KR102097334B1 - 활성 탄소, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 전기화학 캐패시터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기공 크기(pore size) 0.3~5nm의 기공이 총 기공 부피 중 80% 이상인 것을 특징으로 하는 활성 탄소와 이의 제조방법, 및 이를 전극 활물질로 포함하는 전기화학 캐패시터에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 활성탄소가 균일한 크기의 미세 기공을 갖기 때문에 고율방전 특성, 고속 충방전 특성, 저온 특성이 개선되고, 활성탄소 표면의 관능기 함량이 낮아서 고전압, 수명 특성이 개선된 수퍼캐패시터 및 리튬이온캐패시터를 제공하는 것이 가능하며, 아울러 활물질의 제조 공정시간을 획기적으로 단축하여 재료비 및 공정 비용을 획기적으로 절감할 수 있다.
본 발명에 의하면, 활성탄소가 균일한 크기의 미세 기공을 갖기 때문에 고율방전 특성, 고속 충방전 특성, 저온 특성이 개선되고, 활성탄소 표면의 관능기 함량이 낮아서 고전압, 수명 특성이 개선된 수퍼캐패시터 및 리튬이온캐패시터를 제공하는 것이 가능하며, 아울러 활물질의 제조 공정시간을 획기적으로 단축하여 재료비 및 공정 비용을 획기적으로 절감할 수 있다.
Description
본 발명은 활성 탄소, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 전기화학 캐패시터에 관한 것이다.
최근 화석 에너지의 고갈에 따른 화석 연료 가격의 급격한 상승과 환경오염방지를 위한 엄격한 배기가스 규제가 점차 강화됨에 따라 자동차를 포함한 육상 운송 차량 개발업체에서는 대체 에너지를 사용하면서 연비 효율이 높은 친환경 운송차량 개발에 주력하고 있다.
2종 이상의 동력원을 사용하는 하이브리드 차량 및 기차의 개발은 단기간 내에 기반기술 확보가 가능하고, 세계 각종 규제에 현실적으로 대응이 가능한 차량으로 평가됨으로써 차량 개발업체에서는 기존 내연기관 및 디젤엔진에 전동기 및 전기 에너지 저장장치를 추가하여 엔진의 효율성을 높이고, 회생 제동 에너지를 사용하여 차량의 연비 향상과 배기가스 배출을 저감할 수 있는 하이브리드 동력원을 활발히 개발하고 있는 추세이다.
이러한 에너지 저장장치로써 Ni-MH나 Li계 배터리와 같은 이차전지가 고려되고 있으나, 이차전지의 짧은 수명, 저출력, 저온특성의 저하로 빈번한 교체, 섬세한 점검이 필요함에 따라 추가적인 유지 보수 비용이 드는 문제점이 있다. 또한, 응급 상황시 안정성 확보를 위한 과보호 회로 및 각종 제어기 장착에도 불구하고 항상 폭발 및 화재의 위험성을 갖고 있다.
반면, 일반적으로 수퍼캐패시터 혹은 울트라캐패시터라고 불리는 전기화학 캐패시터는 비표면적이 큰 소재 표면과 전해질 계면에 이온이 물리적으로 흡착 및 탈착 하면서 생성되는 전기이중층을 이용하여 에너지를 저장하는 시스템으로써 수명, 충방전 효율, 넓은 동작 온도범위, 신뢰성이 우수하여 이차전지의 단점을 보완할 수 있는 기술로 부각되고 있다. 전기화학 패캐시터는 Li계 이차전지와 같은 복잡한 보호회로가 필요하지 않으며, 단순한 전압 밸런싱 회로만 병렬 연결하여 사용이 가능하다. 또한, 충전상태(State of charge)가 전압에 직접적으로 비례하므로 잔존용량 측정이 용이하여 제어가 편리하고, 전기화학 캐패시터의 일종인 전기이중층 캐패시터(Electric Double Layer Capacitor)의 경우 극성이 바뀌어도 정상적으로 작동하며, 폭발의 위험이 없다. 따라서 빈번한 고출력이 요구되고, 회생 제동이 많은 차량의 엔진 보조 동력원으로써 전기화학 패캐시터가 더 적합한 에너지 저장장치로 각광받고 있다.
그러나 대부분 전기화학 패캐시터는 차량 내부의 밀폐되어 있는 한정된 공간에 탑재되어야 하고, 가혹한 사용 환경에 적합한 내구성도 확보해야 한다. 특히, 수십에서 수백 킬로와트의 고출력을 공급하기 위해 캐패시터 단 셀을 수개에서 수 백 개 직렬연결 하거나 직렬과 병렬연결하여 고전압 캐패시터 모듈을 구성하는데, 차량 탑재가 가능하도록 모듈을 경량화해야 한다. 이를 위해 단 셀의 비용량을 높이고, 정격 전압을 2.8V 이상으로 높여서 셀의 에너지 밀도를 향상시키는 것이 중요하다. 또한, 패럿(Farad) 당 0.1와트에서 10와트 정도의 고출력을 연속적으로 공급하기 위해 고출력 전극이 요구되며, 이를 위해 전극 활물질로써 활성탄소의 내부 기공 속으로 전해액 이온이 용이하게 이동할 수 있도록 적합한 크기의 기공을 갖는 활성탄소의 개발이 중요하다.
다음 도 1은 종래 방식에 의한 활성탄소 제조방법을 나타낸 공정도이다.
이를 참조하면, 건조를 마친 원료에 열을 가해서 탄화물을 제조하는 단계, 상기 탄화물을 분쇄하는 단계, 상기 탄화물에 산화성 반응 가스를 공급하면서, 열을 가해서 활성화시키는 단계, 수소 혹은 불활성 분위기에서 환원처리(열처리) 하는 단계, 및 금속 불순물을 제거하기 위해 세척하는 단계, 건조 후 분쇄하는 단계를 거쳐 제조된다.
이러한 종래 방식에 의한 활성 탄소 제조 방법은 로터리 킬른이나 가열로 등의 외부 가열에 의하여 각종 탄소 재료를 탄화한 후 산화성 가스를 이용한 가스 활성화나 알칼리 수용액을 이용한 약품 활성화를 통해서 제조하였다. 그러나 이러한 활성 탄소의 제조기술은 출발물질의 탄화와 활성화를 통해 비표면적만 크게 하기 때문에 수퍼캐패시터나 리튬 이온 캐패시터와 같은 전기화학 캐패시터의 활물질로써 부적합하다. 왜냐하면, 일반적으로 유기계 전해액에서 실제 용량에 기여할 수 있는 활성 탄소의 비표면적과 기공 부피는 기공 크기 1nm 이상을 갖는 기공들의 분율에 의존하는데 종래의 방법으로 만들어진 대부분의 활성 탄소는 용량구현이 어려운 기공 크기 1nm 이하를 갖는 기공들이 대부분 차지하고 있기 때문이다.
일본 특허 공개 2006-151784는 페놀 섬유를 활성화제인 알칼리 수용액에 함침시킨 후 아르곤 마이크로파 플라즈마 가열을 통한 활성 탄소 제조방법을 소개하였다. 그러나 이 방법은 반응성이 커서 화재 가능성이 높은 강 알칼리를 사용하고, 반응 후 전량 회수 및 반응 용기 및 주변 설비의 부식으로 공정 및 유지비용이 고가이며, 용량에 기여할 수 있는 유효 기공의 비표면적이 증가하지만 전체 비표면적도 같이 증가하여 전극 충진도가 낮아서 셀의 부피당 용량이 작아지는 문제점이 있다.
이와 같이 종래의 방식으로 실제 용량에 기여할 수 있는 균일한 크기의 기공을 갖는 활성 탄소를 제조하는데 한계가 있다.
본 발명에서는 활성 탄소를 제조하는 데 있어 여러 가지 문제들을 해결하기 위한 것으로서, 탄소 재료의 표면을 마이크로파 흡수율이 높도록 계면활성제를 이용하여 촉매로 활성화시킨 후 마이크로파 가열을 통해 효과적으로 균일한 크기의 미세 기공을 가지면서 표면 관능기가 적은 활성 탄소와 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 활성 탄소를 전극 활물질로 적용한 전기화학 캐패시터를 제공하는 데도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 활성 탄소는 기공 크기(pore size) 0.3~5nm의 기공이 총 기공 부피 중 80% 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 활성 탄소는 비표면적 1000~2200㎡/g, 총 기공 부피 0.7~1.2 cc/g의 범위를 가진다.
또한, 본 발명에 따른 상기 활성 탄소 내의 관능기 함량은 0.100meq/g 이하인 것일 수 있다.
상기 활성 탄소 내의 불순물 함량은 300ppm 이하인 것일 수 있다.
상기 불순물은 Fe, Cu, K, Sn, Ru, Rh, Pd, Ta, Os, Mo, Mn, Ni, Co, Ir, W, V, SiC, WC, TiC, NaCl, 페라이트(Ferrite), TiO2, SiO2, Al2O3 로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 산화물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 활성 탄소는 기공 크기(pore size) 1.2~2.5nm의 기공이 총 기공 부피 중 30% 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 활성 탄소를 전극 활물질로 포함하는 전기화학 캐패시터를 제공할 수 있다.
상기 전극은 음극 및 양극에 이용되는 것일 수 있다.
상기 전기화학 캐패시터는 수퍼캐패시터 또는 리튬이온캐패시터일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 활성 탄소는, 탄소 재료를 탄화시키고, 그 탄화물을 10㎛ 이하로 준비하는 단계; 상기 탄화물을 계면활성제에 함침시키고, 상기 탄화물 표면에 촉매를 흡착시켜 탄화물 슬러리 상태로 만드는 단계; 상기 탄화물 슬러리 내의 수분 함량이 30~50%가 되도록 건조시키는 단계; 상기 건조된 탄화물에 마이크로파로파를 조사하여 활성화시키는 단계; 및 상기 촉매를 제거하는 단계를 거쳐 제조될 수 있다.
상기 탄화물은 C/H 몰비가 3 이상이고, 마이크로파를 중량당 25와트 이상 흡수하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 계면활성제는 탄화물 중량에 대하여 0.1~50중량%로 포함될 수 있다.
상기 계면활성제는 소듐 선형 알킬 벤젠 설포네이트(Sodium linear alkyl benzene sulphonate), 소듐 데도실 벤젠 설포네이트(Sodium dodecyl benzene sulphonate), 메틸 프로핀 술폰산염, 알킬 벤젠 술폰산염, 알킬 아미드 술폰산염, 올레핀 술폰산염, 프로필 나프탈렌 술폰산염, 리그닌 술폰산염, 멜라민 술폰산염, 나트륨염 술폰산염, 및 리튬염 술폰산염으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 음이온성 계면활성제가 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 촉매는 탄화물 중량에 대하여 0.1~100중량%로 포함될 수 있다.
상기 촉매는 Fe, Cu, K, Sn, Ru, Rh, Pd, Ta, Os, Mo, Mn, Ni, Co, Ir, W, V, SiC, WC, TiC, NaCl, 페라이트(Ferrite), TiO2, SiO2, Al2O3 로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 산화물일 수 있다.
상기 마이크로파 조사는 2.45GHz±50 MHz, 0.3~5kW 출력 조건에서 2분~60분 동안 이루어지는 것일 수 있다.
상기 활성화는, 수증기, CO2 가스 중에서 선택되는 1종 이상의 공급하에서 수행되는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 탄화물을 서브 마이크론 크기로 분쇄 후 계면활성제와 촉매를 통해 표면을 활성화시킨 후 마이크로파 가열을 해서 활성 탄소 분말 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 활성 탄소 분말이 전체적으로 균일하게 활성화되어 비용량을 향상시킬 수 있다. 활물질의 제조 공정시간을 단축하여 재료비 및 공정 비용을 획기적으로 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 활성 탄소를 전기화학 캐패시터의 전극 활물질로 이용하는 경우, 활성 탄소의 내부 기공 속으로 전해액 이온이 용이하게 이동할 수 있도록 적합한 크기의 기공을 가지므로, 고율방전 특성, 고속 충방전 특성, 저온특성이 개선될 수 있다.
또한, 활성 탄소 표면의 관능기 함량이 낮아서 2.8V 이상의 고전압, 수명 특성이 개선된 수퍼캐패시터를 제조할 수 있고, 아울러, 리륨이온캐패시터의 활물질로써 고전압 특성을 향상시켜서 고전압 내구성을 갖는 리튬이온캐패시터를 제조할 수 있다.
도 1은 종래의 활성 탄소 제조 공정도이고,
도 2는 본 발명에 의한 활성 탄소 제조 공정도이고,
도 5는 C/H 몰비에 따른 마이크로파 흡수 전력의 관계를 나타낸 그래프이고,
도 4는 종래 방법에 따라 활성화된 활성 탄소의 기공 내부 모식도이고,
도 5는 본 발명에 따라 활성화된 활성 탄소의 기공 내부 모식도이다.
도 2는 본 발명에 의한 활성 탄소 제조 공정도이고,
도 5는 C/H 몰비에 따른 마이크로파 흡수 전력의 관계를 나타낸 그래프이고,
도 4는 종래 방법에 따라 활성화된 활성 탄소의 기공 내부 모식도이고,
도 5는 본 발명에 따라 활성화된 활성 탄소의 기공 내부 모식도이다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 발명은 탄소 재료의 표면을 마이크로파 흡수율이 높도록 활성화시킨 후 마이크로파 가열을 통해 효과적으로 균일한 크기의 미세 기공을 가지면서 표면 관능기가 적은 고품위의 활성 탄소와 이의 제조방법, 및 이를 적용한 전기화학 캐패시터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 활성 탄소는 기공 크기(pore size) 0.3~5nm의 기공이 전체기종 부피 중 80% 이상이고, 보다 바람직하게는 1.2~2.5nm의 미세 기공이 전체 기공 부피 중 30% 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 활성 탄소는 전기화학 캐패시터의 전극 활물질로 사용되는 것으로, 이를 위해 유기 전해액 이온이 활성탄소의 내부 기공 속으로 용이하게 이동할 수 있도록 적합한 크기의 기공을 가져야 한다.
이는 일반적인 유기계 전해액에서 실제 용량은 기공 크기 1nm 이상을 갖는 기공들의 분율에 의존하기 때문이다. 종래의 방법으로 만들어진 대부분의 활성탄소들은 용량 구현이 어려운 1nm 이하의 기공들이 대부분을 차지하고 있기 때문이다.
그러나, 본 발명에 따른 활성 탄소는 기공 크기(pore size) 0.3~5nm의 기공이 전체기종 부피 중 80% 이상, 바람직하기로는 기공 크기(pore size) 1.2~2.5nm의 미세 기공이 전체 기공 부피 중 30% 이상, 가장 바람직하기로는 35% 이상 포함되므로, 유기 전해액 이온의 이동이 용이하여 고용량 구현에 기여할 수 있고, 이로 인해 고율방전 특성, 고속 충방전 특성, 저온특성이 개선될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 활성 탄소는 비표면적 1000~2200㎡/g, 기공 부피 0.7~1.2 cc/g의 범위를 가진다. 상기 비표면적과 기공 부피 범위에서 활성 탄소의 겉보기 밀도가 0.4g/cc 이상으로 활물질의 충진 밀도가 높아서 전극 부피당 활물질의 함량이 증가하여 부피당 전극 비용량을 향상시켜서 고용량 특성을 가질 수 있어 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 상기 활성 탄소는 그 표면의 관능기 함량이 0.100meq/g 이하, 바람직하기로는 0.6meq/g 이내로서, 활성 탄소 표면의 관능기 함량이 낮아서 2.8V 이상의 고전압, 수명 특성이 개선된 수퍼캐패시터를 제조할 수 있고, 아울러, 리륨이온캐패시터의 전극 활물질로써 고전압 특성을 향상시켜서 고전압 내구성을 갖는 리튬이온캐패시터를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 활성 탄소 내의 불순물 함량은 300ppm 이하인 데 특징이 있다. 활성 탄소 내의 불순물 함량이 낮기 때문에 고순도의 활성탄소 제조가 가능하고, 이를 전극 활물질로 사용하는 경우 용량을 개선시킬 수 있다. 상기 불순물은 Fe, Cu, K, Sn, Ru, Rh, Pd, Ta, Os, Mo, Mn, Ni, Co, Ir, W, V, SiC, WC, TiC, NaCl, 페라이트(Ferrite), TiO2, SiO2, Al2O3 로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 산화물일 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 활성 탄소는 다음 도 2의 공정도에 따라 제조될 수 있다.
이를 참조하면, 탄소 재료를 탄화시키고, 그 탄화물을 10㎛ 이하로 준비하는 단계; 상기 탄화물을 계면활성제에 함침시키고, 상기 탄화물 표면에 촉매를 흡착시켜 탄화물 슬러리 상태로 만드는 단계; 상기 탄화물 슬러리 내의 수분 함량이 30~50%가 되도록 건조시키는 단계; 상기 건조된 탄화물에 마이크로파로파를 조사하여 활성화시키는 단계; 및 상기 촉매를 제거하는 단계를 거쳐 제조될 수 있다.
제1단계는 활성 탄소 제조를 위한 원료를 탄화시켜 탄화물로 제조하고, 상기 탄화물을 10㎛ 이하로 준비하는 단계이다.
활성 탄소 제조를 위한 원료는 야자계 껍질, 살구씨, 왕겨, 톱밥, 면, 사탕수수, 기타 식물계 중에서 선택되는 것으로 특별히 한정되지 않으며, 상기 원료를 이용하여 300~800℃의 온도에서 2~4시간 동안 열을 가하여 탄화시킨다.
상기 제조된 탄화물을 약 10㎛ 이하로 분쇄시키는데, 이는 탄화물 표면과 기공 속으로 균일하게 계면활성제와 촉매를 함침시켜서 탄화물의 표면을 활성화시키고, 이후 제4단계에서 마이크로파 조사시 탄화물 자체를 신속하고 균일하게 고온으로 가열하여 탄화물의 표면과 기공에서 수증기 분자가 충돌하는 빈도수를 높임으로써 미세 기공과 중기공을 생성시킬 수 있기 때문이다. 아울러 전극 제조시 요구되는 서브 마이크로 수준으로 활성탄소를 분쇄할 때 일반적으로 활성화 후 활성 탄소의 밀도가 감소하여 입자가 비산해서 분쇄가 어렵고 수율이 낮아지는 문제점을 개선하기 위한 것이다.
또한, 상기 탄화물은 원료의 지방족 탄화수소가 탄화되어 다중결합 탄화수소 및 방향족 탄화수소로 전환되어 탄화도를 나타내는 C/H 몰비가 3 이상이고, 마이크로파를 중량당 25와트 이상 흡수하는 수준까지 탄화시키는 것이 바람직하다.
이는 마이크로파를 흡수하여 화학반응에 필요한 에너지를 공급하기 위해 탄화도가 높은 탄소재료를 사용하는 것이 바람직하기 때문이다. 탄화도를 나타내는 C/H 몰비가 3 이상이 되면 분자사슬 길이가 짧은 다중결합 지방족 및 방향족 물질이 많아서 분자회전이 용이하고 이로 인해 마이크로파를 많이 흡수할 수 있다.
또한, 마이크로파를 중량당 25와트 이상 흡수하는 수준까지 탄화시키는 것이 화학반응에 필요한 에너지를 공급하기 위해 바람직하다.
다음 단계는, 상기 탄화물을 계면활성제에 함침시키고, 상기 탄화물 표면에 촉매를 흡착시켜 탄화물 슬러리 상태로 만드는 단계이다.
본 발명에서는 탄화물의 표면과 기공에 계면활성제를 흡착시키고 연속적으로 마이크로파 흡수율이 높은 촉매를 흡착시켜서 활성화 반응 사이트를 증가시키고자 하였다.
이 경우, 이후 마이크로파를 조사하면서 산화성 가스인 수증기를 유입하면, 탄화물 자체의 발열로 탄화물의 내부와 표면이 균일하고 신속하게 가열되어 탄화물의 표면과 기공 속에 있는 촉매가 활성화된다. 동시에 계면활성제의 작용으로 수증기의 표면장력이 낮아져서 많은 양의 수증기를 흡착할 수 있다. 따라서, 촉매와 함께 수증기가 마이크로파 주파수만큼 분자 회전 및 진동을 하면서 탄화물의 표면과 기공 벽면에 충돌하여 새로운 기공을 생성시키거나 미세 기공을 확장시키게 되고, 이 과정을 통해 최종적으로 균일한 크기의 미세 기공을 갖고, 탄화물 표면에 분포하고 있는 산소 관능기들이 제거되어 고순도의 활성탄소를 제조할 수 있다.
이에 초순수 용매에 탄화물 중량비로 0.1~50wt%의 계면활성제를 용해시킨 후 탄화물을 침적시키고, 순차적으로 탄화물 중량비로 0.01~100wt%의 촉매를 첨가하여 슬러리 상태의 탄화물을 제조한다. 이때 상기 탄화물 기공 속으로 계면활성제와 촉매가 함침되는 동안 발생한 공기를 제거하여 용매의 젖음성을 향상시키기 위하여 상압 혹은 저진공 분위기를 유지하고, 또한 탄화물 표면과 기공 속으로 계면활성제와 촉매의 균일한 분산과 흡착을 위해 교반기를 적용할 수 있다.
상기 계면활성제는 수용액에서 친유부가 음이온으로 이온 해리하는 음이온 계면활성제를 주로 사용하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 계면활성제의 구체 예로는, 소듐 선형 알킬 벤젠 설포네이트(Sodium linear alkyl benzene sulphonate), 소듐 데도실 벤젠 설포네이트(Sodium dodecyl benzene sulphonate), 메틸 프로핀 술폰산염, 알킬 벤젠 술폰산염, 알킬 아미드 술폰산염, 올레핀 술폰산염, 프로필 나프탈렌 술폰산염, 리그닌 술폰산염, 멜라민 술폰산염, 나트륨염 술폰산염, 및 리튬염 술폰산염으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 음이온성 계면활성제가 바람직하게 사용될 수 있다.
또한, 상기 촉매는 유전상수와 유전 손실계수가 커서 마이크로파를 용이하게 흡수하여 가열이 잘되거나 분극성 물질로 주파수에 해당하는 만큼 분자 진동을 하여 분가간 마찰력에 의해 열이 발생하는 물질로 탄화물의 표면을 활성화시켜서 반응을 촉진시키는 역할을 한다.
이러한 촉매의 구체 예를 들면, Fe, Cu, K, Sn, Ru, Rh, Pd, Ta, Os, Mo, Mn, Ni, Co, Ir, W, V, SiC, WC, TiC, NaCl, 페라이트(Ferrite), TiO2, SiO2, Al2O3 로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 산화물 촉매가 바람직하게 사용될 수 있다.
그 다음 단계는, 상기 탄화물 슬러리 내의 수분 함량이 30~50%가 되도록 건조시켜 탄화물 표면을 활성화시킨 분말을 만드는 단계이다. 이때, 상기 탄화물 슬러리를 완전히 건조시키지 않고, 탄화물의 기공 안에 함침된 용매가 30~50% 정도 남아 있도록 건조시키는 것이 바람직하다.
이는 이후의 마이크로파 조사시 탄화물의 자체 발열로 탄화물의 기공 속에 있는 물 분자가 수증기로 변화되고, 이 수증기 분자들과 기공 속의 촉매가 마이크로파 주파수에 해당하는 횟수만큼 진동하여 마찰열을 발생시킴으로써 탄화물의 기공이 전반적으로 고온으로 가열됨에 따라 탄화물의 기공벽에 고속으로 충돌하는 분자들이 증가하여 미세 기공을 확장시키는 개시제로 활용할 수 있기 때문이다.
그 다음 단계는 상기 건조된 탄화물에 마이크로파로파를 조사하여 활성화시키는 단계이다. 상기 활성화는 산화성 분위기에서 수행될 수 있으며, 이때 산화성 가스로써 수증기 단독, 혹은 수증기와 CO2 가스가 혼합된 반응 가스를 사용할 수 있다.
상기 마이크로파는 300MHz~30GHz 주파수 범위에서 ISM 사용영역인 2.45GHz±50 MHz주파수에서 0.3~5kW의 출력 범위에서, 2분~60분 동안 조사시킬 수 있다. 상기 마이크로파 반응기로는 석영 재질, 니켈이 표면 코팅된 재질, 스테인레스 재질을 사용할 수 있다.
또한, 그 다음으로는 상기 촉매를 제거하는 단계로서, 촉매를 녹일 수 있는 산 용액 혹은 염기성 용액으로 세척하고, pH가 6~8의 중성이 될 때까지 수세시킨다.
마지막으로, 상기 결과물을 건조하여 최종 분말을 얻는 단계이다. 분말의 건조는 열풍건조, 마이크로파 건조, 원적외선 건조 등의 다양한 방법으로 건조시킬 수 있다.
이렇게 제조된 본 발명의 활성 탄소는 전기화학 캐패시터의 전극 활물질로 사용할 수 있다.
상기 전극은 음극 및 양극에 이용되는 것일 수 있다.
상기 전기화학 캐패시터는 수퍼캐패시터 또는 리튬이온캐패시터일 수 있다.
본 발명에 따른 활성 탄소를 전극 활물질로 이용한 전기화학 캐패시터는 활성탄소가 균일한 크기의 미세 기공을 갖기 때문에 고율방전 특성, 고속 충방전 특성, 저온 특성이 개선되고, 활성 탄소 표면의 관능기 함량이 낮아서 고전압, 수명 특성이 개선된 수퍼캐패시터 및 리튬이온 캐패시터를 제공할 수 있다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 이하의 실시예에서는 특정 화합물을 이용하여 예시하였으나, 이들의 균등물을 사용한 경우에 있어서도 동등 유사한 정도의 효과를 발휘할 수 있음은 당업자에게 자명하다.
실시예
1 : 탄화물 제조
원료 물질인 야자계 껍질을 내경이 20mm인 석영관 반응로에 5cm 높이로 충진하고 2L/min 질소 분위기에서 30℃/min으로 600℃까지 승온시킨 후 그 온도에서 30분 동안 탄화시켰다. 원소 분석 결과, C/H 몰비는 3.5이었다.
비교예
1~4 : 탄화물 제조
탄화물을 제조하는 방법은 실시예 1과 동일하며, 탄화 온도만 0℃, 300℃, 400℃, 500℃로 달리하였다. 그리고 원소 분석 결과, C/H 몰비는 각각의 탄화 온도에서 0.63, 1.10, 1.57, 2.71을 나타내었다.
실험예
1 : C/H
몰비에
따른 마이크로파 흡수 전력의 관계
활성화 공정에서 탄화물이 마이크로파를 흡수하는 능력을 알아보기 위하여 탄화도를 나타내는 C/H 몰비가 다른 탄화물을 제조하기 위하여 탄화 온도를 변경하면서 상기 실시예와 비교예에 따른 탄화물을 제조하였다.
상기 실시예 1과 비교예 1~4에 따라 제조된 탄화물의 C/H 몰비에 따른 마이크로파 흡수 전력의 관계를 측정하고, 그 결과를 다음 표 1과 다음 도 3에 나타내었다. 탄화물의 C, H, N 원소는 원소분석기를 사용하여 건조 시료 기준으로 측정하였으며, C/H 몰비는 원소 분석 결과로부터 계산하였다.
| 구분 | C/H 몰비 | 마이크로파 흡수 전력(W/g)1 |
| 비교예 1 | 0.63 | 9.3 |
| 비교예 2 | 1.10 | 14.9 |
| 비교예 3 | 1.57 | 20.3 |
| 비교예 4 | 2.71 | 23.4 |
| 실시예 1 | 3.50 | 221.5 |
| 1: 시료 1g당 마이크로파를 흡수하는 전력의 크기 | ||
상기 표 1과 다음 도 3의 결과에서와 같이, C/H 몰비가 3.0 이상인 탄화물(실시예 1)은 C/H 몰비가 3.0 미만인 탄화물(비교예 1~4)에 비해 마이크로파 흡수 전력이 높은 것을 알 수 있다. 이러한 결과로부터 탄화물의 C/H 몰비에 따라 마이크로파의 흡수 능력이 상이한 것을 알 수 있으며, 원하는 수준의 마이크로파 흡수 전력(중량당 25와트 이상)을 가지기 위해서는 탄화물의 C/H 몰비가 3.0 이상이 되어야 함을 확인할 수 있었다.
실시예
2 : 활성 탄소의 제조
다음 도 2와 같은 공정에 따라 활성 탄소를 제조하였다. 우선, 실시예 1에 따라 제조되며, C/H 몰비가 3.5인 탄화물을 준비하고, 탄화물을 10㎛ 로 분쇄시켰다.
그 다음, 초순수에 상기 탄화물 중량비로 5중량%의 소듐계 술폰산염 계면활성제를 용해시킨 용액에 상기 분쇄된 탄화물을 함침시켰다.
또한, 초순수에 상기 탄화물 중량비로 25중량%의 SiC 촉매를 첨가하여 상기 탄화물 표면 및 기공에 상기 촉매를 흡착시켜 탄화물 슬러리로 제조하였다. 이때, T.K 호모믹서 고속 교반기로 2000rpm으로 30분 동안 교반시켰다.
그 다음, 상기 탄화물 슬러리 내의 수분 함량이 30%가 되도록 건조시켜 탄화물 분말로 제조하였다. 상기 건조된 탄화물 분말에 수증기를 공급하면서, 2.45GHz±50 MHz주파수에서 0.6kW의 출력 범위에서, 5분 동안 마이크로파로파를 조사하여 활성화시켰다.
상기 분말 내에 잔류된 촉매를 1N HCl 수용액으로 제거하고, 중성이 될 때까지 수세하였다. 상기 수세된 분말을 열풍 건조시키고 입자를 분쇄하여 최종 활성 탄소를 제조하였다.
실시예
3~4
마이크로파 조사 시간을 각각 15분, 30분으로 달리하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 활성 탄소를 제조하였다.
비교예
5-6
종래 수증기 부활법으로 제조된 상용화된 활성 탄소를 비교예 5, 화학약품 활성법으로 제조된 상용화된 활성 탄소를 비교예 6으로 이용하였다.
실험예
2 :
활성탄소의
기공 내부 구조 확인
비교예 5와 실시예 4에 따라 제조된 활성 탄소의 내부 구조 모식도를 다음 도 4와 5에 각각 나타내었다.
종래 방법으로 활성화시킨 비교예 5에 따른 활성 탄소(도 4)는 기공의 내부 구조가 입구 부분은 넓고 안으로 갈수록 좁아지는 형상을 가진다. 이에 반해, 본 발명의 방법에 의해 제조된 실시예 4에 따른 활성 탄소(도 5)는 마이크로파에 의해 기공 속의 물 분자와 촉매가 진동하여 기공 내벽을 깨뜨리면서 확장하여 입구와 내부 직경이 비슷한 구조의 기공을 갖는 것을 알 수 있다.
실험예
3 :
활성탄소의
물성 확인
상기 실시예 2~4와 상기 비교예 5, 비교예 6에 따라 제조된 활성 탄소의 비표면적과 세공특성을 BEL Japan사의 BELSORP-max의 등온흡착 장치를 이용하여 측정하였으며, Boehm 방법에 의해 활성 탄소 표면의 관능기를 측정하였고, XRF(X-ray Fluorescence Spectrometer)로 불순물 함량을 측정하였고, 입도 분석기로 입자 크기를 각각 측정하였다. 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
| 비표면적 (㎡/g) |
총 기공 부피(cc/g) |
평균 기공 크기(nm) | 0.3~5nm 기공부피 (cc/g) | 1.2~2.5nm 기공부피 (cc/g) | 관능기 함량(meq/g) |
불순물 함량(ppm) | 입자 크기 (㎛) |
|
| 실시예2 | 1116 | 0.7623 | 1.77 | 0.7470 | 0.4210 | 0.098 | 124 | 7.0 |
| 실시예3 | 1358 | 1.0915 | 1.82 | 1.0609 | 0.4500 | 0.096 | 127 | 7.0 |
| 실시예4 | 1584 | 1.2253 | 1.86 | 1.1640 | 0.4800 | 0.090 | 135 | 7.0 |
| 비교예5 | 1560 | 1.1814 | 1.91 | 1.0904 | 0.4364 | 0.113 | 365 | 6.0 |
| 비교예6 | 2290 | 1.5279 | 1.74 | 1.5269 | 0.5923 | 0.480 | 309 | 9.1 |
상기 표 2의 결과에서와 같이, 마이크로파 열처리를 30분간 수행한 실시예 4의 비표면적은 비교예 1과 동등 수준이나 총 기공 부피가 1.2253c/g으로 매우 높고, 관능기의 함량이 약 0.09meq/g으로 가장 낮은 것으로 관찰되었다.
또한, 본 발명의 방법으로 제조된 실시예 4의 활성탄소는 종래 방법으로 제조된 비교예 5와 6의 활성 탄소에 비해 기공 크기(pore size) 1.2~2.5nm의 미세 기공이 전체 기공 부피 중 차지하는 분율이 높고, 관능기의 함량과 불순물 함량이 낮은 고순도의 분말을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
실시예
5~7 :
수퍼캐패시터
셀 제조
상기 실시예 2~4에서 제조된 활성 탄소 분말 90wt%, 카본블랙계의 도전재 5wt%, 결합제로써 부타디엔계 고분자 중합체와 카르복실메틸셀룰로즈 5wt%를 혼합한 후 초순수를 추가하여 슬러리를 제조하고, 알루미늄 집전체에 200㎛의 두께로 도포한 후 건조하여 전극을 제조하였다.
상기 건조된 전극을 절단하여 양극과 음극을 각각 준비하고, 양극과 음극 사이에 펄프계 분리막을 삽입하여 젤리 롤 타입으로 감은 후 직경 18mm, 높이 40mm의 외장재에 삽입하고, 최종적으로 1M TEABF4(Tetraethylammonium tetrafluoroborate) 염이 용해된 AN(Acetonitrile) 전해액에 함침하여 수퍼캐패시터 셀을 제조하였다.
비교예
7~8
상기 비교예 5와 6에서 제조된 활성 탄소 분말을 이용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 5~7에서와 동일한 방법으로 수퍼캐패시터 셀을 제조하였다.
실험예
4 :
수퍼캐패시터
셀의 성능 평가
상기 비교예 7~8과 실시예 5~7에서 제조된 셀의 성능을 알아보기 위하여 2.85V 상온에서 초기 특성을 측정하고, 2.85V 85℃의 조건에서 고온 수명 평가를 각각 실시하였다. 초기 특성을 측정하기 위해 셀을 2.85V로 충전하고 0.5A로 방전하여 방전 용량을 구하고, 아울러 방전시 IR-drop으로부터 셀 저항을 측정하였다. 그리고 내구성 평가는 각 셀을 2.85V 85℃에서 42시간 유지한 후 상온에서 12시간 동안 유지한 후 셀의 용량 감소율, 저항 증가율, 셀 높이 변화율을 각각 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 3에 나타내었다.
| 마이크로파 처리시간(분) | 전극 비용량 (F/cc) | 셀 초기 특성 | 셀 수명 특성 | ||||
| 용 량(F) | 저항 (mΩ) |
용량 감소율(%) | 저항 증가율(%) | 셀 높이 증가율(%) | |||
| 실시예5 | 5 | 13.9 | 40.1 | 17.0 | 7.2 | 25.4 | 1.6 |
| 실시예6 | 15 | 14.6 | 42.1 | 13.4 | 7.6 | 30.2 | 1.7 |
| 실시예7 | 30 | 15.7 | 45.3 | 9.2 | 8.2 | 36.3 | 1.9 |
| 비교예7 | - | 14.0 | 40.4 | 10.5 | 12.2 | 59.4 | 2.1 |
| 비교예8 | - | 18.2 | 53.0 | 9.7 | 17.5 | 44.7 | 3.1 |
상기 표 3의 결과에서와 같이, 초기 특성을 측정 결과는 비교예7과 비교하여 마이크로파 열처리를 30분간 수행한 실시예7의 전극 비용량이 15.7F/cc, 저항이 9.2mΩ으로 우수한 초기 특성을 나타내었다.
또한, 본 발명의 방법으로 제조된 활성 탄소를 전극 활물질로 포함하는 실시예 5~7의 수퍼캐패시터 셀은 종래 방법으로 제조된 활성 탄소를 전극 활물질로 포함하는 비교예 7~8의 수퍼캐패시터 셀에 비해 고온 수명 평가 후에도 용량 감소율과 저항 증가율이 현격히 개선됨을 확인할 수 있었다.
Claims (17)
- 기공 크기(pore size) 0.3~5nm의 기공이 총 기공 부피 중 80% 이상이고,
표면의 관능기 함량이 0.100 meq/g 이하이며,
Fe, Cu, K, Sn, Ru, Rh, Pd, Ta, Os, Mo, Mn, Ni, Co, Ir, W, V, SiC, WC, TiC, NaCl, 페라이트(Ferrite), TiO2, SiO2, Al2O3 로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 산화물인 불순물을 300ppm 이하의 범위로 포함하는 활성 탄소.
- 제1항에 있어서,
상기 활성 탄소는 비표면적 1000~2200㎡/g, 총 기공 부피 0.7~1.2 cc/g인 것인 활성 탄소.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 활성 탄소는 기공 크기(pore size) 1.2~2.5nm의 미세 기공이 총 기공 부피 중 30% 이상인 것을 특징으로 하는 활성 탄소.
- 제1항에 따른 활성 탄소를 전극 활물질로 포함하는 전기화학 캐패시터.
- 제7항에 있어서,
상기 전극은 음극 또는 양극인 전기화학 캐패시터.
- 제7항에 있어서,
상기 전기화학 캐패시터는 수퍼캐패시터 또는 리튬이온캐패시터인 전기화학 캐패시터.
- 탄소 재료를 탄화시키고, 그 탄화물을 10㎛ 이하로 준비하는 단계;
상기 탄화물을 계면활성제에 함침시키고, 상기 탄화물 표면에 촉매를 흡착시켜 탄화물 슬러리 상태로 만드는 단계;
상기 탄화물 슬러리 내의 수분 함량이 30~50 중량%가 되도록 건조시키는 단계;
상기 건조된 탄화물에 마이크로파를 조사하여 활성화시키는 단계; 및
상기 촉매를 제거하는 단계를 포함하는 활성 탄소의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 탄화물은 C/H 몰비가 3 이상이고, 마이크로파를 중량당 25와트 이상 흡수하는 것인 활성 탄소의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 계면활성제는 탄화물 중량에 대하여 0.1~50중량%로 포함되는 것인 활성 탄소의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 계면활성제는 소듐 선형 알킬 벤젠 설포네이트(Sodium linear alkyl benzene sulphonate), 소듐 데도실 벤젠 설포네이트(Sodium dodecyl benzene sulphonate), 메틸 프로핀 술폰산염, 알킬 벤젠 술폰산염, 알킬 아미드 술폰산염, 올레핀 술폰산염, 프로필 나프탈렌 술폰산염, 리그닌 술폰산염, 멜라민 술폰산염, 나트륨염 술폰산염, 및 리튬염 술폰산염으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 음이온성 계면활성제인 활성 탄소의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 촉매는 탄화물 중량에 대하여 0.1~100중량%로 포함되는 것인 활성 탄소의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 촉매는 Fe, Cu, K, Sn, Ru, Rh, Pd, Ta, Os, Mo, Mn, Ni, Co, Ir, W, V, SiC, WC, TiC, NaCl, 페라이트(Ferrite), TiO2, SiO2, Al2O3 로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 산화물인 활성 탄소의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 마이크로파 조사는 2.45GHz±50 MHz, 0.3~5kW 출력 조건에서 2분~60분 동안 이루어지는 것인 활성 탄소의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 활성화는,
수증기, CO2 가스 중에서 선택되는 1종 이상의 공급 하에서 수행되는 것인 활성 탄소의 제조방법.
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| US10233129B2 (en) | 2011-06-06 | 2019-03-19 | Cool Planet Energy Systems, Inc. | Methods for application of biochar |
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| US10696603B2 (en) | 2011-06-06 | 2020-06-30 | Carbon Technology Holdings, LLC | Mineral solubilizing microorganism infused biochars |
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| US9493379B2 (en) | 2011-07-25 | 2016-11-15 | Cool Planet Energy Systems, Inc. | Method for the bioactivation of biochar for use as a soil amendment |
| US12054440B2 (en) | 2011-06-06 | 2024-08-06 | Carbon Technology Holdings, LLC | Method for application of biochar in turf grass and landscaping environments |
| US9980912B2 (en) | 2014-10-01 | 2018-05-29 | Cool Planet Energy Systems, Inc. | Biochars for use with animals |
| US10173937B2 (en) | 2011-06-06 | 2019-01-08 | Cool Planet Energy Systems, Inc. | Biochar as a microbial carrier |
| US9216916B2 (en) | 2013-10-25 | 2015-12-22 | Cool Planet Energy Systems, Inc. | System and method for purifying process water produced from biomass conversion to fuels |
| US11214528B2 (en) | 2011-06-06 | 2022-01-04 | Carbon Technology Holdings, LLC | Treated biochar for use in water treatment systems |
| US10392313B2 (en) | 2011-06-06 | 2019-08-27 | Cool Planet Energy Systems, Inc. | Method for application of biochar in turf grass and landscaping environments |
| US9552930B2 (en) | 2015-01-30 | 2017-01-24 | Corning Incorporated | Anode for lithium ion capacitor |
| US9779885B2 (en) | 2012-11-09 | 2017-10-03 | Corning Incorporated | Method of pre-doping a lithium ion capacitor |
| US11053171B2 (en) | 2014-10-01 | 2021-07-06 | Carbon Technology Holdings, LLC | Biochars for use with animals |
| AU2015328022B2 (en) * | 2014-10-01 | 2020-01-23 | Carbon Technology Holdings, LLC | Biochars and biochar treatment processes |
| US10870608B1 (en) | 2014-10-01 | 2020-12-22 | Carbon Technology Holdings, LLC | Biochar encased in a biodegradable material |
| US11426350B1 (en) | 2014-10-01 | 2022-08-30 | Carbon Technology Holdings, LLC | Reducing the environmental impact of farming using biochar |
| US10472297B2 (en) | 2014-10-01 | 2019-11-12 | Cool Planet Energy System, Inc. | Biochars for use in composting |
| US11097241B2 (en) | 2014-10-01 | 2021-08-24 | Talipot Cool Extract (Ip), Llc | Biochars, biochar extracts and biochar extracts having soluble signaling compounds and method for capturing material extracted from biochar |
| KR101964068B1 (ko) * | 2014-11-03 | 2019-04-01 | 주식회사 엘지화학 | 도전제의 제조방법, 이로부터 제조된 도전제 및 이를 포함하는 리튬이차전지 |
| US10068715B2 (en) * | 2014-12-12 | 2018-09-04 | Corning Incorporated | Activated carbon and electric double layer capacitor thereof |
| US9607778B2 (en) | 2015-01-30 | 2017-03-28 | Corning Incorporated | Poly-vinylidene difluoride anode binder in a lithium ion capacitor |
| US9672992B2 (en) | 2015-01-30 | 2017-06-06 | Corning Incorporated | Coke sourced anode for lithium ion capacitor |
| US9911545B2 (en) | 2015-01-30 | 2018-03-06 | Corning Incorporated | Phenolic resin sourced carbon anode in a lithium ion capacitor |
| US9679704B2 (en) | 2015-01-30 | 2017-06-13 | Corning Incorporated | Cathode for a lithium ion capacitor |
| KR102337542B1 (ko) * | 2017-05-15 | 2021-12-10 | 엘지이노텍 주식회사 | 전극 재료, 전극 재료를 이용한 전기 화학 소자 및 이의 제조 방법 |
| KR102337540B1 (ko) * | 2017-06-08 | 2021-12-10 | 엘지이노텍 주식회사 | 전기 이중층 커패시터 및 이의 제조 방법 |
| CN107500287B (zh) * | 2017-08-04 | 2020-02-18 | 北海和荣活性炭科技有限责任公司 | 一种高比表面积活性炭的生产方法 |
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| CN113711390A (zh) * | 2019-03-25 | 2021-11-26 | 赛莫必乐公司 | 金属泡沫电容器和超级电容器 |
| CN110038604B (zh) * | 2019-05-10 | 2022-07-19 | 辽宁大学 | CuCo/Ti3C2Tx复合材料及其制备方法和应用 |
| CN110357092A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-10-22 | 宁波中车新能源科技有限公司 | 一种超级电容器用活性炭及其制备方法和应用 |
| CN111573670A (zh) * | 2020-04-04 | 2020-08-25 | 大连理工大学 | 一种纤维素基多孔炭的制备方法及其应用 |
| CN111606328B (zh) * | 2020-06-28 | 2022-02-22 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种储能碳材料的制备方法、超级电容器及储能碳材料 |
| CN111883369B (zh) * | 2020-06-28 | 2022-04-19 | 南京林业大学 | 基于负载TiO2杏壳活性炭电极的超级电容器制备方法 |
| CN112023910B (zh) * | 2020-09-23 | 2023-03-28 | 西安凯立新材料股份有限公司 | 直链双键加氢催化剂的制备方法和应用 |
| US20210039066A1 (en) * | 2020-10-29 | 2021-02-11 | Chin-San Hsieh | Process of making substrate with activated carbon |
| KR102534521B1 (ko) * | 2021-06-30 | 2023-05-26 | 주식회사 더카본스튜디오 | 다공성 탄소 담지체, 다공성 탄소 담지체 제조방법 및 이를 이용한 연료전지용 촉매 |
| JP2024523944A (ja) * | 2021-06-30 | 2024-07-02 | ザ カーボン スタジオ インコーポレイテッド | 多孔性カーボン担体、多孔性カーボン担体の製造方法及びこれを用いた燃料電池用触媒 |
| CN114275763A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-05 | 天津大学 | 一种低温去除多孔炭中微量氧的方法 |
| US11961668B2 (en) | 2022-04-13 | 2024-04-16 | Imam Abdulrahman Bin Faisal University | Vanadium doped cobalt nickel spinel ferrite-based nanocomposite electrodes |
| KR102636378B1 (ko) * | 2022-11-30 | 2024-02-14 | (주)스마트코리아 | 리튬이차전지용 고성능 실리콘 음극소재 제조를 위한 탄소지지체 및 이의 제조방법 |
| CN117138523B (zh) * | 2023-11-01 | 2024-01-05 | 廊坊碧莹环保技术服务有限公司 | 一种VOCs废气治理技术用的VOCs脱除装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996039318A1 (en) | 1995-06-06 | 1996-12-12 | Itt Automotive Electrical Systems, Inc. | Vehicle brake |
| JP2008247627A (ja) | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Nippon Steel Chem Co Ltd | 炭素材料の製造方法および炭素材料ならびに電気二重層キャパシタ |
| JP2010517920A (ja) | 2007-02-14 | 2010-05-27 | ラドヤード， ライル イストバン， | 活性炭を形成する方法 |
| JP2011011935A (ja) * | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Kansai Coke & Chem Co Ltd | 活性炭の製造方法、および該製造方法により得られた活性炭を用いた電気二重層キャパシタ |
| US20110294661A1 (en) * | 2010-05-27 | 2011-12-01 | Kishor Purushottam Gadkaree | Halogenated activated carbon materials for high energy density ultracapacitors |
| US20110312485A1 (en) | 2010-06-18 | 2011-12-22 | The Governors Of The University Of Alberta | Method for preparation of activated carbon |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5650107A (en) * | 1979-09-28 | 1981-05-07 | Toho Rayon Co Ltd | Manufacture of fibrous activated carbon |
| JPH05209322A (ja) * | 1991-06-19 | 1993-08-20 | Morinobu Endo | ピッチ系活性炭素繊維 |
| AU670215B2 (en) * | 1993-10-25 | 1996-07-04 | Westvaco Corporation | Highly microporous carbons and process of manufacture |
| US6475461B1 (en) * | 1995-03-30 | 2002-11-05 | Nippon Sanso Corporation | Porous carbonaceous material, manufacturing method therefor and use thereof |
| JPH09309714A (ja) * | 1996-05-22 | 1997-12-02 | Heiyou Shoji Kk | 炭材の活性改質方法及びこれに用いる装置 |
| JP2000034114A (ja) * | 1998-07-17 | 2000-02-02 | Kubota Corp | 炭化及び活性炭製造方法 |
| AU2003227354B2 (en) * | 2002-04-22 | 2008-07-10 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Process for producing active carbon, polarizable electrode and electric double layer capacitor |
| JP4308740B2 (ja) * | 2004-09-24 | 2009-08-05 | 株式会社カナック | ハイブリッド反応炉とそれを利用した高機能材料の製造方法 |
| JP2006151784A (ja) | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Fumihiko Yazaki | マイクロ波プラズマ加熱を用いたアルカリ賦活法による活性炭の製造法 |
| JP2007266064A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Honda Motor Co Ltd | 電気二重層キャパシタ |
| JP4989157B2 (ja) * | 2006-08-31 | 2012-08-01 | セイコーインスツル株式会社 | 電気二重層キャパシタ |
| WO2008058231A2 (en) * | 2006-11-08 | 2008-05-15 | Curators Of The University Of Missouri | High surface area carbon and process for its production |
| KR20070039526A (ko) * | 2007-01-03 | 2007-04-12 | 오사까 가스 가부시키가이샤 | 전기2중층 커패시터용 활성탄, 전기2중층 커패시터용활성탄전극 및 그것을 이용한 전기2중층 커패시터 |
| KR101477802B1 (ko) * | 2008-02-05 | 2014-12-31 | 지에스칼텍스 주식회사 | 전극용 활성탄, 그의 제조방법 및 상기 활성탄을 포함하는연수기 |
| JP5563239B2 (ja) * | 2009-05-13 | 2014-07-30 | 関西熱化学株式会社 | 多孔質炭素材料の製造方法 |
| FI2448748T3 (fi) * | 2009-07-01 | 2024-10-09 | Basf Mobile Emissions Catalysts Llc | Ultrapuhtaita synteettisiä hiilimateriaaleja |
| US20120177923A1 (en) * | 2012-03-20 | 2012-07-12 | Haycarb PLC | Low ash activated carbon and methods of making same |
-
2012
- 2012-12-14 KR KR1020120146427A patent/KR102097334B1/ko active IP Right Grant
-
2013
- 2013-07-29 JP JP2013156438A patent/JP2014118345A/ja active Pending
- 2013-12-13 US US14/106,204 patent/US20140177136A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996039318A1 (en) | 1995-06-06 | 1996-12-12 | Itt Automotive Electrical Systems, Inc. | Vehicle brake |
| JP2010517920A (ja) | 2007-02-14 | 2010-05-27 | ラドヤード， ライル イストバン， | 活性炭を形成する方法 |
| JP2008247627A (ja) | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Nippon Steel Chem Co Ltd | 炭素材料の製造方法および炭素材料ならびに電気二重層キャパシタ |
| JP2011011935A (ja) * | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Kansai Coke & Chem Co Ltd | 活性炭の製造方法、および該製造方法により得られた活性炭を用いた電気二重層キャパシタ |
| US20110294661A1 (en) * | 2010-05-27 | 2011-12-01 | Kishor Purushottam Gadkaree | Halogenated activated carbon materials for high energy density ultracapacitors |
| US20110312485A1 (en) | 2010-06-18 | 2011-12-22 | The Governors Of The University Of Alberta | Method for preparation of activated carbon |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Advanced Energy Materials. 2011, Vol. 1, pp. 356-361 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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