• 전기화학회지
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• 제23권1호
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• pp.1-10
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• 2020

불용성 산화 전극(Dimensionally Stable Anode, DSA)은 물리적, 열적, 전기화학적으로 안정적인 산화 전극이며, 주로 Ru, Ir, Ta 등의 금속 산화물이 Ti 기판에 코팅되어 사용된다. DSA 전극의 우수한 물성을 바탕으로 chlor-alkali, 전기화학적 수처리, 수전해 등의 여러 분야에 활용되고 있다. 이에 본 총설은 DSA 전극의 여러 분야의 적용과 관련된 최근 5년 자료를 정리 요약한 것이다. 이를 통해 DSA 전극의 다양한 적용을 위해서 전극 물질의 스크리닝, 구조 설계 및 경제적인 제조법에 대한 연구가 필요하다는 것을 알 수 있었다. 이러한 연구를 통하여 다양한 분야에 적용할 수 있는 DSA 전극 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, DSA 전극 개발을 통하여 전기화학적 공정을 적용할 수 있는 응용 분야를 넓힐 수 있을 것으로 예상한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권5호
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• pp.531-539
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• 2015

클로로알카리 산업은 염화나트륨 수용액의 전기분해로 연간 약 7천만 톤의 가성소다 및 염소를 생산하는 전 세계적으로 가장 큰 전기화학 공정 중 하나이다. 클로로알카리 공정에서는 DSA(Dimensionally Stable Anodes) 전극인 $RuO_2$ 및 $IrO_2$를 주로 사용하여 염소를 생산하며 상업적으로 사용되고 있는 전극에 비하여 염소 발생 효율이 높은 전극을 개발하려는 연구가 계속되고 있다. 그러나 보다 염소 발생 효율이 좋은 전극을 개발하기 위해서는 DSA 전극에서의 염소 발생 메커니즘에 대한 이해가 뒷받침되어야 한다. 따라서 본 글에서는 기존 연구를 중심으로 DSA 전극에서 염소 발생 메커니즘 연구가 현재까지 어떻게 발전되어 왔는지 검토하고 염소 발생 메커니즘의 핵심적인 요인들을 분석 및 정리하여 DSA 전극에서 염소 발생을 체계적으로 이해하는데 도움이 되고자 한다.

• 전기화학회지
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• 제13권2호
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• pp.123-127
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• 2010

Redox Flow Battery용 고내구성 및 고효율 전극의 제조를 위해 DSA(Dimensionally Stable Anode)를 집전체 및 전극으로 사용하고 흑연 입자를 이용한 전극을 제조하여 DSA와 압연하는 방법으로 일체화 된 흑연/DSA 전극의 전기화학적 특성을 조사하였다. 1 M $VOSO_4$ + 5M $H_2SO_4$ 혼합용액과 2 M $VOSO_4$ + 2.5M $H_2SO_4$ 혼합된 용액의 전해액 시스템에서 Cyclic Voltammetry(CV) 방법을 이용하여 -0.7 V에서 1.6 V vs. SCE의 전위범위에서 전극의 특성을 실험한 결과, 높은 농도의 2M $VOSO_4$ 전해액에서도 바나듐 이온들의 redox couple 반응을 잘 나타내고 있으며 가역성도 우수한 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 제조된 일체화된 흑연/DSA 전극을 redox flow battery에 적용할 경우에 고내구성, 내부식성 및 전지의 에너지밀도, 출력밀도와 에너지효율을 향상시킬 것으로 판단된다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.28-28
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• 2018

수전해(electrochemical water splitting)는 연료전지의 가역적 역반응을 이용하여 물로부터 수소와 산소를 발생시키는 기술이다. 산소는 음극에서 발생하는데, 이 때 음극 표면은 고농도의 산소 음이온 및 라디칼에 장시간 노출된다. 때문에 기계적, 화학적 내구성이 우수한 전극재를 사용할 필요가 있다. 불용성 전극 (dimensionally stable anode, DSA)은 이러한 기술적 요구사항을 잘 만족하는 상용화 된 전극이다. 티타늄이나 티타늄 합금 표면에 촉매를 미량 반복 살포하여 산화물 형태의 매우 견고한 표면을 형성함으로서 내구성을 확보한다. 그러나, 보통 DSA 제조 기법의 특징에 따라 다공성 표면 구조를 사용하지는 않기 때문에 생산 과정이 복잡하고 비용이 많이 발생하는 문제를 여전히 나타내고 있다. 본 연구는 상기 문제를 개선하기 위한 수전해용 음극 제조 기술에 관한 연구이다. 티타늄과 티타늄 합금은 동일한 양극산화 기술 적용이 가능하다는 점을 이용하여 티타늄 기판으로부터 다공성 구조를 형성함으로써 바인더의 사용을 배제하였다. 단일공정양극산화기법 (single-step anodization)을 이용하여 $IrO_2$와 $RuO_2$를 도핑함으로써 TiO2에 촉매능을 부여하였다. 제조된 나노튜브들의 구조적 특징을 HR-TEM (High-resolution transmission electron microscope)과 FE-SEM (Field-emission scanning electron microscope)으로 분석하고 SAED (selective area electron diffraction) 패턴을 분석하여 전극재의 결정성을 확인하였다. 알칼라인 분위기에서 일으킨 산소발생반응 (oxygen evolution reaction, OER)의 LSV (linear sweep voltammetry) 결과를 XPS (X-ray photoelectron microscoscopy) 결과와 연관지어 촉매 표면 구조와 과전압의 관계를 해석하였다. LSV 결과로부터 Tafel 분석을 연달아 수행함으로써 전극의 속도결정단계를 정의하였다. 최종적으로 사이클 테스트 통하여 DSA로써의 성능을 평가하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제48권2호
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• pp.275-282
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• 2010

아염소산나트륨($NaClO_2$)의 무격막 전기분해(un-divided electrolysis)에 의한 이산화염소(chlorine dioxide; $ClO_2$) 제조에서 양전극(anode) 재질에 따른 이산화염소수 발생특성을 조사하였다. 양전극으로는 $IrO_2$-coated Ti, $RuO_2$-coated Ti, DSA(dimensionally stable anode) 전극을 사용하였으며, 음전극으로는 Pt-coated Ti 전극을 사용하였다. 다양한 양전극을 사용한 무격막 전해셀(un-divided electrochemical cell) 시스템에서 이산화염소의 전구체인 아염소산나트륨 ($NaClO_2$) 농도, 전해질로 사용된 염화나트륨(NaCl) 농도 그리고 전구체 용액의 전해셀 체류시간(cell residence time;$t_R$), 전구체 용액의 초기 pH 그리고 무격막 전해셀에 공급된 전류(current; A)와 같은 운전 파라미터가 이산화염소수 발생에 미치는 영향을 조사하고 최적 운전조건을 도출하였다. $IrO_2$-coated Ti, $RuO_2$-coated Ti 그리고 DSA 양전극 시스템에서 최적 전해셀 체류시간은 각각 약 2.27, 1.52, 1.52 s, 전구체 용액의 초기 pH는 약 2.3, 최적 아염소산나트륨 농도는 $IrO_2$-coated Ti와 $RuO_2$-coated Ti 양전극 시스템이 약 0.43 g/L, DSA 양전극 시스템이 약 0.32 g/L 그리고 최적전해질 농도는 약 5.85 g/L로 나타났으며 무격막 전해셀에 공급된 최적 전류는 약 0.6 A로 나타났다. 산출된 최적 무격막 전해셀 조건에서 이산화염소수 발생을 위한 $IrO_2$-coated Ti, $RuO_2$-coated Ti 그리고 DSA 양전극 시스템의 전류효율(current efficiency; C.E.%)과 에너지 소모율(energy consumption; E.C. $W{\cdot}hr/g-ClO_2$)은 각각 약 79.80, 114.70, 70.99% 그리고 1.38, 1.03, $1.61W{\cdot}hr/g-ClO_2$로 나타났다.

• 해양환경안전학회지
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• 제3권2호
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• pp.69-76
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• 1997

Each factor for the most effective electrolytic reaction in treating shipboard sewage was enhanced by means of batch electrolyitc reactor using DSA electrode. The effective clearance was 6mm and pH was 5-6. In such case, more than 20% of sea water concentration was needed to attain 90% of COD removal rate. The suspended solids was effectively removed by electro-floatation in proportion as charged current density. The nitrogen and posporous were effectively removed in the electrolytic device when mixed seawater.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제9권5호
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• pp.1368-1373
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• 2008

본 연구는 내분비계 장애물질로써 페놀 및 비스페놀A이 포함된 용액에 대해 전기분해 실험을 수행하였다. 불용성 DSA 양극을 사용하여 오염물질의 전기산화 변화를 확인하였으며 이때 운전인자는 전류밀도, 전도도, 극간거리 등을 변수로 하여 행하였다. 페놀 및 비스페놀A 제거율인 경우 전류밀도가 증가에 비례하여 오염물 제거가 향상되었으며 전도도가 높을수록 비스페놀A 처리율이 증가하였다. 반면 극간거리 변화에 따른 오염물질 제거에는 큰 영향을 보이지 않았다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제33권2호
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• pp.352-360
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• 2016

본 연구에서는 하수슬러지 가용화를 위한 불용성전극을 개발하여 전기화학적 특성을 확인하였다. 이리듐을 주촉매로 사용하여 하수슬러지 가용화에 적합한 촉매를 선정하여 내구성이 우수하고 하수슬러지 전기분해에 적합한 기능성 전극 실험을 진행하였고 다음과 같은 결과를 얻었다. 전극의 코팅 소성온도를 주 촉매인 Ir의 질량감소가 적고, 흡열반응 구간인 $300^{\circ}C$부터 $500^{\circ}C$까지의 범위로 선정하고 실험을 하였다. 실험결과 $350^{\circ}C$에서 촉매의 효율성이 가장 우수하게 나왔다. 각각의 바인더 별(Ta, Sn, W) 실험에서도 $350^{\circ}C$에서 가장 큰 촉매효율성이 나타났다. 바인더로 사용한 탄탈럼, 주석, 텅스텐 중 탄탈럼이 다른 금속보다 주 촉매의 특성을 그대로 유지시키며 전극의 효율성을 향상시키는 것을 확인하였다. 50%$IrO_2$ 전극의 경우 1.4 V(vs. Ag/AgCl) 약 $29mA/cm^2$의 전류가 발생하여 전극의 효율을 평가하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권4호
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• pp.223-231
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• 2019

정전기 문제에 대한 연속체 기반 설계 민감도 해석(DSA) 방법을 해석적으로 유도하였다. 고차 항을 포함한 목적 함수를 고려하기 위해 해석 및 DSA 방법을 위해 9 노드 유한요소법 기반 함수를 형상 함수로 사용하였다. 최적화 과정에서의 설계 변수를 B- 스플라인 함수로 매개 변수화하여 비현실적인 형상이 아닌 부드러운 경계를 가진 최적 형상을 얻을 수 있었다. 유한요소법을 이용한 최적화 과정에서 일반적으로 발생하는 메쉬 얽힘 문제를 해결하기 위해 메쉬 균일화 기법을 사용하였다. 이 기법은 디리쉴릿 에너지 범함수를 최소화함으로써 메쉬 균일성을 자동으로 얻을 수 있게 한다. 몇 가지 수치 예제들을 통해 DEP 힘을 최대화하기 위한 평행판의 최적 형상을 얻어낸다. 이를 기존에 실험적으로 검증된 평행판의 최적 형상과 비교하여 그 특성을 논의하였다.

• 에너지공학
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• 제24권2호
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• pp.34-39
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• 2015

본 연구에서는 중온에서 수소생산이 가능한 무격막형 알칼리수전해 장치를 제작하여 전극재질에 따른 수소생산 특성을 확인하였다. 전극재질($IrO_2/Ti$, $RuO_2/Ti$, Ti)별 전기화학적 특성을 확인한 결과 $RuO_2/Ti$에서 가장 높은 효율을 나타내었고, 전해질 농도별 수소생산량 실험 결과, 전해질 농도와 수소생산량은 비례하는 경향을 보였으며 30% KOH 조건에서 $118.9m^3/m^3/day$로 가장 높은 수소생산량을 확인할 수 있었다. 전극재질별 수소생산량을 확인한 실험에서는 anode($IrO_2/Ti$)와 cathode($RuO_2/Ti$)로 조합 시 $157.55m^3/m^3/day$로 $IrO_2/Ti$를 cathode로 조합한 결과에 비해 약 6.97% 높은 수소생산량을 보였다. 이는 DSA전극의 전기화학적 활성도 향상에 의한 수소생산량 증대와 기존 전극에 비해 내구성이 향상되어 안정적인 알칼리 수전해가 가능한 것으로 사료된다.