KR20190110945A

KR20190110945A - 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터

Info

Publication number: KR20190110945A
Application number: KR1020190032317A
Authority: KR
Inventors: 권민상
Original assignee: 권민상
Priority date: 2018-03-21
Filing date: 2019-03-21
Publication date: 2019-10-01

Abstract

본 발명은 아주 작은 전압으로 충전을 할 수 있는 하이브리드 슈퍼커패시터에 관한 것으로 특히, 전극과 전해질을 갖는 슈퍼커패시터로써, 상기 전극은 내부에 이온내포풀러렌이 주입된 탄소나노튜브로 이루어지고, 상기 전해질은 이온이 내포된 풀러렌, 또는 이온이 내포된 풀러렌 염을 포함하여 이루어져, 풀러렌에 내포된 이온에 의한 충전이 이루어지고, 풀러렌 자체에 의한 충전이 이루어짐을 특징으로 하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터이다.
이러한 본 발명은, 또한, 탄소나노튜브 내에 전해질인 이온내포풀러렌을 내포시켜 사용하므로 생체전위와 같이 극히 미세한 전압으로 충전이 가능한 효과가 있다.
또한, 이온내포풀러렌에 내포된 이온에 의한 1차 충전과, 이온내포풀러렌의 축퇴된 분자궤도에 의한 2차 충전이 이루어지게 되는 효과가 있고, 이온내포풀러렌에 내포된 이온에 의한 충전만 할 경우에 비해 6배라는 현격한 충전 용량 증가가 이루어지는 효과가 있으며, 풀러렌에 내포되는 이온으로 인해 충전이 더욱 용이해진다는 효과가 있다.
또한, 이온내포풀러렌이 내포된 탄소나노튜브를 전극으로 사용하여 이온내포풀러렌과의 간격을 극미세하게 함으로써 생체전위 같은 아주 작은 전위로 충전할 수 있는 효과가 있다.
또한 나노 사이즈인 풀러렌을 전해질로 사용함으로써 에너지 저장 밀도를 현저하게 높임으로서 소형, 경량으로 제작할 수 있다는 효과 및, 충전 특성과 방전 특성을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 물리적, 화학적으로 매우 안정된 풀러렌을 사용함으로써 물리적 화학적으로 매우 안정된 에너지 저장을 할 수 있게 된다는 효과 등이 있다.

Description

미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터{Hybrid Supercapacitor}

본 발명은 아주 작은 전압에서부터 높은 전압에 이르기까지 충전할 수 있는 미소 충전 전위를 갖도록 한 하이브리드(Hybrid) 슈퍼커패시터( Supercapacitor)에 관한 것이다.

더 상세하게는 탄소나노튜브에 이온이 내포된 풀러렌(Fullerene)(이하 "이온내포풀러렌"이라 한다.)과 이온액체폴리머를 주입하여 사용하고, 상기 탄소나노튜브를 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖도록 구성한 후, 상기 이온내포풀러렌의 환원 전위 이상의 전압으로 충전이 이루어지도록 함으로써, 첫째, 이온액체폴리머에 의해 가장 먼저 충전(1차 충전)이 이루어지고, 둘째, 이온내포풀러렌에 내포된 이온에 의한 충전(2차 충전)이 이루어지도록 하며, 셋째 높은 전위에서는 이온내포풀러렌 자체에 의한 충전(3차 충전)이 이루어지도록 한 전혀 새로운 개념의 하이브리드 슈퍼커패시터이다.

이러한 본 발명은 충전 용량을 비약적으로 향상시키고, 충전 특성 및 방전 특성을 향상시키며, 물리적, 화학적으로 안정하다는 장점이 있다. 또한, 나노 사이즈의 분자인 풀러렌을 이용함으로써 에너지 밀도를 높임은 물론 소형화, 경량화할 수 있다는 장점 등이 있다.

또한, 낮은 전위에서부터 높은 전위에 이르기까지 충전을 행할 수 있어서 태양광 발전이나 풍력발전 같이 낮은 전위에서부터(예: 일출 시) 높은 전위까지(예: 태양 남중 시) 넓은 범위에 걸쳐 발전되는 전원을 모두 충전할 수 있는 장점 등이 있다.

본 명세서에 있어서, 이온내포풀러렌에 내포된 이온에 의한 충전과, 이온내포풀러렌 자체에 의한 충전이 모두 이루어지는 새로운 개념의 슈퍼커패시터를 "하이브리드 커패시터"라 한다. 이하 같다.

또한, 본 명세서에 있어서 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖는 전극이라 함은, 활성탄 전극과 같이 분극을 형성하면서도 이온내포풀러렌과 전극이 물리적 결합을 하지 않는 전극을 말한다. 이하 같다.

또한, 본 명세서에 있어서, 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖는 전극이라 함은, 할로젠 원소를 도핑하여 전도성을 갖도록 한 활성탄과 같이, 이온내포풀러렌이 전극과 물리적 결합을 하지 않으면서도 전극을 통해 이온내포풀러렌으로 전자 이동이 가능한 전극을 말한다. 즉, 이온내포풀러렌에 내포된 이온과 전극은 분극을 형성하지만, 이온내포풀러렌 자체에는 전극을 통해 전자의 이동이 있는 가능한 전극을 말한다. 이하 같다.

주지하다시피 전기에너지를 저장하는 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫 번째는 이온의 산화환원 반응을 이용하여 전기에너지를 화학에너지로 저장하는 전해식(Electrolytic) 저장 방법이고, 두 번째는 두 전극 사이의 분극현상을 이용하여 전기에너지를 전기에너지 자체로 저장하는 정전기식(Electrostatic) 저장 방법이다.

납축전지, 니켈카드뮴 전지, 니켈수소 전지, 리튬이온폴리머 전지 등과 같은 2차 전지는 화학에너지와 전기에너지 사이의 가역적인 상호 변환을 통해 충전과 방전을 반복하여 재사용할 수 있도록 하는 첫 번째 전해식 저장 방법의 예이고, 두 극판 사이의 분극현상을 이용하여 충전과 방전을 반복하여 재사용할 수 있도록 하는 커패시터는 두 번째 정전기식 저장 방법의 예이다. 본 명세서에 있어서 상기 전해식 저장 방법에 의한 배터리를 "화학배터리"라 한다. 이하 같다.

화학배터리는 에너지 밀도가 높아 대용량의 에너지를 저장할 수 있다는 장점이 있는 반면, 전기에너지와 화학에너지 사이의 상호 변환 시 에너지 변환 손실이 발생하고, 열이 발생하며, 화재 및 폭발 위험이 있고, 대용량의 에너지를 짧은 시간 안에 충전 및 방전할 수 없어 충전 시간이 길어짐은 물론, 충전이 어렵고, 방전 특성이 저하되며, 수명이 짧고, 공해물질을 배출시킨다는 단점이 있다.

커패시터는 충전과 방전 시 에너지 변환 손실이 없고, 열이 발생하지 않으며, 폭발 위험이 없고, 수명이 무제한에 가깝도록 길며, 급속 충전 및 급속 방전이 가능하고, 공해물질 배출이 없다는 장점이 있는 반면, 에너지 밀도가 낮아 대용량의 에너지를 저장할 수 없다는 단점이 있다.

따라서 화학배터리의 장점과 커패시터의 장점을 모두 가지면서도 단점은 없앤 에너지 저장장치에 대한 연구가 지속적으로 이루어져 왔다.

기술이 발전함에 따라 커패시터의 에너지 밀도를 현저하게 높여 대용량 충전이 가능하도록 한 슈퍼커패시터(Supercapacitor)가 개발됨으로써, 화학배터리의 장점과 커패시터의 장점을 충족하는 에너지 저장이 가능하게 되었다.

슈퍼커패시터는 화학반응을 이용하는 전해식 배터리와는 달리, 단위 셀 전극의 양단에 전압을 인가하면 전해액 내의 이온들이 전기장을 따라 이동되고, 이동된 이온이 전극 표면에 흡착되어 전하가 축전되는 전기화학적 메커니즘을 이용하는 것으로, 전해식 또는 정전기식과 구분하여 전기화학식 커패시터(Electrochemacal capacitor)라고도 한다. 이러한 슈퍼커패시터는 전극과 전해질 계면으로의 이온 이동과 표면화학반응에 의한 충전현상을 이용하므로, 급속 충방전이 가능하고, 높은 충방전 효율 및 반영구적인 사이클 수명이 가능하며, 화학배터리보다 높은 고출력이 가능하고 환경 친화적이어서 전기자동차, 휴대전화, 카메라 플래시, 드론 등의 차세대 에너지저장장치로 각광받고 있다.

이러한 슈퍼커패시터는 사용되는 전극 및 메커니즘에 따라 전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor: ELDC), 유사 커패시터(Pseudo Capacitor), 하이브리드 커패시터(Hybrid capacitor) 등으로 구분된다.

일반적으로 전기이중층 커패시터는, 서로 마주하는 두 개의 다공성 전극(Electrode)과, 상기 다공성 전극 사이에 충진되는 전해질(Electrolyte)과, 상기 다공성 전극을 전기적으로 분리하는 분리막(Separator)과, 전극이 형성되는 집전체(Current Collector) 및 케이스 등을 기본 구조로 하여 이루어진다. 이러한 전기이중층 커패시터는 전극 양단에 전위차가 가해지면 두 전극 각각에 양전하(+)와 음전하(-)가 모이고 이로 인해 전해질 내에서 각각의 전극 주위에 반대되는 전하 이온들이 모여 전기적 이중층을 형성함으로써 이온의 저장이 일어나는 현상을 이용한 것으로, 상기 다공성 전극으로 인한 표면적의 상승과 전기 이중층이 형성되는 특성을 이용하여 대용량의 에너지 저장이 가능하도록 한 것이다.

유사 커패시터는 전극과 전기화학 산화물 반응물의 산화환원 반응을 이용하는 커패시터로, 전기이중층 커패시터가 전극 표면에 형성된 이중층에만 전하를 저장하는 데 비하여 전극 재료의 표면 근처까지 전하를 저장할 수 있어 높은 에너지 밀도를 갖도록 한 커패시터이다.

하이브리드 커패시터는 양극과 음극에 작동전압 영역 및 비축전용량이 서로 다른 비대칭전극을 사용함으로써, 한쪽 전극은 고용량 특성의 전극재료를 사용하고, 다른 전극은 고출력 특성의 전극재료를 사용하여 용량 특성을 개선한 것으로, 고출력 특성 손실을 최소화하고, 높은 작동 전압 및 높은 에너지 밀도를 갖도록 한 커패시터이다.

슈퍼커패시터의 용량을 더욱 높이고 소형화 하며 충방전 특성을 향상시키기 위해 더욱 많은 연구가 이루어지고 있으며, 이러한 연구는 넓은 표면적과 높은 전도성 및 전기화학적 안정성을 갖는 전극물질과 전해질에 대한 연구로 집중되고 있다.

전극의 비표면적을 높이기 위한 전극 재질 중 많은 주목을 받는 탄소전극재질로는 활성탄(Active carbon), 활성탄소섬유(Active carbon fiber), 비정질탄소(Glassy carbon), 탄소에어로젤(Carbon aerogel) 등이 있으며, 이러한 전극의 비표면적을 더욱 높이기 위해 다양한 방법의 가공이 이루어지고 있다. 활성탄의 경우 2 ~ 50nm의 세공과 1,000 ~ 3,000㎡/g의 표면적을 가지며, 전기전도도가 높고 성형이 용이하여 많이 사용된다.

전해질은 수용성과 비수용성(유기성)으로 구분되는데, 수용성 전해질의 경우에는 출력특성이 높은 반면 에너지 밀도가 낮다는 특징이 있으며, 유기성 전해질의 경우에는 저항특성이 낮은 반면 에너지밀도가 높다는 특징이 있다. 이러한 전해질은 용매와 용질에 따라 그 특성이 달라지며 용매의 내부저항 특성과, 용해도 특성 및 화학반응 속도를 고려하여 많은 연구가 이루어지고 있다.

기술이 더욱 발전함에 따라 그래핀(Graphene)과 탄소나노튜브(Carbon nanotube)를 전극으로 사용할 수 있게 됨으로써 슈퍼커패시터의 용량이 더욱 커지고 특성이 향상되었다.

그래핀은 탄소가 육각형의 형태로 서로 연결되어 벌집 모양의 2차원 평면 구조를 이루는 물질이며, 탄소나노튜브는 탄소 6개로 이루어진 육각 모양이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있는 것으로 합성 조건에 따라 관의 지름을 다르게 할 수 있다. 대한민국 특허출원 제10-2015-7006745호 "높은 분산성의 그래핀 조성물, 그의 제조방법 및 높은 분산성의 그래핀 조성물을 함유하는 리튬 이온 이차 배터리의 전극", 대한민국 등록특허 제10-1486658호 "고성능 슈퍼커패시터 전극을 위한 그래핀 기반 전극재료 및 이를 포함하는 슈퍼커패시터"에는 그래핀을 전극으로 사용하는 기술에 대한 일례가 기술되어 있으며, 대한민국 특허출원 제10-2013-7033691호 "탄소나노튜브 기반 전극 및 재충전 가능한 배터리", 대한민국 등록특허 제10-1600185호 "배터리용 전극 및 그 제조방법"에는 탄소나노튜브를 전극으로 사용하는 기술에 대한 일례가 기술되어 있다.

나노 기술의 발전과 탄소 재질에 대한 연구가 심화됨에 따라 탄소의 다른 존재 형태인 풀러렌(Fullerene)이 발견되어 슈퍼커패시터에 응용되고 있다.

풀러렌은 탄소 5개가 모인 5각형과 탄소 6개가 모인 6각형이 공 모양의 구체 형상으로 결합되어 중공(中空)을 형성하고 있는 것으로, 사용된 탄소 수에 따라 다양한 형태의 풀러렌이 있다. C60, C70, C72, C78, C82, C90, C94, C96 등과 같은 풀러렌이 있으며, 이보다 더 큰 탄소 수를 갖는 것도 있다. 이러한 풀러렌은 축구공의 형상을 갖거나 축구공과 유사한 구체 등의 형상으로, 중공 상의 구조적 특성을 갖는다.

풀러렌은 이와 같이 탄소 고리 배열 및 중공 상의 특이한 구조 등으로 인해 뛰어난 물리적, 화학적 성질을 갖는다. 구체적으로, 강력한 항산화성, 흡착성, 촉매성(흡착된 물질의 분해성), 전자기파 흡수성, 전기 전도성 및 다이아몬드보다 높은 강도 등의 여러 가지 유용한 물리적, 화학적 특성을 가지고 있다.

풀러렌은 카본 블랙이나 흑연을 원료로 하여 아크 방전법이나 연속 연소법 등을 통해 인공적으로 만들거나, 천연 광물로부터 추출하여 만든다. 대한민국 등록특허 제10-1515534호 "전극 소재용 풀러렌의 제조방법"에는 풀러렌 또는 이와 유사한 구조의 유사 풀러렌을 함유하는 규산염과 같은 천연광물로부터 전기화학적 방법이나 극성용매추출 방법 등을 사용하여 풀러렌을 제조하는 방법이 제시되어 있다.

최근에는 이러한 풀러렌의 특징을 슈퍼커패시터에 이용함으로써 슈퍼커패시터의 용량을 증가시키고 특성을 향상시키고자 하는 연구들이 지속되고 있다. 대한민국 등록특허 제10-0773585호 "연료전지용 전극의 제조 방법"에는 풀러렌을 이용한 연료전지가 제시되어 있고, 대한민국 등록특허 제10-1251635호 "풀러렌 기반 이차 전지 전극들"에는 풀러렌 물질 n≥100인 Cn의 카본 성분을 갖는 배터리용 전극 기술이 제시되어 있다.

그러나 상기와 같은 종래 기술들은 전극의 표면적을 넓히기 위해 활성탄이나 그래핀, 또는 탄소나노튜브나 풀러렌을 전극물질로 이용하고, 넓어진 전극의 표면적을 이용하여 슈퍼커패시터의 용량 및 특성을 개선시켜 왔으나 그 이용이 전극에 국한되어 있다는 한계점이 있었다. 또한 분극현상과 표면화학반응을 이용함에 있어서도 전해질에 대한 연구가 만족스럽지 못하여 에너지 저장 용량이나, 에너지 저장 밀도를 향상시키는데 한계점이 있다는 문제점 등이 있었다.

또한 상기와 같은 종래의 기술들은 미소한 전압으로 충전을 할 수 없어서 태양광 발전 초기와 같이 발생되는 전압이 낮을 경우에는 그냥 흘려버려야 한다는 문제점 등이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 특히, 슈퍼커패시터의 전극 중 어느 하나를 탄소나노튜브로 만든 후 이 탄소나노튜브 내부에 이온이 내포된 풀러렌 또는 그 염을 주입하고, 이온액체폴리머를 더 포함시켜 하이브리드 슈퍼커패시터를 구성한 후, 이 이온내포풀러렌의 환원전위 이상의 전압으로 충전이 이루어지도록 함으로써, 이온액체폴리머에 의한 충전과, 이온내포풀러렌에 내포된 이온에 의한 충전과, 이온내포풀러렌 자체에 의한 충전이 이루어지도록 함으로써 에너지 저장 용량과 에너지 저장 밀도를 현격하게 향상시킴은 물론, 물리적, 화학적으로 지극히 안정적인 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터를 제공하기 위한 것이다.

즉, 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖도록 탄소나노튜브 전극을 성장시키고, 이 탄소나노튜브 전극에 이온내포풀러렌을 주입하고, 커패시터에 이온액체폴리머를 더 포함하며, 상기 이온내포풀러렌의 환원전위 이상의 전압을 인가하여 충전을 함으로써, 첫째, 이온액체폴리머에 의한 1차 충전이 이루어지고, 상기 이온내포풀러렌에 내포된 이온에 의한 21차 충전이 이루어지도록 하고, 둘째, 상기 이온내포풀러렌의 축퇴된 분자궤도에 의한 3차 충전이 이루어지도록 함으로써 에너지 저장 용량 및 에너지 저장 밀도를 비약적으로 향상시킨 것이다.

또한, 탄소나노튜브와 이온내포풀러렌과의 거리가 극미세하여 아주 작은 전위, 예를 들어 생체전위로도 충전할 수 있도록 한 것이다.

본 발명 "미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터"는, 전극과 전해질을 갖는 슈퍼커패시터로써, 상기 전극의 어느 하나는 탄소나노튜브로 이루어지고, 상기 탄소나노튜브 내부에 이온이 내포된 풀러렌, 또는 염을 주입하고, 전극 사이에 이온내포풀러렌을 충진하여, 움직임 없는 이온액체폴리머에 의한 1차 충전이 이루어지고, 풀러렌에 내포된 이온에 의한 2차 충전이 이루어지며, 풀러렌 자체에 의한 3차 충전이 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

상기 탄소나노튜브 전극은 이온이 내포된 풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖도록 구성되고, 다른 하나는 이온이 내포된 풀러렌에 대해 분극성을 갖도록 구성되거나, 또는 분극성과 전도성을 갖도록 구성됨을 특징으로 한다.

하나의 관점에서 본 발명은 전극 중 어느 하나는 탄소나노튜브로 이루어지고, 상기 탄소나노튜브 내부에 이온이 내포된 풀러렌, 또는 이온이 내포된 풀러렌 염의 전해질을 주입하고, 상기 전해질을 포함하는 비수성 전해액을 포함하는 것이다.

상기 비수성 전해액은 (A) 이온내포 풀러렌 또는 그 염; (B) 이온액체 폴리머; (C) 비수성 유기용매; 및 (D) 할로겐 치환 방향족 탄화수소인 것을 포함하는 것이다.

또한 본 발명에 따른 상기 풀러렌은 C60임을 특징으로 하고, 이 풀러렌에 내포되는 이온은 금속 이온, 특히 알칼리 금속 이온임을 특징으로 한다. 이러한 이온으로는 리튬, 나트륨, 칼륨, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬 등이 있다.

상기 이온내포 풀러렌 염은 이온내포 풀러렌과 Cl^-, Br^-, F^-, I^-, ClO₃ ^-, ClO₄ ^-, BF₄ ^-, A1Cl4^-, PF₆ ^-, SbC₁₆ ^- 또는 SbF₆ ^- 으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 음이온과 결합된 것을 사용할 수 있다.

본 발명 "미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터"는, 특히, 탄소나노튜브를 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖도록 구성하여 하이브리드 슈퍼커패시터의 일측 전극으로 사용한 후, 이 탄소나노튜브에 이온내포풀러렌을 주입하고, 전극 사이에 이온액체폴미머를 충진하여, 이온액체폴리머에 의한 1차 충전과, 이온내포풀러렌에 내포된 이온에 의한 2차 충전과, 이온내포풀러렌의 축퇴된 분자궤도에 의한 3차 충전이 이루어지게 되는 효과가 있다.

또한, 탄소나노튜브 내에 전해질인 이온내포풀러렌을 내포시켜 사용하므로 생체전위와 같이 극히 미세한 전압으로 충전이 가능한 효과가 있다.

또한, 이온내포풀러렌에 내포된 이온에 의한 충전만 할 경우에 비해 6배라는 현격한 충전 용량 증가가 이루어지는 효과가 있으며, 풀러렌에 내포되는 이온으로 인해 충전이 더욱 용이해진다는 효과가 있다.

또한 나노 사이즈 분자인 풀러렌을 전해질로 사용하여 에너지 저장 밀도를 현저하게 높임으로써 소형, 경량으로 제작할 수 있다는 효과 및, 충전 특성과 방전 특성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 물리적, 화학적으로 매우 안정된 풀러렌을 사용함으로써 물리적 화학적으로 매우 안정된 에너지 저장을 할 수 있게 된다는 효과 등이 있다.

도 1a 는 본 발명 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터의 방전 상태를 나타낸 개략도,
도 1b 는 본 발명 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터의 충전 상태를 나타낸 개략도,
도 1c 는 본 발명 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터의 충전 상태를 확대하여 나타낸 개략도,
도 1d 는 본 발명 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터의 구성을 나타낸 구성도,
도 2a 는 그래핀의 구조를 나타낸 사시도,
도 2b 는 분극성을 갖는 그래핀 전극 형성을 위한 접합 방향을 나타낸 사시도,
도 2c 는 전도성을 갖는 그래핀 전극 형성을 위한 접합 방향을 나타낸 사시도,
도 3 은 탄소나노튜브의 키랄성을 나타낸 사시도,
도 4a 는 풀러렌의 결합을 나타낸 구조도,
도 4b 는 풀러렌의 x-y 평면상의 결합을 나타낸 구조도,
도 4a 는 풀러렌의 x-y 평면상의 다른 결합을 나타낸 구조도,
도 5 는 금의 밀러면 (111)을 이용한 풀러렌의 흡착을 나타낸 개략도,
도 6 은 본 발명에 따른 Li@C60의 CV 곡선을 나타낸 그래프.

본 발명을 실시 예를 들어 설명함에 있어서, 동일부호는 동일한 구성을 의미하고, 중복되거나 발명의 의미를 한정적으로 해석되게 할 수 있는 부가적인 설명은 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 생략될 수 있다.

구체적인 설명에 앞서, 본 명세서상에 비록 단수적 표현으로 기재되어 있을지라도 국어 사용에 있어서 단수/복수를 명확하게 구분 짓지 않고 사용되는 환경과 당해 분야에서의 통상적인 용어 사용 환경에 비추어, 발명의 개념에 반하지 않고 해석상 모순되거나 명백하게 다르게 뜻하지 않는 이상 복수의 표현을 포함하는 의미로 사용된다. 또한, 본 명세서에 기재되었거나 기재될 수 있는 '포함한다', '갖는다', '구비한다', '포함하여 이루어진다' 등은 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 구성요소 또는 그들 조합의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터는, 도1d에서 도시되는 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 커패시터는 어느 일측의 집전체(Current Collector)(10)에 탄소나노튜브(35)를 성장시킨 전극을 구성하고, 이 탄소나노튜브(35) 내부에 이온내포풀러렌을 주입하여 구성하는 것이다.

상기 집전체(10, 10')는 알루미늄(Al)이나 구리(Cu) 등의 금속으로 구성되는데 마주보는 두 집전체(10, 10')를 모두 동일한 물질로 구성하거나, 또는 각기 다른 물질로 구성할 수 있다. 예를 들어 제1집전체(10)는 알루미늄으로 음극집전체를 구성하고, 제2집전체(10')는 구리로 양극집전체를 구성할 수 있다.

상기 제1집전체(10) 형성되는 제1전극(20)의 탄소나노튜브(35)는 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 모두 갖도록 구성하고, 다른 하나는 이온내포풀러렌에 대해 분극성만 갖도록 구성하거나 또는 분극성과 전도성 모두 갖도록 구성된 제2전극으로 구성한다.

상기 제 1전극의 탄소나노튜브는 탄소 6개로 이루어진 육각 모양이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있는 것으로 합성 조건에 따라 관의 지름을 다르게 할 수 있다. 또한, 도3에서 도시되는 바와 같이 키랄성(Chirality)를 제어하여 전기적 특성을 제어할 수 있는데 이를 이용하여 탄소나노튜브가 이온내포풀러렌에 대해 분극성만 갖도록 하거나, 또는 분극성과 전도성 모두를 갖도록 만들 수 있다. 따라서 집전체에 탄소나노튜브를 성장시킬 시 키랄성을 제어하여 전도성이 없도록 성장시키면 이온내포풀러렌에 대해 분극성만 갖는 전극이 만들어지며, 키랄성을 제어하여 전도성을 갖도록 성장시키면 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 모두 갖는 전극을 만들 수 있다.

주지하다시피 탄소나노튜브의 키랄성은 형성된 6각형의 구조에 따른 키랄 벡터(chiral vector) 지수로, 의자형(n=m), 나선형(n,m), 지그재그형(n,O) 등이 있다. 탄소나노튜브는 각각의 형태에 따라 반도체, 금속 또는 반도체, 금속과 같은 전기적인 특성을 나타낸다.

이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖는 제 2전극은, 활성탄이나 테프론을 접합제(Binder)를 사용하여 집전체에 접합시켜 구성하거나, 또는 그래핀이나 풀러렌이 분극성을 갖도록 접합하여 구성한다.

이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖는 제2전극은, 집전체에 활성탄, 그래핀, 탄소나노튜브, 또는 풀러렌이 분극성과 전도성을 갖도록 접합하여 구성한다. 이중 탄소나노튜브의 제2전극은 상기한 바와 같이 키랄성을 제어하여 구성한다. 즉 본 발명은 음극 및 양극집전체 각각에, 이온내포풀러렌이 주입된 탄소나노튜브 전극이 구비될 수 있다.

분극성을 갖는 제2전극은 다공질의 활성탄 즉, 야자열매 섬유를 탄소화시켜 만든다. 이렇게 만들어진 활성탄을 접합제를 사용하여 집전체에 접합시키면 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖는 전극이 만들어지게 된다. 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖는 활성탄은, 분극성을 갖는 활성탄에 요오드(I3)와 같은 할로젠 원소 등을 도핑하여 만든다. 이렇게 만들어진 활성탄을 접합제를 사용하여 집전체에 접합시키면 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖는 전극이 만들어지게 된다.

그래핀은 탄소가 육각형의 형태로 서로 연결되어 벌집 모양의 2차원 평면 구조를 이루는 물질로, 도2a에서 도시되는 바와 같이, 2차원 평면인 x-y축으로는 전자가 흐를 수 있어 전도성을 갖지만 z축으로는 비전도성을 갖는 특성이 있는 물질이다. 따라서, 도2b에서 도시되는 바와 같이, 집전체 면에 그래핀의 2차원 평면이 평행하게 놓이도록 접합하면 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖는 전극이 만들어지고, 도2c에서 도시되는 바와 같이, 집전체 면에 그래핀의 2차원 평면이 수직이 되도록 접합하면 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖는 전극이 만들어진다.

풀러렌에 레이저를 조사하면 풀러렌을 결합시킬 수 있다. 도4a는 2개의 풀러렌이 결합되는 것을 나타낸 것이고, 도4b와 도4c는 x-y 평면으로 결합된 것을 나타낸 것이다. 두 개 이상의 풀러렌이 결합된 풀러렌은 결합 방향과 인가되는 전압에 따라 전기전도도가 달라지며 이를 조절하여 분극성만 가지는 전극, 또는 분극성과 전도성을 모두 가지는 전극을 만들 수 있다.

풀러렌과 집전체와의 결합은 풀러렌이 구리(Cu)나 금(Au)의 표면에 흡착되는 성질을 이용하여 결합시킴이 바람직하다. 즉, 밀러 지수(Miller index) (111)을 갖는 구리(Cu)나 금(Au)의 밀러면 위에 풀러렌을 놓으면, 도5에서 도시되는 바와 같이, 풀러렌이 집전체로 사용된 금(Au)이나 구리(Cu)에 흡착되는 되는데 이를 이용하여 집전체 위에 풀러렌 전극을 형성한다. 이와는 별도로 풀러렌을 집전체 위에 접합제를 사용하여 접합시킬 수도 있다.

본 발명의 하이브리드 커패시터는 상기 집전체와, 이 집전체에 성장 또는 접합 방법으로 구비되는 탄소나노튜브의 제1전극과, 활성탄 등으로 이루어진 제2전극 그리고, 비수성 전해액을 포함한다.

비수성 전해액

하나의 관점에서 본 발명의 비수성 전해액은 (A) 이온내포풀러렌 또는 그 염; (B) 이온액체 폴리머; (C) 비수성 유기용매; 및 (D) 할로겐치환방향족탄화수소를 포함하는 것이다.

다른 관점에서 본 발명은 (A) 이온내포풀러렌 또는 그 염; (C) 비수성 유기용매; 및 (D) 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 포함하는 비수성 전해액에 관한 것이다.

나아가 본 발명의 비수성 전해액은, 하기의 유기 용매와, 이온 액체가 선택적으로 더 추가될 수 있다.

이하 본 발명에 의한 비수성 전해액의 구성 성분을 상세하게 설명한다.

(A) 이온내포 풀러렌(fullerene) 또는 그 염

본 발명에 있어서, 전해질에 해당하는 이온내포 풀러렌은 할로겐 치환 방향족 탄화수소의 π-π 상호작용에 의해 인터칼레이션(intercalation)함으로써 충전의 지속성을 유지하고 자연 방전을 억제하는 역할을 한다.

이 이온내포풀러렌은 상기 탄소나노튜브에 내포되는 것이다.

풀러렌은 탄소 5개가 모인 5각형과 탄소 6개가 모인 6각형이 공 모양의 구체 형상으로 결합되어 중공을 형성하고 있는 것으로, 사용된 탄소 수에 따라 다양한 형태의 풀러렌이 있다. 예를 들어, C60, C70, C72, C76, C78, C82, C84, C90, C94, C96 등의 풀러렌이 가능하지만 20개의 6각형과 12개의 5각형으로 이루어진 C60이 가장 좋다. 이러한 C60은 그 구조적 특성에 의해 물리적 화학적으로 지극히 안정적이고, 구형 대칭성으로 이동성이 우수하여 안정성과 충방전 특성 등을 향상시킨다.

본 발명에 따른 C60 풀러렌에 내포되는 이온은 금속 이온, 특히 알칼리 금속 이온이 바람직하다. 이러한 이온으로는 리튬, 나트륨, 칼륨, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬 등이 있으며, 금속 이온이 내포된 풀러렌은, 풀러렌에 내포된 금속 이온에 의해 전하를 갖게 되어 두 전극 사이에 전기장이 가해졌을 경우 이동이 용이하게 된다. 금속이온이 내포된 풀러렌으로 Li⁺@C60(여기서, @은 내포폴리머를 의미함), Li⁺@C70, Li⁺@C76 또는 Li⁺@C84을 바람직하게 사용할 수 있다.

또한, 상기 이온내포 풀러렌 염은 이온내포 풀러렌과 Cl^-, Br^-, F^-, I^-, ClO₃ ^-, ClO₄ ^-, BF₄ ^-, A1Cl4^-, PF₆ ^-, SbC₁₆ ^- 또는 SbF₆ ^- 으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 음이온과 결합된 것을 사용할 수 있다. 이러한 음이온은 이온내포 풀러렌 또는 이온내포 풀러렌 염을 적층하였을 경우 형성되는 공극의 크기보다 작은 직경을 갖는 이온이 더욱 바람직하다. 이 때, 할로겐이 바람직하고, 특히 F^-가 바람직하다. 대응되는 이온을 교환하기 위해서는 일반적으로 알려진 방법을 사용하여도 무방하다. 예를 들어, Li + @C60] [PF₆ ^-]를 [Li + @C60] [F^-]로 교체하려는 경우 다음에 나타내는 일반적으로 알려진 방법을 사용할 수 있다.

(Li + @C60] [PF₆ ^-)+KF+18-crown-6

(Li + @C60] [F^-)+(18-crown-6]K⁺)+PF₆ ^-]

또 다른 방법으로는 이온 교환 수지를 이용하는 방법도 있다.

한편 본 발명에 따른 C60 풀러렌의 전자운을 포함한 C60의 크기는 1.002nm이며, 주 골격은 0.704nm로 내부에 지름 0.4nm의 공간이 있다. 따라서 이 공간에 이온을 내포시킬 수 있다.

본 발명에 따른 이온내포풀러렌은 아크방전법을 이용하여 만든다. 또는, 플라즈마 생성 수단을 이용하여 주입하고자 하는 이온에 에너지를 주고, 플라즈마와 자기장의 작용을 이용하여 이온내포풀러렌을 만들 수 있다.

본 발명에서는 이온내포풀러렌을 사용하여 슈퍼커패시터를 만들 수 있음은 물론, 이온내포풀러렌 염을 사용하여 슈퍼커패시터를 만들 수도 있다. 이온내포풀러렌 염은 예를 들어, 클러스터 분해, 용해 고형물 제거, 침전, 생성 염류 제거, 공 풀러렌 제거, 원자 내포 풀러렌 양이온류 추출, 고체 석출, 고체 회수, 결정화 및, 결정을 회수하는 공정 등을 거쳐 만드는 것이다.

(B) 이온액체 폴리머

본 발명에 의한 이온액체폴리머는, 충전 시 상기 이온내포풀러렌보다 먼저 반응하여 1차 충전이 이루어지고, 다음으로 풀러렌이 반응하여 2차 충전이 이루어진다.

이온액체 폴리머는 쌍극자 타입(이중성 폴리머), 양이온성 폴리머(polycation), 음이온성 폴리머(polyanion), 공중합체(copolymer) 또는 중합체 블렌드(polymer blend)의 형태를 가질 수 있으며, 바람직하게는 음이온성 폴리머가 사용되나, 이에 한정되는 것은 아니다.

충전 시에는 폴리머가 거의 움직이지 않고 이온내포 플러렌만 움직이는데, 이는 용수철에 에너지를 축적하는 과정과 같이 복원(방전)되는 특성이 우수하고, 충전이 빠르게 이루어진다.

본 발명의 비수성 전해액에서, 이온액체 폴리머는, 풀러렌 100중량부에 대하여 50 ~ 300중량부, 바람직하게는 100 ~ 250 중량부, 더욱 바람직하게는 90 ~ 120 중량부일 수 있으며, 300 중량부를 초과할 경우에는 농도 조절이 어려운 문제점이 있으며, 50 중량부 미만일 경우에 충전 반응 원활하게 이루어지지 않을 수 있으며, 상당히 고가인 이온내포풀러렌의 비율이 상대적으로 높아져 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 상기 이온액체 폴리머는 넓은 온도 변화(-50 내지 400℃)는 물론 압력변화에 견딜 수 있는 장점이 있고, 진공상태에서 견딜 수 있는 장점이 있으며, 전위 량을 넓힐 수도 있다.

바람직하게는 겔 타입 또는 고체 타입으로 이루어지고, 보다 바람직하게는 양이온성 폴리머, 음이온성 폴리머 또는 이중성 폴리머를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 겔 또는 고체 타입의 전해질이 사용될 수 있는 것은 리튬이온내포 폴리머가 구형 대칭성으로 이루어져 있어 겔 타입의 전해질에서도 높은 운동성을 가질 수 있기 때문이다.

본 발명에 있어서, 이온액체 폴리머는 화학식 1 또는 화학식 2의 양이온성 폴리머와 Cl^-, Br^-, BF₄ ^-, PF₆ ^-, (CF₃SO₂)₂N^-, HPO₃R^11-(여기서, R¹¹은 C₁~C₆알킬기) 및 COOH^-로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 음이온이 결합되어 있는 양이온성 이온폴리머를 사용할 수 있다.

[화학식 1]

[화학식 2]

화학식 1 및 2에서 R은 수소 원자, 알킬, 사이클로알킬, 알릴, 아릴 또는 알킬아릴이고, 여기서, 알킬은 C_1-C₆,사이클로알킬은 C_3-C₁₀,알릴은 C_2-C_20,아릴은 C_6-C₂₀이며, n은 5,000 내지 30,000의 정수이다.

또한, 상기 이온액체 폴리머는 화학식 6의 음이온성 폴리머와 R₄-P⁺(여기서, R은 수소 원자, 알킬, 사이클로알킬, 알릴, 아릴 또는 알킬아릴이고, 여기서, 알킬은 C_1-C₆,사이클로알킬은 C_3-C₁₀,알릴은 C_2-C_20,아릴은 C_6-C₂₀임) 음이온과 결합되어 있는 음이온성 액체폴리머를 사용할 수 있다.

[화학식 3]

화학식 3에서 n은 5,000 내지 500,000의 정수이다.

또한, 상기 이온액체 폴리머는 화학식 4의 이중성 폴리머일 수 있다.

[화학식 4]

화학식 4에서 A^-는 SO₃ ^-또는 PO₃H^-또는 CO₂ ^-이고, n은 5,000 내지 300,000의 정수이다.

(C) 비수성 유기용매

본 발명에 의한 전해액에서 비수성 유기용매는 내부저항을 억제하는 역할을 한다.

상기 비수성 유기용매는 환형(cyclic) 카보네이트, 사슬형(chain) 카보네이트 또는 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트의 혼합물일 수 있으며, 바람직하게는 상기 환형 카보네이트는 상기 환형 카보네이트는 에틸렌 카보네이트(ethyl carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 부틸렌카보네이트(butylene carbonate, BC), 비닐렌 카보네이트(vinylene carbonate, VC), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 카보네이트일 수 있으며, 바람직하게는 에틸렌 카보네이트 또는 프로필렌 카보네이트를 사용한다.

본 발명에서 이용하는 사슬형 카보네이트로서는 디메틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, n-부틸메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 에틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 플루오로디메틸카보네이트, 디플루오로디메틸카보네이트, 트리플루오로디메틸카보네이트, 테트라플루오로디메틸카보네이트, 플루오로디메틸카보네이트, 플루오로에틸메틸카보네이트, 디플루오로에틸메틸카보네이트, 트리플루오로에틸메틸카보네이트, 아세트산메틸, 아세트산에틸, 프로피온산메틸, 플루오로아세트산메틸, 디플루오로아세트산메틸, 트리플루오로아세트산메틸, 플루오로아세트산에틸, 디플루오로아세트산에틸, 트리플루오로아세트산에틸, 플루오로프로피온산메틸, 디플루오로프로피온산메틸, 트리플루오로프로피온산메틸 또는 그 혼합물을 예로 들 수 있다.

(D) 할로겐 치환 방향족 탄화수소

본 발명의 전해액에 있어서, 할로겐 치환 방향족 탄화수소는 전해질에 인터칼레이션(intercalation)이 없으며, 탄소와 할로겐 원자와 사이의 다이폴 모멘트에 의하여 파워 밀도가 생성되고 내부저항이 발생한다.

즉, 본 발명은 충전 시에는 1차로 용매의 쌍극자모멘트가 전장에서 반응하여 충전이 이루어지고, 2차로 이온내포 플러렌에 의한 충전이 이루어진다. 순식간에 형성된 π-π 결합으로 쌍극자에 의한 충전이 이루어지고, 이어서 이온내포 플러렌이 움직여 충전된다. 방전 시에는 용매의 쌍극자모멘트에 의하여 먼저 방전되고, 이후에 이온내포 플러렌에 의한 방전이 이루어진다. 이와 같이 2번의 충전이 진행되므로, 결과적으로 파워밀도가 높아지게 되는 효과가 있다.

인터칼레이션으로 기존의 EDLC가 가지고 있는 문제점, 즉 적은 용량과 짧은 지속시간의 문제점을 해결할 수 있다. 인터칼레이션은 π-π 상호작용에 의해 일어나며, π 전자가 있는 탄소재질 전극에서 발생한다.

본 발명에 있어서, 상기 비수성 유기용매 및 상기 할로겐 치환 방향족 탄화수소의 혼합중량 100중량부에 대하여 상기 이온액체 폴리머는 0.5 내지 50중량부이고, 상기 이온내포 플러렌은 0.5 내지 50중량부를 첨가할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 비수성 유기용매와 상기 할로겐 치환 방향족 탄화수소의 중량비는 1:0.5~5, 바람직하게는 1:1~5, 가장 바람직하게는 1:1일 수 있다. 상기 중량비가 1: 0.5 미만일 경우에는 내부 저항을 조절하기 어려운 문제가 있고, 1:5 초과할 경우에는 농도 조절이 어려운 문제점이 있다.

바람직한 본 발명은 할로겐 치환 방향족 탄화수소 클로로나프탈렌과, 유기 용매 프로필렌 카보네이트가 1:1로 혼합되는 것이 가장 좋다.

본 발명에 있어서, 상기 할로겐 치환 방향족 탄화수소는 할로겐 치환 벤젠, 할로겐 치환 나프탈렌 및 할로겐 치환 안트라센으로 구성된 군에서 선택되는 것이 바람직하다. 할로겐은 F, Cl, Br 또는 I이다.

상기 할로겐 치환 벤젠은 화학식 1로 표시될 수 있다.

[화학식 5]

화학식 1에서 R¹내지 R⁶는 각각 독립적으로 비치환된 C₁~C₆알킬기, 할로겐 또는 할로겐 원자로 치환된 C₁~C₆알킬기이되, 반드시 하나 이상의 할로겐이 치환된다.

상기 할로겐 치환 나프탈렌은 화학식 6으로 표시될 수 있다.

[화학식 6]

화학식 2에서 R¹내지 R⁸는 각각 독립적으로 비치환된 C₁~C₆알킬기, 할로겐 또는 할로겐 원자로 치환된 C₁~C₆알킬기이되, 반드시 하나 이상의 할로겐이 치환된다.

상기 할로겐 치환 안트라센은 화학식 7로 표시될 수 있다.

[화학식 7]

화학식 3에서 R¹내지 R¹⁰는 각각 독립적으로 비치환된 C₁~C₆알킬기, 할로겐 또는 할로겐 원자로 치환된 C₁~C₆알킬기이되, 반드시 하나 이상의 할로겐이 치환된다.

바람직하게는 모노할로-벤젠(monohalo-benzene), 디할로-벤젠(dihalo-benzene), 트리할로-벤젠(trihalo-benzene), 모노할로-나프탈렌(monoharo-naphatalene), 디할로-벤젠(diharo-naphatalene) 또는 트리할로-벤젠(trihalo-naphatalene)을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 클로로벤젠(chlorobenzene), 1,2-클로로벤젠(1,2-dichlorobenzene), 1,2-3-트리클로로벤젠(1,2-3-trichlorobenzene), 1,2,4-트리클로로벤젠(1,2,4-Trichlorobenzene), 클로로나프탈렌(chloronaphthalene), 1-클로로나프탈렌(1-chloronaphatalene), 1-플루오로나프탈렌(1-fluoronaphatalene) 중 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

본 발명의 전해액에 있어서, 할로겐 치환 방향족 탄화수소는 내부 저항을 높이는 반면에, 비수성 전해액은 내부 저항을 낮추는 작용을 하는데, 이와 같이 내부 저항을 제어함으로써 충반전 특성을 제어할 수 있다. 용해도를 결정하는 할로겐 치환 방향족 탄화수소의 비율을 제어함으로써 이온내포 풀러렌이 응집되는 것을 방지하고, 효율적인 충전이 이루어지게 한다.

본 발명에 있어서, 비수성 전해액은 상기 비수성 유기용매와, 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 1:1로 혼합하고, 이 혼합물에 대해 이온내포풀러렌 0.1 ∼ 80중량부, 바람직하게는 0.1 ∼ 50중량부, 더욱 바람직하게는 5 ∼ 20 중량부일 수 있다.

이온내포풀러렌이 0.1중량부 이하라도 충분히 충전량을 확보할 수 있지만 0.1 중량부 이하에서는 전해액의 농도를 조절하기 어렵고, 상당히 고가인 이온내포풀러렌을 80 중량부 이상을 함유하기에는 경제적인 부담이 큰 단점이 있다.

본 발명에 있어서, 비수성 전해액은 상기 비수성 유기용매와, 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 1:1로 혼합하고, 이 혼합물에 대해 이온내포풀러렌 0.1 ∼ 50중량부 그리고 이온 액체 폴리머 1 ∼ 50중량부가 더 포함될 수 있다.

한편 본 발명에 따른 전해액은 이온 액체와, 유기 용매를 추가로 더 포함할 수 있는바, 이러한 일예로서,

이온 액체로는,

1-(2-하이드록시에틸)-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 (1- (2-Hydroxyethyl) -3-methylimidazolium tetrafluoroborate)

1-(2-하이드록시에틸)-3-메틸이미다졸리움 트리스 (펜타플루오로에틸설포닐) 트리플루오로 포스페이트(1- (2-Methoxyethyl) -1-methylpyrrolidinium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate)

1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸리움 클로라이드 푸럼 (1- (3-Cyanopropyl) -3-methylimidazolium chloride purum)

1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸리움 디시안아미드(1- (3-Cyanopropyl) -3-methylimidazolium dicyanamide)

1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸리움 비스(트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (1- (3-Cyanopropyl) -3-methylimidazoliumbis- (trifluormethylsulfonyl) imid)

1-(3-시아노프로필) 피리디늄 비스 (1- (3-Cyanopropyl) pyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

1-(3-시아노프로필) 피리디늄 클로라이드 (1- (3-Cyanopropyl) pyridinium chloride)

1-(시아노메틸) - 3- 메틸이미다졸리움 클로라이드(1- (Cyanomethyl) -3-methylimidazolium chloride)

1,2,3- 트리메틸이미다졸리움 클로라이드 (1,2,3-Trimethylimidazolium chloride)

1,2,3- 트리메틸이미다졸리움 메틸설페이트 (1,2,3-Trimethylimidazolium methylsulfate)

1,2,4- 트리메틸이미다졸리움 메틸설페이트 (1,2,4-Trimethylpyrazolium methylsulfate)

1,2-디메틸-3-프로필이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐) - 이미드 (1,2-Dimethyl-3-propylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) -imide)

1,2-디메틸-3-프로필이미다졸리움 트리스 (트리플루오로메틸설포닐) - 메싸이드 (1,2-Dimethyl-3-propylimidazolium tris (trifluoromethylsulfonyl) -methide)

1,3-비스 (3-시아노프로필) 이미다졸리움 비스(트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (1,3-Bis (3-cyanopropyl) imidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

1,3-비스 (3-시아노프로필) 이미다졸리움 클로라이드 (1,3-Bis (3-cyanopropyl) imidazolium chloride)

1,3-비스 (시아노프로필) 이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (1,3-Bis (cyanomethyl) imidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

1,3-비스 (시아노프로필) 이미다졸리움 클로라이드 (1,3-Bis (cyanomethyl) imidazolium chloride)

1,3- 디부틸이미다졸리움 클로라이드 (1,3-Dibutylimidazolium chloride)

1,3- 디부틸이미다졸리움 테트라클로로알루미네이트 (1,3-Dibutylimidazolium tetrachloroaluminate)

1,3-디메틸이미다졸리움 클로라이드 (1,3-Dimethylimidazolium chloride)

1,3-디메틸이미다졸리움 디메틸포스페이트(1,3-Dimethylimidazolium dimethylphosphate)

1,3-디메틸이미다졸리움 하이드로젠카보네이트 (1,3-Dimethylimidazolium hydrogencarbonate)

1,3-디메틸이미다졸리움 요오드 (1,3-Dimethylimidazolium iodide)

1,3-디메틸이미다졸리움 테트라클로로알루미네이트 (1,3-Dimethylimidazolium tetrachloroaluminate)

1,4-디부틸-3- 페닐이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐) 아미드 (1,4-Dibutyl-3-phenylimidazoliumbis [trifluoromethylsulfonyl] amide)

1-부틸-1-메틸피로리디늄 비스 (트리플루오로메틸설포닐)이미드 (1-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

1-부틸-1-메틸피로리디늄 메틸카보네이트 (1-Butyl-1-methylpyrrolidinium methylcarbonate)

1-부틸-1-메틸피로리디늄 테트라시아노보네이트 (1-Butyl-1-methylpyrrolidinium tetracyanoborate)

1-부틸-1-메틸피로리디늄 트리스 (펜타플루오로에틸) 트리플루오로 포스페이트 (1-Butyl-1-methylpyrrolidinium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate)

1-부틸-2,3-디메틸이미다졸리움 클로라이드(1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium chloride)

1-부틸-2,3-디메틸이미다졸리움 요오드 (1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium iodide)

1-부틸-2,3-디메틸이미다졸리움 트리플루오로메탄설포네이트 (1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium trifluoromethanesulfonate)

1-부틸-2,3- 메틸이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐)이미드 (1-Butyl-2,3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움2-(2메톡시에톡시) 메틸 설페이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium 2- (2methoxyethoxy) ethyl sulfate)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 아세테이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium acetate)

1-부틸-3- 메틸이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (1-Butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 브로마이드 (1-Butyl-3-methylimidazolium bromide)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 클로라이드 (1-Butyl-3-methylimidazolium chloride)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 디부틸포스페이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium dibutylphosphate)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 디시안아미드 (1-Butyl-3-methylimidazolium dicyanamide)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 헵타클로로디알루미네이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium heptachlorodialuminate)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 하이드로젠카보네이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium hydrogencarbonate)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 하이드로젠설페이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium hydrogensulfate)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 요오드 (1-Butyl-3-methylimidazolium iodide)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 메탄설포네이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium methanesulfonate)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 메틸설포네이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium methyl sulfate)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 나이트레이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium nitrate)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 옥틸설페이트(1-Butyl-3-methylimidazolium octylsulfate)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 테트라클로로알루미네이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium tetrachloroaluminate)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 테트라클로로페레이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium tetrachloroferrate)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 티오시아네이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium thiocyanate)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 트리플루오로메탄설포네이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 트리요오드 (1-Butyl-3-methylimidazolium triiodide)

1-부틸-3-메틸이미다졸리움 트리스 (펜타플루오로에틸설포닐) 트리플루오로포스페이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate)

1-부틸-3- 메틸피리디늄 비스(트리플루오르메틸설포닐)이미드 (1-Butyl-3-methylpyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

1-부틸피리디늄 비스(트리플루오르메틸설포닐)이미드 (1-Butylpyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

1-데실-3-메틸이미다졸리움 클로라이드 (1-Decyl-3-methylimidazolium chloride)

1-도데실-3-메틸이미다졸리움 클로라이드 (1-Dodecyl-3-methylimidazolium chloride)

1-에틸-1-메틸피페리디늄 메틸카보네이트 (1-Ethyl-1-methylpiperidinium methylcarbonate)

1-에틸-2,3-디메틸이미다졸리움 비스 (펜타플루오로에틸설포닐)이미드 (1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide)

1-에틸-2,3-디메틸이미다졸리움 브로마이드 (1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium bromide)

1-에틸-2,3-디메틸이미다졸리움 클로라이드 (1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium chloride)

1-에틸-2,3-디메틸이미다졸리움 메틸설페이트 (1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium ethylsulfate)

1-에틸-2,3-디메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium hexafluorophosphate)

1-에틸-2,3-디메틸이미다졸리움 메틸카보네이트 (1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium methylcarbonate)

1-에틸-3-메틸-1H-이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 (1-Ethyl-3-methyl-1H-imidazolium tetrafluoroborate)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 2 (2-메톡시에톡시) 에틸설페이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium 2 (2-methoxyethoxy) ethylsulfate)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 아세테이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium acetate)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스 (펜타플루오로에틸설포닐)이미드 (1-Ethyl-3-methylimidazolium bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐)이미드 (1-Ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 브로마이드 (1-Ethyl-3-methylimidazolium bromide)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 클로라이드 (1-Ethyl-3-methylimidazolium chloride)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 디부틸포스페이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium dibutylphosphate)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 디시안아미드 (1-Ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 디에틸포스페이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium diethylphosphate)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 에틸설페이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium ethylsulfate)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플루오로아르세네이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium hexafluoroarsenate)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 하이드로젠카보네이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium hydrogencarbonate)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 하이드로젠설페이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium hydrogensulfate)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 요오드 (1-Ethyl-3-methylimidazolium iodide)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 메탄설포네이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium methanesulfonate)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 나이트레이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium nitrate)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 옥틸설페이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium octylsulfate)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라브로모알루미네이트 (III) (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrabromoaluminate (III))

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라클로로알루미네이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrachloroaluminate)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라클로로갈레이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrachlorogallate)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라시아노보레이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 티오시아네이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium thiocyanate)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 트리플루오로메탄설포네이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 트리요오드 (1-Ethyl-3-methylimidazolium triiodide)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 트리스 (펜타플루오로에틸) 트리플루오로포스페이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate)

1-에틸-3-메틸이미다졸리움 트리스 (트리플루오르메틸설포닐) 메싸이드 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tris (trifluoromethylsulfonyl) methide)

1-헥실-1-메틸-피로리디늄 테트라시아노보레이트 (1-Hexyl-1-methyl-pyrrolidinium tetracyanoborate)

1-헥실-3-메틸 메틸이미다졸리움 비스 (트리플루오르메틸설포닐) 이미드 (1-Hexyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

1-헥실-3-메틸 메틸이미다졸리움 클로라이드 (1-Hexyl-3-methylimidazolium chloride)

1-헥실-3-메틸 메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (1-Hexyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate)

1-헤실-3-메틸 메틸이미다졸리움 테트라시아노보레이트 (1-Hexyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate)

1-헥실-3-메틸 메틸이미다졸리움 트리플루오르메틸설포닐(1-Hexyl-3-methylimidazolium trifluormethylsulfonat)

1-헥실-3-메틸 메틸이미다졸리움 트리스 (펜타플루오로에틸) 트리플루오로포스페이트 (1-Hexyl-3-methylimidazolium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate)

1-헥실록시메틸-3-메틸이미다졸리움 비스 (트리플루오르메틸설포닐) 이미드 (1-Hexyloxymethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

1-헥실록시메틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 (1-Hexyloxymethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)

1-i-프로필-3-메틸-이미다졸리움 비스 (트리플루오르메틸설포닐) 이미드 (1-i-Propyl-3-methyl-imidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

1-i-프로필-3-메틸이미다졸리움 요오드 (1-i-Propyl-3-methylimidazolium iodide)

1-i-프로필-3-메틸-이미다졸리움- 헥사플루오로포스페이트 (1-i-Propyl-3-methyl-imidazolium-hexafluorophosphate)

1-메틸-3-메틸-이미다졸리움 디메틸포스페이트 (1-Methyl-3-methyl-imidazolium dimethylphosphate)

1-메틸-3-메틸-이미다졸리움 메틸설페이트(1-Methyl-3-methyl-imidazolium methylsulfate)

1-메틸-3-프로필이미다졸리움 클로라이드 (1-Methyl-3-propylimidazolium chloride)

1-메틸-4-옥틸피리디늄 브로마이드 (1-Methyl-4-octylpyridinium bromide)

1-메틸-4-옥틸피리디늄 콜로라이드 (1-Methyl-4-octylpyridinium chloride)

1-메틸-4-옥틸피리디늄 요오드 (1-Methyl-4-octylpyridinium iodide)

1-메틸이미다졸리움 클로라이드 (1-Methylimidazolium chloride)

1-메틸이미다졸리움 하이드로젠설페이트 (1-Methylimidazolium hydrogensulfate)

1-n-부틸-3-메틸이미다졸리움 브로마이드 (1-n-Butyl-3-methylimidazolium Bromide)

1-n-부틸-3-메틸이미다졸리움 클로라이드 (1-n-Butyl-3-methylimidazolium Chloride)

1-n-부틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (1-n-Butyl-3-methylimidazolium Hexafluorophosphate)

1-n-부틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 (1-n-Butyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate)

1-n-부틸-3-메틸이미다졸리움 트리플루오로메탄설포네이트 (1-n-Butyl-3-methylimidazolium Trifluoromethanesulfonate)

1-n-헵틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (1-n-Heptyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate)

1-n-옥틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (1-n-Octyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate)

1-n-옥틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 (1-n-Octyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)

1-n-펜틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (1-n-Pentyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate)

1-n-프로필-2,3-디메틸이미다졸리움 비스 (펜타플루오로에틸설포닐) 아미드 (1-n-Propyl-2,3-dimethylimidazolium bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide)

1-옥틸-3-메틸이미다졸리움 콜로라이드 (1-Octyl-3-methylimidazolium chloride)

1-옥틸-3-메틸이미다졸리움 트리플루오르메틸설포닐 (1-Octyl-3-methylimidazolium trifluormethylsulfonat)

1-프로필-2,3-디메틸이미다졸리움 클로라이드 (1-Propyl-2,3-dimethylimidazolium chloride)

1-프로필-2,3-디메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (1-Propyl-2,3-dimethylimidazolium hexafluorophosphate)

1-프로필-3-메틸이미다졸리움 테트라클로로알루미네이트 (1-Propyl-3-methylimidazolium tetrachloroaluminate)

1-비닐-3-메틸이미다졸리움 하이드로젠카보네이트 (1-Vinyl-3-methylimidazolium hydrogencarbonate)

2,3 디메틸-1-프로필이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (2,3 Dimethyl-1-propylimidazolium bis (trifluormethylsulfonyl) imide)

2,3 디메틸-1-프로필이미다졸리움 요오드 (2,3 Dimethyl-1-propylimidazolium iodide)

2,3 디메틸-1-n-프로필이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (2,3-Dimethyl-1-n-propylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

2,4,5-트리메틸이미다졸리움 클로라이드 (2,4,5-Trimethylimidazolium chloride)

2-하이드록시에틸트리메틸암모늄 아세테이트 (2-Hydroxyethyltrimethylammonium acetate)

2-하이드록시에틸-트리메틸암모늄 디메틸포스페이트 (2-Hydroxyethyl-trimethylammonium dimethylphosphate)

3-메틸-1-프로필이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (3-Methyl-1-propylimidazolium bis (trifluormethylsulfonyl) imide)

3-메틸-1-프로필이미다졸리움 요오드 (3-Methyl-1-propylimidazolium iodide)

3-메틸-1-프로필이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (3-Methyl-1-propylpyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

4-에틸-4-메틸몰포리니윰 메틸 카보네이트 (4-Ethyl-4-methylmorpholinium methylcarbonate)

4-메틸-N-부틸피리디늄 테트라플루오로보레이트 (4-Methyl-N-butylpyridinium tetrafluoroborate)

에틸-3-메틸이미다졸리움 트리스 (펜타플루오로에틸) 트리플루오로포스페이트 (Ethyl-3-methylimidazolium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate)

에틸디메틸 - (2-메톡시에틸) 암모늄 비스 (펜타플루오로에틸) 트리플루오로포스페이트 (Ethyldimethyl- (2-methoxyethyl) ammonium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphat)

에틸-디메틸- 프로필암모늄 비스 (트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (Ethyl-dimethyl-propylammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

메틸트리옥틸암모늄 티오살리실레이트 (Methyltrioctylammonium thiosalicylate)

N-(메톡시에틸)-1-메틸피로리디늄 비스 (트리플루오로메틸설포닐)이미드 (N- (Methoxyethyl) -1-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide

N,N- 디메틸피로리디늄 비스 (트리플루오로메틸설포) 이미드 (N, N-Dimethylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

N,N- 디메틸피로리디늄 요오드 (N, N-Dimethylpyrrolidinium iodide)

N-부틸-1-메틸피로리디늄 (트리플루오로메틸설포) 이미드 (N-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

N-부틸-1-메틸피로리디늄 비스 [옥살레이토 (2 -) - O, O'] 보레이트 (N-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis [oxalato (2 -) - O, O'] borate)

N-부틸-1-메틸피로리디늄 브라마이드 (N-Butyl-1-methylpyrrolidinium bromide)

N-부틸-1-메틸피로리디늄 클로라이드 (N-Butyl-1-methylpyrrolidinium chloride)

N-부틸-1-메틸피로리디늄 디시안아미드 (N-Butyl-1-methylpyrrolidinium dicyanamide)

N-부틸-1-메틸피로리디늄 트리플루오로메탄설포네이트 (N-Butyl-1-methylpyrrolidinium trifluoromethanesulfonate)

N-부틸-1-메틸피로리디늄 트리스 (펜타플루오로에틸) 트리플루오로포스페이트 (N-Butyl-1-methylpyrrolidinium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate)

N-부틸-4-(N',N'-디메틸암모늄) 피리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드 (N-Butyl-4- (N',N'-dimethylammonium) pyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

N-부틸피리디늄 클로라이드 (N-Butylpyridinium chloride)

N-부틸피리디늄 테트라플루오로보레이트 (N-Butylpyridinium tetrafluoroborate)

N-에틸-3-메틸피리디늄 에틸설페이트(N-Ethyl-3-methylpyridinium ethylsulfate)

N-에틸-3-메틸피리디늄 퍼플루오로부탄설포네이트(N-Ethyl-3-methylpyridinium perfluorobutanesulfonate)

N-부틸-4-(N',N'-디메틸암모늄) 피리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드 (N-Ethyl-4- (N',N'-dimethylammonium) pyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

N-에틸-N,N-디메틸-2-메톡시에틸 암모늄 트리스 (펜타플루오로에틸) 트리플루오로포스페이트 (N-Ethyl-N, N-dimethyl-2-methoxyethyl ammonium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate)

N-에틸피리디늄 비스 (트리플루오로메틸설포닐)이미드 (N-Ethylpyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

N-헥실-4-(N',N'-디메틸암모늄) 피리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드

N-Hexyl-4- (N',N'-dimethylammonium) pyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide

N-메틸-N-메틸피로리디늄 비스 (트리플루오로메틸설포닐)이미드 (N-Methyl-N-Ethylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

N-메틸-Nn-프로필피로리디늄 비스 (트리플루오로메틸설포닐)이미드 (N-Methyl-Nn-propylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

펜타메이미다졸리움 (트리플루오로메틸설포닐)이미드 (Pentamethylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

펜타메이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (Pentamethylimidazolium hexafluorophosphate)

펜타메이미다졸리움 요오드 (Pentamethylimidazolium iodide)

피리디늄 에톡시에틸설페이트 (Pyridinium ethoxyethylsulfate)

테트라부틸암모늄 클로라이드 (Tetrabutylammonium chloride)

테트라부틸암모늄 비스 (펜타플루오로에틸설포닐)이미드 (Tetraethylammonium bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide)

테트라부틸암모늄 비스 (트리플루오로메틸설포닐)이미드 (Tetraethylammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트 (Tetraethylammonium hexafluorophosphate)

테트라부틸암모늄 테트라플루오로보레이트 (Tetraethylammonium tetrafluoroborate)

테트라부틸암모늄 트리스 (트리플루오로메틸술포닐) 메싸이드 (Tetraethylammonium tris (trifluoromethylsulfonyl) methide)

테트라부틸암모늄 과염소산염 (Tetrahexylammonium perchlorate)

테트라 - iso- 펜틸암모늄요오드 (Tetra-iso-pentylammonium iodide)

테트라메틸암모늄 트리스 (펜타플루오로에틸) 트리플루오로포스페이트 (Tetramethylammonium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate)

테트라-N-부틸암모늄 4- 톨루엔설포네이트 (Tetra-N-butylammonium 4-toluenesulfonate)

테트라-N-부틸암모늄 벤젠설포네이트 (Tetra-N-butylammonium benzenesulfonate)

테트라-N-부틸암모늄 비스(트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (Tetra-n-butylammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)

테트라-N-부틸암모늄 브로마이드 (Tetra-N-butylammonium bromide)

테트라-N-부틸암모늄 부탄설포네이트 (Tetra-N-butylammonium butanesulfonate)

테트라-N-부틸암모늄 (Tetra-N-butylammonium ethanesulfonate

테트라-N-부틸암모늄 메탄설포네이트 (Tetra-N-butylammonium methanesulfonate)

테트라-N-부틸암모늄 나이트레이트 (Tetra-N-butylammonium nitrate)

테트라-N-부틸암모늄 나이트라이트 (Tetra-N-butylammonium nitrite)

테트라-N-부틸암모늄 옥탄설포네이트 (Tetra-N-butylammonium octanesulfonate)

테트라-N-부틸암모늄 펜타시아노프로페니시드 (Tetra-N-butylammonium pentacyanopropenide)

테트라-N-부틸암모늄 펜타플루오로벤젠설포네이트(Tetra-N-butylammonium pentafluoroenzenesulfonate)

테트라-N-부틸암모늄 피크레이트 (Tetra-N-butylammonium picrate)

테트라-N-부틸암모늄 설포메이트 (Tetra-N-butylammonium sulfamate)

테트라-N-부틸암모늄 테트라-N-부틸보레이트(Tetra-N-butylammonium tetra-N-butylborate)

테트라-N-부틸암모늄 티오시아네이트 (Tetra-N-butylammonium thiocyanate)

테트라-N-부틸암모늄 트리플루오로메탄설포네이트 (Tetra-N-butylammonium trifluoromethanesulfonate)

테트라-N-부틸암모늄 트리스 메사이드 (Tetra-n-butylammonium tris (trifluoromethylsulfonyl) methide)

테트라-N-부틸암모늄 요오드 (Tetra-N-butylammoniumiodide)

테트라-N-헵틸암모늄 요오드 (Tetra-N-heptylammoniumiodide)

테트라-N-헥실암모늄브로마이드 (Tetra-N-hexylammoniumbromide)

테트라-N-헥실암모늄요오드 (Tetra-N-hexylammoniumiodide)

테트라-N-헥실암모늄 테트라플루오로보레이트 (Tetra-N-hexylammonium tetrafluoroborate)

테트라-N-펜틸암모늄요오드 (Tetra-N-pentylammoniumiodide)

테트라-N-펜틸암모늄나이트레이트 (Tetra-N-pentylammoniumnitrate)

테트라-N-펜틸암모늄 티오시아네이트 (Tetra-N-pentylammonium thiocyanate)

테트라펜틸암모늄 브로마이드 (Tetrapentylammonium bromide)

트리부틸메틸암모늄 메틸 카보네이트 (Tributylmethylammonium methylcarbonate)

트리부틸메틸암모늄 메틸설페이트 (Tributylmethylammonium methylsulfate)

트리부틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트 (Tributylmethylphosphonium dibutylphosphate)

트리부틸메틸포스포늄 메틸카본네이트(Tributylmethylphosphonium methylcarbonate)

트리에틸아민 하이드로클로라이드 2 AlCl3] (Triethylamine hydrochloride 2 AlCl3])

트리에틸메탈암모늄 디부틸포스페이트 (Triethylmethylammonium dibutylphosphate)

트리에틸메탈암모늄 메탈카본네이트 (Triethylmethylammonium methylcarbonate)

트리에틸메탈포스포늄 디부틸포스페이트 (Triethylmethylphosphonium dibutylphosphate)

트리-N-부틸메탈암모늄 부탄설포네이트 (Tri-N-butylmethylammonium butanesulfonate)

트리-N-부틸메탈암모늄 옥탄설포네이트 (Tri-N-butylmethylammonium octanesulfonate)

트리-N-부틸메탈암모늄 퍼플루오로부탄설포네이트 (Tri-N-butylmethylammonium perfluorobutanesulfonate)

트리-N-부틸메탈암모늄퍼플루오로옥탄설포네이트 (Tri-N-butylmethylammonium perfluorooctanesulfonate)

트리-n-헥실-n-테트라데실포스포늄 클로라이드 (Tri-n-hexyl-n-tetradecylphosphonium chloride)

트리옥틸메틸암모늄 티오살리실레이트 (Trioctylmethylammonium thiosalicylate)

트리 (2-하이드록시에틸) 메틸암모늄 메틸설페이트 (Tris (2-hydroxyethyl) methylammonium methylsulfate)를,

유기 용매로는,

1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로파놀 ( 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol)

1,1,1-트리클로로에탄 (1,1,1-trichloroethane)

1,1,2,2 - 테트라클로로에탄 (1,1,2,2-tetrachloroethane)

1,1,2- 트리클로로트리플루오로에탄(1,1,2-trichlorotrifluoroethane)

1,2,3,5-테트라메틸벤젠(1,2,3,5-tetramethylbenzene)

1,2-부탄디올 (1,2-butanediol)

1,2-디클로로벤진 (1,2-dichlorobenzene)

1,2-디클로로에탄 (1,2-dichloroethane)

1,2-디메톡시벤젠 (베라트롤) (1,2-dimethoxybenzene (veratrole))

1,2-디메톡시에탄(모노글라임)(1,2-dimethoxyethane (monoglyme))

1,2-프로판디올 (1,2-propanediol)

1,3-부탄디올(1,3-butanediol)

1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane)

1,3-프로판디올(1,3-propanediol)

1,4-부탄디올 (1,4-butanediol)

1,4-디메틸피페라진 (1,4-dimethylpiperazine)

1,4-디옥산 (1,4-dioxane)

1-부탄올 (1-butanol)

1-클로로부탄 (1-chlorobutane)

1-데칸올 (1-decanol)

1-헥산올 (1-hexanol)

1-메틸타프탈린 (1-methylnaphthalene)

1-메틸피페리딘 (1-methylpiperidine)

1-메틸피롤 (1-methylpyrrole)

1-메틸피롤리딘-2-one (1-methylpyrrolidin-2-one)

1-메틸피롤리딘 (1-methylpyrrolidine)

1-노난올 (1-nonanol)

1-옥탄올 (1-octanol)

1-펜탄올 (1-pentanol)

1-프로판올 (1-propanol)

1-운데칸올 (1-undecanol)

2,2,2-트리클로로에탄올 (2,2,2-trichloroethanol)

2,2,2-트리플루오로에탄올 (2,2,2-trifluoroethanol)

2,2,3,3-테트라플루오로-1-프로판올 (2,2,3,3-tetrafluoro-1-propanol)

2,2,3,4,4,4-헥사플루오로-1-부탄올 (2,2,3,4,4,4-hexafluoro-1-butanol)

2,2,4- 트리메틸펜탄 (2,2,4-trimethylpentane)

2,3-부탄디올 (2,3-butanediol)

2,4,6-트리메틸피리딘 (2,4,6-trimethylpyridine)

2,6-디메틸피리딘 (2,6-dimethylpyridine)

2-부탄올 (2-butanol)

2-부탄온 (2-butanone)

2-부톡시에탄올 (2-butoxyethanol)

2-클오로에탄올 (2-chloroethanol)

2-헥산올 (2-hexanol)

2-메톡시에탄올 (2-methoxyethanol)

2-메톡시에틸 에테르 (2-methoxyethylether (diglyme))

2-메틸-1,3-프로판디올 (2-methyl-1,3-propanediol)

2-메틸-1-부탄올 (2-methyl-1-butanol)

2-메틸-1-펜탄올 (2-methyl-1-pentanol)

2-메틸-1-프로판올 (2-methyl-1-propanol)

2-메틸-2-부탄올 (2-methyl-2-butanol)

2-메틸-2-프로판올 (2-methyl-2-propanol)

2-메틸부탄 (2-methylbutane)

2-메틸부티르 산 (2-methylbutiric acid)

2-메틸퓨란 (2-methylfuran)

2-메틸피리딘 (2-methylpyridine)

2-메틸테트라히드로푸란 (2-methyltetrahydrofuran)

2-옥탄올 (2-octanol)

2-펜탄올 (2-pentanol)

2-펜탄온 (2-pentanone)

2-페닐에탄올 (2-phenylethanol)

2-프로판올 (2-propanol)

2-피롤리디논 (2-pyrrolidinone)

3,5,5- 트리메틸-2-시클로헥센온 (이소포론) (3,5,5-trimethyl-2-cyclohexenone (isophorone)

3-헥산올 (3-hexanol)

3-메틸-1-부탄올 (3-methyl-1-butanol)

3-메틸-2-부탄올 (3-methyl-2-butanol)

3-펜탄올 (3-pentanol)

3-펜탄온 (3-pentanone)

4-메틸-2-펜탄온 (4-methyl-2-pentanone )

아세트 산 (acetic acid)

아세톤 (acetone)

아세토나이트릴 (acetonitrile)

아세토페논 (acetophenone)

알릴알코올 (2-프로페놀) (allyl alcohol (2-propenol))

아니솔 (메틸페닐에테르) (anisol (methyl phenyl ether))

벤젠 (benzene)

벤존나이트릴 (benzonitrile)

벤질 알코올 (benzyl alcohol)

브로모벤젠 (bromobenzene)

부티로니트릴 (butyronitrile)

카본 디술피드 (carbon disulfide)

클로로에세토나이트릴 (chloroacetonitrile)

클로로벤젠 (chlorobenzene)

클로로폼 (chloroform)

시네올 (cineole)

시스-데칼린 (cis-decaline)

사이클로헵테인 (cycloheptane)

시클로헵탄올 (cycloheptanol)

시클로헥세인 (cyclohexane)

시클로헥산올 (cyclohexanol)

시클로헥사논 (cyclohexanone)

시클로헥실아민 (cyclohexylamine)

시클로옥탄 (cyclooctane)

시클로옥탄올 (cyclooctanol)

시클로펜탄 (cyclopentane)

시클로펜탄올 (cyclopentanol)

시클로펜탄온 (cyclopentanone)

데칼린 (decaline)

데칸 (decane)

디벤질 에테르 (dibenzyl ether)

디클로로아세트산 (dichloroacetic acid)

디클로로메틸렌 (dichloromethane)

디에틸 에테르 (diethyl ether)

디이소프로필 에테르 (diisopropyl ether)

디메톡시메탄 (dimethoxymethane)

디메틸 카보네이트 (dimethyl carbonate)

디메틸 설파이트 (dimethyl sulphite)

디메틸 술폭시드 (dimethyl sulfoxide)

디-n-부틸 에테르 (di-n-butyl ether)

디-n-부틸 옥살레이트 (di-n-butyl oxalate)

디-n-부틸아민 (di-n-butylamine)

디-n-헥실 에테르 (di-n-hexyl ether)

디-n-펜틸 에테르 (di-n-pentyl ether)

디-n-프로필 에테르 (di-n-propyl ether)

도데칸 (dodecane)

에탄올 (ethanol)

에틸2-메톡시 아세테이트 (ethyl 2-methoxy acetate)

에틸 아세테이트 (ethyl acetate)

에틸 벤조에이트 (ethyl benzoate)

에틸 살리실네이트 (ethyl salicylate)

에틸벤젠 (ethylbenzene)

에틸 시클로헥산 (ethylcyclohexane)

에틸렌글리콜 (1,2-에탄디올)ethylen glycol (1,2-ethanediol)

에틸렌디아민 (ethylenediamine)

플루오로벤젠 (fluorobenzene)

포름아미드 (formamide)

프름산 (formic acid)

퓨란 (furan)

가스 (gas)

g-부틸로락톤 (g-butyrolactone)

글리세롤 (glycerol (1,2,3-propanetriol))

헵탄 (heptane)

헵탄산 (heptanoic acid)

헥사데칸 (hexadecane)

헥사플루오로벤젠 (hexafluorobenzene)

헥산 (hexane)

헥산산 (hexanoic acid)

헥사메틸포스포릭 산 트리아미드 (HMPA (hexamethylphosphoric acid triamide))

요오도벤젠 (iodobenzene)

요오도화에틸 (iodoethane)

이소아밀아세테이트 (isoamyl acetate)

이소부티르산 (isobutiric acid)

이소부티로니트릴 (isobutyronitrile)

이소발레르산 (isovaleric acid)

m-크레졸 (m-cresol)

메시틸렌 (mesitylene)

메탄올 (methanol)

아세트산 메틸(methyl acetate)

벤조산메틸 (methyl benzoate)

포름산메틸 (methyl formate)

살리실산메틸 (methyl salicylate)

메틸시클로헥산 (methylcyclohexane)

메틸렌 클로라이드 (Methylene chloride)

모르폴린 (morpholine)

m-크실렌 (m-xylene)

N, N'-디메틸프로필렌우레아 (N, N'-dimethylpropyleneurea)

N, N- 디메틸아세트아미드 (N, N-diethylacetamide)

N, N-디에틸포름아미드 (N, N-diethylformamide)

N, N-디메틸아세트아미드 (N, N-dimethylacetamide)

N, N-디메틸아닐린 (N, N-dimethylaniline)

N, N-디메틸시클로헥실아민 (N, N-dimethylcyclohexylamine)

N, N-디메틸포름아미드 (N, N-dimethylformamide)

n-아세트산부틸 (n-butyl acetate)

n-부틸 메틸 아민 (butyl methyl amine)

n-부틸메틸에테르 (n-butyl methyl ether)

n-부틸아민 (n-butylamine)

n-부틸벤젠 (n-butylbenzene)

n-부틸시클로헥산 (n-butylciclohexane)

n- 부티르산 (n-butyric acid)

니트로벤젠 (nitrobenzene)

니트로에탄 (nitroethane)

니트로메탄 (nitromethane)

N-메틸아세트아미드 (N-methylacetamide)

N-메틸아닐린 (N-methylaniline)

N-메틸시클로헥실아민 (N-methylcyclohexylamine)

N-메틸포름아미드 (N-methylformamide)

N-메틸이미다졸 (N-methylimidazole)

노난 (nonane)

노난산 (nonanoic acid)

n-프로필 아세테이트 (n-propyl acetate)

n-프로필 포메이트 (n-propyl formate)

n-프로필벤젠 (n-propylbenzene)

n-프로필시클로헥산 (n-propylcyclohexane)

옥탄 (octane)

옥탄산 (octanoic acid)

자일렌 (o-xylene)

펜타데케인 (pentadecane)

펜타플루오로프로피닉 산 (pentafluoropropionic acid)

펜탄 (pentane)

퍼플루오로헥산 (perfluorohexane)

퍼플루오루피리딘 (perfluoropyridine)

석유 에테르 (petroleum ether)

피페리딘 (piperidine)

프로파길알코올 (propargyl alcohol (2-propynol))

프로피온산 (propionic acid)

프로피오니트릴 (propionitrile)

프로피오페논 (propiophenone)

프로필렌 카보네이트 (propylene carbonate)

p-크실렌 (p-xylene)

피라딘 (pyridine)

피롤 (pyrrole)

피롤리딘 (pyrrolidine)

술포란 (sulfolane)

tert-부틸메틸에테르 (tert-butyl methyl ether)

tert-부틸벤젠 (tert-butylbenzene)

tert-부틸시클로헥산 (tert-butylcyclohexane)

테트라클로로메탄 (tetrachloromethane)

테트라히드로푸란 (tetrahydrofuran)

테트라히드로피란 (tetrahydropyran)

테트라히드로티오펜 (tetrahydrothiophene)

테트랄린 (tetraline)

테트라메틸구아니딘 (tetramethylguanidine)

테트라메틸요소 (tetramethylurea)

티오아니솔 (thioanisole)

톨루엔 (toluene)

트라이아세틴 (triacetin)

트리클로로에텐 (trichloroethene)

트라이에틸 인산염 (triethyl phosphate)

트라이에틸 아인산염 (triethyl phosphite)

트리에틸아민 (triethylamine)

트리플루오로아세트산 (trifluoroacetic acid)

트리플루오로-m-크레졸 (trifluoro - m-cresol)

트리플루오로메틸벤진 (trifluoromethylbenzene)

트리메틸 trimethyl orthoformate

트리메틸 trimethyl phosphate

트리메틸 trimethyl phosphite

트리메틸아세트 산 (trimethylacetic acid)

트리-N-부틸아민(tri-n-butylamine)

트리-n-프로필아민 (tri-n-propylamine)

운데칸 (undecane)

발레르 산 (valeric acid)

발레로니트릴 (valeronitrile)

또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

다음은 본 발명에 따른 하이브리드 슈퍼커패시터의 충전 과정을 설명한다.

하이브리드 슈퍼커패시터에 전압이 인가되기 시작하면, 음전극 탄소나노튜브(35)를 통해 양전극(20') 사이에 전기장이 형성되고, 가장 먼저 움직임이 없는 이온액체폴리머에 의해 1차 충전이 이루어지고, 상기 전기장에 이끌려 이온내포풀러렌(31)은 탄소나노튜브(35) 쪽으로 이동되고, 음이온(32)은 양전극(20') 쪽으로 이동되어 전기이중층을 형성하게 된다. 이때 이온내포풀러렌(31)에 내포된 이온에 의한 2차 충전이 이루어지게 된다.

이온내포풀러렌(31)에 내포된 이온에 의한 2차 충전이 이루어진 후에는, 도1c에서 도시되는 바와 같이, 음극집전체(10)를 통해 이동되어온 전자(34)가 음전극(20)을 통해 이온내포풀러렌(31)의 축퇴된 분자궤도에 주입되어 이온내포풀러렌(31)의 분자궤도에 의한 3차 충전이 이루어지게 된다. 미설명부호 (33)은 이온에 내포된 금속 원자 이온을 나타낸 것이다.

이를 다시 설명하면 다음과 같다.

풀러렌에는 축퇴된 분자궤도가 5개 존재하고, 이 분자궤도 각각에 전자가 1개씩 들어갈 수 있다.

도6은 리튬이온풀러렌의 CV(Cyclic Voltammetry) 곡선을 나타낸 것으로, 도면에서 도시되는 바와 같이, CV 곡선을 따라 전자의 환원과 산화가 이루어지게 된다. 즉, 화살표 ① 내지 화살표 ⑤가 가리키는 지점마다 전자가 하나씩 들어가 충전이 이루어진 후, 화살표 ⑥ 내지 화살표 ⑩이 가리키는 지점에서 전자가 하나씩 나와 방전이 이루어지게 된다.

따라서 본 발명 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터에 전원이 인가되면, 처음에는 이온액체폴리머에 의해 1차 충전이 이루어지고, 이온내포풀러렌에 내포된 이온(33)의 의한 2차 충전이 일어나며, 이후 이온내포풀러렌의 분자궤도에 의한 3차 충전이 일어나 더욱 많은 전기에너지를 충전하게 된다.

또한 반대의 과정을 거쳐 충전된 전기에너지가 방전되게 된다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.

설명을 함에 있어서 동일, 또는 유사한 구성 및 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 명칭 및 부호를 사용한다.

<실시예>

본 실시예에서는 양극집전체로 구리(Cu)를 사용하고, 음극집전체로 알루미늄(Al)을 사용하며, 이 집전체에 활성탄을 접합하여 양전극을 만들고, 음극집전체(10)에 탄소나노튜브(35)를 성장시켜 음전극(20)을 만든다.

또한 본 실시예에서는 풀러렌으로 C60을 사용하고, 이 C60 풀러렌에 리튬(Li) 이온을 주입한 리튬이온내포풀러렌(Li@C60)을 만든 것을 예로 하여 설명하며 이 리튬이온내포풀러렌은 상기 탄소나노튜브에 주입된다.

구리로 이루어진 양극집전체(10') 위에 활성탄을 접합제로 접합되며,

비수성 전해액을 상기 전극(20, 20') 사이에 충진한 후 케이스(40)를 밀봉하여 본 실시예에 의한 하이브리드 슈퍼커패시터를 만든다.

상기 비수성 전해액은 비수성 유기 용매와 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 1:1로 혼합하고, 상기 혼합물 100중량부에 대하여 전해질 리튬이온내포풀러렌 0.1 ∼ 50중량부가 포함되는 것이다.

당연하게 상기 리튬이온내포풀러렌은 탄소나노튜브에 주입된 것이다.

또 다른 실시 예로 본 발명은 상기 비수성 유기 용매와 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 1:1로 혼합하고, 이 혼합물 100중량부에 대하여 리튜이온내포풀러렌 0.1 ∼ 50중량부, 양이온 폴리머 또는 음이온 폴리머 또는 이중성 폴리머 중 어느 하나의 폴리머 1 ∼ 50중량부가 더 포함된 비수성 전해액을 충진하는 것이다.

이하, 본 실시예의 작용 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1a는 방전 상태를 나타낸 것으로 방전상태에서는, 도면에서 도시되는 바와 같이, 리튬이온내포풀러렌(31)과 음이온(32)이 무질서하게 분포하고 있다.

충전을 위해 스위치(SW)를 온하면 음전극(10)의 일부인 탄소나노튜브(35)와 양전극(10') 사이에 전기장이 형성되고, 이 전기장에 의해 리튬 이온이 내포된 양전하의 풀러렌(31)이 탄소나노튜브(35) 쪽으로 이동하여 상기 탄소나노튜브(35)에 접촉하게 된다. 이때, 상기 리튬이온내포풀러렌(31)에 내포된 리튬이온에 의한 1차 충전이 이루어지게 된다.

상기 리튬이온내포풀러렌(31)에 내포된 리튬이온에 의한 1차 충전이 완료된 후에는 리튬이온내포풀러렌(31)에 존재하는 축퇴된 분자궤도에 의한 2차 충전이 이루어지게 된다.

이를 다시 설명하면 다음과 같다.

먼저. 전원이 인가되면, 가장 먼저 이온액체폴리머가 1차 충전되고, 전기장에 의해 리튬이온내포풀러렌(31)이 음전극(20)의 일부인 탄소나노튜브(35)로 이동되어 상기 리튬이온내포풀러렌(31)에 내포된 리튬이온의 분극 현상에 의한 2차 충전이 이루어진다. 이때, 상기 탄소나노튜브(35)의 분극성을 이용한다.

이후 전압이 점점 상승하여 리튬이온내포풀러렌(31)에 존재하는 분자궤도의 환원전위 이상의 전압이 인가되면, 도6에서 도시되는 바와 같은 그래프를 따라 다음과 같이 순차적으로 전자가 이동하여 3차 충전이 이루어지게 된다(① 내지 ⑤). 이때 상기 음전극(20')의 전도성을 이용한다.

Li@C60 <-> Li@C60^-¹<-> Li@C60^-²<-> Li@C60^-³<-> Li@C60^-⁴<-> Li@C60^-5

또한, 풀러렌 중공에 리튬이온이 내포되면 풀러렌의 분자궤도에 대한 환원전위가 0.7eV 만큼 낮아지는데, 이로 인해 충방전 효율이 더욱 향상된다.

이때 충전되는 충전량은 리튬이온에 의한 충전량의 6배가 된다. 또한 1나노 크기의 C60 풀러렌을 이용하여 충전과 방전을 행하므로 에너지 저장 밀도가 현격히 높아진다. 또한, 화학반응을 이용한 에너지 저장이 아니므로 에너지 손실 및 열 발생이 없고, 순간 충전 및 순간 방전이 가능하게 된다. 이때 전해액의 성분 및 성분비를 제어하여 충방전 특성을 제어할 수 있다.

한편 스위치(SW)가 오프 되면, 충전할 때와는 반대의 과정을 거쳐 방전이 이루어지게 된다. 즉 도6의 ⑥ 내지 ⑩ 그래프의 경로를 따라 방전이 이루어진 후, 리튬 이온에 의해 충전된 전하도 방전되게 되는 것으로, 상기와 같은 과정을 반복하여 충전 과정 방전 과정을 행하게 된다.

그러나 상기의 실시예에 있어서는, 양전극을 활성탄을 이용하여 만든 후 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖도록 구성하였으나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다. 즉, 그래핀이나, 탄소나노튜브, 또는 풀러렌 등을 분극성과 전도성을 갖도록 하여 전극을 구성할 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 상기의 실시예에 있어서는 C60 풀러렌을 사용하여 이온내포풀러렌을 구성하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다. 즉, C60, C70, C72, C78, C82, C90, C94, C96 등의 풀러렌을 사용할 수 있음은 물론, 풀러렌 염을 사용하여 본 발명의 기술적 사상을 구성할 수 있음을 밝혀둔다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 음극집전체 10': 양극집전체
20: 음전극 20': 양전극
30: 전해질 31: 이온내포풀러렌
32: 음이온 33: 리튬이온
34: 전자 35: 탄소나노튜브
40: 케이스

Claims

전극과 전해질을 갖는 슈퍼커패시터로써,
상기 전극의 어느 하나는 탄소나노튜브로 이루어지고,
상기 탄소나노튜브 내부에 이온이 내포된 풀러렌, 또는 이온이 내포된 풀러렌 염을 포함하는 전해질을 내포시켜,
풀러렌에 내포된 이온에 의한 충전이 이루어지고,
풀러렌 자체에 의한 충전이 이루어짐을 특징으로 하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제 1 항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌이 주입된 탄소나노튜브의 제 1전극은, 이온이 내포된 풀러렌에 대해 분극성 또는 분극성과 전도성을 모두 갖는 전극 중 어느 하나로 구성됨을 특징으로 하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제 1 항에 있어서, 상기 내부에 이온내포풀러렌이 주입된 탄소나노튜브 전극에 대응되는 제2전극은, 이온이 내포된 풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖도록 구성됨을 특징으로 하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제 3 항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖는 제2전극은, 활성탄, 또는 테프론으로 구성됨을 특징으로 하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제 3 항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖는 제2전극은, 그래핀의 접합 방향을 제어하여 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖도록 구성하거나, 또는 탄소나노튜브의 키랄성을 제어하여 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖도록 구성하거나, 또는 풀러렌의 접합 방향을 제어하여 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖도록 구성함을 특징으로 하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제 3 항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖는 제2전극은, 활성탄에 할로겐 원소를 도핑하여 상기 활성탄이 전도성을 갖도록 함으로써 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖도록 함을 특징으로 하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제 3 항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖는 제2전극은, 그래핀의 접합 방향을 제어하거나 또는 풀러렌의 접합 방향을 제어하여 상기 그래핀 또는 풀러렌이 전도성을 갖도록 함으로써 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖도록 함을 특징으로 하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제 3 항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖는 제2전극은, 탄소나노튜브의 키랄성을 제어하여 상기 탄소나노튜브가 전도성을 갖도록 함으로써 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖도록 함을 특징으로 하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제 1 항에 있어서, 상기 풀러렌은 C60임을 특징으로 하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제 1 항에 있어서, 상기 풀러렌에 내포되는 이온은 금속 이온임을 특징으로 하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제 10 항에 있어서, 상기 풀러렌에 내포되는 이온은, 리튬, 나트륨, 칼륨, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 또는 스트론튬 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제 10항에 있어서, 원자가 내포된 상기 풀러렌에 대응되는 이온은 Cl^-, Br^-, F^-, I^-, ClO₃ ^-, ClO₄ ^-, BF₄ ^-, A1Cl4^-, PF₆ ^-, SbC₁₆ ^- 또는 SbF₆ ^- 중 어느 하나 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
전극과 전해질로 이루어진 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
상기 전극을 구성하는 양전극과 음전극 사이에 충진되는 이온내포풀러렌과, 이온액체폴리머로 이루어진 전해질;
상기 전해질을 포함하는 비수성 전해액이 사용되는 것으로,
상기 이온액체폴리머에 의한 1차 충전이 이루어지며,
풀러렌에 내포된 이온에 의한 2차 충전이 이루어지고,
풀러렌 자체에 의한 3차 충전이 이루어짐을 특징으로 하는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제 13항에 있어서, 상기 비수성 전해액은
(A) 이온내포 풀러렌 또는 그 염;
(B) 이온액체 폴리머;
(C) 비수성 유기용매; 및
(D) 할로겐 치환 방향족 탄화수소인 것을 포함하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제 13항에 있어서, 상기 비수성 전해액은
(A) 이온내포 풀러렌 또는 그 염;
(C) 비수성 유기용매; 및
(D) 할로겐 치환 방향족 탄화수소인 것을 포함하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제14항에 있어서,
상기 비수성 유기 용매와 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 1: 0.5 ∼ 3으로 혼합하고, 이 유기 용매 혼합물 100중량부에 대하여 리튬이온내포풀러렌 0.1 ∼ 50중량부를 첨가한 포함하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제14항에 있어서, 상기 비수성 유기용매와 상기 할로겐 치환 방향족 탄화수소의 중량비가 1: 1인 것을 포함하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제14항에 있어서, 상기 할로겐 치환 방향족 탄화수소는 할로겐 치환 벤젠, 할로겐 치환 나프탈렌 및 할로겐 치환 안트라센으로 구성된 군에서 선택되는 것을 포함하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제14항에 있어서, 상기 이온액체 폴리머는 화학식 1 또는 화학식 2의 양이온성 폴리머와 Cl^-,Br^-,BF₄ ^-,PF₆ ^-,(CF₃SO₂)₂N^-,HPO₃R^11-(여기서, R¹¹은 C₁~C₆알킬기) 및 COOH^-로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 음이온이 결합되어 있는 것을 포함하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
[화학식 1]

[화학식 2]

화학식 1 및 2에서 R은 수소 원자, 알킬, 사이클로알킬, 알릴, 아릴 또는 알킬아릴이고, 여기서, 알킬은 C_1-C₆,사이클로알킬은 C_3-C₁₀,알릴은 C_2-C_20,아릴은 C_6-C₂₀이며, n은 5,000 내지 30,000의 정수이다.
제14항 에 있어서, 상기 이온액체 폴리머는 화학식 3의 음이온성 폴리머와 R₄-P⁺(여기서, R은 수소 원자, 알킬, 사이클로알킬, 알릴, 아릴 또는 알킬아릴이고, 여기서, 알킬은 C_1-C₆,사이클로알킬은 C_3-C₁₀,알릴은 C_2-C_20,아릴은 C_6-C₂₀임) 음이온과 결합되어 있는 것을 포함하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
[화학식 3]

화학식 3에서 n은 5,000 내지 500,000의 정수이다.
제14항에 있어서, 상기 이온액체 폴리머는 화학식 4의 이중성 폴리머인 것을 포함하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
[화학식 4]

화학식 4에서 A^-는 SO₃ ^-또는 PO₃H^-또는 CO₂ ^-이고, n은 5,000 내지 300,000의 정수이다.
제 13항에 있어서, 상기 비수성 전해액은,
비수성 유기 용매와 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 1:0.5 ∼ 3으로 혼합하고, 이 유기 용매 혼합물 100중량부에 대하여 전해질 리튜이온내포풀러렌 0.1 ∼ 50중량부, 양이온 폴리머 또는 음이온 폴리머 또는 이중성 폴리머 중 어느 하나의 이온액체폴리머 1 ∼ 50중량부를 더 포함하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제18항에 있어서, 상기 할로겐 치환 벤젠은 화학식 5로 표시되는 것을 포함하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
[화학식 5]

화학식 1에서 R¹내지 R⁶는 각각 독립적으로 비치환된 C₁~C₆알킬기, 할로겐 또는 할로겐 원자로 치환된 C₁~C₆알킬기이되, 반드시 하나 이상의 할로겐이 치환된다.
제18항에 있어서, 상기 할로겐 치환 나프탈렌은 화학식 6으로 표시되는 것을 포함하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
[화학식 6]

화학식 2에서 R¹내지 R⁸는 각각 독립적으로 비치환된 C₁~C₆알킬기, 할로겐 또는 할로겐 원자로 치환된 C₁~C₆알킬기이되, 반드시 하나 이상의 할로겐이 치환된다.
제18항에 있어서, 상기 할로겐 치환 안트라센은 화학식 7로 표시되는 것을 포함하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
[화학식 7]

화학식 3에서 R¹내지 R¹⁰는 각각 독립적으로 비치환된 C₁~C₆알킬기, 할로겐 또는 할로겐 원자로 치환된 C₁~C₆알킬기이되, 반드시 하나 이상의 할로겐이 치환된다.
제13항에 있어서, 상기 비수성 유기용매는 환형(cyclic) 카보네이트, 사슬형(chain) 카보네이트 또는 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트 중 어느 하나 또는 혼합물인 것을 포함하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제26항에 있어서, 상기 환형 카보네이트는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌 카보네이트, γ-부티로락톤 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 카보네이트이고, 상기 사슬형 카보네이트는 디메틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, n-부틸메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 에틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 플루오로디메틸카보네이트, 디플루오로디메틸카보네이트, 트리플루오로디메틸카보네이트, 테트라플루오로디메틸카보네이트, 플루오로디메틸카보네이트, 플루오로에틸메틸카보네이트, 디플루오로에틸메틸카보네이트, 트리플루오로에틸메틸카보네이트, 아세트산메틸, 아세트산에틸, 프로피온산메틸, 플루오로아세트산메틸, 디플루오로아세트산메틸, 트리플루오로아세트산메틸, 플루오로아세트산에틸, 디플루오로아세트산에틸, 트리플루오로아세트산에틸, 플루오로프로피온산메틸, 디플루오로프로피온산메틸, 트리플루오로프로피온산메틸 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 카보네이트인 것을 포함하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제 1 항 또는 제13항에 있어서, 이온내포풀러렌 자체에 의한 충전은 이온내포풀러렌의 축퇴된 분자궤도에 충전됨을 특징으로 하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제 29항에 있어서, 이온내포풀러렌의 축퇴된 분자궤도에 충전되는 전자수는 5개 이내임을 특징으로 하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제 1 항 또는 제13항에 있어서, 충전 전위는 이온내포풀러렌의 환원 전위 이상임을 특징으로 하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제 14항에 있어서, 상기 이온내포 플러렌이 할로겐 치환 방향족 탄화수소에 인터칼레이션되는 것을 포함하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.
제 31항에 있어서, 상기 인터칼레이션에 의해 자연 방전을 방지함으로써, 충전 지속시간을 향상시키는 것을 포함하는 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터.