KR20140087494A - 저전압용 전기이중층 및 하이브리드 커패시터용 카본 코딩 전극 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적어도 2개의 전극을 가지는 단위셀을 포함하는 저저항 전기이중층 커패시터용 카본 코팅전극에 관한 것으로서, 상기 커패시터는 적어도 2개의 전극을 가지는 단위셀을 포함하며, 상기 코팅전극은 카본코팅전극으로 알루미늄표면을 활성한 이외의 흑연, 금속물 등 이종물질을 전처리 코팅한 전극을 사용함을 특징으로 하는 저저항 전기이중층 및 하이브리드 커패시터용 카본 코팅 전극을 개시한다.
Description
본 발명은 코팅전극에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적어도 2개의 전극을 가지는 단위셀을 포함하는 저저항 전기이중층 커패시터용 카본 코팅전극에 관한 것이다.
통상적으로 커패시터(EDLC) 혹은 콘덴서(condenser)는 크게 정전 커패시터(electrostatic capacitor), 전해 커패시터 (electrolytic capacitor) 및 전기화학 커패시터 (electrochemical capacitor)로 분류된다.
정전 커패시터로는 세라믹 커패시터, 글라스 커패시터 및 운모 커패시터 등이 있으며 대부분이 약 1.0~10㎌ 정도의 정전 용량을 갖는다. 상기 전해 커패시터로는 알루미늄 전해 커패시터 또는 탄탈륨 전해 커패시터 등이 알려져 있으며 이들은 정전 커패시터 보다 약 100배 정도까지의 정전 용량을 가질 수 있다.
슈퍼 커패시터라고도 불리우는 전기화학 커패시터는 활성탄소를 이용하는 전기이중층 커패시터와 금속산화물 및 전도성 고분자를 이용하는 의사(Pseudo) 커패시터 등이 개발되어 있으면 이들은 대략 1mF~10000F 정도까지의 정전용량을 가질 수 있다.
상기 전기 이중층 커패시터는 전극과 전해질간의 계면에서 발생되는 전기 이중층에 전하를 흡·탈착하는 원리를 이용하여 전기에너지를 축전하는 축전기이다. 이러한 원리에 기인하여 전기 이중층 커패시터는 빠른 충전 및 방전 특성을 가지며 긴 수명과 빠른 충전, 또한 높은 파워가 요구되는 솔라셀 및 통신기기의 보조전원 또한 고용량을 요구하는 전기 자동차 및 UPS등의 주전원 혹은 보조전원으로 적합하다.
이러한 다양한 용도를 가지는 전기 이중층 커패시터의 제조에 있어서 현재까지 활성탄소 섬유에 금속 집전체를 형성하여 분극성 전극을 제조하는 방법 또한 탄소 페이스트를 전도성 고무 또는 금속 집전체에 압착하는 방법 내지 활성탄 분말을 용매에 믹싱하여(mixing)하여 슬러리를 금속집전체 위에 도포하는 방법등이 개발되어 왔다.
그러나 상기 슬러리를 집전체 상에 도포하는 방법에 있어서 결합제로는 폴리사카라이드(polysacaride)계의 카르복시 메틸 셀룰로오즈(carboxymethyl cellulose: CMC) 또는 불소계의 폴리테트라플루오르에틸렌 (polytetrafluoroethylene: PTFE) 그리고 스티렌부타디엔루버 (styene betadien rubber : SBR)등이 많이 사용되어 왔다 카르복시 메틸 셀롤로우즈(CMC)는 상당히 큰 경도를 갖기 때문에 작업이 쉽지 않고 Roll 작업 공정에서 매우 불리한 특성을 가진다 거기에 비하여 폴리테트라플루오르에틸렌 (polytetrafluoroethylene: PTFE)은 상기 카르복시 메틸 셀롤로우즈(CMC)보다 우수한 성질을 보이는 반면에 페이스트 공정을 통하여서만 작업이 가능하기 때문에 전극의 두께를 줄이는 것이 매우 곤란하며 슬러리를 집전체위에 도포하여 만드는 전극성형이 매우 까다로운 단점이 있다 그리고 스티렌부타디엔루버 (styene betadien rubber : SBR)는 전극 성형에 하는데 있어 좋은 장점을 가지고 있지만 전극 저항이 매우 커 전극제조에 적용하기 곤란한 단점이 있다.
또한 활성탄소 섬유를 사용하는 방법에 있어서는 전극의 저항 및 캐패시터의 내부저항이 작은 장점이 있으나 전극의 충진밀도가 낮기에 커패시터의 고에너지 밀도를 달성하는데 어려움이 있으며 탄소 페이스트는 충진밀도를 높이는 것이 가능하나 전극의 내부저항이 커져서 출력밀도을 높이기에는 어려운 문제가 있다.
따라서 적절한 결합제를 선택하는 것이 고출력 고밀도 커패시터의 전극의 특성향상에 있어서는 중요한 요인이 된다.
본 발명은 이차전지 및 전기이중층 커패시터용 집전체의 에칭 피트 크기를 조절 시킨 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄박에 염소이온을 포함한 전해액에서 교류전류를 인가하여 에칭을 실시할 때 AlCl3ㅇ6H2O를 첨가하여 농도를 조절하여 알루미늄 이온 및 염소이온의 공급을 원활히 하고 20~70 Hz 주파수의 범위에서 전해 에칭을 실시함에 있어 적절한 주파수를 인가함으로써, 알루미늄박의 표면적을 증가시켜 정전용량을 증가시키는 이차전지 및 전기이중층 커패시터용 집전체의 제조방법을 제공한다.
오늘날 석유자원의 고갈, 지구의 온난화, 산유국들의 정세불안, 세계적인 유류수급 불균형, 유가의 상등 등의 문제로 에너지 부족 문제가 심화될 것으로 예측되고 있다. 한편 가격급등에 의한 석유의존 에너지 사회체계의 재검토와 지구온난화에 의한 에너지 절약화 대책이 공감대 형성하고 있다. 이러한 현상황에서 대체에너지 개발 분야의 급성장과 관련 기술력은 국력을 상징하는 잣대가 되고 있으며 대체에너지 개발은 지구의 온난화 문제 뿐 만 아니라 산유국에 대한 에너지 의존도를 낮출 수 있어 에너지 안보차원에서도 매우 중요하다.
따라서, 석유를 대체하고 이산화탄소 배출이 없는 친환경 청정 대체에너지인 태양광, 풍력, 수소, 연료전지 등의 신재생에너지의 저장장치로서, 또한 석유소비를 34% 차지하는 자동차 등 운송부분에서의 해결을 위한 하이브리드 차량용 에너지 저장장치로서 전기이중층 커패시터의 관심이 증폭되고 있다.
전기 이중층 커패시터는 축전용량이 기존의 전해커패시터에 비하여 비약적으로 향상된 제품으로서 용량의 향상과 함께 에너지저장장치로서 최근 각광받고 있는 제품이다. 전극과 전해질의 화학반응을 이용하던 이차전지들과 달리 주로 계면반응을 사용한 전하 축전원리를 이용하여 높은 출력밀도와 충방전 효율 , 무제한에 가까운 사이클 특성을 가지고 있다. 그리고 전류변화에 안정적이어서 기존의 이차전지와는 달리 보호회로를 생략할 수 있기 때문에 보다 단순한 회로 구성이 가능하다.
본 발명은 커패시터의 전극저항을 감소시킴으로 커패시터의 내전압 및 동작전압이 증가되어 높은 에너지 저장밀도를 가지고 있어서 전극저항을 감소시키고 이에 따라 출력밀도 및 신뢰성 및 출력밀도를 증가시킬 수 있는 저저항 전기이중층 및 하이브리드 커패시터용 코팅전극을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여,
저저항 전기이중층 및 하이브리드 커패시터용 코팅전극으로서, 상기 커패시터는 적어도 2개의 전극을 가지는 단위셀을 포함하며, 상기 코팅전극은 카본코팅전극으로 알루미늄표면을 활성한 이외의 흑연, 금속물 등 이종물질을 전처리 코팅한 전극을 사용하는 코팅전극을 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 본 발명에서는 코팅전극이 이종물질로 전처리 코팅한 전극을 사용하므로 커패시터의 내전압 및 동작전압이 증대되어 높은 에너지 저장밀도를 갖게 되고, 따라서 커패시터의 전극저항을 감소시킬 수 있는 전극을 제공하는 효과가 기대된다.
본 발명에서는 저저항 전기이중층 및 하이브리드 커패시터용 코팅전극을 제조하기 위해, 적어도 2개의 전극을 가지는 단위셀을 포함하는 전기이중층 커패시터의 카본코팅전극으로 사용되는 알루미늄박을 활성탄 이외의 흑연, 금속물 등 이종물질을 전처리 코팅한 전극으로 한다.
상기와 같이 하면 커패시터의 내전압 및 동작전압이 증대되어 높은 에너지 저장밀도를 갖게 되어 적용하기가 쉽고, 커패시터의 모듈을 최소화할 수 있어서 경제적이고 모듈제작시 단위셀별 전압밸런스를 유지하기 위한 보호회로가 필요치 않게 되며 이에 따라 전극저항을 감소시킬 수 있는 우수한 카본코팅전극을 공급할 수 있게 된다.
Claims (1)
- 저저항 전기이중층 및 하이브리드 커패시터용 코팅전극으로서, 상기 커패시터는 적어도 2개의 전극을 가지는 단위셀을 포함하며, 상기 코팅전극은 카본코팅전극으로 알루미늄표면을 활성한 이외의 흑연, 금속물 등 이종물질을 전처리 코팅한 전극을 사용함을 특징으로 하는 저저항 전기이중층 및 하이브리드 커패시터용 카본 코팅 전극
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