불용성 촉매 전극의 전기화학반응을 이용한 연구의 응용 범위가 전통적인 금속 전해 석출, 유기물 전해 합성 등의 이용에서 연료전지 시스템, 공장의 폐수와 선박평형수 처리 등 에너지와 환경 분야까지 넓어지고 있다. 이런 연구에 사용되는 불용성 촉매 전극의 성능과 특성, 재료 등이 다르기 때문에 다양한 불용성 촉매 전극의 개발이 진행되고 있다. 그 중에서도 전기분해공법은 산화와 환원의 원리를 이용해 오염물이나 기타 유기물질을 파괴시키는 공법으로 ...
불용성 촉매 전극의 전기화학반응을 이용한 연구의 응용 범위가 전통적인 금속 전해 석출, 유기물 전해 합성 등의 이용에서 연료전지 시스템, 공장의 폐수와 선박평형수 처리 등 에너지와 환경 분야까지 넓어지고 있다. 이런 연구에 사용되는 불용성 촉매 전극의 성능과 특성, 재료 등이 다르기 때문에 다양한 불용성 촉매 전극의 개발이 진행되고 있다. 그 중에서도 전기분해공법은 산화와 환원의 원리를 이용해 오염물이나 기타 유기물질을 파괴시키는 공법으로 에너지 효율성과 비용 절감 등의 장점이 많다. 그러나 불용성 전극은 몇 가지 문제점을 갖고 있는데 재료로 사용되는 귀금속 촉매의 비용과 부식으로 인한 전극의 내구성 등이 그런 이유이다. 본 연구에서는 귀금속 촉매로 사용되는 루테늄과 이리듐을 탄탈럼, 주석, 텅스텐 등을 혼합해 그 사용량을 최소화 하면서 내구성이 우수한 전극을 개발하고자 한다. DSA 전극은 내화학성이 좋고 가공이 쉬운 티타늄을 모재로 사용하고 티타늄과 촉매 간의 결합성을 강화시키기 위해 전처리로 샌드 블라스트 처리와 초음파 세척 그리고 에칭 등의 순서로 모재의 전처리를 했다. 탄탈럼과 주석 그리고 텅스텐을 바인더로 사용해 루테늄과 이리듐 전극을 제조 하였고, SEM 분석을 통해 전극의 표면을 분석한 뒤 전기화학적 임피던스 분광법을 이용해 전극의 표면저항을 측정하고 가속수명평가를 이용해 전극의 내구성을 평가하였다. 전기화학적 임피던스 분광실험을 실시한 결과, Ru 8 : W 2의 비율로 제작한 전극이 0.3950Ω, Ir 8 : W 2의 비율로 제작한 전극이 0.3648Ω으로 저항이 가장 낮게 측정되었다. 이는 텅스텐의 낮은 고유 저항 값이 제조된 전극표면저항에 영향을 끼치는 것으로 사료된다. 가속수명실험 결과 Ru 9 : Sn 1의 전극과 Ir 5 : Sn 5의 비율로 제작한 전극이 수명이 가장 좋았는데 전극의 저항값과 다르게 주석을 바인더로 제작한 전극의 수명이 가장 좋은 결과가 나왔다. 이는 주석이 부식에 대한 저항성도 크고 전해질로 사용했던 황산나트륨 용액이 산성이나 염기성을 띠지 않아 주석의 안정성에 영향을 끼친 것으로 사료된다. 가속수명실험 전과 후로 SEM 분석을 통해 전극의 표면을 살펴본 결과 주석을 바인더로 사용한 DSA 전극들은 가속수명을 한 이후에도 전극의 코팅이 벗겨지지 않고 남아있는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 10V를 전극의 수명이 다한 전압으로 적용했지만 이후 실제 전극을 사용할 때의 수명을 고려해보면 주석의 바인더 사용이 전극의 수명에 큰 도움을 주는 것으로 판단된다.
불용성 촉매 전극의 전기화학반응을 이용한 연구의 응용 범위가 전통적인 금속 전해 석출, 유기물 전해 합성 등의 이용에서 연료전지 시스템, 공장의 폐수와 선박평형수 처리 등 에너지와 환경 분야까지 넓어지고 있다. 이런 연구에 사용되는 불용성 촉매 전극의 성능과 특성, 재료 등이 다르기 때문에 다양한 불용성 촉매 전극의 개발이 진행되고 있다. 그 중에서도 전기분해공법은 산화와 환원의 원리를 이용해 오염물이나 기타 유기물질을 파괴시키는 공법으로 에너지 효율성과 비용 절감 등의 장점이 많다. 그러나 불용성 전극은 몇 가지 문제점을 갖고 있는데 재료로 사용되는 귀금속 촉매의 비용과 부식으로 인한 전극의 내구성 등이 그런 이유이다. 본 연구에서는 귀금속 촉매로 사용되는 루테늄과 이리듐을 탄탈럼, 주석, 텅스텐 등을 혼합해 그 사용량을 최소화 하면서 내구성이 우수한 전극을 개발하고자 한다. DSA 전극은 내화학성이 좋고 가공이 쉬운 티타늄을 모재로 사용하고 티타늄과 촉매 간의 결합성을 강화시키기 위해 전처리로 샌드 블라스트 처리와 초음파 세척 그리고 에칭 등의 순서로 모재의 전처리를 했다. 탄탈럼과 주석 그리고 텅스텐을 바인더로 사용해 루테늄과 이리듐 전극을 제조 하였고, SEM 분석을 통해 전극의 표면을 분석한 뒤 전기화학적 임피던스 분광법을 이용해 전극의 표면저항을 측정하고 가속수명평가를 이용해 전극의 내구성을 평가하였다. 전기화학적 임피던스 분광실험을 실시한 결과, Ru 8 : W 2의 비율로 제작한 전극이 0.3950Ω, Ir 8 : W 2의 비율로 제작한 전극이 0.3648Ω으로 저항이 가장 낮게 측정되었다. 이는 텅스텐의 낮은 고유 저항 값이 제조된 전극표면저항에 영향을 끼치는 것으로 사료된다. 가속수명실험 결과 Ru 9 : Sn 1의 전극과 Ir 5 : Sn 5의 비율로 제작한 전극이 수명이 가장 좋았는데 전극의 저항값과 다르게 주석을 바인더로 제작한 전극의 수명이 가장 좋은 결과가 나왔다. 이는 주석이 부식에 대한 저항성도 크고 전해질로 사용했던 황산나트륨 용액이 산성이나 염기성을 띠지 않아 주석의 안정성에 영향을 끼친 것으로 사료된다. 가속수명실험 전과 후로 SEM 분석을 통해 전극의 표면을 살펴본 결과 주석을 바인더로 사용한 DSA 전극들은 가속수명을 한 이후에도 전극의 코팅이 벗겨지지 않고 남아있는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 10V를 전극의 수명이 다한 전압으로 적용했지만 이후 실제 전극을 사용할 때의 수명을 고려해보면 주석의 바인더 사용이 전극의 수명에 큰 도움을 주는 것으로 판단된다.
The applications of the insoluble catalytic electrode using electrochemical reactions have been extended to the use of conventional metal electrolytic precipitation, organic electrolytic synthesis, etc. in energy and environment fields such as fuel cell system, plant wastewater and ship ballast wate...
The applications of the insoluble catalytic electrode using electrochemical reactions have been extended to the use of conventional metal electrolytic precipitation, organic electrolytic synthesis, etc. in energy and environment fields such as fuel cell system, plant wastewater and ship ballast water treatment. Various insoluble catalytic electrodes have been developed because the performance, characteristics, and materials of the insoluble catalytic electrode used in these studies are different. Among them, the electrolysis method uses the principle of oxidation and reduction to destroy pollutants and other organic materials, and has many advantages such as energy efficiency and cost reduction. However, insoluble electrodes have several problems, such as the cost of noble metal catalysts used as materials and the durability of electrodes due to corrosion. In this study, we tried to develop a durable electrode by mixing ruthenium and iridium used as noble metal catalysts with tantalum, tin, tungsten, etc. while minimizing their use. The DSA electrodes were pretreated with pre-treatment sandblast, ultrasonic cleaning, and etching in order of pre-treatment to strengthen the bonding between titanium and catalyst, using titanium which is chemically resistant and easy to process. Tantalum, tin and tungsten were used as binders to prepare ruthenium and iridium electrodes. The surface of the electrodes was analyzed by SEM analysis, the surface resistance of the electrodes was measured using electrochemical impedance spectroscopy, and the durability. Electrochemical impedance spectroscopy showed that the resistance of the electrode fabricated at the ratio of Ru 8: W 2 of 0.3950 Ω and Ir 8: W 2 was 0.3648 Ω. It is considered that the low resistivity value of tungsten influences the electrode surface resistance produced. The results of the accelerated life test showed that the electrode manufactured with the ratio of Ru 9 : Sn 1 and Ir 5 : Sn 5 had the best lifetime, and the life of the electrode made of the tin-binder was different from that of the electrode . It is considered that the tin has a high resistance to corrosion and that the sodium sulfate solution used as the electrolyte has no influence on the stability of the tin because it is not acidic or basic. As a result of SEM analysis before and after the accelerated lifetime test, the surface of the electrode was observed. As a result, it was confirmed that the DSA electrodes using tin as a binder were not peeled off even after accelerated lifetime. In this study, 10V was applied to the electrode for a short time, but considering the lifetime of the electrode, it is considered that the use of the tin binder greatly contributes to the life of the electrode.
The applications of the insoluble catalytic electrode using electrochemical reactions have been extended to the use of conventional metal electrolytic precipitation, organic electrolytic synthesis, etc. in energy and environment fields such as fuel cell system, plant wastewater and ship ballast water treatment. Various insoluble catalytic electrodes have been developed because the performance, characteristics, and materials of the insoluble catalytic electrode used in these studies are different. Among them, the electrolysis method uses the principle of oxidation and reduction to destroy pollutants and other organic materials, and has many advantages such as energy efficiency and cost reduction. However, insoluble electrodes have several problems, such as the cost of noble metal catalysts used as materials and the durability of electrodes due to corrosion. In this study, we tried to develop a durable electrode by mixing ruthenium and iridium used as noble metal catalysts with tantalum, tin, tungsten, etc. while minimizing their use. The DSA electrodes were pretreated with pre-treatment sandblast, ultrasonic cleaning, and etching in order of pre-treatment to strengthen the bonding between titanium and catalyst, using titanium which is chemically resistant and easy to process. Tantalum, tin and tungsten were used as binders to prepare ruthenium and iridium electrodes. The surface of the electrodes was analyzed by SEM analysis, the surface resistance of the electrodes was measured using electrochemical impedance spectroscopy, and the durability. Electrochemical impedance spectroscopy showed that the resistance of the electrode fabricated at the ratio of Ru 8: W 2 of 0.3950 Ω and Ir 8: W 2 was 0.3648 Ω. It is considered that the low resistivity value of tungsten influences the electrode surface resistance produced. The results of the accelerated life test showed that the electrode manufactured with the ratio of Ru 9 : Sn 1 and Ir 5 : Sn 5 had the best lifetime, and the life of the electrode made of the tin-binder was different from that of the electrode . It is considered that the tin has a high resistance to corrosion and that the sodium sulfate solution used as the electrolyte has no influence on the stability of the tin because it is not acidic or basic. As a result of SEM analysis before and after the accelerated lifetime test, the surface of the electrode was observed. As a result, it was confirmed that the DSA electrodes using tin as a binder were not peeled off even after accelerated lifetime. In this study, 10V was applied to the electrode for a short time, but considering the lifetime of the electrode, it is considered that the use of the tin binder greatly contributes to the life of the electrode.
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