KR20180013581A - Apparatus for producing graphine, method for producing graphine, and supercapacitor - Google Patents

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KR20180013581A
KR20180013581A KR1020160097502A KR20160097502A KR20180013581A KR 20180013581 A KR20180013581 A KR 20180013581A KR 1020160097502 A KR1020160097502 A KR 1020160097502A KR 20160097502 A KR20160097502 A KR 20160097502A KR 20180013581 A KR20180013581 A KR 20180013581A
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porous metal
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KR1020160097502A
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한영희
김근수
남정태
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한국전력공사
세종대학교산학협력단
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Abstract

An apparatus for producing graphene of the present invention comprises a first roller for supplying and recovering porous metal foam in a roll-to-roll manner, a heating unit for heat-treating the porous metal foam and forming graphene on the surface of the porous metal foam, and a second roller for collecting and supplying the heat-treated metal foam in a roll-to-roll manner. The apparatus for producing graphene of the present invention has a stable three-dimensional structure, and allows continuous production of graphene.

Description

그래핀 제조 장치, 그래핀 제조 방법 및 수퍼커패시터{APPARATUS FOR PRODUCING GRAPHINE, METHOD FOR PRODUCING GRAPHINE, AND SUPERCAPACITOR}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a graphene manufacturing apparatus, a graphene manufacturing method, and a supercapacitor,

본 발명은 그래핀 제조 장치, 그래핀 제조 방법 및 수퍼커패시터에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a graphene manufacturing apparatus, a graphene manufacturing method, and a supercapacitor.

그래핀은 탄소가 sp2 결합을 한 벌집 모양의 2차원 결정 구조를 가지고 있다. 그래핀은 원자 하나의 두께로 투명성이 우수할 뿐만 아니라, 물리적, 화학적, 전기적인 특성이 매우 우수하여, 터치패널, 플렉서블 디스플레이, 태양전지, 방열필름, 코팅 재료, 스피커, 담수화 필터, 이차전지용 전극, 충전기, 수퍼커패시터 등 다양한 분야에서 관심이 높다.Graphene has a honeycomb two - dimensional crystal structure with carbon sp 2 bonds. Graphene has excellent physical, chemical and electrical properties as well as excellent transparency due to the thickness of one atom. Therefore, it can be used as a touch panel, a flexible display, a solar cell, a heat radiation film, a coating material, a speaker, a desalination filter, , Chargers, and super capacitors.

3차원 입체 구조를 가지는 그래핀은 2차원의 그래핀 보다 물성이 우수하여, 최근 이에 대한 관심이 높아지고 있으나, 3차원 입체 구조의 그래핀을 제조하더라도 2차원 구조로 되돌아 가거나, 연속적인 생산이 어려운 등의 문제점이 있다.Although graphene having a three-dimensional structure has superior properties than two-dimensional graphene, interest in the latter has been increasing recently. However, even if graphene having a three-dimensional structure is produced, it is difficult to return to a two- And the like.

이에, 안정적인 3차원 구조를 갖는 그래핀을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 연속적으로 생산이 가능하여 생산성이 우수한 그래핀을 제조할 수 있는 장치가 필요하다.Accordingly, there is a need for an apparatus capable of producing graphene having a stable three-dimensional structure as well as capable of continuously producing graphene with excellent productivity.

본 발명의 목적은 안정적인 3차원 입체 구조를 갖는 그래핀 제조 장치, 그래핀 제조 방법 및 수퍼커패시터를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a graphene manufacturing apparatus, a graphene manufacturing method, and a supercapacitor having a stable three-dimensional steric structure.

본 발명의 다른 목적은 연속적인 생산이 가능하여 생산성이 우수한 그래핀 제조 장치, 그래핀 제조 방법 및 수퍼커패시터를 제공하기 위한 것이다.It is another object of the present invention to provide a graphene manufacturing apparatus, a graphene manufacturing method, and a supercapacitor which are capable of continuous production and are excellent in productivity.

본 발명의 또 다른 목적은 공정성이 우수한 그래핀 제조 장치, 그래핀 제조 방법 및 수퍼커패시터를 제공하기 위한 것이다.It is still another object of the present invention to provide a graphene manufacturing apparatus, a graphene manufacturing method, and a supercapacitor having excellent processability.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.

본 발명의 하나의 관점은 그래핀 제조 장치에 관한 것이다.One aspect of the present invention relates to a graphene manufacturing apparatus.

구체예에서, 상기 그래핀 제조 장치는 다공성 금속폼을 롤투롤 방식으로 공급 및 회수하는 제1 롤러, 상기 다공성 금속폼을 열처리하고, 상기 다공성 금속폼의 표면에 그래핀을 형성하는 가열부 및 상기 열처리된 금속폼을 롤투롤 방식으로 회수 및 공급하는 제2 롤러를 포함한다.In a specific example, the graphene manufacturing apparatus comprises a first roller for supplying and recovering a porous metal foam in a roll-to-roll fashion, a heating portion for heat-treating the porous metal foam, forming a graphene on the surface of the porous metal foam, And a second roller for collecting and supplying the heat-treated metal foam in a roll-to-roll manner.

상기 그래핀 형성은 화학기상증착법에 의할 수 있다.The graphene formation may be performed by chemical vapor deposition.

상기 제1 롤러 및 제2 롤러는 라쳇 시스템을 포함할 수 있다.The first roller and the second roller may include a ratchet system.

상기 그래핀 제조 장치는, 상기 제1 롤러 및 제2 롤러 사이에 형성되어 상기 다공성 금속폼이 통과하고, 상기 가열부가 구비되는 작업챔버, 상기 제1 롤러를 수용하는 제1 챔버 및 상기 제2 롤러를 수용하는 제2 챔버를 더 포함하고, 상기 작업챔버, 제1 챔버 및 제2 챔버는 일체형으로 형성될 수 있다.Wherein the graphene production apparatus comprises a working chamber formed between the first roller and the second roller and through which the porous metal foam passes and having the heating section, a first chamber accommodating the first roller, The first chamber and the second chamber may be integrally formed. The first chamber and the second chamber may be integrally formed.

상기 가열부는 온도 조절이 가능한 열원을 구비할 수 있다.The heating unit may include a temperature controllable heat source.

상기 제2 챔버는 그래핀의 원료 가스를 공급하는 원료 공급부를 더 구비할 수 있다.The second chamber may further include a material supply unit for supplying the material gas of the graphene.

상기 원료 공급부는 액체를 기화시켜 그래핀의 원료로 공급하는 액체 원료 공급부 또는 그래핀의 도핑 원료를 공급하는 도펀트 공급부를 더 포함할 수 있다.The raw material supply part may further include a liquid raw material supplying part for supplying the raw material of the graphene by vaporizing the liquid or a dopant supplying part for supplying the raw material for doping the graphene.

상기 제1 챔버는 가스를 배출하는 가스 배출구가 더 구비될 수 있다.The first chamber may further include a gas outlet for discharging gas.

본 발명의 다른 관점은 그래핀 제조 방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a method for producing graphene.

구체예에서, 상기 제조 방법은 롤투롤 방식으로 다공성 금속폼을 1차 공급하는 단계, 상기 다공성 금속폼을 열처리하는 단계, 상기 열처리된 다공성 금속폼을 롤투롤 방식으로 1차 회수하는 단계, 상기 1차 회수된 다공성 금속폼을 롤투롤 방식으로 2차 공급하는 단계, 상기 다공성 금속폼 표면에 그래핀을 형성시키는 단계 및 상기 그래핀이 형성된 다공성 금속폼을 롤투롤 방식으로 2차 회수하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the method comprises the steps of: first feeding a porous metal foam in a roll-to-roll fashion, heat treating the porous metal foam, firstly recovering the heat-treated porous metal foam in a roll-to-roll fashion, A second step of supplying the recovered porous metal foam by a roll-to-roll method, a step of forming graphene on the surface of the porous metal foam, and a step of recovering the graphene-formed porous metal foam by a roll-to-roll method can do.

상기 열처리는 800℃ 내지 1100℃에서 수행될 수 있다.The heat treatment may be performed at 800 ° C to 1100 ° C.

상기 그래핀 형성은 화학기상증착법에 의하는 것일 수 있다.The graphene formation may be by chemical vapor deposition.

상기 화학기상증착법은 800℃ 내지 1100℃에서 수행될 수 있다.The chemical vapor deposition method may be performed at 800 ° C to 1100 ° C.

상기 그래핀 제조 방법은, 다공성 금속폼을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.The graphene manufacturing method may further include removing the porous metal foam.

본 발명의 또 다른 관점은 수퍼커패시터에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a supercapacitor.

구체예에서, 상기 수퍼커패시터는 상기와 같은 방식으로 제조된 그래핀 또는 그래핀이 형성된 다공성 금속폼을 전극으로 포함할 수 있다.In an embodiment, the supercapacitor may comprise a porous metal foil formed of graphene or graphene, prepared in such a manner, as an electrode.

본 발명은 안정적인 3차원 입체 구조를 갖는 그래핀의 제조가 가능하고, 생산성 및 공정성이 우수한 그래핀 제조 장치, 그래핀 제조 방법 및 수퍼커패시터를 제공하는 효과를 갖는다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has an effect of providing a graphene manufacturing apparatus capable of producing graphene having a stable three-dimensional steric structure and excellent in productivity and processability, a graphene manufacturing method, and a supercapacitor.

도 1은 본 발명의 구체예에 따른 그래핀 제조 장치의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 구체예에 따른 그래핀 제조 장치의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 구체예에 따라 제조된 그래핀을 전자현미경으로 촬영한 사진이다.
1 schematically shows a cross-sectional view of a graphene manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 schematically shows a cross-sectional view of a graphene manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a photograph of graphene prepared according to an embodiment of the present invention, taken by an electron microscope.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 출원의 구체예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 구체예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to embodiments of the present application, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. However, the techniques disclosed in this application are not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms.

단지, 여기서 소개되는 구체예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해 질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 또한, 설명의 편의를 위하여 구성요소의 일부만을 도시하기도 하였으나, 당업자라면 구성요소의 나머지 부분에 대하여도 용이하게 파악할 수 있을 것이다.Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of this invention to those skilled in the art. In the drawings, the width, thickness, and the like of the components are enlarged in order to clearly illustrate the components of each device. In addition, although only a part of the components is shown for convenience of explanation, those skilled in the art can easily grasp the rest of the components.

본 명세서에서 "상부"와 "하부"는 도면을 기준으로 정의한 것으로서, 시관점에 따라 "상부"가 "하부"로, "하부"가 "상부"로 변경될 수 있고, "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 구조를 개재한 경우도 포함할 수 있다. 반면, "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 구조를 개재하지 않은 것을 의미한다.The terms "upper" and "lower" in this specification are defined with reference to the drawings, Quot; or "on" may include not only superimposition but also interposition of another structure in the middle. On the other hand, what is referred to as "directly on" or "directly above"

본 명세서에서 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Although the terms including ordinals such as first, second, etc. in this specification can be used to describe various elements, the elements are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

또한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그리고, 복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. In the drawings, the same reference numerals denote substantially the same elements.

한편, 본 명세서에서 서술되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, '포함하다' 또는 '가지다'등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood that the singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise, and the terms "comprise" That does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof, .

또한, 방법 또는 제조방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 공정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 공정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.Further, in carrying out the method or the manufacturing method, the respective steps constituting the method may take place differently from the stated order unless the specific order is explicitly stated in the context. That is, each process may occur in the same order as described, may be performed substantially concurrently, or may be performed in reverse order.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

그래핀Grapina 제조 장치 Manufacturing apparatus

도 1을 참고하여, 본 발명의 하나의 관점인 그래핀 제조 장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 구체예에 따른 그래핀 제조 장치의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.Referring to Fig. 1, a graphene manufacturing apparatus which is one aspect of the present invention will be described. 1 schematically shows a cross-sectional view of a graphene manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 구체예에 따른 그래핀 제조 장치(1000)는 다공성 금속폼을 롤투롤 방식으로 공급 및 회수하는 제1 롤러(100), 상기 다공성 금속폼을 열처리하고, 상기 다공성 금속폼의 표면에 그래핀을 형성하는 가열부(200) 및 상기 열처리된 금속폼을 롤투롤 방식으로 회수 및 공급하는 제2 롤러(300)를 포함한다.The apparatus 1000 for manufacturing a graphene according to an embodiment of the present invention includes a first roller 100 for supplying and recovering a porous metal foam by a roll-to-roll method, a heat treatment device for heating the porous metal foam, A heating unit 200 for forming a fin and a second roller 300 for collecting and supplying the heat-treated metal foam in a roll-to-roll manner.

본 발명의 그래핀 제조 장치(1000)는 그래핀을 다공성 금속폼 표면에 형성시켜, 안정적인 3차원 구조를 갖는 그래핀을 제조할 수 있다. 다공성 금속폼은 스폰지 형태로, 모든 기공이 연결된 완전 개방형 다공성 금속 구조체로써, 상기 다공성 금속폼 표면에 그래핀이 형성되는 경우 안정적인 3차원 구조를 유지할 수 있다. 이러한 3차원 구조의 그래핀은 물리적, 화학적, 전기적인 특성이 매우 우수하여 다양한 분야에 적용이 가능하며, 특히 비표면적이 커서 전극 및 수퍼커패시터로써 활용이 가능하다.The graphene manufacturing apparatus 1000 of the present invention can form graphene on the surface of a porous metal foam to produce graphene having a stable three-dimensional structure. The porous metal foam is a sponge-like, fully-open porous metal structure to which all the pores are connected. When the graphene is formed on the surface of the porous metal foam, a stable three-dimensional structure can be maintained. Such a three-dimensional structure of graphene is excellent in physical, chemical and electrical properties, and thus can be applied to various fields. In particular, it can be used as an electrode and a supercapacitor with a large specific surface area.

본 발명에서 그래핀 제조는 다공성 금속폼 표면에 그래핀을 형성시키기 이전에, 상가 다공성 금속폼을 열처리하는 공정을 포함한다. 자세한 그래핀 제조 방법은 후술한다. The graphene preparation in the present invention includes a step of heat-treating the porous metal foams before forming the graphenes on the porous metal foam surfaces. A detailed method of producing graphene will be described later.

본 발명의 그래핀 제조 장치(1000)는 롤투롤 방식을 적용하여, 계속적인 생산이 가능하고, 가열부(200)는 열처리 및 그래핀 형성이 모두 가능하여 공정성도 우수하다. 구체적으로, 제1 롤러(100)는 상기 다공성 금속폼(10)을 롤투롤 방식으로 공급 및 회수하는 역할을 하고, 제2 롤러(300)는 상기 열처리된 금속폼(10)을 롤투롤 방식으로 회수 및 공급하는 역할을 한다. 더욱 구체적으로, 제1 롤러(100)에 감겨있는 다공성 금속폼(10)이 가열부(200)를 지나 제2 롤러(300)에 감기는 공정(이하, 제1 공정)에서, 상기 가열부(200)는 상기 다공성 금속폼(10)을 열처리한다. 그 후, 제2 롤러(300)에 감겨있는 열처리 된 다공성 금속폼(10)이 가열부(200)를 다시 지나 제1 롤러(100)에 감기는 공정(이하, 제2 공정)에서, 상기 가열부(200)는 상기 열처리된 다공성 금속폼(10)의 표면에 그래핀을 형성 시킨다. 상기 제1 공정 및 제2 공정 후에 필요에 따라, 실질적으로 제1 공정과 동일한 제3 공정 및/또는 실질적으로 제2 공정과 동일한 제4 공정을 반복할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.The graphene manufacturing apparatus 1000 according to the present invention can be continuously produced by applying a roll-to-roll method, and the heating unit 200 can be both heat-treated and graphene-formed. Specifically, the first roller 100 serves to supply and recover the porous metal foam 10 in a roll-to-roll manner, and the second roller 300 functions to roll the heat-treated metal foam 10 in a roll- Collecting and supplying them. More specifically, in the process (hereinafter referred to as a first process) in which the porous metal foam 10 wound around the first roller 100 is wound on the second roller 300 through the heating section 200, 200 heat-treat the porous metal foam 10. Thereafter, in the process (hereinafter referred to as a second process) in which the heat-treated porous metal foam 10 wrapped around the second roller 300 is wound around the first roller 100 after passing through the heating unit 200 again, (200) forms a graphene on the surface of the heat-treated porous metal foam (10). After the first step and the second step, if necessary, the third step substantially the same as the first step and / or the fourth step substantially the same as the second step may be repeated, but the present invention is not limited thereto.

제1 롤러(100) 및 제2 롤러(300)는 제1 공정에서 제2 공정(추가적인 제3 및 제4 공정도 가능)으로 전환 시 회전 방향이 자동으로 바뀌는 오토 리버스(auto-reverse) 시스템을 포함할 수 있다. 상기 오토 리버스 시스템은 통상적으로 적용되는 오토 리버스 시스템을 적용할 수 있다. 구체적으로, 제1 롤러(100)에서 다공성 금속폼(10)이 모두 풀리는 경우, 자동으로 제1 및 제2 롤러의 회전 방향이 바뀔 수 있다.The first roller 100 and the second roller 300 are connected to each other by an auto-reverse system in which the rotational direction is automatically changed when the second process is performed in the first process (additional third and fourth processes are possible) . The auto-reverse system can be applied to a commonly used auto-reverse system. Specifically, when the porous metal foams 10 are all unwound from the first roller 100, the rotational direction of the first and second rollers can be automatically changed.

상기 제1 롤러(100) 및 제2 롤러(300)는 라쳇 시스템을 포함할 수 있다. 상기 라쳇 시스템은 한 회전방향으로만 걸리는 톱니를 사용하여, 상기 다공성 금속폼(10)을 감는 롤러만 회전 동력에 의해 스스로 회전하여 장력이 생기고, 상기 다공성 금속폼(10)이 풀리는 롤러에는 전혀 장력이 발생하지 않으므로, 다공성 금속폼(10)의 끊어짐, 롤러의 회전 반경 변화에 따른 오차발생 및 생성된 그래핀의 변형을 효과적으로 방지할 수 있다.The first roller 100 and the second roller 300 may include a ratchet system. In the ratchet system, only the roller that winds the porous metal foam 10 rotates by itself using a tooth which is engaged only in one rotation direction, so that a tension is generated, and the roller, on which the porous metal foam 10 is unwound, It is possible to effectively prevent the breakage of the porous metal foam 10, the generation of errors due to the change in the turning radius of the roller, and the deformation of the generated graphene.

상기 다공성 금속폼(10)은 기공률이 80% 이상, 예를 들어 80 내지 99%, 구체적으로 85% 내지 99%, 더욱 구체적으로 90% 내지 99%일 수 있다. 상기의 범위에서 안정적인 3차원 구조의 그래핀이 형성될 수 있다. The porous metal foam 10 may have a porosity of 80% or more, for example, 80 to 99%, specifically 85% to 99%, more specifically 90% to 99%. A stable three-dimensional structure of graphene can be formed within the above range.

구체예에서, 다공성 금속폼의 기공률 또는 기공 크기, 기공 크기 구배 등을 조절하기 위해 다공성 금속폼을 압착할 수 있다. 이 경우, 상기 압착은 10 bar 내지 500 bar, 구체적으로 50 bar 내지 400 bar, 더욱 구체적으로 50 내지 300 bar로 압착할 수 있다. 상기의 범위에서, 다공성 금속폼에 그래핀이 효과적으로 성장될 수 있다.In embodiments, the porous metal foam may be pressed to adjust porosity or pore size, pore size gradient, etc. of the porous metal foam. In this case, the pressing can be squeezed from 10 bar to 500 bar, specifically from 50 bar to 400 bar, more specifically from 50 to 300 bar. Within this range, graphene can be effectively grown on the porous metal foams.

상기 다공성 금속폼(10)의 성분은 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 로듐(Rh), 실리콘(Si), 탄탈럼(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 우라늄(U), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 이트리움(Y) 및 및지르코늄(Zr) 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 상기 2 이상의 성분의 합금을 적용할 수도 있다.The porous metal foam 10 may include at least one of nickel, cobalt, iron, platinum, gold, silver, aluminum, chromium, (Si), tantalum (Ta), titanium (Ti), tungsten (W), uranium (U), copper (Cu), magnesium (Mg), manganese (Mn), molybdenum , Vanadium (V), palladium (Pd), yttrium (Y), and zirconium (Zr), and alloys of the two or more components may be applied.

상기 제1 공정에서 가열부(200)는 상기 다공성 금속폼(10)을 열처리한다. 상기 가열부는 온도 조절이 가능한 열원을 구비할 수 있다. 상기 가열부의 가열 방식은 저항가열, 고주파 유도 가열, 마이크로웨이브 가열, 적외선 가열, 근적외선 가열 등의 방식을 적용할 수 있다.In the first step, the heating unit 200 heats the porous metal foam 10. The heating unit may include a temperature controllable heat source. The heating method of the heating unit may be resistance heating, high frequency induction heating, microwave heating, infrared heating, near infrared heating, or the like.

상기 열처리는 환원성 가스 분위기에서 600℃ 이상, 구체적으로 800℃ 내지 1100℃의 온도에서 수행할 수 있다. 상기 환원성 가스는 수소, 헬륨, 아르곤 및 암모니아 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 열처리 효율 및 비용 면에서 수소와 암모니아의 혼합가스를 적용할 수 있다. 상기 열처리에 의하면 다공성 금속폼의 금속 결정이 성장하여 표면 거칠기가 줄어들고, 이로 인해 그래핀 성장시 그래핀의 결점(defect)를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 금속 산화물을 제거하는 효과도 있다.The heat treatment may be performed at a temperature of 600 ° C or higher, specifically 800 ° C to 1100 ° C in a reducing gas atmosphere. The reducing gas may include at least one of hydrogen, helium, argon, and ammonia. A mixed gas of hydrogen and ammonia can be applied in terms of heat treatment efficiency and cost. According to the heat treatment, the metal crystal of the porous metal foam grows to reduce the surface roughness, thereby preventing defects of the graphene during graphene growth and also removing the metal oxide.

상기 제2 공정에서 가열부(300)는 열처리된 상기 다공성 금속폼(10)의 표면에 그래핀을 형성시킬 수 있다. 상기 그래핀 형성은 화학기상증착법(CVD)에 의할 수 있으며, 이에 관해서는 본 발명의 다른 관점인 그래핀 제조 방법에서 자세히 설명한다. 상기 그래핀 형성은 다공성 금속폼(10)의 녹는점 이하의 온도를 적용할 수 있고, 예를 들어 800℃ 내지 1100℃의 온도를 적용할 수 있다. 구체적으로 그래핀 제조 장치의 효율 및 운영 면에서 상기 열처리 온도와 상기 그래핀 형성 온도의 차이는 50℃ 이하로 적용할 수 있다.In the second step, the heating unit 300 may form graphene on the surface of the heat-treated porous metal foam 10. The graphene formation can be performed by chemical vapor deposition (CVD), which will be described in detail in a graphene manufacturing method which is another aspect of the present invention. The graphene formation may be carried out at a temperature below the melting point of the porous metal foam 10, for example, a temperature of 800 ° C to 1100 ° C. Specifically, the difference between the heat treatment temperature and the graphening temperature may be 50 ° C or lower in terms of efficiency and operation of the graphene production apparatus.

이하, 도 2를 참고하여 본 발명의 그래핀 제조 장치에 포함 가능한 다른 구성들을 설명한다. 도 2는 본 발명의 구체예에 따른 그래핀 제조 장치의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.Hereinafter, other configurations that can be included in the graphene manufacturing apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of a graphene manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 그래핀 제조 장치(2000)는 상기 제1 롤러(100) 및 제2 롤러(300) 사이에 형성되어 상기 다공성 금속폼(10)이 통과하고, 상기 가열부(200)가 구비되는 작업챔버(400), 상기 제1 롤러(100)를 수용하는 제1 챔버(500) 및 상기 제2 롤러(300)를 수용하는 제2 챔버(600)를 더 포함하고, 상기 작업챔버(400), 제1 챔버(500) 및 제2 챔버(600)는 일체형으로 형성될 수 있다.The apparatus 2000 for manufacturing a graphene according to the present invention is formed between the first roller 100 and the second roller 300 and passes through the porous metal foam 10, Further comprising a chamber (400), a first chamber (500) for receiving the first roller (100) and a second chamber (600) for receiving the second roller (300) The first chamber 500 and the second chamber 600 may be integrally formed.

작업챔버(400)는 다공성 금속폼(10)의 열처리 및 그래핀이 형성되는 공간으로써, 작업챔버는 열처리 시 환원성 가스 분위기, 그래핀 성장 시 탄소 공급 분위기 및 도펀트 등이 다공성 금속폼(10) 주변에 효율적으로 배치 및 유지되도록 외부와 차단되는 공간을 제공할 수 있다. 작업챔버(400)의 단면 모양, 크기 및 길이 등은 그래핀 제조 환경에 따라 적절히 변형 가능하다.The working chamber 400 is a space where heat treatment of the porous metal foam 10 and graphene are formed. In the working chamber, a reducing gas atmosphere, a carbon supply atmosphere and a dopant during graphene growth are formed around the porous metal foam 10 It is possible to provide a space which is shielded from the outside so as to be efficiently arranged and maintained in the space. The shape, size, length, etc. of the cross section of the working chamber 400 can be appropriately modified according to the graphene manufacturing environment.

제1 챔버(500) 및 제2 챔버(600)는 제1 롤러(100) 및 제2 롤러(300)를 수용하고, 외부와 차단하는 역할을 할 수 있다. 상기 작업챔버(400), 제1 챔버(500) 및 제2 챔버(600)는 일체형으로 형성되어, 각 공정시 필요한 분위기를 효율적으로 조성할 수 있는 장점이 있다. 제1 챔버(500) 및 제2 챔버(600) 역시 모양, 크기 및 길이 등은 그래핀 제조 환경에 따라 적절히 변형 가능하다.The first chamber 500 and the second chamber 600 may serve to receive the first roller 100 and the second roller 300 and to block the first roller 100 and the second roller 300 from the outside. The working chamber 400, the first chamber 500, and the second chamber 600 are integrally formed so that the atmosphere necessary for each process can be efficiently formed. The shape, size, length, etc. of the first chamber 500 and the second chamber 600 may also be appropriately modified according to the manufacturing environment of the graphene.

상기 제2 챔버(600)는 그래핀의 원료 가스를 공급하는 원료 공급부(700)를 더 구비할 수 있다. 상기 원료 공급부(700)는 탄소 공급원을 제2 챔버(600)를 통하여 작업챔버(400)로 제공할 수 있다. 상기 탄소 공급원으로는 메탄(CH4), 일산화탄소(CO), 에탄(C2H6), 에틸렌(CH2), 에탄올(C2H5), 아세틸렌(C2H2), 프로판(CH3CH2CH3), 프로필렌(C3H6), 부탄(C4H10), 펜탄(CH3(CH2)3CH3), 펜텐(C5H10), 사이클로펜타디엔(C5H6), 헥산(C6H14), 사이클로헥산(C6H12), 벤젠(C6H6) 및 톨루엔(C7H8) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 알코올류도 기화시켜 탄소 공급원으로 적용할 수 있다. 필요에 따라 도핑된 그래핀을 형성하고자 하는 경우, 원료 공급부(700)는 피리딘(C5H5N), 다아이진(C4H4N2), 트라이진(C3H3N3), 트리페닐 보레인(C18H15B)과 같은 질소나 붕소원자가 도핑된 그래핀을 형성할 수 있는 탄소 공급원을 제공할 수 있다. 상기 도핑된 그래핀을 형성하기 위한 탄소 공급원은 이와 같이 원료 공급부(700)를 통해 공급될 수도 있고, 하기와 같이 별도의 도펀트 공급부를 구비할 수도 있으며, 액체 원료 공급부를 통해 공급될 수도 있다.The second chamber 600 may further include a material supply unit 700 for supplying a source gas of graphene. The raw material supply unit 700 may supply the carbon source to the working chamber 400 through the second chamber 600. As the carbon source is methane (CH 4), carbon monoxide (CO), ethane (C 2 H 6), ethylene (CH 2), ethanol (C 2 H 5), acetylene (C 2 H 2), propane (CH 3 CH 2 CH 3), propylene (C 3 H 6), butane (C 4 H 10), pentane (CH 3 (CH 2) 3 CH 3), pentene (C 5 H 10), dicyclopentadiene (C 5 H 6), may include hexane (C 6 H 14), cyclohexane (C 6 H 12), one or more of the benzene (C 6 H 6), toluene (C 7 H 8). Alcohols can also be vaporized and applied as a carbon source. The raw material supply portion 700 may be formed of a material selected from the group consisting of pyridine (C 5 H 5 N), diazin (C 4 H 4 N 2 ), triazine (C 3 H 3 N 3 ) the triphenyl borane (C 18 H 15 B) nitrogen and boron atoms, such as doped So it is possible to provide a carbon source capable of forming a pin. The carbon source for forming the doped graphene may be supplied through the raw material supply unit 700 as described above, or may be provided with a separate dopant supply unit as described below, or may be supplied through the liquid raw material supply unit.

상기 원료 공급부(700)는 액체를 기화시켜 그래핀의 원료로 공급하는 액체 원료 공급부(미도시) 또는 그래핀의 도핑 원료를 공급하는 도펀트 공급부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 액체 원료 공급부는 알코올과 같은 액체를 기화시켜 탄소 공급원으로 제공할 수 있으며, 도펀트 공급부는 피리딘(C5H5N), 다아이진(C4H4N2), 트라이진(C3H3N3), 트리페닐 보레인(C18H15B)과 같은 질소나 붕소원자와 같은 도펀트를 제공할 수 있다. 또한, 상기 원료 공급부는 열처리 시 환원성 가스를 공급하는 환원성 가스 공급부(미도시)를 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 상기 환원성 가스 공급부는 작업챔버(400) 또는 제1 챔버(500)에 구비될 수도 있다.The raw material supply unit 700 may further include a liquid raw material supply unit (not shown) for vaporizing the liquid to supply the raw material to the graphene or a dopant supply unit (not shown) for supplying the raw material for doping the graphene. The liquid feed portion may vaporize a liquid such as an alcohol to provide a carbon source. The dopant feed portion may include pyridine (C 5 H 5 N), diazin (C 4 H 4 N 2 ), triazine (C 3 H 3 N 3 ), triphenylborane (C 18 H 15 B), or a boron atom. The raw material supply unit may further include a reducing gas supply unit (not shown) for supplying a reducing gas during the heat treatment, but the present invention is not limited thereto. For example, the reducing gas supply unit may be provided in the working chamber 400 or the first chamber 500.

상기 제1 챔버(500)는 가스를 배출하는 가스 배출구(800)가 더 구비될 수 있다. 상기 가스 배출구(800)는 탄소가 제공되고 그래핀의 성장에 필요 없는 가스 또는 기타 배출이 필요한 챔버 내의 가스들을 배출 시키고, 새로운 가스가 유입 및 공급될 수 있도록 하는 역할을 한다. 따라서, 상기 그래핀 제조 장치는 원하는 분위기를 유지시킬 수 있다.The first chamber 500 may further include a gas outlet 800 for discharging gas. The gas outlet 800 serves to discharge gases in the chamber that are provided with carbon and that are not needed for the growth of graphene, and that allow new gases to be introduced and supplied. Therefore, the graphene production apparatus can maintain a desired atmosphere.

구체예에서, 상기 원료 공급부(700)는 그래핀 제조 장치의 목적 또는 필요에 따라, 제 1 챔버(500)에 구비될 수 있고, 이 경우 상기 가스 배출구(800)는 제2 챔버(600)에 구비될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In an embodiment, the source feeder 700 may be provided in the first chamber 500, depending on the purpose or needs of the graphene production apparatus, wherein the gas outlet 800 is connected to the second chamber 600 But is not limited thereto.

그래핀Grapina 제조 방법 Manufacturing method

본 발명의 다른 관점인 그래핀 제조 방법은 롤투롤 방식으로 다공성 금속폼을 1차 공급하는 단계, 상기 다공성 금속폼을 열처리하는 단계, 상기 열처리된 다공성 금속폼을 롤투롤 방식으로 1차 회수하는 단계, 상기 1차 회수된 다공성 금속폼을 롤투롤 방식으로 2차 공급하는 단계, 상기 다공성 금속폼 표면에 그래핀을 형성시키는 단계 및 상기 그래핀이 형성된 다공성 금속폼을 롤투롤 방식으로 2차 회수하는 단계를 포함할 수 있다.Another aspect of the present invention is a method for producing graphene, comprising the steps of: firstly supplying a porous metal foam by a roll-to-roll method; heat-treating the porous metal foam; firstly recovering the heat-treated porous metal foam by a roll- A second step of supplying the first recovered porous metal foam by a roll-to-roll method, a step of forming graphenes on the surface of the porous metal foam, and a step of recovering the grafted porous metal foam by a roll- Step < / RTI >

롤투롤 방식으로 다공성 금속폼을 1차 공급하는 단계, 상기 다공성 금속폼을 열처리하는 단계, 상기 열처리된 다공성 금속폼을 롤투롤 방식으로 1차 회수하는 단계는 본 발명의 하나의 관점인 그래핀 제조 장치에서의 제1 공정과 실질적으로 동일하다. 상기 열처리는 환원성 가스 분위기에서 600℃ 이상, 구체적으로 800℃ 내지 1100℃의 온도에서 수행할 수 있다.The first step of supplying the porous metal foam by the roll-to-roll method, the step of heat-treating the porous metal foam, and the step of recovering the heat-treated porous metal foam by the roll-to-roll method, Is substantially the same as the first step in the apparatus. The heat treatment may be performed at a temperature of 600 ° C or higher, specifically 800 ° C to 1100 ° C in a reducing gas atmosphere.

상기 1차 회수된 다공성 금속폼을 롤투롤 방식으로 2차 공급하는 단계, 상기 다공성 금속폼 표면에 그래핀을 형성시키는 단계 및 상기 그래핀이 형성된 다공성 금속폼을 롤투롤 방식으로 2차 회수하는 단계는 본 발명의 하나의 관점인 그래핀 제조 장치에서의 제2 공정과 실질적으로 동일하다. 상기 그래핀의 형성은 화학기상증착법(CVD)에 의할 수 있다. 화학기상증착법(CVD)은 그래핀 성장 지지체인 상기 다공성 금속폼(10) 표면에 탄소 공급원 및 열을 제공하여 그래핀을 성장시키는 방법이다. 상기 탄소 공급원으로는 메탄(CH4), 일산화탄소(CO), 에탄(C2H6), 에틸렌(CH2), 에탄올(C2H5), 아세틸렌(C2H2), 프로판(CH3CH2CH3), 프로필렌(C3H6), 부탄(C4H10), 펜탄(CH3(CH2)3CH3), 펜텐(C5H10), 사이클로펜타디엔(C5H6), 헥산(C6H14), 사이클로헥산(C6H12), 벤젠(C6H6) 및 톨루엔(C7H8) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 알코올류도 기화시켜 탄소 공급원으로 적용할 수 있다. 필요에 따라 도핑된 그래핀을 합성하는 경우, 피리딘(C5H5N), 다아이진(C4H4N2), 트라이진(C3H3N3), 트리페닐 보레인(C18H15B)과 같은 질소나 붕소원자와 같은 도펀트가 함유된 액체나 고체를 그래핀의 도핑 원료로 사용할 수 있다. 이 경우 상기 도핑된 그래핀을 형성하기 위한 원료는 탄소 공급부를 통해 제공될 수도 있으며, 액체인 경우 액체 원료 공급부를 통해 제공되거나, 별도로 구비된 도펀트 공급부를 통해 주입될 수도 있다.A step of supplying the first recovered porous metal foam by a roll-to-roll method, a step of forming graphene on the surface of the porous metal foam, and a step of recovering the grafted porous metal foam by a roll- Is substantially the same as the second step in the graphene manufacturing apparatus which is one aspect of the present invention. The graphene may be formed by chemical vapor deposition (CVD). Chemical vapor deposition (CVD) is a method of growing graphene by providing a carbon source and heat to the surface of the porous metal foam 10 as a graphene growth support. As the carbon source is methane (CH 4), carbon monoxide (CO), ethane (C 2 H 6), ethylene (CH 2), ethanol (C 2 H 5), acetylene (C 2 H 2), propane (CH 3 CH 2 CH 3), propylene (C 3 H 6), butane (C 4 H 10), pentane (CH 3 (CH 2) 3 CH 3), pentene (C 5 H 10), dicyclopentadiene (C 5 H 6), may include hexane (C 6 H 14), cyclohexane (C 6 H 12), one or more of the benzene (C 6 H 6), toluene (C 7 H 8). Alcohols can also be vaporized and applied as a carbon source. When doped Yes synthesized pins as needed, pyridine (C 5 H 5 N), daah binary (C 4 H 4 N 2) , tri-binary (C 3 H 3 N 3) , triphenyl borane (C 18 H 15 B) can be used as a doping material for graphene. In this case, the raw material for forming the doped graphene may be provided through the carbon supply part, or may be supplied through the liquid raw material supply part if it is liquid, or may be injected through the separately provided dopant supply part.

상기 그래핀 형성은 다공성 금속폼(10)의 녹는점 이하의 온도를 적용할 수 있고, 예를 들어 800℃ 내지 1100℃의 온도를 적용할 수 있다. 구체적으로 그래핀 제조 장치의 효율 및 운영 면에서 상기 열처리 온도와 상기 그래핀 형성 온도의 차이는 50℃ 이하로 적용할 수 있다.The graphene formation may be carried out at a temperature below the melting point of the porous metal foam 10, for example, a temperature of 800 ° C to 1100 ° C. Specifically, the difference between the heat treatment temperature and the graphening temperature may be 50 ° C or lower in terms of efficiency and operation of the graphene production apparatus.

상기 그래핀 제조 방법은 다공성 금속폼을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 다공성 금속폼의 제거는 FeCl3, Fe(NO3)3 H2SO4, HNO3, HCl, H3PO4, CH3COOH, H2O2 NHSO5, (NH4)2S2O8, 등의 금속 식각 혼합 수용액류를 사용하여, 금속만을 선택 화학적 Ÿ‡에칭(selective chemical wet-etching)을 하는 방법으로 수행할 수 있다. 상기 방법으로 다공성 금속폼을 제거하는 경우, 그래핀의 손상 없이 다공성 금속폼만을 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다.The graphene manufacturing method may further include removing the porous metal foam. Removal of the porous metal foam can be accomplished by removing the porous metal foil from the surface of the porous metal foil such as FeCl 3 , Fe (NO 3 ) 3 H 2 SO 4 , HNO 3 , HCl, H 3 PO 4 , CH 3 COOH, H 2 O 2 NHSO 5 , (NH 4 ) 2 S 2 O 8 , Or the like can be used to perform selective chemical wet-etching only on the metal. When the porous metal foam is removed by the above method, there is an advantage that only the porous metal foam can be effectively removed without damaging the graphene.

수퍼커패시터Supercapacitor

본 발명의 또 다른 관점인 수퍼커패시터는 상기 그래핀 또는 상기 그래핀이 형성된 다공성 금속폼을 전극으로 포함할 수 있다. 상기 다공성 금속폼 상의 그래핀을 전극으로 포함하는 경우 수퍼커패시터의 커패시턴스를 현저하게 개선시킬 수 있는 장점이 있다. A supercapacitor as another aspect of the present invention may include the graphene or the porous metal foam having the graphene formed thereon as an electrode. The capacitance of the supercapacitor can be remarkably improved when the graphene on the porous metal foam is included as an electrode.

구체예에서, 상기 다공성 금속폼 상의 그래핀을 전극으로 포함하는 수퍼커패시터는 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate)에 1M의 농도로 TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoroborate)를 포함하는 용액을 전해질로 하고, 전압 2.5 V 및 전류밀도 0.02 mAcm-2에서 측정하는 경우, 구리 호일(Cu-foil) 상에 형성된 그래핀을 전극으로 포함하는 수퍼커패시터 보다 커패시턴스(capacitance)가 30배 이상, 구체적으로 50배 이상, 더욱 구체적으로 100배 이상 개선될 수 있다.In a specific example, the supercapacitor comprising the porous metal foam-like graphene as an electrode is prepared by using a solution containing TEABF 4 (tetraethylammonium tetrafluoroborate) at a concentration of 1 M in propylene carbonate as an electrolyte, applying a voltage of 2.5 V and a current When measuring at a density of 0.02 mAcm -2 , the capacitance is 30 times or more, specifically 50 times or more, more specifically 100 times or more, more than the supercapacitor including the graphene formed on the copper foil Or more.

예를 들어, 상기 다공성 금속폼 상의 그래핀을 전극으로 포함하는 수퍼커패시터는 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate)에 1M의 농도로 TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoroborate)를 포함하는 용액을 전해질로 하고, 전압 2.5 V 및 전류밀도 0.02 mAcm-2에서 측정하는 경우, 커패시턴스(capacitance)가 1 F/g 내지 30 F/g, 구체적으로 5 F/g 내지 30 F/g, 더욱 구체적으로 10 F/g 내지 30 F/g일 수 있다. For example, supercapacitors containing the graphene on the porous metal foams as an electrode can be formed by using a solution containing TEABF 4 (tetraethylammonium tetrafluoroborate) at a concentration of 1 M in propylene carbonate as an electrolyte, applying a voltage of 2.5 V and a current When measured at a density of 0.02 mAcm -2 , the capacitance is in the range of 1 F / g to 30 F / g, specifically 5 F / g to 30 F / g, more specifically 10 F / g to 30 F / g .

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.

실시예Example 1 One

작업챔버 내부의 직경은 10cm, 가열부의 길이는 45cm인 그래핀 제조 장치를 사용하였다. 다공성 금속폼은 기공율 95%, 벌크 밀도가 0.45gcm-3, 길이 10m, 폭 5cm, 두께 1mm인 다공성 니켈폼을 사용하였다. 상기 다공성 니켈폼을 직경 10cm인 제1 롤러에 9m를 감고, 나머지는 작업챔버를 통과해서 제2 롤러에 20cm 감았다. 작업챔버의 내부 압력을 상압으로 유지하고, 아르곤 가스를 150 sccm의 유량으로 공급하면서, 가열부의 온도를 1000℃로 올린 후, 환원성 가스인 수소를 65 sccm의 유량으로 추가로 공급하고, 상기 다공성 니켈폼을 분당 0.5m의 속도로 제2 롤러로 이동시키면서 열처리 하였다. 그리고, 가열부의 온도를 1000℃로 유지하고, 제2 롤러에서 제1 롤러로 상기 열처리된 다공성 니켈폼을 분당 0.2m의 속도로 제1 롤러로 이동시키면서, 원료 공급부에서 탄소 공급원으로 메탄(CH4)을 50 sccm으로 공급하면서 그래핀을 20분 간 성장시켰다. 상기 제조된 그래핀을 전자현미경으로 촬영(스케일바: 100㎛) 도 3에 나타내었다.A graining machine having a diameter of 10 cm inside the working chamber and a length of 45 cm was used. The porous metal foam was a porous nickel foam having a porosity of 95%, a bulk density of 0.45 gcm -3 , a length of 10 m, a width of 5 cm, and a thickness of 1 mm. The porous nickel foam was wound 9 m on a first roller 10 cm in diameter and the remainder was wound 20 cm on a second roller through a working chamber. The internal pressure of the working chamber was maintained at normal pressure and the temperature of the heating part was raised to 1000 DEG C while supplying argon gas at a flow rate of 150 sccm and then hydrogen as a reducing gas was further supplied at a flow rate of 65 sccm, The foam was heat treated while moving to a second roller at a speed of 0.5 m per minute. Then, the temperature of the heating section was maintained at 1000 ° C., and the heat-treated porous nickel foam was transferred from the second roller to the first roller at a speed of 0.2 m per minute, while methane (CH 4 ) Was supplied at 50 sccm while graphene was grown for 20 minutes. The graphene thus prepared was photographed by an electron microscope (scale bar: 100 m) and is shown in Fig.

실시예Example 2 2

실시예 1과 동일한 그래핀 제조 장치, 다공성 니켈폼을 사용하였다. 작업챔버의 내부 압력을 진공상태(10 mTorr 이하)로 유지하고 불활성 가스인 아르곤 가스를 10 sccm의 유량으로 공급하면서, 가열부의 온도를 1000℃로 올린 후, 환원성 가스인 수소를 65sccm의 유량으로 추가적으로 공급하면서, 상기 다공성 니켈폼을 분당 0.5m의 속도로 제2 롤러로 이동시키면서 열처리 하였다. 그리고, 가열부의 온도를 1000℃로 유지하고, 제2 롤러에서 제1 롤러로 상기 열처리된 다공성 니켈폼을 분당 0.2m의 속도로 제1 롤러로 이동시키면서, 원료 공급부에서 탄소 공급원으로 피리딘(C5H5N)을 30 μl/min으로 공급하면서 질소가 도핑된 그래핀을 20분 간 성장시켰다. The same graphene production apparatus and porous nickel foam as in Example 1 were used. While the internal pressure of the working chamber is kept at a vacuum state (10 mTorr or less) and argon gas, which is an inert gas, is supplied at a flow rate of 10 sccm, the temperature of the heating section is increased to 1000 ° C., and hydrogen as a reducing gas is added at a flow rate of 65 sccm The porous nickel foam was heat-treated while being transferred to the second roller at a speed of 0.5 m per minute. And, maintaining the heating temperature to 1000 ℃ portion and, while moving the thermal treatment of a porous nickel foam from the second roller to the first roller to the first roller at a speed of 0.2m per minute, pyridine as a carbon source in the material feed (C 5 H 5 N) was supplied at a rate of 30 μl / min while nitrogen-doped graphene was grown for 20 minutes.

실시예Example 3 3

실시예 1에서 제조된 다공성 니켈폼 상에 형성된 그래핀을 수퍼커패시터의 전극으로 사용하고, 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate)에 1M의 농도로 TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoroborate)를 포함하는 용액을 전해질로 하고, 전압 2.5 V 및 전류밀도 0.02 mAcm-2에서 커패시턴스(capacitance)를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. A graphene formed on the porous nickel foam prepared in Example 1 was used as an electrode of a supercapacitor and a solution containing TEABF 4 (tetraethylammonium tetrafluoroborate) at a concentration of 1 M in propylene carbonate was used as an electrolyte, 2.5 V and a current density of 0.02 mAcm < -2 > are shown in Table 1 below.

실시예Example 4 4

실시예 2에서 제조된 다공성 니켈폼 상에 형성된 그래핀을 수퍼커패시터의 전극으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 커패시턴스(capacitance)를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. Capacitance was measured in the same manner as in Example 3 except that the graphene formed on the porous nickel foam prepared in Example 2 was used as the electrode of the supercapacitor.

비교예Comparative Example 1 One

다공성 니켈폼 대신 구리 호일(Cu foil)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 그래핀을 성장시켰다.Graphene was grown in the same manner as in Example 1, except that a copper foil was used in place of the porous nickel foam.

비교예Comparative Example 2 2

다공성 니켈폼 대신 구리 호일(Cu foil)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 그래핀을 성장시켰다.Graphene was grown in the same manner as in Example 2, except that a copper foil was used in place of the porous nickel foam.

비교예Comparative Example 3 3

비교예 1에서 제조된 다공성 니켈폼 상에 형성된 그래핀을 수퍼커패시터의 전극으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 커패시턴스(capacitance)를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. Capacitance was measured in the same manner as in Example 3 except that the graphene formed on the porous nickel foam prepared in Comparative Example 1 was used as the electrode of the supercapacitor.

비교예Comparative Example 4 4

비교예 2에서 제조된 다공성 니켈폼 상에 형성된 그래핀을 수퍼커패시터의 전극으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 커패시턴스(capacitance)를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. Capacitance was measured in the same manner as in Example 3 except that the graphene formed on the porous nickel foam prepared in Comparative Example 2 was used as the electrode of the supercapacitor.

실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 비교예 3Comparative Example 3 비교예 4Comparative Example 4 커패시턴스(F/g)Capacitance (F / g) 12.412.4 22.722.7 0.30.3 0.20.2

표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 그래핀 제조 장치 또는 제조 방법에 따라 다공성 금속폼 상에 형성된 그래핀을 전극으로 포함하는 수퍼커패시터는 구리 호일(Cu foil) 상에 형성된 그래핀을 전극으로 포함하는 수퍼커패시터 보다 커패시턴스가 40 배 이상, 크게는 100 배 이상 개선되는 것을 알 수 있다.As shown in Table 1, the supercapacitor including the graphene formed on the porous metal foam according to the apparatus or the manufacturing method of the present invention as an electrode includes graphene formed on a copper foil as an electrode The capacitance is improved by 40 times or more, and largely by 100 times or more than that of the super capacitor.

이상 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood that the invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the embodiments described above are in all respects illustrative and not restrictive.

10: 다공성 금속폼 100: 제1 롤러
200: 제2 롤러 300: 가열부
400: 작업챔버 500: 제1 챔버
600: 제2 챔버 700: 원료 공급부
800: 가스 배출구 1000, 2000: 그래핀 제조 장치
10: Porous metal foam 100: First roller
200: second roller 300: heating part
400: Working chamber 500: First chamber
600: second chamber 700: raw material supply part
800: gas outlet 1000, 2000: graphene manufacturing equipment

Claims (14)

다공성 금속폼을 롤투롤 방식으로 공급 및 회수하는 제1 롤러;
상기 다공성 금속폼을 열처리하고, 상기 다공성 금속폼의 표면에 그래핀을 형성하는 가열부; 및
상기 열처리된 금속폼을 롤투롤 방식으로 회수 및 공급하는 제2 롤러;
를 포함하는 그래핀 제조 장치.
A first roller for feeding and recovering the porous metal foam in a roll-to-roll manner;
A heating unit for heat-treating the porous metal foam and forming graphene on the surface of the porous metal foam; And
A second roller for collecting and supplying the heat-treated metal foam in a roll-to-roll fashion;
And the graphene producing device.
제1항에 있어서,
상기 그래핀 형성은 화학기상증착법에 의하는 것인 그래핀 제조 장치.
The method according to claim 1,
Wherein said graphene formation is by chemical vapor deposition.
제1항에 있어서,
상기 제1 롤러 및 제2 롤러는 라쳇 시스템을 포함하는 것인 그래핀 제조 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first roller and the second roller comprise a ratchet system.
제1항에 있어서, 상기 그래핀 제조 장치는,
상기 제1 롤러 및 제2 롤러 사이에 형성되어 상기 다공성 금속폼이 통과하고, 상기 가열부가 구비되는 작업챔버;
상기 제1 롤러를 수용하는 제1 챔버; 및
상기 제2 롤러를 수용하는 제2 챔버;
를 더 포함하고, 상기 작업챔버, 제1 챔버 및 제2 챔버는 일체형으로 형성된 그래핀 제조 장치.
2. The graphene producing apparatus according to claim 1,
A working chamber formed between the first roller and the second roller to pass the porous metal foam and having the heating unit;
A first chamber receiving the first roller; And
A second chamber receiving the second roller;
Wherein the working chamber, the first chamber, and the second chamber are integrally formed.
제1항에 있어서,
상기 가열부는 온도 조절이 가능한 열원을 구비하는 그래핀 제조 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the heating unit includes a heat source capable of controlling the temperature.
제4항에 있어서,
상기 제2 챔버는 그래핀의 원료 가스를 공급하는 원료 공급부를 더 구비하는 그래핀 제조 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the second chamber further comprises a raw material supply part for supplying a raw material gas of graphene.
제6항에 있어서,
상기 원료 공급부는 액체를 기화시켜 그래핀의 원료로 공급하는 액체 원료 공급부 또는 그래핀의 도핑 원료를 공급하는 도펀트 원료 공급부를 더 포함하는 그래핀 제조 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the raw material supplying portion further comprises a liquid raw material supplying portion for supplying the raw material of the graphene by vaporizing the liquid or a dopant raw material supplying portion for supplying the raw material for doping the graphene.
제4항에 있어서,
상기 제1 챔버는 가스를 배출하는 가스 배출구가 더 구비된 그래핀 제조 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the first chamber further comprises a gas outlet for discharging gas.
롤투롤 방식으로 다공성 금속폼을 1차 공급하는 단계;
상기 다공성 금속폼을 열처리하는 단계;
상기 열처리된 다공성 금속폼을 롤투롤 방식으로 1차 회수하는 단계;
상기 1차 회수된 다공성 금속폼을 롤투롤 방식으로 2차 공급하는 단계;
상기 다공성 금속폼 표면에 그래핀을 형성시키는 단계; 및
상기 그래핀이 형성된 다공성 금속폼을 롤투롤 방식으로 2차 회수하는 단계;
를 포함하는 그래핀 제조 방법.
Firstly supplying the porous metal foam by a roll-to-roll method;
Heat treating the porous metal foam;
Recovering the heat-treated porous metal foam by a roll-to-roll method;
Supplying the first recovered porous metal foam by a roll-to-roll method;
Forming graphene on the porous metal foam surface; And
A second step of recovering the porous metal foam having the graphene formed thereon by a roll-to-roll method;
≪ / RTI >
제9항에 있어서,
상기 열처리는 800℃ 내지 1100℃에서 수행되는 그래핀 제조 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the heat treatment is performed at 800 to 1100 占 폚.
제9항에 있어서, 상기 그래핀 형성은 화학기상증착법에 의하는 것인 그래핀 제조 방법.
10. The method of claim 9, wherein the graphene formation is by chemical vapor deposition.
제11항에 있어서, 상기 화학기상증착법은 800℃ 내지 1100℃에서 수행되는 것인 그래핀 제조 방법.
12. The method of claim 11, wherein the chemical vapor deposition process is performed at 800 < 0 > C to 1100 < 0 > C.
제9항에 있어서, 상기 그래핀 제조 방법은, 다공성 금속폼을 제거하는 단계를 더 포함하는 그래핀 제조 방법.
The method of claim 9, wherein the graphene manufacturing method further comprises removing the porous metal foam.
제9항에 의해 제조된 그래핀 또는 그래핀이 형성된 다공성 금속폼을 전극으로 포함하는 수퍼커패시터.

13. A supercapacitor comprising the porous metal foam formed by graphene or graphene produced according to claim 9 as an electrode.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3666924A1 (en) * 2018-12-12 2020-06-17 Anhui JIMAT New Material Technology Co., Ltd. A double-sided vacuum coating device for continuously coating a film back and forth
CN114214602A (en) * 2021-11-18 2022-03-22 上海大学 Continuous preparation method of three-dimensional in-situ graphene reinforced metal matrix composite material

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