KR20150071779A - porous catalyst electrodes and their manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다공질 촉매전극에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 그래핀이 표면에 전사된 다공질 섬유체 위에 다시 탄소나노튜브 또는 나노활성탄소 등의 탄소 소재를 코팅함으로써, 다공질 섬유체와 그래핀과 탄소층으로 구성된 3층 구조의 유연 성의 복합 다공질 촉매 전극을 형성시키는 다공질 촉매전극 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a porous catalyst electrode, and more particularly, to a porous catalyst electrode by coating a carbon material such as a carbon nanotube or a nano-activated carbon on a porous fibrous substance, Layer porous porous catalyst electrode and a method for producing the composite porous porous catalyst electrode.
최근 염료감응 태양전지, 연료전지와 같이 전기화학적 원리를 이용한 소자들이 다양하게 개발되고 있다. 이러한 소자들에 사용되는 촉매 전극들은 반응성의 극대화를 위해 높은 표면적을 지니도록 다공질의 구조를 지니고 있는 경우가 많다. Recently, various devices using electrochemical principles such as dye-sensitized solar cell and fuel cell have been developed. The catalyst electrodes used in these devices often have a porous structure to have a high surface area for maximizing the reactivity.
예를 들면 촉매전극인 염료감응 태양전지의 상대전극의 경우 표면적과 반응성을 극대화하기 위하여 나노크기의 입자 또는 섬유로 구성될 필요가 있다. 종래의 백금 상대전극은 나노입자의 크기로 투명 산화물 전도체 전극 막 위에 분포하고 있을 때 효율이 높은 것이 잘 알려져 있다. 최근 고가의 백금을 대체하기 위하여 탄소나노튜브나 그래핀과 같은 탄소계 촉매가 개발되고 있다. 이들 탄소계 촉매는 백금과 같은 성능의 촉매작용을 일으키기 위해서는 전극으로 만들 때 표면적이 매우 높은 다공질의 형상으로 충분한 두께를 지니도록 제작되어야 한다. 이러한 염료감응 태양전지의 상대전극용 촉매는 대부분 전도성 유리기판 위에 코팅되어 사용되어 지고, 유리기판 외에 금속기판 또는 플라스틱 기판 위에 제조되기도 한다. 염료감응 태양전지는 이러한 상대전극과 염료와 산화티타늄으로 구성된 작업전극과 전해질로 구성된다. 여기서 상대전극과 작업전극은 서로 마주보며 10~100 ㎛의 간격을 두고 배치되며 이 두 전극 사이의 간격은 전해질로 채워지는 것이 일반적이다. 그러나 양 전극을 유연성이 있는 플라스틱기판을 이용하여 제작하거나, 기판을 사용하지 않고 중앙 일체형으로 제작하여 유연 염료감응 태양전지를 제작할 경우, 내부를 단순히 전해질로만 채울 경우 굽힘이 발생 시, 상대전극과 작업전극이 접촉하게 되어 전기적 단락 현상을 일으킴으로 태양전지가 파괴되는 현상이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위해서는 전해질을 절연성이 있는 다공질의 물질에 채워서 상대전극과 작업전극 사이에 끼우는 준고체 전해질이 사용되고 있다. For example, in the case of a counter electrode of a dye-sensitized solar cell which is a catalyst electrode, it is necessary to be composed of nano-sized particles or fibers in order to maximize the surface area and reactivity. It is well known that a conventional platinum counter electrode has high efficiency when it is distributed on a transparent oxide conductor electrode film in the size of nanoparticles. In recent years, carbon-based catalysts such as carbon nanotubes and graphene have been developed to replace expensive platinum. These carbon-based catalysts should be made to have a sufficient thickness in the form of a very high-surface-area porous porous body, in order to produce a platinum-like catalytic function. Most of the catalysts for the counter electrode of the dye-sensitized solar cell are coated on the conductive glass substrate and used on a metal substrate or a plastic substrate in addition to the glass substrate. The dye-sensitized solar cell is composed of a working electrode composed of such a counter electrode, a dye and titanium oxide, and an electrolyte. Here, the counter electrode and the working electrode are disposed facing each other with a gap of 10 to 100 μm, and the gap between the two electrodes is generally filled with an electrolyte. However, when fabricating the flexible dye-sensitized solar cell by fabricating both electrodes by using a flexible plastic substrate or by using a substrate without using a substrate, when the inside is simply filled with an electrolyte, when the bending occurs, The electrodes are brought into contact with each other, causing an electric short-circuit phenomenon, resulting in the destruction of the solar cell. To prevent this, a quasi-solid electrolyte is used in which an electrolyte is filled in an insulating porous material and sandwiched between the counter electrode and the working electrode.
이상과 같이 유리기판 염료감응 태양전지와 유연 염료감응 태양전지 모두에서 상대전극 촉매 전극과 전해질은 각기 별개로 제작되어 조립을 통하여 소자가 제작된다. 이러한 방법으로 제조하게 되면 조립과정에서 정밀한 간격조절이 필요하고, 공정이 복잡하여져서, 생산성이 나쁘고, 불량률이 높아지고 공정비용을 낮추는 것에 한계가 있다. 또한 연하고, 내구성이 우수하며 가격이 저렴한 그래핀이나 탄소나노튜브와 같은 탄소계 전극을 사용할 경우, 이들을 전도성 기판에 부착하는 과정에서 절연성 접착제를 사용할 수밖에 없어 상대전극의 전도성 하락과 촉매 비표면적을 감소시켜 촉매특성이 불량하게 되기도 한다. 이러한 유연성을 가지는 염료감응형 태양전지는 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 제10-2005-0064566호(공개일자 2005년06월29일)에 "구부림이 가능한 태양전지 및 그 제조방법"이 소개되어 있다. 상기 종래기술은 구부림이 가능한 제 1 전도성 기판; 상기 제 1 전도성 기판 상에 형성된 나노입자 산화물층을 포함하는 반도체 전극; 구부림이 가능한 제 2 전도성 기판; 상기 제 2 전도성 기판 형성한 금속층을 포함하는 대향전극; 상기 반도체 전극과 상기 대향 전극 사이에 개재된 전해질 용액; 및 상기 반도체 전극과 상기 대향 전극을 서로 대향하도록 하고 상기 전해질 용액이 누출되지 않도록 하는 상기 반도체 전극과 상기 대향전극의 외곽을 둘러싸는 투명 필름을 포함하는 구부림 가능한 태양전지로 구성된다. As described above, in both the glass substrate dye-sensitized solar cell and the flexible dye-sensitized solar cell, the counter electrode and the electrolyte are separately manufactured and fabricated through assembly. If such a method is manufactured, a precise interval adjustment is required in the assembling process, the process becomes complicated, the productivity is bad, the defect rate increases, and the process cost is limited. When carbon-based electrodes such as graphene or carbon nanotubes are used which are soft and durable and have a low cost, it is necessary to use an insulating adhesive in the process of attaching the carbon-based electrodes to the conductive substrate. Therefore, the conductivity drop of the counter electrode and the catalyst specific surface area Resulting in poor catalyst properties. A dye-sensitized solar cell having such flexibility is disclosed in Korean Patent Application Publication No. 10-2005-0064566 (published Jun. 29, 2005), entitled "Flexible solar cell and its manufacturing method" . The prior art includes a first conductive substrate which is bendable; A semiconductor electrode including a nanoparticle oxide layer formed on the first conductive substrate; A bendable second conductive substrate; An opposite electrode comprising a metal layer formed by the second conductive substrate; An electrolyte solution interposed between the semiconductor electrode and the counter electrode; And a bendable solar cell including a semiconductor film and a transparent film surrounding the semiconductor electrode and the counter electrode so that the semiconductor electrode and the counter electrode are opposed to each other and the electrolyte solution is not leaked.
상기 종래기술은 일반적인 태양전지에서 단지 제1전도성 기판과 제2전도성 기판을 구부림이 가능한 것으로 사용하는 것에만 특징이 있으므로, 제1전도성 기판과 제2전도성 기판을 따로 형성시키고, 여기에 개별적으로 반도체 전극 및 대향전극을 별도로 형성시켜야 하며, 전해질은 반도체 전극과 대향전극 사이에 별도로 위치시켜 외부에서 밀폐시켜야 하는 등의 번거로움이 있다. Since the above-described prior art is characterized by using only the first conductive substrate and the second conductive substrate as bendable in a general solar cell, the first conductive substrate and the second conductive substrate are separately formed, The electrode and the counter electrode must be formed separately, and the electrolyte must be separately positioned between the semiconductor electrode and the counter electrode so that the electrolyte must be sealed from the outside.
다른 종래기술로는 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 제10-2013-0092727호(공개일자 2013년 08월 21일)에 "섬유를 이용한 염료 감응형 유연 태양전지"가 소개되어 있다. 상기 종래기술은 나노섬유로 형성된 섬유층과; 상기 섬유층의 일측면에 형성되는 전도성 전극층과; 상기 전도성 전극층상에 형성되는 광전극층과; 상기 섬유층의 타측면에 형성되는 상대전극층과; 상기 섬유층과, 상기 전도성 전극층과, 상기 상대전극층과, 상기 광전극층을 내부에 포함하여 외부로부터 밀봉 시키는 실링부재; 그리고, 상기 섬유층에 함침된 전해질;을 포함하여 구성되는 섬유를 이용한 염료 감응형 유연 태양전지로 구성됩니다. 상기 종래기술은 섬유층의 타측면에 별도로 상대전극층을 따로 형성시켜야 하며 촉매층이 존재하지 않는다는 등의 문제점이 존재한다.Another conventional technique is disclosed in Korean Patent Application Publication No. 10-2013-0092727 (published on August 21, 2013), "dye-sensitized flexible solar cell using fiber ". The prior art includes a fiber layer formed of nanofibers; A conductive electrode layer formed on one side of the fibrous layer; A photoelectrode layer formed on the conductive electrode layer; A counter electrode layer formed on the other side of the fibrous layer; A sealing member for enclosing the fiber layer, the conductive electrode layer, the counter electrode layer, and the optical electrode layer inside from the outside; And a dye-sensitized flexible solar cell using fibers comprising the electrolyte impregnated in the fiber layer. There is a problem that the counter electrode layer must be separately formed on the other side of the fiber layer and the catalyst layer is not present.
따라서 유연성을 부여하기 위해서는, 기존에서와 같이 전해질과 상대전극을 따로 만들어 결합하는 방식보다, 이들을 결합하여 다공질 절연체와 상대전극이 결합된 새로운 형태의 다공질촉매 전극의 개발이 필요하고, 특히 이 목적을 위하여 고가의 백금이 아닌 유연하고, 내구성이 뛰어나며 가격이 저렴한 탄소계 전극이 필요한 실정이다. Therefore, in order to impart flexibility, it is necessary to develop a novel type porous catalytic electrode in which a porous insulator and a counter electrode are combined with each other by combining the electrolyte and the counter electrode separately as in the conventional method. Particularly, A carbon-based electrode that is flexible, durable, and inexpensive is required instead of expensive platinum.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그래핀이 표면에 전사된 다공질 섬유체 위에 다시 탄소나노튜브 또는 나노활성탄소 등의 탄소소재를 코팅함으로써, 다공질 섬유체와 그래핀과 탄소층으로 구성된 3층 구조의 유연 성의 복합 다공질 촉매 전극을 형성시키는 다공질 촉매전극 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior arts, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a porous fiber- Porous composite catalyst electrode having a three-layer structure composed of graphene and a carbon layer, and a method for producing the porous catalyst electrode.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 금속 기판 위에 그래핀을 증착시키는 제1단계와; 상기 제1단계를 거친 금속기판의 하면에 다공질 섬유체를 접촉시키고, 이를 가온 가압상태에서 롤러를 이용하여 그래핀이 증착된 금속기판과 다공질 섬유체를 결합시켜 결합체를 형성시키는 제2단계와; 상기 제2단계를 거친 결합체를 용매에 침지시켜 상기 금속기판만을 선택적으로 제거하여 다공질 섬유체 위에 그래핀만이 남도록 처리하는 제3단계와; 상기 제3단계를 거친 후 상기 그래핀의 상면에 탄소소재를 코팅시키는 제4단계;를 포함하여 구성되는 다공질 촉매전극 제조방법을 기술적 요지로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a first step of depositing graphene on a metal substrate; A second step of bringing the porous fibrous body into contact with the lower surface of the metal substrate having undergone the first step and bonding the porous fibrous body with the metal substrate on which the graphene is deposited by using a roller in a heated state, A third step of immersing the bonded body having been subjected to the second step in a solvent to selectively remove only the metal substrate to remove only graphene on the porous fibrous body; And a fourth step of coating the carbon material on the upper surface of the graphene after the third step. The present invention also provides a method for manufacturing a porous catalyst electrode.
그리고 본 발명은, 금속기판 위에 그래핀을 증착시키고, 금속기판의 하면에 다공질 섬유체를 접촉시켜 가온 가압상태에서 롤러를 이용하여 그래핀이 증착된 금속기판과 다공질 섬유체를 결합시켜 결합체를 형성시키고, 상기 결합체를 용매에 침지시켜 상기 금속기판만을 선택적으로 제거하여 다공질 섬유체 상면에 형성된 그래핀층과; 상기 그래핀층의 상면에 형성된 탄소소재층;을 포함하여 구성되는 다공질 촉매전극을 또한 기술적 요지로 한다.According to the present invention, graphenes are deposited on a metal substrate, a porous fibrous body is brought into contact with a lower surface of the metal substrate, and a metal substrate on which graphene is deposited is joined to a porous fibrous body A graphene layer formed on the upper surface of the porous fibrous body by selectively removing only the metal substrate by immersing the joined body in a solvent; And a carbon material layer formed on the upper surface of the graphene layer.
상기 제1단계는 열화학 증착법에 의해 그래핀이 증착됨이 바람직하다. In the first step, graphene is preferably deposited by thermochemical deposition.
상기 제2단계에서, 상기 가온은 400℃ 내지 600℃의 온도에서 이루어짐이 바람직하다.In the second step, the heating is preferably performed at a temperature of 400 ° C to 600 ° C.
상기 금속기판은 구리기판임이 바람직하다.The metal substrate is preferably a copper substrate.
상기 제3단계의 용매는 염화제이철(FeCl3)이 녹아 있는 용매임이 바람직하다.The solvent in the third step is preferably a solution in which ferric chloride (FeCl 3 ) is dissolved.
이에 따라, 그래핀 촉매를 다공질의 섬유체에 결합하고, 그 위에 전기전도성을 지닌 탄소나노튜브 또는 활성탄소 등의 탄소소재로 구성된 전도체층을 추가하여, 전해질 담지가 가능한 절연성 다공질 구조체와 촉매 그리고 전기전도층의 3층의 기능성 물질을 종이와 같은 형태의 한 장의 구조체로 구성함으로써, 촉매특성을 유지하면서도 우수한 유연성과 반복굽힘에도 견디는 내구성과 촉매의 기능성과 전기화학적인 원리에 의해 발생되는 전기를 포집하고 전달하는 전기전도성을 동시에 지닌 특성을 가지고 있어, 유연 염료감응 태양전지의 전해질-상대전극-전자전달전극의 3 구성물을 하나로 합친 촉매전극 또는 전기화학적 촉매와 전해질을 동시에 지닌 전기화학 소자 및 장치의 전극으로 사용가능하다는 이점이 있다. Thereby, a graphene catalyst is bonded to a porous fibrous body, and a conductor layer composed of a carbon material such as carbon nanotubes or activated carbon having electrical conductivity is further added thereon to form an insulating porous structure capable of supporting an electrolyte, By constituting the three-layer functional material of the conductive layer with a sheet-like structure, it is possible to collect electricity generated by the electrochemical principle and the functionality of the catalyst, durability to withstand flexibility, repeated bending, The electrochemical device and the electrochemical device having the electrochemical catalyst and the electrolyte at the same time have the characteristics of having the same electrical conductivity as the electrochemical catalyst, It has an advantage that it can be used as an electrode.
상기의 구성에 의한 본 발명은, 그래핀 촉매를 다공질의 섬유체에 결합하고, 그 위에 전기전도성을 지닌 탄소나노튜브 또는 활성탄소 등의 탄소소재로 구성된 전도체층을 추가하여, 전해질 담지가 가능한 절연성 다공질 구조체와 촉매 그리고 전기전도층의 3층의 기능성 물질을 종이와 같은 형태의 한 장의 구조체로 구성함으로써, 촉매특성을 유지하면서도 우수한 유연성과 반복굽힘에도 견디는 내구성과 촉매의 기능성과 전기화학적인 원리에 의해 발생되는 전기를 포집하고 전달하는 전기전도성을 동시에 지닌 특성을 가지고 있어, 유연 염료감응 태양전지의 전해질-상대전극-전자전달전극의 3 구성물을 하나로 합친 촉매전극 또는 전기화학적 촉매와 전해질을 동시에 지닌 전기화학 소자 및 장치의 전극으로 사용가능하다는 효과가 있다.The present invention according to the above-mentioned constitution is characterized in that a graphene catalyst is bonded to a porous fibrous body, and a conductor layer composed of a carbon material such as carbon nanotubes or activated carbon having electric conductivity is added thereto, The porous structure, the catalyst, and the electrically conductive layer, the three-layer functional material, are made of a single piece of paper-like structure. By maintaining the catalytic properties, they have excellent flexibility, durability to withstand repeated bending, And the electroconductivity of collecting and delivering the electricity generated by the dye-sensitized solar cell, so that the three components of the electrolyte-counter electrode and the electron-transporting electrode of the dye-sensitized solar cell can be combined into one catalyst electrode or an electrochemical catalyst and electrolyte There is an effect that it can be used as an electrode of an electrochemical device and a device.
도 1은 본 발명에 따른 유리섬유 또는 나노티타니아섬유로 만들어진 다공질 섬유체와 그 위에 형성된 그래핀층과 다시 그 위에 코팅된 탄소나노튜브 또는 나노활성탄소층 또는 양자의 혼합물로 구성된 탄소소재층의 3층 구조를 지닌 복합 다공질 촉매 전극을 보여주는 도이고,
도 2는 본 발명에 따른 구리포일에 형성된 그래핀을 다공질 세라믹 섬유체에 전사시키고, 구리를 식각하는 공정을 나타낸 도이고,
도 3은 본 발명에 따른 다공질세라믹섬유체와 그래핀층과 탄소소재층이 결합한 3층구조의 실제 예를 보여주는 도이고,
도 4는 본 발명에 따른 다공질 촉매전극를 적용한 염료감응 태양전지의 구조를 보여주는 도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view of a three-layer structure of a carbon fiber layer made of glass fiber or nano-titania fiber according to the present invention, a graphene layer formed thereon, and a carbon material layer composed of a carbon nanotube or nano- Structure of the present invention. Fig.
2 is a view showing a step of transferring graphene formed on a copper foil according to the present invention to a porous ceramic fiber body to etch copper,
3 is a view showing an actual example of a three-layer structure in which a porous ceramic fiber body according to the present invention, a graphene layer, and a carbon material layer are combined,
4 is a view showing the structure of a dye-sensitized solar cell to which a porous catalyst electrode according to the present invention is applied.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 유리섬유 또는 나노티타니아섬유로 만들어진 다공질 섬유체와 그 위에 형성된 그래핀층과 다시 그 위에 코팅된 탄소나노튜브 또는 나노활성탄소층 또는 양자의 혼합물로 구성된 탄소소재층의 3층 구조를 지닌 복합 다공질 촉매 전극을 보여주는 도이고, 도 2는 본 발명에 따른 구리포일에 형성된 그래핀을 다공질 세라믹 섬유체에 전사시키고, 구리를 식각하는 공정을 나타낸 도이고, FIG. 1 is a cross-sectional view of a three-layer structure of a carbon fiber layer made of glass fiber or nano-titania fiber according to the present invention, a graphene layer formed thereon, and a carbon material layer composed of a carbon nanotube or nano- FIG. 2 is a view illustrating a process of transferring graphene formed on a copper foil according to the present invention to a porous ceramic fiber body to etch copper, and FIG.
도 3은 본 발명에 따른 다공질 세라믹 섬유체와 그래핀층과 탄소소재층이 결합한 3층구조의 실제 예를 보여주는 도이고, 도 4는 본 발명에 따른 다공질 촉매전극를 적용한 염료감응 태양전지의 구조를 보여주는 도이다.FIG. 3 is a view showing a practical example of a three-layer structure in which a porous ceramic fiber body according to the present invention, a graphene layer and a carbon material layer are combined, FIG. 4 is a view showing a structure of a dye- .
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다공질 촉매전극은 도1에 도시된 바와 같이, 다공질 섬유체(100) 위에 그래핀층(110)이 형성되고, 그 위에 탄소나노소재로 구성된 탄소소재층(120)이 형성되는 구조를 가지며 이 구조로써 촉매전극으로 사용된다. 1, a porous catalytic electrode according to the present invention includes a
다공질 촉매전극의 제조방법은 먼저 금속기판인 구리기판(200) 위에 그래핀(210)을 합성하는 것으로 시작된다. The method of manufacturing the porous catalyst electrode begins by synthesizing the
상기 그래핀(210)의 합성은 열화학증착법에 의해 구리기판인 구리포일 위에 에틸렌과 같이 탄소를 지닌 기체를 이용하여 이루어진다.The synthesis of the
도 2에서 구리기판(200)에 그래핀(210)이 증착되면, 다음은 상기 구리기판 (200)하면에 다공질 섬유체를 결합시켜야 하는바, 다공질 섬유체는 유리종이 또는 나노티타니아 섬유 종이 등이 사용가능하며 본 발명에서는 유리섬유(220)를 사용하였다. 2, when the
유리섬유(220)와 그래핀(210)이 증착된 구리기판(200)을 접촉시킨 상태에서 이들을 약 500℃ 이하의 온도를 지닌 뜨거운 두 롤러(300) 사이를 압력을 가하여 통과시킴으로 하나로 압착시켜 유리섬유(220) 상면에 구리기판(200)이 결합되고 구리기판(200) 상면에 그래핀(210)이 증착된 결합체가 형성된다. The
다음은 구리기판(200)을 제거하는 단계가 진행되는바, 상기 결합체를 FeCl3가 용해된 용매 속에 침지시켜 구리기판(200)만을 선택적으로 용해시켜 유리섬유 (220)위에 그래핀(210)만 남도록 처리하면 유리섬유(220) 위에 그래핀(210)이 결합된 형태의 기판이 완성된다. Next, the step of removing the
다음은 상기 유리섬유(220) 위에 증착된 그래핀(210) 상면에 탄소소재를 코팅시켜 탄소소재층을 형성시키는 단계가 진행되는바, 탄소소재는 탄소나노튜브 또는 활성탄소 또는 그 양자의 혼합물로 구성된 페이스크를 닥터블레이드법, 분무에 의한 분사법과 스크린 프린팅법으로 1 ~ 100㎛의 코팅층을 형성시킨다. 본 발명에서는 탄소소재층을 탄소나노튜브(230)를 이용하여 형성하였다. Next, the carbon material is coated on the upper surface of the
상기의 과정을 거쳐 형성된 촉매전극의 실제 시편을 도3에 나타내었다. 촉매전극이 양호하게 형성됨을 확인하였다. The actual specimen of the catalyst electrode formed through the above process is shown in FIG. It was confirmed that the catalyst electrode was formed well.
상기에서 제작된 다공질 촉매 전극을 염료감응 태양전지에 적용하는 경우의 개략도를 도 4에 나타내었다. FIG. 4 is a schematic view of a case where the porous catalyst electrode is applied to a dye-sensitized solar cell.
도4는 금속메시(140)와 그 위에 구성된 염료를 지닌 작업전극(130)과 그 아래 본 발명의 다공질 촉매 전극을 결합한 유연염료감응 태양전지의 구조를 보여주고 있는 도로써, 다공질 촉매전극의 다공질 섬유체(100)가 전해질을 함침하고 있고 다공질 섬유체(100)와 그래핀층(110)인 상대전극 촉매가 일체가 되어 있으며, 특히 기존의 염료감응 태양전지에서 필수적인 산화물전도체 필름을 대체하는 탄소나노튜브 또는 활성탄소 또는 그 양자의 혼합물인 탄소소재층(120)으로 구성된 탄소전극이 함께 결합되어 있어, 기존의 태양전지에서 필수적인 기판이 필요 없이 유연 염료감응 태양전지를 잘 형성하고 있음을 보여주고 있다. 상기 도4의 염료감응형 태양전지는 필요 시 투명필름 등을 이용하여 패킹하여 사용하여도 된다. 4 shows a structure of a flexible dye-sensitized solar cell in which a working
이상에서와 같이, 본원발명의 촉매전극은 촉매특성을 유지하면서도 우수한 유연성과 반복 굽힘에도 견디는 내구성과 촉매의 기능성과 전기화학적인 원리에 의해 발생되는 전기를 포집하고 전달하는 전기전도성을 동시에 지닌 특성을 가지고 있어, 유연 염료감응 태양전지의 전해질-상대전극-전자 전달전극의 3 구성물을 하나로 합친 촉매전극 또는 전기화학적 촉매와 전해질을 동시에 지닌 전기화학 소자 및 장치의 전극으로 사용가능하다.As described above, the catalytic electrode of the present invention has characteristics of maintaining excellent catalytic properties, durability to withstand repeated bending, catalytic function, and electric conductivity that collects and transfers electricity generated by the electrochemical principle And can be used as an electrode of an electrochemical device or an apparatus having an electrochemical catalyst and an electrolyte at the same time, or a catalytic electrode combining three components of an electrolyte-counter electrode-electron transfer electrode of a flexible dye-sensitized solar cell.
100 : 다공질섬유체 110 : 그래핀층
120 : 탄소소재층 130 : 작업전극
140 : 금속메쉬 200 : 구리기판
210 : 그래핀 220 : 유리섬유
230 : 탄소나노튜브 300 : 롤러100: Porous fiber body 110: Graphene layer
120: carbon material layer 130: working electrode
140: metal mesh 200: copper substrate
210: Graphene 220: Glass fiber
230: Carbon nanotubes 300: Roller
Claims (10)
상기 제1단계를 거친 금속기판의 하면에 다공질 섬유체를 접촉시키고, 이를 가온 가압상태에서 롤러를 이용하여 그래핀이 증착된 금속기판과 다공질 섬유체를 결합시켜 결합체를 형성시키는 제2단계와;
상기 제2단계를 거친 결합체를 용매에 침지시켜 상기 금속기판만을 선택적으로 제거하여 다공질 섬유체 위에 그래핀만이 남도록 처리하는 제3단계와;
상기 제3단계를 거친 후 상기 그래핀의 상면에 탄소소재를 코팅시키는 제4단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 다공질 촉매전극 제조방법.A first step of depositing graphene on a metal substrate;
A second step of bringing the porous fibrous body into contact with the lower surface of the metal substrate having undergone the first step and bonding the porous fibrous body with the metal substrate on which the graphene is deposited by using a roller in a heated state,
A third step of immersing the bonded body having been subjected to the second step in a solvent to selectively remove only the metal substrate to remove only graphene on the porous fibrous body;
And a fourth step of coating the carbon material on the upper surface of the graphene after the third step.
상기 그래핀층의 상면에 형성된 탄소소재층;을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 다공질 촉매전극.A method for producing a metal foil, comprising the steps of: depositing graphene on a metal substrate; contacting the porous fibrous body with a lower surface of the metal substrate; forming a joined body by bonding the graphene- A graphene layer formed on the upper surface of the porous fibrous body by selectively removing only the metal substrate;
And a carbon material layer formed on the upper surface of the graphene layer.
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