KR102358447B1 - Coating composition for electrolysis anode - Google Patents
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Abstract
본 발명은 과전압이 감소 특성을 발현할 수 있는 전기분해 양극용 코팅액 조성물 및 이로부터 유래된 촉매층을 포함하는 전기분해 양극에 관한 것이다. 이에 따른 전기분해 양극용 코팅액 조성물은 아민계 화합물을 포함함으로써 촉매층 내 활성물질의 입자가 보다 균일하고 미세하게 형성되게 할 수 있고, 따라서 상기 코팅액 조성물로부터 유래된 촉매층을 포함하는 전기분해 양극은 과전압이 개선될 수 있다.The present invention relates to an electrolysis anode comprising a coating solution composition for an electrolysis cathode capable of exhibiting overvoltage reduction characteristics, and a catalyst layer derived therefrom. Accordingly, the coating solution composition for an electrolysis positive electrode includes an amine-based compound so that the particles of the active material in the catalyst layer are more uniformly and finely formed. can be improved.
Description
본 발명은 과전압 감소 특성을 발현할 수 있는 전기분해 양극용 코팅액 조성물 및 이로부터 유래된 촉매층을 포함하는 전기분해 양극에 관한 것이다.The present invention relates to an electrolysis anode comprising a coating solution composition for an electrolysis cathode capable of exhibiting overvoltage reduction properties and a catalyst layer derived therefrom.
해수 등의 저가의 염수(Brine)를 전기분해시켜 수산화물, 수소 및 염소를 생산하는 기술은 널리 알려져 있으며, 통상 클로르-알칼리(chlor-alkali) 공정이라고도 불리는 전기분해 공정은 이미 수십여년 간의 상업운전으로 성능 및 기술의 신뢰성이 입증된 공정이라 할 수 있다. The technology of producing hydroxide, hydrogen and chlorine by electrolyzing low-cost brine such as seawater is widely known. It can be said that it is a process with proven performance and reliability of technology.
이러한, 염수의 전기분해는 전해조 내부에 이온교환막을 설치하여 전해조를 양이온실과 음이온실로 구분하고, 전해질로 염수를 사용하여 양극에서 염소가스를, 음극에서 수소 및 가성소다를 얻는 이온교환막법이 현재 가장 널리 사용되고 있는 방법이다.In this electrolysis of brine, an ion exchange membrane is installed inside the electrolyzer to divide the electrolyzer into a cation chamber and an anion chamber, and the ion exchange membrane method that uses brine as an electrolyte to obtain chlorine gas from the anode and hydrogen and caustic soda from the cathode is currently the most It is a widely used method.
구체적으로, 염수의 전기분해 공정은 하기 전기화학 반응식에 나타낸 바와 같은 반응을 통해 이루어 진다. Specifically, the electrolysis process of brine is made through a reaction as shown in the following electrochemical reaction formula.
양극(anode)반응: 2Cl- -> Cl2 + 2e- (E0 = +1.36 V)Anode reaction: 2Cl - -> Cl 2 + 2e - (E 0 = +1.36 V)
음극(cathode)반응: 2H2O + 2e- -> 2OH- + H2 (E0 = -0.83 V) Cathode reaction: 2H 2 O + 2e - -> 2OH - + H 2 (E 0 = -0.83 V)
전체반응: 2Cl- + 2H2O -> 2OH- + Cl2 + H2 (E0 = -2.19 V)Total reaction: 2Cl - + 2H 2 O -> 2OH - + Cl 2 + H 2 (E 0 = -2.19 V)
한편, 염수의 전기분해를 수행함에 있어 전해전압은 이론적인 염수 전기분해에 필요한 전압에 양극의 과전압, 음극의 과전압, 이온 교환막의 저항에 의한 전압 및 양극과 음극 간 거리에 의한 전압을 모두 고려해야 하며, 이들 전압 중 전극에 의한 과전압이 중요한 변수로 작용하고 있다. On the other hand, in carrying out the electrolysis of brine, the electrolysis voltage must consider all of the voltage required for the theoretical brine electrolysis, the overvoltage of the anode, the overvoltage of the cathode, the voltage due to the resistance of the ion exchange membrane, and the voltage due to the distance between the anode and the cathode. , among these voltages, the overvoltage by the electrode is acting as an important variable.
이에, 전극의 과전압을 감소시킬 수 있는 방법이 연구되고 있으며, 예컨대 양극으로는 DSA(Dimensionally Stable Anode)라 불리는 귀금속계 전극이 개발되어 사용되고 있으며, 음극에 대해서도 과전압이 낮고 내구성이 있는 우수한 소재의 개발이 요구되고 있다. Accordingly, a method for reducing the overvoltage of the electrode is being researched. For example, a noble metal-based electrode called DSA (Dimensionally Stable Anode) has been developed and used as an anode, and an excellent material with low overvoltage and durability for the anode is also developed. this is being requested
현재 상업용 염수 전기분해 공정에서는 티타늄 기재(substrate) 상에 Ru 및 Ti 혼합 산화물 촉매층을 갖는 양극이 일반적으로 사용되고 있으며, 이러한 양극은 우수한 내식성과 우수한 염소 발생 반응활성을 보이는 장점이 있다.Currently, in a commercial brine electrolysis process, an anode having a mixed oxide catalyst layer of Ru and Ti on a titanium substrate is generally used, and such anode has advantages of excellent corrosion resistance and excellent chlorine generation reaction activity.
한편, 상기 양극은 통상 열분해법(Thermal decomposition)을 기본으로 제조되는데, 이는 촉매층을 구성하는 성분들의 전구체(precursor) 용액을 금속 기재 상에 도포하고 이를 고온 및 산소 분위기에서 열처리(calcination)하여 제조하는 방법이다. 이러한, 열분해법으로 제조되는 양극은 종래의 니켈, 흑연전극에 비해 상당히 낮아진 과전압을 나타내지만, 여전히 충분히 낮지 않은 과전압으로 인하여 공정 운전시 많은 에너지가 소모되고, 오랜 사용에는 한정되는 문제가 있다. On the other hand, the anode is usually manufactured based on thermal decomposition, which is prepared by applying a solution of a precursor of the components constituting the catalyst layer on a metal substrate and heat-treating it in a high temperature and oxygen atmosphere. way. Although the anode manufactured by such a pyrolysis method exhibits significantly lower overvoltage compared to conventional nickel and graphite electrodes, a lot of energy is consumed during process operation due to the overvoltage still not sufficiently low, and long-term use is limited.
이에, 과전압을 감소시키기 위한 몇 가지 기술들이 연구되었으며, 그 중 촉매층 내 활성입자인 루테늄 함량을 증가시키거나, Pt 또는 Pd 등의 귀금속 성분의 첨가(KR10-1645198) 또는 수열합성법(hydrothermal synthesis), 졸-겔법(sol-gel)을 적용하여 촉매층을 형성시키는 방법(US8430997) 등이 알려져 있다.Accordingly, several techniques for reducing the overvoltage have been studied, among them, increasing the content of ruthenium, an active particle in the catalyst layer, adding a noble metal component such as Pt or Pd (KR10-1645198), or hydrothermal synthesis; A method of forming a catalyst layer by applying a sol-gel method (US8430997) and the like are known.
그러나, 촉매층 조성의 변화는 경쟁반응을 촉진시키고, 제조 비용의 증대를 초래하여 경제적인 측면에서 불리하고, 졸-겔법을 적용하여 촉매층을 형성시키는 방법은 제조과정의 복잡성을 야기하여 상업상 적용하기에는 한계가 있다.However, the change in the composition of the catalyst layer promotes a competitive reaction and causes an increase in manufacturing cost, which is disadvantageous in terms of economics. there is
따라서, 상업용 염수 전기분해 공정에 용이하게 적용할 수 있는, 염소 발생 반응활성과 안정성이 우수하면서도 과전압이 감소되고 수명이 개선된 양극의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for development of a positive electrode having excellent chlorine generating reaction activity and stability, which can be easily applied to a commercial brine electrolysis process, and with reduced overvoltage and improved lifespan.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 과전압 감소 특성을 발현할 수 있는 전기분해 양극용 코팅액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been devised to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a coating solution composition for an electrolysis positive electrode capable of expressing overvoltage reduction characteristics.
또한, 본 발명은 상기 전기분해 양극용 코팅액 조성물로부터 유래된 촉매층을 포함하는 전기분해 양극을 제공하는 것을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide an electrolysis anode comprising a catalyst layer derived from the coating solution composition for an electrolysis cathode.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 알코올계 용매; 루테늄 산화물 전구체, 이리듐 산화물 전구체 및 티타늄 산화물 전구체를 포함하는 금속 산화물 전구체; 및 올레일아민, 트리옥틸아민, 디옥틸아민, 옥틸아민 및 트리부틸아민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 아민계 화합물을 포함하는 전기분해 양극용 코팅액 조성물을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention is an alcohol-based solvent; a metal oxide precursor including a ruthenium oxide precursor, an iridium oxide precursor, and a titanium oxide precursor; and oleylamine, trioctylamine, dioctylamine, octylamine and tributylamine.
또한, 본 발명은 금속 기재층; 및 상기 기재층 적어도 일면 상에 형성된, 청구항 1에 기재된 코팅액 조성물로부터 유래된 촉매층을 포함하고, 상기 촉매층은 루테늄 산화물을 포함하되, 상기 루테늄 산화물은 2 nm 내지 10 nm의 평균입자 크기를 갖는 것인 전기분해 양극을 제공한다.In addition, the present invention is a metal base layer; and a catalyst layer derived from the coating solution composition according to claim 1 formed on at least one surface of the base layer, wherein the catalyst layer comprises ruthenium oxide, wherein the ruthenium oxide has an average particle size of 2 nm to 10 nm An electrolysis anode is provided.
본 발명에 따른 전기분해 양극용 코팅액 조성물은 아민계 화합물을 포함함으로써 촉매층 내 활성물질의 입자가 보다 균일하고 미세하게 형성되게 할 수 있고, 경우에 따라 아민계 화합물의 비율을 조절함으로써 상기 아민계 화합물의 환원력에 의하여 촉매층 내 루테늄 금속이 형성되도록 할 수 있으며, 이에 상기 코팅액 조성물로부터 유래된 촉매층을 포함하는 전기분해 양극은 과전압이 개선될 수 있다. The coating solution composition for an electrolysis positive electrode according to the present invention includes an amine-based compound so that particles of the active material in the catalyst layer are more uniformly and finely formed, and in some cases, by adjusting the ratio of the amine-based compound, the amine-based compound The ruthenium metal can be formed in the catalyst layer by the reducing power of the electrolysis anode including the catalyst layer derived from the coating solution composition, whereby the overvoltage can be improved.
따라서, 본 발명에 따른 상기 전기분해 양극용 코팅액 조성물 및 상기 코팅액 조성물로부터 유래된 촉매층을 포함하는 전기분해 양극은 이를 필요로 하는 산업, 예컨대 염수의 전기분해에 용이하게 적용할 수 있다.Accordingly, the electrolysis anode comprising the coating solution composition for the electrolysis cathode and the catalyst layer derived from the coating solution composition according to the present invention can be easily applied to an industry requiring the same, for example, electrolysis of brine.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예 1의 양극와 비교예의 양극의 주사전자현미경(SEM) 분석 이미지를 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예 1 및 비교예의 양극의 XRD 분석결과 그래프이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예의 양극의 정전류 시간전위차법을 통한 양극전위를 측정한 결과 그래프이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예 1 및 비교예의 양극을 포함하는 단일셀의 셀전압을 측정한 결과 그래프이다.The following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the above-described content of the present invention, so the present invention is limited to the matters described in those drawings should not be construed as limited.
1 shows a scanning electron microscope (SEM) analysis image of the positive electrode of Example 1 and the positive electrode of Comparative Example according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the results of XRD analysis of the positive electrode of Example 1 and Comparative Example according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing a result of measuring the anode potential through the constant current time potential difference method of the cathodes of Examples 1 to 3 and Comparative Examples according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a result of measuring the cell voltage of a single cell including the positive electrode of Example 1 and Comparative Example according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail to help the understanding of the present invention.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that there is, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
본 발명은 전기분해 양극의 촉매층 제조에 적용되어 상기 양극의 과전압을 개선시킬 수 있는 전기분해 양극(Anode)용 코팅액 조성물을 제공한다. The present invention provides a coating solution composition for an electrolysis anode that can be applied to the production of a catalyst layer of the electrolysis anode to improve the overvoltage of the anode.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 전기분해 양극용 코팅액 조성물은 알코올계 용매; 루테늄 산화물 전구체, 이리듐 산화물 전구체 및 티타늄 산화물 전구체를 포함하는 금속 산화물 전구체; 및 올레일아민, 트리옥틸아민, 디옥틸아민, 옥틸아민 및 트리부틸아민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 아민계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다. The coating solution composition for an electrolysis positive electrode according to an embodiment of the present invention includes an alcohol-based solvent; a metal oxide precursor including a ruthenium oxide precursor, an iridium oxide precursor, and a titanium oxide precursor; and at least one amine-based compound selected from the group consisting of oleylamine, trioctylamine, dioctylamine, octylamine and tributylamine.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 전기분해 양극용 코팅액 조성물은 전기분해 양극에 있어서 활성층인 촉매층을 형성시키기 위해 사용되는 물질인 것으로, 상기 코팅액 조성물은 알코올계 용매; 루테늄 산화물 전구체, 이리듐 산화물 전구체 및 티타늄 산화물 전구체를 포함하는 금속 산화물 전구체; 및 상기 아민계 화합물을 포함함으로써, 이로부터 제조된 촉매층 내 활성입자가 균일하고 미세하게 형성될 수 있고, 상기 촉매층 내 루테늄 금속이 루테늄 산화물과 섞여서 포함되어 있을 수 있다. 이에, 상기 촉매층을 포함하는 전기분해 양극의 효율이 우수하면서, 과전압이 개선될 수 있다. The coating solution composition for an electrolysis positive electrode according to an embodiment of the present invention is a material used to form a catalyst layer that is an active layer in an electrolysis positive electrode, and the coating solution composition includes an alcohol-based solvent; a metal oxide precursor including a ruthenium oxide precursor, an iridium oxide precursor, and a titanium oxide precursor; And by including the amine compound, active particles in the catalyst layer prepared therefrom may be uniformly and finely formed, and ruthenium metal in the catalyst layer may be mixed with ruthenium oxide. Accordingly, while the efficiency of the electrolysis anode including the catalyst layer is excellent, the overvoltage can be improved.
구체적으로, 상기 아민계 화합물은 금속 산화물 전구체의 금속성분 1몰 대비 0.01 몰 내지 10 몰의 비율로 전기분해 양극용 코팅액 조성물에 포함되는 것일 수 있다. 더 구체적으로는, 상기 아민계 화합물은 금속 산화물 전구체의 금속성분 1몰 대비 0.5 몰 내지 5 몰의 비율로 포함되는 것일 수 있고, 보다 더 구체적으로는 상기 아민계 화합물은 금속 산화물 전구체의 금속성분 1몰 대비 1몰 내지 3몰의 비율로 포함되는 것일 수 있다. Specifically, the amine-based compound may be included in the coating solution composition for an electrolysis cathode in a ratio of 0.01 to 10 moles relative to 1 mole of the metal component of the metal oxide precursor. More specifically, the amine-based compound may be included in a ratio of 0.5 mol to 5 mol relative to 1 mol of the metal component of the metal oxide precursor, and more specifically, the amine-based compound is the metal component 1 of the metal oxide precursor. It may be included in a ratio of 1 mole to 3 moles relative to the mole.
여기에서, 상기 아민계 화합물은 전이금속 양극용 코팅액 조성물에 포함되어, 상기 코팅액 조성물을 금속 기재에 도포하고 건조 및 열처리하여 전기분해 양극 내 촉매층을 제조하는 과정 동안 상기 코팅액 조성물에 같이 포함되어 있는 금속 산화물 전구체로부터 유래되는 금속 산화물의 특정면에 배위되어 결정성장을 억제시키거나, 또는 활성이 높은 특정면 성장을 촉진시킬 수 있고, 루테늄 금속(금속성의 루테늄)을 형성시킬 수 있다. 이에, 상기 코팅액 조성물로부터 제조된 촉매층 내 활성입자의 입자크기가 미세하고 균일할 수 있고, 루테늄 금속과 루테늄 산화물이 동시에 포함되어 있을 수 있어 상기 촉매층을 포함하는 전기분해 양극은 효율이 우수하고 과전압 개선 효과가 우수할 수 있다. Here, the amine-based compound is included in the coating solution composition for a transition metal positive electrode, and the coating solution composition is applied to a metal substrate, dried and heat treated to prepare a catalyst layer in the electrolysis anode metal included in the coating solution composition It is coordinated to a specific surface of a metal oxide derived from an oxide precursor to inhibit crystal growth, or to promote growth of a specific surface with high activity, and may form ruthenium metal (metallic ruthenium). Accordingly, the particle size of the active particles in the catalyst layer prepared from the coating solution composition may be fine and uniform, and since ruthenium metal and ruthenium oxide may be included at the same time, the electrolysis anode including the catalyst layer has excellent efficiency and improved overvoltage The effect can be excellent.
또한, 상기 아민계 화합물이 금속 산화물 전구체의 금속성분 1몰 대비 0.01몰 미만으로 코팅액 조성물에 포함되는 경우에는 아민계 화합물에 의한 효과가 미미하고 상기 코팅액 조성물의 저장 보관성(시간에 따른 침전물 발생 등)이 저하될 수 있으며, 10 몰을 초과하여 코팅액 조성물에 포함되는 경우에는 상기 코팅액 조성물의 점도가 상승하여 이후 이를 이용한 전극의 제조시 도포가 용이하지 않을 수 있다.In addition, when the amine-based compound is included in the coating solution composition in an amount of less than 0.01 mol relative to 1 mol of the metal component of the metal oxide precursor, the effect of the amine-based compound is insignificant and the storage storability of the coating solution composition (eg, sediment generation over time, etc.) ) may be reduced, and when it is included in the coating solution composition in excess of 10 moles, the viscosity of the coating solution composition increases, so that it may not be easy to apply when manufacturing an electrode using the same.
한편, 상기 아민계 화합물은 불포화 아민계 화합물 및 포화 아민계 화합물에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있으며, 구체적으로는 상기 아민계 화합물은 올레일아민(oleylamine), 트리옥틸아민(trioctylamine), 디옥틸아민(dioctylamine), 옥틸아민(octylamine) 및 트리부틸아민(tributylamine)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다. 더욱 구체적으로는 상기 아민계 화합물은 올레일아민일 수 있다. Meanwhile, the amine-based compound may be at least one selected from an unsaturated amine-based compound and a saturated amine-based compound, and specifically, the amine-based compound is oleylamine, trioctylamine, or dioctylamine. (dioctylamine), octylamine (octylamine), and may be at least one selected from the group consisting of tributylamine (tributylamine). More specifically, the amine-based compound may be oleylamine.
또한, 상기 금속 산화물 전구체는 각 전구체 내 금속성분을 기준으로 루테늄 산화물 전구체 1 몰 대비 이리듐 산화물 전구체를 0.01 몰 내지 10 몰, 티타늄 산화물 전구체를 0.1 몰 내지 20 몰로 포함하는 것일 수 있고, 구체적으로는 루테늄 산화물 전구체 1 몰 대비 이리듐 산화물 전구체를 0.1 몰 내지 5 몰, 티타늄 산화물 전구체를 0.5 몰 내지 10 몰로 포함하는 것일 수 있다. 만약, 상기 금속 산화물 전구체가 상기의 비율로 루테늄 산화물 전구체, 이리듐 산화물 전구체 및 티타늄 산화물 전구체를 포함하는 경우, 이를 포함하는 코팅액 조성물로부터 형성된 촉매층을 포함하는 전기분해 양극의 과전압이 크게 개선될 수 있고, 수명이 증가할 수 있으며, 전기분해 시 생성가스 내 산소가스 함량이 감소될 수 있다. In addition, the metal oxide precursor may include 0.01 to 10 moles of the iridium oxide precursor and 0.1 to 20 moles of the titanium oxide precursor relative to 1 mole of the ruthenium oxide precursor based on the metal component in each precursor, specifically ruthenium It may include 0.1 to 5 moles of the iridium oxide precursor and 0.5 to 10 moles of the titanium oxide precursor relative to 1 mole of the oxide precursor. If the metal oxide precursor includes a ruthenium oxide precursor, an iridium oxide precursor, and a titanium oxide precursor in the above ratio, the overvoltage of the electrolysis anode including the catalyst layer formed from the coating solution composition comprising the same can be greatly improved, The lifespan may be increased, and the oxygen gas content in the gas produced during electrolysis may be reduced.
또한, 상기 금속 산화물 전구체가 상기의 비율을 벗어나는 비율로 루테늄 산화물 전구체, 이리듐 산화물 전구체 및 티타늄 산화물 전구체를 포함하는 경우에는 부생성물의 발생이 증가하고, 비용 증가로 인한 경제성의 저하를 야기할 수 있다.In addition, when the metal oxide precursor includes a ruthenium oxide precursor, an iridium oxide precursor, and a titanium oxide precursor in a ratio out of the above ratio, the generation of by-products increases, and it may cause a decrease in economic efficiency due to an increase in cost. .
여기에서, 상기 루테늄 산화물 전구체, 이리듐 산화물 전구체 및 티타늄 산화물 전구체는 각각 루테늄 산화물, 이리듐 산화물, 티타늄 산화물 혹은 루테늄, 이리듐 및 티타늄을 포함하는 복합금속 산화물로 변화할 수 있는 물질을 나타내는 것으로, 특별히 제한하지 않으나 예컨대 각 금속의 수산화물, 염화물, 질산화물, 산화물 등일 수 있다. Here, the ruthenium oxide precursor, the iridium oxide precursor and the titanium oxide precursor are each ruthenium oxide, iridium oxide, titanium oxide or a composite metal oxide containing ruthenium, iridium and titanium. However, for example, it may be a hydroxide, chloride, nitroxide, oxide, etc. of each metal.
구체적인 예로, 상기 루테늄 산화물 전구체는 염화루테늄 수화물(RuCl3·xH2O)일 수 있고, 이리듐 산화물 전구체는 염화이리듐 수화물(IrCl3·xH2O)일 수 있으며, 티타늄 산화물 전구체는 티타늄 이소프로폭사이드(isopropoxide)일 수 있다. As a specific example, the ruthenium oxide precursor may be ruthenium chloride hydrate (RuCl 3 ·xH 2 O), the iridium oxide precursor may be iridium chloride hydrate (IrCl 3 ·xH 2 O), and the titanium oxide precursor is titanium isopropoxy. side (isopropoxide).
또한, 상기 알코올계 용매는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올(1-부탄올) 및 2-부탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있으며, 구체적으로는 n-부탄올일 수 있다.In addition, the alcohol-based solvent may be at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, isopropanol, n-butanol (1-butanol) and 2-butanol, specifically n-butanol. .
또한, 본 발명은 상기 코팅액 조성물로부터 유래된 촉매층을 포함하는 전기분해 양극을 제공한다. In addition, the present invention provides an electrolysis anode comprising a catalyst layer derived from the coating solution composition.
여기에서, 상기 "코팅액 조성물로부터 유래된 촉매층"은 상기 코팅액 조성물을 사용하여 제조된 촉매층을 나타내는 것이다.Here, the "catalyst layer derived from the coating solution composition" refers to a catalyst layer prepared using the coating solution composition.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 전기분해 양극은 금속 기재층; 및 상기 기재층 적어도 일면 상에 형성된, 상기 코팅액 조성물로부터 유래된 촉매층을 포함하고, 상기 촉매층은 루테늄 산화물을 포함하되, 상기 루테늄 산화물은 2 nm 내지 10 nm의 평균입자 크기를 갖는 것을 특징으로 한다. The electrolysis anode according to an embodiment of the present invention includes a metal base layer; and a catalyst layer derived from the coating solution composition formed on at least one surface of the base layer, wherein the catalyst layer includes ruthenium oxide, wherein the ruthenium oxide has an average particle size of 2 nm to 10 nm.
만약, 상기 촉매층 내 루테늄 산화물의 평균입자가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 촉매층 내 상기 루테늄 산화물의 분포가 고르지 못할 수 있고, 결과적으로 이를 포함하는 전기분해 양극의 과전압 개선 효과가 저하될 수 있다.If the average particle of ruthenium oxide in the catalyst layer is out of the above range, the distribution of the ruthenium oxide in the catalyst layer may be uneven, and as a result, the overvoltage improvement effect of the electrolysis anode including the same may be reduced.
상기 촉매층은 전술한 코팅액 조성물로부터 유래됨으로써 촉매층 내 루테늄산화물이 전술한 바와 같은 입자크기를 가질 수 있으며, 따라서 촉매층 내에 균일하게 분포되어 있을 수 있다. 또한, 상기 촉매층은 상기 코팅액 조성물로부터 유래됨으로써 루테늄 산화물 및 루테늄 금속을 동시에 포함하고 있을 수 있다. Since the catalyst layer is derived from the above-described coating solution composition, the ruthenium oxide in the catalyst layer may have the same particle size as described above, and thus may be uniformly distributed in the catalyst layer. In addition, the catalyst layer may contain ruthenium oxide and ruthenium metal at the same time by being derived from the coating solution composition.
이에, 상기 촉매층을 포함하는 상기 전기분해 양극은 과전압 개선 효과가 우수할 수 있다. Accordingly, the electrolysis anode including the catalyst layer may have an excellent overvoltage improvement effect.
한편, 상기 금속 기재층은 금속 기재로 구성된 것으로 상기 금속 기재는 티타늄, 탄탈, 알루미늄, 하프늄, 니켈, 지르코늄, 몰리브덴, 텅스텐, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금인 것일 수 있고, 구체적으로는 티타늄일 수 있다. On the other hand, the metal substrate layer is composed of a metal substrate, and the metal substrate may be titanium, tantalum, aluminum, hafnium, nickel, zirconium, molybdenum, tungsten, stainless steel, or an alloy thereof, specifically titanium. .
또한, 상기 금속 기재층은 표면에 미세 요철이 형성되어 있는 것일 수 있다. In addition, the metal base layer may be one in which fine concavities and convexities are formed on the surface.
한편, 본 발명에 따른 상기 전기분해 양극은 후술하는 제조방법에 의하여 제조되는 것일 수 있다. On the other hand, the electrolytic anode according to the present invention may be manufactured by a manufacturing method to be described later.
1) 알코올 용매; 루테늄 산화물 전구체, 이리듐 산화물 전구체 및 티타늄 산화물 전구체를 포함하는 금속 산화물 전구체; 및 아민계 화합물을 포함하는 코팅액 조성물을 제조하는 단계; 및1) alcohol solvents; a metal oxide precursor including a ruthenium oxide precursor, an iridium oxide precursor, and a titanium oxide precursor; and preparing a coating solution composition comprising an amine-based compound; and
2) 상기 코팅액 조성물을 금속 기재의 적어도 일면 상에 도포하고 건조한 후 열처리하는 단계.2) applying the coating solution composition on at least one surface of a metal substrate, drying and heat-treating the composition.
상기 단계 1은 전기분해 양극에서 촉매층을 형성하는 전술한 코팅액 조성물을 제조하기 위한 단계로, 알코올계 용매에 상기의 금속 산화물 전구체 및 아민계 화합물을 첨가하고 혼합하여 수행할 수 있다. 상기 혼합은 교반 또는 초음파 분산기로 분산시켜 수행하는 것일 수 있다. 또한, 상기 혼합은 상온에서 수행하거나, 혹은 30℃ 이상의 온도, 또는 50℃ 내지 100℃의 온도에서 1시간 이상, 또는 3시간 내지 24시간 동안 수행하는 것일 수 있다. Step 1 is a step for preparing the aforementioned coating solution composition for forming a catalyst layer in the electrolysis anode, and may be performed by adding and mixing the metal oxide precursor and the amine-based compound in an alcohol-based solvent. The mixing may be performed by stirring or dispersing with an ultrasonic disperser. In addition, the mixing may be performed at room temperature, or at a temperature of 30° C. or higher, or at a temperature of 50° C. to 100° C. for 1 hour or more, or 3 to 24 hours.
이때, 상기 알코올계 용매, 금속 산화물 전구체 및 아민계 화합물은 앞서 정의한 바와 같다.In this case, the alcohol-based solvent, the metal oxide precursor, and the amine-based compound are as defined above.
상기 단계 2는 상기 코팅액 조성물로부터 유래된 촉매층을 포함하는 전기분해 양극을 제조하기 위한 단계로, 상기 코팅액 조성물을 금속 기재의 적어도 일면 상에 도포하고 건조한 후 열처리하여 수행할 수 있다.
여기에서, 상기 금속 기재의 종류는 앞서 정의한 바와 같다. Here, the type of the metal substrate is as defined above.
한편, 상기 금속 기재는 코팅액 조성물을 도포하기 전에 표면 처리한 것일 수 있으며, 이때 상기 표면 처리는 금속 기재의 표면을 샌드블라스팅(sandblasting)하여 미세 요철을 형성시키고, 염 혹은 산처리하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에서는 금속 기재의 표면을 알루미늄 옥사이드로 샌드블라스팅하여 요철이 있는 구조로 가공하고, 90℃의 10 wt% 옥살산에 2시간 동안 침지시키고 증류수로 세척한 후 건조하여 상기 표면 처리를 수행하였다.On the other hand, the metal substrate may be surface-treated before applying the coating solution composition, in which case the surface treatment may be performed by sandblasting the surface of the metal substrate to form fine irregularities, and salt or acid treatment. . For example, in one embodiment of the present invention, the surface of the metal substrate is sandblasted with aluminum oxide to form a structure with irregularities, immersed in 10 wt% oxalic acid at 90° C. for 2 hours, washed with distilled water, and dried. The surface treatment was performed.
또한, 상기 금속 기재는 특별히 제한하는 것은 아니나, 50 ㎛ 내지 5 mm의 두께를 갖는 것일 수 있다. In addition, the metal substrate is not particularly limited, but may have a thickness of 50 μm to 5 mm.
상기 도포는 상기 코팅액 조성물이 금속 기재 상에 고르게 도포될 수 있으면 특별히 제한하지 않고 당업계에 공지된 방법으로 수행할 수 있으며, 예컨대 닥터 블레이드(doctor blade) 등을 사용하여 균일하게 분산시키거나, 다이 캐스팅(die casting), 콤마 코팅(comma coating), 스크린 프린팅(screen printing), 스프레이 분사(spray coating), 정전기 분무 도포(electrostatic spray deposition), 롤코팅(roller coating), 딥코팅(Dip coating), 브러싱(brushing)을 통하여 수행하는 것일 수 있다. The application is not particularly limited as long as the coating solution composition can be evenly applied on the metal substrate, and can be performed by a method known in the art, for example, uniformly dispersed using a doctor blade, or a die die casting, comma coating, screen printing, spray coating, electrostatic spray deposition, roller coating, dip coating, It may be performed through brushing.
상기 건조는 40℃ 내지 150℃에서 5분 내지 60분 동안 수행하는 것일 수 있으며, 구체적으로는 50℃ 내지 100℃에서 10분 내지 30분 동안 수행하는 것일 수 있다. The drying may be performed at 40° C. to 150° C. for 5 minutes to 60 minutes, and specifically, may be performed at 50° C. to 100° C. for 10 minutes to 30 minutes.
또한, 상기 열처리는 400℃ 내지 600℃에서 1시간 이하 동안 수행하는 것일 것 있으며, 구체적으로는 450℃ 내지 500℃에서 10분 내지 30분 동안 수행하는 것일 수 있다. 상기 열처리를 전술한 온도 조건하에서 수행하는 경우, 코팅액 조성물 내 불순물은 용이하게 제거되면서 산화물이 형성될 수 있고 금속 기재에 영향을 미치지 않아 촉매층의 전기 저항이 크게 감소될 수 있다. 또한, 과도하게 높은 온도조건이 요구되지 않아 에너지 소비가 줄어들 수 있고 이에 경제성이 우수할 수 있다. In addition, the heat treatment may be performed at 400° C. to 600° C. for 1 hour or less, and specifically, at 450° C. to 500° C. for 10 minutes to 30 minutes. When the heat treatment is performed under the temperature conditions described above, the impurities in the coating solution composition may be easily removed while forming an oxide, and the electrical resistance of the catalyst layer may be greatly reduced because it does not affect the metal substrate. In addition, since an excessively high temperature condition is not required, energy consumption may be reduced, and thus economic efficiency may be excellent.
한편, 상기 단계 2의 도포, 건조 및 열처리는 순차적으로 3회 이상 20회 이하로 반복 수행하는 것일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법은 금속 기재 적어도 일면 상에 상기 코팅액 조성물을 도포, 건조 및 열처리한 후, 첫번째 코팅액 조성물을 도포한 금속 기재 일면 상에 다시 코팅액 조성물을 도포, 건조 및 열처리하는 것을 3회 이상 반복해서 수행하는 것일 수 있다. 또한, 코팅액 조성물의 농도는 반복 수행 과정의 횟수 마다 다르게 조절할 수 있다. On the other hand, the application, drying and heat treatment of
구체적으로, 상기 단계 2의 도포, 건조 및 열처리는 순차적으로 5회 이상 10회 이하로 반복적으로 수행하는 것일 수 있다.Specifically, the application, drying and heat treatment of
또한, 상기 단계 2의 도포, 건조 및 열처리는 상기 금속 기재 단위 면적(m2) 당 루테늄 금속 기준으로 5 g이상의 양이 되도록 반복하여 수행하는 것일 수 있다. In addition, the application, drying, and heat treatment of
이하, 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 이들 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples and Experimental Examples. However, the following Examples and Experimental Examples are intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예 1Example 1
티타늄 표면을 알루미늄 옥사이드(120 mesh)로 0.4 MPa 조건에서 샌드블라스팅하여 요철이 형성된 구조로 가공하고, 세척하여 유지분 및 불순물을 제거한 후 90℃의 10 wt% 옥살산 수용액에서 2시간 동안 침지시켜 표면에 미세 요철을 형성시키고 표면에 잔존하는 알루미늄 옥사이드를 완전히 제거하였다. 이후 증류수로 세척하여 티타늄 기재를 제조하였다. The titanium surface is sandblasted with aluminum oxide (120 mesh) under 0.4 MPa conditions to form an uneven structure, washed to remove oils and fats and impurities, and then immersed in a 10 wt% oxalic acid aqueous solution at 90° C. for 2 hours. Fine concavities and convexities were formed and aluminum oxide remaining on the surface was completely removed. Thereafter, it was washed with distilled water to prepare a titanium substrate.
n-부탄올에 염화루테늄 수화물, 염화이리듐 수화물, 티타늄 이소프로폭사이드를 200 g/L 농도로 첨가하고 70℃에서 1시간 동안 교반하면서 혼합하여 균일한 용액을 얻은 후, 올레일아민을 첨가하고 혼합하여 촉매층 형성용 코팅액 조성물을 제조하였다. 이때, 상기 촉매층 형성용 코팅액 조성물은 염화루테늄 수화물, 염화이리듐수화물 및 티타늄 이소프로폭사이드는 금속성분 기준으로 Ru:Ir:Ti=35:25:45의 몰비로, 상기 올레일아민은 촉매층 형성용 코팅액 조성물 내 총 금속성분 1 몰 대비 2의 몰비가 되도록 제조하였다.Ruthenium chloride hydrate, iridium chloride hydrate, and titanium isopropoxide were added to n-butanol at a concentration of 200 g/L and mixed with stirring at 70° C. for 1 hour to obtain a uniform solution, then oleylamine was added and mixed Thus, a coating solution composition for forming a catalyst layer was prepared. In this case, the coating solution composition for forming the catalyst layer includes ruthenium chloride hydrate, iridium chloride hydrate and titanium isopropoxide in a molar ratio of Ru:Ir:Ti=35:25:45 based on the metal component, and the oleylamine is used for forming the catalyst layer It was prepared so that the molar ratio of 2 to 1 mol of the total metal component in the coating solution composition.
제조된 코팅액 조성물을 상기 티타늄 기재 표면에 도포하고 100℃의 대류식건조 오븐에 넣어 10분 동안 건조시킨 후, 480℃의 전기 가열로에 넣어 10분 동안 열처리하였다. 이때, 이때, 촉매층 형성용 조성물의 도포, 건조 및 열처리는 티타늄 기재 단위면적(1 m2) 당 루테늄이 7.0 g이 될 때까지 반복 수행하였으며, 마지막 열처리는 480℃에서 1시간 동안 수행하여 양극을 제조하였다.The prepared coating solution composition was applied to the surface of the titanium substrate, dried for 10 minutes in a convection drying oven at 100° C., and then heat-treated in an electric heating furnace at 480° C. for 10 minutes. At this time, the application, drying and heat treatment of the composition for forming the catalyst layer were repeatedly performed until the amount of ruthenium per unit area (1 m 2 ) of the titanium base became 7.0 g, and the final heat treatment was performed at 480 ° C. for 1 hour to prepare the anode. prepared.
실시예 2Example 2
코팅액 조성물 제조 시 올레일아민 대신 트리옥틸아민을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전기분해 양극을 제조하였다.An electrolysis positive electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that trioctylamine was used instead of oleylamine when preparing the coating solution composition.
실시예 3Example 3
코팅액 조성물 제조 시 올레일아민을 총 금속성분 1 몰 대비 1의 몰비로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전기분해 양극을 제조하였다.An electrolysis positive electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that oleylamine was used in a molar ratio of 1 to 1 mole of the total metal component during the preparation of the coating solution composition.
비교예 comparative example
코팅액 조성물 제조 시 올레일아민을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 전기분해 양극을 제조하였다.An electrolysis positive electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that oleylamine was not added during the preparation of the coating solution composition.
실험예 1Experimental Example 1
실시예 1 및 비교예에서 제조된 각 양극의 촉매층 표면형상을 비교분석하기 위하여 각 양극의 촉매층 표면을 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)을 측정하였으며, 결과를 도 1에 나타내었다. In order to compare and analyze the surface shape of the catalyst layer of each anode prepared in Example 1 and Comparative Example, the surface of the catalyst layer of each anode was measured with a scanning electron microscope (SEM), and the results are shown in FIG. 1 .
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예 1의 양극의 촉매층 표면은 비교예의 양극 대비 미세한 입자들로 구성되어 있는 것을 확인하였다. As shown in FIG. 1 , it was confirmed that the surface of the catalyst layer of the positive electrode of Example 1 according to an embodiment of the present invention was composed of fine particles compared to the positive electrode of Comparative Example.
실험예 2Experimental Example 2
실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 각 코팅액 조성물(Bulk) 및 양극 내 성분상을 비교분석하기 위하여 X-선회절 분석(X-ray Diffraction, XRD)을 실시하였으며, 결과를 도 2에 나타내었다. 또한, X-선회절 분석 결과로부터 촉매층 내 존재하는 금속 산화물(루테늄 산화물 및 이리듐 산화물)의 평균입경을 계산하였으며, 하기 표 1에 나타내었다.X-ray diffraction analysis (XRD) was performed to comparatively analyze each coating composition (Bulk) prepared in Example 1 and Comparative Example 1 and the component phase in the positive electrode, and the results are shown in FIG. 2 . In addition, the average particle diameter of metal oxides (ruthenium oxide and iridium oxide) present in the catalyst layer was calculated from the results of X-ray diffraction analysis, and is shown in Table 1 below.
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예 1의 코팅액 조성물(Bulk) 및 양극에서는 루테늄 산화물과 루테늄 금속(금속상의 루테늄)에 해당하는 피크가 동시에 존재하는 반면, 비교예의 코팅액 조성물(Bulk) 및 양극에서는 루테늄 산화물에 해당하는 피크만 존재하고 루테늄 금속에 해당하는 피크는 관찰되지 않았다. As shown in FIG. 2, in the coating solution composition (Bulk) and the anode of Example 1 according to an embodiment of the present invention, peaks corresponding to ruthenium oxide and ruthenium metal (ruthenium on metal) simultaneously exist, whereas the coating solution of Comparative Example In the composition (Bulk) and the anode, only a peak corresponding to ruthenium oxide was present, and a peak corresponding to ruthenium metal was not observed.
또한, 상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예 1 내지 실시예 3의 촉매층 내 입자 크기가 비교예의 촉매층 내 입자(루테늄 산화물 및 이리듐 산화물)에 비하여 미세한 것을 확인하였다.In addition, as shown in Table 1, it was confirmed that the particle size in the catalyst layer of Examples 1 to 3 according to an embodiment of the present invention was fine compared to the particles (ruthenium oxide and iridium oxide) in the catalyst layer of Comparative Example.
실험예 3Experimental Example 3
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예에서 제조된 각 양극의 성능을 비교분석하기 위하여 반쪽셀을 이용하여 염수 전기분해(chlor-alkali electrolysis)에서의 각 양극의 전압측정 실험을 진행하였으며, 전압측정 실험 전 전극 활성화를 진행하였다.In order to compare and analyze the performance of each positive electrode prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples, voltage measurement experiments were conducted for each positive electrode in chlor-alkali electrolysis using half cells, and voltage measurement was performed. Electrodes were activated before the experiment.
전해액으로는 305 g/l의 NaCl 수용액을 사용하고, 상대 전극으로는 Pt 와이어를, 기준 전극으로는 SCE(Saturated Calomel electrode, KCl saturated)를 사용하였다. 전해액에 상대 전극, 기준 전극 및 실시예와 비교예의 각 양극을 담그고 충분히 적신뒤, 4.4 kA/m2의 전류밀도 조건으로 1시간 동안 처리하였다. As the electrolyte, an aqueous NaCl solution of 305 g/l was used, a Pt wire was used as a counter electrode, and SCE (Saturated Calomel electrode, KCl saturated) was used as a reference electrode. The counter electrode, the reference electrode, and each positive electrode of Examples and Comparative Examples were immersed in the electrolyte and sufficiently wetted, and then treated at a current density of 4.4 kA/m 2 for 1 hour.
이후, 정전류 시간 전위차법를 통해 90℃의 전류밀도 4.4 kA/m2 조건에서의 양극전위를 측정하였으며, 결과를 하기 표 2 및 도 3에 나타내었다.Thereafter, the anode potential was measured at a current density of 4.4 kA/m 2 at 90° C. through a constant current time potential difference method, and the results are shown in Tables 2 and 3 below.
상기 표 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예 1 내지 실시예 3의 양극이 비교예의 양극 대비 동일한 전류 밀도 조건에서 감소된 전위를 나타내는 것을 확인하였다.As shown in Table 2 and FIG. 3, it was confirmed that the positive electrode of Examples 1 to 3 according to an embodiment of the present invention exhibited a reduced potential under the same current density condition as compared to the positive electrode of Comparative Example.
실험예 3Experimental Example 3
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예에서 제조된 각 양극의 성능을 비교분석하기 위하여 단일셀을 이용하여 염수 전기분해(chlor-alkali electrolysis)에서의 셀전압측정 실험을 진행하였으며, 전압측정 실험 전 전극 활성화를 진행하였다.In order to compare and analyze the performance of each positive electrode prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples, a cell voltage measurement experiment in chlor-alkali electrolysis was performed using a single cell, and before the voltage measurement experiment Electrode activation was performed.
양극 전해액으로는 305 g/l의 NaCl 수용액을, 음극 전해액으로는 30.5 wt%의 NaOH 수용액을 사용하고, 음극으로는 니켈 기재 상에 RuO2-CeO2가 코팅된 전극을 사용하였다. 전해액에 음극과 실시예와 비교예의 각 양극을 담그고 충분히 적신뒤, 6.2 kA/m2의 전류밀도 조건으로 1시간 동안 전해하였다. A 305 g/l NaCl aqueous solution was used as the positive electrolyte solution, 30.5 wt% NaOH aqueous solution was used as the negative electrolyte solution, and an electrode coated with RuO 2 -CeO 2 on a nickel substrate was used as the negative electrode. The negative electrode and each positive electrode of Examples and Comparative Examples were immersed in the electrolyte, sufficiently wetted, and then electrolyzed under the condition of a current density of 6.2 kA/m 2 for 1 hour.
이후, 90℃의 전류밀도 6.2 kA/m2 조건에서의 단일셀의 전압을 측정하였으며, 결과를 하기 표 3 및 도 4에 나타내었다.Thereafter, the voltage of the single cell was measured at a current density of 6.2 kA/m 2 at 90° C., and the results are shown in Table 3 and FIG. 4 below.
상기 표 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예 1 내지 실시예 3의 양극을 포함하는 단일셀이 비교예의 양극을 포함하는 단일셀 대비 동일한 전류 밀도 조건에서 감소된 셀전압을 나타내는 것을 확인하였다.As shown in Tables 3 and 4, the single cell including the positive electrode of Examples 1 to 3 according to an embodiment of the present invention was reduced under the same current density condition as compared to the single cell including the positive electrode of Comparative Example. It was confirmed that the cell voltage was represented.
Claims (6)
루테늄 산화물 전구체, 이리듐 산화물 전구체 및 티타늄 산화물 전구체를 포함하는 금속 산화물 전구체; 및
올레일아민, 트리옥틸아민, 디옥틸아민, 옥틸아민 및 트리부틸아민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 아민계 화합물을 포함하는 전기분해 양극용 코팅액 조성물.
alcohol solvent;
a metal oxide precursor including a ruthenium oxide precursor, an iridium oxide precursor, and a titanium oxide precursor; and
A coating solution composition for an electrolytic positive electrode comprising at least one amine-based compound selected from the group consisting of oleylamine, trioctylamine, dioctylamine, octylamine and tributylamine.
상기 아민계 화합물은 금속 산화물 전구체의 금속성분 1몰 대비 0.01 몰 내지 10 몰의 비율을 갖는 것인 전기분해 양극용 코팅액 조성물.
The method according to claim 1,
The amine-based compound is an electrolysis cathode coating composition having a ratio of 0.01 to 10 moles relative to 1 mole of the metal component of the metal oxide precursor.
상기 금속 산화물 전구체는 각 전구체 내 금속성분을 기준으로 루테늄 산화물 전구체 1 몰 대비 이리듐 산화물 전구체를 0.01 몰 내지 10 몰 및 티타늄 산화물 전구체를 0.1 몰 내지 20 몰로 포함하는 것인 전기분해 양극용 코팅액 조성물.
The method according to claim 1,
The metal oxide precursor is an electrolytic anode coating composition comprising 0.01 to 10 moles of the iridium oxide precursor and 0.1 to 20 moles of the titanium oxide precursor relative to 1 mole of the ruthenium oxide precursor based on the metal component in each precursor.
상기 기재층 적어도 일면 상에 형성된, 청구항 1에 기재된 코팅액 조성물로부터 유래된 촉매층을 포함하고,
상기 촉매층은 루테늄 산화물을 포함하되, 상기 루테늄 산화물은 2 nm 내지 10 nm의 평균입자 크기를 갖는 것인 전기분해 양극.
metal base layer; and
A catalyst layer derived from the coating solution composition according to claim 1, formed on at least one surface of the base layer,
The catalyst layer includes ruthenium oxide, wherein the ruthenium oxide has an average particle size of 2 nm to 10 nm.
상기 촉매층은 루테늄 산화물 및 루테늄 금속을 동시에 포함하고 있는 것인전기분해 양극.
5. The method according to claim 4,
The catalyst layer is an electrolysis anode that contains ruthenium oxide and ruthenium metal at the same time.
상기 금속 기재는 티타늄, 탄탈, 알루미늄, 하프늄, 니켈, 지르코늄, 몰리브덴, 텅스텐, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금인 것인 전기분해 양극.5. The method according to claim 4,
The metal substrate may be titanium, tantalum, aluminum, hafnium, nickel, zirconium, molybdenum, tungsten, stainless steel, or an alloy thereof.
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3883597B2 (en) * | 1994-11-30 | 2007-02-21 | ダウ グローバル テクノロジーズ インコーポレーテッド | Novel stable coating solutions for producing improved electrocatalytic mixed oxide coatings on metal substrates or metal-coated conductive substrates, and dimensionally stable anodes produced from such solutions |
| US20160089658A1 (en) | 2014-09-30 | 2016-03-31 | Nemanja Danilovic | Nanosegregated bimetallic oxide anode catalyst for proton exchange membrane electrolyzer |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200304503A (en) * | 2002-03-20 | 2003-10-01 | Asahi Chemical Ind | Electrode for generation of hydrogen |
| IT1391767B1 (en) | 2008-11-12 | 2012-01-27 | Industrie De Nora Spa | ELECTRODE FOR ELECTROLYTIC CELL |
| DE102010030293A1 (en) | 2010-06-21 | 2011-12-22 | Bayer Materialscience Ag | Electrode for electrolytic chlorine extraction |
| JP5548296B1 (en) * | 2013-09-06 | 2014-07-16 | ペルメレック電極株式会社 | Method for producing electrode for electrolysis |
-
2017
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3883597B2 (en) * | 1994-11-30 | 2007-02-21 | ダウ グローバル テクノロジーズ インコーポレーテッド | Novel stable coating solutions for producing improved electrocatalytic mixed oxide coatings on metal substrates or metal-coated conductive substrates, and dimensionally stable anodes produced from such solutions |
| US20160089658A1 (en) | 2014-09-30 | 2016-03-31 | Nemanja Danilovic | Nanosegregated bimetallic oxide anode catalyst for proton exchange membrane electrolyzer |
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