산화금속을 포함하는 기체확산전극
A Gas Diffusion Electrode Comprising Metal Oxide
특허 요약
본 발명은 산화금속을 주성분으로 포함함으로써, 전지화학반응이 진행되면서 전압이 걸리더라도 전해질이 미세다공층 방향으로 범람하여 포어를 포화시키는 현상이 발생하지 않는 기체확산전극에 관한 것이다. 본 발명의 기체확산전극을 이용하는 경우, 장기간 전기화학반응이 진행되더라도 기체상과 액체상의 균형을 유지할 수 있어 고부가가치 화합물의 제조공정, 구체적으로 CO2 환원반응을 통하여 일산화탄소, 에틸렌 또는 에탄올을 제조하는 공정의 효율성을 극대화시키는 것에 유용하게 이용될 수 있다.
청구항
번호청구항
3

제2항에 있어서, 상기 비전도성 물질은 산화금속(Metal Oxide)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체확산전극.

1

기체확산층(Gas Diffusion Layer, GDL), 다공성 뼈대(Porous Framework) 및 촉매층(Catalyst Layer)을 포함하는 기체확산전극(Gas Diffusion Electrode, GDE).

2

제1항에 있어서,상기 기체확산층은 비전도성(non-conductive) 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체확산전극.

4

제3항에 있어서, 상기 산화금속은 세리아(Ceria), 알루미나(Alumina), 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO), 지르코니아(Zirconia), 산화 이트륨 (Yttrium Oxide) 및 산화 란타늄(Lanthanum Oxide)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 기체확산전극.

5

제2항에 있어서,상기 기체확산층은 소수성 폴리머 바인더(Hydrophobic Polymer Binder)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 기체확산전극.

6

제5항에 있어서,상기 소수성 폴리머 바인더는 폴리테트라플루오로에틸린(Polytetrafluoroethylene, PTFE)인 것을 특징으로 하는 기체확산전극.

7

제1항에 있어서,상기 다공성 뼈대는 기포성 발포체(foam) 또는 메쉬(mesh)인 것을 특징으로 하는 기체확산전극.

8

제7항에 있어서,상기 메쉬는 금속 메쉬(Metal Mesh)인 것을 특징으로 하는 기체확산전극.

9

제8항에 있어서,상기 금속 메쉬는 구리 메쉬(Copper Mesh, Cu Mesh), 티타늄 메쉬(Titanium Mesh, Ti Mesh), 니켈 메쉬(Nickel Mesh, Ni Mesh), 은 메쉬(Silver Mesh, Ag Mesh) 또는 금 메쉬(Gold Mesh, Au Mesh)인 것을 특징으로 하는 기체확산전극.

10

제1항에 있어서,상기 촉매층은 구리(Copper), 금(Gold), 은(Silver), 주석(Tin)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체확산전극.

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제10항에 있어서,상기 구리는 구리 파우더인 것을 특징으로 하는 기체확산전극.

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제1항에 있어서, 상기 촉매층은 기체확산층 및 다공성 뼈대 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 기체확산전극.

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다음의 단계를 포함하는 기체확산전극(Gas Diffusion Electrode, GDE)의 제조방법:다공성 뼈대(Porous Framework)를 준비하는 단계;상기 다공성 뼈대에 촉매층(Catalyst Layer)을 코팅하는 단계; 및 상기 촉매층 위에 기체확산층(Gas Diffusion Layer)을 코팅하는 단계.

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제13항에 있어서,상기 다공성 뼈대는 메쉬인 것을 특징으로 하는 방법.

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제14항에 있어서,상기 메쉬는 금속 메쉬인 것을 특징으로 하는 방법.

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제15항에 있어서,상기 금속 메쉬는 구리 메쉬(Copper Mesh, Cu Mesh), 티타늄 메쉬(Titanium Mesh, Ti Mesh), 니켈 메쉬(Nickel Mesh, Ni Mesh), 은 메쉬(Silver Mesh, Ag Mesh) 또는 금 메쉬(Gold Mesh, Au Mesh)인 것을 특징으로 하는 방법.

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제15항에 있어서,상기 금속 메쉬를 준비하는 단계는 금속 메쉬를 세척 단계 및 연마 단계로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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제17항에 있어서, 상기 세척 단계는 금속 메쉬를 아세톤 및 물로 세척하는 단계인 것을 특징으로 하는 방법.

19

제17항에 있어서, 상기 연마 단계는 전자연마(Electropolishing)을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.

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제19항에 있어서,상기 전자연마는 전해질로서 인산(H3PO4)을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.

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제13항에 있어서,상기 촉매층을 코팅하는 단계는 구리 파우더를 포함하는 용액을 스프레이코팅하는 것으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.

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제21항에 있어서,상기 용액은 폴리테트라플루오로에틸린(Polytetrafluoroethylene, PTFE)을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

23

제13항에 있어서,상기 기체확산층을 코팅하는 단계는 산화금속(Metal Oxide)을 포함하는 용액을 스프레이코팅하는 것으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.

24

제23항에 있어서, 상기 산화금속은 세리아(Ceria), 알루미나(Alumina), 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO), 지르코니아(Zirconia), 산화 이트륨 (Yttrium Oxide) 및 산화 란타늄(Lanthanum Oxide)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.

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제23항에 있어서,상기 용액은 폴리테트라플루오로에틸린(Polytetrafluoroethylene, PTFE)을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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제13항에 있어서,고온 어닐링(Thermal Annealing) 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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제26항에 있어서, 상기 고온 어닐링 단계는 300℃ 내지 400℃에서 45분 내지 75분 간 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.