KR101982987B1 - Activated carbon for high power energy storage and method for manufacture thereof - Google Patents

Activated carbon for high power energy storage and method for manufacture thereof Download PDF

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KR101982987B1 KR1020180136058A KR20180136058A KR101982987B1 KR 101982987 B1 KR101982987 B1 KR 101982987B1 KR 1020180136058 A KR1020180136058 A KR 1020180136058A KR 20180136058 A KR20180136058 A KR 20180136058A KR 101982987 B1 KR101982987 B1 KR 101982987B1
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김병주
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이혜민
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재단법인 한국탄소융합기술원
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Abstract

The present invention relates to a method of producing activated carbon for high power energy storage and, more specifically, to a method of producing activated carbon for high power energy storage, which comprises: an impregnation step of selecting and pulverizing a cellulose-based biomass to obtain a pulverized biomass, and impregnating the pulverized biomass with an acidic aqueous solution to obtain an impregnated biomass; a charging step of charging the impregnated biomass into a furnace to obtain a charged biomass; an activation step of heating the furnace, thereby activating the charged biomass to obtain an activated biomass; a cooling step of cooling the activated biomass to obtain a cooled biomass; and a cleaning step of cleaning the cooled biomass with a cleaning solution to produce activated carbon, wherein the furnace is charged with an active gas or an inert gas therein. According to the present invention, the method can produce the activated carbon for high power energy storage, and an electric double layer capacitor can be manufactured by using the activated carbon for high power energy storage.

Description

고출력 에너지 저장용 활성탄소 제조방법{Activated carbon for high power energy storage and method for manufacture thereof}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an activated carbon for high energy storage,

본 발명은 고출력 에너지 저장용 활성탄소의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 활성탄소 입자상을 제조하기 위한 방법으로, 셀룰로오즈계 바이오 매스를 수용액에 함침시킨 후 활성화시킴으로써 우수한 중기공이 형성될 뿐만 아니라 높은 전기화학적 출력 특성을 가지는 고출력 에너지 저장용 활성탄소 제조방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method for producing active carbon particulates for high-power energy storage, and more particularly, to a method for producing an activated carbon particulate phase, which comprises: impregnating an aqueous solution of a cellulosic biomass into an aqueous solution, The present invention relates to a method for producing activated carbon for high-power energy storage having chemical output characteristics.

현재 사용되고 있는 에너지 저장장치는 대표적으로, 연축전지, 리튬이차전지, 전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor:EDLC)를 예로 들 수 있다.The currently used energy storage devices are typically lead-acid batteries, lithium secondary batteries, and electric double layer capacitors (EDLC).

이때, 상기 연축전지 및 리튬이차전지는 에너지밀도가 20~150Wh/kg으로 높으나, 출력밀도가 50~300W/kg으로 낮으며, 싸이클 수명이 약 1,000회 정도 밖에 되지 않는다는 문제점이 있다.At this time, the energy density of the lead-acid battery and the lithium secondary battery is as high as 20 to 150 Wh / kg, but the output density is as low as 50 to 300 W / kg and the cycle life is only about 1,000 times.

그러나, 전기이중층 커패시터는 연축전지 및 리튬이차전지에 비해 에너지밀도는 낮으나, 2,000~3,000W/kg의 출력밀도, 500,000회 이상의 싸이클 수명 특성과 안정성을 가진다.However, the electric double layer capacitor has an energy density of 2,000 to 3,000 W / kg, a cycle life characteristic of 500,000 times or more, and stability, compared with a lead-acid battery and a lithium secondary battery.

이와 같은 특징에 따라, 최근 전기이중층 커패시터의 시장이 증가하는 추세이며, 스마트미터와 같이 종래에 배터리를 사용하던 장치에도 전기이중층 커패시터를 대체하여 사용하는 추세이다.In recent years, the market for electric double layer capacitors has been on the rise, and electric double layer capacitors have been used in place of conventional batteries such as smart meters.

종래의 전기이중층 커패시터의 활성탄소로는 수증기를 이용한 야자각(殼) 및 코크스 기반 활성탄소와 수산화칼륨을 이용한 페놀계 활성탄소 등이 사용되고 있으며, 최근 전기이중층 커패시터의 고유 특성인 높은 출력밀도와 낮은 저항력을 요구하는 제품의 수요가 늘고 있는 추세이다.Conventional electric double-layer capacitors include coconut shells using water vapor, phenol-based activated carbon using coke-based activated carbon and potassium hydroxide, and the like. In recent years, high power density and low resistance The demand for products that are demanding is increasing.

그러나, 종래의 야자각(殼) 및 코크스 기반 활성탄소는 약 90%가량이 미세기공(micropore)으로 형성되어 고출력에서 전해질 이온의 이동이 용이하지 않다는 문제점이 발생하고 있다.However, conventional coconut shells and coke-based activated carbon are formed in micropore of about 90%, which makes it difficult to transfer electrolyte ions at high output.

또한, 종래의 다공성 탄소재료는 대부분 수증기에 의해 제조되며, 이에 따라, 고정탄소비율이 높은 전구체에서만 제조 가능하다는 문제점이 발생할 뿐만 아니라 중기공을 형성하기 어렵다는 문제점이 발생하고 있다.In addition, the conventional porous carbon material is mostly produced by steam, and thus, it is possible to manufacture only a precursor having a high fixed carbon ratio, and it is difficult to form a medium-sized hole.

따라서, 에너지 저장 장치의 출력 특성 개선에 적합한 중기공이 형성된 다공성 탄소재료를 제조할 수 있는 기술의 개발이 절실이 필요한 실정이다.Therefore, it is necessary to develop a technology capable of manufacturing a porous carbon material having a mesopore suitable for improving the output characteristics of an energy storage device.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 셀룰로오즈계 바이오 매스를 수용액에 함침시킨 후 활성화시킴으로써 우수한 중기공이 형성될 뿐만 아니라 높은 전기화학적 출력 특성을 가지는 고출력 에너지 저장용 활성탄소 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a method for producing activated carbon for high-power energy storage having excellent electrochemical output characteristics as well as forming excellent mesopores by impregnating and activating cellulosic biomass in an aqueous solution The purpose is to provide.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 고출력 에너지 저장용 활성탄소 제조방법은 셀룰로오즈계 바이오 매스를 선별하여 분쇄하고, 상기 분쇄된 바이오 매스를 수용액에 함침하는 함침단계; 상기 함침된 바이오 매스를 퍼니스에 장입하는 장입단계; 상기 퍼니스를 가열하여 상기 장입된 바이오 매스를 활성화하는 활성화단계; 상기 활성화된 바이오 매스를 냉각시키는 냉각단계; 상기 냉각된 바이오 매스를 세척액으로 세척하여 활성탄소를 제조하는 세척단계를 포함하고, 상기 퍼니스는, 내부가 활성 또는 비활성 가스로 충전되는 것을 특징으로 할 수 있다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method for producing activated carbon for high-power energy storage, comprising the steps of: pulverizing cellulose-based biomass, impregnating the pulverized biomass into an aqueous solution; Charging the impregnated biomass into a furnace; An activation step of heating the furnace to activate the charged biomass; A cooling step of cooling the activated biomass; And washing the cooled biomass with a washing liquid to produce activated carbon, wherein the furnace is filled with an active gas or an inert gas.

또한, 상기 함침단계는, 상기 분쇄된 바이오 매스를 0.1~100%의 수용액에 10분~120시간 동안 함침시키고, 이때, 바이오 매스와 수용액은 1:0.1~1:10의 중량비율로 함침되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the impregnating step, the pulverized biomass is impregnated in an aqueous solution of 0.1 to 100% for 10 minutes to 120 hours, wherein the biomass and the aqueous solution are impregnated in a weight ratio of 1: 0.1 to 1:10 .

또한, 활성화단계는, 상기 퍼니스를 1~30℃/min의 승온 속도로 100~1000℃까지 가열한 후, 가열 온도를 5~120분동안 유지하여 상기 함침된 바이오 매스를 활성화시키는 것을 특징으로 할 수 있다.The activating step is characterized in that the furnace is heated to 100 to 1000 ° C at a heating rate of 1 to 30 ° C / min, and then the heating temperature is maintained for 5 to 120 minutes to activate the impregnated biomass .

또한, 냉각단계는, 상기 활성화된 바이오 매스를 상온까지 냉각시키는 것을 특징으로 할 수 있다.The cooling step may be characterized in that the activated biomass is cooled to room temperature.

또한, 세척액은, 증류수, 정제된 물 및 0.01~5mol/L 몰농도의 알칼리 또는 산성용액 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.The washing solution may be characterized by being formed of distilled water, purified water and one of an alkali or acidic solution having a molar concentration of 0.01 to 5 mol / L.

또한, 세척단계는, 상기 냉각된 바이오 매스를 상온~150℃의 세척액에 교반시키고, 이를 1~20회 반복 진행하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the washing step, the cooled biomass is agitated in a washing solution at a temperature ranging from room temperature to 150 ° C, and the washing is repeated 1 to 20 times.

또한, 상기 활성탄소는, 중기공 비율이 총기공부피 대비 40% 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the active carbon may have a mid-air ratio of 40% or more based on the total volume of the gun.

또한, 본 발명의 고출력 에너지 저장용 활성탄소는 상기 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 할 수 있다.The high-power energy-storage activated carbon of the present invention can be characterized by being produced by the above production method.

또한, 본 발명의 전기이중층 커패시터는 상기 고출력 에너지 저장용 활성탄소로 제조되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the electric double layer capacitor of the present invention is characterized by being manufactured from the high output energy storage activated carbon.

또한, 본 발명의 전기이중층 커패시터는, 상기 고출력 에너지 저장용 활성탄소와 기존 상용 활성탄소를 0.01:99.9wt% ~ 99.9:0.01wt%의 비율로 혼합하여 제조되며, 상기 기존 상용 활성탄소는 YP-50F, YP-FW, CEP21KS 및 MSP-20 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Also, the electric double layer capacitor of the present invention is produced by mixing the high power energy storage activating carbon and the conventional commercial activated carbon at a ratio of 0.01: 99.9 wt% to 99.9: 0.01 wt%, and the conventional commercial activated carbon is YP- 50F, YP-FW, CEP21KS and MSP-20.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 고출력 에너지 저장용 활성탄 제조방법 에 의하면, 높은 비표면적을 가지므로 흡착량이 증가할 뿐만 아니라 총 기공의 수가 증가하는 효과를 가진다.According to the method for producing activated carbon for high power storage of energy according to the present invention as described above, since the specific surface area is high, the adsorption amount is increased and the total pore number is increased.

또한, 높은 비율의 중기공이 형성되므로 고속 충·방전 시 전해질의 이온이 전극 활물질 구조 내부에서 원활하게 이동하여 높은 전기화학적 출력 특성을 가진다.In addition, since a high proportion of heavy metal balls is formed, the ions of the electrolyte smoothly move within the electrode active material structure during high-speed charge and discharge, resulting in high electrochemical output characteristics.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고출력 에너지 저장용 활성탄소 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고출력 에너지 저장용 활성탄소와 상용화 활성탄소 2종(YP-50F, YP-FW)의 비표면적을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고출력 에너지 저장용 활성탄소와 상용화 활성탄소 2종(YP-50F, YP-FW)의 기공 사이즈 및 분포를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고출력 에너지 저장용 활성탄소와 상용화 활성탄소 2종(YP-50F, YP-FW)의 CV(Cyclic Voltammetry) Curve를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고출력 에너지 저장용 활성탄소와 상용화 활성탄소 2종(YP-50F, YP-FW)의 단위면적당 전류에 따른 용량유지율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고출력 에너지 저장용 활성탄소와 상용화 활성탄소의 기공 특성에 따른 전자 이온의 흐름 차이를 나타낸 개념도이다.
1 is a flowchart showing a method for producing activated carbon for high-power energy storage according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the results of measurement of the specific surface area of activated carbon for high-power energy storage and two kinds of compatibilizing carbon (YP-50F, YP-FW) according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing pore sizes and distributions of activated carbon for high-power energy storage and two types of compatibilizing carbon (YP-50F, YP-FW) according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a CV (Cyclic Voltammetry) Curve of high-energy-storing activated carbon and two types of compatibilizing carbon (YP-50F, YP-FW) according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the capacity retention rate according to the current per unit area of the activated carbon for high-power energy storage and the two kinds of compatibilizing carbon (YP-50F, YP-FW) according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating the difference in flow of electron ions according to the pore characteristics of the high-energy-storing activated carbon and the commercialized activated carbon according to the embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the description of the present invention with reference to the drawings is not limited to a specific embodiment, and various transformations can be applied and various embodiments can be made. It is to be understood that the following description covers all changes, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the present invention.

이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In the following description, the terms first, second, and the like are used to describe various components and are not limited to their own meaning, and are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.

본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.Like reference numerals used throughout the specification denote like elements.

본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that the terms " comprising, " " comprising, " or " having ", and the like are intended to designate the presence of stated features, integers, And should not be construed to preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to Figs. 1 to 6. Fig.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고출력 에너지 저장용 활성탄소 제조방법을 나타낸 순서도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고출력 에너지 저장용 활성탄소 와 상용화 활성탄소 2종(YP-50F, YP-FW)의 비표면적을 측정한 결과를 나타낸 그래프, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고출력 에너지 저장용 활성탄소와 상용화 활성탄소 2종(YP-50F, YP-FW)의 기공 사이즈 및 분포를 나타낸 그래프, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고출력 에너지 저장용 활성탄소와 상용화 활성탄소 2종(YP-50F, YP-FW)의 CV(Cyclic Voltammetry) Curve를 나타낸 그래프, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고출력 에너지 저장용 활성탄소와 상용화 활성탄소 2종(YP-50F, YP-FW)의 단위면적당 전류에 따른 용량유지율을 나타낸 그래프, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고출력 에너지 저장용 활성탄소와 상용화 활성탄소의 기공 특성에 따른 전자 이온의 흐름 차이를 나타낸 개념도이다.FIG. 1 is a flowchart showing a method for producing high-energy-use activated carbon according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a graph showing the relationship between activated carbon for high-power energy storage and two types of compatibilizing carbon (YP-50F, YP FIG. 3 is a graph showing the results of measurement of specific surface area of the activated carbon for high-power energy storage and YP-50F, FIG. 4 is a graph showing a CV (Cyclic Voltammetry) Curve of high-energy-storing activated carbon and two types of compatibilizing carbon (YP-50F, YP-FW) according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a graph showing the capacity retention ratio of the high-energy-storing activated carbon and the two compatibilizing carbon species (YP-50F, YP-FW) according to the present invention, Commercialization with activated carbon for energy storage It is a conceptual diagram showing the flow difference between the electron-ion of the pore properties of the carbon.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고출력 에너지 저장용 활성탄소 제조방법은 함침단계(S100), 장입단계(S200), 활성화단계(S300), 냉각단계(S400), 세척단계(S500)를 포함할 수 있다.1, the method for producing activated carbon for high-power energy storage according to an embodiment of the present invention includes the steps of impregnating S100, charging S 200, activating S 300, cooling S 400, (S500).

구체적으로, 본 발명은 셀룰로오즈계 바이오 매스를 수용액에 함침시킨 후 활성화시킴으로써, 우수한 중기공이 형성될 뿐만 아니라 높은 전기화학적 특성을 가지는 고출력 에너지 저장용 활성탄소 제조방법 및 이를 통해 제조된 고출력 에너지 저장용 활성탄소 및 전기이중층 커패시터에 관한 것이다.Specifically, the present invention relates to a process for producing a high-power energy-saving activated carbon having high electrochemical characteristics as well as forming an excellent mesopore by impregnating cellulose-based biomass into an aqueous solution and then activating the same, Carbon and electric double layer capacitors.

먼저, 함침단계(S100)는 셀룰로오즈계 바이오 매스를 선별하여 분쇄한 후, 분쇄된 바이오 매스를 수용액에 함침하는 단계로, 이때 수용액은 산성 또는 염기성으로 형성될 수 있다.First, in the impregnation step (SlOO), the cellulosic biomass is selected and pulverized, and then the pulverized biomass is impregnated into the aqueous solution, wherein the aqueous solution may be formed to be acidic or basic.

더욱 자세하게는, 셀룰로오즈계 바이오 매스를 선별하여 분쇄한 후, 분쇄된 바이오 매스를 0.1~100%의 산성 또는 염기성 수용액에 1:0.1 ~ 1:10중량비율로 10분~120시간 동안 함침시킬 수 있다.More specifically, the pulverized biomass may be impregnated with 0.1 to 100% of an acidic or basic aqueous solution at a weight ratio of 1: 0.1 to 1:10 for 10 minutes to 120 hours after the pulverization of the cellulosic biomass .

바람직하게는, 잘 건조된 케나프 줄기를 선별하여 분쇄한 후, 분쇄된 케나프를 20~85%의 인산수용액에 1:0.5~1:10중량비율로 12~48시간 동안 함침시킬 수 있다.Preferably, the well-dried kenaf stems are selected and pulverized, and the pulverized kenaf can be impregnated in a 20 to 85% aqueous phosphoric acid solution at a weight ratio of 1: 0.5 to 1:10 for 12 to 48 hours.

이때, 수용액의 농도가 0.1%미만일 경우, 함침단계 이후 바이오 매스가 충분히 활성화되지 않는다는 문제점이 발생할 수 있고, 농도가 100%를 초과하는 경우, 점도가 증가하여 퍼니스 장입 등 이후 제조단계 진행에 지장을 초래한다는 문제점이 발생할 수 있다.If the concentration of the aqueous solution is less than 0.1%, the biomass may not be sufficiently activated after the impregnation step. If the concentration exceeds 100%, the viscosity may increase, Resulting in a problem that may occur.

또한, 수용액의 중량비율이 0.1중량부 미만일 경우, 함침단계 이후 바이오 매스가 충분히 활성화되지 않는다는 문제점이 발생할 수 있고, 수용액의 중량비율이 10중량부를 초과할 경우, 바이오 매스가 충분히 함침되어 더 이상 활성화 효율이 증가하지 않아 비효율적이라는 문제점이 발생할 수 있다.When the weight ratio of the aqueous solution is less than 0.1 part by weight, the biomass may not be sufficiently activated after the impregnation step. When the weight ratio of the aqueous solution is more than 10 parts by weight, the biomass is sufficiently impregnated, There is a problem that efficiency is not increased and it is inefficient.

또한, 12시간 미만 동안 함침시키는 경우, 함침단계 이후 바이오 매스가 충분히 활성화되지 않는다는 문제점이 발생할 수 있고, 함침시키는 시간이 48시간을 초과하는 경우, 바이오 매스가 충분히 함침되어 더 이상 활성화 효율이 증가하지 않아 비효율적이라는 문제점이 발생할 수 있다.In addition, if the impregnation is performed for less than 12 hours, there may arise a problem that the biomass is not sufficiently activated after the impregnation step, and when the impregnation time exceeds 48 hours, the biomass is sufficiently impregnated, There is a problem that it is inefficient.

다음으로, 장입단계(S200)는 함침된 바이오 매스를 도가니에 옮겨 담은 후, 퍼니스에 장입하는 단계로, 이때, 퍼니스는 알루미나 재질로 형성될 수 있고, 퍼니스 내부는 활성 또는 비활성 가스로 충전될 수 있다.Next, the charging step (S200) is a step of transferring the impregnated biomass into the crucible and charging it into the furnace, wherein the furnace may be formed of alumina material and the furnace interior may be filled with active or inert gas have.

바람직하게는, 함침된 케나프를 도가니에 옮겨 담은 후, 퍼니스에 장입하는 단계로, 퍼니스 내부는 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 중 하나 이상으로 충전될 수 있다.Preferably, the impregnated kenaf is transferred to a crucible and then charged into the furnace. The furnace interior may be filled with at least one of nitrogen (N2), argon (Ar), and helium (He).

알루미나는, 전기 절연성이 높아 절연파괴를 발생시키지 않고, 내열성, 내약품성, 강도, 경도 및 절연내력이 우수할 뿐만 아니라 열 전도성이 높다는 특징을 가진다. Alumina is characterized by high electrical insulation and does not cause dielectric breakdown, and is excellent in heat resistance, chemical resistance, strength, hardness and dielectric strength as well as high thermal conductivity.

비활성 가스는, 무색, 무취, 무미, 불활성, 불연성이므로 활성탄소 제조 시, 공기와의 접촉에 의해 발생할 수 있는 산화 및 질화 등을 방지하여 정교하고 품질이 뛰어난 고출력 에너지 저장용 활성탄소를 제조할 수 있다.Since the inert gas is colorless, odorless, tasteless, inert, and nonflammable, it can prevent oxidation and nitrification which may be caused by contact with air during the production of active carbon, so that it is possible to manufacture high- have.

다음으로, 활성화단계(S300)는 퍼니스를 가열하여 퍼니스에 장입된 바이오 매스를 활성화하는 단계로, 더욱 자세하게는, 퍼니스를 1~30℃/min의 승온 속도로 100~1000℃까지 가열한 후, 가열 온도를 5~120분동안 유지하여 함침된 바이오 매스를 활성화시킬 수 있다.Next, the activation step S300 is a step of heating the furnace to activate the biomass charged into the furnace. More specifically, the furnace is heated to 100 to 1000 DEG C at a heating rate of 1 to 30 DEG C / min, The heating temperature may be maintained for 5 to 120 minutes to activate the impregnated biomass.

바람직하게는, 퍼니스에 장입된 케나프를 활성화 시킬 수 있으며, 이때, 퍼니스를 1~10℃/min의 승온 속도로 400~800℃까지 가열한 후, 가열 온도를 30~120분동안 유지하여 함침된 케나프를 활성화시킬 수 있다.Preferably, the furnace can be activated by heating the furnace at a heating rate of 1 to 10 ° C / min to 400 to 800 ° C, and then heating the furnace for 30 to 120 minutes to impregnate the furnace Lt; / RTI > can be activated.

이때, 승온 속도가 1℃/min 미만일 경우, 활성화 속도가 저하되어 생산성이 감소되는 문제점이 발생할 수 있고, 30℃/min를 초과할 경우, 바이오 매스에 열적 스트레스를 가하여 활성화가 원활하게 일어나지 않는다는 문제점이 발생할 수 있다.At this time, when the heating rate is less than 1 ° C / min, there is a problem that the activation rate is lowered and productivity is decreased. When the heating rate is more than 30 ° C / min, thermal stress is applied to the biomass, Can occur.

또한, 가열 온도가 100~1000℃일 경우에는 2~50nm 직경의 중기공들이 형성될 수 있으며, 중기공 형성에 따라 출력 특성이 향상되는 효과를 가질 수 있다.Also, when the heating temperature is 100 to 1000 ° C, medium pitches having a diameter of 2 to 50 nm can be formed, and the output characteristics can be improved according to the formation of the medium pitch.

이때, 가열 온도가 100℃ 미만일 경우에는 중기공들이 충분하게 형성되지 않는다는 문제점이 발생할 수 있고, 1000℃를 초과할 경우, 중기공들이 무너지고 마이크로 기공이 형성되어 출력 특성이 저하된다는 문제점이 발생할 수 있다.If the heating temperature is less than 100 ° C., there may arise a problem that the medium holes are not formed sufficiently. If the heating temperature is more than 1000 ° C., the medium holes may collapse and the micropore may be formed, have.

다음으로, 냉각단계(S400)는 활성화된 바이오 매스를 상온(15~25℃)까지 냉각시키는 단계로, 더욱 상세하게는, 활성화된 바이오 매스를 일정한 속도로 냉각시킬 수 있다.Next, the cooling step (S400) is a step of cooling the activated biomass to room temperature (15 to 25 DEG C), and more particularly, the activated biomass can be cooled at a constant rate.

바람직하게는, 활성화된 케나프를 18~25℃온도까지 자연 냉각 또는 2~5℃/min의 속도로 냉각시킬 수 있다.Preferably, the activated kenaf can be cooled naturally to a temperature of 18 to 25 占 폚 or at a rate of 2 to 5 占 폚 / min.

이때 온도 하강 시에도 내부의 가스 분위기는 추가적인 산화를 발생시키지 않을 안정한 온도인 250℃이하까지 비활성 가스 분위기로 유지하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to keep the internal gas atmosphere in an inert gas atmosphere at a stable temperature of 250 deg. C or less, which will not cause additional oxidation, even when the temperature is lowered.

또한, 15~25℃온도까지 냉각시키지 않고, 100~300℃ 온도에서도 활성화된 바이오 매스를 강제로 채취할 수 있으나, 채취 후 추가 냉각과정이 필요하다.It is also possible to forcefully collect activated biomass at temperatures of 100-300 ° C without cooling down to 15-25 ° C, but additional cooling is required after harvesting.

다음으로, 세척단계(S500)는 냉각된 바이오 매스를 세척액으로 세척하여 활성탄소를 제조하는 단계로, 냉각시킨 활성화된 케나프를 상온(15~25℃)~150℃의 세척액에 교반시키고, 이를 1~20회 반복 진행하여 활성탄소를 제조할 수 있다.Next, the washing step (S500) is a step of washing the cooled biomass with a washing solution to produce activated carbon. The cooled activated kenaf is stirred in a washing solution at room temperature (15 to 25 ° C) to 150 ° C, The activated carbon can be produced by repeating the reaction 1 to 20 times.

이때, 세척액은 증류수 및 0.01~5mol/L 몰농도의 알칼리 또는 산성용액 중 하나로 형성될 수 있으며, 함침단계(S100)에서 산성 수용액을 사용하였을 경우 세척액이 알칼리용액으로, 염기성 수용액을 사용하였을 경우 세척액이 산성용액으로 형성되는 것이 바람직하다.When the acidic aqueous solution is used in the impregnation step (S100), the cleaning solution is an alkali solution. When a basic aqueous solution is used, the cleaning solution may be a solution of distilled water and an alkali or acid solution of 0.01 to 5 mol / It is preferable that it is formed of an acidic solution.

더욱 자세하게는, 세척액은 0.01~5mol/L 몰농도의 알칼리 또는 산성용액으로 형성될 수 있으며, 세척액이 알칼리 또는 산성용액으로 형성되는 경우, 세척액이 증류수로 형성되는 경우 보다 2~4배 가량 빠른 시간 내에 세척이 가능하다.More specifically, the wash liquor may be formed of an alkali or acidic solution having a molar concentration of 0.01 to 5 mol / L, and when the wash liquor is formed of an alkali or an acidic solution, the wash liquor is 2-4 times faster Lt; / RTI >

바람직하게는, 냉각시킨 활성화된 케나프를 증류수, 정제된 물 및 1~2mol/L 몰농도의 알칼리 또는 산성용액 중 하나로 형성되는 세척액으로 50~100℃에 교반시키는 과정을 1~20회 반복 진행하여 활성탄소를 제조할 수 있다.Preferably, the cooled kenaf is agitated at 50 to 100 DEG C with a washing solution formed of distilled water, purified water and one of an alkali or acidic solution having a molar concentration of 1 to 2 mol / L, and the process is repeated 1 to 20 times To produce activated carbon.

이때, 세척이 완료될 경우, 활성탄소 세척액의 pH 농도는 약 6~7 가량의 중성을 띄는 것이 바람직하다.At this time, when the washing is completed, it is preferable that the pH of the activated carbon washing solution is about 6 to 7 neutral.

이에 따르면, 하기 [표 3]에 기재된 바와 같이, 중기공 비율이 총 기공 부피 대비 40% 이상인 우수한 형태의 기공을 가지는 것을 알 수 있다.According to this, as shown in the following Table 3, it can be seen that the mesopore ratio has excellent pores of 40% or more of the total pore volume.

또한, [도 6]에 도시된 바와 같이, 기존 상용화 활성탄소에 비해 전자 이온의 흐름이 원활하며, 전기화학적 특성이 우수한 활성탄소를 제조할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 6, active carbon having a better flow of electron ions and superior electrochemical characteristics can be produced compared to conventional commercial activated carbon.

상기와 같이 제조된 본 발명에 따른 고출력 에너지 저장용 활성탄소는 축전기용 전극의 제조에 이용될 수 있으며, 이후, 축전기용 전극을 가공하여 전기이중층 커패시터를 제조할 수 있다.The activated carbon for high output energy storage according to the present invention can be used for manufacturing an electrode for a capacitor, and then an electrode for a capacitor can be processed to manufacture an electric double layer capacitor.

더욱 자세하게는, 먼저, 바인더로 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)을 사용하고, 도전재로 Timcal사의 Super-P를 사용하고, 활성탄소로 본 발명의 고출력 에너지 저장용 활성탄소를 사용할 수 있으며, 이때, 바인더, 도전재, 활성탄소를 5:10:85의 중량비로 혼합하여 혼합물을 제조할 수 있다.More specifically, it is possible to use polytetrafluoroethylene (PTFE) as a binder, Super-P of Timcal as a conductive material, and the activated carbon for high-energy storage of the present invention as an activated carbon. In this case, , Conductive material, and activated carbon may be mixed at a weight ratio of 5:10:85 to prepare a mixture.

증류수 및 이소프로필알콜이 10:1로 혼합된 용액에 혼합물을 넣고, Homogenizer를 이용하여 3,000RPM으로 30분동안 혼합한 후, 알루미늄 트레이에 담아 이를 150℃ 오븐에서 12시간 방치하여 건조시킬 수 있다.The mixture is put into a mixture of distilled water and isopropyl alcohol at a ratio of 10: 1, and the mixture is stirred at 3,000 RPM for 30 minutes using a homogenizer. The mixture is placed in an aluminum tray and allowed to stand in an oven at 150 ° C for 12 hours.

건조시킨 혼합물에 1~3ml의 이소프로필알콜을 첨가하여 반죽하고, hand operated roller를 사용하여 압연한 후, 120℃ hot roll press를 이용해 압연된 혼합물을 가압하여 150㎛두께의 시트 전극을 만들 수 있다.1 to 3 ml of isopropyl alcohol is added to the dried mixture, kneaded, rolled using a hand operated roller, and pressed to a rolled mixture using a 120 ° C hot roll press to make a sheet electrode having a thickness of 150 μm .

이후, 20㎛두께의 에칭 알루미늄 집전체에 도전성 페이스트(Conducting paste)를 5㎛두께로 도포한 후, 제조된 시트 전극을 부착하고, 120℃ hot roll press에서 가압하여 축전기용 전극을 제조하였다.Thereafter, a conducting paste was applied to the etched aluminum current collector having a thickness of 20 탆 to a thickness of 5 탆, the prepared sheet electrode was attached, and pressurized at 120 캜 hot roll press to manufacture a capacitor electrode.

다음으로, 축전기용 전극을 가공하여 전기이중층 커패시터를 제조하였다.Next, an electrode for a capacitor was processed to produce an electric double layer capacitor.

더욱 상세하게는, 축전기용 전극을 Φ12㎜로 천공하여 Coin cell 형태의 전극으로 가공하고, 일본 NKK사의 셀룰로오스를 Φ18㎜로 천공하여 분리막을 제조하고, 직경 Φ20㎜에 높이가 3.2㎜인 코인 조립 키트를 사용하여 셀을 제조하였다.More specifically, a capacitor electrode was drilled at 12 mm to form a coin cell type electrode. Cellulose of NKK Co., Ltd., Japan was drilled at 18 mm to prepare a separator. A separator was fabricated from a coin assembly kit having a diameter of? 20 mm and a height of 3.2 mm To prepare a cell.

이후, 전해액으로 1M 스피로바이피롤리디늄테트라플루오로보레이트(SBPBF4)를 사용하고, 용매로 프로필렌 카보네이트(Propylene Corbonate)을 사용하였으며, 이를 이용해 Coin type cell 전기이중층 커패시터를 제조하였다.Then, 1 M spirobipyrrolidinium tetrafluoroborate (SBPBF4) was used as an electrolyte, and propylene carbonate was used as a solvent, and a coin type cell electric double layer capacitor was prepared using the same.

또한, 상용 활성탄소를 이용하여 전기이중층 커패시터 제조 시, 고출력밀도를 향상시키고, 전자 이온의 이동이 원활해져 높은 출력특성을 가지기 위해 본 발명의 고출력 에너지 저장용 활성탄소와 기존 상용 활성탄소를 0.01:99.9wt% ~ 99.9:0.01wt%의 비율로 혼합하여 전기이중층 커패시터를 제조할 수 있다.Further, in order to improve the high output density and produce high output characteristics by facilitating the movement of the electron ions in the production of the electric double layer capacitor using the commercially available activated carbon, the high output energy storage activated carbon and the conventional commercial activated carbon are mixed at a ratio of 0.01: 99.9 wt.% to 99.9: 0.01 wt.%, to prepare an electric double layer capacitor.

이때, 상용 활성탄소는 YP-50F, YP-FW, CEP21KS 및 MSP-20 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이는 본 발명의 실시예에 불과하므로 이 외의 상용화 된 활성탄소를 사용할 수도 있다.The commercially available activated carbon may include one or more of YP-50F, YP-FW, CEP21KS, and MSP-20, but this is only an embodiment of the present invention, and other commercially available activated carbon may be used.

바람직하게는, 하기 [표 4] 및 [표 5]에 도시된 바와 같이 고출력 에너지 저장용 활성탄소의 혼합 비율이 일정 비율을 초과할 경우, 고출력 에너지 저장용 활성탄소의 기공 특성에 의해 전극 밀도가 감소하며, cell로 구성 시, performance가 낮아지므로 본 발명의 고출력 에너지 저장용 활성탄소 기존 상용 활성탄소에 10~30wt% 혼합될 수 있다.Preferably, as shown in the following Tables 4 and 5, when the mixing ratio of the high-power energy storage activated carbon is larger than a certain ratio, the electrode density is decreased due to the pore characteristics of the high-power energy storage activated carbon , it is possible to mix 10 to 30 wt% of the active carbon for high energy storage of the present invention with conventional commercial activated carbon because the performance is lowered.

이하에서, 실시예를 들어 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이들은 단지 본 발명의 바람직한 구현예를 예시하기 위한 것으로, 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but they should be construed as merely illustrative of preferred embodiments of the present invention, and the examples do not limit the scope of the present invention.

[[ 실시예Example ]]

단단한 입자 형태를 띄는 잘 건조된 케나프 줄기를 선별하여 분쇄한 후, 분쇄된 케나프를 50%의 인산수용액에 1:5의 중량비율로 12~48시간 동안 함침시켰다. 함침된 케나프를 도가니에 옮겨 담고, 알루미나 재질의 퍼니스에 장입시킨 후, 퍼니스를 5℃/min의 승온 속도로 600℃까지 가열하고, 85분 동안 유지하여 함침된 케나프를 활성화시켰다. 활성화된 케나프를 20℃까지 자연 냉각시키고, 2mol/L 몰농도의 알칼리용액으로 세척하여 고출력 에너지 저장용 활성탄소를 제조하였다.The well-dried kenaf stalks having a hard particle shape were selectively pulverized, and the pulverized kenaf was impregnated in a 50% aqueous solution of phosphoric acid at a weight ratio of 1: 5 for 12 to 48 hours. The impregnated kenaf was transferred into a crucible and charged into a furnace made of alumina. The furnace was heated to 600 ° C at a heating rate of 5 ° C / min and maintained for 85 minutes to activate the impregnated kenaf. The activated kenaf was spontaneously cooled to 20 ° C and washed with an alkali solution having a molar concentration of 2 mol / L to prepare activated carbon for high-power energy storage.

바인더로 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)을 사용하고, 도전재로 Timcal사의 Super-P를 사용하고, 활성탄소로 고출력 에너지 저장용 활성탄소를 사용하여 바인더, 도전재, 활성탄소를 5:10:85의 중량비로 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 혼합물을 증류수 및 이소프로필알콜이 10:1의 중량비로 혼합된 용액에 넣은 후, Homogenizer를 이용하여 3,000RPM으로 30분동안 혼합하고, 이를 알루미늄 트레이에 담아 150℃ 오븐에서 12시간 방치하여 건조시켰다. 건조시킨 혼합물에 1~3ml의 이소프로필알콜을 첨가하여 반죽하고, hand operated roller를 사용하여 압연한 후, 120℃ hot roll press를 이용해 압연된 혼합물을 가압하여 150㎛두께의 시트 전극을 만들었다. 이후, 20㎛두께의 에칭 알루미늄 집전체에 도전성 페이스트(Conducting paste)를 5㎛두께로 도포한 후, 제조된 시트 전극을 부착하고, hand operated roller에서 가압하여 축전기용 전극을 제조하였다.(PTFE) as a binder, Super-P of Timcal Co. as a conductive material, activated carbon for high-power energy storage using activated carbon, and a binder, a conductive material, and an activated carbon at a ratio of 5:10:85 By weight to prepare a mixture. The mixture was poured into a mixed solution of distilled water and isopropyl alcohol at a weight ratio of 10: 1, and then mixed using a homogenizer at 3,000 RPM for 30 minutes. The mixture was placed in an aluminum tray and allowed to stand in an oven at 150 ° C for 12 hours. 1 to 3 ml of isopropyl alcohol was added to the dried mixture, kneaded, rolled using a hand operated roller, and the rolled mixture was pressurized using a hot roll press at 120 占 폚 to make a sheet electrode having a thickness of 150 占 퐉. Thereafter, conductive paste (thickness: 5 탆) was applied to the etched aluminum current collector having a thickness of 20 탆, and then the prepared sheet electrode was attached and pressed by a hand operated roller to manufacture a capacitor electrode.

축전기용 전극을 Φ12㎜로 천공하여 Coin cell 형태의 전극으로 가공하고, 일본 NKK사의 셀룰로오스를 Φ18㎜로 천공하여 분리막을 제조하고, 직경 Φ20㎜에 높이가 3.2㎜인 코인 조립 키트를 사용하여 셀을 제조하였다. 전해액으로 1 M 스피로바이피롤리디늄테트라플루오로보레이트(SBPBF4)을 사용하고, 용매로 프로필렌 카보네이트(Propylene Corbonate)를 사용하였고, 이를 이용하여 Coin type cell 전기이중층 커패시터를 제조하였다.The electrode for a capacitor was drilled to a diameter of 12 mm to be processed into an electrode of a coin cell type. Cellulose of NKK Co., Ltd. of Japan was perforated with a diameter of 18 mm to prepare a separator. Using a coin assembly kit having a diameter of? 20 mm and a height of 3.2 mm, . Coin type cell electric double layer capacitors were prepared by using 1 M spirobipyrrolidinium tetrafluoroborate (SBPBF4) as electrolyte and propylene carbonate as solvent.

[[ 비교예Comparative Example 1] One]

실시예의 축전기용 전극 제조 시, 고출력 에너지 저장용 활성탄소 대신 YP-50F를 사용하여 전기이중층 커패시터를 제조하였다.An electric double-layer capacitor was prepared by using YP-50F instead of activated carbon for high-power energy storage in the production of electrodes for capacitors of the Examples.

[[ 비교예Comparative Example 2] 2]

실시예의 축전기용 전극 제조 시, 고출력 에너지 저장용 활성탄소 대신 YP-FW를 사용하여 전기이중층 커패시터를 제조하였다.An electric double-layer capacitor was prepared by using YP-FW instead of activated carbon for high-power energy storage in the production of the electrode for a capacitor in the examples.

[[ 비교예Comparative Example 3] 3]

실시예의 축전기용 전극 제조 시, 고출력 에너지 저장용 활성탄소 대신 CEP21KS를 사용하여 전기이중층 커패시터를 제조하였다.An electric double layer capacitor was prepared by using CEP21KS in place of activated carbon for high output energy storage in the production of electrode for a capacitor in the examples.

[[ 비교예Comparative Example 4] 4]

실시예의 축전기용 전극 제조 시, 고출력 에너지 저장용 활성탄소 대신 YP-50F 90wt%와 고출력 에너지 저장용 활성탄소 10wt%를 혼합하여 전기이중층 커패시터를 제조하였다.In the preparation of the electrode for a capacitor of the example, an electric double layer capacitor was prepared by mixing 90 wt% of YP-50F and 10 wt% of active carbon for high-power energy storage instead of activated carbon for high output energy storage.

[[ 비교예Comparative Example 5] 5]

실시예의 축전기용 전극 제조 시, 고출력 에너지 저장용 활성탄소 대신 YP-50F 80wt%와 고출력 에너지 저장용 활성탄소 20wt%를 혼합하여 전기이중층 커패시터를 제조하였다.In the preparation of the electrodes for capacitors of the examples, an electric double layer capacitor was prepared by mixing 80 wt% of YP-50F and 20 wt% of active carbon for high-power energy storage instead of activated carbon for high output energy storage.

[[ 비교예Comparative Example 6] 6]

실시예의 축전기용 전극 제조 시, 고출력 에너지 저장용 활성탄소 대신 YP-50F 70wt%와 고출력 에너지 저장용 활성탄소 30wt%를 혼합하여 전기이중층 커패시터를 제조하였다.In the preparation of the electrode for capacitors of the examples, an electric double layer capacitor was prepared by mixing 70wt% of YP-50F and 30wt% of active carbon for high-energy storage instead of high-energy storage activated carbon.

[[ 비교예Comparative Example 7] 7]

실시예의 축전기용 전극 제조 시, 고출력 에너지 저장용 활성탄소 대신 YP-50F 60wt%와 고출력 에너지 저장용 활성탄소 40wt%를 혼합하여 전기이중층 커패시터를 제조하였다.In the preparation of the capacitor electrode of the example, an electric double layer capacitor was prepared by mixing 60 wt% of YP-50F and 40 wt% of active carbon for high-energy storage instead of high-energy storage activated carbon.

[[ 비교예Comparative Example 8] 8]

실시예의 축전기용 전극 제조 시, 고출력 에너지 저장용 활성탄소 대신 YP-50F 50wt%와 고출력 에너지 저장용 활성탄소 50wt%를 혼합하여 전기이중층 커패시터를 제조하였다.In the preparation of the electrodes for capacitors of the examples, an electric double-layer capacitor was prepared by mixing 50 wt% of YP-50F and 50 wt% of high-energy-storing activated carbon instead of activated carbon for high-power energy storage.

[[ 비교예Comparative Example 9] 9]

실시예의 축전기용 전극 제조 시, 고출력 에너지 저장용 활성탄소 대신 YP-50F 30wt%와 고출력 에너지 저장용 활성탄소 70wt%를 혼합하여 전기이중층 커패시터를 제조하였다.In the preparation of the electrodes for capacitors of the Examples, an electric double layer capacitor was prepared by mixing 30 wt% of YP-50F and 70 wt% of active carbon for high-energy storage instead of high-energy storage activated carbon.

[[ 비교예Comparative Example 10] 10]

실시예의 축전기용 전극 제조 시, 고출력 에너지 저장용 활성탄소 대신 CEP21KS 90wt%와 고출력 에너지 저장용 활성탄소 10wt%를 혼합하여 전기이중층 커패시터를 제조하였다.An electric double layer capacitor was prepared by mixing 90 wt% of CEP21KS and 10 wt% of active carbon for high energy storage instead of high power energy storage activated carbon at the time of manufacturing the capacitor electrode of the embodiment.

[[ 비교예Comparative Example 11] 11]

실시예의 축전기용 전극 제조 시, 고출력 에너지 저장용 활성탄소 대신 CEP21KS 80wt%와 고출력 에너지 저장용 활성탄소 20wt%를 혼합하여 전기이중층 커패시터를 제조하였다.In the preparation of the electrodes for capacitors of the Examples, an electric double layer capacitor was prepared by mixing 80 wt% of CEP21KS and 20 wt% of active carbon for high energy storage instead of high power energy storage activated carbon.

[[ 비교예Comparative Example 12] 12]

실시예의 축전기용 전극 제조 시, 고출력 에너지 저장용 활성탄소 대신 CEP21KS 70wt%와 고출력 에너지 저장용 활성탄소 30wt%를 혼합하여 전기이중층 커패시터를 제조하였다.In the preparation of the electrode for a capacitor of the Example, an electric double layer capacitor was prepared by mixing 70 wt% of CEP21KS and 30 wt% of active carbon for high energy storage instead of high power energy storage activated carbon.

[[ 비교예Comparative Example 13] 13]

실시예의 축전기용 전극 제조 시, 고출력 에너지 저장용 활성탄소 대신 CEP21KS 60wt%와 고출력 에너지 저장용 활성탄소 40wt%를 혼합하여 전기이중층 커패시터를 제조하였다.An electric double layer capacitor was prepared by mixing 60wt% of CEP21KS and 40wt% of active carbon for high energy storage, instead of high power energy storage activated carbon, in the capacitor electrode of the embodiment.

[[ 비교예Comparative Example 14] 14]

실시예의 축전기용 전극 제조 시, 고출력 에너지 저장용 활성탄소 대신 CEP21KS 50wt%와 고출력 에너지 저장용 활성탄소 50wt%를 혼합하여 전기이중층 커패시터를 제조하였다.An electric double layer capacitor was prepared by mixing 50 wt% of CEP21KS and 50 wt% of active carbon for high energy storage instead of high power energy storage activated carbon for the capacitor electrode of the embodiment.

[[ 비교예Comparative Example 15] 15]

실시예의 축전기용 전극 제조 시, 고출력 에너지 저장용 활성탄소 대신 CEP21KS 30wt%와 고출력 에너지 저장용 활성탄소 70wt%를 혼합하여 전기이중층 커패시터를 제조하였다.In the preparation of the electrode for a capacitor according to the embodiment, an electric double layer capacitor was prepared by mixing 30 wt% of CEP21KS and 70 wt% of active carbon for high energy storage instead of high power energy storage activated carbon.

[[ 시험예Test Example 1]  One] 활성탄소의Activated carbon 기공 특성 분석 Analysis of pore characteristics

제조된 활성탄소의 기공 특성 분석을 위하여 실시예, 비교예 1 및 2를 573K에서 잔류 압력을 10-3torr 이하로 유지한 상태로 6시간 동안 탈기시킨 후, 등온흡착장치(BELSORP-max, BEL JAPAN, Japan)를 이용하여 77K에서 상대압력 (P/P0)에 따른 질소(N2) 기체의 흡착량을 측정하여 활성탄소의 비표면적을 산출하였으며, 그 결과를 [도 2] 에 나타내었다.In order to analyze the pore characteristics of the prepared activated carbon, the examples, Comparative Examples 1 and 2 were deaerated at 573 K for 6 hours while maintaining the residual pressure at 10 -3 torr or less, and then adsorbed to the isothermal adsorption apparatus (BELSORP-max, BEL JAPAN, (N2) gas was measured at 77 K according to the relative pressure (P / P0), and the specific surface area of activated carbon was calculated. The results are shown in FIG.

[도 2]에 따르면, 실시예가 비교예 1 및 2에 비해 상대압력(P/P0)에 따른 질소(N2)기체의 흡착량이 우수한 것을 확인할 수 있다.According to Fig. 2, it is confirmed that the adsorption amount of nitrogen (N 2 ) gas according to the comparative example 1 and 2 is superior to that according to the comparative example (P / P 0 ).

또한, 더욱 자세한 산출 결과는 하기 [표 1]과 같다.Further, the calculation results are shown in Table 1 below.

SamplesSamples BET
[m2/g]
BET
[m 2 / g]
Total pore volume
[cm3/g]
Total pore volume
[cm 3 / g]
Micropore volume
[cm3/g]
Micropore volume
[cm 3 / g]
Mesopore volume
[cm3/g]
Mesopore volume
[cm 3 / g]
Fraction of Mesopore volume [%]Fraction of Mesopore volume [%]
비교예 1Comparative Example 1 17771777 0.830.83 0.660.66 0.170.17 20.520.5 비교예 2Comparative Example 2 18181818 0.910.91 0.650.65 0.260.26 28.628.6 실시예Example 19391939 3.183.18 0.380.38 2.802.80 88.088.0

상기 [표 1]은 활성탄소 기공 분석 결과를 나타낸 표이며, 이에 따르면, 실시예가 비교예 1 및 2에 비해 높은 비표면적을 가지는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 실시예가 비교예 1 및 2에 비해 3배 이상 높은 Total pore volume이 형성된 것을 확인할 수 있었다.Table 1 is a table showing the results of active carbon pore analysis, and it can be confirmed that the examples have higher specific surface area than Comparative Examples 1 and 2. Thus, it was confirmed that the total pore volume of the Example was three times or more higher than that of Comparative Examples 1 and 2.

또한, 비교예 1 및 2는 Micropore volume이 Mesopore volume보다 높은 분포를 가지고 있으나, 실시예는 Mesopore volume이 Micropore volume보다 월등히 높은 분포를 가지는 것을 확인할 수 있었다.Also, in Comparative Examples 1 and 2, although the micropore volume has a higher distribution than the mesopore volume, it can be confirmed that the mesopore volume of the embodiment is much higher than the micropore volume.

또한, 이를 Mesopore volume fraction (Mesopore volume / Total pore volume X 100) 입장에서 보면, 비교예 1보다 4배, 비교예 2보다 3배 이상 중기공 비율이 높은 것을 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 실시예의 Mesopore volume의 비율이 Total pore volume 대비 40% 이상인 우수한 형태의 기공을 가지는 것을 알 수 있다.From the viewpoint of the mesopore volume fraction (Mesopore volume / total pore volume X 100), it can be confirmed that the mesopore volume ratio is four times higher than that of Comparative Example 1 and three times higher than that of Comparative Example 2, Of the total pore volume is 40% or more of the total pore volume.

따라서, 실시예에 중기공이 높은 비율로 형성되는 것을 알 수 있으며, 이에 따라, 고속 충·방전 시, 실시예의 전해질이 비교예 1 및 2의 전해질보다 전극 활물질 구조 내부에서 원활하게 이동하여 실시예가 비교예 1 및 2에 비해 높은 전기화학적 출력 특성을 가지는 것을 알 수 있다. Therefore, it can be seen that the medium pitch is formed at a high ratio in the embodiment, and thus the electrolyte of the embodiment smoothly moves within the electrode active material structure during the high-speed charge and discharge, compared with the electrolytes of the comparative examples 1 and 2, It can be seen that it has higher electrochemical output characteristics than Examples 1 and 2.

추가적으로, [도 3]에 따르면, 비교예 1, 2의 기공 사이즈는 대부분 2nm이하에 분포되어 있지만 실시예의 경우 2~50nm에서의 기공분포가 높으며, 100nm을 초과하는 기공 사이즈도 다수 분포되어 있는 것을 알 수 있다. Further, according to Fig. 3, the pore sizes of Comparative Examples 1 and 2 are mostly distributed in a range of 2 nm or less, but in the embodiment, the pore distribution at 2 to 50 nm is high and the pore sizes exceeding 100 nm are distributed in large numbers Able to know.

따라서, 실시예의 경우, 높은 비율의 중기공이 형성될 뿐만 아니라 마이크로 기공과 메소 기공이 적절한 비율로 분포되므로, 고속 충·방전 시, 실시예의 전해질이 비교예 1 및 2의 전해질보다 전극 활물질 구조 내부에서 원활하게 이동하여 실시예가 비교예 1 및 2에 비해 높은 전기화학적 출력 특성을 가지는 것을 알 수 있다.Therefore, in the case of the embodiment, since a high proportion of the mesopores is formed and the micropores and the mesopores are distributed at an appropriate ratio, the electrolytes of the examples are higher in the electrode active material structure than the electrolytes of the comparative examples 1 and 2 It can be seen that the examples have higher electrochemical output characteristics than those of Comparative Examples 1 and 2.

[[ 시험예Test Example 2]  2] 활성탄소의Activated carbon 전기화학적 특성 분석 1 Electrochemical Characteristic Analysis 1

실시예, 비교예 1 및 2에 대하여, 프랑스 Bio logic science instrument(VSP-300)를 사용하여 50-500mV/sec의 주사속도로 CV(Cyclic Voltammetry)테스트를 진행하였고, 바람직하게는, 400mV/sec의 주사속도로 CV(Cyclic Voltammetry)테스트를 진행한 후, 그 결과를 [도 4]에 나타내었다.CV (Cyclic Voltammetry) test was carried out at a scanning speed of 50-500 mV / sec using a French bio logic science instrument (VSP-300) for the Examples and Comparative Examples 1 and 2, preferably 400 mV / sec (Cyclic Voltammetry) test was performed at a scanning speed of 10 m / sec. The results are shown in Fig.

[도 4]에 따르면, 400mV/sec의 주사속도로 CV(Cyclic Voltammetry) 측정 시, 실시예의 그래프 형태가 비교예 1 및 2의 그래프 형태보다 직사각형에 가까운 모습을 보이는 것을 확인할 수 있다.According to FIG. 4, when the CV (Cyclic Voltammetry) is measured at a scanning speed of 400 mV / sec, the graph of the embodiment shows a shape closer to a rectangle than that of the graphs of Comparative Examples 1 and 2.

이에 따라, 실시예가 비교예 1 및 2에 비해 높은 용량 및 효율을 가지는 것을 알 수 있다.As a result, it can be seen that the embodiment has higher capacity and efficiency as compared with Comparative Examples 1 and 2.

[[ 시험예Test Example 3]  3] 활성탄소의Activated carbon 전기화학적 특성 분석 2 Electrochemical Characterization 2

실시예, 비교예 1 및 2에 대하여, 미국 MACCOR사의 충방전기기(MACCOR 4300K DESKTOP)를 사용하여 정전류법으로 충전과 방전을 행해 방전율 테스트를 시행하였다.For Examples and Comparative Examples 1 and 2, discharge and charge tests were conducted by charging and discharging by a constant current method using a charge and discharge device (MACCOR 4300K DESKTOP) manufactured by MACCOR, USA.

이때, 구동전압은 0 내지 2.5V에서, 인가 전류밀도는 100-500mA/㎠의 조건으로 100cycle씩 측정하였으며, 전기이중층 커패시터의 정전용량은 100번째 정전류 방전에서 다음 식에 의해 계산하였다.In this case, the driving voltage was 0 to 2.5 V and the applied current density was 100 to 100 cycles per 100 to 500 mA / cm 2. The electrostatic capacity of the electric double layer capacitor was calculated by the following equation in the 100th constant current discharge.

Capacitance(F) = Δtdicharge·I/ΔVCapacitance (F) = Δtdicharge · I / ΔV

상기 식에 따른 계산 값을 [도 5]에 나타내었다.The calculated value according to the above formula is shown in Fig.

[도 5]에 의하면, 단위면적당 전류를 인가한 결과가 전류밀도 150mA/㎠인 시점부터 실시예에 비해 비교예 1 및 2의 용량유지율이 10% 이상의 높은 비율로 감소하는 것을 확인 할 수 있었다.5, it was confirmed that the capacity retention rate of Comparative Examples 1 and 2 was reduced by 10% or more from the time when the current per unit area was applied at a current density of 150 mA / cm 2 compared with the Example.

그러나, 실시예의 경우, 전류밀도 300mA/㎠까지도 용량유지율이 8~9%가량 높은 것을 확인할 수 있었다.However, in the case of the example, it was confirmed that the capacity retention ratio was as high as 8 to 9% even at a current density of 300 mA / cm 2.

이에 따라, 실시예의 전기이중층 커패시터로서 출력 특성이 비교예 1 및 2의 전기이중층 커패시터로서의 출력 특성보다 우수한 것을 확인할 수 있다.As a result, it was confirmed that the output characteristics of the electric double-layer capacitors of the Examples were superior to those of the electric double-layer capacitors of Comparative Examples 1 and 2.

[[ 시험예Test Example 4] 출력밀도에 따른  4] Depending on the power density 비용량Non-capacity 측정 1 Measure 1

비교예 1 내지 9 및 실시예에 대하여, 출력밀도에 따른 비용량을 측정하기 위해, 미국 MACCOR사의 충방전기기(MACCOR 4300K DESKTOP)를 사용하여 정전류법으로 충전과 방전을 시행하였다.For Comparative Examples 1 to 9 and Examples, charging and discharging were carried out by a constant current method using a MACCOR 4300K DESKTOP, manufactured by MACCOR, USA, in order to measure a specific capacity according to the output density.

이때, 구동전압은 0 내지 2.5V에서, 인가 전류밀도는 1~10A g-1의 조건으로 10cycle씩 측정하였으며, 10번째 정전류 방전에서 전기이중층 커패시터의 정전용량을 측정하고, 다음 식에 의해 출력밀도에 따른 비용량을 계산하여 계산 값을 [표 2]에 나타내었다. At this time, the driving voltage from 0 to 2.5V, the applied current density was measured by 10cycle under the condition of 1 ~ 10A g -1, 10 second measurement of the capacitance of the electric double layer capacitor at a constant current discharge, and the output density by the following equation And the calculated values are shown in [Table 2].

Specific Capacitance (F g-1) = Δtdischarge·I/ΔV·(m+ + m-)Specific Capacitance (F g -1 ) = Δ tdischarge · I / ΔV · (m + + m - )

(m+ ): mass of the active material of cathode(m +): mass of the active material of the cathode

(m-): mass of the active material of anode (m - ): mass of the active material of the anode

SamplesSamples Specific Capacitance [F g-1]Specific Capacitance [F g -1 ] 1A g-1 1A g -1 3A g-1 3A g -1 5A g-1 5A g -1 7A g-1 7A g -1 10A g-1 10A g -1 비교예 1Comparative Example 1 15.4615.46 11.9211.92 8.798.79 5.965.96 3.483.48 비교예 4Comparative Example 4 21.4821.48 17.8717.87 15.4015.40 11.7811.78 8.258.25 비교예 5Comparative Example 5 23.0523.05 19.8919.89 17.3517.35 14.8214.82 11.1111.11 비교예 6Comparative Example 6 26.9826.98 24.2624.26 21.6921.69 19.1119.11 15.1915.19 비교예 7Comparative Example 7 25.5625.56 23.6423.64 22.5522.55 20.2320.23 17.1617.16 비교예 8Comparative Example 8 24.3224.32 23.4523.45 22.6422.64 20.8520.85 17.3017.30 비교예 9Comparative Example 9 23.6823.68 21.9821.98 20.8720.87 18.9318.93 16.9516.95 실시예Example 20.7320.73 18.9618.96 18.0118.01 16.6716.67 14.8714.87

상기 [표 2]는 YP-50F 혼합 제조 시 출력밀도에 따른 비용량을 나타낸 표이다. 이에 따르면, 비교예 6의 출력밀도에 따른 비용량이 가장 높은 것을 알 수 있으며, 따라서, 상용 활성탄소 YP-50F에 고출력 에너지 저장용 활성탄소를 30wt% 첨가하였을 때의 비용량이 가장 높은 것을 알 수 있다.Table 2 shows the specific capacity according to the output density in the YP-50F blend production. It can be seen from the above that the cost amount according to the output density of Comparative Example 6 is the highest, and therefore, it can be seen that the cost amount when 30 wt% of the high-energy storage activating carbon is added to the commercially available activated carbon YP-50F is the highest .

[[ 시험예Test Example 5] 출력밀도에 따른  5] Depending on power density 비용량Non-capacity 측정 2 Measure 2

비교예 3, 10 내지 15 및 실시예에 대하여, 출력밀도에 따른 비용량을 측정하기 위해, 미국 MACCOR사의 충방전기기(MACCOR 4300K DESKTOP)를 사용하여 정전류법으로 충전과 방전을 시행하였다.For Comparative Examples 3, 10 to 15 and Examples, charging and discharging were carried out by a constant current method using a MACCOR 4300K DESKTOP (a MACCOR 4300K DESKTOP) manufactured by MACCOR, USA, in order to measure a specific capacity according to power density.

이때, 구동전압은 0 내지 2.5V에서, 인가 전류밀도는 1~10A g-1의 조건으로 10cycle씩 측정하였으며, 10번째 정전류 방전에서 전기이중층 커패시터의 정전용량을 측정하고, 다음 식에 의해 출력밀도에 따른 비용량을 계산하여 계산 값을 [표 3]에 나타내었다.At this time, the driving voltage from 0 to 2.5V, the applied current density was measured by 10cycle under the condition of 1 ~ 10A g -1, 10 second measurement of the capacitance of the electric double layer capacitor at a constant current discharge, and the output density by the following equation And the calculated values are shown in [Table 3].

Specific Capacitance (F g-1) = Δtdischarge·I/ΔV·(m+ + m-)Specific Capacitance (F g -1 ) = Δ tdischarge · I / ΔV · (m + + m - )

(m+): mass of the active material of cathode(m + ): mass of the active material of the cathode

(m-): mass of the active material of anode(m - ): mass of the active material of the anode

SamplesSamples Specific Capacitance [F g-1]Specific Capacitance [F g -1 ] 1A g-1 1A g -1 3A g-1 3A g -1 5A g-1 5A g -1 7A g-1 7A g -1 10A g-1 10A g -1 비교예 3Comparative Example 3 23.6423.64 17.5917.59 12.7512.75 8.488.48 4.164.16 비교예 10Comparative Example 10 28.5428.54 26.3526.35 21.5621.56 17.6417.64 13.8813.88 비교예 11Comparative Example 11 31.2731.27 27.3227.32 23.8723.87 20.7720.77 16.3116.31 비교예 12Comparative Example 12 33.2333.23 31.0531.05 28.9328.93 25.1425.14 22.1222.12 비교예 13Comparative Example 13 31.1331.13 29.2629.26 27.8727.87 25.8425.84 23.4523.45 비교예 14Comparative Example 14 29.5629.56 27.3327.33 26.5526.55 25.7625.76 23.6823.68 비교예 15Comparative Example 15 27.8727.87 25.7525.75 25.9525.95 23.59.23.59. 22.3422.34 실시예Example 20.7320.73 18.9618.96 18.0118.01 16.6716.67 14.8714.87

상기 [표 3]은 CEP21KS 혼합 제조 시 출력밀도에 따른 비용량을 나타낸 표이며, 이에 따르면, 비교예 12의 출력밀도에 따른 비용량이 가장 높은 것을 알 수 있다. 따라서, 상용 활성탄소 CEP21KS에 고출력 에너지 저장용 활성탄소를 30wt% 첨가하였을 때의 비용량이 가장 높은 것을 알 수 있다.Table 3 is a table showing the specific capacity according to the output density in the production of CEP21KS blend, and it can be seen that the cost amount according to the output density of Comparative Example 12 is the highest. Therefore, it can be seen that the highest cost is obtained when 30 wt% of high-energy-storing activated carbon is added to commercially available activated carbon CEP21KS.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. The embodiments described above are therefore to be considered in all respects as illustrative and not restrictive.

Claims (10)

고출력 에너지 저장용 활성탄소 제조방법에 있어서,
셀룰로오즈계 바이오 매스를 선별하여 분쇄하고, 상기 분쇄된 바이오 매스를 수용액에 함침하는 함침단계;
상기 함침된 바이오 매스를 퍼니스에 장입하는 장입단계;
상기 퍼니스를 가열하여 상기 장입된 바이오 매스를 활성화하는 활성화단계;
상기 활성화된 바이오 매스를 냉각시키는 냉각단계;
상기 냉각된 바이오 매스를 세척액으로 세척하여 활성탄소를 제조하는 세척단계를 포함하고,
상기 퍼니스는,
내부가 활성 또는 비활성 가스로 충전되고,
상기 함침단계는,
상기 분쇄된 바이오 매스를 0.1~100% 농도의 산성 또는 염기성 수용액에 10분~120시간 동안 함침시키며, 이때, 바이오 매스와 수용액은 1:0.1 ~ 1:10의 중량비율로 함침되고,
상기 활성화단계는,
상기 퍼니스를 1~30℃/min의 승온 속도로 100~1000℃까지 가열한 후, 가열 온도를 5~120분동안 유지하여 상기 함침된 바이오 매스를 활성화시키고,
상기 세척액은,
0.01~5mol/L 몰농도의 알칼리 또는 산성용액 중 하나로 형성되고,
상기 함침단계에서 산성 수용액을 사용하였을 경우에는 알칼리용액으로, 상기 함침단계에서 염기성 수용액을 사용하였을 경우에는 산성용액으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고출력 에너지 저장용 활성탄소 제조방법.
A method for producing activated carbon for high power energy storage,
A step of pulverizing the cellulosic biomass and impregnating the pulverized biomass into an aqueous solution;
Charging the impregnated biomass into a furnace;
An activation step of heating the furnace to activate the charged biomass;
A cooling step of cooling the activated biomass;
And washing the cooled biomass with a washing solution to produce activated carbon,
The furnace includes:
The interior is filled with an active or inert gas,
In the impregnating step,
The pulverized biomass is impregnated in an acidic or basic aqueous solution having a concentration of 0.1 to 100% for 10 minutes to 120 hours, wherein the biomass and the aqueous solution are impregnated at a weight ratio of 1: 0.1 to 1:10,
Wherein,
The furnace is heated to a temperature of 100 to 1000 ° C. at a heating rate of 1 to 30 ° C./min and then the heating temperature is maintained for 5 to 120 minutes to activate the impregnated biomass,
The cleaning liquid,
An alkali or acidic solution having a molar concentration of 0.01 to 5 mol / L,
Wherein the acid solution is used as an alkaline solution when the acidic aqueous solution is used in the impregnation step and the acidic solution is used when a basic aqueous solution is used in the impregnation step.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 냉각단계는,
상기 활성화된 바이오 매스를 상온까지 냉각시키는 것을 특징으로 하는 고출력 에너지 저장용 활성탄소 제조방법.
The method according to claim 1,
The cooling step includes:
Wherein the activated biomass is cooled to room temperature.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 세척단계는,
상기 냉각된 바이오 매스를 상온~150℃의 세척액에 교반시키고, 이를 1~20회 반복 진행하는 것을 특징으로 하는 고출력 에너지 저장용 활성탄소 제조방법.
The method according to claim 1,
The cleaning step comprises:
Wherein the cooled biomass is agitated in a washing solution at a temperature ranging from room temperature to 150 ° C., and the process is repeatedly performed 1 to 20 times.
제 1항에 있어서,
상기 활성탄소는,
중기공 비율이 총기공부피 대비 40% 이상인 것을 특징으로 하는 고출력 에너지 저장용 활성탄소 제조방법.
The method according to claim 1,
The activated carbon,
Wherein the medium-to-high air ratio is greater than or equal to 40% of the total volume of the gun.
제 1항, 제4항, 제6항 및 제 7항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 고출력 에너지 저장용 활성탄소.
A high output energy storage activated carbon produced by the method of any one of claims 1, 4, 6 and 7.
제 8항의 고출력 에너지 저장용 활성탄소에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 전기이중층 커패시터.
An electric double layer capacitor according to claim 8, which is produced by the high-energy-storing activated carbon.
제 9항에 있어서,
상기 전기이중층 커패시터는,
상기 고출력 에너지 저장용 활성탄소와 기존 상용 활성탄소를 0.01:99.9wt% ~ 99.9:0.01wt%의 비율로 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전기이중층 커패시터.
10. The method of claim 9,
Wherein the electric double layer capacitor comprises:
Wherein the high power energy storage activated carbon and the conventional commercially available activated carbon are mixed at a ratio of 0.01: 99.9 wt% to 99.9: 0.01 wt%.
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