KR102407763B1 - Hwt 기반의 슈퍼커패터리 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 HWT 기반의 슈퍼커패터리 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패터리 제조 방법은 (a) 표면에 금속층이 형성된 전도성 섬유(conductive fiber)를 탈이온수(de-ionized water)에 함침시키는 단계; 및 (b) 상기 탈이온수에 함침된 상기 금속층이 형성된 전도성 섬유를 가열하여 상기 전도성 섬유 상에 상기 금속층 기반 수산화물 나노시트를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 슈퍼커패터리 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 HWT 기반의 슈퍼커패터리 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
플렉서블한 웨어러블 가전제품의 새로운 트렌드는 연구자들에게 기계적 유연성, 저비용 및 경량의 두드러진 특징을 가진 고성능의 유연한 에너지 저장 시스템을 설계하도록 동기를 부여했다.
웨어러블 및 휴대용 전자 기기에서 이러한 플렉서블한 에너지 저장 장치의 적응성을 달성하려면, 집전체(current collector)는 우수한 기계적 유연성과 형태 적합성을 가져야 한다.
종래에는, 니켈(Ni) 폼/포일(foam/foil), 구리(Cu) 폼/포일, 티타늄 기판, 스테인리스 스틸 포일, 불소 도핑된 산화주석 기판 등과 같은 다양한 유형의 집전체가 에너지 저장 장치를 설계하는데 연구되어 왔다.
그러나, 종래의 경우, 물리적 강성 또는 불편성으로 인해 플렉서블 에너지 저장 장치의 발전에 대한 문제점이 발생하였다.
이러한 강성 문제를 해결하기 위해 금속 셀룰로오스 종이, 탄소 나노 튜브(CNT) 코팅지, 폴리에틸렌 테레 프탈레이트 기판 등과 같은 다양한 다목적 플렉서블 기판이 연구되었으나, 반복적인 폴딩, 비틀림 및 롤링 작동 조건에서 전극을 파열시킬 가능성이 있을 수 있으며, 이는 에너지 저장 장치의 성능 저하를 초래한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, HWT 기반의 슈퍼커패터리 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 표면에 금속층이 형성된 전도성 섬유(conductive fiber)를 탈이온수(de-ionized water)에 함침시키고 가열하여 전도성 섬유 상에 금속층 기반 수산화물 나노시트(layered double hydroxide nanosheet)를 형성하기 위한 슈퍼커패터리 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패터리 제조 방법은 (a) 표면에 금속층이 형성된 전도성 섬유(conductive fiber)를 탈이온수(de-ionized water)에 함침시키는 단계; 및 (b) 상기 탈이온수에 함침된 상기 금속층이 형성된 전도성 섬유를 가열하여 상기 전도성 섬유 상에 상기 금속층 기반 수산화물 나노시트를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 (b) 단계는, 상기 탈이온수에 함침된 상기 금속층이 형성된 전도성 섬유를 1시간 내지 3시간 동안 가열하여 상기 전도성 섬유 상에 상기 금속층 기반 수산화물 나노시트를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 (b) 단계는, 상기 탈이온수에 함침된 상기 금속층이 형성된 전도성 섬유를 60
내지 120
로 가열하여 상기 전도성 섬유 상에 상기 금속층 기반 수산화물 나노시트를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 전도성 섬유는 수평 및 수직 다발로 형성된 직물 패턴으로 구성될 수 있다.
실시예에서, 상기 금속층은, 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co) 및 탄소(C) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 슈퍼커패터리 제조 방법은 (c) 활성탄(activated carbon) 기반 슬러리를 형성하는 단계; (d) 카본 직물(carbon cloth) 상에 상기 활성탄 기반 슬러리를 로딩하는 단계; 및 (e) 상기 활성탄 기반 슬러리가 로딩된 카본 직물을 가열하여 건조시켜 상기 카본 직물 상에 활성탄층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 슈퍼커패터리 제조 방법은 상기 전도성 섬유와 상기 전도성 섬유 상에 형성된 상기 금속층 기반 수산화물 나노시트를 양극부로 형성하는 단계; 상기 카본 직물과 상기 카본 직물 상에 형성된 상기 활성탄층을 음극부로 형성하는 단계; 및 상기 양극부와 상기 음극부를 결합하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 양극부와 상기 음극부 사이에 스페이서(spacer)가 추가될 수 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 표면에 금속층이 형성된 전도성 섬유(conductive fiber)를 탈이온수(de-ionized water)에 함침시키고 가열하여 전도성 섬유 상에 금속층 기반 수산화물 나노시트(layered double hydroxide nanosheet)를 형성함으로써, 화학물질을 사용하지 않고 대규모 장비를 필요로 하지 않으면서도 친환경적인 슈퍼커패터리 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패터리의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온수 함침의 예를 도시한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 섬유를 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 섬유의 표면을 도시한 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 섬유의 성분 그래프를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 HWT 시간 동안의 금속층 기반 수산화물 나노시트의 형성을 도시한 도면이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 HWT 온도에 대한 금속층 기반 수산화물 나노시트의 형성을 도시한 도면이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 수산화물 나노시트의 금속 분포를 도시한 도면이다.
도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 XPS 스캔 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 XPS 스캔 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 TEM 분석을 도시한 도면이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노시트의 크기 및 높이를 도시한 도면이다.
도 7c 내지 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노시트의 원소 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 CV 프로파일을 도시한 도면이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 프로파일을 도시한 도면이다.
도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 HWT 시간에 대한 용량 성능을 도시한 도면이다.
도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 스위프 속도에 대한 CV 프로파일을 도시한 도면이다.
도 8e는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 및 환원 전류에 대한 b 값의 산출을 도시한 도면이다.
도 8f는 본 발명의 일 실시예에 따른 매개 변수 k1 및 k2의 산출을 도시한 도면이다.
도 8g는 본 발명의 일 실시예에 따른 용량 제어 및 확산 제어 전류 기여의 백분율을 도시한 도면이다.
도 8h는 본 발명의 일 실시예에 따른 GCD 프로파일을 도시한 도면이다.
도 8i는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 전류 밀도에 대한 면적 용량 값을 도시한 도면이다.
도 8j는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 사이클링 테스트에 대한 안정성 평가 그래프를 도시한 도면이다.
도 8k는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속층 기반 수산화물 나노시트를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패터리의 음극부의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 AC/CC 전극의 CV 프로파일 그래프를 도시한 도면이다.
도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 AC/CC 전극의 GCD 프로파일 그래프를 도시한 도면이다.
도 10c는 본 발명의 일 실시예에 따른 AC/CC 전극의 면적 커패시턴스 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패터리의 조립을 도시한 도면이다.
도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패터리의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
도 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패터리의 CV 프로파일 그래프를 도시한 도면이다.
도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 전위 윈도우에 대한 CV 프로파일 그래프를 도시한 도면이다.
도 11e는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 전위 윈도우에 대한 GCD 프로파일 그래프를 도시한 도면이다.
도 11f는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 스캔 속도에 대한 CV 프로파일 그래프를 도시한 도면이다.
도 11g는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 스캔 속도에 대한 충전 및 방전 그래프를 도시한 도면이다.
도 11h는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 전류 밀도에 대한 면적 커패시턴스 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 11i는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 및 전력 밀도 그래프를 도시한 도면이다.
도 11j는 본 발명의 일 실시예에 따른 수명 테스트 그래프를 도시한 도면이다.
도 11k는 본 발명의 일 실시예에 따른 나이퀴스트 그래프를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패터리의 적용을 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온수 함침의 예를 도시한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 섬유를 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 섬유의 표면을 도시한 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 섬유의 성분 그래프를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 HWT 시간 동안의 금속층 기반 수산화물 나노시트의 형성을 도시한 도면이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 HWT 온도에 대한 금속층 기반 수산화물 나노시트의 형성을 도시한 도면이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 수산화물 나노시트의 금속 분포를 도시한 도면이다.
도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 XPS 스캔 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 XPS 스캔 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 TEM 분석을 도시한 도면이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노시트의 크기 및 높이를 도시한 도면이다.
도 7c 내지 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노시트의 원소 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 CV 프로파일을 도시한 도면이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 프로파일을 도시한 도면이다.
도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 HWT 시간에 대한 용량 성능을 도시한 도면이다.
도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 스위프 속도에 대한 CV 프로파일을 도시한 도면이다.
도 8e는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 및 환원 전류에 대한 b 값의 산출을 도시한 도면이다.
도 8f는 본 발명의 일 실시예에 따른 매개 변수 k1 및 k2의 산출을 도시한 도면이다.
도 8g는 본 발명의 일 실시예에 따른 용량 제어 및 확산 제어 전류 기여의 백분율을 도시한 도면이다.
도 8h는 본 발명의 일 실시예에 따른 GCD 프로파일을 도시한 도면이다.
도 8i는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 전류 밀도에 대한 면적 용량 값을 도시한 도면이다.
도 8j는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 사이클링 테스트에 대한 안정성 평가 그래프를 도시한 도면이다.
도 8k는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속층 기반 수산화물 나노시트를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패터리의 음극부의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 AC/CC 전극의 CV 프로파일 그래프를 도시한 도면이다.
도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 AC/CC 전극의 GCD 프로파일 그래프를 도시한 도면이다.
도 10c는 본 발명의 일 실시예에 따른 AC/CC 전극의 면적 커패시턴스 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패터리의 조립을 도시한 도면이다.
도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패터리의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
도 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패터리의 CV 프로파일 그래프를 도시한 도면이다.
도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 전위 윈도우에 대한 CV 프로파일 그래프를 도시한 도면이다.
도 11e는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 전위 윈도우에 대한 GCD 프로파일 그래프를 도시한 도면이다.
도 11f는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 스캔 속도에 대한 CV 프로파일 그래프를 도시한 도면이다.
도 11g는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 스캔 속도에 대한 충전 및 방전 그래프를 도시한 도면이다.
도 11h는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 전류 밀도에 대한 면적 커패시턴스 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 11i는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 및 전력 밀도 그래프를 도시한 도면이다.
도 11j는 본 발명의 일 실시예에 따른 수명 테스트 그래프를 도시한 도면이다.
도 11k는 본 발명의 일 실시예에 따른 나이퀴스트 그래프를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패터리의 적용을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에", "상에" 또는 "상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
아울러, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에", "하에" 또는 "하부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에"있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 HWT 기반의 슈퍼커패터리 및 이의 제조 방법을 설명한다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패터리의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 1a 및 1b를 참고하면, S101 단계는, 표면에 금속층(120)이 형성된 전도성 섬유(conductive fiver, CF)(110)를 탈이온수(de-ionized water, DIW)에 함침시키는 단계이다.
일 실시예에서, 전도성 섬유(110)는 수평 및 수직 다발로 형성된 직물 패턴으로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 금속층(120)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co) 및 탄소(C) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전도성 섬유(110)의 표면에 형성된 금속층(110)의 금속 이온(Ni2+, Cu2+ 및 Co2+)은 물 분자가 비점 조건(boiling point condition)에서 자극을 받을 수 있다.
S103 단계는, 탈이온수에 함침된 금속층(120)이 코팅된 전도성 섬유(110)를 가열하여 전도성 섬유(110) 상에 금속층(120) 기반 수산화물 나노시트(130)를 형성하는 단계이다.
일 실시예에서, 전도성 섬유(110)의 표면의 금속 이온은 탈이온수의 가수분해에 의해 방출되는 수산화물 이온(OH)과 반응할 수 있다.
이어서, 금속층(120) 기반 수산화물 나노시트(130)가 계층적 연결 및 개방 다공도를 갖는 전도성 섬유(110)의 표면으로부터 생성될 수 있다.
일 실시예에서, 금속층(120)이 코팅된 전도성 섬유(110)를 탈이온수에 함침시킨 후 가열하는 방식은 ‘온수 처리(Hot-Water Therapy, HWT)’ 또는 이와 동등한 기술적 의미를 갖는 용어로 지칭될 수 있다.
HWT 방법은 매우 적은 성장 시간과 함께 화학 물질이 없고 경제적으로 생존할 수 있는 특유의 이점을 포함하여, 다공성 및 산화 환원 활성이 높은 전극 물질의 선택적 성장을 초래할 수 있다.
또한, HWT는 대용량 전극 및 재료 개발을 위해 쉽게 확장할 수 있으며 실제 적용에 유리하며, 화학 물질을 사용하지 않고 탈이온수만으로도 금속층(120)상 전도성 섬유(110)의 표면의 금속층(120) 기반 수산화물 나노시트(130)의 생성에 중요한 역할을 할 수 있다.
탈이온수의 가수분해 동안 방출된 금속 이온은 수산화이온과 반응하여 전도성 섬유(110)의 표면 상의 금속 수산화물 나노시트(130)로 재침착될 수 있다.
일 실시예에서, 금속층(120) 기반 수산화물 나노시트(130)는 ‘LDH NS(layered double hydroxide nanosheet)’ 또는 이와 동등한 기술적 특징을 갖는 용어로 지칭될 수 있다.
일 실시예에서, 금속층(120) 기반 수산화물 나노시트(130)는 나노시트에 분포된 개방형 다공성 특성과 계층적 연결을 갖는 2차원 나노시트 형태를 나타내는 것을 특징으로 하는 형성된 M(OH)2 복합체를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 탈이온수에 함침된 금속층(120)이 코팅된 전도성 섬유(110)를 1시간 내지 3시간 동안 가열하여 전도성 섬유(110) 상에 금속층(120) 기반 수산화물 나노시트(130)를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 탈이온수에 함침된 금속층(120)이 코팅된 전도성 섬유(110)를 60
내지 120
로 가열하여 전도성 섬유(110) 상에 금속층(120) 기반 수산화물 나노시트(130)를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 도 1a 및 1b의 방법에 의해 제조된 전도성 섬유(110)와 전도성 섬유(110) 상에 형성된 금속층(120) 기반 수산화물 나노시트(130)는 양극부로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 전도성 섬유(110)와 전도성 섬유(110) 상에 형성된 금속층(120) 기반 수산화물 나노시트(130)로 구성된 양극부는 ‘LDF NS/CF’, ‘LDF NS/CF 전극’ 또는 이와 동등한 기술적 특징을 갖는 용어로 지칭될 수 있다.
일 실시예에서, S101 단계 이전에, 전도성 섬유(110)를 에탄올로 세척하여 전도성 섬유(110)의 표면의 먼지 입자를 제거하고 오븐에서 건조시킬 수 있다.
일 실시예에서, S103 단계 이후에, 형성된 금속층(120) 기반 수산화물 나노시트(130)를 실온(room temperature, RT)으로 냉각시키고, 질소 가스로 퍼지(purge)한 후, 진공 오븐에서 탈수시킬 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온수 함침의 예를 도시한 도면이다. 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 섬유를 도시한 도면이다.
도 2a를 참고하면, HWT의 경우, CF는 1x1cm2 면적이 DIW와 반응하도록 하기 위하여, 테이프를 이용하여 유리 슬라이드에 부착될 수 있다.
이 경우, 테이프를 이용하여 유리 슬라이드에 부착함으로써 전도성 섬유의 후면에서 나노 구조의 성장을 억제할 수 있다.
또한, DIW의 증발을 방해하기 위해 유리 바이알(vial)에 밀봉된 용기에 담긴 DIW에 전도성 섬유가 부착된 유리 슬라이드를 함침시킬 수 있다.
CF에서 LDH NS의 현장 제작(in-situ preparation)에는 화학 물질이 없는 DIW만이 포함되므로 전체 합성 과정은 농지에서 식물을 재배하는 것과 유사할 수 있다.
도 2b를 참고하면, 플렉서블 집전체는 웨어러블 및 휴대용 에너지 저장 장치 기반 전자 애플리케이션의 개발에서 실질적인 역할을 수행할 수 있다.
여러 집전체 중에서, CF는 높은 전기 전도성, 경량, 간단한 제조 및 높은 유연성의 뛰어난 특징으로 인해 플렉서블한 에너지 저장 시스템의 제조에서 사용될 수 있다.
일 실시예에서, CF의 전기 전도도는 멀티미터로 테스트될 수 있다.
섬유 위에 증착된 전도성이 높은 금속층과 CF로 인해 ~0.4Q cm-2의 낮은 저항이 나타났으며, 이는 빠른 전기 동력학을 가능하게 할 수 있다.
폴리에스테르 섬유의 짜여진 질감 및 비강성 특성으로 인해, CF 기판은 굽힘, 비틀림 및 심지어 롤링 조건을 효과적으로 나타낼 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 슈퍼커패터리의 제조에서 CF 기판이 집전체로 선택될 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 섬유의 표면을 도시한 도면이다. 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 섬유의 성분 그래프를 도시한 도면이다.
도 3a를 참고하면, CF의 FE-SEM 이미지를 확인할 수 있다.
저배율에서 볼 수 있듯이, 금속층이 폴리에스테르 섬유의 수평 및 수직 다발이 서로 잘 짜여 있는 CF 상에 형성될 수 있다.
배율을 증가시킬 때, 단일 CF의 표면은 거칠게 관찰됨을 확인할 수 있다. CF의 표면에 대한 배율이 증가함에 따라, 작은 금속 입자의 조밀한 패턴을 확인할 수 있다.
도 3b를 참고하면, CF에 균일하게 분포된 요소를 조사하기 위해 EDX 분석을 수행할 수 있다. EDX 스펙트럼에서, CF의 금속층은 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co) 및 탄소(C) 요소로 구성될 수 있다.
금속 분포를 확보하기 위해 CF의 표면을 스캐닝하여 원소 맵핑 분석을 수행하여, CF에서 Ni, Cu, Co 및 C 성분의 균일한 분포를 확인할 수 있다.
따라서, 금속층 기반 CF 기판은 플렉서블 에너지 저장 장치를 위한 잠재적 집전체로서 기능할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 HWT 시간 동안의 금속층 기반 수산화물 나노시트의 형성을 도시한 도면이다.
도 4a 내지 4c를 참고하면, LDH NS의 생성을 위한 가수분해 시간의 효과는 HWT의 온도(95
)를 일정하게 유지하고, 0.5, 1, 2, 3 및 4시간의 다양한 가수분해 시간에 따라 확인할 수 있다.
여기서, 0.5, 1, 2, 3 및 4의 다양한 가수분해 시간에 따라 수득된 다른 Ni-Cu-Co LDH NS/CF 샘플은 각각 LDH-0.5h, LDH-1h, LDH-2h, LDH-3h, LDH-4h으로 표시될 수 있다.
도 4(a)를 참고하면, LDH-0.5h 샘플의 저배율 FE-SEM 이미지는 CF의 표면이 노출된 CF의 표면에 비해 약간 거칠다는 것을 나타낸다.
확대된 이미지로부터, LDH NS가 CF 기판의 표면으로부터 성장하기 시작하는 것을 확인할 수 있다. 성장 시간이 매우 짧기 때문에(즉, 0.5시간), Ni-Cu-Co 금속 합금과 가수분해 수(hydrolyzed water)의 반응성도 제한되어 LDH NS의 부분 성장을 초래함을 확인할 수 있다.
도 4(b)를 참고하면, HWT 시간이 1시간으로 연장되었을 때, LDH NS의 성장 속도는 점진적으로 증가하였고 LDH NS의 크기는 LDH-0.5h 샘플의 것보다 상대적으로 더 증가함을 확인할 수 있다.
이는 금속 합금과 가수분해된 물 분자 사이의 반응 속도가 향상되었기 때문일 수 있다.
그러나, LDH NS들 사이의 많은 빈 공간은 여전히 HWT 프로세스의 비효율적인 시간임을 나타낼 수 있다.
도 4(c)를 참고하면, HWT 시간을 2시간으로 추가로 증가시키면 CF의 표면에서 LDH NS의 균일한 성장 및 크기가 더욱 향상됨을 확인할 수 있다.
도 4(d)를 참고하면, NS의 성장에 대한 HWT 시간의 영향을 조사하기 위해, 가수분해 시간을 3시간으로 더 연장하였고, 상응하는 SEM 이미지를 확인할 수 있다.
이 경우, 3시간의 HWT 시간 동안 생성된 2D LDH NS가 상호 연결된 네트워크로 CF의 표면에 완전히 장식되어 있음을 알 수 있다.
또한, LDH NS의 크기 및 이들 사이에 분포된 개방-다공성 형태(open-porous behavior)는 LDH-0.5h, LDH-1h 및 LDH-2h 샘플의 것보다 비교적 더 향상됨을 확인할 수 있다.
LDH-3h 샘플의 획득된 나노 스케일 장점은 활성 물질의 내부로 전해질 이온의 용이한 깊은 확산을 용이하게 하여 훨씬 더 많은 산화 환원 반응을 향상시킬 수 있다.
그럼에도 불구하고, 도 4b를 참고하면, 4시간의 HWT 시간(LDH-4h)으로 처리된 CF는 표면에서 완전히 손상된 NS를 나타냄을 확인할 수 있다.
따라서, 3시간의 HWT 공정은 상호 연결된 네트워크 및 개방 기공 특징을 갖는 잘 정의된 LDH NS를 달성하기에 최적인 것으로 결정될 수 있다.
도 4c를 참고하면, CF의 금속층으로부터 LDH NS의 진화에 대한 HWT 시간의 영향을 확인할 수 있다.
NS의 형성은 방출, 반응 및 재침착(release, reaction and re-deposition, RRR) 공정을 포함할 수 있다.
금속층의 금속 이온은 가수분해 공정 동안 금속층으로부터 전자를 표면에 남겨 두어 금속층으로부터 방출될 수 있다. 그러나, 금속 양이온은 음의 전위로 인해 금속층으로부터 분리될 수 없다.
한편, 전자는 주변의 물 분자 및 산소와 반응하여 하이드록실 이온(OH)을 생성할 수 있다.
결국, 금속 양이온은 생성된 OH 이온과 반응하고 결합의 도움으로 CF의 표면에 금속 수산화물(M(0H)2) 분자로 재증착될 수 있다.
30분의 HWT 시간이 짧기 때문에, 금속 이온은 RRR 공정을 광범위하게 수행할 수 없었으며, 이는 작은 LDH NS의 생성으로 이어졌다.
가수분해 시간을 1시간 내지 3시간으로 연장함에 따라 OH 이온과 금속 양이온의 반응성도 증가하여 핵 형성 및 2D LDH NS의 성장이 향상됨을 확인할 수 있다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 HWT 온도에 대한 금속층 기반 수산화물 나노시트의 형성을 도시한 도면이다.
도 5a 및 5b를 참고하면, LDH NS에 대한 온도의 영향은 동일한 시간(예: 3시간) 동안 60, 95 및 120
의 상이한 성장 온도에서 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 60, 95 및 120
의 다양한 성장 온도에서 수득된 샘플은 각각 LDH@60, LDH@95 및 LDH@120으로 표시될 수 있다.
3시간의 동일한 HWT 시간 동안 60 및 120
에서 실험을 수행함으로써 온도의 영향을 조사하였고, 각각의 FE-SEM 이미지를 확인할 수 있다.
60 및 120
에서 제조된 LDH 샘플이 작고 압축된 NS를 보여주며, LDH NS의 최적 온도는 95
임을 확인할 수 있다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 수산화물 나노시트의 금속 분포를 도시한 도면이다. 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 XPS 스캔 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 6a를 참고하면, CF 상의 금속 원소의 균일한 분포를 확인하기 위해 LDH-3h에 대한 원소 맵핑 분석을 수행할 수 있다.
이 경우, CF 상에 형성된 NS는 표면에 Ni, Co, Cu 및 O 원소의 균일한 분포를 나타내어 LDH 물질의 성공적인 형성을 확인할 수 있다.
도 6b를 참고하면, LDH-3h 샘플의 XRD 패턴을 확인할 수 있다.
17-25
의 범위에서 검출된 3개의 피크는 폴리에스테르 직물의 특징적인 피크일 수 있다. 43.4
, 50.6
및 74
의 20개 값에서 시작된 다른 세 개의 생생한 피크는 금속성 피크(Ni, Cu 및 Co)에 기인할 수 있다.
-47.8
에서 작은 회절 피크는 a-Ni(OH)2와 관련이 있을 수 있다. 반면, -38.6, -44.6 및 -68.7
에서 감지된 피크는 "-Co(OH)2 위상과 일치할 수 있다.
또한 Cu(OH)2 위상으로 인해 강한 금속성 피크에 병합된 두 개의 작은 피크(-43.7 및 -74.2
)의 경우, 금속성 피크뿐만 아니라 높은 강도의 직물로 인해 LDH 피크가 명확하게 보이지 않을 수 있다. 이 결과는 LDH의 비정질 특성을 나타낼 수 있다. X-선은 표면으로부터 마이크로미터 범위까지 침투할 수 있기 때문에, CF의 표면에서 생성된 M(0H)2 나노 구조의 피크는 XRD 패턴에서 검출되지 않을 수 있다.
따라서, XPS 분석은 LDH-3h 샘플에서 원소 및 원자가 상태를 검출하기 위해 표면 민감성 형태(나노미터 범위)으로 인해 추가로 수행될 수 있다.
도 6c를 참고하면, XPS 전체 측량 스캔 스펙트럼에서 검출된 Ni 2p, Cu 2p, Co 2p 및 O 1s 피크는 Ni, Cu, Co 및 O 원소로 구성된 CF 섬유 상에서 생성된 LDH NS를 추가로 확인할 수 있다. 일 실시예에서, 이 결과는 EDX 스펙트럼과 일치할 수 있다.
도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 XPS 스캔 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 6d의 (i)를 참고하면, 분리된 코어 레벨 Ni 2p XPS 스펙트럼은 4개의 피크를 나타내고, 이 중 854.1 및 871.8eV에서 관찰된 2개의 피크는 각각 Ni 2p3/2 및 Ni 2p1/2 에너지 레벨에 기인할 수 있다.
860 및 877.6eV의 결합 에너지 값에서 시작된 다른 두 피크는 해당 위성(Sat.) 피크를 나타낼 수 있다.
도 6d의 (ii)를 참고하면, 각각 위성 피크가 940.1 및 960.2eV인 Cu 2p3/2 (932.8eV) 및 Cu 2p1/2(952.8eV) 피크로 구성된 고해상도 Cu 2p XPS 스펙트럼을 확인할 수 있다.
도 6d의 (iii)를 참고하면, Ni 2p 스펙트럼과 마찬가지로, 코어 레벨 Co 2p XPS 스펙트럼은 각각 779.5 및 795.2eV에서 Co 2p3/2 및 Co 2p1/2의 두 가지 주요 피크와 각각의 782.8 및 800eV에서 위성 피크를 나타낼 수 있다.
Ni 2p, Co 2p 및 Cu 2p의 코어 레벨 XPS 스펙트럼은 준비된 LDH-3h 샘플에서 각각 Ni2+, Co2+ 및 Cu2+의 원자가 상태(valence states)를 나타낼 수 있다.
도 6d의 (iv)를 참고하면, O 1s 스펙트럼은 529.6 및 530.2eV에서 두 개의 피크로 분리되어 샘플에 존재하는 금속-산소(MO) 및 OH 그룹에 기인하며, 금속 수산화물을 형성할 수 있다.
대체로, 물리적 특성 분석 기술은 CF에서 NS의 성공적인 성장이 Ni-Cu-Co LDH NS라는 것을 종합적으로 입증할 수 있다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 TEM 분석을 도시한 도면이다.
도 7a를 참고하면, 고유한 구조적 특성을 조사하기 위해, LDH-3h 샘플에 대해 TEM 분석을 수행할 수 있다.
도 7a의 (a)를 참고하면, LDH NS 샘플은 상호 연결된 네트워크를 가진 여러 NS로 구성될 수 있다. 또한 NS는 투명하게 보이며, 이는 NS의 두께가 얇다는 것을 나타낼 수 있다.
도 7a의 (b)를 참고하면, 고해상도 TEM 이미지는 약 0.26nm의 평면 간 거리를 갖는 투명한 격자무늬를 나타내며, 이는 LDH상의 (012) 평면에 해당할 수 있다.
도 7a의 (c)를 참고하면, SAED(selected area electron diffraction) 패턴은 LDH NS의 다결정 거동을 나타내는 밝은 점이 있는 고리형 패턴을 나타냄을 확인할 수 있다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노시트의 크기 및 높이를 도시한 도면이다. 도 7c 내지 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노시트의 원소 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 7b를 참고하면, LDH NS의 크기를 측정하기 위해 비접촉 모드를 사용하여 AFM 특성화를 수행할 수 있다. 이 경우, 높이 프로파일로부터 NS의 측면 크기 및 높이는 각각 -225nm 및 ~75nm인 것으로 추정될 수 있다.
도 7c를 참고하면, LDH NS에 제시된 원소를 검사하기 위해 EDX 분석을 수행했으며 해당 스펙트럼을 확인할 수 있다. 이 때, 도 7d 및 7e를 참고하면, 스펙트럼으로부터, Ni, Cu, Co 및 O 원소의 존재는 LDH NS의 성공적인 형성을 입증할 수 있다.
또한, 라인 스캐닝 맵핑 이미지는 LDH NS가 Ni, Cu, Co 및 O 원소로 구성됨을 추가로 확인할 수 있다. HWT-유도된 계층적 Ni-Cu-Co LDH NS 전극의 전기 화학적 특성은 이들을 작동 전극으로서 직접 사용함으로써 3-전극 시스템에서 평가될 수 있다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 CV 프로파일을 도시한 도면이다.
도 8a를 참고하면, 0.5, 1, 2, 3 및 4 시간의 상이한 HWT 시간에서 합성된 LDH NS/CF 전극의 CV 프로파일은 0-0.55V의 전압 범위 내에서 20mV s-1의 고정 스위프 속도로 기록될 수 있다.
CV 프로파일로부터, 본 발명에 따른 LDH NS/CF 전극의 산화 및 환원 스윕에서의 강한 피크가 관찰되었으며, 이는 전기 화학적 산화 환원 반응이 LDH NS/CF 전극의 전하 저장 과정에 관여함을 나타낼 수 있다.
또한, LDH-3h 전극은 베어(bare) CF 전극 및 상이한 HWT 시간에서 합성된 다른 LDH 전극에 비해 폐쇄된 CV 영역과 함께 비교적 우수한 산화 환원 특성 및 향상된 전류 반응을 나타낼 수 있다.
LDH-3h 전극의 고도화된 전기 화학적 반응은 주로 NS들 사이에서 계층적 연결 및 개방된 다공성 구조를 갖는 잘 정의된 NS에 기인할 수 있다.
이들 2개의 나노-특징은 전기 화학 활성 부위를 실질적으로 증가시켜, 풍부한 산화 환원 반응을 수행하고, 전해질 이온이 끊임없이 침투하여 전체 활물질을 적시 게(wet) 할 수 있다.
또한, GCD 분석은 0-0.5V의 전압 범위 내에서 조사되어 2mA cm-2의 고정 전류 밀도에서 모든 전극의 용량 성능을 추정할 수 있다.
한편, LDV-4h 전극의 GCD 테스트는 CV 프로파일에서 0.4V에서 산화 피크의 종료로 인해 단지 0-0.4V의 전위 윈도우 내에서 측정될 수 있다.
0.4V를 초과하여 충전 과정을 연장하면 0.4V를 초과하는 충전 곡선의 포화가 발생할 수 있다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 프로파일을 도시한 도면이다.
도 8b를 참고하면, CV 프로파일과 일관되게, 획득된 충전 및 방전 프로파일의 비선형 형태는 지배적인 패러데이 반응의 특징을 반영합니다.
구체적으로, LDH-3h 전극은 다른 전극에 비해 연장된 충전 및 방전 시간을 나타냈다.
도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 HWT 시간에 대한 용량 성능을 도시한 도면이다.
도 8c를 참고하면, 그림 4(c)는 2 mA cm-2에서 수학식 (2)를 사용하여 추정된 다른 전극의 용량 성능을 나타낸다.
CF는 섬유 상에 거친 표면을 갖는 금속층을 가졌지만, 42.7
Ah cm-2의 매우 작은 면적 용량을 나타냈는데, 이는 주로 나노 구조가 없기 때문이다.
0.5 시간의 HWT 성장 시간 동안 제조된 LDH 전극은 CF 섬유로부터 작은 NS의 개시로 인해 베어 CF 기판보다 71.6
Ah cm-2의 비교적 높은 면적 용량을 전달하였다.
HWT 시간을 1, 2 및 3 시간으로 연장함에 따라, 대응하는 LDH 전극의 면적 용량 성능 또한 점진적으로 증가하였고, 수득된 값은 각각 74.4, 101.1 및 104.2
Ah cm-2였다.
그러나, LDH-4h 전극은 감소된 용량 성능, 즉 LDH-3h 전극과 비교하여 94.7
Ah cm-2를 전달하였으며, 이는 NS 감소에 기인할 수 있다.
따라서, 개선된 산화 환원 특성, 확장된 충전-방전 시간 및 LDH-3h 전극의 우수한 용량 성능은 개선된 전기 활성 부위, 신속한 전기 동역학 및 높은 전하 저장 특성에 기인한다. 얻어진 비교 전기 화학 특성에 기초하여, 전하 저장 거동이 우수한 LDH-3h 전극이 최적의 전극으로 간주되었다.
가역성 및 속도 성능 특징을 모니터링하기 위해 최적화된 전극(LDH-3h)의 추가 전기 화학적 특성을 면밀히 조사하였다.
도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 스위프 속도에 대한 CV 프로파일을 도시한 도면이다.
도 8d를 참고하면, 각각 10 내지 50 mV s-1의 다양한 스위프 속도(sweep rate)로 기록된 LDH-3H 전극의 CV 프로파일을 나타낸다.
산화 환원 피크는 흡수된 전해질 이온과 활성종 사이에서 발생된 인터칼레이션/디인터칼레이션 반응을 지정할 수 있다.
또한, CV 프로파일로부터 스위프 속도가 증가함에 따라 산화 환원 피크 강도 및 각 프로파일의 둘러싸인 면적이 점차 향상되는 것을 확인할 수 있다.
더 높은 스캔 속도로 기록된 CV 프로파일은 우수한 형상 일관성 및 큰 산화 환원 피크를 보이며, LDH-3h 전극의 우수한 가역성 및 높은 속도 성능을 확인할 수 있다.
또한, LDH-3h 전극의 표면 제어 및 확산 제어 커패시턴스 기여는 전력 법칙 
에 기초하여 평가될 수 있으며, 여기서 i는 측정된 전류, v는 전압, a 및 b는 변수를 나타낸다.
여기서 b 값은 특정 스캔 속도에서 지배적인 반응 메커니즘의 유형을 결정할 수 있다. 예를 들어, b 값이 0.5인 경우, 확산 제어 커패시턴스(diffusion-controlled capacitance)가 우세하고, b 값이 1인 경우, 용량 제어 커패시턴스(capacitive-controlled capacitance)가 우세할 수 있다.
도 8e는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 및 환원 전류에 대한 b 값의 산출을 도시한 도면이다.
도 8e를 참고하면, 상기 전력 법칙의 b 값은 피크 전류(z) 대(versus) 스캔 속도(v) 사이에 그려진 선형 그래프의 기울기에서 추정될 수 있다.
산화 및 환원 전류에 대한 b 값은 각각 0.68 및 0.67로 추정될 수 있으며, 이는 지배적인 확산 제어 커패시턴스를 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 상술한 전력 법칙은 두 가지 커패시턴스 기여를 정량화하기 위해 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, ip는 측정된 전류, v는 전압, k1과 k2는 두 개의 매개 변수를 나타낸다.
도 8f는 본 발명의 일 실시예에 따른 매개 변수 k1 및 k2의 산출을 도시한 도면이다.
도 8f를 참고하면, 상기 <수학식 1>의 k1와 k2의 값은 도 8f의 시작 부분에 그려진 선형 곡선의 기울기로부터 계산될 수 있다.
이 경우, 산화 및 환원 전류 값 모두의 선형 피팅 값이 0.99에 도달함에 따라, 확산 제어된 하이드록실 이온 인터칼레이션이 지배적임을 확인할 수 있다.
도 8g는 본 발명의 일 실시예에 따른 용량 제어 및 확산 제어 전류 기여의 백분율을 도시한 도면이다.
도 8g를 참고하면, LDH-3h 전극에서 얻은 용량 제어 및 확산 제어 전류 기여의 백분율을 확인할 수 있다. 10mV s-1의 초기 스캔 속도에서 확산 제어 전류 기여는 총 전류 기여에서 74.2%로 지배적일 수 있다.
스캔 속도가 50 mV s-1에 도달했을 때, LDH-3h 전극은 여전히 55.6%의 확산 제어 전류 기여를 유지할 수 있다. 한편, 표면 제어 전류 기여율은 스캔 속도가 증가함에 따라 점진적으로 증가하지만, 높은 스캔 속도에서도 44.4%로 제한될 수 있다.
도 8h는 본 발명의 일 실시예에 따른 GCD 프로파일을 도시한 도면이다.
도 8h를 참고하면, LDH-3h 전극의 GCD 프로파일은 2 내지 30 mA cm-2의 상이한 전류 밀도에서 측정될 수 있다.
CV 결과에 따라 모든 GCD 프로파일은 비선형 충전 및 방전 곡선을 나타낼 수 있다. 높은 전류 밀도에서 비선형 형태가 여전히 관찰될 수 있으며, 빠른 전하 저장 특성을 나타낼 수 있다.
도 8i는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 전류 밀도에 대한 면적 용량 값을 도시한 도면이다.
도 8i를 참고하면, 방전 시간으로부터, LDH-3h 전극의 면적 용량 값은 하기 <수학식 2> 및 결과 값은 그림 8i에 제시된 바와 같이 측정된 전류 밀도에 대해 표시될 수 있다.
여기서, Ca는 면적 용량(Ah cm-2), 
는 방전 시간(s), I는 방전 전류(A), a는 전극의 활성 영역(cm2)을 나타낸다.
초기 전류 밀도(2mA cm-2)에서, LDH-3h 전극은 104.3
Ah cm-2의 최대 면적 용량을 나타내고, 30mA cm-2의 높은 전류 밀도에서도 전극은 82.7
Ah cm-2를 나타내었으며, 79.3%의 우수한 속도 성능을 나타낸다.
용량 성능 외에도, 전극의 수명은 슈퍼커패터리의 실제 탐사에 필수적인 요소일 수 있다.
도 8j는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 사이클링 테스트에 대한 안정성 평가 그래프를 도시한 도면이다.
도 8j를 참고하면, LDH-3h 전극에 대한 수명 테스트는 5000 사이클까지 5mA cm-2의 고정 전류 밀도에서 수행될 수 있다.
LDH-3h 전극은 페이딩 없이 사이클링 테스트가 끝날 때까지 탁월한 안정성을 나타냄을 확인할 수 있다. LDH-3h 전극은 5000 GCD 사이클을 반복 한 후에도 124.5%의 우수한 용량 유지력을 나타낼 수 있다.
또한, 전극은 또한 수명 시험 종료 시 99.9%의 높은 쿨롱 효율을 나타내어 LDH-3h 전극의 우수한 전기 화학적 가역성을 확인할 수 있다. NS의 형태학적 지속성을 조사하기 위해 수명 시험 후 LDH-3h 전극에 대해 FE-SEM 분석을 추가로 수행할 수 있다.
그림 8j의 (i)를 참고하면, 저배율 FE-SEM 이미지는 CF 섬유에 LDH NS가 존재함을 나타내며, CF 섬유와 NS의 강한 접착을 나타낼 수 있다. 확대된 FE-SEM 이미지로부터, 개방 기공 구조와 함께 NS는 물리적 구조를 악화시키지 않음을 확인할 수 있으며, 이는 LDH-3h 전극의 강력한 구조적 안정성을 나타낼 수 있다.
또한, 수명 시험 전후의 LDH-3h 전극에 대해 EIS 분석을 수행하여 전하 수송 특성뿐만 아니라 전기 화학적 전도도를 검사할 수 있다.
그림 8j의 (ii)를 참고하면, 0.01-100kHz의 주파수 범위 내에서 5mV의 진폭으로 수명 테스트 전후에 얻은 LDH-3h 전극의 두 개의 나이퀴스트(Nyquist) 플롯을 확인할 수 있다.
나이퀴스트 플롯으로부터, 수명 시험을 수행하기 전후의 LDH-3h 전극에 대한 등가 직렬 저항(equivalent series resistance, RESR)은 거의 동일, 즉 1.85Q cm-2인 것으로 추정될 수 있다.
또한, 사이클 전후 테스트(0.95Q cm-2) 모두에 대해 전하 전달 저항(Rct)이 거의 유사한 것으로 관찰될 수 있다. 얻어진 낮은 Rs 및 Rct 값은 산화 환원 반응을 수행하는 동안 LDH 활성 물질의 우수한 전기 화학적 전도성 및 빠른 전하 이동 공정이 제시될 수 있다.
LDH-3h 전극의 확장된 산화 환원 화학, 높은 면적 용량 및 수명을 포함하는 결과적인 우수한 전기 화학적 성능은 하기 구조적 및 활성 물질 특징에 기인할 수 있다.
첫째로, 높은 전기 전도성 및 우수한 유연성을 갖는 금속성 층상 CF는 유연하고 착용 가능하며 경량인 에너지 저장 장치의 설계에서 유망한 집전체로서 기능할 수 있다.
둘째로, 도입된 신규하고 경제적으로 실행 가능한 HWT 방법은 금속성 층상 CF 표면 상에 LDH NS의 제조에서 화학 물질을 완전히 제거할 수 있다. 더욱이, 이 많은 접근 방식은 HWT 방법의 친환경 특성을 입증하는 고에너지 시스템 또는 대규모 장비를 필요로 하지 않는다.
셋째로, CF로부터 현장 유래 Ni-Cu-Co LDH NS는 계층적으로 연결된 NS로 인해 신속한 전하 수송을 제공하여, 우수한 전기 화학적 전도성을 초래할 수 있다.
넷째, LDH 물질, 즉, Ni, Cu 및 Co에 존재하는 전기 화학적 활성 요소는 알칼리성 전해질에서 산화 환원 공정을 증가시켜 용량 성능을 향상시킬 수 있다.
도 8k는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속층 기반 수산화물 나노시트를 도시한 도면이다.
도 8k를 참고하면, NS 중에서 유리하게 생성된 개방 다공성 공극은 전해질 이온의 용이한 확산을 촉진할 뿐만 아니라 전체 활물질을 자극하기 위한 전해질 저장소로서 작용할 수 있다.
따라서, 배터리-모방 전하 저장 공정(battery-mimic charge storage process)을 갖는 LDH-3h 전극은 슈퍼커패터리의 양극으로 사용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패터리의 음극부의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 9를 참고하면, S901 단계는, 활성탄(activated carbon, AC) 기반 슬러리를 형성하는 단계이다. 일 실시예에서, S901 단계 이전에, CC를 HNO3 산(acid)으로 12시간 동안 산 처리(acid-treated)하고 DIW로 세척할 수 있다. 이어서, CC를 오븐에서 건조시킬 수 있다.
S903 단계는, 카본 직물(carbon cloth, CC) 상에 활성탄 기반 슬러리를 로딩하는 단계이다. 일 실시예에서, S903 단계 이전에, AC, 슈퍼 P 카본 블랙(super P carbon black) 및 PVdF를 80:10:10의 중량비로 분쇄하여 음극 재료를 제조할 수 있다.
그 후, 음극 재료에 일정 용량(ml)의 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 용매를 첨가하여 점성 슬러리를 제조할 수 있다.
S905 단계는, 활성탄 기반 슬러리가 로딩된 직물을 가열하여 건조시켜 카본 직물 상에 활성탄층을 형성하는 단계이다. 일 실시예에서, 상기 슬러리를 브러시를 사용하여 건조된 CC 상에 로딩하고, 80℃에서 12시간 동안 오븐에서 건조시킬 수 있다.
건조 후, AC를 CC에 강력하게 접착시키기 위해 압착기로 AC/CC 전극을 3MPa까지 천천히 가압할 수 있다.
일 실시예에서, 도 9의 방법에 의해 제조된 활성탄과 활성탄 상에 형성된 카본 직물은 음극부로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 활성탄과 활성탄 상에 형성된 카본 직물로 구성된 음극부는 ‘AC/CC’, ‘AC/CC 전극’ 또는 이와 동등한 기술적 의미를 갖는 용어로 지칭될 수 있다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 AC/CC 전극의 CV 프로파일 그래프를 도시한 도면이다. 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 AC/CC 전극의 GCD 프로파일 그래프를 도시한 도면이다. 도 10c는 본 발명의 일 실시예에 따른 AC/CC 전극의 면적 커패시턴스 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 10a를 참고하면, AC/CC 전극의 전기화학적 특성은 1M KOH 전해질의 3-전극 시스템에서 측정될 수 있다.
5-10mV s-1과 다른 스캔 속도로 측정된 AC/CC 전극의 CV 프로파일을 확인할 수 있다.
이 경우, 모든 CV 프로파일이 산화 환원 피크의 존재 없이 의사-사각형 모양(pseudo-rectangular shape)을 나타내어 EDLC 형 형태(EDLC-type behavior)를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
높은 스캔 속도에서도, AC/CC 전극은 CV 형태를 거의 유지하여 AC 재료의 우수한 전기 화학적 가역성을 나타낼 수 있다.
도 10b를 참고하면, GCD 곡선은 EDLC 형 형태의 특성인 거의 선형적인 충전 및 방전 곡선을 확인할 수 있으며, 이 결과는 CV 결과와 일치함을 확인할 수 있다.
도 10c를 참고하면, 상기 <수학식 2>에 따르면, 방전 시간을 기준으로 AC/CC 전극의 면적 커패시턴스 성능(areal capacitance performance)을 평가하고 평가된 값을 확인할 수 있다.
2mA cm-2에서, AC/CC 전극은 최대 면적 커패시턴스 값 678mF cm-2를 전달했으며, 30mA cm-2의 높은 전류 밀도에서 계산된 483mF cm-2를 유지할 수 있다.
수득된 상당한 전기 화학적 특성으로부터, AC는 슈퍼커패터리의 구성을 위한 음극 물질로서 사용될 수 있다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패터리의 조립을 도시한 도면이다. 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패터리의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
도 11a 및 11b를 참고하면, 슈퍼커패터리(1100)는 양극부(1110)와 음극부(1120)를 포함할 수 있다.
양극부(1110)는 전도성 섬유(1112) 및 전도성 섬유(1112) 상에 형성된 금속층 기반 수산화물 나노시트(1114)를 포함할 수 있다.
음극부(1120)는 카본 직물(1124) 및 카본 직물(1124) 상에 형성된 활성탄층(1122)을 포함할 수 있다.
슈퍼커패터리의 제조 방법에 있어서, 전도성 섬유(1112)와 전도성 섬유(1112) 상에 형성된 금속층 기반 수산화물 나노시트(1114)를 양극부(1110)로 형성할 수 있다.
또한, 카본 직물(1124)과 카본 직물(1124) 상에 형성된 활성탄층(1122)을 음극부로 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 양극부(1110)와 음극부(1120)를 결합할 수 있다. 이 경우, 양극부(1110)의 금속층 기반 수산화물 나노시트(1114)와 음극부(1120)의 활성탄층(1122)이 서로 접하도록 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 양극부(1110)와 음극부(1120) 사이에 스페이서(spacer)(1130)가 추가될 수 있다.
이 경우, 스페이서의 일면에 양극부(1110)의 금속층 기반 수산화물 나노시트(1114)가 결합되고, 스페이서의 타면에 음극부(1120)의 활성탄층(1122)이 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 처음에는 LDH-3h 기반 배터리 타입 전극과 AC/CC 기반 음극을 1M KOH 전해질에 약 12시간 동안 담그고, 단락(short circuit)을 억제하기 위해 두 전극 사이에 한 장의 스페이서, 즉, 여과지(filter paper)로 끼워 넣을 수 있다.
그런 다음, 슈퍼커패터리(1000)의 전체 시스템에 이물질이나 불순물이 들어가지 않도록 슈퍼커패터리(1000)를 필름, 즉, 하우징으로 패킹(pack)할 수 있다.
제조된 물질의 전기 화학적 반응을 수성 알칼리 전해질에서 조사할 수 있다. 양극부(1110) 및 음극부(1120)의 각각의 특징을 이용하여, 슈퍼커패터리(1000)는 높은 면적 커패시턴스, 최대 에너지 및 전력 밀도와 같은 우수한 전기 화학적 특성을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 2개의 유연한 슈퍼커패터리는 직렬 연결로 연결되어 에너지 저장 모듈 (energy storage module (ESM))을 형성할 수 있다.
도 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패터리의 CV 프로파일 그래프를 도시한 도면이다.
도 11c를 참고하면, LDH-3h 및 AC/CC 전극의 CV 프로파일을 각각의 전압 윈도우에서 10 mV/s의 일정한 스위프 속도로 기록한 것을 나타낼 수 있다.
AC/CC 전극의 EDLC 동작은 -1.0-0V의 전압 윈도우에서 관찰되었으며, LDH-3h 전극의 배터리 유사 반응은 0에서 0.55V를 확인할 수 있다.
따라서, 슈퍼커패터리의 최적 전위 윈도우(potential window)는 -1.55V일 수 있다. 이를 검증하기 위해, 슈퍼커패터리의 CV 및 GCD 테스트는 다양한 전위 윈도우에서 기록될 수 있다.
도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 전위 윈도우에 대한 CV 프로파일 그래프를 도시한 도면이다. 도 11e는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 전위 윈도우에 대한 GCD 프로파일 그래프를 도시한 도면이다.
도 11d 및 11e를 참고하면, 고정 스위프 속도 및 전류 밀도에서 0-0.8V~0-1.65V의 전위 윈도우 내에서 측정된 조립된 슈퍼커패터리의 CV 및 GCD 프로파일을 확인할 수 있다.
이들 수치로부터, 전위 윈도우가 1.55V 이상으로 확장되었을 때 슈퍼커패터리가 CV 및 GCD 응답에서 약간의 편차를 나타냈다는 것을 알 수 있다.
따라서, 슈퍼커패터리의 최적 작동 전위 윈도우는 0-1.55V로 측정되었고, 동일한 전위에서 추가의 전기 화학적 특성이 검사될 수 있다.
도 11f는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 스캔 속도에 대한 CV 프로파일 그래프를 도시한 도면이다.
도 11f를 참고하면, 20에서 100mV s-1의 서로 다른 스캔 속도로 기록된 슈퍼커패터리의 CV 곡선을 확인할 수 있다.
스캔 속도가 증가함에 따라, 산화 환원 피크 강도 및 CV 프로파일의 둘러싸인 영역은 또한 피크 위치의 약간의 이동으로 점진적으로 증가함을 확인할 수 있다.
높은 스캔 속도(100mV s-1)로 측정된 CV 곡선은 형상을 잘 유지함으로써 슈퍼커패터리의 우수한 가역성을 확인할 수 있다. 슈퍼커패터리의 GCD 플래토(plateaus)는 2 내지 25mA cm-2의 다양한 전류 밀도에서 속도 능력을 해독하기 위해 측정될 수 있다.
도 11g는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 스캔 속도에 대한 충전 및 방전 그래프를 도시한 도면이다. 도 11h는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 전류 밀도에 대한 면적 커패시턴스 성능 그래프를 도시한 도면이다.
도 11g를 참고하면, 슈퍼커패터리는 비선형 충전 및 방전 곡선을 나타내었고, 이는 CV 결과와 잘 매칭될 수 있다.
도 11h를 참고하면, 슈퍼커패터리의 면적 커패시턴스 성능은 하기 <수학식 3>을 사용하여 추정되었고, 얻어진 값은 다양한 전류 밀도를 확인할 수 있다.
여기서 CAC는 면적 용량(F cm-2), 
는 방전 시간(s), I는 방전 전류(A), a는 전극의 활성 영역(cm2), V는 전위 윈도우(V)를 나타낸다.
양극 및 음극 물질의 장점을 이용하여, 슈퍼커패터리는 2mA cm-2의 초기 전류 밀도에서 232mF cm-2의 최대 면적 커패시턴스를 전달할 수 있다.
전류 밀도가 거의 12(25mA cm-2)만큼 증가했을 때, 슈퍼커패터리는 여전히 커패시턴스 유지율이 92.5%인 214.6mF cm-2를 유지하여 장치의 뛰어난 가역성과 우수한 속도 성능을 나타낼 수 있다.
도 11i는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 및 전력 밀도 그래프를 도시한 도면이다.
도 11i를 참고하면, 슈퍼커패터리의 에너지 및 전력 밀도 값은 각각 라곤(Ragone) 다이어그램에 표시된 것과 같이 하기 <수학식 4>와 <수학식 5>를 사용하여 계산될 수 있다.
여기서, E는 면적 에너지 밀도(Wh cm-2), 
는 방전 시간(s), I는 방전 전류(A), a는 전극의 활성 영역(cm2), V는 전위 윈도우(V), 
는 방전 곡선 면적(V s), P는 면적 전력 밀도(W cm-2)를 나타낸다.
LDH NS-3h 전극을 에너지 공급원으로 사용하고 AC/CC 전극을 전원 공급원으로 사용하여, 슈퍼커패터리는 1.51mW cm-2의 전력 밀도에서 0.0734mWh cm-2의 최대 면적 에너지 밀도를 전달할 수 있다.
또한, 슈퍼커패터리는 15mW cm-2의 고출력 밀도에서도 여전히 0.042mW cm-2를 나타낼 수 있다.
도 11j는 본 발명의 일 실시예에 따른 수명 테스트 그래프를 도시한 도면이다.
도 11j를 참고하면, 수명 테스트를 모니터링하기 위해, 7mA cm-2의 고정 전류 밀도에서 끊임없는 충전 및 방전 프로세스를 통해 슈퍼커패터리를 5000 배까지 순환시킬 수 있다.
수명 테스트 후, 슈퍼커패터리는 여전히 초기 커패시턴스의 93%를 유지했으며 99.1%의 뛰어난 쿨롱 효율을 나타낸다.
EIS 분석은 또한 전기 화학 전도도 및 표면 전기 동력학을 면밀히 조사하기 위해 수명 시험 전후의 슈퍼커패터리에 대해 수행될 수 있다.
도 11k는 본 발명의 일 실시예에 따른 나이퀴스트 그래프를 도시한 도면이다.
도 11k를 참고하면, 수명 시험 전후에 기록된 나이퀴스트 플롯은 두 개의 공통된 특성, 즉 고주파 및 저주파 섹션에서 각각 거의 반원 모양과 기울어 진 선을 나타낸다.
수명 시험 전후의 Resr 값은 각각 -3.34 및 -3.42Q cm-2인 것으로 분석될 수 있다. 한편, Rct 값은 수명 시험 전후에 각각 ~ 2.85 및 -2.86Q cm-2로 분석될 수 있다.
사이클링 시험 전후에 얻어진 거의 유사한 Rct 값은 제조된 슈퍼커패터리에서 우수한 전기 화학적 전도성 및 더 빠른 전하 수송을 나타낼 수 있다.
따라서, 유연한 형태를 갖는 집전체로서 전도성 직물/패브릭을 사용하는 것은 그러한 구성 요소의 설계에 적합할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패터리의 적용을 도시한 도면이다.
도 12를 참고하면, 슈퍼커패터리의 적용을 확인할 수 있다. 굽힘 조건(180
)에서 기록된 슈퍼커패터리의 CV 프로파일은 정상 상태의 프로파일과 거의 겹치므로, 양호한 일관성을 나타낸다.
슈퍼커패터리의 실질적인 타당성을 입증하기 위해, 에너지 저장 모듈(energy storage module, ESM)은 두 개의 슈퍼커패터리를 직렬로 연결함으로써 구성될 수 있다.
한편, 자연적으로 풍부하고 친환경 에너지 자원과 같은 풍력, 조력, 수력 및 태양 에너지로부터 에너지를 저장하는 것은 종래의 화석 연료에 대한 의존을 감소시키기 위해 관심이 증가하고 있다.
태양 에너지는 깨끗하고 안전하며 재생 가능한 에너지를 제공하며, 태양 에너지는 다른 유형의 재생 에너지에 비해 본질적으로보다 균일하게 분포될 수 있다.
또한 낮에는 사무실로 걸어가기, 지면에서 놀기, 부지에서 일하기, 현장에서 농사짓기 등과 같이 낮/밤에 외출 장소로 나가는 것이 일반적이다. 또한, 상기 작업을 수행하는 동안에도 태양 에너지를 저장할 수 있다.
따라서, 플렉서블 태양 전지 패널과 함께 제공되는 본 발명에 따른 슈퍼커패터리 기반 충전 저장 스테이션은 모자의 상부에 설치될 수 있다.
또한, ESM의 양극 및 음극 터미널을 플렉서블 태양 전지 패널의 해당 단자에 연결할 수 있다. 충전 후, 디지털시계에 연결하여 ESM의 기능을 조사할 수 있다.
저장된 에너지로, ESM은 구부러진 상태에서도 디지털시계에 전원을 공급할 수 있다.
또한, ESM은 녹색 LED 및 청색 LED 토치를 점등시키고, 최대 회전 속도로 모터 팬에 전원을 공급할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 합리적이고 비용 효율적이며 친환경적인 배터리 유형 재료의 합리적인 설계로 제안된 독창적이고 비용 효율적이며 환경 친화적인 HWT 방법은 혁신적이고 단순하며 고효율 에너지 저장 장치를 위한 웨어러블 패브릭 기반 전극을 제공할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 플렉서블 CF 기판 상에 계층적 및 산화 환원 화학 활성 Ni-Cu-Co LDH NS를 제조하기 위해 신규하고 비용 효율적이며 환경 친화적인 HWT 방법이 사용될 수 있다.
LDH NS의 전체 합성 과정은 완전히 친환경적이었고 농지에서 식물을 재배하는 것과 유사할 수 있다. Ni-Cu-Co LDH NS는 RRR 공정을 준수하여 DIW의 가수분해 동안 금속성 층상 CF 섬유의 표면으로부터 현장(in-situ) 생성될 수 있다.
특히, 3시간 동안 95
의 HWT 조건에서 제조된 Ni-Cu-Co LDH NS는 다른 샘플과 비교하여 계층적 연결 및 개방-다공성 공극을 갖는 잘 정의된 NS의 독특한 구조적 특성을 나타낼 수 있다.
결과적으로, LDH-3h 전극은 높은 면적 용량(104.3
Ah cm-2), 우수한 속도 성능(79.3%) 및 우수한 수명(124.5%)을 포함하여 적절한 전기 화학적 특성을 나타낼 수 있다.
우수한 전하 저장 특성을 고려하여, 슈퍼커패터리는 전해질로서 1M KOH에서 각각 양극 및 음극으로서 LDH-3h 및 AC/CC를 사용하여 조립될 수 있다.
조립된 슈퍼커패터리는 또한 우수한 에너지 저장 특성을 나타낼 수 있으며, 1.51mW cm-2의 전력 밀도에서, 슈퍼커패터리는 0.0734mWh cm-2의 최대 에너지 밀도를 나타내고, 15mW cm-2의 높은 전력 밀도에서도 여전히 0.042mWh/cm2를 유지할 수 있다.
또한, 슈퍼커패터리는 5000 사이클 후 높은 쿨롱 효율로 93%의 인상적인 사이클링 안정성을 나타낼 수 있다.
전기 에너지의 관점에서 태양 에너지를 저장한 후, 직렬로 연결된 슈퍼커패터리는 다양한 전자 부품에 잠재적으로 통전/전원을 공급할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
110: 전도성 섬유
120: 금속층
130: 금속층 기반 수산화물 나노시트
1100: 슈퍼커패터리
1110: 양극부
1112: 전도성 섬유
1114: 금속층 기반 수산화물 나노시트
1120: 음극부
1122: 카본 직물
1124: 활성탄층
1130: 스페이서
120: 금속층
130: 금속층 기반 수산화물 나노시트
1100: 슈퍼커패터리
1110: 양극부
1112: 전도성 섬유
1114: 금속층 기반 수산화물 나노시트
1120: 음극부
1122: 카본 직물
1124: 활성탄층
1130: 스페이서
Claims (8)
- (a) 표면에 금속층이 형성된 전도성 섬유(conductive fiber)를 탈이온수(de-ionized water)에 함침시키는 단계; 및
(b) 상기 탈이온수에 함침된 상기 금속층이 형성된 전도성 섬유를 1시간 내지 3시간 동안 60내지 120
로 가열하여 상기 전도성 섬유 상에 상기 금속층 기반 수산화물 나노시트를 생성하여 슈퍼커패터리의 양극부로 형성하는 단계;
를 포함하는,
슈퍼커패터리 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 전도성 섬유는 수평 및 수직 다발로 형성된 직물 패턴으로 구성된,
슈퍼커패터리 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 금속층은, 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co) 및 탄소(C) 중 적어도 하나를 포함하는,
슈퍼커패터리 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
(c) 활성탄(activated carbon) 기반 슬러리를 형성하는 단계;
(d) 카본 직물(carbon cloth) 상에 상기 활성탄 기반 슬러리를 로딩하는 단계;
(e) 상기 활성탄 기반 슬러리가 로딩된 카본 직물을 가열하여 건조시켜 상기 카본 직물 상에 활성탄층을 형성하는 단계;
(f) 상기 카본 직물과 상기 카본 직물 상에 형성된 상기 활성탄층을 음극부로 형성하는 단계; 및
(g) 상기 양극부와 상기 음극부를 결합하는 단계;
를 더 포함하는,
슈퍼커패터리 제조 방법.
- 삭제
- 제6항에 있어서,
상기 양극부와 상기 음극부 사이에 스페이서(spacer)가 추가되는,
슈퍼커패터리 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200056742A KR102407763B1 (ko) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Hwt 기반의 슈퍼커패터리 및 이의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200056742A KR102407763B1 (ko) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Hwt 기반의 슈퍼커패터리 및 이의 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210138431A KR20210138431A (ko) | 2021-11-19 |
| KR102407763B1 true KR102407763B1 (ko) | 2022-06-10 |
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ID=78718095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200056742A KR102407763B1 (ko) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Hwt 기반의 슈퍼커패터리 및 이의 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102407763B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101982539B1 (ko) | 2017-12-27 | 2019-05-27 | 울산과학기술원 | 나트륨 이차전지 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102070972B1 (ko) * | 2018-04-25 | 2020-01-29 | 울산과학기술원 | 수퍼커패시터용 전극, 이를 포함하는 수퍼커패시터 및 이의 제조방법 |
| KR102013179B1 (ko) | 2018-09-21 | 2019-08-22 | 한국세라믹기술원 | 슈퍼커패시터용 전극활물질의 제조방법, 이를 이용한 슈퍼커패시터 전극의 제조방법 및 슈퍼커패시터의 제조방법 |
-
2020
- 2020-05-12 KR KR1020200056742A patent/KR102407763B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101982539B1 (ko) | 2017-12-27 | 2019-05-27 | 울산과학기술원 | 나트륨 이차전지 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| A. Janicek et al., ‘High Performance Activated Carbon/Carbon Cloth Cathodes forMicrobial Fuel Cells,’FUEL CELLS 15, 2015, No. 6, 855-861 (2015.10.29.) 1부.* |
| H. Liang et al., ‘Hierarchical NiCo-LDH@NiOOH core-shell heterostructure on carbon fiber cloth as battery-like electrode for supercapacitor,’Journal of Power Sources 378 (2018) 248-254 (2018.01.04.) 1부.* |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20210138431A (ko) | 2021-11-19 |
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