KR102042098B1 - 해수 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해수 전지에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해수 전지는, 애노드(anode); 및 나트륨 이온의 인터칼레이션(intercalation) 및 디인터칼레이션(deintercalation) 및 이작용성(bifunctional) 전극 촉매 반응을 위해 이용되는 전기화학 촉매 물질로 이루어진 촉매층을 포함하는 캐소드(cathode);를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해수 전지용 캐소드 물질은 OER(oxygen evolution reaction)/ORR(oxygen reduction reaction) 촉매 활성 반응뿐만 아니라, 나트륨 이온의 인터칼레이션 및 디인터칼레이션을 모두 촉진시켜, 해수 전지의 충전 및 방전 속도가 개선되고 에너지 용량이 증가한다.

Description

해수 전지{Seawater Battery}
본 발명은 해수 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수 전지용 캐소드에 적용된 전기화학적 촉매 물질에 관한 것이다.
재생 가능한 에너지원의 효과적 사용은 지속 가능한 사회를 달성하기 위해 해결해야 할 가장 필수적인 문제들 중 하나이다. 바람, 태양, 수력, 바이오 매스 및 지열 에너지와 같은 재생 가능 에너지원은 안정적으로 전기를 생산하지 못한다. 결과적으로, 현재 에너지 소비를 충족시킬 수 있는 일관된 전력 공급 장치에 간헐적으로 발생하는 에너지를 축적하기 위해서는 대규모 에너지 저장 장치가 필수적이며, 고 에너지 리튬-이온 배터리가 솔루션으로 기여할 것으로 예상된다. 그러나, 리튬 비용의 증가에 따라 최근 해수 전지가 대규모 용도로 기존의 리튬 이온 배터리 기술을 대체할 수 있는 저비용/고효율 기술로 간주됨에 따라, 해수 전지에 대한 연구 및 개발 시도가 활성화되었다.
[특허문헌 1] 한국등록특허 제10-1702929호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 해수 전지(seawater battery)의 캐소드(cathode)에 사용된 이작용기(bifunctional) 전기화학 촉매를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 전지는, 애노드(anode); 및 나트륨 이온의 인터칼레이션(intercalation) 및 디인터칼레이션(deintercalation) 및 이작용성(bifunctional) 전극 촉매 반응을 위해 이용되는 전기화학 촉매 물질로 이루어진 촉매층을 포함하는 캐소드(cathode);를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 이작용성 전극 촉매 반응은, OER(oxygen evolution reaction)/ORR(oxygen reduction reaction) 촉매 활성 반응을 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 전기화학 촉매 물질은, P2-타입 층상(layered) Na0.5Co0.5Mn0.5O2를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 해수 전지는, 해수에 함침되는 상기 캐소드를 포함하는 양극부, 유기 전해질에 함침되는 상기 애노드를 포함하는 음극부 및 상기 양극부와 상기 음극부 사이에 위치하여 상기 양극부와 상기 음극부를 분리하는 고체 전해질을 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 캐소드는,양극 집전체 및 양극 집전체 상에 마련된 P2-타입 층상(layered) Na0.5Co0.5Mn0.5O2로 이루어진 촉매층을 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질에서 상기 나트륨 이온이 인터칼레이션-디인터칼레이션됨에 따라 코발트 이온이 3+/4+로 산화 및 환원될 수 있다.
실시예에서, 상기 나트륨 이온의 인터칼레이션-디인터칼레이션은 상기 나트륨 이온이 상기 애노드의 하드 카본에 삽입되거나 방출되는 반응을 포함할 수 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 해수 전지의 캐소드(cathode)에 이작용기(bifunctional) 전기화학 촉매를 사용함으로써, Na+이온 인터칼레이션/디인터칼레이션(intercalation/deintercalation) 반응 및 OER(oxygen evolution reaction)/ORR(oxygen reduction reaction) 촉매 활성 반응을 모두 촉진시켜, 해수 전지의 충전 및 방전 속도가 개선되고 에너지 밀도가 증가한다.
본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 전지를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드의 전기화학적 특성에 대한 그래프이다.
도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 전지의 충전 및 방전 성능에 대한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능 상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 전지(seawater battery)의 구성을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 전지(100)를 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 해수 전지(100)는 캐소드(cathode)(110) 및 애노드(anode)(120)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 해수 전지(110)는 해수에 함침되는 캐소드(110)를 포함하는 양극부, 유기 전해질에 함침되는 애노드(120)를 포함하는 음극부 및 양극부와 음극부 사이에 위치하여 양극부와 음극부를 분리하는 고체 전해질을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 고체 전해질로 나시콘(nasicon)을 사용하였다.
캐소드(110)는 카본 펠트, 카본 페이퍼, 카본 파이버, 금속 박막 또는 이들의 조합일 수 있는 양극 집전체 및 양극 집전체 상에 마련된 P2-타입 층상(layered) Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질로 이루어진 촉매층을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 양극 집전체로써 카본 펠트를 이용하였다.
애노드(120)는 음극 집전체 및 음극 집전체 상에 위치하는 활물질층을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 활물질층으로써 하드 카본(hard carbon, HC)을 이용하였다.
해수 전지(100)에서 촉매층을 구성하는 촉매로 P2-타입 층상(layered) Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질을 사용함으로써 인터칼레이션(intercalation)-디인터칼레이션(deintercalation)이 일어날 때에도 가용 에너지를 얻을 수 있어, 에너지 용량을 늘릴 수 있는 효과를 갖는다. 즉, 이러한 물질로 이루어진 촉매를 사용함으로써 OER(oxygen evolution reaction)/ORR(oxygen reduction reaction) 반응을 모두 향상시켜서 전압 갭을 줄일 수 있게 되었으며, 따라서 충전 대비 방전양을 늘릴 수 있게 되었고, 인터칼레이션-디인터칼레이션을 이용하여 나트륨 이온을 통해 충전이 가능하게끔 함으로써 에너지 용량을 늘릴 수 있게 되었다. 반면, 기존의 해수 전지의 경우, 즉 기존의 촉매 물질을 사용한 해수전지의 경우, OER/ORR 반응만이 수행되어 에너지가 획득되었을 뿐, 인터칼레이션-디인터칼레이션 과정은 수행되지 않았다.
예를 들어, 기존의 경우 캐소드의 촉매층을 구성하는 촉매로 Pt와 같은 귀금속이 사용되었는데, Pt와 같은 귀금속 기반의 전기 촉매의 표면에서 OER/ORR 반응만이 일어날 뿐, Pt 이온의 인터칼레이션-디인터칼레이션 반응이 일어나지 않았기 때문에, 충전 및 방전 시 에너지를 얻을 수 없어 가용성이 낮고 고비용이 발생하여 해수 전지의 대규모 사용이 저해되었다. 그러나, 본 발명의 다양한 실시예에 따라, 해수 전지(100)에서 캐소드(110)의 촉매층을 구성하는 촉매로 P2-타입 층상(layered) Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질을 사용함으로써, OER/ORR 반응뿐만 아니라 Na+ 이온 인터칼레이션-디인터칼레이션 반응이 일어나기 때문에, 에너지 용량을 늘릴 수 있는 효과를 갖는다. 이 경우, Na+ 이온이 인터칼레이션-디인터칼레이션됨에 따라 Co 이온이 3+/4+로 산화 및 환원될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, Na+ 이온의 인터칼레이션-디인터칼레이션은 Na+ 이온이 애노드(120)의 활물질층, 예를 들어, 하드 카본에 삽입되거나 방출되는 반응을 의미할 수 있다.
일부 실시예들에서, P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질은 혼합된 하이드록시 카보네이트(hydroxy-carbonate, MHC) 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, Co(NO3)2.6H2O및 Mn(NO3)2.4H2O염(salt)(Sigma-Aldrich)의 전구체 용액(precursor solution)을 첨가하고 교반(stir)함으로써 40
Figure 112018032959157-pat00001
에서 NaOH 2몰(mole) 및 Na2CO3 1몰을 함유하는 용액이 제조될 수 있다.
전구체 용액을 첨가하는 동안, (Co0.5Mn0.5)2(OH)2CO3화합물의 침전물이 획득되고, 획득된 침전물은 증류수와 에탄올로 세척된 후 60
Figure 112018032959157-pat00002
에서 24시간 동안 건조될 수 있다. 또한, 균질한 혼합물을 만들기 위해 (Co0.5Mn0.5)2(OH)2CO3전구체와 Na2CO3분말이 분쇄기에 의해 400rpm에서 2시간 동안 잘 갈아서 분쇄될 수 있다.
분쇄된 혼합물을 900
Figure 112018032959157-pat00003
에서 12시간 동안 하소(calcine)시키고, P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질이 획득될 수 있다. 예를 들어, 혼합물의 열분해 반응은 하기 <화학식 1>과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112018032959157-pat00004
P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질에서, 나트륨 이온은 캐소드(110)의 2개의 각기둥 부위들(prismatic sites)에 배열되고 모서리와 면을 공유하며, 본 발명에서 제안된 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질은 P2-타입 층상 Na0.5 +Co0.5 3+Mn0.5 4+02구조에 대응하는 다중 산화 상태를 포함한다. 이 경우, OER 활성은 Co3+/4+이온에 기반하여 촉진되고, 이어서 ORR 활성은 Mn4+이온에 기반하여 촉진될 수 있다.
따라서, 해수 전지 양극 집전체 상에 촉매로써 P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2를 이용함으로써 Na+이온에 기반한 산화 환원 반응과 이작용성 전극 촉매 반응을 발현할 수 있다. 구체적으로, P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2재료는 해수 전지(100)의 주요 전기 화학적 반응으로서 Na+ 이온 인터칼레이션-디인터칼레이션뿐만 아니라 OER/ORR 촉매 활성을 모두 촉진시킬 수 있다.
여기서, Na+이온 인터칼레이션-디인터칼레이션 및 OER/ORR 촉매 활성 과정은 듀얼 프로세스(dual process)로 지칭될 수 있다. 이를 통해, P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 재료를 캐소드로 사용하는 해수 전지(100)는 충전 및 방전 속도가 개선되고 에너지 밀도 또한 증가한다.
일부 실시예들에 따라, 높은 전압 범위까지 적층 재료의 P2 구조를 안정화시킬 것으로 기대되는 높은 Na 함량 시스템에서, P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 재료가 캐소드(110)로 사용될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따라, 해수 전지(100)의 셀 전압과 사이클링 성능을 이해하기 위해, 풀-셀(full-cell)은 캐소드(110)로 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질과 애노드(120)로 하드 카본을 이용하여 제작될 수 있다.
이 경우, 전극 재료인 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질은 단일 P2 상(phase)을 구성하며 고 에너지 밀도의 재충전 가능한 캐소드(110)로서 매우 잘 구현된다.
일부 실시예들에서, 하프-셀 및 풀-셀 해수 전지는 세라믹 NASICON 고체 전해질에 의해 구획된 캐소드액으로서의 수성 해수와 애노드액으로서 비수성 물질(예: 테트라에틸렌 글리콜 디메틸에테르(tetraethylene glycol dimethylether) 중 1M NaCF3SO3)을 사용하고, 캐소드로 P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질과 애노드로 나트륨 금속과 하드 카본을 사용하여 제작될 수 있다. 예를 들어, 해수 전지(110)의 캐소드(110)와 애노드(120)에서 각각 일어날 수 있는 전기 화학 반응은 하기 <화학식 2> 및 <화학식 3>과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112018032959157-pat00005
Figure 112018032959157-pat00006
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드(110)의 전기화학적 특성에 대한 그래프이다.
도 2의 (a)를 참고하면, 제안된 듀얼 프로세스를 고려할 때, 캐소드(110)에 사용된 P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질은 20% Pt/C 촉매와 카본 펠트 기질(substrate)에 대비하여, 5시간 동안 0.1mA(부하 중량(load weight) 10 mg)에서, 비수성(non-aqueous) 전해질(예: TEGDME에서 1M NaCF3SO3)을 애노드액(anolyte)으로 사용하고 수성인 해수를 캐소드액으로 사용하는 해수 전지(100)에 적용되어 사용되었다.
이 경우, 촉매를 이용하지 않은 카본 펠트로만 이루어진 기질(적색 라인) 및 카본 펠트위에 20% Pt/C를 촉매로 이용한 경우(청색 라인)의 전압 대 시간 성능은 플랫 전압 프로파일과 유사한 완전한 OER 및 ORR 특성을 나타내었다.
그러나, P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질을 카본 펠트 위에 촉매로 이용한 경우(녹색 라인)는 1)슬로프(slope) 및 2)플랫(plat)과 관련된 2가지 타입의 전압 프로파일을 나타낸다. 녹색 라인의 전압 프로파일은, Na+이온 인터칼레이션-디인터칼레이션에 해당하는 슬로프 전압 프로파일과 OER/ORR 특성과 관련된 플랫 전압 프로파일을 포함하고 있다. 즉, 하프-셀(half-cell) 해수 전지용 P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질은 20% Pt/C 촉매 및 카본 펠트 기재와 비교할 때 더 우수한 성능을 보여 준다.
도 2의 (b)를 참고하면, Na+이온 인터칼레이션-디인터칼레이션 및 OER/ORR 특성을 확인할 수 있다. 예를 들어, 전달된 방전 용량(delivered discharge capacity)은 P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질에 대한 Na+이온 인터칼레이션-디인터칼레이션 과정(슬로프 전압 프로파일)에 대응하는 ~ 30mAh g-1일 수 있다. 일부 실시예들에서, 명확한 OER/ORR 특성을 확인하기 위해 충전-방전 사이클 지속 시간이 0.1mA를 기준으로 10시간으로 연장되는 경우, Na+이온 인터칼레이션-디인터칼레이션에 대한 일정한(constant) 슬로프 전압 프로파일 및 OER/ORR 특성에 대한 플랫 전압 프로파일이 확인될 수 있다.
도 2의 (c)를 참고하면, Na+ 이온 하프-셀(half-cell)의 전압 대 용량 그래프 결과로부터, P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질의 Na+ 이온 인터칼레이션-디인터칼레이션에 기인한 슬로프 전압 프로파일을 확인할 수 있다. 따라서, P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질은 해수 전지(100)의 캐소드(110)의 활물질 상의 촉매로 사용되고, 또한 우수한 레이트 용량을 가진 고전압 영역에서 작동한다. 일부 실시예들에서, FEC(5 중량 %)를 갖는 1:1(v/v) EC-PC에서 비수성 1 M NaPF6를 사용하여 50사이클 동안 0.1C에서 3.0 내지 4.4V 사이에서 ~ 52mAh g-1이 Na-이온 하프-셀에 제공된다.
도 2의 (d)를 참고하면, 순환 전압 전류 분석(cyclic voltammetric analysis)은 0.1mV s-1에서 2.5-4.0V 사이에서 수행되었으며, 이는 카본 펠트 기질과 비교하여 P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질의 Na-이온 인터칼레이션-디인터칼레이션 과정에 기인한 Co3+/4+산화 환원 종(redox species)에 대해 3.31/3.04V에서의 명백한 산화 및 환원 피크의 존재에 의해 확인할 수 있다. 즉, 획득된 산화 및 환원 피크로부터, P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질이 해수 전지(100)에 대한 Co3+/4+산화 환원 종과 관련된 산화 환원 과정을 촉진함을 확인할 수 있다.
도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 전지의 충전 및 방전 성능에 대한 그래프이다.
도 3의 (a)를 참고하면, 하프-셀 해수 충전-방전 사이클링 연구가 0.1 mA에서 이루어졌으며, 초기 5 사이클 동안의 전압 대 시간 성능을 고려할 때, P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질이 카본 펠트 기질 및 20% Pt/C 촉매와 비교하여 해수 전지(100)의 충전 및 방전 성능에 있어 상당한 개선을 나타냄을 확인할 수 있다.
예를 들어, P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질의 Na+ 이온 인터칼레이션-디인터칼레이션 및 OER/ORR 특성에 대한 ~0.78V(ΔV)의 획득된 전압 차이는 카본 펠트 기질보다 작았으며 거의 20% Pt/C 촉매의 성능에 근접한다.
도 3의 (b)를 참고하면, P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질을 캐소드(110)로 사용한 하프-셀 해수 전지 사이클 연구는 카본 펠트 기질 및 20% Pt/C 촉매와 비교하여 50사이클 동안 우수한 사이클 안정성을 나타낸다.
도 3의 (c)를 참고하면, 전압 대 시간 순환 그래프는 슬로프 및 플랫 전압 영역에 해당하는 통합 전압 프로파일과 관련된 Na+이온 인터칼레이션-디인터칼레이션 및 OER/ORR 촉매 활성의 특성을 확인할 수 있다.
도 3의 (d)를 참고하면, 하프-셀 해수 전지는 80%의 전압 효율로 ~0.78V(ΔV)의 일정한 전압 차이를 나타낸다. 일부 실시예들에서, 장치 내 설계된 캐소드의 성능을 확인하기 위해, 풀-셀 해수 전지는 고체 전해질로 세라믹 NASICON 및 해수 캐소드액, 애노드액으로 비수성 물질(예: TEGDME에서 1M NaCF3SO3)을 사용하고, 애노드로 HC를 사용하여 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 애노드는 Na-이온 하프-셀 사이클링 분석에 기반하여 선택될 수 있다.
도 4의 (a)를 참고하면, 하프-셀(적색 라인) 및 풀-셀(청색 라인) 전압 대 시간 프로파일은 P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질의 캐소드에 대한 Na+ 이온 인터칼레이션-디인터칼레이션 및 OER/ORR 촉매 활성의 이중 프로세스에 대하여 비교될 수 있다.
도 4의 (b)를 참고하면, P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질이 해수 배터리의 풀-셀의 성능에 대하여 카본 펠트 기질과 비교됨을 확인할 수 있다. 즉, P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질에 대한 전압 차는 약 0.36V로, 카본 펠트 기질(1.06V)보다 매우 적으며, 하드 카본 방전 용량은 183mAh g-1이다.
도 4의 (c)를 참고하면, 전압 대 시간의 그래프를 통해 전극의 상당한 전압 안정성을 확인할 수 있다.
도 4의 (d)를 참고하면, 풀-셀의 사이클링 실험에서, 5 사이클 후에 하드 카본 방전 용량이 안정화되고, 안정화된 방전 용량은 사이클 안정성이 우수한 183 mAh g-1이고, 50 사이클 동안 0.1 mA에서 85% 쿨롱 효율을 유지함을 확인할 수 있다. 즉, P2-타입 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질의 캐소드는 해수 전지에 대한 통합 전압 프로파일에 상응하는 Na+ 이온 인터칼레이션-디인터칼레이션 및 OER/ORR 촉매 활성의 우수한 이중 공정을 나타내며, 상업적 규모로 작동할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
100: 해수 전지
110: 캐소드
120: 애노드

Claims (7)

  1. 애노드(anode); 및
    나트륨 이온의 인터칼레이션(intercalation) 및 디인터칼레이션(deintercalation) 및 이작용성(bifunctional) 전극 촉매 반응을 위해 이용되는 전기화학 촉매 물질로 이루어진 촉매층을 포함하는 캐소드(cathode);
    를 포함하고,
    상기 전기화학 촉매 물질은, P2-타입 층상(layered) Na0.5Co0.5Mn0.5O2를 포함하고,
    상기 P2-타입 층상 Na0.5Co0.5Mn0.5O2은, Co(NO3)2.6H2O 및 Mn(NO3)2.4H2O 염의 전구체 용액을 교반하여 생성된 (Co0.5Mn0.5)2(OH)2CO3 전구체와 Na2CO3 분말의 혼합물을 하소(calcine)시켜 생성된,
    해수 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이작용성 전극 촉매 반응은,
    OER(oxygen evolution reaction)/ORR(oxygen reduction reaction) 촉매 활성 반응을 포함하는,
    해수 전지.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    해수에 함침되는 상기 캐소드를 포함하는 양극부, 유기 전해질에 함침되는 상기 애노드를 포함하는 음극부 및 상기 양극부와 상기 음극부 사이에 위치하여 상기 양극부와 상기 음극부를 분리하는 고체 전해질을 더 포함하는,
    해수 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 캐소드는,
    양극 집전체 및 양극 집전체 상에 마련된 P2-타입 층상(layered) Na0.5Co0.5Mn0.5O2로 이루어진 촉매층을 포함하는,
    해수 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 Na0.5Co0.5Mn0.5O2 물질에서 상기 나트륨 이온이 인터칼레이션-디인터칼레이션됨에 따라 코발트 이온이 3+/4+로 산화 및 환원되는,
    해수 전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 나트륨 이온의 인터칼레이션-디인터칼레이션은 상기 나트륨 이온이 상기 애노드의 하드 카본에 삽입되거나 방출되는 반응을 포함하는,
    해수 전지.
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