KR101492588B1 - 섬유상 전기 이중층 커패시터 및 그 제조방법 - Google Patents

섬유상 전기 이중층 커패시터 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

개시된 섬유상 전기 이중층 커패시터의 제조방법에 따르면, 섬유 형태를 갖는 제1 전극과 제2 전극 사이에 전해질층을 제공한다. 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 전해질층을 둘러싸도록 피복 조성물을 코팅하여, 필라멘트 유닛을 형성한다. 상기 필라멘트 유닛과 희생 필라멘트를 와인딩하여 꼬임 유닛을 형성한다. 상기 필라멘트 유닛의 절연층을 경화한다. 상기 희생 필라멘트를 제거한다. 제조된 전기 이중층 커패시터는 신축성이 개선된다.

Description

섬유상 전기 이중층 커패시터 및 그 제조방법{FIBER-SHAPED ELECTRIC DOUBLE LAYER CAPACITOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 커패시터에 관한 것이며, 보다 자세하게는 신축성을 갖도록 섬유 형상을 갖는 전기 이중층 커패시터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 휴대용 전자 기기 시장이 현저하게 비약하고 있다. 특히, 미래에는 웨어러블(wearable) 기기로, 휴대용 전자 기기가 발전할 것으로 기대되고 있으며, 이와 관련한 연구가 활발히 진행되고 있다.
상기 웨어러블 기기의 구현을 위하여, 가장 중요한 요소 중 하나는 적합한 에너지 저장 장치의 개발이다.
전기 이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor 또는 슈퍼 커패시터)는 극성이 서로 다른 한 쌍의 전극을 이용하는 에너지 저장장치로서, 계속적인 충방전이 가능하며, 일반적인 다른 커패시터에 비하여 에너지 효울과 출력이 높고 내구성 및 안정성이 뛰어난 장점이 있다. 이에 따라, 최근, 대전류로 충방전 할 수 있는 전기 이중층 커패시터가 핸드폰용 보조 전원, 전기 자동차용 보조 전원, 태양전지용 보조 전원 등과 같이 충방전 빈도가 높은 축전 장치로서 유망시되고 있으며, 웨어러블 기기의 구현에 유리한 점이 있다.
그러나, 상기 전기 이중층 커패시터가 웨어러블 기기에 효과적으로 적용되기 위해서는 신축성 및 형태가 개선될 필요가 있다.
본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 신축성을 개선한 전기 이중층 커패시터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 기술적 과제는, 상기 전기 이중층 커패시터의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 실시예에 따른, 섬유상 전기 이중층 커패시터의 제조방법에 따르면, 제1 전극과 제2 전극 사이에 전해질층을 제공한다. 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 전해질층을 둘러싸도록 피복 조성물을 코팅하여, 필라멘트 유닛을 형성한다. 상기 필라멘트 유닛과 희생 필라멘트를 와인딩하여 꼬임 유닛을 형성한다. 상기 필라멘트 유닛의 절연층을 경화한다. 상기 희생 필라멘트를 제거한다.
일 실시예에 따르면, 상기 전해질층은 겔(gel) 상의 고체 전해질을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 피복 조성물은, 불포화기를 함유하는 올리고머, 반응성 희석제 및 광중합 개시제를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 희생 필라멘트는, 카르복시메틸셀룰로오스계 수지, 폴리비닐알코올계 수지 및 셀룰로오스 아세테이트계 수지로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 필라멘트 유닛을 경화하기 위하여 상기 필라멘트 유닛에 자외선을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 상기 희생 필라멘트를 제거하기 위하여, 상기 희생 필라멘트에 용매를 제공한다.
일 실시예에 따르면, 상기 피복 조성물을 코팅하기 위하여, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 전해질층을 둘러싸며 열가소성 수지를 포함하는 제1 피복 조성물을 코팅하여 제1 절연층을 형성하고, 경화성 조성물을 포함하는 제2 피복 조성물을 상기 제2 절연층의 외면에 코팅한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 섬유상 전기 이중층 커패시터는, 섬유상을 갖는 제1 전극, 상기 제1 전극과 이격된 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 전해질층 및 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 전해질층을 둘러싸며, 가교결합에 의해 경화된 고분자 수지를 포함하는 절연층을 포함하며, 상기 섬유상 전기 이중층 커패시터는, 나선 형태의 꼬임을 갖는다.
일 실시예에 따르면, 상기 절연층은, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 전해질층을 둘러싸며 열가소성 수지를 포함하는 제1 절연층, 및 상기 제1 절연층을 둘러싸며, 가교 결합에 의해 경화된 고분자 수지를 포함하는 제2 절연층을 포함한다.
본 발명에 따르면, 전기 이중층 커패시터의 신축성을 크게 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유상 전기 이중층 커패시터를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유상 전기 이중층 커패시터를 도시한 사시도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유상 전기 이중층 커패시터의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 섬유상 전기 이중층 커패시터의 단면도들이다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유상 전기 이중층 커패시터를 도시한 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유상 전기 이중층 커패시터를 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유상 전기 이중층 커패시터(10)는, 제1 전극(12), 상기 제1 전극(12)과 이격되는 제2 전극(14), 상기 제1 전극(12) 및 상기 제2 전극(14)을 둘러싸는 전해질층(20), 상기 전해질층(20)을 둘러싸는 절연층(30)을 포함한다. 상기 전기 이중층 커패시터는 섬유 형태를 갖는다.
상기 제1 전극(12) 및 상기 제2 전극(14)은 일 방향으로 연장되는 섬유 형태를 갖는다. 상기 제1 전극(12) 및 상기 제2 전극(14)의 단면은 구성 물질 및 제조 방법에 따라, 원형, 타원형, 직사각형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 전극(12) 및 상기 제2 전극(14)은 전기 이중층 커패시터에서 전극쌍의 역할을 한다. 예를 들어, 상기 제1 전극(12) 및 상기 제2 전극(14)은 탄소계 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(12) 및 상기 제2 전극(14)은, 카본 나노 튜브(CNT), 활성탄, 그래파이트 등을 포함할 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 조합되어 사용될 수 있으며, 상기 제1 전극(12) 및 상기 제2 전극(14)은 동일한 물질을 포함하거나 서로 다른 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 전극(12) 및 상기 제2 전극(14)은 구리, 알루미늄, 티탄, 철, 아연, 은, 코발트, 니켈 등과 같은 금속을 더 포함할 수 있다.
상기 전해질층(20)은 상기 제1 전극(12) 및 상기 제2 전극(14) 사이에 배치된다. 예를 들어, 상기 전해질층(20)은 상기 제1 전극(12) 및 상기 제2 전극(14)을 둘러싸는 형상을 가질 수 있다.
바람직하게, 상기 전해질층(20)은 고체(겔) 전해질을 포함한다. 상기 고체 전해질은 상기 전기 이중층 커패시터가 분리막 없이 안정적으로 작동하게 할 수 있다. 예를 들어, 상기 고체 전해질은 폴리비닐알콜(PVA)-인산(H3PO4) 전해질일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 고체 전해질은 황산과 건식 실리카를 반응시켜 얻어질 수 있다.
상기 절연층(30)은 상기 제1 전극(12), 상기 제2 전극(14) 및 상기 전해질층(20)을 둘러싼다. 상기 절연층(30)은 고분자 수지로부터 형성될 수 있다. 상기 고분자 수지는 가교 결합에 의해 경화되어, 상기 전기 이중층 커패시터의 형태를 고정한다. 상기 고분자 수지는 열경화성 고분자 수지 또는 광경화성 고분자 수지를 포함할 수 있으나, 작업성 등을 고려하였을 때, 광경화성 고분자 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 광경화성 고분자 수지는, 라디컬 중합형의 아크릴레이트계 수지, 양이온성 중합형 수지 등을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 광경화성 고분자 수지로는, 우레탄아크릴레이트계, 에스테르아크릴레이트계, 에테르아크릴레이트계, 에폭시아크릴레이트계, 부타디엔아크릴레이트계, 아미노 수지 아크릴레이트계, 아크릴 수지 아크릴레이트계, 불포화 폴리에스테르계, 실리콘계의 자외선 경화성 수지를 들 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 광경화성 고분자 수지용 조성물은, 불포화기(예: 아크릴로일기)를 함유하는 올리고머(중합성 예비 중합체), 반응성 희석제로서 단량체(중합성 희석제), 광에너지를 흡수하여 라디컬을 발생시키는 광중합 개시제를 기본적인 구성 성분으로서 포함하며, 증감제, 충전제, 안료, 용매 등을 추가로 포함할 수 있다.
상기 올리고머로서는 우레탄아크릴레이트(예: TDI/β-HPA/폴리에스테르 또는 폴리에테르), 에스테르아크릴레이트(예: 프탈산/1,6헥산디올/아크릴산), 에테르아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 부타디엔아크릴레이트, 아미노 수지 아크릴레이트(예: 멜라민아크릴레이트), 아크릴 수지 아크릴레이트(예: MMA/BA/GMA+AA), 불포화 폴리에스테르 등이 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 올리고머는 우레탄(메타)아크릴레이트 올리고머 및 에폭시(메타)아크릴레이트 올리고머의 혼합물일 수 있다. 상기 우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머는 (메타)아크릴레이트 말단기를 가지며 분자 내에 1 내지 6개의 우레탄 결합 또는 우레아 결합을 갖는 다관능성 올리고머로서 바람직하게는 4,000MPa 내지 7,000MPa의 높은 인장 탄성율과 2 내지 8%의 높은 신장율을 갖는 것으로서 하이드록실기를 함유한 (메타)아크릴레이트와 우레탄 프리폴리머를 반응시킨 폴리[(2,4-톨루엔 디이소시아네이트)-1,4-부탄디올] 디(메타)아크릴레이트, 폴리[(2,6-톨루엔 디이소시아네이트)-1,4-부탄디올] 디(메타)아크릴레이트, 폴리[4,4'-메틸렌비스(페닐 이소시아네이트)-1,4-부탄디올] 디(메타)아크릴레이트, 폴리[(2,4-톨루엔 디 이소시아네이트)-1,4-부탄디올/디프로필글라이콜] 디(메타)아크릴레이트, 폴리[(2,6-톨루엔 디 이소시아네이트)-1,4-부탄디올/디프로필글라이콜] 디(메타)아크릴레이트로 이루어진 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상업용으로는 씨엔(CN) 965, 980, 984, 986(이상, 미국, 사토머사), 에버크릴(Ebecryl) 284, 4830, 8301, 아이알알(IRR) 1029(이상, 벨기에, 유씨비사), 엘알(LR) 8739, 8861, 8862(이상, 독일국, 바스프사) 등으로 이루어진 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기한 단량체로서는 2-하이드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-하드록시프로필(메타)아크릴레이트, 테트라하이드로퍼퓨릴(메타)아크릴레이트, 부톡시 에틸(메타)아크릴레이트, 2-디카프로락톤 에틸 아크릴레이트, 에틸디에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 2-에틸텍실(메타)아크릴레이트, 사이클로헥실(메타)아크릴레이트, 페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 디싸이클로펜타디엔(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 메틸트리에틸렌디글리콜(메타)아크릴레이트, 이소보닐(메타)아크릴레이트, N-비닐피로리돈, N-비닐카프로락탐, 디아세톤아크릴아마이드, 이소부톡시메틸(메타)아크릴아마이드, N,N-디메틸(메타)아크릴아마이드, t-옥틸(메타)아크릴아마이드, 디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, 아크릴로일몰포린, 디싸이클로펜테닐(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라(메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,4-부탄디올디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리옥시에틸(메타)아크릴레이트, 트리싸이클로데칸디메탄올디(메타)아크릴레이트, 디싸이클로데칸디메탄올디(메타)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 디싸이클로펜탄디(메타)아크릴레이트, 디싸이클로펜타디엔디(메타)아크릴레이트 등을 사용할 수 있다.
이들 중 바람직하게는 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 2-디카프로락톤 에틸 아크릴레이트, 싸이클로헥실(메타)아크릴레이트, 페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 아이소보닐(메타)아크릴레이트, 아크릴로일몰포린, N-비닐피로리돈, N-비닐카프로락탐, 디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 싸이클로펜테닐(메타)아크릴레이트, 트리싸이클로 데칸디메타놀디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트 등을 사용할 수 있으며, 상기 이루어진 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기한 광중합 개시제로서는 루시린(Lucirin) TPO(상품명, BASF사), 이가큐어(Irgacure) 184(상품명, Ciba Geigy사), 이가큐어(Irgacure) 651(상품명, Ciba Geigy사), 다로큐어(Daro cure) l173(상품명, Ciba Geigy사) 등을 들 수 있다.
예를 들어, 상기 광경화성 수지 조성물은, 우레탄(메타)아크릴레이트 올리고머와 에폭시(메타)아크릴레이트 올리고머의 혼합물 40 내지 90중량%, 반응성 희석제 30 내지 50중량% 및 광개시제 1 내지 15중량%를 포함할 수 있다. 상기 우레탄(메타)아크릴레이트 올리고머와 에폭시(메타)아크릴레이트 올리고머의 혼합물에 있어서는 우레탄(메타)아크릴레이트 올리고머 15 내지 50중량%, 에폭시(메타)아크릴레이트 올리고머 50 내지 85중량%가 바람직할 수 있다.
이외에도, 상기 절연층(30)은 종래에 피복 용도로 알려진 광경화성 조성물을 사용하여 얻어질 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 이중층 커패시터(10)는, 바람직하게, 나선 형상 또는 코일 형상을 갖는다. 이러한 구조는 상기 전기 이중층 커패시터에 큰 신축성을 부여하여, 웨어러블 기기 등 휴대용 전자 기기에의 적용성을 향상 시킬 수 있다. 상기 전기 이중층 커패시터는, 하나의 유닛으로 사용되거나, 또는 복수의 유닛을 결합하여 하나의 필라멘트처럼 사용할 수도 있다.
이하에서는 상기 전기 이중층 커패시터의 제조 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유상 전기 이중층 커패시터의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 먼저, 섬유상의 제1 전극(12)의 외면에, 전해질층(20)을 형성한다.
전술한 것과 같이, 상기 전해질층(20)은 고체 전해질인 것이 바람직하며, 폴리비닐알콜(PVA)-인산(H3PO4) 전해질 등을 사용할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제2 전극(14)의 외면에 전해질층을 형성하고, 상기 제1 전극(12)과 결합한다. 상기 제2 전극(14)은 상기 제1 전극과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 전극(12)의 외면에 전해질층(20)을 형성하고, 상기 제2 전극(14)의 외면에 전해질층을 형성한 후, 이를 결합하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제1 전극(12) 및 제2 전극(14)를 인접하게 배열한 후, 전해질층(20)을 1회 형성할 수도 있다.
도 5를 참조하면, 상기 전해질층(20)의 외면에 피복 조성물을 코팅하여 절연층(30)을 형성한다. 이에 따라, 전기 이중층 커패시터의 구성을 갖는 필라멘트 유닛이 준비된다.
상기 피복 조성물은, 불포화기를 함유하는 올리고머, 반응성 희석제로서 단량체, 및 광에너지를 흡수하여 라디컬을 발생시키는 광중합 개시제를 포함할 수 있다. 상기 피복 조성물은, 기설명된 고분자 수지 조성물과 동일하므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 6을 참조하면, 상기 필라멘트 유닛(40)과 희생 필라멘트(50)를 와인딩하여, 꼬임 유닛(60)을 형성한다. 이에 따라, 상기 필라멘트 유닛(40)은 나선 형상을 갖는다. 상기 희생 필라멘트(50)는, 상기 필라멘트 유닛(40)이 경화된 후, 제거될 수 있다. 따라서, 제거 용이성 등을 고려하였을 때, 카르복시메틸셀룰로오스계 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 셀룰로오스 아세테이트계 수지 등과 같은, 용매에 대한 용해도가 높은 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 필라멘트 유닛(40)을 경화한다. 본 실시예에서, 상기 필라멘트 유닛(40)은 광(자외선)에 의해 경화된다. 구체적으로, 상기 필라멘트 유닛(40)의 절연층(30)이 가교 결합에 의해 경화된다. 상기 필라멘트 유닛(40)의 나선 형상이 고정된다.
상기 필라멘트 유닛(40)이 경화된 이후, 상기 희생 필라멘트(50)를 제거한다. 상기 희생 필라멘트(50)는, 이를 구성하는 물질 종류에 따라, 물, 아세톤 등의 용매에 의해 용해되어 제거될 수 있다. 상기 필라멘트 유닛(40)의 절연층(30)은 경화되어, 상기 용매에 의해 용해되지 않는다.
상기 필라멘트 유닛(40)은 나선 형상을 유지한 상태에서, 경화되므로, 상기 희생 필라멘트(50)가 제거된 이후에도, 나선 형상을 가질 수 있다. 따라서, 웨어러블 기기에 적합한 큰 신축성을 가질 수가 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 섬유상 전기 이중층 커패시터의 단면도이다. 상기 전기 이중층 커패시터는 절연층 구조를 제외하고는 도 1에 도시된 전기 이중층 커패시터와 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 중복되는 설명은 생략될 수 있으며, 동일한 구성 요소는 동일한 부호로 설명될 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유상 전기 이중층 커패시터는, 제1 전극(12), 상기 제1 전극(12)과 이격되는 제2 전극(14), 상기 제1 전극(12) 및 상기 제2 전극(14)을 둘러싸는 전해질층(20), 상기 전해질층(20)을 둘러싸는 제1 절연층(32) 및 상기 제1 절연층(32)을 둘러싸는 제2 절연층(34)을 포함한다.
상기 제1 절연층(32) 및 상기 제2 절연층(34)은 서로 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 절연층(32)은 열가소성 수지를 포함하고, 상기 제2 절연층(34)은 열경화성 수지 또는 광경화성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 절연층(32)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드 등을 포함하고, 상기 제2 절연층(34)은 기설명된 절연층(30)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 절연층(32)은 필라멘트 유닛의 물성을 증가시켜, 와인딩 과정에서의 단락 등을 방지할 수 있으며, 상기 섬유상 전기 이중층 유닛의 탄성, 강도, 복원력을 개선할 수 있다.
이를 위하여, 상기 전해질층(20)을 형성한 후, 열가소성 수지를 포함하는 제1 피복 조성물을 코팅한 후, 가열/건조하여 제1 절연층(32)을 형성하고, 상기 제1 절연층(32)의 외면에 불포화기를 함유하는 올리고머, 반응성 희석제로서 단량체, 및 광에너지를 흡수하여 라디컬을 발생시키는 광중합 개시제를 포함하는 제2 피복 조성물을 코팅하여, 제2 절연층(34)를 형성할 수 있다. 상기 제2 절연층(34)은 와도 6에 도시된 것과 같이, 와인딩 이후에 경화된다.
이상의 실시예들에서는, 제1 전극 및 제2 전극이 섬유상을 갖는 실시예에 대하여 기술하였으나, 상기 전극들은 다른 형상을 가질 수도 있다.
예를 들어, 도 8을 참조하면, 제1 전극(112) 및 제2 전극(114)들은 각각 일 방향으로 연장되는 플레이트 또는 띠 형상을 가지고, 각각 마주보도록 배치된다. 전해질층(120)은 상기 제1 전극(112) 및 상기 제2 전극(114) 사이에 배치된다. 절연층(130)은 상기 제1 전극(112), 상기 제2 전극(114) 및 상기 전해질층(120)을 둘러싼다.
도 9를 참조하면, 제1 전극(212)은 일 방향으로 연장되는 섬유 형태를 가지며, 제2 전극(214)은 상기 제1 전극(212)을 둘러싸는 튜브 형상을 갖는다. 전해질층(220)은 상기 제1 전극(212) 미 상기 제2 전극(214) 사이에 배치된다. 절연층(230)은 상기 제2 전극(214)을 둘러싼다.
본 발명에 따르면, 섬유상의 전기 이중층 커패시터를 형성하고, 나선 형상을 갖는 상태에서 절연층을 경화함으로써, 전기 이중층 커패시터의 신축성을 크게 개선할 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 배터리, 전자기기, 웨어러블 기기 등에 사용될 수 있다.
10 : 전기 이중층 커패시터 12, 112, 212 : 제1 전극
13, 114, 214 : 제2 전극 20, 120, 220 : 전해질층
30, 130, 230 : 절연층 50 : 희생 필라멘트

Claims (9)

  1. 제1 전극과 제2 전극 사이에 전해질층을 제공하는 단계;
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 전해질층을 둘러싸도록 피복 조성물을 코팅하여 필라멘트 유닛을 형성하는 단계;
    상기 필라멘트 유닛과 희생 필라멘트를 와인딩하여 꼬임 유닛을 형성하는 단계;
    상기 필라멘트 유닛을 경화하는 단계; 및
    상기 희생 필라멘트를 제거하는 단계를 포함하는 섬유상 전기 이중층 커패시터의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전해질층은 겔(gel) 상의 고체 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유상 전기 이중층 커패시터의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 피복 조성물은, 불포화기를 함유하는 올리고머, 반응성 희석제 및 광중합 개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유상 전기 이중층 커패시터의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 희생 필라멘트는, 카르복시메틸셀룰로오스계 수지, 폴리비닐알코올계 수지 및 셀룰로오스 아세테이트계 수지로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유상 전기 이중층 커패시터의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 필라멘트 유닛을 경화하는 단계는 상기 필라멘트 유닛에 자외선을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유상 전기 이중층 커패시터의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 희생 필라멘트를 제거하는 단계는, 상기 희생 필라멘트에 용매를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유상 전기 이중층 커패시터의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 피복 조성물을 코팅하는 단계는,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 전해질층을 둘러싸며 열가소성 수지를 포함하는 제1 피복 조성물을 코팅하여 제1 절연층을 형성하는 단계; 및
    경화성 조성물을 포함하는 제2 피복 조성물을 상기 제2 절연층의 외면에 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유상 전기 이중층 커패시터의 제조 방법.
  8. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 이격된 제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 전해질층; 및
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 전해질층을 둘러싸며, 가교결합에 의해 경화된 고분자 수지를 포함하는 절연층을 포함하며,
    나선 형태의 꼬임을 갖는 섬유상 전기 이중층 커패시터.
  9. 제8항에 있어서, 상기 절연층은,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 전해질층을 둘러싸며 열가소성 수지를 포함하는 제1 절연층; 및
    상기 제1 절연층을 둘러싸며, 가교 결합에 의해 경화된 고분자 수지를 포함하는 제2 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유상 전기 이중층 커패시터.
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