공기양극 공기확산전극

미트에서 생산하는 공기양극은 다음과 같이 분류하여 생산하고 있습니다.

촉매의 종류와 다공성 PTFE film의 접착여부에 따라 분류를 하고 있습니다. 

현재 공급하고 있는 공기 양극의 크기는20 x 20,  20 × 40 ㎠입니다. 원하는 크기로 절단하여 사용하실수 있습니다.  

 

 

ADE52B1  Ni foam/카본혼합물 이산화망간 (MnO2) 를 함유한 것  

ADE52F 다공성 PTFE film/Ni foam/카본혼합물 이산화망간 (MnO2) 를 함유한 것   ?

 

ADE72B  Ni foam/?카본 혼합물 ?산화코발트(Co3O4)를 함유한 것

ADE72F  다공성 PTFE film?/Ni foam/산화코발트 (Co3O4)를 함유한 것?

 


Fig.1  Air diffusion electrodes produced by MEET.

Sizes of ADE 20 x40 ㎠, thickness 0.5~ 0.75㎜, B type (left) and F type (right).? 

 

표1 생산되고 있는 공기 양극 사양. (규격은 약간의 변화가 있습니다.)

 

그림 2. 공기와 접촉하는 면에 니켈 폼만을 사용한 것(B)와 다공성 테플론 필름을 접착하여 누수를 더 방지한 것(F) 두 가지의 비교  


그림3. B형과 F형의 접착 방식의 차이


B 형은 납땜과 접착이 용이하다. 도전성이 높은 니켈폼 면에 접촉하여 전기 단자를 연결할 수 있다. 제작이 편리하다는 장점이 있다. 강알칼리 용액을 사용하는 경우 누설의 염려가 있다. 

F 형은 누설의 가능성을 줄인 형태이며 보다 견고하다. 납땜이나 접착이 용이하지 않다. 납땜을 하기 위해서는 접착할 부위를 연마하여 테플론 필름을 제거하여야한다. 또는 리벳팅이나 크림핑과 같은 기계적인 방법으로써 단자를 연결하여야한다. 스택형으로 제작하여 전극을 인접 상대 전극에 접촉하고자 하는 경우는 접촉부위를 연마하여 표면 도전성을 갖도록 해 주어야한다. 
 

공기 양극의 특성 측정방법

공기 양극의 표면에서의 과전압을 측정하기 위해 전해액의 저항으로 인한 전압의 기여분을 제거하기 위해 일반적으로 Luggin probe와 수은전극 Hg/HgO 전극을 사용하여 측정한다. 그런데 취급이나 관리가 쉽지 않고 내부에 넣은 알칼리 전해액이 오염될 가능성이 있다. 보다 편리한 방법으로서 Psudo reference electrode (PRE)라고 하는 전극을 사용하여 측정한다. 이 PRE 는 전해액의 상황이 변하더라도 계속 사용할 수 있으며 취급도 간편하다. 전극들간의 우열의 비교에 적합하다. PRE 에 사용하는 금속선을 백금이나 니켈을 사용하는데, 알칼리 용액에서는 니켈선이 더 저렴하고 안정적인 값을 읽을 수 있게 해준다. 백금선은 내부의 생성물질들이나 수소가스등에 따라 민감하게 작용하여 불안정한 값을 주는 경향이 있다. 전극유효면적 7x7 cm2  49cm2 이며 균질한 전해액을 유지하기 위해 자석을 사용한 교반을 해 준다. 전극은 9x12 cm2 의 크기로 절단한 다음 PVC 창에 접착을 하고 7x7 cm2 ?의 창을 갖는스텐레스 창틀을 사용하여 눌러준다. 아연판을 음극으로 사용하고, 전자로드를 사용하여 전류를 인가하면서 PRE와 공기전극간의 전압을 측정한다. 

 

그림 4. 공기양극 특성 측정을 위한 셀

 

다음은 네가지 종류의 공기양극의 과전압 시험을 한 그래프이다. 시험 전에 50mA/cm2 (2.45A)에서 한 시간 방전을 한 후 특성을 측정하였다. 왜냐하면 처음 사용하는 공기양극의 소수성이 높기 때문에 전해액에 적셔지는 시간이 필요하기 때문이다. 용융주조후 롤링을 하여 만든 아연판 음극의 경우 아래 그림과 같이 100mA/cm2 (4.9A)가 얻을 수 있는 최대치이다. 더 높은 전류에서 측정하기 위해서는 보다 활성이 강한 아연 음극을 사용하면된다. 아연 분말을 압착한 것, 다공성 아연 판, 전착 물, 합금 등이다. ?

 

그림 5. 공기양극의 과전압 측정 시험 결과

 

싱글셀 시험

공기 양극과 음극의 특성을 확인하기 위한 간단한 싱글셀 시험이다. 다루기 편하고 이상적인 프레임을 사용하여 일정조건에서 시험을 하면, 그 전극들의 특성을 확인할 수 있다. ?미트에서 제작한 워터리(wattery)라고 하는 셀은 적합한 구조를 갖고 있다. 양극이 접착된 양극 어셈블리와 약 2mm 간격으로 평행하게 배열되는 음극, 그리고 전해액 용기로 구성되어 있다. 먼저 전해액 용기에 전해액을 약 50% 높이로 채우고, 그 안에 자석 회전자를 넣고, 양극 어셈블리에 음극을 넣어 음극 단자를 위의 슬롯으로 빼낸 상태에서 전해액 용기에 집어 넣으면 전지가 만들어진다. 전극은 20도 기울어져 있기 때문에 반응 생성물이 뒷 공간으로 이동하게 되어 교반을 해주면, 오랜 시간 전극을 사용할 수 있다. 아연판의 표면 부도체화 (passivation)을 방지하고 온도와 농도가 균질하게 유지되도록 한다. 위 네가지 공기 양극을 접착한 후 동일한 아연 판 음극을 사용한 시험 셀의 I-V 시험 결과가 그림 7에 보이고 있다.  

 

 

그림 6. 전극들의 특성을 보기 위한 시험용 싱글셀 워터리의 구조.

 

 

그림 7. 아연판 음극과 여러 공기 양극을 각각 사용하여 제작한 시험용 셀의 특성 측정결과

 

 


 

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