KR20090082482A - 전기 이중층 캐패시턴스 장치 - Google Patents
전기 이중층 캐패시턴스 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20090082482A KR20090082482A KR1020097012189A KR20097012189A KR20090082482A KR 20090082482 A KR20090082482 A KR 20090082482A KR 1020097012189 A KR1020097012189 A KR 1020097012189A KR 20097012189 A KR20097012189 A KR 20097012189A KR 20090082482 A KR20090082482 A KR 20090082482A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- double layer
- edlc
- layer capacitor
- cryogel
- electric double
- Prior art date
Links
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 309
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 183
- 239000000495 cryogel Substances 0.000 claims abstract description 162
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 118
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 98
- 238000001994 activation Methods 0.000 claims description 78
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 76
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 73
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 47
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 47
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 44
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 39
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 37
- -1 tetraethylammonium-tetrafluoroborate Chemical compound 0.000 claims description 37
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 32
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 31
- GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N resorcinol Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1 GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 23
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 22
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 21
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 21
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 20
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 18
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims description 14
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 12
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 claims description 12
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 9
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 8
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 8
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000001879 gelation Methods 0.000 claims description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 3
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000009972 noncorrosive effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims 1
- 238000002429 nitrogen sorption measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 54
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 47
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 42
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 38
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 30
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 25
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 19
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 18
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 17
- 238000007600 charging Methods 0.000 description 16
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 11
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 10
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 10
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 10
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 10
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N Tert-Butanol Chemical compound CC(C)(C)O DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 238000004769 chrono-potentiometry Methods 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 8
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical class CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 5
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 5
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 5
- DGXAGETVRDOQFP-UHFFFAOYSA-N 2,6-dihydroxybenzaldehyde Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1C=O DGXAGETVRDOQFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 4
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 4
- DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N Trifluoroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)F DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 4
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 4
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 4
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N Hydroquinone Chemical group OC1=CC=C(O)C=C1 QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 150000001555 benzenes Chemical class 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N carbon carbon Chemical compound C.C CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 3
- UUAGAQFQZIEFAH-UHFFFAOYSA-N chlorotrifluoroethylene Chemical group FC(F)=C(F)Cl UUAGAQFQZIEFAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 3
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000001566 impedance spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 229920002620 polyvinyl fluoride Polymers 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004966 Carbon aerogel Substances 0.000 description 2
- 229920001780 ECTFE Polymers 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 229920001774 Perfluoroether Polymers 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 2
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 2
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- HUMNYLRZRPPJDN-UHFFFAOYSA-N benzaldehyde Chemical compound O=CC1=CC=CC=C1 HUMNYLRZRPPJDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 2
- YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N catechol Chemical compound OC1=CC=CC=C1O YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000037427 ion transport Effects 0.000 description 2
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002493 poly(chlorotrifluoroethylene) Polymers 0.000 description 2
- 239000005023 polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) polymer Substances 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- WQGWDDDVZFFDIG-UHFFFAOYSA-N pyrogallol Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1O WQGWDDDVZFFDIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000000235 small-angle X-ray scattering Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 238000000352 supercritical drying Methods 0.000 description 2
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 2
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- KJPRLNWUNMBNBZ-QPJJXVBHSA-N (E)-cinnamaldehyde Chemical compound O=C\C=C\C1=CC=CC=C1 KJPRLNWUNMBNBZ-QPJJXVBHSA-N 0.000 description 1
- BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 1,1-Difluoroethene Chemical compound FC(F)=C BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NPNPZTNLOVBDOC-UHFFFAOYSA-N 1,1-difluoroethane Chemical compound CC(F)F NPNPZTNLOVBDOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 1,2-butylene carbonate Chemical compound CCC1COC(=O)O1 ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ALRXDIKPRCRYAU-UHFFFAOYSA-N 2-methylpropan-2-ol Chemical compound CC(C)(C)O.CC(C)(C)O ALRXDIKPRCRYAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010001779 Ancrod Proteins 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006358 Fluon Polymers 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 229920004459 Kel-F® PCTFE Polymers 0.000 description 1
- 229920006370 Kynar Polymers 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JPYHHZQJCSQRJY-UHFFFAOYSA-N Phloroglucinol Natural products CCC=CCC=CCC=CCC=CCCCCC(=O)C1=C(O)C=C(O)C=C1O JPYHHZQJCSQRJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 210000001744 T-lymphocyte Anatomy 0.000 description 1
- 229920006355 Tefzel Polymers 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RHQDFWAXVIIEBN-UHFFFAOYSA-N Trifluoroethanol Chemical compound OCC(F)(F)F RHQDFWAXVIIEBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AXMVYSVVTMKQSL-UHFFFAOYSA-N UNPD142122 Natural products OC1=CC=C(C=CC=O)C=C1O AXMVYSVVTMKQSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DSUJHXYAWUOXCC-UHFFFAOYSA-N acetaldehyde;ethanol Chemical compound CCO.CC=O DSUJHXYAWUOXCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 125000003158 alcohol group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 125000005210 alkyl ammonium group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- RJEDZXHQNSCGIO-UHFFFAOYSA-N butanal;butan-1-ol Chemical compound CCCCO.CCCC=O RJEDZXHQNSCGIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000003660 carbonate based solvent Substances 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000012824 chemical production Methods 0.000 description 1
- 229940117916 cinnamic aldehyde Drugs 0.000 description 1
- KJPRLNWUNMBNBZ-UHFFFAOYSA-N cinnamic aldehyde Natural products O=CC=CC1=CC=CC=C1 KJPRLNWUNMBNBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010277 constant-current charging Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013400 design of experiment Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- QHSJIZLJUFMIFP-UHFFFAOYSA-N ethene;1,1,2,2-tetrafluoroethene Chemical compound C=C.FC(F)=C(F)F QHSJIZLJUFMIFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000840 ethylene tetrafluoroethylene copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000013401 experimental design Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000008098 formaldehyde solution Substances 0.000 description 1
- REHUGJYJIZPQAV-UHFFFAOYSA-N formaldehyde;methanol Chemical compound OC.O=C REHUGJYJIZPQAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 229910000457 iridium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- JZMJDSHXVKJFKW-UHFFFAOYSA-M methyl sulfate(1-) Chemical compound COS([O-])(=O)=O JZMJDSHXVKJFKW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- XONPDZSGENTBNJ-UHFFFAOYSA-N molecular hydrogen;sodium Chemical compound [Na].[H][H] XONPDZSGENTBNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- QNGNSVIICDLXHT-UHFFFAOYSA-N para-ethylbenzaldehyde Natural products CCC1=CC=C(C=O)C=C1 QNGNSVIICDLXHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000010647 peptide synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- QCDYQQDYXPDABM-UHFFFAOYSA-N phloroglucinol Chemical compound OC1=CC(O)=CC(O)=C1 QCDYQQDYXPDABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960001553 phloroglucinol Drugs 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 238000002459 porosimetry Methods 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- YTVMAWXMTJXNNY-UHFFFAOYSA-N propanal;propan-1-ol Chemical compound CCCO.CCC=O YTVMAWXMTJXNNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000007614 solvation Methods 0.000 description 1
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- 150000005621 tetraalkylammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 1
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/30—Active carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/30—Active carbon
- C01B32/312—Preparation
- C01B32/318—Preparation characterised by the starting materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/24—Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/34—Carbon-based characterised by carbonisation or activation of carbon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
- Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
- Y10T428/249978—Voids specified as micro
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
- Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
- Y10T428/249978—Voids specified as micro
- Y10T428/24998—Composite has more than two layers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
본원은 전기 이중층 캐패시턴스(EDLC) 장치에 관한 것이다. 일 형태에서, 본원은 조정가능한 기공 구조를 갖는 활성 탄소 크리요겔을 포함하는 전극에 관한 것으로서, 표면적은 77K(-196.15℃) 및 BET 분석에서 질소 흡착에 의해서 결정되는 적어도 1500m2/g이고, 상기 기공 구조는 0.6 내지 1.0nm의 기공 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.01 cc/g 내지 약 0.25 cc/g 범위의 기공 용적을 포함한다. 다른 형태에서, 본원은 활성 크리요겔을 포함하는 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치에 관한 것이다.
전기 이중층 캐패시턴스(EDLC) 장치, 조정가능한 기공 구조, 활성 탄소 크리요겔, 전극, 기공 용적, 표면적
Description
본 발명은 전기 이중층 캐패시턴스 장치에 관한 것이다.
하이브리드 차량이 더욱 보급됨에 따라서, 슈퍼캐패시터 및 배터리와 같은 전기 저장 장치의 성능 개선에 대한 필요성이 점증되고 있다. 전기 이중층 캐패시터(EDLCs)는 기존의 전기화학식 배터리의 고에너지 성분 또는 연료 전지 및 고전력 유전성 캐패시터 사이의 갭을 채우는 하나의 방식을 포함한다(도 3 참조). 그러나, 사용되는 현재의 전극 재료들로 인하여 결과적으로 전력 및 에너지 출력의 양자의 관점에서 절충 구성을 포함하는 전기 이중층 캐패시터(EDLC)의 슈퍼 캐패시터가 도출되었다. 본원에 기재된 신규 활성의 탄소 크리요겔(carbon cryogel) 전극 재료들은 슈퍼 캐패시터를 유전성 캐패시터의 전력 및 연료 전지 또는 배터리의 에너지 성분과 경쟁하는 수준으로 이끌 수 있다. 전기 이중층 캐패시터(EDLCs)는 충전 이중층에서 전해질 이온을 흡수함으로써 전극 재료의 표면 상에 전하를 저장한다. 이러한 이유로 인하여, 일단 전해질이 부가되면, 시스템의 전도성 및 기공 접근성 뿐 아니라 전극의 표면적에 주의를 기울여야 한다. 본원에 제시되는 활성 탄소 크리요겔 기반의 전극들은 열분해(pyrolysis) 및 활성화를 통해서 더욱 표준규 격의 변형을 사용할 뿐 아니라 단순한 솔-겔 처리 변수를 사용함으로써 이들 변수들을 조정하는 능력을 나타낸다. 이들 활성의 탄소 크리요겔 전극은 큰 캐패시턴스 및 전력을 도출하는 조정가능한 미세기공 크기 분포를 갖는 2500m2/g보다 큰 표면적으로 마련될 수 있다. 본원은 전기 이중층 캐패시턴스(EDLC) 장치에 관한 것이다. 일 형태에서, 본원은 조정가능한 기공 구조를 갖는 활성 탄소 크리요겔을 포함하는 전극에 관한 것이며, 표면적은 77K(-196.15℃) 및 BET 분석에서 질소 흡착에 의해서 결정되는 적어도 1500m2/g이고, 상기 기공 구조는 0.6 내지 1.0nm의 기공 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.01 cc/g 내지 약 0.25 cc/g 범위의 기공 용적을 포함한다. 다른 형태에서, 본원은 활성 크리요겔을 포함하는 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예들 및 여러 형태 및 유리한 상세 구성들은 첨부된 도면 및 하기 상세한 설명에서 도시되고 및/또는 기술되는 비제한성 실시예 및 보기들을 참조할 때 더욱 잘 이해할 수 있다. 일 실시예의 형태들은 비록 본원에서 명시적으로 기술되지 않았지만, 당기술에 숙련된 기술자들이 인식하는 바와 같이, 다른 실시예들에서 사용될 수 있다는 것을 주의해야 한다. 본원에 사용된 보기들은 단순히 본 발명이 실행될 수 있는 방식을 이해하는 것을 촉진하고 당기술에 숙련된 기술자들이 본원의 실시예를 더욱 잘 실행할 수 있게 하도록 의도된 것이다. 따라서, 본원의 보기 및 실시예들은 단지 첨부된 청구범이에 의해서만 규정되는 본원의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
본원은 전기 이중층 캐패시턴스(EDLC) 장치에 관한 것이다. 일 형태에서, 본원은 조정가능한 기공 구조를 갖는 활성 탄소 크리요겔을 포함하는 전극에 관한 것으로서, 표면적은 77K(-196.15℃) 및 BET 분석에서 질소 흡착에 의해서 결정되는 적어도 1500m2/g이고, 상기 기공 구조는 0.6 내지 1.0nm의 기공 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.01 cc/g 내지 약 0.25 cc/g 범위의 기공 용적을 포함한다. 다른 형태에서, 본원은 활성 크리요겔을 포함하는 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치에 관한 것이다.
도 1은 Vmax, I, V, t 및 ESR(볼드체)이 캐패시턴스, 특정 에너지 및 전력을 결정하기 위하여 측정되는 것을 나타내는, 두개의 전지 전극에 대한 전위차법(chronopotentiometry;CP) 곡선.
도 2는 전극 재료를 시험하도록 구성되는 원형 캐패시터 전지를 도시한 것으로서, 상기 전극들은 전지의 압전 전에, 각각 0.002"(0.051mm) 두께이고, 세퍼레이터는 0.002"(0.051mm)두께이고, 전극들은 0.625"(15.88mm)의 직경을 구비하는 도면.
도 3은 기존의 유전성 캐패시터들, 현재 제조중인 전기 이중층 캐패시터(EDLCs). 전기화학식 배터리 및 연료 전지와 비교되는, R/C 비율 및 % 활성화의 변화량으로 제조되는 활성 탄소 크리요겔에 대한 log 10의 비율의 에너지(Wh/kg) 대 전력(W/g)의 그래프.
도 4a는 70%의 활성도를 갖는 활성 탄소 크리요겔에 대한 초기 졸(sol)의 R/C(레조르시놀/촉매 비율;resorcinol/catalyst ratio) 대 캐패시턴스(F/g) 및 기공 용적(cc/g)의 그래프.
도 4b는 R/C 대 캐패시턴스 및 표면적(m2/g)의 그래프.
도 5는 10, 25, 50 및 75의 R/C 비율을 사용하여 제조되는 활성 탄소 크리요겔에 대한 77K(-196.15℃)에서의 질소 흡착 등온선(isotherms)의 그래프.
도 6은 50 및 75의 R/C 비율을 갖는 두개의 샘플들에 대한 기공 크기 분포를 도시한 것으로서(모든 다른 변수들이 동일하게 유지된다), N2 및 CO2 흡착 및 DFT 분석으로부터 얻어진 도면.
도 6.5는 샘플들 1, 2 및 4에 대한 (N2 흡착을 사용하는)1.5nm 내지 10nm 및 (CO2 흡착을 사용하는)0.35nm 내지 1.5nm의 축적 기공 용적 및 기공 크기 분포를 도시한 도면.
도 7a는 캐패시턴스와 비교되는 (<0.6mm, 0.6 내지 1.0nm, 1.0 내지 2.0nm, 2.0 내지 4.0nm) 4 범위들의 기공 크기 분포에 대한 R/C 대 표준값의 그래프로서, 모든 값들이 R/C = 10의 값이 1.00으로 실행되도록 상수만큼 증배되는 그래프.
도 7b는 기공 용적 대 캐패시턴스 및 캐패시턴스 대 베이스라인으로서의 캐패시턴스를 갖는 도 7a와 동일 데이터의 그래프.
도 7c는 용매 TEA 이온 및 비용매 TEA 이온의 크기 다이애그램.
도 8a는 다른 수준으로 활성화된 4개의 샘플에 대한 % 활성화 대 캐패시턴스(F/g) 및 기공 용적(cc/g)의 그래프.
도 8b는 캐패시턴스 및 표면적(m2/g)에 대해서 플롯된 % 활성도를 갖는 도 8a에 도시된 동일한 4개의 샘플에 기초한 그래프.
도 9는 4개의 다른 레벨로 활성화된 동일 R/C값을 갖는 4개의 샘플에 대한 질소 흡착 등온선(isotherms)의 그래프.
도 10은 반응(reponse)으로서 BET 표면적을 갖는 Y 바아 주변평균 플롯(Y bar marginal means plot)을 도시한 것으로서, 각 변수들의 고저값들이 x축에 제시되고 평균 BET 표면적이 y축에 제시된 도면.
도 11a는 반응으로서 BET 표면적을 갖는 다구치(Taguchi) L12 접근방법을 사용하는 4개의 상호작용 플롯의 샘플을 위한 RC 및 RW에 대한 상호작용의 그래프.
도 11b는 반응으로서 BET 표면적을 갖는 다구치(Taguchi) L12 접근방법을 사용하는 4개의 상호작용 플롯의 샘플을 위한 RW 및 활성 온도에 대한 상호작용의 그래프.
도 11c는 반응으로서 BET 표면적을 갖는 다구치(Taguchi) L12 접근방법을 사용하는 4개의 상호작용 플롯의 샘플을 위한 열분해 시간 및 RW에 대한 상호작용의 그래프.
도 12는 특정 전력; 특정 에너지 및 특정 캐패시턴스에 대한 반응을 갖는 Y 바아 마진 수단을 도시한 도면.
도 13은 기공성 전극을 갖는 캐패시턴스에 대한 임피던스 데이터의 복소 평면 표현(complex plane representation)을 도시한 것으로서, R은 동등한 직렬 저항이고 Ω은 기공으로 인한 이온 저항(ionic resistance)인 도면.
도 14는 샘플 1에 대한 임피던스 데이터를 제공한 것으로서, 상기 샘플에 대한 작은 전압 바이어스 영향이 있는 것을 도시한 도면.
도 15는 샘플 2에 대한 임피던스 데이터를 제공한 것으로서, 상기 샘플에 대한 전압 영향은 복소 평면 라인을 ESR을 감소시키는 좌측으로 이동시키는 것이며, 복소 평면 플롯의 변위는 아마도 중요하지 않으며 전자 저항의 작은 감소에 기인하는 것을 도시한 도면.
도 16은 실험으로 결정된 에너지 - 탄소 크리요겔 및 PC/DMC/TEATFB 전해질을 사용하여 제조된 시험 캐패시터를 위한 2.0V 내지 1.0V로부터 일정한 전력 방출 데이터에서 결정된 전력 관계의 래곤 플롯(Ragone plot).
도 17은 4개의 시험 캐패시터에 의해서 질량 기초의 저장 에너지(우측) 및 포착 에너지(좌측)의 그래프로서, 전압이 충전동안 1.25V에서 개시되고 2.5V에서 종결되며, 충전 시간이 증가함에 따라서[충전 속도가 높아지고], 에너지가 작게 저장되는 것을 나타낸 그래프.
도 18은 다른 충전 시간[에너지 수용 효율]을 저장하기 위하여 전체 사용가능한 에너지로 저장된 에너지 비율을 도시한 것으로서, 고효율은 요구될 수 있는 임의의 열적 관리 시스템의 크기 및 중량에 강한 영향을 주기 때문에 중요하다는 것을 나타낸 도면.
본원에서 상세하게 다르게 기술하지 않는다면, 사용된 용어들의 정의는 유기물 및 펩티드 합성 및 약학 과학 분야에서 사용된 표준 정의이다.
본원에서 사용된 용어 "전극"은 이중층을 형성하기 위하여 전해질 이온들이 흡수되는 기공성 재료를 지칭한다.
본원에서 사용된 용어 "합성 폴리머"는 합성 전구체 또는 모노머에서 얻어진 폴리머 재료를 지칭한다.
본원에 사용된 어구 "탄소 크리요겔"은 중합체 크리요겔 또는 차후에 탄화되거나 또는 열분해되는 탄소를 생산할 수 있는 유기 재료로 구성된 다른 크리요겔로부터 얻어진 개방 기공성 구조를 지칭한다.
본원에서 사용된 용어 "졸(sol)"은 전구체 입자들의 콜로이드형 부유물 및 용어 "겔(gel)"은 전구체 입자들의 응축에 의해서 얻어진 습식 3차원 기공성 네트워크를 지칭한다.
본원에서 사용된 용어 "바인더(binder)"는 바인더 및 탄소를 함께 혼합한 후에, 그에 따른 혼합물이 시트, 펠릿 또는 디스크로 형성되도록, 탄소의 개별 입자들을 함께 유지할 수 있는 재료를 지칭한다. 배타적이지 않은 보기들은 예를 들어 PTFE[폴리테트라플루오로에틸렌, 테프론(Teflon)]과 같은 플루오로폴리머들; PFA[역시 테프론으로 공지된, 퍼플루오로알콕시 폴리머 수지]; FEP[역시 테프론으 로 공지된, 불화 에틸렌프로필렌]; ETFE[테프젤(Tefzel) 및 플루온(Fluon)으로 판매되는 폴리에텔렌에테트라풀루오로에틸렌]; PVF[테드라(Tedlar)로 판매되는 폴리비닐플루오라이드]; ECTFE[할라(Halar)로 판매되는 폴리에틸렌에크로로트리플루오로에틸렌]; PVDF[키나르(Kynar)로 판매되는 폴리비닐리덴 플루오라이드]; PCTFE[Kel-F 및 CTFE로 판매되는 폴리클로로트리플루오로에틸렌] 및 트리플루오로에탄올]과 같은 플루오로폴리머를 포함한다.
본원에서 사용되는 용어 "불활성"은 전해질에서 활성되지 않은 재료 즉, 상당량의 이온들을 흡수하지 않거나 또는 화학적으로 변화되지 않는, 다시 말해서 퇴화된 재료를 지칭한다.
본원에서 사용되는 용어 "기공성 세퍼레이터"는 서로로부터 전기적으로 반대 전극들을 절연시킬 수 있지만, 전해질이 일 전극에서 다른 전극으로 통과할 수 있도록, 개방된 기공들을 가지는 재료를 지칭한다.
본원에서 사용되는 용어 "전도성"은 느슨하게 유지되는 원자가 전자의 투과를 통해서 전자들을 전도시키는 재료의 능력을 지칭한다.
본원에서 사용되는 용어 "집전기(current collector)"는 활성 전극 재료보다 더욱 용이하게 전자들을 전도할 수 있는 고전도성 재료를 지칭한다. 집전기는 예를 들어, 처리된 알루미늄, 스테인레스 강, 티타늄, 백금, 금, 구리, 니켈 또는 기타 금속 또는 전해질에 의해서 용이하게 부식되지 않는 중합체 및/또는 금속의 조합물과 같은 금속, 전도성 중합체들을 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "전기 접촉"은 한 재료에서 다음 재료로 사용가능한 전류를 전도하기에 충분한 물리적 접촉을 지칭한다.
용어 "기공"은 표면의 개방부 또는 오목부 또는 탄소 기반 구조의 터널 즉, 크리요겔을 지칭한다. 기공은 단일 터널일 수 있거나 또는 구조를 관통하는 연속적인 네트워크에서 다른 터널에 접속될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "기공 구조"는 활성 탄소 크리요겔 내의 내부 기공의 표면의 레이아웃(layout)을 지칭한다. 일반적으로, 활성 탄소 크리요겔의 기공 구조는 미세기공 및 메조기공(mesopore)을 포함한다. 용어 "메조기공"은 2 나노미터 이상의 직경을 갖는 기공을 지칭한다. 용어 "미세기공"은 2 나노미터 이하의 직경을 갖는 기공을 지칭한다.
본원에서 사용되는 용어 "활성", "활성화" 및 "활성화된"은 크리요겔의 기공 구조가 보강되는 임의의 여러 공정을 각각 지칭한다. 일반적으로, 이러한 공정에 있어서, 크리요겔의 미세기공은 표면에 노출된다. 활성화는 예를 들어, 증기, CO2 또는 화학물을 사용함으로써 달성될 수 있다. CO2(g) 제공시의 활성화는 본원에서 명시적으로 예시되었지만 다른 활성화 방법은 당기술에 숙련된 기술자들에게 널리 공지되어 있다. 예를 들어, 화학 활성화는 인산, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 탄산나트륨, 탄산칼륨 및 염화아연과 같은 활성 보조제를 사용할 수 있다.
용어 "표면적"은 BET 기술에 의해서 측정가능한 물질의 전체 표면적을 지칭한다.
본원에서 사용되는 용어 "접속"은 메조기공 및 미세기공들과 함께 사용될 때, 전해질 이온들이 한 기공에서 다른 기공으로 자유롭게 통과할 수 있도록, 상기 기공들의 공간 방위를 지칭하는 것이다.
본원에서 사용되는 용어 "유효 길이"는 전해질로부터 소금 이온들을 수용하기 위하여 사용가능하도록, 충분한 직경의 기공의 길이 부분을 지칭한다.
본원에서 사용되는 용어 "합성 폴리머 전구체 재료"는 합성 폴리머의 준비에 사용될 수 있는 화합물을 지칭한다. 본원에 기재된 준비에 사용될 수 있는 전구체 재료의 보기들은 예를 들어, 메탄올[포름알데히드]; 에탄올[아세트알데히드]; 프로판올[프로피온알데히드]; 부탄올[부티르알데히드]; 글루코스; 벤즈알데히드; 신남알데히드; 중합성 겔[가교결합 겔]을 제공하기 위하여 기본 촉매의 제공 시에 포름알데히드 또는 다른 알데히드와 반응할 수 있는 페놀 화합물과 같은 알데히드를 포함하지만, 이들에 국한되지 않는다. 적당한 페놀 화합물은 디히드록시 또는 트리히드록시 벤젠과 같은 폴리히드록시 벤젠을 포함한다. 대표적인 폴리히드록시 벤젠은 레조르시놀[즉, 1,3-디히드록시 벤젠], 카테콜(catechol), 히드로퀴논(hydroquinone) 및 프로로글루시놀(phloroglucinol)을 포함한다. 둘 이상의 폴리히드록시 벤젠의 혼합물도 역시 사용될 수 있다. 페놀[모노히드록시 벤젠]도 역시 사용될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "조정가능한(tunable)"은 기공 크기, 기공 용적, 표면적, 밀도, 기공 크기 분포 및 메조기공 및 미세기공중 하나의 길이 또는 양자 모두의 길이가 상하로 조정될 수 있도록 기공 구조를 조정하는 능력을 지칭한다. 활성 탄소 크리요겔의 기공 구조를 조정하는 것은 조정가능한 합성 폴리머 전구체 재 료를 생산하는 변수를 변화시키는 단계; 조정가능한 합성 폴리머 전구체 재료를 동결 건조하는 변수를 변화시키는 단계; 건조 크리요겔을 탄화시키는 변수를 변화시키는 단계; 및 탄소 크리요겔을 활성화시키는 변수를 변화시키는 단계를 포함하지만 이들에 국한되지 않는 복수의 방법들에 의해서 이루어질 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "탄화시키는" 및 "탄화"는 공정 끝에 수집된 타겟 재료가 주로 탄소가 되도록, 탄소 수용 물질을 불활성 대기 또는 진공 상태에서 가열하는 공정을 각각 지칭한다.
본원에서 사용되는 용어 "포집된 재생-포집 에너지(regen-capture energy captured)"는 충전동안 장치의 포집 에너지의 양을 지칭하고; "저장된 재생-포집 에너지"는 정지 후에 진행할 때 차량을 가속시키기 위하여, 저장되어서 사용할 수 있는 포집 에너지의 일부를 지칭한다.
본원에서 사용되는 "재생 에너지 수용 효율"은 잠재적으로 저장될 수 있는 에너지 대 실제로 저장된 에너지의 비율을 지칭한다.
재생 포집 시험을 참조하여 본원에 기술되는 용어 "재생 시간(regen time)"은 전기 이중층 캐패시턴스(EDLC) 장치가 충전되어 사용할 수 있는 시간을 지칭한다. 충전의 비제한성 보기는 예를 들어, 1.25V 내지 2.5V를 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "체재 온도(dwell temperature)"는 가열 또는 냉각을 위해서 지정되지만 비교적 일정한 온도를 유지하는 공정의 일부 동안의 노(furnace)의 온도를 지칭한다. 따라서, 예를 들어, 탄화 체재 온도는 탄화 동안 노의 비교적 일정한 온도를 지칭하고 활성 체재 온도는 활성화 동안의 노의 비교적 일정한 온도를 지칭한다. 일반적으로, 탄화 체재 온도는 약 650℃ 내지 1800℃, 다른 방안으로는 약 800℃ 내지 약 900℃의 범위에 있다. 일반적으로, 활성화 체재 온도는 약 800℃ 내지 1300℃의 범위에 있다. 다른 방안으로, 유지 온도는 약 900℃ 내지 약 1050℃의 범위에 있다.
본원의 장치에서 사용하기에 적당한 전해질의 보기는 프로필렌 탄산염, 에틸렌 탄산염, 부틸렌 탄산염, 디메틸 탄산염, 메틸 에틸 탄산염, 디에틸 탄산염, 황산염, 메틸황산염 및 아세톤니트릴을 포함하지만 이들에 국한되지 않는다. 이러한 용매는 일반적으로 TEATFB(테트라에틸암모늄 테트라플루오로보레이트); MTEATFB(메틸트리에틸암모늄 테트라플루오로보레이트);EMITFB(1-에틸-3-메틸리미다졸리움 테트라플루오로보레이트) 또는 트리에틸암모늄성 염류와 같은 테트라알킬암모늄 염류를 포함하는 용액으로 혼합된다. 또한, 전해질은 온순한 황산 또는 수산화 칼륨과 같은 수성산(water based acid) 또는 수성 전해질일 수 있다.
활성 탄소 크리요겔의 준비에서 사용되는 촉매의 보기들은 탄산나트륨, 암모니아 및 수소나트륨을 포함하지만 이들에 국한되지 않는다. 일반적으로, 촉매는 졸-겔을 형성하기 위하여, 졸의 중합을 촉진하는 임의의 화합물일 수 있다. 레조르시놀(resorcinol), 포름알데히드 사이의 반응의 경우에는, 일반적으로 탄산나트륨이 사용된다. 일반적으로,이러한 촉매들은 10:1 내지 2000:1 범위의 레조르시놀:촉매의 분자 비율에서 사용된다.
본원의 장치들을 포함하는 활성 탄소 크리요겔의 준비시에 사용되는 용매의 보기들은 예를 들어, 에탄올, t-부탄올, 메탄올 또는 이들과 추가로 선택적으로 물 과의 혼합물과 같은 물 또는 알콜을 포함하지만 이들에 국한되지 않는다.
조정가능한 합성 폴리머 전구체 재료를 건조시키는 보기들은 동결 건조, 공기 건조 또는 초임계 건조(supercritical drying)를 포함하지만 이들에 국한되지 않는다. 동결 건조, 공기 건조 또는 초임계 건조에 대한 변수들은 당기술에 숙련된 기술자들에게 공지되어 있다. 본원은 하기 실시예, 형태 및 변수들을 제공한다:
본원의 일 형태는 조정가능한 기공 구조를 갖는 활성 탄소 크리요겔을 포함하는 전극으로서: 상기 기공구조의 표면적은 77K(-196.15℃) 및 BET 분석에서 질소 흡착에 의해서 결정되는 적어도 1500m2/g이고; 상기 기공 구조는 0.6 내지 1.0nm의 기공 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.01 cc/g 내지 약 0.25 cc/g 범위의 기공 용적을 포함한다. 상기 탄소 크리요겔은 표면적 및 기공 및 기공 구조들을 가진다. 일 실시예에서, 전극의 특정 캐패시턴스 및 특정 전력의 각각이 동일 용적의 프로필렌 탄산염 및 디메틸탄산염을 포함하고 약 1.0M의 테트라에틸암모늄-테트라플루오로보레이트를 추가로 포함하는 전해질을 갖는 전기 이중층 캐패시터 장치에서 측정될 때, 상기 전극의 특정 캐패시턴스는 적어도 75F/g이고 상기 전극의 특정 전력은 적어도 10W/g이다. 다른 실시예에서, 전극은 슈퍼캐패시터, 울트라캐피시터, 전기 이중층 캐패시터 또는 유사 캐패시터(pseudo-capacitor)의 요소이다.
본원의 일 형태는 a) 양전극 및 음전극이 각각 조정가능한 기공 구조를 갖는 활성 탄소 크리요겔을 포함하는 양전극 및 음전극; b) 불활성의 기공성 세퍼레이 터; c) 전해질을 포함하는 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치로서; 상기 양전극 및 상기 음전극은 상기 불활성의 기공성 세퍼레이터에 의해서 분리되고; 및 상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 캐패시턴스는 독립적으로 적어도 75F/g이고 상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 전력은 독립적으로 적어도 10W/g이다. 일 실시예에서, 특정 캐패시턴스 및 특정 전력의 각각이 동일 용적의 프로필렌 탄산염 및 디메틸탄산염을 포함하고 약 1.0M의 테트라에틸암모늄-테트라플루오로보레이트를 추가로 포함하는 전해질을 갖는 전기 이중층 캐패시터 장치에서 측정된다. 일 실시예에서, 상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 캐패시턴스는 독립적으로 약 75F/g 내지 약 150F/g의 범위에 있고; 다른 방식으로는, 상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 캐패시턴스는 독립적으로 약 90F/g 내지 약 130F/g의 범위에 있다. 일 변형예에서, 상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 캐패시턴스는 적어도 약 75F/g 또는 약 80F/g 또는 약 85F/g 또는 약 80F/g이다. 다른 변형예에서, 상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 캐패시턴스는 약 150F/g이하, 약 145F/g이하, 약 140F/g이하, 약 135F/g이하, 약 130F/g이하이다. 본원에 기재된 임의의 형태들 또는 실시예들에 있어서, 양전극의 특정 캐패시턴스는 음전극의 특정 캐패시턴스와 동일하고; 다른 방안으로는, 양전극의 특정 캐패시턴스는 음전극의 특정 캐패시턴스와 동일하지 않다. 본원에 기재된 임의의 형태들의 다른 실시예에서, 상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 전력은 독립적으로 약 10W/g 내지 약 50W/g이고, 다른 방안으로는, 상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 전력은 독립적으로 약 25W/g 내지 약 35W/g이다. 본원에 기재된 임의의 형태들의 다른 실시예에서, 상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 에너지는 독립적으로 적어도 약 25J/g이고; 다른 방안으로는, 상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 에너지는 독립적으로 적어도 약 25J/g 내지 약 50J/g이다. 다른 실시예에서, 상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 에너지는 독립적으로 적어도 약 38J/g 내지 약 45J/g이다. 일 변형예에서, 상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 전력은 독립적으로 적어도 약 10W/g, 또는 15W/g, 또는 20W/g, 또는 25W/g이다. 다른 변형예에서, 상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 전력은 독립적으로 약 50W/g 이하, 또는 45W/g 이하, 또는 40W/g 이하, 또는 35W/g이하이다. 본원에 기재된 임의의 형태의 다른 실시예에서, 상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치에 의해서 저장된 재생-포집 에너지는 약 2.5초의 재생시간에 대해서 약 0.040 내지 약 0.055kJ/g이다. 아직 다른 실시예에서, 상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치에 의해서 저장된 재생-포집 에너지는 약 72초의 재생시간에 대해서 약 0.065 내지 약 0.075kJ/g이다. 다른 방안으로, 상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치에 의해서 저장된 재생-포집 에너지는 약 2.5초의 재생시간에 대해서 약 0.048kJ/g이고 약 72 초의 재생시간에 대해서 약 0.068kJ/g이다.
본원에 기재된 임의의 형태의 다른 실시예에서, 상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치에 의해서 포집된 재생-포집 에너지는 약 2.5초의 재생시간에 대해서 약 0.050 내지 약 0.065kJ/g이다. 아직 또다른 실시예에서, 상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치에 의해서 포집된 재생-포집 에너지는 약 72 초의 재생시간에 대해서 약 0.070 내지 약 0.075kJ/g이다. 다른 방안으로, 상기 전기 이중층 캐패시 터(EDLC) 장치에 의해서 포집된 재생-포집 에너지는 약 2.5초의 재생시간에 대해서 약 0.054kJ/g이고 약 72 초의 재생시간에 대해서 약 0.072kJ/g이다.
본원에 기재된 임의의 형태의 다른 실시예에서, 상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치의 재생 에너지 수용 효율은 약 2.5초에서 0.85 내지 약 0.95이다. 또다른 실시예에서, 상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치의 재생 에너지 수용 효율은 약 47초에서 0.95 내지 약 0.99이다. 다른 방안으로, 상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치의 재생 에너지 수용 효율은 약 2.5초에서 약 0.89이고 47초에서 약 0.96이다.
본원에 기재된 임의의 형태의 다른 실시예에서, 상기 활성 탄소 크리요겔은 77K(-196.15℃) 및 BET 분석에서 질소 흡착에 의해서 결정되는 약 1500m2/g보다 큰 표면적을 가진다. 다른 방안으로, 상기 활성 탄소 크리요겔은 77K(-196.15℃) 및 BET 분석에서 질소 흡착에 의해서 결정되는 약 1800m2/g보다 큰 표면적 또는 약 2000m2/g보다 큰 표면적, 또는 약 2250m2/g보다 큰 표면적, 또는 약 2500m2/g보다 큰 표면적, 또는 약 2750m2/g보다 큰 표면적을 가진다.
본원에 기재된 임의의 형태의 다른 실시예에서, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치는 바인더를 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 바인더는 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은, 플루오로폴리머의 그룹에서 선택된다.
본원에 기재된 임의의 형태의 다른 실시예에서, 상기 전기 이중층 캐패시 터(EDLC) 장치의 전해질은 수성 또는 유기 액체 전해질이다. 일 변형예에서, 전해질은 아세톤니트릴(acetonitrile)이다. 다른 변형예에서, 전해질은 수성이다. 또다른 변형예에서, 전해질은 암모늄 염류를 포함한다. 또다른 변형예에서, 전해질은 동일 용적의 프로필렌 탄산염 및 디메틸탄산염을 포함하고 약 1.0M의 테트라에틸암모늄-테트라플루오로보레이트를 추가로 포함한다. 또다른 변형예에서, 상기 전해질은 고체 상태의 전해질이다.
본원에 기재된 임의의 형태의 다른 실시예에서, 상기 활성 탄소 크리요겔은 하기 단계 즉, a) 졸을 생산하기 위하여, 제 1 단량체 폴리머 및 제 2 단량체 폴리머를 갖는 촉매를 제 1 용매에 조합시키는 단계;
b) 졸을 조정가능한 합성 폴리머 전구체 재료를 생산하기에 충분한 겔화 온도로 가열함으로써 겔화시키는 단계;
c) 건식 크리요겔을 생산하기 위하여 조정가능한 합성 폴리머 전구체 재료를 동결 건조시키는 단계;
d) 건식 크리요겔을 탄화시키기에 충분한 탄화 체재 온도에서 진공 상태 또는 불활성 가스를 제공한 상태에서 상기 건식 크리요겔을 가열하는 단계; 및
e) 탄화 크리요겔을 활성화시키기에 충분한 활성 체재 온도에서 탄화 크리요겔을 가열하는 단계를 포함하는 방법에 따라서 준비된다.
일 실시예에서, 활성 탄소 크리요겔의 준비 방법은 용매 교체된 조정가능한 합성 폴리머 전구체 재료를 제공하기 위하여, 조정가능한 합성 폴리머 전구체 재료를 제 2 용매를 세척하는 단계를 추가로 포함한다. 일 변형예에서, 제 2 용매는 알콜이다. 또다른 실시예에서,제 2 용매는 t-부탄올이다.
일 실시예에서, 탄소 크리요겔의 활성화는 i) 상기 탄화 크리요겔을 이산화탄소를 제공한 상태에서 활성 체재 온도로 가열하는 단계;
ⅱ) 상기 탄화 크리요겔을 스팀을 제공한 상태에서 활성 체재 온도로 가열하는 단계;
ⅲ) 상기 탄화 크리요겔을 활성 보조제를 제공한 상태에서 활성 체재 온도로 가열하는 단계중 어느 한 단계에 의해서 성취된다.
일 변형예에서, 탄화 크리요겔이 활성화는 상기 탄화 크리요겔을 이산화탄소를 제공한 상태에서 활성 체재 온도로 가열하는 단계를 포함한다.
본원에 기재된 임의의 형태의 다른 실시예에서, 활성 탄소 크리요겔의 조정가능한 기공 구조는 하기 단계 즉, i) 상기 촉매를 변화시키는 단계; ⅱ) 상기 촉매의 양을 변화시키는 단계; ⅲ) 단계 a)에서 사용된 용매를 변화시키는 단계; ⅳ) 상기 용매의 양을 변화시키는 단계; ⅴ) 상기 제 1 및/또는 제 2 단량체 폴리머 성분을 변화시키는 단계; 및 ⅵ) 상기 제 1 및/또는 제 2 단량체 폴리머 성분의 상대량을 변화시키는 단계중 어느 한 단계에 의해서 조정된다. 이러한 변화는 그에 따라서 제 1 단량체 폴리머 성분에 대한 제 2 단량체 폴리머 성분의 비율을 변화시키고; 제 1 단량체 폴리머 성분에 대한 촉매의 비율을 변화시키고; 제 1 단량체 폴리머 성분에 대한 용매의 비율을 변화시키는 것을 유도한다.
일 변형예에서, 활성 탄소 크리요겔의 조정가능한 기공 구조는 하기 단계 즉, i) 상기 동결 건조의 시간 길이를 변화시키는 단계; ⅱ) 상기 동결 건조의 압 력을 변화시키는 단계; 및 ⅲ) 상기 동결 건조의 온도를 변화시키는 단계중 어느 한 단계에 의해서 조정된다. 다른 변형예에서, 상기 활성 탄소 크리요겔의 조정가능한 기공 구조는 하기 단계 즉, i) 상기 건식 크리요겔이 탄화되는 체재 온도를 변화시키는 단계; ⅱ) 상기 탄화 체재 온도에 대한 가열 속도를 변화시키는 단계; ⅲ) 상기 건식 크리요겔이 탄화 체재 온도에서 유지되는 시간량을 변화시키는 단계; ⅳ) 탄화 동안 가스의 다른 유동 속도를 사용하는 단계; ⅴ) 탄화 동안 가스의 다른 압력을 사용하는 단계; ⅵ) 탄화 동안 다른 가스를 사용하는 단계; 및 ⅶ) 탄화 동안 진공을 사용하는 단계중 어느 한 단계에 의해서 조정된다.
또다른 변형예에서, 상기 활성 탄소 크리요겔의 조정가능한 기공 구조는 하기 단계 즉, i) 상기 건식 크리요겔이 활성화되는 체재 온도를 변화시키는 단계; ⅱ) 상기 활성화 체재 온도에 대한 가열 속도를 변화시키는 단계; ⅲ) 상기 건식 크리요겔이 활성화 체재 온도에서 유지되는 시간량을 변화시키는 단계; ⅳ) 활성화 동안 가스의 다른 유동 속도를 사용하는 단계; ⅴ) 활성화 동안 가스의 다른 압력을 사용하는 단계; 및 ⅵ) 활성화 동안 다른 가스를 사용하는 단계중 어느 한 단계에 의해서 조정된다.
본원에 기재된 임의의 실시예의 일 변형예에서, 상기 조정가능한 기공 구조는 약 0.6nm보다 작은 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.01 cc/g 내지 약 0.15 cc/g 범위의 기공 용적을 구비하고, 다른 방안으로, 활성 탄소 크리요겔의 상기 조정가능한 기공 구조는 약 0.6nm보다 작은 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.12 cc/g의 기공 용적을 구비한다. 또다른 변형예에서, 조정가능한 기공 구조는 약 0.6nm 내지 약 1.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.01 cc/g 내지 약 0.25 cc/g 범위의 기공 용적을 구비하고; 다른 방안으로, 약 0.6nm 내지 약 1.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.19cc/g의 기공 용적을 구비한다. 또다른 변형예에서, 상기 조정가능한 기공 구조는 약 1.0nm 내지 약 2.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.30 cc/g 내지 약 0.70 cc/g 범위의 기공 용적을 구비하고; 다른 방안으로, 약 1.0nm 내지 약 2.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.50의 기공 용적을 구비한다. 또다른 변형예에서, 상기 조정가능한 기공 구조는 약 2.0nm 내지 약 4.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.15 cc/g 내지 약 0.70 cc/g 범위의 기공 용적을 구비하고; 다른 방안으로는, 약 2.0nm 내지 약 4.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.57 cc/g의 기공 용적을 구비한다. 또다른 변형예에서, 상기 조정가능한 기공 구조는 약 4.0nm 내지 약 6.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.06 cc/g 내지 약 0.50 cc/g 범위의 기공 용적을 구비하고; 다른 방안으로는, 약 4.0nm 내지 약 6.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.37 cc/g의 기공 용적을 구비한다. 또다른 변형예에서, 상기 조정가능한 기공 구조는 약 6.0nm 내지 약 8.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.01 cc/g 내지 약 0.30 cc/g 범위의 기공 용적을 구비하고; 다른 방안으로는, 약 6.0nm 내지 약 8.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.21 cc/g의 기공 용적을 구비한다.
본원에 기재된 임의의 형태 또는 실시예의 변형예에서, 상기 조정가능한 기공 구조는 약 0.6nm보다 작은 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.01 cc/g 내지 약 0.15 cc/g 범위의 기공 용적; 약 0.6nm 내지 약 1.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대 해서 약 0.01 cc/g 내지 약 0.25 cc/g 범위의 기공 용적; 약 1.0nm 내지 약 2.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.30 cc/g 내지 약 0.70 cc/g 범위의 기공 용적; 약 2.0nm 내지 약 4.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.15 cc/g 내지 약 0.70 cc/g 범위의 기공 용적; 약 4.0nm 내지 약 6.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.06 cc/g 내지 약 0.50 cc/g 범위의 기공 용적; 및 약 6.0nm 내지 약 8.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.01 cc/g 내지 약 0.30 cc/g 범위의 기공 용적을 구비한다.
본원에 기재된 임의의 형태 또는 실시예들의 변형예에서, 상기 조정가능한 기공 구조는 약 0.6nm보다 작은 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.12 cc/g의 기공 용적; 약 0.6nm 내지 약 1.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.19 cc/g의 기공 용적; 약 1.0nm 내지 약 2.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.35 cc/g의 기공 용적; 약 2.0nm 내지 약 4.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.19 cc/g 의 기공 용적; 약 4.0nm 내지 약 6.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.20 cc/g의 기공 용적; 및 약 6.0nm 내지 약 8.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.20 cc/g의 기공 용적을 구비한다.
본원에 기재된 임의의 형태의 일 실시예에서, 상기 조정가능한 기공 구조는 TEM 측정에 의해서 결정되는, 약 10nm보다 작은 유효 길이를 갖는 미세기공을 포함한다. 다른 방안으로, 상기 조정가능한 기공 구조는 TEM 측정에 의해서 결정되는, 약 5nm보다 작은 유효 길이를 갖는 미세기공을 포함한다.
본원에 기재된 임의의 형태의 일 실시예에서, 상기 조정가능한 기공 구조는 N2 흡착 획득 DFT 측정에 의해서 결정되는, 약 2.0nm 내지 약 10.0nm의 직경을 갖는 메조기공을 포함한다. 본원의 임의의 실시예에 기재된 기공 직경은 N2 및 CO2 흡착 획득 DFT 측정에 의해서 결정될 수 있다. 다른 방안으로, 상기 조정가능한 기공 구조는 N2 흡착 획득 DFT 측정에 의해서 결정되는, 약 2.0nm 내지 약 4.0nm의 직경을 갖는 메조기공을 포함하거나 또는 상기 조정가능한 기공 구조는 N2 흡착 획득 DFT 측정에 의해서 결정되는, 약 3.0nm 내지 약 4.0nm의 직경을 갖는 메조기공을 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 조정가능한 기공 구조는 N2 흡착 획득 DFT 측정에 의해서 결정되는, 약 4.0nm 내지 약 5.0nm의 직경을 갖는 메조기공을 포함한다.
본원에 기재된 임의의 형태의 일 실시예에서, 상기 조정가능한 기공 구조는 CO2 흡착 획득 DFT 측정에 의해서 결정되는, 약 0.3nm 내지 약 2.0nm의 직경을 갖는 미세기공을 포함한다. 다른 방안으로, 상기 조정가능한 기공 구조는 CO2 흡착 획득 DFT 측정에 의해서 결정되는, 약 0.7nm 내지 약 1.5nm의 직경을 갖는 미세기공을 포함한다. 또다른 실시예에서, 상기 조정가능한 기공 구조는 CO2 흡착 획득 DFT 측정에 의해서 결정되는, 약 0.7nm 내지 약 1.0nm의 직경을 갖는 미세기공을 포함하거나 또는 상기 조정가능한 기공 구조는 CO2 흡착 획득 DFT 측정에 의해서 결정되는, 약 0.6nm 내지 약 1.0nm의 직경을 갖는 미세기공을 포함한다.
본 발명의 일 형태는 a) 양전극 및 음전극이 각각 활성 탄소 크리요겔 및 폴 리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 양전극 및 음전극; b) 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 포함하는 불활성의 기공성 세퍼레이터; c) 비부식성 금속을 각각 포함하는 제 1 및 제 2 집전기; d) 동일 용적의 프로필렌 탄산염 및 디메틸탄산염을 포함하고 약 1.0M의 테트라에틸암모늄-테트라플루오로보레이트를 추가로 갖는 전해질을 포함하는 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치로서: 상기 양전극 및 상기 음전극은 상기 기공성 세퍼레이터에 의해서 분리되어서 하나의 집전기와 각각 접촉하고; 상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치에 의해서 측정되는 상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 캐패시턴스는 독립적으로 적어도 75F/g이고 상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 전력은 독립적으로 적어도 10W/g이다.
또다른 실시예에서, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치의 활성 탄소 크리요겔은 하기 단계 즉, a) 졸을 생산하기 위하여, 레조르시놀 및 포름알데히드를 갖는 촉매를 용매에 조합시키는 단계; b) 졸을 졸 겔을 생산하기에 충분한 겔화 온도로 가열함으로써 겔화시키는 단계; c) 건식 크리요겔을 생산하기 위하여 상기 졸 겔을 동결 건조시키는 단계; d) 건식 크리요겔을 탄화시키기에 충분한 탄화 체재 온도에서 불활성 가스를 제공한 상태에서 상기 건식 크리요겔을 가열하는 단계; 및 e) 탄화 크리요겔을 활성화시키기에 충분한 활성 체재 온도에서 탄화 크리요겔을 가열하는 단계를 포함하는 방법에 따라서 준비된다.
본 발명의 일 형태는 활성 탄소 크리요겔을 포함하는 전극의 제조 방법으로서, 이 방법은 a) 상기 크리요겔을 탄화시키는 단계; b) 상기 탄화 크리요겔을 활성화시키는 단계; c) 활성 탄소 크리요겔을 풀루오로폴리머와 조합하는 단계를 포 함한다.
본 발명의 다른 형태는 전극의 활성 탄소 크리요겔의 기공 구조를 조정하는 방법으로서, 이 방법은 i) 졸의 준비에 사용되는 촉매를 변화시키는 단계; ⅱ) 졸의 준비에 사용되는 상기 촉매의 양을 변화시키는 단계; ⅲ) 졸의 준비에 사용되는 용매를 변화시키는 단계; ⅳ) 졸의 준비에 사용되는 용매의 양을 변화시키는 단계; ⅴ) 졸의 준비에 사용되는 제 1 및/또는 제 2 단량체 폴리머 성분을 변화시키는 단계; 및 ⅵ) 졸의 준비에 사용되는 제 1 및/또는 제 2 단량체 폴리머 성분의 상대량을 변화시키는 단계에서 선택된 적어도 하나의 변수를 변화시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 형태는 전극의 활성 탄소 크리요겔의 기공 구조를 조정하는 방법으로서, 이 방법은 i) 상기 건식 크리요겔이 탄화되는 체재 온도; ⅱ) 상기 탄화 체재 온도에 대한 가열 속도; ⅲ) 상기 건식 크리요겔이 탄화 체재 온도에서 유지되는 시간량; ⅳ) 탄화 동안 가스의 유동 속도; ⅴ) 탄화 동안 가스의 압력; ⅵ) 탄화 동안의 가스; ⅶ) 탄화 동안 진공의 사용; ⅷ) 탄화 크리요겔이 활성화되는 체재 온도; ⅸ) 활성 체재 온도에 대한 가열 속도; ⅹ) 상기 건식 크리요겔이 활성화 체재 온도에서 유지되는 시간량; ⅳ) 활성화 동안 가스의 유동 속도; ⅴ) 활성화 동안 가스의 압력; ⅵ) 활성화 동안의 가스에서 선택된 적어도 하나의 변수를 변화시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또다른 형태에 있어서, 전기 이중층 캐패시터(EDLC)의 활성 크리요겔의 기공 구조를 조정하는 방법은 i) 상기 건식 크리요겔이 탄화되는 체재 온 도; ⅱ) 상기 탄화 체재 온도에 대한 가열 속도; ⅲ) 상기 건식 크리요겔이 탄화 체재 온도에서 유지되는 시간량; ⅳ) 탄화 동안 가스의 유동 속도; ⅴ) 탄화 동안 가스의 압력; ⅵ) 탄화 동안의 가스; ⅶ) 탄화 동안 진공의 사용; ⅷ) 탄화 크리요겔이 활성화되는 체재 온도; ⅸ) 활성 체재 온도에 대한 가열 속도; ⅹ) 상기 건식 크리요겔이 활성화 체재 온도에서 유지되는 시간량; ⅳ) 활성화 동안 가스의 유동 속도; ⅴ) 활성화 동안 가스의 압력; ⅵ) 활성화 동안의 가스에서 선택된 적어도 하나의 변수를 변화시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 전기 이중층 캐패시터(EDLC)의 활성 크리요겔의 기공 구조를 조정하는 방법은 i) 상기 건식 크리요겔이 탄화되는 체재 온도; ⅱ) 상기 탄화 체재 온도에 대한 가열 속도; ⅲ) 상기 건식 크리요겔이 탄화 체재 온도에서 유지되는 시간량; ⅳ) 탄화 동안 가스의 유동 속도; ⅴ) 탄화 동안 가스의 압력; ⅵ) 탄화 동안의 가스; ⅶ) 탄화 동안 진공의 사용에서 선택된 적어도 하나의 변수를 변화시키는 단계를 포함한다. 다른 방안으로, 전기 이중층 캐패시터(EDLC)의 활성 크리요겔의 기공 구조를 조정하는 방법은 ; ⅷ) 탄화 크리요겔이 활성화되는 체재 온도; ⅸ) 활성 체재 온도에 대한 가열 속도; ⅹ) 상기 건식 크리요겔이 활성화 체재 온도에서 유지되는 시간량; ⅳ) 활성화 동안 가스의 유동 속도; ⅴ) 활성화 동안 가스의 압력; ⅵ) 활성화 동안의 가스에서 선택된 적어도 하나의 변수를 변화시키는 단계를 포함한다.
본원의 일 형태에서, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치는 양 전극들이 산화 금속 또는 전도성 폴리머를 포함하는 유사 캐패시터(pseudo-capacitor)를 포함할 수 있다. 산화 금속은 예를 들어, 산화 루테늄, 산화 이리듐 또는 산화 니켈을 포함할 수 있고 전기 전도성 폴리머는 예를 들어, 폴리피롤, 폴리티오펜 또는 폴리아닐린 또는 상기 전도성 폴리머의 유도체를 포함할 수 있다. 유사 캐패시터의 경우에, 유사-캐패시턴스는 전극의 산화 및 환원 공정에 의해서 발생된 전하의 이동의 결과로서 전극의 표면에서 전개된다.
본원에 기재된 임의의 형태의 일 실시예에서, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치는 조정가능한 기공 구조를 구비하며, 상기 기공 구조는 a) 이 구조를 통해서 균일하게 분산된 메조기공; 및 b) i) TEM 측정에 의해서 결정되는 약 10nm보다 작은 유효 길이를 가지며 또한 ii) 미세 기공들이 전해질 이온에 접근가능하도록, 인접 메조기공에 연결되는 미세기공을 포함한다.
본원의 일 형태에 있어서, 활성 탄소 크리요겔 내의 기공 크기 분포의 그래프는 좁은 피크를 수용하지 않고 대신에 기공 크기의 범위를 표시한다.
본원의 다른 형태에 있어서, 활성 탄소 크리요겔의 대부분의 미세기공은 3nm 이하의 유효길이를 가진다. 일 실시예에서, 미세기공의 50% 이상이 3nm 이하의 유효 길이를 가지며; 다른 실시예에서, 미세기공의 60% 이상, 또는 70% 이상, 또는 80% 이상, 또는 90% 이상이 3nm 이하의 유효 길이를 가진다.
보기들
활성 탄소 크리요겔 및 BET 분석
슈퍼 캐패시터 전극 재료에서 사용되는 활성 크리요겔은 표준 화학물: 레조 르시놀{99 + %, 시그마-알드리치, C6H4(OH)2}, 포름알데히드 용액{37%-메탄올로 안정화됨}, 피셔 사이언티픽, COH2}, 탄산나트륨{99.5 %, 시그마-알드리치, NaCO3}, 및 테르트-부틸-알콜(t-부탄올){99.8 %, 제이.티. 베이커, (CH3)3COH} 및 선택적으로 트리플루오로아세트산{99%, 알드리치, C2HF3O2}로 제조된다.
추가 처리없이 수용되는 것으로서 상기 화학물들이 사용되었다. 일련의 활성 탄소 크리요겔이 제조되었다. 레조르시놀(R) 대 탄산나트륨 촉매(C)의 분자비(R/C) 및 레조르시놀(R) 대 물(W)의 분자비(R/W)가 계통적으로 변화되는 동안, 레조르시놀(R) 대 포름알데히드(F)의 분자비(R/F)는 모든 졸에 대해서 1:2에서 유지되었다. 졸들은 교반 증류수의 포름알데히드 및 레조르시놀을 혼합하고 그후에 실온에서 촉매를 첨가함으로써 준비되었다. 그에 따른 졸들은 유리 앰플(ampoule) 또는 바이얼(vial)로 밀봉되고 적어도 24시간 동안 또는 겔화가 종료될 때까지[7일 동안] 90℃에서 겔화되었다. 그에 따른 레조르시놀-포름알데히드(RF) 히드로겔은 용매를 교환하여, 각 24 시간 동안 새로운 t-부탄올로 3번 린스함으로써 물을 t-부탄올로 교체하고, 그후에 3일 동안 차후에 동결 건조한다. 그에 따른 RF 크리요겔은 4시간 동안 N2에서 1050℃로 열분해되고 그후에 여러 지속기간 동안 400SCCM[분당 표준 입방 센티미터]의 유동 속도로 CO2의 900℃에서 활성화되었다. 기공 구조는 퀀타크롬 NOVA 4200e[플로리다 보이톤 비치 소재의 퀀타크롬 인스트루먼트]의 273K(-0.15℃)에서의 CO2 흡착 및 77K(-196.15℃)에서의 질소 흡착을 특징으로 하였 다. 본원의 일 형태에서, 겔화 이후의 트리플루오로아세트산을 사용하는 산 린스 단계는 활성 탄소 크리요겔의 준비에 포함된다.
주기성 전압 전류 및 대시간전위차법(chronopotentiometry)을 사용하는 캐패시턴스 측정 및 전기화학 분석
전극들은 분말형 활성 탄소 크리요겔을 중량당 1% 내지 3%의 PTFE[폴리테트라플루오로에틸렌] 바인더와 혼합함으로써 준비되었다. 그 혼합물은 롤링되어서 그후에 75㎛두께 및 9mm 직경의 원형으로 절단되었다.
전기화학식 시험 전지는 스테인레스 강 접촉에 의해서 퍼플루오로알콕시 T-전지로 제조되었다. 이 전지는 작용 캐패시터의 조건을 모방하고 예를 들어 아르곤과 같은 불활성 환경에서 샘플을 보존한다는 점에서 일 장점을 가진다. 대칭형 탄소-탄소(C-C) 캐패시터들은 아르곤 글러브 박스에 조립되었다. 25㎛두께의 기공성 폴리프로필렌 멤브레인[셀래니즈 플라스틱스 코.엘티드의 셀가드]이 세퍼레이터로 작용되었다. 일단 조립되면, 샘플들은 샘플의 기공성에 따라서 20분 이상 동안 전해질에 담가졌다. 사용된 전해질은 적셔진 50/50 프로필렌 탄산염(PC)/디메틸탄산염(DMC)의 테트라에틸암모늄 테트라 플루오로보레이트(TEATFB)이었다.
시험 전지의 전력 출력 및 캐패시턴스는 CHI 전기화학 작업 스테이션[CHI 인스프루먼트, 미국] 상의 전류 수준[1 내지 10mA로부터] 및 여러 전압[1.0 내지 3.5 범위의 최대 전압]에서 주기성 전압전류(CV) 및 대시간전위차법(CP)을 사용하여 측정되었다. 캐패시턴스(C)는 하기 공식을 사용하여 포텐티오그램(potentiogram)의 방전 곡선에서 계산되었다:
여기서, i는 전류(A)이고 s = V/t는 V/s의 전압 비율이다. 시험 캐패시터는 대칭형 C-C 전극이므로, 특정 캐패시턴스(F/g의 단위의 Cs)는 하기 수학식 2에서 결정되었다.
여기서, me는 단일 전극의 질량이다. 특정 에너지(W/g의 단위의 Es) 및 전력 (J/g의 단위의 Ps)는 하기 수학식 3 및 수학식 4를 사용하여 결정되었다.
여기서, C는 측정 캐패시턴스이고, Vmmax는 최대 시험 전압이고 ESR은 방전 초기의 전압 강하에서 얻어진 동등한 직렬 저항이다. 도 1은 i, s, Vmax 및 ESR은 상기 수학식들에 대한 값들을 결정하기 위하여 CP 곡선에서 계산된다.
유사하게, 상기 수학식들은 특정 캐패시턴스, 특정 에너지 및 본원에서 예시되는 대칭형 탄소-탄소 전극이 아닌 전극의 특정 전력을 계산하는데 사용될 수 있다.
통계적인 분석
실험의 계승 설계(DOE)는 전극의 활성 크리요겔의 성능 및 기공 구조의 각 변수의 영향을 연구하는데 사용되었다. 비록, 실험의 계승 설계(DOE)가 과학 분야에서는 종종 사용되지 않지만, 각 다른 활성 탄소 크리요겔 처리 변수의 영향을 특징화할 때, 상기 시도에 의해서 발생된 방대한 양의 데이터를 사용하기 위하여 상기 연구에서 사용되었다. 다구치(Taguchi) L12 통계학적 설계[디지털 컴퓨테이션 인코포레이티드로부터의 실험의 계승 설계(DOE) 프로 소프트웨어로부터]가 각 변수의 상대 영향을 평가하는데 사용되었다. 샘플들은 두 단계로 시험되었으며, 각각에서, 연구된 변수들은 레조르시놀/촉매의 비(R/C) 및 레조르시놀/물의 비(R/W), RF 크리요겔의 열분해의 시간의 길이 및 온도, 이산화탄소 활성의 시간 길이 및 온도이다. 제 1 시험은 이상적인 정도의 활성화 뿐 아니라 RC 비[구조에 영향을 미치는 하나의 변수]에 대한 최적 범위를 차기 위하여 더욱 통상적인 설계를 사용하였다. 이러한 연구로 인하여 R/C 및 활성화의 값들을 시행하는 최상의 범주 내에서 다른 변수들을 양호하게 조정할 뿐 아니라 최적의 범위 내에서 R/C 및 활성화의 영향을 평가하기 위하여 제 2 시험을 수행하게 되었다. 표 1은 실험적 접근의 다구치 L12 설계에서 사용된 6개의 다른 변수들에 대한 처리 변수들을 표시한다. 상기 실험적 계획 및 실험의 계승 설계(DOE) 프로 소프트웨어를 사용함으로써, 출원인은 다중 변수들의 제 1 수준의 상호작용을 고려하면서, 두개의 높은 값 및 낮은 값중에서 더욱 양호한 값을 식별한다.
본원에 기재된 보기에서, 모든 졸 겔 및 건조 변수들은 모든 샘플들에 대해서 동일하였다. 열분해 및 활성화 변수들은 하기 기술된 샘플 1 내지 4에 대해서 변화되었다. 단지 R/C 및 % 활성화는 탄소의 구조를 변화시키는데 사용되었다. 본원에 기재된 샘플들에 대한 특수한 상세한 설명이 하기에 제공된다: 샘플 1["R/C 50"으로도 기술됨]은 50의 R/C, 0.25의 R/W를 사용하여 준비되었다. N2 열분해는 240분 동안 1050℃에서 발생되었다. 활성화는 70% 활성화를 달성하는데 필요한 시간 주기 동안 900℃에서 발생되었다. 샘플 2는 50의 R/C, 0.125의 R/W를 사용하여 준비되었다. N2 열분해는 60분 동안 1050℃에서 발생되었다. 활성화는 45% 활성화를 달성하는데 필요한 시간 주기 동안 900℃에서 발생되었다. 샘플 3["R/C 25"로도 기술됨]은 25의 R/C, 0.25의 R/W를 사용하여 준비되었다. N2 열분해는 240분 동안 1050℃에서 발생되었다. 활성화는 70% 활성화를 달성하는데 필요한 시간 주기 동안 900℃에서 발생되었다. 샘플 4는 50의 R/C, 0.125의 R/W를 사용하여 준비되었다. N2 열분해는 60분 동안 1050℃에서 발생되었다. 활성화는 25% 활성화를 달성하는데 필요한 시간 주기 동안 900℃에서 발생되었다.
[표 1]
다구치 L12는 6개의 다른 변수들에 대하여 최상의 처리 조건을 찾는데 사용된다:
임피던스 분광학을 사용하는 전기화학 분석 및 캐피시턴스 측정
재료 및 준비
각 활성 크리요겔 샘플은 60℃에서 건조되고 중량당 3.0%에서 테프론 바인더[폴리테트라플루오로에틸렌]와 각각 혼합되었다. 각 혼합물은 철저하게 혼합되어서 0.002인치(0.0508mm) 두께의 시트로 형성된다. 각 시트 재료는 직경 0.625인치(15.875mm)의 원판을 제조하기 위하여 강철 다이를 사용하여 펀칭되었다. 각 재료의 6개의 전극 원판은 0.1mg의 정확도로 하중측정되었다. 전극들은 최종 준비 단계로서 적어도 10시간 동안 195℃에서 진공상태[기계식 러프닝 펌프(roughing pump)]에서 건조되었다. 한쌍의 전극의 평균 질량 및 밀도는 표 2에 기재되었다.
[표 2]
제조된 시험 캐패시터에 대한 전극 질량 및 용적
| 샘플 명칭 | 두 전극의 평균질량(mg) | 두 전극의 조합 두께(인치) | 두 전극의 용적 (cm3) | 전극 밀도 (g/cm3) |
| 1 | 9.6 | 0.004 | 0.020 | 0.48 |
| 2 | 7.1 | 0.004 | 0.020 | 0.35 |
시험 캐패시터들
195℃에서 냉각된 후에, 전극을 수용하는 진공 용기는 진공 상태에서 드라이박스(drybox) 안으로 전달되었다. 모든 차후 조립 작은 드라이박스 안에서 실행되었다. 전극 디스크들은 10분 동안 유기 전해질에 담가지고 그후에 전지로 조립되었다. 전해질은 1.0M의 테트라에틸암모늄-테트라플루오로보레이트(TEATFB) 염류를 수용한 프로필렌 탄산염(PC) 및 디메틸탄산염(DMC)의 동일 용적의 혼합물이다.
개방된 전지 포움형 세퍼레이터(cell foam type separator) 재료는 시험 전지를 준비하는데 사용되었다. 세퍼레이터는 시험 전지에 압축되기 전에 0.002인치(0.0508mm) 두께이었다. 시험 전지의 전도성 페이스플레이트(faceplate)는 산화를 방지하기 위하여 특수한 표면 처리된 알루미늄 금속[리튬-이온 배터리 산업에서 사용되는]이다. 열가소성 에지 시일 재료는 전해질 호환성 및 낮은 습도 투과성에 대해서 선택되었고 드라이박스 내에 위치한 임펄스 열 밀봉기를 사용하여 적용되었다.
두개의 시험 전지들은 각 시험 재료에 대해서 동일 제조 방법에 따라서 제조 되었다. 조립된 전지들은 시험을 위하여 드라이박스에서 제거되었다. 금속 플레이트들은 각 전도성 페이스 플레이트에 대해서 체결되어서 집전기로 사용되었다. 조립된 장치의 횡단면은 도 2에 도시된다. 전극들은 각각 0.002인치(0.0508mm) 두께이고 세퍼레이터들은 전지에서 압축되기 전에 0.002인치(0.0508mm) 두께이다. 전극들은 0.625인치(15.875mm)의 직경을 가진다. 캐패시터 전지들은 10분동안 1.0V에서 조절되어서 특성에 대해서 측정되고, 10분 동안 2.0V에서 조절되어서 특성에 대해서 측정되었다.
DFT[밀도 작용 이론 계산]
273K(-0.15℃)에서의 CO2 등온선 및 77K(-196.15℃)에서의 N2 등온선과 연관된 DFT 결과들이 N2/탄소 77K(-196.15℃) 및 CO2/탄소 273K(-0.15℃)에 대한 NLDFT [비지역적 밀도 작용 이론] 케른넬로부터 얻어지며, 이들은 오토소브 소프트웨어(노바 윈 패키지의 일부로서 퀀타크롬 인스트루먼트에 의해서 계발됨)로 실행되며; NLDFT 케른넬(kernel)은 닥터 네이마크(현재 루트거스 유니버시티) 및 닥터 피터 라비코비치에 의해서 계발되었다. 탄소 재료에 대한 NLDFT의 상기 실행은 이상적인 흑연 벽들을 갖는 독립 기공들[즉, 원통형 기공들의 슬릿 기공]의 모델에 기초한다. 케른넬[채택된 유체-유체 및 유체-벽 상호작용 전위, 흡착 전위 등]의 상세한 설명은 라비코비치 및 네이마크의 논문에 기재되어 있다[즉, 27(및 그 참조문헌)참조]. 비록 상기 논문은 주로 슬릿 기공 기하학적 형태[상기 특허에서 사용 됨]에 대해서 언급하였지만, 원통형 기공의 기하학적 형태로 추정되는 케른넬에 대해서도 적당할 수 있다. 상기 NLDFT 방법은 현재 광범위하게 수용되며 ISO에 의해서 최근의 표준규격에서 특징된다[ISO-15901-3: 수은 다공성측정에 의해서 고체 재료의 다공성 및 기공 크기 분포와 가스 흡착-파트 3: 가스 흡착에 의해서 미세 기공의 분석]
시험 설비 및 측정
모든 측정들은 주파수 반응 분석기(FRA), 솔라트론 모델 1250; 포텐티오스탯/갈바노스탯(Potentiostat/Galvanostat), PAR 273; 케이틀리 모델 197; 캐패시턴스 시험 박스 S/N 005, 500 옴 셋팅; RCL 미터, 필립스 PM 6303; 전력 공급, 휴렛-패커드 모델 E3610A; 밸런스, 메틀러 H10; 미투토요 다이얼 인디케이터 2416-10; 누전 장치; 배터리/캐패시터 시험기, 아빈 모델 BT2000을 포함하는 기구를 사용하여 실온에서 시행되었다.
시험 캐패시터들은 1.0V에서 조절되었고 그후에 단락되었으며 하기 측정이 이루어졌다: RCL 미터를 사용하는 1kHz 동등한 직렬 저항(ESR), 캐패시턴스 시험 박스를 사용하는 500 옴 직렬 저항에 의한 1.0V에서의 캐패시턴스 충전, 누전 장치를 사용하는 30분 후의 0.5 및 1.0V에서의 누전, 1.0V 바이어스 전압에서 FRA 및 전기화학 인터페이스를 사용하는 전기화학 임피던스 분광(EIS). 그때 시험 캐패시터들은 2.0V에서 조절되었고 그후에 단락되었으며 하기 측정이 이루어졌다: RCL 미터를 사용하는 1kHz 동등한 직렬 저항(ESR), 500 옴 직렬 저항에 의한 2.0V에서의 캐패시턴스 충전, 누전 장치를 사용하는 30분 후의 1.5 및 2.0V에서의 누전, 2.0V 바이어스 전압에서 전기화학 임피던스 분광(EIS)측정.
마지막으로, 충전/방전 측정은 아빈(Arbin)을 사용하여 행해졌다. 상기 측정들은 0.01W 내지 0.2W의 전력 수준에서 1.0V 내지 2.0V 사이의 일정한 전류 충전/일정한 전력 방전 및 1.25V 내지 2.5V 사이의 일정한 전류 충전/일정한 전류 방전 측정을 포함한다. 상기 일정한 전류 전하 측정은 3초 내지 80초의 범위에 있는 에너지 포집 시간에서 에너지 저장 효율 및 저장된 에너지의 양을 결정하는데 사용되었다. 상기 시험은 전극 재료가 예를 들어 하이브리드 차량의 제동 동안 어떻게 실행되는 가를 측정한다.
주기성 전압 전류 및 대시간전위차법(chronopotentiometry)을 사용하는 캐패시턴스 측정 및 전기화학 분석 및 BET의 결과
EDLC 전극 재료의 전력, 캐패시턴스, 특정 에너지 또는 다른 성능 변수 사이의 직접적인 비교는 어렵다. 이것은 전해질 화학적 성질 및 실험 셋업 또는 측정 기술에서의 실질적으로 변화에 기인한다. 예를 들어, 유기 전해질과 비교되는 수성 전해질은 더욱 높은(~2x) 특정 캐패시턴스를 가능하게 하지만, 낮은 전력 범위로 인하여 일반적으로 낮은 전력을 생산한다.[1] 수성 전해질의 높은 캐패시턴스는 많은 수성 전해질에서 활성화되는 작용 그룹을 수용하는 산소로 인하여 종종 유사 캐패시턴스에 기여한다.[2,3] 두개의 전극 전지 대 3개의 전극 전지는 3개의 전극 전지에서 기준 전극에 주의하지 않으면 크게 다른 결과가 나타날 수 있기 때 문에 다른 불일치가 발생할 수 있고 종종 그 경우에 3개의 전극 전지에서 단일 전극으로부터 캐패시턴스를 보고하기 위한 방법이 두개의 전극 전지의 재료에 대해서 보고된 캐패시턴스에서 결과적으로 4x의 증가가 나타난다.[4]
마지막으로, CP/CV 대 임피던스 분광을 사용하여 취해진 측정값들 사이에 일부 변화가 있다. 이 적용에서, 본 발명자들은 CP/CV를 사용하여 측정된 작용 캐패시터를 유사하게 모방한 두개의 전극 전지를 사용하도록 채택하였다. 본원에 기재된 실험에서 사용된 전해질 염류, 테트라에틸암모늄 테트로플루오로보레이트는 추측컨대 유기 용매에 대해서 가장 일반적인 것이다. 상기 적용에서 다른 작업 또는 생성물과 비교하면, 유사 전해질 염류, 실험 셋업 및 측정 기술을 사용한다. 성능은 단지 전체 전지보다 단지 전극의 하중에 대해서 보고된다.
도 3은 1mA의 전류 및 3.5V의 전압에서 캐패시터 시험 전지에서 시험된 모든 샘플의 전력 및 에너지 밀도를 도시한다. 대부분의 샘플에 대해서 전력 및 에너지 밀도의 높은 값들이 달성되지만, 상기 샘플들은 모두 매우 유사한 재료로부터 얻어지고 유사한 조건에서 처리되는 것에도 불구하고 최상의 전극 및 최하의 전극 사이의 성능에서의 크기 차이가 있다. 이 연구에서, R/C 및 % 활성화[활성화 유도 하중 손실]를 제외하고는, 모든 졸 겔, 건조, 열분해 및 활성화 변수들은 모든 샘플들에 대해서 동일하다. 단지 R/C 및 % 활성화는 탄소의 구조를 변경하는데 사용되었고 그에 따라서 도 3에 기재된 성능 차이에 원인이 되는 변수들로 판단된다.
초기 졸의 R/C 비는 도 4a 및 도 4b에 제안된 캐패시턴스 뿐 아니라 탄소 전극의 최종 기공 구조에 영향을 미치는 것으로 나타난다. 탄소 에어로졸 및 크리요 겔의 구조에서 촉매의 영향에 대한 메카니즘은 문헌에 잘 기재되어 있다.[5,30,31] 기공 용적 및 표면적의 흐름(trend)은 합리적으로 캐패시턴스에 대응하지만, 밀착 관찰 시에 데이터는 정렬되지 않는다. 이것은 매우 유사한 캐패시턴스를 갖는 R/C 25 및 50 탄소 크리요겔 사이에서 특히 현저할 수 있다. R/C 25 재료는 작은 전체 기공 용적을 갖지만, 다공성이 평균 기공 크기에서 더욱 작아지는 것을 표시하는 더욱 큰 표면적을 가지며, 이에 대해서 R/C 50 탄소는 큰 기공을 향하는 경향을 표시하는 작은 표면적 및 큰 기공 용적을 가진다. 큰 특정 표면적은 하중 단위 당 전해질 이온의 최대 흡착을 허용하지만, 매우 큰 표면적은 BET 계산에 의해서 종종 과장되므로, 표시기(indicator)로서 왜곡될 수 있다. 큰 기공 용적은 충전 및 방전 운동을 강화하기 위하여, 전극의 기공들 안으로 전해질의 양호한 운송을 허용하므로, 충분한 표면적이 사용될 수 있게 한다. 그러나, 활성 탄소들에서, 큰 기공 용적은 많은 다수의 작은 미세기공 또는 소수의 큰 메조기공으로 달성될 수 있다. 이들은 가장 작은 기공들이 전해질 이온들을 인가하지 않으며 큰 기공들이 낮은 특정 표면적을 가지므로, 캐패시터 전극으로서 완전히 바람직하지 않다. 따라서, 다른 R/C 값들을 갖는 활성 탄소 크리요겔 사이의 성능 차이를 이해하기 위하여, 단지 기공 용적 및 표면적에 대해서 더욱 상세한 설명이 필요하다. 질소 흡착/탈착 등온선은 재료의 기공 구조에 대해서 더욱 잘 나타내고 이것이 최종 성능에 어떻한 영향을 주는지에 대한 고찰을 제공할 수 있다. 도 5는 [다른 R/C 값들을 갖는 동일 활성 비율로 활성화된] 동일한 4개의 샘플들에 대한 질소 수착 등온선을 도시한다. 상기 등온선들은 하나의 R/C 값에서 다른 R/C 값으로의 성능에서의 실질적인 차이에 대한 더욱 양호한 설명을 제공한다. R/C 25 및 R/C 50 샘플에 대한 등온선을 먼저 고찰함으로써, 본 발명자들은 각 기공 구조들 사이를 구별할 수 있다. 매우 낮은 압력에서 탄소의 그램에 대한 흡착 N2에서의 큰 도약에 의해서 명백해지는 바와 같이, 샘플들은 단위 중량에 대한 미세기공 용적을 갖지만, R/C 25는 약간 더 가진다. 0.4atm의 압력 후에, 유사성이 사라지고 R/C 50 샘플에 대한 등온선은 상당한 양의 메조기공성이 높은 압력에서 충전을 개시할 때, 상향으로 굴곡지기 시작한다. R/C 25 샘플도 역시 높은 압력에서 일부 메조기공성의 충전을 나타내지만, 단지 R/C 50 샘플의 작은 부분만이 높은 압력에서 메조기공성의 충전을 나타낸다. 이로 인해서 결과적으로 R/C 50 샘플이 R/C 25 샘플보다 상당히 큰 기공 용적[1atm에서 흡착된 N2용적]을 갖지만, 초과 기공 용적은 높은 압력에서 충전된 메조 기공성으로 존재한다는 것을 관찰하게 되었다. 상술한 바와 같이, R/C 25 샘플의 표면적은 더욱 많은 미세기공 및 더욱 적은 메조기공으로 구성되는 기공 용적으로 인하여, 더욱 커진다.
R/C 25 및 R/C 50 샘플들은 큰 캐패시턴스, 큰 표면적 및 큰 기공 용적을 갖지만, R/C 10 및 R/C 75는 훨씬 작은 캐패시턴스를 가진다. R/C 75 샘플은 일부 메조기공성과 함께 완만한 미세기공성의 수준을 나타내고, R/C 10 샘플은 작은 전체 기공 용적을 갖는 거의 완벽한 미세기공[이력현상의 부족을 주의하시오]이다. R/C 25 등온선 및 R/C 75 등온선을 비교하는 것은 유리하다. 이들은 양자 모두 이들의 유사한 이력 곡선 및 0.4 atm 내지 1.0atm의 압력에서 기공 용적의 증가에 의 해서 판정될 수 있는 유사한 양의 메조기공성을 가진다. 이들 둘 사이의 차이는 주로 미세기공성에 있다. R/C 75 샘플의 미세기공 용적은 R/C 25 샘플보다 훨씬 작다. 그러나, 용적의 단순한 평가를 넘어서, R/C 25 샘플의 미세기공은 큰 미세기공 및 작은 메조기공의 존재를 표시하는 약 0.2atm[역시 R/C 50 샘플에 제공된 형태]으로 점차 기울어지는 등온선으로 귀결된다. 그러나, R/C 75 샘플은 200cc/g 주위의 미세기공 용적으로 현저하게 도약하고 그후에 즉시 평탄하게 되어서, 그 미세기공성이 대부분이 하나의 크기이고 미세기공이 상당히 작다는 것을 표시한다. 상기 샘플들에서, 본 발명자들은 미세기공성 및 메조기공성이 상기 탄소-TEATFB 시스템에서 중요한 특성이 있다는 것을 쉽게 예측할 수 있다. 상기 합성 활성 탄소의 R/C 비는 미세기공성 및 메조기공성의 양자 모두의 형태를 변경할 수 있다는 것이 상당히 명백하다. 교대로, 상기 등온선을 연구함으로써 해결될 수 있는 상기 특징들은 상기 탄소로 제조된 전극의 캐패시턴스에 영향을 미친다.
표면적은 전기 이중층 캐패시턴스(EDLC) 전극에 대한 중요한 변수일 수 있지만, 용이하게 접근가능해야 한다. 질소 분자를 인가하기에 충분히 작은 미세기공들[0.35nm까지 작아진]은 큰 전해질 이온-특히 양이온에 접근할 수 없다. 그러나, 큰 미세기공 및 작은 메조기공은 재료가 단위 중량에 대한 큰 면적을 갖기에는 충분히 작으면서 전해질 이온에 대해서는 충분히 크기 때문에, 큰 전기 활성 표면의 전개에 가장 유리할 수 있다. 그러나, 샘플의 메조기공 용적은 빠른 이온 운송을 강화하고 전력을 극대화할 수 있는 변수일 수 있다. 매우 작은 기공들로만 구성되는 매트릭스는 매우 작은 기공들의 구불한 경로가 이온들이 임의의 영역에 도달하 는 것을 방지하기 때문에, 충분히 활용된 표면을 가진다. 최적화된 구조의 한 보기는 전달 라인 및 전해질 수송 경로로 작용하는 큰 기공을 가지며 가장 큰 특정 캐패시턴스를 계발하기 위하여 미세기공들을 충분히 사용한다.[6]
상기 종류의 구조는 R/C 50 탄소 크리요겔에서 가장 현저하게 도달되었다. 이온 전도성에 대한 메조기공성 네트워크 뿐 아니라 높은 미세기공성을 가진다. 상기 샘플로부터 제조된 전극의 캐패시턴스는 R/C 25 샘플로부터 제조된 것보다 크다. 표면적은 작지만, 메조기공은 기공을 더욱 잘 활용하도록 허용된다. TEM[전달 전자 현미경]은 상기 재료들의 메조기공이 서로로부터 단지 수 나노미터만 이격되므로, 미세기공의 최대 길이는 단지 수 나노미터라는 것을 나타낸다. 이 짧은 확산 거리로 인하여 본 연구에서 측정되는 상기 재료로 제조된 전극에 대해서 더욱 높은 전력이 얻어진다. 이 구조는 초기 졸의 R/C 비를 단순하게 조정함으로서 달성되었다.
[표 2.5]
3개의 다른 샘플들에 대한 특정 기공 크기 증분의 기공 용적(cc/g)
질소 등온선은 탄소의 기공 구조에 대해서 많이 나타내지만, 기공 크기 분 포[밀도 함수 이론을 사용하여 얻어짐-DFT-CO2 뿐 아니라 N2 등온선]는 기공 구조의 더욱 많은 양의 분석을 가능하게 한다. 기공 크기의 특정 범위의 효과를 정량화하는 것은 전해질 및 기공성 전극 사이의 상호작용을 더욱 잘 고찰할 수 있게 한다. 도 6은 건조, 열분해 및 활성화 후에 최종 탄소 구조에 영향을 주는 폴리머 전구체의 구조를 변경하기 위하여, 다른 레조르시놀 대 촉매 비(R/C)를 사용함으로써 두개의 다른 샘플의 기공 크기 분포(PSD)를 도시한다. 값들은 N2 및 CO2 수착 및 DFT 분석으로부터 얻어졌다. R/C 75 탄소 크리요겔에 대해서, 가장 현저한 피크는 매우 작은 기공들[약 0.3 내지 약 0.6nm]의 범위에 있다. 약 3.7nm에서의 1 뿐 아니라 약 0.7nm 내지 약 2nm 범위에 다른 피크가 있다. 반대로, 50의 R/C 비를 갖는 탄소 크리요겔은 두개의 최대값 즉, 하나는 0.5nm에 중심설정되고 다른 하나는 0.8nm에서 중심설정된 R/C 75 크리요겔와 같은 최대값을 가진다. 상기 제 2 피크는 실질적인 기공 용적에서 결국 하강하는 약 2.0nm까지 연장된다.
약 2.0 내지 약 10.0 nm 사이에는 두개의 주요 메조기공 피크가 있다. 광범위한 기공 크기 분포 및 여러 다른 기공 크기에서 큰 기공 용적을 갖는 탄소 크리요겔을 생산할 수 있다. 도 6.5는 광범위한 기공 크기의 큰 기공 용적을 생산하는 능력을 함께 나타내는 3개의 개별 탄소 크리요겔을 도시한다. 탄소 크리요겔의 여러 처리 변수들을 조정함으로써, 큰 기공 용적은 큰 전력, 큰 에너지, 밀도, 캐패시턴스 또는 그 조합을 갖는 전기 이중층 캐패시턴스(EDLC)에 대한 필요성에 따라서 많은 다른 기공 크기에 도달할 수 있다. 추가로, 상기 기공 크기 분포는 특정 전해질 염류 분자를 조율하도록 조정될 수 있다. 표 2.5는 6개의 다른 기공 크기 범위 내의 각 샘플의 기공 용적을 도시한다.
R/C 50 샘플의 캐패시턴스는 124F/g이고, R/C 75 탄소 크리요겔은 5mA의 전류 및 3.5V의 최대 전압에서 충전될 때, 단지 59F/g이다. 캐패시턴스에서의 상기 불균형 및 PSD에 의해서 어떻게 영향을 받는 지를 추가로 조사하기 위하여, 도 4 및 도 5로부터의 다른 두 샘플들은 캐패시턴스뿐 아니라 PSD에 대해서 측정되었다. 도 7a는 다른 기공 직경에서의 기공 용적에 대한 흐름이 R/C가 10에서 75로 증가함에 따라서 캐패시턴스에 대한 흐름과 얼마나 유사하게 부합되는 지를 도시한다. 더욱 직선적으로 비교하기 위하여, 세팅된 각 데이터는 R/C 10 내지 1.00의 값으로 실행된 특정 증배기에 의해서 변경되었다. 기공 용적 데이터는 이온 크기를 고려할 뿐 아니라 상기 샘플들의 기공 크기 분포에 기초하여 4개의 불연속 범위들로 나누어졌다. 이론에 의해서 한정되지 않고, 상기 범위에 대한 하나의 가능한 설명은 다음과 같다. TEA 양이온의 최대 크기는 0.64mm이고, 그 짧은 축을 따라서 0.6nm보다 약간 작다(도 7c).[7] 이러한 이유로, 본 발명자들이 본 샘플들의 PSD를 연구할 때 조사한 하나의 범위는 TEA이온의 크기보다 작은 기공들 즉, 약 0.6nm보다 작은 직경의 기공들이다. 그러나, 종종 이온 크기는 분자 크기 뿐 아니라 용매층에 의해서 결정된다고 생각된다. 프로필렌 탄산염에 대해서, 이것은 도 7c에 도시된 1.96nm의 용매 이온 직경을 생산한다. 이러한 이유 때문에, PSD에서 관심있는 두 영역들 사이의 임계값으로서 2.0nm이 채택되었다. 각 탄소 크리요겔은 약 0.6 내지 약 1.0nm 범위 및 약 2.0nm 내지 약 4.0nm의 범위의 피크를 갖기 때문에, 다른 두개의 컷오프 값들[1.0nm 및 4.0nm]이 채택되었다. 따라서, 기공 크기 분포는 다른 메카니즘을 통해서 성능을 구동할 수 있는 4개의 분리 영역들로 분할된다. 도 7b의 데이터는 R/C 대신에 캐패시턴스에 대해서 단순히 플롯되었다.
도 7에 도시된 흐름들 사이의 관계를 연구할 때, 여러가지 것들이 주목된다. 제 1 견해에서, R/C 10, 25 및 50에 대한 특정 캐패시턴스 및 < 0.6nm의 최소 기공들 사이에는 매우 긴밀한 관계가 있는 것으로 사료된다. 그러나, 이 관계는 R/C 75 크리요겔에 대해서 유지되지 않는다. 모든 크리요겔(도시생략)에 대한 PSD의 추가 검사에서, 처음 3개의 샘플들에 대한 명확한 흐름은 일치하고 R/C 75 크리요겔을 제외한 모든 것에 대해서 발생하며, 캐패시턴스에 기여하는 다른 범위의 합동 기공 용적이 있다. 캐패시턴스의 흐름을 가잘 밀착되게 추적하는 기공의 범위는 약 0.6 내지 1.0nm의 기공 범위이다. 나머지 두개의 기공 범위를 조사할 때, 이들은 반대이지만 캐패시턴스 흐름으로부터 거의 같은 거리에 있고, 그 범위는 약 1.0 내지 약 2.0nm이고 약 2.0 내지 약 4.0nm의 범위의 흐름 보다 더욱 가깝게 추적한다. 상기 흐름들 사이의 연결을 더욱 명확하게 평가하기 위하여, 데이터는 도 7b에서 선형 방식으로 플롯된다. 이러한 배열의 데이터는 0.6 내지 1.0nm 데이터가 캐패시턴스 데이터와 가장 유사하게 정렬되고 0.6nm 보다 작은 기공 용적은 불량하게 정렬되고 다른 두개의 기공 용적 범위는 어느 정도 그 사이에 놓여 있다. 우리의 조사에서 연구중인 여러 활성 탄소 크리요겔에 대한 PSD는 캐패시턴스의 하나의 중요한 구동부로서 0.6 내지 1.0nm 사이의 기공 범위를 향한다는 것을 주의해야 한다.
이론에 의해서 한정되지 않고, 출원인은 높은 에너지 및 전력 밀도의 조합이 모든 단계의 처리에서 탄소의 화학적 제조 및 구조에 대해서 밀착 제어하는데 기여할 수 있다고 판단하고 있다. 재료의 순수성은 합성 전구체에서 고순도를 유지함으로써 용이하게 제어될 수 있다. 탄소 크리요겔 기반 전극의 구조는 활성 변수의 조작뿐 아니라, 전구체, 졸-겔 획득 폴리머의 조정성을 통해서 제어된다. 도 4 내지 도 7에 도시된 샘플의 제조는 R/C 비와 다른 모든 방식에서 동일하므로, 기공 크기 분포 및 캐패시터 성능 사이의 관계를 비교할 수 있다. 상기 샘플의 PSD는 여러 피크들을 가진다. 두 방식의 기공 크기 분포는 크게 활성화된 탄소에서 특히 표면적>2000m2/g를 갖는 것에서는 특별한 것이 아니라는 것을 주목해야 한다.[8] 이것은 활성화로 인하여 약간 개방되는 큰 기공(또는 작은 메조기공) 및 자연 발생 미세기공인 작은 기공에 기여한다. 탄소 PSD의 복잡성을 노출시키는 DFT의 능력으로 인하여, 활성화 탄소에서 이중 방식 또는 다중 방식에 대해서 많은 보고서가 작성되었다.[9,10,11,12]
이론에 한정되지 않고, 본 발명자들은 캐패시턴스가 하기 수학식 5에 의해서 나타나는 전극의 기공 표면 상에 흡착된 이온들의 수와 직접 연결되기 때문에, 캐패시턴스는 특정 범위의 접근가능한 기공 용적에 의해서 결정될 수 있다는 것을 예상한다:
여기서, C는 캐패시턴스, q는 전하, △U는 캐패시터의 전압 범위이고, m은 전극의 질량이다.[13] 또한, 기하학적 형태는 일반적으로 작은 기공일 수록, 특정 표면적이 커진다는 것을 지시하고 있으며; 이것은 교대로 그 기공들이 전해질에 접근가능하다면, 큰 특정 캐패시턴스로 귀결된다. 따라서, 본 발명자들은 전해질 이온에 접근가능한 최소 기공들의 큰 기공 용적이 큰 특정 캐패시턴스를 구동하는 경향이 있다는 것을 예상하고 있다. 도 7a 및 도 7b의 데이터는 약 0.6 내지 약 1.0nm의 범위에 있는 기공들이 캐패시턴스에 대해서 가장 밀착 관계를 가진다는 것을 암시하고 있다. 본 발명자들은 TEA 이온들이 용매화되지 않고, 그때 그것은 상기 기공에 끼워진다고 가정하면, 본 발명자들은 기공 크기, 특정 표면적 및 특정 캐패시턴스 사이의 상술한 기하학적 관계와 동의한다. 그러나, 믿을 수 있는 이러한 관계에 대해서, 용매층 또는 비용매층의 문제는 해결되어야 한다.
이온 용매 및 미세기공성 캐패시턴스에 대한 관계의 문제는 어느 정도 문헌에서 논쟁중인 것으로 사료된다. 상술한 바와 같이, 용액의 이온의 기존 관점은 이온들이 통상적으로 미세기공에 대한 접근을 방지하는 큰 부피의 용매층을 소유한다는 것이다. 그러나, 매우 느슨한 용매층 또는 임의의 시스템에서는 전혀 없는 것을 지향하는 전해질 화학물 및 캐패시터 조사 양자 모두에서 중요한 증거가 있다.
N2 표면 흡착 시스템의 출력으로 인하여, 데이터 해석을 위한 밀도 함수 이 론과 조합하여, 미세기공 흡착을 해결하는데 필요한 매우 낮은 압력을 정확하게 달성할 수 있으며, 이들 수단이 탄소 전극의 미세기공들 및 메조/거대기공들 사이의 관계를 더욱 잘 이해하는데 사용될 수 있다. 이온들이 기공 안으로 들어가기에 너무 큰 경우에, 이온 체질 효과(ion sieving effect)과 관찰되었으며, 상기 기공들의 표면은 전하를 유지하는데 사용될 수 없다. 이들은 TEATFB 염류에 대하여 ~0.7nm의 기공 임계값으로도 기술된다.[14] 그러나, 미세기공들이 슈퍼 캐패시터 적용에서 유용한지를 더욱 잘 이해하기 위하여, 전해질 염류 및 용매를 더욱 세밀하게 조사하는 것이 도움이 된다. 이들 염류 요소들은 표준 이중 원소 또는 단순한 산/염기 전해질 - 특히 양이온 TEA보다 더욱 많이 복잡하다. 통상적으로, 염류는 용매에서 해리되고 용매층이 그 충전에 반작용하도록 개별 이온 주위에 형성된다. 그러나, TEA와 같은 알킬 암모늄기 염류와 조합되는 상기 탄화 용매를 조사하면, 상기 현상의 발생에 대한 의문이 생긴다. 많은 연구로 인해서, 취약 용매-양이온 상호작용을 유발하는 비교적 취약한 표면 전하로 인하여, 이온들이 더욱 느슨한 형태로 바운드되는 것으로 확인되었다. TEA 이온의 낮은 표면 전하는 충전된 N+를 둘러싸는 비교적 비극성 에틸 그룹을 단순히 관찰하면, 완전히 놀라운 것은 아니다.
TEA 및 TFB 이온의 단순한 모델 및 그들의 각 용매층은 프로필렌 탄산염 기반 용매에서, 용매화 이온들은 각각 1.96nm 및 1.71nm이다. 이 모델에서, 비용매화 양이온 및 음이온은 각각 0.74nm 및 0.49nm이다. [TEA 이온의 직경에는 0.678nm 내지 0.800nm 사이의 일부 범위가 있다는 것을 주의해야 한다.] [15,16,17] 용매화 이온 직경은 도 7c에 도시된 것과 유사한 0.61nm 두께의 용매층[즉, 0.74 + 2 ×0.61 = 1.96nm][18]에 의해서 모든 측부에서 이온들이 둘러싸인다는 추정에 기초한다. 거의 2nm의 용매 이온 직경값들은 용매화 이온이 많은 활성화 탄소에 제공되는 작은 미세기공에 끼워지지 않는다는 많은 신념을 준다. 점성 유체(?)에서 균일 속도 v로 이동하는 반경(r)의 구형 입자들에 작용하는 힘(f)을 규정하는 스토크 법칙[수학식 6]을 적용하면, 이것이 맞지 않다는 것을 알 수 있다. 이 관계에서, 제 1 항은 이동 입자들의 압의 압력으로 인하여 생성된 힘을 나타내고 제 2 항은 이동 방향과 평향하는 마찰력으로 인한 것이다. 이온 및 용매 사이의 관계를 기술할 때, 수학식은 제 2 항이 0과 동일할 때, 결과가 완전히 "빠른(slippy)"으로 규정되거나 또는 x = 4이고 제 2 항이 최대일 때, x = 6 또는 완전한 "고정(stick)"인 것을 나타낸다.
전도성을 측정하면, 프로필렌 탄산염의 TEA 이온들[조사된 거의 모든 다른 부피가 큰 양이온을 따른 이온들]이 거의 완전히 "빠른"이거나 또는 용매층이 존재하지 않는 다는 것을 알 수 있다. 반대로, 매우 높은 표면 전하 농도를 가지는 Li+ 이온은 강하게 바운드되는 용매층으로 인하여 완벽한 "고정"을 나타낸다. 이 관찰 은 음이온 및 양이온 사이의 연합 상수(association constant)를 측정함으로써 추가로 지지된다. 접촉 쌍[두개의 "접촉" 이온들]에 대해서, 연합 상수는 두개의 대향 전하를 분리시키는 거리와 연관되며 단지 두개의 이온 반경에 의해서만 결정된다. 용매화 이온들에 대해서, 이온 분리 거리는 각 이온 주위의 용매층을 고려하여 증가되고 그에 따라서 연합 상수는 크게 낮아진다. 연구된 모든 "빠른" 이온들에 대해서, 연합 상수는 프로필렌 탄산염의 접촉 이온 쌍의 형성 및 그에 따른 용매층의 부족을 표시하는 용매층의 존재로 인하여 예견되는 것보다 크다. [19] 이러한 관찰은 다른 작업에서 다른 접근방안에 의해서 확증되었다. 예를 들어, 이온 체질은 용매의 이온들의 상대 크기를 순위지정하는데 사용되었다. 이러한 접근 방안을 사용함으로써, 프로필렌 탄산염 용매의 TEA 양이온의 크기가 Li+ 이온보다 크다는 것이 추정되었다. 이것은 본 발명자들이 Li+ 이온의 직경이 단지 0.152nm라는 것을 고려하여 상기 양이온들의 동일 용매를 추정하였다면 매우 놀라운 것이다. 그러나, TEA의 용매층의 부재를 고려할 때, 그 결과는 그다지 놀랍지 않다. [20] 점도가 측정되는 다른 작업에서, Li기반 전해질이 탄산염 용매의 동일 반대 이온(counter ion)을 갖는 TEA기반 전해질보다 점성이 상당히 높다는 것이 확인되었다. 점도에서 음이온 효과를 배제하기 위하여, 복수의 다른 Li 기반 시스템에 대해서 추가로 연구되었고 음이온이 클 수록, 점도가 커진다는 것을 발견하였므로, 용매 Li+ 이온이 느슨하거나 또는 비용매화된 TEA 이온보다 크다는 주장을 강화하게 되었다.[21] 다수의 연구가 본 시스템의 캐패시턴스의 중요 부분이 본 탄소 크리 요겔 전극의 본래의 실질적인 미세기공 용적 내부의 전하 표면으로 당겨진 ~0.7nm 직경의 TEA 이온들과 연관된다는 것을 암시하는 우리의 자체 증거와 일치하는 것으로 나타났다.
R/C 비를 사용하는 기공 크기 분포의 조작 이외에, 기공 접근성도 역시 고려되어야 한다. 두개의 요소 즉, 기공에 대한 차단 및 기공 길이가 기공 접근성에 영향을 줄 수 있다. 기공들은 충분히 클 수 있지만, 큰 전해질 이온들[N2 분자들과 비교되는 이온들]이 상기 기공들 안으로 유입되는 것은 접근불가능하거나 또는 일그러진 경로는 기공을 충분히 활용하는 것을 방해하는 것으로 추측될 수 있다. 이러한 가능성을 고려할 때, 미세기공을 노출시키기 위한 메카니즘-CO2 활성이 적당하다. 도 4 및 도 5에 도시된 모든 탄소 크리요겔은 70%까지 활성화된 탄소 크리요겔에 대한 것이다[70%의 탄소 개시 재료는 활성화 동안 제거되었다]. 도 8은 다른 수준의 활성화가 R/C 탄소 크리요겔에 대한 기공 용적, 캐패시턴스 및 표면적을 갖는 영향을 도시한다. 활성화는 결국에는 재료가 너무 과도하게 부식되고 성능이 감소하는 지점까지 탄소의 표면적 및 기공 용적을 증가시킨다. 활성화가 기공 구조에 미치는 상세한 영향은 도 8에 표시된 4개의 샘플에 대한 N2 등온선을 조사할 때 알 수 있다.
도 9는 도 8에 도시된 동일한 4개의 샘플에 대한 등온선을 도시한다. 제 1 견해에서, 모든 등온선은 거의 동일한 것으로 보이지만, 도 8a에서 예상될 수 있는 임의의 다른 기공 용적이 존재한다. 샘플이 36% 활성화에서 최대로 활성화될 때, 미세기공 용적 및 전체 기공 용적은 모두 증가한다. 그때, 활성화가 지속될 때, 구조는 부식되고 미세기공 및 전체 기공 용적은 감소한다. 더욱 인접하게 조사할 때, 등온선 데이터에서 추출될 수 있는 더욱 미묘한 변화도 있다. 미세기공 용적 및 전체 기공 용적은 증가하고 그후에 감소하지만, 메조기공 용적에서도 동일하게 발생한다는 것이 명백하다. 메조기공 이력현상 개시의 기공 용적으로부터 전체 기공 용적[1기압에서 흡착된 N2 용적]을 차감함으로써, 메조기공 용적의 범위의 변화를 추정할 수 있다. 상기 샘플에 대해서, 활성도가 16%에서 36%로 이동할 때, 차이값은 45cc/g에서 65cc/g로 변화되고, 활성도가 추가로 70% 및 78%로 각각 추가로 증가할 때, 그후에 동일한 기공 용적이 47cc/g로 감소되고 그리고 마지막으로 45cc/g로 뒤로 감소된다. 더욱 질적 견지에서, 36% 활성도의 샘플은 더욱 발전된 메조기공을 나타내는 길고 넓어진 이력현상 루프를 갖는 것이 명백하다. 이것은 16% 활성 샘플의 미세기공에서 40% 증가하면, 36% 활성 샘플에 대해서 170cc/g에서 240cc/g로 증가하는 것이 각각 38F/g에서 85F/g로 캐패시턴스가 2배 이상 만큼 증가되는 것과 동반되는 이유를 설명할 수 있다. 이론에 의해서 제한되지 않고, 샘플의 메조기공성의 큰 증가로 인하여 이온들이 미세기공의 큰 표면적에 더욱 용이하게 접근할 수 있고 활성 표면적이 증가하여서, 더욱 큰 캐패시턴스가 얻어지는 것으로 사료된다.
큰 표면적 및 큰 캐패시턴스를 유지하면서 이온 운송을 허용하기 위하여, 작은 미세기공 이외에도 메조기공 또는 큰 미세기공들이 제공되어야 한다. 본 시스 템에서, 이것은 본질적으로 메조기공 골격의 미세기공들을 노출시키기 위하여 활성화에 의해서 용이하게 된다. 이것을 더욱 잘 이해하기 위하여, 활성화 전 및 활성화 동안 그리고 활성화 이후에, 탄소 크리요겔의 구조를 신속하게 조사하면 도움이 된다. R/C가 탄소 에오로겔 및 크리요겔의 메조기공 구조에 대한 영향을 가진다는 것이 문헌에 잘 기재되어 있다.[22,23] SAXS[작은 각도의 X-선 산란] 연구로 인하여 숨겨진 미세기공이 탄소 에어로겔[24][및 연합에 의한 크리요겔]에 존재하지만, 상기 탄소 구조들은 슈퍼캐패시터 전극을 실행하기 위하여 미세기공에 충분한 접근성을 나타내지 않는다는 사실이 드러났다. 그러나, 활성 탄소 에어로겔[25] 및 활성 탄소 크리요겔[5]은 개방된 미세기공을 가지며, 상기 개방된 미세기공은 상기 재료의 중요한 미세기공성이 가능한 전해질 침투에 대해서 사용될 수 있게 한다. 초기 졸에서 촉매의 양을 조정함으로써, 폴리머 전구체 재료의 구조가 조정될 수 있고 최종 탄소의 미세구조가 변경될 수 있다. 그러나, 열분해 공정 동안[유동 N2에서 1050℃으로 가열됨], 소결 유사 효과가 발생한다. 폴리머는 탄소로 변형되므로, 메조기공성 슈퍼 구조가 발전하지만, 상술한 미세기공은 표면 에너지를 감소시키기 위하여 상기 온도 및 경향에서 재료의 상대 이동성에 의해서 은폐된다. 매끄러운 표면을 제거하여 그 밑의 미세기공을 드러내기 위하여 어느 정도 낮은 온도에서 활성화가 그때 요구된다. 화학식 1에 표시된 바와 같이, 900℃에서 탄소 및 CO2 사이의 반응에 의해서 활성화가 발생한다.
이 공정은 접근가능한 표면에서 탄소를 박리시킨다. 열분해 후에 존재하는 메조기공 골격의 외측에서 개시되는, 활성화 공정은 상기 메조기공의 표면을 부식시킨다. 이것은 점차 노출된 미세기공의 수를 증가시키므로, 표면적 및 캐패시턴스를 증가시킨다. 새롭게 노출된 미세기공의 표면은 CO2의 스트림에서 반응하기 시작할 때, 그 공정은 네크 또는 차닥벽과 같은 기공벽으로부터 돌출하는 시점에서 개시된다. 이 방식에서, 광범위한 활성화는 일반적으로 기공벽을 매끄럽게 하고 임의의 영역이 CO2보다 큰 분자에 접근할 수 있는 가능성을 제거하는 것으로 예상된다. 미세기공이 노출되고 표면이 상기 가스성 반응물에 의해서 매끄럽게 된 후에, 다른 대부분의 활성 위치는 메조기공의 표면에서 미세기공 자체에 대한 유입을 가능하게 한다. 상기 재료가 부식될 때, 탄소 크리요겔 매트릭스의 전체 덩어리는 사라지기 시작하고 모든 기공에 대한 감소로 인하여 성능이 감소한다. 우리의 조사는 상기 활성화 공정이 R/C 또는 R/W에 따라서 다르게 발생한다는 것을 나타내었다. 이것은 졸-겔 변수들이 다른 표면 형태를 갖는 재료에서 재료에서 나타나기 때문에 놀라운 것이 아니다.
차단을 감소시키는 활성화 능력 이외에, 메조기공 구조를 변경하는 상술한 R/C 또는 R/W의 경향도 역시 미세기공의 접근성에 영향을 미친다. 긴 특수 미세기공일 수록, 차단 또는 왜곡이 전해질 분자에 의한 접근을 더욱 방지한다. 전해질 이 비교적 비차단상태에서 이동할 수 있다면, 고출력의 EDLC 캐패시터들이 더욱 잘 작용한다. 미세기공들은 표면적을 강화시키고 그에 따라서 캐패시턴스를 개선하지만, 기공 접근성을 증가시키면서 신속한 충전 및 방전 속도[26]를 용이하게 하기 위하여 큰 메조기공의 네트워크에 의해서 보충되어야 한다. 이 개념을 고려할 때, 탄소 크리요겔은 다른 장점도 제공한다. R/C 및 R/W 비를 변경함으로써, 메조기공성 골격이 제어되고 기공 벽의 두께도 일반적으로 약 3 내지 약 10nm으로 조정된다. 상기 기공벽의 미세기공이 활성화에 의해서 드러날 때, 기공 길이는 메조기공의 벽 두께에 의해서 제한된다. 그러므로, 미세기공 길이는 메조기공 벽의 약 절반두께로 제한되거나 또는 약 수 나노미터로 제한되므로, 용이한 이온 접근을 통해서 신속한 충전 및 방전을 보장한다.
상술한 결과는 비록 단지 R/C 및 퍼센트 활성화가 그 기공 구조를 제어하는 변수로서 사용될 때에도, 활성 탄소 크리요겔의 슈퍼 캐패시터 전극이 초고성능을 발휘할 수 있다는 것을 나타낸다. 그러나, 구조 및 재료의 캐패시턴스에 영향을 미치는 다른 변수도 있다. 모든 다른 것들이 일정한 값에서 유지되는 동안, 하나의 변수만 수정되는 표준 과학적인 접근방안을 사용하는 것은 단순하고 명쾌하지만, 다중 변수들이 관련될 때, 더욱 복잡해질 수 있고 비록 각 변수가 다른 변수의 변화 관점에서 얼마나 중요한 지를 결정하는 결정하는 것이 혼란스러울 수 있다. 변수들이 서로 상호작용을 하는 지 또는 아닌 지를 확인하는 것은 종종 어려울 수 있다. 그러나, 본원에 나타나는 실험의 계승 설계에 따른 통계학적 접근 방안을 사용함으로써, 변수들의 영향이 서로에 대해서 평가될 수 있고 상호작용도 측정될 수 있다. 표 1은 하기 연구에서 사용되었던 변수의 범위를 나타낸다. 도 10은 BET 표면적이 반응으로 사용될 때, DOE 프로 소프트웨어의 출력을 도시한다. 표 1에 제시된 12개 샘플의 각각의 표면적이 소프트웨어에 입력되고 그 결과가 나타난다. 도 10은 활성화 변수 및 R/C이 표면적을 결정할 때 가장 중요한 인자라는 것을 나타낸다. R/C 값들은 단지 25 및 50 사이에서만 변화되고 이것은 큰 표면적을 제공하지만 도 4에 도시된 바와 같이 표면적에서 큰 차이를 유도하지는 않는다는 것을 주의해야 한다. 그럼에도 불구하고, 상기 변수는 활성화 후에 표면적에 가장 큰 영향을 가지는 것으로 나타난다. 본 발명자들은 R/W, 열분해 시간 및 열분해 온도는 작지만 현저한 결과를 가진다는 것을 확인할 수 있다. 차트는 본질적으로 가장 큰 표면적 샘플을 생산하기 위한 최적의 방법을 제공한다: R/C 50; R/W 0.13; 60분 거주 시간의 1050℃ 열분해 온도; 및 180분 동안의 900℃ 활성화 온도.
각 변수의 평균 영향 이외에, 큰 세트의 상호작용 플롯들이 제공된다. 다구치 L12는 각 반응에 대한 36개의 상호작용 반응을 생산한다. 도 11은 강하고, 완만하면서 낮은 상호작용을 갖는 그것들의 3개의 샘플을 제공한다. 도 11은 RC 및 RW 사이의 상호작용을 도시한다. 0.125의 RW, RC 50 값이 양호하지만, 0.25의 RW 값에 대해서는, 25의 RC가 양호하다는 것이 명백하다.
이것은 RC 및 RW 사이의 강한 상호작용 및 관계식으로 고려된다. 도 11b는 활성화 온도 및 RW 사이의 완만한 상호작용을 도시한다. 낮은 활성 온도에 대해서, 0.25의 RW를 갖는 것이 최상이지만, 하나에서 다른 것으로 약간만 증가하기 때문에, 그것은 크게 중요하지 않다. 그러나, 900℃의 활성화 온도에 대해서, RW가 증가한 상태에서 표면적이 크게 감소하기 때문에 낮은 RW를 채택하는 것이 양호하다. 도 11c는 RW 및 열분해 시간 사이의 최소 상호작용이 있는 것을 제안하고 있다. RW의 값에 대해서, 낮은 열분해 시간을 갖는 것이 더욱 양호한 것으로 나타난다. 상기 차트들은 상기 시스템의 성능을 특정 계량으로 최적화하는데 사용될 수 있는 귀중한 정보를 제공한다.
그러나, 각 요소의 영향의 상당히 간결한 요약을 제공하기 때문에, 다른 Y바아 마진 수단(marginal means)의 일부를 조사하는 것이 가치있다. 도 12는 특정 전력, 에너지 및 캐패시턴스에 대한 다른 Y바아 마진 수단을 도시한다. 그것들은 서로 비교적 양호하게 정렬되며, 이것은 상기 계량중 모두 3개에서 양호한 성능을 달성하기 위하여, 변수들을 조작하는 것이 합리적이라는 것을 나타낸다. 그러나, 차트들은 3개 사이에서 일부 미묘한 차이를 나타낸다. 활성화 변수들은 일반적으로 모두 중요하지만, RW 및 열분해 온도가 특정 전력에 더욱 강하게 영향을 미치며, RC 및 열분해 시간은 캐패시턴스 및 에너지에 영향을 미치는 것으로 사료된다. 상기 차트의 정보 및 상호작용 플롯에서 방대한 데이터를 사용함으로써, 전력을 약간 희생시키거나 또는 원하는 출력에 따라서 역방향으로 진행하면서, 에너지를 증가시키는 것과 같은 특정 성능을 조정할 수 있다는 것이 예상된다.
임피던스 분광을 사용하는 전기화학식 분석 및 캐패시턴스 측정으로부터의 결과
표 3 및 표 4는 캐패시터들에 대한 시험 결과의 목록이다.
[표 3]
표 3: 원형 캐패시터에 대한 1.0V에서의 조절 후의 시험 결과(C500-500Ω 충전 캐패시턴스)
[표 4]
표 4: 원형 캐패시터에 대한 2.0V에서의 조절 후의 시험 결과. 특정 캐패시턴스는 건조 중량 기초이다.(C500-500Ω 충전 캐패시턴스)
상기 샘플에 대한 전기화학식 임피던스 분광(EIS) 결과를 검토하기 전에, 이상적인 기공성 전극의 EIS 반응을 고찰하는 것이 유용하다. 도 13은 기공성 전극을 갖는 캐패시터를 위한 임피던스 데이터의 복소수평면 표현(complex plane representation)을 도시한다. R은 동등한 직렬 저항이고 Ω은 기공으로 인한 이온 저항이며, 우측 원통형 기공으로 제조된 전극에 대한 EIS 데이터의 복소수평면 표현을 도시한다. 동등한 직렬 저항 R은 완성 회로의 전자 저항에 세퍼레이터에서 전해질의 이온 저항을 더한 것에 기인하는 것이다. 세퍼레이터의 이온 저항은 전 해질의 전도성 및 세퍼레이터의 두께에 따라 좌우된다. 회로의 전자 저항은 모든 재료들 사이의 접촉 저항 및 모든 재료의 벌크 저항을 포함한다. 복소수평면 표현에서 직렬 R-C회로의 임피던스는 동등한 직렬 저항 R의 값에서 실축과 교차하는 수직선이다. 기공성 전극을 갖는 장치는 분포된 전하 저장으로 인하여, ~ 45도의 각도에서 실축으로부터 짧은 거리에 대해서 상승을 나타낸다. 본원에서 Ω로 표시된 실축 상의 45도 라인의 투영(projection)은 기공성 구조 내의 이온 저항이다. 전도성 k의 전해질로 채워지는 균일 직경의 우측 원통형 기공으로 구성된 기공 전극을 가정하시오.
여기서, l은 기공의 길이, k는 전해질 전도성, V = 기공 용적 r = 기공 반경 및 S = 2πrln이고, 여기서 n = 기공수이다. Ω은 기공 기하학적 형태 및 전해질 전도성에 의해서 영향을 받는다.
도 14a 및 도 15a는 1.0V 및 2.0V의 바이어스 전압에서 시험 캐패시터에 대한 복소수평면 표면의 임피던스 데이터를 도시한다. 양 샘플들은 통상적인 기공성의 전극 형태를 나타낸다. 샘플 2는 기공에서 적어도 이온 저항(약 0.5Ω)을 가진다. 즉, 실축에 대한 복소수평면 곡선의 아래 투영 길이는 약 0.5Ω이다. 샘플 1은 약 0.8Ω의 큰 값을 가진다. 대부분의 탄소 샘플들은 바이어스 전압이 1V 에서 2V로 증가할 때 실질적으로 증가하는 이온 저항값을 표시하지만, 상기 샘플들은 상기 형태를 나타내지 않는다.
수학식 7에 있어서, 샘플 1 및 2와 비교되는 다른 탄소에 대한 큰 Ω에 대한 이유는 긴 기공 및/또는 작은 기공 용적을 갖는 것에 기인한다. (큰 전압에서 더욱 커지는) Ω의 바이어스 의존성은 상기 두개와 비교되는 다른 탄소의 작은 기공 용적일 수 있다.
도 14b 및 도 15b는 임피던스lＺl의 크기 및 위상각 대 주파수인 보드 표현(Bode representation)의 동일 임피던스 데이터를 도시한다. 장치는 고주파수의 임의의 에너지를 저장하지 않지만 주파수가 감소될 때 "커진다". 용량 형태는 저주파수에서 -90에 접근하는 상태에서, 위상각의 증가와 저주파수의 -1 구배에 의해서 명확해진다. 고주파서에서 "켜지는" 샘플은 짧은 시간에 빠른 반응 및 더욱 큰 에너지 저장 용량을 가진다. 즉, 더욱 강력한 성능을 가진다.
도 14c 및 도 15c는 또다른 표현의 동일 데이터-장치가 직렬-RC 회로에 의해서 표현될 수 있다고 추정할 수 있는 데이터를 도시한다. 캐패시턴스는 1/(2πfZ")로 계산되며, 여기서 f는 Hz의 주파수이고, Z"는 감응 저항이고, π= 3.1415이다. 도시된 바와 같이, 캐패시턴스는 주파수가 감소할 때, 단조로운 방식으로 약 200Hz에서 최소에서 증가하여서, 샘플 1의 0.3F 및 샘플 2의 0.2F의 2.0V 바이어스의 포화값(saturation value)에 도달한다. 상기 직렬 저항은 약 1kHz에서 최소값을 가지며 주파수가 감소할 때, 증가한다. 상기 유형의 형태는 기공성 전극을 특징으로 하고, 여기서 전해질의 긴 경로를 통해서 깊은 기공에 전하 저장이 이루어 지므로, 저항은 저주파수에서 증가한다.
에너지 저장 장치의 성능을 나타내고 비교하는 하나의 방법은 도 16에 도시된 바와 같이, 래곤 플롯(Ragone plot)의 에너지-전력 관계이다. 장치에 의해서 전달될 수 있는 에너지는 전달 속도의 증가에 따라서 감소한다. 도면에 도시된 에너지 및 전력값은 일정한 방전을 통해서 2.0V에서 1.0V로 측정된다. 각 샘플에 대해서 측정된 최대 특정 전력은 표 5에 기재되어 있다. 이들은 가능한 최대 전력값이 아니고 도 9에 도시된 곡선에 대한 종점값이다. 기술 성능의 표현은 사용될 수 있지만, 상당히 제한되어 있다. 예를 들어, 그것은 완전 충전 장치에 대해서만 유효하고 장치의 완전 방전을 요구하며, 캐패시터 적용에서는 종종 직면하지 않는다. 종종 부분적인 방전이 적용에서 이루어지고 그후에 제 2의 부분 방전이 행해진다. 제 2 부분 방전은 제 1 방전과 동일 곡선 상에 놓여지지 않는다.
또한, 저장 장치의 충전은 일부 적용의 방전보다 더욱 중요하다. 따라서, 래곤 플롯은 일반적으로 다른 화학 반응 속도로 인하여 다르게 충전 및 방전되기 때문에, 특히 배터리가 포함되는 기술과 비교할 때 유용하지 않다.
[표 5]
표 5:PC/DMC/TEATFB 전해질 및 시험 캐패시터에 대해서 2.0V에서 1.0V로 일정한 방전 데이터에서 결정되는 최대 측정 전력
| 샘플 | 측정된 최대 특정 전력(W/g) |
| 1 | 25 |
| 2 | 34 |
시험 캐패시터는 많은 상업적인 캐패시터에서 사용되는 아세톤니트릴기 전해질 대신에 PC/DMC기 전해질을 사용하여 제조되었다. 아세톤니트릴기 전해질은 거의 5가지 요소만큼 크고 그에 의해서 최대 전력에서 5가지 요소의 증가를 허용할 수 있는 ESR의 감소를 유발한다. 그럼에도 불구하고, 재료의 비교는 양자 모두가 동일 전해질을 사용하여 평가되기 때문에 유효하다.
여러 적용에 대해서 전기화학식 캐패시터를 평가하고 비교하는 다른 방법이 있다. 하이브리드 차량 적용에 대해서 EC 기술을 비교하는 하나의 방법은 재생되는 제동 동작("재생") 동안 포집된 에너지의 양 및 효율을 결정하는 것이다.[28] 이 재생 에너지 캐패시터 시험은 하이브리드 차량에서 장치 성능에서 양호한 정보를 제공한다. 충전 동안 장치가 포집하는 에너지의 양을 측정하고 그후 다시 포집된 에너지의 일부가 저장되고 그후 정지후에 전진할 때 차량의 가속에 사용할 수 있다. 배터리는 일반적으로 시험시 불량하게 작동한다. 다시, 재생 포집 시험은 성능의 중요한 일 형태를 비교하기 위한 조치를 제공한다.
활성 탄소 크리요겔 샘플로부터 제조된 원형 캐패시터들은 일정한 전류 충전을 사용함으로써 충전 시간의 함수로써 에너지를 포집하는 능력에 대해서 평가되었다. 각 전지는 1.25V에서 30초 동안 유지되고, 그후에 2.5V로 충전되며, 그후에 전지 전압은 30초 개방 회로 후에 측정되었다[전압이 감소하거나 또는 뒤로 후퇴하는 시간 동안]. 1.25V에서 2.5V로의 충전 에너지는 재생 포집 에너지[또는 저장가능한 에너지]로 고려되고 전류, 전압 및 2.5V의 충전 시간에서 결정되었다. 실제 로 장치에 저장된 에너지는 30초 개방 회로 후에 전압에 의해서 결정되었다. 3 내지 30초 범위의 충전 시간에서, 상기 시험은 하이브리드 차량 제동 동안 저장 캐패시터에 의해서 예상되는 성능을 모방한다.
도 17은 약 2초 내지 약 70초 범위의 충전 시간에서 각 시험 전지에 대한 포집 및 저장 에너지를 도시한다. 좌측의 곡선은 포집 에너지이고 우측의 곡선은 재생 충전 동안 전지에 저장된 에너지이다. 일반적으로, 충전 시간이 감소할 때[큰 충전 속도], 에너지는 적게 저장된다. 도 18은 실제 저장된 에너지에 대해서 가능한 비율을 도시하고 각 장치의 재생 에너지 수용 효율을 효과적으로 나타낸다. 이 비율은 시스템 설계 및 비용의 균형에 강하게 영향을 미칠 수 있기 때문에 중요하다. 저효율 수단은 더욱 많은 열이 발생되며, 저장 장치의 과열을 방지하기 위하여 제거되어야 한다. 저효율에 있어서, 열관리를 위한 능동적 냉각을 위해서는, 추가 비용, 용적 및 질량이 필요할 수 있다. 따라서, 고효율의 효과는 실질적인 순환 작용을 갖는 적용에서 증배된다.
예를 들어, 디지털 통신 적용에 대해서 적당한 EC 기술을 비교하는 다른 방법은 펄스 전력 성능에 적당한 다른 반응 시간에서 사용가능한 에너지를 결정하는 것이다. 이것은 전기화학식 임피던스 분광 데이터를 사용하여 결정된 최소 감도(Figure of Merit;FOM) 계산에 의해서 행해진다.[29] 이 최소 감도는 통신, 디지털 카메라 및 휴대용 계산기(instant on computing)와 같은 휴대용 전자 장치에 대해서 EC를 비교할 때 유용하다.
최소 감도(FOM)는 특히 -45도 위상각에 도달하는 주파수에서 저장된 에너지 와 같은 EIS 데이터에서 결정된다. 직렬-RC 회로에서 가정되는 상기 주파수에서 계산된 캐패시턴스는 C = -1/(2πf0Z")이고 에너지는 1/2 CV2이다. 상기 최소 감도(FOM)는 상기 캐패시터의 에너지가 이용가능한 속도를 기술하고 펄스 전력 적용을 위하여 중요한 고려사항에 대해서 기술하였다. 표 6은 시험 샘플 재료에 대한 최소 감도(FOM)를 기재하고 있다. 일반적으로, 최소 감도(FOM) 값이 클 수록, 펄스 적용에 대한 재료로서 더욱 적당하다.
[표 6]
표 6: 2.0V에서 유기 전해질을 갖는 시험 샘플의 탄소 크리요겔 전극 재료의 계산된 중량측정 최소 감도(FOM). 질량은 단지 두개의 건조 전극에 대한 것이다. 패키지형 장치는 2만큼 4번까지 감소된 값을 가지는 것으로 예상된다.
전해질 질량 및 패키징 질량 및 용적으로 인하여, 상기 최소 감도(FOM)를 상업용 장치의 최소 감도(FOM)에 직접 비교하는 것이 종종 어렵다. 또한, 표 5에 도시된 최소 감도(FOM)는 PC/DMC/TEATFB 전해질을 사용하여 2.0V에 대해서 전개되었고, 유기 전해질을 갖는 대부분의 상업용 ECs는 아세톤니트릴/TEATFB에 대해서 사용되고 고전압에서 비율결정된다.
출원인들은 EDLC 전극 재료로서 활성 탄소 크리요겔의 보기를 제공하였다. 이들 결과는 높은 캐패시턴스를 갖는 에너지 밀도 및 고전력을 나타내었다. 또한, 탄소 크리요겔의 활성화 수준뿐 아니라 졸-겔 변수를 변형함으로써, 전해질을 표면으로 용이하게 전달하기 위하여 조정가능한 메조기공성을 갖는 크리요겔을 제공하여 동적 에너지를 강화하고; 단위 중량당 사용가능한 표면을 극대화하기 위하여, 미세기공 용적 및 크기 분포를 제어할 수 있고; 미세기공에 대한 접근성을 허용하여서 양호한 표면 및 캐패시턴스를 보장하도록 활성화하며; 마지막으로 짧고 조정가능한 미세기공 길이를 제공하여서 우수한 충전 및 방전 동적 에너지를 허용한다. RC 및 활성화 수준 이외에, 탄소 크리요겔을 처리할 때 사용되는 모든 변수들은 그 성능에 일부 영향을 미친다는 것을 통계적인 접근에 의해서 제시되었다.
본원에 인용된 모든 참고문헌은 참고로 전체적으로 각각 개별적으로 합체되는 것처럼 통합되었다. 본원의 실시예를 기술할 때, 명료성을 위하여 특정 용어를 사용하였다. 그러나, 본 발명은 그와 같이 선택된 특정 용어에 국한되도록 의도된 것은 아니다. 본원에 기재된 것은 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 고려되어서는 안된다. 제시된 모든 보기들은 예시적이고 비제한적이다. 당기술에 숙련된 기술자가 상기 교시의 관점에서 이해할 수 있는 바와 같이, 상술한 실시예들은 본 발명의 범주 내에서 변형 및 수정될 수 있다. 따라서, 청구범위 및 그 동등 기술의 범주 내에서, 본 발명은 상세하게 기술된 것과 다르게 실행될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
참고문헌들:
Claims (71)
- 조정가능한 기공 구조를 갖는 활성 탄소 크리요겔을 포함하는 전극으로서,표면적은 77K(-196.15℃) 및 BET 분석에서 질소 흡착에 의해서 결정되는 적어도 1500m2/g이고,상기 기공 구조는 0.6 내지 1.0nm의 기공 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.01 cc/g 내지 약 0.25 cc/g 범위의 기공 용적을 포함하는, 전극.
- 제 1 항에 있어서,특정 캐패시턴스 및 특정 전력의 각각이 동일 용적의 프로필렌 탄산염 및 디메틸탄산염을 포함하고 약 1.0M의 테트라에틸암모늄-테트라플루오로보레이트를 추가로 포함하는 전해질을 갖는 전기 이중층 캐패시터 장치에서 측정될 때, 상기 전극의 특정 캐패시턴스는 적어도 75F/g이고 상기 전극의 특정 전력은 적어도 10W/g인, 전극.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 전극은 슈퍼캐패시터, 울트라캐피시터, 전기 이중층 캐패시터 또는 유사 캐패시터(pseudo-capacitor)의 요소인, 전극.
- 양전극 및 음전극이 각각 조정가능한 기공 구조를 갖는 활성 탄소 크리요겔을 포함하는 양전극 및 음전극;불활성의 기공성 세퍼레이터;전해질을 포함하는 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치로서,상기 양전극 및 상기 음전극은 상기 불활성의 기공성 세퍼레이터에 의해서 분리되고; 및상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 캐패시턴스는 독립적으로 적어도 75F/g이고 상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 전력은 독립적으로 적어도 10W/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 4 항에 있어서,특정 캐패시턴스 및 특정 전력의 각각이 동일 용적의 프로필렌 탄산염 및 디메틸탄산염을 포함하고 약 1.0M의 테트라에틸암모늄-테트라플루오로보레이트를 추가로 포함하는 전해질을 갖는 전기 이중층 캐패시터 장치에서 측정되는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 캐패시턴스는 독립적으로 약 75F/g 내지 약 150F/g의 범위에 있는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 캐패시턴스는 독립적으로 약 90F/g 내지 약 130F/g의 범위에 있는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 캐패시턴스는 독립적으로 약 100F/g 내지 약 130F/g의 범위에 있는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서,상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 전력은 독립적으로 약 10W/g 내지 약 50W/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 9 항에 있어서,상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 전력은 독립적으로 약 25W/g 내지 약 35W/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서,상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 에너지는 독립적으로 적어도 약 25J/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 에너지는 독립적으로 적어도 약 25J/g 내지 약 50J/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 에너지는 독립적으로 적어도 약 38J/g 내지 약 45J/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치에 의해서 저장된 재생-포집 에너지는 약 2.5초의 재생시간에 대해서 약 0.040 내지 약 0.055kJ/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 4 항 또는 제 14 항에 있어서,상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치에 의해서 저장된 재생-포집 에너지는 약 72초의 재생시간에 대해서 약 0.065 내지 약 0.075kJ/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치에 의해서 포집된 재생-포집 에너지는 약 2.5초의 재생시간에 대해서 약 0.050 내지 약 0.065kJ/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 4 항 또는 제 14 항에 있어서,상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치에 의해서 포집된 재생-포집 에너지는 약 72 초의 재생시간에 대해서 약 0.070 내지 약 0.075kJ/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치에 의해서 포집된 재생-포집 에너지는 약 2.5초의 재생시간에 대해서 약 0.054kJ/g이고 약 72 초의 재생시간에 대해서 약 0.072kJ/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치의 재생 에너지 수용 효율은 약 2.5초에서 0.85 내지 약 0.95인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 4 항 또는 제 19 항에 있어서,상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치의 재생 에너지 수용 효율은 약 47초에서 0.95 내지 약 0.99인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 1 항 내지 제 20 항중 어느 한 항에 있어서,상기 활성 탄소 크리요겔은 77K(-196.15℃) 및 BET 분석에서 질소 흡착에 의해서 결정되는 약 1500m2/g보다 큰 표면적을 가지는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 21 항에 있어서,상기 활성 탄소 크리요겔은 77K(-196.15℃) 및 BET 분석에서 질소 흡착에 의해서 결정되는 약 2000m2/g보다 큰 표면적을 가지는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 22 항에 있어서,상기 활성 탄소 크리요겔은 77K(-196.15℃) 및 BET 분석에서 질소 흡착에 의해서 결정되는 약 2250m2/g보다 큰 표면적을 가지는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 23 항에 있어서,상기 활성 탄소 크리요겔은 77K(-196.15℃) 및 BET 분석에서 질소 흡착에 의 해서 결정되는 약 2500m2/g보다 큰 표면적을 가지는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 20 항에 있어서,상기 활성 탄소 크리요겔은 77K(-196.15℃) 및 BET 분석에서 질소 흡착에 의해서 결정되는 약 2750m2/g보다 큰 표면적을 가지는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 전해질은 수성 또는 유기 액체 전해질인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 26 항에 있어서,상기 전해질은 동일 용적의 프로필렌 탄산염 및 디메틸탄산염을 포함하고 약 1.0M의 테트라에틸암모늄-테트라플루오로보레이트를 추가로 포함하는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 전해질은 고체 상태의 전해질인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 1 항 내지 제 28 항중 어느 한 항에 있어서,상기 활성 탄소 크리요겔은 하기 단계 즉, a) 졸을 생산하기 위하여, 제 1 단량체 폴리머 및 제 2 단량체 폴리머를 갖는 촉매를 제 1 용매에 조합시키는 단계;b) 졸을 조정가능한 합성 폴리머 전구체 재료를 생산하기에 충분한 겔화 온도로 가열함으로써 겔화시키는 단계;c) 건식 크리요겔을 생산하기 위하여 조정가능한 합성 폴리머 전구체 재료를 동결 건조시키는 단계;d) 건식 크리요겔을 탄화시키기에 충분한 탄화 체재 온도에서 진공 상태 또는 불활성 가스를 제공한 상태에서 상기 건식 크리요겔을 가열하는 단계; 및e) 탄화 크리요겔을 활성화시키기에 충분한 활성 체재 온도에서 탄화 크리요겔을 가열하는 단계를 포함하는 방법에 따라서 준비되는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 29 항에 있어서,상기 단계 e)는i) 상기 탄화 크리요겔을 이산화탄소를 제공한 상태에서 활성 체재 온도로 가열하는 단계;ⅱ) 상기 탄화 크리요겔을 스팀을 제공한 상태에서 활성 체재 온도로 가열하 는 단계;ⅲ) 상기 탄화 크리요겔을 활성 보조제를 제공한 상태에서 활성 체재 온도로 가열하는 단계중 어느 한 단계를 포함하는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 29 항에 있어서,상기 활성 탄소 크리요겔의 조정가능한 기공 구조는 하기 단계 즉, i) 상기 촉매를 변화시키는 단계;ⅱ) 상기 촉매의 양을 변화시키는 단계;ⅲ) 단계 a)에서 사용된 용매를 변화시키는 단계;ⅳ) 상기 용매의 양을 변화시키는 단계;ⅴ) 상기 제 1 및/또는 제 2 단량체 폴리머 성분을 변화시키는 단계; 및ⅵ) 상기 제 1 및/또는 제 2 단량체 폴리머 성분의 상대량을 변화시키는 단계중 어느 한 단계에 의해서 조정되는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 29 항에 있어서,상기 활성 탄소 크리요겔의 조정가능한 기공 구조는 하기 단계 즉, i) 상기 동결 건조의 시간 길이를 변화시키는 단계;ⅱ) 상기 동결 건조의 압력을 변화시키는 단계; 및ⅲ) 상기 동결 건조의 온도를 변화시키는 단계중 어느 한 단계에 의해서 조정되는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 29 항에 있어서,상기 활성 탄소 크리요겔의 조정가능한 기공 구조는 하기 단계 즉, i) 상기 건식 크리요겔이 탄화되는 체재 온도를 변화시키는 단계;ⅱ) 상기 탄화 체재 온도에 대한 가열 속도를 변화시키는 단계;ⅲ) 상기 건식 크리요겔이 탄화 체재 온도에서 유지되는 시간량을 변화시키는 단계ⅳ) 탄화 동안 가스의 다른 유동 속도를 사용하는 단계;ⅴ) 탄화 동안 가스의 다른 압력을 사용하는 단계;ⅵ) 탄화 동안 다른 가스를 사용하는 단계; 및ⅶ) 탄화 동안 진공을 사용하는 단계중 어느 한 단계에 의해서 조정되는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 29 항에 있어서,상기 활성 탄소 크리요겔의 조정가능한 기공 구조는 하기 단계 즉, i) 상기 건식 크리요겔이 활성화되는 체재 온도를 변화시키는 단계;ⅱ) 상기 활성화 체재 온도에 대한 가열 속도를 변화시키는 단계;ⅲ) 상기 건식 크리요겔이 활성화 체재 온도에서 유지되는 시간량을 변화시키는 단계ⅳ) 활성화 동안 가스의 다른 유동 속도를 사용하는 단계;ⅴ) 활성화 동안 가스의 다른 압력을 사용하는 단계; 및ⅵ) 활성화 동안 다른 가스를 사용하는 단계중 어느 한 단계에 의해서 조정되는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 1 항 내지 제 34 항중 어느 한 항에 있어서,상기 조정가능한 기공 구조는 약 0.6nm보다 작은 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.01 cc/g 내지 약 0.15 cc/g 범위의 기공 용적을 구비하는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 1 항 내지 제 34 항중 어느 한 항에 있어서,상기 조정가능한 기공 구조는 약 0.6nm 내지 약 1.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.01 cc/g 내지 약 0.25 cc/g 범위의 기공 용적을 구비하는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 1 항 내지 제 34 항중 어느 한 항에 있어서,상기 조정가능한 기공 구조는 약 1.0nm 내지 약 2.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.30 cc/g 내지 약 0.70 cc/g 범위의 기공 용적을 구비하는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 1 항 내지 제 34 항중 어느 한 항에 있어서,상기 조정가능한 기공 구조는 약 2.0nm 내지 약 4.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.15 cc/g 내지 약 0.70 cc/g 범위의 기공 용적을 구비하는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 1 항 내지 제 34 항중 어느 한 항에 있어서,상기 조정가능한 기공 구조는 약 4.0nm 내지 약 6.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.06 cc/g 내지 약 0.50 cc/g 범위의 기공 용적을 구비하는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 1 항 내지 제 34 항중 어느 한 항에 있어서,상기 조정가능한 기공 구조는 약 6.0nm 내지 약 8.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.01 cc/g 내지 약 0.30 cc/g 0.01 내지 30범위의 기공 용적을 구비하는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 1 항 내지 제 40 항중 어느 한 항에 있어서,상기 조정가능한 기공 구조는약 0.6nm보다 작은 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.01 cc/g 내지 약 0.15 cc/g 범위의 기공 용적;약 0.6nm 내지 약 1.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.01 cc/g 내지 약 0.25 cc/g 범위의 기공 용적;약 1.0nm 내지 약 2.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.30 cc/g 내지 약 0.70 cc/g 범위의 기공 용적;약 2.0nm 내지 약 4.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.15 cc/g 내지 약 0.70 cc/g 범위의 기공 용적;약 4.0nm 내지 약 6.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.06 cc/g 내지 약 0.50 cc/g 범위의 기공 용적; 및약 6.0nm 내지 약 8.0nm의 직경을 갖는 기공들에 대해서 약 0.01 cc/g 내지 약 0.30 cc/g 범위의 기공 용적을 구비하는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 1 항 내지 제 41 항중 어느 한 항에 있어서,상기 조정가능한 기공 구조는 TEM 측정에 의해서 결정되는, 약 10nm보다 작은 유효 길이를 갖는 미세기공을 포함하는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 42 항에 있어서,상기 조정가능한 기공 구조는 TEM 측정에 의해서 결정되는, 약 5nm보다 작은 유효 길이를 갖는 미세기공을 포함하는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 1 항 내지 제 43 항중 어느 한 항에 있어서,상기 조정가능한 기공 구조는 N2 흡착 획득 DFT 측정에 의해서 결정되는, 약 2.0nm 내지 약 10.0nm의 직경을 갖는 메조기공을 포함하는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 44 항에 있어서,상기 조정가능한 기공 구조는 N2 흡착 획득 DFT 측정에 의해서 결정되는, 약 2.0nm 내지 약 4.0nm의 직경을 갖는 메조기공을 포함하는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 45 항에 있어서,상기 조정가능한 기공 구조는 N2 흡착 획득 DFT 측정에 의해서 결정되는, 약 3.0nm 내지 약 4.0nm의 직경을 갖는 메조기공을 포함하는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 45 항에 있어서,상기 조정가능한 기공 구조는 N2 흡착 획득 DFT 측정에 의해서 결정되는, 약 4.0nm 내지 약 5.0nm의 직경을 갖는 메조기공을 포함하는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 1 항 내지 제 47 항중 어느 한 항에 있어서,상기 조정가능한 기공 구조는 CO2 흡착 획득 DFT 측정에 의해서 결정되는, 약 0.3nm 내지 약 2.0nm의 직경을 갖는 미세기공을 포함하는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 48 항에 있어서,상기 조정가능한 기공 구조는 CO2 흡착 획득 DFT 측정에 의해서 결정되는, 약 0.7nm 내지 약 1.5nm의 직경을 갖는 미세기공을 포함하는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 59 항에 있어서,상기 조정가능한 기공 구조는 CO2 흡착 획득 DFT 측정에 의해서 결정되는, 약 0.7nm 내지 약 1.0nm의 직경을 갖는 미세기공을 포함하는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 50 항에 있어서,상기 조정가능한 기공 구조는 CO2 흡착 획득 DFT 측정에 의해서 결정되는, 약 0.6nm 내지 약 1.0nm의 직경을 갖는 미세기공을 포함하는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 양전극 및 음전극이 각각 활성 탄소 크리요겔 및 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 양전극 및 음전극;폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 포함하는 불활성의 기공성 세퍼레이터;비부식성 금속을 각각 포함하는 제 1 및 제 2 집전기;동일 용적의 프로필렌 탄산염 및 디메틸탄산염을 포함하고 약 1.0M의 테트라에틸암모늄-테트라플루오로보레이트를 추가로 갖는 전해질을 포함하는 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치로서,상기 양전극 및 상기 음전극은 상기 기공성 세퍼레이터에 의해서 분리되어서 하나의 집전기와 각각 접촉하고;상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치에 의해서 측정되는 상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 캐패시턴스는 독립적으로 적어도 75F/g이고 상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 전력은 독립적으로 적어도 10W/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 52 항에 있어서,상기 활성 탄소 크리요겔은 하기 단계 즉, a) 졸을 생산하기 위하여, 레조르시놀 및 포름알데히드를 갖는 촉매를 용매에 조합시키는 단계;b) 졸을 졸 겔을 생산하기에 충분한 겔화 온도로 가열함으로써 겔화시키는 단계;c) 건식 크리요겔을 생산하기 위하여 상기 졸 겔을 동결 건조시키는 단계;d) 건식 크리요겔을 탄화시키기에 충분한 탄화 체재 온도에서 불활성 가스를 제공한 상태에서 상기 건식 크리요겔을 가열하는 단계; 및e) 탄화 크리요겔을 활성화시키기에 충분한 활성 체재 온도에서 탄화 크리요겔을 가열하는 단계를 포함하는 방법에 따라서 준비되는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 52 항 또는 제 53 항에 있어서,상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 캐패시턴스는 독립적으로 약 75F/g 내지 약 150F/g의 범위에 있는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 54 항에 있어서,상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 캐패시턴스는 독립적으로 약 90F/g 내지 약 130F/g의 범위에 있는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 55 항에 있어서,상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 캐패시턴스는 독립적으로 약 100F/g 내지 약 130F/g의 범위에 있는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 52 항 또는 제 53 항에 있어서,상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 전력은 독립적으로 약 10W/g 내 지 약 50W/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 57 항에 있어서,상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 전력은 독립적으로 약 25W/g 내지 약 35W/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 52 항 또는 제 53 항에 있어서,상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 에너지는 독립적으로 적어도 약 25J/g 내지 약 50J/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 59 항에 있어서,상기 양전극 및 상기 음전극의 각각의 특정 에너지는 독립적으로 적어도 약 38J/g 내지 약 45J/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 52 항 또는 제 53 항에 있어서,상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치에 의해서 저장된 재생-포집 에너지는 약 2.5초의 재생시간에 대해서 약 0.040 내지 약 0.055kJ/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 52 항 또는 제 53 항에 있어서,상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치에 의해서 저장된 재생-포집 에너지는 약 72초의 재생시간에 대해서 약 0.065 내지 약 0.075kJ/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 52 항 또는 제 53 항에 있어서,상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치에 의해서 포집된 재생-포집 에너지는 약 2.5초의 재생시간에 대해서 약 0.050 내지 약 0.065kJ/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 52 항 또는 제 53 항에 있어서,상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치에 의해서 포집된 재생-포집 에너지는 약 72 초의 재생시간에 대해서 약 0.070 내지 약 0.075kJ/g인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 52 항 또는 제 53 항에 있어서,상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치의 재생 에너지 수용 효율은 약 2.5초에서 0.85 내지 약 0.95인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 52 항 또는 제 53 항에 있어서,상기 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치의 재생 에너지 수용 효율은 약 47초 에서 0.95 내지 약 0.99인, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 1 항 내지 제 66 항중 어느 한 항에 있어서,상기 활성 탄소 크리요겔은 77K(-196.15℃) 및 BET 분석에서 질소 흡착에 의해서 결정되는 약 1500m2/g보다 큰 표면적을 가지는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 67 항에 있어서,상기 활성 탄소 크리요겔은 77K(-196.15℃) 및 BET 분석에서 질소 흡착에 의해서 결정되는 약 2000m2/g보다 큰 표면적을 가지는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 68 항에 있어서,상기 활성 탄소 크리요겔은 77K(-196.15℃) 및 BET 분석에서 질소 흡착에 의해서 결정되는 약 2250m2/g보다 큰 표면적을 가지는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 69 항에 있어서,상기 활성 탄소 크리요겔은 77K(-196.15℃) 및 BET 분석에서 질소 흡착에 의 해서 결정되는 약 2500m2/g보다 큰 표면적을 가지는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
- 제 70 항에 있어서,상기 활성 탄소 크리요겔은 77K(-196.15℃) 및 BET 분석에서 질소 흡착에 의해서 결정되는 약 2750m2/g보다 큰 표면적을 가지는, 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 장치.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US86600706P | 2006-11-15 | 2006-11-15 | |
| US60/866,007 | 2006-11-15 | ||
| PCT/US2007/084886 WO2008061212A2 (en) | 2006-11-15 | 2007-11-15 | Electric double layer capacitance device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090082482A true KR20090082482A (ko) | 2009-07-30 |
| KR101496934B1 KR101496934B1 (ko) | 2015-03-03 |
Family
ID=39402491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020097012189A KR101496934B1 (ko) | 2006-11-15 | 2007-11-15 | 전기 이중층 캐패시턴스 장치 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (5) | US7835136B2 (ko) |
| EP (1) | EP2100317B1 (ko) |
| JP (2) | JP2010510674A (ko) |
| KR (1) | KR101496934B1 (ko) |
| CN (1) | CN101681722B (ko) |
| AU (1) | AU2007319213B2 (ko) |
| BR (1) | BRPI0718811B1 (ko) |
| CA (1) | CA2669223A1 (ko) |
| WO (1) | WO2008061212A2 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140092231A (ko) * | 2010-12-28 | 2014-07-23 | 에너지2 테크놀로지스, 인코포레이티드 | 향상된 전기화학적 특성을 포함하는 탄소 물질 |
| US9799459B2 (en) | 2014-08-08 | 2017-10-24 | Corning Incorporated | High pore volume utilization carbon and electric double layer capacitor |
Families Citing this family (66)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7723262B2 (en) * | 2005-11-21 | 2010-05-25 | Energ2, Llc | Activated carbon cryogels and related methods |
| CN101681722B (zh) | 2006-11-15 | 2012-08-15 | EnerG2股份有限公司 | 双电层电容装置 |
| JP5034794B2 (ja) * | 2007-09-06 | 2012-09-26 | 株式会社明電舎 | 電気二重層キャパシタ |
| JP2009064992A (ja) * | 2007-09-07 | 2009-03-26 | Meidensha Corp | 積層型電気二重層キャパシタ |
| JP5217323B2 (ja) * | 2007-09-14 | 2013-06-19 | 株式会社明電舎 | バイポーラ積層型電気二重層キャパシタ |
| US20110111284A1 (en) * | 2008-06-24 | 2011-05-12 | Panasonic Corporation | Activated carbon for electrochemical element and electrochemical element using the same |
| CN102187411A (zh) * | 2008-09-04 | 2011-09-14 | 加利福尼亚大学董事会 | 用于提高能量密度和功率密度的电荷存储装置结构 |
| WO2011002536A2 (en) | 2009-04-08 | 2011-01-06 | Energ2, Inc. | Manufacturing methods for the production of carbon materials |
| US8749950B2 (en) * | 2009-04-22 | 2014-06-10 | Simon Fraser University | Ionic polymer metal composite capacitor |
| WO2011003033A1 (en) * | 2009-07-01 | 2011-01-06 | Energ2, Inc. | Ultrapure synthetic carbon materials |
| WO2011072256A1 (en) * | 2009-12-11 | 2011-06-16 | Energ2, Inc. | Carbon materials comprising an electrochemical modifier |
| JP5573146B2 (ja) * | 2009-12-21 | 2014-08-20 | パナソニック株式会社 | 電気化学素子 |
| US8482901B2 (en) * | 2010-01-22 | 2013-07-09 | Corning Incorporated | Microporous activated carbon for EDLCS |
| US8916296B2 (en) | 2010-03-12 | 2014-12-23 | Energ2 Technologies, Inc. | Mesoporous carbon materials comprising bifunctional catalysts |
| US8593787B2 (en) * | 2010-04-21 | 2013-11-26 | Corning Incorporated | Electrochemical capacitor having lithium containing electrolyte |
| US9053870B2 (en) * | 2010-08-02 | 2015-06-09 | Nanotek Instruments, Inc. | Supercapacitor with a meso-porous nano graphene electrode |
| US8654507B2 (en) | 2010-09-30 | 2014-02-18 | Energ2 Technologies, Inc. | Enhanced packing of energy storage particles |
| WO2012051326A1 (en) | 2010-10-12 | 2012-04-19 | The Regents Of The University Of Michigan | Transition metal carbide or nitride or boride based supercapcitors with metal foam electrode substrate |
| US9384905B2 (en) | 2010-10-12 | 2016-07-05 | The Regents Of The University Of Michigan, University Of Michigan Office Of Technology Transfer | High performance transition metal carbide and nitride and boride based asymmetric supercapacitors |
| US8482900B2 (en) * | 2010-11-30 | 2013-07-09 | Corning Incorporated | Porous carbon for electrochemical double layer capacitors |
| WO2012125971A2 (en) * | 2011-03-16 | 2012-09-20 | Johnson Controls Technology Company | Systems and methods for overcharge protection and charge balance in combined energy source systems |
| EP2689438B1 (en) | 2011-03-23 | 2022-11-16 | Mespilus Inc. | Polarized electrode for flow-through capacitive deionization |
| US8564934B2 (en) * | 2011-04-07 | 2013-10-22 | Corning Incorporated | Ultracapacitor with improved aging performance |
| KR20140037074A (ko) * | 2011-04-07 | 2014-03-26 | 리트리브 테크놀로지스 인코포레이티드 | 탄소 전극 및 전기화학적 커패시터 |
| US9472353B2 (en) | 2011-04-07 | 2016-10-18 | Corning Incorporated | Ultracapacitor with improved aging performance |
| US20120262127A1 (en) | 2011-04-15 | 2012-10-18 | Energ2 Technologies, Inc. | Flow ultracapacitor |
| US10522836B2 (en) | 2011-06-03 | 2019-12-31 | Basf Se | Carbon-lead blends for use in hybrid energy storage devices |
| WO2013003073A1 (en) | 2011-06-27 | 2013-01-03 | Sixpoint Materials, Inc. | Ultracapacitors with electrodes containing transition metal nitride |
| WO2013066337A1 (en) | 2011-11-03 | 2013-05-10 | Intel Corporation | Energy storage structure, method of manufacturing a support structure for same, and microelectronic assembly and system containing same |
| US9524830B2 (en) * | 2011-12-02 | 2016-12-20 | Yuriy Maletin | Method for selecting nanoporous carbon material for polarizable electrode, method for manufacturing such polarizable electrodes and method for manufacturing electrochemical double layer capacitor |
| WO2013120009A1 (en) | 2012-02-09 | 2013-08-15 | Georgia-Pacific Chemicals Llc | Preparation of polymeric resins and carbon materials |
| WO2013120028A1 (en) | 2012-02-09 | 2013-08-15 | Georgia Pacific Chemicals Llc | Methods for making polymer particulates in gel form |
| US9409777B2 (en) | 2012-02-09 | 2016-08-09 | Basf Se | Preparation of polymeric resins and carbon materials |
| US9978533B2 (en) | 2012-02-21 | 2018-05-22 | Intel Corporation | Energy storage device, method of manufacturing same, and mobile electronic device containing same |
| EP2820661B1 (en) * | 2012-02-28 | 2023-08-30 | Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy | Integrable electrochemical capacitor |
| JP5896230B2 (ja) * | 2012-05-28 | 2016-03-30 | トヨタ自動車株式会社 | 電極の製造方法と活物質の評価方法 |
| US9861746B2 (en) | 2012-06-08 | 2018-01-09 | Medtronic Minimed, Inc. | Application of electrochemical impedance spectroscopy in sensor systems, devices, and related methods |
| KR101804368B1 (ko) | 2012-11-26 | 2017-12-04 | 조지아-퍼시픽 케미칼즈 엘엘씨 | 폴리머 수지 및 탄소 재료의 제조 방법 |
| US20140211370A1 (en) * | 2013-01-25 | 2014-07-31 | Ionova Technologies, Inc. | Electrochemical Cell, Related Material, Process for Production, and Use Thereof |
| US8816465B1 (en) | 2013-02-22 | 2014-08-26 | Intel Corporation | Energy conversion and storage device and mobile electronic device containing same |
| WO2014143213A1 (en) | 2013-03-14 | 2014-09-18 | Energ2 Technologies, Inc. | Composite carbon materials comprising lithium alloying electrochemical modifiers |
| US9318273B2 (en) * | 2013-07-26 | 2016-04-19 | Corning Incorporated | High voltage EDLC electrodes containing CO2 activated coconut char |
| US9136064B2 (en) * | 2013-07-26 | 2015-09-15 | Corning Incorporated | Carbon for high voltage EDLCs |
| US9607775B2 (en) * | 2013-08-30 | 2017-03-28 | Corning Incorporated | High-voltage and high-capacitance activated carbon and carbon-based electrodes |
| US9607776B2 (en) | 2013-10-24 | 2017-03-28 | Corning Incorporated | Ultracapacitor with improved aging performance |
| US10195583B2 (en) | 2013-11-05 | 2019-02-05 | Group 14 Technologies, Inc. | Carbon-based compositions with highly efficient volumetric gas sorption |
| JP6665121B2 (ja) * | 2014-03-14 | 2020-03-13 | グループ１４・テクノロジーズ・インコーポレイテッドＧｒｏｕｐ１４ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． | 無溶媒中におけるゾル−ゲル重合のための新規方法、及びゾル−ゲル重合由来の可変炭素構造の作製 |
| SG11201700725TA (en) | 2014-07-29 | 2017-02-27 | Agency Science Tech & Res | Method of preparing a porous carbon material |
| JP6572033B2 (ja) * | 2015-07-10 | 2019-09-04 | 国立大学法人北海道大学 | 水素吸蔵炭素材料 |
| WO2017030995A1 (en) | 2015-08-14 | 2017-02-23 | Energ2 Technologies, Inc. | Nano-featured porous silicon materials |
| KR20240023451A (ko) | 2015-08-28 | 2024-02-21 | 그룹14 테크놀로지스, 인코포레이티드 | 극도로 내구성이 우수한 리튬 인터칼레이션을 나타내는 신규 물질 및 그의 제조 방법 |
| KR20190003793A (ko) | 2016-05-20 | 2019-01-09 | 에이브이엑스 코포레이션 | 울트라커패시터용 전극 구조 |
| WO2017201183A1 (en) | 2016-05-20 | 2017-11-23 | Avx Corporation | Ultracapacitor for use at high temperatures |
| CN109155206A (zh) | 2016-05-20 | 2019-01-04 | 阿维科斯公司 | 超级电容器用的非水电解质 |
| US10801906B2 (en) * | 2016-11-14 | 2020-10-13 | Nutech Ventures | Hydrogel microphone |
| JP7086988B2 (ja) | 2016-12-13 | 2022-06-20 | ヘンケル・アクチェンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト・アウフ・アクチェン | 改善されたリチウムイオン二次電池およびリチウムキャパシタ電極組成物 |
| KR102493852B1 (ko) | 2016-12-22 | 2023-01-30 | 더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 | 거대다공성 전극을 갖는 활성 탄소 슈퍼커패시터를 위한 방법, 장치 및 시스템 |
| CN110582823A (zh) | 2017-03-09 | 2019-12-17 | 14集团技术公司 | 含硅前体在多孔支架材料上的分解 |
| JP2020536830A (ja) | 2017-09-20 | 2020-12-17 | エナジーツー・テクノロジーズ・インコーポレイテッドＥｎｅｒｇ２ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． | 炭素水和物材料 |
| US20190259546A1 (en) | 2018-01-24 | 2019-08-22 | Energ2 Technologies, Inc. | Methods for preparing carbon materials |
| CA3130076A1 (en) * | 2019-03-06 | 2020-09-10 | Kuraray Co., Ltd. | Activated carbon and method for producing the same |
| CN110806435A (zh) * | 2019-03-26 | 2020-02-18 | 中国石油大学(北京) | 一种co2-水-岩相互作用对致密岩石孔喉结构影响的交流阻抗谱评价方法 |
| US11335903B2 (en) | 2020-08-18 | 2022-05-17 | Group14 Technologies, Inc. | Highly efficient manufacturing of silicon-carbon composites materials comprising ultra low z |
| US11639292B2 (en) | 2020-08-18 | 2023-05-02 | Group14 Technologies, Inc. | Particulate composite materials |
| US11174167B1 (en) | 2020-08-18 | 2021-11-16 | Group14 Technologies, Inc. | Silicon carbon composites comprising ultra low Z |
| JP2023544717A (ja) | 2020-09-30 | 2023-10-25 | グループ１４・テクノロジーズ・インコーポレイテッド | シリコン－カーボン複合材料の酸素含有量及び反応性制御のための不動態化の方法 |
Family Cites Families (275)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3619428A (en) | 1968-04-05 | 1971-11-09 | Constant V David | Porous particle fabrication process |
| US3518123A (en) | 1968-06-10 | 1970-06-30 | Leesona Corp | Metal/air battery |
| US3876505A (en) | 1972-12-08 | 1975-04-08 | Calgon Corp | Manufacture of activated carbon from sized coal |
| US3892580A (en) | 1973-03-26 | 1975-07-01 | Corning Glass Works | Method of making porous inorganic bodies |
| US3977901A (en) | 1974-10-23 | 1976-08-31 | Westinghouse Electric Corporation | Metal/air cells and improved air electrodes for use therein |
| US4082694A (en) | 1975-12-24 | 1978-04-04 | Standard Oil Company (Indiana) | Active carbon process and composition |
| AU2574477A (en) * | 1976-06-04 | 1978-12-07 | Ici Ltd | Siliceous materials |
| JPS5441913A (en) * | 1977-09-09 | 1979-04-03 | Kanebo Ltd | Carbonncarbon composite material and method of making same |
| US4543341A (en) * | 1983-12-23 | 1985-09-24 | Massachusetts Institute Of Technology | Synthesis and processing of monosized oxide powders |
| US4580404A (en) | 1984-02-03 | 1986-04-08 | Air Products And Chemicals, Inc. | Method for adsorbing and storing hydrogen at cryogenic temperatures |
| JPH07105316B2 (ja) | 1985-08-13 | 1995-11-13 | 旭硝子株式会社 | 電気二重層コンデンサ用分極性電極及びその製造方法 |
| US4769197A (en) | 1987-02-02 | 1988-09-06 | United Technologies Corporation | Method for molding precured high temperature resins |
| US4843015A (en) | 1987-11-05 | 1989-06-27 | Westvaco Corporation | Method for determining volatile phosphorus in carbon |
| US4999330A (en) | 1988-03-22 | 1991-03-12 | Universite Du Quebec A Trois-Rivieres | High-density adsorbent and method of producing same |
| US4873218A (en) | 1988-05-26 | 1989-10-10 | The United States Department Of Energy | Low density, resorcinol-formaldehyde aerogels |
| US4997804A (en) | 1988-05-26 | 1991-03-05 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Low density, resorcinol-formaldehyde aerogels |
| US4954469A (en) | 1988-08-01 | 1990-09-04 | Robinson Ken K | Granulated activated carbon for water treatment |
| JPH02300222A (ja) | 1989-05-15 | 1990-12-12 | Maruzen Petrochem Co Ltd | 熱硬化性樹脂組成物 |
| DE69008978T2 (de) | 1989-07-29 | 1994-12-01 | Sony Corp | Kohlenstoffmaterial und eine nichtwässrige, dieses Material verwendende elektrochemische Zelle. |
| US5061416A (en) | 1989-10-30 | 1991-10-29 | Norton Company | Process for the manufacture of friable silicon nitride bodies |
| JPH0459806A (ja) | 1990-06-29 | 1992-02-26 | Unitika Ltd | マクロポーラス型球状フェノールアルデヒド樹脂の製造方法 |
| JPH04139174A (ja) | 1990-09-28 | 1992-05-13 | Asahi Denka Kogyo Kk | 新規イソシアヌレート型エステル誘導体 |
| EP0529095B1 (en) | 1991-03-02 | 1999-08-04 | Sony Corporation | Method for producing an anode material and a non-aqueous electrolyte cell employing such anode material |
| JP3094567B2 (ja) | 1991-10-30 | 2000-10-03 | 大日本インキ化学工業株式会社 | 熱硬化性樹脂組成物及びその硬化物 |
| JPH05156121A (ja) | 1991-12-04 | 1993-06-22 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | フェノール樹脂成形材料 |
| US5260855A (en) | 1992-01-17 | 1993-11-09 | Kaschmitter James L | Supercapacitors based on carbon foams |
| JP3276981B2 (ja) * | 1992-05-01 | 2002-04-22 | 関西熱化学株式会社 | 高表面積活性炭の製造装置 |
| JP2873988B2 (ja) | 1992-05-25 | 1999-03-24 | 東海カーボン株式会社 | プラズマエッチング用電極板 |
| US5420168A (en) | 1993-04-01 | 1995-05-30 | The Regents Of The University Of California | Method of low pressure and/or evaporative drying of aerogel |
| GB9313501D0 (en) | 1993-06-30 | 1993-08-11 | Nycomed Imaging As | Improvements in or relating to polymer materials |
| US5508341A (en) | 1993-07-08 | 1996-04-16 | Regents Of The University Of California | Organic aerogel microspheres and fabrication method therefor |
| US5626637A (en) * | 1993-10-25 | 1997-05-06 | Westvaco Corporation | Low pressure methane storage with highly microporous carbons |
| US5416056A (en) | 1993-10-25 | 1995-05-16 | Westvaco Corporation | Production of highly microporous activated carbon products |
| US5965483A (en) * | 1993-10-25 | 1999-10-12 | Westvaco Corporation | Highly microporous carbons and process of manufacture |
| JP2735491B2 (ja) | 1993-10-25 | 1998-04-02 | ウェストヴァコ コーポレイション | 微細孔活性炭とその製造方法 |
| US5710092A (en) * | 1993-10-25 | 1998-01-20 | Westvaco Corporation | Highly microporous carbon |
| US5465603A (en) | 1993-11-05 | 1995-11-14 | General Electric Company | Optically improved diamond wire die |
| JPH0859919A (ja) | 1994-08-23 | 1996-03-05 | Sumitomo Durez Co Ltd | フェノ−ル樹脂組成物 |
| JPH08112539A (ja) | 1994-10-14 | 1996-05-07 | Tokai Carbon Co Ltd | 高純度炭素質粉末調製用のボールミル器材及びその製造方法 |
| IT1271325B (it) | 1994-12-23 | 1997-05-27 | Poli Ind Chimica Spa | Composti diastereomericamente puri derivati da 3-oxo e 3-tioxo-4-azaandrostani e loro uso come antiandrogeni |
| US5626977A (en) | 1995-02-21 | 1997-05-06 | Regents Of The University Of California | Composite carbon foam electrode |
| US5858486A (en) * | 1995-02-27 | 1999-01-12 | Sgl Carbon Composites, Inc. | High purity carbon/carbon composite useful as a crucible susceptor |
| US5834138A (en) | 1995-03-06 | 1998-11-10 | Sony Corporation | Negative electrode material for non-aqueous liquid electrolyte secondary cell and non-aqueous liquid electrolyte secondary cell employing same |
| US5674642A (en) * | 1995-06-02 | 1997-10-07 | Regents Of The University Of Minnesota | High capacity high rate materials |
| US5726118A (en) | 1995-08-08 | 1998-03-10 | Norit Americas, Inc. | Activated carbon for separation of fluids by adsorption and method for its preparation |
| US5614460A (en) | 1995-08-23 | 1997-03-25 | Syracuse University | Microporous carbons for fuel gas storage |
| JPH0963905A (ja) * | 1995-08-29 | 1997-03-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電気二重層キャパシタおよびその製造方法 |
| US6096456A (en) * | 1995-09-29 | 2000-08-01 | Showa Denko K.K. | Film for a separator of electrochemical apparatus, and production method and use thereof |
| GB9522476D0 (en) | 1995-11-02 | 1996-01-03 | Boc Group Plc | Method and vessel for the storage of gas |
| US5670571A (en) | 1995-11-03 | 1997-09-23 | Georgia-Pacific Resins, Inc. | Process for producing a dispersed novolac resin and use in a binder system for thermal insulation |
| WO1997018160A1 (fr) | 1995-11-14 | 1997-05-22 | Osaka Gas Company Limited | Materiau de cathode pour accumulateur au lithium, procede de fabrication associe et accumulateur utilisant ledit materiau |
| WO1997020768A1 (en) | 1995-12-07 | 1997-06-12 | Sandia Corporation | Methods of preparation of carbon materials for use as electrodes in rechargeable batteries |
| JPH09275042A (ja) * | 1996-02-09 | 1997-10-21 | Honda Motor Co Ltd | 有機溶媒系電気二重層コンデンサ電極用活性炭 |
| JPH09328308A (ja) * | 1996-04-10 | 1997-12-22 | Mitsubishi Chem Corp | 活性炭及びその製造方法、並びにこれを用いたキャパシタ |
| CA2176452C (en) | 1996-05-13 | 2008-12-02 | Qiming Zhong | Method for reducing the surface area of carbonaceous powders |
| US5891822A (en) | 1996-09-17 | 1999-04-06 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Production process of active carbon used for electrode for organic solvent type electric double layer capacitor |
| FR2753963B1 (fr) | 1996-09-30 | 1998-12-24 | Schlumberger Cie Dowell | Coulis de cimentation et methode de conception d'une formulation |
| US5744258A (en) * | 1996-12-23 | 1998-04-28 | Motorola,Inc. | High power, high energy, hybrid electrode and electrical energy storage device made therefrom |
| EP0891943A1 (en) | 1997-01-09 | 1999-01-20 | Nippon Sanso Corporation | Porous carbon stock material and method of manufacturing same |
| US6309446B1 (en) | 1997-02-17 | 2001-10-30 | Kanebo, Ltd. | Activated carbon for adsorptive storage of gaseous compound |
| US6338809B1 (en) | 1997-02-24 | 2002-01-15 | Superior Micropowders Llc | Aerosol method and apparatus, particulate products, and electronic devices made therefrom |
| JP3709267B2 (ja) | 1997-02-26 | 2005-10-26 | エア・ウォーター株式会社 | メソポアカーボンおよびその製造方法 |
| US6205016B1 (en) * | 1997-06-04 | 2001-03-20 | Hyperion Catalysis International, Inc. | Fibril composite electrode for electrochemical capacitors |
| US5945084A (en) | 1997-07-05 | 1999-08-31 | Ocellus, Inc. | Low density open cell organic foams, low density open cell carbon foams, and methods for preparing same |
| US6117585A (en) | 1997-07-25 | 2000-09-12 | Motorola, Inc. | Hybrid energy storage device |
| US7138354B2 (en) | 1998-02-24 | 2006-11-21 | Cabot Corporation | Method for the fabrication of an electrocatalyst layer |
| US6310762B1 (en) | 1998-03-03 | 2001-10-30 | Jeol Ltd. | Carbon material for electric double layer capacitor, method of producing same, electric double layer capacitor and method of fabricating same |
| US6443490B2 (en) | 1998-06-12 | 2002-09-03 | William E. Webb | Dual mode stabilizer for backhoe loaders and backhoe attachments |
| US6069107A (en) | 1998-06-17 | 2000-05-30 | Aer Energy Resources, Inc. | Recharge catalyst with thin film carbon coating, metal-air electrode including said catalyst and methods for making said catalyst and electrode |
| EP1115130A4 (en) | 1998-08-25 | 2007-05-02 | Fuji Heavy Ind Ltd | MATERIAL FOR ELECTRODES AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME |
| US6072693A (en) * | 1998-11-02 | 2000-06-06 | Asahi Glass Company Ltd. | Electric double layer capacitor and separator therefor |
| US6631072B1 (en) * | 1998-12-05 | 2003-10-07 | Energy Storage Systems Pty Ltd | Charge storage device |
| US6865068B1 (en) | 1999-04-30 | 2005-03-08 | Asahi Glass Company, Limited | Carbonaceous material, its production process and electric double layer capacitor employing it |
| JP2001089119A (ja) | 1999-04-30 | 2001-04-03 | Adchemco Corp | 炭素質材料およびその製造方法およびこれを用いた電気二重層キャパシタ |
| US6589694B1 (en) | 1999-05-14 | 2003-07-08 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Positive electrode active material, positive electrode active material composition and lithium ion secondary battery |
| JP3601581B2 (ja) | 1999-06-11 | 2004-12-15 | 東洋紡績株式会社 | バナジウム系レドックスフロー電池用炭素電極材 |
| US6242127B1 (en) | 1999-08-06 | 2001-06-05 | Microporous Products, L.P. | Polyethylene separator for energy storage cell |
| US6225257B1 (en) * | 1999-09-14 | 2001-05-01 | Niagara Mohawk Power Corporation | Post-carbonization treatment of microporous carbons for enhancement of methane and natural gas storage properties |
| US6339528B1 (en) * | 1999-09-16 | 2002-01-15 | Ness Capacitor Co., Ltd. | Metal oxide electrode for supercapacitor and manufacturing method thereof |
| JP2001118753A (ja) | 1999-10-21 | 2001-04-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電気二重層キャパシタ用活性炭およびその製造方法 |
| JP2001278609A (ja) | 2000-03-30 | 2001-10-10 | Sumitomo Durez Co Ltd | 酸素含有炭素材の製造方法 |
| US7005181B2 (en) | 2000-04-06 | 2006-02-28 | American Aerogel Corporation | Organic, open cell foam materials, their carbonized derivatives, and methods for producing same |
| US7625839B2 (en) | 2000-05-09 | 2009-12-01 | Mitsubishi Chemical Corporation | Activated carbon for use in electric double layer capacitors |
| WO2001085613A1 (fr) | 2000-05-11 | 2001-11-15 | Tokuyama Corporation | Silicium polycristallin et procede et appareil de production correspondants |
| JP2001332304A (ja) * | 2000-05-24 | 2001-11-30 | Sony Corp | 電解質およびそれを用いた電池 |
| US6815121B2 (en) * | 2000-07-31 | 2004-11-09 | Electrovaya Inc. | Particulate electrode including electrolyte for a rechargeable lithium battery |
| CA2423842C (en) * | 2000-09-07 | 2011-05-31 | Bridgestone Corporation | Additive for non-aqueous liquid electrolyte, non-aqueous liquid electrolyte secondary cell and non-aqueous liquid electrolyte electric double layer capacitor |
| JP2002128514A (ja) * | 2000-10-16 | 2002-05-09 | Nisshinbo Ind Inc | 炭素質材料、電気二重層キャパシタ用分極性電極及び電気二重層キャパシタ |
| US6815105B2 (en) | 2000-10-23 | 2004-11-09 | The Regents Of The University Of California | Fuel cell apparatus and method thereof |
| KR20030064783A (ko) * | 2000-11-09 | 2003-08-02 | 에프오씨 프랑켄버그 오일 컴패니 이에스티. | 슈퍼커패시터 및 이 슈퍼커패시터를 제조하는 방법 |
| FR2817387B1 (fr) * | 2000-11-27 | 2003-03-21 | Ceca Sa | Cellules de stockage d'energie a double couche electrochimique a haute densite d'energie et forte densite de puissance |
| US20020122985A1 (en) | 2001-01-17 | 2002-09-05 | Takaya Sato | Battery active material powder mixture, electrode composition for batteries, secondary cell electrode, secondary cell, carbonaceous material powder mixture for electrical double-layer capacitors, polarizable electrode composition, polarizable electrode, and electrical double-layer capacitor |
| FR2821616B1 (fr) | 2001-03-01 | 2003-05-30 | Pica | Charbon actif a capacite d'adsorption elevee et a faible teneur en residuel phosphorique, son procede de preparation et des applications |
| US20020168314A1 (en) * | 2001-03-08 | 2002-11-14 | Roemmler Mike G. | Method of making expanded graphite with high purity and related products |
| US6764667B1 (en) | 2001-03-09 | 2004-07-20 | Steiner, Iii Stephen A. | Method for the formation of aerogel precursor using rapid gelation two-step catalysis |
| EP1248307A1 (en) | 2001-04-03 | 2002-10-09 | Hitachi, Ltd. | Lead-acid battery |
| CN1172397C (zh) | 2001-06-12 | 2004-10-20 | 王立都 | 采用磁化工艺制备蓄电池用液态低钠硅盐电介质及其用途 |
| EP1280215A1 (fr) | 2001-07-26 | 2003-01-29 | University of Liege | Matériau carboné poreux |
| US20040248790A1 (en) | 2001-09-03 | 2004-12-09 | Shuji Hinuma | Novel secretory proteins and dna thereof |
| JP2003104710A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-04-09 | Kyocera Corp | 固形状活性炭及びその製造方法並びにそれを用いた電気二重層コンデンサおよびその製造方法 |
| TW504841B (en) * | 2001-09-27 | 2002-10-01 | Nanya Technology Corp | Manufacture method of memory cell of flash memory |
| US7218489B2 (en) | 2001-10-04 | 2007-05-15 | Ise Corporation | High-power ultracapacitor energy storage pack and method of use |
| US20030108785A1 (en) * | 2001-12-10 | 2003-06-12 | Wu L. W. | Meso-porous carbon and hybrid electrodes and method for producing the same |
| US7378450B2 (en) | 2001-12-27 | 2008-05-27 | University Of Connecticut | Aerogel and metallic compositions |
| JP2004067498A (ja) | 2002-06-13 | 2004-03-04 | Kashima Oil Co Ltd | 活性炭およびそれを用いた電気二重層キャパシタ |
| US20030012722A1 (en) | 2002-07-02 | 2003-01-16 | Jie Liu | High yiel vapor phase deposition method for large scale sing walled carbon nanotube preparation |
| JP2005533893A (ja) | 2002-07-22 | 2005-11-10 | アスペン・エアロジェルズ・インコーポレーテッド | ポリイミドエーロゲル、炭素エーロゲル、及び金属炭化物エーロゲル並びにこれらの製造方法。 |
| CN100380547C (zh) * | 2002-07-30 | 2008-04-09 | 可乐丽化学株式会社 | 活性炭、其制造方法、极化性电极及电双层电容器 |
| US20060008408A1 (en) * | 2002-10-17 | 2006-01-12 | Nexen Nano Tech. Co., Ltd. | Fibrous nano-carbon and preparation method thereof |
| JP4025995B2 (ja) | 2002-11-26 | 2007-12-26 | 信越化学工業株式会社 | 非水電解質二次電池負極材及びその製造方法並びにリチウムイオン二次電池 |
| JP2004203715A (ja) | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Honda Motor Co Ltd | アルカリ賦活活性炭、その製造方法、それを含む電気二重層コンデンサ用分極性電極、及び該電極を含む電気二重層コンデンサ |
| JP2004221332A (ja) | 2003-01-15 | 2004-08-05 | Gun Ei Chem Ind Co Ltd | 電気二重層キャパシタの電極用活性炭組成物及びその製造方法 |
| JP3585043B2 (ja) | 2003-01-22 | 2004-11-04 | メルク・ホエイ株式会社 | 医薬用吸着剤及びその製法 |
| CN1781203A (zh) | 2003-02-18 | 2006-05-31 | 日本电气株式会社 | 燃料电池用电极,燃料电池及其制造方法 |
| KR100480969B1 (ko) | 2003-03-10 | 2005-04-14 | 한국에너지기술연구원 | 일산화탄소에 대한 내피독성 지지체를 이용한 연료전지용전극촉매 |
| JP4535334B2 (ja) | 2003-03-31 | 2010-09-01 | 富士重工業株式会社 | 有機電解質キャパシタ |
| SE0300975D0 (sv) | 2003-04-03 | 2003-04-03 | Protista Internat Ab | Chromatographic separation method, separation device and process for the preparation of a separation medium for use therein |
| JP2004315283A (ja) * | 2003-04-15 | 2004-11-11 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 多孔質カーボン粒子及びその製造方法 |
| US20070021300A1 (en) | 2003-05-09 | 2007-01-25 | Jean-Pierre Farant | Process for the production of activated carbon |
| US7018163B2 (en) * | 2003-05-29 | 2006-03-28 | Sage Automation, Inc. | System, apparatus, and method for manipulating a stack of paper, cardboard, and the like |
| US7432221B2 (en) | 2003-06-03 | 2008-10-07 | Korea Institute Of Energy Research | Electrocatalyst for fuel cells using support body resistant to carbon monoxide poisoning |
| WO2004110930A1 (ja) * | 2003-06-12 | 2004-12-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ナノ粒子含有複合多孔体およびその製造方法 |
| US20050250011A1 (en) | 2004-04-02 | 2005-11-10 | Maxwell Technologies, Inc. | Particle packaging systems and methods |
| US7754382B2 (en) | 2003-07-30 | 2010-07-13 | Tdk Corporation | Electrochemical capacitor having at least one electrode including composite particles |
| US7914704B2 (en) | 2003-08-04 | 2011-03-29 | Zeon Corporation | Binder for electric double layer capacitor electrode |
| JP4662730B2 (ja) | 2003-09-12 | 2011-03-30 | ローム アンド ハース カンパニー | エネルギー貯蔵装置において有用なマクロレティキュラー炭質材料 |
| EP1665446B1 (en) | 2003-09-18 | 2012-03-21 | Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation | High performance energy storage devices |
| JP2005136397A (ja) * | 2003-10-10 | 2005-05-26 | Showa Denko Kk | 活性炭及びそれを用いた電極材料並びに電気二重層キャパシタ |
| JP3764157B2 (ja) * | 2003-10-10 | 2006-04-05 | 東洋炭素株式会社 | 高純度炭素系材料及びセラミックス膜被覆高純度炭素系材料 |
| JP4391198B2 (ja) | 2003-10-31 | 2009-12-24 | オルガノ株式会社 | 活性炭前駆体、活性炭、活性炭の製造方法及び電気二重層キャパシタ用分極性電極 |
| CN100464448C (zh) | 2003-10-31 | 2009-02-25 | 昭和电工株式会社 | 电池电极用的碳材料及其制造方法和用途 |
| JP4754813B2 (ja) * | 2003-12-01 | 2011-08-24 | 肇 田門 | カーボン材料の製造方法及びタブレット状乾燥ゲル |
| US20050135993A1 (en) * | 2003-12-23 | 2005-06-23 | Jun Xu | Manganese oxide based materials as ion intercalation hosts in lithium batteries |
| US7255924B2 (en) * | 2004-01-13 | 2007-08-14 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Carbon nanoarchitectures with ultrathin, conformal polymer coatings for electrochemical capacitors |
| US20050196336A1 (en) | 2004-03-05 | 2005-09-08 | Chatterjee Arup K. | Activated graphitic carbon and metal hybrids thereof |
| EP1727166A1 (en) | 2004-03-10 | 2006-11-29 | Masaki Yoshio | Power storage element and electrical double-layer capacitor |
| US7799733B2 (en) * | 2004-03-31 | 2010-09-21 | Council Of Scientific And Industrial Research | Process for preparing high surface area carbon |
| US7521140B2 (en) | 2004-04-19 | 2009-04-21 | Eksigent Technologies, Llc | Fuel cell system with electrokinetic pump |
| GB0413324D0 (en) | 2004-06-15 | 2004-07-21 | Johnson Matthey Plc | Gas diffusion substrate |
| US7245478B2 (en) * | 2004-08-16 | 2007-07-17 | Maxwell Technologies, Inc. | Enhanced breakdown voltage electrode |
| KR101135417B1 (ko) | 2004-08-18 | 2012-04-17 | 제이엑스 닛코닛세키에너지주식회사 | 전기 이중층 커패시터의 전극용 탄소재의 원료탄 조성물 |
| CN100336774C (zh) | 2004-10-18 | 2007-09-12 | 成都理工大学 | 一种合成热稳定性钛酸铝的工艺 |
| US20060093915A1 (en) * | 2004-11-04 | 2006-05-04 | Lundquist Eric G | Carbons useful in energy storage devices |
| JP2006179697A (ja) | 2004-12-22 | 2006-07-06 | Nippon Oil Corp | 電気二重層キャパシタの電極用炭素材の原料炭組成物 |
| JP2006248848A (ja) | 2005-03-11 | 2006-09-21 | Jfe Chemical Corp | 多孔質炭素材料の製造方法および多孔質炭素材料の処理方法 |
| DE102005011940A1 (de) | 2005-03-14 | 2006-09-21 | Degussa Ag | Verfahren zur Herstellung von beschichteten Kohlenstoffpartikel und deren Verwendung in Anodenmaterialien für Lithium-Ionenbatterien |
| JP2006264993A (ja) | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 炭素材の製造方法、炭素材、二次電池用負極材、非水電解質二次電池 |
| US20060223965A1 (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-05 | Aspen Aerogels Inc. | High strength organic-inorganic hybrid gel materials |
| JP2008536786A (ja) * | 2005-04-14 | 2008-09-11 | ドレクセル ユニバーシティー | 高表面積ナノセルラー材料ならびにその使用方法および製造方法 |
| US7785495B2 (en) | 2005-05-27 | 2010-08-31 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Electric double-layer capacitor |
| US20070048605A1 (en) * | 2005-08-23 | 2007-03-01 | Pez Guido P | Stable electrolyte counteranions for electrochemical devices |
| EP1930919A4 (en) | 2005-08-30 | 2012-04-25 | Fuji Heavy Ind Ltd | LITHIUM ION CAPACITOR |
| JP4708152B2 (ja) | 2005-10-18 | 2011-06-22 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | 電気二重層キャパシタ電極用炭素材の製造方法 |
| US7723262B2 (en) * | 2005-11-21 | 2010-05-25 | Energ2, Llc | Activated carbon cryogels and related methods |
| CA2631624A1 (en) * | 2005-11-30 | 2007-06-07 | University Of Washington | Carbon-based foam nanocomposite hydrogen storage material |
| CN101351909B (zh) | 2005-12-02 | 2010-09-15 | 株式会社杰士汤浅 | 非水电解质电池及其制造方法 |
| CN101326675B (zh) | 2005-12-06 | 2012-06-06 | 雷沃尔特科技有限公司 | 双功能空气电极 |
| US20080132632A1 (en) | 2006-03-02 | 2008-06-05 | Schiraldi David A | Absorbent compositions with clay aerogels and methods for forming absorbent compositions |
| WO2007116971A1 (ja) | 2006-04-07 | 2007-10-18 | Mitsubishi Chemical Corporation | リチウム二次電池正極材料用リチウム遷移金属系化合物粉体、その製造方法、その噴霧乾燥体およびその焼成前駆体、並びに、それを用いたリチウム二次電池用正極およびリチウム二次電池 |
| KR20090019870A (ko) | 2006-05-31 | 2009-02-25 | 막스-플랑크-게젤샤프트 츄어 푀르더룽 데어 비쎈샤프텐 에.파우. | 다공성의 전기 전도성 탄소 재료 및 그의 용도 |
| JP5210504B2 (ja) | 2006-06-30 | 2013-06-12 | 関西熱化学株式会社 | 活性炭の高純度化方法、および活性炭用高純度化装置 |
| US7722991B2 (en) | 2006-08-09 | 2010-05-25 | Toyota Motor Corporation | High performance anode material for lithium-ion battery |
| KR100839613B1 (ko) | 2006-09-11 | 2008-06-19 | 주식회사 씨앤테크 | 카본나노튜브를 활용한 복합소결재료 및 그 제조방법 |
| CN101918308B (zh) | 2006-10-09 | 2014-09-24 | 英美烟草(投资)有限公司 | 碳化和/或活化碳质材料 |
| JP2008094925A (ja) | 2006-10-11 | 2008-04-24 | Nagoya Oil Chem Co Ltd | 難燃処理液、難燃性繊維材料及びそれを用いた内装材 |
| EP2078734B1 (en) | 2006-10-20 | 2016-06-01 | Air Water Inc. | Non-thermofusible granular phenol resin, method for producing the same, thermosetting resin composition, sealing material for semiconductor, and adhesive for semiconductor |
| US8926932B2 (en) | 2006-11-08 | 2015-01-06 | The Curators Of The University Of Missouri | High surface area carbon and process for its production |
| JP2010518183A (ja) | 2006-11-09 | 2010-05-27 | インドスペック ケミカル コーポレイション | レゾルシノール樹脂の安定化方法及びそれから製造されるゲル組成物 |
| CN101681722B (zh) * | 2006-11-15 | 2012-08-15 | EnerG2股份有限公司 | 双电层电容装置 |
| KR100818263B1 (ko) | 2006-12-19 | 2008-03-31 | 삼성에스디아이 주식회사 | 다공성 음극 활물질, 그 제조 방법 및 이를 채용한 음극과리튬 전지 |
| CN1986401A (zh) | 2007-01-10 | 2007-06-27 | 华东理工大学 | 一种改进方法制备的多孔微球活性炭 |
| US20080173239A1 (en) | 2007-01-24 | 2008-07-24 | Yuri Makarov | Method, system, and apparatus for the growth of SiC and related or similar material, by chemical vapor deposition, using precursors in modified cold-wall reactor |
| US20100092830A1 (en) | 2007-02-01 | 2010-04-15 | National Institute Of Advanced Industrial Science | Electrode catalyst for a fuel cell, and fuel cell using the same |
| JP4983304B2 (ja) | 2007-02-26 | 2012-07-25 | 新神戸電機株式会社 | エネルギ変換デバイス |
| US20080204973A1 (en) | 2007-02-28 | 2008-08-28 | Maxwell Technologies, Inc. | Ultracapacitor electrode with controlled iron content |
| US20080201925A1 (en) | 2007-02-28 | 2008-08-28 | Maxwell Technologies, Inc. | Ultracapacitor electrode with controlled sulfur content |
| AR067238A1 (es) | 2007-03-20 | 2009-10-07 | Commw Scient Ind Res Org | Dispositivos optimizados para el almacenamiento de energia |
| US8143185B2 (en) | 2007-03-26 | 2012-03-27 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Photocatalytic deposition of metals and compositions comprising the same |
| US7642333B2 (en) | 2007-05-21 | 2010-01-05 | Georgia-Pacific Chemicals Llc | Anhydride and resorcinol latent catalyst system for improving cure characteristics of phenolic resins |
| JP2008294314A (ja) | 2007-05-28 | 2008-12-04 | Sanyo Electric Co Ltd | キャパシタ |
| JP4458117B2 (ja) | 2007-06-01 | 2010-04-28 | 株式会社豊田中央研究所 | 非水系空気電池及びその触媒 |
| US7731988B2 (en) | 2007-08-03 | 2010-06-08 | Zimmer, Inc. | Multi-polymer hydrogels |
| US20090053594A1 (en) | 2007-08-23 | 2009-02-26 | Johnson Lonnie G | Rechargeable air battery and manufacturing method |
| US7933114B2 (en) | 2007-08-31 | 2011-04-26 | Corning Incorporated | Composite carbon electrodes useful in electric double layer capacitors and capacitive deionization and methods of making the same |
| WO2009046181A1 (en) | 2007-10-02 | 2009-04-09 | Atotech Deutschland Gmbh | Crystalline chromium alloy deposit |
| KR100937961B1 (ko) | 2007-10-18 | 2010-01-21 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지용 담체, 이를 포함하는 연료 전지용 촉매,막-전극 어셈블리 및 연료전지 시스템 |
| KR100911845B1 (ko) | 2007-10-30 | 2009-08-11 | 한국과학기술연구원 | 초고용량 커패시터용 탄소 에어로젤 및 이의 제조방법 |
| US8119288B2 (en) | 2007-11-05 | 2012-02-21 | Nanotek Instruments, Inc. | Hybrid anode compositions for lithium ion batteries |
| US8613973B2 (en) | 2007-12-06 | 2013-12-24 | International Business Machines Corporation | Photovoltaic device with solution-processed chalcogenide absorber layer |
| US7986509B2 (en) | 2008-01-17 | 2011-07-26 | Fraser Wade Seymour | Composite electrode comprising a carbon structure coated with a thin film of mixed metal oxides for electrochemical energy storage |
| US9941709B2 (en) | 2009-02-25 | 2018-04-10 | Cf Traverse Llc | Hybrid energy storage device charging |
| JP5412909B2 (ja) | 2008-03-24 | 2014-02-12 | 日本ゼオン株式会社 | 鉛蓄電池用電極および鉛蓄電池 |
| WO2009131700A2 (en) | 2008-04-25 | 2009-10-29 | Envia Systems, Inc. | High energy lithium ion batteries with particular negative electrode compositions |
| US9786944B2 (en) | 2008-06-12 | 2017-10-10 | Massachusetts Institute Of Technology | High energy density redox flow device |
| EP3213956B1 (en) | 2008-06-12 | 2021-12-29 | Massachusetts Institute Of Technology | Energy storage device |
| US8361659B2 (en) | 2008-06-20 | 2013-01-29 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Lithium-alloying-material/carbon composite |
| US20110111284A1 (en) | 2008-06-24 | 2011-05-12 | Panasonic Corporation | Activated carbon for electrochemical element and electrochemical element using the same |
| CN101318648B (zh) | 2008-07-10 | 2011-05-11 | 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 | 石墨粉的制备方法及设备 |
| EP2330676B1 (en) | 2008-09-22 | 2015-03-11 | GS Yuasa International Ltd. | Lead acid storage battery |
| US8318122B2 (en) | 2008-10-10 | 2012-11-27 | Headwaters Tech Innovation Llc | Preparation of a carbon nanomaterial using a reverse microemulsion |
| CN102282704A (zh) | 2008-11-18 | 2011-12-14 | 康奈尔大学 | 碳涂覆的阳极材料 |
| WO2011002536A2 (en) | 2009-04-08 | 2011-01-06 | Energ2, Inc. | Manufacturing methods for the production of carbon materials |
| JP5495887B2 (ja) | 2009-04-28 | 2014-05-21 | 株式会社デンソー | 非水電解液電池用負極及び非水電解液電池 |
| US20100285358A1 (en) | 2009-05-07 | 2010-11-11 | Amprius, Inc. | Electrode Including Nanostructures for Rechargeable Cells |
| GB2470056B (en) | 2009-05-07 | 2013-09-11 | Nexeon Ltd | A method of making silicon anode material for rechargeable cells |
| US9853292B2 (en) | 2009-05-11 | 2017-12-26 | Nexeon Limited | Electrode composition for a secondary battery cell |
| JP5310251B2 (ja) | 2009-05-18 | 2013-10-09 | 信越化学工業株式会社 | 非水電解質二次電池用負極材の製造方法 |
| WO2010138760A2 (en) | 2009-05-28 | 2010-12-02 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Novel composite anode materials for lithium ion batteries |
| US10366802B2 (en) | 2009-06-05 | 2019-07-30 | University of Pittsburgh—of the Commonwealth System of Higher Education | Compositions including nano-particles and a nano-structured support matrix and methods of preparation as reversible high capacity anodes in energy storage systems |
| WO2011003033A1 (en) | 2009-07-01 | 2011-01-06 | Energ2, Inc. | Ultrapure synthetic carbon materials |
| DE102009033739A1 (de) | 2009-07-17 | 2011-01-27 | Evonik Degussa Gmbh | Nanostrukturierte Silizium-Kohlenstoff-Komposite für Batterieelektroden |
| CN101604743A (zh) | 2009-07-24 | 2009-12-16 | 长春锂源新能源科技有限公司 | 锂离子电池复合负极材料及制备方法 |
| JP5752696B2 (ja) | 2009-09-29 | 2015-07-22 | ジョージア テック リサーチ コーポレイション | 電極、リチウムイオン電池ならびにこれらを作製する方法および使用する方法 |
| JP5678372B2 (ja) | 2009-11-30 | 2015-03-04 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 窒素含有多孔質炭素材料とその製造方法、及び該窒素含有多孔質炭素材料を用いた電気二重層キャパシタ |
| WO2011072256A1 (en) | 2009-12-11 | 2011-06-16 | Energ2, Inc. | Carbon materials comprising an electrochemical modifier |
| US9178208B2 (en) | 2010-01-18 | 2015-11-03 | Evevate Corporation | Composite materials for electrochemical storage |
| WO2011102054A1 (ja) | 2010-02-18 | 2011-08-25 | 株式会社 村田製作所 | 全固体二次電池用電極活物質および全固体二次電池 |
| US8916296B2 (en) | 2010-03-12 | 2014-12-23 | Energ2 Technologies, Inc. | Mesoporous carbon materials comprising bifunctional catalysts |
| KR20140025617A (ko) | 2010-04-06 | 2014-03-05 | 엔이씨 도낀 가부시끼가이샤 | 축전 디바이스 |
| US20110287189A1 (en) | 2010-05-12 | 2011-11-24 | Enerize Corporation | Method of the electrode production |
| US9876221B2 (en) | 2010-05-14 | 2018-01-23 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Negative active material for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including same |
| WO2011156599A2 (en) | 2010-06-09 | 2011-12-15 | Georgia-Pacific Chemicals Llc | Methods for producing precursor solutions and sol-gels for nano-engineered carbon materials and non-engineered carbon materials created therefrom |
| CN101969120B (zh) | 2010-09-15 | 2012-08-08 | 超威电源有限公司 | 铅酸蓄电池极板制造工艺 |
| US8654507B2 (en) | 2010-09-30 | 2014-02-18 | Energ2 Technologies, Inc. | Enhanced packing of energy storage particles |
| US20120264020A1 (en) | 2010-10-07 | 2012-10-18 | Applied Sciences, Inc. | Method of depositing silicon on carbon nanomaterials |
| DE102010049249A1 (de) | 2010-10-25 | 2012-04-26 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Poröses Kohlenstofferzeugnis, Verfahren für seine Herstellung und Verwendung desselben |
| FR2967669B1 (fr) | 2010-11-23 | 2012-11-30 | Hutchinson | Nouveau materiau carbone poreux monolithique modifie au soufre, son procede de preparation et ses utilisations pour le stockage et la restitution d'energie |
| JP2013544748A (ja) | 2010-11-26 | 2013-12-19 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア | 窒素含有多孔性炭素質材料の製造方法 |
| US8482900B2 (en) | 2010-11-30 | 2013-07-09 | Corning Incorporated | Porous carbon for electrochemical double layer capacitors |
| CN102479949B (zh) | 2010-11-30 | 2015-05-27 | 比亚迪股份有限公司 | 一种锂离子电池的负极活性材料及其制备方法以及一种锂离子电池 |
| US9397338B2 (en) | 2010-12-22 | 2016-07-19 | Enevate Corporation | Electrodes, electrochemical cells, and methods of forming electrodes and electrochemical cells |
| WO2012092210A1 (en) | 2010-12-28 | 2012-07-05 | Energ2 Technologies, Inc. | Carbon materials comprising enhanced electrochemical properties |
| DE102011004564A1 (de) | 2011-02-23 | 2012-08-23 | Evonik Litarion Gmbh | Elektrodenmaterial mit hoher Kapazität |
| CA2858055C (en) | 2011-03-07 | 2019-09-24 | Exide Technologies | Energy storage devices comprising carbon-based additives and methods of making thereof |
| US20120262127A1 (en) | 2011-04-15 | 2012-10-18 | Energ2 Technologies, Inc. | Flow ultracapacitor |
| US20120305651A1 (en) | 2011-05-31 | 2012-12-06 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Electrochemical capacitor battery hybrid energy storage device capable of self-recharging |
| US10522836B2 (en) | 2011-06-03 | 2019-12-31 | Basf Se | Carbon-lead blends for use in hybrid energy storage devices |
| US8542261B2 (en) | 2011-06-30 | 2013-09-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for color erasing process and color erasing device |
| US8871116B2 (en) | 2011-09-30 | 2014-10-28 | Corning Incorporated | Hydrochloric acid washing of carbon and graphite for making conductive ink for ultracapacitors |
| FR2981643B1 (fr) | 2011-10-25 | 2013-12-27 | Commissariat Energie Atomique | Procede de preparation d'un materiau composite silicium/carbone, materiau ainsi prepare, et electrode notamment electrode negative, comprenant ce materiau. |
| CN102509781B (zh) | 2011-10-27 | 2015-11-04 | 上海交通大学 | 硅碳复合负极材料及其制备方法 |
| CN103107315B (zh) | 2011-11-10 | 2016-03-30 | 北京有色金属研究总院 | 一种纳米硅碳复合材料及其制备方法 |
| CN104114650B (zh) | 2011-12-22 | 2016-08-17 | 卡博特公司 | 炭黑以及在铅酸电池用电极中的用途 |
| US20130252082A1 (en) | 2012-01-11 | 2013-09-26 | Energ2 Technologies, Inc. | Hard carbon materials |
| US9139441B2 (en) | 2012-01-19 | 2015-09-22 | Envia Systems, Inc. | Porous silicon based anode material formed using metal reduction |
| US9409777B2 (en) | 2012-02-09 | 2016-08-09 | Basf Se | Preparation of polymeric resins and carbon materials |
| WO2013120009A1 (en) | 2012-02-09 | 2013-08-15 | Georgia-Pacific Chemicals Llc | Preparation of polymeric resins and carbon materials |
| WO2013120028A1 (en) | 2012-02-09 | 2013-08-15 | Georgia Pacific Chemicals Llc | Methods for making polymer particulates in gel form |
| CN104394853B (zh) | 2012-02-19 | 2017-10-10 | 纳维基因股份有限公司 | 多孔性纳米结构在递送中的用途 |
| US20130344391A1 (en) | 2012-06-18 | 2013-12-26 | Sila Nanotechnologies Inc. | Multi-shell structures and fabrication methods for battery active materials with expansion properties |
| US9186174B2 (en) | 2012-08-22 | 2015-11-17 | Subramaniam Chitoor Krishnan | Methods and systems for accessing a pericardial space and preventing strokes arising from the left atrial appendage |
| CN102820455A (zh) | 2012-08-02 | 2012-12-12 | 天津市贝特瑞新能源科技有限公司 | 一种锂离子电池硬碳负极材料及其制备方法和其应用 |
| US9929400B2 (en) | 2012-08-06 | 2018-03-27 | Ut-Battelle, Llc | High capacity monolithic composite Si/carbon fiber electrode architectures synthesized from low cost materials and process technologies |
| US9067848B2 (en) | 2012-10-19 | 2015-06-30 | California Institute Of Technology | Nanostructured carbon materials for adsorption of methane and other gases |
| KR101804368B1 (ko) | 2012-11-26 | 2017-12-04 | 조지아-퍼시픽 케미칼즈 엘엘씨 | 폴리머 수지 및 탄소 재료의 제조 방법 |
| CN104884488B (zh) | 2012-11-29 | 2016-11-23 | 佐治亚-太平洋化工品有限公司 | 使用悬浮或者乳液聚合制备酚醛树脂珠 |
| CN103094528B (zh) | 2013-01-09 | 2016-05-04 | 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 | 一种锂离子动力与储能电池用硬碳负极材料及其制备方法 |
| EP2970552A4 (en) | 2013-03-13 | 2017-03-08 | Energ2 Technologies, Inc. | Improved emulsion and suspension polymerization processes, and improved electrochemical performance for carbon derived from same |
| WO2014143213A1 (en) | 2013-03-14 | 2014-09-18 | Energ2 Technologies, Inc. | Composite carbon materials comprising lithium alloying electrochemical modifiers |
| WO2014160385A2 (en) | 2013-03-14 | 2014-10-02 | Energ2 Technologies, Inc. | Energy storage devices based on hybrid carbon electrode systems |
| KR101325952B1 (ko) | 2013-04-01 | 2013-11-07 | 한국기계연구원 | 경화성 폴리머 바인더를 활용한 고성능 기능성 활성 탄소 슈퍼 커패시터 및 이의 제조방법 |
| CN105453305B (zh) | 2013-06-12 | 2019-07-19 | 14族科技公司 | 包含效率增强剂的高容量硬碳材料 |
| US9136064B2 (en) | 2013-07-26 | 2015-09-15 | Corning Incorporated | Carbon for high voltage EDLCs |
| US10195583B2 (en) | 2013-11-05 | 2019-02-05 | Group 14 Technologies, Inc. | Carbon-based compositions with highly efficient volumetric gas sorption |
| CN103746098B (zh) | 2013-12-25 | 2015-08-12 | 中南大学 | 一种富氮多模蜂窝碳-硫复合正极材料的制备方法 |
| JP2015159107A (ja) | 2014-01-23 | 2015-09-03 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 電極、蓄電装置および電子機器 |
| JP6665121B2 (ja) | 2014-03-14 | 2020-03-13 | グループ１４・テクノロジーズ・インコーポレイテッドＧｒｏｕｐ１４ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． | 無溶媒中におけるゾル−ゲル重合のための新規方法、及びゾル−ゲル重合由来の可変炭素構造の作製 |
| US20150306570A1 (en) | 2014-04-29 | 2015-10-29 | Ut-Battelle, Llc | Metal-carbon composites and methods for their production |
| CN104108698B (zh) | 2014-07-30 | 2015-11-18 | 兰州理工大学 | 高掺杂量氮硫共掺杂有序介孔碳的制备方法 |
| US9742001B2 (en) | 2014-08-07 | 2017-08-22 | Nanotek Instruments, Inc. | Graphene foam-protected anode active materials for lithium batteries |
| US10340520B2 (en) | 2014-10-14 | 2019-07-02 | Sila Nanotechnologies, Inc. | Nanocomposite battery electrode particles with changing properties |
| WO2017030995A1 (en) | 2015-08-14 | 2017-02-23 | Energ2 Technologies, Inc. | Nano-featured porous silicon materials |
| KR20240023451A (ko) | 2015-08-28 | 2024-02-21 | 그룹14 테크놀로지스, 인코포레이티드 | 극도로 내구성이 우수한 리튬 인터칼레이션을 나타내는 신규 물질 및 그의 제조 방법 |
| BR112018007659A2 (pt) | 2015-10-15 | 2018-11-06 | M Feaver Aaron | materiais de carbono com baixa gaseificação para aprimorar o desempenho de baterias de chumbo-ácido |
| US20190259546A1 (en) | 2018-01-24 | 2019-08-22 | Energ2 Technologies, Inc. | Methods for preparing carbon materials |
-
2007
- 2007-11-15 CN CN2007800498833A patent/CN101681722B/zh active Active
- 2007-11-15 JP JP2009537378A patent/JP2010510674A/ja active Pending
- 2007-11-15 AU AU2007319213A patent/AU2007319213B2/en active Active
- 2007-11-15 BR BRPI0718811A patent/BRPI0718811B1/pt active IP Right Grant
- 2007-11-15 WO PCT/US2007/084886 patent/WO2008061212A2/en active Application Filing
- 2007-11-15 US US11/941,015 patent/US7835136B2/en active Active
- 2007-11-15 EP EP07871493.8A patent/EP2100317B1/en active Active
- 2007-11-15 KR KR1020097012189A patent/KR101496934B1/ko active IP Right Grant
- 2007-11-15 CA CA 2669223 patent/CA2669223A1/en not_active Abandoned
-
2010
- 2010-10-05 US US12/897,969 patent/US8467170B2/en active Active
-
2013
- 2013-05-20 US US13/898,341 patent/US8797717B2/en active Active
-
2014
- 2014-02-10 JP JP2014022978A patent/JP6238778B2/ja active Active
- 2014-07-31 US US14/448,853 patent/US10141122B2/en active Active
-
2018
- 2018-10-17 US US16/163,415 patent/US10600581B2/en active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140092231A (ko) * | 2010-12-28 | 2014-07-23 | 에너지2 테크놀로지스, 인코포레이티드 | 향상된 전기화학적 특성을 포함하는 탄소 물질 |
| US9799459B2 (en) | 2014-08-08 | 2017-10-24 | Corning Incorporated | High pore volume utilization carbon and electric double layer capacitor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101681722A (zh) | 2010-03-24 |
| US10141122B2 (en) | 2018-11-27 |
| BRPI0718811B1 (pt) | 2020-05-19 |
| US7835136B2 (en) | 2010-11-16 |
| CA2669223A1 (en) | 2008-05-22 |
| JP6238778B2 (ja) | 2017-11-29 |
| EP2100317A2 (en) | 2009-09-16 |
| WO2008061212A2 (en) | 2008-05-22 |
| US20080180881A1 (en) | 2008-07-31 |
| US10600581B2 (en) | 2020-03-24 |
| US8797717B2 (en) | 2014-08-05 |
| CN101681722B (zh) | 2012-08-15 |
| US20150062781A1 (en) | 2015-03-05 |
| US20110199716A1 (en) | 2011-08-18 |
| EP2100317A4 (en) | 2013-04-10 |
| US20130321982A1 (en) | 2013-12-05 |
| KR101496934B1 (ko) | 2015-03-03 |
| BRPI0718811A2 (pt) | 2013-12-03 |
| US8467170B2 (en) | 2013-06-18 |
| AU2007319213A1 (en) | 2008-05-22 |
| US20190287737A1 (en) | 2019-09-19 |
| JP2014160816A (ja) | 2014-09-04 |
| WO2008061212A9 (en) | 2008-10-02 |
| JP2010510674A (ja) | 2010-04-02 |
| AU2007319213B2 (en) | 2014-06-12 |
| EP2100317B1 (en) | 2016-01-27 |
| AU2007319213A2 (en) | 2009-07-30 |
| WO2008061212A3 (en) | 2008-08-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101496934B1 (ko) | 전기 이중층 캐패시턴스 장치 | |
| Bu et al. | Compressing carbon nanocages by capillarity for optimizing porous structures toward ultrahigh‐volumetric‐performance supercapacitors | |
| JP7534956B2 (ja) | 炭素材料の調製方法 | |
| US20200259178A1 (en) | Carbon materials comprising enhanced electrochemical properties | |
| Liu et al. | Tuning the porous texture and specific surface area of nanoporous carbons for supercapacitor electrodes by adjusting the hydrothermal synthesis temperature | |
| Jain et al. | Experimental studies on high-performance supercapacitor based on nanogel polymer electrolyte with treated activated charcoal | |
| Liu et al. | Commercial-level energy storage via free-standing stacking electrodes | |
| Liu et al. | High‐Performance Aqueous Supercapacitors Based on Biomass‐Derived Multiheteroatom Self‐Doped Porous Carbon Membranes | |
| Shang et al. | A facile synthesis of nitrogen-doped hierarchical porous carbon with hollow sphere structure for high-performance supercapacitors | |
| KR102429092B1 (ko) | 전기화학 전지의 전극용 첨가제 재료, 이중층 커패시터 및 이러한 전극의 제조방법 | |
| JP2008147283A (ja) | 電気二重層キャパシタ、その電極用活性炭およびその製造方法 | |
| JP2002151364A (ja) | 電気二重層キャパシタ及びその製造方法 | |
| JP2010183063A (ja) | ハイブリッドスーパーキャパシタ | |
| WO2023190499A1 (ja) | キャパシタおよびその製造方法 | |
| Köse | Investigation of structural and electrochemical properties of biomass based activated carbon materials for energy storage applications | |
| Çakıroğlu | An investigation on electrochemical performance of supercapacitors assembled with vertically aligned & entangled carbon nanotube and conductive polymer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180208 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20200214 Year of fee payment: 6 |