(57)【要約】      （修正有）【課題】炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板及びその製造方法を提供する。【解決手段】水素酸素発生用電極板は、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）と、炭素（Ｃ）と、酸化ニッケル（ＮｉＯ）と、脱炭酸ナトリウム化合物（ＮａＴａＯ３）と、触媒とを含むことを特徴とする。また、水素酸素発生用電極板の製造方法は、炭素ナノチューブと、炭素粉末と、酸化ニッケル粉末と、脱炭酸ナトリウム化合物粉末と、触媒を均一にミキシングして高分散度のミキシング混合物を形成する段階と、ミキシング混合物を金型に投入した後加圧してプレッシング成形物を成形する段階と、及びプレッシング成形物を真空焼成炉で焼成する段階とを含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を電気分解して水素及び酸素を発生するための水素酸素発生用電極板において、
炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）と、炭素（Ｃ）と、酸化ニッケル（ＮｉＯ）と、脱炭酸ナトリウム化合物（ＮａＴａＯ３）と、触媒とを含むことを特徴とする炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板。
【請求項２】
前記炭素１００重量部を基準とする時、前記炭素ナノチューブは２〜１５重量部であり、前記酸化ニッケルは８０〜３６０重量部であり、前記脱炭酸ナトリウム化合物は２０〜１３０重量部であり、前記触媒は１０〜２００重量部であることを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板。
【請求項３】
前記触媒は、
ランタン（Ｌａ）と、光ナノトルマリンと、白金（Ｐｔ）とからなる群中から選択されたいずれか１つ以上を含んで具現されたことを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板。
【請求項４】
水を電気分解して水素及び酸素を発生するための水素酸素発生用電極板の製造方法において、
炭素ナノチューブ粉末と、炭素粉末と、酸化ニッケル粉末と、脱炭酸ナトリウム化合物粉末と、触媒を均一にミキシングして高分散度のミキシング混合物を形成する段階Ｓ１と、
前記ミキシング混合物を金型に投入した後加圧してプレッシング成形物を成形する段階Ｓ２と、及び
前記プレッシング成形物を真空焼成炉で焼成する段階Ｓ３とを含むことを特徴とする炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板及びそれを製造するための製造方法。
【請求項５】
前記段階Ｓ２において前記プレッシング成形物は５００〜１５００ｔｏｎ/ｃｍ２の圧力で加圧することを特徴とする請求項４に記載の炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板の製造方法。
【請求項６】
前記段階Ｓ３において前記プレッシング成形物は６００〜２０００℃で２０〜４００分の範囲で焼成することを特徴とする請求項４に記載の炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板の製造方法。
【請求項７】
前記段階Ｓ３において塑性は酸素の流入が遮断された真空焼成炉で進行されることを特徴とする請求項６に記載の炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板の製造方法。
【請求項８】
前記触媒は、
ランタン（Ｌａ）と、粉末形態の光ナノトルマリンと、粉末形態の白金とからなる群中から選択されたいずれか１つ以上を含んで具現されたことを特徴とする請求項４に記載の炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板の製造方法。
【請求項９】
前記炭素１００重量部を基準とする時、前記炭素ナノチューブは２〜１５重量部であり、前記酸化ニッケルは８０〜３６０重量部であり、前記脱炭酸ナトリウム化合物は２０〜１３０重量部であり、前記触媒は１０〜２００重量であることを特徴とする請求項４に記載の炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水から水素酸素を効果的に発生させることができる炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板及びそれを製造するための製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素酸素発生装置は水が電気分解されて得られる生成物である水素及び酸素を生産するための装置であって、その内部には水を電気分解して無公害エネルギー源である水素酸素混合ガスを発生する電極板が設けられる。この際、電極板によって発生される水素と酸素は２:１のモル比で発生され、−電極板表面に水素が気泡形態に生成されて、＋電極板表面に酸素が気泡形態に生成される。この際、水を電気分解する電極板はステンレス鋼及び、ステンレス鋼の表面に白金がコーティングされた構造を有する。
【０００３】
このような電極板によって電気分解されて発生された水素と酸素は混合され混合ガス形態になって燃焼が可能となり、燃焼の際、汚染物質が生成しないので環境に優しいエネルギー源として新しく浮き彫りにされている。
【０００４】
しかし、前記のようにステンレス又は白金がコーティングされたステンレスからなる電極板の場合、印加される電気エネルギーに比べて生成される水素酸素の量が少なく、これによって発生される水素酸素にプロパンガスのような補助燃料を混合して燃焼させなければならなかった。したがって経済性が低かった。
【０００５】
さらに、電気分解が進行される間に電極板の表面が徐々に分解されて溶けるため、数百時間が経過すると電極板を交替しなければならない問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は前記のような問題点を解決するために創出されたものであって、投入される電気エネルギーに比べて発生される水素酸素の量を増やすことにより経済性を確保することができる炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板及びそれを製造するための製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の他の目的は、多様な形態に具現できて多様な規格の水素酸素発生装置に適用できる炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板及びその製造方法を提供するものである。
【０００８】
本発明の他の目的は、長い間電気分解が進行されても分解されないようにすることによって交替する必要性が排除できる炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板及びそれを製造するための製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記のような目的を達成するために、本発明による炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板は、水を電気分解して水素及び酸素を発生するための水素酸素発生用電極板において、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）と、炭素（Ｃ）と、酸化ニッケル（ＮｉＯ）と、脱炭酸ナトリウム化合物（ＮａＴａＯ３）と、触媒とを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明において、前記炭素１００重量部を基準とするとき、前記炭素なのチューブは２〜１５重量部であり、前記酸化ニッケルは８０〜３６０重量部であり、前記脱炭酸ナトリウム化合物は２０〜１３０重量部であり、前記触媒は１０〜２００重量部である。
【００１１】
本発明において、前記触媒は、ランタン（Ｌａ）と、光ナノトルマリンと、白金（Ｐｔ）からなる群中から選択されたいずれか１つを含めて具現される。
【００１２】
前記のような目的を達成するために、本発明による炭素なのチューブを用いた水素酸素発生用電極板の製造方法は、水を電気分解して水素及び酸素を発生するための水素酸素発生用電極板の製造方法において、炭素ナノチューブと、炭素粉末と、酸化ニッケル粉末と、脱炭酸ナトリウム化合物粉末と、触媒を均一にミキシングして高分散度のミキシング混合物を形成する段階Ｓ１と、前記ミキシング混合物を金型に投入した後、加圧してプレッシング成形物を成形する段階Ｓ２と、及び前記プレッシング成形物を真空焼成炉で焼成する段階Ｓ３とを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明において、前記段階Ｓ２において前記プレッシング成形物は５００〜１５００ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力で加圧する。
【００１４】
本発明において、前記段階Ｓ３において前記プレッシング成形物は６００〜２０００℃で２０〜４００分の範囲で焼成する。この際、前記段階Ｓ３において塑性は酸素の流入が遮断された真空焼成炉で進行される。
【００１５】
本発明において、前記触媒は、ランタン（Ｌａ）と、粉末形態の 光ナノトルマリンと、粉末形態の白金からなる群中から選択されたいずれか１つ以上を含んで具現される。
【００１６】
本発明において、前記炭素１００重量部を基準とする時、前記炭素ナノチューブは２〜１５重量部であり、前記酸化ニッケルは８０〜３６０重量部であって、前記脱炭酸ナトリウム化合物は２０〜１３０重量部であり、前記触媒は１０〜２００重量部である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板及びそれを製造するための製造方法によると、投入される電気エネルギーに比べ、発生される水素酸素の量が多くなるようにすることによってプロパンガスのような補助燃料を混合しなくても燃焼させることができるので、経済性を確保することができる。
【００１８】
さらに圧搾及び塑性過程を介して形態が規定されることができるので、使用しようとする用途及び容量によって多様な形態に具現することができるとの作用、効果がある。
【００１９】
また、本発明によって製造される電極板は、電気分解が進行される間に電極板の表面が分解されないことによって既存の電極板に比べて数千時間が過ぎても交替しなくても良い。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明による炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板及びそれを製造するための製造方法を詳細に説明する。
【００２１】
本発明による炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板は、水を電気分解して水素及び酸素を発生し、この際、投入される電気量に比べ発生される水素と酸素の発生量を増やすために次のような組成比を有する。
【００２２】
すなわち、水素酸素発生用電極板は、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）と、炭素（Ｃ）粉末と、酸化ニッケル（ＮｉＯ）粉末と、脱炭酸ナトリウム化合物（ＮａＴａＯ３）粉末と、電気分解を促進するための触媒とを含む。この際、触媒はランタン（Ｌａ）と、光ナノトルマリンと、白金（Ｐｔ）からなる群中から選択されたいずれか１つ以上を含んで具現され、粉末形態である方が望ましい。
【００２３】
前記の組成物の組成比を炭素粉末１００重量部を基準として説明すると次の通りである。
【００２４】
炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）の組成比は、炭素１００重量部を基準とする時、２〜１５重量部、望ましくは３〜１０重量部である。仮りに炭素ナノチューブの組成比が０．５重量部の以下である場合、伝導性が相対的に低い炭素によって製造される電極板表面の伝導度が減少され、６０重量部の以上の場合、自体的に混合性が劣る炭素ナノチューブの分散効果が期待できないし、製造される電極板の密度及び強度が弱くなる。
【００２５】
さらに炭素ナノチューブは他の組成物粉末との分散力向上のために０．００５〜１０μｍの大きさの粒度を有することが適切であって、望ましくは２０〜１００ｎｍの大きさが適切である。このように、本発明において用いられる炭素ナノチューブには、単一壁、多重壁、炭素ナノ繊維中、少なくとも１つを含んで選択される。
【００２６】
炭素ナノチューブは、一つの炭素が異なる炭素原子と六角形蜂巣状に結合されてチューブ形態をなしている物質であって、異方性が非常に大きく、単一壁、多重壁、束などの多様な構造を有し、チューブの直径がナノミリメータ（ｎｍ＝１０億分の１ｍ）の水準であってきわめて小さな領域の物質である。炭素ナノチューブは活性炭素や黒鉛、ダイアモンドのような他の炭素系物質とは違って、電気伝導性が非常に優秀で電界放出の特性が養護した特徴を有している。このような特徴は、構造によって炭素の電子構造が異なるためであるが、すなわち電気伝導性が優秀な黒鉛中の炭素はｓｐ２の結合構造を有していて、絶縁体であるダイアモンドはｓｐ３の結合構造を有しているためである。炭素ナノチューブはバルクに比べて１０００倍以上の高い表面積を有する多孔質状態をなすので、電気化学籍装置に適用するにおいて酸化還元反応のための表面積が極大化されて総反応量を大きく上昇させる。
【００２７】
炭素（Ｃ）は炭素ナノチューブを他の組成物と結合させるための結合体に用いられる。すなわち、炭素は、その自体で結合性が非常に小さな炭素ナノチューブを他の組成物粉末と結合させるための目的に用いられるものである。この際、炭素の立径は０．５〜２００μｍの範囲である方が望ましい。
【００２８】
酸化ニッケル（ＮｉＯ）は、塑性過程を経て電極板を製造する際、鎔融されて他の組成物と融合することによって電極板の強度を大きくする。このような酸化ニッケルの組成比は、炭素１００重量部を基準とする時、８０〜３６０重量部、望ましくは１２０〜２４０重量部である。仮りに、酸化ニッケルが８０重量部の以下である場合には製造される電極板の強度が充分でないので砕けやすいし、３６０重量部の以上である場合には水素発生効率が劣って効果的でないためである。
【００２９】
脱炭酸ナトリウム化合物は、製造される電極板において水素の発生量を大きくするためのものである。脱炭酸ナトリウム化合物の組成比は、炭素１００重量部を基準とする時、２０〜１３０重量部、望ましくは３３〜１００重量部である。仮りに脱炭酸ナトリウム化合物が２０重量部の以下である場合、電極板で水素の発生量が小さくなり、１３０重量部の以上である場合、電極板の強度が弱くなるためである。
【００３０】
触媒は炭素１００重量部を基準とした時、１０〜２００重量部である。
【００３１】
触媒として光ナノトルマリンとランタンと白金とを全て含む際、それぞれの組成比は次の通りである。
【００３２】
すなわち光ナノトルマリン組成比は、炭素１００重量部を基準とする時、１０〜７５重量部、望ましくは１６〜５０重量部である。
【００３３】
光ナノトルマリン、トルマリンを数マイクロから数ナノミリメータ単位の粉末に粉砕した後、約１３００℃の温度で塑性することによって具現される。トルマリンは水晶のような結晶構造を有する六房晶系に属する鉱物であって、摩擦によって電気が生じ、また陰イオンを多量発生し、また電気分解をさらに促進させて水素及び酸素が多く生成されるようにする。このようなトルマリンは粉末に粉砕された後塑性されることによって、水との接触面積を広めることができる数多くの微細気孔が形成された光触媒に具現されて、水の電気分解をさらに促進させることができるものである。
【００３４】
ランタンは製造される電極板が水をより効果的に電気分解し水素の発生量を高めるためである。このようなランタンの組成比は、炭素１００重量部を基準とする時、５〜１００重量部、望ましくは１５〜６０重量部である。
【００３５】
白金は製造される電極板が水をより効果的に分解することができるようにする。このような白金の組成比は、炭素１００重量部を基準とする時、３〜２０重量部、望ましくは５〜１５重量部である。
【００３６】
次に、本発明の水素酸素発生用電極板の製造方法を説明する。
【００３７】
炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板を製造するために、先ず炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）と、粉末形態の炭素（Ｃ）と、粉末形態の酸化ニッケル（ＮｉＯ）と、粉末形態の脱炭酸ナトリウム化合物（ＮａＴａＯ３）と、電気分解を促進するための触媒を均一に高分散度にミキシングしてミキシング混合物を形成する段階Ｓ１を遂行する。この際、前記触媒は、ランタン（Ｌａ）と、粉末形態の光ナノトルマリンと、粉末形態の白金（Ｐｔ）とからなる群中から選択されたいずれか１つ以上を含んで具現される。前記組成物らは均一に高分散度に分散されなければならないし、これのために公知の超臨界流体方法や逆マイセル方法を用いる。
【００３８】
次に、ミキシング混合物を金型に投入した後、５００〜１５００ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力でプレッシングしてプレッシング成形物を形成する段階Ｓ２を遂行する。プレッシング段階を介して、粉末形態の前記プレッシング成形物は硬い固体形態に具現される。
【００３９】
この際、金型には特定形態の成形溝を適用することによって、多様な形態の電極板を具現することができる。例えば、複雑な幾何学的形態、端部で突出されたり没入される多数個の溝が形成された形態などを具現することができるものである。
【００４０】
次に、プレッシング成形物を真空焼成炉で６００〜２０００℃で２０〜４００分の範囲で焼成する段階Ｓ３を遂行する。この際、プレッシング成形物を成形するにおいて、酸素の流入を徹底的に遮断するために焼成炉は必ず真空焼成炉を使用しなければならない。仮りに酸素が流入されると、塑性過程において酸化が起き製造される電極板の水素及び酸素の生成効率を落とす。
【００４１】
このような塑性段階を介し、酸化ニッケルは鎔融されて炭素、炭素ナノチューブ及び触媒らを硬い構成体に結合させる。
【００４２】
以下、本発明を実施例を介してさらに具体的に説明する。これら実施例は只本発明を例示するためのものであって、本発明の保護範囲がこれら実施例によって制限されるものではない。
【実施例】
【００４３】
先ず、炭素ナノチューブ、炭素粉末、酸化ニッケル粉末、脱炭酸ナトリウム化合物粉末、光ナノトルマリン粉末、ランタン、白金粉末をミキサーを用いてミキシングすることによってミキシング混合物を形成する。この際、前記ミキシング混合物を形成するために炭素が３０ｇ、炭素ナノチューブ２ｇ、酸化ニッケル６０ｇ、脱炭酸ナトリウム化合物２０ｇ、光ナノトルマリン１０ｇ、ランタン１５ｇ、白金３ｇを混合した後、高分散度にミキシングしてミキシング混合物を作る。以後、ミキシング混合物を板材形態の溝が形成された金型に投入した後、１０００ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力でプレッシングしてプレッシング成形物を形成する。そして、プレッシング成形物を真空焼成炉において１７００℃で４００分間塑性することによって、電極板を完成する。
【００４４】
前記実施例によって製造された電極板の表面にはｎｍ単位の多孔が形成されていて、また微細な山と谷が形成された構造になっている。すなわち、電極板にはｎｍ単位の山と谷が高密度に形成されていて水との接触表面積が大きくなる。例えば、水が谷部分で酸化されて酸素を作る時、同時に水素イオンが生じ、水素イオンは山の頂上部分に集まった後触媒が水素イオンを還元する反応を促進して大量の水素酸素混合ガスを作るようになる。
【比較例】
【００４５】
通例的に水を電気分解する電極板としてステンレス鋼からなる電極板を供え、相互比較したデータを記載した。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
前記表で比較された通り、本発明の実施例によって製造された電極板は比較例で使われた電極板に比べ多くの投入エネルギーに比べて非常に多くの水素及び酸素を発生することが分かる。
【００４８】
本発明は図面に示された一実施例を参考に説明されたが、これは例示的なことに過ぎなし、本技術分野における通常の知識を有する者なら本発明から多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点を理解するはずである。