소 지지체)에 대하여 X선 회절 패턴 분석 및 Raman 스펙트럼 분석을 수행하였다. 실험 방법은 다음과 같다.X-ray diffraction pattern analysis and Raman spectrum analysis were performed on the Example (Example 2), Comparative Example 1 (carbon support), and Comparative Example 2 (air-activated carbon support) according to the present invention. The experimental method is as follows.
탄소 지지체를 Rigaku 1200와 Cu-Kα 광원, Ni β-필터를 사용하여 40 kV, 20 mA에서 X선 회절 패턴 분석을 수행하였다. 흑연(002) 격자면에 대한 2θ 반사 피크로부터 Debye-Scherer 식을 이용하여 탄소의 평균 결정립 크기를 결정하였다.X-ray diffraction pattern analysis was performed on the carbon
한편, 제조된 탄소 지지체에 대하여 라만 스펙트럼 분석을 Bruker Fourier-transform spectroform spectrophotometer IFS-66/FRA106S로 수행하였고, 광원으로서 46 mW 아르곤-이온 레이저 (1064 nm)을 사용하였다. Meanwhile, Raman spectrum analysis of the prepared carbon support was performed using a Bruker Fourier-transform spectroform spectrophotometer IFS-66/FRA106S, and a 46 mW argon-ion laser (1064 nm) was used as a light source.
실험 결과는 각각 도 4 및 도 5에 나타내었다. 도 4를 보면, 비교예 2(에어 활성화된 탄소 지지체)에 비하여 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 지지체에서 훨씬 결정성이 높은 것을 확인할 수 있다.The experimental results are shown in Figures 4 and 5, respectively. Looking at Figure 4, it can be seen that the crystallinity of the carbon support according to an embodiment of the present invention is much higher than that of Comparative Example 2 (air activated carbon support).
도 5를 보면, D-Band (비정질도, Defective band), G-Band (정질도, Graphitic band) 비교를 통한 표면 물성 분석을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 지지체가 X선 회절 패턴 분석 결과와 유사한 정질도를 유지함을 확인할 수 있다.Referring to Figure 5, the carbon support according to an embodiment of the present invention is analyzed for It can be confirmed that the quality is maintained similar to the results.
<실험예 2> BET 비표면적 분석 및 기공도 크기 분포(Pore Size Distribution) 분석<Experimental Example 2> BET specific surface area analysis and porosity size distribution analysis
본 발명에 따른 실시예(실시예 2), 비교예 1(탄소 지지체) 및 비교예 2(에어 활성화된 탄소 지지체)에 대하여 BET 비표면적 분석 및 기공도 크기 분포 분석을 수행하였으며, 구체적으로는 Micrometrics사 ASAP2020을 이용하여 액체 질소 온도 하(77K)에 있어서의 질소 가스 흡착량을 구하여 산출하였다.BET specific surface area analysis and porosity size distribution analysis were performed on the Example (Example 2), Comparative Example 1 (carbon support) and Comparative Example 2 (air-activated carbon support) according to the present invention, specifically Micrometrics The nitrogen gas adsorption amount under liquid nitrogen temperature (77K) was calculated using ASAP2020.
실험 결과는 각각 도 6과 표 2, 및 도 7에 나타내었다. 도 6 및 표 2를 보면, 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 지지체에서 비표면적과 기공 부피가 현저하게 증가한 것을 알 수 있다.The experimental results are shown in Figure 6, Table 2, and Figure 7, respectively. Looking at Figure 6 and Table 2, it can be seen that the specific surface area and pore volume of the carbon support according to an embodiment of the present invention were significantly increased compared to Comparative Examples 1 and 2.
(m(m
22
/g)/g)
(m(m
22
/g)/g)
(nm)(nm)
(cm(cm
33
/g)/g)
(cm(cm
33
/g)/g)
(cm(cm
33
/g)/g)
도 7을 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 지지체의 경우 2 내지 50 nm 크기의 메조 기공도가 증가한 것을 확인할 수 있다.Looking at Figure 7, it can be seen that in the case of the carbon support according to an embodiment of the present invention, the mesoporosity in the size of 2 to 50 nm increased.
<실험예 3> 연료전지 촉매의 성능 평가<Experimental Example 3> Performance evaluation of fuel cell catalyst
상기 실시예에 따른 다공성 탄소 지지체 및 비교예 2(에어 활성화된 탄소 지지체)에 백금을 담지하여 연료전지 촉매를 제조하였으며, 촉매의 성능을 평가하였다. 이때 담지된 백금은 약 50wt%였으며, 실험 방법은 다음과 같다.A fuel cell catalyst was prepared by supporting platinum on the porous carbon support according to the above example and Comparative Example 2 (air-activated carbon support), and the performance of the catalyst was evaluated. At this time, the supported platinum was about 50wt%, and the experimental method was as follows.
제조된 백금 촉매 1g을 Nafion 이오노머 0.4g과 이소프로판올과 혼합하여 촉매 슬러리를 제조한 후, 이를 고분자 전해질 막 위에 도포하여 촉매층을 포함하는 막-전극접합체를 제조하였다. 상기에서 제조된 막-전극접합체를 두 장의 가스켓 사이에 삽입한 후 기체 유로 채널이 형성된 세퍼레이터에 삽입한 후 압착하여 단위전지를 제조하였다. 제조된 단위전지를 60℃, RH100 조건에서 가습화한 후 분극성능을 일정한 전류 및 전압 하에 WFCTS 연료전지 시험기로 측정하였다. A catalyst slurry was prepared by mixing 1 g of the prepared platinum catalyst with 0.4 g of Nafion ionomer and isopropanol, and then applied on a polymer electrolyte membrane to prepare a membrane-electrode assembly including a catalyst layer. The membrane-electrode assembly prepared above was inserted between two gaskets, inserted into a separator in which a gas flow channel was formed, and then compressed to produce a unit cell. The manufactured unit cell was humidified at 60°C and RH100, and then the polarization performance was measured using a WFCTS fuel cell tester under constant current and voltage.
실험 결과는 도 8, 표 3, 및 표 4에 나타내었다. The experimental results are shown in Figure 8, Table 3, and Table 4.
도 8은 연료전지 촉매 단위셀의 성능을 전류-전압 곡선(I-V curve)으로 비교 분석한 결과로, 본 발명에 따른 연료전지 촉매는 내구 평가 전 (Begin of life, BOL)과 내구 평가 후 (End of life, EOL) 성능에 거의 차이가 없어 비교예 2에 따른 연료전지 촉매에 비하여 효율이 현저하게 증가한 것을 알 수 있다. 본 성능 평가 결과는 표 3 내지 표 4에 요약 정리하였다.Figure 8 shows the results of comparative analysis of the performance of the fuel cell catalyst unit cell using a current-voltage curve (I-V curve). The fuel cell catalyst according to the present invention shows the performance before durability evaluation (Begin of life, BOL) and after durability evaluation (End). of life (EOL) performance, there was almost no difference, indicating that the efficiency was significantly increased compared to the fuel cell catalyst according to Comparative Example 2. The results of this performance evaluation are summarized in Tables 3 and 4.
표 3은 본 발명의 실시예에 따른 탄소 지지체를 이용한 연료전지 촉매에 대한 결과를 나타낸 것이며, 표 4는 에어 활성화된 탄소 지지체를 이용한 연료전지 촉매에 대한 결과를 나타낸 것이다.Table 3 shows the results for a fuel cell catalyst using a carbon support according to an example of the present invention, and Table 4 shows the results for a fuel cell catalyst using an air-activated carbon support.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.As such, the present invention has been described with reference to an embodiment shown in the drawings, but this is merely illustrative and those skilled in the art will understand that various modifications and variations of the embodiment are possible therefrom. . Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims.
Claims (20)
상기 혼합된 탄소 지지체를 열처리하는 단계;
용매에 상기 탄소 지지체를 첨가하고 분산시켜 탄소 지지체 분산 용액을 형성하는 단계;
상기 탄소 지지체 분산 용액에 금속 전구체를 첨가 혼합하여 전구체 혼합 용액을 형성하는 단계;
상기 전구체 혼합 용액에 전자빔을 조사하여 금속을 합금화시키는 단계;
상기 금속이 합금된 탄소 지지체를 수득하는 단계를 포함하는, 연료전지 촉매의 제조방법.
Mixing a carbon support and a metal compound powder;
heat treating the mixed carbon support;
Adding and dispersing the carbon support in a solvent to form a carbon support dispersion solution;
forming a precursor mixed solution by adding and mixing a metal precursor to the carbon support dispersion solution;
alloying the metal by irradiating an electron beam to the precursor mixed solution;
A method for producing a fuel cell catalyst, comprising obtaining a carbon support alloyed with the metal.
상기 금속 화합물 분말은 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 또는 망간(Mg)의 착화합물 분말인, 연료전지 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
A method of producing a fuel cell catalyst, wherein the metal compound powder is a complex compound powder of zinc (Zn), magnesium (Mg), or manganese (Mg).
상기 금속 화합물 분말은 아연(Zn), 인산 아연(Zn3(PO4)2), 질산 아연(Zn(NO3)2), 또는 황산 아연(ZnSO4)인, 연료전지 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
The metal compound powder is zinc (Zn), zinc phosphate (Zn 3 (PO 4 ) 2 ), zinc nitrate (Zn(NO 3 ) 2 ), or zinc sulfate (ZnSO 4 ).
상기 탄소 지지체와 금속 화합물 분말을 혼합하는 단계는 진동 혼합을 통해 이루어지는, 연료전지 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
A method of manufacturing a fuel cell catalyst, wherein the step of mixing the carbon support and the metal compound powder is performed through vibration mixing.
상기 진동 혼합은 공명 음향학적 진동 혼합기에서 이루어지는, 연료전지 촉매의 제조방법.
According to clause 4,
A method for producing a fuel cell catalyst, wherein the vibration mixing is performed in a resonant acoustic vibration mixer.
상기 진동 혼합은 30 내지 100 G의 가속도로, 5분 내지 30분동안 수행되는, 연료전지 촉매의 제조방법.
According to clause 5,
The vibration mixing is performed at an acceleration of 30 to 100 G for 5 to 30 minutes.
상기 탄소 지지체와 금속 화합물 분말을 혼합하는 단계는 상기 탄소 지지체를 열처리한 후 금속 화합물 분말과 혼합하는 것을 포함하는, 연료전지 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
The step of mixing the carbon support and the metal compound powder includes heat-treating the carbon support and then mixing it with the metal compound powder.
상기 탄소 지지체와 금속 화합물 분말을 혼합하는 단계에서의 열처리하는 온도는 이후 혼합된 탄소 지지체를 열처리하는 온도보다 높은, 연료전지 촉매의 제조방법.
According to clause 7,
A method for producing a fuel cell catalyst, wherein the heat treatment temperature in the step of mixing the carbon support and the metal compound powder is higher than the temperature of the subsequent heat treatment of the mixed carbon support.
상기 혼합된 탄소 지지체를 열처리하는 단계에서 열처리 온도는 910 내지 1600℃인, 연료전지 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
In the step of heat treating the mixed carbon support, the heat treatment temperature is 910 to 1600°C.
상기 혼합된 탄소 지지체를 열처리하는 단계에서 열처리 시간은 1 내지 5시간인, 연료전지 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
In the step of heat treating the mixed carbon support, the heat treatment time is 1 to 5 hours.
상기 혼합된 탄소 지지체를 열처리하는 단계에 의하여 탄소 지지체의 기공도를 제어하는, 연료전지 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
A method of manufacturing a fuel cell catalyst, wherein the porosity of the carbon support is controlled by heat treating the mixed carbon support.
상기 용매는 무기 용매와 유기 용매의 혼합 용매인, 연료전지 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
A method for producing a fuel cell catalyst, wherein the solvent is a mixed solvent of an inorganic solvent and an organic solvent.
상기 탄소 지지체 분산 용액을 형성하는 단계에서 용액의 온도는 10 내지 20℃로 유지되는, 연료전지 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
In the step of forming the carbon support dispersed solution, the temperature of the solution is maintained at 10 to 20°C.
상기 금속 전구체는 백금(Pt) 전구체인, 연료전지 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
A method of manufacturing a fuel cell catalyst, wherein the metal precursor is a platinum (Pt) precursor.
상기 전구체 혼합 용액을 형성하는 단계에서 전구체 혼합 용액의 pH는 염기성으로 조절되는, 연료전지 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
In the step of forming the precursor mixed solution, the pH of the precursor mixed solution is adjusted to be basic.
상기 금속을 합금화하는 단계에서 전자빔을 조사하는 시간은 15분 내지 30분인, 연료전지 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
A method for producing a fuel cell catalyst, wherein the electron beam irradiation time in the step of alloying the metal is 15 to 30 minutes.
상기 금속이 합금된 탄소 지지체를 수득하는 단계는 상기 전자빔이 조사된 전구체 혼합 용액을 여과한 후 건조하는 것을 포함하는, 연료전지 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
The step of obtaining the metal-alloyed carbon support includes filtering and drying the precursor mixture solution irradiated with the electron beam.
상기 연료전지 촉매는 2 내지 50 nm 크기의 메조 기공이 발달된, 연료전지 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
A method of producing a fuel cell catalyst, wherein the fuel cell catalyst has developed mesopores with a size of 2 to 50 nm.
상기 연료전지 촉매는 비표면적이 100 내지 500 m2/g인, 연료전지 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
A method of producing a fuel cell catalyst, wherein the fuel cell catalyst has a specific surface area of 100 to 500 m 2 /g.
A fuel cell catalyst manufactured by the manufacturing method of any one of claims 1 to 19.
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