KR101960948B1 - Electrode for a pseudo-capacitor having catechol functional group, manufacturing method for the electrode, pseudo-capacitor including the electrode and manufacturing method for the pseudo-capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기 에너지를 저장하는 커패시터용 전극에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 전기화학적 이중층과 산화환원반응이 결합된 유사커패시터용 전극에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitor electrode for storing electric energy, and more particularly, to an electrode for a pseudo capacitor in which an electrochemical double layer is combined with a redox reaction.
화석 연료의 고갈 그리고 화석 연료 사용으로 인한 이산화탄소 배출 문제로 인해 태양 에너지, 풍력과 같은 재생 에너지 자원으로부터 깨끗하고 지속 가능한 에너지 변환 시스템에 대한 연구가 이루어지고 있다. 하지만, 이러한 재생 에너지 자원은 불규칙적이고 변수가 많기 때문에 연속적이고 빠른 전력 공급이 가능한 전기화학 커패시터나 배터리와 같은 에너지 저장 시스템이 요구되고 있다. 전기화학 커패시터는 기존의 커패시터보다 큰 축전용량을 가지며, 다른 말로 슈퍼커패시터(supercapcitor) 또는 울트라커패시터(ultracapacitor)라고 불리는 에너지 저장 장치이다. 저장할 수 있는 에너지는 배터리보다 작지만 충·방전 과정이 물리적으로 일어나기 때문에 급속 충·방전이 가능하며 높은 충·방전 효율, 반영구적인 수명 특성으로 현재 하이브리드 전기 자동차, 휴대용 기기, 메모리 백업 장치, 보조 배터리 등의 연속적인 전력 공급 장치로 사용되고 있다.Due to the depletion of fossil fuels and the issue of carbon dioxide emissions from fossil fuel use, clean and sustainable energy conversion systems are being studied from renewable energy sources such as solar and wind power. However, since such renewable energy resources are irregular and variable, there is a demand for an energy storage system such as an electrochemical capacitor or a battery capable of continuous and rapid power supply. Electrochemical capacitors have higher capacitance than conventional capacitors, in other words an energy storage device called a supercapacitor or an ultracapacitor. The energy that can be stored is smaller than the battery, but it can be charged / discharged rapidly because the charging / discharging process takes place physically. Due to its high charging / discharging efficiency and semi-permanent lifetime, it can be used for hybrid electric vehicles, portable devices, memory backup devices, Of continuous power supply.
전기화학 커패시터는 에너지 저장 방식과 전극 물질의 특성에 따라 전기 이중층 커패시터(electrochemical double layer capacitor, EDLC), 유사 커패시터 (pseudo-capacitor), 하이브리드 커패시터(hybrid capacitor)의 세 가지 종류로 나눌 수 있다. 전기 이중층 커패시터는 다공성 탄소를 전극 재료로 사용하고, 유사 커패시터는 전도성 고분자나 산화물 재료 그리고 레독스 반응이 가능한 작용기로 표면 기능화된 탄소 물질을 전극 재료로 사용한다. 하이브리드 커패시터는 전기 이중층 커패시터와 유사 커패시터의 특성이 혼합된 형태이다. Electrochemical capacitors can be divided into three types according to the energy storage method and characteristics of electrode materials: electrochemical double layer capacitors (EDLC), pseudo-capacitors, and hybrid capacitors. The electric double layer capacitor uses porous carbon as an electrode material, and the pseudo capacitor uses a conductive polymer or an oxide material and a carbon material surface-functionalized as a functional group capable of redox reaction as an electrode material. Hybrid capacitors are a mixture of characteristics of electric double layer capacitors and similar capacitors.
전기이중층 커패시터는 주로 비표면적이 높은 다공성 탄소 전극을 사용하며, 탄소 표면에서 전해질 이온의 정전기적(electrostatic) 흡착과 탈착에 의하여 에너지를 저장하는 구조이고, 유사 커패시터는 배터리와 전기 이중층 커패시터의 특성을 혼합한 전기화학 커패시터이다. 유사 커패시터의 에너지 저장 방식은 전자의 이동을 동반하는 흡착 반응(비패러데이 반응)과 전극 표면에서의 산화·환원 반응에 의한 패러데이(faradaic) 반응에 의해 전하를 축적하게 된다. 패러데이 반응에 의해 축적된 용량 (유사 용량, pseudo capacitance)에 더하여 전극과 전해질 계면에서 전해질 이온의 정전기적인 흡착과 탈착에 의해서 전기 이중층 용량(EDL capacitance)이 더해지기 때문에 전기 이중층 커패시터보다 더 높은 용량과 에너지 밀도를 가진다. 주로 사용하고 있는 전극 물질로는 전극 표면에서 산화 환원 반응을 일으키는 전이금속 산화물, 전도성 고분자 그리고 표면 기능화된 탄소를 사용하고 있다. 전이금속 산화물은 RuO2, MnO2 그리고 NiO 등이 있으며 금속 이온의 산화수를 변화시켜 에너지를 저장한다. 전도성 고분자는 폴리 아닐린, 폴리 사이오펜, 폴리 피롤 등과 같은 물질을 사용한다. 그러나 금속 산화물은 대체로 가격이 비싸고 환경적으로 해롭다는 단점을 가지고 있으며 전도성 고분자는 충·방전 사이클의 횟수 증가에 따른 제한된 수명을 가지고 있는 단점이 있다.The electric double layer capacitor mainly uses a porous carbon electrode having a high specific surface area and stores energy by electrostatic attraction and desorption of electrolyte ions on the carbon surface. The pseudo capacitor has characteristics of a battery and an electric double layer capacitor It is a mixed electrochemical capacitor. The energy storage method of pseudocapacitors accumulates electric charge by adsorption reaction (non-Faraday reaction) accompanied by electron transfer and faradaic reaction by oxidation / reduction reaction on electrode surface. (EDL) capacitance due to the electrostatic attraction and desorption of electrolyte ions at the interface between the electrode and the electrolyte in addition to the capacity (pseudo capacitance) of the Faraday reaction, Energy density. Transition metal oxides, conductive polymers, and surface-functionalized carbon, which cause redox reaction on the electrode surface, are mainly used as electrode materials. The transition metal oxides include RuO 2 , MnO 2, and NiO, and store the energy by changing the oxidation number of the metal ion. The conductive polymer uses a material such as polyaniline, polythiophene, polypyrrole and the like. However, metal oxides are generally expensive and environmentally harmful. Conductive polymers have a limited lifetime due to an increase in the number of charge / discharge cycles.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 유사커패시터 특성에 의한 효율 향상 효과가 높으면서 사이클 안정성이 뛰어난 유사커패시터용 전극을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an electrode for a pseudo capacitor having a high efficiency improvement effect due to a pseudo capacitor characteristic and excellent cycle stability.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 유사커패시터용 전극은, 탄소 기판; 상기 탄소 기판 표면에 형성되며 카테콜 기능기가 표면에 형성된 제1코팅층; 및 상기 제1코팅층 위에 형성되고 카테콜 기능기가 표면에 형성된 제2코팅층을 포함하고, 상기 제1코팅층과 상기 제2코팅층은, 상기 제1코팅층의 카테콜 기능기에 배위결합된 이온에 상기 제2코팅층의 카테콜 기능기가 배위결합된 구조이며, 상기 제2코팅층의 구성물질은 적어도 2개 이상의 카테콜 기능기를 포함하여, 적어도 하나의 카테콜 기능기는 상기 이온에 배위결합하고, 적어도 하나의 카테콜 기능기는 표면에 노출된 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electrode for a pseudo capacitor, comprising: a carbon substrate; A first coating layer formed on the surface of the carbon substrate and having a catechol functional group formed on the surface thereof; And a second coating layer formed on the first coating layer and having a catechol functional group formed on a surface thereof, wherein the first coating layer and the second coating layer are formed on the second coating layer, Wherein the catechol functionality of the coating layer is coordinated, the constituent material of the second coating layer comprises at least two catechol functional groups, at least one catechol functional group is coordinately bound to the ions, The functional group is characterized by being exposed to the surface.
이때, 제1코팅층이 도파민으로 구성되는 것이 좋고, 제2코팅층은 타닌산으로 구성되는 것이 좋으며, 이온은 Fe 이온인 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the first coating layer is composed of dopamine, the second coating layer is composed of tannic acid, and the ion is preferably Fe ion.
본 발명에서는 빠르고 가역적인 유사 커패시터 전극 물질로서 생체 모방 유기 분자인 도파민을 사용하여 탄소 기판의 표면을 기능화 하였다. 홍합 접착 단백질인 Mefp-5에 다량 함유되어 있는 3,4-dihydroxy-L-phenylalanine(DOPA)와 lysine(Lys)은 바다에서의 강한 접착력을 가지는데 중요한 역할을 한다. 카테콜아민 계열인 도파민은 Mefp-5 단백질에 포함되어 있는 DOPA의 카테콜 기와 Lysine의 아민 기를 포함하고 있어 어떤 물질 표면에서도 부착시킬 수 있는 특징이 있다. 또한, 도파민은 전극과 전해질 계면에서 두 개의 프로톤(H+)과 두 개의 전자의 빠른 산화 환원 반응에 의해 향상된 커패시터 특성(유사커패시터 특성)이 보고된 바 있다.In the present invention, the surface of the carbon substrate is functionalized by using dopamine, which is a biomimetic organic molecule, as a quick and reversible pseudo capacitor electrode material. 3,4-dihydroxy-L-phenylalanine (DOPA) and lysine (Lys), which are abundantly contained in the mussel adhesive protein Mefp-5, play an important role in strong adhesion at sea. Dopamine, a catecholamine family, contains a catechol group of DOPA contained in the Mefp-5 protein and an amine group of Lysine, so that it can be attached to any material surface. In addition, dopamine has been reported to have improved capacitor characteristics (pseudo capacitor characteristics) by rapid redox reaction of two protons (H + ) and two electrons at the electrode and electrolyte interface.
[카테콜(catechol) ⇔ 퀴논(quinone) + 2H+ + 2e-] [Catechol ⇔ quinone + 2H + + 2e - ]
이에 더하여, 홍합 족사(byssus)를 덮고 있는 큐티클(cuticle)은 3,4-dihydroxy-L-phenylalanine(DOPA)와 금속이온 간의 배위결합을 바탕으로 단단한 층을 이루고 있어 외부로부터 손상을 막을 수 있다고 알려져 있다.In addition, cuticle covering byssus is known to be able to prevent damage from the outside because it forms a solid layer based on coordination between 3,4-dihydroxy-L-phenylalanine (DOPA) and metal ion have.
본 발명의 발명자들은 이를 이용하여, 탄소 표면을 폴리도파민으로 기능화(functionalization)한 후, 기능화된 탄소 표면을 카테콜(catechol) 기능기와 철(Ⅲ)이온과의 강한 상호작용을 이용한 층상(Layer-by-Layer, LbL) 증착법으로 추가 개질하였다. 타닌산과 삼염화철을 이용하였고, 최종 층으로 증착시킨 타닌산(Tannic Acid, TA)은 많은 카테콜 및 갈로일(galloyl) 기능기를 함유하고 있기 때문에 폴리도파민만 코팅된 경우에 비해 산화 환원 반응을 더욱 유도할 수 있었고, 그 결과 커패시터 특성이 향상되는 효과를 얻을 수 있었다. 그리고 카테콜 기능기와 철(III)이온과의 강한 상호작용이 주어지면서 사이클 안정성이 향상되는 효과도 얻을 수 있었다. The inventors of the present invention have found that functionalization of a carbon surface with polydodamine and functionalization of the carbon surface with a catechol functional group and strong interaction with iron (III) by-Layer, LbL) deposition. Tannic Acid (TA) deposited with tannic acid and trichloride was used as a final layer. Since Tannic Acid (TA) contains many catechol and galloyl functional groups, redox reaction is induced more than polydopamine coated As a result, the effect of improving the capacitor characteristics was obtained. And the strong interaction between the catechol functional group and iron (III) ion was given and the cycle stability was improved.
한편, 탄소 기판은 다공성 탄소 나노 시트에 바인더와 도전제를 혼합하여 구성된 것일 수 있다.On the other hand, the carbon substrate may be composed of a mixture of a binder and a conductive agent in the porous carbon nanosheet.
본 발명의 다른 형태에 의한, 유사커패시터용 전극의 제조방법은, 탄소 기판을 준비하는 기판 준비 단계; 상기 탄소 기판의 표면에 카테콜 기능기가 상부에 노출되도록 제1코팅층을 형성하는 제1코팅층 형성 단계; 상기 제1코팅층의 표면에 노출된 카테콜 기능기에 이온을 배위결합시키는 이온 결합 단계; 및 상기 배위결합된 이온에 카테콜 기능기를 배위결합시켜서 제2코팅층을 형성하는 제2코팅층 형성 단계를 포함하여 구성되며, 상기 제2코팅층의 구성물질은 적어도 2개 이상의 카테콜 기능기를 포함하여, 적어도 하나의 카테콜 기능기는 상기 이온에 배위결합하고, 적어도 하나의 카테콜 기능기는 표면에 노출되는 것을 특징으로 한다.A manufacturing method of an electrode for a pseudo capacitor according to another aspect of the present invention includes: preparing a substrate for preparing a carbon substrate; A first coating layer forming step of forming a first coating layer on the surface of the carbon substrate so that the catechol functional group is exposed on the surface; An ion binding step of coordinating an ion to a catechol functional group exposed on a surface of the first coating layer; And a second coating layer forming step of coordinating a catechol functional group with the coordination ion to form a second coating layer, wherein the constituent material of the second coating layer includes at least two or more catechol functional groups, Wherein at least one catechol functional group is coordinately bonded to the ion and at least one catechol functional group is exposed to the surface.
이때, 제1코팅층의 카테콜 기능기에 이온과 제2코팅층의 카테콜 기능기가 층상 자기조립(Layer-by-Layer, LbL)될 수 있도록, 이온 결합 단계와 제2코팅층 형성 단계를 순차적으로 복수 회 반복 수행하는 것이 바람직하다.At this time, the ion-combining step and the second coating layer-forming step are sequentially performed a plurality of times so that the catechol function of the ion and the second coating layer can be layer-by-layer (LbL) It is preferable to perform it repeatedly.
제1코팅층 형성 단계는 탄소 기판을 폴리도파민 용액에 침지하여 수행될 수 있다.The first coating layer forming step may be carried out by immersing the carbon substrate in a polydodamine solution.
이온 결합 단계는 제1코팅층이 형성된 탄소 기판을 이온을 포함하는 용액에 침지하여 수행될 수 있으며, 이온은 Fe 이온인 것이 바람직하다.The ion-bonding step may be performed by immersing the carbon substrate having the first coating layer formed thereon in a solution containing ions, and the ions are preferably Fe ions.
제2코팅층 형성 단계는 제1코팅층에 이온이 배위결합된 탄소 기판을 제2코팅층 구성물질을 포함하는 용액에 침지하여 수행될 수 있으며, 제2코팅층이 타닌산으로 구성되는 것이 바람직하다.The second coating layer forming step may be performed by immersing the carbon substrate having the ion coordination bond in the first coating layer in a solution containing the second coating layer forming material, and the second coating layer is preferably composed of tannic acid.
본 발명의 또 다른 형태에 의한, 유사커패시터는, 분리막과 상기 분리막을 사이에 두고 배치된 양극과 음극 및 상기 양극과 상기 음극에 접하는 전해질을 포함하여 구성되는 유사커패시터로서, 상기 양극 또는 상기 음극 중에 적어도 하나가, 탄소 기판; 상기 탄소 기판 표면에 형성되며 카테콜 기능기가 표면에 형성된 제1코팅층; 및 상기 제1코팅층 위에 형성되고 카테콜 기능기가 표면에 형성된 제2코팅층을 포함하고, 상기 제1코팅층과 상기 제2코팅층은, 상기 제1코팅층의 카테콜 기능기에 배위결합된 이온에 상기 제2코팅층의 카테콜 기능기가 배위결합된 구조이며, 상기 제2코팅층의 구성물질은 적어도 2개 이상의 카테콜 기능기를 포함하여, 적어도 하나의 카테콜 기능기는 상기 이온에 배위결합하고, 적어도 하나의 카테콜 기능기는 표면에 노출된 것을 특징으로 한다. A pseudo capacitor according to another aspect of the present invention is a pseudo capacitor including an anode and a cathode disposed between a separation membrane and the separation membrane and an electrolyte in contact with the anode and the cathode, At least one carbon substrate; A first coating layer formed on the surface of the carbon substrate and having a catechol functional group formed on the surface thereof; And a second coating layer formed on the first coating layer and having a catechol functional group formed on a surface thereof, wherein the first coating layer and the second coating layer are formed on the second coating layer, Wherein the catechol functionality of the coating layer is coordinated, the constituent material of the second coating layer comprises at least two catechol functional groups, at least one catechol functional group is coordinately bound to the ions, The functional group is characterized by being exposed to the surface.
이때, 제1코팅층이 도파민으로 구성되는 것이 좋고, 제2코팅층은 타닌산으로 구성되는 것이 좋으며, 이온은 Fe 이온인 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the first coating layer is composed of dopamine, the second coating layer is composed of tannic acid, and the ion is preferably Fe ion.
한편, 탄소 기판은 다공성 탄소 나노 시트에 바인더와 도전제를 혼합하여 구성된 것일 수 있다.On the other hand, the carbon substrate may be composed of a mixture of a binder and a conductive agent in the porous carbon nanosheet.
본 발명의 마지막 형태에 의한 유사커패시터의 제조방법은, 분리막과 상기 분리막을 사이에 두고 배치된 양극과 음극 및 상기 양극과 상기 음극에 접하는 전해질을 포함하여 구성되는 유사커패시터를 제조하는 방법으로서, 상기 양극 또는 상기 음극 중에 적어도 하나를 제조하는 과정이, 탄소 기판을 준비하는 기판 준비 단계; 상기 탄소 기판의 표면에 카테콜 기능기가 상부에 노출되도록 제1코팅층을 형성하는 제1코팅층 형성 단계; 상기 제1코팅층의 표면에 노출된 카테콜 기능기에 이온을 배위결합시키는 이온 결합 단계; 및 상기 배위결합된 이온에 카테콜 기능기를 배위결합시켜서 제2코팅층을 형성하는 제2코팅층 형성 단계를 포함하여 구성되며, 상기 제2코팅층의 구성물질은 적어도 2개 이상의 카테콜 기능기를 포함하여, 적어도 하나의 카테콜 기능기는 상기 이온에 배위결합하고, 적어도 하나의 카테콜 기능기는 표면에 노출되는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a pseudo capacitor according to the last aspect of the present invention is a method of manufacturing a pseudo capacitor including an anode and a cathode disposed between the separator and the separator, and an electrolyte in contact with the anode and the cathode, A step of preparing at least one of an anode and a cathode includes preparing a carbon substrate; A first coating layer forming step of forming a first coating layer on the surface of the carbon substrate so that the catechol functional group is exposed on the surface; An ion binding step of coordinating an ion to a catechol functional group exposed on a surface of the first coating layer; And a second coating layer forming step of coordinating a catechol functional group with the coordination ion to form a second coating layer, wherein the constituent material of the second coating layer includes at least two or more catechol functional groups, Wherein at least one catechol functional group is coordinately bonded to the ion and at least one catechol functional group is exposed to the surface.
이때, 이온 결합 단계와 제2코팅층 형성 단계를 순차적으로 복수 회 반복 수행하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the ion-combining step and the second coating layer-forming step are sequentially performed a plurality of times.
제1코팅층 형성 단계는 탄소 기판을 폴리도파민 용액에 침지하여 수행될 수 있다.The first coating layer forming step may be carried out by immersing the carbon substrate in a polydodamine solution.
이온 결합 단계는 제1코팅층이 형성된 탄소 기판을 이온을 포함하는 용액에 침지하여 수행될 수 있으며, 이온은 Fe 이온인 것이 바람직하다.The ion-bonding step may be performed by immersing the carbon substrate having the first coating layer formed thereon in a solution containing ions, and the ions are preferably Fe ions.
제2코팅층 형성 단계는 제1코팅층에 이온이 배위결합된 탄소 기판을 제2코팅층 구성물질을 포함하는 용액에 침지하여 수행될 수 있으며, 제2코팅층이 타닌산으로 구성되는 것이 바람직하다.The second coating layer forming step may be performed by immersing the carbon substrate having the ion coordination bond in the first coating layer in a solution containing the second coating layer forming material, and the second coating layer is preferably composed of tannic acid.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 탄소 표면을 카테콜 기능기로 개질하기 위한 제1코팅층에 제2코팅층을 추가하여 형성함으로써, 더욱 많은 카테콜 기능기와 기타 다른 기능기를 포함하는 제2코팅층을 형성할 수 있기 때문에 더욱 많은 산화 환원 반응을 유도하여 커패시터의 효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.The present invention constructed as described above forms a second coating layer including more catechol functional groups and other functional groups by forming a second coating layer on the first coating layer for modifying the carbon surface with a catechol functional group It is possible to increase the efficiency of the capacitor by inducing more redox reactions.
또한, 제1코팅층과 제2코팅층이 강한 배위 결합으로 결합되어 있기 때문에, 단일의 코팅층만을 형성한 경우에 비하여 커패시터의 사이클 안정성이 크게 향상되는 효과가 있다.In addition, since the first coating layer and the second coating layer are bonded by strong coordination bonding, the cyclic stability of the capacitor is significantly improved as compared with the case where only a single coating layer is formed.
나아가, 제2코팅층을 층상 자기조립하여 형성하기 때문에, 간단한 제조공정으로 강력하게 결합된 제2코팅층을 구비한 전극을 제조할 수 있는 효과가 있다.Further, since the second coating layer is formed by self-assembly of layers, an electrode having a second coating layer strongly bonded by a simple manufacturing process can be produced.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유사커패시터용 전극을 제조하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 3은 카테콜 기능기를 설명하기 위한 도파민의 화학구조이다.
도 4는 본 실시예의 전극에서 층상 자기조립된 타닌산 제2코팅층의 결합구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 실시예에서 사용된 탄소 나노시트를 촬영한 주사 전자 현미경 사진이다.
도 6은 본 실시예에서 사용된 탄소 나노시트에 대한 질소 흡·탈착 등온선을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 실시예의 유사커패시터용 전극의 표면 코팅층 형성여부의 확인을 위한 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석을 수행한 결과이다.
도 8은 본 실시예의 유사커패시터용 전극의 표면 코팅층 형성여부의 확인을 위한 고해상도 Fe 2p XPS 스펙트럼이다.
도 9는 비교예와 본 실시예의 전극을 사용하여 제작된 커패시터 셀에 대한 순환 전압 전류법(CV) 곡선이다.
도 10은 비교예와 본 실시예의 전극을 사용하여 제작된 커패시터 셀 각각에 대하여 5~500 mV/s 범위의 주사 속도에 따른 비축전 용량값을 나타낸 그래프이다.
도 11은 비교예와 본 실시예의 전극을 사용하여 제작된 커패시터 셀에 대한 사이클 안정성 테스트 결과를 나타내는 그래프이다. FIGS. 1 and 2 are schematic views illustrating a process of manufacturing an electrode for a pseudo capacitor according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a chemical structure of dopamine to illustrate catechol functionality.
4 is a view showing the bonding structure of the layered self-assembled tannic acid second coating layer in the electrode of this embodiment.
5 is a scanning electron micrograph of the carbon nanosheets used in this embodiment.
6 is a graph showing the nitrogen adsorption / desorption isotherm for the carbon nanosheets used in this embodiment.
FIG. 7 is a result of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis for confirming formation of a surface coating layer of the electrode for a pseudo capacitor according to the present embodiment.
8 is a high-
9 is a cyclic voltammetric (CV) curve for the capacitor cell fabricated using the electrodes of the comparative example and the present embodiment.
FIG. 10 is a graph showing a non-storage capacity value according to a scanning speed in a range of 5 to 500 mV / s for each of the capacitor cells manufactured using the electrodes of the comparative example and the present embodiment.
11 is a graph showing a cycle stability test result for a capacitor cell fabricated using the electrodes of the comparative example and the present embodiment.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유사커패시터용 전극을 제조하는 과정을 나타내는 모식도이다.FIGS. 1 and 2 are schematic views illustrating a process of manufacturing an electrode for a pseudo capacitor according to an embodiment of the present invention.
먼저, 탄소 기판(100) 표면에 폴리도파민 제1코팅층(200)을 형성한다.First, a
탄소 기판(100)은 특별히 제한되지 않지만, 본 실시예에서는 다공성 탄소 나노시트를 합성하여 활물질로 사용하였다. The
탄소 전구물질로서 포타슘 사이트레이트 트리베이직 모노하이드레이트(potassium citrate tribasic monohydrate) 10g을 알루미나 보트 안에 담아서 퍼니스(furnace)에 넣고 질소(200 sccm) 분위기에서 3시간 만에 목표 온도까지 올려준 후 목표 온도에서 1시간 동안 유지하여 반응시켰다. 반응이 완료 된 후, 비커에 시료를 수거하여 3차 증류수로 분산 시켰다. 반응 용액을 증류수로 충분히 반복하여 세척한 후, 120 ℃ 진공오븐에서 10시간 동안 충분히 건조시켰다. 10 g of potassium citrate tribasic monohydrate as a carbon precursor was charged in an alumina boat and placed in a furnace and heated to a target temperature in a nitrogen (200 sccm) atmosphere for 3 hours. Then, 1 g of potassium citrate tribasic monohydrate For a period of time. After the reaction was completed, the sample was collected in a beaker and dispersed with tertiary distilled water. The reaction solution was sufficiently washed repeatedly with distilled water, and then sufficiently dried in a vacuum oven at 120 캜 for 10 hours.
상기한 활물질과 바인더 및 도전제를 8:1:1 질량 비율로 혼합하여 전극을 제조하였다. 먼저 활물질 도전재인 Super-p(TIMCAL, switzerland)를 혼합하였다. 그리고 3차 증류수에 바인더인 스티렌 부타디인 고무(styrene-butadiene rubber, SBR)와 카르복시메틸 셀룰로스 나트륨염(carboxymethyl cellulose sodium salt, CMC)을 1:1 질량 비율로 녹인 용액에 활물질과 도전재의 혼합 파우더를 넣고 충분히 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 집전체인 스테인리스 호일(stainless steel foil) 위에 슬러리를 고르게 코팅한 뒤, 120 ℃ 진공오븐에서 10시간 동안 충분히 건조시켰다. 건조된 전극이 일정한 두께를 갖도록 100℃의 롤 프레스(roll-press)를 이용하여 30% 가량 압착시켰다. 압착된 전극은 직경 14mm 크기의 코인 형(coin type) 전극으로 만들었다. The active material, the binder and the conductive agent were mixed in an 8: 1: 1 mass ratio to prepare an electrode. First, Super-p (TIMCAL, switzerland), an active material conductive material, was mixed. Then, a mixture of styrene-butadiene rubber (SBR) and carboxymethyl cellulose sodium salt (CMC), which is a binder, in a 1: 1 mass ratio, is added to the third distilled water and mixed powder And sufficiently mixed to prepare a slurry. The slurry was uniformly coated on a stainless steel foil as a current collector, and then sufficiently dried in a 120 DEG C vacuum oven for 10 hours. The dried electrode was pressed at about 30% using a roll-press at 100 캜 so as to have a constant thickness. The pressed electrode was made of a coin type electrode having a diameter of 14 mm.
코인 형태의 탄소 기판(100) 표면에 1mL의 트리스 완충 용액(tris buffer solution, pH8.5)에 일정량(2, 4, 8, 12, 16 mg)의 도파민 하이드로 클로라이드(dopamine hydrochloride)를 넣어 충분히 섞은 용액을 고르게 분산시켜 60℃ 오븐에서 건조하여, 도 1과 같이 폴리도파민 제1코팅층(200)을 탄소 기판(100)의 표면에 형성한다.(2, 4, 8, 12, and 16 mg) of dopamine hydrochloride was added to 1 mL of tris buffer solution (pH 8.5) on the surface of the coin-shaped
폴리도파민 제1코팅층(200)은 표면에 카테콜 기능기(210)가 위치하며, 도 3은 도파민의 화학구조로서 점선으로 표시된 부분이 카테콜 기능기이다.The polyadopamine
도 2는 폴리도파민 제1코팅층에 타닌산 제2코팅층을 형성한 모습을 나타낸 모식도이다.2 is a schematic view showing a state in which a second coating layer of tannic acid is formed on the first coating layer of the polydodamine.
도 1과 같이 폴리도파민 제1코팅층(200)이 코팅된 탄소 기판(100)을 Fe(Ⅲ)을 함유하고 있는 삼염화철 수화물(Iron (III) chloride hexahydrate, FeCl3·6H2O) 용액과 카테콜(catechol)을 함유하고 있는 타닌산(tannic acid, TA) 용액에 약 1초씩 연속적인 담금 과정을 3회에 걸쳐 반복적으로 수행함으로써 층상 자기조립(Layer-by-Layer, LbL)하여, 제1코팅층(200)의 카테콜 기능기(210)에 Fe 이온(300)의 결합 및 타닌산 제2코팅층(400)을 형성하였다.1, a
도시된 것과 같이, 폴리도파민 제1코팅층(200) 표면에 위치하는 카테콜 기능기(210)에 Fe 이온(300)이 부착되고, Fe 이온(300)에 타닌산에 포함된 카테콜 기능기가 부착되어 타닌산 제2코팅층(400)이 층상 자기조립된다.As shown in the figure, the
도 4는 본 실시예의 전극에서 층상 자기조립된 타닌산 제2코팅층의 결합구조를 도시한 도면이다.4 is a view showing the bonding structure of the layered self-assembled tannic acid second coating layer in the electrode of this embodiment.
최종 층으로 증착시킨 타닌산은 많은 카테콜 및 갈로일 기능기들을 함유하고 있기 때문에 더 많은 산화 환원 반응을 제공하여, 추가적인 용량 증대에 기여 가능하여, 폴리도파민으로만 코팅한 전극보다 더욱 향상된 커패시터 특성을 보일 것으로 기대된다. Since the tannic acid deposited as the final layer contains many catechol and gallyl functional groups, it can provide more redox reactions, which can contribute to additional capacity increases, resulting in better capacitor properties than electrodes coated only with polypodamine It is expected to be seen.
도 5는 본 실시예에서 사용된 탄소 나노시트를 촬영한 주사 전자 현미경 사진이다.5 is a scanning electron micrograph of the carbon nanosheets used in this embodiment.
도시된 것과 같이, 본 실시예에서 제작하여 사용한 탄소 나노시트는 다공성 탄소가 3차원적으로 연결된 나노시트 형태이며, 나노시트의 두께가 약 10~60 nm임을 확인할 수 있다. 3차원적으로 서로 연결된 구조의 다공성 탄소 나노시트의 비표면적을 측정하기 위해 질소 흡·탈착 등온선 측정을 하였다.As shown in the figure, the carbon nanosheets fabricated and used in this embodiment have a nanosheet shape in which porous carbon is three-dimensionally connected, and the thickness of the nanosheets is about 10 to 60 nm. Nitrogen adsorption / desorption isotherms were measured to measure the specific surface area of the porous carbon nanosheets having a three-dimensionally interconnected structure.
도 6은 본 실시예에서 사용된 탄소 나노시트에 대한 질소 흡·탈착 등온선을 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing the nitrogen adsorption / desorption isotherm for the carbon nanosheets used in this embodiment.
도시된 결과는 일정한 온도(77K, 액체 질소)에서 기체 압력에 따른 질소 흡착량을 나타낸 그래프이다. 도 6에서 보이는 흡착 곡선은 typeⅠ으로 분류되며 낮은 기체 압력(P/P0)에서 흡착 부피가 급격하게 증가하는데, 이는 주로 마이크로 기공 크기를 가진 탄소의 전형적인 곡선을 나타낸다. 또한 BET (Brunauer-Emmett-Teller) 방법을 통해 제조된 탄소 나노시트가 약 1740m2/g의 높은 비표면적을 가진 것을 확인하였다. The results shown are graphs showing the amount of nitrogen adsorption according to gas pressure at a constant temperature (77 K, liquid nitrogen). The adsorption curves shown in FIG. 6 are classified as type I and the adsorption volume increases sharply at low gas pressure (P / P0), which represents a typical curve of carbon with a micropore size. Also, it was confirmed that the carbon nanosheets prepared by the BET (Brunauer-Emmett-Teller) method had a high specific surface area of about 1740 m 2 / g.
도 7은 본 실시예의 유사커패시터용 전극의 표면 코팅층 형성여부의 확인을 위한 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석을 수행한 결과이다. FIG. 7 is a result of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis for confirming formation of a surface coating layer of the electrode for a pseudo capacitor according to the present embodiment.
(i) 도파민을 코팅하지 않은 다공성 탄소 전극(비교예 1)과 (ii) 8mg/mL 농도의 폴리도파민을 코팅한 이후의 단일층 구조의 전극(비교예 2) 및 (iii) 8mg/mL 농도의 폴리도파민을 코팅한 이후 타닌산 층을 LbL 코팅한 본 실시예의 유사커패시터용 전극(실시예)의 XPS 분석 결과를 보여주며, 삽입된 도면은 질소(N 1s)에 대한 고해상도 XPS 스펙트럼이다. (i) a single-layered electrode (Comparative Example 2) after coating a doped porous carbon electrode (Comparative Example 1) and (ii) 8 mg / mL of polydodamine, and (iii) (Example) in which a layer of tannic acid was coated with LbL, and the inset is a high-resolution XPS spectrum of nitrogen (N1s).
도시된 것과 같이, 코팅층을 형성하기 이전에는 N 1s 피크가 관찰되지 않았으나, 폴리도파민 제1코팅층을 형성한 경우에는 N 1s 피크가 관찰되고 있다. 또한, 본 실시예의 유사커패시터용 전극의 경우에만 Fe 2p 피크가 관찰되어, 타닌산 제2코팅층이 형성된 것을 확인할 수 있다.As shown,
도 8은 본 실시예의 유사커패시터용 전극의 표면 코팅층 형성여부의 확인을 위한 고해상도 Fe 2p XPS 스펙트럼이다.8 is a high-
본 실시예에 따른 유사커패시터용 전극의 성능을 평가하기 위하여, 18mm 크기의 Celgard 3501(polypore, CELGARD, LLC, USA) 분리막과 1M H2SO4를 전해질로 사용하여 대칭적인 2전극 시스템 구조로 셀을 제작하였다.In order to evaluate the performance of the electrode for a pseudo capacitor according to the present embodiment, a cell having a symmetrical two-electrode system structure using an 18 mm sized Celgard 3501 (polypore, CELGARD, LLC, USA) separator and 1M H 2 SO 4 as an electrolyte Respectively.
다채널을 가지고 있는 일정전위기(VSP potentiostat/galvanostat/EIS, BioLogic) 장비를 사용하였으며, 순환 전압 전류 시험(cyclic voltammetry, CV)과 임피던스 시험(electrochemical impedance spectroscopy, EIS)을 이용하여 측정하였다. 0V에서 1V까지의 전압 범위에서 사이클 안정화를 시킨 뒤 5~500 mV/s으로 주사 속도(scan rate)를 변화시키며 순환 전압 전류 시험(CV)을 수행하였다. 전극의 수명을 평가하기 위하여, 사이클 특성을 관찰하였으며 100 mV/s의 주사 속도 조건하에서 사이클을 진행하여 1000 사이클 동안의 용량 변화에 대하여 관찰하였다. The electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV) were used for the measurement of VSP potentiostat / galvanostat / EIS, BioLogic. Cycle stabilization was performed in the voltage range from 0V to 1V and cyclic voltammetry (CV) was performed with a scan rate varying from 5 to 500 mV / s. In order to evaluate the lifetime of the electrode, the cycle characteristics were observed, and the cycle was performed under a scanning speed of 100 mV / s to observe the capacity change over 1000 cycles.
비축전 용량값(specific gravimetric capacitance)은 아래의 식을 이용하여 계산하였다.The specific gravimetric capacitance was calculated using the following equation.
여기서 C sp 는 단일 전극 기준 비축전 용량 (F/g), I는 방전 전류(A), 
임피던스 시험은 상온에서 10mHz∼200kHz의 주파수 영역에서 10mV의 진폭을 사용하여 개방 회로 전압(open circuit voltage, OCV)에서 수행하였으며, 전기화학 커패시터 전극의 계면 저항, 전해질의 저항 그리고 전자 전하 전달 저항을 관찰하였다.The impedance test was performed at an open circuit voltage (OCV) using an amplitude of 10 mV in a frequency range of 10 to 200 kHz at room temperature. The interfacial resistance of the electrochemical capacitor electrode, electrolyte resistance and electron charge transfer resistance were observed Respectively.
도 9는 비교예와 본 실시예의 전극을 사용하여 제작된 커패시터 셀에 대한 순환 전압 전류법(CV) 곡선이다. 시간에 비례하여 전위 변화에 따른 전류 밀도의 변화를 측정함으로써 CV 면적 및 곡선 모양을 통해 축전용량과 전극의 전기화학적 특성을 알 수 있다. 9 is a cyclic voltammetric (CV) curve for the capacitor cell fabricated using the electrodes of the comparative example and the present embodiment. By measuring the change of the current density with the change of the electric potential in proportion to the time, the electrochemical characteristics of the electrostatic capacity and the electrode can be obtained through the CV area and the curve shape.
비교예 2의 전극과 실시예의 유사커패시터용 전극을 적용한 셀에 대한 CV 곡선들의 경우에 비교예 1의 전극을 적용한 셀에 대한 CV 곡선 면적보다 증가하였으며, CV 곡선이 직사각형 형태에서 벗어난 것을 확인할 수 있다. 이는 다공성 탄소 전극 표면에서 산화·환원 반응이 더해져 용량값이 증가하였으며, 유사 커패시터 거동(pseudo capacitive behavior)을 나타내고 있음을 보여준다. 본 실시예에 따른 고성능 전극의 비축전 용량값은 5 mV/s의 주사 속도에서 약 244 F/g을 나타내어, 비교예 1의 탄소 전극을 적용한 경우의 133 F/g 및 비교예 2의 단일층 전극을 적용한 경우의 약 185 F/g에 비하여 각각 83% 및 32% 더 높은 비축전 용량값을 보이는 것을 확인할 수 있다.In the case of the CV curves for the cells of the comparative example 2 and the cells to which the electrodes for the similar capacitors of the embodiment are applied, the CV curve area for the cell to which the electrode of the comparative example 1 is applied is increased and the CV curve is deviated from the rectangular shape . This shows that the oxidation / reduction reaction is added on the surface of the porous carbon electrode to increase the capacitance value and to exhibit pseudo capacitive behavior. The non-storage capacitance value of the high-performance electrode according to the present example was about 244 F / g at a scanning rate of 5 mV / s, and was 133 F / g when the carbon electrode of Comparative Example 1 was applied, It can be seen that the non-storage capacity values are 83% and 32% higher, respectively, than about 185 F / g when the electrode is applied.
도 10은 비교예와 본 실시예의 전극을 사용하여 제작된 커패시터 셀 각각에 대하여 5~500 mV/s 범위의 주사 속도에 따른 비축전 용량값을 보여준다. 비교예 1의 탄소 전극을 적용한 경우에는 5~500 mV/s의 주사 속도 범위에서 133 F/g (주사속도 5mV/s 조건) 내지 93 F/g (주사속도 500mV/s 조건)의 비축전 용량값을 보였고, 비교예 2의 단일층 전극을 적용한 경우에는 185 F/g (주사속도 5mV/s 조건) 내지 108 F/g (주사속도 500mV/s 조건)의 비축전 용량값을 보였으며, 본 실시예의 유사커패시터용 전극을 적용한 경우에는 244 F/g (주사속도 5mV/s 조건) 내지 116 F/g (주사속도 500mV/s 조건)의 비축전 용량값을 보이는 것으로 관찰되었다. 즉, 본 실시예의 고성능 전극을 적용한 경우에 테스트한 모든 주사 속도 조건 하에서 전반적으로 가장 높은 비축전 용량값을 보이는 것을 확인할 수 있었다.FIG. 10 shows the non-storage capacity values according to the scanning speed in the range of 5 to 500 mV / s for each of the capacitor cells manufactured using the electrodes of the comparative example and the present embodiment. In the case of applying the carbon electrode of Comparative Example 1, the non-accumulating capacity of 133 F / g (at a scanning speed of 5 mV / s) to 93 F / g (at a scanning speed of 500 mV / s) in a scanning speed range of 5 to 500 mV / And a non-accumulation capacity value of 185 F / g (at a scanning speed of 5 mV / s) to 108 F / g (at a scanning speed of 500 mV / s) in the case of applying the single layer electrode of Comparative Example 2, It was observed that the non-storage capacitance value of 244 F / g (at a scanning speed of 5 mV / s) to 116 F / g (at a scanning speed of 500 mV / s) was observed when the electrode for a pseudo capacitor of the embodiment was applied. In other words, it was confirmed that the highest non-storage capacitance value was observed generally under all the scanning speed conditions tested when the high performance electrode of this embodiment was applied.
도 11은 비교예와 본 실시예의 전극을 사용하여 제작된 커패시터 셀에 대한 사이클 안정성 테스트 결과를 나타내는 그래프이다. 11 is a graph showing a cycle stability test result for a capacitor cell fabricated using the electrodes of the comparative example and the present embodiment.
검은색 선은 비교예 1의 탄소 전극을 적용한 셀의 사이클 수에 따른 용량 유지율을 나타내며, 1000번째 사이클에서의 비축전용량 값은 약 105 F/g으로 초기 용량값인 약 114 F/g에 대해 약 92%의 용량 유지율을 보였다. 한편, 파란색 선의 비교예 2의 단일층 전극을 적용한 셀은 1000번째 사이클에서의 비축전용량 값은 117 F/g으로 초기 용량값인 137 F/g에 비하여 약 15% 감소한 85%의 용량 유지율을 보여 사이클 안정성이 상대적으로 낮은 경향을 나타내었다. 하지만 이에 반하여, 도파민이 코팅된 탄소 전극에 철과 타닌산을 연속적으로 층상(LbL) 증착시킨 본 실시예의 고성능 전극을 적용한 붉은색 선의 경우에는 1000번째 사이클에서의 용량값이 142 F/g으로 초기 용량(155 F/g) 대비 약 92%의 용량 유지율을 보이며, 코팅을 하지 않은 탄소 전극(비교예 1)과 거의 동일한 용량 유지율을 보였다. 이는 철과 카테콜 사이의 강한 상호작용으로 인하여, 도파민만을 코팅하였을 때보다 사이클 안정성이 증가한 것으로 판단된다.The black line represents the capacity retention rate according to the number of cycles of the cell to which the carbon electrode of Comparative Example 1 is applied and the non-storage capacity value at the 1000th cycle is about 105 F / g, which is about 114 F / g The capacity maintenance rate was about 92%. On the other hand, in the cell employing the single layer electrode of the blue line in Comparative Example 2, the non-storage capacity value in the 1000th cycle is 117 F / g, which is about 15% lower than the initial capacity value of 137 F / g. And the cycle stability showed a relatively low tendency. On the other hand, in the case of the red line applying the high-performance electrode of the present embodiment in which iron and tannic acid are continuously layered (LbL) on the doped carbon electrode, the capacity value in the 1000th cycle is 142 F / (155 F / g), and showed almost the same capacity maintenance ratio as the uncoated carbon electrode (Comparative Example 1). It is considered that cyclic stability was increased more than dopamine only coating due to strong interaction between iron and catechol.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Those skilled in the art will understand. Therefore, the scope of protection of the present invention should be construed not only in the specific embodiments but also in the scope of claims, and all technical ideas within the scope of the same shall be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 탄소 기판
200: 도파민 제1코팅층
210: 카테콜 기능기
300: Fe 이온
400: 타닌산 제2코팅층100: carbon substrate
200: dopamine first coating layer
210: Catheter function
300: Fe ion
400: Second coating layer of tannic acid
Claims (14)
상기 탄소 기판 표면에 형성되며 카테콜 기능기가 표면에 형성된 제1코팅층; 및
상기 제1코팅층 위에 형성되고 카테콜 기능기가 표면에 형성된 제2코팅층을 포함하고,
상기 제1코팅층과 상기 제2코팅층은, 상기 제1코팅층의 카테콜 기능기에 배위결합된 이온에 상기 제2코팅층의 카테콜 기능기가 배위결합된 구조이며,
상기 제2코팅층의 구성물질은 적어도 2개 이상의 카테콜 기능기를 포함하여, 적어도 하나의 카테콜 기능기는 상기 이온에 배위결합하고, 적어도 하나의 카테콜 기능기는 표면에 노출된 것을 특징으로 하는 유사커패시터용 전극.
Carbon substrate;
A first coating layer formed on the surface of the carbon substrate and having a catechol functional group formed on the surface thereof; And
A second coating layer formed on the first coating layer and having a catechol functional group formed on the surface thereof,
Wherein the first coating layer and the second coating layer have a structure in which a catechol functional group of the second coating layer is coordinated to ions coordinated to the catechol functional group of the first coating layer,
Wherein the constituent material of the second coating layer comprises at least two or more catechol functional groups, at least one catechol functional group is coordinately bonded to the ions and at least one catechol functional group is exposed to the surface. Electrode.
상기 제1코팅층이 도파민으로 구성된 것을 특징으로 하는 유사커패시터용 전극.
The method according to claim 1,
Wherein the first coating layer is made of dopamine.
상기 제2코팅층이 타닌산으로 구성된 것을 특징으로 하는 유사커패시터용 전극.
The method according to claim 1,
And the second coating layer is composed of tannic acid.
상기 이온이 Fe 이온인 것을 특징으로 하는 유사커패시터용 전극.
The method according to claim 1,
Wherein the ions are Fe ions.
상기 탄소 기판이 다공성 탄소 나노 시트에 바인더와 도전제를 혼합하여 구성된 것을 특징으로 하는 유사커패시터용 전극.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon substrate is formed by mixing a binder and a conductive agent in a porous carbon nanosheet.
상기 탄소 기판의 표면에 카테콜 기능기가 상부에 노출되도록 제1코팅층을 형성하는 제1코팅층 형성 단계;
상기 제1코팅층의 표면에 노출된 카테콜 기능기에 이온을 배위결합시키는 이온 결합 단계; 및
상기 배위결합된 이온에 카테콜 기능기를 배위결합시켜서 제2코팅층을 형성하는 제2코팅층 형성 단계를 포함하여 구성되며,
상기 제2코팅층의 구성물질은 적어도 2개 이상의 카테콜 기능기를 포함하여, 적어도 하나의 카테콜 기능기는 상기 이온에 배위결합하고, 적어도 하나의 카테콜 기능기는 표면에 노출되는 것을 특징으로 하는 유사커패시터용 전극의 제조방법.
A substrate preparation step of preparing a carbon substrate;
A first coating layer forming step of forming a first coating layer on the surface of the carbon substrate so that the catechol functional group is exposed on the surface;
An ion binding step of coordinating an ion to a catechol functional group exposed on a surface of the first coating layer; And
And a second coating layer forming step of coordinating a catechol functional group with the coordination ion to form a second coating layer,
Wherein the constituent material of the second coating layer comprises at least two or more catechol functional groups, at least one catechol functional group is coordinately bonded to the ions and at least one catechol functional group is exposed to the surface. Gt;
상기 이온 결합 단계와 상기 제2코팅층 형성 단계를 순차적으로 복수 회 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 유사커패시터용 전극의 제조방법.
The method of claim 6,
Wherein the ion-combining step and the second coating layer-forming step are repeatedly performed a plurality of times in sequence.
상기 제1코팅층 형성 단계가, 상기 탄소 기판을 폴리도파민 용액에 침지하여 수행되는 것을 특징으로 하는 유사커패시터용 전극의 제조방법.
The method of claim 6,
Wherein the first coating layer forming step is performed by immersing the carbon substrate in a polypodamine solution.
상기 이온 결합 단계가 상기 제1코팅층이 형성된 탄소 기판을 상기 이온을 포함하는 용액에 침지하여 수행되는 것을 특징으로 하는 유사커패시터용 전극의 제조방법.
The method of claim 6,
Wherein the ion-bonding step is performed by immersing the carbon substrate on which the first coating layer is formed in a solution containing the ions.
상기 이온이 Fe 이온인 것을 특징으로 하는 유사커패시터용 전극의 제조방법.
The method of claim 6,
Wherein the ions are Fe ions.
상기 제2코팅층 형성 단계가, 상기 제1코팅층에 이온이 배위결합된 탄소 기판을 제2코팅층 구성물질을 포함하는 용액에 침지하여 수행되는 것을 특징으로 하는 유사커패시터용 전극의 제조방법.
The method of claim 6,
Wherein the second coating layer forming step is performed by immersing the carbon substrate on which the ions are coordinated to the first coating layer in a solution containing the second coating layer forming material.
상기 제2코팅층이 타닌산으로 구성된 것을 특징으로 하는 유사커패시터용 전극의 제조방법.
The method of claim 6,
Wherein the second coating layer is composed of tannic acid.
상기 양극 또는 상기 음극 중에 적어도 하나가, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 전극인 것을 특징으로 하는 유사커패시터.
1. A pseudocapacitor comprising an anode and a cathode disposed between the separator and the separator, and an electrolyte in contact with the anode and the cathode,
Wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode is the electrode according to any one of claims 1 to 5.
상기 양극 또는 상기 음극 중에 적어도 하나를 제조하는 과정이, 청구항 6 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 유사커패시터의 제조방법.1. A method of manufacturing a pseudo capacitor comprising an anode and a cathode disposed between a separation membrane and the separation membrane, and an electrolyte in contact with the anode and the cathode,
Wherein the step of manufacturing at least one of the anode and the cathode is carried out by the method according to any one of claims 6 to 12. A method of manufacturing a pseudo-
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|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |