질소와 붕소가 도핑된 탄소전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지
CARBON ELECTRODE DOPED WITH NITROGEN AND BORON, MANUFACTURING METHOD AND REDOX FLOW BATTERY INCLUDING THE SAME
특허 요약
본 발명은 질소와 붕소가 도핑된 탄소전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지에 관한 것으로, 구체적으로 탄소소재에 질소 원소 및 붕소 원소가 도핑되어 다수의 결함 사이트(defect site)가 형성되고 이에 따라 전기화학적 활성 표면적(Electrochemical active surface area, ECSA) 및 전극의 반응속도를 증가시킴으로서 레독스 흐름 전지의 효율을 높일 수 있는 질소와 붕소가 도핑된 탄소전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지에 관한 것이다.
청구항
번호청구항
1

탄소소재를 포함하고,상기 탄소소재가 질소 원소 및 붕소 원소로 도핑된, 질소와 붕소가 도핑된 탄소전극에 있어서,상기 도핑된 질소 원소의 함량은 2.93 % 이상 4.03 % 이하이고,상기 탄소소재에 질소 원소 및 붕소 원소가 도핑됨으로서 라만 스펙트럼의 D 밴드 대 G 밴드의 Intensity 비율(ID/IG)은 1.35 이상 1.75 이하인, 질소와 붕소가 도핑된 탄소전극.

2

청구항 1에 있어서,상기 탄소소재에 산소 원소가 더 도핑된, 질소와 붕소가 도핑된 탄소전극.

3

삭제

4

청구항 1에 있어서,상기 도핑된 붕소 원소의 함량은 0.1 % 이상 10.0 % 이하인 것인, 질소와 붕소가 도핑된 탄소전극.

5

청구항 1에 있어서,상기 탄소소재는 그라파이트 펠트(GF, Graphite Felt), 카본 페이퍼(Carbon paper), 카본 클로스(Carbon Cloth), 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nanotube), 그래핀(Graphene) 및 활성탄(Activated Carbon)로 이루어진 군으부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 질소와 붕소가 도핑된 탄소전극.

6

청구항 1의 질소와 붕소가 도핑된 탄소전극의 제조방법에 있어서,탄소소재를 도핑하는 단계;를 포함하고,상기 도핑하는 단계는 상기 탄소소재에 붕소 전구체로 붕소 원소 도핑하는 단계; 및 상기 탄소소재에 질소 전구체로 질소 원소 도핑하는 단계;를 포함하는 것인, 질소와 붕소가 도핑된 탄소전극의 제조방법.

7

청구항 6에 있어서,상기 붕소 원소 도핑 온도는 600 K 이상 1200 K 이하이고,상기 질소 원소 도핑 온도는 600 K 이상 1000 K 이하인 것인, 질소와 붕소가 도핑된 탄소전극의 제조방법.

8

청구항 6에 있어서,상기 붕소 전구체는 보론옥사이드(B2O3), 붕산(H3BO3), 페닐 보론산(Phenylboronic aicd), 리튬 붕소하이드라이드(LiBH4), 나트륨 붕소하이드라이드(NaBH4), 칼륨 붕소하이드라이드(KBH4), 마그네슘 붕소하이드라이드(Mg(BH4)2), 칼슘 붕소 하이드라이드(Ca(BH4)2) 및 암모니아보레인(NH3BH3)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 질소와 붕소가 도핑된 탄소전극의 제조방법.

9

청구항 6에 있어서,상기 질소 전구체는 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐린(polyaniline), 멜라민(C3H6N6), N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-3,4,9,10-페릴렌테트라카복실릭디이미드((N,N'-bis(2,6-diisopropyphenyl)-3,4,9,10-perylenetetracarboxylicdiimide, PDI), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN), 우레아(CO(NH2)2), 암모니아(NH3), 암모니아 수산화물(NH4OH), 하이드라진(N2H4) 및 암모니아보레인(NH3BH3)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 질소와 붕소가 도핑된 탄소전극의 제조방법.

10

양극; 음극; 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 이온교환막;을 포함하고,상기 양극 및 상기 음극으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 청구항 1, 2, 4 및 5 중 어느 하나의 탄소전극을 포함하는 것인, 레독스 흐름 전지.