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저가의 전이금속을 포함하는 나노섬유를 이용한 연료전지용 전이금속―탄소나노섬유 촉매 및 이의 제조방법

  • 기술번호 : KST2014062073
  • 담당센터 : 광주기술혁신센터
  • 전화번호 : 062-360-4654
요약, Int. CL, CPC, 출원번호/일자, 출원인, 등록번호/일자, 공개번호/일자, 공고번호/일자, 국제출원번호/일자, 국제공개번호/일자, 우선권정보, 법적상태, 심사진행상태, 심판사항, 구분, 원출원번호/일자, 관련 출원번호, 기술이전 희망, 심사청구여부/일자, 심사청구항수의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 서지정보 표입니다.
요약 본 발명은 저가의 전이금속만을 포함하는 나노섬유를 이용한 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전이금속 및 폴리머 전구체를 포함한 용매를 전기방사법에 의해 나노섬유를 제조한 후, 산화안정화 및 탄소화 공정을 거쳐 제조된 전이금속을 포함하는 탄소나노섬유 촉매에 관한 것이다. 이를 통해 나노섬유 표면의 작용기를 효과적으로 개질시킴으로써 촉매능을 향상시킬 수 있고, 효과적으로 크기 및 두께를 조절하여 제조된 촉매 그대로 전극형태로 활용이 가능하며, 제조된 형상에 따라 볼밀 또는 초음파 분쇄 등의 미립화 공정을 추가하여 촉매로 사용할 수 있다. 상기 제조된 촉매는 백금을 비롯한 고가의 귀금속 촉매 전구체 및 환원제를 사용하지 않고 비교적 간단한 전기방사 및 열처리 공정을 활용하여 대용량으로 촉매를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 알칼리 분위기에서 산소환원반응에 대해 백금촉매에 견줄만한 전극활성 및 내구성을 보여줌으로써 가격경쟁력이 향상된 알칼리 연료전지 산소환원촉매 제조방법을 제공할 수 있다.
Int. CL B01J 23/70 (2006.01) H01M 4/96 (2006.01) B01J 37/08 (2006.01)
CPC
출원번호/일자 1020100119866 (2010.11.29)
출원인 광주과학기술원
등록번호/일자 10-1314578-0000 (2013.09.27)
공개번호/일자 10-2012-0058193 (2012.06.07) 문서열기
공고번호/일자 (20131010) 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보
법적상태 등록
심사진행상태 수리
심판사항
구분 신규
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2010.11.29)
심사청구항수 19

출원인

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번호 이름 국적 주소
1 광주과학기술원 대한민국 광주광역시 북구

발명자

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번호 이름 국적 주소
1 이재영 대한민국 광주광역시 북구
2 엄성현 대한민국 광주광역시 북구
3 정범균 대한민국 광주광역시 북구

대리인

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번호 이름 국적 주소
1 특허법인충현 대한민국 서울특별시 서초구 동산로 **, *층(양재동, 베델회관)

최종권리자

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번호 이름 국적 주소
1 광주과학기술원 광주광역시 북구
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번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 [특허출원]특허출원서
[Patent Application] Patent Application
2010.11.29 수리 (Accepted) 1-1-2010-0782947-79
2 [명세서등 보정]보정서
[Amendment to Description, etc.] Amendment
2010.12.08 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) 1-1-2010-0807663-38
3 선행기술조사의뢰서
Request for Prior Art Search
2011.09.14 수리 (Accepted) 9-1-9999-9999999-89
4 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information
2011.09.15 수리 (Accepted) 4-1-2011-5187089-85
5 선행기술조사보고서
Report of Prior Art Search
2011.10.14 수리 (Accepted) 9-1-2011-0080384-96
6 의견제출통지서
Notification of reason for refusal
2012.09.25 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2012-0568601-49
7 [지정기간연장]기간연장(단축, 경과구제)신청서
[Designated Period Extension] Application of Period Extension(Reduction, Progress relief)
2012.11.26 수리 (Accepted) 1-1-2012-0974055-30
8 [명세서등 보정]보정서
[Amendment to Description, etc.] Amendment
2012.12.10 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) 1-1-2012-1024557-01
9 [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견(답변, 소명)서
[Opinion according to the Notification of Reasons for Refusal] Written Opinion(Written Reply, Written Substantiation)
2012.12.10 수리 (Accepted) 1-1-2012-1024556-55
10 최후의견제출통지서
Notification of reason for final refusal
2013.04.29 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2013-0289551-77
11 [명세서등 보정]보정서
[Amendment to Description, etc.] Amendment
2013.05.21 보정승인 (Acceptance of amendment) 1-1-2013-0447565-21
12 [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견(답변, 소명)서
[Opinion according to the Notification of Reasons for Refusal] Written Opinion(Written Reply, Written Substantiation)
2013.05.21 수리 (Accepted) 1-1-2013-0447547-10
13 등록결정서
Decision to grant
2013.08.29 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2013-0600331-03
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번호 청구항
1 1
(1) 유기용매에 고분자 전구체를 혼합하여 고분자 전구체 혼합물을 제조하는 단계;(2) 상기 고분자 전구체 혼합물에 전이금속 전구체를 혼합하여 방사용액을 제조하는 단계;(3) 상기 방사용액을 전기방사시켜 전이금속-나노섬유를 제조하는 단계;(4) 상기 전이금속-나노섬유를 안정화시켜 중간 전이금속-나노섬유를 얻는 단계; 및(5) 상기 중간 전이금속-나노섬유를 탄소화처리하여 전이금속-탄소나노섬유 촉매를 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매의 제조방법으로서;(6) 상기 전이금속-탄소나노섬유 촉매를 암모니아 분위기에서 700-1500 ℃에서 1-3 시간 동안 가열하여 질소원자로 개질하고, 여기에 탄화수소를 첨가하여 탄화수소 분위기 하에서 700-1500 ℃에서 1-3 시간 동안 가열하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매의 제조방법
2 2
삭제
3 3
제1항에 있어서, (7) 상기 (5) 단계에서 수득된 전이금속-탄소나노섬유 촉매를 수증기 분위기에서 200-300 ℃에서 1-3 시간 동안 활성화하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매의 제조방법
4 4
제1항에 있어서, (7) 상기 (6) 단계에서 수득된 전이금속-탄소나노섬유 촉매를 수증기 분위기에서 200-300 ℃에서 1-3 시간 동안 활성화하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매의 제조방법
5 5
제1항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항에 있어서, (8) 상기 (5), (6) 또는 (7) 단계에서 수득된 전이금속-탄소나노섬유 촉매를 미립화시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매의 제조방법
6 6
제1항에 있어서, (1) 단계에서, 상기 유기용매는 물, 에탄올, N,N-디메틸포름아마이드(DMF), 아세톤, 벤젠, 톨루엔, 헥산, 아세토니트릴 및 테트라하이드로퓨란으로부터 선택되는 1종 이상이고, 상기 고분자 전구체는 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리아미드(PA), 폴리아크릴아미드(PAA), 폴리우레탄(PU), 폴리(에테르이미드)(PEI), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리벤지미다졸(PBI)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이며,상기 전이금속 전구체는 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu) 또는 이들을 2종 이상 조합시킨 전이금속을 포함하는 알콕사이드 계통의 전구체인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매의 제조방법
7 7
제6항에 있어서, 상기 전이금속 전구체는 철(II)아세틸아세토네이트, 철(III)아세틸아세토네이트, 코발트(II)아세틸아세토네이트, 코발트(III)아세틸아세토네이트, 니켈(II)아세틸아세토네이트, 니켈(III)아세틸아세토네이트, 구리(II)아세틸아세토네이트, 구리(III)아세틸아세토네이트, 금속아세테이트, 금속 황화물 및 금속 염화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매의 제조방법
8 8
제1항에 있어서, 상기 고분자 전구체 혼합물은 고분자 전구체 5-30 중량% 및 유기용매 70-95 중량%로 이루어지고,상기 방사용액은 상기 전이금속 전구체 0
9 9
제1항에 있어서, 상기 (1) 단계의 혼합은 상기 유기용매에 고분자 전구체를 40-60 ℃에서 3-24 시간 동안 수행되고,상기 (2) 단계의 혼합은 상기 고분자 전구체 혼합물에 전이금속 전구체를 첨가시켜 40-60 ℃에서 5-24 시간 동안 수행되고,상기 (3) 단계의 방사는 상기 방사용액을 18-60 kV 전압, 1-10 ml/h 유속으로 전기방사하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매의 제조방법
10 10
제1항에 있어서, 상기 (4) 단계의 안정화는 상기 전이금속-나노섬유를 상온에서 1-5 ℃/min의 속도로 승온시키고, 최종온도가 250-350 ℃에서 유지되도록 하면서 1-2 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매의 제조방법
11 11
제1항에 있어서, 상기 (5) 단계는 상기 중간 전이금속-나노섬유를 질소 분위기 하에서 3-7 ℃/min의 속도로 최종온도가 700-1,000 ℃에서 유지되도록 30 분 내지 3 시간 동안 탄소화처리하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매의 제조방법
12 12
제5항에 있어서, 상기 (8) 단계에서 미립화는 볼밀을 이용하여 분당 100-300 rpm의 속도로 30 분 내지 4 시간 동안 분쇄한 후 100-150 ℃ 열풍 또는 진공 하에서 건조하거나, 10W-100W 파워의 초음파 분쇄기로 1-5분에서 분쇄하여 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매의 제조방법
13 13
(1) 유기용매에 고분자 전구체를 40-60 ℃에서 3-24 시간 동안 혼합하여 고분자 전구체 혼합물을 제조하는 단계;(2) 상기 고분자 전구체 혼합물에 전이금속 전구체를 40-60 ℃에서 5-24 시간 동안 혼합하여 방사용액을 제조하는 단계;(3) 상기 방사용액을 18-60 kV 전압, 1-10 ml/h로 전기방사시켜 전이금속-나노섬유를 제조하는 단계;(4) 상기 전이금속-나노섬유를 상온에서 1-5 ℃/min의 속도로 승온시켜 최종온도가 250-350 ℃에서 유지되도록 하면서 1-2 시간 동안 안정화시켜 중간 전이금속-나노섬유를 얻는 단계;(5) 상기 중간 전이금속-나노섬유를 질소 분위기 하에서 3-7 ℃/min의 속도로 최종온도가 700-1,000 ℃에서 유지되도록 30 분 내지 3 시간 동안 탄소화처리하여 전이금속-탄소나노섬유 촉매를 수득하는 단계; 및(6) 상기 전이금속-탄소나노섬유 촉매를 암모니아 분위기에서 700-1500 ℃에서 1-3 시간 동안 가열하여 질소원자로 개질하고, 여기에 탄화수소를 첨가하여 탄화수소 분위기 하에서 700-1500 ℃에서 1-3 시간 동안 가열하는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매
14 14
삭제
15 15
제13항에 있어서, (7) 상기 (5) 단계에서 수득된 전이금속-탄소나노섬유 촉매를 수증기 분위기에서 200-300 ℃에서 1-3 시간 동안 활성화하는 단계를 추가로 포함하는 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매
16 16
제13항에 있어서, (7) 상기 (6) 단계에서 수득된 전이금속-탄소나노섬유 촉매를 수증기 분위기에서 200-300 ℃에서 1-3 시간 동안 활성화하는 단계를 추가로 포함하는 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매
17 17
제13항, 제15항, 제16항 중 어느 한 항에 있어서, (8) 상기 (5), (6) 또는 (7) 단계에서 수득된 전이금속-탄소나노섬유 촉매를 미립화시키는 단계를 추가로 포함하는 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매
18 18
제17항에 있어서, 상기 미립화는 볼밀을 이용하여 분당 100-300 rpm의 속도로 30 분 내지 4 시간 동안 분쇄한 후 100-150 ℃ 열풍 또는 진공 하에서 건조하거나, 10W-100W 파워의 초음파 분쇄기로 1-5분에서 분쇄하여 수행하는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매
19 19
제13항에 있어서, 상기 유기용매는 N,N-디메틸포름아마이드(DMF), 아세톤, 벤젠, 톨루엔, 헥산, 아세토니트릴 및 테트라하이드로퓨란으로부터 선택되는 1종 이상이고,상기 고분자 전구체는 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리아미드(PA), 폴리아크릴아미드(PAA), 폴리우레탄(PU), 폴리(에테르이미드)(PEI), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리벤지미다졸(PBI)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이며,상기 전이금속 전구체는 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu) 또는 이들을 2종 이상 조합시킨 전이금속을 포함하는 알콕사이드 계통의 전구체로서,상기 전이금속 전구체는 철(II)아세틸아세토네이트, 철(III)아세틸아세토네이트, 코발트(II)아세틸아세토네이트, 코발트(III)아세틸아세토네이트, 니켈(II)아세틸아세토네이트, 니켈(III)아세틸아세토네이트, 구리(II)아세틸아세토네이트, 구리(III)아세틸아세토네이트, 금속아세테이트, 금속 황화물 및 금속 염화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이며,상기 고분자 전구체 혼합물은 고분자 전구체 5-30 중량% 및 유기용매 70-95 중량%로 이루어지고,상기 방사용액은 전이금속 전구체 0
20 20
제13항 또는 제15항에 있어서, 상기 전이금속-탄소나노섬유 촉매는 직경이 50-200 nm 이고, 비표면적은 평균 500 ㎡ 인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매
21 21
제17항에 있어서, 상기 전이금속-탄소나노섬유 촉매는 직경이 50-200 nm 이고, 길이가 20 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전이금속-탄소나노섬유 촉매
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1 WO2012074160 WO 세계지적재산권기구(WIPO) DOCDBFAMILY
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