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KR101903652B1 - Method of manufacturing an electrode material using infiltration method - Google Patents

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KR101903652B1
KR101903652B1 KR1020170051442A KR20170051442A KR101903652B1 KR 101903652 B1 KR101903652 B1 KR 101903652B1 KR 1020170051442 A KR1020170051442 A KR 1020170051442A KR 20170051442 A KR20170051442 A KR 20170051442A KR 101903652 B1 KR101903652 B1 KR 101903652B1
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KR
South Korea
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crystal structure
perovskite crystal
group
oxygen
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KR1020170051442A
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김선아
김창민
권오훈
신지영
Original Assignee
울산과학기술원
숙명여자대학교 산학협력단
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Abstract

Provided is a catalyst body for metal air cells having high electrical conductivity and high activities. According to one embodiment of the present invention, a method for producing an electrode material comprises the following steps: providing a powdery shape structure; impregnating a metal precursor solution in the powdery shape structure; and sintering the impregnated powdery shape structure to form metal oxide nanoparticles on a surface of the powdery shape structure.

Description

함침법을 이용한 전극 소재의 제조 방법{Method of manufacturing an electrode material using infiltration method}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing an electrode material using an impregnation method,

본 발명의 기술적 사상은 전극 소재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 함침법을 이용한 전극 소재의 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조한 전극 소재를 포함하는 금속공기전지, 고체 산화물 연료전지, 및 고체 산화물 수전해 셀에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electrode material, and more particularly, to a method for manufacturing an electrode material using an impregnation method, a metal air cell including the electrode material produced using the electrode material, a solid oxide fuel cell, It is about the water electrolytic cell.

최근에는 기존을 리튬 이온 전지를 대체할 수 있는 이차 전치로서, 고체 산화물 연료전지 및 금속공기전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In recent years, solid oxide fuel cells and metal air cells have been actively studied as secondary replacements that can replace conventional lithium ion batteries.

고체 산화물 연료전지(solid oxide fuel cell: SOFC)는 연료 가스의 화학적 에너지를 전기적 에너지로 직접 변환시키는 고효율의 환경친화적인 전기화학적 발전 기술이다. SOFC는 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 소재가 상대적으로 저렴하며, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없다. 또한 금속공기전지는 현재 쓰이는 이차전지 중 에너지 밀도가 가장 높은 리튬이온전지보다 에너지 밀도가 훨씬 높은 이차전지 기술로, 전기 자동차 등의 차세대 에너지원으로서 활발하게 연구되는 전지이다. A solid oxide fuel cell (SOFC) is a highly efficient, environmentally friendly electrochemical power generation technology that directly converts the chemical energy of a fuel gas into electrical energy. Since all components are solid, SOFC has a simple structure, relatively low cost, and is free from electrolyte loss and replacement and corrosion problems compared to other fuel cells. The metal air cell is a secondary battery technology which is much higher in energy density than the lithium ion battery having the highest energy density among currently used secondary batteries and is actively studied as a next generation energy source for electric vehicles and the like.

고체 산화물 연료전지와 금속공기전지는, 느린 산소환원반응으로 백금과 같은 귀금속 촉매가 요구되므로, 제조 단가가 높은 한계가 있다. 또한, 캐소드의 부반응으로 형성되는 Li2CO3 화합물 등은 전지 성능을 약화시키고, 전지 수명을 단축시킬 우려가 있다. 그러므로, 탄소체 등으로 구성된 집전체가 리튬 이온 등과 반응하지 않는 안정성이 요구된다. 따라서, 상온에서 높은 전기 전도도를 가지고 활성이 높고, 안정성이 높은 캐소드 전극의 개발이 요구된다.The solid oxide fuel cell and the metal air cell are required to have a noble metal catalyst such as platinum due to the slow oxygen reduction reaction, so that the manufacturing cost is high. In addition, Li 2 CO 3 compounds formed by side reactions of the cathode may deteriorate battery performance and shorten battery life. Therefore, it is required that the current collector composed of a carbon body or the like does not react with lithium ions or the like. Therefore, development of a cathode having high electrical conductivity at room temperature and high activity and high stability is required.

또한, 촉매로서 사용되는 니켈이 탄소 증착(carbon deposition)에 의하여 애노드 전극이 급격히 파괴되는 문제점이 있다. 또한, 애노드 전극이 수소 환경에서 구조 상이 안정해야 되며, 동시에 일정 값 이상의 전기 전도도를 유지하는 것이 매우 중요하다. 이러한 수소 환경에서 장기간 사용시 애노드의 성능 저하가 발생할 우려가 있으므로, 열적 화학적 안정성이 우수하고 전기 전도도가 높은 애노드 전극의 개발이 요구된다.Further, the anode used as the catalyst has a problem that the anode electrode is rapidly destroyed by carbon deposition. Also, it is very important that the anode electrode should have a stable structure in a hydrogen environment, and at the same time maintain an electric conductivity higher than a certain value. In such a hydrogen environment, there is a fear that the performance of the anode may deteriorate over a long period of use. Therefore, development of an anode having excellent thermal and chemical stability and high electrical conductivity is required.

한국공개특허 제10-2003-0084903호Korean Patent Publication No. 10-2003-0084903

본 발명의 기술적 과제는 높은 전기 전도도를 가지고, 활성이 높고, 안정성이 높은 전극 소재 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an electrode material having high electrical conductivity, high activity, and high stability, and a method for producing the electrode material.

본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 전극 소재를 포함하는 금속공기전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a metal air battery including the electrode material.

본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 전극 소재를 포함하는 고체 산화물 연료전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell including the electrode material.

본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 전극 소재를 포함하는 고체 산화물 수전해 셀을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a solid oxide electrolytic cell including the electrode material.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these problems are illustrative, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 전극 소재의 제조 방법은, 분말 형상 구조체를 제공하는 단계; 상기 분말 형상 구조체에 금속 전구체 용액을 함침시키는 단계; 및 상기 함침된 분말 형상 구조체를 소결하여 상기 분말 형상 구조체 표면에 금속 산화물 나노 입자를 형성하는 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrode material, the method including: providing a powdered structure; Impregnating the powdery structure with a metal precursor solution; And sintering the impregnated powdery structure to form metal oxide nanoparticles on the surface of the powdery structure.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 금속 전구체 용액은 금속 질화물을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the metal precursor solution may comprise a metal nitride.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 금속 질화물은 Co(NO3)2·6H2O, Nd(NO3)3·6H2O, Ba(NO3)2, 및 Sr(NO3)2 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the metal nitride is Co (NO 3) 2 · 6H 2 O, Nd (NO 3) 3 · 6H 2 O, Ba (NO 3) 2, and Sr (NO 3) of the 2 And may include at least any one of them.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 금속 전구체 용액은 알코올계 용액을 용매로서 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the metal precursor solution may comprise an alcoholic solution as a solvent.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 소결은 400℃ 내지 500℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다.In some embodiments of the present invention, the sintering may be performed at a temperature in the range of 400 ° C to 500 ° C.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 금속 산화물 나노 입자는 전체 무게에 대하여 10wt% 내지 20wt% 범위일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the metal oxide nanoparticles may range from 10 wt% to 20 wt% based on the total weight.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 분말 형상 구조체는 페로브스카이트 결정 구조체를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the powdery structure may comprise a perovskite crystal structure.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 페로브스카이트 결정 구조체는, 하기의 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the perovskite crystal structure may comprise a compound of the following formula (1).

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

RETO5 RETO 5 + δ

상기 화학식 1에서, 상기 R은 희토류족 또는 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 1의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.Wherein R comprises one or more elements selected from rare earth elements or lanthanides, E comprises one or more elements selected from the group of the alkaline earth metals, and T is selected from the group consisting of one selected from transition metals Or more, O is oxygen, and? Is a positive number of 0 or 1 or less, and is a value that makes the compound of formula (1) electrically neutral.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 화학식 1에서, 상기 R은 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr), 스칸듐(Sc), 사마륨(Sm), 가돌리늄(Gd), 유로퓸(Eu), 터븀(Tb), 에르븀(Er), 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, R is selected from the group consisting of yttrium (Y), neodymium (Nd), praseodymium (Pr), scandium (Sc), samarium (Sm), gadolinium (Gd) ), Terbium (Tb), erbium (Er), or mixtures thereof.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 화학식 1에서, 상기 E는, 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 라듐(Ra) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, E is at least one selected from beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba) And mixtures thereof.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 화학식 1에서, 상기 T는, 망간(Mn), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, T is at least one element selected from the group consisting of Mn, Co, Fe, Cu, Cr, Ni, Ti), niobium (Nb), or mixtures thereof.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 페로브스카이트 결정 구조체는, 하기의 화학식 2의 화합물을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the perovskite crystal structure may include a compound represented by the following general formula (2).

<화학식 2>(2)

REE'TO5 REE'TO 5 + δ

상기 화학식 2에서, 상기 R은 희토류족 또는 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E 및 E'는 알카리토 금속족에서 선택된 서로 다른 원소들이고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 2의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.Wherein R is one or more elements selected from a rare earth group or a lanthanide group, E and E 'are different elements selected from an alkaline earth metal group, and T is one or more selected from transition metals And O is oxygen, and the delta is a positive number of 0 or 1 or less, and the compound of Formula 2 is a value that is electrically neutral.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 페로브스카이트 결정 구조체는, 하기의 화학식 3의 화합물을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the perovskite crystal structure may comprise a compound of the following formula (3).

<화학식 3>(3)

RETT'O5 RETT'O 5 + δ

상기 화학식 3에서, 상기 R은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 T 및 T'는 전이금속에서 선택된 서로 다른 원소들을 포함할 수 있고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 3의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.In Formula 3, R may include one or more elements selected from the Lanthanon family, and E may include one or more elements selected from the group of the alkaline earth metals, and T and T ' And O may be oxygen, and the value of? Is a positive number of 0 or 1 or less, and the value of the compound of the above formula (3) is an electrical neutrality.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 페로브스카이트 결정 구조체는, 하기의 화학식 4의 화합물을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the perovskite crystal structure may comprise a compound of the following formula (4).

<화학식 4>&Lt; Formula 4 >

REE'TT'O5 REE'TT'O 5 + δ

상기 화학식 4에서, 상기 R은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 E 및 E'는 알카리토 금속족에서 선택된 서로 다른 원소들이고, 상기 T 및 T'는 전이금속에서 선택된 서로 다른 원소들을 포함할 수 있고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 4의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.In Formula 4, R may include one or more elements selected from lanthanides, E and E 'are different elements selected from an alkaline earth metal group, and T and T' are selected from transition metals May contain different elements, O is oxygen, and? Is a positive number of 0 or 1 or less, which is a value that makes the compound of Formula 4 electrically neutral.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 페로브스카이트 결정 구조체는, NdBaCo2O5+δ, PrBaCo2O5 , SmBaCo2O5 , GdBaCo2O5 , NdSrCo2O5 , PrSrCo2O5 , SmSrCo2O5+δ, GdSrCo2O5 , NdBa1 - xSrxCo2O5 , PrBa1 - xSrxCo2O5 , SmBa1 - xSrxCo2O5 , GdBa1-xSrxCo2O5+δ, NdBaMn2 - yCoyO5 , PrBaMn2 - yCoyO5 , SmBaMn2 - yCoyO5 , GdBaMn2 -yCoyO5+δ, NdBa1 - xSrxMn2 - yCoyO5 , PrBa1 - xSrxMn2 - yCoyO5 , SmBa1 - xSrxMn2 - yCoyO5 , 및 GdBa1-xSrxMn2-yCoyO5+δ (여기에서 x는 0 초과 1 미만의 수이고, y는 0 초과 2 미만의 수임), 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the perovskite crystal structure comprises NdBaCo 2 O 5 + δ , PrBaCo 2 O 5 + δ , SmBaCo 2 O 5 + δ , GdBaCo 2 O 5 + δ , NdSrCo 2 O 5 + δ, PrSrCo 2 O 5 + δ, SmSrCo 2 O 5 + δ, GdSrCo 2 O 5 + δ, NdBa 1 - x Sr x Co 2 O 5 + δ, PrBa 1 - x Sr x Co 2 O 5 + δ, SmBa 1 - x Sr x Co 2 O 5 + δ, GdBa 1-x Sr x Co 2 O 5 + δ, NdBaMn 2 - y Co y O 5 + δ, PrBaMn 2 - y Co y O 5 + δ, SmBaMn 2 - y Co y O 5 + ?, GdBaMn 2 -y Co y O 5 + ?, NdBa 1 - x Sr x Mn 2 - y Co y O 5 + ? , PrBa 1 - x Sr x Mn 2 - y Co y O 5 + δ, SmBa 1 - x Sr x Mn 2 - y Co y O 5 + δ, and GdBa 1-x Sr x Mn 2-y Co y O 5 + δ (where x is a number less than 0 1, and , and y is a number of more than 0 and less than 2).

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 페로브스카이트 결정 구조체는, 단일층 페로브스카이트 결정 구조 물질 또는 이중층 페로브스카이트 결정 구조 물질을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the perovskite crystal structure may comprise a single layer perovskite crystal structure material or a double layer perovskite crystal structure material.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 전극 소재는, 분말 형상 구조체; 및 상기 분말 형상 구조체의 표면에 형성된 금속 산화물 나노 입자;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electrode material comprising: a powder-like structure; And metal oxide nanoparticles formed on the surface of the powdery structure.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 금속공기전지는, 캐소드; 상기 캐소드를 마주보고 배치되는 애노드; 및 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 배치되는 전해질을 포함하고, 상기 캐소드 및 상기 애노드 중 적어도 어느 하나는 상술한 전극 소재로 구성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a metal air cell comprising: a cathode; An anode facing the cathode; And an electrolyte disposed between the cathode and the anode, wherein at least one of the cathode and the anode is composed of the electrode material described above.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 고체 산화물 연료전지는, 캐소드; 상기 캐소드를 마주보고 배치되는 애노드; 및 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 배치되는 전해질을 포함하고, 상기 캐소드 및 상기 애노드 중 적어도 어느 하나는 상술한 전극 소재로 구성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a solid oxide fuel cell comprising: a cathode; An anode facing the cathode; And an electrolyte disposed between the cathode and the anode, wherein at least one of the cathode and the anode is composed of the electrode material described above.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 고체 산화물 수전해 셀은, 물이 분해되어 형성된 수소 가스를 배출하는 캐소드; 상기 캐소드를 마주보고 배치되고 상기 물이 분해되어 형성된 산소 가스를 배출하는 애노드; 및 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 배치되는 전해질을 포함하는, 수소 및 산소를 생성하는 고체 산화물 수전해 셀로서, 상기 캐소드 및 상기 애노드 중 적어도 어느 하나는 상술한 전극 소재로 구성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a solid oxide water receiving cell including a cathode for discharging hydrogen gas formed by decomposition of water; An anode disposed facing the cathode and discharging the oxygen gas formed by decomposition of the water; And an electrolyte disposed between the anode and the cathode, wherein at least one of the cathode and the anode is composed of the electrode material described above.

본 발명의 기술적 사상에 따른 전극 소재의 제조 방법은 분말 형성 구조체에 함침법을 이용하여 전극 소재를 형성한다. 종래에는 전극 소재에 적용되는 이작용기 촉매 구조체를 형성하기 위하여는, 표면적을 넓히는 나노 표면 구조를 형성하거나 두가지 이상의 물질을 이용한 혼합형 촉매를 형성하는 방식이 사용되었다. 그러나, 이러한 두 방법 모두 열수화법이나 CVD 와 같은 비교적 비싸고 복잡한 과정을 통해 촉매를 제작하였다. 그러나 본 발명의 기술적 사상에 따른 함침법의 경우에는, 함침 공정과 소결 공정의 단순한 공정으로 형성될 수 있고 상대적으로 간단한 장비를 이용하여 촉매로 사용되는 분말 형상 구조체의 표면에 금속 산화물 나노 입자를 형성함으로써, 혼합형 촉매를 포함하는 전극 소재를 제조할 수 있다. 이러한 전극 소재는 산소환원반응과 산소발생반응 모두에서 향상된 효과를 보여주었으며, 이에 따라 이작용기 촉매 구조체로서의 기능을 제공할 수 있고, 전지의 활성을 증가시킬 수 있고, 안정성을 증가시킬 수 있고, 가격을 절감시킬 수 있다.According to the technical idea of the present invention, an electrode material is formed by impregnation in a powder forming structure. Conventionally, a method of forming a nano-surface structure that enlarges the surface area or forming a mixed catalyst using two or more materials has been used to form a deformation vessel catalyst structure to be applied to an electrode material. However, both of these methods have produced catalysts through relatively expensive and complicated processes such as hydrothermal methods and CVD. However, the impregnation method according to the technical idea of the present invention can be formed by a simple process of impregnation process and sintering process and metal oxide nanoparticles are formed on the surface of the powdery structure to be used as a catalyst by using relatively simple equipment Whereby an electrode material including a mixed catalyst can be produced. These electrode materials showed an improved effect in both the oxygen reduction reaction and the oxygen generation reaction, thereby providing a function as a deactivation vessel catalyst structure, increasing the activity of the battery, increasing the stability, Can be saved.

상기 전극 소재는 금속공기전지, 고체 산화물 연료전지, 및 고체 산화물 수전해 셀 등의 캐소드 또는 애노드의 전극 소재로서 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 전극 소재는 캐소드 전극 또는 애노드 전극을 구성하는 전극 기재로 사용될 수 있고, 또한 귀금속 촉매를 대신하는 촉매체로 사용될 수 있다.The electrode material can be used as an electrode material of a cathode or an anode, such as a metal air cell, a solid oxide fuel cell, and a solid oxide electrolytic cell. Specifically, the electrode material can be used as an electrode substrate constituting a cathode electrode or an anode electrode, and can also be used as a catalyst body in place of a noble metal catalyst.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전극 소재의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 소재를 구성하는 페로브스카이트 결정 구조체를 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른, 전극 소재를 구성하는 페로브스카이트 결정 구조체에서, 일부 원자가 치환된 경우를 도시하는 개략도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극 소재의 주사전자현미경 사진들이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극 소재의 산소환원반응을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극 소재의 산소발생반응을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른, 전극 소재로 형성된 전극을 포함하는 금속공기전지를 설명하는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른, 전극 소재로 형성된 전극을 포함하는 고체산화물 연료전지를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른, 전극 소재로 형성된 전극을 포함하는 고체 산화물 수전해 셀을 개략적으로 도시하는 도면이다.
1 is a flow chart showing a method of manufacturing an electrode material according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view showing a perovskite crystal structure constituting an electrode material according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram showing a case where some atoms are substituted in a perovskite crystal structure constituting an electrode material according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 4 and 5 are SEM micrographs of an electrode material manufactured according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing an oxygen reduction reaction of an electrode material manufactured according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing an oxygen generating reaction of an electrode material manufactured according to an embodiment of the present invention.
8 is a schematic view illustrating a metal air cell including an electrode formed of an electrode material according to an embodiment of the present invention.
9 is a schematic diagram of a solid oxide fuel cell including an electrode formed of an electrode material, according to an embodiment of the present invention.
10 is a view schematically showing a solid oxide water-receiving cell including an electrode formed of an electrode material, according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. The scope of technical thought is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. The same reference numerals denote the same elements at all times. Further, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing depicted in the accompanying drawings.

본 명세서에서, 전극 소재는 금속공기전지, 고체 산화물 연료전지, 및 고체 산화물 수전해 셀 등의 캐소드 또는 애노드에 사용되는 전극 소재를 지칭할 수 있다. 상기 전극 소재는 캐소드 전극 또는 애노드 전극의 전극 기재 및 상기 전극 기재에 첨가되는 촉매체를 포함할 수 있다.In this specification, the electrode material may refer to an electrode material used for a cathode or an anode, such as a metal air cell, a solid oxide fuel cell, and a solid oxide electrolytic cell. The electrode material may include a cathode electrode or an electrode substrate of the anode electrode and a catalyst body added to the electrode substrate.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전극 소재의 제조 방법(S100)을 도시하는 흐름도이다.1 is a flowchart showing a method (S100) for manufacturing an electrode material according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 전극 소재의 제조 방법(S100)은, 분말 형상 구조체를 제공하는 단계(S110); 상기 분말 형상 구조체에 금속 전구체 용액을 함침시키는 단계(S120); 및 상기 함침된 분말 형상 구조체를 소결하여 상기 분말 형상 구조체 표면에 금속 산화물 나노 입자를 형성하는 단계(S130);를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method (S100) for manufacturing an electrode material includes the steps of: (S110) providing a powdery structure; Impregnating the powdery structure with a metal precursor solution (S120); And sintering the impregnated powdery structure to form metal oxide nanoparticles on the surface of the powdery structure (S130).

본 발명의 기술적 사상에 따른 전극 소재는, 분말 형상 구조체; 및 상기 분말 형상 구조체의 표면에 형성된 금속 산화물 나노 입자;를 포함한다. 상기 분말 형상 구조체는 페로브스카이트 결정 구조체를 포함할 수 있다. 상기 페로브스카이트 결정 구조체에 대하여는 하기에 상세하게 설명하기로 한다.The electrode material according to the technical idea of the present invention includes a powdered structure; And metal oxide nanoparticles formed on the surface of the powdery structure. The powdery structure may include a perovskite crystal structure. The perovskite crystal structure will be described in detail below.

상기 금속 전구체 용액은 금속 질화물을 포함할 수 있다. 상기 금속 질화물 용액은, Co(NO3)2·6H2O, Nd(NO3)3·6H2O, Ba(NO3)2, 및 Sr(NO3)2 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속 전구체 용액은 알코올계 용액을 용매로서 포함할 수 있고, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알코올 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 전구체 용액은 에탄올에 코발트 질화물(Co(NO3)2·6H2O)이 용해되어 형성될 수 있다.The metal precursor solution may include a metal nitride. The metal nitride solution, Co (NO 3) 2 · 6H 2 O, Nd (NO 3) 3 · 6H 2 O, Ba (NO 3) 2, and Sr (NO 3) may comprise at least one of 2 have. The metal precursor solution may include an alcohol-based solution as a solvent, and may include at least one of methanol, ethanol, and isopropyl alcohol, for example. For example, the metal precursor solution may be formed by dissolving cobalt nitride (Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O) in ethanol.

상기 분말 형상 구조체에 상기 금속 전구체 용액을 함침시킴에 따라, 상기 금속 전구체 용액이 상기 분말 형상 구조체의 표면을 코팅시키거나 또는 적시게 된다. 이러한 함침은 상기 분말 형상 구조체를 상기 금속 전구체 용액 내에 침지시키거나, 또는 상기 분말 형상 구조체에 상기 금속 전구체 용액을 분무시켜 수행할 수 있다.By impregnating the powdered structure with the metal precursor solution, the metal precursor solution is coated or wetted on the surface of the powdered structure. Such impregnation may be performed by immersing the powdery structure in the metal precursor solution or spraying the metal precursor solution onto the powdery structure.

상기 함침된 분말 형상 구조체를 소결하는 경우에, 소결 온도는, 예를 들어 400℃ 내지 500℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있고, 소결 시간은 1 분 내지 24 시간의 범위일 수 있다.In the case of sintering the impregnated powdery structure, the sintering temperature may be, for example, carried out at a temperature in the range of 400 ° C to 500 ° C, and the sintering time may be in the range of 1 minute to 24 hours.

상기 금속 산화물 나노 입자는 전체 무게(상기 분말 형상 구조체의 무게와 상기 금속 산화물 나노 입자의 무게의 합)에 대하여, 예를 들어 10wt% 내지 20wt% 의 무게 분율을 가질 수 있다. 이러한 무게 분율의 상기 금속 산화물 나노 입자를 형성하기 위하여 상기 함침 공정과 상기 소결 공정을 반복하여 수행할 수 있다.The metal oxide nanoparticles may have a weight fraction of, for example, 10 wt% to 20 wt% with respect to the total weight (the sum of the weight of the powder structural body and the weight of the metal oxide nanoparticles). In order to form the metal oxide nanoparticles having such a weight fraction, the impregnation process and the sintering process may be repeatedly performed.

본 발명의 기술적 사상에 따른 전극 소재의 제조 방법은 상기 분말 형상 구조체의 소결 공정과 상기 금속 산화물 나노 입자의 소결 공정이 분리되어 있어, 각각의 입자 크기를 별도로 조절할 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 분말 형상 구조체를 사용함에 따라, 입자 크기나 금속 산화물의 나노 입자의 분율 등을 자유롭게 제어할 수 있다.The method of manufacturing the electrode material according to the technical idea of the present invention is advantageous in that the sintering process of the powdered structure and the sintering process of the metal oxide nanoparticles are separated and the respective particle sizes can be separately controlled. Further, by using the powdery structure, the particle size, the fraction of the nanoparticles of the metal oxide, and the like can be freely controlled.

상기 전극 소재는 다양한 분말 형상 구조체를 포함할 수 있고, 예를 들어 페로브스카이트 결정 구조체를 포함할 수 있다. 상기 페로브스카이트 결정 구조체는 우수한 전도성을 가지는 산화물 물질로서, 단일층 페로브스카이트 결정 구조체 또는 이중층 페로브스카이트 결정 구조체를 포함할 수 있다. 이하에서는, 페로브스카이트 결정 구조체에 대하여 설명하기로 한다.The electrode material may comprise a variety of powdered structures and may include, for example, a perovskite crystal structure. The perovskite crystal structure may include a single layer perovskite crystal structure or a double layer perovskite crystal structure as an oxide material having excellent conductivity. Hereinafter, the perovskite crystal structure will be described.

도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 소재를 구성하는 페로브스카이트 결정 구조체를 도시하는 개략도이다.2 is a schematic view showing a perovskite crystal structure constituting an electrode material according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 이중층 페로브스카이트 결정 구조 물질이 도시되어 있다. 페로브스카이트 결정 구조 물질은 크게 단일 페로브스카이트 결정 구조 물질과 이중층 페로브스카이트 결정 구조 물질로 구분될 수 있다.Referring to FIG. 2, a bilayer perovskite crystal structure material is shown. The perovskite crystal structure material can be largely divided into a single perovskite crystal structure material and a double layer perovskite crystal structure material.

단일 페로브스카이트(simple perovskite) 결정 구조 물질은 ABO3의 화학식을 가질 수 있다. 상기 단일 페로브스카이트 결정 구조는, 큐빅 격자(cubic lattice)의 코너 위치인 A-자리(A-site)에 이온반경이 상대적으로 큰 원소들이 위치할 수 있고, 산소 이온에 의해 12 배위수(CN, Coordination number)를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 A-자리에는 희토류 원소, 알카라인 희토류 원소, 알카라인 원소들이 위치할 수 있다. 상기 큐빅 격자의 체심(body center) 위치인 B-자리(B-site)에는 이온반경이 상대적으로 작은 원소들이 위치할 수 있고, 산소 이온에 의해 6 배위수를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 B-자리에는 코발트(Co), 철(Fe) 등과 전이금속이 위치할 수 있다. 상기 큐빅 격자의 각 면심(face center)에는 산소이온이 위치할 수 있다. 이러한 단일 페로브스카이트 구조는 일반적으로 A-자리(site)에 다른 물질이 치환될 경우 구조적인 변위가 발생할 수 있고, 주로 B-자리(site)에 위치한 원소를 중심으로 이의 최인접 산소이온(6개)으로 이루어지는 BO6의 8면체에서 구조적인 변이가 발생할 수 있다. A simple perovskite crystal structure material may have the formula ABO 3 . The single perovskite crystal structure may include elements having relatively large ionic radii in the A-site at the corner of the cubic lattice, CN, Coordination number). For example, a rare earth element, an alkaline rare earth element, and an alkaline element may be located in the A-site. The B-site, which is the body center of the cubic lattice, may contain elements having relatively small ionic radii, and may have six coordination numbers by oxygen ions. For example, cobalt (Co), iron (Fe), and the like and a transition metal may be located in the B-site. Oxygen ions may be located at each face center of the cubic lattice. Such a single perovskite structure can generally result in structural displacements when other materials are substituted on the A-site, and it is often the case that the nearest oxygen ions in the octahedron of BO 6 consisting of six) it may cause structural variations.

예를 들어, 수소 분위기에서 환원을 시키면, 단일 페로브스카이트 구조체는 이중층 페로브스카이트 구조체로 변화게 된다. 이런 이중충 페로브스카이트 구조체가 되면 산소 이온의 움직임이 빨라지고 열적 및 화학적 안정성이 향상될 수 있다.For example, upon reduction in a hydrogen atmosphere, the single perovskite structure is transformed into a double layer perovskite structure. This double-perovskite structure can accelerate oxygen ion movement and improve thermal and chemical stability.

도 2에 도시된 바와 같이 이중층 페로브스카이트 결정 구조는, A-자리(site)에 두 원소 이상이 규칙적으로 배열된 결정 격자 구조로서, AA'BO5 의 화학식을 가질 수 있다. 이러한 이중층 페로브스카이트 결정 구조 물질은 산소 공공 군집이 존재하여 이온의 움직임을 보다 용이하게 함으로써, 캐소드에 향상된 이온 전도성을 부여할 수 있다. As shown in FIG. 2, the bilayer perovskite crystal structure is a crystal lattice structure in which two or more elements are regularly arranged on the A-site, and may have a formula of AA'BO 5 + delta . Such a double layer perovskite crystal structure material may have an oxygen vacancy population to facilitate the movement of ions, thereby imparting improved ionic conductivity to the cathode.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른, 전극 소재를 구성하는 페로브스카이트 결정 구조체에서, 일부 원자가 치환된 경우를 도시하는 개략도이다.3 is a schematic diagram showing a case where some atoms are substituted in a perovskite crystal structure constituting an electrode material according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 이중층 페로브스카이트 구조는 A-자리(site)에 두 원소 이상이 규칙적으로 배열된 결정 격자 구조로서, 예를 들어 AA'B2O5 의 화학식을 가질 수 있다. 구체적으로, 이중층 페로브스카이트 구조를 가지는 란탄족 화합물은 기본적으로 [BO2]-[AO]-[BO2]-[A'O] 의 적층 순열이 c축을 따라 반복될 수 있다. 예를 들어, 상기 B는 망간(Mn)이고, 상기 A는 프라세오디뮴(Pr) 등을 포함하는 란탄족일 수 있고, 상기 A'는 바륨(Ba)일 수 있다. 또한, 상기 망간은 다른 전이 금속, 예를 들어 코발트로 치환될 수 있다. 이러한 치환이 발생하는 경우에는, 상기 이중층 페로브스카이트 구조는 AA'B2 - xB'xO5 의 화학식을 가질 수 있다.Referring to FIG. 3, the double layer perovskite structure is a crystal lattice structure in which two or more elements are regularly arranged on the A-site, and may have a chemical formula of, for example, AA'B 2 O 5 + . Specifically, a lanthanide compound having a bilayer perovskite structure can be basically repeated with the lamination permutation of [BO 2 ] - [AO] - [BO 2 ] - [A'O] along the c axis. For example, B may be manganese (Mn), A may be a lanthanide group including praseodymium (Pr), and the A 'may be barium (Ba). Further, the manganese may be substituted with another transition metal, for example, cobalt. When such substitution occurs, the double layer perovskite structure may have the formula AA'B 2 - x B ' x O 5 + δ .

수소 분위기에서 환원을 시키면 단일 페로브스카이트 결정 구조 물질에서 이중층 페로브스카이트 결정 구조 물질로 변하게 된다. 이러한 이중충 페로브스카이트 결정 구조가 되면 산소 이온의 움직임이 빨라지고 열적 및 화학적 안정성이 향상될 수 있다. 또한 종래의 전극 소재에 비하여 수소 분위기에서의 전기 전도성이 높고 열적 화학적 안정성을 가지고 우수한 성능을 나타내는 전극 소재를 구현할 수 있다. Reduction in a hydrogen atmosphere results in a change from a single perovskite crystal structure material to a double layer perovskite crystal structure material. Such double-perovskite crystal structure can accelerate oxygen ion movement and improve thermal and chemical stability. In addition, an electrode material exhibiting excellent electrical conductivity in a hydrogen atmosphere and thermal and chemical stability compared to conventional electrode materials can be realized.

본 발명의 일 구현예에 따른, 전극을 구성하는 페로브스카이트 결정 구조 물질은 하기의 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다.The perovskite crystal structure material constituting the electrode according to an embodiment of the present invention may include a compound represented by the following formula (1).

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

RETO5 RETO 5 + δ

상기 화학식 1에서, 상기 R은 희토류족 또는 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 1의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다. 상기 δ는 하기의 이중층 페로브스카이트 구조에서의 침입형 산소(interstitial oxygen)를 나타내고 구체적인 결정 구조에 따라 상기 δ의 값이 정해질 수 있다.Wherein R comprises one or more elements selected from rare earth elements or lanthanides, E comprises one or more elements selected from the group of the alkaline earth metals, and T is selected from the group consisting of one selected from transition metals Or more, O is oxygen, and? Is a positive number of 0 or 1 or less, and is a value that makes the compound of formula (1) electrically neutral. The above 隆 represents interstitial oxygen in the following double layer perovskite structure and the value of 隆 can be determined according to a specific crystal structure.

상기 화학식 1에서, 상기 R은, 예를 들어 란탄족 원소를 포함할 수 있고, 예를 들어 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr), 스칸듐(Sc), 사마륨(Sm), 가돌리늄(Gd), 유로퓸(Eu), 터븀(Tb), 에르븀(Er), 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.In the above formula (1), R may include a lanthanide element, for example, yttrium (Y), neodymium (Nd), praseodymium (Pr), scandium (Sc), samarium (Sm) (Gd), europium (Eu), terbium (Tb), erbium (Er), or mixtures thereof.

상기 화학식 1에서, 상기 E는, 예를 들어 알칼리토 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어, 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 라듐(Ra) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.In the above Formula 1, E may include, for example, an alkaline earth metal such as beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba) Rhodium (Ra), or mixtures thereof.

상기 화학식 1에서, 상기 T는, 예를 들어 전이 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 망간(Mn), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.In the above Formula 1, the T may include, for example, a transition metal, and may include, for example, Mn, Co, Fe, Cu, Ni), titanium (Ti), niobium (Nb), or mixtures thereof.

또한, 화학식 1의 화합물은 상기 R에 따라 다양한 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 1의 화합물은 NdBaCo2O5 , PrBaCo2O5 , SmBaCo2O5 , GdBaCo2O5+δ, NdSrCo2O5 , PrSrCo2O5 , SmSrCo2O5 , 또는 GdSrCo2O5 로 표시되는 화합물일 수 있다. 또한, 상기 화합물이 바륨(Ba)이나 스트론튬(Sr)을 대신하여 다른 알카리토 금속을 포함하거나, 코발트(Co)를 대신하여 다른 전이금속을 포함하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.In addition, the compound of formula (1) may contain various compounds according to the above R. For example, the compound of Formula 1 may be selected from the group consisting of NdBaCo 2 O 5 + δ , PrBaCo 2 O 5 + δ , SmBaCo 2 O 5 + δ , GdBaCo 2 O 5 + δ , NdSrCo 2 O 5 + δ , PrSrCo 2 O 5 + δ, SmSrCo may be a compound represented by the 2 O 5 + δ, or GdSrCo 2 O 5 + δ. It is also included in the technical idea of the present invention that the above compound contains another alkaline earth metal instead of barium (Ba) or strontium (Sr), or contains other transition metal instead of cobalt (Co).

상기 화학식 1의 화합물은 단일층 페로브스카이트 결정 구조 또는 이중층 페로브스카이트 결정 구조를 가질 수 있다.The compound of Formula 1 may have a single layer perovskite crystal structure or a double layer perovskite crystal structure.

본 발명의 일 구현예에 따른, 전극을 구성하는 페로브스카이트 결정 구조 물질은 하기의 화학식 2의 화합물을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the perovskite crystal structure material constituting the electrode may include a compound represented by the following formula (2).

<화학식 2>(2)

REE'TO5 REE'TO 5 + δ

상기 화학식 2에서, 상기 R은 희토류족 또는 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E 및 E'는 알카리토 금속족에서 선택된 서로 다른 원소들이고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 2의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.Wherein R is one or more elements selected from a rare earth group or a lanthanide group, E and E 'are different elements selected from an alkaline earth metal group, and T is one or more selected from transition metals And O is oxygen, and the delta is a positive number of 0 or 1 or less, and the compound of Formula 2 is a value that is electrically neutral.

상기 화학식 2에서, 상기 E'는 E를 치환하는 물질이거나, 또는 도핑되는 도판트 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 2의 화합물은, 예를 들어 상기 E가 바륨(Ba)이고, 상기 E'가 스트론튬(Sr) 또는 칼슘(Ca)이고, 상기 T가 코발트(Co)일 수 있다. 이러한 경우, 스트론튬(Sr) 또는 칼슘(Ca)은 바륨(Ba)을 치환하는 물질로 기능하거나, 또는 추가적으로 도핑되는 도판트로 기능할 수 있다. In Formula 2, E 'may be a substance that substitutes for E, or may be a dopant doped material. For example, in the compound of Formula 2, for example, E is barium (Ba), E 'is strontium (Sr) or calcium (Ca), and T is cobalt (Co). In this case, strontium (Sr) or calcium (Ca) may function as a substance substituting for barium (Ba), or may function as a dopant to be additionally doped.

또한, 화학식 2의 화합물은, 예를 들어 RE1- xE'xTO5 을 포함할 수 있고, 예를 들어 RBa1 - xSrxCo2O5 와 같은 화합물을 포함할 수 있고, 여기에서 상기 x는 0 초과 1 미만의 수이다. 또한, 화학식 2의 화합물은, 예를 들어 RBa0 . 25Sr0 . 75Co2O5 + δ 와 같은 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 화학식 2의 화합물은, 상기 R에 따라 다양한 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 2의 화합물은, NdBa1 -xSrxCo2O5+δ, PrBa1 - xSrxCo2O5 , SmBa1 - xSrxCo2O5 , GdBa1 - xSrxCo2O5 + δ 로 표시되는 화합물을 포함할 수 있고, 예를 들어 NdBa0 . 25Sr0 . 75Co2O5 , PrBa0 . 25Sr0 . 75Co2O5 , SmBa0.25Sr0.75Co2O5+δ, 또는 GdBa0 . 25Sr0 . 75Co2O5 + δ 로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 화합물이 바륨(Ba)이나 스트론튬(Sr)을 대신하여 다른 알카리토 금속을 포함하거나, 코발트(Co)를 대신하여 다른 전이금속을 포함하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.In addition, the compound of formula (2) may comprise, for example, RE 1- x E ' x TO 5 + δ and may include compounds such as, for example, RBa 1 - x Sr x Co 2 O 5 + Where x is a number greater than zero and less than one. In addition, the compound of formula (2) may be, for example, RBa 0 . 25 Sr 0 . 75 Co 2 O 5 + delta . In addition, the compound of formula (2) may contain various compounds according to the above R. For example, the compound represented by Formula 2 may be represented by NdBa 1- x Sr x Co 2 O 5 +隆, PrBa 1 - x Sr x Co 2 O 5 +隆, SmBa 1 - x Sr x Co 2 O 5 + GdBa 1 - x Sr x Co may include a compound represented by the 2 O 5 + δ, for example, NdBa 0. 25 Sr 0 . 75 Co 2 O 5 +隆, PrBa 0 . 25 Sr 0 . 75 Co 2 O 5 + ?, SmBa 0.25 Sr 0.75 Co 2 O 5 + ?, Or GdBa 0 . 25 Sr 0 . 75 Co 2 O 5 + delta . It is also included in the technical idea of the present invention that the above compound contains another alkaline earth metal instead of barium (Ba) or strontium (Sr), or contains other transition metal instead of cobalt (Co).

본 발명의 일 구현예에 따른, 전극을 구성하는 페로브스카이트 결정 구조 물질은 하기의 화학식 3의 화합물을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the perovskite crystal structure material constituting the electrode may include a compound represented by the following formula (3).

<화학식 3>(3)

RETT'O5 RETT'O 5 + δ

상기 화학식 3에서, 상기 R은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 T 및 T'는 전이금속에서 선택된 서로 다른 원소들을 포함할 수 있고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 3의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.In Formula 3, R may include one or more elements selected from the Lanthanon family, and E may include one or more elements selected from the group of the alkaline earth metals, and T and T ' And O may be oxygen, and the value of? Is a positive number of 0 or 1 or less, and the value of the compound of the above formula (3) is an electrical neutrality.

상기 화학식 3에서, 상기 T 및 T'는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 예를 들어 망간(Mn), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 T'는, 상기 화학식 3의 화합물에서, 상기 T의 위치를 차지하도록 상기 T를 치환하는 원소일 수 있다.In the above formula (3), T and T 'may include one or more elements selected from transition metals, for example, manganese (Mn), cobalt (Co), iron (Fe), copper (Ni), or a mixture thereof. The T 'may be an element that substitutes the T to occupy the position of T in the compound of formula (3).

또한, 화학식 3의 화합물은, 예를 들어 RET2 - yT'yO5 을 포함할 수 있고, 여기에서 상기 y는 0 초과 2 미만의 수이다. 또한, 화학식 3의 화합물은, 상기 R에 따라 다양한 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 3의 화합물은, NdBaMn2-yCoyO5+δ, PrBaMn2 - yCoyO5 , SmBaMn2 - yCoyO5 , 또는 GdBaMn2 - yCoyO5 + δ 로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 화합물이 바륨(Ba)이나 스트론튬(Sr)을 대신하여 다른 알카리토 금속을 포함하거나, 코발트(Co)를 대신하여 다른 전이금속을 포함하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.In addition, the compound of formula (3) may comprise, for example, RET 2 - y T ' y O 5 + δ , wherein y is a number greater than 0 and less than 2. In addition, the compound of formula (3) may contain various compounds according to the above R. For example, the compound of Formula 3 may be represented by NdBaMn 2 - y Co y O 5 + δ , PrBaMn 2 - y Co y O 5 + δ , SmBaMn 2 - y Co y O 5 + δ , or GdBaMn 2 - y Co It may include a compound represented by y O 5 + δ. It is also included in the technical idea of the present invention that the above compound contains another alkaline earth metal instead of barium (Ba) or strontium (Sr), or contains other transition metal instead of cobalt (Co).

본 발명의 일 구현예에 따른, 전극을 구성하는 페로브스카이트 결정 구조 물질은 하기의 화학식 4의 화합물을 포함할 수 있다.The perovskite crystal structure material constituting the electrode according to an embodiment of the present invention may include a compound represented by the following formula (4).

<화학식 4>&Lt; Formula 4 >

REE'TT'O5 REE'TT'O 5 + δ

상기 화학식 4에서, 상기 R은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 E 및 E'는 알카리토 금속족에서 선택된 서로 다른 원소들이고, 상기 T 및 T'는 전이금속에서 선택된 서로 다른 원소들을 포함할 수 있고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 4의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.In Formula 4, R may include one or more elements selected from lanthanides, E and E 'are different elements selected from an alkaline earth metal group, and T and T' are selected from transition metals May contain different elements, O is oxygen, and? Is a positive number of 0 or 1 or less, which is a value that makes the compound of Formula 4 electrically neutral.

상기 화학식 4에서, 상기 E'는 E를 치환하는 물질이거나, 또는 도핑되는 도판트 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 4의 화합물은, 예를 들어 상기 E가 바륨(Ba)이고, 상기 E'가 스트론튬(Sr) 또는 칼슘(Ca)이고, 상기 T가 코발트(Co)일 수 있다. 이러한 경우, 스트론튬(Sr) 또는 칼슘(Ca)은 바륨(Ba)을 치환하는 물질로 기능하거나, 또는 추가적으로 도핑되는 도판트로 기능할 수 있다. In Formula 4, E 'may be a substance to replace E, or may be doped dopant material. For example, in the compound of Formula 4, for example, E is barium (Ba), E 'is strontium (Sr) or calcium (Ca), and T is cobalt (Co). In this case, strontium (Sr) or calcium (Ca) may function as a substance substituting for barium (Ba), or may function as a dopant to be additionally doped.

상기 화학식 4에서, 상기 T 및 T'는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 예를 들어 망간(Mn), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 T'는, 상기 화학식 4의 화합물에서, 상기 T의 위치를 차지하도록 상기 T를 치환하는 원소일 수 있다.In Formula 4, T and T 'may include one or more elements selected from transition metals, and examples thereof include Mn, Co, Fe, Cu, (Ni), or a mixture thereof. The T 'may be an element that substitutes the T to occupy the position of T in the compound of formula (4).

또한, 화학식 4의 화합물은, 예를 들어 RE1- xE'xT2 - yT'yO5 을 포함할 수 있고, 여기에서 상기 x는 0 초과 1 미만의 수이고, 상기 y는 0 초과 2 미만의 수이다. 또한, 화학식 4의 화합물은, 상기 R에 따라 다양한 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 4의 화합물은, NdBa1 - xSrxMn2 - yCoyO5 , PrBa1 - xSrxMn2 - yCoyO5 , SmBa1-xSrxMn2-yCoyO5+δ, 또는 GdBa1 - xSrxMn2 - yCoyO5 + δ 로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 화합물이 바륨(Ba)이나 스트론튬(Sr)을 대신하여 다른 알카리토 금속을 포함하거나, 코발트(Co)를 대신하여 다른 전이금속을 포함하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.In addition, the, for example, RE 1- x E a compound of formula 4 'x T 2 - T y' y O may include a 5 + δ, wherein x here is a number from more than 0 to less than 1, and the y Is a number greater than 0 and less than 2. In addition, the compound of formula (4) may contain various compounds according to the above-mentioned R. For example, the compound of Formula 4 may be represented by NdBa 1 - x Sr x Mn 2 - y Co y O 5 + δ , PrBa 1 - x Sr x Mn 2 - y Co y O 5 + δ , SmBa 1 - x Sr x Mn 2-y Co y O 5 + delta , or GdBa 1 - x Sr x Mn 2 - y Co y O 5 + delta . It is also included in the technical idea of the present invention that the above compound contains another alkaline earth metal instead of barium (Ba) or strontium (Sr), or contains other transition metal instead of cobalt (Co).

이하에서는, 본 발명의 기술적 사상에 따른 전극 소재를 이용한 전극의 제조 방법을 설명하기로 한다. 예시적으로, 상기 분말 형상 구조체로서 페로브스카이트 결정 구조체를 사용하였다.Hereinafter, a method of manufacturing an electrode using an electrode material according to the technical idea of the present invention will be described. Illustratively, a perovskite crystal structure was used as the powdery structure.

상기 전극의 제조 방법은 먼저 상술한 페로브스카이트 결정 구조체를 형성한다. 상기 페로브스카이트 결정 구조체를 형성하는 방법은, 상기 화학식 1 내지 상기 화학식 4 중 어느 하나의 화합물의 조성에 맞도록 계량된 각 금속 전구체를 (예를 들어 용매를 이용하여 습식) 혼합하는 단계, 상기 혼합물로부터 고형물을 얻는 단계, 상기 고형물을 공기 중에서 소성하여 소성물을 얻는 단계 및 상기 소성물을 연마하는 단계를 포함한다.The electrode manufacturing method first forms the perovskite crystal structure described above. The perovskite crystal structure may be formed by mixing each of the metal precursors metered in accordance with the composition of any one of Chemical Formulas 1 to 4 (for example, wet using a solvent) Obtaining a solid from the mixture, firing the solid in air to obtain a fired product, and polishing the fired product.

상기 금속 전구체는 상기 화학식의 화합물을 얻을 수 있는 화학양론적 비율로 혼합한다. 금속 전구체의 예는 상기 화학식의 상기 전극을 구성하는 각 성분의 질화물, 산화물, 할로겐화물 등을 사용할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 금속 전구체는 Pr, Ba, Mn, Co, Ni 등의 적어도 하나를 포함하는 질화물, 산화물, 할로겐화물 등일 수 있다.The metal precursor is mixed in a stoichiometric ratio to obtain the compound of the above formula. Examples of the metal precursor include, but are not limited to, nitrides, oxides, halides, and the like of each component constituting the electrode of the above formula. For example, the metal precursor may be a nitride, an oxide, a halide, or the like including at least one of Pr, Ba, Mn, Co, and Ni.

상기 금속 전구체를 상기 용매와 혼합하는 단계에서는, 물을 용매로서 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 금속 전구체를 용해시킬 수 있는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 부탄올 등의 총 탄소수가 5 이하의 저급 알코올; 질산, 염산, 황산, 구연산 등의 산성 용액; 물; 톨루엔, 벤젠, 아세톤, 디에틸에테르, 에틸렌 글리콜 등의 유기용매; 등을 단독으로 혹은 혼합하여 사용할 수 있다.In the step of mixing the metal precursor with the solvent, water may be used as a solvent, but the present invention is not limited thereto. The metal precursor can be used without limitation as long as it can dissolve the metal precursor. For example, a lower alcohol having 5 or less carbon atoms, such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol and butanol; Acidic solutions such as nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, and citric acid; water; Organic solvents such as toluene, benzene, acetone, diethyl ether and ethylene glycol; May be used alone or in combination.

상기 금속 전구체를 상기 용매와 혼합하는 단계는, 약 100 ℃ 내지 약 200℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있고, 각 성분이 충분히 혼합될 수 있도록 교반 하에 소정 시간 동안 수행할 수 있다. 상기 혼합 과정과 용매 제거 및 이를 위하여 필요한 첨가제 부가는 예를 들어 페치니법(pechini method) 등으로 잘 알려져 있으니 여기서는 상술하지 않는다.The step of mixing the metal precursor with the solvent may be performed at a temperature in the range of about 100 ° C to about 200 ° C and may be carried out for a predetermined time under agitation so that each component can be thoroughly mixed. The mixing process, removing the solvent, and addition of additives required for this purpose are well known, for example, by the pechini method, and therefore are not described here.

상기 혼합 과정을 거친 후, 자발 연소 과정에 의해 초미세 고형물을 얻을 수 있다. 이어서, 약 400℃ 내지 약 950℃의 온도 범위로 약 1 시간 내지 약 5 시간 범위 동안, 예를 들어 약 600℃에서 약 4시간 동안 상기 초미세 고형물을 열 처리(하소, 소결)할 수 있다. 이에 따라 페로브스카이트 결정 구조체가 형성된다.After the mixing process, ultrafine solid material can be obtained by spontaneous combustion. The ultrafine solid can then be heat treated (calcined, sintered) for a time period ranging from about 400 ° C. to about 950 ° C. for a time period ranging from about 1 hour to about 5 hours, for example, at about 600 ° C. for about 4 hours. Whereby a perovskite crystal structure is formed.

이어서, 도 1을 참조하여 상술한 바와 같이 함침법과 소결 공정을 통하여 상기 페로브스카이트 결정 구조체 표면에 금속 산화물 나노 입자를 형성된 전극 소재를 형성한다. Next, an electrode material having metal oxide nanoparticles formed on the surface of the perovskite crystal structure is formed through an impregnation method and a sintering process as described above with reference to FIG.

필요한 경우 상기 전극 소재를 제 2의 열 처리(하소, 소결)를 할 수도 있다. 이 제 2 열처리 공정은 공기 중에서 소성하는 공정으로서 약 950℃ 내지 약 1500℃ 범위의 온도에서 약 1 시간 내지 약 24 시간 범위 동안, 예를 들어 약 950 내지 약 1500℃ 범위의 온도에서 약 12 시간 동안 수행하여 분말상의 결과물을 얻게 된다. If necessary, the electrode material may be subjected to a second heat treatment (calcination, sintering). This second heat treatment step is a step of calcining in air for about 12 hours at a temperature in the range of about 950 ° C to about 1500 ° C, for a period of about 1 hour to about 24 hours, for example, at a temperature in the range of about 950 to about 1500 ° C To obtain a powdery product.

이어서, 상기 소성된 결과물은 연마하거나 분쇄하여 일정 크기의 미세 분말상을 얻을 수 있다. 예를 들어, 약 24 시간 동안 아세톤 내에서 볼 밀링 하여 분쇄 및 혼합한다. 다음으로, 혼합된 분말을 금속몰드에 넣고 프레스 한 후, 가압된 펠렛(Pellet)을 대기 중에서 소결하여 전극 소재를 제조할 수 있다. 소결은 약 950℃ 내지 약 1500℃ 범위의 온도로 약 12 시간 내지 약 24 시간 범위 동안, 예를 들어 약 950 내지 약 1500℃ 범위의 온도에서 약 24 시간 동안 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 소성된 결과물은 연마하거나 분쇄하여 일정 크기의 미세 분말상의 전극 소재를 얻을 수 있다.Then, the fired product may be ground or pulverized to obtain a fine powder having a predetermined size. For example, milling and mixing by ball milling in acetone for about 24 hours. Next, the mixed powder is put in a metal mold and pressed, and then pressed pellets are sintered in the atmosphere to prepare an electrode material. Sintering may be performed at a temperature in the range of about 950 ° C to about 1500 ° C for a period ranging from about 12 hours to about 24 hours, for example, at a temperature in the range of from about 950 to about 1500 ° C for a period of about 24 hours, . The fired resultant may be ground or pulverized to obtain a fine powdery electrode material of a predetermined size.

상기 전극 소재로부터 애노드 또는 캐소드의 전극을 제조할 수 있다. 예를 들어 상기 전극 소재를 기재 상에 코팅한 후 열처리하여 애노드를 형성할 수 있다. 상기 열처리는 수소 분위기와 같은 환원 분위기에서 수행될 수 있다. 상기 열처리는, 예를 들어 약 700℃ 내지 약 800℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 열처리는, 예를 들어 약 3 atm 의 수소 압력 하에서 수행될 수 있다. 상기 전극의 두께는 약 1 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 범위일 수 있다. 예를 들어, 상기 전극의 두께는 약 5 ㎛ 내지 약 50 ㎛의 범위일 수 있다.From the electrode material, an anode or a cathode electrode can be manufactured. For example, the anode may be formed by coating the electrode material on a substrate, followed by heat treatment. The heat treatment may be performed in a reducing atmosphere such as a hydrogen atmosphere. The heat treatment may be performed at a temperature in the range of, for example, about 700 ° C to about 800 ° C. The heat treatment may be performed under a hydrogen pressure of, for example, about 3 atm. The thickness of the electrode may range from about 1 [mu] m to about 100 [mu] m. For example, the thickness of the electrode may range from about 5 [mu] m to about 50 [mu] m.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극 소재의 주사전자현미경 사진들이다. 도 4는 함침법을 수행하기 전의 사진이고, 도 5는 함침법을 수행한 후의 사진이다.FIGS. 4 and 5 are SEM micrographs of an electrode material manufactured according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a photograph before the impregnation method is performed, and FIG. 5 is a photograph after the impregnation method is performed.

도 4 및 도 5를 참조하면, 함침법을 수행하기 전에는 페로브스카이트 결정 구조체로 구성된 분말 형상 구조체가 매끄러운 표면을 나타내었으나, 함침법을 수행한 후에는 상기 분말 형상 구조체의 표면에 산화 코발트 나노 입자들이 형성되어 있다.4 and 5, before the impregnation method was performed, the powdery structure composed of the perovskite crystal structure showed a smooth surface. However, after the impregnation method was performed, the surface of the powdery structure was coated with the cobalt oxide nanocomposite Particles are formed.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극 소재의 산소환원반응을 나타내는 그래프이다. 6 is a graph showing an oxygen reduction reaction of an electrode material manufactured according to an embodiment of the present invention.

도 6의 그래프는 0.1M KOH 전해질에서 회전 고리 원판 전극 (Rotating Ring Disk Electrode; RRDE) 측정 방법으로 측정하였다. 도 6에서, "Pt/C"는 탄소 전극 및 백금 촉매를 사용한 경우를 나타내고, "A (pechini)"는 페치니법을 이용하여 형성한 페로브스카이트 결정 구조체의 경우에 해당되고, "B (commercial)"은 상업적으로 얻을 수 있는 산화 코발트 나노 물질의 경우에 해당되고, "A+B"는 상기 물질들을 단순 혼합한 경우에 해당된다. The graph of FIG. 6 was measured by a Rotating Ring Disk Electrode (RRDE) measurement method in a 0.1 M KOH electrolyte. In Fig. 6, " Pt / C " represents a case where a carbon electrode and a platinum catalyst are used, " A (pechini) " corresponds to a case of a perovskite crystal structure formed by the Pecini method, quot; commercial " corresponds to a commercially available cobalt oxide nanomaterial, and " A + B " corresponds to a case where the above materials are simply mixed.

예를 들어 아연 금속 공기전지 개발에 있어 느린 산소환원반응이 가장 큰 문제점으로 대두되고 있다. 즉, 전지 방전 반응 시에 아연 음극에서 OH- 이온 소모속도가 공기극에서의 OH- 이온 생성속도보다 훨씬 크기 때문에, 전해질 내의 OH- 이온 농도가 급격히 낮아지게 되고, 이에 따라 전지 성능이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 산소환원반응이 빠른 물질 개발이 요구된다. For example, in the development of zinc metal air cells, a slow oxygen reduction reaction is becoming the biggest problem. That is, in the battery discharge reaction, the OH - ion consumption rate at the zinc cathode is much larger than the OH - ion production rate at the cathode, so that the OH - ion concentration in the electrolyte is rapidly lowered, have. Therefore, it is required to develop a material having a rapid oxygen reduction reaction.

도 6을 참조하면, 상기 전극 소재는, 함침 및 소결을 수행한 후에, 귀금속 촉매인 Pt/C 전극의 경우와 유사한 거동을 나타내며, 산소환원반응 전류(iORR)값의 경향도 Pt/C 전극과 가장 가까운 값을 나타내었다. 즉, 상기 전극 소재는 매우 증가된 산소 환원 활동도를 가지게 되며, 이에 따라 빠른 산소환원반응을 제공할 수 있음을 의미한다. 또한, 본 발명의 전극 소재는 이전에 보고된 어떠한 페로브스카이트 구조의 물질들에 비하여 우수한 산소환원반응 성능을 나타내고 있고, 또한 탄소에 비하여도 우수한 성능을 나타낸다. 산소환원반응에 대한 우수한 전극 소재가 갖추어야 할 조건은 산소환원 반응이 좀 더 높은 전압에서 시작되고, 또한 동일한 전압 하에서 많은 전류를 발생해야 한다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 전극 소재는 산소환원반응에 대한 우수한 성능을 제공할 수 있다.Referring to FIG. 6, after the impregnation and sintering, the electrode material exhibits similar behavior to that of the Pt / C electrode, which is a noble metal catalyst, and the tendency of the oxygen reduction reaction current (i ORR ) Which is the closest value. That is, the electrode material has a greatly increased oxygen reduction activity, which means that a rapid oxygen reduction reaction can be provided. In addition, the electrode material of the present invention exhibits excellent oxygen reduction performance as compared with any of the perovskite structure materials reported previously, and exhibits superior performance to carbon. An excellent electrode material for an oxygen reduction reaction must have a condition where the oxygen reduction reaction starts at a higher voltage and generates a large current under the same voltage. Therefore, the electrode material manufactured according to one embodiment of the present invention can provide excellent performance for the oxygen reduction reaction.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극 소재의 산소발생반응을 나타내는 그래프이다. 도 7의 그래프는 0.1M KOH 전해질에서 회전 고리 원판 전극 측정 방법으로 측정하였다.7 is a graph showing an oxygen generating reaction of an electrode material manufactured according to an embodiment of the present invention. The graph of FIG. 7 was measured by a rotating ring disc electrode measurement method in a 0.1 M KOH electrolyte.

도 7을 참조하면, 상기 전극 소재는, 함침 및 소결 공정을 수행한 후에는 동일한 전압 하에서 발생하는 전류량이 큰 폭으로 증가되었다. 상기 전극 소재는 Pt/C 를 포함한 다른 물질에 비하여 큰 폭의 전류량 증가를 나타내므로, 산소발생반응에 대한 우수한 성능을 제공할 수 있다.Referring to FIG. 7, after the impregnation and sintering processes are performed on the electrode material, the amount of current generated under the same voltage is greatly increased. Since the electrode material exhibits a large increase in the amount of current as compared with other materials including Pt / C, it can provide excellent performance for the oxygen generating reaction.

현재 상용화된 금속공기전지의 공기극은 느린 산소환원반응으로 인하여, 백금과 같은 귀금속 촉매가 요구되므로, 제조 단가가 높은 한계가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전극소재는 상온에서 충분한 전기적 특성을 가지고 산소 환원 활성이 높으며, 귀금속 대비 가격을 절감할 수 있는 캐소드로 사용할 수 있다.Since the air electrode of the commercialized metal air cell is required to have a noble metal catalyst such as platinum due to the slow oxygen reduction reaction, there is a limit in manufacturing cost. Therefore, the electrode material according to the present invention has sufficient electric characteristics at room temperature, has a high oxygen reduction activity, and can be used as a cathode capable of reducing the price of precious metals.

상기 전극 소재가 금속공기전지의 캐소드에 적용되는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.The case where the electrode material is applied to the cathode of the metal air battery is also included in the technical idea of the present invention.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른, 전극 소재로 형성된 전극을 포함하는 금속공기전지(100)를 설명하는 개략도이다.FIG. 8 is a schematic view illustrating a metal air cell 100 including an electrode formed of an electrode material according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 금속공기전지(100)는, 음극인 애노드(110), 양극인 캐소드(120) 및 애노드(110)와 캐소드(120) 사이에 위치하는 전해질(130)을 포함한다. 캐소드(120)는 집전체(140)와 촉매체(150)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the metal air cell 100 includes an anode 110 as a cathode, a cathode 120 as an anode, and an electrolyte 130 positioned between the anode 110 and the cathode 120. The cathode 120 may further include a current collector 140 and a catalyst body 150.

금속공기전지(100)는 금속과 산소의 반응을 이용하여 전력을 생성한다. 금속공기전지(100)의 최대 장점은 자연계에 무한히 존재하는 산소를 활물질로 이용하며, 다른 이차전지에 비하여 매우 높은 이론 에너지 밀도를 가지고, 또한 친화경적인 특성을 보유하는 것이다. 또한, 금속공기전지(100)는 내부에 화학 산화제를 포함하지 않으므로 폭발이나 화재의 우려가 없으며 무게를 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 수소나 알코올을 사용하는 연료 전지에 비하여 매우 경제적이고 안정성이 우수하고 낮은 온도에서의 작동능력도 우수하다.The metal air cell 100 generates electric power by using a reaction between metal and oxygen. The greatest advantage of the metal air cell 100 is that it uses oxygen existing in the natural world as an active material and possesses a very high theoretical energy density as compared with other secondary batteries and also possesses an affinity characteristic. In addition, since the metal air cell 100 does not contain a chemical oxidizer therein, there is no risk of explosion or fire, and the weight can be greatly reduced. In addition, it is very economical, superior in stability, and operates at low temperatures as compared with a fuel cell using hydrogen or alcohol.

애노드(110)는, 방전 시에 전자를 잃어 양이온이 되는 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 리튬, 아연, 마그네슘, 알루미늄, 칼슘을 포함할 수 있다. 특히, 리튬은 이론적인 에너지 밀도가 11,140 Wh/kg으로서 13,000 Wh/kg의 가솔린에 거의 유사한 수준을 나타낸다. 참고로, 알루미늄은 8130 Wh/kg, 칼슘은 4180 Wh/kg, 아연은 1350 Wh/kg의 이론적인 에너지 밀도를 가진다. 또한, 애노드(110)는 본 발명의 기술적 사상에 따른 전극 소재를 이용하여 구성될 수 있다.The anode 110 may include a material that becomes a cation when it loses electrons at the time of discharging, and may include, for example, a metal and may include, for example, lithium, zinc, magnesium, aluminum, and calcium. In particular, lithium has a theoretical energy density of 11,140 Wh / kg, which is almost similar to that of gasoline at 13,000 Wh / kg. For reference, aluminum has a theoretical energy density of 8130 Wh / kg, calcium 4180 Wh / kg and zinc 1350 Wh / kg. In addition, the anode 110 may be formed using an electrode material according to the technical idea of the present invention.

캐소드(120)는 공기 중의 산소를 이용하도록 구성되며, 상기 산소를 집전할 수 있다. 캐소드(120)는 산소를 집전하는 다공성 물질의 집전체(140) 및 산소의 환원반응을 활성화하는 촉매체(150)를 더 포함할 수 있다. 캐소드(120)는 본 발명의 기술적 사상에 따른 전극 소재를 이용하여 구성될 수 있다. 금속공기전지(100)는 캐소드(120)를 공기 중의 산소를 이용할 수 있으므로, 이론적으로는 캐소드(120)의 무게를 0으로 또는 비약적으로 감소시킬 수 있다. 그러므로, 캐소드(120)의 무게를 감소시킴에 따라 애노드(110)의 무게를 증가시킬 수 있으므로, 금속공기전지(100)의 전체 무게에 대한 애노드(110)의 무게 비율이 증가되어, 결과적으로 전지 단위 무게 당 높은 에너지 밀도를 제공할 수 있다. The cathode 120 is configured to use oxygen in the air, and can collect the oxygen. The cathode 120 may further include a collector 140 of a porous material for collecting oxygen and a catalyst body 150 for activating a reduction reaction of oxygen. The cathode 120 may be formed using an electrode material according to the technical idea of the present invention. The metal air cell 100 can use the oxygen in the air as the cathode 120, and theoretically, the weight of the cathode 120 can be reduced to zero or significantly. Therefore, since the weight of the anode 110 can be increased by reducing the weight of the cathode 120, the weight ratio of the anode 110 to the total weight of the metal air cell 100 is increased, It can provide a high energy density per unit weight.

전해질(130)은 애노드(110)와 캐소드(120) 사이에 위치하고, 전해 물질을 포함할 수 있다. 전해질(130)은, 예를 들어 수산화나트륨(NaOH) 용액이나 수산화칼슘(KOH) 용액을 포함할 수 있다. 또한, 전해질(130)은 고상의 매체로 구성될 수 있다.The electrolyte 130 is disposed between the anode 110 and the cathode 120 and may include an electrolytic material. The electrolyte 130 may include, for example, a sodium hydroxide (NaOH) solution or a calcium hydroxide (KOH) solution. Also, the electrolyte 130 may be composed of a solid-phase medium.

이하에서는, 금속공기전지(100)에서의 전력 생성에 대하여 설명하기로 한다. 애노드(110)와 캐소드(120)에서는 방전 반응과 충전 반응이 이루어질 수 있다. 애노드(110)와 캐소드(120)에서의 방전 반응은 다음과 같다. 충전 반응은 하기의 반응들이 반대 반향으로 향하게 된다. 아래의 반응식에서 "M"은 애노드(110)를 구성하는 물질로서 금속일 수 있다.Hereinafter, power generation in the metal air battery 100 will be described. The anode 110 and the cathode 120 may be subjected to a discharge reaction and a charging reaction. The discharge reaction in the anode 110 and the cathode 120 is as follows. The charging reaction is such that the following reactions are directed to the opposite echo. In the following reaction formula, " M " may be a metal as a material constituting the anode 110.

<애노드 반응><Anode Reaction>

M -> M+ + e- M -> M + + e -

<캐소드 반응><Cathode reaction>

2( M+ + e-) + O2 -> M2O2 2 (M + + e - ) + O 2 - > M 2 O 2

이러한 방전 반응에 의하여 애노드(110)에서 형성된 양이온(170)은 전해질(130)을 통과하여 캐소드(120)로 향하게 된다. 이때, 상이 양이온이 잃어버린 전자는 별도의 도선을 거쳐 부하(190)를 통과함으로써, 결과적으로 부하(190)에 전력을 공급하게 된다.The positive ions 170 formed on the anode 110 through the discharge reaction are directed to the cathode 120 through the electrolyte 130. At this time, the electrons whose positive and negative ions are lost pass through the load 190 through separate conductors, thereby supplying power to the load 190 as a result.

외부로부터 산소(180)가 캐소드(120)에 제공되고, 양이온(170)은 산소(180)와 캐소드(120)에서 반응하여 산화물을 형성한다. 이때에, 부하(190)를 통과한 전자가 캐소드(120)에 제공되어 상기 산화물을 함께 형성한다.Oxygen 180 from the outside is supplied to the cathode 120 and the cation 170 reacts with the oxygen 180 and the cathode 120 to form an oxide. At this time, electrons passing through the load 190 are supplied to the cathode 120 to form the oxide together.

반면, 충전 시에는 상기 산화물이 분해되어 상기 양이온은 전자를 획득하여 캐소드(120)로부터 전해질(130)을 거쳐서 애노드(110)로 다시 돌아가게 된다.On the other hand, at the time of charging, the oxide is decomposed, and the cation acquires electrons and returns from the cathode 120 to the anode 110 through the electrolyte 130.

본 발명의 기술적 사상에 따른 상기 전극 소재는 상기 캐소드 및 상기 애노드의 전극 기재를 구성하거나 또는 상기 전극 기재에 부착되는 촉매체를 구성할 수 있다.The electrode material according to the technical idea of the present invention can constitute the electrode substrate of the cathode and the anode or constitute a catalyst body attached to the electrode substrate.

또한, 상기 전극 소재가 고체산화물 연료전지의 애노드와 캐소드에 적용되는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.Also, the case where the electrode material is applied to the anode and the cathode of the solid oxide fuel cell is included in the technical idea of the present invention.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른, 전극 소재로 형성된 전극을 포함하는 고체산화물 연료전지(200)를 개략적으로 도시하는 도면이다.9 is a schematic diagram of a solid oxide fuel cell 200 including an electrode formed of an electrode material, in accordance with an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 고체산화물 연료전지(200)는 애노드(210), 애노드(210)를 마주보고 배치되는 캐소드(220), 및 애노드(210)와 캐소드(220) 사이에 배치되는 산소 이온 전도성 고체 산화물인 전해질(electrolyte)(230)을 포함한다. 선택적으로(optionally), 애노드(210)와 전해질(230) 사이에 배치되는 버퍼층(240)을 더 포함할 수 있다.9, the solid oxide fuel cell 200 includes an anode 210, a cathode 220 disposed opposite the anode 210, and an anode 210 disposed between the anode 210 and the cathode 220, And an electrolyte 230 which is a solid oxide. And optionally a buffer layer 240 disposed between the anode 210 and the electrolyte 230.

고체산화물 연료전지(200)의 전기화학반응은 하기 반응식에 나타낸 바와 같이, 캐소드(220)의 산소가스 O2가 산소이온 O2-으로 변하는 양극반응과 애노드(210)의 연료(H2 또는 탄화수소)와 전해질을 통해 이동해 온 산소이온이 반응하는 음극반응으로 이루어진다.Solid oxide fuel cells of the fuel 200, as shown in electrochemical reaction is the following reaction scheme, a cathode 220, oxygen gas O 2 has an anode reaction and the anode 210, changing the oxygen ions O 2- of the (H 2 or hydrocarbon ) And oxygen ions that have moved through the electrolyte.

<반응식><Reaction Scheme>

양극반응: 1/2 O2 + 2e- -> O2- Anode reaction: 1/2 O 2 + 2e - -> O 2-

음극반응: H2 + O2- -> H2O + 2e- Cathode reaction: H 2 + O 2- -> H 2 O + 2e -

고체산화물 연료전지(200)의 캐소드(220)에서는 전극표면에 흡착된 산소가 해리 및 표면 확산을 거쳐 전해질(230), 캐소드(220), 기공(미도시)이 만나는 삼상계면(triple phase boundary)으로 이동하여 전자를 얻어 산소이온으로 되고 생성된 산소이온은 전해질(230)을 통해 연료극인 애노드(210)로 이동하게 된다.In the cathode 220 of the solid oxide fuel cell 200, oxygen adsorbed on the surface of the electrode is dissociated and diffused to form a triple phase boundary where the electrolyte 230, the cathode 220 and the pores (not shown) The oxygen ions are converted into oxygen ions, and the generated oxygen ions are transferred to the anode 210, which is a fuel electrode, through the electrolyte 230.

고체산화물 연료전지(200)의 애노드(210)에서는 이동한 산소이온이 연료 내에 포함된 수소와 결합하여 물을 생성한다. 이때 수소는 전자를 배출하여 수소 이온(H+)으로 변화하여 상기 산소이온과 결합한다. 배출된 전자는 배선(미도시)를 통하여 캐소드(220)로 이동하여 산소를 산소 이온으로 변화시킨다. 이러한 전자 이동을 통하여, 고체산화물 연료전지(200)는 전지 기능을 수행할 수 있다. In the anode 210 of the solid oxide fuel cell 200, the moved oxygen ions combine with the hydrogen contained in the fuel to generate water. At this time, hydrogen evolves electrons to hydrogen ions (H + ) and binds to the oxygen ions. The discharged electrons move to the cathode 220 through wiring (not shown) to change oxygen to oxygen ions. Through this electron transfer, the solid oxide fuel cell 200 can perform the battery function.

고체산화물 연료전지(200)는 해당 기술 분야에서 각종 문헌에 공지되어 있는 통상적인 방법을 이용하여 제조할 수 있으므로, 여기서는 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 고체산화물 연료전지(200)는 원통형(tubular) 스택, 평관형(flat tubular) 스택, 평판형(planar type) 스택 등 다양한 구조에 적용될 수 있다.The solid oxide fuel cell 200 can be manufactured by using a conventional method known in the art, so a detailed description thereof will be omitted here. In addition, the solid oxide fuel cell 200 can be applied to various structures such as a tubular stack, a flat tubular stack, a planar type stack, and the like.

고체산화물 연료전지(200)는 단위 전지의 스택(stack) 형태일 수 있다. 예를 들어, 애노드(210), 캐소드(220), 및 전해질(230)로 구성되는 단위 전지(MEA, Membrane and Electrode Assembly)가 직렬로 적층되고 상기 단위 전지들 사이에 이들을 전기적으로 연결하는 분리판(separator)가 개재되어 단위 전지의 스택(stack)이 얻어질 수 있다. The solid oxide fuel cell 200 may be in the form of a stack of unit cells. For example, a unit cell (MEA) composed of an anode 210, a cathode 220, and an electrolyte 230 is stacked in series, and a separator plate (not shown) a stack of unit cells can be obtained with a separator interposed therebetween.

애노드(210) 및 캐소드(220) 중 적어도 어느 하나는 본 발명의 기술적 사상에 따른 전극 소재를 이용하여 형성될 수 있다.At least one of the anode 210 and the cathode 220 may be formed using the electrode material according to the technical idea of the present invention.

전해질(230)은 본 기술 분야에서 일반적으로 사용할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 전해질(230)은, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ) 등의 안정화 지르코니아계; 사마리아 도핑된 세리아(SDC), 가돌리니아 도핑된 세리아(GDC) 등과 같은 희토류 원소가 첨가된 세리리아계; 기타 LSGM ((La, Sr)(Ga, Mg)O3)계; 등을 포함할 수 있다. 또한, 전해질(230)은, 스트론튬 또는 마그네슘이 도핑된 란타늄 갈레이트(lanthanum gallate) 등을 포함할 수 있다.The electrolyte 230 is not particularly limited as long as it can be generally used in the art. For example, the electrolyte 230 may be a stabilized zirconia based system such as yttria stabilized zirconia (YSZ) and scandia stabilized zirconia (ScSZ); Ceria systems doped with rare earth elements such as samaria-doped ceria (SDC), gadolinia-doped ceria (GDC) and the like; Other LSGM ((La, Sr) (Ga, Mg) O 3 ) system; And the like. In addition, the electrolyte 230 may include strontium or magnesium-doped lanthanum gallate.

버퍼층(240)은 애노드(210)와 전해질(230) 사이에 위치하여 원활한 접촉을 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 버퍼층(240)은, 예를 들어 애노드(210)와 전해질(230) 사이의 결정 격자 뒤틀림을 완화하는 기능을 수행할 수 있다. 버퍼층(240)은, 예를 들어 LDC(La0 . 4Ce0 . 6O2 ) 를 포함할 수 있다. 버퍼층(240)은 선택적인 구성요소로서 생략될 수 있다.The buffer layer 240 may be positioned between the anode 210 and the electrolyte 230 to provide a smooth contact. The buffer layer 240 may function to mitigate, for example, crystal lattice distortion between the anode 210 and the electrolyte 230. Buffer layer 240 may include, for example, the LDC (La 0. 4 Ce 0 . 6 O 2 -δ). The buffer layer 240 may be omitted as an optional component.

본 발명의 기술적 사상에 따른 상기 전극 소재는 상기 캐소드 및 상기 애노드의 전극 기재를 구성하거나 또는 상기 전극 기재에 부착되는 촉매체를 구성할 수 있다.The electrode material according to the technical idea of the present invention can constitute the electrode substrate of the cathode and the anode or constitute a catalyst body attached to the electrode substrate.

또한, 상기 전극 소재가 고체 산화물 수전해 셀의 애노드와 캐소드에 적용되는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.Also, the case where the electrode material is applied to the anode and the cathode of the solid oxide electrolytic cell is also included in the technical idea of the present invention.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른, 전극 소재로 형성된 전극을 포함하는 고체 산화물 수전해 셀(300)을 개략적으로 도시하는 도면이다.FIG. 10 is a view schematically showing a solid oxide electrolytic cell 300 including an electrode formed of an electrode material, according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 고체 산화물 수전해 셀(300)은 애노드(310), 애노드(310)를 마주보고 배치되는 캐소드(320), 및 애노드(310)와 캐소드(320) 사이에 배치되는 산소 이온 전도성 고체 산화물인 전해질(electrolyte)(330)을 포함한다. 캐소드(320)는 수소 가스와 접촉하므로 수소 전극으로 지칭될 수 있고, 애노드(310)는 산소 가스와 접촉하므로 산소 전극으로 지칭될 수 있다.10, the solid oxide acceptance cell 300 includes an anode 310, a cathode 320 disposed opposite the anode 310, and an anode 310 disposed between the anode 310 and the cathode 320, And an electrolyte 330 which is a conductive solid oxide. The cathode 320 may be referred to as a hydrogen electrode because it is in contact with hydrogen gas, and the anode 310 may be referred to as an oxygen electrode in contact with oxygen gas.

고체 산화물 수전해 셀(300)의 전기화학반응은 하기 반응식에 나타낸 바와 같이, 캐소드(320)의 물(H2O)이 수소 가스(H2)와 산소 이온(O2-)으로 변하는 음극반응과 전해질(330)을 통해 이동해 온 상기 산소 이온이 산소 가스(O2)로 변하는 양극반응으로 이루어진다. 이러한 반응은 통상적인 연료 전지의 반응 원리와는 반대이다.The electrochemical reaction of the solid oxide water electrolytic cell 300 is performed by an anode reaction in which water (H 2 O) in the cathode 320 is converted into hydrogen gas (H 2 ) and oxygen ions (O 2- ) And an anode reaction in which the oxygen ions that have been moved through the electrolyte 330 are converted into oxygen gas (O 2 ). This reaction is opposite to the reaction principle of a typical fuel cell.

<반응식><Reaction Scheme>

음극반응: H2O + 2e- -> O2- + H2 Cathode reaction: H 2 O + 2e - -> O 2- + H 2

양극반응: O2- -> 1/2 O2 + 2e- Anode reaction: O 2- -> 1/2 O 2 + 2e -

고체 산화물 수전해 셀(300)에 외부 전원(340)으로부터 전력이 인가되면, 외부 전원(340)으로부터 고체 산화물 수전해 셀(300)에 전자가 제공된다. 상기 전자는 캐소드(320)에 제공되는 물과 반응하여 수소 가스와 산소 이온을 생성한다. 상기 수소 가스는 외부로 배출되고, 상기 산소 이온은 전해질(330)을 통과하여 애노드(310)로 이동된다. 애노드(310)로 이동된 상기 산소 이온은 전자를 잃고 산소 가스로 변환하여 외부로 배출된다. 상기 전자는 외부 전원(340)으로 흐르게 된다. 이러한 전자 이동을 통하여, 고체 산화물 수전해 셀(300)는 물을 전기 분해하여, 캐소드(320)에서 수소 가스를 형성하고, 애노드(310)에서 산소 가스를 형성할 수 있다.When power is applied to the solid oxide electrolytic cell 300 from the external power supply 340, electrons are supplied from the external power supply 340 to the solid oxide electrolytic cell 300. The electrons react with water supplied to the cathode 320 to generate hydrogen gas and oxygen ions. The hydrogen gas is discharged to the outside, and the oxygen ions are transferred to the anode 310 through the electrolyte 330. The oxygen ions transferred to the anode 310 lose electrons and are converted into oxygen gas and discharged to the outside. The electrons flow to the external power source 340. Through this electron transfer, the solid oxide electrolytic cell 300 can electrolyze water to form hydrogen gas at the cathode 320 and oxygen gas at the anode 310.

애노드(310) 및 캐소드(320) 중 적어도 어느 하나는 본 발명의 기술적 사상에 따른 전극 소재를 이용하여 형성될 수 있다.At least one of the anode 310 and the cathode 320 may be formed using the electrode material according to the technical idea of the present invention.

전해질(330)은 본 기술 분야에서 일반적으로 사용할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 전해질(330)은 상술한 고체 산화물 연료전지(200)의 전해질(230)과 동일한 물질을 포함하거나 동일한 구조를 가질 수 있다.The electrolyte 330 is not particularly limited as long as it can be generally used in the art. The electrolyte 330 may include the same material as the electrolyte 230 of the solid oxide fuel cell 200 described above, or may have the same structure.

본 발명의 기술적 사상에 따른 상기 전극 소재는 상기 캐소드 및 상기 애노드의 전극 기재를 구성하거나 또는 상기 전극 기재에 부착되는 촉매체를 구성할 수 있다.The electrode material according to the technical idea of the present invention can constitute the electrode substrate of the cathode and the anode or constitute a catalyst body attached to the electrode substrate.

이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.

100: 금속공기전지, 110: 애노드, 120: 캐소드, 130: 전해질,
140: 집전체, 142: 탄소체, 144: 전도성 고분자 물질,
150: 촉매체, 170: 양이온, 180: 산소, 190: 부하,
200: 고체산화물 연료전지, 210: 애노드,
220: 캐소드, 230: 전해질, 240: 버퍼층,
300: 고체 산화물 수전해 셀, 310: 애노드, 320: 캐소드,
330: 전해질, 340: 외부 전원,
100: metal air cell, 110: anode, 120: cathode, 130: electrolyte,
140: current collector, 142: carbon body, 144: conductive polymer material,
150: catalyst, 170: cation, 180: oxygen, 190: load,
200: solid oxide fuel cell, 210: anode,
220: cathode, 230: electrolyte, 240: buffer layer,
300: solid oxide electrolytic cell, 310: anode, 320: cathode,
330: electrolyte, 340: external power supply,

Claims (20)

분말 형상 구조체들을 제공하는 단계;
상기 분말 형상 구조체들에 금속 질화물을 포함하는 금속 전구체 용액을 함침시키는 단계; 및
상기 함침된 분말 형상 구조체들을 400℃ 내지 500℃ 범위의 온도에서 처리하여, 상기 금속 전구체를 소결함으로써 상기 분말 형상 구조체들 표면에 금속 산화물 나노 입자를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 금속 질화물은 Co(NO3)2·6H2O, Nd(NO3)3·6H2O, Ba(NO3)2, 및 Sr(NO3)2 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 금속 전구체 용액은 알코올계 용액을 용매로 이용하는, 전극 소재의 제조 방법.
Providing powder shaped structures;
Impregnating the powdery structures with a metal precursor solution containing a metal nitride; And
Treating the impregnated powdery structures at a temperature ranging from 400 ° C to 500 ° C and sintering the metal precursor to form metal oxide nanoparticles on the surfaces of the powdery structures,
Wherein the metal nitride comprises at least one of Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O, Nd (NO 3 ) 3 .6H 2 O, Ba (NO 3 ) 2 , and Sr (NO 3 ) 2 ,
Wherein the metal precursor solution uses an alcohol-based solution as a solvent.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 금속 산화물 나노 입자는 전체 무게에 대하여 10wt% 내지 20wt% 범위인, 전극 소재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal oxide nanoparticles are in a range of 10 wt% to 20 wt% with respect to the total weight of the electrode material.
청구항 1에 있어서,
상기 분말 형상 구조체들은 페로브스카이트 결정 구조체를 포함하는, 전극 소재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the powdery structures include a perovskite crystal structure.
청구항 7에 있어서,
상기 페로브스카이트 결정 구조체는, 하기의 화학식 1의 화합물을 포함하는, 전극 소재의 제조 방법.
<화학식 1>
RETO5+δ
상기 화학식 1에서, 상기 R은 희토류족 또는 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 1의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.
The method of claim 7,
Wherein the perovskite crystal structure comprises a compound of the following formula (1).
&Lt; Formula 1 >
RETO 5 + δ
Wherein R comprises one or more elements selected from rare earth elements or lanthanides, E comprises one or more elements selected from the group of the alkaline earth metals, and T is selected from the group consisting of one selected from transition metals Or more, O is oxygen, and? Is a positive number of 0 or 1 or less, and is a value that makes the compound of formula (1) electrically neutral.
청구항 8에 있어서,
상기 화학식 1에서, 상기 R은 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr), 스칸듐(Sc), 사마륨(Sm), 가돌리늄(Gd), 유로퓸(Eu), 터븀(Tb), 에르븀(Er), 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 전극 소재의 제조 방법.
The method of claim 8,
In the above formula (1), R is at least one selected from the group consisting of Y, neodymium, praseodymium, scandium, samarium, gadolinium, Er), or a mixture thereof.
청구항 8에 있어서,
상기 화학식 1에서, 상기 E는, 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 라듐(Ra) 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 전극 소재의 제조 방법.
The method of claim 8,
Wherein E is at least one selected from the group consisting of beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), radium (Ra) Way.
청구항 8에 있어서,
상기 화학식 1에서, 상기 T는, 망간(Mn), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 전극 소재의 제조 방법.
The method of claim 8,
In Formula 1, T is at least one element selected from the group consisting of Mn, Co, Fe, Cu, Cr, Ni, Ti, &Lt; / RTI &gt;
청구항 7에 있어서,
상기 페로브스카이트 결정 구조체는, 하기의 화학식 2의 화합물을 포함하는, 전극 소재의 제조 방법.
<화학식 2>
REE'TO5
상기 화학식 2에서, 상기 R은 희토류족 또는 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E 및 E'는 알카리토 금속족에서 선택된 서로 다른 원소들이고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 2의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.
The method of claim 7,
Wherein the perovskite crystal structure comprises a compound represented by the following formula (2).
(2)
REE'TO 5 + δ
Wherein R is one or more elements selected from a rare earth group or a lanthanide group, E and E 'are different elements selected from an alkaline earth metal group, and T is one or more selected from transition metals And O is oxygen, and the delta is a positive number of 0 or 1 or less, and the compound of Formula 2 is a value that is electrically neutral.
청구항 7에 있어서,
상기 페로브스카이트 결정 구조체는, 하기의 화학식 3의 화합물을 포함하는, 전극 소재의 제조 방법.
<화학식 3>
RETT'O5
상기 화학식 3에서, 상기 R은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 T 및 T'는 전이금속에서 선택된 서로 다른 원소들을 포함할 수 있고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 3의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.
The method of claim 7,
Wherein the perovskite crystal structure comprises a compound represented by the following formula (3).
(3)
RETT'O 5 + δ
In Formula 3, R may include one or more elements selected from the Lanthanon family, and E may include one or more elements selected from the group of the alkaline earth metals, and T and T ' And O may be oxygen, and the value of? Is a positive number of 0 or 1 or less, and the value of the compound of the above formula (3) is an electrical neutrality.
청구항 7에 있어서,
상기 페로브스카이트 결정 구조체는, 하기의 화학식 4의 화합물을 포함하는, 전극 소재의 제조 방법.
<화학식 4>
REE'TT'O5
상기 화학식 4에서, 상기 R은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 E 및 E'는 알카리토 금속족에서 선택된 서로 다른 원소들이고, 상기 T 및 T'는 전이금속에서 선택된 서로 다른 원소들을 포함할 수 있고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 4의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.
The method of claim 7,
Wherein the perovskite crystal structure comprises a compound represented by the following formula (4).
&Lt; Formula 4 >
REE'TT'O 5 + δ
In Formula 4, R may include one or more elements selected from lanthanides, E and E 'are different elements selected from an alkaline earth metal group, and T and T' are selected from transition metals May contain different elements, O is oxygen, and? Is a positive number of 0 or 1 or less, which is a value that makes the compound of Formula 4 electrically neutral.
청구항 7에 있어서,
상기 페로브스카이트 결정 구조체는, NdBaCo2O5 , PrBaCo2O5 , SmBaCo2O5 , GdBaCo2O5+δ, NdSrCo2O5 , PrSrCo2O5 , SmSrCo2O5 , GdSrCo2O5 , NdBa1 - xSrxCo2O5 , PrBa1-xSrxCo2O5+δ, SmBa1 - xSrxCo2O5 , GdBa1 - xSrxCo2O5 , NdBaMn2 - yCoyO5 , PrBaMn2 -yCoyO5+δ, SmBaMn2 - yCoyO5 , GdBaMn2 - yCoyO5 , NdBa1 - xSrxMn2 - yCoyO5 , PrBa1 - xSrxMn2 -yCoyO5+δ, SmBa1 - xSrxMn2 - yCoyO5 , 및 GdBa1 - xSrxMn2 - yCoyO5 (여기에서 x는 0 초과 1 미만의 수이고, y는 0 초과 2 미만의 수임), 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 전극 소재의 제조 방법.
The method of claim 7,
Wherein the perovskite crystal structure comprises at least one of NdBaCo 2 O 5 + δ , PrBaCo 2 O 5 + δ , SmBaCo 2 O 5 + δ , GdBaCo 2 O 5 + δ , NdSrCo 2 O 5 + δ , PrSrCo 2 O 5 + , SmSrCo 2 O 5 + δ, GdSrCo 2 O 5 + δ, NdBa 1 - x Sr x Co 2 O 5 + δ, PrBa 1-x Sr x Co 2 O 5 + δ, SmBa 1 - x Sr x Co 2 O 5 + δ, GdBa 1 - x Sr x Co 2 O 5 + δ, NdBaMn 2 - y Co y O 5 + δ, PrBaMn 2 -y Co y O 5 + δ, SmBaMn 2 - y Co y O 5 + δ, GdBaMn 2 - y Co y O 5 + δ, NdBa 1 - x Sr x Mn 2 - y Co y O 5 + δ, PrBa 1 - x Sr x Mn 2 -y Co y O 5 + δ, SmBa 1 - x Sr x Mn 2 - y Co y O 5 + ?, and GdBa 1 - x Sr x Mn 2 - y Co y O 5 +? where x is a number greater than 0 but less than 1 and y is a number greater than 0 and less than 2 ). &Lt; / RTI &gt;
청구항 7에 있어서,
상기 페로브스카이트 결정 구조체는, 단일층 페로브스카이트 결정 구조 물질 또는 이중층 페로브스카이트 결정 구조 물질을 포함하는, 전극 소재의 제조 방법.
The method of claim 7,
Wherein the perovskite crystal structure comprises a single-layered perovskite crystal structure material or a double-layered perovskite crystal structure material.
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