KR102372794B1 - Method for preparing the porous carbon using zinc oxide without aftertreatment process and supercapacitor electrode comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다공성 탄소, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 슈퍼커패시터 전극에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 종래 기술에 비해 비교적 간단하고 후처리 공정이 필요 없는 다공성 탄소의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to porous carbon, a method for producing the same, and a supercapacitor electrode including the same, and more particularly, to a method for producing porous carbon that is relatively simple and does not require a post-treatment process compared to the prior art.
다공성 탄소는 흡착제, 필터, 전극 재료 등의 다양한 어플리케이션에 적용되는 물질이다. 그 중에서도 다공성 탄소는 이온 흡착으로 에너지를 저장하는 전기 이중층 커패시터(EDLC) 전극으로 매우 효과적인 재료이다. 이러한 다공성 탄소는 활성화(activation) 공정을 통해서 제조될 수 있다. 활성화 공정은 크게 화학적 활성화(chemical activation)와 물리적 활성화(physical activation) 분류된다.Porous carbon is a material that finds application in a variety of applications such as adsorbents, filters, and electrode materials. Among them, porous carbon is a very effective material as an electric double layer capacitor (EDLC) electrode that stores energy by ion adsorption. Such porous carbon may be prepared through an activation process. The activation process is largely classified into chemical activation and physical activation.
화학적 활성화 공정은 균일성(Homogeneous)을 위해 용매를 이용하여 화학적 에칭액(Etchant)을 녹여서 사용하는 공정으로, 효율적으로 다공성 탄소의 마이크로 사이즈의 기공을 형성할 수 있다. 그러나 바람직한 기공을 형성하기 위해서 다량의 에칭액을 사용해야하므로 높은 비용이 요구되며, 또한 에칭액의 사용은 다량의 폐액을 발생시켜 폐액 처리를 위한 후처리 공정을 필요로 한다. The chemical activation process is a process in which a chemical etchant is dissolved using a solvent for homogeneousness and used, and micro-sized pores of porous carbon can be efficiently formed. However, high cost is required because a large amount of etching solution is used to form desirable pores, and the use of the etching solution also generates a large amount of waste solution and requires a post-treatment process for treating the waste solution.
따라서 최소한으로 최적의 양만을 효율적으로 사용함으로써 후처리 공정이 필요 없고, 폐액이 발생하지 않는 다공성 탄소의 합성방법이 필요하다.Therefore, there is a need for a method of synthesizing porous carbon that does not require a post-treatment process and does not generate a waste solution by efficiently using only an optimal amount at a minimum.
본 발명의 일 목적은 한 번의 열처리 공정을 통해 비교적 간단하게 다공성 탄소를 합성할 수 있으면서, 열처리 공정 후 후처리 공정을 필요로 하지 않는 다공성 탄소의 합성 방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a method for synthesizing porous carbon that does not require a post-treatment process after the heat treatment process while synthesizing porous carbon relatively simply through one heat treatment process.
본 발명의 다른 목적은 마이크로 및 메조 크기의 기공이 각각 형성된, 높은 비표면적을 갖는 다공성 탄소를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a porous carbon having a high specific surface area, in which micro- and meso-sized pores are formed, respectively.
본 발명의 다른 목적은 이온의 이동이 용이한 슈퍼커패시터 전극을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a supercapacitor electrode that facilitates the movement of ions.
본 발명의 일 목적을 위한 다공성 탄소의 합성 방법은 폴리염화비닐리덴(PVDC) 및 산화아연(ZnO)을 포함하는 혼합물을 750℃ 이상에서 열처리하는 것을 포함하며, 단 한 번의 열처리 공정으로 다공성 탄소를 제조하는 것을 특징으로 한다.A method of synthesizing porous carbon for one purpose of the present invention includes heat-treating a mixture containing polyvinylidene chloride (PVDC) and zinc oxide (ZnO) at 750° C. or higher, and porous carbon is produced in a single heat treatment process characterized by manufacturing.
일 실시예에서, 상기 산화아연(ZnO)은 상기 혼합물 전체 대비 50wt% 이하 첨가할 수 있다. 일반적으로 다공성 탄소의 합성에서는 활성화제 또는 템플릿(template)을 전구체보다 많은 양을 사용하여 비표면적을 증가시킨다. 그러나 본 발명에서는 활성화제로 사용되는 산화아연을 전구체 대비 50wt% 이하로 첨가하여 비표면적을 증가시키는 것을 특징으로 하여, 매우 경제적이며 효과적으로 다공성 탄소의 대량 생산을 수행할 수 있다.In an embodiment, the zinc oxide (ZnO) may be added in an amount of 50 wt% or less based on the total amount of the mixture. In general, in the synthesis of porous carbon, the specific surface area is increased by using an activator or a template in a larger amount than the precursor. However, in the present invention, zinc oxide used as an activator is added in an amount of 50 wt% or less compared to the precursor to increase the specific surface area, so that mass production of porous carbon can be performed very economically and effectively.
일 실시예에서, 상기 산화아연(ZnO)이 상기 혼합물 전체 대비 0 초과 33wt% 이하로 첨가하는 경우, 750℃ 이상으로 열처리하고, 상기 산화아연(ZnO)이 상기 혼합물 전체 대비 33 초과 50wt% 이하로 첨가하는 경우, 950℃ 이상으로 열처리할 수 있다. In one embodiment, when the zinc oxide (ZnO) is added in an amount of more than 0 and 33 wt% or less relative to the total amount of the mixture, heat treatment is performed at 750° C. or more, and the zinc oxide (ZnO) is added to more than 33 and 50 wt% or less of the total of the mixture. When added, heat treatment may be performed at 950° C. or higher.
일 실시예에서, 상기 열처리는 상온에서 950℃까지 승온하여 수행될 수 있다. In one embodiment, the heat treatment may be performed by raising the temperature from room temperature to 950 °C.
일 실시예에서, 상기 승온은 5℃/min으로 수행될 수 있다.In one embodiment, the temperature increase may be performed at 5 °C / min.
일 실시예에서, 상기 승온 후의 온도로 2시간 이상을 유지하여 수행할 수 있다. In one embodiment, it may be carried out by maintaining the temperature after the temperature rise for 2 hours or more.
일 실시예에서, 상기 폴리염화비닐리덴(PVDC) 및 산화아연(ZnO)은 고상일 수 있다. 종래 기술의 경우, 전구체 및 활성화제로 액상을 사용하거나 용매를 이용하여 물질을 녹이는 방법을 통해 다공성 탄소를 합성하는 방법을 이용하나, 본 발명에서는 고상의 물질을 사용함으로써 폐액을 형성하지 않는 장점이 있다.In one embodiment, the polyvinylidene chloride (PVDC) and zinc oxide (ZnO) may be in a solid phase. In the case of the prior art, a method of synthesizing porous carbon by using a liquid phase as a precursor and an activator or a method of dissolving a material using a solvent is used, but in the present invention, a waste solution is not formed by using a solid material. .
일 실시예에서, 상기 산화아연(ZnO)은 상기 혼합물 전체 대비 50wt% 이하로 첨가되며, 상기 열처리는 상온에서 950℃까지 승온하고, 상기 승온은 5℃/min으로 수행하며, 상기 승온 후의 온도로 2시간 이상을 유지하여 수행하고, 상기 폴리염화비닐리덴(PVDC) 및 산화아연(ZnO)은 고상일 수 있다.In one embodiment, the zinc oxide (ZnO) is added in an amount of 50 wt% or less based on the total amount of the mixture, and the heat treatment is heated from room temperature to 950° C., and the temperature is raised at 5° C./min. It is carried out by maintaining it for 2 hours or more, and the polyvinylidene chloride (PVDC) and zinc oxide (ZnO) may be in a solid phase.
본 발명의 다른 목적을 위한 다공성 탄소는 본 발명의 다공성 탄소의 제조방법에 의해 제조되며, 마이크로 기공을 포함할 수 있다. 상기 마이크로 기공은 1.2 내지 2 nm 크기를 갖는 기공일 수 있다.Porous carbon for another purpose of the present invention is prepared by the method for producing porous carbon of the present invention, and may include micropores. The micropores may be pores having a size of 1.2 to 2 nm.
일 실시예에서, 상기 다공성 탄소는 산화아연(ZnO)을 포함하지 않을 수 있다. 따라서 후처리 공정을 따로 수행하지 않는 장점이 있다. 또한, 상기 열처리 과정에서 형성되는 염화아연(ZnCl2) 및 아연(Zn)을 포함하지 않을 수 있다.In an embodiment, the porous carbon may not include zinc oxide (ZnO). Therefore, there is an advantage in that a separate post-treatment process is not performed. In addition, zinc chloride (ZnCl 2 ) and zinc (Zn) formed in the heat treatment process may not be included.
본 발명의 또 다른 목적을 위한 슈퍼커패시터 전극은 본 발명의 다공성 탄소를 포함한다. 거대 및 메조 기공뿐만 아니라 마이크로 크기의 기공을 갖는 다공성 탄소로 인해 상기 슈퍼커패시터 전극에서 전해질 이온의 출입을 용이하게 만들 수 있다. 따라서 상기 커패시터 전극은 높은 방전용량과 높은 율속특성을 가질 수 있다.A supercapacitor electrode for another object of the present invention comprises the porous carbon of the present invention. Due to the porous carbon having micropores as well as macropores and mesopores, it is possible to facilitate entry and exit of electrolyte ions from the supercapacitor electrode. Accordingly, the capacitor electrode may have a high discharge capacity and a high rate-rate characteristic.
본 발명에 따르면, 매우 간단한 방법으로 높은 비표면적의 다공성 탄소를 제공할 수 있어 다공성 탄소의 대량생산에 용이하며, 용매, 에칭액 등의 용액을 사용하지 않아 폐액과 같은 잔류물이 발생시키지 않으므로 후처리 공정을 생략할 수 있는 효과가 있다. 또한, 고상의 화합물만을 이용하므로 비용절감의 효과도 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide porous carbon with a high specific surface area in a very simple way, which makes it easy for mass production of porous carbon. There is an effect that the process can be omitted. In addition, since only the solid compound is used, an effect of cost reduction can be provided.
도 1은 본 발명의 다공성 탄소, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 슈퍼커패시터 전극을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따라 제조된 다공성 탄소의 표면 및 기공 형성 분석을 위한 FE-SEM 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따라 제조된 다공성 탄소의 비표면적 분석을 위한 기공 크기별 부피(Pore Volume)를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따라 제조된 다공성 탄소의 열처리 동안 무게 변화를 분석하기 위한 그래프이다. 1 is a view for explaining a porous carbon of the present invention, a method for manufacturing the same, and a supercapacitor electrode including the same.
2 is a FE-SEM image for the surface and pore formation analysis of porous carbon prepared according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
3 is a graph showing the volume of each pore size for the analysis of the specific surface area of the porous carbon prepared according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
4 is a graph for analyzing the weight change during heat treatment of porous carbon prepared according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and includes one or more other features or steps. , it should be understood that it does not preclude the possibility of the existence or addition of an operation, a component, a part, or a combination 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 문맥 상 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 should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not
도 1은 본 발명의 다공성 탄소, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 슈퍼커패시터 전극을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a porous carbon of the present invention, a method for manufacturing the same, and a supercapacitor electrode including the same.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다공성 탄소 제조 방법은 폴리염화비닐리덴(PVDC) 및 산화아연(ZnO)을 포함하는 혼합물을 750℃ 이상에서 열처리하는 것을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the method for producing porous carbon of the present invention may include heat-treating a mixture including polyvinylidene chloride (PVDC) and zinc oxide (ZnO) at 750° C. or higher.
상기 폴리염화비닐리덴(PVDC)은 본 발명에서 탄소 합성의 전구체로 사용되는 물질로, 열처리만으로도 높은 표면적을 갖는 탄소를 합성할 수 있다. 그러나 열처리를 통해 합성된 탄소에 형성된 기공은 미세 기공으로만 이루어져 있으므로, 전극에 응용에 있어서 적합하지 않다. 따라서 본 발명에서는 이에 추가 기공을 형성하여 높은 비표면적을 갖는 다공성 탄소를 제조하기 위해 산화아연(ZnO)을 혼합하여 사용할 수 있다. The polyvinylidene chloride (PVDC) is a material used as a precursor for carbon synthesis in the present invention, and carbon having a high surface area can be synthesized only by heat treatment. However, since pores formed in carbon synthesized through heat treatment consist only of micropores, they are not suitable for application to electrodes. Therefore, in the present invention, zinc oxide (ZnO) may be mixed and used to form additional pores thereto to prepare porous carbon having a high specific surface area.
상기 산화아연(ZnO)은 탄소 전구체와 함께 사용하여 거대 기공을 형성하는 템플릿(template)으로 사용될 수 있다. 본 발명에서는 상기 산화아연(ZnO)을 다공성 탄소의 거대 기공 형성을 위한 템플릿으로 사용할 뿐만 아니라, 동시에 다공성 탄소에 미세 기공을 형성하는 활성화제(activation agent)로 사용하는 것을 특징으로 한다. The zinc oxide (ZnO) may be used as a template for forming macropores by using it together with a carbon precursor. In the present invention, the zinc oxide (ZnO) is not only used as a template for forming macropores of porous carbon, but also is used as an activation agent for forming micropores in porous carbon at the same time.
상기 열처리 동안, 상기 혼합물의 산화아연(ZnO)은 열처리에 의해 제거되어 산화아연(ZnO)이 위치했던 자리에 거대 기공(macropore) 및 메조 기공(mesopore)을 형성할 수 있다. During the heat treatment, zinc oxide (ZnO) of the mixture may be removed by heat treatment to form macropores and mesopores at positions where zinc oxide (ZnO) was located.
이와 동시에, 상기 폴리염화비닐리덴(PVDC)은 열처리에 의해 염산(HCl)을 형성하게 되는데, 이 때 거대 기공 형성 역할을 하던 산화아연(ZnO)은 상기 염산과 반응(ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O)하여 염화아연(ZnCl2)을 형성할 수 있다. 형성된 염화아연(ZnCl2)에 의한 활성화 반응으로 마이크로 기공을 형성할 수 있으며, 형성된 염화아연은 고온에서 열처리 동안 증발(evaporation)하여 불순물을 남기지 않을 수 있다. 이러한 반응을 본 발명에서는 첫 번째 활성화(1st activation)로 명명하였다.At the same time, the polyvinylidene chloride (PVDC) forms hydrochloric acid (HCl) by heat treatment. At this time, zinc oxide (ZnO), which plays a role in forming macropores, reacts with the hydrochloric acid (ZnO + 2HCl → ZnCl 2 + H 2 O) to form zinc chloride (ZnCl 2 ). Micropores may be formed by an activation reaction by the formed zinc chloride (ZnCl 2 ), and the formed zinc chloride may be evaporated during heat treatment at a high temperature to leave no impurities. This reaction was called first activation in the present invention.
상기 첫 번째 활성화 이후, 염산(HCl)과 반응하지 않은 산화아연(ZnO)은 비교적 더 높은 온도에서 폴리염화비닐리덴(PVDC)에 의해 형성된 탄소와 반응(2ZnO + C → 2Zn + CO2)하여 아연(Zn)을 형성할 수 있다. 이 반응을 통해 형성된 탄소는 아연(Zn)에 의해 산화되어 마이크로 기공을 형성할 수 있다. 이때, 혼합물에서 산화아연(ZnO)이 차지했던 자리는 메조기공이 형성될 수 있다. 형성된 아연(Zn)은 열처리 동안 증발(evaporation)하여 불순물을 남기지 않을 수 있다. 이러한 반응을 본 발명에서는 두 번째 활성화(2nd activation)로 명명하였다.After the first activation, zinc oxide (ZnO) that did not react with hydrochloric acid (HCl) reacts with carbon formed by polyvinylidene chloride (PVDC) at a relatively higher temperature (2ZnO + C → 2Zn + CO 2 ) to produce zinc (Zn) can be formed. Carbon formed through this reaction may be oxidized by zinc (Zn) to form micropores. In this case, mesopores may be formed in the positions occupied by zinc oxide (ZnO) in the mixture. The formed zinc (Zn) may be evaporated during heat treatment to leave no impurities. This reaction was called second activation in the present invention.
상기 두 번째 활성화를 통해, 염산(HCl)과 반응하지 않은 산화아연(ZnO)이 다공성 탄소의 미세 기공과 메조 기공을 형성한다는 것을 도출할 수 있다. 따라서, 산화아연(ZnO)의 첨가 비율을 조절하여 높은 비표면적의 다공성 탄소를 제작할 수 있다.Through the second activation, it can be derived that zinc oxide (ZnO) that does not react with hydrochloric acid (HCl) forms micropores and mesopores of porous carbon. Therefore, porous carbon having a high specific surface area can be manufactured by controlling the addition ratio of zinc oxide (ZnO).
바람직하게는, 상기 산화아연(ZnO)은 상기 혼합물 전체 대비 50wt% 이하로 첨가할 수 있다. 50wt% 초과로 첨가하는 경우, 산화아연(ZnO)이 열처리 동안 모두 반응하지 않아 합성된 다공성 탄소에 잔류될 수 있고, 이는 다공성 탄소의 응용에 있어서 성능을 악화시키는 문제점이 있을 수 있다.Preferably, the zinc oxide (ZnO) may be added in an amount of 50 wt% or less based on the total amount of the mixture. When added in more than 50 wt%, zinc oxide (ZnO) may not react at all during heat treatment and may remain in the synthesized porous carbon, which may have a problem of deteriorating performance in the application of porous carbon.
일 실시예에서, 상기 산화아연(ZnO)이 상기 혼합물 전체 대비 약 0 초과 33wt% 이하로 첨가하는 경우, 750℃ 이상으로 열처리하고, 상기 산화아연(ZnO)이 상기 혼합물 전체 대비 약 33 초과 50wt% 이하로 첨가하는 경우, 950℃ 이상으로 열처리할 수 있다.In one embodiment, when the zinc oxide (ZnO) is added in an amount of greater than about 0 and less than or equal to 33 wt% relative to the total amount of the mixture, heat treatment is performed at 750° C. or higher, and the zinc oxide (ZnO) is greater than about 33 and 50 wt% of the entire mixture. When added below, it can be heat-treated at 950°C or higher.
상기 열처리는 상온에서부터 950℃까지 승온하여 수행될 수 있다. 상기 승온은 폴리염화비닐리덴(PVDC)를 탄화시키고 분해된 염산(HCl)과 산화아연(ZnO)과의 반응을 통해 염화아연(ZnCl2)을 형성하는 것으로 탄소를 활성화하여 기공을 형성시키기 위한 온도(1차 활성화) 및 폴리염화비닐리덴(PVDC)으로부터 형성된 탄소가 산화아연(ZnO)과 반응하기 위한 온도(2차 활성화)를 제공하기 위해 수행될 수 있다. 또한 상기 2차 활성화를 통해형성된 아연(Zn)이 다공성 탄소에 남아있지 않도록 모두 증발시키기 위해 수행될 수 있다. 바람직하게는, 상기 승온은 5℃/min 의 속도로 수행될 수 있다.The heat treatment may be performed by raising the temperature from room temperature to 950°C. The elevated temperature carbonizes polyvinylidene chloride (PVDC) and forms zinc chloride (ZnCl 2 ) through the reaction of decomposed hydrochloric acid (HCl) with zinc oxide (ZnO). Temperature for activating carbon to form pores (primary activation) and to provide a temperature for the carbon formed from polyvinylidene chloride (PVDC) to react with zinc oxide (ZnO) (secondary activation). In addition, it may be performed to evaporate all zinc (Zn) formed through the secondary activation so that it does not remain in the porous carbon. Preferably, the temperature increase may be performed at a rate of 5° C./min.
일 실시예에서, 상기 승온 후의 온도로 2시간 이상을 유지하여 수행할 수 있다. 이는 폴리염화비닐리덴(PVDC)로부터 탄소를 형성시키는 동시에 형성된 탄소가 산화아연(ZnO)과 반응하기 위한 충분한 시간을 주기 위해 수행할 수 있다.In one embodiment, it may be carried out by maintaining the temperature after the temperature rise for 2 hours or more. This can be done to form carbon from polyvinylidene chloride (PVDC) and at the same time to give sufficient time for the formed carbon to react with zinc oxide (ZnO).
일 실시예에서, 상기 폴리염화비닐리덴(PVDC) 및 산화아연(ZnO)은 고상일 수 있다. 고상의 폴리염화비닐리덴(PVDC) 및 산화아연(ZnO)이 혼합된 혼합물을 사용하는 경우, 열처리 하였을 때 상기 산화아연(ZnO)이 템플릿(template)으로 작용하여, 상기 산화아연(ZnO)이 자리한 곳에 거대 기공(macropore) 또는 메조 기공(mesopore)이 형성될 수 있다.In one embodiment, the polyvinylidene chloride (PVDC) and zinc oxide (ZnO) may be in a solid phase. When a mixture of solid polyvinylidene chloride (PVDC) and zinc oxide (ZnO) is used, the zinc oxide (ZnO) acts as a template when heat-treated, so that the zinc oxide (ZnO) is located. Macropores or mesopores may be formed there.
본 발명의 제조방법 따라 제조된 다공성 탄소는 거대 기공 및 메조 기공뿐만 아니라 마이크로 기공이 형성되어 높은 비표면적을 가질 수 있다.The porous carbon prepared according to the manufacturing method of the present invention may have a high specific surface area because macropores and mesopores as well as micropores are formed.
상기 거대 기공의 크기는 약 50 nm 이상이고, 상기 메조 기공의 크기는 약 3 내지 10 nm이며, 상기 마이크로 기공의 크기는 1.2 내지 2 nm일 수 있다. The size of the macropores may be about 50 nm or more, the size of the mesopores may be about 3 to 10 nm, and the size of the micropores may be 1.2 to 2 nm.
본 발명의 슈퍼커패시터 전극은 상기 다공성 탄소를 포함할 수 있다. 상기 다공성 탄소는 3번의 기공 형성 반응(템플레이팅, 1st 및 2nd 활성화)으로 인해 연결된 기공 구조가 형성되어 기공 내 이온 확산 저항을 감소시켜, 이온의 이동을 용이하게 할 수 있다.The supercapacitor electrode of the present invention may include the porous carbon. In the porous carbon, a connected pore structure is formed due to three pore-forming reactions (templating, 1 st and 2 nd activation), thereby reducing ion diffusion resistance in the pores, thereby facilitating the movement of ions.
본 발명에 따르면, 열처리 동안 산화아연(ZnO)을 기공 형성을 위한 반응에 모두 이용함으로써, 거대 기공뿐만 아니라 마이크로 기공을 형성할 수 있고, 폐액 또는 잔류물을 생성하지 않아. 이로 인한 다공성 탄소의 추가 공정을 필요로 하지 않는다.According to the present invention, by using both zinc oxide (ZnO) in the reaction for pore formation during heat treatment, not only macropores but also micropores can be formed, and no waste solution or residue is generated. Due to this, additional processing of the porous carbon is not required.
실시예 1: P1ZnO-950Example 1: P1ZnO-950
탄소 합성을 위한 전구체로 폴리염화비닐리덴(PVDC-resin) (F216, Asahi kasei)을 사용하였고, 기공 구조 생성을 위한 화학 작용제(chemical agent)로 ZnO (≥99.0%, Sigma Aldrich)를 사용하였다. Polyvinylidene chloride (PVDC-resin) (F216, Asahi kasei) was used as a precursor for carbon synthesis, and ZnO (≥99.0%, Sigma Aldrich) was used as a chemical agent for pore structure generation.
폴리염화비닐리덴(PVDC) 및 산화아연(ZnO)을 1:1의 중량비로 혼합하여 아게이트 유발(agate mortar)을 이용하여 물리적으로 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 이어서, 상기 혼합물을 수평 튜브 전기로(horizontal tube furnace)에서 투입한 후, 300 cm3 min-1의 유량으로 N2 분위기를 유지하며, 상온에서부터 950℃까지 5℃/min의 속도로 승온한 후, 950℃에서 2 시간 동안 열처리하여 다공성 탄소를 합성하였다. 실시예 1을 통해 합성된 다공성 탄소는 첨가 비율 및 온도 조건에 따라, P1ZnO-950으로 명명하였다.Polyvinylidene chloride (PVDC) and zinc oxide (ZnO) were mixed in a weight ratio of 1:1 and physically mixed using an agate mortar to prepare a mixture. Then, after the mixture was put in a horizontal tube furnace, the N 2 atmosphere was maintained at a flow rate of 300 cm 3 min -1 , and the temperature was raised from room temperature to 950° C. at a rate of 5° C./min. , porous carbon was synthesized by heat treatment at 950 °C for 2 hours. The porous carbon synthesized in Example 1 was named P1ZnO-950 according to the addition ratio and temperature conditions.
비교예 1: P 
폴리염화비닐리덴(PVDC) 및 산화아연(ZnO)을 1:0.5의 중량비로 혼합한 혼합물을 사용한 것을 제외하고는, 본 발명의 실시예 1과 동일한 공정을 통해 다공성 탄소를 합성하였다. 비교예 1을 통해 합성된 다공성 탄소는 P
비교예 2: P1.5ZnO-950Comparative Example 2: P1.5ZnO-950
폴리염화비닐리덴(PVDC) 및 산화아연(ZnO)을 1:1.5의 중량비로 혼합한 혼합물을 사용한 것을 제외하고는, 본 발명의 실시예 1과 동일한 공정을 통해 다공성 탄소를 합성하였다. 비교예 2를 통해 합성된 다공성 탄소는 P
비교예 3: P1ZnO-750Comparative Example 3: P1ZnO-750
상온에서부터 750℃까지 5℃/min의 속도로 승온한 후, 750℃에서 2 시간 동안 열처리한 것을 제외하고는, 본 발명의 실시예 1과 동일한 공정을 통해 다공성 탄소를 합성하였다. 비교예 3을 통해 합성된 다공성 탄소는 P1ZnO-750으로 명명하였다.Porous carbon was synthesized through the same process as in Example 1 of the present invention, except that the temperature was increased from room temperature to 750° C. at a rate of 5° C./min, and then heat-treated at 750° C. for 2 hours. The porous carbon synthesized in Comparative Example 3 was named P1ZnO-750.
비교예 4: P 
폴리염화비닐리덴(PVDC) 및 산화아연(ZnO)을 1:0.5의 중량비로 혼합한 혼합물을 사용한 것과 상온에서부터 750℃까지 5℃/min의 속도로 승온한 후, 750℃에서 2 시간 동안 열처리한 것을 제외하고는, 본 발명의 실시예 1과 동일한 공정을 통해 다공성 탄소를 합성하였다. 비교예 4를 통해 합성된 다공성 탄소는 P
비교예 5: PVDC resin carbonComparative Example 5: PVDC resin carbon
산화아연(ZnO)을 사용하지 않은 것을 제외하고는, 본 발명의 실시예 1과 동일한 공정을 통해 다공성 탄소를 합성하였다. 비교예 5를 통해 합성된 다공성 탄소는 PVDC resin carbon으로 명명하였다.Porous carbon was synthesized through the same process as in Example 1 of the present invention, except that zinc oxide (ZnO) was not used. The porous carbon synthesized in Comparative Example 5 was named PVDC resin carbon.
실험예 1: 표면 및 기공 분석Experimental Example 1: Surface and pore analysis
본 발명의 실시예 및 비교예들을 통해 형성된 다공성 탄소의 표면 형상 및 기공 형성을 확인하기 위해 FE-SEM(Field-emission scanning electron microscopy) (FE-SEM, SU8220, Hitachi, Japan)를 사용하여 관찰하였고, 그 결과들을 도 2에 나타냈다.Field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM, SU8220, Hitachi, Japan) was used to confirm the surface shape and pore formation of the porous carbon formed in Examples and Comparative Examples of the present invention. , the results are shown in FIG. 2 .
도 2를 참조하면, P1ZnO-950 다공성 탄소는 표면에 기공이 형성된 것을 확인할 수 있으며, 다양한 크기의 기공이 형성된 것을 확인할 수 있다. 이와 비교하여, P1ZnO-750 및 P1.5ZnO-950 다공성 탄소 각각은 활성화제로 사용된 ZnO가 여전히 남아있는 것을 확인할 수 있다. 이의 결과로부터 950℃의 열처리가 활성화제를 제거하는데 매우 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있으며, 활성화제 제거를 위해서는 PVCD 및 ZnO의 질량비가 매우 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 2 , it can be confirmed that pores are formed on the surface of P1ZnO-950 porous carbon, and pores of various sizes are formed. In comparison, it can be confirmed that ZnO used as an activator still remains in each of the P1ZnO-750 and P1.5ZnO-950 porous carbons. From this result, it can be seen that heat treatment at 950° C. plays a very important role in removing the activator, and it can be seen that the mass ratio of PVCD and ZnO plays a very important role in removing the activator.
실험예 2: 비표면적 분석Experimental Example 2: Analysis of specific surface area
본 발명의 실시예 및 비교예들을 통해 형성된 다공성 탄소의 의 기공 크기 분포 및 비표면적의 분석을 위해 자동 가스 흡착 분석기(Automated gas adsorption analyzer)(Autosorb iQ, Anton Paar, Republic of Austria)를 사용하여 77 K의 온도에서 N2의 흡/탈착을 분석하였다. 분석 실험 전에 다공성 탄소에 흡착된 수분과 유가 화합물(organic compound)을 제거하기 위해 300℃에서 3 시간 동안 열처리하여 탈기(degassing)하였다. 측정된 흡탈착 등온 곡선으로부터 QSDFT 모델(Quenched solid density functional theory model)로 기공 크기 분포를 측정하였고, BET(Brunauer??Emmett??Teller) 방법으로 전체 비표면적(SBET)을 계산하였으며, t-plot 방법으로 마이크로 기공(micropore)의 면적(Smicro)을 측정하였다. 상대압력 P/P0 = 0.99에서 합성된 다공성 탄소의 총 기공 부피(total pore volume, Vtotal)를 측정하였다. 그 결과를 도 3 및 표 1에 나타냈다.An automated gas adsorption analyzer (Autosorb iQ, Anton Paar, Republic of Austria) was used to analyze the pore size distribution and specific surface area of porous carbon formed in Examples and Comparative Examples of the present invention. The adsorption/desorption of N 2 at a temperature of K was analyzed. Before the analysis experiment, in order to remove moisture and organic compounds adsorbed on the porous carbon, heat treatment was performed at 300° C. for 3 hours, followed by degassing. From the measured adsorption and desorption isothermal curves, the pore size distribution was measured with a QSDFT model (Quenched solid density functional theory model), and the total specific surface area (S BET ) was calculated using the Brunauer ? Emmett ? Teller (BET) method, t- The area (S micro ) of the micropores was measured by the plot method. The total pore volume (V total ) of the synthesized porous carbon at the relative pressure P/P0 = 0.99 was measured. The results are shown in Fig. 3 and Table 1.
(m2 g-1)S BET
(m 2 g -1 )
(m2 g-1)S micro
(m 2 g -1 )
(m3 g-1)V total
(m 3 g -1 )
도 3 및 표 1을 함께 참조하면, P
한편, P
실험예 3: 무게 변화 분석Experimental Example 3: Weight change analysis
폴리염화비닐리덴(PVDC) 및 산화아연(ZnO)의 혼합물을 열처리하였을 때 온도에 따른 무게 변화를 분석하기 위해 열중량분석기(Thermogravimetric analyzer) (auto TGA-DSC, SDT 650, TA Instruments, United State of America)를 사용하여 N2 분위기에서 5 ℃/min의 승온 속도로 1000 ℃까지 열처리 온도 변화에 따른 무게 변화를 분석하였다. 그 결과를 도 4에 나타냈다.Thermogravimetric analyzer (auto TGA-DSC, SDT 650, TA Instruments, United State of America) was used to analyze the weight change according to the change in the heat treatment temperature up to 1000 °C at a temperature increase rate of 5 °C/min in an N 2 atmosphere. The results are shown in FIG. 4 .
도 4를 참조하면, 약 140℃에서 PVDC 및 ZnO을 포함하는 혼합물의 무게 감소 시작됨을 확인할 수 있다. 반면, PVDC-resin만을 열처리 했을 경우에는 약 200℃에서 무게 감소가 시작됨을 확인할 수 있다. 이러한 무게 감소는 PVDC로부터 발생된 HCl에 기인하여 나타나는 결과인 것으로 예상할 수 있다. PVDC 및 ZnO을 포함하는 혼합물의 경우에는 산화아연(ZnO)의 탈염소(dechlorination)가 촉진되어 PVDC-resin 보다 낮은 온도인 140℃에서 HCl의 발생으로 무게 감소가 발생한 것으로 분석할 수 있다. PVDC 및 ZnO을 포함하는 혼합물은 약 400 내지 600℃에서는 주된 무게 감소가 나타남을 확인할 수 있는데, 이는 ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O의 반응을 통해 형성된 무거운 ZnCl2가 증발하여 나타나는 결과인 것으로 분석할 수 있다. 이후, PVDC 및 ZnO을 포함하는 혼합물은 약 750℃ 이상에서 눈에 띄는 무게 감소가 나타남을 확인할 수 있고, 이는 2ZnO + C → 2Zn + CO2의 반응을 통해 Zn가 증발하는 동시에 탄소가 산화되어 무게가 감소한 결과인 것으로 해석할 수 있다. Referring to FIG. 4 , it can be confirmed that the weight of the mixture including PVDC and ZnO starts to decrease at about 140°C. On the other hand, when only PVDC-resin is heat treated, it can be confirmed that the weight reduction starts at about 200℃. This weight loss can be expected to be a result of HCl generated from PVDC. In the case of a mixture containing PVDC and ZnO, it can be analyzed that the dechlorination of zinc oxide (ZnO) is promoted and the weight reduction occurred due to the generation of HCl at 140°C, which is a lower temperature than PVDC-resin. It can be seen that the mixture containing PVDC and ZnO shows a major weight reduction at about 400 to 600 °C, which is a result of evaporation of heavy ZnCl 2 formed through the reaction of ZnO + 2HCl → ZnCl 2 + H 2 O. can be analyzed. Thereafter, it can be seen that the mixture containing PVDC and ZnO exhibits a noticeable weight loss at about 750° C. or higher, which is caused by the evaporation of Zn and the oxidation of carbon at the same time through the reaction of 2ZnO + C → 2Zn + CO 2 This can be interpreted as a result of a decrease in
따라서 이를 통해서 PVDC 및 ZnO을 포함하는 혼합물은 열처리 동안 2번의 활성화 반응이 일어나는 것을 확인할 수 있고, 더욱이, 750℃에서 나타나는 무게 감소를 통해 PVDC 및 ZnO을 포함하는 혼합물에서 ZnO의 첨가 비율에 따라 2차 활성화 반응 정도에 차이가 있음을 도출해냈다.Therefore, it can be confirmed that the mixture containing PVDC and ZnO undergoes two activation reactions during heat treatment. Furthermore, through the weight reduction at 750° C., the secondary according to the addition ratio of ZnO in the mixture containing PVDC and ZnO It was derived that there was a difference in the degree of activation reaction.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. You will understand that you can.
Claims (11)
상기 산화아연(ZnO)은 상기 혼합물 전체 대비 50wt% 이하로 첨가되며,
상기 혼합물은 용매를 사용하지 않는 것을 특징으로 하는,
다공성 탄소의 제조방법.
It comprises heat-treating a mixture containing solid polyvinylidene chloride (PVDC) and zinc oxide (ZnO) from room temperature to a temperature of 750°C to 950°C,
The zinc oxide (ZnO) is added in an amount of 50 wt% or less based on the total amount of the mixture,
The mixture is characterized in that no solvent is used,
Method for producing porous carbon.
상기 승온은 5℃/min으로 수행하는 것을 특징으로 하는,
다공성 탄소의 제조방법.
The method of claim 1
The temperature rise is characterized in that carried out at 5 ℃ / min,
Method for producing porous carbon.
상기 승온 후의 온도로 2시간 이상을 유지하여 수행하는 것을 특징으로 하는,
다공성 탄소의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Characterized in that it is carried out by maintaining the temperature after the temperature rise for 2 hours or more,
Method for producing porous carbon.
마이크로 기공이 형성된,
다공성 탄소.
Prepared according to any one of claims 1, 5 and 6,
micropores are formed,
porous carbon.
상기 다공성 탄소는 산화아연(ZnO), 염화아연(ZnCl2) 및 아연(Zn)을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는,
다공성 탄소.
10. The method of claim 9,
The porous carbon is characterized in that it does not contain zinc oxide (ZnO), zinc chloride (ZnCl 2 ) and zinc (Zn),
porous carbon.
슈퍼커패시터 전극.comprising the porous carbon of claim 9,
supercapacitor electrode.
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210111441A (en) * | 2020-03-03 | 2021-09-13 | 인하대학교 산학협력단 | porous carbon synthesis method and organic-inorganic precusor using low molecular organic material and transition metal |
-
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210111441A (en) * | 2020-03-03 | 2021-09-13 | 인하대학교 산학협력단 | porous carbon synthesis method and organic-inorganic precusor using low molecular organic material and transition metal |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
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| H. Li et al., ‘Scalable fabrication of hierarchically porous N-doped carbon electrode materials for high-performance aqueous symmetric supercapacitor,’J Mater Sci (2018) 53: 5194-5203 (2017.12.18.) 1부.* * |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| AMND | Amendment | ||
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| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
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