KR20140121752A - 전극과 그 제조방법 및 그를 이용한 이차전지 - Google Patents

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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은, 탄소 펠트; 상기 탄소 펠트 표면에 형성된 탄소나노튜브 또는 탄소섬유; 및 상기 탄소나노튜브 또는 탄소섬유의 표면에 형성된 탄소화된 질소 함유 고분자층을 포함하여 이루어진 전극과 그 제조방법 및 그를 이용한 이차전지에 관한 것이다.

Description

전극과 그 제조방법 및 그를 이용한 이차전지{Electrode and Method of manufacturing the same and secondary battery using the same}
본 발명은 산화환원 유동 에너지 저장 장치(redox flow energy storage device)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 산화환원 유동 에너지 저장 장치의 전극에 관한 것이다.
일반적으로 전력 공급 시스템은 화력 발전이 주를 이루고 있으나, 화력 발전은 화석 연료의 연소로 발생하는 많은 양의 이산화 탄소로 인해서 환경 오염 문제를 야기하고 있으며, 이와 같은 환경 오염 문제를 해결하기 위해서 친환경 에너지에 대한 관심이 증가하고 있다.
산화환원 유동 에너지 저장 장치(redox flow energy storage device)는 친환경 에너지의 활용과 밀접한 관련이 있는 것으로서, 산화환원 유동 에너지 저장 장치는 탱크 용량 및 전지 스택수를 가변하여 출력 및 에너지 밀도를 용이하게 변경할 수 있고 반영구적으로 사용할 수 있는 등의 장점이 있어 대용량 전력 저장용으로 각광받고 있다.
산화환원 유동 에너지 저장 장치는 가수가 변하는 금속 이온의 산화 환원 반응을 이용하여 충전 및 방전하는 전지로서, 도 1에서 알 수 있듯이, 이온 교환막(10)을 사이에 두고 형성된 양극(20) 및 음극(30)을 포함하여 이루어진다.
이와 같은 산화환원 유동 에너지 저장 장치를 대용량 전력 저장용으로 이용하기 위해서 출력 및 에너지 효율을 증가시킬 필요가 있고, 이를 위해서는 레독스 커플의 산화환원 반응이 일어나는 양극(20) 및 음극(30)의 반응 면적을 넓히고 친수성을 향상시키는 것이 필요하다.
종래의 산화환원 유동 에너지 저장 장치에서는 상기 양극(20) 및 음극(30)으로 탄소 펠트(carbon felt)를 이용하였다. 그러나, 이와 같은 탄소 펠트는 반응 면적이 작고 친수성이 떨어지는 단점이 있기 때문에, 일반적으로 탄소 펠트에 대해서 표면처리를 수행하였다. 예로서, 탄소 펠트는 산성용액에서 비활성이기 때문에 산성의 전해질에서는 매우 안정적이지만, 수계 전해질에서는 부적합한 젖음성을 나타내기 때문에 열처리, 산처리 또는 전기화학적 처리와 같은 표면처리를 수행하였다.
그러나, 상기와 같은 탄소 펠트에 대한 표면처리를 수행하게 되면 저항이 증가하여 전자 전도성이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 친수성 및 전자 전도성이 우수한 탄소 펠트를 포함한 전극과 그 제조방법 및 그를 이용한 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 탄소 펠트; 상기 탄소 펠트 표면에 형성된 탄소나노튜브 또는 탄소섬유; 및 상기 탄소나노튜브 또는 탄소섬유의 표면에 형성된 탄소화된 질소 함유 고분자층을 포함하여 이루어진 전극을 제공한다.
본 발명은 또한, 탄소 펠트의 표면에 탄소나노튜브 또는 탄소섬유를 성장시키는 공정; 상기 탄소나노튜브 또는 탄소섬유 표면에 질소 함유 고분자층을 코팅하는 공정; 및 상기 질소 함유 고분자층을 탄소화시켜 상기 탄소나노튜브 또는 탄소섬유 표면에 탄소화된 질소 함유 고분자층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 전극 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 이온교환막, 상기 이온교환막의 일측에 위치하는 양극, 및 상기 이온교환막의 타측에 위치하는 음극으로 이루어진 단위셀을 포함하며, 상기 양극 및 음극 중 적어도 하나는, 탄소 펠트; 상기 탄소 펠트 표면에 형성된 탄소나노튜브 또는 탄소섬유; 및 상기 탄소나노튜브 또는 탄소섬유의 표면에 형성된 탄소화된 질소 함유 고분자층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 탄소 펠트 표면에 탄소나노튜브 또는 탄소섬유를 성장시키기 때문에, 전극의 전기화학적 반응 면적이 증가하고, 탄소 펠트 섬유 사이의 접촉 저항이 줄어들어 전지 효율이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 암모니아 또는 에틸렌디아민과 같은 기체를 이용하여 질소 함유 전극을 형성하지 않고 고분자 용액을 이용하여 질소 함유 전극을 형성함으로써 전극 제조가 용이하다.
도 1은 종래의 산화환원 유동 에너지 저장 장치의 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화환원 유동 에너지 저장 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 개략적인 단면도이다.
도 4(a), 도 4(b) 및 도 4(c)는 각각 실시예 1, 비교예 1, 및 비교예 2에 따른 전극에 대한 주사현미경 사진이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 각각 비교예 1, 실시예 1, 실시예 2, 및 실시예 3에 따른 전극에 대해서 XPS 표면 분석 그래프 및 XPS로 얻어진 원소함량 도표이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 비교예 1, 비교예 2, 비교예 3, 및 실시예 1에 따른 전극에 대해서 바나듐 전해질에서의 순환전류전압분석 결과이다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 비교예 1, 실시예 1, 및 실시예 2에 따른 전극에 대해서 전기화학 저항 분석 결과이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화환원 유동 에너지 저장 장치의 개략적인 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 개략적인 단면도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화환원 유동 에너지 저장 장치는, 이온교환막(100), 전극(200a, 200b), 바이폴라 플레이트(300a, 300b), 집전체(400a, 400b), 탱크(500a, 500b), 및 배관(610a, 610b, 620a, 620b)을 포함하여 이루어진다.
상기 전극(200a, 200b)은 상기 이온교환막(100)의 일측에 위치하는 양극(200a), 및 상기 이온교환막(100)의 타측에 위치하는 음극(200b)으로 이루어진다.
이와 같은 이온교환막(100), 양극(200a) 및 음극(200b)의 조합에 의해서 단위셀이 구성되고, 상기 단위셀에서 산화환원 반응이 일어난다. 즉, 금속 이온의 산화 환원 반응은 상기 이온교환막(100)을 통해서 상기 양극(200a) 및 음극(200b) 사이에서 일어나며, 이와 같은 산화 환원 반응에 의해서 전기가 생성된다. 또한, 생성된 전기는 상기 바이폴라 플레이트(300a, 300b) 및 집전체(400a, 400b)를 경유하여 인출된다.
특히, 본 발명의 일 실시예는 바나듐 이온을 이용하는 바나듐 산화환원 유동 에너지 저장 장치로 이루어질 수 있다. 바나듐 산화환원 유동 에너지 저장 장치는 대용량 전력 저장과 함께 전력 평준화에 기여할 수 있는 이차 전지이다. 다만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은 바나듐 이외의 다양한 전해질을 이용한 산화환원 유동 에너지 저장 장치에 적용될 수 있다.
바나듐 산화환원 유동 에너지 저장 장치는 아래 반응식과 같이 양극(200a) 및 음극(200b)에서 바나듐 이온의 산화 환원 반응이 일어나서 평균 전압 1.26V 정도의 충전과 방전이 일어날 수 있다.
양극반응: VO2 + + H2O ↔ VO2 + + 2H+ + e_, E0 = 1.004V
음극반응: V3 + e_ ↔ V2 +, E0 = -0.255V
전체반응: VO2 + + V3 + H2O ↔ VO2 + + V2 + + 2H+, E0 = 1.26V
도 3에서 알 수 있듯이, 상기 양극(200a) 및 음극(200b)은 탄소 펠트(210)를 포함하여 이루어진다. 구체적으로, 상기 양극(200a) 및 음극(200b)은 탄소 펠트(210)를 지지체로 하고, 상기 탄소 펠트(210) 표면에 탄소나노튜브(carbon nanotube) 또는 탄소섬유(carbon fiber)(220)가 성장되어 있는 구조로 이루어진다.
상기 탄소나노튜브 또는 탄소섬유(220)는 전기전도도 및 산소 관능기의 함량이 우수하여 바나듐 활물질의 산화환원 반응성을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 탄소나노튜브 또는 탄소섬유(220)는 아세틸렌(C2H2)과 같은 탄화수소 가스를 이용하여 당업계에 공지된 다양한 방법, 예로서 화학적 기상 증착 공정 등으로 상기 탄소 펠트(210) 표면에 증착될 수 있다. 이와 같은 탄소나노튜브 또는 탄소섬유(220)는 상기 탄소 펠트(210)의 표면에 균일하게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 탄소나노튜브 또는 탄소섬유(220)는 상기 탄소 펠트(210)의 표면 전체에 형성될 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 상기 탄소 펠트(210)의 표면 일부에만 형성되는 것도 가능하다.
또한, 상기 탄소나노튜브 또는 탄소섬유(220)의 표면에는 탄소화된 고분자층(230)이 형성되어 있다. 상기 탄소화된 고분자층(230)은 탄소화된 질소 함유 고분자, 예로서, 탄소화된 질소 함유 폴리아크릴로니트릴로 이루어질 수 있다. 이와 같이 탄소화된 고분자층(230)이 추가로 형성됨으로써 상기 양극(200a) 및 음극(200b)의 반응성이 향상될 수 있다.
상기 양극(200a) 및 음극(200b)에서 탄소원자의 총 함량은 58 내지 83 중량% 범위일 수 있고, 상기 양극(200a) 및 음극(200b)에서 질소원자의 총 함량은 1 내지 3 중량% 범위일 수 있다.
이상과 같은 양극(200a) 및 음극(200b)은 다음과 같은 공정에 의해 제조할 수 있다.
우선, 탄소 펠트(210) 표면에 금속 촉매층을 형성한다.
상기 탄소 펠트(210) 표면에 금속 촉매층을 형성하는 공정은, 에탄올과 같은 용매에 Ni(OH)2 또는 Ni(NO3)2와 같은 니켈함유 물질을 용해시켜 니켈 함유 용액을 준비하고, 상기 니켈 함유 용액을 상기 탄소 펠트(210) 표면에 코팅한 후, 상기 코팅층을 건조하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 니켈 함유 용액에서 Ni(OH)2 또는 Ni(NO3)2와 같은 니켈함유 물질의 함유량은 1 내지 3 중량% 범위일 수 있다.
다음, 상기 금속 촉매층을 촉매로 하여 상기 탄소 펠트(210) 표면에 탄소나노튜브 또는 탄소섬유(220)를 성장시킨다.
상기 탄소 펠트(210) 표면에 탄소나노튜브 또는 탄소섬유(220)를 성장시키는 공정은, 튜브 전기로에서 아세틸렌(C2H2)과 같은 탄화수소 가스를 이용하여 상기 탄소 펠트(210) 표면에 화학적 기상 증착 공정으로 탄소나노튜브 또는 탄소섬유(220)를 증착시키는 공정을 포함할 수 있다. 이때, 상기 튜브 전기로의 온도는 600℃ 내지 800℃ 범위로 설정할 수 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브 또는 탄소섬유(220)를 증착시키는 공정 이후에 상기 탄소 펠트(210) 표면에 존재하는 니켈 금속을 제거하는 공정을 수행할 수 있다. 니켈 금속을 제거하는 공정은 질산 용액으로 니켈 금속을 용해시킨 후 증류수로 세척하는 공정으로 이루어질 수 있다.
다음, 상기 탄소나노튜브 또는 탄소 섬유(220) 표면에 질소 함유 고분자층을 코팅한다.
상기 질소 함유 고분자층을 코팅하는 공정은 폴리아크릴로니트릴을 DMF와 같은 유기용매에 용해시켜 폴리아크릴로니트릴 용액을 준비하고, 상기 폴리아크릴로니트릴 용액을 상기 탄소나노튜브 또는 탄소섬유(210) 표면에 코팅한 후, 상기 코팅층을 건조하는 공정으로 이루어질 수 있다.
다음, 상기 질소 함유 고분자층을 탄소화시켜 탄소화된 질소 함유 고분자층(230)을 형성한다.
상기 질소 함유 고분자층을 탄소화시키는 공정은 튜브 전기로에 질소 가스를 투입한 후 상기 폴리아크릴로니트릴층을 열처리하여 상기 폴리아크릴로니트릴을 탄소화시키는 공정으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 열처리를 위한 튜브 전기로의 온도는 900℃ 내지 1100℃ 범위로 설정할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 바이폴라 플레이트(300a, 300b)는 전하를 전달하는 전도체 역할을 한다. 상기 바이폴라 플레이트(300a, 300b)는 도 2에 도시된 바와 같이 집전체(400a, 400b)와 연결되어 있어 상기 전극(200a, 200b)에서 발생된 전하를 상기 집전체(400a, 400b)를 통해 인출할 수 있도록 한다. 또한, 도시되지는 않았지만, 복수 개의 단위셀이 적층되는 경우 양극(200a)과 음극(200b) 사이에 바이폴라 플레이트(300a, 300b)가 위치할 수 있고 그 경우의 바이폴라 플레이트(300a 300b)는 상기 양극(200a)과 음극(200b) 중 어느 하나의 전극을 통해 발생된 전하를 다른 하나의 전극으로 전달하는 역할을 한다.
상기 바이폴라 플레이트(300a, 300b)는 흑연, 흑연 또는 탄소가 포함된 플라스틱 복합체, 금/백금 코팅된 금속 중 선택된 소재로 이루어질 수 있다.
상기 집전체(400a, 400b)는 상기 바이폴라 플레이트(300a, 300b), 특히, 복수 개의 단위셀이 적층된 경우에는 최외곽의 바이폴라 플레이트(300a, 300b)에 각각 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다. 다만, 복수 개의 단위셀이 적층된 경우, 최외곽이 아닌 양극과 음극 사이에 위치하는 바이폴라 플레이트에 집전체를 추가로 연결할 수도 있다.
상기 집전체(400a, 400b)로는 전도성이 좋은 물질을 모두 사용할 수 있으나, 바람직하게는 구리를 사용할 수 있다.
상기 탱크(500a, 500b)는 상기 양극(200a)과 연결된 양극 전해질 탱크(500a) 및 상기 음극(200b)과 연결된 음극 전해질 탱크(500b)로 이루어진다.
상기 양극 전해질 탱크(500a)에는 양극 전해질이 저장되어 있어, 상기 양극 전해질 탱크(500a)와 상기 양극(200a) 사이에서 상기 양극 전해질이 유동하게 된다. 또한, 상기 음극 전해질 탱크(500b)에는 음극 전해질이 저장되어 있어, 상기 음극 전해질 탱크(500b)와 상기 음극(200b) 사이에서 상기 음극 전해질이 유동하게 된다.
상기 양극 전해질은 바나듐 4가 이온 또는 바나듐 5가 이온을 포함할 수 있고, 상기 음극 전해질은 바나듐 2가 이온 또는 바나듐 3가 이온을 포함할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예는 바나듐 이온을 이용하는 바나듐 산화환원 유동 에너지 저장 장치로 이루어질 수 있다. 다만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은 바나듐 이외의 다양한 전해질을 이용한 산화환원 유동 에너지 저장 장치에 적용될 수 있다.
상기 배관(610a, 610b, 620a, 620b)은 양극 전해질 유입 배관(610a), 음극 전해질 유입 배관(610b), 양극 전해질 유출 배관(620a), 및 음극 전해질 유출 배관(620b)으로 이루어진다.
상기 양극 전해질 유입 배관(610a)은 상기 양극 전해질 탱크(500a)와 양극(200a) 사이를 연결하여 상기 양극 전해질 탱크(500a)에 저장된 양극 전해질을 상기 양극(200a)으로 전달한다. 상기 음극 전해질 유입 배관(610b)은 상기 음극 전해질 탱크(500b)와 음극(200b) 사이를 연결하여 상기 음극 전해질 탱크(500b)에 저장된 음극 전해질을 상기 음극(200b)으로 전달한다.
상기 양극 전해질 유출 배관(620a)은 상기 양극 전해질 탱크(500a)와 양극 (200a) 사이를 연결하여 상기 양극(200a)에서 상기 양극 전해질 탱크(500a)로 양극 전해질을 전달한다. 상기 음극 전해질 유출 배관(620b)은 상기 음극 전해질 탱크(500b)와 음극(200b) 사이를 연결하여 상기 음극(200b)에서 상기 음극 전해질 탱크(500b)로 음극 전해질을 전달한다.
이상 설명한 산화환원 유동 에너지 저장 장치의 구성은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로서, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은 전술한 양극(200a) 및 음극(200b)을 이용한 당업계에 공지된 다양한 산화환원 유동 에너지 저장 장치를 포함한다.
이하에서는 본 발명에 따른 구체적인 실시예, 비교예 및 실험예에 대해서 설명하기로 한다.
1. 실시예 및 비교예
(1) 실시예 1
탄소 펠트를 잘라내어 아세톤 용액에서 20분간 세척하였다. 에탄올 용매에 1중량% Ni(NO3)2을 녹인 용액에 상기 탄소 펠트를 1시간 30분 동안 적셔 놓았다. 100℃ 건조 오븐에서 3시간 동안 니켈 이온으로 젖어 있는 상기 탄소 펠트를 건조하였다.
그 후, 건조한 탄소 펠트를 튜브 전기로 중앙에 위치시킨 후, 650℃에서 1시간 동안 아르곤 기체를 흘려주었고, 그 후 튜브 전기로에서 아르곤 기체를 아세틸렌 기체로 교체하여 10분간 흘려주어 탄소섬유를 성장시켰다. 그 후, 3M 질산 용액으로 탄소 펠트 표면에 존재하는 불순물인 니켈 금속을 용해시키고 증류수로 세척하였다.
그 후, 질소가 포함된 폴리아크릴로니트릴 고분자를 DMF 용매에 혼합하여 3시간 동안 교반한 다음, 그 표면에 탄소섬유가 성장된 상기 탄소 펠트를 충분히 적신 후 건조시켰다. 그 후, 튜브 전기로에 질소 가스를 투입시킨 후, 상기 탄소 펠트를 1100℃에서 열처리하여 폴리아크릴로니트릴 고분자를 탄소화함으로써 실시예 1에 따른 전극 제조를 완성하였다.
(2) 실시예 2
실시예 1에서, 상기 탄소 펠트를 1000℃에서 열처리하여 폴리아크릴로니트릴 고분자를 탄소화시킨 것을 제외하고 전술한 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2에 따른 전극 제조를 완성하였다.
(3) 실시예 3
실시예 1에서, 상기 탄소 펠트를 900℃에서 열처리하여 폴리아크릴로니트릴 고분자를 탄소화시킨 것을 제외하고 전술한 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2에 따른 전극 제조를 완성하였다.
(4) 비교예 1
탄소 펠트를 잘라내어 아세톤 용액에서 20분간 세척하였다. 에탄올 용매에 1중량% Ni(NO3)2을 녹인 용액에 상기 탄소 펠트를 1시간 30분 동안 적셔 놓았다. 100℃ 건조 오븐에서 3시간 동안 니켈 이온으로 젖어 있는 상기 탄소 펠트를 건조하였다.
그 후, 건조한 탄소 펠트를 튜브 전기로 중앙에 위치시킨 후, 650℃에서 1시간 동안 아르곤 기체를 흘려주었고, 그 후 튜브 전기로에서아르곤 기체를 아세틸렌 기체로 교체하여 10분간 흘려주어 탄소섬유를 성장시켰다. 그 후, 3M 질산 용액으로 탄소 펠트 표면에 존재하는 불순물인 니켈 금속을 용해시키고 증류수로 세척하여 제1 비교예에 따른 전극 제조를 완성하였다.
즉, 비교예 1은 실시예 1에서 탄화된 폴리아크릴니트릴 고분자를 포함하지 않은 전극이다.
(5) 비교예 2
탄소 펠트로 이루어진 비교예 2에 따른 전극을 준비하였다.
(6) 비교예 3
탄소 펠트를 500℃에서 열처리하여 비교예 3에 따른 전극을 제조하였다.
2. 실험예
(1) 주사현미경 사진
실시예 1, 비교예 1, 및 비교예 2에 따른 전극에 대한 주사현미경 사진은 각각 도 4(a), 도 4(b) 및 도 4(c)와 같다. 도 4(a)에서 알 수 있듯이, 탄소 펠트 표면에 균일한 탄화층이 형성되어 있음을 알 수 있다.
(2) XPS 표면 분석 그래프 및 XPS로 얻어진 원소함량 도표
비교예 1, 실시예 1, 실시예 2, 및 실시예 3에 따른 전극에 대해서 XPS 표면 분석을 수행하였다. XPS 표면 분석 그래프 및 XPS로 얻어진 원소함량 도표는 각각 도 5(a) 및 도 5(b)와 같다.
도 5(a) 및 도 5(b)에서 알 수 있듯이, 실시예 1 내지 실시예 3에서 산소 함유량이 우수함을 알 수 있다.
(3) 바나듐 전해질에서 측정된 전극의 순환전류전압
비교예 1, 비교예 2, 비교예 3, 및 실시예 1에 따른 전극에 대해서 바나듐 전해질에서의 순환전류전압은 도 6(a) 및 도 6(b)와 같다.
도 6(a) 및 도 6(b)에서 알 수 있듯이, 실시예 1에서 산화환원전류가 우수함을 알 수 있다.
(4) 전기화학 저항
비교예 1, 실시예 1, 및 실시예 2에 따른 전극에 대해서 전기화학 저항을 분석하였고, 그 결과는 도 7(a) 및 도 7(b)와 같다.
도 7(a) 및 도 7(b)에서 알 수 있듯이, 실시예 1 및 실시예 2가 비교예 1에 비하여 저항이 작음을 알 수 있다.
100: 이온교환막
200a: 양극 200b: 음극
300a, 300b: 바이폴라 플레이트 400a, 400b: 집전체
500a, 500b: 탱크 610a, 610b, 620a, 620b: 배관

Claims (7)

  1. 탄소 펠트;
    상기 탄소 펠트 표면에 형성된 탄소나노튜브 또는 탄소섬유; 및
    상기 탄소나노튜브 또는 탄소섬유의 표면에 형성된 탄소화된 질소 함유 고분자층을 포함하여 이루어진 전극.
  2. 탄소 펠트의 표면에 탄소나노튜브 또는 탄소섬유를 성장시키는 공정;
    상기 탄소나노튜브 또는 탄소섬유 표면에 질소 함유 고분자층을 코팅하는 공정; 및
    상기 질소 함유 고분자층을 탄소화시켜 상기 탄소나노튜브 또는 탄소섬유 표면에 탄소화된 질소 함유 고분자층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 전극 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탄소 펠트의 표면에 탄소나노튜브 또는 탄소섬유를 성장시키는 공정 이전에, 상기 탄소 펠트의 표면에 금속 촉매층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 탄소 펠트의 표면에 탄소나노튜브 또는 탄소섬유를 성장시키는 공정은 600℃ 내지 800℃ 범위에서 수행하는 것을 특징으로 하는 전극 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 질소 함유 고분자층을 탄소화시키는 공정은 900℃ 내지 1100℃ 범위에서 수행하는 것을 특징으로 하는 전극 제조 방법.
  6. 이온교환막, 상기 이온교환막의 일측에 위치하는 양극, 및 상기 이온교환막의 타측에 위치하는 음극으로 이루어진 단위셀을 포함하며,
    상기 양극 및 음극 중 적어도 하나는,
    탄소 펠트;
    상기 탄소 펠트 표면에 형성된 탄소나노튜브 또는 탄소섬유; 및
    상기 탄소나노튜브 또는 탄소섬유의 표면에 형성된 탄소화된 질소 함유 고분자층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이차전지는 바나듐 이온을 포함하는 양극 전해질 또는 음극 전해질을 추가로 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
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