KR101104801B1 - Sulfur Positive Electrodes and Method for Preparing the Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유황 전극과 그 제조 방법에 관한 것으로 섬유 도전체 내부에 탄소 나노 튜브를 포함시킨 것으로, 촉매를 통해 성장시 원재료로서 섬유 도천체를 이용하여 탄소 나노 튜브를 섬유 도전체 내에서 성장시키거나, 탄소 나노 튜브가 분산된 용액을 제조하여 용액을 섬유 도전체로 분사하거나, 용액 내로 섬유 도전체를 함침시켜 제조하는 것이다.The present invention relates to a sulfur electrode and a method for manufacturing the same, including carbon nanotubes inside a fiber conductor, and growing carbon nanotubes in a fiber conductor using a fiber dopant as a raw material when growing through a catalyst. To prepare a solution in which the carbon nanotubes are dispersed, the solution is sprayed onto the fiber conductor, or the fiber conductor is impregnated into the solution.

본 발명은 유황 전극을 탄소 나노 튜브를 사용하여 강성을 증대시킴으로써 전지의 수명을 늘리는 효과가 있다. The present invention has the effect of increasing the life of the battery by increasing the rigidity of the sulfur electrode using carbon nanotubes.

본 발명은 충방전 시 전극 내 저항을 줄여 많은 횟수의 충방전을 안정적으로 할 수 있게 하고, 충방전 효율을 증대시키는 효과가 있다.The present invention has the effect of reducing the resistance in the electrode during charging and discharging to enable a stable number of charging and discharging, and to increase the charging and discharging efficiency.

본 발명은 양극 집전체의 분포를 균일화하여 활물질인 유황의 확산을 증대시키고 전기 효율을 향상시키는 효과가 있다.The present invention has the effect of uniformizing the distribution of the positive electrode current collector to increase the diffusion of sulfur as the active material and to improve the electrical efficiency.

Description

유황 전극과 그 제조 방법{Sulfur Positive Electrodes and Method for Preparing the Same} Sulfur Positive Electrodes and Method for Preparing the Same

본 발명은 유황 전극과 그 제조 방법에 관한 것으로 더 상세하게는 전기적, 기계적 특성을 개선하도록 발명된 것이다. The present invention relates to a sulfur electrode and a method of manufacturing the same, and more particularly, to improve the electrical and mechanical properties.

일반적으로 나트륨-유황 전지는 양극인 유황 전극과, 음극인 나트륨 전극, 유황 전극과 나트륨 전극 사이에 배치되며 나트륨 이온 전도성을 가진 고체 전해질을 포함한다. In general, a sodium-sulfur battery includes a solid electrolyte having a sodium ion conductivity and disposed between a sulfur electrode as a positive electrode, a sodium electrode as a negative electrode, a sulfur electrode and a sodium electrode.

나트륨-유황 전지는 전지의 충방전이 300℃ 부근에서 이루어지는 고온형 전지이다.A sodium-sulfur battery is a high temperature battery in which charge and discharge of a battery are performed at around 300 ° C.

나트륨-유황 전지는 방전 시 음극에서 나트륨 전자가 방출되어 나트륨 이온이 되고, 방출된 나트륨 이온이 베타 알루미나 즉, 고체 전해질을 통과하면서 유황 및 전자와 반응해서 다류화 나트륨이 되는 것이다.In a sodium-sulfur cell, sodium electrons are released from the negative electrode during discharge to become sodium ions, and the released sodium ions react with sulfur and electrons while passing through beta alumina, that is, a solid electrolyte, to become sodium peroxide.

그리고 나트륨-유황 전지는 충전 시 다류화 나트륨이 전자를 방출하여 나트륨 이온과, 유황으로 분리되고, 나트륨 이온은 베타 알루미나 즉, 고체 전해질을 통과하여 음극 측으로 이동하면서 및 전자와 반응해서 다류화 나트륨이 되는 것이 다.In the sodium-sulfur cell, sodium peroxide releases electrons during charging and is separated into sodium ions and sulfur, and sodium ions move through the beta alumina, that is, through the solid electrolyte to the cathode side, and react with the electrons, which causes sodium It is.

나트륨-유황 전지는 상기한 바와 같이 방전 및 충전되어 사용되는 것으로, 고충방전 효율이고, 자체 방전이 없어 효율적으로 전기를 저장함은 물론 충방전이 많은 횟수로 가능한 장점이 있고, 주재료인 유황과 나트륨의 값이 저렴하여 제조 원가가 낮은 장점이 있어 점차 그 사용이 증대되고 있다. The sodium-sulfur battery is used after being discharged and charged as described above, and has a high charging and discharging efficiency, and there is no self-discharging, thereby efficiently storing electricity and having a large number of charge and discharge cycles. Inexpensive and low production cost has the advantage of increasing its use.

한편, 유황 전극은 전극활 물질로 부도체인 유황을 사용한 것으로 전기적 전달을 위해 전도체가 필수적으로 구비된다.On the other hand, the sulfur electrode is a non-conductive sulfur used as the electrode active material, the conductor is essentially provided for the electrical transmission.

따라서, 상기 유황 전극은 통상 덩어리로된 섬유 도전체에 입자상태의 도전체를 배합한 괴상 섬유 도전체에 용융 상태의 유황 또는 다황화 나트륨 등의 유황 전극활 물질을 포함시킴으로써 제조된다.Accordingly, the sulfur electrode is usually produced by including a sulfur electrode active material such as molten sulfur or sodium polysulfide in a bulk fiber conductor in which particulate conductors are blended with agglomerated fiber conductors.

그러나 상기 섬유 도전체는 강성이 약해 충방전 시 전극활 물질, 즉, 유황의 물질 변화에 따른 응력을 견디지 못하는 문제점이 있는 것이다.However, the fiber conductor is weak in rigidity, there is a problem that can not withstand the stress caused by the change of the electrode active material, that is, sulfur material during charge and discharge.

따라서 상기 유황 전극을 포함한 나트륨-유황 전지 등의 고온 전지는 충방전 횟수가 증가될 수록 전지 내부 저항이 증가되어 충방전 효율이 저하되는 문제점이 있었던 것이다. Therefore, a high temperature battery such as a sodium-sulfur battery including the sulfur electrode has a problem in that the charge and discharge efficiency decreases as the number of charge / discharge cycles increases.

본 발명의 목적은 유황 전극의 강성을 증대시켜 많은 횟수의 충방전을 안정적으로 할 수 있게 하고, 전지의 충방전 효율을 장기간 일정하게 지속시킬 수 있는 유황 전극과 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a sulfur electrode and a method of manufacturing the same which increase the rigidity of the sulfur electrode to enable stable charging and discharging of a large number of times, and can sustain the charge and discharge efficiency of the battery for a long time.

이러한 본 발명의 과제는 섬유 도전체와, The object of the present invention is a fiber conductor,

상기 섬유 도전체의 내부에 포함되는 탄소 나노 튜브와;A carbon nanotube included in the fiber conductor;

상기 섬유 도전체의 내부에 포함되는 유황 전극활 물질을 포함한 것을 특징으로 하는 유황 전극을 제공함으로써 해결되는 것이다.It is solved by providing a sulfur electrode comprising a sulfur electrode active material included in the fiber conductor.

상기 섬유 도전체는 카본 펠트(carbon felt)를 사용하는 것이다.The fiber conductor is to use carbon felt.

또 본 발명의 과제는 섬유 도전체에 촉매를 포함시키는 촉매 부착 공정과;Another object of the present invention is to provide a catalyst attachment step of including a catalyst in the fiber conductor;

상기 촉매 부착 공정 후 탄소 나노 튜브를 섬유 도전체 내에 성장시키는 탄소 나노 튜브 성장 공정을 포함한 유황 전극 제조 방법을 제공함으로써 해결되는 것이다.It is solved by providing a method for producing a sulfur electrode including a carbon nanotube growth process for growing carbon nanotubes in a fiber conductor after the catalyst deposition process.

상기 섬유 도전체는 카본 펠트(carbon felt)를 사용하고, 촉매로 메탈 촉매를 사용하는 것이다.The fiber conductor uses carbon felt and uses a metal catalyst as a catalyst.

상기 촉매 부착 공정은 탄소 나노 튜브를 성장시키는 촉매를 카본 펠트 상에 증착하는 증착 단계인 것이다.The catalyst attachment process is a deposition step of depositing a catalyst for growing carbon nanotubes on a carbon felt.

상기 증착 단계는 진공 상태의 챔버 내에 메탈 촉매 및 카본 펠트를 배치시키고, 상기 챔버 내에 불활성 가스를 공급하고, 메탈 촉매에 전원을 공급하여 메탈 촉매의 입자를 카본 펠트 상에 증착시키는 스퍼터(Sputter)를 사용하는 것이다.In the deposition step, a sputter for disposing a metal catalyst and a carbon felt in a vacuum chamber, supplying an inert gas into the chamber, and supplying power to the metal catalyst to deposit particles of the metal catalyst on the carbon felt. To use.

상기 증착 단계는 챔버 내에 메탈 촉매 및 카본 펠트를 배치시키고, 메탈 촉매의 금속 입자를 기화시켜 카본 펠트의 표면에 증착시키는 증발기(Evaporator)를 사용하는 것이다.The deposition step is to use an evaporator to place a metal catalyst and carbon felt in the chamber, vaporize the metal particles of the metal catalyst to deposit on the surface of the carbon felt.

상기 탄소 나노 튜브 성장 공정은 진공 챔버 내에 카본 펠트를 배치시킨 후 불활성 가스로 초기 분위기를 형성하는 초기 단계와, 상기 초기 단계를 거친 진공 챔버 내를 수소(Hydrogen) 가스로 분위기를 환원한 후 챔버 내를 최소 400℃ 이상의 온도로 유지하여 탄소 나노 튜브를 성장시키는 온도 유지 단계를 포함하는 것이다.The carbon nanotube growth process is an initial step of forming an initial atmosphere with an inert gas after placing the carbon felt in the vacuum chamber, and reducing the atmosphere with hydrogen gas in the vacuum chamber after the initial step in the chamber It is to maintain a temperature of at least 400 ℃ to include a temperature maintaining step of growing the carbon nanotubes.

또한 본 발명의 과제는 탄소 나노 튜브를 용매 내로 분산시켜 탄소 나노 튜브가 분산된 용액을 제조하는 용액 제조 공정과; In addition, an object of the present invention is to prepare a solution in which the carbon nanotubes are dispersed by dispersing the carbon nanotubes in a solvent;

상기 용액 제조 공정으로 제조된 용액을 섬유 도전체 상에 흡수시켜 섬유 도전체 내에 탄소 나노 튜브를 포함시키는 탄소 나노 튜브 배치 공정을 포함한 유황 전극 제조 방법을 제공함으로써 해결되는 것이다.It is solved by providing a method for producing a sulfur electrode including a carbon nanotube batching process in which a solution prepared by the solution manufacturing process is absorbed onto a fiber conductor to include carbon nanotubes in the fiber conductor.

상기 용액 제조 공정은 용매와 탄소 나노 튜브를 100 : 0 초과 10 이하의 중량비(wt%)로 혼합한 후 초음파 파쇄기(Sonicator)를 사용하여 탄소 나노 튜브를 용매 내에서 분산시키는 것이다.The solution preparation process is to mix the solvent and the carbon nanotubes in a weight ratio (wt%) of more than 100: 10 and less than 10, and then disperse the carbon nanotubes in a solvent using an ultrasonic crusher.

상기 초음과 파쇄기(Sonicator)는 샤워형(bath-type)과 혼형(horn-type)을 포함하며, 두 가지 초음과 파쇄기를 최소 한 번 이상 번갈아 전행하여 분산시키는 것이다.The ultrasonic and crusher includes a bath-type and a horn-type, and the two ultrasonic and crushers are alternately distributed at least once.

상기 탄소 나노 튜브 배치 공정은 분사 기기를 통해 용액을 카본 펠트 상으로 분사함으로써 용액을 카본 펠트 상에 배치시키는 것이다.The carbon nanotube batch process is to place the solution onto the carbon felt by spraying the solution onto the carbon felt through an injection device.

상기 탄소 나노 튜브 배치 공정은 용액 내로 카본 펠트를 넣고 일정 시간 후 인출하여 용액을 카본 펠트 상에 배치시키는 것이다.The carbon nanotube batch process is to put the carbon felt into the solution and withdraw after a certain time to place the solution on the carbon felt.

본 발명은 유황 전극을 탄소 나노 튜브를 사용하여 강성을 증대시킴으로써 전지의 수명을 늘리는 효과가 있다.The present invention has the effect of increasing the life of the battery by increasing the rigidity of the sulfur electrode using carbon nanotubes.

본 발명은 충방전 시 전극 내 저항을 줄여 많은 횟수의 충방전을 안정적으로 할 수 있게 하고, 충방전 효율을 증대시키는 효과가 있다.The present invention has the effect of reducing the resistance in the electrode during charging and discharging to enable a stable number of charging and discharging, and to increase the charging and discharging efficiency.

본 발명은 양극 집전체의 분포를 균일화하여 활물질인 유황의 확산을 증대시키고 전기 효율을 향상시키는 효과가 있다.The present invention has the effect of uniformizing the distribution of the positive electrode current collector to increase the diffusion of sulfur as the active material and to improve the electrical efficiency.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.Preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명인 유황 전극을 개략적으로 도시한 사시도로서, 카본 펠트 내에 탄소 나노 튜브를 성장시킨 예를 나타내고 있다.1 is a perspective view schematically showing a sulfur electrode of the present invention, showing an example in which carbon nanotubes are grown in carbon felt.

도 2는 본 발명인 유황 전극 제조 방법의 일 실시 예를 도시한 개략도로서, 촉매를 통해 탄소 나노 튜브를 성장시키는 예를 순차적으로 나타내고 있다.Figure 2 is a schematic diagram showing an embodiment of a method of manufacturing a sulfur electrode of the present invention, showing an example of growing carbon nanotubes sequentially through a catalyst.

도 3 내지 도 4는 본 발명인 유황 전극 제조 방법의 다른 실시 예를 도시한 개략도로서, 탄소 나노 튜브가 분산된 용액을 사용하여 카본 펠트에 탄소 나노 튜브를 포함시키는 예를 나타내고 있다.3 to 4 are schematic views showing another embodiment of the method for manufacturing a sulfur electrode according to the present invention, which shows an example of including carbon nanotubes in carbon felt using a solution in which carbon nanotubes are dispersed.

이하, 도 1에서 도시한 바와 같이 본 발명인 유황 전극은 섬유 도전체(1) 내부에 탄소 나노 튜브(3)가 포함된 것이다.Hereinafter, as shown in FIG. 1, the sulfur electrode of the present invention includes carbon nanotubes 3 inside the fiber conductor 1.

본 발명에서 상기 섬유 도전체(1)는 전기 전도도가 높고, 별도의 메탄이나 에탄 가스 등의 카본 원재료없이 탄소 나노 튜브(3)의 성장이 가능한 카본 펠트(carbon felt)(1a)를 사용하는 것이 바람직하다.In the present invention, the fiber conductor 1 has a high electrical conductivity and uses a carbon felt 1a capable of growing the carbon nanotubes 3 without a carbon raw material such as methane or ethane gas. desirable.

또 상기 탄소 나노 튜브(3)는 탄소 6개로 이루어진 육각형 모양이 서로 연결되어 관 모양을 형성한 것으로 관의 지름이 최대 수십 나노 미터에 불과한 것이다.In addition, the carbon nanotubes (3) is a hexagonal shape consisting of six carbons are connected to each other to form a tubular shape, the diameter of the tube is only a few tens of nanometers maximum.

상기 탄소 나노 튜브(3)는 전기 전도도가 높고 강도가 매우 크고, 변형에 강한 특성이 있어 상기 섬유 도전체(1) 즉, 카본 펠트(1a)의 기계적 강도를 증대시키고, 전기 전도도를 향상시킴은 물론 양극 집전체 분포를 균일화시켜 전극활 물질인 유황의 확산을 용이하게 하는 것이다.The carbon nanotubes 3 have high electrical conductivity, very high strength, and strong deformation resistance, thereby increasing the mechanical strength of the fiber conductor 1, that is, the carbon felt 1a, and improving the electrical conductivity. Of course, the positive electrode current collector is made uniform to facilitate the diffusion of sulfur, which is an electrode active material.

상기 탄소 나노 튜브(3)는 다중벽 구조의 탄소 나노튜브뿐 아니라 단층벽 구조의 탄소 나노 튜브(3), 이중벽 구조의 탄소 나노 튜브(3) 등을 다 포함하여 사용이 가능한 것이다.The carbon nanotubes 3 may include not only multi-walled carbon nanotubes but also single-walled carbon nanotubes 3 and double-walled carbon nanotubes 3.

또한 상기 카본 펠트(1a) 내에는 전극활 물질인 유황을 포함되는 것이다.In addition, the carbon felt 1a contains sulfur as an electrode active material.

한편, 상기 유황 전극은 하기의 방법으로 간단하게 제조되어 사용되고, 별도의 바인더 없이 제조가 가능한 것이다.On the other hand, the sulfur electrode is simply manufactured and used by the following method, it can be manufactured without a separate binder.

본 발명의 유황 전극 제조 방법은 도 2에서 도시한 바와 같이 섬유 도전체(1)에 촉매(3)를 포함시키는 촉매 부착 공정(10)과;The sulfur electrode production method of the present invention comprises a catalyst attachment step (10) comprising a catalyst (3) in the fiber conductor (1) as shown in FIG.

상기 촉매 부착 공정(10) 후 탄소 나노 튜브(3)를 섬유 도전체(1) 내에 성장시키는 탄소 나노 튜브 성장 공정(20)을 포함한다.And a carbon nanotube growth process 20 for growing the carbon nanotubes 3 into the fiber conductor 1 after the catalyst deposition process 10.

상기 섬유 도전체(1)는 전기 전도도가 높고, 별도의 메탄이나 에탄 가스 등의 카본 원재료없이 탄소 나노 튜브(3)의 성장이 가능한 카본 펠트(1a)를 사용하는 것이 바람직하다.The fiber conductor 1 preferably has a high electrical conductivity and a carbon felt 1a capable of growing the carbon nanotubes 3 without any carbon raw material such as methane or ethane gas.

상기 촉매 부착 공정(10)은 탄소 나노 튜브(3)를 성장시키는 촉매(3)를 카본 펠트(1a) 상에 증착하는 증착 단계를 포함한다.The catalyst attachment process 10 includes a deposition step of depositing a catalyst 3 on which the carbon nanotubes 3 are grown on the carbon felt 1a.

상기 촉매(3)는 Fe, Co, Ni 등의 메탈 촉매(3a) 입자를 사용하는 것을 일 예로 하며 이외에도 수 나노 크기의 탄소 나노 튜브(3)를 성장시킬 수 있는 어떠한 것도 사용이 가능함을 밝혀둔다. The catalyst (3) is an example of using particles of metal catalyst (3a) such as Fe, Co, Ni, etc. In addition to that it can be used for anything that can grow a few nano-size carbon nanotube (3). .

상기 증착 단계는 진공 상태의 챔버 내에 메탈 촉매(3a) 및 카본 펠트(1a)를 배치시키고, 상기 챔버 내에 불활성 가스를 공급하고, 메탈 촉매(3a)에 전원을 공급하여 메탈 촉매(3a)의 입자를 카본 펠트(1a) 상에 증착시키는 스퍼터(Sputter)를 사용하는 것이다.In the deposition step, the metal catalyst 3a and the carbon felt 1a are disposed in a vacuum chamber, an inert gas is supplied into the chamber, and the metal catalyst 3a is supplied with power to particles of the metal catalyst 3a. Is used to sputter on the carbon felt 1a.

상기 스퍼터의 챔버 내에서 메탈 촉매(3a)는 전원 공급으로 플라스마를 형성하고, 이때 불활성 기체의 양 이온이 메탈 촉매(3a)의 원자들을 탈락시키며 탈락된 촉매 입자를 카본 펠트(1a) 상에 증착시키게 되는 것이다.In the chamber of the sputter, the metal catalyst 3a forms a plasma by power supply, wherein positive ions of an inert gas drop atoms of the metal catalyst 3a and deposit the dropped catalyst particles on the carbon felt 1a. It is to be made.

또 상기 증착 단계는 챔버 내에 메탈 촉매(3a) 및 카본 펠트(1a)를 배치시키고, 메탈 촉매(3a)의 금속 입자를 기화시켜 카본 펠트(1a)의 표면에 증착시키는 증발기(Evaporator)를 사용할 수도 있다.In the deposition step, an evaporator may be used in which the metal catalyst 3a and the carbon felt 1a are disposed in the chamber, and the metal particles of the metal catalyst 3a are vaporized and deposited on the surface of the carbon felt 1a. have.

상기 촉매 부착 공정(10)은 촉매(3)를 용매에 용해시키고, 촉매(3)가 용해된 촉매 용액을 카본 펠트(1a)의 표면에 분사시켜 촉매(3)를 카본 펠트(1a)에 배치시킬 수도 있는 것이다.
상기 용매는 일 예로 물, 에탄올(ethanol), 이소프로필알콜(IPA), 아세톤 등이 있다.In the catalyst attaching step 10, the catalyst 3 is dissolved in a solvent, the catalyst solution in which the catalyst 3 is dissolved is sprayed onto the surface of the carbon felt 1a, and the catalyst 3 is disposed on the carbon felt 1a. It can be done.
The solvent is, for example, water, ethanol (ethanol), isopropyl alcohol (IPA), acetone and the like.

또한 상기 촉매 부착 공정(10)은 촉매(3)를 용매에 용해시키고, 촉매(3)가 용해된 촉매 용액에 카본 펠트(1a)를 넣어 촉매 용액을 카본 펠트(1a) 내로 함침시킬 수도 있는 것이다. The catalyst attaching step 10 may also dissolve the catalyst 3 in a solvent and impregnate the catalyst solution with the carbon felt 1a in the catalyst solution in which the catalyst 3 is dissolved. .

상기 카본 펠트(1a)는 상기 촉매 부착 공정(10)을 거친 후 탄소 나노 튜브(3)를 성장시키는 탄소 나노 튜브 성장 공정(20)을 거쳐 유황 전극의 도전체로 제조되는 것이다.The carbon felt 1a is made of a conductor of a sulfur electrode through a carbon nanotube growth process 20 for growing a carbon nanotube 3 after the catalyst attachment process 10.

상기 탄소 나노 튜브 성장 공정(20)은 진공 챔버 내에 카본 펠트(1a)를 배치시킨 후 불활성 가스로 초기 분위기를 형성하는 초기 단계와, 상기 초기 단계를 거친 진공 챔버 내를 수소(Hydrogen) 가스로 분위기를 환원한 후 챔버 내를 최소 400℃ 이상의 온도로 유지하여 탄소 나노 튜브(3)를 성장시키는 온도 유지 단계를 포함하는 것이다.
상기 불활성 가스의 예로는 아르곤(Ar) 가스 또는 니트로겐(Nitrogen) 가스가 있다.The carbon nanotube growth process 20 is an initial step of forming an initial atmosphere with an inert gas after placing the carbon felt (1a) in the vacuum chamber, and the atmosphere in the vacuum chamber through the initial step with a hydrogen (Hydrogen) atmosphere After the reduction to maintain the temperature in the chamber at least 400 ℃ or more to include a temperature maintaining step of growing the carbon nanotube (3).
Examples of the inert gas include argon (Ar) gas or nitrogen gas.

상기 탄소 나노 튜브 성장 공정(20) 후에는 상기 카본 펠트(1a) 내부로 유황 전극활 물질을 포함시키는 공정을 거쳐 유황 전극의 제조가 완료되는 것이다.After the carbon nanotube growth process 20, a process of including a sulfur electrode active material into the carbon felt 1a is completed to manufacture the sulfur electrode.

상기 유황 전극활 물질을 카본 펠트(1a) 내부로 포함시키는 것은 공지의 섬유 도전체(1)에 전극활 물질을 포함시키는 것과 동일하여 상세한 설명을 생략함을 밝혀둔다.Inclusion of the sulfur electrode active material into the carbon felt 1a is the same as that of including the electrode active material in the known fiber conductor 1, and thus the detailed description is omitted.

한편, 본 발명의 유황 전극 제조 방법은 도 3 내지 도 4에서 도시한 바와 같이 탄소 나노 튜브 분산 방법으로 제조할 수도 있는 것이다.On the other hand, the sulfur electrode manufacturing method of the present invention can also be produced by the carbon nanotube dispersion method as shown in Figs.

상기 탄소 나노 튜브 분산 방법은 탄소 나노 튜브(3)를 용매에 용해시켜 탄소 나노 튜브(3)가 분산된 용액(4)을 제조하는 용액 제조 공정과; The carbon nanotube dispersion method includes a solution preparation process of dissolving carbon nanotubes (3) in a solvent to prepare a solution (4) in which carbon nanotubes (3) are dispersed;

상기 용액 제조 공정으로 제조된 용액(4)을 상기 섬유 도전체(1) 상에 배치시키는 탄소 나노 튜브 배치 공정(30)을 포함한다.And a carbon nanotube placement process 30 for placing the solution 4 prepared by the solution preparation process on the fiber conductor 1.

상기 용액 제조 공정은 용매와 탄소 나노 튜브(3)를 100 : 0 초과 10 이하의 중량비(wt%)로 혼합한 후 초음파 파쇄기(Sonicator)를 사용하여 탄소 나노 튜브(3)를 용매 내에서 분산시키는 것이다.In the solution preparation process, the solvent and the carbon nanotubes 3 are mixed in a weight ratio (wt%) of more than 100: 0 and less than 10, and then the carbon nanotubes 3 are dispersed in the solvent by using an ultrasonic crusher. will be.

상기 초음과 파쇄기(Sonicator)는 샤워형(bath-type)과 혼형(horn-type)을 포함하며, 두 가지 초음과 파쇄기를 최소 한 번 이상 번갈아 전행하여 분산시키는 것이다. The ultrasonic and crusher includes a bath-type and a horn-type, and the two ultrasonic and crushers are alternately distributed at least once.

상기 용매는 디클로로에틸렌(DCE;Dichloroethene), 테트라 하이드로 퓨란(THF;Tetrahydrofuran), NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone), 다이메틸폼아마이드(DMF; Dimethylformamide), 톨루엔, 아세톤, 에탄올, 이소프로필알콜(IPA) 등의 유기 용매와 물을 이용한 것이다.The solvent is dichloroethylene (DCE; Dichloroethene), tetrahydrofuran (THF; Tetrahydrofuran), NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone), dimethylformamide (DMF; Dimethylformamide), toluene, acetone, ethanol, isopropyl alcohol Organic solvents, such as (IPA), and water are used.

상기한 바와 같이 제조된 용액(4)은 탄소 나노 튜브 배치 공정(30)을 통해 섬유 도전체(1) 즉, 카본 펠트(1a) 상에 배치되는 것이다.The solution 4 prepared as described above is disposed on the fiber conductor 1, that is, the carbon felt 1a through the carbon nanotube batch process 30.

그리고 상기 탄소 나노 튜브 배치 공정(30)은 도 3에서 도시한 바와 같이 분 사 기기(31)를 통해 용액(4)을 카본 펠트(1a) 상으로 분사함으로써 용액(4)을 카본 펠트(1a) 상에 배치시키는 것이다.In addition, the carbon nanotube batch process 30 sprays the solution 4 onto the carbon felt 1a through the spraying device 31 as shown in FIG. 3. It is placed on the phase.

또 상기 탄소 나노 튜브 배치 공정(30)은 도 4에서 도시한 바와 같이 용액(4) 내로 카본 펠트(1a)를 넣고 일정 시간 후 인출하여 용액(4)을 카본 펠트(1a) 상에 배치시킬 수도 있는 것이다.In addition, the carbon nanotube batching process 30 may include placing the carbon felt 1a into the solution 4 and withdrawing after a predetermined time, as shown in FIG. 4 to arrange the solution 4 on the carbon felt 1a. It is.

상기한 탄소 나노 튜브 배치 공정(30)이 완료된 후에는 상기 카본 펠트(1a) 내부로 유황 전극활 물질을 포함시키는 공정을 거쳐 유황 전극의 제조가 완료되는 것이다.After the carbon nanotube arrangement process 30 is completed, a process of including the sulfur electrode active material into the carbon felt 1a is completed to manufacture the sulfur electrode.

상기 유황 전극활 물질을 카본 펠트(1a) 내부로 포함시키는 것은 공지의 섬유 도전체(1)에 전극활 물질을 포함시키는 것과 동일하여 상세한 설명을 생략함을 밝혀둔다.Inclusion of the sulfur electrode active material into the carbon felt 1a is the same as that of including the electrode active material in the known fiber conductor 1, and thus the detailed description is omitted.

본 발명은 상기한 방법으로 카본 펠트(1a)에 탄소 나노 튜브(3)가 포함되어 유황 전극 자체 강성을 증대시킴은 물론, 전기 전도도를 향상시킴은 물론 양극 집전체 분포를 균일화시켜 전극활 물질인 유황의 확산을 용이하게 하는 것이다.The present invention includes the carbon nanotubes 3 in the carbon felt 1a by the above-described method to increase the stiffness of the sulfur electrode itself, as well as to improve the electrical conductivity, and to uniform the distribution of the positive electrode current collector. It is to facilitate the diffusion of sulfur.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention, which is understood to be included in the configuration of the present invention.

도 1은 본 발명인 유황 전극을 개략적으로 도시한 사시도1 is a perspective view schematically showing the sulfur electrode of the present invention

도 2는 본 발명인 유황 전극 제조 방법의 일 실시 예를 도시한 개략도Figure 2 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention a sulfur electrode manufacturing method

도 3 내지 도 4는 본 발명인 유황 전극 제조 방법의 다른 실시 예를 도시한 개략도3 to 4 is a schematic diagram showing another embodiment of the method for manufacturing a sulfur electrode of the present invention

*도면 중 주요 부호에 대한 설명** Description of the major symbols in the drawings *

1 : 섬유 도전체 2 : 탄소 나노 튜브1: fiber conductor 2: carbon nanotube

3 : 촉매 4 : 용액3: catalyst 4: solution

10 : 촉매 부착 공정 20 : 탄소 나노 튜브 성장 공정10: catalyst deposition process 20: carbon nanotube growth process

30 : 탄소 나노 튜브 배치 공정30: Carbon Nanotube Batch Process

Claims (13)

섬유 도전체와, Fiber conductor, 상기 섬유 도전체의 내부에 포함되는 탄소 나노 튜브와;A carbon nanotube included in the fiber conductor; 상기 섬유 도전체의 내부에 포함되는 유황 전극활 물질을 포함한 것을 특징으로 하는 유황 전극.Sulfur electrode comprising a sulfur electrode active material contained in the fiber conductor. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 섬유 도전체는 카본 펠트(carbon felt)를 사용하는 것을 특징으로 하는 유황 전극.The fiber conductor is a sulfur electrode, characterized in that the use of carbon felt (carbon felt). 섬유 도전체에 촉매를 포함시키는 촉매 부착 공정과;A catalyst attachment step of including the catalyst in the fiber conductor; 상기 촉매 부착 공정 후 탄소 나노 튜브를 섬유 도전체 내에 성장시키는 탄소 나노 튜브 성장 공정을 포함한 유황 전극 제조 방법.Sulfur electrode manufacturing method comprising a carbon nanotube growth step of growing a carbon nanotube in a fiber conductor after the catalyst deposition process. 청구항 3에 있어서, The method of claim 3, 상기 섬유 도전체는 카본 펠트(carbon felt)를 사용하고, 촉매로 메탈 촉매를 사용하는 것을 특징으로 하는 유황 전극 제조 방법.The fiber conductor is a carbon felt (carbon felt), and a sulfur electrode manufacturing method characterized in that using a metal catalyst as a catalyst. 청구항 3에 있어서, The method of claim 3, 상기 촉매 부착 공정은 탄소 나노 튜브를 성장시키는 촉매를 카본 펠트 상에 증착하는 증착 단계인 것을 특징으로 하는 유황 전극 제조 방법.The catalyst attachment process is a sulfur electrode manufacturing method characterized in that the deposition step of depositing a catalyst for growing carbon nanotubes on the carbon felt. 청구항 5에 있어서, The method according to claim 5, 상기 증착 단계는 진공 상태의 챔버 내에 메탈 촉매 및 카본 펠트를 배치시키고, 상기 챔버 내에 불활성 가스를 공급하고, 메탈 촉매에 전원을 공급하여 메탈 촉매의 입자를 카본 펠트 상에 증착시키는 스퍼터(Sputter)를 사용하는 것을 특징으로 하는 유황 전극 제조 방법.In the deposition step, a sputter for disposing a metal catalyst and a carbon felt in a vacuum chamber, supplying an inert gas into the chamber, and supplying power to the metal catalyst to deposit particles of the metal catalyst on the carbon felt. A sulfur electrode production method characterized by using. 청구항 5에 있어서, The method according to claim 5, 상기 증착 단계는 챔버 내에 메탈 촉매 및 카본 펠트를 배치시키고, 메탈 촉매의 금속 입자를 기화시켜 카본 펠트의 표면에 증착시키는 증발기(Evaporator)를 사용하는 것을 특징으로 하는 유황 전극 제조 방법.The deposition step is a sulfur electrode manufacturing method, characterized in that using the evaporator (evaporator) to place the metal catalyst and the carbon felt in the chamber, the metal particles of the metal catalyst vaporized on the surface of the carbon felt. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서, The method according to claim 6 or 7, 상기 탄소 나노 튜브 성장 공정은 진공 챔버 내에 카본 펠트를 배치시킨 후 불활성 가스로 초기 분위기를 형성하는 초기 단계와, 상기 초기 단계를 거친 진공 챔버 내를 수소(Hydrogen) 가스로 분위기를 환원한 후 챔버 내를 최소 400℃ 이상의 온도로 유지하여 탄소 나노 튜브를 성장시키는 온도 유지 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유황 전극 제조 방법.The carbon nanotube growth process is an initial step of forming an initial atmosphere with an inert gas after placing the carbon felt in the vacuum chamber, and reducing the atmosphere with hydrogen gas in the vacuum chamber after the initial step in the chamber Sulfur electrode manufacturing method comprising the step of maintaining a temperature to maintain a temperature of at least 400 ℃ or more carbon nanotubes. 탄소 나노 튜브를 용매 내로 분산시켜 탄소 나노 튜브가 분산된 용액을 제조하는 용액 제조 공정과; A solution preparation step of dispersing the carbon nanotubes in a solvent to prepare a solution in which the carbon nanotubes are dispersed; 상기 용액 제조 공정으로 제조된 용액을 섬유 도전체 상에 흡수시켜 섬유 도전체 내에 탄소 나노 튜브를 포함시키는 탄소 나노 튜브 배치 공정을 포함한 것을 특징으로 하는 유황 전극 제조 방법.Sulfur electrode manufacturing method characterized in that it comprises a carbon nanotube arrangement step of absorbing the solution prepared in the solution manufacturing process on the fiber conductor to include the carbon nanotube in the fiber conductor. 청구항 9에 있어서, The method according to claim 9, 상기 용액 제조 공정은 용매와 탄소 나노 튜브를 100 : 0 초과 10 이하의 중량비(wt%)로 혼합한 후 초음파 파쇄기(Sonicator)를 사용하여 탄소 나노 튜브를 용매 내에서 분산시키는 것을 특징으로 하는 유황 전극 제조 방법.The solution preparation process is a sulfur electrode, characterized in that the carbon nanotubes are dispersed in a solvent by using a ultrasonic crusher (Sonicator) after mixing the solvent and the carbon nanotubes in a weight ratio (wt%) of more than 100: 10 Manufacturing method. 청구항 10에 있어서,The method according to claim 10, 상기 초음과 파쇄기(Sonicator)는 샤워형(bath-type)과 혼형(horn-type)을 포함하며, 두 가지 초음과 파쇄기를 최소 한 번 이상 번갈아 전행하여 분산시키는 것을 특징으로 하는 유황 전극 제조 방법.The ultrasonic and crusher (Sonicator) includes a shower (bath-type) and horn (horn-type), sulfur and electrode manufacturing method characterized in that the two supersonic and crushers are alternately distributed at least one or more times. 청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 9 to 11, 상기 탄소 나노 튜브 배치 공정은 분사 기기를 통해 용액을 카본 펠트 상으 로 분사함으로써 용액을 카본 펠트 상에 배치시키는 것을 특징으로 하는 유황 전극 제조 방법.The carbon nanotube batch process is a sulfur electrode manufacturing method, characterized in that for placing the solution on the carbon felt by spraying the solution onto the carbon felt through a spray device. 청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 9 to 11, 상기 탄소 나노 튜브 배치 공정은 용액 내로 카본 펠트를 넣고 일정 시간 후 인출하여 용액을 카본 펠트 상에 배치시키는 것을 특징으로 하는 유황 전극 제조 방법.The carbon nanotube batch process is a sulfur electrode manufacturing method characterized in that the carbon felt into the solution and withdraw after a certain time to arrange the solution on the carbon felt.
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