KR20170068915A - Silicon carbide composite and power strage divice - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 탄화규소 복합체는, 코어(core); 및 상기 코어를 둘러싸는 쉘(shell)을 포함하고, 상기 코어는 매트릭스 및 상기 매트릭스 내의 탄화규소 입자를 포함하고, 상기 매트릭스는 제 1 기공을 포함하고, 상기 쉘은 제 2 기공을 포함하고, 상기 제 1 기공과 상기 제 2 기공의 입경은 서로 다르다.A silicon carbide composite according to an embodiment includes: a core; And a shell surrounding said core, said core comprising a matrix and silicon carbide particles in said matrix, said matrix comprising a first pore, said shell comprising a second pore, The particle diameters of the first pore and the second pore are different from each other.
Description
실시예는 탄화규소 복합체 및 이를 포함하는 전기 저장 장치에 관한 것이다.An embodiment relates to a silicon carbide composite and an electric storage device comprising the same.
탄화규소 분말은 최근에 다양한 전자 소자 및 목적을 위한 반도체 재료로서 사용되고 있다. 탄화규소 분말은 특히 물리적 강도 및 화학적 공격에 대한 높은 내성으로 인해 유용하다. 탄화규소 분말은 또한 방사 경도(radiation hardness), 비교적 넓은 밴드갭, 높은 포화 전자 드리프트 속도(saturated electron drift velocity), 높은 조작 온도, 및 스펙트럼의 청색(blue), 보라(violet), 및 자외(ultraviolet) 영역에서의 높은 에너지 양자의 흡수 및 방출을 포함하는 우수한 전자적 성질을 가진다.Silicon carbide powder has recently been used as a semiconductor material for various electronic devices and purposes. Silicon carbide powders are particularly useful due to their physical strength and high resistance to chemical attack. Silicon carbide powders can also be used in a variety of applications including, but not limited to, radiation hardness, a relatively wide bandgap, a high saturated electron drift velocity, a high operating temperature, and blue, violet, and ultraviolet Quot;) < / RTI > region.
탄화규소 분말의 제조방법으로는 다양한 방법이 있으며, 일례로, 애치슨법, 탄소열환원공법, 액상고분자열분해법 또는 CVD 공법 등을 이용하고 있다. 특히 고순도의 탄화규소 분말 합성 공법은 액상고분자열분해법 또는 탄소열환원공법을 이용하고 있다.The silicon carbide powder may be produced by a variety of methods, for example, the Acheson method, the carbon thermal reduction method, the liquid polymer thermal decomposition method, or the CVD method. Particularly, the high-purity silicon carbide powder synthesis method uses a liquid phase polymer decomposition method or a carbon thermal reduction method.
이러한 탄화규소 분말은 단독 또는 다른 물질과 혼합하여 탄화규소 복합체를 형성하고, 이러한 탄화규소 복합체는 슈퍼캐패시터, 울트라캐패시터 등의 다양한 전기 저장 장치의 전극층에 적용될 수 있다.The silicon carbide powder may be used alone or in combination with other materials to form a silicon carbide composite. The silicon carbide composite may be applied to electrode layers of various electric storage devices such as supercapacitors and ultracapacitors.
이때, 이러한 전극층에 적용되는 경우, 비표면적 및 단위체적당 용량 등이 전기 저장 장치의 효율 및 저장 용량을 결정하는 중요한 요인이 될 수 있다.At this time, when applied to such an electrode layer, the specific surface area and the capacity per unit volume may be important factors for determining the efficiency and storage capacity of the electric storage device.
이에 따라, 향상된 비표면적 및 단위 체적당 용량이 향상된 탄화규소 복합체가 요구된다.Accordingly, a silicon carbide composite having improved specific surface area and improved capacity per unit volume is required.
실시예는 향상된 비표면적을 가지는 탄화규소 복합체 및 이를 포함하는 전기 저장 장치를 제공하고자 한다.The embodiments are directed to a silicon carbide composite having an improved specific surface area and an electric storage device comprising the same.
실시예에 따른 탄화규소 복합체는, 코어(core); 및 상기 코어를 둘러싸는 쉘(shell)을 포함하고, 상기 코어는 매트릭스 및 상기 매트릭스 내의 탄화규소 입자를 포함하고, 상기 매트릭스는 제 1 기공을 포함하고, 상기 쉘은 제 2 기공을 포함하고, 상기 제 1 기공과 상기 제 2 기공의 입경은 서로 다르다.A silicon carbide composite according to an embodiment includes: a core; And a shell surrounding said core, said core comprising a matrix and silicon carbide particles in said matrix, said matrix comprising a first pore, said shell comprising a second pore, The particle diameters of the first pore and the second pore are different from each other.
실시예에 따른 탄화규소 복합체는 전극 물질의 밀도 및 비표면적을 향상시킬 수 있다. 즉, 코어 및 쉘 내부에 서로 다른 크기의 기공을 형성함으로써, 탄화규소 복합체의 전체적인 밀도 및 비표면적을 향상시킬 수 있다.The silicon carbide composite according to the embodiment can improve the density and specific surface area of the electrode material. That is, by forming pores having different sizes in the core and the shell, the overall density and specific surface area of the silicon carbide composite can be improved.
이에 따라, 실시예에 따른 탄화규소 복합체가 슈퍼 캐패시터 또는 울트라 캐패시터 등의 전기 저장 장치에 적용될 때, 전기 용량을 향상시킬 수 있으므로, 대용량의 전기 저장 장치를 구현할 수 있다.Accordingly, when the silicon carbide composite according to the embodiment is applied to an electric storage device such as a supercapacitor or an ultracapacitor, the electric capacity can be improved, so that a large-capacity electric storage device can be realized.
또한, 탄화규소 복합체가 도전재의 역할을 동시에 할 수 있어, 전극층 형성시 별도의 도전재가 첨가되지 않을 수 있다.Further, the silicon carbide composite can simultaneously serve as a conductive material, and a separate conductive material may not be added when the electrode layer is formed.
도 1은 실시예에 따른 탄화규소 복합체의 단면도를 도시한 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 탄화규소 복합체 제조 방법의 공정 흐름도를 도시한 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 탄화규소 복합체가 적용되는 전기 저장 장치의 단면도를 도시한 도면이다.
도 4는 전기 저장 장치의 양극 전극의 단면도를 도시한 도면이다.
도 5는 실시예들 및 비교예들에 따른 전기 저장 장치의 용량을 도시한 그래프이다. 1 is a cross-sectional view of a silicon carbide composite according to an embodiment.
FIG. 2 is a flowchart showing a process for producing a silicon carbide composite according to an embodiment.
3 is a cross-sectional view of an electric storage device to which the silicon carbide composite according to the embodiment is applied.
4 is a sectional view showing the anode electrode of the electric storage device.
5 is a graph showing the capacities of the electric storage device according to the embodiments and the comparative examples.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. In the description of the embodiments, it is to be understood that each layer (film), area, pattern or structure may be referred to as being "on" or "under / under" Quot; includes all that is formed directly or through another layer. The criteria for top / bottom or bottom / bottom of each layer are described with reference to the drawings.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. The thickness or the size of each layer (film), region, pattern or structure in the drawings may be modified for clarity and convenience of explanation, and thus does not entirely reflect the actual size.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 탄화규소 복합체는 코어(100) 및 쉘(200)을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, a silicon carbide composite according to an embodiment may include a core 100 and a
상기 코어(100)는 매트릭스(120) 및 탄화규소 입자(110)를 포함할 수 있다.The core 100 may include a matrix 120 and silicon carbide particles 110.
상기 코어(100)는 구형으로 형성될 수 있다, 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 코어(100)는 삼각형, 사각형 등의 다각형 형상, 원형, 타원형 등의 형상으로 형성될 수 있다.The core 100 may be formed in a spherical shape. However, the embodiment is not limited thereto, and the core 100 may be formed into a polygonal shape such as a triangle, a square, or the like, a circular shape, an elliptical shape, or the like.
상기 코어(100)의 입경은 수 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 자세하게, 상기 코어(100)의 입경은 약 1㎛ 내지 약 100㎛일 수 있다. 상기 코어(100)의 크기가 약 1㎛ 미만인 경우, 탄화규소 복합체의 전체적인 밀도가 감소되어, 탄화규소 복합체가 전기 저장 장치에 적용될 때, 단위체적당 용량이 저하될 수 있다. 또한, 상기 코어(100)의 크기가 약 100㎛을 초과하는 경우, 상기 탄화규소 복합체가 전극층에 적용될 때, 전도성이 저하될 수 있다.The particle size of the core 100 may be several micrometers (占 퐉). In detail, the core 100 may have a particle diameter of about 1 탆 to about 100 탆. When the size of the core 100 is less than about 1 탆, the overall density of the silicon carbide composite is reduced, so that the capacity per unit volume can be lowered when the silicon carbide composite is applied to an electric storage device. In addition, when the size of the core 100 is more than about 100 mu m, when the silicon carbide composite is applied to the electrode layer, the conductivity may be lowered.
상기 매트릭스(120)는 탄소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 매트릭스(120)는 탄소, 수소 및 산소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 매트릭스(120)는 유기물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 매트릭스(120)는 덱스트린을 포함할 수 있다.The matrix 120 may comprise carbon. For example, the matrix 120 may include at least one of carbon, hydrogen, and oxygen. The matrix 120 may comprise an organic material. For example, the matrix 120 may include dextrin.
상기 탄화규소 입자(110)는 상기 매트릭스(120) 내에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 탄화규소 입자(110)는 상기 매트릭스(120) 내에 분산될 수 있다. 예를 들어, 상기 매트릭스(120) 내에는 복수 개의 탄화규소 입자(110)들이 분산되며 배치될 수 있다.The silicon carbide particles 110 may be disposed within the matrix 120. In detail, the silicon carbide particles 110 may be dispersed in the matrix 120. For example, a plurality of silicon carbide particles 110 may be dispersed and disposed in the matrix 120.
상기 탄화규소 입자(110)들은 일정하거나 또는 랜덤한 거리로 서로 이격하며 상기 매트릭스(120) 내에 분산되어 배치될 수 있다.The silicon carbide particles 110 may be spaced apart from one another at a constant or random distance and may be dispersed within the matrix 120.
상기 탄화규소 입자(110)는 베타상 탄화규소 또는 알파상 탄화규소 입자를 포함할 수 있다.The silicon carbide particles 110 may include beta phase silicon carbide or alpha phase silicon carbide particles.
상기 매트릭스(120)에는 기공이 형성될 수 있다. 즉, 상기 매트릭스(120)에는 복수 개의 제 1 기공(P1)들이 형성될 수 있다.
Pores may be formed in the matrix 120. That is, the matrix 120 may include a plurality of first pores P1.
상기 쉘(200)은 상기 코어(100) 상에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 쉘(200)은 상기 코어(100)를 둘러싸며 배치될 수 있다. 상기 쉘(200)은 상기 코어와 동일한 방향으로 연장하며 상기 코어의 전면을 둘러싸며 배치될 수 있다. 상기 코어(100)의 외면과 상기 쉘(200)의 외면은 곡면을 포함할 수 있다.The
상기 쉘(200)은 상기 코어(100)와 접촉하며 배치될 수 있다. 즉, 상기 코어(100)와 상기 쉘(200)은 계면을 형성하며, 또한, 서로 접촉될 수 있다.The
상기 쉘(200)은 상기 코어(100)와 다른 물질을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 쉘(200)은 탄소(C)를 포함할 수 있다.The
상기 쉘(200)에는 불규칙적으로 자가조립된 탄소 구조체에 의해 기공(P)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 쉘(200) 내부에는 복수 개의 제 2 기공(P2)들이 형성될 수 있다. 즉, 상기 쉘(200)은 다공성 구조로 형성될 수 있다.
The pores P may be formed in the
상기 제 1 기공(P1)과 상기 제 2 기공(P2)의 입경은 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 기공(P1)의 입경 크기는 상기 제 2 기공(P2)의 입경 크기보다 클 수 있다.The particle diameters of the first pores P1 and the second pores P2 may be different. For example, the size of the first pores P1 may be larger than the size of the second pores P2.
자세하게, 상기 제 1 기공(P1)의 입경 크기는 약 2㎚ 이상일 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 기공(P1)의 입경 크기는 약 2㎚ 내지 약 50㎚일 수 있다. 또한, 상기 제 2 기공(P2)의 입경 크기는 약 2㎚ 미만일 수 있다.In detail, the particle size of the first pores P1 may be about 2 nm or more. In detail, the particle size of the first pores P1 may be about 2 nm to about 50 nm. In addition, the particle size of the second pores P2 may be less than about 2 nm.
이에 따라, 상기 코어에 형성되는 기공의 크기는 상기 쉘에 형성되는 기공의 크기보다 클 수 있다.Accordingly, the size of the pores formed in the core may be larger than the size of the pores formed in the shell.
즉, 실시예에 따른 탄화규소 복합체는 코어와 상기 코어를 둘러싸는 쉘 내부에 모두 기공이 형성될 수 있다. 즉, 상기 코어와 상기 쉘은 모두 다공성 구조체로 형성될 수 있다.That is, the silicon carbide composite according to the embodiment may have pores both in the core and inside the shell surrounding the core. That is, both the core and the shell may be formed of a porous structure.
이에 따라, 탄화규소 복합체의 전체적인 비표면적을 향상시킬 수 있다. 또한, 코어와 쉘에 모두 기공을 형성함으로써, 기공을 형성하기 위한 쉘의 두께를 감소시킬 수 있다.Thus, the overall specific surface area of the silicon carbide composite can be improved. Further, by forming pores in both the core and the shell, the thickness of the shell for forming the pores can be reduced.
이에 따라, 탄화규소 복합체의 전체적인 밀도를 향상시킬 수 있다.As a result, the overall density of the silicon carbide composite can be improved.
즉, 실시예에 따른 탄화규소 복합체는, 탄화규소 복합체의 비표면적 및 밀도를 향상시킬 수 있다.
That is, the silicon carbide composite according to the embodiment can improve the specific surface area and density of the silicon carbide composite.
이하, 도 2를 참조하여, 실시예에 따른 탄화규소 복합체 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing a silicon carbide composite according to an embodiment will be described with reference to FIG.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 탄화규소 복합체는 규소원 및 유기물을 혼합하는 단계(ST10), 탄소원을 주입하는 단계(ST20) 및 상기 탄소원과 반응하는 단계(ST30)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the silicon carbide composite according to an embodiment may include a step ST10 of mixing a silicon source and an organic material, a step ST20 of injecting a carbon source, and a step ST30 of reacting with the carbon source.
상기 규소원 및 유기원을 혼합하는 단계(ST10)에서는, 규소원과 유기물을 혼합하여 혼합물을 형성할 수 있다.In the step (ST10) of mixing the silicon source and the organic source, the silicon source and the organic material may be mixed to form a mixture.
상기 규소원(Si source)은 규소를 제공할 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 규소원은 실리카(silica)를 포함할 수 있다. 또한, 실리카 이외에도, 상기 규소원으로는 실리카 분말, 실리카 솔(sol), 실리카 겔(gel), 석영 분말 등이 이용될 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 규소를 포함하는 유기 규소 화합물을 규소원으로 사용할 수 있다.The Si source may comprise various materials capable of providing silicon. For example, the silicon source may comprise silica. In addition to the silica, the silica source may be silica powder, silica sol, silica gel, quartz powder, or the like. However, the embodiment is not limited thereto, and an organosilicon compound containing silicon may be used as a silicon source.
상기 유기물은 탄소를 포함하는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기물은 덱스트린 분말을 포함할 수 있다.The organic material may include various materials including carbon. For example, the organic material may comprise dextrin powder.
상기 규소원과 상기 유기물을 물등의 용매를 이용하여, 혼합한 후, 이를 건건조하여, 덱스트린 내에 규소원이 분산된 혼합 분말을 형성할 수 있다.The silicon source and the organic material may be mixed using a solvent such as water and then dried to form a mixed powder in which the silicon source is dispersed in the dextrin.
이어서, 상기 탄소원을 주입하는 단계에서는 상기 혼합 분말 내에 탄소원을 주입할 수 있다.Next, in the step of injecting the carbon source, a carbon source may be injected into the mixed powder.
상기 탄소원(C source)은 유기탄소화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소원은 메탄 가스, 에탄 가스, 프로판 가스, 부탄 가스 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 덱스트린, 셀룰로오스, 리그닌, 피치, 자일렌, 폴리우레탄,폴리아크릴로니트릴 및 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세테이트 중 적어도 하나의 유기 탄소 화합물을 포함할 수 있으나, 실시예가 이에 제한되지는 않는다.The carbon source (C source) may include an organic carbon compound. For example, the carbon source may be selected from the group consisting of methane gas, ethane gas, propane gas, butane gas methanol, ethanol, propanol, butanol, ethylene glycol, polyethylene glycol, dextrin, cellulose, lignin, pitch, xylenes, polyurethanes, polyacrylonitrile And at least one organic carbon compound of polyvinyl alcohol and polyvinyl acetate, but the embodiment is not limited thereto.
이어서, 상기 탄소원과 반응하는 단계(ST30)에서는, 상기 혼합 분말과 상기 탄소원을 반응시킬 수 있다. 예를 들어, 챔버 내에 상기 혼합 분말을 배치한 후, 에탄올 등의 탄소원을 에어로졸(areosol) 형태로 상기 챔버 내로 주입될 수 있다. 이때, 상기 탄소원은 비활성 가스 분위기 및 약 1400℃의 온도의 조건에서 상기 챔버 내로 주입될 수 있다. Next, in the step of reacting with the carbon source (ST30), the mixed powder and the carbon source may be reacted. For example, after the mixed powder is placed in the chamber, a carbon source such as ethanol may be injected into the chamber in the form of areosol. At this time, the carbon source may be injected into the chamber under an inert gas atmosphere and a temperature of about 1400 ° C.
이에 따라, 주입된 탄소원은 분해되어 탄소 기체 또는 재결정과정을 통해 탄소 미립자로 변형되며 변형된 탄소원은 두가지 반응을 일으킬 수 있다. 자세하게, 규소입자와 접촉하여 규소를 탄화시켜 탄화규소를 생성하는 반응 및 규소 또는 탄화규소 표면에 과량으로 접촉된 탄소원의 불규칙적인 형태의 자가조립에 의한 다공성 흑연(graphite), 그래핀(grapgene), 탄소나노튜브(carbon nano tube) 등의 탄소 결정 구조체로 변환될 수 있다.Accordingly, the injected carbon source is decomposed and transformed into carbon fine particles through carbon gas or recrystallization process, and the modified carbon source can cause two reactions. In detail, the present invention relates to a process for producing silicon carbide by carbonization of silicon in contact with silicon particles, and a process for producing silicon carbide by porous silicon carbide, graphite, graphene, Carbon nanotubes, and the like.
이에 따라, 상기 코어 및 상기 쉘에는 복수 개의 서로 다른 크기의 기공들이 형성되고, 이에 따라, 실시예에 따른 탄화규소 복합체는 전체적으로 다공성 결정 구조를 가질 수 있다.
Accordingly, a plurality of pores of different sizes are formed in the core and the shell, so that the silicon carbide composite according to an embodiment may have a porous crystal structure as a whole.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 실시예에 따른 탄화규소 복합체가 적용되는 전기 저장 장치를 설명한다.Hereinafter, an electric storage device to which the silicon carbide composite according to the embodiment is applied will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG.
도 3 및 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 전기 저장 장치는 양극 전극(21) 및 음극 전극(22), 상기 양극 전극(21) 및 상기 음극 전극(22) 사이에 배치되는 전해질 및 세퍼레이터를 포함할 수 있다.3 and 4, the electric storage device according to the embodiment includes an electrolyte disposed between the
상기 양극 전극(21) 및 상기 음극 전극(22)은 기판(10) 및 상기 기판(10) 상의 전극층(20)을 포함할 수 있다. 실시예에 따른 탄화규소 복합체는 상기 전극층(20)에 적용될 수 있다.The
상기 기판(10)은 금속을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 기판(10)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. The
자세하게, 상기 기판(10) 상에 탄화규소 복합체, 바인더를 혼합한 전극 물질을 인쇄, 코팅 또는 연신하여 전극층(20)을 형성할 수 있다. 상기 전극층(20)은 상기 기판(10) 상에 약 100㎛ 내지 약 500㎛의 두께로 형성될 수 있다.In detail, the
상기 바인더는 상기 탄화규소 복합체를 상기 기판 상에 인쇄, 코팅 또는 연신하기 위한 물질로서 Polyvinylidene Fluoride(PVDF), Polytetrafluoroethylene(PTFE), carboxymethyl cellulose(CMC) 및 styrene-butadiene rubbe(SBR) 중 적어도 하나의 바인더를 포함할 수 있다.Wherein the binder is a binder for at least one of polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), carboxymethyl cellulose (CMC), and styrene-butadiene rubbe (SBR) as a material for printing, coating or stretching the silicon carbide composite on the substrate . ≪ / RTI >
도 4를 참조하면, 상기 전극층(20)은 상기 기판(10) 상에 약 100㎛ 내지 약 300㎛의 두께(T)로 배치될 수 있다, 상기 전극층(20)의 두께가 약 100㎛ 미만으로 배치되는 경우, 상기 전기 저장 장치의 용량이 감소될 수 있고, 저항이 증가하여 전기 저장 장치의 출력 특성이 저하될 수 있다.4, the
상기 전극층(20)은 도전재를 더 포함할 수 있다. 상기 도전재는 상기 전극층의 전자의 이동을 원활하게 하는 역할을 할 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 전극층(20)은 도전재를 포함하지 않고, 상기 탄화규소 복합체가 도전재 역할을 함께 할 수 있다.The
또한, 상기 양극 전극(21) 및 상기 음극 전극(22) 사이에는 전해질(30) 및 상기 양극 전극(21)과 상기 음극 전극(22)의 접촉을 방지하는 세퍼레이터(40)가 배치될 수 있다.
An
실시예에 따른 탄화규소 복합체는 전극 물질의 밀도를 향상시킬 수 있다. 즉, 코어 및 쉘에 복수 개의 기공을 형성함으로써, 쉘의 두께를 일정 이상의 두께로 제조할 수 있으므로 탄화규소 복합체의 전체적인 밀도를 향상시킬 수 있다.The silicon carbide composites according to the embodiments can improve the density of the electrode material. That is, by forming a plurality of pores in the core and the shell, the thickness of the shell can be made to be a predetermined thickness or more, thereby improving the overall density of the silicon carbide composite.
또한, 실시예에 따른 탄화규소 복합체는 전극 물질의 비표면적을 증가시킬 수 있다. 즉, 쉘에, 기공을 포함하는 탄소 결정이 형성됨에 따라, 탄화규소 복합체의 전체적인 비표면적을 향상시킬 수 있다.In addition, the silicon carbide composite according to the embodiment can increase the specific surface area of the electrode material. That is, as the carbon crystal containing pores is formed in the shell, the overall specific surface area of the silicon carbide composite can be improved.
이에 따라, 실시예에 따른 탄화규소 복합체가 슈퍼 캐패시터 또는 울트라 캐패시터 등의 전기 저장 장치에 적용될 때, 전기 용량을 향상시킬 수 있으므로, 대용량의 전기 저장 장치를 구현할 수 있다.Accordingly, when the silicon carbide composite according to the embodiment is applied to an electric storage device such as a supercapacitor or an ultracapacitor, the electric capacity can be improved, so that a large-capacity electric storage device can be realized.
또한, 탄화규소 복합체가 도전재의 역할을 동시에 할 수 있어, 전극층 형성시 별도의 도전재가 첨가되지 않을 수 있다.
Further, the silicon carbide composite can simultaneously function as a conductive material, and a separate conductive material may not be added when the electrode layer is formed.
이하, 실시예들 및 비교예들에 따른 탄화규소 복합체의 제조 방법을 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실시예는 본 발명을 좀더 상세하게 설명하기 위하여 예시로 제시한 것에 불과하다. 따라서 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the method for producing a silicon carbide composite according to Examples and Comparative Examples. These embodiments are merely illustrative of the present invention in order to explain the present invention in more detail. Therefore, the present invention is not limited to these embodiments.
실시예 1Example 1
규소원으로서 실리콘 분말을 유기물로서 덱스트린을 준비하고, 상기 실리콘 분말과 덱스트린을 물에 용해하여 혼합기를 이용하여 혼합하였다.As a silicon source, silicon powder was used as an organic substance and dextrin was prepared. The silicon powder and dextrin were dissolved in water and mixed using a mixer.
이어서, 약 300℃의 온도에서 노즐 분사를 통해 약 10㎛의 혼합 분말을 형성하였다.Subsequently, a mixed powder of about 10 mu m was formed through nozzle injection at a temperature of about 300 DEG C.
이어서, 상기 혼합 분말을 챔버 내에 투입한 후, 주입구를 통해 에탄올을 에어로졸 형태로 주입하였다. 이때, 에탄올은 약 1000℃의 온도 및 아르곤(Ar) 가스 분위기하에서 주입될 수 있다.Subsequently, the mixed powder was injected into the chamber, and then ethanol was injected in an aerosol form through the injection port. At this time, the ethanol can be injected at a temperature of about 1000 캜 and under an argon (Ar) gas atmosphere.
이어서, 상기 챔버의 온도를 약 1200℃의 온도까지 상승시킨 후, 탄소원과 규소원의 합성 반응을 시킨 후, X선 회절 분석기를 통해 성분을 분석하였고, 반응 후 탄화규소 복합체의 비표면적, 평균 기공의 크기 및 밀도를 측정하였다.Then, the temperature of the chamber was raised to a temperature of about 1200 ° C., and a synthesis reaction of a carbon source and a silicon source was performed. Then, the components were analyzed by an X-ray diffraction analyzer. After the reaction, the specific surface area of the silicon carbide composite, Were measured.
또한, 상기 탄화규소 복합체를 전기 저장 장치에 적용한 후, 전기 용량을 측정하였다.
Further, after the silicon carbide composite was applied to an electric storage device, the electric capacity was measured.
비교예 1Comparative Example 1
챔버 내에 실리콘 분말을 투입한 후, 주입구를 통해 에탄올을 에어로졸 형태로 주입하였다. 이때, 에탄올은 약 1000℃의 온도 및 아르곤(Ar) 가스 분위기하에서 주입될 수 있다.After injecting the silicon powder into the chamber, ethanol was injected in an aerosol form through the inlet. At this time, the ethanol can be injected at a temperature of about 1000 캜 and under an argon (Ar) gas atmosphere.
이어서, 상기 챔버의 온도를 약 1200℃의 온도까지 상승시킨 후, 탄소원과 규소원의 합성 반응을 시킨 후, X선 회절 분석기를 통해 성분을 분석하였고, 반응 후 탄화규소 복합체의 비표면적, 평균 기공의 크기 및 밀도를 측정하였다.Then, the temperature of the chamber was raised to a temperature of about 1200 ° C., and a synthesis reaction of a carbon source and a silicon source was performed. Then, the components were analyzed by an X-ray diffraction analyzer. After the reaction, the specific surface area of the silicon carbide composite, Were measured.
또한, 상기 탄화규소 복합체를 전기 저장 장치에 적용한 후, 전기 용량을 측정하였다.
Further, after the silicon carbide composite was applied to an electric storage device, the electric capacity was measured.
표 1을 참조하면, 실시예에 따른 탄화규소 복합체는 코어 및 쉘에 모두 기공이 형성되고, 밀도, 비표면적 및 기공의 평균 입경이 모두 비교예에 비해 더 큰 것을 알 수 있다.
Referring to Table 1, it can be seen that the silicon carbide composite according to the embodiment has pores formed in both the core and the shell, and the average particle diameter of the density, specific surface area and pore are both larger than those of the comparative example.
또한, 도 5를 참조하면, 실시예에 따른 탄화규소 복합체가 적용된 전기 저장 장치의 전기 용량은 비교예에 따른 탄화규소 복합체가 적용된 전기 저장 장치의 전기 용량에 비해 더 큰 것을 알 수 있다.
Also, referring to FIG. 5, it can be seen that the electric capacity of the electric storage device to which the silicon carbide composite according to the embodiment is applied is larger than that of the electric storage device to which the silicon carbide composite according to the comparative example is applied.
이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments may be modified and implemented. It is to be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.
Claims (7)
상기 코어를 둘러싸는 쉘(shell)을 포함하고,
상기 코어는 매트릭스 및 상기 매트릭스 내의 탄화규소 입자를 포함하고,
상기 매트릭스는 제 1 기공을 포함하고,
상기 쉘은 제 2 기공을 포함하고,
상기 제 1 기공과 상기 제 2 기공의 입경은 서로 다르고,
상기 제 1 기공의 입경은 2㎚ 내지 50㎚이고,
상기 제 2 기공의 입경은 2㎚ 미만인 탄화규소 복합체.A core; And
And a shell surrounding the core,
The core comprising a matrix and silicon carbide particles in the matrix,
Wherein the matrix comprises a first pore,
Wherein the shell comprises a second pore,
Wherein the first pores and the second pores have different particle diameters,
The particle size of the first pores is 2 nm to 50 nm,
And the second pore has a particle diameter of less than 2 nm.
상기 매트릭스는 유기물을 포함하는 탄화규소 복합체.The method according to claim 1,
Wherein the matrix comprises an organic material.
상기 매트릭스는 덱스트린을 포함하는 탄화규소 복합체.The method according to claim 1,
Wherein the matrix comprises dextrin.
상기 매트릭스 내부에는 복수 개의 탄화규소 입자가 분산되며 배치되는 탄화구소 복합체.The method according to claim 1,
And a plurality of silicon carbide particles are dispersed and disposed in the matrix.
상기 쉘은 탄소를 포함하는 탄화규소 복합체.The method according to claim 1,
Wherein the shell comprises carbon.
상기 양극 전극 및 상기 음극 전극 사이의 전해질을 포함하고.
상기 양극 전극 및 음극 전극은,
기판;
상기 기판 상의 전극층을 포함하고,
상기 전극층은 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 탄화규소 복합체를 포함하는 전기 저장 장치.An anode electrode and a cathode electrode; And
And an electrolyte between the anode electrode and the cathode electrode.
The positive electrode and the negative electrode may be made of,
Board;
And an electrode layer on the substrate,
Wherein the electrode layer comprises the silicon carbide composite according to any one of claims 1 to 5.
상기 전극층은 도전재를 더 포함하는 전기 저장 장치.The method according to claim 6,
Wherein the electrode layer further comprises a conductive material.
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