KR101441329B1 - 슈퍼 커패시터용 메조포러스 탄소체의 제조방법 - Google Patents

슈퍼 커패시터용 메조포러스 탄소체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

슈퍼 커패시터용 메조포러스 탄소체의 제조방법이 개시되어 있다. 본 발명은, 0.3∼0.6 F/㎠의 충전능력을 갖는 커패시터 전극 소재로 사용하기 위한 것으로, 500∼1500/g의 비표면적과 2∼10nm 메조기공을 갖고 있는 슈퍼 커패시터용 탄소체의 제조방법으로서, 계면활성제와 테트라에틸 오쏘실리케이트(TEOS: tetraethyl orthosilicate)를 사용하여 메조포러스 실리카를 제조하는 단계; 템플레이트법에 의해 상기 메조포러스 실리카를 이용하여 메조포러스 탄소체를 제조하는 단계; 및 제조된 메조포러스 탄소체를 화학적으로 활성화 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

슈퍼 커패시터용 메조포러스 탄소체의 제조방법{Method for manufacturing mesoporous active carbon fiber for super capacitor}
본 발명은 슈퍼 커패시터용 메조포러스 탄소체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 실리카를 주형으로 합성한 메조포러스 탄소구조체를 제조하고, 비표면적이 작은 단점을 보완하기 위하여 화학적 약품으로 활성화시켜 메조기공과 고 비표면적을 갖도록 한 슈퍼 커패시터용 메조포러스 탄소체의 제조방법에 관한 것이다.
활성탄소섬유의 비표면적을 변화시키고, 마이크로 기공 또는 메조기공의 크기 또는 분율을 조절하는 방법으로 서로 다른 종류의 고분자를 물리적 또는 화학적으로 혼합하여 고분자 블렌드를 탄화 시키는 고분자 블렌드 탄화법, 전이금속 및 희토류 금속을 촉매로 사용하여 고온에서 활성화 시키는 촉매 활성화법, Resorcinol과 포름알데하이드를 혼합할 때 pH를 조절하여 활성탄의 기공과 비 표면적을 조절하는 졸-겔 활성화법, 실리카 매트릭스를 사용하는 템플레이트 탄화법등으로 분류되고 있다.
메조기공 탄소소재는 촉매지지체, 전지전극, 전기 이중층전극, 용액 중 유기물 흡착 등을 포함한 다양한 분야에 응용될 수 있는 잠재성 때문에 많은 연구가 시도되어 왔다. 그러나 보통 제조된 흡착제에는 활성탄과 활성탄소섬유가 있고 대부분의 기공은 마이크로 기공이 주로 존재하고 메조기공과 마크로기공이 제한적 이어서 특수물질의 선택적 흡착이나 유기 전해질 슈퍼커패시터에서 활용하는데 한계가 있다. 특히 유기 전해질의 슈퍼커패시터의 경우 수용성 전해질에서와 다르게 비표면적이 어느 정도 이상이 되면 충전용량이 증가하다가, 일정해 지며 이때 메조기공분율이 증가하면 충전용량이 상승하는 결과를 보여주고 있다.
따라서, 이와 같은 한계를 극복하기 위해서 비표면적과 메조기공크기 조절이 필요하다. 메조기공을 갖는 탄소소재 제조방법 중에서, 공정이 간단하고 경제적 잇점이 있는, 촉매활성화법은 전이금속 및 희토류 금속을 촉매로 메조기공 조절에 자주 사용되어 온 방법이다. 마쉬(Marsh) 등이 Fe와 Ni을 함유한 목탄을 CO2 가스를 이용하여 활성화하였을 때. 활성탄 내부에 메조기공이 생성되는 것을 발견한 후, 토미타(Tomita) 등은 탄소원으로 석탄을 사용하고 촉매로 Ni 분말로 활성화하여 10mm의 기공을 갖는 메조기공 활성탄을 제조하였다. 이때 생성된 메조기공의 크기는 탄소 표면에서 관찰되는 촉매 Ni 입자 크기가 유사하고 활성화가 일어나는 동안 탄소 표면 위에서 촉매 입자에 의한 피팅(pitting) 작용에 의해 메조기공이 생성되는 것으로 생각된다. 이후 입자 크기에 따라 Co, Fe, Ce, Ni 등의 다양한 전이금속 및 회토류 금속들이 단일 또는 혼합형태로 촉매로 사용되었으며, 이들의 첨가방법에 대한 연구도 다양하게 시도되어 오고 있다. 촉매활성화법은 금속을 사용하기 때문에 탄소소재 내부에 금속입자가 소량 존재하여 금속이온으로 용해가 일어날 수 있으나 공정의 간단성과 경제성 때문에 많이 사용된다.
촉매 활성화법은 활성탄소 섬유 표면에 전이 금속을 이온 교환시키기 위해서 표면에 관능기를 부여하는 개질이 필요하고, 질산, 오존 등을 사용하여 산화제 처리를 하면 표면에 산성, 염기성, 중성 등의 산소 복합체가 생성된다고 보고 된 바 있다. 서덜랜드(Sutherland)등은 카본블랙 표면을 오존 산화 처리 하여, 이때 생성된 표면산소 복합체는 주로 -COOH라고 발표하였다. 또한 카스틸라(Castilla)등은 활성탄 표면을 산화제인 질산, 과산화수소 및 암모늄 페록시디설페이트 등으로 처리하여 강한 산성 산소 복합체를 형성시킨다고 보고하였다. 이와 같은 연구들은 주로 활성탄에 적용하고, 산업적으로 응용하기는 어려운 점이 있다.
다공성 탄소 물질의 장점은 높은 비표면적, 큰 기공부피, 우수한 화학적물리적 안정성이다. 이러한 장점들로 인해 대부분 다공성 탄소는 자연에 존재하는 코코넛이나 나무, 고분자 등을 탄화시키고 활성화시킴으로서 합성을 한다. 미세세공을 가지고 있으므로 작은 분자의 흡착이나 분리, 촉매 반응에 유용하게 사용될 수 있다. 그러나 작은 분자에만 국한되는 한계 때문에 최근에는 리튬 전지, 전기이중층 커패시터 등에 탄소 물질이 사용될 수 있는 좀 더 큰 기공 즉 메조기공이 발달된 탄소 물질에 대한 관심이 높아지고 있다.
최근 메조포러스 실리카를 주형으로 사용하여 균일한 기공들이 규칙적으로 배열한 구조의 새로운 탄소물질인 CMK-1의 제조기술이 개발되고 있다. 메조포러스 탄소는 메조포러스 실리카처럼 특별한 촉매 활성이 없어 촉매의 담체로 많이 사용 되지만 실리카와는 달리 전기 전도도가 상대적으로 뛰어나고 높은 비표면적을 가지고 있어 전극소재로 많은 연구가 활발히 진행되고 있다.
1. 대한민국 등록특허 제10-1038253호 2. 대한민국 공개특허 제10-2009-0082902호
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 수퍼 커패시터에서 이동하는 전하의 저항을 감소시키기 위하여 템플레이트법에 의해 메조포러스 실리카를 제조하고 탄화시켜 메조기공이 발달된 메조포러스 탄소체의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 메조기공이 발달된 소재를 화학적 활성화시켜서 높은 비표면적의 탄소 소재를 제조할 수 있도록 한 슈퍼 커패시터용 메조포러스 탄소체의 제조방법를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 슈퍼 커패시터용 메조포러스 탄소체의 제조방법은, 0.3∼0.6 F/㎠의 충전능력을 갖는 커패시터 전극 소재로 사용하기 위한 것으로, 500∼1500/g의 비표면적과 2∼10nm 메조기공을 갖고 있는 슈퍼 커패시터용 탄소체의 제조방법으로서,
계면활성제와 테트라에틸 오쏘실리케이트(TEOS: tetraethyl orthosilicate)를 사용하여 메조포러스 실리카를 제조하는 단계; 템플레이트법에 의해 상기 메조포러스 실리카를 이용하여 메조포러스 탄소체를 제조하는 단계; 및 제조된 메조포러스 탄소체를 화학적으로 활성화 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 메조포러스 실리카를 제조하는 단계는,
(a) P123(polyethylene glycol-block-polypropylene glycol-block-polyethylene glycol)를 염산(HCl)과 물(H2O)를 첨가하여 완전히 녹을 때까지 교반하는 단계; (b) 테트라에틸 오쏘실리케이트(TEOS: tetraethyl orthosilicate)를 첨가하여 함께 교반시키는 단계; (c) 100℃에서 12∼24시간 가열하는 단계; (d) 여과를 한 후에, 에탄올로 세척하고 110℃에서 1시간동안 건조시키는 단계; 및 (e) 550℃에서 소성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a)교반단계에서, 혼합물의 조성 몰비는 P123 : TEOS : HCl : H2O = 0.01 : 5∼10 : 150 : 0.6인 것을 특징으로 한다.
상기 메조포러스 탄소체를 제조하는 단계는,
(a) 상기 메조포러스 실리카에 수크로오스(sucrose), 황산(H2SO4) 및 물을 혼합하여 교반시키는 단계; (b) 100℃에서 6시간 건조 후에, 160℃에서 6시간동안 건조시키는 단계; (c) 아르곤 분위기하에서 900∼1,100℃의 온도로 6시간 동안 탄화시키는 단계; 및 (d) 불화수소를 이용하여 실리카를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a)교반단계에서, 메조포러스 실리카 : 수크로오스 : H2SO4 : H2O = 1 : 0.5∼1.5 : 0.1∼0.15 : 5의 중량비율로 혼합하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d)실리카 제거단계는, 2∼10wt% 불화수소(HF)에 24시간 동안 침지시켜서 실리카를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 화학적으로 활성화 처리하는 단계는,
(a) 상기 제조된 메조포러스 탄소체를 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화나트륨(NaOH)과 중량비로 0.2∼10 : 1의 비율로 혼합하는 단계; (b) 상기 혼합물을 튜브 로(furnace)에서 700∼900℃의 온도에서 열처리 및활성화하는 단계; 및 (c) 화학적 처리된 메조포러스 탄소체로부터 불순물을 제거하고 수세하며 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (b)열처리 및 활성화는,
아르곤 또는 질소가스를 100∼1,000cc/분의 유량으로 주입하여 반응분위기를 조절하면서 수행하며, 0.1∼10℃/분으로 승온하고 활성화 온도에서 30∼180분 동안 유지시킨 후에 서냉하는 방식으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 불순물의 제거는 3∼5M 염산으로 70∼100℃에서 20∼60분 동안 처리하고, 상기 수세는 pH 7까지 수행하며, 상기 건조는 건조기에서 80∼110℃의 온도로 10∼15시간 동안 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 메조기공 탄소체를 제조하고 비표면적을 증가시키기 위해서 화학적 활성화 제조방법에 의해 만들어지는 탄소체는 계면활성제와 TEOS를 사용하여 비표면적(500∼1,500㎡/g)과 2∼10 nm 크기의 메조기공이 발달된 탄소체를 제조하는 효과를 갖는다. 일반적으로 고 비표면적의 활성탄의 경우 1.5 이하의 마이크로 기공이 발달되는 경향이 있는데 본 발명에서는 비표면적이 크면서 메조기공이 발달되어 슈퍼 커패시터의 전극으로 사용될 경우 전하들의 확산 저항을 줄이고, 고 비표면적에 의한 전기 이중층 효과로 고 용량을 실현할 수 있는 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 메조포러스 탄소체의 제조공정을 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 1b는 본 발명에 따라 제조된 메조포러스 탄소체에 화학적 활성화 처리를 하는 제조공정을 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 메조포러스 실리카와 메조포러스 탄소체의 SEM사진이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 탄소체 전극소재의 등온곡선을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 탄소체 전극소재의 기공크기 분포도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 메조포러스 탄소체의 슈퍼 커패시터 사이클 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 화학적으로 활성화시킨 탄소체의 사이클 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 슈퍼커패시터의 임피던스를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 슈퍼 커패시터용 메조포러스 탄소체의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 슈퍼 커패시터용 메조포러스 탄소체의 제조방법은, 크게 (1)메조포러스 실리카 제조공정, (2)템플레이트법에 의해 상기 메조포러스 실리카를 이용하여 메조포러스 탄소체의 제조공정, 및 (3)메조포러스 탄소체를 화학적으로 활성화 처리하는 공정을 포함한다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 3가지 공정을 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
1. 메조포러스(mesoporous) 실리카 제조공정
(a) 계면활성제를 염산(HCl)과 물(H2O)를 첨가하여 완전히 녹을 때까지 교반한다. 이때, 계면활성제로는 P123(polyethylene glycol-block-polypropylene glycol-block-polyethylene glycol)을 사용할 수 있다.
(b) 15℃에서 24시간동안 에이징한 후에, 테트라에틸 오쏘실리케이트(TEOS: tetraethyl orthosilicate)를 첨가하여 교반시킨다.
이때, 혼합물의 조성 몰비는 P123 : TEOS : HCl : H2O = 0.01 : 5∼10 : 150 : 0.6인 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 P123 : TEOS : HCl : H2O = 0.01 : 5.5 : 150 : 0.6인 것이 좋다.
(c) 100℃에서 12∼24시간 가열한다.
(d) 여과를 한 후에, 에탄올로 세척하고 110℃에서 1시간동안 건조시킨다.
(e) 550℃에서 소성을 시킨다.
이때, 5시간동안 550℃까지 온도를 올려준 후에 550℃에서 5시간 동안 유지시킨다.
2. 메조포러스 탄소체의 제조방법
(a) 상기 메조포러스 실리카에 수크로오스(sucrose), 황산(H2SO4) 및 물을 혼합하여 교반시킨다.
이때, 메조포러스 실리카 : 수크로오스 : H2SO4 : H2O = 1 : 0.5∼1.5 : 0.1∼0.15 : 5의 중량비율로 혼합하는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는, 메조포러스 실리카 : 수크로오스 : H2SO4 : H2O = 1 : 1.25 : 0.14 : 5의 중량비율로 혼합하는 것이 좋다.
(b) 100℃에서 6시간 건조 후에, 160℃에서 6시간동안 건조시킨다.
(c) 아르곤 분위기하에서 900∼1,100℃의 온도로 6시간 동안 탄화시킨다.
(d) 불화수소를 이용하여 실리카를 제거한다.
이때, 2∼10wt% 불화수소(HF)에 24시간 동안 침지시켜서 실리카를 제거한다.
3. 메조포러스 탄소체의 화학적 처리방법
(a) 상기 제조된 메조포러스 탄소체를 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화나트륨(NaOH)과 중량비로 0.2∼10 : 1의 비율로 혼합한다.
(b) 상기 혼합물을 튜브 로(furnace)에서 700∼900℃의 온도에서 열처리 한다.
열처리 및 활성화는 아르곤 또는 질소가스를 100∼1,000cc/분의 유량으로 주입하여 반응분위기를 조절하면서 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열처리 및 활성화는 0.1∼10℃/분으로 승온하고 활성화 온도에서 30∼180분 동안 유지시킨 후에 서냉하는 방식으로 이루어질 수 있다.
(c) 화학적 처리된 메조포러스 탄소체로부터 불순물을 제거하고 수세하며 건조시킨다.
상기 불순물의 제거는 3∼5M 염산으로 70∼100℃에서 20∼60분 동안 처리하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 수세는 pH 7까지 수행하는 것이며, 상기 건조는 건조기에서 80∼110℃의 온도로 10∼15시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.
이와 같이 메조포러스 탄소체를 제조하고, 제조된 메조포러스 탄소체를 화학적 처리를 함으로써, 높은 충전능력을 갖는 커패시터 전극 소재로서의 탄소체를 제조할 수 있는 것이다.
상기 메조포러스 탄소체는 500∼1,500 ㎡/g의 비표면적과 2∼10nm의 메조기공을 갖고 있으며, 이러한 탄소체를 사용하여 제작된 커패시터는 0.3∼0.6 F/㎠의 충전능력을 갖는다.
<실시예>
P123 4g에 염산 23.68g과 물 120g을 첨가하여 완전히 녹을 때까지 약 30분동안 교반하고, 15℃에서 24시간 동안 에이징한 후에 TEOS 6.6g을 첨가하고 20분정도 교반시킨다. 그 후 100℃ 오븐에서 12시간 건조 후 550℃에서 4시간 동안 소성처리하여 메조포러스 실리카(SBA-15)를 제조하였다. 제조된 SBA-15에 sucrose와 황산을 혼합하여 30분정도 교반시킨 후 100℃에서 6시간 건조하고 160℃에서 다시 6시간 건조시키며, 1,000℃에서 탄화시킨 후에 실리카를 제거하기 위하여 5wt% 불화수소에 24시간 침지시킨다. 획득된 메조포러스 탄소체에 수산화칼륨을 혼합하여 화학적 처리를 함으로써 최종적으로 메조포러스 탄소체를 제조하였다.
상기 실시예의 방법으로 화학적 활성화 처리된 탄소체와 화학적 활성화 처리를 하지 않은 탄소체를 비교하여 기공크기와 비표면적을 표 1에 나타내었고, 전해질 특성에 따른 충전용량을 표 2에 나타내었다.
구분 평균기공크기 (nm) 비표면적(㎡/g)
메조기공 탄소체(화학적처리 없음) 5.39 430
화학적 활성화된 탄소체 4.59 865
전극소재 전해질[용매] 충전용량 (F/㎠)
메조기공 탄소체(화학적처리 없음) AcN 0.36
PC 0.33
EC/DMC 0.39
EC/DMC/EMC 0.40
화학적 활성화된 탄소체 AcN 0.46
C 0.40
C/DMC 0.50
C/DMC/EMC 0.51
표 1을 참조하면, 화학적으로 처리된 탄소체의 평균기공의 크기는 일반 메조기공 탄소체보다 작지만, 그 비표면적은 2배 정도 큰 결과를 보여주고 있다.
표 2를 참조하면 화학적 활성화 처리된 탄소체를 사용한 전극소재의 충전용량의 훨씬 큰 결과치를 보여주고 있다.
도 2a 및 도 2b는 각각 메조포러스 실리카와 메조포러스 탄소체의 SEM사진이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 메조포러스 실리카의 표면사진을 통해 구형 형태의 실리카를 확인할 수 있었으며, 메조포러스 탄소체의 표면사진을 통해 헥사고날(hexagonal) 형태의 구조를 관찰할 수 있었다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 탄소체 전극소재의 등온곡선을 나타낸 그래프이다.
일정한 온도에서 기체압력에 대해 흡착량을 나타내는 메조포러스 탄소의 흡착등온선을 도 3에 나타내었다. 메조포러스 탄소 및 화학적 처리를 한 메조포러스 탄소 모두 흡착량 증가에 따른 메조기공의 모세관 응축현상에 의해 relative pressure(P/P0)가 0.450.95 사이에서 hysteresis loop 상의 급격한 흡착량 변화를 나타낸 전형적인 type의 N2등온 흡탈착 등온곡선을 관찰할 수 있었다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 탄소체 전극소재의 기공크기 분포도를 나타낸 그래프이다.
BJH 방법으로 기공크기 분포를 계산한 결과 메조포러스 탄소와 화학적 처리를 한 메조포러스 탄소 모두 45 nm의 메조기공이 발달함을 알 수 있었으며 도 4에 기공크기 분포도를 나타내었다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 메조포러스 탄소체의 슈퍼 커패시터 사이클 특성을 나타낸 그래프이다.
템플레이트 법에 의해 제조된 메조포러스 탄소체를 전극소재로 사용하여 제조된 슈퍼커패시터의 경우 4가지의 용매에 따른 특성을 분석한 결과 EC/DMC/EMC을 사용한 슈퍼커패시터가 0.40 F/㎠의 가장 높은 비축전용량을 나타냈다. 100 사이클의 충방전 테스트 결과는 도 5와 같이 PC를 사용한 슈퍼커패시터가 68.89%의 잔존용량을 보였다. 메조포러스 탄소체를 전극소재로 사용한 슈퍼커패시터는 활성탄을 사용한 슈퍼커패시터 보다는 비교적 낮은 전기화학적 특성을 나타내었다. 이는 제조된 메조포러스 탄소체의 비표면적이 작아서 불안정한 전기화학적 성능을 보이는 것으로 판단된다.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 화학적으로 활성화시킨 탄소체의 사이클 특성을 나타낸 그래프이다.
화학적 처리를 한 메조포러스 탄소체를 전극소재로 사용하여 제조된 슈퍼커패시터의 경우 EC/DMC/EMC와 EC/DMC를 사용한 슈퍼커패시터가 각각 0.51 F/㎠, 0.50 F/㎠ 비축전용량을 나타내며 우수한 성능을 보였다. 또한 100 사이클의 충방전 테스트 결과는 도 6과 같이 EC/DMC/EMC를 사용한 슈퍼커패시터가 97.64 %의 잔존용량을 보이며 우수한 특성을 나타냈다. 화학적 처리를 한 메조포러스 탄소를 전극소재로 사용한 슈퍼커패시터가 전기화학적으로 우수한 특성을 보이는 것은 메조포러스 탄소가 화학적 처리를 통해 비교적 높은 비표면적을 가지게 되고 발달된 메조기공을 가짐으로 인해 충방전 시 전극 내에서 확산저항을 감소시켜 이온의 전기적 이중층 형성을 촉진시킬 수 있기 때문이라고 생각된다.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 슈퍼커패시터의 임피던스를 나타낸 그래프이다.
도 7은 각 시료의 임피던스 특성을 나타낸 것이다. 각각의 전극소재에 EC/DMC/EMC의 용매가 들어있는 전해액을 주입한 단위 셀을 10 mHz∼100 kHz의 범위에서 임피던스 측정을 하였다. 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이 메조기공이 발달된 전극소재가 그렇지 못한 전극 소재보다 저항 면에서 우수한 특성을 보이는 것을 알 수 있었다. 용액저항(Rs)은 전극 입자사이에서 전해질의 인온전도도의 영향으로 전하전달저항(Rct)은 탄소 입자 내부에서 전극의 전자전도도와 전해질의 이온전도도의 영향으로 발생하는 저항이다. 메조포러스 탄소체를 전극소재로 사용한 슈퍼커패시터의 경우 메조기공이 발달됨에 따라 충방전 시 저항을 받지 않고 이온의 기공 출입이 원활하게 되는 것으로 사료된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 0.3∼0.6 F/㎠의 충전능력을 갖는 커패시터 전극 소재로 사용하기 위한 것으로, 500∼1500/g의 비표면적과 2∼10nm 메조기공을 갖고 있는 슈퍼 커패시터용 탄소체의 제조방법으로서,
    계면활성제와 테트라에틸 오쏘실리케이트(TEOS: tetraethyl orthosilicate)를 사용하여 메조포러스 실리카를 제조하는 단계; 템플레이트법에 의해 상기 메조포러스 실리카를 이용하여 메조포러스 탄소체를 제조하는 단계; 및 제조된 메조포러스 탄소체를 화학적으로 활성화 처리하는 단계;를 포함하며,
    상기 화학적으로 활성화 처리하는 단계는,
    (a) 상기 제조된 메조포러스 탄소체를 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화나트륨(NaOH)과 중량비로 0.2∼10 : 1의 비율로 혼합하는 단계;
    (b) 상기 혼합물을 튜브 로(furnace)에서 700∼900℃의 온도에서 열처리 및활성화하는 단계; 및
    (c) 화학적 처리된 메조포러스 탄소체로부터 불순물을 제거하고 수세하며 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터용 메조포러스 탄소체의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 메조포러스 실리카를 제조하는 단계는,
    (a) P123(polyethylene glycol-block-polypropylene glycol-block-polyethylene glycol)를 염산(HCl)과 물(H2O)를 첨가하여 완전히 녹을 때까지 교반하는 단계;
    (b) 테트라에틸 오쏘실리케이트(TEOS: tetraethyl orthosilicate)를 첨가하여 함께 교반시키는 단계;
    (c) 100℃에서 12∼24시간 가열하는 단계;
    (d) 여과를 한 후에, 에탄올로 세척하고 110℃에서 1시간동안 건조시키는 단계; 및
    (e) 550℃에서 소성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터용 메조포러스 탄소체의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 (a)교반단계에서,
    혼합물의 조성 몰비는 P123 : TEOS : HCl : H2O = 0.01 : 5∼10 : 150 : 0.6인 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터용 메조포러스 탄소체의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 메조포러스 탄소체를 제조하는 단계는,
    (a) 상기 메조포러스 실리카에 수크로오스(sucrose), 황산(H2SO4) 및 물을 혼합하여 교반시키는 단계;
    (b) 100℃에서 6시간 건조 후에, 160℃에서 6시간동안 건조시키는 단계;
    (c) 아르곤 분위기하에서 900∼1,100℃의 온도로 6시간 동안 탄화시키는 단계; 및
    (d) 불화수소를 이용하여 실리카를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터용 메조포러스 탄소체의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 (a)교반단계에서,
    메조포러스 실리카 : 수크로오스 : H2SO4 : H2O = 1 : 0.5∼1.5 : 0.1∼0.15 : 5의 중량비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터용 메조포러스 탄소체의 제조방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 (d)실리카 제거단계는,
    2∼10wt% 불화수소(HF)에 24시간 동안 침지시켜서 실리카를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터용 메조포러스 탄소체의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 (b)열처리 및 활성화는,
    아르곤 또는 질소가스를 100∼1,000cc/분의 유량으로 주입하여 반응분위기를 조절하면서 수행하며, 0.1∼10℃/분으로 승온하고 활성화 온도에서 30∼180분 동안 유지시킨 후에 서냉하는 방식으로 수행하는 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터용 메조포러스 탄소체의 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 불순물의 제거는 3∼5M 염산으로 70∼100℃에서 20∼60분 동안 처리하고, 상기 수세는 pH 7까지 수행하며, 상기 건조는 건조기에서 80∼110℃의 온도로 10∼15시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터용 메조포러스 탄소체의 제조방법.

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