KR102414332B1 - Method of manufacturing form factor-free flexible supercapacitor and the same manufactured thereby - Google Patents

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KR102414332B1
KR102414332B1 KR1020200161493A KR20200161493A KR102414332B1 KR 102414332 B1 KR102414332 B1 KR 102414332B1 KR 1020200161493 A KR1020200161493 A KR 1020200161493A KR 20200161493 A KR20200161493 A KR 20200161493A KR 102414332 B1 KR102414332 B1 KR 102414332B1
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Abstract

본 발명은 다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법 및 이에 따라 제조된 다형상 유연 슈퍼커패시터에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 다형상 유연 슈퍼커패시터는, 기재를 준비하는 단계; 상기 기재 상에 마스크를 형성하는 단계; 상기 마스크가 형성된 기재를 에칭하는 단계; 상기 에칭하는 단계를 거친 기재 상에 금속을 증착하여 집전체를 형성하는 단계; 상기 마스크를 제거하는 단계; 상기 집전체 상에 전극을 형성하는 단계; 상기 전극 상에 전해질을 형성하는 단계; 및 상기 전해질 상에 패키징을 형성하는 단계;를 포함하는 것이다. 본 발명에 따르면, 특히 전극의 고로딩이 가능한 슈퍼커패시터로서, 셀 성능이 우수하면서도 굽힘 등의 변형에 강한 슈퍼커패시터를 제공할 수 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor and to a polymorphic flexible supercapacitor manufactured accordingly. The polymorphic flexible supercapacitor according to an embodiment of the present invention includes the steps of: preparing a substrate; forming a mask on the substrate; etching the substrate on which the mask is formed; depositing a metal on the substrate that has undergone the etching step to form a current collector; removing the mask; forming an electrode on the current collector; forming an electrolyte on the electrode; and forming packaging on the electrolyte. According to the present invention, it is possible to provide a supercapacitor that has excellent cell performance and is strong against deformation such as bending, particularly as a supercapacitor capable of high electrode loading.

Description

다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다형상 유연 슈퍼커패시터 {METHOD OF MANUFACTURING FORM FACTOR-FREE FLEXIBLE SUPERCAPACITOR AND THE SAME MANUFACTURED THEREBY}Method of manufacturing polymorphic flexible supercapacitor and polymorphic flexible supercapacitor manufactured thereby

본 발명은 다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다형상 유연 슈퍼커패시터에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor and to a polymorphic flexible supercapacitor manufactured by the method.

IOT 시대와 함께 언택트의 트렌드가 지속됨에 따라, 스마트 기기, 웨어러블 기기, 전자 시스템 기술의 발전이 빠르게 진행되고 있다. 이에 따라, 다양한 분야에 적용될 수 있도록 형태, 크기가 다양한 폼팩터 프리(Form factor free) 에너지 저장 장치 또는 유연한 에너지 저장 장치의 연구가 진행되고 있다.As the trend of untact continues with the IOT era, smart devices, wearable devices, and electronic system technologies are rapidly developing. Accordingly, research on form factor free energy storage devices or flexible energy storage devices having various shapes and sizes to be applied to various fields is being conducted.

관련하여 리튬이온 배터리와 슈퍼커패시터가 후보군으로 꾸준하게 제시되고 있다. 그러나 리튬이온 배터리의 경우 안전성, 전지 수명, 전력 밀도, 가공성 등의 문제로 인하여 차세대 전원으로서 많은 제약이 있다.In this regard, lithium-ion batteries and supercapacitors are constantly being presented as candidates. However, in the case of lithium-ion batteries, there are many limitations as a next-generation power source due to problems such as safety, battery life, power density, and processability.

한편, 슈퍼커패시터는 리튬이온 배터리에 비해 상대적으로 전력 밀도가 높고, 전지 수명이 길고, 비용이 낮으며, 가공성이 좋은 이점을 가지고 있어 슈퍼커패시터가 차세대 전원으로 중요성이 증가하고 있다. 때문에, 웨어러블 기기 또는 스마트 전기소자에 일체화될 수 있도록 디자인적 다양성, 유연성, 고에너지 밀도를 가진 마이크로 슈퍼커패시터의 개발이 요구되고 있다.On the other hand, supercapacitors have the advantages of relatively high power density, long battery life, low cost, and good processability compared to lithium-ion batteries. Therefore, the development of a micro-supercapacitor having design diversity, flexibility, and high energy density so as to be integrated into a wearable device or a smart electric device is required.

상술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다형상 유연 슈퍼커패시터를 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, the present invention is to provide a method for manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor and a polymorphic flexible supercapacitor manufactured thereby.

본 발명은, 전기 소자에 적용하기 위해 뛰어난 전기화학 성능뿐만 아니라 기계적 유연성 및 디자인 다양성이 고려된 슈퍼커패시터를 제공하고자 하는 것이다.An object of the present invention is to provide a supercapacitor in consideration of not only excellent electrochemical performance but also mechanical flexibility and design diversity for application to electrical devices.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.

본 발명의 일 측면에 따른 다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법은, 기재를 준비하는 단계; 상기 기재 상에 마스크를 형성하는 단계; 상기 마스크가 형성된 기재를 에칭하는 단계; 상기 에칭하는 단계를 거친 기재 상에 금속을 증착하여 집전체를 형성하는 단계; 상기 마스크를 제거하는 단계; 상기 집전체 상에 전극을 형성하는 단계; 상기 전극 상에 전해질을 형성하는 단계; 및 상기 전해질 상에 패키징을 형성하는 단계;를 포함한다.A method of manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor according to an aspect of the present invention includes the steps of preparing a substrate; forming a mask on the substrate; etching the substrate on which the mask is formed; depositing a metal on the substrate that has undergone the etching step to form a current collector; removing the mask; forming an electrode on the current collector; forming an electrolyte on the electrode; and forming packaging on the electrolyte.

일 실시예에 따르면, 상기 기재는, 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 파릴렌으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the substrate may include at least one selected from the group consisting of polyimide, polyethylene terephthalate, and parylene.

일 실시예에 따르면, 상기 기재를 준비하는 단계는, 스핀 코팅을 통해 형성되는 기재인 것일 수 있다.According to one embodiment, the step of preparing the substrate may be a substrate formed through spin coating.

일 실시예에 따르면, 상기 에칭하는 단계는, 이온빔 소스를 이용하여 수행되는 것일 수 있다.According to an embodiment, the etching may be performed using an ion beam source.

일 실시예에 따르면, 상기 집전체는, 금, 은, 티타늄, 알루미늄 및 구리로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the current collector may include at least one metal selected from the group consisting of gold, silver, titanium, aluminum, and copper.

일 실시예에 따르면, 상기 마스크를 제거하는 단계 이후에, 상기 집전체 상에 제2 금속을 증착하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, after removing the mask, depositing a second metal on the current collector may be further included.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 금속은, 니켈, 알루미늄 및 구리로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the second metal may include at least one selected from the group consisting of nickel, aluminum, and copper.

일 실시예에 따르면, 상기 전극은, 활성탄, 그래핀 및 멕신으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the electrode may include at least one selected from the group consisting of activated carbon, graphene, and mexin.

일 실시예에 따르면, 상기 전해질은, 티올 및 탄소 이중결합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 작용기를 가지는 물질을 포함하는 것이고, 상기 전해질을 형성하는 단계는, 겔 형태의 고분자를 도포하여 수행되는 것일 수 있다.According to one embodiment, the electrolyte is to include a material having at least one functional group selected from the group consisting of thiol and a carbon double bond, and the step of forming the electrolyte is performed by applying a polymer in a gel form. it could be

일 실시예에 따르면, 상기 패키징은, 폴리디메틸실록산, 폴리메틸메타아크릴레이트 및 폴리우레탄을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the packaging may include at least one selected from the group consisting of polydimethylsiloxane, polymethyl methacrylate, and polyurethane.

일 실시예에 따르면, 상기 마스크를 형성하는 단계, 전극을 형성하는 단계, 전해질을 형성하는 단계 및 패키징을 형성하는 단계 중 적어도 하나의 단계는, 사출 프린팅을 통해 수행되는 것일 수 있다.According to an embodiment, at least one of the steps of forming the mask, forming the electrode, forming the electrolyte, and forming the packaging may be performed through injection printing.

일 실시예에 따르면, 상기 전해질 상에 패키징을 형성하는 단계 이후에, 상기 패키징 상에 소수성 필름층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것이고, 상기 소수성 필름층은, 파릴렌 C, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, after the step of forming the packaging on the electrolyte, the step of forming a hydrophobic film layer on the packaging; will further include, the hydrophobic film layer, Parylene C, polyethylene and polypropylene It may be to include at least one selected from the group consisting of.

본 발명의 다른 측면에 따른 다형상 유연 슈퍼커패시터는, 기재; 상기 기재 상에 형성된 집전체; 상기 집전체 상에 형성된 전극; 상기 전극 상에 형성된 전해질; 및 상기 전해질 상에 형성된 패키징;을 포함하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패시터의 제조방법에 따라 제조된 것이다.A polymorphic flexible supercapacitor according to another aspect of the present invention includes a substrate; a current collector formed on the substrate; an electrode formed on the current collector; an electrolyte formed on the electrode; and packaging formed on the electrolyte, and is manufactured according to the method of manufacturing a supercapacitor according to an embodiment of the present invention.

일 실시예에 따르면, 상기 슈퍼커패시터는, 상기 집전체 및 상기 전극의 계면에 중립면이 형성되는 것일 수 있다.According to an embodiment, in the supercapacitor, a neutral plane may be formed at an interface between the current collector and the electrode.

일 실시예에 따르면, 상기 기재의 두께는, 2 ㎛ 내지 5 ㎛인 것이고, 상기 집전체의 두께는, 5 ㎚ 내지 20 ㎚인 것이고, 상기 기재 및 집전체의 두께비는, 150 : 1 내지 500 : 1인 것일 수 있다.According to an embodiment, the thickness of the substrate is 2 μm to 5 μm, the thickness of the current collector is 5 nm to 20 nm, and the thickness ratio of the substrate and the current collector is 150: 1 to 500: may be 1.

일 실시예에 따르면, 상기 전해질의 두께는, 10 ㎛ 내지 30 ㎛인 것이고, 상기 패키징의 두께는, 30 ㎛ 내지 70 ㎚인 것일 수 있다.According to an embodiment, the thickness of the electrolyte may be 10 μm to 30 μm, and the thickness of the packaging may be 30 μm to 70 nm.

본 발명은 다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다형상 유연 슈퍼커패시터를 제공할 수 있다.The present invention may provide a method for manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor and a polymorphic flexible supercapacitor manufactured by the method.

구체적으로, 본 발명은, 전기 소자에 적용하기 위해 뛰어난 전기화학 성능뿐만 아니라 기계적 유연성 및 디자인 다양성이 고려된 슈퍼커패시터를 제공할 수 있다.Specifically, the present invention can provide a supercapacitor in consideration of mechanical flexibility and design diversity as well as excellent electrochemical performance for application to electrical devices.

또한, 본 발명은 휘거나 굽히는 등의 변형이 발생하여도 성능이 유지되고 다형상의 디자인으로 제작될 수 있는 슈퍼커패시터의 제조방법을 제공할 수 있는 것이다.In addition, the present invention can provide a method of manufacturing a supercapacitor that can be manufactured in a polymorphic design while maintaining performance even when deformation such as bending or bending occurs.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법을 순차적으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법을 순차적으로 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법을 순차적으로 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼커패시터의 굽힘 전후의 전류 밀도 그래프이다.
도 5는 본 발명의 비교예에 따른 슈퍼커패시터의 굽힘 전후의 전류 밀도 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼커패시터를 굽힘 테스트 수행 후 그 단면을 촬영한 SEM 이미지이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼커패시터를 굽힘 테스트 수행 후 그 단면 중 전극과 집전체의 계면을 확대하여 촬영한 SEM 이미지이다.
도 8은 본 발명의 비교예에 따른 슈퍼커패시터를 굽힘 테스트 수행 후 그 단면을 촬영한 SEM 이미지이다.
도 9는 본 발명의 비교예에 따른 슈퍼커패시터를 굽힘 테스트 수행 후 그 단면 중 전극과 집전체의 계면을 확대하여 촬영한 SEM 이미지이다.
1 is a conceptual diagram sequentially illustrating a method of manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram sequentially illustrating a method of manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram sequentially illustrating a method of manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph of current density before and after bending of a supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph of current density before and after bending of a supercapacitor according to a comparative example of the present invention.
6 is an SEM image of a cross-section of a supercapacitor according to an embodiment of the present invention after performing a bending test.
7 is an SEM image of the supercapacitor according to an embodiment of the present invention, after performing a bending test, and enlarging the interface between the electrode and the current collector in the cross section thereof.
8 is an SEM image of a cross-section of a supercapacitor according to a comparative example of the present invention after performing a bending test.
9 is an enlarged SEM image of a supercapacitor according to a comparative example of the present invention, taken after performing a bending test at an interface between an electrode and a current collector in a cross-section thereof.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes may be made to the embodiments, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all modifications, equivalents and substitutes for the embodiments are included in the scope of the rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are used for the purpose of description only, and should not be construed as limiting. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 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 otherwise defined, 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 the embodiment 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

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components are given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. In describing the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms. When a component is described as being “connected,” “coupled,” or “connected” to another component, that component may be directly connected or connected to the other component, but between each component another component It will be understood that may also be "connected", "coupled" or "connected".

어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components having a common function will be described using the same names in other embodiments. Unless otherwise stated, descriptions described in one embodiment may be applied to other embodiments as well, and detailed descriptions within the overlapping range will be omitted.

본 발명의 일 측면에 따른 다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법은, 기재를 준비하는 단계; 상기 기재 상에 마스크를 형성하는 단계; 상기 마스크가 형성된 기재를 에칭하는 단계; 상기 에칭하는 단계를 거친 기재 상에 금속을 증착하여 집전체를 형성하는 단계; 상기 마스크를 제거하는 단계; 상기 집전체 상에 전극을 형성하는 단계; 상기 전극 상에 전해질을 형성하는 단계; 및 상기 전해질 상에 패키징을 형성하는 단계;를 포함한다.A method of manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor according to an aspect of the present invention includes the steps of preparing a substrate; forming a mask on the substrate; etching the substrate on which the mask is formed; depositing a metal on the substrate that has undergone the etching step to form a current collector; removing the mask; forming an electrode on the current collector; forming an electrolyte on the electrode; and forming packaging on the electrolyte.

전기소자의 성공적인 작동 및 에너지원과의 일체화를 위해서는, 뛰어난 전기화학적 성능뿐만 아니라, 기계적으로 유연하면서도 디자인적으로 다양한 슈퍼커패시터가 필요한 실정이다. 한편, 최근의 연구에 따르면 기계적 유연성을 갖추기 위해 활물질을 적게 로딩함으로써 셀의 성능이 저하되고, 반복적으로 변형을 수 회 가할 경우 급격한 셀 성능 저하가 발생하고 있다. 다시 말해서, 커패시터의 전기화학적 성능과 기계적 유연성은 상충되는 관계에 있어 이를 동시에 구현하기 어려운 실정이었다.For successful operation of electric devices and integration with energy sources, supercapacitors with excellent electrochemical performance as well as mechanically flexible and design-various supercapacitors are required. On the other hand, according to a recent study, the performance of the cell is deteriorated by loading a small amount of active material to obtain mechanical flexibility, and when the deformation is repeatedly applied several times, the cell performance is rapidly deteriorated. In other words, the electrochemical performance of the capacitor and the mechanical flexibility have a conflicting relationship, making it difficult to simultaneously implement them.

그러나, 본 발명에 따른 다형상 유연 슈퍼커패시터는, 패키징을 형성하는 것으로서, 패키징의 두께를 조절하여 전체 슈퍼커패시터의 중립면을 제어할 수 있고, 중립면을 적절하게 위치시킴으로써 슈퍼커패시터를 반복적으로 굽히거나 인장시켜도 셀 성능이 저하되지 않는 장점이 있는 것이다.However, the polymorphic flexible supercapacitor according to the present invention forms the packaging, and by adjusting the thickness of the packaging, the neutral plane of the entire supercapacitor can be controlled, and the supercapacitor is repeatedly bent by appropriately positioning the neutral plane. It has the advantage that cell performance does not deteriorate even when it is stretched or stretched.

또한, 본 발명에 따른 다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법은, 다양한 전기 소자에 적용할 수 있도록 다양한 형태의 슈퍼커패시터를 제조할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.In addition, the method for manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor according to the present invention may provide a method capable of manufacturing various types of supercapacitors to be applied to various electrical devices.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법을 순차적으로 나타낸 개념도이다.1 is a conceptual diagram sequentially illustrating a method of manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법은, 기재(100)를 준비하는 단계; 마스크(200)를 형성하는 단계; 기재(100)를 에칭하는 단계; 기재(100) 상에 금속을 증착하여 집전체(300)를 형성하는 단계; 마스크(200)를 제거하는 단계; 집전체(300) 상에 전극(400)을 형성하는 단계; 전극(400) 상에 전해질(500)을 형성하는 단계; 및 전해질(500) 상에 패키징(600)을 형성하는 단계;를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a method of manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor according to an embodiment of the present invention includes the steps of preparing a substrate 100 ; forming a mask 200; etching the substrate 100 ; forming a current collector 300 by depositing a metal on the substrate 100; removing the mask 200; forming an electrode 400 on the current collector 300; forming an electrolyte 500 on the electrode 400; and forming the packaging 600 on the electrolyte 500 .

이 때, 마스크(200)가 형성되어 있는 기재(100)의 일 부분에는 기재(100) 상에 집전체(300)가 직접적으로 형성되지 않는다. 따라서, 집전체(300)는 마스크(200)가 형성되어 있던 부분에는 형성되지 않고, 기재(100) 상의 일 부분에 형성되는 것일 수 있다. 또한, 전극(400)은 기재(100) 상의 일 부분에 형성된 집전체(300) 상에만 형성되는 것일 수 있으며, 전해질(500)은 전극(400) 또는 집전체(300)가 형성되지 않은 기재(100) 상을 모두 덮도록 형성되는 것일 수 있다.In this case, the current collector 300 is not directly formed on the substrate 100 in a portion of the substrate 100 on which the mask 200 is formed. Accordingly, the current collector 300 may not be formed on the portion where the mask 200 was formed, but may be formed on a portion of the substrate 100 . In addition, the electrode 400 may be formed only on the current collector 300 formed on a portion of the substrate 100 , and the electrolyte 500 may be formed on the substrate on which the electrode 400 or the current collector 300 is not formed ( 100) may be formed to cover all the phases.

또한, 패키징(600)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전해질(500)이 형성되지 않은 기재(100)의 일 부분 및 전해질(500)을 덮도록 형성되는 것일 수 있다.In addition, the packaging 600 may be formed to cover a portion of the substrate 100 and the electrolyte 500 on which the electrolyte 500 is not formed, as shown in FIG. 1 .

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 기재는, 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 파릴렌으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the substrate may include at least one selected from the group consisting of polyimide, polyethylene terephthalate, and parylene.

일 실시예에 따르면, 기재는, 폴리이미드를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the substrate may include polyimide.

일 실시예에 따르면, 기재는, 유연성을 가지는 고분자를 포함하는 것일 수 있고, 상기 특성을 가진 고분자라면 본 발명에 이용될 수 있는 것이며, 상기 기재에 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment, the substrate may include a polymer having flexibility, and any polymer having the above characteristics may be used in the present invention, but is not limited to the substrate.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 기재를 준비하는 단계는, 스핀 코팅을 통해 형성되는 기재인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of preparing the substrate may be a substrate formed through spin coating.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 에칭하는 단계는, 이온빔 소스를 이용하여 수행되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the etching may be performed using an ion beam source.

일 실시예에 따르면, 마스크가 형성된 기재를 이온빔 에칭(Ion beam etching)하여 기재의 거칠기를 증가시킬 수 있고, 이후 형성되는 집전체와의 부착력을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment, the roughness of the substrate may be increased by ion beam etching of the substrate on which the mask is formed, and the adhesion to the current collector may be improved.

구체적으로, 이온빔 에칭을 통해 유연 기재의 거칠기가 증가하여 기재 표면의 표면적이 증가하게 된다. 에칭 처리된 기판에 금속 집전체가 형성되는 경우, 금속 입자가 더 균일하고 작은 시드(Seed)로 증착되기 때문에, 집전체와 기판 간의 부착되는 정도가 더 커지는 장점이 있다.Specifically, the roughness of the flexible substrate is increased through ion beam etching, thereby increasing the surface area of the substrate surface. When the metal current collector is formed on the etched substrate, there is an advantage in that the degree of adhesion between the current collector and the substrate is increased because the metal particles are more uniform and deposited as a small seed.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 집전체는, 금, 은, 티타늄, 알루미늄 및 구리로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the current collector may include at least one metal selected from the group consisting of gold, silver, titanium, aluminum, and copper.

일 실시예에 따르면, 집전체는, 금과 티타늄을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the current collector may include gold and titanium.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 마스크를 제거하는 단계 이후에, 상기 집전체 상에 제2 금속을 증착하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, after removing the mask, depositing a second metal on the current collector; may further include.

일 실시예에 따르면, 집전체 상에 제2 금속을 전기도금을 통해 증착하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the second metal may be deposited on the current collector through electroplating.

집전체 상에 제2 금속을 전기도금하여, 전체 셀의 전자 전도도를 확보할 수 있으며, 도금 시간이 증가할수록 집전체의 면저항이 감소하고 전자전도도가 커지는 것일 수 있다.By electroplating the second metal on the current collector, the electronic conductivity of the entire cell may be secured, and as the plating time increases, the sheet resistance of the current collector may decrease and the electronic conductivity may increase.

일 실시예에 따르면, 상기 집전체 상에 제2 금속을 증착하는 단계는, 1시간 내지 8시간 동안 수행되는 것일 수 있다.According to an embodiment, the step of depositing the second metal on the current collector may be performed for 1 hour to 8 hours.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법을 순차적으로 나타낸 개념도이다.2 is a conceptual diagram sequentially illustrating a method of manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 마스크(200)를 제거하는 단계 이후에, 집전체(300) 상에 제2 금속(700)을 증착하는 것일 수 있다. 이 때, 전극(400)은, 집전체(300)의 제2 금속(700)이 형성된 일 측면 상에 형성되는 것일 수 있다.Referring to FIG. 2 , after removing the mask 200 , the second metal 700 may be deposited on the current collector 300 . In this case, the electrode 400 may be formed on one side of the current collector 300 on which the second metal 700 is formed.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 제2 금속은, 니켈, 알루미늄 및 구리로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the second metal may include at least one selected from the group consisting of nickel, aluminum, and copper.

일 실시예에 따르면, 제2 금속은 집전체에 포함되는 상기 금속과 상이한 것일 수 있다.According to an embodiment, the second metal may be different from the metal included in the current collector.

제2 금속은, 니켈인 것일 수 있다.The second metal may be nickel.

제2 금속이 집전체 상에 형성됨으로써, 셀 전체의 내부 저항이 크게 감소하고 더 높은 표면적당 정전용량(Areal capacitance)를 가질 수 있다.Since the second metal is formed on the current collector, the internal resistance of the entire cell may be greatly reduced and may have a higher areal capacitance per surface area.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 전극은, 활성탄, 그래핀 및 멕신으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the electrode may include at least one selected from the group consisting of activated carbon, graphene, and mexin.

일 실시예에 따르면, 전극을 형성하는 단계는, 사출 프린팅에 의해 수행되는 것일 수 있다.According to an embodiment, the forming of the electrode may be performed by injection printing.

프린팅되기 위해서는, 잉크의 형태로 전극 조성물이 준비되어야 하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극은, 콜로이드 입자가 응집되어 노즐이 막히거나 침전되지 않도록 할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극은, 고로딩 상태에서도 형태를 유지할 수 있는 유변학적 특성과 충분한 전자전도도를 가지는 것이고, 기계적 변형 하에서도 형태를 유지할 수 있는 것일 수 있다.In order to be printed, an electrode composition in the form of ink must be prepared, and the electrode according to an embodiment of the present invention can prevent the nozzles from clogging or precipitation due to agglomeration of colloidal particles. In addition, the electrode according to an embodiment of the present invention may have rheological properties and sufficient electronic conductivity to maintain a shape even in a high loading state, and may maintain a shape even under mechanical deformation.

본 발명의 일 실시예에 따른 전극은, 전극 조성물을 이용하여 형성되는 것일 수 있고, 상기 전극 조성물은, 안정적인 분산성을 가지는 콜로이드 상태의 현탁액일 수 있고, 이를 위해 분산제를 더 포함하는 것일 수 있다.The electrode according to an embodiment of the present invention may be formed using an electrode composition, and the electrode composition may be a colloidal suspension having stable dispersibility, and may further include a dispersing agent for this purpose. .

일 실시예에 따르면, 분산제는 전극 조성물 내 입자를 잘 분산시키고, 표면 전하의 개질제로서 이용되는 것일 수 있다.According to an embodiment, the dispersing agent may well disperse the particles in the electrode composition and be used as a modifier of surface charge.

상기 분산제는, 일 실시예로서, 폴리비닐피롤리돈(PVP; Polyvinylpyrrolidone)인 것일 수 있다.The dispersing agent, as an embodiment, may be polyvinylpyrrolidone (PVP; Polyvinylpyrrolidone).

일 실시예에 따르면, 전극은, 도전재로서, 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT: Multi-wall carbon nanotube)를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the electrode may include, as a conductive material, a multi-wall carbon nanotube (MWCNT).

일 실시예에 따르면, 다중벽 탄소나노튜브는, 지지체로서도 그 역할을 수행하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the multi-walled carbon nanotube may also serve as a support.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 전해질은, 티올(thiol) 및 탄소 이중결합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 작용기를 가지는 물질을 포함하는 것이고, 상기 전해질을 형성하는 단계는, 겔 형태의 고분자를 도포하여 수행하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the electrolyte is to include a material having at least one functional group selected from the group consisting of thiol and a carbon double bond, and the step of forming the electrolyte is in the form of a gel It may be carried out by coating a polymer.

일 실시예에 따르면, 상기 전해질은, 티올 및 탄소 이중결합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 작용기를 포함하는 고분자를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the electrolyte may include a polymer including at least one functional group selected from the group consisting of thiols and carbon double bonds.

일 실시예에 따르면, 상기 전해질은, 가교성 고분자를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the electrolyte may include a cross-linkable polymer.

일 실시예에 따르면, 상기 전해질은, 티올 및 탄소 이중결합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 작용기를 포함하는 가교성 고분자를 포함하는 것으로서, 티올-엔 클릭 반응이 수행되어 가교되는 것일 수 있다.According to an embodiment, the electrolyte includes a crosslinkable polymer including at least one functional group selected from the group consisting of thiol and a carbon double bond, and may be crosslinked by performing a thiol-ene click reaction.

일 실시예에 따르면, 전해질을 형성하는 단계는, 사출 프린팅에 의해 수행되는 것일 수 있다.According to an embodiment, the forming of the electrolyte may be performed by injection printing.

일 실시예에 따르면, 전해질을 형성하는 단계 이후에, 전해질을 경화시키는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, after the step of forming the electrolyte, the step of curing the electrolyte; may further include.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 패키징은, 폴리디메틸실록산(PDMS; Polydimethylsiloxane), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA : Poly(methyl methacrylate)) 및 폴리우레탄 (PU : Polyurethane)를 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the packaging is selected from the group consisting of polydimethylsiloxane (PDMS), poly(methyl methacrylate) (PMMA) and polyurethane (PU: Polyurethane). It may be to include at least one that is.

일 실시예에 따르면, 패키징을 형성하는 단계는, 사출 프린팅을 통해 수행되는 것일 수 있다.According to an embodiment, the step of forming the packaging may be performed through injection printing.

본 발명의 다형상 유연 슈퍼커패시터는, 전극의 두께를 상대적으로 높게 형성하여 셀의 성능을 극대화시킨 것일 수 있는데, 고로딩 전극 슈퍼커패시터의 경우 집전체로부터 전극이 쉽게 탈리될 수 있다는 문제점이 제기되어 왔다. 이를 해결하기 위해 전해질 상에 패키징을 형성할 수 있다.The polymorphic flexible supercapacitor of the present invention may have maximized cell performance by forming a relatively high electrode thickness. come. To solve this problem, packaging may be formed on the electrolyte.

일 실시예에 따르면, 패키징을 형성하여 본 발명에 따른 다형상 유연 슈퍼커패시터의 중립면을 조절할 수 있다. 이를 통해 전극과 집전체 사이의 계면 안정성이 향상될 수 있다.According to one embodiment, the neutral plane of the polymorphic flexible supercapacitor according to the present invention can be adjusted by forming the packaging. Through this, interfacial stability between the electrode and the current collector may be improved.

일 실시예에 따르면, 패키징을 형성하는 단계는, 전극 및 집전체의 계면에 중립면이 위치할 수 있도록 패키징의 두께를 형성하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the forming of the packaging may include forming a thickness of the packaging so that a neutral plane is positioned at the interface between the electrode and the current collector.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 마스크를 형성하는 단계, 전극을 형성하는 단계, 전해질을 형성하는 단계 및 패키징을 형성하는 단계 중 적어도 하나의 단계는, 사출 프린팅을 통해 수행되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, at least one of the step of forming the mask, the step of forming the electrode, the step of forming the electrolyte, and the step of forming the packaging may be performed through injection printing.

일 실시예에 따르면, 사출 프린팅은 원하는 곳에 원하는 만큼 물질의 인쇄가 가능한 것으로서, 잉크 직접 인쇄 기법에 해당하는 것이다.According to one embodiment, the injection printing is capable of printing a desired amount of material on a desired place, and corresponds to an ink direct printing technique.

일 실시예에 따르면, 사출 프린팅을 이용하여 다형상의 유연 슈퍼커패시터를 제조할 수 있는 것이며, 원하는 형태로 유연 슈퍼커패시터를 제조할 수 있다는 장점이 있다.According to an embodiment, it is possible to manufacture a polymorphic flexible supercapacitor by using injection printing, and there is an advantage in that the flexible supercapacitor can be manufactured in a desired shape.

일 실시예에 따르면, 사출 프린팅은, 정밀도가 높고, 잉크의 고로딩이 가능한 것일 수 있다.According to an embodiment, injection printing may have high precision and high loading of ink may be possible.

일 실시예에 따르면, 사출 프린팅을 이용하여, 40 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께로 마스크, 전극, 전해질 및 패키징 중 적어도 하나가 형성되는 것일 수 있다.According to an embodiment, at least one of a mask, an electrode, an electrolyte, and packaging may be formed to a thickness of 40 μm to 100 μm using injection printing.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 전해질 상에 패키징을 형성하는 단계 이후에, 상기 패키징 상에 소수성 필름층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것이고, 상기 소수성 필름층은, 파릴렌 C(Parylene C), 폴리에틸렌(Polyethylene) 및 폴리프로필렌(Polypropylene)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, after the step of forming the packaging on the electrolyte, the step of forming a hydrophobic film layer on the packaging; will further include, the hydrophobic film layer, Parylene C (Parylene C) C), it may be to include at least one selected from the group consisting of polyethylene (Polyethylene) and polypropylene (Polypropylene).

일 실시예에 따르면, 소수성 필름층은, 추가적인 수분의 투과를 막는 것일 수 있다.According to an embodiment, the hydrophobic film layer may prevent the permeation of additional moisture.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법을 순차적으로 나타낸 개념도이다.3 is a conceptual diagram sequentially illustrating a method of manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 전해질(500) 상에 패키징(600)을 형성하는 단계 이후에, 패키징(600) 상에 소수성 필름층(800)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , after forming the packaging 600 on the electrolyte 500 , the method may further include forming the hydrophobic film layer 800 on the packaging 600 .

본 발명의 다른 측면에 따른, 다형상 유연 슈퍼커패시터는, 기재; 상기 기재 상에 형성된 집전체; 상기 집전체 상에 형성된 전극; 상기 전극 상에 형성된 전해질; 및 상기 전해질 상에 형성된 패키징;을 포함하고, 본 발명의 일 실시형태에 따른 슈퍼커패시터의 제조방법에 따라 제조된 것이다.According to another aspect of the present invention, a polymorphic flexible supercapacitor includes: a substrate; a current collector formed on the substrate; an electrode formed on the current collector; an electrolyte formed on the electrode; and packaging formed on the electrolyte, and is manufactured according to the method of manufacturing a supercapacitor according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 슈퍼커패시터는, 상기 집전체 및 상기 전극의 계면에 중립면이 형성되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the supercapacitor, a neutral plane may be formed at an interface between the current collector and the electrode.

일 실시예에 따르면, 슈퍼커패시터의 중립면은 하기 수학식 1에 따라 그 위치가 계산되는 것일 수 있다.According to an embodiment, the position of the neutral plane of the supercapacitor may be calculated according to Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112020127828824-pat00001
Figure 112020127828824-pat00001

이 때, 각 인자가 의미하는 바는 아래와 같다.In this case, the meaning of each factor is as follows.

b : 중립면의 위치 (윗면에서부터 의 높이) b : position of the neutral plane (height from the top)

n : 전체 형성되는 물질 층의 수 n: the total number of material layers to be formed

hi : i 번째 층의 두께h i : the thickness of the i-th layer

Ei : i 번째 층의 영의 계수(Young's modulus)E i : Young's modulus of the ith layer

vi : i 번째 층의 포아송 비(Poisson's ration)v i : Poisson's ration of the ith layer

Figure 112020127828824-pat00002
i : Ei(1-vi 2)
Figure 112020127828824-pat00002
i : E i (1-v i 2 )

전극 위에 형성되는 물질(예를 들어, 전해질, 패키징 또는 둘 다)의 영의 계수(Young's modulus)와 포아송 비(Poisson's ratio)에 따라 중립면의 변화 정도가 다르며, 형성되는 물질(예를 들어, 전해질, 패키징 또는 둘 다)의 영의 계수와 포아송 비가 클수록 중립면의 위치 변화에 큰 영향을 줄 수 있다.The degree of change of the neutral plane varies according to the Young's modulus and Poisson's ratio of the material (eg, electrolyte, packaging, or both) formed on the electrode, and the material (eg, The larger the Young's modulus and the Poisson's ratio of the electrolyte, the packaging, or both), the greater the influence on the position change of the neutral plane.

특히, 일 실시예에 따르면, 패키징의 두께를 조절하여 중립면의 위치를 변화시키는 것일 수 있다. 패키징을 두껍게 형성할수록 중립면은 기재에서 전극 방향으로 위치를 변화하게 된다.In particular, according to an embodiment, the position of the neutral plane may be changed by adjusting the thickness of the packaging. As the packaging becomes thicker, the position of the neutral plane changes from the substrate to the electrode.

일 실시예에 따르면, 중립면은 집전체와 전극의 계면에 형성되는 것이 바람직하다. 중립면은 슈퍼커패시터가 휘거나 변형될 때 상대적으로 그 변화가 가장 적은 면을 의미한다. 이 때, 중립면이 기재 혹은 집전체 상에 위치할 경우 기재 혹은 집전체에서 멀어질수록 그 변형 정도가 커지기 때문에 성능에 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있으며, 특히 분리되기 쉬운 슈퍼커패시터의 각 구성요소 간 계면에서 변형에 의한 스트레스가 누적되어 전극의 탈리 또는 집전체의 탈리 현상이 벌어질 수 있다.According to an embodiment, the neutral plane is preferably formed at the interface between the current collector and the electrode. The neutral plane refers to the plane where the change is relatively minimal when the supercapacitor is bent or deformed. At this time, if the neutral plane is located on the substrate or the current collector, the degree of deformation increases as the distance from the substrate or the current collector increases, which may adversely affect the performance. Stress due to deformation is accumulated at the interface, so that the electrode detachment or the current collector detachment phenomenon may occur.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 기재의 두께는, 2 ㎛ 내지 5 ㎛인 것이고, 상기 집전체의 두께는, 5 ㎚ 내지 20 ㎚인 것이고, 상기 기재 및 집전체의 두께비는, 150 : 1 내지 500 : 1인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the thickness of the substrate is 2 μm to 5 μm, the thickness of the current collector is 5 nm to 20 nm, and the thickness ratio of the substrate and the current collector is 150:1 to 500:1 may be.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 전해질의 두께는, 10 ㎛ 내지 30 ㎛인 것이고, 상기 패키징의 두께는, 30 ㎛ 내지 70 ㎚인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the electrolyte may have a thickness of 10 μm to 30 μm, and the thickness of the packaging may be 30 μm to 70 nm.

이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples and Comparative Examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example

폴리이미드 고분자를 스핀코팅하여 기재를 준비하였다. 상기 폴리이미드 기재 상에 NOA68T를 이용하여 마스크를 프린팅하였다. 이 때, 마스크는 슈퍼커패시터의 바람직한 디자인을 고려하여 여러 형상으로 제조할 수 있다. 마스크 물질이 프린팅된 기판에 이온빔 에칭을 수행하였다. 이후, 금과 티타늄을 각각 100 ㎚, 10 ㎚가 되도록 증착하여 집전체를 형성하였으며, 마스크 물질을 디클로로메탄을 이용하여 제거하였다.A substrate was prepared by spin-coating a polyimide polymer. A mask was printed using NOA68T on the polyimide substrate. In this case, the mask may be manufactured in various shapes in consideration of the desirable design of the supercapacitor. Ion beam etching was performed on the substrate on which the mask material was printed. Thereafter, gold and titanium were deposited to be 100 nm and 10 nm, respectively, to form a current collector, and the mask material was removed using dichloromethane.

한편, 활성탄, MWCNT, PVdf, PVP를 7 : 1 : 1 : 1의 중량비로 혼합한 전극 슬러리를 제조하였다. 상기 전극 슬러리를 집전체 상에 반복적으로 사출 프린팅하여 전극을 형성하였다. 이후, 가교성 고분자를 이용하여 전극 상에 전해질을 형성하였고, 패키징으로서 PDMS를 사출 프린팅하여, 실시예에 따른 다형상 유연 슈퍼커패시터를 제조하였다.Meanwhile, an electrode slurry was prepared in which activated carbon, MWCNT, PVdf, and PVP were mixed in a weight ratio of 7: 1: 1: 1. The electrode slurry was repeatedly injection-printed on the current collector to form an electrode. Thereafter, an electrolyte was formed on the electrode using a cross-linkable polymer, and PDMS was injection-printed as packaging to prepare a polymorphic flexible supercapacitor according to the embodiment.

비교예comparative example

폴리이미드 고분자를 스핀코팅하여 기재를 준비하였다. 상기 폴리이미드 기재 상에 NOA68T를 이용하여 마스크를 프린팅하였다. 이 때, 마스크는 슈퍼커패시터의 바람직한 디자인을 고려하여 여러 형상으로 제조할 수 있다. 이후, 금과 티타늄을 각각 100 ㎚, 10 ㎚가 되도록 증착하여 집전체를 형성하였으며, 마스크 물질을 디클로로메탄을 이용하여 제거하였다.A substrate was prepared by spin-coating a polyimide polymer. A mask was printed using NOA68T on the polyimide substrate. In this case, the mask may be manufactured in various shapes in consideration of the desirable design of the supercapacitor. Thereafter, gold and titanium were deposited to be 100 nm and 10 nm, respectively, to form a current collector, and the mask material was removed using dichloromethane.

한편, 활성탄, MWCNT, PVdf, PVP를 7 : 1 : 1 : 1의 중량비로 혼합한 전극 슬러리를 제조하였다. 상기 전극 슬러리를 집전체 상에 반복적으로 사출 프린팅하여 전극을 형성하였다. 이후, 가교성 고분자를 이용하여 전극 상에 전해질을 형성하여, 비교예에 따른 슈퍼커패시터를 제조하였다.Meanwhile, an electrode slurry was prepared in which activated carbon, MWCNT, PVdf, and PVP were mixed in a weight ratio of 7: 1: 1: 1. The electrode slurry was repeatedly injection-printed on the current collector to form an electrode. Thereafter, an electrolyte was formed on the electrode using a cross-linkable polymer to prepare a supercapacitor according to Comparative Example.

실험예 1Experimental Example 1

실시예 및 비교예에 따른 슈퍼커패시터에 대하여 만능재료시험기(UTM)를 이용하여 곡률반경 1 ㎜ 하 10,000회의 반복 굽힘 실험을 하였다. 이후, 포텐시오스탯을 이용하여 1 mV/s의 스캔 속도로 순환 전압전류법을 통한 축전용량 평가를 진행하였다.The supercapacitors according to Examples and Comparative Examples were subjected to repeated bending tests of 10,000 times under a radius of curvature of 1 mm using a universal testing machine (UTM). Thereafter, the capacitance evaluation was performed using the potentiostat using the cyclic voltammetry at a scan rate of 1 mV/s.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼커패시터의 굽힘 전후의 전류 밀도 그래프이다.4 is a graph of current density before and after bending of a supercapacitor according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 비교예에 따른 슈퍼커패시터의 굽힘 전후의 전류 밀도 그래프이다.5 is a graph of current density before and after bending of a supercapacitor according to a comparative example of the present invention.

도 4 및 5를 참조하면, 실시예에 따른 슈퍼커패시터의 경우 굼힘 전후를 비교하였을 때 그 축전용량에 큰 변화가 없으나, 비교예에 따른 슈퍼커패시터의 경우 굽힘 이후의 축전용량이 크게 감소한 것을 확인할 수 있다.4 and 5, in the case of the supercapacitor according to the embodiment, there is no significant change in the capacitance when compared before and after the slow down, but in the case of the supercapacitor according to the comparative example, it can be confirmed that the storage capacity after bending is greatly reduced. have.

실시예에 따른 슈퍼커패시터의 경우 굽힘 테스트 이후, 굽힘 전의 축전용량 대비 96% 이상의 축전용량을 유지하는 것을 확인할 수 있었다.In the case of the supercapacitor according to the embodiment, it was confirmed that after the bending test, the capacitance was maintained at 96% or more compared to the capacitance before bending.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼커패시터를 굽힘 테스트 수행 후 그 단면을 촬영한 SEM 이미지이다.6 is an SEM image of a cross-section of a supercapacitor according to an embodiment of the present invention after performing a bending test.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼커패시터를 굽힘 테스트 수행 후 그 단면 중 전극과 집전체의 계면을 확대하여 촬영한 SEM 이미지이다.7 is an SEM image of the supercapacitor according to an embodiment of the present invention, after performing a bending test, and enlarging the interface between the electrode and the current collector in the cross section thereof.

도 8은 본 발명의 비교예에 따른 슈퍼커패시터를 굽힘 테스트 수행 후 그 단면을 촬영한 SEM 이미지이다.8 is an SEM image of a cross-section of a supercapacitor according to a comparative example of the present invention after performing a bending test.

도 9는 본 발명의 비교예에 따른 슈퍼커패시터를 굽힘 테스트 수행 후 그 단면 중 전극과 집전체의 계면을 확대하여 촬영한 SEM 이미지이다.9 is an enlarged SEM image of a supercapacitor according to a comparative example of the present invention, taken after performing a bending test at an interface between an electrode and a current collector in a cross-section thereof.

도 7 및 9의 확대 부분은, 각각 도 6 및 8에 네모로 표시된 부분을 확대한 이미지에 해당한다.The enlarged parts of FIGS. 7 and 9 correspond to enlarged images of the parts marked with squares in FIGS. 6 and 8 , respectively.

특히, 도 7 및 9를 비교하면, 실시예에 따른 슈퍼커패시터는 집전체와 전극이 잘 부착되어 있는 것을 확인할 수 있으나, 비교예에 따른 슈퍼커패시터는 집전체와 전극의 계면에서 탈리가 발생한 것을 확인할 수 있었다.In particular, comparing FIGS. 7 and 9, it can be seen that the supercapacitor according to the embodiment is well attached to the current collector and the electrode, but in the supercapacitor according to the comparative example, it can be confirmed that detachment occurs at the interface between the current collector and the electrode. could

이는, 비교예와 달리 패키징을 더 형성한 실시예의 슈퍼커패시터에서 중립면이 집전체와 전극 사이에 위치함으로써 굽힘에 따른 스트레스를 덜 받았기 때문이며, 집전체 상에 중립면이 위치했던 비교예의 슈퍼커패시터는 그 스트레스를 이기지 못하고 탈리가 발생한 것을 확인할 수 있었다.This is because, unlike the comparative example, in the supercapacitor of the embodiment in which packaging was further formed, the neutral plane was positioned between the current collector and the electrode, and thus received less stress due to bending, and the supercapacitor of the comparative example in which the neutral plane was positioned on the current collector was I was able to confirm that tally occurred without overcoming the stress.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited drawings, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

100: 기재
200: 마스크
300: 집전체
400: 전극
500: 전해질
600: 패키징
700: 제2 금속
800: 소수성 필름층
100: description
200: mask
300: current collector
400: electrode
500: electrolyte
600: packaging
700: second metal
800: hydrophobic film layer

Claims (16)

기재를 준비하는 단계;
상기 기재 상에 마스크를 형성하는 단계;
상기 마스크가 형성된 기재를 에칭하는 단계;
상기 에칭하는 단계를 거친 기재 상에 금속을 증착하여 집전체를 형성하는 단계;
상기 마스크를 제거하는 단계;
상기 집전체 상에 전극을 형성하는 단계;
상기 전극 상에 전해질을 형성하는 단계; 및
상기 전해질 상에 패키징을 형성하는 단계;를 포함하는,
다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법.
preparing a substrate;
forming a mask on the substrate;
etching the substrate on which the mask is formed;
depositing a metal on the substrate that has undergone the etching step to form a current collector;
removing the mask;
forming an electrode on the current collector;
forming an electrolyte on the electrode; and
Including; forming packaging on the electrolyte;
A method for manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor.
제1항에 있어서,
상기 기재는, 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 파릴렌으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인,
다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법.
According to claim 1,
The substrate will include at least one selected from the group consisting of polyimide, polyethylene terephthalate and parylene,
A method for manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor.
제1항에 있어서,
상기 기재를 준비하는 단계는, 스핀 코팅을 통해 형성되는 기재인 것인,
다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법.
According to claim 1,
The step of preparing the substrate will be a substrate formed through spin coating,
A method for manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor.
제1항에 있어서,
상기 에칭하는 단계는, 이온빔 소스를 이용하여 수행되는 것인,
다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법.
According to claim 1,
The etching is performed using an ion beam source,
A method for manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor.
제1항에 있어서,
상기 집전체는, 금, 은, 티타늄, 알루미늄 및 구리로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 것인,
다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법.
According to claim 1,
The current collector will include at least one metal selected from the group consisting of gold, silver, titanium, aluminum and copper,
A method for manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor.
제1항에 있어서,
상기 마스크를 제거하는 단계 이후에,
상기 집전체 상에 제2 금속을 증착하는 단계;를 더 포함하는 것인,
다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법.
According to claim 1,
After removing the mask,
Depositing a second metal on the current collector; further comprising
A method for manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor.
제6항에 있어서,
상기 제2 금속은, 니켈, 알루미늄 및 구리로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인,
다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법.
7. The method of claim 6,
The second metal will include at least one selected from the group consisting of nickel, aluminum and copper,
A method for manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor.
제1항에 있어서,
상기 전극은, 활성탄, 그래핀 및 멕신으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인,
다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법.
According to claim 1,
The electrode, which comprises at least one selected from the group consisting of activated carbon, graphene and mexin,
A method for manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor.
제1항에 있어서,
상기 전해질은, 티올 및 탄소 이중결합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 작용기를 가지는 물질을 포함하는 것이고,
상기 전해질을 형성하는 단계는, 겔 형태의 고분자를 도포하여 수행되는 것인,
다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법.
According to claim 1,
The electrolyte will include a material having at least one functional group selected from the group consisting of thiol and a carbon double bond,
The step of forming the electrolyte, which is performed by applying a polymer in the form of a gel,
A method for manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor.
제1항에 있어서,
상기 패키징은, 폴리디메틸실록산, 폴리메틸메타아크릴레이트 및 폴리우레탄을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인,
다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법.
According to claim 1,
The packaging will include at least one selected from the group consisting of polydimethylsiloxane, polymethyl methacrylate and polyurethane,
A method for manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor.
제1항에 있어서,
상기 마스크를 형성하는 단계, 전극을 형성하는 단계, 전해질을 형성하는 단계 및 패키징을 형성하는 단계 중 적어도 하나의 단계는, 사출 프린팅을 통해 수행되는 것인,
다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법.
According to claim 1,
At least one of forming the mask, forming the electrode, forming the electrolyte, and forming the packaging is performed through injection printing,
A method for manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor.
제1항에 있어서,
상기 전해질 상에 패키징을 형성하는 단계 이후에,
상기 패키징 상에 소수성 필름층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것이고,
상기 소수성 필름층은, 파릴렌 C, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인,
다형상 유연 슈퍼커패시터의 제조방법.
According to claim 1,
After forming the packaging on the electrolyte,
It will further include; forming a hydrophobic film layer on the packaging,
The hydrophobic film layer, which comprises at least one selected from the group consisting of parylene C, polyethylene and polypropylene,
A method for manufacturing a polymorphic flexible supercapacitor.
기재;
상기 기재 상에 형성된 집전체;
상기 집전체 상에 형성된 전극;
상기 전극 상에 형성된 전해질; 및
상기 전해질 상에 형성된 패키징;을 포함하고,
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 슈퍼커패시터의 제조방법에 따라 제조된,
다형상 유연 슈퍼커패시터.
write;
a current collector formed on the substrate;
an electrode formed on the current collector;
an electrolyte formed on the electrode; and
Including; packaging formed on the electrolyte;
According to any one of claims 1 to 12, manufactured according to the method for manufacturing a supercapacitor,
Polymorphic flexible supercapacitors.
제13항에 있어서,
상기 슈퍼커패시터는, 상기 집전체 및 상기 전극의 계면에 중립면이 형성되는 것인,
다형상 유연 슈퍼커패시터.
14. The method of claim 13,
In the supercapacitor, a neutral plane is formed at the interface between the current collector and the electrode,
Polymorphic flexible supercapacitors.
제13항에 있어서,
상기 기재의 두께는, 2 ㎛ 내지 5 ㎛인 것이고,
상기 집전체의 두께는, 5 ㎚ 내지 20 ㎚인 것이고,
상기 기재 및 집전체의 두께비는, 150 : 1 내지 500 : 1인 것인,
다형상 유연 슈퍼커패시터.
14. The method of claim 13,
The thickness of the substrate is from 2 μm to 5 μm,
The current collector has a thickness of 5 nm to 20 nm,
The thickness ratio of the substrate and the current collector is 150: 1 to 500: 1,
Polymorphic flexible supercapacitors.
제13항에 있어서,
상기 전해질의 두께는, 10 ㎛ 내지 30 ㎛인 것이고,
상기 패키징의 두께는, 30 ㎛ 내지 70 ㎚인 것인,
다형상 유연 슈퍼커패시터.
14. The method of claim 13,
The thickness of the electrolyte will be 10 μm to 30 μm,
The thickness of the packaging will be 30 μm to 70 nm,
Polymorphic flexible supercapacitors.
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