KR810001285B1 - Method of preparing anode material for electrolytic cells - Google Patents
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Abstract
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Description
본 발명은 수용성 전해질을 통하여 일측 전극으로부터 타측 전극으로 전류를 통과시킴으로써 전기분해를 수행하는 공정에 사용하기 위한 비소모성 금속 양극 제조방법에 관한것으로, 더욱 상세히는, 염소 및 가성소다를 생성시키기 위한 염 수용액을 전해함에 있어서 현재 널리 보급되어있는 흑연 양극 대신에 사용할 수 있는 금속 양극제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a non-consumable metal anode for use in a process for performing electrolysis by passing a current from one electrode to the other electrode through a water-soluble electrolyte, more specifically, a salt for producing chlorine and caustic soda. The present invention relates to a method for producing a metal anode that can be used in place of the graphite anode currently widely used in electrolytic solution.
이러한 염소-알카리 전해조에 통상적으로 사용되는 흑연 양극에 수반되는 난문제들은 당분야의 기술자들에게 충분히 알려져있다. 흑연이 소모됨에 따라, 음극과 양극간의 거리가 멀어지고, 따라서 이것은 출력이 감소되는 요인이 된다. 더우기, 흑연 양극의 화학적, 전기화학적 및 물리적 소모로 인해 발생하는 불필요한 탄소 생성물은 사실상 처치하여야 할 필요성을 발생시키기에 충분하다.The difficulties associated with graphite anodes commonly used in such chlor-alkali electrolyzers are well known to those skilled in the art. As the graphite is consumed, the distance between the cathode and the anode increases, which in turn causes a decrease in output. Moreover, the unnecessary carbon products arising from the chemical, electrochemical and physical consumption of the graphite anode are sufficient to create the need for treatment.
필요한 전기 전도도를 가진 전극 재료들은 많이 있다. 당 기술분야에 있어서의 난점은 전도도 또는 크기를 다소 손상시킴이 없이 장시간 동안 화학적 및(또는) 전기화학적 침해에 대한 저항성이 있는 경제적으로 가능한 전기 전도성 재료를 발견함에 있었다.There are many electrode materials with the required electrical conductivity. The difficulty in the art lies in finding economically viable electrically conductive materials that are resistant to chemical and / or electrochemical intrusions for extended periods of time without compromising the conductivity or size somewhat.
높은 전도도를 아주 충분히 견지하기는 하지만, 화학적 또는 전기화학적 침해에 의해서는 부식당하는 전기 전도성 재료들, 예를 들면, 통상적으로는 흑연이 있다.There are electrically conductive materials, for example graphite, which are very sufficiently resistant to high conductivity but which are corroded by chemical or electrochemical interference.
보호 산화막을 형성함으로써 화학적 또는 전기 화학적 침해를 지지하기는 하나, 그 보호 산화막 역시 전류의 효율적인 유통을 제공하기 위한 전극의 능력을 감퇴시키는 전기 전도성 재료들이 있다. 보호 산화막을 형성하는 금속들을 박막 형성체라 칭하는데, 이들 박막 형성체중 두드러진 것은 티타늄이다. 이들 박막 형성체들은 또한 밸브 금속이라고도 칭한다.Although supporting protective chemical or electrochemical intrusion by forming a protective oxide film, there are also electrically conductive materials that reduce the electrode's ability to provide an efficient flow of current. Metals forming the protective oxide film are referred to as thin film formers, and prominent among these thin film formers is titanium. These thin film formations are also referred to as valve metals.
전극으로서의 작용이 훌륭한 고가의 귀금속류(예 : 백금)가 있으나 이들은 대규모의 용도로서는 경제적으로는 불가능하다. 구조적 및 전기적으로 적합한 표면을 가진 전극, 즉 화학적 또는 전기 화학적침식을 받지않고, 전도도의 손실이 없는 전극을 제공하기 위하여 저렴한 기재상에 이들 고가의 귀금속 피막을 피복시키기 위한 여러가지 시도가 수행되어 왔다.There are expensive precious metals (such as platinum) that function well as electrodes, but these are not economically feasible on a large scale. Various attempts have been made to coat these expensive precious metal films on inexpensive substrates to provide electrodes with structurally and electrically suitable surfaces, i.e., free from chemical or electrochemical erosion and without loss of conductivity.
수명이 길고 전력면에서 흑연보다 더 효율적인 전해 염소조용 양극을 제공하기 위한 각종 방법들이 수행되어 왔다. 이를테면, 티타늄, 탄탄륨 또는 텅스텐제 전극들은 각종 금속 및 백금족 금속이라 알려진 족의 금속들의 혼합물로 피복시켜 왔다. 이들 백금족 금속들은 금속상태 및 산화물 상태로 각종 전도체상에 피복시켜 왔다. 백금족금속을 산화물 상태로 사용하는 대표적인 특허들은, 예컨대 미합중국 특허 제3,632,498호, 제3,711,385호 및 제3,687,724호이다. 미합중국 특허 제3,711,382호는 결합제를 필요로 하는 바이메탈 스피넬(침정석)의 전기 접촌 표면을 가진 전기 전도체로 구성되는 전극에 대하여 기재하고 있다. 필요한 결합재는 백금족 금속 또는 화합물이라 정의되고, 바이메탈 스피넬(침정석)이란 독특한 결정 구조와 구조식을 가진 2종 또는 그 이상의 금속으로 되는 옥시 화합물이라 정의된다. 이 특허는 바이메탈 스피넬이 백금 결합제의 부재하에서는 비효과적임을 나타내고 있다.Various methods have been performed to provide a cathode for an electrolytic chlorine bath having a long life and more efficient than graphite in terms of power. For example, electrodes made of titanium, tantalum or tungsten have been coated with a mixture of various metals and metals of the group known as platinum group metals. These platinum group metals have been coated on various conductors in a metallic state and an oxide state. Representative patents using platinum group metals in the oxide state are, for example, US Pat. Nos. 3,632,498, 3,711,385 and 3,687,724. U.S. Patent No. 3,711,382 describes an electrode composed of an electrical conductor with an electrically entangled surface of a bimetallic spinel (calcite) that requires a binder. The required binder is defined as a platinum group metal or compound, and bimetal spinel (calcite) is defined as an oxy compound consisting of two or more metals with unique crystal structures and structural formulas. This patent shows that bimetallic spinels are ineffective in the absence of platinum binders.
미합중국 특허 제3,399,966호는 C0Om. nH2O(여기서, m은 1.4 내지 1.7이고, n은 0.1 내지 1.0임)로 피복시킨 전극에 대하여 기재하고 있다. 남아프리카 공화국 특허 제71/8558호는 전극용 피복체로서 코발트-타탄 산염의 사용을 기재하고 있다.US Patent No. 3,399,966 discloses C 0 Om. nH 2 O and was described for electrode coating (where, m is 1.4 to 1.7, n is in the range of 0.1 to 1.0 Im). South African Patent No. 71/8558 describes the use of cobalt-tartanate as a coating for electrodes.
미합중국 특허 제3,632,498호는 최소한 1종의 박막 형성 금속산화물과 최소한 1종의 백금족 금속 산화물로 피복시킨 전도성이 있고 화학적으로 저항성이 있는 기재로 구성된 전극에 대하여 기재하고 있다.U. S. Patent No. 3,632, 498 describes an electrode composed of a conductive, chemically resistant substrate coated with at least one thin film forming metal oxide and at least one platinum group metal oxide.
미합중국 특허 제3,711,397호는 전기 전도성 기재, 스피넬(침정석)을 구성하는 전기 전도성 표면 및 기재와 표면간의 중간층으로 되는 전극에 대해 설명하고 있는데 상기 중간층은 Ru, Rh 또는 Pd의 산소 함유 화합물로 구성된다. 이 특허는 귀금속 산화물 중간층이 없으면 전극이 작용되지 않는다는 것을 지적하고 있다. 또한, 이 특허는 750℃ 내지 1350℃의 제작 온도가 사용되어야 함을 나타내고 있다. 실시예에 의해 나타낸 침정석은 C0Al2O4이다.U.S. Patent No. 3,711,397 describes an electrically conductive substrate, an electrically conductive surface constituting a spinel (calcite), and an electrode which is an intermediate layer between the substrate and the surface, the intermediate layer consisting of an oxygen-containing compound of Ru, Rh or Pd. . The patent points out that the electrode will not work without the precious metal oxide interlayer. This patent also indicates that fabrication temperatures of 750 ° C to 1350 ° C should be used. The calcite represented by the example is C 0 Al 2 O 4 .
미합중국 특허 제3,528,857호에 의하면, 연료 전지내의 다공성 산화 전극의 접촉성 활성 표면으로서 바이메탈 스피넬(침정석)인 NiC2O4가 제안되어 있다.According to US Pat. No. 3,528,857, NiC 2 O 4 , a bimetallic spinel (calcite), has been proposed as a contact active surface of porous oxide electrodes in fuel cells.
각종 스피넬(침정석)또는 기타 금속산화물 피막을 전도체상에 피복한 것에 관한 기타 특허들로서는 미합중국 특허 제3,689,382호, 제3,689,384호, 제 3,672,973호, 제3,711,382호, 제3,773,555호, 제3,103,484호, 제3,775,284호, 제3,773,554호 및 제3,663,280호가 있다.Other patents relating to the coating of various spinel (calcite) or other metal oxide coatings on conductors are described in US Pat. 3,775,284, 3,773,554 and 3,663,280.
가격이 저렴하고, 쉽게 적용할 수 있고, 화학적 및 전기 화학적침식에 저항성이 있으며 장시간의 조작시간에 걸쳐 전도도의 손실이 없는 양극 피복제가 요망된다. 이 필요성은 전기 전도체를 후술하게 되는 스피넬 구조를 가진 유효량의 산화 코발트로 피복하는 본 발명에 의해 해결된다. 기재 상에서의 피복의 "유효량"이라는 의미는, (1) 박막 형성 기재또는 화학적으로 안정한 기재가 사용되는 경우, "유효량"은 전해질과 기재간에 충분한 전류 유통을 제공하는 양이고, (2) 기재가 박막 형성체가 아니고 화학적으로 안정하지 않은 경우, "유효량"은 전해질과 기재간에 충분한 전류 유통을 충분히 제공할 뿐만 아니라, 실질적으로 기재가 화학적 및 전기 화학적 침식을 보호하는데 충분하다는 것이다.There is a need for a cathode coating that is inexpensive, readily applicable, resistant to chemical and electrochemical erosion, and free of conductivity loss over long periods of operation. This need is addressed by the present invention in which the electrical conductor is covered with an effective amount of cobalt oxide with a spinel structure which will be described later. The term "effective amount" of coating on a substrate means (1) when a thin film-forming substrate or a chemically stable substrate is used, the "effective amount" is an amount that provides sufficient current distribution between the electrolyte and the substrate, and (2) If it is not a thin film formation and is not chemically stable, the "effective amount" not only provides sufficient current distribution between the electrolyte and the substrate, but also substantially that the substrate is sufficient to protect chemical and electrochemical erosion.
본 발명은 백금족의 고가 금속을 필요로 하지않는 고효율의 전극을 제공하는데 이것은 경제적인 이점을 제공한다.The present invention provides a highly efficient electrode that does not require expensive metals of the platinum group, which provides economic advantages.
적당한 전도체상에 금속산화물, 특히 산화성금속 화합물의 열적공동분해에 의해 형성된 구조식 MxC3-xO4의 바이메탈 산화물 스피넬 피막을 피복시킴으로써 고효율의 불용성 전극이 제조된다는 것을 발견하게 된것을 기대하지 않았던 사실이다. 바람직하게도, 그 전도체는 직접 또는 양극으로 하여 전해조의 산화계에 접하게 했을때 얇은 보호 산화층을 형성하기 위하여 발견한 박막 형성체중의 일종이다. 박막 형성 금속이 아닌 전도체들 역시 이용될 수 있으나, 그것이 전해질이나 부식성 기재와 접촉하는 경우 화학적으로 침식당할 가능성이 있기때문에 좋지 않다. 구조식 MxC03-xO4에서 M은 원소 주기율표의 제ⅠB족, 제 Ⅱ A족 또는 제 Ⅱ B족 금속중의 하나이고, O<x1이다. 이들 족들은 본 명세서에서 M 금속원으로 치칭될 것이다. 주기율표는 Van Nostrand의 과학 백과사전, 5판에서와 같은 종래의 주기율표중 어느것이나 좋다.It was not expected to discover that a highly efficient insoluble electrode was produced by coating a bimetal oxide spinel coating of the structural formula MxC 3 -xO 4 formed by thermal co-decomposition of a metal oxide, in particular an oxidic metal compound, onto a suitable conductor. Preferably, the conductor is a kind of thin film forming body found to form a thin protective oxide layer when directly or as an anode is brought into contact with the oxidation system of the electrolytic cell. Conductors other than thin film forming metals may also be used, but are not good because they may be chemically eroded if they come in contact with electrolytes or corrosive substrates. In the formula MxC 03- xO 4 , M is one of Group IB, Group II A or Group II B metals of the periodic table, and O <x 1 These groups will be referred to herein as M metal sources. The periodic table can be any of the conventional periodic tables as in Van Nostrand's Scientific Encyclopedia, Fifth Edition.
더욱이, 금속 바이메탈 스피넬과 함께 "모디파이어 금속 산화물(modifiermetal oxide)"을 공침(共沈)시키는 것이 유익하다는 것이 판명되었다. "모디파이어 금속산화물"은 제 Ⅱ B족, 제 Ⅳ B족, 제 Ⅴ B족, 제 Ⅵ B족, 제 Ⅲ A족, 제 Ⅳ A족, 제 Ⅴ A족, 탄타니드계 또는 악티니드계 금속일 수가 있다. 이러한 모디파이어 금속 산화물의 2종 또는 그 이상이 사용되는 수도 있다.Moreover, it has proven beneficial to coprecipitate “modifiermetal oxide” with metal bimetallic spinels. "Modifier metal oxide" may be Group II B, IV B, V B, VI B, III A, IV A, V A, tantanide or actinide metals. have. Two or more of these modifier metal oxides may be used.
본 발명은 전해조에 사용하기 위한 양극 제조방법에 관한 것인데, 이 재료는 일반식 MxC03-xO4(여기서 0<x1이고, M은 원소 주기율표의 제ⅠB족, 제 Ⅱ A족 또는 제 Ⅱ B족에 선정한 금속이다)를 가진 바이메탈 스피넬의 유효량을 피복한 전도체로 구성된다.The present invention relates to a method for producing a cathode for use in an electrolytic cell, the material of which the general formula MxC 03- xO 4 (where 0 <x 1, and M is a metal selected from Groups IB, IIA, or IIB of the Periodic Table of the Elements).
또한, 본 발명은 전기 전도체상에 피복시킨 코발트 화합물로 되는 전해조용 양극 재료의 제조 방법에 관한 것인데, 이 방법은 실질적으로 외래물질(外來物質) 또는 산화물 박막이 없는 전기 전도체를 제공하고, 그 전도체에 열 분해성의 산화물 무기 코발트 화합물을 도포하여 상기 피복 전도체를 산화 분위기 내에서 2 내지 60분간 200℃ 내지 450℃ 범위의 온도에서 소성하여 무기 코발트 화합물을 산화시키되 상기 온도 범위 이상에서는 소성시간을 줄이고, 이것을 냉각한 다음 전도체상의 코발트 화합물층의 두께가 0.01㎜내지 0.08㎜로 될때까지 상기 피복 및 소성 단계를 반복시킴을 특징으로 하는 것이다.The present invention also relates to a method for producing an anode material for an electrolytic cell made of a cobalt compound coated on an electric conductor, which provides an electric conductor substantially free of foreign material or oxide thin film, and the conductor Thermally decomposing an oxide inorganic cobalt compound to sinter the coated conductor at a temperature ranging from 200 ° C. to 450 ° C. for 2 to 60 minutes in an oxidizing atmosphere to oxidize the inorganic cobalt compound, but to reduce the firing time above the temperature range, After cooling, the coating and firing steps are repeated until the thickness of the cobalt compound layer on the conductor becomes 0.01 mm to 0.08 mm.
본 발명은 또한 일반식 MxC03-xO4의 바이메탈 스피넬(여기서, X의 값은 0.1내지 1.0의 범위내에 있고, M은 제ⅠB족, 제 Ⅱ A족 또는 제 Ⅱ B족 금속중에서 선정한 열 분해성의 산화성 금속 화합물)을 피복시킨 전도체로 되는 전해조용 양극의 제조방법에 있어서, 상기 전도체를 청정시켜서 표면 산화물과 오염물을 제거하는 단계, 상기 전도체에 금속 기준으로 M 금속 대 C0의 몰비가 1 : 29 내지 1 : 2인 열 분해성의 산화성 무기 코발트 화합물과 금속 화합물로 된 피복 혼합물을 도포하는 단계, 이와 같이 피복시킨 전도체를 1.5 내지 60분간 200℃ 내지 450℃의 온도 범위에서 소성시키되 상기 온도 범위 이상에서는 소성시간을 단축시키는 소성단계, 이에 의해 상기 코발트 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 분해시켜 일반식 MxC03-xO4의 바이메탈 스피넬을 생성시키는 단계, 이와 같이 생성시킨 바이메탈 스피넬 피복체를 냉각시키는 단계, 피복, 소성 및 냉각단계를 다수회 반복하는 단계 및 0.5 내지 2.0시간동안 350℃ 내지 45℃의 온도 범위에서 스피넬 피복제의 최종 소성을 수행하는 단계로 구성됨을 특징으로 한다.The present invention also relates to a bimetallic spinel of general formula MxC 03- xO 4 , wherein the value of X is in the range of 0.1 to 1.0, and M is selected from the group IB, IIA or IIB metals. A method for producing an anode for an electrolytic cell comprising a conductor coated with an oxidizing metal compound, comprising: cleaning the conductor to remove surface oxides and contaminants, wherein the molar ratio of M metal to C 0 based on the metal is 1:29 in the conductor. Applying a coating mixture composed of a thermally decomposable oxidative inorganic cobalt compound and a metal compound having a ratio of 1 to 2, and then firing the coated conductor in a temperature range of 200 ° C to 450 ° C for 1.5 to 60 minutes, In the firing step to shorten the firing time, thereby decomposing the mixture of the cobalt compound and the metal compound to produce a bimetallic spinel of the general formula MxC 03- xO 4 The step of quenching, cooling the bimetallic spinel coating thus produced, repeating coating, firing and cooling a number of times and final firing of the spinel coating in a temperature range of 350 ° C. to 45 ° C. for 0.5 to 2.0 hours. Characterized in that consisting of steps to perform.
전기 전도체는 티타늄, 탄탈룸, 텅스텐, 지르코늄, 몰리브덴, 니오븀, 하프늄 또는 바나듐 중에서 선정한 박막형성 금속이 좋다. 더욱 바람직한 전기 전도체는 티타늄, 탄탈륨, 또는 텅스텐이다. 특히 타타늄이 좋다.The electrical conductor is preferably a thin film forming metal selected from titanium, tantalum, tungsten, zirconium, molybdenum, niobium, hafnium or vanadium. More preferred electrical conductors are titanium, tantalum, or tungsten. Especially titanium is good.
소량의 탈라듐 또는 알루미늄 및 (또는) 바나듐을 함유하는 티타늄과 같은, 상기 박막 형성 금속들의 합금이 사용되어도 좋다.Alloys of the above thin film forming metals may be used, such as titanium containing small amounts of thaldium or aluminum and / or vanadium.
이 전도체의 기능은 바이메탈 스피넬의 전기 전도성 박막을 지지하고, 또 스피넬 피막에 통류되는 전류를 전도시키기 위한 것이다. 따라서, 전도체를 선택하기 위한 다수의 가능성이 있다는 것을 알 수 있다. 박막 기재가 가장 바람직하다고 간주되는데, 그 이유는 염소전지계 내에서의 화학적 내구성이 있는 보호산화층을 형성하기 위한 전기 전도성 박막형성 기재의 능력은 그 기재의 일부가 전지의 주변에 노출될 때에 중요하기 때문이다.The function of this conductor is to support the electrically conductive thin film of the bimetallic spinel and to conduct current flowing through the spinel film. Thus, it can be seen that there are a number of possibilities for selecting conductors. Thin film substrates are considered the most desirable because the ability of an electrically conductive thin film substrate to form a chemically durable protective oxide layer in a chlorine cell system is important when some of the substrate is exposed to the periphery of the cell. Because.
모디파이어 금속 산화물은 강고한 피막을 형성하기 위하여 바이메탈 스피넬 피막과 화합시킬 수도 있다. 모디파이어 금속 산화물의 금속은 하기 종들로부터 선정된다.The modifier metal oxide may be combined with a bimetallic spinel film to form a firm film. The metal of the modifier metal oxide is selected from the following species.
제 Ⅲ B족 (스칸듐, 이트륨)Group III B (Scandium, Yttrium)
제 Ⅳ B족 (티타늄, 지르코늄, 하프늄)Group IV Group B (Titanium, Zirconium, Hafnium)
제 Ⅴ B족 (바나듐, 니오븀, 탄탈룸)Group Ⅴ B (Vanadium, Niobium, Tantalum)
제 ⅤⅠB족 (크로뮴, 몰리브데늄, 덩스텐)Group ⅠB (Chromium, Molybdenum, Dungsten)
제 Ⅶ 족 (망간, 테크네튬, 레늄)Zebu (manganese, technetium, rhenium)
란타니드계 (란탄에서 루레늄까지)Lanthanides (from lanthanum to rurenium)
악티니드계 (악티움에서 우라늄까지)Actinides (from actium to uranium)
제 Ⅲ A족 금속 (알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨)Group III A metals (aluminum, gallium, indium, thallium)
제 Ⅳ A족 금속 (게르마늄, 주석, 납)Group IV metals (germanium, tin, lead)
제 Ⅴ A족 금속 (안티몬, 창연)Ⅴ Group A Metals (Antimon, Bismuth)
모디파이어 금속 산화물은 세륨, 창연, 납, 바나듐, 지르코늄, 탄탈룸, 니오븀, 몰리브덴, 크롬, 주석, 알루미늄, 안티몬, 티타늄 또는 텅스텐의 산화물이 좋다. 이 모디파이어 금속 산화물의 혼합물 역시 사용되어도 좋다.The modifier metal oxide is preferably an oxide of cerium, bismuth, lead, vanadium, zirconium, tantalum, niobium, molybdenum, chromium, tin, aluminum, antimony, titanium or tungsten. Mixtures of these modifier metal oxides may also be used.
가장 바람직하게는 산화 지르코늄, 산화바나듐, 또는 산화납 또는 이들의 혼합물로부터 선정되는 모디파이어 산화물이 가장 좋은데, 이들 중에서도 특히 산화 지르코늄(ZrO2)이 가장 바람직하다.Most preferred is a modifier oxide selected from zirconium oxide, vanadium oxide, or lead oxide or mixtures thereof, of which zirconium oxide (ZrO 2 ) is particularly preferred.
전도체상에 피복시킨 피막에 있어서, 모디파이어 금속 산화물 또는 금속 산화물에 대한 코발트 금속의 금속 함량을 기준으로 한 몰분율은 0 으로부터 1 : 2의 범위가 바람직하지만, 가장 바람직하게는 1 : 20 내지 1 : 5이다. 전술한 비율은 금속으로서의 모디파이어 산화물 금속의 상기 피막에 있어서의 총 코발트 함량에 대한 몰비를 나타낸다. 모디파이어 금속산화물은 열 분해성 금속화합물로부터의 금속산화물과 함께 간단히 제조된다.In the coating coated on the conductor, the mole fraction based on the metal content of the cobalt metal to the modifier metal oxide or the metal oxide is preferably in the range from 0 to 1: 2, but most preferably 1:20 to 1: 5. to be. The above-mentioned ratio represents the molar ratio with respect to the total cobalt content in the said coating of the modifier oxide metal as a metal. Modifier metal oxides are simply prepared with metal oxides from thermally decomposable metal compounds.
본 발명의 일반식 MxC03-xO4의 바이메탈 산화물 스피넬은 금속원과 무기 코발트 화합물로된 소기의 혼합물들을 반복 도포함으로써 간단히 제조된다. 모디파이어 금속 산화물 또는 모디파이어 금속 산화물의 혼합물은 MxC03-xO4피막을 통하여 실질적으로 균일하게 분포될 수 있도록 동시에 간단히 도포된다. M 금속 화합물은 Zn, Cu 혹은 Mg 화합물로부터 선택되며 여기에서 피복혼합물은, 금속을 기준으로 코발트금속에 대한 M-금속의 몰분률 11 : 1 내지 2 : 1 정도를 함유하는 것이 특히 바람직하다. 피막을 도포함에 있어서, 소기의 분해성 금속화합물의 혼합물을 기재에 도포한 다음 공기혹은 산소중에서 열 산화하여서 산화물을 생성시킨다. 피복단계는 소정의 두께 (바람직하게는 0.01 내지 0.08㎜)에 달할때까지 필요한만큼 반복한다.The bimetal oxide spinel of the general formula MxC 03- xO 4 of the present invention is prepared simply by repeatedly applying a desired mixture of a metal source and an inorganic cobalt compound. The modifier metal oxide or a mixture of modifier metal oxides are simply applied simultaneously so that they can be distributed substantially uniformly through the MxC 03- xO 4 coating. The M metal compound is selected from Zn, Cu or Mg compounds, wherein the coating mixture preferably contains from about 11: 1 to 2: 1 mole fraction of M-metal to cobalt metal based on the metal. In applying the film, a mixture of the desired decomposable metal compound is applied to the substrate and then thermally oxidized in air or oxygen to produce an oxide. The coating step is repeated as necessary until it reaches a predetermined thickness (preferably 0.01 to 0.08 mm).
산화 코발트원은 단독 열 분해시에 단독 금속 스피넬 구조, C3O4를 생성하지만, M금속원과 적절히 가열할때 일반식 MxC03-xO4를 형성하는 무기코발트 화합물이면 된다. 예컨데, C3O4의 전구물질(前驅物質)로서 사용되는 무기 코발트화합물은 탄산코발트, 염소산코발트, 염화코발트, 불화코발트, 수산화코발트, 질산코발트 또는 이들 화합물의 2종 또는 그 이상으로 되는 혼합물일 수가 있다. 바람직하게는, 코발트 화합물은 탄산코발트, 염화코발트, 수산화코발트 및 질산코발트 중에서 선정되는 최소한 1종의 화합물이다. 그중 가장 바람직한 것은 질산코발트이다. 본 발명에 사용하기 위한 무기 코발트 화합물의 적합성은 만약 그 화합물이 열분해하여 그 단일 금속 스피넬, C03-O4를 형성하는지를 살핌으로써 용이하게 판단된다.The cobalt oxide source may be an inorganic cobalt compound that forms a single metal spinel structure, C 3 O 4 , upon formation of a single thermal decomposition, but forms a general formula MxC 03- xO 4 when properly heated with a M metal source. For example, the inorganic cobalt compound used as a precursor of C 3 O 4 may be cobalt carbonate, cobalt chlorate, cobalt chloride, cobalt fluoride, cobalt hydroxide, cobalt nitrate, or a mixture of two or more of these compounds. There is a number. Preferably, the cobalt compound is at least one compound selected from cobalt carbonate, cobalt chloride, cobalt hydroxide and cobalt nitrate. The most preferred among them is cobalt nitrate. The suitability of the inorganic cobalt compound for use in the present invention is readily determined by looking at whether the compound pyrolyzes to form its single metal spinel, C 03- O 4 .
M금속원은 공기혹은 산소중에서 열분해로 금속 산화물이 되는 금속염이 바람직하다. 가장 바람직한 M금속들로서는 Mg, Cu 및 Zn이 있으며, 이중 Zn이 가장 좋다. 일반식 MxC03-xO4에 있어서, X의 값은 0보다 크지만, 1보다 작거나 같다. X의 같이 0.1 내지 1.0인 것이 좋다. 가장 바람직하게는, X의 값이 0.25 내지 1.0일 때이다.The M metal source is preferably a metal salt which becomes a metal oxide by pyrolysis in air or oxygen. Most preferred M metals are Mg, Cu and Zn, of which Zn is the best. In the general formula MxC 03- xO 4 , the value of X is greater than 0 but less than or equal to 1. As for X, it is good that it is 0.1-1.0. Most preferably, when the value of X is 0.25-1.0.
본 발명의 바이메탈 산화물 스피넬 피막의 바람직한 제조방법은 하기와 같다.The preferable manufacturing method of the bimetal oxide spinel film of this invention is as follows.
(1) 산화물 및 (또는) 표면 오염물질을 화학적 방법 또는 연마법으로 제거하여 기재를 마련하고,(1) removing the oxides and / or surface contaminants by chemical or polishing methods to prepare a substrate,
(2) 소정의 열 분해성 무기 코발트 화합물(예 : 1종 또는 2 이상의 코발트의 무기산염)을 열분해성 M금속원과 함께 기재에 피복하고,(2) a predetermined thermally decomposable inorganic cobalt compound (e.g., one or two or more cobalt inorganic acid salts) is coated on the substrate together with a thermally decomposable M metal source,
(3) 그 피복기재를 충분한 시간동안 충분히 높은 온도로 가열함으로써 그 혼합물을 분해하여 MxC03-xO4피복제를 생성시킨다. 200-450℃의 온도와 1.5-60분의 소성시간이 이용되는데, 일반적으로는 250-400℃가 좋다.(3) The mixture is heated to a sufficiently high temperature for a sufficient time to decompose the mixture to produce an MxC 03- xO 4 coating. Temperatures of 200-450 ° C. and firing times of 1.5-60 minutes are used, generally 250-400 ° C. is preferred.
어떤 경우에는 무기 코발트 화합물, 특히 그 수화형(水和形)을 용융 금속으로서 M금속원 화합물과 함께 기재에 도포할 수도 있다. 원래 무기코발트 화합물과 M금속원의 혼합은 물, 알코올, 에테르, 알데히드, 케톤(예를 들면, 아세톤) 또는 이들의 둘 혹은 셋 혼합물과 같이 불활성이며 비교적 휘발성 담체중에서 수행된다. 본 명세서에서 사용한 "불활성"이란 용어는 상기 담체 또는 용제가 소정의 MxC03-xO4의 생성을 저해하지 않는다는 것을 나타내기 위한 것이고, 비교적 휘발성이란 용어는 담체 또는 용제가 기재상에 MxC03-xO4를 도포하는 과정중에 제거됨을 의미하는 것이다.In some cases, an inorganic cobalt compound, especially its hydrated form, may be applied to the substrate together with the M metal source compound as a molten metal. The mixing of the original inorganic cobalt compound with the M metal source is carried out in an inert and relatively volatile carrier such as water, alcohols, ethers, aldehydes, ketones (eg acetone) or mixtures of two or three thereof. As used herein, the term “inert” is intended to indicate that the carrier or solvent does not inhibit the production of a given MxC 03- xO 4 , and the term relatively volatile means that the carrier or solvent is used as the MxC 03- xO on the substrate. 4 means that it is removed during the application process.
소성온도가 고온이면, 소성시간은 단축되고 최고의 결과를 얻게 된다. 소성 온도가 저온이면, 무기 코발트 화합물을 금속산화물로 전화시키는 소성시간이 길어진다. 450℃ 정도의 고온을 사용하면, 소성시간은 1.5 내지 2분까지 단축시킬 수 있다. 200℃이하의 저온을 사용하면 소성시간은 60분 또는 그 이상이 되어야 한다. 450℃ 이상의 고온을 피하는 것이 좋다.If the firing temperature is high, the firing time is shortened and the best result is obtained. If the firing temperature is low, the firing time for converting the inorganic cobalt compound into the metal oxide becomes long. When a high temperature of about 450 ° C. is used, the firing time can be shortened to 1.5 to 2 minutes. When using a low temperature of less than 200 ℃ firing time should be 60 minutes or more. It is recommended to avoid high temperature above 450 ° C.
본 발명을 다음의 이론적 설명에 의해 제한하는 것은 바람직하지 않으며 그것은 본 발명을 실시함에 있어서 관찰되는 가열시간과 가열온도간의 상호작용에 대한 그럴사한 설명으로서만 주어진다. 불필요하게 장시간동안 일정온도에서 피복기재를 유지하면 산소가 그 기재에 침투 영동(泳動)하여 그 기재에 도달할 수 있고, 이에 따라 양극으로서의 그 피복 기재의 효력이 감소된다고 믿어진다. 또한 차기 피복시에 각개 피복에 의해 허용되는 바와 같은 가열시간의 연장은 피막의 조밀화 또는 다공성손실의 원인이 되며, 이에 의해 산소 투과성이 증대된다고 믿어진다. 그러나, 본 발명에서는 모디파이어 금속산화물이 단일 혹은 바이메탈 스피넬에서 사용될때, 바이메탈스피넬, MxC03-xO4는 다공성이라는 것이 판명되었다.It is not desirable to limit the invention to the following theoretical description, which is given only as a plausible explanation for the interaction between heating time and heating temperature observed in practicing the invention. It is believed that if the coating substrate is kept at a constant temperature for an unnecessarily long time, oxygen can penetrate into the substrate and reach the substrate, thereby reducing the effect of the coating substrate as an anode. It is also believed that the prolongation of the heating time as allowed by the respective coatings at the time of the next coating causes the densification of the coating or the loss of porosity, thereby increasing the oxygen permeability. However, in the present invention, when the modifier metal oxide is used in a single or bimetal spinel, the bimetal spinel, MxC 03- xO 4 has been found to be porous.
가열이 산소를 영동시켜 그러한 다공성 피막을 통하여 기재에 도달되도록 하여주는 것이라 생각할때, 이와 같이 다공성이 높으면 해로운 것으로 보일 것이다. 놀랍게도, 본 발명자들은 사용된 분해온도에서 가능한 한 단시간내에 최초 피복을 행하는 한 다공성이 높을수록 유익하다는 사실을 발견하였으며, 이로써 다공성 MxC03-xO4가 형성(모디파이어 금속산화물과 함께)되나, 실질적으로는 기재로의 과다한 산소 영동을 방지하며 실질량의 조밀화를 방지한다. 실질적으로 다공성인 비조밀성 1차 피막이 이루어질때, 만약 이 1차 피막이 실질적으로 또는 완전히 조밀하게 되면 금속화합물의 2차 도포에 의해 보다 많은 피막물질이 퇴적된다. 이때 2차 피막이 열 분해되어 보다 많은 다공성 MxC03-xO4이 생성되면, 하도피막(下塗皮膜)인 1차 피막은 가열로 조밀하게 되며, 이에 따라 기재로의 산소 영동이 더욱 방지되는 것이다. 따라서 1차 피막이 MxC03-xO4피막을 충분히 생성하기에 충분한 가열 시간만을 사용하는 것이 바람직하다. 이 1차 피막을 위해서는, 약 15-20분의 최대 가열시간으로 약 400℃의 최고 온도를 사용하는 것이 바람직하다. 피막량이 증가되면, 하도피막은 조밀하게 되고 보다 고온(약 450℃까지) 또는 보다 장시간의 가열시간이 후속 피복을 위하여 사용될 수 있다. 통상 최소 4회의 MxC03-xO4피복을 수행하고, 바람직하게는 최소 6회 수행한다. 최종 피복시에는 그것이 조밀하게 되도록 별도의 소성시간을 줌으로써 산소 투과성이 감소되고 또한 취급 및 조작중에 끈적거리지 않게 된다. 최후 소성은 0.5 내지 2.0시간 동안에 350-450℃의 온도 범위에서 수행하는 것이 좋다.Considering that heating is to cause oxygen to reach the substrate through such a porous coating, this high porosity will appear detrimental. Surprisingly, the inventors have found that higher porosity is beneficial as long as the initial coating is carried out within the shortest possible time at the decomposition temperature used, thereby forming a porous MxC 03- xO 4 (with a modifier metal oxide), but substantially Prevents excessive oxygen migration to the substrate and prevents densification of the net mass. When a substantially porous non-dense primary coating is made, more coating material is deposited by secondary application of the metal compound if the primary coating is substantially or completely dense. At this time, when the secondary coating is thermally decomposed to produce more porous MxC 03- xO 4 , the primary coating, which is the undercoat, is densified by heating, thereby further preventing oxygen migration to the substrate. Therefore, it is preferable to use only a heating time sufficient for the primary coating to sufficiently produce the MxC 03- xO 4 coating. For this primary coating, it is preferable to use a maximum temperature of about 400 ° C. with a maximum heating time of about 15-20 minutes. If the coating amount is increased, the undercoat becomes dense and a higher temperature (up to about 450 ° C.) or a longer heating time can be used for subsequent coating. Typically at least four MxC 03- xO 4 coatings are carried out, preferably at least six times. In the final coating, the oxygen permeability is reduced by giving a separate firing time so that it becomes dense and not sticky during handling and operation. The final firing is preferably carried out in a temperature range of 350-450 ° C. for 0.5 to 2.0 hours.
최적 소성 온도와 시간은 주어진 금속 화합물 또는 화합물의 혼합물에 대하여 실험적으로 축정될 수 있다. 피복 및 소성 단계는 소정의 피막 두께를 얻기 위하여 필요한 횟수만큼 반복시킬 수 있다. 일반적으로 0.01 내지 0.08㎜의 피막 두께가 바람직하다.The optimum firing temperature and time can be experimentally determined for a given metal compound or mixture of compounds. The coating and firing steps can be repeated as many times as necessary to obtain the desired film thickness. In general, a film thickness of 0.01 to 0.08 mm is preferred.
숙련된 기술자들에 의하여 간단히 인식하게 되는 바와 같이, 이러한 증류의 피막두께와 깊이 측정은 주로 평균치이다. 피막이 얇을 수록, 피막내에 “핀호울(pin-hole)”또는 기타 결점이 생길 우려가 많다. 최고급의 피막(즉, 핀 호울과 결접이 가장 적은 피막)은 소정이 두께를 "형성" 하도록 다수층을 피복하여 얻는다. 약 0.01㎜ 이하의 피막은 효율의 제한을 초래할 결점을 가져올 것이다. 약 0.08㎜ 이상의 피막이 실용적이나, 그 이상의 두께로 하면 그러한 두꺼운 피막형성 비용에 맞먹도록 개량되지 못한다.As will be readily appreciated by those skilled in the art, the film thickness and depth measurements of these distillations are primarily averages. The thinner the coating, the more likely there is a “pin-hole” or other defect in the coating. The highest quality film (i.e., the film with the least number of pinholes and bonds) is obtained by covering a plurality of layers so as to form a predetermined thickness. Coatings of about 0.01 mm or less will result in defects that will result in limited efficiency. A film of about 0.08 mm or more is practical, but a thickness of more than that is not improved to meet the cost of such a thick film formation.
이상에 기재한 피복기술을 사용함으로써, 내부에 모기파이어 금속 산화물이 포함된 또는 포함되지 않은 얇은 MxCo₃_xO₄ 스피넬파막들을 편리한 형상, 예컨데 망상, 판상, 시이트상, 스크린상, 봉상, 원주상 또는 대상(帶狀)의 전기 전도체에 도포될 수 있다.By using the above-described coating technique, thin MxCo₃_xO₄ spinel waves with or without mosquito-fired metal oxides can be formed into a convenient shape, such as a mesh, a plate, a sheet, a screen, a rod, a column, or an object. Iii) may be applied to the electrical conductor.
본 명세서에서 사용한 바와 같이 MxCo₃_xO₄스피넬구조를 인용함에 있어서, "박막"또는 피막이라는 표현들은, 그 스피넬 구조층이 사실상 산화물 형성체를 다수회 도포함에 의하여 형성된 것이라 할지라도, 그 스피넬 구조층이 기재상에 피복 및 접착된 것임을 의미한다.As used herein, in referring to the MxCo₃_xO 'spinel structure, the expression thin film or film indicates that the spinel structure layer is formed on the substrate, even if the spinel structure layer is actually formed by applying a plurality of oxide formers. It means that it is coated and adhered to.
본 명세서에서 사용한 바와 같이, 스피넬 구조에 있어 모디파이어 금속 산화물들을 나타낼때 "포함된"이란 표현은 그 모디파이어 금속 산화물들이 주로 스피넬 구조중에 균질하게 또는 일정하게 분포된 것임을 나타낸다.As used herein, the expression “included” when referring to modifier metal oxides in a spinel structure indicates that the modifier metal oxides are mainly homogeneously or uniformly distributed in the spinel structure.
다음의 구체적인 예에 있어서, 도포된 피막의 두께는 0.5밀 내지 3밀(즉,0.01㎜ 내지 0.08㎜)의 범위내에 있을 것으로 추산된다. 그 두께를 직접 측정하지 않고 추산하는 이유는 가장 우수한 측정법들은 피막 파괴 공정을 거처야 하기 때문이다. 따라서 피복기술은 전극으로서 시험하지 않고 버릴 시료에 대하여 우선 검토할 것을 권고하는 바이다. 도포된 층의 수를 고려하여, 주어진 피복방법에 의하여 기대되는 두께가 어느 정도인가를 알게되면, 실제로 동일한 두께의 피막을 재차 얻게 되는 합리적인 가능성을 가지고 피복을 더 행할 수 있다.In the following specific example, it is estimated that the thickness of the coated film will be in the range of 0.5 mil to 3 mils (ie, 0.01 mm to 0.08 mm). The reason for estimating the thickness without measuring it directly is that the best measuring methods have to go through the film breaking process. Therefore, it is recommended that the coating technique be first examined for samples to be discarded without testing as electrodes. In view of the number of applied layers, knowing how much the thickness is expected by a given coating method, the coating can be further performed with a reasonable possibility of actually obtaining a coating of the same thickness again.
후술하는 실시예에서와 같이, 다수층을 도포하여 피막을 얻을때, 각 후속층은 전회의 피복층의 두께와 같지 않다는 것이 측정되었다. 그러므로, 예컨대 12층으로 형성된 피막은 반드시 6층으로 된 피막 두께의 두배는 아니다.As in the examples described below, when a plurality of layers were applied to obtain a coating, it was determined that each subsequent layer was not equal to the thickness of the previous coating layer. Therefore, for example, the film formed of 12 layers is not necessarily twice the thickness of the film formed of six layers.
본 발명의 전극이 유용한 대부분의 피복에 있어서는, 통상 약 0.2내지 2.0amps/in(0.033 내지 0.3amps/㎠)의 전류밀도가 이용된다. 후술하는 실시예에서는 0.5amps/in²(0.77amps/㎖²)의 전류 밀도가 이용되는데, 이것은 그 실시예에서 사용된 전지에 대하여 정상범위라 생각된다.For most coatings in which the electrode of the invention is useful, current densities of about 0.2 to 2.0 amps / in (0.033 to 0.3 amps / cm 2) are typically used. In the examples described below, a current density of 0.5 amps / in < 2 >
실시예 1에서 이용된 시험 전해조의 종류는 공지의 직립식 격막염소 전해조이다. 그 격막은 공지의 방법으로 아스베스트 슬러리로부터 소공성(小孔性) 강제(鋼製)음극상에 침적시킨 것이다. 양극 및 음금은 각각 약 3˝×3(7.62㎝×7.62㎝)이다. 전류는 음극에 연접(鉛接)시킨 황동 및 양극에 용접시킨 티탄봉에 의해 전극에 공급된다. 양극에서 결막간의 거리는 약 1/4인치 (0.635㎝)이다. 전해조의 온도는 양극질 격실에 위치한 열전대 겸 가열기에 의해 제어된다. 일정한 오우버 플루우계를 경유하여 염화나트륨 용약300g/ℓ를 연속적으로 상기 양극질 격실에 공급한다. 염소, 수소 및 수산화나트륨이 전해조로부터 연속회수 된다. 음극질 및 양극질의 수면을 조정하여 음극질내의 NaOH 농도를 1약 110g/ℓ로 유지시킨다. 이전해조에는 정격 전류 전력공급에 의해 전력이 공급된다. 전기 분해는 겉보기 전류밀도를 양극의 단위면적 평방인치(6.54㎠)당 0.5암페어로 하여 수행한다.The kind of test electrolyzer used in Example 1 is a well-known upright diaphragm chlorine electrolyzer. The diaphragm was deposited on a small porosity forced cathode from an asbestos slurry by a known method. Anode and tone are about 3˝ × 3 respectively (7.62 cm x 7.82 cm). The electric current is supplied to the electrode by brass connected to the cathode and titanium rod welded to the anode. The distance between the conjunctiva and the anode is about 1/4 inch (0.635 cm). The temperature of the electrolyzer is controlled by a thermocouple and heater located in the anode compartment. 300 g / l of sodium chloride solution is continuously fed to the bipolar compartment via a constant overflue system. Chlorine, hydrogen and sodium hydroxide are recovered continuously from the electrolyzer. The surface of the cathode and anode is adjusted to maintain the NaOH concentration in the cathode at about 110 g / l. The transfer bath is powered by the rated current power supply. Electrolysis is carried out with an apparent current density of 0.5 amperes per square inch (6.54 cm 2) of the unit area of the anode.
하기 실시예에서 사용하는 식각액은 분석시약금 불화수소산 25㎖(48중량% HF), 분석 시약금 질산175㎖ (약 70중량% HNO₃) 및 탈이온화 H2O 300㎖를 혼합하여 제조한다.The etchant used in the following examples is prepared by mixing 25 ml (48 wt% HF) of the assay reagent hydrofluoric acid, 175 ml (70 wt% HNO 3) of the assay reagent gold, and 300 ml of deionized H 2 O.
양극 전위는 3″×3″(7.62㎝×7.62㎝) 양극에서의 측정을 용이하게 하기 위해 특별히 고안한 실험실용 전해조에서 측정한다. 그 전해조는 플라스틱제이다. 양극실 및 음극실은 시판용의 폴리테트라 플루오로에틸렌 격막으로 분할 격리시킨다. 양극실에는 단열기, 열전대, 온도계, 교반기, 그리고 전해조 외부에 설치한 포화칼로멜(Calomel)대조 전극에 연결시킨 루진(Luggin) 모세관형 탐침(探針)이 들어있다. 이 전해조에는 덮개를 덮어서 증발 손실을 최소한으로 줄인다. 전해질은 300/1의 염화나트륨 염수(염水)이다. 주변 온도(25°-30℃)에서 포화 칼로멜에 대한 전위를 측정한다. 저전위는 생성된 염소의 단위량에 대하여 저전력이 필요함을 의미하므로 더욱 경제적인 조작이 되는 것이다.The anode potential is measured in a laboratory electrolytic cell specially designed to facilitate measurements at 3 ″ × 3 ″ (7.62 cm × 7.62 cm) anodes. The electrolytic cell is made of plastic. The anode chamber and the cathode chamber are divided and separated into commercial polytetrafluoroethylene diaphragms. The anode chamber contains a heat insulator, thermocouple, thermometer, stirrer, and a rugin capillary probe connected to a saturated Calomel control electrode placed outside the cell. The cell is covered with a lid to minimize evaporation losses. The electrolyte is 300/1 sodium chloride brine. The potential for saturated caramel is measured at ambient temperature (25 ° -30 ° C.). The low potential means a lower power for the unit amount of chlorine produced is a more economical operation.
[실시예 1]Example 1
약 3"×3"×0.086(7.62㎝×7.62㎝×0.22㎝)의 ASTM 1급 디타늄시이트편 1개를 1,1,1-트리콜로로에탄에 함침시키고, 기건하고 HF-HNO3식각 용액에 약 30초간 함침시킨 다음 탈이온수로 세척하여 기건 시켰다. 이 시이트에 A12O3조립자와 함께 송풍시켜서 균일하게 거칠은 표면을 얻고 공기를 불어낸다. 피복액은 코발트 이온 2.66M 및 아연이온 1033M의 용액이 되도록 시약금 Co(No3)2ㆍ6H2O 및 Zn(NO3)2·6H2O의 적당량을 혼합하여 제조한다. 상기 시이트의 일면에 피복액을 붓으로 도포한다. 다음에 그 면을 가스 발화 적외선 발생기의 그리드로부터 약 2"(5.08㎝)의 위치에 놓고 약 1.5분간 가열한다. 이 기간 이후에 측정한 평균 양극 온도는 350℃이었다. 양극을 약 2 내지 3분간 강제 송업공기로 냉각시킨 다음, 2차 피막을 입히고, 유사한 방법으로 약 2.5분간 소성시켰다. 10층의 부가 피막을 이와 유사하게 도포시켰다. 제12층의 파막을 약 1.5분간 적외선 발생기하에서 소성한 후에, 피복된 시이트를 공지의 대류식 오븐에 넣어 400℃에서 60분간 소성시켰다. 양극을 전술한 실험실 전해조에 넣어서 70℃,4.5 암페어(0.5amps/in²또는 0.0775amps/㎠)에서의 그의 동작 전위를 측정하여 1092 밀리볼트라는 것을 알았다. 70℃,0.5amps/in²에서의 최초 전해조 전압은 2.849V이었다. 양극 전위 시험중 294 일반에 70℃ 및 0.5ASI에서의 전위가 1099㎷임을 알았다. 그 시험 전해조내에 그 양극을 재설비한 후의 전압은 0.5ASI 및 70℃에서 2.841V이었다.One ASTM grade 1 titanium sheet piece of about 3 s × 3 s × 0.086 (7.62 cm × 7.62 cm × 0.22 cm) is impregnated with 1,1,1-tricoloethane, air-dried and HF-HNO 3 etched. The solution was impregnated for about 30 seconds and then washed with deionized water to dry. The sheet is blown together with the A1 2 O 3 granulator to obtain a uniformly rough surface and blow air. The coating solution is prepared by mixing an appropriate amount of reagent gold Co (No 3 ) 2 .6H 2 O and Zn (NO 3 ) 2 .6H 2 O so as to be a solution of 2.66 M of cobalt ions and 1033 M of zinc ions. A coating liquid is applied to one surface of the sheet with a brush. The surface is then placed at a position of about 2 kPa (5.08 cm) from the grid of the gas fired infrared generator and heated for about 1.5 minutes. The average anode temperature measured after this period was 350 ° C. The anode was cooled by forced air for about 2 to 3 minutes, then the secondary coating was applied and fired for about 2.5 minutes in a similar manner. Ten additional layers of coating were similarly applied. After the rupture of the twelfth layer was fired in an infrared generator for about 1.5 minutes, the coated sheet was put into a known convection oven and fired at 400 ° C. for 60 minutes. The anode was placed in the above-described laboratory electrolyzer and its operating potential at 70 ° C. and 4.5 amperes (0.5 amps / in 2 or 0.0775 amps / cm 2) was determined to be 1092 millivolts. The initial electrolyzer voltage at 70 ° C, 0.5 amps / in² was 2.849V. It was found that the potential at 70 ° C. and 0.5 ASI was 1099 mA in 294 general during the anode potential test. The voltage after remounting the anode in the test electrolytic cell was 2.841 V at 0.5 ASI and 70 ° C.
[실시예 2]Example 2
각각 약 3"×3'×0.086"(7.62㎝×7.62㎝×0.22㎝)의 ASTM 1급 티타늄시이트편 8개를 1,1,1-트리클로로에탄에 침지하고, 공기로 건조하여 HF-HNO3식각액에 약 30초간 침지하고 탈이온수로 세척하여 기건시켰다. 이 시이트들에 Al2O3조립자와 함께 송풍시켜서 균일하게 거칠은 표면을 얻고 공기로 불어낸다. 8개의 피복액을 시약급의 Co(No3)2·6H2O, Mg(NO3)2·6H2O, Cu(No3)2·3H2O, Zn(No3)2·6H2O, ZrO(NO3)2·6H2O 및 탈이온화 H2O 를 하기표 1에 나타낸 몰비로 되게 적당량 혼합함으로써 제조된다. 각 시이트를 적합한 피복액 (시료 b로부터 까지)으로 도포하고 약 10분간 400℃의 대류식 오븐에서 소성한 다음 꺼내어 약 10분간 공기중에서 냉각시켰다. 비슷한 방법으로 10층의 피복층을 더 도포하였다. 12번째 피복층을 도포하고 400℃에서 60분간 소성시켰다. 전술한 시험 전해조를 사용하여 각 양극에 대한 조작전위를 측정하였다.Eight ASTM grade 1 titanium sheets of about 3 s x 3 'x 0.086 s (7.62 cm x 7.82 cm x 0.22 cm) were immersed in 1,1,1-trichloroethane, dried with air, and dried by HF-HNO. It was immersed in 3 etchant for about 30 seconds and washed with deionized water to dry. The sheets are blown together with the Al 2 O 3 granulator to obtain a uniformly rough surface and blow into the air. Eight coating solutions were prepared using reagent grade Co (No 3 ) 2 · 6H 2 O, Mg (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, Cu (No 3 ) 2 · 3H 2 O, Zn (No 3 ) 2 · 6H 2 It is prepared by mixing O, ZrO (NO 3 ) 2 .6H 2 O and deionized H 2 O in an appropriate amount in the molar ratio shown in Table 1 below. Each sheet was applied with a suitable coating liquid (from sample b), fired in a convection oven at 400 ° C. for about 10 minutes and then taken out and cooled in air for about 10 minutes. In a similar manner, ten more coating layers were applied. The 12th coating layer was apply | coated and baked at 400 degreeC for 60 minutes. The operating potential for each positive electrode was measured using the test electrolytic cell described above.
존재하는 결정종(結晶種)의 성질을 X-게이 회절 분석법으로 측정하였다. 이러한 양호한 실험법의 상세한 내용은, 예컨데 미국 뉴욕주 뉴욕시 존 윌리 엔드 손스사간, X-레이 회절법 H.P.Klug 및 L.E.Alexander 공저(1954)에서 알 수 있다. 피막의 여러 시료를 작은 티탄합금으로 된 칼을 사용하여 양극표면으로 부터 긁어내었다. X-레이 필름들을 Fe-Kαl라인으로 감광시켰다. 수정 결정 단색광기를 사용하는 기니어(Guinier) 촛점 조정 카메라로 촬영한 결과 선명도가 높은 분말상 반점(반點)들이 나타났다. 알루미늄 박판 내부 표준을 사용하였다.The nature of the crystal species present was determined by X-gay diffraction analysis. Details of this preferred test method can be found, for example, in John Willy End Sons, New York City, NY, USA, in X-ray diffraction methods H.P.Klug and L.E.Alexander (1954). Several samples of the coating were scraped from the anode surface using a knife of small titanium alloy. X-ray films were photosensitive with Fe-Kαl lines. Shooting with a Guinier refocusing camera using a quartz crystal monochromator resulted in high contrast powdery spots. Aluminum sheet internal standard was used.
단일 금속 스피넬 Co3O4의 결정구조와 바이메탈 스피넬 CuCo2O4및 ZnCo2O4의 결정구조는 극히 유사한데, 단 한가지 현저한 특징은 "외래 이온" 예컨데 Cu또는 Zn++이 Co++를 대치할때 결정 격자(結晶格子)가 약간 팽창된다는 것이다. 이러한 팽창은 X-레이 회절 반점내의 어떤 라인들의 약간 넓은 d-행간(行間)으로 이동되는 결과이다.The crystal structure of single metal spinel Co 3 O 4 is very similar to that of bimetallic spinel CuCo 2 O 4 and ZnCo 2 O 4 , with one notable feature being the Or, when Zn ++ replaces Co ++ , the crystal lattice expands slightly. This expansion is the result of a shift to the slightly wider d-intersection of certain lines in the X-ray diffraction spot.
이 특정의 이동은 본 실시예에 사용하기 위하여 제조한 모든 양극에서 관찰되었는데, 이러한 이동은 "외래 이온"의 양이 증가에 따라 더욱 많아지게 된다. CuCo2O4및 ZnCo2O4의 화학량론적 피막에 대한 반점들은 그러한 화합물에 대한 문헌들에 보고되어 있는 바와 동일한 것이다. 따라서, 본 발명의 바이메탈 스피넬 전구 원소들은 단일 금속 스피넬 Co3O4와 함께 일련의 고용체(固溶體)를 형성한다라는 결론에 도달한다.This particular shift was observed in all the anodes prepared for use in this example, which shifted more as the amount of “foreign ion” increased. Spots on the stoichiometric coatings of CuCo 2 O 4 and ZnCo 2 O 4 are the same as reported in the literature for such compounds. Thus, it is concluded that the bimetallic spinel precursors of the present invention form a series of solid solutions with a single metal spinel Co 3 O 4 .
[표 1]TABLE 1
[비교예][Comparative Example]
(1) "팽창된"것이라 용어는 코발트 스피넬에 금속치환이 있음을 의미함.(1) The term "expanded" means that the cobalt spinel has a metal substitution.
(2) 양극 전위는 70℃, 0.5ASI 대 30℃, SCE 에서 축정한 것임.(2) The anode potential was accumulated at 70 ° C, 0.5ASI vs. 30 ° C, SCE.
(3) 구조식 MxCo3-xO4에서의 X의 대략치임.(3) is an approximation of X in structural formula MxCo 3 -xO 4 .
약 3"×3"×0.060"(7.62㎝×7.62㎝×0.15㎝)인 ASTM 1급 티타늄제 보강 망상편 1개를 금속 염소 전해조 양극의 시판 공급체 의해 금속 산화물로 피복하였다. 이 피막은 공업용 양극용으로 공급되고, 아마도 주로 루테늄과 티탄 산화물로 구성된 대표적인 예이다. 양극을 전술한 실험실용 전해조내에 넣어 전위차 측정을 행하였다. 4.5amps(0.5amps/in²)70℃에서의 조작 전위는 1100㎷이었다.One reinforcing mesh made of ASTM grade 1 titanium, which is about 3 s × 3 s × 0.060 sq (7.62 cm × 7.62 cm × 0.15 cm), was coated with a metal oxide with a commercial supplier of a metal chlorine electrolytic cell anode. This coating is supplied for industrial anodes and is probably a representative example composed mainly of ruthenium and titanium oxide. The positive electrode was put into the above-mentioned laboratory electrolytic cell, and the potential difference measurement was performed. The operating potential at 4.5 amps (0.5 amps / in < 2 >) at 70 deg.
약 3"×3"×11/4"(7.62㎝×7.62㎝×3.18㎝)의 재료시편을 시판용 흑연 염소 전해조 양극에서 절취하였다. 2대의 구멍을 천설하여 이 양극 시험편을 나합시켰다. 즉, 직경 1/2"(1.2㎞)의 흑연봉의 전류통로로서 한쪽 구멍에 삽입하고, 3/8"(0.95㎝)의 흑연봉을 전위차 측정기구와 연결하기 위하여 다른쪽 구멍에 삽입하였다. 그리하여 고저항의 금속-흑연 상면(相面)을 회피하였으며, 전위 측정결과 전류 전달봉의 저항에 기인하는 여하한 전압 강하도 없었다. 양극의 측면과 후면은 불활성의 부전도성 중합체로 피복하였다. 이와 같이 제조한 양극을 전술한 실험실용 전해조내에 넣어 전위를 측정하였다. 4.5amps(0.5amps/in2), 70℃에서의 조작 전위는 1237㎷ 이었다.A material specimen of about 3 s × 3 s × 11/4 s (7.62 cm × 7.62 cm × 3.18 cm) was cut out from a commercially available graphite chlorine electrolytic cell anode. Two holes were bored to join these anode test pieces. In other words, a graphite rod having a diameter of 1/2 kW (1.2 km) was inserted into one hole, and a 3/8 kW (0.95 cm) graphite bar was inserted into the other hole to connect the potentiometric measuring instrument. Thus, the high resistance metal-graphite phase was avoided, and there was no voltage drop due to the resistance of the current carrying rod as a result of the potential measurement. The sides and back of the anode were covered with an inert, nonconductive polymer. The anode prepared in this way was put in the above-mentioned laboratory electrolytic cell, and the electric potential was measured. The operating potential at 4.5 amps (0.5 amps / in 2 ) and 70 ° C. was 1237 mA.
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