KR20180094711A - 전해 커패시터용 전해액 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전해 커패시터용 전해액에 관한 것으로, 특히 전해액의 전기전도를 개선시켜 임피던스(impedance) 특성을 개선하며 용매로 중수(D2O)를 사용함으로써 수소 가스의 발생을 억제할 수 있는 전해 커패시터용 전해액에 관한 것으로, 용매 51 내지 95wt％와 첨가제 5 내지 49wt％을 혼합하여 형성되고, 용매는 단일 용매, 단일 혼합용매 및 복합 혼합용매 중 하나가 선택되어 사용되며, 단일 용매는 중수(D2O)가 사용되며, 단일 혼합용매는 중수(D2O)와 물(H2O)을 혼합하여 형성되거나 중수(D2O)와 유기 용매를 혼합하여 형성되며, 복합 혼합용매는 물(H2O), 중수(D2O) 및 유기 용매를 혼합하여 형성되며, 첨가제는 카르복실산이나 카르복실산염이 사용되는 것을 특징으로 한다.

Description

전해 커패시터용 전해액{Electrolytic solution for electrolytic capacitor}
본 발명은 전해 커패시터용 전해액에 관한 것으로, 특히 전해액의 전기전도를 개선시켜 임피던스(impedance) 특성을 개선하며 용매로 중수(D2O)를 사용함으로써 수소 가스의 발생을 억제할 수 있는 전해 커패시터용 전해액에 관한 것이다.
전해 커패시터는 알루미늄 전해 커패시터나 탄탈 습식 커패시터 등이 있다. 알루미늄 전해 커패시터는 젤리롤형 전극체, 전해액 및 케이스를 포함하여 구성되고, 젤리롤(jelly roll)형 전극체는 알루미늄이 사용되는 양극박과 음극박 사이에 분리막을 개재한 상태에서 권취하여 제조된 후 전해액에 합침된 상태에서 케이스 내측에 밀봉조립된다. 이러한 전해액에 관련된 기술이 한국등록특허공보 제10-0376129호(특허문헌 1)에 공개되어 있다.
한국등록특허공보 제10-0376129호는 전해 커패시터용 전해질 용액 및 이를 이용한 전해 커패시터에 관한 것으로, 전해 커패시터용 전해질 용액은 양성자성 용매 및 비양성자성 용매 중에서 선택된 적어도 한가지의 용매인 유기 용매 20 내지 55 중량%와 물(H2O) 80 내지 45 중량%로 이루어진 용매, 카르복실산, 카르복실산의 염, 무기산, 및 무기산의 염 중에서 선택된 한가지 이상의 전해질, 및 킬레이트 화합물을 함유한다.
한국등록특허공보 제10-0376129호에 공개된 것과 같이 종래의 전해액은 용매로 사용되는 물(H2O)과 전해 커패시터에 사용되는 양극박과 음극박으로 사용되는 알루미늄이 서로 화학적으로 반응함에 의해 수소 가스를 발생시키며, 수소 가스는 커패시터의 내부의 압력을 증대시키고, 젤리롤형 전극체의 구조를 변형시키거나 파괴하여 전기적인 특성을 손상시켜 전해 커패시터의 수명을 단축시키는 문제점이 있다.
한국등록특허공보 제10-0376129호
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전해액의 전기전도를 개선시켜 임피던스(impedance) 특성을 개선하며 용매로 중수(D2O)를 사용함으로써 수소 가스의 발생을 억제할 수 있는 전해 커패시터용 전해액을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 전해액에서 용매로 중수(D2O)를 사용하여 수소 가스의 발생을 억제시킴으로써 수소 가스로 인해 내부 압력이 증가됨으로 젤리롤형 전극체가 변형되거나 파괴되는 것을 방지할 수 있는 전해 커패시터용 전해액을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전해액에서 용매로 중수(D2O)를 사용하여 수소 가스의 발생을 억제시켜 수소 가스로 인해 내부 압력이 증가됨으로 인해 젤리롤형 전극체가 변형되거나 파괴되는 것을 방지함으로써 전해 커패시터의 장수명화가 가능한 전해 커패시터용 전해액을 제공함에 있다.
본 발명의 전해 커패시터용 전해액은 용매 51 내지 95wt％와 첨가제 5 내지 49wt％을 혼합하여 형성되고, 상기 용매는 단일 용매, 단일 혼합용매 및 복합 혼합용매 중 하나가 선택되어 사용되며, 상기 단일 용매는 중수(D2O)가 사용되며, 상기 단일 혼합용매는 중수(D2O)와 물(H2O)을 혼합하여 형성되거나 중수(D2O)와 유기 용매를 혼합하여 형성되며, 상기 복합 혼합용매는 물(H2O), 중수(D2O) 및 유기 용매를 혼합하여 형성되며, 상기 첨가제는 카르복실산이나 카르복실산염이 사용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전해 커패시터용 전해액은 전해액의 전기전도를 개선시켜 임피던스(impedance) 특성을 개선하며 용매로 중수(D2O)를 사용함으로써 수소 가스의 발생을 억제할 수 있는 이점이 있고, 전해액에서 용매로 중수(D2O)를 사용하여 수소 가스의 발생을 억제시킴으로써 수소 가스로 인해 내부 압력이 증가됨으로 젤리롤형 전극체가 변형되거나 파괴되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있으며, 전해액에서 용매로 중수(D2O)를 사용하여 수소 가스의 발생을 억제시켜 수소 가스로 인해 내부 압력이 증가됨으로 인해 젤리롤형 전극체가 변형되거나 파괴되는 것을 방지함으로써 전해 커패시터의 장수명화가 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 전해 커패시터용 전해액의 가스 발생 실험 결과를 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 전해 커패시터용 전해액의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 전해 커패시터용 전해액은 용매 51 내지 95wt％(weight％)와 첨가제 5 내지 49wt％을 혼합하여 형성된다. 용매는 단일 용매, 단일 혼합용매 및 복합 혼합용매 중 하나가 선택되어 사용되며, 단일 용매는 중수(D2O)가 사용된다. 단일 혼합용매는 중수(D2O)와 물(H2O)을 혼합하여 형성되거나 중수(D2O)와 유기 용매를 혼합하여 형성되고, 복합 혼합용매는 물(H2O), 중수(D2O) 및 유기 용매를 혼합하여 형성되며, 첨가제는 카르복실산이나 카르복실산염이 사용된다.
본 발명의 전해 커패시터용 전해액에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 전해 커패시터용 전해액에서 용매 51 내지 95wt％와 첨가제 5 내지 49wt％을 혼합하여 형성된다.
용매는 단일 용매, 단일 혼합용매 및 복합 혼합용매 중 하나가 선택되어 사용된다. 단일 용매는 중수(D2O) 100wt％가 사용되며, 단일 혼합용매에서 중수(D2O)와 물(H2O)의 혼합비는 중수(D2O) 0.1 내지 99.9％와 물(H2O) 0.1 내지 99.9wt％를 혼합하여 형성되며, 또한 중수(D2O)와 유기 용매의 혼합비는 중수(D2O) 0.1 내지 99.9wt％와 유기 용매 0.1 내지 99.9wt％를 혼합하여 형성된다. 즉, 단일 용매는 중수(D2O)만 단독으로 사용하며, 단일 혼합용매는 중수(D2O)와 물(H2O)은 혼합하여 형성하거나 중수(D2O)와 유기용매를 혼합하여 형성된다.
복합 혼합용매는 물(H2O) 0.1 내지 99.8wt％, 중수(D2O) 0.1 내지 99.8wt％ 및 유기 용매 0.1 내지 99.8wt％를 혼합하여 형성된다. 여기서, 단일 혼합용매나 복합 혼합용매에 사용되는 유기 용매는 에틸렌클리콜(ethylene glycol), 디에틸렌클리콜(diethylene glycol), 감마부티로락톤(gamma butyrolactone), 에틸알콜(ethanol), 프로필알콜(propanol), 부틸알콜(butanol), 트리에틸렌글리콜(triethyleneglycol), 프로필렌글리콜(propyleneglycol), 글리세린(glycerin), 설포란(sulforane), 아세토나이트릴(acetonitrile), 프로피오나이트릴(propionitrile), 디클로로메탄(dichloromethane), 에틸아세테이트(ethylacetate), 노말헥산(n-hexane), 벤젠(benzene), 부틸 카비톨(butyl carbitol) 및 톨루엔(toluene) 중 하나 이상이 선택되어 사용된다.
단일 용매, 단일 혼합용매나 복합 혼합용매에 사용되는 중수(D2O)는 수소원자가 존재하지 않기 때문에 수소 가스가 발생되지 않는다. 즉, 본 발명의 전해 커패시터용 전해액의 단일 용매는 수소원자가 존재하지 않은 중수(D2O)만 사용됨으로 인해 전해 커패시터(도시 않음)에 산화 알루미늄(도시 않음)이 존재하는 경우에도 수소가스가 발생되지 않는다.
본 발명의 전해액을 단일 혼합용매와 복합 혼합용매을 이용해 제조 시 전해액의 전체 wt％ 중 후술되는 표 1에서와 같이 중수(D2O)가 60.0wt％이상이 혼합되면 도 1에 도시된 실시예 2 및 실시예4와 같이 단일 용매를 사용하는 효과와 유사하다. 즉, 표 1에 기재된 실시예 2 및 실시예4는 각각 전해액의 전체 wt％ 중 중수(D2O)가 60.0wt％이상을 혼합하여 제조된 것으로, 도 1에서와 같이 수소 가스 발생량이 급격하게 증가하는 곡선이 검색되지 않은 반면에, 비교예 1 및 비교예2는 각각 30시간 이후 수소가스 발생량이 급격하게 증가하고 있으며, 실시예1 및 실시예3은 각각 40시간 이 후 수소 가스 발생량이 급격하게 증가하고 있는 것이다. 즉, 전해액의 전체 wt％ 중 후술되는 표 1에서와 같이 중수(D2O)가 60.0wt％이상이 혼합되는 경우에 수소가스 발생량을 기준으로 단일 용매를 사용하는 효과와 유사한 것을 보이고 있다.
표 1에 도시된 실시예1 및 실시예3은 각각 전해액의 전체 wt％ 중 중수(D2O)가 0.1wt％가 혼합되는 경우로 비교예 1 및 비교예2가 각각 30시간 이후 수소가스 발생량이 급격하게 증가하고 있는 반면에 40시간 이 후 수소 가스 발생량이 급격하게 증가하고 있어 비교예 1 및 비교예2에 비해 수소 가스가 급격하게 증가하는 시간을 지연시키는 이점을 제공한다. 즉, 실시예1 및 실시예3은 각각 전해액의 전체 wt％ 중 중수(D2O)를 0.1wt％만 혼합해도 비교예 1 및 비교예2에 비해 10시간 정도 수소 가스가 급격하게 증가하는 시간을 지연시킬 수 있는 이점이 있다.
이와 같이 본 발명의 전해액은 용매에 중수(D2O)를 혼합하여 사용함으로써 전해 커패시터(도시 않음)에 산화 알루미늄(도시 않음)이 존재하는 경우에도 전해액이 산화 알루미늄과 반응하는 것을 방지하거나 감소시킴으로써 전해 커패시터가 수소 가스로 인해 내부 압력이 증가되어 젤리롤형 전극체(도시 않음)를 변형시키거나 파괴하는 것을 방지하며 전기적인 특성을 개선시켜 수명을 연장시킨다. 여기서, 표 1과 도 1의 보다 상세한 설명은 후술하겠다.
첨가제는 카르복실산이나 카르복실산염이 사용된다. 즉, 본 발명의 전해 커패시터용 전해액에 사용되는 첨가제는 단일 첨가제나 복합 첨가제가 사용된다.
단일 첨가제는 카르복실산이나 카르복실산염이 사용되며, 카르복실산이나 카르복실산염은 전해액의 전기 전도도를 개선함과 아울러 수화반응을 억제시킨다. 이러한 카르복실산이나 카르복실산염 중 카르복실산은 포름산(formic acid), 아디핀산(adipic acid), 구연산(citric acid), 세바스산(sebacic acid), 벤조산(benzoic acid), 프탈산(phthalic acid), 도데칸디오산(dodecanedioic acid), 아젤라산(azelaic acid) 및 브라실산(brassylic acid) 중 하나 이상이 선택되어 사용되며, 카르복실산염은 포름산암모늄(ammonium formate), 아디핀산 암모늄(ammonium adipate), 구연산 암모늄(ammonium citrate dibasic), 피-니트로벤조산 암모늄(ammonium p-nitro benzoate), 벤조산 암모늄(ammonium benzoate), 도데칸디오산 암모늄(ammonium dodecanedioate) 및 세바스산 암모늄(ammonium sebacate) 중 하나 이상이 선택되어 사용된다.
복합 첨가제는 메인첨가제 70 내지 90wt％와 보조 첨가제 10 내지 30wt％를 혼합하여 형성된다. 메인첨가제는 카르복실산이나 카르복실산염이 사용되며, 보조 첨가제는 제1첨가제, 제2첨가제, 제3첨가제 및 제4첨가제 중 하나 이상이 선택되어 사용된다. 여기서, 제1첨가제는 전해액의 수화반응 억제나 저온 안전성을 위해 무기산이나 무기산염이 사용되며, 제2첨가제는 전해액의 수화반응 억제를 위해 킬레이트화합물이 사용된다. 제3첨가제는 전해액의 반응으로 발생될 수 있는 수소 가스를 제거하기 위해 니트로화합물이 사용되며, 제4첨가제는 수화반응 억제, 카르복실산의 분해나 활성화의 억제 및 저온 특성을 개선을 위해 당이 사용된다.
제1첨가제로 사용되는 무기산이나 무기산염은 인산(phosphoric acid), 인산 2수소 암모늄(ammonium dihydrogen phosphate), 차아인산 암모늄(ammonium hypophoshpite), 차아인산(hypophosphorous acid), 오붕산 암모늄(ammonium pentaborate) 및 붕산(boric acid) 중 하나 이상이 선택되어 사용된다. 제2첨가제로 사용되는 킬레이트화합물은 디에틸렌트리아민5초산(DTPA: Diethylene triamine penta acetic acid)와 에틸렌디아민4초산(EDTA: Ethylene diamine tetra acetic acid) 중 하나가 선택되어 사용된다.
제3첨가제로 사용되는 니트로화합물은 피-니트로페놀(p-nitro phenol), 피-니트로벤조산 암모늄(ammonium p-nitro benzoate), 니트로아세토페논(nitroacetophenone) 및 니트로아니솔(nitroanisole) 중 하나가 선택되어 사용되며, 제4첨가제로 사용되는 당은 글루코오스(glucose), 자일로스(xylose), 갈락토스(galactose) 및 마니톨(mannitol) 중 하나가 선택되어 사용된다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 전해 커패시터용 전해액의 성능시험을 위해 표 1에서와 같이 비교예1, 비교예2 및 실시예1 내지 실시예4의 전해액을 제조하였다.
전해액의 조성단위(wt％)



구분

용매

카르복실산염

무기산염
니트로화합물		 니트로화합물 킬레이트화합물
에틸렌클리콜
H20
D20		 포름산암모늄 아디핀산 암모늄 구연산 암모늄 차아인산암모늄 인산2수소암모늄 피-니트로벤조산암모늄 피-니트로페놀 DTPA
비교예1 15.9 60.0 0.0 10.0 10.0 0.1 2.0 1.0 1.0
비교예2 15.9 60.0 0.0 10.0 10.0 0.1 2.0 1.0 1.0
실시예1 15.9 59.9 0.1 10.0 10.0 0.1 2.0 1.0 1.0
실시예2 15.9 0.0 60.0 10.0 10.0 0.1 2.0 1.0 1.0
실시예3 15.9 59.9 0.1 10.0 10.0 0.1 2.0 1.0 1.0
실시예4 15.9 0.0 60.0 10.0 10.0 0.1 2.0 1.0 1.0
비교예1과 비교예2는 각각 종래 전해 커패시터용 전해액으로 용매로 에틸렌클리콜(ethylene glycol) 15.9wt％와 물(H2O) 60.0wt％를 혼합하여 제조하였다. 첨가제로 카르복실산이나 카르복실산염이 사용되며, 카르복실산이나 카르복실산염으로는 포름산암모늄(ammonium formate) 10.0wt％, 아디핀산 암모늄(ammonium adipate) 10.0wt％ 및 구연산 암모늄(ammonium citrate dibasic) 0.1wt％를 혼합하여 제조하였다. 킬레이트화합물로는 DTPA 즉, 디에틸렌트리아민5초산(DTPA: Diethylene triamine penta acetic acid) 1.0wt％를 혼합하여 제조하였다. 첨가제로 비교예1은 무기산염으로 인산 2수소 암모늄(ammonium dihydrogen phosphate) 2.0wt％ 및 니트로화합물로는 피-니트로페놀(p-nitro phenol) 1.0wt％를 혼합하여 제조하였고, 비교예2는 무기산염으로 차아인산 암모늄(ammonium hypophoshpite) 2.0wt％ 및 니트로화합물로는 피-니트로벤조산암모늄(ammonium p-nitro benzoate) 1.0wt％를 혼합하여 제조하였다.
본 발명의 전해 커패시터용 전해액은 표 1에서와 같이 실시예1 내지 실시예4와 같이 제조하였고, 실시예1 및 실시예3은 각각 용매로 복합 혼합용매가 사용되었으며, 실시예2 및 실시예4는 각각 용매로 단일 혼합용매가 사용되었다.
실시예1 및 실시예3은 각각 용매로 복합 혼합용매가 사용되었고, 복합 혼합용매는 유기 용매로 에틸렌클리콜(ethylene glycol) 15.9wt％가 사용되었고, 중수(D2O) 55.9wt％와 물(H2O) 0.1wt％가 사용되었다. 실시예1 및 실시예3에 각각 첨가되는 첨가제로 카르복실산이나 카르복실산염이 사용되며, 카르복실산이나 카르복실산염으로는 포름산암모늄(ammonium formate) 10.0wt％, 아디핀산 암모늄(ammonium adipate) 10.0wt％ 및 구연산 암모늄(ammonium citrate dibasic) 0.1wt％를 혼합하여 제조하였다. 킬레이트화합물로는 DTPA 즉, 디에틸렌트리아민5초산(DTPA: Diethylene triamine penta acetic acid) 1.0wt％를 혼합하여 제조하였다. 추가적인 첨가제로 실시예1은 무기산염으로 인산 2수소 암모늄(ammonium dihydrogen phosphate) 2.0wt％ 및 니트로화합물로는 피-니트로페놀(p-nitro phenol) 1.0wt％를 혼합하여 제조하였고, 실시예3은 무기산염으로 차아인산 암모늄(ammonium hypophoshpite) 2.0wt％ 및 니트로화합물로는 피-니트로벤조산암모늄(ammonium p-nitro benzoate) 1.0wt％를 혼합하여 제조하였다.
실시예2 및 실시예4는 각각 용매로 단일 혼합용매가 사용되었고, 단일 혼합용매는 유기 용매로 에틸렌클리콜(ethylene glycol) 15.9wt％가 사용되었고, 중수(D2O) 60.0wt％가 사용되었다. 실시예2 및 실시예4에 각각 첨가되는 첨가제로 카르복실산이나 카르복실산염이 사용되며, 카르복실산이나 카르복실산염으로는 포름산암모늄(ammonium formate) 10.0wt％, 아디핀산 암모늄(ammonium adipate) 10.0wt％ 및 구연산 암모늄(ammonium citrate dibasic) 0.1wt％를 혼합하여 제조하였다. 킬레이트화합물로는 DTPA 즉, 디에틸렌트리아민5초산(DTPA: Diethylene triamine penta acetic acid) 1.0wt％를 혼합하여 제조하였다. 추가적인 첨가제로 실시예2는 무기산염으로 인산 2수소 암모늄(ammonium dihydrogen phosphate) 2.0wt％ 및 니트로화합물로는 피-니트로페놀(p-nitro phenol) 1.0wt％를 혼합하여 제조하였고, 실시예4는 무기산염으로 차아인산 암모늄(ammonium hypophoshpite) 2.0wt％ 및 니트로화합물로는 피-니트로벤조산암모늄(ammonium p-nitro benzoate) 1.0wt％를 혼합하여 제조하였다.
표 1에서와 같이 제조된 비교예1, 비교예2 및 실시예1 내지 실시예4의 전해액의 성능을 시험하기 위해 공지된 방폭 밸브 즉, 안전변(도시 않음)을 갖는 다수개의 알루미늄 전해 커패시터(도시 않음)를 사용하였다. 공지된 다수개의 알루미늄 전해 커패시터에 표 1에서와 같이 제조된 비교예1, 비교예2 및 실시예1 내지 실시예4의 전해액을 각각 사용하여 전기적인 성능을 시험한 결과가 표 2에 기재되어 있다.
신뢰성 시험 결과
구분 시험전 측정값 시험후 측정값(105℃,5000시간)
용량(㎌) tanδ(％) 누설전류(㎂) 용량(㎌) tanδ(％) 누설전류(㎂)
비교예1 466.9 2.78 11.48 방폭밸브 작동
비교예2 466.5 2.81 11.25 방폭밸브 작동
실시예1 466.2 2.80 11.51 433.5 3.85 6.54
실시예2 465.1 2.81 11.50 433.2 3.84 6.32
실시예3 463.8 2.82 11.48 431.5 3.91 6.43
실시예4 464.1 2.83 11.36 430.9 3.90 6.59
표 2는 비교예1, 비교예2 및 실시예1 내지 실시예4에 대해 용량(㎌), 손실(tanδ) 및 누설전류(㎂)를 시험한 결과를 표시하고 있다. 표 2에서와 같이 시험 전 비교예1, 비교예2 및 실시예1 내지 실시예4에 대해 용량(㎌), 손실(tanδ) 및 누설전류(㎂)는 서로 유사하게 측정되었다. 용량(㎌), 손실(tanδ) 및 누설전류(㎂)에 대한 측정 장비(도시 않음)는 공지된 측정 장비를 사용함으로 설명을 생략한다.
비교예1, 비교예2 및 실시예1 내지 실시예4에 대한 시험전 측정값은 비교예1인 경우에 용량(㎌)은 466.9㎌이고, 손실(tanδ)은 2.78％이며, 누설전류(㎂)는 11.48㎂로 측정되었다. 이에 반해 실시예1은 용량(㎌)이 466.2㎌이고, 손실(tanδ)은 2.80％이며, 누설전류(㎂)는 11.51㎂로 측정되었으며, 실시예4는 용량(㎌)이 464.1㎌이고, 손실(tanδ)은 2.83％이며, 누설전류(㎂)는 11.36㎂로 측정되었다. 이와 같이 시험 전 비교예1, 비교예2 및 실시예1 내지 실시예4에 대한 용량(㎌), 손실(tanδ) 및 누설전％류(㎌)는 서로 유사하게 측정되었다.
105℃ 분위기에서 5000시간 동안 구동한 경우에는 표 2에서와 같이 비교예1과 비교예2은 각각 공지된 방폭 밸브 즉, 안전변(도시 않음)을 갖는 다수개의 알루미늄 전해 커패시터(도시 않음)의 방폭 밸브가 작동되어 개방됨에 의해 용량(㎌), 손실(tanδ) 및 누설전류(㎂)의 측정을 수행하지 못했다. 반면에, 실시예1 내지 실시예4는 각각 표 2에서와 같이 방폭 밸브가 작동되지 않아 정상적으로 용량(㎌), 손실(tanδ) 및 누설전류(㎂)를 정상적으로 측정할 수 있었다. 105℃ 분위기에서 5000시간 동안 구동 후 측정한 결과, 실시예1 내지 실시예4는 각각 표 2에서와 같이 용량(㎌)이 430.9 내지 433.5㎌이고, 손실(tanδ)은 3.85 내지 3.91％이며, 누설전류(㎂)는 6.32 내지 6.59㎂로 측정되었다.
비교예1, 비교예2 및 실시예1 내지 실시예4에 대한 수소 가스 발생량 시험의 결과는 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 그래프에서 비교예1의 실험 결과는 마름모형 마크로 이루어진 곡선으로 나타내고 있고, 비교예2의 실험 결과는 사각형 마크로 이루어진 곡선으로 나타내고 있으며, 실시예1의 실험 결과는 엑스자(X)형 마크로 이루어진 곡선으로 나타내고 있다. 실시예2의 수소 가스 발생량 실험 결과는 도 1에서 삼각형 마크와 중첩된 마름모형 마크로 이루어진 선으로 나타내고 있고, 실시예3의 실험 결과는 원형 마크로 이루어진 곡선으로 나타내고 있으며, 실시예4의 실험 결과는 삼각형 마크로 이루어진 선으로 나타내고 있다.
즉, 도 1에 도시된 그래프에서와 같이 비교예1 및 비교예2는 30시간이 경과한 후 급속하게 수소 가스 발생량이 증가하고 있고, 실시예1 및 실시예3은 각각 비교예1 및 비교예2에 비해 10시간이 긴 40시간 이후에 가스 발생량이 증가하고 있으며, 실시예2 및 실시예4는 각각 90시간이 경과해도 수소 가스가 발생되지 않은 것으로 확인되었다. 비교예1 및 비교예2에 따른 종래의 전해액은 용매로 에틸렌클리콜(ethylene glycol) 15.9wt％와 물(H2O) 60.0wt％를 혼합하여 제조함에 의해 시간이 경과함에 따라 수소 가스의 발생량이 급격하게 증가하게 되어 방폭 밸브가 개방되며 이로 인해 용량(㎌), 손실(tanδ) 및 누설전류(㎂)의 측정을 수행하지 못했다.
반면에, 실시예1 내지 실시예4에 따라 제조된 본 발명의 전해액은 각각 용매로 단일 혼합용매가 사용되었고, 단일 혼합용매에 중수(D2O)가 사용됨에 의해 30시간 이전에 수소 가스가 발생되지 않은 것으로 확인되었다. 즉, 본 발명의 전해액은 실시예1 내지 실시예4에서와 같이 용매에 물(H2O)과 중수(D2O)의 혼합비 중 중수(D2O)의 wt％가 증가되는 만큼 수소 가스의 발생량을 감소시킬 수 있는 것을 확인하였다. 여기서, 수소 가스의 발생량 측정방법은 공지된 측정 장비를 사용함으로 설명을 생략한다.
전술한 바와 같이 본 발명의 전해 커패시터용 전해액은 용매에 중수(D2O)가 사용됨에 의해 수소 가스의 발생 원인을 감소시키거나 제거할 수 있어 수소 가스로 인해 전해 커패시터의 내부 압력이 증가되어 젤리롤형 전극체가 변형되거나 파괴되는 것을 방지할 수 있으며, 전해액에서 용매로 중수(D2O)를 사용하여 수소 가스의 발생을 억제시켜 수소 가스로 인해 내부 압력이 증가됨으로 인해 젤리롤형 전극체가 변형되거나 파괴되는 것을 방지함으로써 전해 커패시터의 장수명화가 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 전해 커패시터용 전해액은 전해 커패시터 제조 산업 분야에 적용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 용매 51 내지 95wt％와 첨가제 5 내지 49wt％을 혼합하여 형성되고, 상기 용매는 단일 용매, 단일 혼합용매 및 복합 혼합용매 중 하나가 선택되어 사용되며, 상기 단일 용매는 중수(D2O)가 사용되며, 상기 단일 혼합용매는 중수(D2O)와 물(H2O)을 혼합하여 형성되거나 중수(D2O)와 유기 용매를 혼합하여 형성되며, 상기 복합 혼합용매는 물(H2O), 중수(D2O) 및 유기 용매를 혼합하여 형성되며, 상기 첨가제는 카르복실산이나 카르복실산염이 사용되는 전해 커패시터용 전해액.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단일 혼합용매의 상기 중수(D2O)와 상기 물(H2O)의 혼합비는 중수(D2O) 0.1 내지 99.9％와 물(H2O) 0.1 내지 99.9wt％를 혼합하여 형성되며 상기 중수(D2O)와 상기 유기 용매의 혼합비는 중수(D2O) 0.1 내지 99.9wt％와 유기 용매 0.1 내지 99.9wt％를 혼합하여 형성되는 전해 커패시터용 전해액.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복합 혼합용매는 물(H2O) 0.1 내지 99.8wt％, 중수(D2O) 0.1 내지 99.8wt％ 및 유기 용매 0.1 내지 99.8wt％를 혼합하여 형성되는 전해 커패시터용 전해액.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기 용매는 에틸렌클리콜(ethylene glycol), 디에틸렌클리콜(diethylene glycol), 감마부티로락톤(gamma butyrolactone), 에틸알콜(ethanol), 프로필알콜(propanol), 부틸알콜(butanol), 트리에틸렌글리콜(triethyleneglycol), 프로필렌글리콜(propyleneglycol), 글리세린(glycerin), 설포란(sulforane), 아세토나이트릴(acetonitrile), 프로피오나이트릴(propionitrile), 디클로로메탄(dichloromethane), 에틸아세테이트(ethylacetate), 노말헥산(n-hexane), 벤젠(benzene), 부틸 카비톨(butyl carbitol) 및 톨루엔(toluene) 중 하나 이상이 선택되어 사용되는 전해 커패시터용 전해액.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 카르복실산이나 카르복실산염이 사용되고, 상기 카르복실산은 포름산(formic acid), 아디핀산(adipic acid), 구연산(citric acid), 세바스산(sebacic acid), 벤조산(benzoic acid), 프탈산(phthalic acid), 도데칸디오산(dodecanedioic acid), 아젤라산(azelaic acid) 및 브라실산(brassylic acid) 중 하나 이상이 선택되어 사용되며, 카르복실산염은 포름산암모늄(ammonium formate), 아디핀산 암모늄(ammonium adipate), 구연산 암모늄(ammonium citrate dibasic), 피-니트로벤조산 암모늄(ammonium p-nitro benzoate), 벤조산 암모늄(ammonium benzoate), 도데칸디오산 암모늄(ammonium dodecanedioate) 및 세바스산 암모늄(ammonium sebacate) 중 하나 이상이 선택되어 사용되는 전해 커패시터용 전해액.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 복합 첨가제가 사용되고, 상기 복합 첨가제는 메인첨가제 70 내지 90wt％와 보조 첨가제 10 내지 30wt％를 혼합하여 형성되며, 상기 메인첨가제는 상기 카르복실산이나 카르복실산염이 사용되며, 상기 보조 첨가제는 제1첨가제, 제2첨가제, 제3첨가제 및 제4첨가제 중 하나 이상이 선택되어 사용되며, 상기 제1첨가제는 무기산이나 무기산염이 사용되며, 상기 제2첨가제는 킬레이트화합물이 사용되며, 상기 제3첨가제는 니트로화합물이 사용되며, 상기 제4첨가제는 당이 사용되는 전해 커패시터용 전해액.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 무기산이나 무기산염은 인산(phosphoric acid), 인산 2수소 암모늄(ammonium dihydrogen phosphate), 차아인산 암모늄(ammonium hypophoshpite), 차아인산(hypophosphorous acid), 오붕산 암모늄(ammonium pentaborate) 및 붕산(boric acid) 중 하나 이상이 선택되어 사용되는 전해 커패시터용 전해액.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 킬레이트화합물은 디에틸렌트리아민5초산(DTPA: Diethylene triamine penta acetic acid)와 에틸렌디아민4초산(EDTA: Ethylene diamine tetra acetic acid) 중 하나가 선택되어 사용되는 전해 커패시터용 전해액.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 니트로화합물은 피-니트로페놀(p-nitro phenol), 피-니트로벤조산 암모늄(ammonium p-nitro benzoate), 니트로아세토페논(nitroacetophenone) 및 니트로아니솔(nitroanisole) 중 하나가 선택되어 사용되는 전해 커패시터용 전해액.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 당은 글루코오스(glucose), 자일로스(xylose), 갈락토스(galactose) 및 마니톨(mannitol) 중 하나가 선택되어 사용되는 전해 커패시터용 전해액.
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