KR100982030B1 - 내부전극을 포함하는 광커패시터 - Google Patents
내부전극을 포함하는 광커패시터 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100982030B1 KR100982030B1 KR1020070134144A KR20070134144A KR100982030B1 KR 100982030 B1 KR100982030 B1 KR 100982030B1 KR 1020070134144 A KR1020070134144 A KR 1020070134144A KR 20070134144 A KR20070134144 A KR 20070134144A KR 100982030 B1 KR100982030 B1 KR 100982030B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- internal electrode
- electrode
- optical capacitor
- capacitor
- photoelectrode
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 53
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 47
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 12
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 7
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 5
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 14
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 abstract description 9
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 abstract description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 12
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2022—Light-sensitive devices characterized by he counter electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
본 발명은 종래 백금으로만 이루어진 박판형으로부터 탈피한 전혀 새로운 형태로서, 전기전도도가 높은 금속 박판의 양측에 귀금속 입자를 소량 코팅하여 광발전부의 전해질 이온의 산화-환원을 돕는 촉매역할과 축전부에서 생성된 전자를 전달하는 내부전극의 저항을 감소시켜 종래 백금 박판형 내부전극을 갖는 광커패시터와 비교하여도 동등한 성능을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 고가의 백금의 사용량을 현저하게 줄여 그 제조비용 및 생산단가를 절감할 수 있는 광커패시터용 내부전극 구조 및 그 내부전극을 포함하는 광커패시터에 관한 것이다.
광커패시터, 내부전극, 광전극, 상대전극
Description
본 발명은 광커패시터에 사용되는 내부전극의 구조에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 광커패시터에 있어 광발전부와 축전부에 사이에 위치하여 광발전부의 전해질 이온의 산화-환원을 돕는 촉매역할과 축전부에서 생성된 전자를 전달하는 내부전극의 저항을 감소시킬 수 있는 내부전극 구조 및 그 내부전극 구조를 포함하는 광커패시터에 관한 것이다.
현대사회는 석탄, 석유와 같은 화석연료의 과다한 사용으로 이산화탄소의 배출량이 급증하고 있으며, 이로 인한 온실효과의 심각성은 전세계적으로 당면하고 있는 중요한 과제이다. 따라서, 최근에는 이를 방지하기 위하여 이산화탄소 발생량을 규제하고 그린 에너지의 필요성과 함께 무공해 원료인 태양전지의 상용화를 가속화하고 있다.
이러한 태양전지라 함은 광기전 효과에 의해 태양빛을 전기로 직접 변환시키 는 전기발생 장치로서 환경오염을 유발하지 않기 때문에 청정 재생 에너지원으로 분류되며, 구성하는 물질에 따라 무기 태양전지, 유기분자형 태양전지 그리고 염료감응형 태양전지로 구분되고 있다. 특히, 염료감응형 태양전지의 경우 에너지 변환효율이 비정질 실리콘 태양전지만큼 높고 제조 단가가 저렴하여 연구계 및 산업계에 많은 관심을 모으고 있으며 일본, 유럽 등에서 차세대 태양전지로 개발되고 있는 실정이다.
한편, 이와 같이 태양전지는 태양광발전의 핵심소자로 현재 우주에서부터 가정에 이르기까지 전원공급용으로 광범위하게 활용되고 있는데, 다만 야간이나 흐린 날에는 광원이 부족하여 활용이 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서, 이와 같은 문제점을 극복하기 위해서는 별도의 에너지 저장 장치가 필요하게 되었으며, 종래에는 태양광발전의 에너지 저장 장치로 주로 납축전지가 사용되어 왔으나, 이러한 납축전지는 주기적인 유지 보수 및 셀간 밸런스에 문제가 있었다.
이에, 최근에는 광전기변환과 에너지 저장 기능을 동시에 갖는 새로운 개념의 광커패시터 기술이 제안되어 왔으며, 이러한 광커패시터는 광발전부와 축전부로 구성되어 별도의 저장장치 없이도 스스로 전기를 생산하고 저장할 수 있다는 장점으로 인하여 꾸준히 연구되고 있는 신기술이다.
도 1은 종래 광커패시터를 간략하게 나타낸 도면이다.
이에 도시된 바와 같이, 통상적으로 광커패시터는 내부전극(3)을 중심으로 좌, 우 양쪽에 각각 광전극(1)과 상대전극(2)이 위치하고 있는데, 상기 광전극(1)은 투명 전도성 기판위에 염료 분자가 화학적으로 흡착된 나노입자 산화물 전극으로 구성되고, 상대전극(2)과 내부전극(3)에는 활성탄이 코팅된 활성탄소전극(41,42)이 대칭적으로 놓여있으며, 상기 활성탄소전극(41,42)이 단락되는 것을 방지하기 위하여 분리막으로 격리되어 있다. 또한, 광전극(1)과 내부전극(3) 사이에는 산화-환원 전해질을 충진하고, 상대전극(2)과 내부전극(3) 각각의 사이에는 커패시터용 전해질을 충진하고 밀봉하면 광커패시터 셀이 제작된다.
이와 같은 광커패시터 셀의 작동원리를 설명하면, 먼저 광전극 표면에 태양 빛이 흡수되면 염료 분자는 전자-홀 쌍을 생성하며, 전자는 반도체 산화물의 전도띠로 주입되어 나노입자간 계면에서 투명 전도성막을 통해 상대전극으로 전달되어 전기이중층을 형성시키고, 염료 분자에 생성된 홀은 산화-환원 전해질에 의해 전자를 받아 다시 환원되어 광충전 작동과정이 완성된다.
그러나. 기존의 광커패시터는 광발전과 축전 기능을 향상시키기 위하여 내부전극으로 주로 백금 박판을 사용하여 왔으며, 이러한 백금 박판은 소정의 지지력을 가져야 하기 때문에 그 두께가 100㎛이상부터 수㎜까지의 범위에서 제작되어야 하며, 이로 인해 고가의 귀금속인 백금의 사용량이 많아 제조비용 및 생산단가의 증가를 초래하게 되고, 특히 제조단가가 낮은 염료감응형 태양전지의 장점을 상쇄시키는 주요한 요인이 되어 왔다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 구성된 것으로, 백금으로만 이루어진 종래 박판형 구조로부터 탈피하여 그 제조비용 및 생산단가를 절감할 수 있으며 동등한 광커패시터 성능을 가질 수 있는 새로운 형태의 내부전극을 포함하는 광커패시터를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
삭제
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
전기전도도가 높은 금속 박판의 양쪽에 샌드위치형으로 귀금속 코팅막이 형성된 것을 특징으로 하는 광커패시터용 내부전극 구조를 제공함으로써 달성된다.
또한, 본 발명은 상기 귀금속 코팅막이 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)이 각각 단독으로 사용되거나 서로 혼합된 것을 코팅하여 형성된 것임을 특징으로 하며, 금속은 스테인레스 스틸 또는 티타늄 등의 비귀금속을 특징으로 하는 광커패시터용 내부전극 구조를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 귀금속 코팅막의 두께가 2nm~50㎛인 것을 특징으로 하는 광커패시터용 내부전극 구조를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 금속 박판이 스테인레스 스틸, 티타늄, 알루미늄, 구리 중에 선택된 것을 특징으로 하는 광커패시터용 내부전극 구조를 제공한다.
또한, 본 발명은 스테인레스 스틸, 티타늄, 알루미늄, 구리 중에 선택된 금속 박판의 양쪽에 샌드위치형으로 귀금속 코팅막이 형성된 내부전극이 있고, 상기 내부전극을 중심으로 좌, 우 양쪽에 각각 광전극과 상대전극이 위치되며, 상기 광전극과 내부전극 사이에는 산화-환원 전해질이 충진되고, 상대전극과 내부전극 각각의 사이에는 커패시터용 전해질이 충진된 것을 특징으로 하는 광커패시터를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 광전극이 투명 전도성 기판위에 염료 분자가 화학적으로 흡착된 나노입자 산화물 전극으로 구성된 것을 특징으로 하는 광커패시터를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 광전극이 투명 전도성 기판으로 F-doped SnO2 (FTO) 물질을 사용하고, 염료로 루테늄계 염료 중에서 붉은색을 띄는 N3를 사용하고, 산화물로 TiO2를 사용한 것을 특징으로 하는 광커패시터를 제공한다.
또한, 본 발명은 상대전극과 내부전극의 서로 마주보는 면에는 각각 활성탄이 코팅되어 형성된 활성탄소전극이 대칭적으로 놓여있으며, 상기 활성탄소전극은 단락되는 것을 방지하기 위한 분리막에 의해 격리된 것을 특징으로 하는 광커패시터를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 상대전극이 투명 전도성 기판으로 F-doped SnO2 (FTO) 물질을 사용하고, 활성탄과 도전재, 바인더를 혼합하여 성형한 전극을 사용하는 것 을 특징으로 하는 광커패시터를 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 광커패시터용 내부전극 구조 및 그 내부전극을 포함하는 광커패시터는 종래 백금으로만 이루어진 박판형으로부터 탈피한 전혀 새로운 형태로서, 비교적 저가이면서 전기전도도가 높은 스테인레스 스틸, 티타늄, 알루미늄, 구리 중에 선택된 금속 박판의 양측에 귀금속 입자를 코팅하여 광발전부의 전해질 이온의 산화-환원을 도와주는 촉매역할과 축전부에서 생성된 전자를 전달하는 내부전극의 저항을 감소시켜 종래 백금 박판형 내부전극을 갖는 광커패시터와 비교하여도 동등한 성능을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 고가의 백금의 사용량을 현저하게 줄여 그 제조비용 및 생산단가를 절감할 수 있다는 효과를 가져온다.
이하에서는 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 도시된 실시예에 따라 구체적으로 설명하기는 하나, 본 고안이 도면에 도시된 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 내부전극 구조를 갖는 광커패시터를 간략하게 나타낸 도면이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 내부전극(3)은 기본 골격으로 전기전도도가 높은 금속 박판을 사용하고, 그 양쪽에 샌드위치형으로 귀금속 입자가 코팅된 귀금속 코팅막(51,52)이 형성된 것을 특징으로 한다.
이와 같이 내부전극(3)의 단가를 낮추기 위하여 종래 백금 박판형 대신에 비교적 저가이면서 전기전도도가 높은 비귀금속을 선택하여 박판화한 금속 박판을 사용한다. 다만, 이와 같은 금속 박판을 사용할 경우 필연적으로 저항이 증가되어 광커패시터 셀의 성능을 저하시키게 되는데, 이를 방지하기 위하여 양쪽면에 귀금속 코팅막(51,52)을 형성함으로써 저항을 감소시키고 광발전부 전해질 이온의 산화-환원을 돕는 촉매로 작용하여 셀 전압 및 축전용량을 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 사용되는 귀금속 코팅막(51,52)에 사용되는 귀금속 입자로는 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)이 단독으로 사용되거나 둘의 혼합물이 사용되며, 이러한 귀금속 코팅막(51,51)의 두께는 양쪽 코팅막의 합이 2nm~50㎛만 되어도 종래 백금 박판형 내부전극과 비교하여도 동등한 광커패시터 성능을 보일 수 있다.
이와 같이, 상기 코팅막(51,52)의 두께를 2nm~50㎛를 한정하는 것은 상기 범위보다 더 얇게 형성하면 내부전극(3)으로 사용된 금속 박판의 저항을 효과적으로 감소시키지 못하여 광커패시터 셀의 성능을 저하시키게 되며, 반대로 상기 범위보다 더 두껍게 형성하면 광커패시터 셀의 성능이 뚜렷하게 증진되지 않음에도 불구하고 고가의 백금의 소비량만 많아지기 때문이다.
따라서, 종래 내부전극으로 사용된 백금 박판의 경우 소정의 지지력을 가져야 하기 때문에 그 두께가 100㎛이상부터 수㎜까지의 범위에서 제작되어야 하는 반면, 본 발명은 양쪽을 합한 귀금속 코팅막(51,52)의 두께를 불과 2nm~50㎛로 하여도 충분한 효과를 발휘하므로 고가의 백금의 사용량을 현저하게 줄여 그 제조비용 및 생 산단가를 절감할 수 있게 된다.
아울러, 상기 기본골격이 되는 금속 박판으로는 비교적 저가이면서도 전기전도도가 타금속보다 높은 스테인레스 스틸, 티타늄, 알루미늄, 구리 중에 선택된 것이 사용되며, 이러한 금속 박판의 두께는 소정의 기계적강도와 지지력을 갖는 범위 내에서 특별하게 한정되지 않고 제작가능하나, 본 발명에서는 0.10~0.15㎜의 두께를 갖도록 하는 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명은 전술한 바와 같이 금속 박판 양쪽에 샌드위치형의 귀금속 코팅막(51,52)이 형성된 내부전극 구조를 포함하는 광커패시터를 제공한다.
전술한 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광커패시터는 그 구성요소로서 스테인레스 스틸, 티타늄, 알루미늄, 구리 중에 선택된 금속 박판의 양쪽에 샌드위치형으로 귀금속 코팅막(51,52)이 형성된 내부전극(3)이 있고, 상기 내부전극(3)을 중심으로 좌, 우 양쪽에 각각 광전극(1)과 상대전극(2)이 위치되며, 상기 광전극(1)과 내부전극(3) 사이에는 산화-환원 전해질이 충진되고, 상대전극(2)과 내부전극(3) 각각의 사이에는 커패시터용 전해질이 충진되어 있다.
이때, 상기 광전극(1)은 투명 전도성 기판위에 염료 분자가 화학적으로 흡착된 나노입자 산화물 전극으로 구성된 것으로, 더욱 바람직하게는 투명 전도성 기판으로 F-doped SnO2(FTO) 물질을 사용하고, 염료로 루테늄계 염료 중에서 붉은색을 띄는 N3를 사용하고, 산화물로 TiO2를 사용한 것이 좋다.
또한, 상기 상대전극(2)과 내부전극(3)의 서로 마주보는 면에는 각각 활성탄이 코팅되어 형성된 활성탄소전극(41,42)이 대칭적으로 놓여있으며, 상기 활성탄소전극(41,42) 사이에는 서로 단락되는 것을 방지하기 위한 분리막(미도시)에 의해 격리된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 상대전극(2)은 투명 전도성 기판으로 F-doped SnO2 (FTO) 물질을 사용하고, 활성탄과 도전재, 바인더를 혼합하여 성형한 전극을 사용하는 것이 좋다.
이상과 같은 본 발명의 광커패시터는 그 내부전극의 구조가 종래 백금으로만 이루어진 박판형으로부터 탈피한 전혀 새로운 형태로서, 비교적 저가이면서 전기전도도가 높은 스테인레스 스틸, 티타늄, 알루미늄, 구리 중에 선택된 금속 박판의 양측에 귀금속 입자를 코팅하여 광발전부의 전해질 이온의 산화-환원을 돕는 촉매역할과 축전부에서 생성된 전자를 전달하는 내부전극의 저항을 감소시킴으로써 종래 백금 박판형 내부전극을 갖는 광커패시터와 비교하여도 동등한 성능을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 고가의 백금의 사용량을 현저하게 줄여 그 제조비용 및 생산단가를 절감할 수 있다.
이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<실시예1>
가로 및 세로, 높이가 각각 10mmx60mmx0.14mm인 스테인레스 스틸 박판의 양쪽면에 백금과 팔라듐이 60:40 비율로 혼합된 입자를 각각 3㎚의 두께로 코팅한 후, 한쪽면에 활성탄소와 도전재, 바인더의 혼합용액을 코팅하고 60℃ 오븐에서 약 1시간 건조하여 내부전극을 제조하였다. 이때 활성탄전극의 무게는 1.8㎎이었다.
<비교예 1>
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 스테인레스 스틸 박판 양쪽에 귀금속 입자가 코팅되지 않고 활성탄전극만을 코팅하여 내부전극을 제조하였다. 이때 활성탄전극의 무게는 2.0㎎이었다.
<실험예 1 내지 실험예 3>
상기 실시예 1과 비교예 1에 제조된 내부전극을 각각 도 2와 같이 제작된 시험용 광커패시터 셀에 장착하고 광충전을 하여 시간에 대한 OCV 변화를 측정하여 첨부된 도 3에 나타내었고, 상기와 같이 광충전이 완료된 후 정전류로 방전한 후 그 측정결과를 첨부된 도 4에 나타내었고 축전용량을 기울기로부터 산출하였다. 아울러, 광커패시터 셀의 임피던스를 측정하여 내부전극 구조에 따른 저항특성을 분석하여 그 결과를 첨부된 도 5에 나타내었다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 내부전극 구조에 대한 광충전시 전압의 측정결과를 나타낸 그래프로서, 상기 도 3의 측정결과를 통해 알 수 있듯이, 비교예 1의 경우에는 OCV가 0.5V이었으나, 본 발명에 해당하는 실시예 1의 경우에는 0.8V임을 확인하였으며, 실시예 1의 귀금속이 코팅된 스테인레스 스틸의 내부전극이 단순히 스테인레스 스틸로만 이루어진 내부전극보다 저항 감소와 전해질 이온의 산화-환원을 도와 광충전 특성이 향상되는 효과가 있어 OCV가 높아진 것을 확인할 수 있었다.
또한, 종래 백금 박판으로 이루어진 내부전극이 문헌적으로 0.8V의 보임을 참조할 경우 본 발명의 실시예 1은 이와 동등한 성능을 보임을 간접적으로 알 수 있다.(Chem. Commun., 2005, 제3346호 'A high-voltage dye-sensitized photocapacitor of a three-electrode system' ; Takurou N. Murakami)
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 내부전극 구조에 대한 정전류 방전시 전압의 측정결과를 나타낸 그래프로서, 상기 도 4의 측정결과를 통해 알 수 있듯이, 두 셀 모두 좋은 전기이중층 커패시터의 방전 특성을 보이고 있으며, 상기 그래프에 대한 각각의 기울기로부터 용량을 산정한 결과 실시예 1과 비교예 1 모두 약 8F/cc로서 유사한 값이 나타났으나, 반면 같은 정전류로 방전하였을 때 본 발명에 해당하는 실시예 1이 비교예 1 보다 방전시간이 20분 더 긴 것으로 나타나, 방전특성이 더 향상됨을 확인할 수 있었다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 내부전극 구조에 대한 임피던스 결과를 나타낸 그래프로서, 상기 도 5의 측정결과를 통해 알 수 있듯이, 비교예 1의 내부전 극은 그 저항이 10.3Ω㎠인 반면, 본 발명에 해당하는 실시예 1의 내부전극은 8.6Ω㎠으로, 본 발명과 같이 귀금속이 코팅된 스테인레스 스틸 내부전극의 경우 셀의 저항이 현저하게 감소시키는 것을 확인할 수 있었다.
도 1은 종래 광커패시터를 간략하게 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 내부전극 구조를 갖는 광커패시터를 간략하게 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 내부전극 구조에 대한 광충전시의 전압 측정결과를 나타낸 그래프
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 내부전극 구조에 대한 정전류 방전시 전압 측정결과를 나타낸 그래프
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 내부전극 구조에 대한 임피던스 측정결과를 나타낸 그래프
<도면의 주요부호에 대한 상세한 설명>
1 : 광전극
2 : 상대전극
3 : 내부전극
41,42 : 활성탄소전극
51,52 : 귀금속 코팅막
Claims (9)
- 스테인레스 스틸, 티타늄, 알루미늄, 구리 중에 선택된 금속 박판의 양쪽에 샌드위치형으로 2nm~50㎛ 두께의 귀금속 코팅막이 형성된 내부전극이 있고, 상기 내부전극을 중심으로 좌, 우 양쪽에 각각 광전극과 상대전극이 위치되며, 상기 광전극과 내부전극 사이에는 산화-환원 전해질이 충진되고, 상대전극과 내부전극 각각의 사이에는 커패시터용 전해질이 충진된 것을 특징으로 하는 광커패시터.
- 청구항 1에 있어서, 상기 귀금속 코팅막은 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)을 각각 단독으로 코팅하거나 서로 혼합된 것을 코팅하여 형성된 것임을 특징으로 하는 광커패시터.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 2에 있어서, 상기 광전극은 투명 전도성 기판위에 염료 분자가 화학적으로 흡착된 나노입자 산화물 전극으로 구성된 것을 특징으로 하는 광커패시터.
- 청구항 6에 있어서, 상기 광전극은 투명 전도성 기판으로 F-doped SnO2 (FTO) 물질을 사용하고, 염료로 루테늄계 염료 중에서 붉은색을 띄는 N3를 사용하고, 산화물로 TiO2를 사용한 것을 특징으로 하는 광커패시터.
- 청구항 2에 있어서, 상기 상대전극과 내부전극의 서로 마주보는 면에는 각각 활성탄이 코팅되어 형성된 활성탄소전극이 대칭적으로 놓여있으며, 상기 활성탄소전극 사이에는 서로 단락되는 것을 방지하기 위한 분리막에 의해 격리된 것을 특징으로 하는 광커패시터.
- 청구항 8에 있어서, 상기 상대전극은 투명 전도성 기판으로 F-doped SnO2 (FTO) 물질을 사용하고, 활성탄과 도전재, 바인더를 혼합하여 성형한 전극을 사용하는 것을 특징으로 하는 광커패시터.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070134144A KR100982030B1 (ko) | 2007-12-20 | 2007-12-20 | 내부전극을 포함하는 광커패시터 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070134144A KR100982030B1 (ko) | 2007-12-20 | 2007-12-20 | 내부전극을 포함하는 광커패시터 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090066548A KR20090066548A (ko) | 2009-06-24 |
| KR100982030B1 true KR100982030B1 (ko) | 2010-09-14 |
Family
ID=40994524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020070134144A KR100982030B1 (ko) | 2007-12-20 | 2007-12-20 | 내부전극을 포함하는 광커패시터 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100982030B1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101382361B1 (ko) * | 2013-05-03 | 2014-04-09 | 강원대학교산학협력단 | 복합 분리막을 포함하는 염료감응 태양전지 및 그의 제조방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006309990A (ja) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | キャパシタ付色素増感型太陽電池 |
-
2007
- 2007-12-20 KR KR1020070134144A patent/KR100982030B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006309990A (ja) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | キャパシタ付色素増感型太陽電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20090066548A (ko) | 2009-06-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zeng et al. | Integrated photorechargeable energy storage system: next‐generation power source driving the future | |
| Schmidt et al. | Photo‐rechargeable electric energy storage systems | |
| Fang et al. | Effect of the thickness of the Pt film coated on a counter electrode on the performance of a dye-sensitized solar cell | |
| D’Amario et al. | Chemical and physical reduction of high valence Ni states in mesoporous NiO film for solar cell application | |
| Lau et al. | A three-electrode integrated photo-supercapacitor utilizing graphene-based intermediate bifunctional electrode | |
| JP5531300B2 (ja) | 色素増感太陽電池 | |
| AU2012227434B2 (en) | Silicon dioxide solar cell | |
| KR20070016271A (ko) | 금속원소를 포함하는 광전변환소자용 전극 및 이를 채용한염료감응 태양전지 | |
| JP2007095682A (ja) | 積層型光起電素子およびその製造方法 | |
| Lee et al. | Preparation of a nanoporous CaCO3-coated TiO2 electrode and its application to a dye-sensitized solar cell | |
| JP2006236960A (ja) | 色素増感太陽電池及びその製造方法 | |
| Manopriya et al. | The prospects and challenges of solar electrochemical capacitors | |
| JP4966525B2 (ja) | 色素増感型太陽電池、その光電極基板およびその光電極基板の製造方法 | |
| JP2011076791A (ja) | 光電変換素子とその光電変換素子を用いた光発電装置 | |
| JP2011146384A (ja) | 染料感応型太陽電池用電極基板、及びこれを具備する染料感応型太陽電池 | |
| JP2009009936A (ja) | 光電変換装置 | |
| Rong et al. | Monolithic all-solid-state dye-sensitized solar cells | |
| KR100982030B1 (ko) | 내부전극을 포함하는 광커패시터 | |
| Thapa et al. | Evaluation of counter electrodes composed by carbon nanofibers and nanoparticles in dye-sensitized solar cells | |
| JP5311094B2 (ja) | 色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュール | |
| KR100998146B1 (ko) | 티타늄 튜브와 박판 구조물이 포함되는 염료 감응형태양전지 | |
| KR20130118578A (ko) | 광감응 태양전지 및 그의 제조방법 | |
| KR20040093515A (ko) | 코팅된 부가적인 산화물 층을 갖는 염료감응형 태양전지 | |
| Nursam et al. | Low-cost monolithic dye-sensitized solar cells fabricated on single conductive substrate | |
| Li et al. | Dye-sensitized solar cells with higher J sc by using polyvinylidene fluoride membrane counter electrodes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130903 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150904 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160905 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |