KR101582768B1 - High performance micro-supercapacitor with air stable gel type organic electrolyte - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기자동차, 노트북, 컴퓨터 등 다양한 전자기기의 전력공급원으로 사용되는 고성능 평면형 마이크로슈퍼커패시터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근 들어 친환경 전기자동차, 노트북, 컴퓨터 등 다양한 전자 기기의 발달로 인해 보다 고성능을 가지는 에너지 저장 장치에 대한 개발의 필요성이 대두 되고 급성장을 보이고 있는 추세이다. 현재 에너지 저장 장치에 대표적으로 적용되고 있는 것은 이차전지와 슈퍼커패시터이다.Recently, due to the development of various electronic devices such as eco-friendly electric vehicles, laptops, and computers, there is a growing need for development of energy storage devices having higher performance and they are showing rapid growth. Currently, secondary batteries and supercapacitors are being applied to energy storage devices.
이중, 슈퍼커패시터는 에너지를 저장한 후, 높은 전류를 순간적으로 빠르게 방출하기 때문에 높은 출력밀도를 가지며, 전해질 이온이 전극 표면에 흡착과 탈착을 하면서 충전과 방전이 이루어지므로 급속 충/방전이 가능하다. 또한 충/방전을 여러 번 반복하여도 그 성능이 유지되는 점에서 반영구적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다. 이러한, 슈퍼커패시터에 관하여는 등록특허 10-1140367호(발명의 명칭 : 이산화망간/탄소나노튜브/종이를 기반으로 하는 수퍼캐패시터 전극 및 그 제조방법) 등 다양한 특허가 제안된 바 있다.In addition, supercapacitor has a high output density because it stores energy rapidly and instantaneously rapidly discharges high current. It can charge / discharge rapidly because charge and discharge are performed while electrolyte ions adsorb and desorb on the electrode surface . In addition, since the performance is maintained even if the charge / discharge is repeated several times, it can be used semi-permanently. As for such super capacitors, various patents have been proposed, such as those of Japanese Patent No. 10-1140367 (entitled "Supercapacitor electrode based on manganese dioxide / carbon nanotube / paper and method of manufacturing the same").
이러한 슈퍼커패시터는 기본적으로 집전체, 전극물질, 전해질, 분리막으로 구성된다. 집전체는 보통 전도성이 좋은 금속을 사용하여 발생한 전하를 효과적으로 모아주며, 전극물질에는 보통 탄소나노튜브, 그라핀, 활성탄소 등 탄소 기반 물질들을 사용하여 비 표면적을 넓히는데, 이는 전해질 이온이 흡착할 수 있는 공간을 제공함으로써 높은 충/방전 효율을 가져온다. 이때, 금속산화물을 활물질로 사용하면, 전해질과의 산화 환원반응을 통해 직접 전자를 발생시키기 때문에 더 큰 용량을 얻을 수 있다.Such supercapacitors basically consist of a current collector, an electrode material, an electrolyte, and a separator. The current collector effectively collects electric charges generated by the use of conductive metals, and the electrode material usually uses carbon-based materials such as carbon nanotubes, graphenes, and activated carbon to broaden the specific surface area. This is because the electrolyte ions adsorb This results in high charge / discharge efficiency. At this time, when a metal oxide is used as an active material, a larger capacity can be obtained because it directly generates electrons through an oxidation-reduction reaction with an electrolyte.
최근에는, 슈퍼커패시터의 성능 향상을 위해 전극 디자인을 손가락이 깍지 끼고 있는 모양으로 제작함으로써 이온들의 확산이 효과적으로 이루어짐을 가능케 하는 연구가 진행되고 있으며, 두 전극 사이에 분리막을 넣지 않고, 두 전극을 같은 평면에 존재하게 함으로써 분리막을 사용하지 않는 평면형 슈퍼커패시터가 각광받고 있다. 평면형 슈퍼커패시터의 경우 별도의 패킹을 하지 않는 한 액체 상태의 전해질을 사용할 수 없기 때문에 전해질에 용하여 전해질을 겔 형태로 제조한 후 사용한다.In recent years, studies have been made to enable the diffusion of ions effectively by making the electrode design in the form of a finger-pocked electrode design to improve the performance of a supercapacitor. In this case, without separating the two electrodes, Planar supercapacitors that do not use a separator are in the spotlight. In the case of a planar supercapacitor, since the liquid electrolyte can not be used unless a separate packing is used, the electrolyte is used in the electrolyte to be used as a gel.
한편, 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성을 평가하기 위해서는 축전용량, 에너지 밀도, 출력 밀도 등이 사용된다. 축전용량의 경우 전극에 다양한 물질들을 사용하거나 전극 디자인 변경을 통해 향상되어 왔다. 그리고, 에너지 밀도는 슈퍼커패시터가 가지는 축전용량과 전압 범위의 제곱에 비례하기 때문에, 에너지 밀도의 향상을 위해서는 축전용량을 높이거나 구동 전압 범위를 늘리는 두 가지 방향으로 연구가 진행되고 있다. 최근의 연구는 대부분 슈퍼커패시터의 축전용량을 증가시켜 에너지 밀도를 높이는 방향으로 진행되는 경우가 많았으나, 실제로는 구동 전압 범위의 제곱에 비례하기 때문에 전압 범위를 늘리는 것이 더 효과적으로 에너지 밀도를 향상 시키는 방법이 될 수 있다(전압 범위가 2배만 늘어나도 전체 에너지 밀도는 4배가 증가하므로). On the other hand, in order to evaluate the electrochemical characteristics of the supercapacitor, the storage capacity, the energy density, and the output density are used. Capacitance capacities have been improved through the use of a variety of materials in the electrodes or through electrode design changes. Since the energy density is proportional to the square of the capacitance of the super capacitor and the square of the voltage range, studies are being made in two directions to increase the storage capacitance or to increase the driving voltage range in order to improve the energy density. In recent researches, most of them have been increased in the direction of increasing the energy density by increasing the storage capacity of the supercapacitors. In fact, since the ratio is proportional to the square of the driving voltage range, it is more effective to increase the energy density (Because the voltage range increases by a factor of two, the total energy density increases by a factor of four).
슈퍼커패시터의 작동 전압 범위는 사용하는 전해질에 의해 결정이 되는데, 용매에 물을 사용하는 전해질은 물의 전기 분해 전압인 약 1 V의 구동 전압을 가능케 한다. 만약, 용매에 물이 아닌 유기 용매 혹은 이온성 액체를 사용하면 이론적으로 유기용매는 2.2 V-2.9 V, 이온성 액체는 2.6 V- 4.0 V의 구동 전압을 가진다. The operating voltage range of the supercapacitor is determined by the electrolyte used, and the electrolyte using water in the solvent enables a driving voltage of about 1 V, which is the electrolysis voltage of water. If an organic solvent or an ionic liquid is used for the solvent, the organic solvent has a driving voltage of 2.2 V-2.9 V, and the ionic liquid has a driving voltage of 2.6 V-4.0 V in theory.
그러나, 이러한 액체 상태의 전해질은 몇 가지 문제점을 가지는데, 표면의 거침 정도가 심한 전극 물질에 대한 젖음성은 뛰어나 활물질과 효과적으로 반응할 수 있지만, 무게나 부피로 인한 패킹의 어려움, 누설로 인한 주변의 금속을 부식과 같은 문제를 야기한다. 결정적으로 유연성을 가지지 않기 때문에 평면형 플렉서블 슈퍼커패시터에 적용하기 어려운 문제점이 있다. However, such a liquid electrolyte has some problems. Since it has excellent wettability with respect to electrode material which has rough surface roughness, it can effectively react with active material. However, difficulty of packing due to weight or volume, It causes problems such as corrosion of metal. There is a problem that it is difficult to apply to a planar flexible supercapacitor because it has no definite flexibility.
한편, 고분자를 사용한 겔 타입의 전해질을 평면형 슈퍼커패시터에 도포하게 되면 별도의 인캡슐레이션 공정이 추가되지 않는 한 전해질이 공기 중에 노출되고, 시간이 지날수록 전해질의 용매가 증발함에 따라 전해질 속 이온의 이동도를 떨어져 슈퍼커패시터 성능이 저하되는 문제점이 있다. On the other hand, when a gel type electrolyte using a polymer is applied to a planar supercapacitor, the electrolyte is exposed to the air unless a separate encapsulation process is added, and as the solvent of the electrolyte evaporates over time, There is a problem that the performance of the supercapacitor deteriorates.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 넓은 전압 범위를 가짐으로써 높은 에너지 밀도 및 출력밀도를 가지며, 공기 중에 장시간 노출되어도 안정적으로 작동할 수 있도록 구조가 개선된 고성능 평면형 마이크로슈퍼커패시터를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived in order to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a high-performance, high-performance, high- A planar micro supercapacitor is provided.
본 발명에 따른 마이크로슈퍼커패시터는 집전체와, 상기 집전체 상에 형성되는 전극층과, 상기 전극층상에 형성되는 전해질층을 포함하는 슈퍼커패시터에 있어서, 상기 전극층은 상기 집전체 상에 형성되는 다중벽 탄소나노튜브층을 포함하며, 상기 전해질층은 폴리메틸메타크릴레이드(PMMA), 프로필렌카보네이트(PC) 및 리튬퍼클로라이트(LiClO4)를 포함하는 겔 형태인 것을 특징으로 한다.The micro supercapacitor according to the present invention is a supercapacitor including a current collector, an electrode layer formed on the current collector, and an electrolyte layer formed on the electrode layer, wherein the electrode layer includes a multi- And a carbon nanotube layer, wherein the electrolyte layer is in the form of a gel containing polymethylmethacrylate (PMMA), propylene carbonate (PC), and lithium perchlorate (LiClO 4 ).
본 발명에 따르면, 상기 다중벽 탄소나노튜브층은 층상자기조립방법( Layer-by-Layer Assembly)에 의해 형성되는 것이 바람직하다.According to the present invention, the multi-walled carbon nanotube layer is preferably formed by a layer-by-layer assembly method.
또한, 본 발명에 따르면 상기 전극층은, 상기 다중벽 탄소나노튜브층 상에 형성되는 망간 옥사이드 나노 파티클층을 더 포함하는 것이 바람직하다.The electrode layer may further include a manganese oxide nanoparticle layer formed on the multi-walled carbon nanotube layer.
본 발명에 따른 마이크로슈퍼커패시터는 유연성을 가지는 기판 상에 평판형으로 제조된다. 따라서, 웨어러블 기기와 같이 유연성이 필요한 전자기기로의 적용이 가능하다. The micro supercapacitor according to the present invention is manufactured in a flat plate shape on a flexible substrate. Therefore, the present invention can be applied to an electronic device that requires flexibility such as a wearable device.
그리고, 시간에 경과해도 용량 변화가 거의 없으므로, 안정적인 전력 공급이 가능하다. 또한, 넓은 전압 범위를 가짐으로써 높은 에너지 밀도 및 출력밀도를 가진다.Since there is little change in capacity even after a lapse of time, stable power supply is possible. It also has a high voltage density and a high power density by having a wide voltage range.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로슈퍼커패시터를 제조하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로슈퍼커패시터의 성능을 나타내는 그래프이다.1 is a flowchart illustrating a process of fabricating a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2 to 5 are graphs illustrating the performance of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로슈퍼커패시터에 관하여 설명한다.Hereinafter, a micro supercapacitor according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로슈퍼커패시터를 제조하는 과정을 나타내는 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a process of fabricating a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 마이크로슈퍼커패시터는 기판제조공정과, 집전체 증착공정과, 전극층 형성공정과, 전해질층 형성공정의 순으로 진행된다.Referring to FIG. 1, the micro supercapacitor according to the present embodiment proceeds in the order of a substrate manufacturing process, a current collector deposition process, an electrode layer forming process, and an electrolyte layer forming process.
먼저, 기판제조공정에서는 유연성을 가지는 기판, 예를 들어 PET 기판에 패턴을 형성한다. 패턴은 포토레지스터(Photoresist) 공정을 통해 형성할 수 있다.First, in the substrate manufacturing process, a pattern is formed on a flexible substrate, for example, a PET substrate. The pattern can be formed through a photoresist process.
집전체 증착공정에서는 패턴이 형성된 PET 기판에 집전체를 증착한다. 본 실시예의 경우 티타늄 5nm을 기판에 증착하고, 그 위에 금 50nm를 증착한다. 이와 같이 패턴된 금 전극은 약 150ｕm의 채널 간격을 가지며, 집전체로서의 기능을 가진다.In the current collector deposition process, the current collector is deposited on the patterned PET substrate. In this embodiment, 5 nm of titanium is deposited on the substrate and 50 nm of gold is deposited thereon. The patterned gold electrode has a channel spacing of about 150 mu m and has a function as a current collector.
이후, 집전체 상에 전극층을 형성한다. 본 실시예의 경우 전극층은 다중벽 탄소나노튜브층과, 이 다중벽 탄소나노튜브층 상에 형성되는 망간 옥사이드 나노 파티클층으로 이루어진다.Then, an electrode layer is formed on the current collector. In this embodiment, the electrode layer comprises a multi-walled carbon nanotube layer and a manganese oxide nanoparticle layer formed on the multi-walled carbon nanotube layer.
다중벽 탄소나노튜브층은 층상자기조립방법( Layer-by-Layer Assembly)에 의해 형성되는데, 이에 관하여 설명한다. The multi-walled carbon nanotube layer is formed by a layer-by-layer assembly method.
먼저, 다중벽 탄소나노튜브층을 형성하기 위해 다중벽 탄소나노튜브를 기능화한다. 다중벽 탄소나노튜브를 30 ml의 황산과 10 ml의 혼합용액에 넣은 후, 70℃에서 3시간 동안 환류 처리한다. 환류 처리가 완료되면, 셀룰로오스 에스테르 필터를 이용하여 1차적으로 산을 제거해 준 후, 삼투 여과 필터를 이용하여 2차적으로 산을 제거한다. 그러면, 다중벽 탄소나노튜브는 기능기로 카르복실기를 가지게 되고, 이를 탈이온수(Dionized water) 1 mg/ml 농도로 분산시켜 사용한다.First, a multi-walled carbon nanotube is functionalized to form a multi-walled carbon nanotube layer. The multi-walled carbon nanotubes are put into a mixed solution of 30 ml of sulfuric acid and 10 ml, and refluxed at 70 ° C for 3 hours. After the reflux treatment is completed, the acid is firstly removed using a cellulose ester filter, and then the acid is removed by using an osmotic filtration filter. Then, the multi-walled carbon nanotube has a carboxyl group as a functional group and is dispersed in a concentration of 1 mg / ml of deionized water.
그런 다음, 이 용액(즉, 카르복실기를 기능기로 가지는 다중벽 탄소나노튜브와, 탈이온수로 이루어진 용액)에 에틸렌다이아민(ED)과 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDC)을 넣고, 상온에서 5시간 동안 저어 주면 다중벽 탄소나노튜브는 기능기로 아민기를 가지게 된다(즉, 기존의 카르복실기가 아민기로 치환됨). 그러면, 아민기를 기능기로 가지는 다중벽 탄소나노튜브를 탈이온수에 1 mg/ml로 분산시켜 사용한다.Then, ethylenediamine (ED) and 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) were added to this solution (that is, a solution composed of a multiwalled carbon nanotube having a carboxyl group as a functional group and deionized water) And the mixture is stirred at room temperature for 5 hours, the multi-walled carbon nanotube has an amine group as a functional group (that is, an existing carboxyl group is substituted with an amine group). Then, multi-walled carbon nanotubes having amine groups as functional groups are dispersed in deionized water at 1 mg / ml.
이후, 이와 같이 제조된 2가지 종류의 다중벽 탄소나노튜브 분산용액(즉, 카르복실기 또는 아민기를 가지는 다중벽 탄소나노튜브 분산용액)을 가지고 다중벽 탄소나노튜브층을 형성한다. 구체적으로 설명하면, 카르복실기를 가지는 다중벽 탄소나노튜브를 물에 분산시키면 음전하를 띄게 되고, 아민기를 가지는 다중벽 탄소나노튜브를 분산시키면 양전하를 띄게 된다. 이에, 2가지 용액을 준비하고 각 용액의 pH와 동일한 pH를 가지는 탈이온수를 준비한다. PET 기판을 각 용액에 10분씩 번갈아 가며 넣었다 빼는 과정을 반복하면, 다중벽 탄소나노튜브들이 정전기적 인력에 의해 기판 위에 흡착된다. 이때, 기판을 용액에 넣었다 빼는 사이클의 반복 횟수를 조절하면, 다중벽 탄소나노튜브층의 두께를 조절할 수 있다. Thereafter, the multi-walled carbon nanotube layer is formed with two types of multi-walled carbon nanotube dispersion solution (i.e., a multi-walled carbon nanotube dispersion solution having a carboxyl group or an amine group). Specifically, When a multi-walled carbon nanotube having carboxyl groups is dispersed in water, a negative charge is generated. When a multi-walled carbon nanotube having amine groups is dispersed, a positive charge is produced. Thus, two solutions are prepared and deionized water having a pH equal to the pH of each solution is prepared. By repeating the process of putting the PET substrate into each solution alternately for 10 minutes and removing it, the multiwall carbon nanotubes are adsorbed on the substrate by electrostatic attraction. At this time, the thickness of the multi-walled carbon nanotube layer can be adjusted by controlling the number of repetition cycles of inserting and removing the substrate into the solution.
한편, 기판을 용액에 넣었다 뺄 때마다 용액의 pH와 동일한 pH를 가지는 탈이온수로 기판을 헹궈주는데, 이는 약하게 흡착된 다중벽 탄소나노튜브를 탈착하기 위함이다.On the other hand, each time the substrate is immersed in the solution, the substrate is rinsed with deionized water having a pH equal to the pH of the solution, in order to desorb the weakly adsorbed multi-walled carbon nanotubes.
상기와 같이, 다중벽 탄소나노튜브층을 형성한 후, 그 위에 망간 옥사이드 나노 파티클층을 형성한다. 이를 위해, 먼저 망간옥사이드 나노파티클 용액을 제조한다. 그 방법은, 카르복실기로 기능화된 다중벽 탄소나노튜브 33mg을 에탄올 30mL에 넣고 초음파로 분산시킨다. 이 용액과 100mg의 망가네이즈 아세테이트(Mn(CHCOO)24H2O)를 30ml 테플론 용기에 넣은 후, 수열합성반응기에 담아 압력을 가해 준 상태에서 150℃ 오븐에 넣어 3시간 동안 반응시킨다. 그러면, 망간옥사이드 나노파티클(Mn3O4)이 제조된다. 이와 같이, 제조된 망간옥사이드 나노파티클을 탈이온수에 분산하면, 다중벽 탄소나노튜브에 포함되어 있던 카르복실기에 의해 음전하를 띄게 된다. 이에, 기판 보다 정확하게는 마지막으로 아민기를 가지는 다중벽 탄소나노튜브 분산용액에 넣었다가 뺀 기판을 망간옥사이드 나노파티클 용액에 담그면, 망간옥사이드 나노파티클이 다중벽 탄소나노튜브층에 형성된다. As described above, a multi-walled carbon nanotube layer is formed, and a manganese oxide nanoparticle layer is formed thereon. To this end, a manganese oxide nanoparticle solution is first prepared. In this method, 33 mg of multi-walled carbon nanotubes functionalized with a carboxyl group are placed in 30 mL of ethanol and dispersed by ultrasonication. This solution and 100 mg of manganese acetate (Mn (CHCOO) 2 4H 2 O) are placed in a 30 ml Teflon container and placed in an oven at 150 ° C. for 3 hours in a hydrothermal synthesis reactor under pressure. Then, manganese oxide nanoparticles (Mn 3 O 4 ) are produced. When the manganese oxide nanoparticles thus produced are dispersed in deionized water, they are negatively charged by the carboxyl groups contained in the multi-walled carbon nanotubes. Accordingly, when the substrate is immersed in the manganese oxide nanoparticle solution, the manganese oxide nanoparticles are formed on the multi-walled carbon nanotube layer.
전해질층 형성공정에서는 1g의 폴리메틸메타크릴레이드(PMMA), 10ml의 프로필렌카보네이트와, 1/06g의 리튬퍼클로라이트(LiClO4)를 70℃의 온도에서 저어서 혼합한다. 그러면, 겔 상태의 전해질이 형성되고, 이 전해질을 전극층 상에 도포한다. 그러면, 마이크로슈퍼커패시터의 제조가 완료된다.In the electrolyte layer forming step, 1 g of polymethylmethacrylate (PMMA), 10 ml of propylene carbonate and 1 / 06g of lithium perchlorate (LiClO 4 ) are mixed at a temperature of 70 ° C and mixed. Then, a gelated electrolyte is formed, and this electrolyte is applied on the electrode layer. Then, the manufacture of the micro supercapacitor is completed.
한편, 이와 같이 만들어진 마이크로슈퍼커패시터를 고분자 필름으로 인캡슐레이션함으로써, 마이크로슈퍼커패시터를 외부 충격이나 먼지, 습기로부터 보호할 수 있다.On the other hand, by encapsulating the thus formed micro super capacitor with a polymer film, the micro super capacitor can be protected from external impact, dust, and moisture.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로슈퍼커패시터의 성능을 나타내는 그래프이다.FIGS. 2 to 5 are graphs illustrating the performance of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
도 2의 (a)는 마이크로슈퍼커패시터의 부피당 용량을 나타내는 그래프로, 본 실시예에 따른 마이크로슈퍼커패시터는 부피당 높은 용량을 가짐을 확인할 수 있다.FIG. 2 (a) is a graph showing the capacitance per volume of the microsupercapacitor, and it can be confirmed that the microsupercapacitor according to the present embodiment has a high capacity per volume.
도 2의 (b)는 충방전 횟수에 따른 마이크로슈퍼커패시터의 용량 변화를 나타내는 그래프로, 약 30000번의 충방전이 반복된 이후에도 마이크로슈퍼커패시터가 최초 용량의 93% 수준을 유지함을 확인할 수 있으며, 이를 통해 본 실시예에 따른 마이크로슈퍼커패시터가 높은 안정성(내구성 또는 반복재현성)을 가짐을 확인할 수 있다.FIG. 2 (b) is a graph showing the capacitance change of the micro-super capacitor according to the number of times of charging and discharging. It can be seen that the micro-super capacitor maintains 93% of the initial capacity after the charge and discharge cycles of about 30,000 times. It can be confirmed that the micro supercapacitor according to the present embodiment has high stability (durability or repetitive reproducibility).
도 3는 마이크로슈퍼커패시터의 에너지 밀도와 출력을 나타내는 그래프로, 본 실시예에 따른 마이크로슈퍼커패시터가 높은 전압 범위를 가지며, 이를 통해 에너지 밀도가 향상됨을 확인할 수 있다.FIG. 3 is a graph showing the energy density and the output of the micro supercapacitor. It can be seen that the micro supercapacitor according to the present embodiment has a high voltage range and the energy density is improved thereby.
도 4의 (a)는 마이크로슈퍼커패시터의 시간에 따른 용량의 변화를 측정한 그래프로, 시간이 경과하더라도 마이크로슈퍼커패시터의 용량이 거의 일정한 수준으로 유지됨을 확인할 수 있다.FIG. 4A is a graph showing a change in capacitance with time of the micro-super-capacitor, and it can be seen that the capacity of the micro-super-capacitor is maintained at a substantially constant level even if the time elapses.
도 4의 (b)는 마이크로슈퍼커패시터의 시간에 따른 저항 변화를 측정한 그래프로, 시간이 경과하더라도 마이크로슈퍼커패시터의 저항이 거의 일정한 수준으로 유지됨을 확인할 수 있다.FIG. 4 (b) is a graph showing a change in resistance of the micro-supercapacitor over time, and it can be seen that the resistance of the micro-supercapacitor is maintained at a substantially constant level even after a lapse of time.
도 5는 동일한 조건으로 제작된 5개의 마이크로슈퍼커패시터의 시간에 따른 용량 비교 그래프로, 5개의 마이크로슈퍼커패시터의 용량은 표준편차가 약 2.3 정도이며, 이에 본 발명에 따른 마이크로슈퍼커패시터가 높은 재현성을 가짐을 확인할 수 있다.FIG. 5 is a graph showing a time-dependent capacitance comparison of five microsuperacitors manufactured under the same conditions. The capacitance of the five microsupercapacitors has a standard deviation of about 2.3. Thus, the microsupercapacitor according to the present invention has high reproducibility .
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 마이크로슈퍼커패시터는 유연성을 가지는 기판 상에 평판형으로 제조된다. 따라서, 웨어러블 기기와 같이 유연성이 필요한 전자기기로의 적용이 가능하다.As described above, the micro supercapacitor according to the present embodiment is manufactured in a flat plate shape on a flexible substrate. Therefore, the present invention can be applied to an electronic device that requires flexibility such as a wearable device.
그리고, 시간에 경과해도 용량 변화가 거의 없으므로, 안정적인 전력 공급이 가능하다. 또한, 넓은 전압 범위를 가짐으로써 높은 에너지 밀도 및 출력밀도를 가진다.Since there is little change in capacity even after a lapse of time, stable power supply is possible. It also has a high voltage density and a high power density by having a wide voltage range.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation in the embodiment in which said invention is directed. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the scope of the appended claims.
Claims (5)
상기 패턴에 집전체를 증착하는 단계;
상기 집전체 상에 전극층을 형성하는 단계; 및
상기 전극층 상에 전해질층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 전극층을 형성하는 단계는,
a) 다중벽 탄소나노튜브를 카르복실기로 기능화시킨 카르복실기를 갖는 다중벽 탄소나노튜브 용액을 제조하는 단계;
b) 다중벽 탄소나노튜브를 카르복실기로 기능화한 다음, 아민기로 치환한 아민기를 갖는 다중벽 탄소나노튜브 용액을 제조하는 단계;
c) 상기 유연성 기판을 a) 단계에서 제조된 용액과 b) 단계에서 제조된 용액에 번갈아 가며 넣었다 빼줌으로써, 다중벽 탄소나노튜브를 상기 유연성 기판 상에 흡착시키는 단계; 및
d) 상기 c) 단계에서 흡착된 다중벽 탄소나노튜브 상에 수열합성법에 의해서 제조된 Mn3O4 나노 파티클층을 형성하는 단계
를 포함하는 평면형 마이크로슈퍼커패시터의 제조방법.Forming a pattern on the flexible substrate;
Depositing a current collector on the pattern;
Forming an electrode layer on the current collector; And
And forming an electrolyte layer on the electrode layer,
Wherein forming the electrode layer comprises:
a) preparing a multi-walled carbon nanotube solution having a carboxyl group in which a multi-walled carbon nanotube is functionalized with a carboxyl group;
b) functionalizing the multi-walled carbon nanotube with a carboxyl group, and then preparing a multi-walled carbon nanotube solution having an amine group substituted with an amine group;
c) adsorbing the multi-walled carbon nanotubes on the flexible substrate by alternately feeding the flexible substrate into the solution prepared in step a) and the solution prepared in step b); And
d) forming a Mn 3 O 4 nanoparticle layer produced by hydrothermal synthesis on the multi-walled carbon nanotube adsorbed in step c)
And forming a plurality of planar micro supercapacitors.
상기 전극층 상에 전해질층을 형성하는 단계는, PMMA, PC 및 LiClO4의 혼합물을 교반한 다음, 상기 전극층 상에 도포함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 평면형 마이크로슈퍼커패시터의 제조방법.5. The method of claim 4,
Wherein the step of forming the electrolyte layer on the electrode layer is performed by stirring a mixture of PMMA, PC and LiClO 4 , and then applying the mixture on the electrode layer.
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