KR100558171B1 - 탄소나노튜브를 이용한 분극성 전극의 제조방법 및 이를 이용한 전기 이중층 커패시터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분극성 전극의 제조방법 및 그 분극성 전극을 이용한 전기 이중층 커패시터에 관한 것으로, 분극성 전극의 도전재로 탄소나노튜브를 사용하여 고용량 저저항의 출력특성을 갖도록 한 전기 이중층 커패시터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전기 이중층 커패시터는 고전압, 고에너지밀도, 고용량의 특성과 낮은 등가직렬저항의 특성을 동시에 가진다.
또한, 본 발명은 도전재로 사용하는 탄소나노튜브가 활성탄소의 용량발현을 보조하여 용량발현력을 증가시킴에 따라 기존의 커패시터보다 고용량의 커패시터를 제공하는 효과가 있다.
탄소나노튜브, 전기 이중층 커패시터, 도전재, 유기계 전해액

Description

탄소나노튜브를 이용한 분극성 전극의 제조방법 및 이를 이용한 전기 이중층 커패시터{Manufacturing method of polarizing electrode using carbon nanotube and electric double-layer capacitor using the polarizing electrode}
도 1은 통상적인 전기 이중층 커패시터의 분해도.
도 2는 통상적인 전기 이중층 커패시터의 개략도.
도 3은 통상적인 전기 이중층 커패시터의 단위 셀의 단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 전기 이중층 커패시터의 단위 셀의 구조를 나타내는 개략도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 분극성 전극의 제조방법의 공정도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 제작한 전기 이중층 커패시터와 통상적으로 사용되는 커패시터의 정전용량을 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 제작한 전기 이중층 커패시터와 통상적으로 사용되는 커패시터의 등가직렬저항을 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 제작한 전기 이중층 커패시터와 통상적으로 사용되는 커패시터의 임피던스 특성을 나타내는 그래프.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 금속 외장 케이스 20 : 열수축성 절연 슬리브
30 : 단위 셀 40 : 양극 단자
50 : 절연판 60 : 음극 단자
70 : 단위 셀의 양극 케이스 80 : 단위 셀의 양극 집전체
90 : 단위 셀의 양극 분극성 전극 100 : 단위 셀의 가스켓
110 : 격리막 120 : 단위 셀의 음극 분극성 전극
130 : 단위 셀의 음극 집전체 140 : 단위 셀의 음극 케이스
150 : 활성탄소 160 : 탄소나노튜브
본 발명은 분극성 전극의 제조방법 및 그 분극성 전극을 이용한 전기 이중층 커패시터에 관한 것으로, 탄소나노튜브를 도전재로 사용하여 전기 이중층 커패시터의 분극성 전극을 제조하여 고용량 저저항의 출력특성을 갖는 전기 이중층 커패시터에 관한 것이다.
통상적인 전기 이중층 커패시터는 한 쌍을 이루는 분극성 전극에 절연성이 우수한 격리막(separator)을 사이에 두고 액체 상태의 전해액을 접촉시킨 상태에서 외부로부터 전계를 가하면 양극과 음극의 계면에 각각 양이온과 음이온이 이동 및 흡착되어 충전되고, 전계를 제거하면 흡착된 이온이 탈착하면서 방전되는 물리적인 흡착 및 탈착을 이용한 충방전 기구이다.
이러한 전기 이중층 커패시터에 저장할 수 있는 전하량이 충방전 속도가 증 가할수록 감소하는데, 이는 전해액, 격리막, 분극성 전극, 도전재 및 바인더의 전기저항에 영향을 받는 등가직렬저항(equivalent series resistance)의 크기에 의해 결정되기 때문이다.
통상적으로 전기 이충층 커패시터에 사용되는 전해액은 수용성 전해액, 비수용성 전해액(유기 전해액)으로 분류된다.
농도에 따라 차이가 있으나 수용성 전해액의 경우, 전기전도도가 커서 전기 이중층 커패시터의 단위 셀의 내부저항을 줄일 수 있는 장점이 있으나, 적용 가능한 단위 셀에 대한 전위는 0.7∼1.2V로 사용 전압이 낮아 전기 이중층 커패시터의 에너지밀도가 낮은 문제점이 있다.
또한, 종류에 따라 차이가 있으나 비수용성 전해액인 유기 전해액의 경우, 수용성 전해질보다 점도가 높고, 100배정도 낮은 전기 전도도를 나타내기 때문에 충방전 특성이 수용성 전해액보다 좋지 못한 단점이 있으나, 이론적으로 적용 가능한 전위차는 약 5.5V 정도이고 실제로 적용 가능한 단위 셀에 대한 전위는 2.3V 정도로 사용 전압이 높기 때문에 사용전압의 제곱에 비례하는 전기 이중층 커패시터의 에너지밀도가 높은 장점이 있다. 또한, 사용가능 온도범위가 -25℃∼85℃로 넓은 범위에서 실용 가능하며, 고내압화와 소형화 등이 가능한 장점도 있다.
이러한 유기계 전해질의 단점인 낮은 전기전도도를 보완하기 위하여 분극성 전극에 도전재를 첨가하는 기술이 개발되었다.
전기 이중층 커패시터의 분극성 전극의 도전재는 활성탄소들의 충진밀도를 높이고 전기전도도의 향상을 위하여 종래에는 AB(acetylene black), SPB(super P. black), VGCF(vapor grown carbon fiber) 등을 첨가하였다.
그러나, 상기 도전재의 성분이 높으면 전기전도도가 향상하여 등가직렬저항이 감소하는 효과를 가져오지만 상대적으로 용량발현이 어려운 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 도전재로서 탄소나노튜브를 이용하여 분극성 전극을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기와 같이 제조된 분극성 전극을 이용하여 정전용량을 증가되고 등가직렬저항의 감소를 통해 전기적 출력특성을 향상된 전기 이중층 커패시터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 분극성 전극의 제조방법은 탄소나노튜브의 충진밀도를 높이기 위하여 탄소나노튜브를 볼밀링(ball milling) 처리하여 탄소나노튜브의 길이를 조절하는 볼밀링 처리 단계; 상기 볼밀링 처리 단계에서 조절된 탄소나노튜브를 바인더가 분산된 유기용매에 분산시켜 탄소나노튜브를 포함한 유기용액을 제조하는 용액 제조 단계; 상기 용액 제조 단계에서 제조된 탄소나노튜브의 유기용액에 활성탄소를 첨가하여 슬러리(slurry)를 제조하는 슬러리 제조 단계; 및 상기 슬러리 제조 단계에서 제조된 슬러리를 시트(sheet)형태의 전극을 제조하기 위하여 롤프레스(roll press)를 이용하여 압착하면서 열처리하는 전극 제조 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 분극성 전극의 제조방법의 볼밀링 처리 단계에서의 탄소나노 튜브는 길이가 1㎛ 내지 10㎛이고, 충진밀도가 0.01g/㎤ 내지 3.00g/㎤인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 분극성 전극의 제조방법의 용액 제조 단계에서의 바인더는 PTEE(polytetrafluoroethylene), CMC(carboxymethylcellulose), PVA(polyvinyl alcohol), PVdF(polyvinylidene fluoride), PVP(polyvinyl pyrrolidene)중 적어도 하나인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 분극성 전극의 제조방법의 용액 제조 단계에서의 유기용매는 이소프로필 알콜(isoprophyl alcohol), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate), 아세토니트릴(acetonitrile) 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 분극성 전극의 제조방법의 슬러리 제조 단계에서의 활성탄소는 평균 입경이 5㎛ 내지 10㎛이고, 비표면적이 2100㎡/g 내지 3000㎡/g인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 분극성 전극의 제조방법의 전극 제조 단계에서의 열처리는 50℃ 내지 300℃에서 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 전기 이중층 커패시터의 분극성 전극의 도전재로는 탄소나노튜브가 이용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기 이중층 커패시터의 분극성 전극은 활성탄소가 60% 내지 80%, 탄소나노튜브가 5% 내지 30%, 바인더가 5% 내지 25%로 구성되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 분극성 전극의 제조방법 및 그 분극성 전극을 이용한 전기 이중층 커패시터를 상세히 설명하기로 한다.
통상적인 전기 이중층 커패시터의 구조 및 그 제조방법을 도 1 내지 도 3에 의거하여 기술하면 다음과 같다.
하나의 단위 셀(30)은 내전압이 3.0V 정도로 낮기 때문에 도 1에 나타낸 바와 같이, 2∼3개의 단위 셀(30)을 적층하여 사용한다.
상기 적층된 2∼3개의 단위 셀(30)을 수납하는 금속 외장 케이스(10)와 다른 두 극성의 단자간 단락(short)를 방지하기 위한 절연판(50)에 서로 다른 두 극성의 단자(40, 60)를 조합하여 금속 외장 케이스(10)에 수납 후 압착 조립하여 도 2에 나타낸 바와 같은 전기 이중층 커패시터를 제조한다.
상기 전기 이중층 커패시터를 제조하기에 앞서 단위 셀(30)을 먼저 제조하는데 도 3에 나타낸 바와 같이, 서로 다른 두 극성의 금속 케이스(70, 140)에 분극성 전극(90, 120)을 접착하여 서로 다른 두 극성의 집전체(80, 130)를 형성하고 서로 다른 두 극성의 분극성 전극(90, 120)에 전해질을 함침하여 두 개의 서로 다른 두 극성의 분극성 전극(90, 120)이 접촉하는 것을 방지하기 위한 격리막(110) 및 두 개의 서로 다른 두 극성의 금속 케이스(70, 140)가 서로 접촉하는 것을 방지하기 위한 폴리머 소재의 가스켓(100)으로 구성하여 단위 셀(30)을 제조한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 전기 이중층 커패시터의 단위 셀(30)의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 전기 이중층 커패시터의 단위 셀(30)은 두 극성의 집전체(70, 130), 격리막(110) 및 두 극성의 분극성 전극(90, 120)로 이루어져 있다. 상기 두 극성의 분극성 전극은 활성탄소(150), 탄소나노튜브(160) 등으로 이루어져 있다.
상기 전기 이중층 커패시터의 단위 셀(30)은 두 극성의 분극성 전극(90, 120) 사이에 존재하는 계면에서 양전하와 음전하가 단거리에 접하여 배열된 분포를 이용하여 에너지를 저장하고, 높은 정전용량 특성을 나타내며 충방전 주기에 의한 성능변화가 작은 특성을 가지게 된다.
상기 두 극성의 집전체(70, 130)는 외부에서 전계가 가해졌을 경우, 양전하와 음전하를 각각 저장하는 역할을 한다.
상기 격리막(110)은 양전하와 음전하가 저장되어 있는 상기 두 극성의 집전체(70, 130)의 물리적 접촉을 막아 단위 셀(30) 내부의 단락을 방지하는 역할을 한다.
상기 두 극성의 분극성 전극(90, 120)은 전기적 특성 중 정전용량(capacitance)과 내부저항 특성이 가장 중요한 성능평가의 기준이 되므로 그 소재의 자체 비저항이 낮아야 하고 다공질 구조체이어야 하며, 다공질 구조 중 세공크기 및 분포가 단순하고 일정범위에 편중되는 것이 바람직하다.
상기 활성탄소(150)는 높은 비표면적과 나노미터 크기의 메조포어(mesopore)의 특성을 갖는 것을 사용하며, 이는 전기 이중층 커패시터의 용량발현에 영향을 준다.
상기 탄소나노튜브(160)은 정전용량을 증가시키고 등가직렬저항의 감소는 역할을 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 분극성 전극(90, 120)의 제조방법의 공정도이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 우선 탄소나노튜브(160)를 제조한다(S10).
상기 탄소나노튜브(160)를 합성하는 방법에는 전기방전법(arc-discharge), 레이저 증착법(laser vaporization), 플라즈마 화학기상증착법(plasma-enhanced chemical vapor deposition), 열 화학기상증착법, 기상합성법(vapor phase growth) 등이 있다. 이중에서 탄소나노튜브의 균일도는 떨어지지만, 대량합성에 유리한 장점을 가지고 있어 제조단가가 다른 합성법에 비해 낮은 열 화학기상증착법을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 탄소나노튜브(160)에는 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube) 및 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube)가 이용될 수 있다. 여기서 단일벽 탄소나노튜브는 전기적 특성이 우수한 장점이 있고, 다중벽 탄소나노튜브는 대량합성이 가능하고 수득율이 높은 장점이 있다.
상기 탄소나노튜브(160)의 충진밀도를 높이기 위하여 탄소나노튜브(160)를 볼밀링(ball milling) 처리하여 탄소나노튜브의 길이를 1∼10㎛로 조절한다(S20).
상기 볼밀링 처리는 활성탄소(150)에 비해 상대적으로 1/10의 낮은 비표면적을 보이는 탄소나노튜브(160)의 충진밀도를 높임으로서, 분극성 전극(90, 120) 내 공극 감소를 통해 전기전도도의 향상과 3차원적 망상구조로 기공을 형성시켜 용량발현이 가능하게 한다.
상기와 같이 볼밀링 처리한 탄소나노튜브(160)는 0.01∼3.00g/㎤정도의 충진 밀도를 나타내었다.
상기 길이가 조절된 탄소나노튜브(160)를 바인더가 분산된 유기용매에 분산시켜 탄소나노튜브(160)를 포함한 유기용액을 제조한다(S30).
상기 바인더는 분극성 전극(90, 120)성형에 지장을 주지 않는 범위에서 양을 최소화함으로서 전극(90, 120)의 등가직렬저항을 감소시키는 것이 바람직하며, 상기 바인더로는 PTEE(polytetrafluoroethylene), CMC(carboxymethylcellulose), PVA(polyvinyl alcohol), PVdF(polyvinylidene fluoride), PVP(polyvinyl pyrrolidene) 등을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 분산용 유기용매는 이소프로필 알콜(isoprophyl alcohol), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate), 아세토니트릴(acetonitrile) 등을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제조된 탄소나노튜브(160)를 포함한 유기용액에 활성탄소(150)를 첨가하여 슬러리(slurry)를 제조한다(S40).
상기 활성탄소(150)는 평균 입자의 크기가 5∼10㎛이고 비표면적이 약 2100∼3000㎡/g인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제조된 슬러리를 롤프레스(roll press)를 이용하여 압착하면서 50∼300℃의 온도에서 열처리하여 전극의 두께가 용도에 따라 조절된 시트(sheet)형태의 분극성 전극(90, 120)을 제조한다(S50).
상기 분극성 전극(90, 120)의 구성비는 활성탄소(150)가 60∼80%, 탄소나노튜브(160)가 5∼30%, 바인더가 5∼25%의 구성비를 갖는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제조한 본 발명에 따른 전기 이중층 커패시터의 분극성 전극(90, 120)의 밀도는 0.561g/㎤으로 측정되었다.
본 발명에 따른 다중벽 탄소나노튜브(160)를 이용하여 분극성 전극(90, 120)을 제조하는 경우, 용량발현력을 증가시키기 위하여 분극성 전극(90, 120)내에 탄소나노튜브(160)가 서로 조밀하게 얽혀진 상태로 기공이 메조포어(mesopore)영역으로 존재하는 것이 바람직하다.
그러나, 시트형태로 분극성 전극(90, 120)을 성형하면 분극성 전극(90, 120)의 내부에 매크로포어(macropore)영역의 공극이 존재하여 비축전 용량을 감소시키고 분극성 전극(90, 120)의 건조 시 수축에 의한 변형이 일어나는 경향이 있다.
따라서, 본 발명에 따른 탄소나노튜브(160)를 이용한 분극성 전극(90, 120)은 상기 볼밀링 처리 단계(S20)를 통해 탄소나노튜브(160)의 충진밀도를 높이고 상기 분극성 전극(90, 120) 제조 단계(S50)에서 롤프레스를 이용하여 전극을 압착하여 고밀도 분극성 전극(90, 120)을 성형함으로서 전기전도도의 향상뿐만 아니라 용량발현이 가능하게 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 제작한 전기 이중층 커패시터(탄소나노튜브 사용제품)와 통상적으로 사용되는 커패시터(기존제품A, B)의 정전용량을 나타내는 그래프이다.
상기 본 발명에 따른 전기 이중층 커패시터는 탄소나노튜브(160) 사용제품이고, 상기 통상적으로 사용되는 커패시터는 유기계 전해액과 도전재를 사용한 전기 이중층 커패시터(기존제품A)와 수용성계 전해액과 도전재를 사용한 전기 이중층 커 패시터(기존제품B)이다.
상기 본 발명에 따른 전기 이중층 커패시터와 통상적으로 사용되는 커패시터는 일정한 전압을 공급하여 5V까지 30분 동안 충전한 후 5V에서 2V까지 1mA로 방전할 때 걸리는 시간을 측정하였다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 전기 이중층 커패시터(탄소나노튜브 사용제품)는 통상적으로 사용되는 커패시터(기존제품A, B)보다 약 70%정도 높은 정전용량을 나타내며 비축전 용량은 약 30F/g의 값을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 제작한 전기 이중층 커패시터(탄소나노튜브 사용제품)와 통상적으로 사용되는 커패시터(기존제품A, B)의 등가직렬저항을 나타내는 그래프이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 전기 이중층 커패시터(탄소나노튜브 사용제품)는 유기계 전해액과 도전재를 사용한 커패시터(기존제품A)에 비하여 등가직렬저항이 1/3이하로 나타내며, 수용성계 전해액과 도전재를 사용한 커패시터(기존제품B)에 비하여 등가직렬저항이 약 13%정도 더 낮은 특성을 나타낸다.
아래의 표 1은 본 발명에 따른 전기 이중층 커패시터와 통상적으로 사용되는 커패시터의 전기적 특성비교를 나타내었다.
탄소나노튜브 사용제품 기존제품A 기존제품B
시편 크기(mm) 지름:21, 높이:7.6 지름:21.5, 높이:8 지름:21.5, 높이:13
정전용량 1.720F 1.012F 0.978F
직렬등가저항 2.2Ω 7.8Ω 2.5Ω
표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 전기 이중층 커패시터(탄소나노튜브 사용제품)은 같은 크기의 통상적으로 사용되는 유기계 전해액과 도전재를 사용한 전기 이중층 커패시터(기존제품A)와 수용성계 전해액과 도전재를 사용한 전기 이중층 커패시터(기존제품B)보다 높은 정전용량과 낮은 등가직렬저항을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 제작한 전기 이중층 커패시터(탄소나노튜브 사용제품)와 통상적으로 사용되는 커패시터(유기계 기존제품)의 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 전기 이중층 커패시터(탄소나노튜브 사용제품)는 유기계 전해액과 도전재를 사용한 커패시터(유기계 기존제품)에 비하여 주파수에 따른 임피던스특성이 우수하게 나타낸다.
본 발명은 상술한 일실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상 내에서 당업자에 의한 변형이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 분극성 전극의 제조방법은 도전재로서 탄소나노튜브를 이용하여 고용량발현과 낮은 등가직렬저항의 전기 이중층 커패시터를 제조하기 위한 분극성 전극을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 전기 이중층 커패시터는 도전재로서 탄소나노튜브를 사용하여 고전압, 고에너지밀도, 고용량의 특성과 낮은 등가직렬저항의 특성을 동시에 갖는 전기 이중층 커패시터를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 전기 이중층 커패시터는 도전재로 사용하는 탄소나노 튜브가 활성탄소의 용량발현을 보조하여 용량발현력을 증가시킴에 따라 기존의 커패시터보다 고용량의 전기 이중층 커패시터를 제공한다.

Claims (8)

  1. 전기 이중층 커패시터의 분극성 전극의 제조방법에 있어서,
    (a) 탄소나노튜브의 충진밀도가 0.01g/㎤ 내지 3.00g/㎤로 되도록 탄소나노튜브를 볼밀링(ball milling) 처리하여 탄소나노튜브의 길이가 1㎛ 내지 10㎛로 되도록 조절하는 볼밀링 처리 단계;
    (b) 상기 볼밀링 처리 단계에서 조절된 탄소나노튜브를 바인더가 분산된 유기용매에 분산시켜 탄소나노튜브를 포함한 유기용액을 제조하는 용액 제조 단계;
    (c) 상기 용액 제조 단계에서 제조된 탄소나노튜브의 유기용액에 활성탄소를 첨가하여 슬러리(slurry)를 제조하는 슬러리 제조 단계; 및
    (d) 상기 슬러리 제조 단계에서 제조된 슬러리를 시트(sheet)형태의 전극을 제조하기 위하여 롤프레스(roll press)를 이용하여 압착하면서 열처리하는 전극 제조 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 분극성 전극의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 용액 제조 단계에서의 바인더는 PTEE(polytetrafluoroethylene), CMC(carboxymethylcellulose), PVA(polyvinyl alcohol), PVdF(polyvinylidene fluoride), PVP(polyvinyl pyrrolidene)중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 분극성 전극의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용액 제조 단계에서의 유기용매는 이소프로필 알콜(isoprophyl alcohol), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate), 아세토니트릴(acetonitrile) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 분극성 전극의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬러리 제조 단계에서의 활성탄소는 평균 입경이 5㎛ 내지 10㎛이고, 비표면적이 2100㎡/g 내지 3000㎡/g인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 분극성 전극의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 제조 단계에서의 열처리는 50℃ 내지 300℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 분극성 전극의 제조방법.
  7. 분극성 전극이 다수의 활성탄소, 바인더 및 도전재로 구성된 전기 이중층 커패시터에 있어서,
    상기 도전재로는 그 충진밀도가 0.01g/㎤ 내지 3.00g/㎤이고, 그 길이가 1㎛ 내지 10㎛인 탄소나노튜브가 이용되는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 분극성 전극은 활성탄소가 60% 내지 80%, 탄소나노튜브가 5% 내지 30%, 바인더가 5% 내지 25%로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08250380A (ja) * 1995-03-07 1996-09-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 分極性電極およびその製造方法
JP2000124079A (ja) * 1998-10-15 2000-04-28 Tokin Corp 電気二重層キャパシタ
KR20030043176A (ko) * 2001-11-27 2003-06-02 일진나노텍 주식회사 탄소 나노튜브를 이용하는 마이크로 수퍼 커패시터 및이를 제조하는 방법
KR20030056101A (ko) * 2001-12-27 2003-07-04 박수길 수퍼커패시터용 카본 나노 화이버 전극의 제조방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08250380A (ja) * 1995-03-07 1996-09-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 分極性電極およびその製造方法
JP2000124079A (ja) * 1998-10-15 2000-04-28 Tokin Corp 電気二重層キャパシタ
KR20030043176A (ko) * 2001-11-27 2003-06-02 일진나노텍 주식회사 탄소 나노튜브를 이용하는 마이크로 수퍼 커패시터 및이를 제조하는 방법
KR20030056101A (ko) * 2001-12-27 2003-07-04 박수길 수퍼커패시터용 카본 나노 화이버 전극의 제조방법

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