전기화학적 활성 및 내구성이 우수한 수전해용 촉매 및 그 제조방법, 그를 포함하는 수전해 전지
CATALYST FOR WATER ELECTROLYSIS WITH EXCELLENT ELECTROCHEMICAL ACTIVITY AND DURABILITY, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND WATER ELECTROLYSIS CELL CONTAINING THE SAME
특허 요약
본 발명은 전기화학적 활성 및 내구성이 우수한 수전해용 촉매 및 그 제조방법, 그를 포함하는 수전해 전지에 관한 것이다. 상기 수전해용 촉매 및 그를 포함하는 수전해 전지는 구조가 제어되어 있고, 알칼리성 및 산성 전해질에서 낮은 과전압에서 높은 전류밀도를 달성하기 때문에 전기화학적 활성이 우수하고, 향상된 내구성을 가지고, 그를 통해 수소의 생산에 대한 경제성과 효율성을 크게 향상시킬 수 있으며, 기존 촉매에 비해 전이금속 비율을 줄일 수 있어 그 제조비용을 줄일 수 있다. 또한, 상기 제조방법은 이온교환반응을 통해 구조를 제어할 수 있고, 상기와 같은 효과를 가지는 수전해용 촉매를 제공할 수 있으며, 제조과정에서 전이금속의 비율을 줄일 수 있어서 제조비용을 줄일 수 있다.
청구항
번호청구항
1

Pt, Ru 및 P를 함유하는 결정질 나노입자를 포함하는 수전해용 촉매.

2

제1항에 있어서,상기 결정질 나노입자는 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매:[화학식 1]PtxRuyP100-x-y상기 식에서, x는 18 ~ 27 at%이고, y는 18 ~ 27 at% 이다.

3

제1항에 있어서,상기 결정질 나노입자는 하기 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매:[화학식 2]PtxRuyP100-x-y상기 식에서, x는 47 ~ 58 wt%이고, y는 24 ~ 31 wt% 이다.

4

제1항에 있어서,상기 결정질 나노입자는 호이슬러 결정구조인 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매.

5

제1항에 있어서,상기 결정질 나노입자는 XRD(X-ray Diffraction) 분석에서 2 θ 값이 31˚ ~ 34 ˚, 45 ˚ ~ 48 ˚ 및 56 ˚ ~ 59 ˚ 구간에서 피크가 발생하는 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매.

6

제1항에 있어서,상기 결정질 나노입자는 나노튜브 형태인 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매.

7

제6항에 있어서,상기 나노튜브는 이중벽 나노튜브 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매.

8

제6항에 있어서,상기 나노튜브는 너비가 10 ~ 50nm이고, 높이가 10 ~ 100nm인 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매.

9

제7항에 있어서,상기 이중벽 나노튜브는 외부벽의 두께가 2 ~ 8nm인 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매.

10

제1항에 있어서,상기 결정질 나노입자는 전도성 지지체 상에 담지된 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매.

11

제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 수전해용 촉매를 포함하는 수전해 전지.

12

제11항에 있어서,상기 수전해용 촉매를 양극재용 촉매로 사용하는 것을 특징으로 하는 수전해 전지.

13

(1) Cu와 S을 포함하는 나노로드를 제조하는 단계;(2) 상기 나노로드에 인 전구체를 반응시켜 Cu-P-S를 포함하는 단일벽 나노튜브를 제조하는 단계;(3) 상기 단일벽 나노튜브에 포함된 Cu를 Pt 및 Ru로 교환하여, 나노튜브의 중심에서부터 Pt, Ru 및 P를 포함하는 제1층, Cu, P 및 S를 포함하는 제2층 및 Pt, Ru 및 P를 포함하는 제3층이 순차적으로 적층된 나노튜브를 제조하는 단계; 및(4) 상기 적층된 나노튜브에서 제2층을 제거 및 열처리하여 결정질 이중벽 나노튜브를 제조하는 단계;를 포함하는 수전해용 촉매의 제조방법.

14

제13항에 있어서,상기 (1) 단계에서 상기 나노로드는 하기의 화학식 3으로 표시되고, 육각기둥 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매의 제조방법:[화학식 3]CuxS상기 식에서, x은 몰비이고, 1.6 ~ 2.0이다.

15

제13항에 있어서,상기 (2) 단계에서 상기 단일벽 나노튜브는 삼방정계(trigonal system) 결정구조를 갖는 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매의 제조방법.

16

제13항에 있어서,상기 (4) 단계에서 상기 열처리는 300 ~ 500℃에서 10분 ~ 5시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매의 제조방법.

17

제13항에 있어서,상기 (4) 단계에서 상기 이중벽 나노튜브는 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매의 제조방법:[화학식 1]PtxRuyP100-x-y상기 식에서, x는 18 ~ 27 at%이고, y는 18 ~ 27 at%이다.

18

제13항에 있어서,상기 (4) 단계에서 상기 이중벽 나노튜브는 하기 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매의 제조방법:[화학식 2]PtxRuyP100-x-y상기 식에서, x는 47 ~ 58 wt%이고, y는 24 ~ 31 wt%이다.

19

제13항에 있어서,상기 (4) 단계에서 상기 이중벽 나노튜브는 너비가 10 ~ 50nm이고, 높이가 10 ~ 100nm인 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매의 제조방법.

20

제13항에 있어서,상기 (4) 단계에서 상기 이중벽 나노튜브는 외부벽의 두께가 2 ~ 8nm인 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매의 제조방법.

21

제13항에 있어서,상기 (4) 단계에서 상기 이중벽 나노튜브는 호이슬러 결정구조인 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매의 제조방법.

도면대표도면