KR20110098955A - 고에너지 밀도의 울트라캐패시터용 활성탄 물질의 형성방법 - Google Patents

고에너지 밀도의 울트라캐패시터용 활성탄 물질의 형성방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20110098955A
KR20110098955A KR1020117016441A KR20117016441A KR20110098955A KR 20110098955 A KR20110098955 A KR 20110098955A KR 1020117016441 A KR1020117016441 A KR 1020117016441A KR 20117016441 A KR20117016441 A KR 20117016441A KR 20110098955 A KR20110098955 A KR 20110098955A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon material
carbon
inorganic compound
mixture
heating
Prior art date
Application number
KR1020117016441A
Other languages
English (en)
Inventor
키셔 피 개드카리
조세프 에프 마흐
Original Assignee
코닝 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코닝 인코포레이티드 filed Critical 코닝 인코포레이티드
Publication of KR20110098955A publication Critical patent/KR20110098955A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • 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
    • 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
    • C01B32/342—Preparation characterised by non-gaseous activating agents
    • C01B32/348—Metallic compounds
    • 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
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32—Carbon-based
    • H01G11/44—Raw materials therefor, e.g. resins or coal
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12—Surface area
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • 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
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • 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
    • 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
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

활성탄 물질의 제조방법은 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체 및 무기 화합물의 수성 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 비활성 또는 환원성 분위기에서 가열하는 단계, 상기 가열된 혼합물을 냉각하여 제 1 탄소 물질을 형성하는 단계; 및 상기 무기화합물을 제거하여 활성탄 물질을 제조하는 단계를 포함한다. 상기 활성탄 물질은 고에너지 밀도 장치에서 사용하기 위해서 향상된 탄소계 전극을 형성하는 데에 적합하다.

Description

고에너지 밀도의 울트라캐패시터용 활성탄 물질의 형성방법{METHODS FOR FORMING ACTIVATED CARBON MATERIAL FOR HIGH ENERGY DENSITY ULTRACAPACITORS }
본 출원은 2008년 12월 15일에 출원된, "Methods For Forming Activated Carbon Material for High Energy Density Ultracapacitors" 명칭의 미국 특허 출원 12/335,078에 대한 우선권을 주장한다.
기술분야
본 발명은 탄소계 전극, 보다 구체적으로 다공성 활성탄 물질 및 이러한 전극 제조에 사용하기 위한 활성탄 물질의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 탄소계 전극을 포함하는 고전력밀도의 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
에너지 저장장치, 예를 들면 울트라캐패시터는 개별의 파워 펄스가 요구되는 많은 적용에서 사용될 수 있다. 이러한 적용은 휴대폰으로부터 하이브리드 자동차까지 이른다. 울트라캐패시터의 중요한 특징은 제공가능한 에너지밀도이다. 다공성 분리막 및/또는 유기 전해질에 의해서 분리된 2개 이상의 탄소계 전극을 포함할 수 있는 장치의 에너지 밀도는 탄소계 전극의 특징에 의해서 크게 결정된다.
고에너지 밀도의 장치에의 설치에 적당한 탄소계 전극이 공지되어 있다. 예를 들면, 이러한 전극의 기초를 형성하는 고성능 탄소 물질은 합성 페놀 수지 전구체로 제조될 수 있다. 하지만, 합성 수지의 높은 비용 때문에, 이러한 탄소계 전극의 비용이 높아질 수 있다. 따라서, 고에너지 밀도의 장치를 가능하게 하는 탄소계 전극을 형성하는 데에 사용될 수 있는 경제적인 탄소 물질을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 한 형태에 따르면, 울트라캐패시터 및 다른 고전력밀도의 에너지 저장장치에서 사용하기 위한 탄소계 전극에의 혼입에 적당한 활성탄 물질은 천연 비리그노셀룰로오스(non-lignocellulosic material) 물질로부터 유도될 수 있다. 비리그노셀룰로오스 물질을 다공성 활성탄 물질의 전구체로서 사용함으로써, 경제적이고, 고전력, 고에너지 밀도의 장치를 형성할 수 있다. 본원에 정의된 바와 같이, 달리 기재되어 있지 않으면, "천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체"는 적어도 하나의 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체를 의미한다. 마찬가지로, 예를 들면, "무기 화합물"은 적어도 하나의 무기화합물을 의미한다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 활성탄 물질은 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체 및 무기 화합물의 수성 혼합물을 형성하는 단계, 상기 수성 혼합물을 비활성 또는 환원성 분위기에서 가열하여 탄소 전구체를 탄화시키는 단계, 및 무기 화합물을 제거하여 활성탄 물질을 제조하는 단계에 의해서 제조된다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 활성탄 물질은 비활성 또는 환원성 분위기에서 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체를 가열하여 제 1 탄소물질을 형성하는 단계, 상기 제 1 탄소 물질을 무기 화합물과 혼합하여 수성 혼합물을 형성하는 단계, 상기 수성 혼합물을 비활성 또는 환원성 분위기에서 가열하여 상기 제 1 탄소 물질 내에 무기화합물을 혼입시키는 단계 및 상기 제 1 탄소물질로부터 무기 화합물을 제거하여 다공성 활성탄 물질을 제조하는 단계에 의해서 제조된다.
본 발명의 추가의 특징 및 이점은 후술한 상세한 설명에 기재되어 있고, 그 일부는 설명으로부터 당업자에게 명백하고 후술한 상세한 설명, 청구범위 또한 수반한 도면을 포함하는 본원에 기재된 발명을 실시함으로써 인지될 것이다.
상기 일반적인 설명 및 하기 상세한 설명은 본 발명의 실시형태를 나타내고 주장된 바와 같이 본 발명의 특성 및 특징을 이해시키기 위한 고찰 또는 구성을 제공하는 것으로 의도된다. 수반한 도면은 본 발명을 더욱 이해시키기 위해서 포함되고 본 명세서의 일부에 포함하고 그 일부를 구성한다. 도면은 본 발명의 다양한 실시형태를 설명하고 그 설명과 함께 본 발명의 원리 및 조작을 설명한다.
활성탄 물질의 제조방법은 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체 및 무기 화합물의 수성 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 비활성 또는 환원성 분위기에서 가열하는 단계, 상기 가열된 혼합물을 냉각하여 제 1 탄소 물질을 형성하는 단계; 및 상기 무기화합물을 제거하여 활성탄 물질을 제조하는 단계를 포함한다. 상기 활성탄 물질은 고에너지 밀도 장치에서 사용하기 위해서 향상된 탄소계 전극을 형성하는 데에 적합하다.
도 1a 및 1b는 리그노셀룰로오스 탄소 전구체로부터 유도된 비교 탄소 물질을 도시하는 SEM 사진이다.
도 2는 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체로부터 유도된 본 발명의 탄소 물질을 도시하는 SEM 사진이다.
활성탄 물질의 제조방법은 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체 및 무기 화합물의 수성 혼합물을 형성하는 단계, 상기 수성 혼합물을 비활성 또는 환원성 분위기에서 가열하여 탄소 전구체를 탄화시키고 탄화된 탄소 전구체로부터 무기 화합물을 제거하는 단계를 포함한다.
활성탄 물질의 또 다른 제조 방법은 비활성 또는 환원성 분위기에서 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체를 가열하여 제 1 탄소물질을 형성하는 단계, 제 1 탄소 물질을 무기 화합물과 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계, 상기 혼합물을 가열하여 상기 제 1 탄소 물질 내에 무기화합물을 혼입시키는 단계 및 제 1 탄소물질로부터 무기 화합물을 제거하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 상기 혼합단계는 제 1 탄소물질을 무기 화합물의 수성 혼합물과 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법 중 어느 하나에 의해서 형성된 다공성 활성탄 탄소 물질은 고에너지 밀도의 장치에서 사용하기 위한 탄소계 전극을 형성하는 데에 적합하다.
혼합중에, 무기화합물은 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체 또는 제 1 탄소 물질의 구조에 혼입될 수 있다. 하나의 접근방법에서, 무기 화합물은 우선 물과 같은 용제에 용해시킨다. 무기화합물을 함유하는 혼합물은 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체 또는 제 1 탄소물질과 혼합하고, 상기 혼합물은 무기 화합물을 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체 또는 제 1 탄소물질에 혼입시키는 데에 유효한 시간동안 에이징시킨다. 혼합물은 0.5, 1, 2, 4, 8 시간 이상 (예를 들면 0.5 내지 8 시간) 동안 에이징시킬 수 있다.
비리그노셀룰로오스 탄소 전구체 및 무기 화합물은 임의의 적당한 비율로 혼합시킬 수 있다. 무기화합물에 대한 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체의 비율 (중량비로 나타냄)은 10:1 내지 1:10의 범위이다. 비제한, 예시의 비율은 9:1, 8:1, 7:1, 6:1, 5:1 4:1, 3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:6, 1:7, 1:8 및 1:9을 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체에 대한 무기화합물의 비율은 1 이상이다(예를 들면, 10:1, 9;1, 8:1, 7:1, 6:1, 5:1, 4:1, 3:1, 2:1 또는 1:1).
마찬가지로, 제 1 탄소 물질 및 무기화합물을 임의의 적당한 비율로 혼합시킬 수 있다. 무기화합물에 대한 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체의 비율 (중량비로 나타냄)은 10:1 내지 1:10의 범위이다 (예를 들면, 9:1, 8:1, 7:1, 6:1, 5:1, 4:1, 3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:6, 1:7, 1:8 또는 1:9).
천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체에 상기 무기화합물을 혼입시키는 일 실시형태에서, 상기 (임의로 에이징된) 혼합물은 탄소 전구체를 탄화시키는 데에 유효한 온도에서 가열된다. 상기 혼합물은 비활성 또는 환원성 분위기에서 가열될 수 있다. 상기 혼합물은 약 600℃ 내지 900℃ (예를 들면, 600, 650, 700, 750, 800, 850 또는 900℃) 의 온도에서 소정의 시간동안 (예를 들면, 0.5, 1, 2, 4, 8 시간 이상) 가열된 후 냉각될 수 있다. 가열 단계 중에, 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체가 분해해서 탄소를 형성한다.
제 1 탄소 물질 내에 상기 무기화합물을 혼입하는 실시형태에서, 상기 혼합물은 무기화합물을 제 1 탄소 물질에 혼입하는 데에 유효한 온도에서 가열한다. 상기 혼합물은 약 300℃ 내지 850℃의 온도에서 소정의 시간동안 (예를 들면, 0.5, 1, 2, 4, 8 시간 이상) 가열된 후 냉각될 수 있다.
냉각 후, 탄소물질에 혼입된 무기화합물을 갖는 탄소물질을 용제에서 세정하여 무기화합물을 제거한다. 무기화합물을 추출하기 위한 바람직한 용제는 물이다. 선택적으로, 추출용제는 산을 포함할 수 있다. 무기 화합물을 제거하기 위한 하나의 방법은 탄소물질을 물 및 산으로 순차적으로 세정하는 단계를 수반한다. 상기 무기화합물을 제거하기 위한 방법은 탄소물질을 수성 산 혼합물(예를 들면 산과 물의 혼합물)로 세정하는 단계를 수반한다. 추출 단계 중에 사용된 산으로는 염산을 들 수 있다. 무기화합물을 추출하는 방법에 의해서 다공성 활성탄 물질을 형성하고, 기공은 이전에 채워진 무기화합물의 부피로 정의된다. 본 발명은 상기 방법 중 어느 하나에 따라서 제조된 다공성 활성탄 물질에 관한 것이다.
본 발명의 방법을 사용하여 제조된 탄소물질은 약 300㎡/g 초과, 즉 350, 400, 500, 또는 1000㎡/g을 초과하는 비표면적을 가질 수 있다.
탄소계 전극을 제조하는 방법은 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체와 무기화합물의 수성 혼합물을 형성하는 단계, 상기 수성 혼합물을 비활성 또는 환원성 분위기에서 가열하여 탄소전구체를 탄화시키는 단계, 탄화된 전구체로부터 무기화합물을 제거하는 단계 및 얻어진 다공성 활성탄 물질로부터 탄소계 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
탄소계 전극의 제조 방법은 비활성 또는 환원성 분위기에서 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체를 가열하여 제 1 탄소물질을 형성하는 단계, 제 1 탄소 물질을 무기 화합물과 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계, 상기 혼합물을 가열하여 제 1 탄소 물질 내에 무기화합물을 혼입시키는 단계, 제 1 탄소물질로부터 무기 화합물을 제거시켜 다공성 활성탄 물질을 생성시키는 단계, 및 다공성 활성탄 물질로부터 탄소계 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
탄소계 전극의 제조 방법은 비활성 또는 환원성 분위기에서 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체를 가열하여 중간의 탄소물질을 형성하는 단계, 산화성 분위기에서 상기 중간의 탄소물질을 가열하는 단계, 및 얻어진 다공성 활성탄 물질로부터 탄소계 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 산화성 분위기로는 스팀(H2O), CO 및/또는 CO2을 들 수 있다.
선택적으로, 상기 탄소계 전극의 제조방법과 함께 상기 다공성 활성탄 물질을 탄소 블랙 및/또는 폴리머 바인더, 예를 들면 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 그외의 적당한 바인더와 혼합시키고 압축하여 탄소계 전극을 형성할 수 있다.
일례로, 약 100-300 마이크론의 범위의 두께를 갖는 탄소 페이퍼는 60-90 wt% 활성탄 물질, 5-20 wt% 탄소 블랙 및 5-20 wt% PTFE을 포함하는 분말 혼합물을 롤링 및 가압함으로써 제조될 수 있다. 탄소 시트는 탄소 페이퍼로부터 스탬핑 또는 그렇지않으면 패터닝되고 전도성 집전기에 적층되어 탄소계 전극을 형성할 수 있다.
고에너지 밀도의 장치로는 울트라캐패시터를 들 수 있다. 울트라캐패시터는 젤리롤 디자인, 각주형 디자인, 허니컴 디자인 또는 그외의 적합한 구성을 가질 수 있다. 본 발명에 따라서 제조된 탄소계 전극은 탄소-탄소 울트라캐패시터 또는 하이브리드 울트라캐패시터에 혼입될 수 있다. 탄소-탄소 울트라캐패시터에서, 두개의 전극은 탄소계 전극이다. 한편, 하이브리드 울트라캐패시터에서, 전극 중 하나는 탄소계이고, 다른 하나는 슈도 용량 물질(pseudo capacitive material), 예를 들면 납 옥사이드, 루테늄 옥사이드, 니켈 하이드록사이드, 또는 그외의 물질, 예를 들면 전도성 폴리머(예를 들면, 파라플루오로페닐-티오펜)일 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 탄소계 전극을 사용하여 제조된 울트라캐패시터는 시판 탄소 물질로부터 유도된 전극을 사용하여 제조된 울트라캐패시터의 에너지밀도의 2배를 초과하는 에너지 밀도를 나타낸다.
본 발명에 따라서 사용된 무기화합물은 알칼리 하이드록사이드 또는 클로라이드(예를 들면, NaOH, KOH, NaCl, KCl), 인산, 또는 그외의 적당한 염, 예를 들면 CaCl2 또는 ZnCl2이다.
탄소 전구체는 비리그노셀룰로오스 물질일 수 있다. 본원에 정의된 바와 같이, 셀룰로오스 및 리그닌을 함유하는 물질은 리그노셀룰로오스이고, 예를 들면 리그닌과 밀접하게 관련된 셀룰로오스를 갖는 식물의 목재의 세포벽의 필수적인 부분을 구성하는 여러 밀접하게 관련된 물질을 포함할 수 있다. 본 발명에 따라서 사용된 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체는 실질적으로 리그닌 및 셀룰로오스 중 적어도 하나가 존재하지 않는다. 실질적으로 존재하지 않는 것이란 리그닌 및 셀룰로오스의 적어도 하나가 탄소 전구체 조성물의 최대 0.5, 1 또는 2wt%를 포함하는 것을 의미한다.
일 실시형태에서, 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체는 셀룰로오스를 함유하고 실질적으로 리그닌을 함유하지 않는다. 또 다른 실시형태에서, 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체는 리그닌을 함유하지만 실질적으로 셀룰로오스를 함유하지 않는다. 또 다른 실시형태에서, 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체는 실질적으로 리그닌 및 셀룰로오스를 함유하지 않는다. 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체는 합성 물질, 예를 들면 합성 수지를 함유하지 않는다.
나무의 라틴어인 리그닌은 식물에 단단함을 부여하는 화합물이다. 리그닌은 비정질 구조 및 높은 분자량을 갖는 3차원 폴리머이다. 식물 섬유의 3개의 주성분 중에서, 리그닌은 가장 작은 친수성을 갖는다. 또한, 리그닌은 열가소성(즉, 리그닌은 비교적 낮은 온도에서 연화하기 시작하고, 온도를 상승시키면 쉽게 유동될 것이다)이다.
셀룰로오스는 식물 섬유의 기본적인 구성 성분이다. 셀룰로오스 분자는 예를 들면 긴 사슬로 함께 결합된 글루코오스 유닛을 포함하고, 이어서 미세섬유라고 칭하는 번들로 함께 결합된다. 반셀룰로오스는 식물섬유에서 발견된다. 반셀룰로오스는 일반적으로 비교적 짧은, 분기 사슬로 함께 결합된 다당류이다. 통상 친수성인 반셀룰로오스는 보통 기질에 셀룰로오스를 혼입한 셀룰로오스 미세섬유에 밀접하게 관련된다.
농업 분야에서 일반적인 리그노셀룰로오스 섬유는, 예를 들면 짚, 대마, 아마, 사이잘삼, 및 황마에서 발견된다. 한편, 비리그노셀룰로오스 섬유는 실질적으로 리그닌 및/또는 셀룰로오스를 함유하지 않는다.
천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체는 식용 곡물, 예를 들면 밀가루, 월넛 가루, 옥수수 가루, 옥수수 전분, 쌀 가루 및 감자 가루로부터 유도될 수 있다. 다른 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체는 사탕무우, 수수, 콩, 보리 및 목화를 포함한다. 비리그노셀룰로오스 물질은 유전자 조작되거나 되지 않은 농작물 또는 식물로부터 유도될 수 있다.
예시의 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체는 밀가루이다. 밀가루는 밀 식물의 종자인 밀 커널(wheat kernel)을 밀링하여 유도된다. 밀 커널은 3개의 주요 부분, 배유(endosperm), 배(germ) 및 겨(barn)를 갖는다. 전체의 밀가루는 커널의 3개의 부분을 모두 함유하고, 화이트 분말(white flour)은 단지 배유로부터 밀링된다.
구성적으로, 화이트 분말은 대부분 전분을 함유하지만, 추가의 성분이 자연스럽게 존재한다. 화이트 분말의 주성분은 전분(68-76%), 단백질 (6-18%), 수분 (11-14%), 검 (2-3%), 리피드 (1-1.5%), 애시 (<0.5%) 및 당 (< 0.5%)이고, 괄호 내의 수치는 대략적인 비율이다.
전분은 화이트 분말의 벌크를 구성한다. 전분 함량 "낮음"으로 고려되는 빵가루도, 혼합된 그외의 모든 성분보다 많은 전분을 함유한다. 전분은 일반적으로 작은 그레인 또는 그래뉼과 같은 분말로서 존재한다. 단백질 덩어리는 전분 그래뉼과 함께 결합하고 이들을 배유내에서 유지시킨다. 글루테닌 및 글리아딘, 글루텐 형성 단백질은 일반적으로 배유에서 단백질의 80%를 구성한다. 화이트 분말에서 그외의 단백질은 효소, 예를 들면 아밀라아제, 프로테아제 및 리파아제를 포함한다. 전분 이외에 분말에서 그외의 당질은 검, 구체적으로 펜토산 검을 포함한다. 펜토산 검은 가용성 식이섬유원이다. 리피드는 오일 및 유화제를 포함하고 애시(ash)는 무기물(광물염)을 포함하고 이는 철, 구리, 칼륨, 나트륨 및 아연을 포함할 수 있다.
실시예
본 발명은 하기의 실시예로 명확하게 될 것이다.
실시예 1
밀가루는 유동 질소에서 800℃에서 2시간동안 탄화되었다. 얻어진 탄화된 전구체를 KOH 용액(물에서 46wt%)과 탄소:KOH의 1:5(wt/wt) 비율로 혼합하였다. 상기 혼합물은 질소에서 800℃까지 2시간동안 가열하고 실온까지 냉각하였다. 냉각된 혼합물은 물로 세정한 후 묽은 HCl로 세정하여 칼륨을 제거하였다. 칼륨의 완전한 제거는 용리제의 pH를 측정함으로써 확인하였다. 탄소 분말 생성물을 건조시키고 미세한 분말(~10㎛)로 분쇄하였다.
탄소분말 8g을 탄소블랙 10g 및 PTFE 10g과 혼합하여 잘 혼합된 덩어리를 얻었다. 상기 혼합물은 롤밀로 롤링하여 약 ~100㎛의 두께를 갖는 잘 결합된 필름을 얻었다. 탄소계 전극은 박막을 스탬핑하여 제조하였다.
탄소계 전극은 아세토니트릴에서 1.5M 테트라에틸암모늄-테트라플루오로보레이트(TEA-TFB)에서 침지하였다. 다공성 분리막은 전해질 용액에서 침지시키고 전극/분리막/전극 스택을 상대의 알루미늄 집전기를 갖는 버튼 전지로 조립하였다. 표준 부피 측정, 또한 갈바노 시험을 실시하여 전지 성능을 측정하였다. 활성탄 전극의 부피 캐패시턴스는 96F/㎤이었다.
실시예 2
실시예 1에서 밀가루 대신에 옥수수 가루를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1의 실험을 반복하였다. 활성탄 전극의 부피 캐패시턴스는 97F/㎤이었다.
실시예 3 (비교)
비교의 수지계 탄소 물질은 KOH(45wt%) 수용액을 수성 페놀 수지(Georgia Pacific GP® 510D34)와 3:1의 중량비로 혼합하여 제조하였다. 상기 혼합물을 오븐에서 125℃에서 24시간동안 가열한 후, 175℃에서 24시간동안 가열함으로써 경화시켜 황갈색 발포형 고체를 얻었다. 경화된 혼합물은 기계적인 힘으로 작은 조각으로 파괴하고, 그래파이트 도가니에 배치하고 레토르트 퍼니스(CM Furnaces, Model 1216FL)에 로딩하여 탄화/활성화하였다.
퍼니스 온도는 200℃/hr의 속도에서 800℃까지 승온하고 800℃에서 2시간동안 유지한 후 자연스럽게 냉각시켰다. 가열 사이클 내내 퍼니스는 질소가스로 퍼지하였다.
주위 온도로 냉각한 후, 탄소물질은 탈이온수(DI water)에서 몇 분 동안 침지하고, 여과하고, 공지된 양의 37% HCl 용액(탄소 1g당 2mL)에서 1시간동안 침지하고, 여과한 후 용리제의 pH가 탈이온수 소스와 동일해질 때까지 탈이온수로 반복적으로 세정하였다. 탄소는 진공오븐에서 1일밤 110℃에서 건조한 후 소망의 입자크기로 분쇄하였다.
실시예 1에서 기재된 절차를 사용하여 측정된 부피의 캐패시턴스는 105F/㎤이었다.
실시예 4(비교)
실시예 1에서 본 발명의 탄소 물질 대신에 울트라캐패시터 적용에 사용하기 위해서 개발된 시판 PICA 탄소(리그노셀룰로오스 물질로부터 유도)를 사용하고, 실시예 1에서 기재된 버튼 전지의 절차를 사용하여 시험하였다. 부피 캐패시턴스는 45F/㎤이었다. 도 1a 및 1b는 본 물질의 SEM 사진을 도시하고, 블록형 입상 구조를 갖는다. BET 표면적은 1800㎡/g이었다.
실시예 5(비교)
또한, 시판 Kuraray carbon -YP50 (리그노셀룰로오스 물질로부터 유도)는 실시예 1에 따른 버튼 전지 절차를 사용하는 것을 특징으로 한다. 부피 캐패시턴스는 65F/㎤이었다.
실시예 6
밀가루를 KOH 용액(물에서 46wt%)과 혼합하여 1:3 비율의 밀가루:KOH를 얻었다. 혼합물은 1시간 동안 에이징시켜 밀가루 구조내에 KOH를 혼입시켰다. 혼합물을 제어된 분위기의 퍼니스에 배치하고, 유동 질소하에서 800℃까지 4시간동안 가열하고 질소에서 실온까지 냉각하였다.
냉각 후, 혼합물은 물로 세정한 후 묽은 HCl로 세정하여 칼륨을 제거하였다. 칼륨의 완전한 제거는 용리제의 pH를 측정함으로써 확인하였다. 탄소 물질을 건조시키고 미세한 분말(~10㎛)로 분쇄하였다.
도 2에서 탄소물질의 SEM 사진이 도시된다. 실시예 4의 비교 PICA 탄소에 비해서, 본 발명의 탄소는 탄소물질의 플레이크(flake)를 포함한다. 이러한 구조는 전극제조 중에서 탄소물질의 팩킹을 용이하게 한다고 생각된다.
버튼 전지는 실시예 1의 절차에 따라서 조립되었다. 부피 캐패시턴스는 95F/㎤이었다.
실시예 7(비교)
실시예 6에서 밀가루 대신에 월넛 껍질 분말을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 6의 실험을 반복하였다. 부피 캐패시턴스는 59F/㎤이었다. 이 실시예는 리그노셀룰로오스 전구체로 달성된 것으로 낮은 부피 캐패시턴스를 나타낸다.
실시예 8
실시예 6에서 옥수수 가루를 이용하고, 옥수수 가루:KOH 비율은 1:5이고, 시료를 퍼니스에서 700℃까지 가열하는 것을 제외하고는, 실시예 6의 실험을 반복하였다.
실시예 9
쌀가루를 사용하여 실시예 6의 실험을 반복하였다. 탄소를 바인더와 혼합하고 실시예 1에 기재된 절차에 따라서 전극을 제작하였다. 부피 캐패시턴스는 80F/㎤이었다.
실시예 10
실시예 6에서 KOH에 대한 밀가루의 비율을 1:1로 변경하는 것을 제외하고는 실시예 6의 실험을 반복했다. 탄소를 바인더와 혼합시키고, 실시예 1에 기재된 바와 같이 전극을 제작하였다. 부피 캐패시턴스는 88F/㎤이었다.
실시예 11
밀가루를 질소에서 800℃에서 4시간동안 탄화시켰다. 얻어진 탄화된 전구체 물질을 KOH 용액(물에서 46wt%)와 탄소:KOH 1:3(wt/wt)의 비율로 혼합하였다. 혼합물은 질소하에서 800℃까지 4시간동안 가열하고 질소에서 실온까지 냉각하였다. 냉각 후, 혼합물은 물로 세정하고 묽은 HCl로 세정하여 칼륨을 제거하였다. 칼륨의 완전한 제거는 용리제의 pH를 측정함으로써 확인하였다. 탄소를 건조시키고 미세한 분말(~10㎛)로 분쇄하고, 바인더와 혼합하며, 실시예 1에 기재된 바와 같이 전극을 제작하였다. 부피 캐패시턴스는 94F/㎤이었다.
실시예 12
옥수수 가루를 사용하여 실시예 11의 실험을 반복하였다. 탄소를 바인더와 혼합하고 실시예 1에 기재된 바와 같이 전극을 제작하였다. 부피 캐패시턴스는 91F/㎤이었다.
실시예 13
밀가루를 질소에서 850℃까지 탄화시킨 후, 이산화탄소에서 활성화시켰다. 이와 같이 얻어진 탄소를 바인더와 혼합하고 실시예 1에 기재된 바와 같이 전극을 제작했다. 부피 캐패시턴스는 80F/㎤이었다.
본 발명의 정신 및 범위를 벗어나는 일없이 본 발명에 대해서 다양한 변경 및 변동이 행해지는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명의 정신 및 물질을 포함하는 개시된 실시형태의 변경 조합, 작은 결합 및 변경은 당업자에게 발생할 수 있기 때문에, 본 발명은 수반된 청구범위 및 그 상응하는 부분의 범위 내에서 모든 것을 포함하는 것으로 구성될 필요가 있다.

Claims (27)

  1. 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체 및 무기 화합물의 수성 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 수성 혼합물을 비활성 또는 환원성 분위기에서 가열하여 제 1 탄소 물질을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 탄소 물질로부터 상기 무기화합물을 제거하여 활성탄 물질을 제조하는 단계를 포함하는 활성탄 물질의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 비리그노셀룰로오스 탄소전구체는 밀가루, 월넛 가루, 옥수수 가루, 쌀 가루, 감자 가루, 아몬드 껍질, 커피 찌꺼기(coffee ground), 감자, 사탕무우, 수수, 콩, 포도찌꺼기(rape), 보리 및 목화로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 무기화합물은 알칼리 하이드록사이드, 알칼리 클로라이드, 인산, 칼슘 클로라이드 및 아연 클로라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 무기화합물은 소디움 하이드록사이드, 포타슘 하이드록사이드, 소디움 클로라이드 및 포타슘 클로라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 수성 혼합물에서 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체에 대한 무기화합물의 중량비는 약 5:1과 1:5 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 수성 혼합물에서 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체에 대한 무기화합물의 중량비는 1 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 방법은 가열 단계 전에 상기 수성 혼합물을 약 0.5 내지 8 시간 동안 에이징시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 가열단계는 상기 혼합물을 약 600℃ 내지 900℃의 온도에서 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 무기화합물의 제거단계는 제 1 탄소 물질을 용제에서 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 용제는 물인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 청구항 1에 따른 방법에 따라서 제조된 활성탄 물질.
  12. 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체 및 무기 화합물의 수성 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 수성 혼합물을 비활성 또는 환원성 분위기에서 가열하여 제 1 탄소 물질을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 탄소 물질로부터 무기화합물을 제거하여 활성탄 물질을 생성하는 단계; 및
    상기 활성탄 물질로부터 탄소계 전극을 형성하는 단계를 포함하는 탄소계 전극의 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 탄소계 전극을 형성하기 전에 상기 활성탄 물질을 건조시켜 분말을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 탄소계 전극을 형성하는 단계는 상기 활성탄 물질을 탄소 블랙 및 PTFE의 적어도 하나와 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 청구항 12에 있어서, 상기 방법은 고에너지밀도의 장치 내에 탄소계 전극을 설치하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 고에너지 밀도의 장치는 울트라캐패시터인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 울트라캐패시터는 젤리롤 디자인, 각주형 디자인, 허니컴 디자인으로 이루어진 군으로부터 선택된 디자인을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 청구항 12에 따른 방법에 따라서 제조된 탄소계 전극을 포함하는 고전력밀도의 에너지 저장 장치.
  19. 비활성 또는 환원성 분위기에서 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체를 가열하여 제 1 탄소물질을 형성하는 단계;
    상기 제 1 탄소 물질을 무기 화합물과 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 혼합물을 비활성 또는 환원성 분위기에서 가열하여 상기 제 1 탄소 물질 내에 무기화합물을 혼입시키는 단계; 및
    상기 제 1 탄소물질로부터 무기 화합물을 제거하여 활성탄 물질을 제조하는 단계를 포함하는 활성탄 물질의 제조방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 혼합물은 무기화합물의 수성 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 청구항 20에 있어서, 상기 방법은 가열단계 전에 상기 혼합물을 약 0.5 내지 8시간 동안 에이징시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 청구항 19에 있어서, 상기 혼합물을 가열하는 단계는 약 300℃ 내지 850℃의 온도에서 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 청구항 19에 따른 방법에 따라서 제조된 활성탄 물질.
  24. 비활성 또는 환원성 분위기에서 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체를 가열하여 제 1 탄소물질을 형성하는 단계;
    상기 제 1 탄소 물질을 무기 화합물과 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 혼합물을 비활성 또는 환원성 분위기에서 가열하여 상기 제 1 탄소 물질 내에 무기화합물을 혼입시키는 단계;
    상기 제 1 탄소 물질로부터 무기 화합물을 제거하여 활성탄 물질을 제조하는 단계; 및
    상기 활성탄 물질로부터 탄소계 전극을 형성하는 단계를 포함하는 탄소계 전극의 제조방법.
  25. 청구항 24에 따른 방법에 따라서 제조된 탄소계 전극을 포함하는 고전력밀도의 에너지 저장 장치.
  26. 비활성 또는 환원성 분위기에서 천연 비리그노셀룰로오스 탄소 전구체를 가열하여 중간의 탄소물질을 형성하는 단계;
    상기 중간의 탄소물질을 산화성 분위기에서 가열하여 활성탄 물질을 생성하는 단계; 및
    상기 활성탄 물질로부터 탄소계 전극을 형성하는 단계를 포함하는 탄소계 전극의 제조방법.
  27. 청구항 26에 따른 방법에 따라서 제조된 탄소계 전극을 포함하는 고전력밀도의 에너지 저장 장치.
KR1020117016441A 2008-12-15 2009-12-15 고에너지 밀도의 울트라캐패시터용 활성탄 물질의 형성방법 KR20110098955A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/335,078 US8784764B2 (en) 2008-12-15 2008-12-15 Methods for forming activated carbon material for high energy density ultracapacitors
US12/335,078 2008-12-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20110098955A true KR20110098955A (ko) 2011-09-02

Family

ID=41694762

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117016441A KR20110098955A (ko) 2008-12-15 2009-12-15 고에너지 밀도의 울트라캐패시터용 활성탄 물질의 형성방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8784764B2 (ko)
EP (1) EP2373582A1 (ko)
JP (1) JP5771151B2 (ko)
KR (1) KR20110098955A (ko)
CN (2) CN106853967A (ko)
TW (1) TWI481555B (ko)
WO (1) WO2010075054A1 (ko)

Families Citing this family (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101863469A (zh) * 2010-06-24 2010-10-20 辽宁大学 一种用杏壳制作煮饭专用脱氯活性炭的方法
US8482900B2 (en) 2010-11-30 2013-07-09 Corning Incorporated Porous carbon for electrochemical double layer capacitors
US10603867B1 (en) 2011-05-24 2020-03-31 Enevate Corporation Carbon fibers and methods of producing the same
US8652995B2 (en) * 2011-07-19 2014-02-18 Corning Incorporated Steam activated non-lignocellulosic based carbons for ultracapacitors
CN102354613A (zh) * 2011-09-14 2012-02-15 中国第一汽车股份有限公司 一种超级电容器电极材料及其制备方法
US8982535B2 (en) 2011-11-16 2015-03-17 Corning Incorporated Cell design for high energy density electrochemical double layer capacitors
WO2013090927A1 (en) 2011-12-16 2013-06-20 Calgon Carbon Corporation Double layer capacitors
CN102568851A (zh) * 2012-01-19 2012-07-11 山东理工大学 染料敏化太阳能电池稻壳多级孔碳对电极及制备方法
US9187333B2 (en) 2012-08-21 2015-11-17 Corning Incorporated Carbon activation in a microwave fluidized bed process
CN104704586B (zh) * 2012-10-01 2017-05-17 旭化成株式会社 蓄电元件用电极以及非水系锂型蓄电元件
US9552930B2 (en) 2015-01-30 2017-01-24 Corning Incorporated Anode for lithium ion capacitor
US9018131B2 (en) 2013-03-27 2015-04-28 Corning Incorporated Chemical activation of carbon via a gas atomization method
US10011503B2 (en) 2014-07-22 2018-07-03 Corning Incorporated Method for making activated carbon-supported transition metal-based nanoparticles
US20150291446A1 (en) 2014-04-14 2015-10-15 Corning Incorporated Co-extrusion method for making carbon-supported transition metal-based nanoparticles
CN103303918A (zh) * 2013-06-28 2013-09-18 广西大学 利用水葫芦制备活性炭的方法
CN103318888A (zh) * 2013-07-04 2013-09-25 西北师范大学 利用马铃薯废渣制备活性炭的方法
US9318273B2 (en) 2013-07-26 2016-04-19 Corning Incorporated High voltage EDLC electrodes containing CO2 activated coconut char
WO2015013173A1 (en) 2013-07-26 2015-01-29 Corning Incorporated Chemical activation of carbon using rf and dc plasma
US20160207777A1 (en) 2013-07-31 2016-07-21 Corning Incorporated Chemical activation of carbon with at least one additive
CN104445191A (zh) * 2013-09-13 2015-03-25 中国科学院兰州化学物理研究所 以马铃薯为碳源制备高比表面积活性炭的方法
CN104445186B (zh) * 2013-09-13 2016-09-21 中国科学院兰州化学物理研究所 一种介孔活性炭的制备方法
US9607776B2 (en) 2013-10-24 2017-03-28 Corning Incorporated Ultracapacitor with improved aging performance
US9533909B2 (en) 2014-03-31 2017-01-03 Corning Incorporated Methods and apparatus for material processing using atmospheric thermal plasma reactor
US9550694B2 (en) 2014-03-31 2017-01-24 Corning Incorporated Methods and apparatus for material processing using plasma thermal source
CN104058385B (zh) * 2014-06-13 2016-08-24 重庆大学 一种盐重结晶固形制备功能性碳材料的方法
CN104071787B (zh) * 2014-06-20 2016-01-27 西北师范大学 一种生物质基活性炭的制备方法
US20160200618A1 (en) 2015-01-08 2016-07-14 Corning Incorporated Method and apparatus for adding thermal energy to a glass melt
US9911545B2 (en) 2015-01-30 2018-03-06 Corning Incorporated Phenolic resin sourced carbon anode in a lithium ion capacitor
US9672992B2 (en) 2015-01-30 2017-06-06 Corning Incorporated Coke sourced anode for lithium ion capacitor
US9607778B2 (en) 2015-01-30 2017-03-28 Corning Incorporated Poly-vinylidene difluoride anode binder in a lithium ion capacitor
US9679704B2 (en) 2015-01-30 2017-06-13 Corning Incorporated Cathode for a lithium ion capacitor
CN104817065A (zh) * 2015-04-02 2015-08-05 安徽农业大学 一种蜂窝状淀粉基多孔炭材料的制备方法
CN104843698B (zh) * 2015-04-09 2017-01-25 德宏后谷咖啡有限公司 一种活性炭及其制备方法与应用
CN104766726B (zh) * 2015-04-29 2018-03-30 江苏瑞友康电子科技有限公司 超级电容器电极材料的制备方法及用该方法制备的电极材料
KR20180042288A (ko) 2015-08-21 2018-04-25 코닝 인코포레이티드 탄소 활성화 방법
CN105502386B (zh) * 2015-12-17 2017-09-05 中北大学 一种微孔碳纳米片的制备方法
CN106006635B (zh) * 2016-05-18 2018-01-16 天津科技大学 一种流态化快速活化制备高比表面积活性炭的方法
KR102400001B1 (ko) 2016-05-30 2022-05-19 어드벤 인더스트리스 인코포레이티드 표면적이 큰 활성탄 및 그 제조방법
CN105977505A (zh) * 2016-06-20 2016-09-28 昆明理工大学 一种以中药提取后药渣制备碳素电极材料的方法
US11060035B2 (en) 2016-07-07 2021-07-13 Adven Industries, Inc. Methods for enhancing efficiency of bitumen extraction from oilsands using activated carbon containing additives
CN106744790A (zh) * 2016-11-29 2017-05-31 陕西科技大学 一种生物碳电极材料及其制备方法
CN108328598A (zh) * 2018-01-08 2018-07-27 石河子大学 一种利用絮凝淤泥与石油焦制备碳材料的方法及碳材料
CN108328597B (zh) * 2018-01-08 2022-12-06 石河子大学 一种利用印染废水制备的碳材料
CN108264033A (zh) * 2018-01-08 2018-07-10 石河子大学 一种利用印染废水制备碳材料的方法及碳材料
CN108264032A (zh) * 2018-01-08 2018-07-10 石河子大学 一种利用絮凝淤泥与染料危废制备碳材料的方法及碳材料
CN109133054B (zh) * 2018-11-05 2020-10-30 武汉大学 一种混合基生物质活性炭及其制备方法
CN110155983B (zh) * 2019-06-04 2023-07-14 江苏科技大学 一种棉花基多孔生物质碳的制备方法
CN111883369B (zh) * 2020-06-28 2022-04-19 南京林业大学 基于负载TiO2杏壳活性炭电极的超级电容器制备方法
WO2022046808A1 (en) 2020-08-28 2022-03-03 Hempax, LLC Biomass-based method and composition
US11646165B2 (en) * 2020-10-30 2023-05-09 The Texas A&M University System Use of wasted and recycled carbon materials in the manufacture of electrodes
CN112897500B (zh) * 2021-01-20 2022-12-09 上海科技大学 一种空气中制备裂解碳的方法及应用
CN115231568B (zh) * 2022-05-27 2024-04-02 塔里木大学 类石墨烯碳纳米片大孔交联棉秆生物质碳电极材料及其制备方法

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0492081A1 (en) * 1990-12-24 1992-07-01 Corning Incorporated Activated carbon structures
JP3446339B2 (ja) * 1994-10-18 2003-09-16 三菱化学株式会社 活性炭の製造方法
US5883040A (en) 1995-05-31 1999-03-16 The Curators Of The University Of Missouri Activated carbon produced from agricultural residues
US6060424A (en) 1995-09-28 2000-05-09 Westvaco Corporation High energy density carbons for use in double layer energy storage devices
US6043183A (en) 1995-09-28 2000-03-28 Westvaco Corporation High power density carbons for use in double layer energy storage devices
JP3812098B2 (ja) * 1997-11-04 2006-08-23 三菱化学株式会社 電気二重層キャパシター
US6225733B1 (en) * 1997-11-18 2001-05-01 Corning Incorporated Activated carbon electrodes for electrical double layer capacitors
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
JPH11349318A (ja) 1998-06-04 1999-12-21 Mitsubishi Chemical Corp 活性炭の製造方法
JP2000049055A (ja) * 1998-07-27 2000-02-18 Asahi Glass Co Ltd 電気二重層キャパシタ用電極及び電気二重層キャパシタ
JP2000077273A (ja) 1998-09-03 2000-03-14 Ngk Insulators Ltd 電気二重層コンデンサ及びその製造方法
US6212062B1 (en) 1998-09-29 2001-04-03 General Electric Company Sealed ultracapacitor
US6304426B1 (en) 1998-09-29 2001-10-16 General Electric Company Method of making an ultracapacitor electrode
US6201685B1 (en) 1998-10-05 2001-03-13 General Electric Company Ultracapacitor current collector
JP2002025867A (ja) 2000-07-04 2002-01-25 Jeol Ltd 電気二重層キャパシタおよび電気二重層キャパシタ用炭素材料
JP4877441B2 (ja) * 2000-07-25 2012-02-15 株式会社クラレ 活性炭、その製造方法、分極性電極及び電気二重層キャパシタ
CA2353770C (en) 2000-07-25 2009-09-08 Kuraray Co., Ltd. Activated carbon, process for producing the same, polarizable electrode, and electric double layer capacitor
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
US6714391B2 (en) 2001-10-04 2004-03-30 Ise Research Corporation Ultracapacitor energy storage cell pack and methods of assembling and cooling the same
US6682667B1 (en) * 2002-02-05 2004-01-27 Calgon Carbon Corporation Method for producing self-supporting activated carbon structures
JPWO2005019105A1 (ja) * 2003-08-26 2006-10-19 大阪瓦斯株式会社 炭化水素材料及びその製造方法
US7541312B2 (en) * 2004-03-18 2009-06-02 Tda Research, Inc. Porous carbons from carbohydrates
US20080003166A1 (en) 2004-07-15 2008-01-03 Yurii Maletin Methods of forming nanoporous carbon material and electrodes and electrochemical double layer capacitors therefrom
FR2877146B1 (fr) * 2004-10-22 2007-01-19 Batscap Sa Materiau nanostructure, procede pour sa preparation.
US20060093915A1 (en) 2004-11-04 2006-05-04 Lundquist Eric G Carbons useful in energy storage devices
US20060229476A1 (en) * 2005-04-08 2006-10-12 Mitchell Robert L Sr Activated carbon monolith catalyst, methods for making same, and uses thereof
US20070265161A1 (en) * 2006-05-11 2007-11-15 Gadkaree Kishor P Activated carbon honeycomb catalyst beds and methods for the manufacture of same
JP2008098354A (ja) 2006-10-11 2008-04-24 Hitachi Chem Co Ltd 電気二重層キャパシタ用電極材、その製造方法及び電気二重層キャパシタ用電極材を用いた電気二重層キャパシタ
WO2008058231A2 (en) * 2006-11-08 2008-05-15 Curators Of The University Of Missouri High surface area carbon and process for its production
JP2008120610A (ja) * 2006-11-09 2008-05-29 Sumitomo Chemical Co Ltd 活性炭およびその製造方法
JP4579939B2 (ja) 2007-02-26 2010-11-10 関西熱化学株式会社 活性炭の高純度化方法
US20080207443A1 (en) * 2007-02-28 2008-08-28 Kishor Purushottam Gadkaree Sorbent comprising activated carbon, process for making same and use thereof
CN100572270C (zh) * 2007-03-19 2009-12-23 合肥工业大学 一种以秸秆制作有机系超级电容器用活性炭材料的方法
CN101289183A (zh) * 2008-06-04 2008-10-22 天津大学 淀粉基高比表面积活性炭微球的制备方法
US8482900B2 (en) * 2010-11-30 2013-07-09 Corning Incorporated Porous carbon for electrochemical double layer capacitors

Also Published As

Publication number Publication date
JP5771151B2 (ja) 2015-08-26
US8784764B2 (en) 2014-07-22
CN102317206A (zh) 2012-01-11
JP2012512130A (ja) 2012-05-31
US20100150814A1 (en) 2010-06-17
TWI481555B (zh) 2015-04-21
EP2373582A1 (en) 2011-10-12
WO2010075054A1 (en) 2010-07-01
CN106853967A (zh) 2017-06-16
TW201034943A (en) 2010-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20110098955A (ko) 고에너지 밀도의 울트라캐패시터용 활성탄 물질의 형성방법
KR101729790B1 (ko) 고에너지 밀도의 울트라캐패시터용 활성탄 물질
CN102712479B (zh) 用于edlc的高电容低氧多孔碳
Senthil et al. Biomass-derived biochar materials as sustainable energy sources for electrochemical energy storage devices
EP2526556B1 (en) Microporous activated carbon for edlcs
US8198210B2 (en) Halogenated activated carbon materials for high energy density ultracapacitors
US8405955B2 (en) High performance electrodes for EDLCS
TWI582042B (zh) 用於超級電容的蒸汽活化的非木質纖維素類的碳
Tsai et al. Porous and adsorption properties of activated carbon prepared from cocoa pod husk by chemical activation
KR20150073191A (ko) 무정형 활성탄 물질 및 이의 제조방법
CN113891852A (zh) 生产高度活化的、单片式网状生物炭电极的方法
KR100731338B1 (ko) 수퍼커패시터 전극활물질용 활성탄의 ｋｏｈ 처리방법 및이를 이용한 수퍼커패시터용 전극 제조방법

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