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산성조건에서도 부식하지 않는 비금속 전극 ~저 비용으로, 실용 레벨의 전극 성능을 실현~

2018/06/20

쓰쿠바대학 수리물질계 이토 요시카즈(伊藤 良一) 준교수는, 동 대학원 수리물질연구과 후 카이롱(胡 凱龍, 박사후기과정 2년생), 오사카대학대학원 기초공학연구과 오토 타츠히코(大戸 達彦)조교 등과 협력하여, 물의 전기분해에 대해 산성조건에서도 부식하지 않는 비금속 전극을 개발했습니다.

기존에 사용되었던 백금전극은, 비용 및 희소성 때문에 대체품 개발이 과제였습니다. 하지만, 비금속은 비용이나 잠재적인 전극 성능에는 우수하지만, 산성조건에서는 바로 부식되는 문제가 있어, 부식 방지와 전극 성능을 양립시키는 것이 어려운 과제였었습니다.

본 연구 그룹은, 니켈모리부덴 비금속 다공질 합금의 표면을, 탄소 원자 3~5층의 상당히 얇은 그라펜막으로 덥힌것에 의해, 산성조건에서도 부식으로부터 보호하고, 동시에 전극 성능을 유지 가능한 것이 밝혀졌습니다. 이 비금속 전극은, 물의 전기분해에서 실용화에 필요한 성능치인 단위 면적당 0.2A의 전류치를 1주간 유지하는 것으로 세계에서 처음으로 성공했습니다.


図 그라펜막으로 덥힌 니켈모리브덴 나노단자/ 다공질 그라펜 전극의 전자현미경상
(a) 그라펜막으로 덥힌 니켈모리브덴 나노단자/ 다공질 그라펜 전극의 전체도
(b) 그라펜막으로 덥힌 니켈모리브덴 나노단자/ 다공질 그라펜 전극의 표면을 확대하고, 1층의 그라펜막으로 덥힌 니켈모리브덴 나노단자가 다공질 그라펜 위에 붙어있는 모습

게재논문

【제 목】 Graphene Layer Encapsulation of Non-Noble Metal Nanoparticles as Acid-Stable Hydrogen Evolution Catalysts(그라펜으로 덥혀져 산성중에서도 안정적인 비금속 나노단자에의한 수소발생 촉매의 개발)
【저자명】 Kailong Hu, Tatsuhiko Ohto, Linghan Chen, Jiuhui Han, Mitsuru Wakisaka, Yuki Nagata, Jun-ichi Fujita, Yoshikazu Ito
【게재지】 ACS Energy Letters (DOI: 10.1021/acsenergylett.8b00739)

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