수전해 시스템용 치수안정성 전극의 가속수명평가에 따른 내구수명 예측에 관한 연구
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발행연도
2021
작성언어
Korean
주제어
KDC
581
자료형태
학술저널
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수록면
96-96(1쪽)
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수전해 시스템의 전기 화학반응으로 생성된 차아염소산수는 최근 친환경 살균소독제 이용이 많아지고 있다.
수전해 시스템의 핵심부품으로 사용되는 치수안정성 전극은 Ti 기판에 Ir, Ru, Ta, Sn, W 등의 금속산화물 혼합코팅 공정을 통해 제조하고 있으며, 최근 Ir 등 귀금속 가격이 상승함에 따라 사용량을 최소로 하며, 내구성을 우수한 전극을 개발하는 연구가 진행 중이다. 본 연구에서는 수전해 시스템용 치수안정성 전극의 제조공정조건에 따른 내구성을 평가하기 위해 nano-embossing Ti표면 전처리 및 Ir, Ru 및 Ta의 다원계 금속산화물 코팅층의 조성비를 변수로 전극을 제조하였다. 치수안정성 전극은 일반적인 수전해 시스템 작동조건에서 내구성을 평가하면 장시간 소요되는 문제로 인해 20 A/cm<sup>2</sup>의 초고전류밀도를 인가하는 가속수명평가법을 사용하여 내구성을 평가하였다. 최초전압 기준 50% 이상 증가 시점을 failure time으로 규정하였다. 내구성 평가결과 Ir-Ta 계 조성 치수안정성 전극에서는 Ir 함량이 증가할수록 내구수명이 증가하는 경향을 나타내었고, Ru 계 치수안정성 전극에서는 Ir-Ta계 전극의 내구수명보다 매우 낮은 내구성을 가졌다. 장수명 DSE를 제조하기 위해 Ti 표면에 nano-embossing형상을 구현한 Ir-Ta계 치수안정성 전극의 failure time은 처리 전 전극 대비 약 2배 값을 나타내었고, 내구성이 크게 향상됨을 알 수 있었다. 수명평가가 끝난 샘플의 표면을 FE-SEM으로 분석하여 전극의 손상기구를 규명하고자 하였다. 전처리 전 Ir-Ta 계 전극의 표면을 분석한 결과 귀금속 산화물층이 없어진 Ti 표면형상이 나타났으나, nano-embossing전처리 후 Ir-Ta 계 전극의 경우 얇은 두께의 일부 귀금속 산화물층이 관찰되었다. 이는 nano-embossing 전처리로 인하여 금속산화물과 mechanical interlocking효과로 인하여 밀착력을 증가시켜 치수안정성 전극의 내구성을 크게 향상시킨 것으로 판단된다.
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