KR102816312B1 - Manufacturing method of catalyst electrode for water electrolysis - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전이금속 지지체를 할로겐화물 및 금속 수산화물을 포함하는 혼합 용액에 함침시키는 단계; 및 상기 전이금속 지지체가 함침된 혼합 용액에 산화·환원 전위를 인가하여 상기 전이금속 지지체 상에 할로겐 원소를 도핑하는 단계;를 포함하는, 수전해용 촉매 전극의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis, comprising the steps of: impregnating a transition metal support in a mixed solution containing a halide and a metal hydroxide; and doping a halogen element onto the transition metal support by applying an oxidation/reduction potential to the mixed solution impregnated with the transition metal support.
Description
본 발명은 수전해용 촉매 전극의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 상온 및 상압 하에서 전기화학적 처리를 통해 산화·환원 커플 반응(Redox)을 유도하여 전이금속 내 격자 산소(lattice oxygen)가 위치했던 빈자리(vacancy)에 할로겐 원소가 도핑되는 수전해용 촉매 전극의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis, and more specifically, to a method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis in which a halogen element is doped into a vacancy where lattice oxygen in a transition metal was located by inducing a redox couple reaction (Redox) through electrochemical treatment at room temperature and pressure.
화석 연료를 대체하고 청정하면서 지속 가능한 에너지원을 찾기 위한 노력은 최근 수십년 동안 전세계가 안고 있는 과제였으며, 최근 원자력 발전의 방사선 및 방사선 폐기물의 위험성과 온실가스에 의한 지구 온난화 문제로 이는 더 큰 이슈로 부각되고 있다. 이러한 측면에서 신재생 에너지를 활용한 수전해 반응은 청정 에너지원인 수소를 생산하여 오염물이 없고 자가 방전 없는 에너지원 또는 화학원료로 사용할 수 있다는 많은 장점을 가지고 있다.The search for a clean and sustainable energy source to replace fossil fuels has been a global challenge for several decades, and has recently become a bigger issue due to the risks of radiation and radioactive waste from nuclear power generation and the problem of global warming caused by greenhouse gases. In this regard, water electrolysis using renewable energy has many advantages, such as producing hydrogen, a clean energy source, which can be used as an energy source or chemical raw material without pollutants and without self-discharge.
수전해(water electrolysis)는 물의 산화·환원 반응 중에 발생하는 전자를 이용하여 수소와 산소를 생산하는 방법이다. 수전해의 단위 전지 구조는 고분자 물질로 구성된 고체고분자전해질 막(membrane)을 중심으로 양쪽에 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode)가 코팅되어 있는 구조를 이루고 있는데, 이를 막 전극 접합체(Membrane Electrode Assembly)라 한다. 애노드에서는 물이 공급되어 촉매 전극 상에서 반응하여 산소, 수소 이온과 전자를 발생시킨다. 캐소드에서는 고체 고분자 막을 통과한 수소 이온이 전자와 결합하여 순수한 수소가 발생된다. Water electrolysis is a method of producing hydrogen and oxygen using electrons generated during the oxidation and reduction reactions of water. The unit cell structure of water electrolysis is a solid polymer electrolyte membrane made of polymer materials, with an anode and a cathode coated on both sides, which is called a membrane electrode assembly. Water is supplied to the anode and reacts on the catalyst electrode to generate oxygen, hydrogen ions, and electrons. At the cathode, hydrogen ions that pass through the solid polymer membrane combine with electrons to generate pure hydrogen.
수소 발생 촉매의 경우 반응 속도가 빠르기는 하지만 일반적으로 사용되는 전극 촉매가 백금을 기반으로 하기 때문에 시스템의 상용화 입장에서 많은 문제점으로 여겨진다. 최근 비귀금속 촉매로서 MoS, NiFe, CoW 등의 연구가 활발히 진행 중이며, 백금 보다 좋은 활성을 가지는 대체 촉매들이 보고되고 있지만, 시스템의 상용화를 위해 촉매의 대량 생산 및 전극 대면적화에 적합한 방법은 연구 중에 있다.In the case of hydrogen evolution catalysts, although the reaction rate is fast, since the electrode catalysts commonly used are based on platinum, there are many problems in terms of commercialization of the system. Recently, research on non-precious metal catalysts such as MoS, NiFe, and CoW has been actively conducted, and alternative catalysts with better activity than platinum have been reported, but methods suitable for mass production of catalysts and large-area electrodes for commercialization of the system are being studied.
따라서, 수전해 시스템의 상용화 또는 대규모화를 위해서는 저가형 소재를 전극 물질로 사용하여 간단한 방법으로 활성도 높은 대면적의 수전해용 촉매 전극을 개발하는 것이 반드시 필요하다.Therefore, in order to commercialize or scale up a water electrolysis system, it is essential to develop a large-area, highly active catalyst electrode for water electrolysis using a simple method using low-cost materials as electrode materials.
또한, 수전해용 촉매 전극의 성능을 향상하기 위한 전극 표면 처리 기술로써 할로겐 원소의 도핑 기술이 활발히 연구되고 있다. 이러한 할로겐 원소의 도핑 기술은 열수(hydrothermal)나 용매열(solvothermal)을 이용한 열처리를 이용하는데, 고온 및 고압 조건에서 수행되는 등 공정 조건이 복잡하다는 문제가 존재한다.In addition, doping technology of halogen elements is being actively studied as an electrode surface treatment technology to improve the performance of catalyst electrodes for water electrolysis. This doping technology of halogen elements uses heat treatment using hydrothermal or solvothermal, but there is a problem that the process conditions are complicated, such as being performed under high temperature and high pressure conditions.
이에 본 발명자들은 상온 및 상압 하에서 전기화학적 처리를 통해 산화·환원 커플 반응을 유도하여 전이금속 내 격자 산소가 위치했던 빈자리에 할로겐 원소를 도핑하는 수전해용 촉매 전극의 제조 기술을 개발하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the inventors of the present invention have developed a technology for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis by inducing an oxidation-reduction couple reaction through electrochemical treatment under room temperature and pressure, thereby doping a halogen element into the vacant site where lattice oxygen was located in a transition metal, thereby completing the present invention.
본 발명은 수전해용 촉매를 따로 전이금속 지지체 상에 코팅할 필요없이, 상온 및 상압 하에서 전기화학적 처리를 통해 전이금속 지지체 상에 할로겐 원소를 도핑하는 수전해용 촉매 전극의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to provide a method for manufacturing a catalyst electrode for electrolysis by doping a halogen element on a transition metal support through electrochemical treatment at room temperature and pressure without the need to separately coat a catalyst for electrolysis on a transition metal support.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전이금속 지지체를 할로겐화물 및 금속 수산화물을 포함하는 혼합 용액에 함침시키는 단계; 및 상기 전이금속 지지체가 함침된 혼합 용액에 산화·환원 전위를 인가하여 상기 전이금속 지지체 상에 할로겐 원소를 도핑하는 단계;를 포함하는, 수전해용 촉매 전극의 제조방법을 개시한다.In order to achieve the above object, the present invention discloses a method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis, comprising the steps of: impregnating a transition metal support in a mixed solution containing a halide and a metal hydroxide; and doping a halogen element onto the transition metal support by applying an oxidation/reduction potential to the mixed solution impregnated with the transition metal support.
여기서, 상기 전이금속 지지체는 니켈, 코발트, 철, 금, 은, 백금, 구리, 아연, 망간, 티타늄, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 루테늄, 몰리브덴, 바나듐, 하프늄, 이트륨 및 러더포듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 전이금속을 포함할 수 있다.Here, the transition metal support may include at least one transition metal selected from the group consisting of nickel, cobalt, iron, gold, silver, platinum, copper, zinc, manganese, titanium, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, molybdenum, vanadium, hafnium, yttrium, and rutherfordium.
여기서, 상기 할로겐화물은 플루오르화물, 염화물, 브롬화물 및 요오드화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있다.Here, the halide may be at least one selected from the group consisting of fluoride, chloride, bromide and iodide.
여기서, 상기 할로겐화물은 LiF, LiCl, LiBr, LiI, KF, KCl, KBr, KI, NaF, NaCl, NaBr, NaI, CsF, CsCl, CsBr 및 CsI으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.Here, the halide may include at least one selected from the group consisting of LiF, LiCl, LiBr, LiI, KF, KCl, KBr, KI, NaF, NaCl, NaBr, NaI, CsF, CsCl, CsBr and CsI.
여기서, 상기 혼합 용액 내 할로겐 이온의 농도는 0.001 내지 3 M의 범위 이내일 수 있다.Here, the concentration of halogen ions in the mixed solution can be within the range of 0.001 to 3 M.
여기서, 상기 금속 수산화물은 LiOH, KOH, NaOH 및 CsOH로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.Here, the metal hydroxide may include at least one selected from the group consisting of LiOH, KOH, NaOH, and CsOH.
여기서, 상기 산화·환원 전위의 인가는 순환전압전류법(cycling voltammetry), 정전압법, 정전류법, 펄스전압법 및 펄스전류법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 전기화학적 방법을 이용하여 수행될 수 있다.Here, the application of the oxidation/reduction potential can be performed using at least one electrochemical method selected from the group consisting of cyclic voltammetry, constant voltage method, constant current method, pulse voltammetry, and pulse current method.
여기서, 상기 산화·환원 전위의 인가는 상온 및 상압 하에서 수행될 수 있다.Here, the application of the above oxidation/reduction potential can be performed at room temperature and pressure.
여기서, 상기 산화·환원 전위의 인가는 Ag/AgCl 전극 기준 -1 내지 2 V의 범위 이내 전압에서 10초 내지 120분 동안 수행될 수 있다.Here, the application of the oxidation/reduction potential can be performed at a voltage within the range of -1 to 2 V with respect to the Ag/AgCl electrode for 10 seconds to 120 minutes.
여기서, 상기 할로겐 원소는 플루오르, 염소, 브롬 및 요오드로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있다.Here, the halogen element may be at least one selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine, and iodine.
본 발명에 의하면, 수전해용 촉매를 따로 전이금속 지지체 상에 코팅할 필요없이, 상온 및 상압 하에서 전기화학적 처리를 통해 전이금속 지지체 상에 할로겐 원소를 도핑함에 따라 안정적이고 간단한 방법으로 수전해용 촉매 전극을 제조할 수 있다.According to the present invention, a catalyst electrode for water electrolysis can be manufactured in a stable and simple manner by doping a halogen element on a transition metal support through electrochemical treatment at room temperature and pressure without the need to separately coat a catalyst for water electrolysis on a transition metal support.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the effects described above, but include all effects that can be inferred from the composition of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 수전해용 촉매 전극의 제조방법을 각 단계별 순서도로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 수전해용 촉매 전극의 제조방법에서 전기화학적 처리를 통해 산화·환원 전위를 인가하여 전이금속 지지체 상에 할로겐 원소가 도핑되는 과정을 모식도로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해용 촉매 전극의 제조방법에 따라 제조된 촉매 전극의 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 측정 결과를 그래프로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해용 촉매 전극의 제조방법에 따라 제조된 촉매 전극의 전위에 따른 전류 밀도를 측정하여 그래프로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해용 촉매 전극의 제조방법에 따라 제조된 촉매 전극의 전위에 따른 전류 밀도를 측정하여 그래프로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해용 촉매 전극의 제조방법에 따라 제조된 촉매 전극의 전위에 따른 전류 밀도를 측정하여 그래프로 도시한 것이다.Figure 1 is a flow chart illustrating each step of the manufacturing method of the catalyst electrode for water electrolysis of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the process of doping a halogen element onto a transition metal support by applying an oxidation/reduction potential through electrochemical treatment in the method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the results of XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) measurement of a catalyst electrode manufactured according to a method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the current density measured according to the potential of a catalyst electrode manufactured according to a method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the current density according to the potential of a catalyst electrode manufactured according to a method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the current density according to the potential of a catalyst electrode manufactured according to a method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis according to one embodiment of the present invention.
본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다"등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.The terminology used in this application is only used to describe specific examples. Therefore, for example, a singular expression includes a plural expression unless the context clearly requires it to be singular. In addition, it should be noted that the terms "comprise" or "have" used in this application are used to clearly indicate the presence of a feature, step, function, component, or combination thereof described in the specification, and are not used to preliminarily exclude the presence of other features, steps, functions, components, or combinations thereof.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다.Meanwhile, unless otherwise defined, all terms used in this specification should be considered to have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Accordingly, unless explicitly defined in this specification, specific terms should not be interpreted in an overly idealistic or formal sense.
본 명세서는 상온 및 상압 하에서 전기화학적 처리를 통해 산화·환원 커플 반응(Redox)을 유도하여 전이금속 내 격자 산소(lattice oxygen)가 위치했던 빈자리(vacancy)에 할로겐 원소가 도핑되는, 수전해용 촉매 전극의 제조방법을 개시한다.The present specification discloses a method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis, in which a halogen element is doped into a vacancy where lattice oxygen in a transition metal was located by inducing a redox couple reaction (Redox) through electrochemical treatment at room temperature and pressure.
보다 구체적으로, 본 명세서는 전이금속 지지체를 할로겐화물 및 금속 수산화물을 포함하는 혼합 용액에 함침시키는 단계; 및 상기 전이금속 지지체가 함침된 혼합 용액에 산화·환원 전위를 인가하여 상기 전이금속 지지체 상에 할로겐 원소를 도핑하는 단계;를 포함하는, 수전해용 촉매 전극의 제조방법을 개시한다.More specifically, the present specification discloses a method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis, comprising the steps of: impregnating a transition metal support with a mixed solution containing a halide and a metal hydroxide; and doping a halogen element onto the transition metal support by applying an oxidation/reduction potential to the mixed solution impregnated with the transition metal support.
도 1은 본 발명의 수전해용 촉매 전극의 제조방법을 각 단계별 순서도로 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 수전해용 촉매 전극의 제조방법은 전이금속 지지체를 할로겐화물 및 금속 수산화물을 포함하는 혼합 용액에 함침시키는 단계; 및 상기 전이금속 지지체가 함침된 혼합 용액에 산화·환원 전위를 인가하여 상기 전이금속 지지체 상에 할로겐 원소를 도핑하는 단계;를 포함하는 것을 확인할 수 있다.FIG. 1 is a flow chart illustrating each step of a method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis of the present invention. Referring to FIG. 1, it can be confirmed that the method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis of the present invention includes a step of impregnating a transition metal support into a mixed solution containing a halide and a metal hydroxide; and a step of doping a halogen element onto the transition metal support by applying an oxidation/reduction potential to the mixed solution in which the transition metal support is impregnated.
본 발명의 수전해용 촉매 전극의 제조방법은 전이금속 지지체를 할로겐화물 및 금속 수산화물을 포함하는 혼합 용액에 함침시키는 단계를 포함할 수 있다.The method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis of the present invention may include a step of impregnating a transition metal support into a mixed solution containing a halide and a metal hydroxide.
본 발명의 전이금속 지지체는 니켈, 코발트, 철, 금, 은, 백금, 구리, 아연, 망간, 티타늄, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 루테늄, 몰리브덴, 바나듐, 하프늄, 이트륨 및 러더포듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 전이금속을 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The transition metal support of the present invention preferably includes at least one transition metal selected from the group consisting of nickel, cobalt, iron, gold, silver, platinum, copper, zinc, manganese, titanium, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, molybdenum, vanadium, hafnium, yttrium, and rutherfordium, but is not limited thereto.
본 발명의 전이금속 지지체의 크기는 특별한 제한은 없으며, 전극 사이즈 등에 따라 정해질 수 있다.There is no particular limitation on the size of the transition metal support of the present invention, and it can be determined according to the electrode size, etc.
본 발명의 할로겐화물은 플루오르화물, 염화물, 브롬화물 및 요오드화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The halide of the present invention is preferably at least one selected from the group consisting of fluoride, chloride, bromide and iodide, but is not limited thereto.
보다 구체적으로, 본 발명의 할로겐화물은 LiF, LiCl, LiBr, LiI, KF, KCl, KBr, KI, NaF, NaCl, NaBr, NaI, CsF, CsCl, CsBr 및 CsI으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.More specifically, the halide of the present invention preferably includes at least one selected from the group consisting of LiF, LiCl, LiBr, LiI, KF, KCl, KBr, KI, NaF, NaCl, NaBr, NaI, CsF, CsCl, CsBr and CsI, but is not limited thereto.
또한, 본 발명의 혼합 용액은 할로겐화물 및 금속 수산화물을 포함하는데, 이러한 혼합 용액 내 할로겐 이온의 농도는 0.001 내지 3 M의 범위 이내인 것이 바람직하고, 0.01 내지 1 M의 범위 이내인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the mixed solution of the present invention contains a halide and a metal hydroxide, and the concentration of halogen ions in the mixed solution is preferably within the range of 0.001 to 3 M, more preferably within the range of 0.01 to 1 M, but is not limited thereto.
가령, 혼합 용액 내 할로겐 이온의 농도가 0.001 M 미만으로 포함되는 경우, 전이금속 지지체가 함침된 혼합 용액에 산화·환원 전위를 인가하더라도 상기 전이금속 지지체 상에 할로겐 원소가 충분히 도핑되지 않는 문제가 발생할 수 있다.For example, if the concentration of halogen ions in the mixed solution is less than 0.001 M, even if an oxidation/reduction potential is applied to the mixed solution impregnated with the transition metal support, a problem may occur in which the halogen element is not sufficiently doped onto the transition metal support.
반대로, 혼합 용액 내 할로겐 이온의 농도가 3 M 초과하여 포함되는 경우, 전이금속 지지체가 함침된 혼합 용액에 산화·환원 전위를 인가하였을 때 할로겐 원소 자체의 산화 반응을 통해 유해 가스를 만드는 불필요한 부반응이 일어나는 문제가 발생할 수 있다.Conversely, when the concentration of halogen ions in the mixed solution exceeds 3 M, when an oxidation/reduction potential is applied to the mixed solution impregnated with the transition metal support, an unnecessary side reaction may occur in which harmful gases are generated through the oxidation reaction of the halogen element itself.
본 발명의 금속 수산화물은 LiOH, KOH, NaOH 및 CsOH로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.It is preferable that the metal hydroxide of the present invention includes at least one selected from the group consisting of LiOH, KOH, NaOH and CsOH, but is not limited thereto.
본 발명의 금속 수산화물은 혼합 용액을 약염기 분위기로 만들기 위하여 첨가될 수 있다. 이러한 금속 수산화물의 첨가로 인하여 본 발명의 할로겐 원소의 도핑시 전이금속 지지체의 용해를 방지할 수 있다.The metal hydroxide of the present invention can be added to make the mixed solution into a weakly basic atmosphere. The addition of such a metal hydroxide can prevent the dissolution of the transition metal support during doping with the halogen element of the present invention.
본 발명의 수전해용 촉매 전극의 제조방법은 상기 전이금속 지지체가 함침된 혼합 용액에 산화·환원 전위를 인가하여 상기 전이금속 지지체 상에 할로겐 원소를 도핑하는 단계를 포함할 수 있다.The method for manufacturing a catalyst electrode for electrolysis of the present invention may include a step of doping a halogen element onto the transition metal support by applying an oxidation/reduction potential to a mixed solution impregnated with the transition metal support.
도 2는 본 발명의 수전해용 촉매 전극의 제조방법에서 전기화학적 처리를 통해 산화·환원 전위를 인가하여 전이금속 지지체 상에 할로겐 원소가 도핑되는 과정을 모식도로 도시한 것이다.FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the process of doping a halogen element onto a transition metal support by applying an oxidation/reduction potential through electrochemical treatment in the method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 할로겐 원소의 도핑은 상온 및 상압 하에서 전기화학적 처리에 의한 산화·환원 반응을 통해 전이금속 지지체 내 격자 산소가 위치했던 빈자리에 할로겐 원소가 배치됨에 따른 결과인 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be confirmed that the doping of the halogen element of the present invention is a result of the halogen element being placed in the vacant site where the lattice oxygen was located in the transition metal support through an oxidation-reduction reaction by electrochemical treatment at room temperature and pressure.
본 발명의 산화·환원 전위의 인가는 순환전압전류법(cycling voltammetry, CV), 정전압법, 정전류법, 펄스전압법 및 펄스전류법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 전기화학적 방법을 이용하여 수행되는 것이 바람직하고, 순환전압전류법을 이용하여 수행되는 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The application of the oxidation/reduction potential of the present invention is preferably performed using at least one electrochemical method selected from the group consisting of cyclic voltammetry (CV), constant voltage, constant current, pulse voltage and pulse current, and is more preferably performed using cyclic voltammetry, but is not limited thereto.
또한, 본 발명의 산화·환원 전위의 인가는 상온 및 상압 하에서 수행되는 것을 특징으로 한다.In addition, the oxidation/reduction potential application of the present invention is characterized in that it is performed at room temperature and under normal pressure.
또한, 본 발명의 산화·환원 전위의 인가는 Ag/AgCl 전극 기준 -1 내지 2 V의 범위 이내 전압에서 10초 내지 120분 동안 수행되는 것이 바람직하고, Ag/AgCl 전극 기준 0.1 내지 1 V의 범위 이내 전압에서 1분 내지 60분 동안 수행되는 것이 더욱 바람직하고, Ag/AgCl 전극 기준 0.2 내지 0.65 V의 범위 이내 전압에서 1분 내지 60분 동안 수행되는 것이 가장 바람직하다.In addition, the application of the oxidation/reduction potential of the present invention is preferably performed at a voltage within a range of -1 to 2 V with respect to an Ag/AgCl electrode for 10 seconds to 120 minutes, more preferably at a voltage within a range of 0.1 to 1 V with respect to an Ag/AgCl electrode for 1 minute to 60 minutes, and most preferably at a voltage within a range of 0.2 to 0.65 V with respect to an Ag/AgCl electrode for 1 minute to 60 minutes.
또한, 본 발명의 산화·환원 전위의 인가는 수소전극 기준 -0.85 내지 2.15 V의 범위 이내 전압에서 10초 내지 120분 동안 수행되는 것이 바람직하고, 수소전극 기준 0.1 내지 1 V의 범위 이내 전압에서 1분 내지 60분 동안 수행되는 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the application of the oxidation/reduction potential of the present invention is preferably performed at a voltage within a range of -0.85 to 2.15 V with respect to a hydrogen electrode for 10 seconds to 120 minutes, and is more preferably performed at a voltage within a range of 0.1 to 1 V with respect to a hydrogen electrode for 1 to 60 minutes, but is not limited thereto.
또한, 본 발명의 산화·환원 전위의 인가는 상기 전기화학적 방법(특히, 순환전압전류법)을 이용하여 수행되는 경우 사이클 횟수는 10 내지 500 회인 것이 바람직하고, 50 내지 250 회인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, when the application of the oxidation/reduction potential of the present invention is performed using the electrochemical method (particularly, cyclic voltammetry), the number of cycles is preferably 10 to 500 times, more preferably 50 to 250 times, but is not limited thereto.
가령, 상기 전기화학적 방법을 이용하여 산화·환원 전위를 인가할 때 사이클 횟수가 10 회 미만인 경우, 상기 전이금속 지지체 상에 할로겐 원소가 충분히 도핑되지 않는 문제가 발생할 수 있다.For example, when applying a redox potential using the electrochemical method, if the number of cycles is less than 10, a problem may occur in which the halogen element is not sufficiently doped on the transition metal support.
반대로, 상기 전기화학적 방법을 이용하여 산화·환원 전위를 인가할 때 사이클 횟수가 500 회 초과인 경우, 상기 전이금속 지지체 상에 과량의 할로겐 원소가 도핑되어 수전해시 전극 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.Conversely, when applying a redox potential using the electrochemical method described above, if the number of cycles exceeds 500, an excessive amount of halogen elements may be doped onto the transition metal support, which may cause a problem in that the electrode efficiency during water electrolysis is reduced.
본 발명의 수전해용 촉매 전극의 제조방법에 따라 전이금속 지지체 상에 도핑된 할로겐 원소는 플루오르, 염소, 브롬 및 요오드로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.According to the method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis of the present invention, the halogen element doped on the transition metal support is characterized in that it is at least one selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine, and iodine.
본 발명의 수전해용 촉매 전극의 제조방법에 따라 제조된 수전해용 촉매 전극은 전이금속 지지체 상에 할로겐 원소가 도핑됨에 따라 높은 산소 결핍도로 인하여 수전해 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.A catalyst electrode for water electrolysis manufactured according to the method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis of the present invention can improve the performance of a water electrolysis system due to a high degree of oxygen deficiency as a halogen element is doped on a transition metal support.
한편, 본 명세서는 본 발명의 수전해용 촉매 전극의 제조방법에 따라 제조된 수전해용 촉매 전극; 및 기준전극;을 포함하는 수전해 전지를 추가로 개시한다. 본 발명의 수전해용 촉매 전극의 제조방법에 따라 제조된 수전해용 촉매 전극은 산소 발생 반응(OER)이 일어나는 전극 (애노드) 및 수소 발생 반응(HER)이 일어나는 전극 (캐소드) 중 어느 하나 또는 이 둘 모두에 적용될 수 있다.Meanwhile, the present specification further discloses a water electrolysis cell including a water electrolysis catalyst electrode manufactured according to the method for manufacturing a water electrolysis catalyst electrode of the present invention; and a reference electrode. The water electrolysis catalyst electrode manufactured according to the method for manufacturing a water electrolysis catalyst electrode of the present invention can be applied to either or both of an electrode (anode) where an oxygen evolution reaction (OER) occurs and an electrode (cathode) where a hydrogen evolution reaction (HER) occurs.
본 발명의 일 실시예에 따른 수전해 전지는 본 발명의 수전해용 촉매 전극의 제조방법에 따라 제조된 수전해용 촉매 전극; 음이온 교환막, 분리판, 가스켓, 집전체 및 기준전극을 포함할 수 있다.A water electrolysis cell according to one embodiment of the present invention may include a water electrolysis catalyst electrode manufactured according to the method for manufacturing a water electrolysis catalyst electrode of the present invention; an anion exchange membrane, a separator, a gasket, a current collector, and a reference electrode.
본 발명의 일 실시예에 따른 수전해 전지에서, 전극은 실제 전기화학 반응이 일어나는 곳으로 전압에 따른 반응이 일어나 산소 및 수소를 생성한다. 음이온 교환막은 수전해 반응이 일어날 때에 이온의 이동을 통해 반응이 일어나도록 하고 전기가 전극에서 다른 전극으로 바로 넘어가지 않도록 전기를 차단하는 역학을 한다. 분리판은 전극과 전기적 연결을 함과 동시에 반응물 상에 물이 잘 흐를 수 있도록 통로가 파여 있어 물질 저항을 감소시킨다. 가스켓은 전극을 고정시키면서 전극이 적절한 압력을 받을 수 있도록 지지해준다. 집전체는 전기 도선과 분리판까지 전기가 통할 수 있게 하는 역할을 한다. 기준전극의 경우 기존 전기화학 셀에서는 2개의 전극만 있어 각각의 전극에서 실제 전압을 알기 어렵기 때문에 도입한 것으로 각각의 전극의 절대 전압을 측정하기 위해 사용된다.In a water electrolysis cell according to one embodiment of the present invention, the electrode is where an actual electrochemical reaction occurs, and a reaction according to voltage occurs to produce oxygen and hydrogen. The anion exchange membrane acts to block electricity so that the reaction occurs through the movement of ions when the water electrolysis reaction occurs and prevents electricity from flowing directly from one electrode to another. The separator electrically connects to the electrode and has a passageway formed so that water can flow well on the reactant phase, thereby reducing material resistance. The gasket fixes the electrode and supports it so that the electrode can receive an appropriate amount of pressure. The current collector plays a role in allowing electricity to flow to the electric conductor and the separator. In the case of the reference electrode, it was introduced because it is difficult to know the actual voltage of each electrode since there are only two electrodes in the existing electrochemical cell, and it is used to measure the absolute voltage of each electrode.
중복되는 내용은 본 명세서의 복잡성을 고려하여 생략하며, 본 명세서에서 달리 정의되지 않은 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 의미를 갖는 것이다.Duplicate contents are omitted in consideration of the complexity of this specification, and terms not otherwise defined in this specification have meanings commonly used in the technical field to which the present invention belongs.
이하, 첨부한 도면 및 실시예들을 참조하여 본 명세서가 청구하는 바에 대하여 더욱 자세히 설명한다. 다만, 본 명세서에서 제시하고 있는 도면 내지 실시예 등은 통상의 기술자에게 의하여 다양한 방식으로 변형되어 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 본 명세서의 기재사항은 본 발명을 특정 개시 형태에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 내지 대체물을 포함하고 있는 것으로 보아야 한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명을 통상의 기술자로 하여금 더욱 정확하게 이해할 수 있도록 돕기 위하여 제시되는 것으로서 실제보다 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.Hereinafter, the claims of the present specification will be described in more detail with reference to the attached drawings and embodiments. However, the drawings and embodiments presented in this specification may be modified in various ways by those skilled in the art and may have various forms, and therefore, the description in this specification should not be considered to limit the present invention to a specific disclosed form, but to include all equivalents or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. In addition, the attached drawings are presented to help those skilled in the art understand the present invention more accurately, and may be depicted in an exaggerated or reduced form compared to reality.
{실시예 및 평가}{Example and Evaluation}
실시예 1. 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 전극의 제조 (F-doped Ni)Example 1. Preparation of a catalyst electrode according to one embodiment of the present invention (F-doped Ni)
0.1 mm 두께의 니켈 포일(Ni foil, 니켈 금속 지지체)을 1 M KOH 및 0.1 M KF 을 포함하는 혼합 용액 40 mL에 함침시킨 후, 상온 및 상압 하에서 순환전압전류법(CV, 0.2 ~ 0.65 V vs. Ag/AgCl)을 이용해 60 사이클(cycles)를 수행하고, 상기 니켈 포일 상에 플루오르(F) 원소를 도핑하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 전극(이하, "실시예 1"이라 함)을 제조하였다. A 0.1 mm thick nickel foil (nickel metal support) was immersed in 40 mL of a mixed solution containing 1 M KOH and 0.1 M KF, and 60 cycles were performed using cyclic voltammetry (CV, 0.2 to 0.65 V vs. Ag/AgCl) at room temperature and pressure, and fluorine (F) element was doped onto the nickel foil, thereby manufacturing a catalyst electrode according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “Example 1”).
실시예 2. 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 전극의 제조(0.2 ~ 0.45 V)Example 2. Preparation of a catalyst electrode according to one embodiment of the present invention (0.2 to 0.45 V)
니켈 포일이 함침된 혼합 용액에 Ag/AgCl 기준전극 기준 0.2 ~ 0.45 V의 전위를 인가하여 니켈 포일 상에 플루오르 원소를 도핑하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1의 촉매 전극의 제조방법과 동일한 과정을 수행하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 전극(이하, "실시예 2"라 함)을 제조하였다.A catalyst electrode according to one embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “Example 2”) was manufactured by performing the same process as the method for manufacturing the catalyst electrode of Example 1, except that a potential of 0.2 to 0.45 V with respect to an Ag/AgCl reference electrode was applied to the mixed solution impregnated with nickel foil to dope the fluorine element onto the nickel foil.
비교예 1. 본 발명의 일 비교예에 따른 촉매 전극의 제조 (Bare Ni)Comparative Example 1. Manufacturing of a catalyst electrode according to a comparative example of the present invention (Bare Ni)
순수한 니켈(bare Ni) 촉매 전극을 본 발명의 일 비교예에 따른 촉매 전극(이하, "비교예 1"이라 함)으로 활용하였다.A pure nickel (bare Ni) catalyst electrode was used as a catalyst electrode according to a comparative example of the present invention (hereinafter referred to as “Comparative Example 1”).
평가 1. 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 전극의 XPS 측정 결과 및 분석Evaluation 1. XPS measurement results and analysis of a catalyst electrode according to one embodiment of the present invention
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해용 촉매 전극의 제조방법에 따라 제조된 촉매 전극의 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 측정 결과를 그래프로 도시한 것이다.FIG. 3 is a graph showing the results of XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) measurement of a catalyst electrode manufactured according to a method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis according to one embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예 1의 촉매 전극은 실제로 플루오르(F) 원소가 니켈 표면 상에 전기화학적 산화·환원 반응을 통해 도핑된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be confirmed that the catalyst electrode of Example 1 of the present invention is actually doped with fluorine (F) element through an electrochemical oxidation-reduction reaction on the nickel surface.
평가 2. 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 전극의 성능 측정 결과 및 분석Evaluation 2. Performance measurement results and analysis of a catalyst electrode according to one embodiment of the present invention
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해용 촉매 전극의 제조방법에 따라 제조된 촉매 전극의 전위에 따른 전류 밀도를 측정하여 그래프로 도시한 것이다.FIG. 4 is a graph showing the current density according to the potential of a catalyst electrode manufactured according to a method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis according to one embodiment of the present invention.
구체적으로, 본 발명의 실시예 1의 촉매 전극과 비교예 1의 촉매 전극을 CV 테스트법으로 전극의 성능을 비교 측정하였다. Specifically, the performance of the electrodes of the catalyst electrode of Example 1 of the present invention and the catalyst electrode of Comparative Example 1 was compared and measured using a CV test method.
본 발명의 실시예 1의 촉매 전극은 1 M KOH 및 0.1 M KF이 포함된 혼합 용액에서 60 cycles CV (0.2 V ~ 0.65 V vs.Ag/AgCl), 후 성능 테스트(0.2 V ~ 0.65 V vs.Ag/AgCl)를 진행하였다. 본 발명의 비교예 1의 촉매 전극은 1 M KOH 용액에서 60 cycles CV (0.2 V ~ 0.65 V vs.Ag/AgCl), 후 성능 테스트(0.2 V ~ 0.65 V vs.Ag/AgCl)를 진행하였다. 스캔 속도(scan rate)는 40 mV/s였다.The catalyst electrode of Example 1 of the present invention was subjected to 60 cycles of CV (0.2 V to 0.65 V vs. Ag/AgCl), and a post-performance test (0.2 V to 0.65 V vs. Ag/AgCl) in a mixed solution containing 1 M KOH and 0.1 M KF. The catalyst electrode of Comparative Example 1 of the present invention was subjected to 60 cycles of CV (0.2 V to 0.65 V vs. Ag/AgCl), and a post-performance test (0.2 V to 0.65 V vs. Ag/AgCl) in a 1 M KOH solution. The scan rate was 40 mV/s.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예 1의 촉매 전극은 니켈 표면 상에 플루오르(F) 원소가 도핑됨에 따라 전극의 성능이 도핑 전에 비하여 급격히 향상되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be confirmed that the performance of the catalyst electrode of Example 1 of the present invention is rapidly improved compared to before doping as the fluorine (F) element is doped on the nickel surface.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해용 촉매 전극의 제조방법에 따라 제조된 촉매 전극의 전위에 따른 전류 밀도를 측정하여 그래프로 도시한 것이다.FIG. 5 is a graph showing the current density according to the potential of a catalyst electrode manufactured according to a method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis according to one embodiment of the present invention.
구체적으로, Ag/AgCl 기준전극 기준 0.2 ~ 0.65 V의 산화·환원 전위를 인가하여 본 발명의 촉매 전극을 제조한 경우(실시예 1)와 Ag/AgCl 기준전극 기준 0.2 ~ 0.45 V의 산화·환원 전위를 인가하여 본 발명의 촉매 전극을 제조한 경우(실시예 2)의 전극 성능을 CV 테스트법으로 비교 측정하였다.Specifically, the electrode performances of the catalyst electrode of the present invention (Example 1) manufactured by applying an oxidation/reduction potential of 0.2 to 0.65 V with respect to an Ag/AgCl reference electrode and the catalyst electrode of the present invention (Example 2) manufactured by applying an oxidation/reduction potential of 0.2 to 0.45 V with respect to an Ag/AgCl reference electrode were compared and measured using a CV test method.
본 발명의 실시예 1의 촉매 전극은 1 M KOH 및 0.1 M KF이 포함된 혼합 용액에서 60 cycles CV (0.2 V ~ 0.65 V vs.Ag/AgCl), 후 성능 테스트(0.2 V ~ 0.65 V vs.Ag/AgCl)를 진행하였다.The catalyst electrode of Example 1 of the present invention was subjected to 60 cycles of CV (0.2 V to 0.65 V vs. Ag/AgCl) and post-performance test (0.2 V to 0.65 V vs. Ag/AgCl) in a mixed solution containing 1 M KOH and 0.1 M KF.
본 발명의 실시예 2의 촉매 전극은 1 M KOH 및 0.1 M KF이 포함된 혼합 용액에서 60 cycles CV (0.2 V ~ 0.45 V vs.Ag/AgCl), 후 성능 테스트(0.2 V ~ 0.65 V vs.Ag/AgCl)를 진행하였다. 스캔 속도(scan rate)는 40 mV/s였다.The catalyst electrode of Example 2 of the present invention was subjected to 60 cycles of CV (0.2 V to 0.45 V vs. Ag/AgCl), and post-performance test (0.2 V to 0.65 V vs. Ag/AgCl) in a mixed solution containing 1 M KOH and 0.1 M KF. The scan rate was 40 mV/s.
도 5를 참조하면, 플루오르 원소의 도핑을 Ag/AgCl 기준전극 기준 0.2 ~ 0.45 V에서 실행하는 경우보다 0.2 ~ 0.65 V에서 실행하는 경우 수전해(OER) 반응 활성이 더욱 향상되는 것을 확인할 수 있다.Referring to Fig. 5, it can be confirmed that the OER reaction activity is further improved when the doping of fluorine element is performed at 0.2 to 0.65 V compared to 0.2 to 0.45 V with respect to the Ag/AgCl reference electrode.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해용 촉매 전극의 제조방법에 따라 제조된 촉매 전극의 전위에 따른 전류 밀도를 측정하여 그래프로 도시한 것이다.FIG. 6 is a graph showing the current density according to the potential of a catalyst electrode manufactured according to a method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis according to one embodiment of the present invention.
구체적으로, 본 발명의 실시예 1의 촉매 전극과 비교예 1의 촉매 전극의 철(Fe) 반응 활성 사이트의 형성에 따른 전극의 성능을 CV 테스트법으로 비교 측정하였다.Specifically, the performance of the electrode according to the formation of iron (Fe) reaction active sites of the catalyst electrode of Example 1 of the present invention and the catalyst electrode of Comparative Example 1 was compared and measured using the CV test method.
본 발명의 실시예 1의 촉매 전극은 1 M KOH 및 0.1 M KF이 포함된 혼합 용액 40 mL에서 60 cycles CV (0.2 V ~ 0.65 V vs.Ag/AgCl), 후 20 mM의 Fe(NO3)3 0.5 mL을 넣고 60 cycles CV(0.2 V ~ 0.62 V vs.Ag/AgCl)를 진행하였다. 본 발명의 비교예 1의 촉매 전극은 1 M KOH 용액 40 mL에서 60 cycles CV (0.2 V ~ 0.65 V vs.Ag/AgCl), 후 20 mM의 Fe(NO3)3 0.5 mL을 넣고 60 cycles CV(0.2 V ~ 0.62 V vs.Ag/AgCl)를 진행하였다. 스캔 속도(scan rate)는 40 mV/s였다.The catalyst electrode of Example 1 of the present invention was subjected to 60 cycles of CV (0.2 V to 0.65 V vs. Ag/AgCl) in 40 mL of a mixed solution containing 1 M KOH and 0.1 M KF, and then 0.5 mL of 20 mM Fe( NO3 ) 3 was added and 60 cycles of CV (0.2 V to 0.62 V vs. Ag/AgCl) were performed. The catalyst electrode of Comparative Example 1 of the present invention was subjected to 60 cycles of CV (0.2 V to 0.65 V vs. Ag/AgCl) in 40 mL of a 1 M KOH solution, and then 0.5 mL of 20 mM Fe( NO3 ) 3 was added and 60 cycles of CV (0.2 V to 0.62 V vs. Ag/AgCl) were performed. The scan rate was 40 mV/s.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예 1의 촉매 전극은 비교예 1의 촉매 전극과 대비하여 니켈 표면 상에 플루오르(F) 원소가 도핑됨에 따라 니켈 자체의 성능뿐만 아니라 철(Fe) 반응 활성 사이트의 형성 및 성능에도 영향을 미쳐 촉매 전극 성능을 향상시키는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be confirmed that the catalyst electrode of Example 1 of the present invention, compared to the catalyst electrode of Comparative Example 1, improves the catalyst electrode performance by affecting not only the performance of nickel itself but also the formation and performance of iron (Fe) reaction active sites as the fluorine (F) element is doped on the nickel surface.
본 발명에 의하면, 수전해용 촉매를 따로 전이금속 지지체 상에 코팅할 필요없이, 상온 및 상압 하에서 전기화학적 처리를 통해 전이금속 지지체 상에 할로겐 원소를 도핑함에 따라 안정적이고 간단한 방법으로 수전해용 촉매 전극을 제조할 수 있다.According to the present invention, a catalyst electrode for water electrolysis can be manufactured in a stable and simple manner by doping a halogen element on a transition metal support through electrochemical treatment at room temperature and pressure without the need to separately coat a catalyst for water electrolysis on a transition metal support.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations may be made without departing from the essential characteristics of the present invention.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to explain it, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the rights of the present invention.
Claims (10)
상기 전이금속 지지체가 함침된 혼합 용액에 산화 및 환원 전위를 인가하여 상기 전이금속 지지체 상에 할로겐 원소를 도핑하는 단계;를 포함하는,
수전해용 촉매 전극의 제조방법.
A step of impregnating a transition metal support into a mixed solution containing a halide and a metal hydroxide; and
A step of doping a halogen element onto the transition metal support by applying oxidation and reduction potentials to a mixed solution impregnated with the transition metal support; comprising;
Method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis.
상기 전이금속 지지체는 니켈, 코발트, 철, 금, 은, 백금, 구리, 아연, 망간, 티타늄, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 루테늄, 몰리브덴, 바나듐, 하프늄, 이트륨 및 러더포듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 전이금속을 포함하는 것을 특징으로 하는,
수전해용 촉매 전극의 제조방법.
In the first paragraph,
The above transition metal support is characterized in that it comprises at least one transition metal selected from the group consisting of nickel, cobalt, iron, gold, silver, platinum, copper, zinc, manganese, titanium, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, molybdenum, vanadium, hafnium, yttrium and rutherfordium.
Method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis.
상기 할로겐화물은 플루오르화물, 염화물, 브롬화물 및 요오드화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는,
수전해용 촉매 전극의 제조방법.
In the first paragraph,
The above halide is characterized in that at least one selected from the group consisting of fluoride, chloride, bromide and iodide.
Method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis.
상기 할로겐화물은 LiF, LiCl, LiBr, LiI, KF, KCl, KBr, KI, NaF, NaCl, NaBr, NaI, CsF, CsCl, CsBr 및 CsI으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
수전해용 촉매 전극의 제조방법.
In the first paragraph,
The above halide is characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of LiF, LiCl, LiBr, LiI, KF, KCl, KBr, KI, NaF, NaCl, NaBr, NaI, CsF, CsCl, CsBr and CsI.
Method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis.
상기 혼합 용액 내 할로겐 이온의 농도는 0.001 내지 3 M의 범위 이내인 것을 특징으로 하는,
수전해용 촉매 전극의 제조방법.
In the first paragraph,
The concentration of halogen ions in the above mixed solution is characterized by being within the range of 0.001 to 3 M.
Method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis.
상기 금속 수산화물은 LiOH, KOH, NaOH 및 CsOH로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
수전해용 촉매 전극의 제조방법.
In the first paragraph,
The metal hydroxide is characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of LiOH, KOH, NaOH and CsOH.
Method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis.
상기 산화 및 환원 전위의 인가는 순환전압전류법(cycling voltammetry), 펄스전압법 및 펄스전류법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 전기화학적 방법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는,
수전해용 촉매 전극의 제조방법.
In the first paragraph,
The above application of oxidation and reduction potentials is characterized in that it is performed using at least one electrochemical method selected from the group consisting of cyclic voltammetry, pulse voltammetry and pulse current method.
Method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis.
상기 산화 및 환원 전위의 인가는 상온 및 상압 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는,
수전해용 촉매 전극의 제조방법.
In the first paragraph,
The above oxidation and reduction potential application is characterized in that it is performed at room temperature and pressure.
Method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis.
상기 산화 및 환원 전위의 인가는 Ag/AgCl 전극 기준 -1 내지 2 V의 범위 이내 전압에서 10초 내지 120분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는,
수전해용 촉매 전극의 제조방법.
In the first paragraph,
The above oxidation and reduction potential application is characterized in that it is performed for 10 seconds to 120 minutes at a voltage within the range of -1 to 2 V with respect to the Ag/AgCl electrode.
Method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis.
상기 할로겐 원소는 플루오르, 염소, 브롬 및 요오드로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는,
수전해용 촉매 전극의 제조방법.
In the first paragraph,
The above halogen element is characterized in that at least one element is selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine and iodine.
Method for manufacturing a catalyst electrode for water electrolysis.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020230056547A KR102816312B1 (en) | 2023-04-28 | 2023-04-28 | Manufacturing method of catalyst electrode for water electrolysis |
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