불용성 전극(DSA Electrode)의 특성과 DSA전극 맞춤 제작

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DSA전극의 화학적 메커니즘(출처: Electrochemical removal of nitrate in high-salt wastewater with low-cost iron electrode modified by phosphate)

 

 

1. 개요

 

• 불용성 전극(DSA, Dimensionally Stable Anode)은 전기화학적 반응에서 높은 안정성과 내구성을 제공하는 전극으로, 주로 전기분해 및 수처리, 화학 제조 분야에서 널리 사용된다.
• DSA 전극은 전해 반응이 지속적으로 발생하는 동안에도 전극이 부식되거나 변형되지 않는 특징을 가지며, 대표적으로 수처리 살균 및 염소 제조 등의 산업에 활용된다.

 

2. DSA 전극의 특성

• 우수한 내구성: 전극의 기판은 티타늄(Ti)과 같은 부식 저항성이 강한 금속으로 제작되며, 표면에는 귀금속 산화물(RuO₂, IrO₂, PtO₂ 등)이 코팅되어 장기간 사용이 가능하다.
• 높은 전기화학적 안정성: 다양한 전해 환경에서도 활성도를 유지하며, 전해 반응에서 전극의 수명이 길다.
• 낮은 과전압 특성: 염소 발생 및 산소 발생 반응에서 낮은 과전압을 유지하여 높은 에너지 효율성을 제공한다.
• 맞춤형 설계 가능: 전극 크기, 코팅 조성, 전극 형태 등을 실험 및 산업 환경에 맞게 조정할 수 있다.

 

3. DSA 전극의 제작 방법

1. 기판 준비
   • 티타늄(Ti) 또는 타원형/메쉬 구조의 전극 기판을 선택하고, 표면을 기계적 또는 화학적 처리(샌딩, 산 세척 등)하여 활성화함.
2. 귀금속 산화물 코팅
   • RuO₂, IrO₂, PtO₂ 등의 촉매 물질을 코팅액 형태로 준비하여 균일하게 전극 표면에 도포함.
3. 코팅 방식
   • 침지 및 분무 코팅법: 기판을 코팅액에 담그거나, 분무하여 코팅 물질을 도포한 후 건조 및 열처리 진행.
   • 정전기 코팅법: 티타늄 기판과 코팅액에 서로 다른 극성을 띄는 전압을 걸어 코팅 물질이 균일하게 부착되도록 함. 이를 통해 균일한 박막 형성이 가능하며, 불필요한 물질 낭비를 최소화할 수 있음.
4. 열처리 공정
   • 코팅된 전극을 400~600°C의 고온에서 열처리하여 촉매 물질을 안정화하고 접착력을 증가시킴.
5. 최종 조정 및 품질 검사
   • 코팅 두께, 균일성, 전극 저항 등을 확인하여 최종 제품으로 출고.

 

4. DSA 전극의 활용 분야

(1) 수처리 살균 분야

• 전기분해를 이용한 차아염소산(HOCl) 및 오존(O₃) 생성
• 하수 및 산업 폐수의 전기화학적 산화 처리
• 병원 및 식품 산업에서의 살균 소독용 전해수 제조

(2) 염소 제조 분야

• 해수 또는 염수의 전기분해를 통한 염소(Cl₂) 및 차아염소산 생성
• 산업용 소독제 및 화학물질 제조
• 발전소 및 냉각수 시스템에서의 바이오필름 제거

(3) 기타 전기화학 응용

• 전해 수소 발생 및 연료전지 응용
• 금속 이온 회수 및 전해 정련
• 유기 및 무기 화합물의 전기화학적 합성

DSA전극의 활용분야(출처: 한국전기학회)

 

5. 결론

• DSA 전극은 수처리 및 화학산업에서 필수적인 핵심 기술로, 높은 내구성과 효율적인 전기화학적 성능을 갖추고 있다.
• 특히 실험 연구 및 맞춤형 응용을 위해 다양한 형태와 코팅 조성을 조절할 수 있어, 실험실 및 산업체에서 적극 활용될 수 있다.

 

6. 참고문헌

1. O. A. Petrii, "Electrochemistry at Metal and Semiconductor Electrodes," Elsevier, 2008.
2. M. A. Rodrigo et al., "Electrochemically Assisted Technologies for Removal of Organic Pollutants," Springer, 2018.
3. S. Trasatti, "Progress in the Understanding of Coated Electrodes," Electrochimica Acta, vol. 45, no. 15-16, pp. 2377-2385, 2000.
4. P. Millet et al., "Dimensionally Stable Anodes: From Fundamentals to Applications," Electrochemical Energy Reviews, vol. 2, pp. 399-439, 2019.

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