KR102563546B1 - 전기화학 특성 개선을 위한 전극, 전극 제조방법 및 전극을 포함하는 에너지 저장 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 특성 개선을 위한 전극, 전극 제조방법 및 전극을 포함하는 에너지 저장 디바이스에 있어서, 활물질과 탄소재를 혼합하여 활물질/탄소재 복합체를 제조하는 단계 및 망간옥사이드/그래핀옥사이드(MnO2/GO) 전극촉매제를 제조하는 단계와; 상기 활물질/탄소재 복합체 및 상기 전극촉매제를 혼합하여 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 하이브리드 커패시터용 활물질과 전도성 증가를 위한 탄소재를 복합한 복합체를 형성하고, 여기에 전극촉매제인 MnO2/GO을 혼합하여 전극 특성이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 전기화학 특성 개선을 위한 전극, 전극 제조방법 및 전극을 포함하는 에너지 저장 디바이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하이브리드 커패시터용 활물질과 전도성 증가를 위한 탄소재를 복합한 복합체를 형성하고, 여기에 전극촉매제인 MnO2/GO을 혼합하여 전극을 형성하는 전기화학 특성 개선을 위한 전극, 전극 제조방법 및 전극을 포함하는 에너지 저장 디바이스에 관한 것이다.
산업발전 및 생활수준 향상에 맞춰 휴대 전자기기의 소형화와 장시간 연속 사용을 목표로 부품의 경량화와 저소비 전력화에 대한 연구와 더불어 소형이면서 고용량을 실현할 수 있는 고성능 에너지 저장 디바이스가 요구되고 있다. 이에 최근에는 리튬 이온 전지(lithium ion battery), 전기이중층 커패시터(electric double layer capacitor, EDLC), 슈퍼 커패시터(super capacitor) 또는 하이브리드 커패시터(hybrid capacitor)와 같은 에너지 저장 디바이스를 전기자동차, 전지전력 저장시스템 등 대용량 전력저장전지와 휴대전화, 캠코더, 노트북 등의 휴대전자기기 등과 같은 소형의 고성능 에너지원으로 사용되고 있다. 하지만 리튬 이온 전지의 경우 높은 에너지밀도를 나타냄에도 불구하고 낮은 출력특성과 1000회 정도의 충방전 횟수로 인해 무선충전 효율이 감소하고, 2~3년 사용 후에는 교체하여야 한다는 단점이 있다. 또한 전기이중층 커패시터는 높은 출력과 많은 충방전 횟수로 인해 높은 무선충전 효율과 10년 이상의 장기신뢰성을 지니나, 낮은 에너지밀도로 인해 1회 충전시 사용할 수 있는 용량이 작아 상업적 가치가 떨어진다. 따라서 높은 무선충전 효율 및 장기신뢰성을 확보하기 위해서는 기존의 전기이중층 커패시터와 이차전지와의 장점을 겸비한 하이브리드 커패시터의 개발이 필요한 실정이다.
하이브리드 커패시터는 전기이중층 커패시터의 출력특성과 이차전지의 에너지 특성을 겸비한 융합형 에너지 저장 디바이스이며, 전기이중층 커패시터의 장점과 이차전지의 장점을 모두 가지고 있어 최근 커패시터 시장에서는 최근에 이러한 커패시터의 개발 필요성이 대두되고 있다. 하이브리드 커패시터는 주로 활물질로 루테늄옥사이드(RuO2), 망가니즈옥사이드(MnO2), 니켈옥사이드(Ni(OH)2), 틴옥사이드(SnO2), 몰리브데넘옥사이드(Mo2N), 티타늄니트라이드(TiN), 바나듐옥사이드(V2O5), 페라이트(MnFe2O4), 탄탈럼옥사이드(Ta2O5) 등과 같은 전이금속산화물(transition metal oxide)을 많이 사용한다. 이러한 활물질들은 높은 이론용량, 안정적인 전기화학 반응, 우수한 속도 성능, 알칼리성 전해질에서의 구조적 안정성으로 인하여 많이 활용되어지고 있다.
하지만 이러한 활물질들은 단독으로 사용할 경우 출력 특성, 사이클 특성, 고비용, 높은 촉매 활성이 부족한 문제점으로 인하여 상용화에 제한적으로 활용되어지고 있다. 따라서 활물질들에 의한 특성을 개선하기 위한 복합체의 개발이 필요한 실정이다.
따라서 본 발명의 목적은, 하이브리드 커패시터용 활물질과 전도성 증가를 위한 탄소재를 복합한 복합체를 형성하고, 여기에 전극촉매제인 MnO2/GO을 혼합하여 전극을 형성하는 전기화학 특성 개선을 위한 전극, 전극 제조방법 및 전극을 포함하는 에너지 저장 디바이스를 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 활물질과 탄소재를 혼합하여 활물질/탄소재 복합체를 제조하는 단계 및 망간옥사이드/그래핀옥사이드(MnO2/GO) 전극촉매제를 제조하는 단계와; 상기 활물질/탄소재 복합체 및 상기 전극촉매제를 혼합하여 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 특성 개선을 위한 전극 제조방법에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 활물질은, 루테늄옥사이드(RuO2), 망가니즈옥사이드(MnO2), 니켈옥사이드(Ni(OH)2), 틴옥사이드(SnO2), 몰리브데넘옥사이드(Mo2N), 티타늄니트라이드(TiN), 바나듐옥사이드(V2O5), 페라이트(MnFe2O4), 탄탈럼옥사이드(Ta2O5) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 탄소재는, 활성탄(activated carbon), 그라파이트(graphite), 그래핀(graphene), 그래핀옥사이드(graphene oxide, GO), 환원된 그래핀옥사이드(reduced graphene oxide, RGO), 탄소나노튜브(carbon nano tube), 탄소섬유(carbon fiber), 전도성폴리머(conducting polymer), 에어로겔(aerogel) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 활물질/탄소재 복합체 및 전극촉매제의 혼합비는 95 : 5 중량비로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기한 목적은, 기판과; 상기 기판의 상부에 적층된 활물질/탄소재 복합체 및 망간옥사이드/그래핀옥사이드(MnO2/GO) 전극촉매제로 이루어진 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 특성 개선을 위한 전극에 의해서도 달성된다.
여기서, 상기 활물질/탄소재 복합체는 α-니켈하이드록사이드/그래핀옥사이드 복합체(α-Ni(OH)2/GO)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 활물질은, 루테늄옥사이드(RuO2), 망가니즈옥사이드(MnO2), 니켈옥사이드(Ni(OH)2), 틴옥사이드(SnO2), 몰리브데넘옥사이드(Mo2N), 티타늄니트라이드(TiN), 바나듐옥사이드(V2O5), 페라이트(MnFe2O4), 탄탈럼옥사이드(Ta2O5) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 탄소재는, 활성탄(activated carbon), 그라파이트(graphite), 그래핀(graphene), 그래핀옥사이드(graphene oxide, GO), 환원된 그래핀옥사이드(reduced graphene oxide, RGO), 탄소나노튜브(carbon nano tube), 탄소섬유(carbon fiber), 전도성폴리머(conducting polymer), 에어로겔(aerogel) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상기한 목적은 또한, 활물질/탄소재 복합체 및 망간옥사이드/그래핀옥사이드(MnO2/GO) 전극촉매제를 양극활물질로 포함하는 양극과; 환원된 그래핀옥사이드(reduced graphene oxide, RGO)를 음극활물질로 포함하는 음극과; 상기 양극 및 상기 음극이 침지되는 전해액을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 디바이스에 의해서도 달성된다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면, 하이브리드 커패시터용 활물질과 전도성 증가를 위한 탄소재를 복합한 복합체를 형성하고, 여기에 전극촉매제인 MnO2/GO을 혼합하여 전극 특성이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기화학 특성 개선을 위한 전극 제조방법의 순서도이고,
도 2는 비교예 및 실시예의 임피던스를 나타낸 그래프이고,
도 3은 비교예 및 실시예의 인가 전류 밀도에 따른 출력특성을 나타낸 그래프이다.
도 2는 비교예 및 실시예의 임피던스를 나타낸 그래프이고,
도 3은 비교예 및 실시예의 인가 전류 밀도에 따른 출력특성을 나타낸 그래프이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전기화학 특성 개선을 위한 전극, 전극 제조방법 및 전극을 포함하는 에너지 저장 디바이스를 상세히 설명한다.
본 발명은 전극은 기판과, 기판의 상부에 적층된 활물질/탄소재 복합체 및 망간옥사이드/그래핀옥사이드(MnO2/GO) 전극촉매제로 이루어진 전극층을 포함한다. 여기서 활물질/탄소재 복합체는 α-니켈하이드록사이드/그래핀옥사이드 복합체(α-Ni(OH)2/GO)가 바람직하다. 또한 전극을 포함하는 본 발명의 에너지 저장 디바이스는, 활물질/탄소재 복합체 및 망간옥사이드/그래핀옥사이드(MnO2/GO) 전극촉매제를 양극활물질로 포함하는 양극과, 환원된 그래핀옥사이드(reduced graphene oxide, RGO)를 음극활물질로 포함하는 음극과, 양극 및 음극이 침지되는 전해액을 포함한다.
이러한 전극의 제조방법으로는 도 1에 도시된 바와 같이 먼저, 활물질과 탄소재를 혼합하여 활물질/탄소재 복합체를 제조한다(S1).
하이브리드 커패시터에 사용되는 활물질은 다양하나 그 중 높은 이론용량, 안정적인 전기화학 반응, 우수한 속도 성능, 알칼리성 전해질에서의 구조적 안정성을 보이는 활물질과 탄소재를 혼합하여 활물질/탄소재 복합체를 제조한다.
여기서 활물질은 루테늄옥사이드(RuO2), 망가니즈옥사이드(MnO2), 니켈옥사이드(Ni(OH)2), 틴옥사이드(SnO2), 몰리브데넘옥사이드(Mo2N), 티타늄니트라이드(TiN), 바나듐옥사이드(V2O5), 페라이트(MnFe2O4), 탄탈럼옥사이드(Ta2O5) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 또한 탄소재의 경우 활물질로부터 부족한 전도성을 개선하기 위해 관능기를 가지고 있는 탄소재를 혼합하여 전도성을 증가시키기 위해 혼합된다. 이러한 탄소재는 활성탄(activated carbon), 그라파이트(graphite), 그래핀(graphene), 그래핀옥사이드(graphene oxide, GO), 환원된 그래핀옥사이드(reduced graphene oxide, RGO), 탄소나노튜브(carbon nano tube), 탄소섬유(carbon fiber), 전도성폴리머(conducting polymer), 에어로겔(aerogel) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
MnO2/GO 전극촉매제를 제조한다(S1').
S1 단계와는 별개로 망간옥사이드/그래핀옥사이드(MnO2/GO) 전극촉매제를 제조한다. MnO2/GO 전극촉매제를 제조하는 방법으로는 그래핀옥사이드와 MnCl2·4H2O를 용매에 넣고 혼합한 다음, 여기에 과망간산칼륨(KMnO4)을 넣고 다시 교반시켜 전극촉매제를 얻을 수 있다. 이때 교반온도는 50 내지 100℃에서 수행하는 것이 바람직한데, 교반온도가 50℃ 미만일 경우 반응이 원활하게 진행되지 않을 수 있으며, 100℃를 초과할 경우 용매가 증발할 수 있기 때문에 교반 반응은 50 내지 100℃에서 행해지는 것이 바람직하다.
활물질/탄소재 복합체와 전극촉매제를 혼합하여 전극을 형성한다(S2).
S1 단계를 통해 제조된 활물질/탄소재 복합체와 S1' 단계를 통해 제조된 전극촉매제를 도전재 및 바인더와 혼합하고, 이를 기판에 도포하여 전극을 형성한다. 여기서 활물질로 사용되는 복합체와 전극촉매제의 혼합비는 복합체 : 전극촉매제 = 95 : 5의 중량비로 혼합되는 것이 가장 바람직하나 이에 한정되지는 않는다. 여기서 기판에 복합체 및 전극촉매제를 도포하는 방법으로는 복합체 및 전극촉매제의 혼합물을 형성하고, 여기에 기판을 담구어 딥코팅(dip coating) 시키는 방법으로 이루어지는 것이 바람직하다. 그 다음 혼합물을 고온에서 건조 및 압착을 통해 기판과 혼합물이 견고하게 고정된 전극을 제조할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 좀 더 상세하게 설명한다.
<비교예> : 전극 제조
1) 활물질 제조
먼저 α-니켈하이드록사이드/그래핀옥사이드 복합체(α-Ni(OH)2/GO) 합성방법으로, DI water 500ml를 넣은 반응기에 나노 사이즈의 α-니켈하이드록사이드 18g과 그래핀옥사이드(graphene oxide) 2g을 넣고, 초음파처리기(ultrasonication)를 2시간 한 다음 균질기(homogenizer)를 20,000rpm에서 30분 동안 처리하여 분산 용액을 제조한다. 이를 건조하여 파우더 상태의 α-니켈하이드록사이드/그래핀옥사이드 복합체 샘플을 채취한다.
2) 양극 제조
α-Ni(OH)2/GO 복합체를 양극활물질로 사용하였으며, 슬러리 전극의 조성은 활물질 : 도전재 : 바인더 = 89 : 6 : 5 중량비로 혼합하였다. 바인더는 카복시메틸셀룰로오스(carboxymethylcellulose, CMC) 0.3g을 탈이온수(deionized water) 9.7ml에 녹인 후, 도전재인 카본블랙(carbon black)과 CoO를 각각 0.6g씩 넣어 초음파 처리를 하였다. 초음파 처리가 끝난 후 양극활물질을 16.91g 추가하여 혼합기(thinky mixer)로 20분간 처리한 뒤, 활물질, 도전재 및 바인더의 분산을 돕기 위하여 초음파처리기(ultrasonication) 또는 균질기(homogenizer)를 이용하여 10분간 처리하였다. 마지막으로 스티렌부타디엔고무(styrene butadiene rubber, SBR)를 넣어 슬러리의 점도를 1000 내지 1500mPa·S가 되도록 조정하였다. 슬러리를 1mmT의 두께를 가진 니켈폼(Ni foam)에 넣어 딥코팅을 한 다음, 100℃의 진공오븐에 전극을 건조시켰다. 전극의 건조가 끝난 후, 80℃의 핫롤프레스(hot roll press)를 이용하여 전극의 두께가 500㎛가 되도록 압착시켰다.
3) 음극 제조
환원된 그래핀옥사이드(reduced graphene oxide, RGO)를 음극활물질로 사용하였으며, 슬러리 전극의 조성물은 활물질 : 도전재 : 바인더 = 82 : 8 : 10 중량비로 혼합하였다. 바인더는 카복시메틸셀룰로오스 0.3g을 탈이온수 9.7ml에 녹인 용액과 미리 연신시켜놓은 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 0.5g에 도전재인 카본블랙을 1.6g씩 넣어 초음파 처리를 하였다. 초음파 처리가 끝난 후 활물질을 16.4g 추가하여 혼합기로 20분간 처리한 뒤, 활물질, 도전재 및 바인더의 분산을 돕기 위하여 초음파처리기 또는 균질기를 이용하여 10분간 처리하였다. 마지막으로 SBR을 넣어 슬러리의 점도를 1000 내지 1500mPa·S가 되도록 조정하였다. 슬러리를 1.8mmT 두께를 가진 니켈폼에 넣어 딥코팅을 한 다음 100℃의 진공오븐에 전극을 건조시켰다. 전극의 건조가 끝난 후, 80℃의 핫롤프레스를 이용하여 전극의 두께가 900㎛가 되도록 압착시켰다.
<실시예 1> : 전극 제조
1) 활물질 제조
먼저 α-니켈하이드록사이드/그래핀옥사이드 복합체(α-Ni(OH)2/GO) 합성방법으로, DI water 500ml를 넣은 반응기에 나노 사이즈의 α-니켈하이드록사이드 18g과 그래핀옥사이드(graphene oxide) 2g을 넣고, 초음파처리기(ultrasonication)를 2시간 한 다음 균질기(homogenizer)를 20,000rpm에서 30분 동안 처리하여 분산 용액을 제조한다. 이를 건조하여 파우더 상태의 α-니켈하이드록사이드/그래핀옥사이드 복합체 샘플을 채취한다.
2) 전극촉매제 제조
그래핀옥사이드(graphene oxide) 5.2g을 이소프로필알콜(isopropyl alcohol) 100ml에 넣고, 균질기(homogenizer)를 10,000rpm에서 10분 동안 처리한 다음 MnCl2·4H2O 15.6g을 넣는다. 분산을 위해 한번 더 균질기를 10,000rpm에서 20분간 처리하고, 초음파처리기(ultrasonication)를 이용하여 20분 동안 처리하여 제1혼합액을 형성한다. 그 다음 Di water 250ml에서 과망간산칼륨(KMnO4) 7.8g을 녹인 용액을 반응기에 넣은 후, 80℃까지 온도를 올려 교반하여 제2혼합액을 형성한다. 제1혼합액과 제2혼합액을 반응기에 함께 넣은 후 80℃의 온도로 2시간 동안 교반을 수행하고, 그 다음 온도를 내려 쿨링시킨다. 반응이 끝나면 원심분리기(centrifuge)를 통해 증류수로 여러번 세척한 뒤 이를 80℃에서 건조시켜 전극촉매제를 얻는다.
3) 양극 제조
α-Ni(OH)2/GO 복합체를 양극활물질로 사용하였으며, 슬러리 전극의 조성은 활물질 : 도전재 : 바인더 = 89 : 6 : 5 중량비로 혼합하였다. 바인더는 카복시메틸셀룰로오스(carboxymethylcellulose, CMC) 0.3g을 탈이온수(deionized water) 9.7ml에 녹인 후, 도전재인 카본블랙(carbon black)과 CoO를 각각 0.6g씩 넣어 초음파 처리를 하였다. 초음파 처리가 끝난 후 양극활물질을 16.91g과 전극촉매제인 MnO2/GO를 0.89g을 추가하여 혼합기로 20분간 처리한 뒤, 활물질, 도전재, 바인더의 분산을 돕기 위하여 초음파처리기 또는 균질기를 이용하여 10분간 처리하였다. 마지막으로 스티렌부타디엔고무(styrene butadiene rubber, SBR)를 넣어 슬러리의 점도를 1000 내지 1500mPa·S가 되도록 조정하였다. 슬러리를 1mmT의 두께를 가진 니켈폼(Ni foam)에 넣어 딥코팅을 한 다음, 100℃의 진공오븐에 전극을 건조시켰다. 전극의 건조가 끝난 후, 80℃의 핫롤프레스(hot roll press)를 이용하여 전극의 두께가 500㎛가 되도록 압착시켰다.
4) 음극 제조
환원된 그래핀옥사이드(reduced graphene oxide, RGO)를 음극활물질로 사용하였으며, 슬러리 전극의 조성물은 활물질 : 도전재 : 바인더 = 82 : 8 : 10 중량비로 혼합하였다. 바인더는 카복시메틸셀룰로오스 0.3g을 탈이온수 9.7ml에 녹인 용액과 미리 연신시켜놓은 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 0.5g에 도전재인 카본블랙을 1.6g씩 넣어 초음파 처리를 하였다. 초음파 처리가 끝난 후 활물질을 16.4g 추가하여 혼합기로 20분간 처리한 뒤, 활물질, 도전재 및 바인더의 분산을 돕기 위하여 초음파처리기 또는 균질기를 이용하여 10분간 처리하였다. 마지막으로 SBR을 넣어 슬러리의 점도를 1000 내지 1500mPa·S가 되도록 조정하였다. 슬러리를 1.8mmT 두께를 가진 니켈폼에 넣어 딥코팅을 한 다음 100℃의 진공오븐에 전극을 건조시켰다. 전극의 건조가 끝난 후, 80℃의 핫롤프레스를 이용하여 전극의 두께가 900㎛가 되도록 압착시켰다.
<실시예 2> : 셀 제조
실시예 1을 통해 제조된 전극을 2.5×2.5cm2으로 재단하고, 셀룰로즈(cellulose) 계열 분리막으로 양극/분리막/음극 전극 순서로 겹쳐서 쌓은 후, 테프론 셀에 투입하고 진공 감압 또는 가압이 가능한 전해액 주입기에 6M의 수산화칼륨(KOH) 전해액을 함침하고 진공 실링(sealing)하여 셀을 제조하였다.
<실시예 3> : 충방전 용량 측정
하이브리드 커패시터의 충방전 용량은 충방전 시험기(MACCOR, 모델명 series 4000)에서 정전류법으로 충전과 방전을 행하였다. 구동전압은 0.8 내지 1.6V에서 인가전류밀도는 2mA/cm2의 조건으로 측정하였다. 하이브리드 커패시터의 충방전 용량은 5번째의 정전류 방전에서의 시간-전압 곡선에서 아래의 식 1에 의해 계산하였다.
<식 1>
C(정전용량, F) = dt·I/Dv
<실시예 4> : 임피던스 측정
하이브리드 커패시터 셀의 임피던스(impedance)의 경우, 충방전 테스트가 끝난 후 주파수 범위 1m 내지 1MHz, 진폭(amplitude) 10mV로 분석하였으며 이때 1kHz 저항을 측정하였다. 도 2는 실시예와 비교예의 셀 저항을 비교하기 위한 임피던스 결과이며, 이 그래프는 기울기가 클수록 접촉저항(contact resistance)이 작은 것을 의미한다. 따라서 실시예에 비해 비교예의 기울기가 큰 것으로 보아 실시예는 비교예에 비해 접촉저항이 개선되는 결과를 나타내는 것을 알 수 있는데, 실시예의 Nyquist plot 결과 전기화학적촉매(electrocatalyst)인 MnO2/GO 전극촉매제를 첨가하여 용액 저항(solution resistance) 및 접촉 저항(contact resistance) 특성을 개선할 수 있는 것을 알 수 있다. 실시예의 1kHz 저항 값은 0.119Ω이고, 비교예는 0.178Ω으로 비교예보다 실시예의 저항값이 더 낮은 결과를 나타내었다. 또한 그래프에서 높은 주파수 영역에서 반원 모양이 형성되는데, 반원의 직경이 커질수록 임피던스가 커지는 것을 의미한다. 이를 확인하면 실시예의 경우 반원의 직경이 거의 나타나지 않는 데에 비해 비교예 경우 반원이 명확하게 나타나며, 이는 비교예의 반원 직경이 실시예의 반원 직경보다 큰 것을 알 수 있다. 즉 반원의 직경과 접촉저항을 조합했을 경우 비교예의 임피던스가 실시예의 임피던스보다 높은 것을 확인할 수 있다. 이는 전극촉매제인 MnO2/GO의 높은 촉매활성, 전하 저장 특성으로 인하여 개선되는 것으로 보여진다.
<실시예 5> : 율특성
하이브리드 커패시터 셀의 율특성(rate capability)의 경우 전류밀도 x mA/cm2(x = 1, 2, 3, 5, 7, 10, 20, 30), 구동전압은 0.8 내지 1.6V로 실시하여 용량 유지율(%)을 측정하였다. 도 3은 인가 전류밀도에 따른 충방전 용량을 나타낸 그래프로, 방전전류의 범위를 1, 3, 5, 7, 10, 20, 30mA/cm2로 인가하여 율특성을 측정하였으며, 그 결과 비교예보다 실시예가 출력 특성이 우수하게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 실시예의 율특성이 증가하는 이유는 MnO2/GO 전극촉매제가 전극의 첨가제로 적용되어 높은 촉매활성, 전하 저장 특성이 증가함과 동시에, 그래핀옥사이드와 같은 탄소재료가 산화환원 활성 재료(redox active materials)의 역할을 하기 때문에 전류에 따른 율특성이 개선되어지는 것으로 보여진다.
Claims (9)
- 전기화학 특성 개선을 위한 양극 제조방법에 있어서,
활물질과 탄소재를 9 : 1 중량비 혼합하여 활물질/탄소재 복합체를 제조하는 단계;
망간옥사이드/그래핀옥사이드(MnO2/GO) 전극촉매제를 제조하는 단계; 및
상기 활물질/탄소재 복합체와 상기 전극촉매제를 95 : 5 중량비 혼합하고 양극에 포함하여 전극을 형성하는 단계;를 포함하되,
상기 망간옥사이드/그래핀옥사이드(MnO2/GO) 전극촉매제는 염화망간 : 그래핀옥사이드 : 과망간산칼륨이 3 : 1 : 2 중량비 혼합되고,
상기 제조된 양극을 포함하는 커패시터 셀은 율특성이 적어도 82%인 것을 특징으로 하는 전기화학 특성 개선을 위한 전극 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 활물질은, 루테늄옥사이드(RuO2), 망가니즈옥사이드(MnO2), 니켈옥사이드(Ni(OH)2), 틴옥사이드(SnO2), 몰리브데넘옥사이드(Mo2N), 티타늄니트라이드(TiN), 바나듐옥사이드(V2O5), 페라이트(MnFe2O4), 탄탈럼옥사이드(Ta2O5) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기화학 특성 개선을 위한 전극 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 탄소재는, 활성탄(activated carbon), 그라파이트(graphite), 그래핀(graphene), 그래핀옥사이드(graphene oxide, GO), 환원된 그래핀옥사이드(reduced graphene oxide, RGO), 탄소나노튜브(carbon nano tube), 탄소섬유(carbon fiber), 전도성폴리머(conducting polymer), 에어로겔(aerogel) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기화학 특성 개선을 위한 전극 제조방법. - 삭제
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해 제조된 양극 전극
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- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해 제조된 양극 전극을 포함하는 에너지 저장 디바이스.
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