금속-공기 전지용 전극촉매 및 이의 제조방법
ELECTROCATALYSTS FOR METAL-AIR BATTERIES AND PREPARATION METHOD THEREOF
특허 요약
본 발명은 금속-공기 전지용 전극촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 금속 분말 및 금속 분말을 둘러싸는 금속 탄화물 층을 포함하는 아연-공기 전지용 전극촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 전극촉매는 산소환원반응 및 산소발생반응 동안 풍부한 반응 활성 부위를 제공하고, 금속 탄화물 표면과 산소 사이의 용이한 전자 이동 경로를 제공함으로써, 저렴하면서도 산소환원반응 및 산소발생반응 둘 다에 대해 우수한 이관능성 촉매 활성을 나타내므로 Pt 및 RuO 2 등과 같은 종래의 전극촉매를 대체할 수 있다.
청구항
번호청구항
4

제1항에 있어서,상기 수지상 금속 분말은 구리이며, 상기 금속 탄화물은 구리 탄화물인, 금속-공기 전지용 전극촉매.

5

제1항에 있어서,상기 수지상 금속 분말은 니켈이며, 상기 금속 탄화물은 니켈 탄화물인, 금속-공기 전지용 전극촉매.

6

제5항에 있어서, 상기 수지상 금속 분말 및 상기 전극촉매가 둘 다 다공성인, 금속-공기 전지용 전극촉매.

7

삭제

8

제1항에 있어서, 상기 전극촉매는 -4 내지 -6 mA/cm2의 한계전류밀도를 갖는, 금속-공기 전지용 전극촉매.

1

수지상 금속 분말 및 수지상 금속 분말을 둘러싸는 금속 탄화물 층을 포함하고,상기 금속 탄화물 층은 10 내지 50 nm의 두께를 갖는, 금속-공기 전지용 전극촉매.

2

제1항에 있어서, 상기 수지상 금속 분말은 구리, 니켈 및 구리-니켈 합금으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는, 금속-공기 전지용 전극촉매.

3

제1항에 있어서,상기 금속 탄화물은 구리 탄화물, 니켈 탄화물 또는 이들의 혼합물인, 금속-공기 전지용 전극촉매.

9

a) 금속 지지체를 금속염 용액에 함침시키는 단계;b) 상기 금속염 용액에 1 내지 10 A의 전류를 가하여 금속 지지체 상에 수지상 금속을 형성시키는 단계; c) 상기 금속 지지체로부터 수지상 금속을 분리한 후 건조하여 수지상 금속 분말을 얻는 단계; 및d) 300 내지 1,000℃ 온도 조건하에서 상기 수지상 금속 분말에 대해 탄소 전구체의 기체를 공급하여 상기 수지상 금속 분말 표면에 금속 탄화물 층을 형성시키는 단계를 포함하는, 금속-공기 전지용 전극촉매의 제조방법.

10

제9항에 있어서,상기 금속 지지체는 구리, 니켈, 크롬, 망간, 철, 코발트, 아연, 백금, 은, 팔라듐 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 금속을 포함하는, 금속-공기 전지용 전극촉매의 제조방법.

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제9항에 있어서,상기 금속염 용액은 황산구리 용액, 황산니켈 용액, 염화구리 용액, 염화니켈 용액 또는 이들의 혼합물인, 금속-공기 전지용 전극촉매의 제조방법.

12

제11항에 있어서,상기 금속염 용액은 200 내지 700 mM의 농도를 갖는, 금속-공기 전지용 전극촉매의 제조방법.

13

제11항에 있어서,상기 수지상 금속 분말은 구리, 니켈 및 구리-니켈 합금으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는, 금속-공기 전지용 전극촉매의 제조방법.

14

제9항에 있어서,상기 금속 탄화물은 구리 탄화물, 니켈 탄화물 또는 이들의 혼합물인, 금속-공기 전지용 전극촉매의 제조방법.

15

제9항에 있어서,상기 탄소 전구체가 메탄, 에탄, 에틸렌 및 아세틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질인, 금속-공기 전지용 전극촉매의 제조방법.

16

제9항에 있어서,상기 탄소 전구체의 기체를 0.1 내지 1 L/분의 유량으로 공급하는, 금속-공기 전지용 전극촉매의 제조방법.

17

제9항에 있어서,상기 수지상 금속 분말은 구리이며, 상기 금속 탄화물은 구리 탄화물인, 금속-공기 전지용 전극촉매의 제조방법.

18

제9항에 있어서,상기 단계 c)에서 얻어진 수지상 금속 분말이 구리-니켈 합금이고, 단계 c) 이후 단계 d) 이전에, 상기 수지상 금속 분말을 식각액으로 처리하여 수지상 금속 분말로부터 구리를 제거하는 단계를 추가로 수행하는, 금속-공기 전지용 전극촉매의 제조방법.

19

제18항에 있어서,상기 단계 d)의 수지상 금속 분말이 니켈이며, 상기 금속 탄화물은 니켈 탄화물인, 금속-공기 전지용 전극촉매의 제조방법.

20

제19항에 있어서,상기 수지상 금속 분말 및 상기 전극촉매가 둘 다 다공성인, 금속- 공기 전지용 전극촉매의 제조방법.

21

제18항에 있어서,상기 식각액은 황산, 황산암모늄, 과황산암모늄, 황산나트륨, 과황산나트륨, 황산칼륨 및 과황산칼륨으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는, 금속-공기 전지용 전극촉매의 제조방법.

22

제1항의 전극촉매를 포함하는 캐소드(cathode)를 포함하는, 금속-공기 전지.

23

제22항에 있어서,상기 금속-공기 전지는 아연-공기 전지, 리튬-공기 전지, 마그네슘-공기 전지 또는 알루미늄-공기 전지인, 금속-공기 전지.