KR20200125017A - 활성탄의 제조방법, 이에 따라 제조된 활성탄, 이를 포함하는 전극 및 전극을 포함하는 수퍼캐패시터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저온에서도 활성화가 가능하고, 높은 비표면적을 확보할 수 있는 활성탄의 제조방법, 이에 따라 제조된 활성탄, 이를 포함하는 전극 및 전극을 포함하는 수퍼캐패시터에 관한 것이다.

Description

활성탄의 제조방법, 이에 따라 제조된 활성탄, 이를 포함하는 전극 및 전극을 포함하는 수퍼캐패시터{Method for manufacturing activated carbon, the activated carbon manufactured by the method, electrode including the activated carbon, and supercapacitor including the electrode}
본 발명은 활성탄의 제조방법, 이에 따라 제조된 활성탄, 이를 포함하는 전극 및 전극을 포함하는 수퍼캐패시터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세슘이 포함된 활성화 용제를 사용한 활성탄의 제조방법, 이에 따라 제조된 활성탄, 이를 포함하는 전극 및 전극을 포함하는 수퍼캐패시터에 관한 것이다.
활성탄(activated carbon)은 미세한 기공을 가지는 다공성 탄소물질로, 체적의 15~95% 정도가 기공으로 이루어지기 때문에 기존의 치밀한 재료가 가지지 못하는 새로운 특성을 나타낼 수 있다는 장점을 가진다.
상기 활성탄은 미세한 크기의 기공 및 높은 기공 체적 비율을 가짐에 따라 단위량 당 우수한 흡착유효 표면적 또는 전기화학 표면적을 가질 수 있으며, 환경 또는 에너지 관련 분야에서 핵심소재로 사용이 가능하다. 특히, 활성탄에 분포되어 있는 기공은 기체분자 및 이온의 흡탈착이 가능하므로, 이산화탄소 포집재, 에너지 저장장치 중 슈퍼커패시터 및 수처리 장치의 활물질로 사용될 수 있다.
이러한 활성탄은 다양한 탄소재질의 전구체들, 예를 들어, 나무, 석탄, 갈탄, 야자각 등을 탄화시켜 탄소질로 구성된 물질을 제조한 후, 이를 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 등의 강염기 또는 탄산칼슘 등의 활성화제로 혼합하여 열처리하고, 잔여물을 산(acid)으로 워싱하는 과정에서 표면이 식각되는 원리를 이용하여 제조하는 것이 일반적이다(일본 공개특허 제2014-129200호).
그러나, 이러한 공정반응은 약 700~800 ℃ 이상의 높은 온도에서 활성화가 가능할 뿐만 아니라 높은 비표면적을 확보하는데 한계가 있다. 따라서, 저온에서도 활성화가 가능하고, 높은 비표면적을 확보할 수 있는 활성탄의 제조방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.
일본 공개특허 제2014-129200호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저온에서도 활성화가 가능하고, 높은 비표면적을 확보할 수 있는 활성탄의 제조방법, 이에 따라 제조된 활성탄, 이를 포함하는 전극 및 전극을 포함하는 수퍼캐패시터를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은,
질소 작용기를 가지는 탄소 재료를 탄화하는 단계;
탄화된 탄소 재료를 세슘 이온을 포함하는 용액과 접촉시켜 혼합용액을 제조하는 단계; 및
혼합용액을 300 내지 800 ℃ 의 온도로 열처리하여, 탄화된 탄소 재료를 활성화하는 단계; 를 포함하는 활성탄의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은,
다공성의 활성탄으로서,
질소 작용기를 포함하며, 비표면적이 평균 700 m2/g 이상인 것을 특징으로 하는 활성탄을 제공한다.
또한, 본 발명은,
상기 활성탄을 포함하는 전극을 제공한다.
또한, 본 발명은,
전극을 포함하는 수퍼캐패시터를 제공한다.
본 발명에 따른 활성탄의 제조방법은, 탄화된 탄소재료를 세슘이 포함된 활성화 용제와 접촉시켜, 저온에서 상기 탄소재료를 활성화시킬 수 있는 이점이 있다.
특히, 상술한 활성탄의 제조방법에 의하면, 탄소재료의 표면 식각에 의한 기공뿐만 아니라, 탄소 재료의 층간 거리를 확장시켜 높은 비표면적을 갖는 활성탄을 제공할 수 있다. 또한, 상기 활성탄은 저온에서의 활성화 작용으로, 탄소재료의 질소 작용기를 보존할 수 있어, 상기 질소 작용기를 통해 화학적인 이온흡착이 가능하여 높은 용량의 이온 저장 및 기체 흡착이 가능한 이점이 있다.
나아가, 이러한 활성탄은 높은 용량의 이온 저장 및 기체 흡착 등이 가능하여, 이를 수퍼캐패시터용 전극에 적용하는 경우, 우수한 비축전 용량값을 갖는 전극 및 수퍼캐패시터를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 활성탄의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 활성탄의 형성과정을 나타내는 도면이다.
도 3은 실시예 1-3과 비교예 1-3에서 얻은 활성탄을 촬영하여 비교한 사진이다.
도 4는 실시예, 비교예에서 얻은 활성탄과 상용 활성탄으로 흡착온도 77K 에서 측정한 질소의 물리 흡착 등온선을 나타낸 그래프이다((a) 실시예 1, (b) 실시예 2, (c) 실시예 3, (d) 실시예 4).
도 5는 실시예, 비교예에서 얻은 활성탄에 따른 수퍼캐패시터의 전기화학적 특성을 측정한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 활성탄의 제조방법, 이에 따라 제조된 활성탄, 이를 포함하는 전극 및 전극을 포함하는 수퍼캐패시터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세슘이 포함된 활성화 용제를 사용한 활성탄의 제조방법, 이에 따라 제조된 활성탄, 이를 포함하는 전극 및 전극을 포함하는 수퍼캐패시터에 관한 것이다.
종래에, 활성탄은 탄소질로 구성된 물질을 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 등의 강염기 또는 탄산칼슘 등의 활성화제로 혼합하여 열처리하고, 잔여물을 산(acid) 으로 워싱하는 과정에서 표면이 식각되는 원리를 이용하여 제조하는 것이 일반적이다.
그러나, 이러한 공정은 약 700~800 ℃ 이상의 높은 온도에서 활성화가 가능할 뿐만 아니라, 비표면적이 높은 활성탄을 얻는 것이 한계가 있었다. 따라서, 저온에서도 활성화가 가능하고, 높은 비표면적을 얻을 수 있는 활성탄의 제조방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.
이에, 본 발명은 저온에서도 활성화가 가능하고, 높은 비표면적을 확보할 수 있는 활성탄의 제조방법, 이에 따라 제조된 활성탄, 이를 포함하는 전극 및 전극을 포함하는 수퍼캐패시터를 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 활성탄의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다. 도 1에서 활성탄의 제조방법은,
질소 작용기를 가지는 탄소 재료를 탄화하는 단계(S100);
탄화된 탄소 재료를 세슘 이온을 포함하는 용액과 접촉시켜 혼합용액을 제조하는 단계(S200); 및
혼합용액을 300 내지 800 ℃ 의 온도로 열처리하여, 탄화된 탄소 재료를 활성화하는 단계(S300); 를 포함한다.
본 발명의 일 예로, 질소 작용기를 가지는 탄소 재료를 탄화하는 단계(S100)는, 활성탄의 기본 구조를 이루는 열분해 단계이다. 구체적으로, 탄소 재료를 탄화하는 단계에서 탄소 성분 외의 성분들은 유증기 형태로 증발될 수 있으며, 탄화가 완료될 경우 원래의 성분에 따라 차이가 있으나, 준비된 탄소 재료 대비 대략 3 % 내지 40 % 정도의 무게가 감소된 탄화된 탄소 재료를 수득할 수 있다. 상기 탄소 재료를 탄화하는 단계는 통상적으로 사용하는 방법이라면, 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있다. 다만, 탄화온도 및 시간에 따라서 탄화물의 구조 및 특성이 일반적으로 다르게 나타남에 따라 탄화 조건을 달리하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 탄소 재료를 탄화하는 단계(S100)는, 질소 작용기를 갖는 탄소 재료를 300 내지 500 ℃ 온도범위 에서 30분 내지 3시간 동안 수행될 수 있다. 상기 온도 범위에서 질소 작용기를 갖는 탄소 재료가 효과적으로 열분해 되어 탄화될 수 있다.
아울러, 질소 작용기를 갖는 탄소 재료는, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리피롤 및 폴리아닐린으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 탄소 모재료로는 위에서 언급한 재료 외에도 자연에 존재하는 다른 유사 재료로 확대될 수 있다. 특히, 상기 탄소 재료는 질소 작용기를 포함하고 있어, 질소 작용기를 통한 화학적인 이온흡착도 가능할 수 있다. 보다 구체적으로, 제조되는 활성탄에 형성된 기공에 의해서는 물리적인 이온 흡착이 이루어질 수 있으며, 상기 질소 작용기를 통해 화학적인 이온흡착도 추가적으로 이루어질 수 있어 높은 용량의 이온 저장 및 기체흡착이 가능한 이점이 있다.
한편, 탄소재료를 탄화하는 단계(S100)는 탄화는 아르곤(Ar), 네온(Ne), 헬륨(He) 또는 질소(N2) 등의 비활성 기체 분위기에서 수행될 수 있음은 물론이다.
일 예에서, 천연해면을 비활성 분위기에서 분당 2 ℃의 승온 속도로 120 ℃의 온도에서 한 시간 유지하여 잔여 수분을 충분히 제거한 후, 분당 3 ℃의 승온 속도로 400 ℃에서 한 시간 유지하여 탄소화된 해면 전구체를 얻을 수 있다.
나아가, 탄화된 탄소 재료를 세슘 이온을 포함하는 용액과 접촉시켜 혼합용액을 제조하는 단계(S200)는 탄화된 탄소 재료를 활성화시키기 위하여 활성화제와 혼합하는 단계이다. 여기서, 활성화제는 세슘 이온을 포함하는 용액을 의미할 수 있다. 구체적으로, 세슘 이온을 포함하는 용액은 수산화세슘(CsOH) 또는 탄산세슘(Cs2CO3)일 수 있다.
한편, 상기 세슘 이온을 포함하는 용액은 상기 탄화된 탄소 재료에 대해 0.5 내지 5 중량비로 투입될 수 있다. 상기 중량비 범위인 경우, 높은 비표면적을 가지면서 높은 용량의 이온 저장 및 기체 흡착이 가능한 활성탄을 제조할 수 있다.
탄화된 탄소 재료를 활성화하는 단계(S300)는, 혼합용액을 300 내지 800 ℃ 의 온도에서, 30 분 내지 10 시간 동안 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 400 내지 700 ℃ 또는 500 내지 600 ℃ 의 활성화 온도에서 탄화된 탄소 재료를 활성화 시킬 수 있다. 이는, 30분 내지 1 시간, 또는 2 시간 동안 수행될 수 있다. 특정 양태로서, 열처리 온도가 300 ℃ 미만인 경우, 활성화 공정이 일어날 수 없으며, 열처리 온도가 800 ℃ 를 초과하는 경우, 질소의 함량비가 크게 감소 할 수 있다. 따라서, 상술한 온도 범위가 바람직하다.
이때, 열처리는 비활성 가스 분위기에서 수행될 수 있으며, 질소(N2), 아르곤(Ar), 네온(Ne) 또는 헬륨(He) 등의 비활성 기체 분위기에서 수행될 수 있음은 물론이다.
그리고, 열처리 후에는 알칼리 성분을 제거하기 위하여, 염산(HCl), 질산(HNO3), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4)과 같은 산(acid)으로 중화 처리하고, 증류수로 충분히 세정한다. 세정 후에는 50 내지 150 ℃ 의 온도에서 10분 ~ 6시간 동안 충분히 건조한다. 예를 들면, 60 ℃ 의 온도에서 건조할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄의 제조방법에서, 탄소 재료가 활성화되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하여, 탄화된 탄소 재료를 활성화하는 단계를 보다 상세하게 설명하면, 세슘 이온을 포함하는 용액으로 탄소 재료를 활성화 하면, 탄소 재료의 표면에서의 식각에 의한 기공뿐만 아니라, 탄소의 층간 거리를 확장시켜 다른 금속으로 활성화시킨 활성탄에 비해 저온에서 보다 큰 표면적을 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 탄화된 탄소 재료와 세슘 이온을 포함하는 용액을 포함하는 혼합 용액을 열처리하면, 탄소 재료의 표면 또는 탄소 재료의 층(layer)간, 또는 탄소 재료의 표면과 층간에 세슘 이온이 침투될 수 있다. 예를 들어, 탄화된 탄소 재료와 세슘 이온을 포함하는 용액을 포함하는 혼합 용액을 열처리하면, 탄소 재료의 표면과 탄소 재료의 층(layer)간에 세슘 이온이 침투될 수 있다. 특히, 세슘의 경우, 탄소 재료의 층(layer) 간에 침투되어 형성하는 에너지는 다른 1족 원소에 비해 낮고, 탄소와의 친밀도가 높아, 탄소 재료의 층(layer) 간에 보다 용이하게 침투될 수 있다. 예를 들면, 칼륨 이온이 삽입 되어 탄소 층간과 형성하는 에너지는 -0.37 eV 일 수 있으며, 세슘 이온이 탄소 층간에 삽입되어 형성하는 에너지는 -0.70 eV 일 수 있다.
즉, 탄소 재료의 층(layer) 간에 침투될 때, 세슘 이온이 칼륨 이온보다 용이하게 침투될 수 있다. 이에 따라, 세슘 이온을 포함하는 용액으로 탄소 재료를 활성화시키는 경우, 탄소 재료의 층간 거리를 확장시켜 다른 금속으로 활성화시킨 활성탄에 비해 저온에서 보다 큰 비표면적을 얻을 수 있다(도 2 참조). 예를 들면, 상기 확장된 층간 거리는 3.0 내지 4.5 Å 일 수 있다.
나아가, 열처리된 탄소 재료는 산(acid)으로 워싱처리 하여, 탄소 재료에 침투된 세슘 이온을 식각(etching)하여 활성화된 탄소를 제공할 수 있다. 상술한 바와 같이, 염산(HCl), 질산(HNO3), 황산(H2SO4) 또는 인산(H3PO4)과 같은 산(acid)으로 워싱 처리하고, 증류수로 충분히 세정하여 탄소 재료에 침투된 세슘 이온을 식각하여 활성화된 탄소를 제공할 수 있다.
이에 따라 제조된 활성탄은 비표면적이 평균 700 m2/g 이상일 수 있으며, 평균 1500 m2/g 이상일 수 있다. 한편, 활성화 온도에 따라 활성탄의 비표면적은 다를 수 있다. 예를 들면, 활성화 온도가 400 ℃ 일 때, 비표면적은 718 m2/g 일 수 있으며, 활성화 온도가 500 ℃ 일 때, 비표면적은 1183 m2/g 일 수 있으며, 활성화 온도가 600 ℃ 일 때, 비표면적은 2443 m2/g 일 수 있다.
본 발명의 활성탄은, 다공성의 활성탄으로서, 질소 작용기를 포함하며, 비표면적이 평균 700 m2/g 이상인 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 활성탄의 비표면적은 평균 700 m2/g 이상일 수 있으며, 평균 1500 m2/g 이상일 수 있다. 보다 구체적으로, 700 내지 4000 m2/g, 700 내지 3800 m2/g, 1000 내지 3600 m2/g, 1500 내지 3600 m2/g 또는 2000 내지 3300 m2/g 일 수 있다.
본 발명의 활성탄은 상기 비표면적 범위를 가짐으로써, 향상된 이온 저장 또는 기체 흡착 성능을 가질 수 있다.
하나의 예로서, 본 발명의 활성탄은 기체의 흡착등온선을 측정한 후 흡착량 데이터를 흡착 모델식에 적용하여 얻어지는데 본 발명과 같은 초고표면적의 물질들은 흡착 모델과 흡착식에 따라 표면적 수치가 크게 영향을 받는다. 대표적인 표면적 측정방법은 BET(Brunauer, Emmett 및 Teller) 모델의 흡착식을 이용한 방법이며, -196 ℃ 의 질소의 비등점 온도와 1bar (1기압) 이내에서 질소의 물리 흡착량을 측정하여 물질의 표면적을 계산하는 방법이다. 본 발명에서는 BET(Brunauer, Emmett 및 Teller) 모델의 흡착식을 이용하여 표면적을 측정하였으며, 결과는 통상 중량 당 표면적, 예컨데 m2/g 의 단위로 나타낼 수 있다.
하나의 예로서, 상기 일산화탄소 흡착제에 대하여 BET-비표면적 분석기를 이용하여, 저온(77K) 조건에서 흡착 등온곡선(adsorption isotherm)을 1 bar까지 측정하였을 때, 측정된 N2 흡착 등온선으로부터 Brunauer-Ennett-Teller 모델(BET) 을 사용하여 내부 표면적을 계산하였을 때, BET 비표면적이 700 m2/g 이상을 만족할 수 있다.
아울러, 활성탄은 총 기공 부피가 평균 0.2 cm3/g 이상일 수 있으며, 또는 총 기공 부피가 평균 0.5 cm3/g 이상일 수 있다. 하나의 예로서, 활성탄에 대하여 비표면적 분석기를 이용하여 77K 조건에서 N2 흡착 등온곡선으로부터 Brunauer-Ennett-Teller 모델(BET)을 사용하여 내부 표면적을 계산한 후, P/P0=0.995 의 데이터에서 총 기공 부피(총 기공 체적)을 예측할 수 있다. 상술한 바와 같이, 활성탄의 총 기공 부피는 0.2 cm3/g 이상일 수 있다. 구체적으로, 0.2 내지 0.9 cm3/g, 0.4 내지 0.88 cm3/g, 0.6 내지 0.86 cm3/g 또는 0.65 내지 0.75 cm3/g 일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 활성탄은 이산화탄소(CO2)와 질소(N2)를 함유하는 혼합가스에서 이산화탄소에 대한 선택적 흡착능을 가질 수 있다. 이는 활성탄 내에 함유된 질소의 비공유 전자쌍으로 인해 이산화탄소와는 정전기적으로 인력을 형성하며, 상대적으로 큰 기공 크기 및 질소 작용기와의 열역학적 불안정성으로 인한 질소 흡착능 저해의 효과 때문이다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 활성탄은 헨리 법칙(Henry's law)을 적용하여, 1 기압, 273 내지 298 K 온도 조건에서, 질소(N2)에 대한 이산화탄소(CO2) 의 선택도가 평균 35 이상일 수 있다.
예를 들면, 1 기압, 273 K 온도 조건에서, 선택도가 평균 30 이상일 수 있으며, 구체적으로 30 내지 40 일 수 있다. 또한, 1 기압, 298 K 온도 조건에서, 선택도가 평균 40 이상일 수 있다. 구체적으로, 33 내지 55일 수 있다.
참고로, 질소와 이산화탄소 각각의 단일성분 흡착등온선의 초기 기울기
Figure pat00001
로 부터 각 성분에 대한 헨리상수(Henry law constant)가 계산된다. 여기서, q는 해당 성분의 해당 압력에서의 흡착량이고, P는 압력이다. 두 성분의 헨리상수 비로서, 질소에 대한 이산화탄소의 선택도를 알 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00002
여기서, S는 선택도 인자이고,
Figure pat00003
및
Figure pat00004
는 이산화탄소 및 질소의 헨리상수이다.
나아가, 상기 활성탄은, 전극소재일 수 있으며, 특정 양태로서, 상기 활성탄은 이산화탄소 선택성 흡착제일 수 있다.
본 발명은,
상기 활성탄을 포함하는 전극을 제공한다.
보다 구체적으로, 상기 활성탄을 포함하는 전극은 수퍼캐패시터용 전극일 수 있다.
수퍼캐패시터용 전극은 통상의 방법에 따라 제조될 수 있으며, 구체적으로는 활성탄과 도전재 및 바인더를 유기 용매 상에서 혼합하여 제조한 전극 활물질층 형성용 슬러리를 집전체 위에 도포 및 건조하고, 선택적으로 전극 밀도의 향상을 위하여 집전체에 압착하여 제조할 수 있다. 이때, 유기용매로는 활성탄, 도전재 및 바인더를 균일하게 분산시킬 수 있으며, 쉽게 증발되는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 N-메틸-피롤리돈, 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 테트라히드로퓨란, 이소프로필알코올, 물 등을 사용할 수 있다.
전극 집전체로는 당해 기술분야에서 집전체로 사용할 수 있는 것이라면 모두 가능하고, 구체적으로, 알루미늄이나 니켈, 구리, 스테인리스 스틸과 같은 금속물질 등을 활용할 수 있다.
상기 도전재는 다공성일 수 있다. 따라서, 상기 도전재로 다공성 및 도전성을 갖는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 다공성을 갖는 탄소계 물질을 사용할 수 있다. 이와 같은 탄소계 물질로는 카본 블랙, 그라파이트, 그래핀, 활성탄, 탄소 섬유, 카본 나노튜브 등을 사용할 수 있다. 또한, 금속 메쉬 등의 금속성 섬유, 구리, 은, 니켈, 알루미늄 등의 금속성 분말 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 유기 도전성 재료도 사용할 수 있다. 상기 도전성 재료들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
나아가, 바인더는 전지 또는 수퍼캐패시터용 바인더를 사용할 수 있으며, SBR(Stylene-Butadien Rubbber), CMC(Carboxylmethyl cellulose), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF) 또는 그 공중합체, 셀룰로오즈(cellulose) 일 수 있으며, 일 예로, PVdF 일 수 있다.
예를 들면, 활성탄, 도전재(Super-P), 바인더(PVdF)를 90:5:5 의 중량비로 혼합하여 용제인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 첨가하여 전극 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리를 도포 및 건조하고, 선택적으로 전극 밀도의 향상을 위하여 집전체에 압착하여 제조할 수 있다.
분리막은 전극을 물리적으로 분리하는 기능을 갖는 물리적인 분리막으로서, 통상의 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하며, 특히 전해액의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다.
또한, 상기 분리막은 두 전극을 서로 분리 또는 절연시키면서 두 전극 사이에 리튬 이온의 수송을 가능하게 한다. 상기 분리막은 다공성이고, 비전도성 또는 절연성인 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 분리막은 필름과 같은 독립적인 부재이거나, 또는 어느 한 쪽 전극에 부가된 코팅층일 수 있다.
구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메 타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은,
전극을 포함하는 수퍼캐패시터를 제공한다.
상기 전기화학적 에너지 저장 시스템은 수퍼캐패시터일 수 있으며, 리튬 이온 및 다른 이온에 기반한 에너지 저장 시스템일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 수퍼캐패시터는 상술한 두 전극 및 분리막이 와인딩되거나 접혀서 케이스에 수용된다. 이어서, 상기 케이스에 전해액이 주입되고 캡 어셈블리(cap assembly)로 밀봉되어 수퍼캐패시터가 완성된다.
일 예로, 상기 전해액은 염을 함유하며, 염과 용매로 구성되어 있고, 용매로는 비수계 유기 용매, 물, 유기 고체 전해액 및 무기 고체 전해액 등을 사용할 수 있다.
상기 염은 비수계 유기 용매에 쉽게 용해될 수 있는 물질로서, A+B- 와 같은 구조의 염으로서, A+ 는 Li+, Na+, K+ 와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함할 수 있고, B- 는 OH-, PF6 -, BF4 _, Cl-, Br-, I-, CLO4-, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염일 수 있다.
상기 염의 농도는, 전해액 혼합물의 정확한 조성, 염의 용해도, 용해된 염의 전도성, 수퍼캐퍼시터의 충전 및 방전 조건, 작업 온도 및 수퍼캐퍼시터 분야에 공지된 다른 요인과 같은 여러 요인에 따라, 0.1 내지 6.0M, 바람직하기로 0.5M 내지 2.0M일 수 있다. 만약, 상기 염의 농도가 상기 범위 미만이면 전해액의 전도도가 낮아져서 전기화학적 성능이 저하될 수 있고, 상기 범위 초과이면 전해액의 점도가 증가하여 캐리어 이온의 이동성이 감소될 수 있으므로 상기 범위 내에서 적정 농도를 선택하는 것이 바람직하다.
상기 비수계 유기 용매는 염을 잘 용해시킬 수 있는 물질로서, 바람직하기로 N-메틸-2-피롤리돈, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 1,2-디에톡시 에탄, 1-에톡시-2-메톡시 에탄, 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥솔란, 4-메틸-1,3-디옥센, 디에틸에테르, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥솔란, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥솔란 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기 용매가 사용될 수 있으며, 이들 중 하나 또는 둘 이상의 혼합 용매 형태로 사용할 수 있다.
상기 유기 고체 전해액으로는 바람직하기로, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(Agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 무기 고체 전해액으로는 바람직하기로, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 산화물, 황화물, 인산염, 질화물, 할로겐화물, 황산염 등을 사용할 수 있다.
상기 수퍼캐패시터는 충방전 효율 및 수명 특성이 우수하다. 구체적으로, 상술한 비표면적이 우수한 활성탄을 전극소재로 적용시킴으로써, 캐리어 이온이 원활하게 유동할 수 있다. 이에 따라, 우수한 전기적, 전기화학적 특성을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
실시예 1. 세슘 활성탄의 제조
탄소 전구체의 탄소화 공정
동물세포의 한 예로써, 천연해면을 비활성 분위기에서 분당 2 ℃의 승온 속도로 120 ℃ 에서 한시간 유지하여 잔여 수분을 충분히 제거한 후, 분당 3 ℃의 승온 속도로 400 ℃ 에서 한시간 유지하여 탄소화된 해면 전구체를 얻었다.
활성화 공정
활성용제인 수산화세슘(Cs2CO3)을 희석시킨 용액에 탄소화된 해면 전구체를 침지시켰다. 이후, 침지된 전구체를 90 ℃에서 교반시키며 용매를 증발시켰다. 그리고, 활성용제 및 탄소화 전구체의 혼합물을 400 ℃ 의 온도에서 비활성 기체 분위기를 유지하며, 한시간 동안 열처리 하였다.
이때, 승온 온도는 분당 3 ℃로 하며, 각 목표 온도에서 적어도 한 시간 이상을 유지하였다. 그리고, 상온까지 자연 냉각 후, 수득한 분말을 1 M 의 염산에 담지하여 잔여 염을 제거하고, 증류수로 세척한 후 60 ℃ 로 건조하였다.
실시예 2.
활성화 온도를 500 ℃를 유지한 것을 제외하곤, 실시예 1과 동일한 방법으로 활성탄을 제조하였다.
실시예 3.
활성화 온도를 600 ℃를 유지한 것을 제외하곤, 실시예 1과 동일한 방법으로 활성탄을 제조하였다.
실시예 4.
활성화 온도를 700 ℃를 유지한 것을 제외하곤, 실시예 1과 동일한 방법으로 활성탄을 제조하였다.
<비교예>
비교예 1. 칼륨 활성탄의 제조
수산화칼륨(KOH)을 활성용제로 적용한 것을 제외하곤, 실시예 1과 동일한 방법으로 활성탄을 제조하였다.
비교예 2.
활성화 온도를 500 ℃를 유지한 것을 제외하곤, 비교예 1과 동일한 방법으로 활성탄을 제조하였다.
비교예 3.
활성화 온도를 600 ℃를 유지한 것을 제외하곤, 비교예 1과 동일한 방법으로 활성탄을 제조하였다.
비교예 4.
활성화 온도를 700 ℃를 유지한 것을 제외하곤, 비교예 1과 동일한 방법으로 활성탄을 제조하였다.
<실시예>
실시예 5. 전극 및 수퍼캐퍼시터의 제조
수퍼캐패시터 전극용 슬러리의 제조
활성화 온도 700 ℃에서 활성화한 실시예 4의 세슘 활성탄, 도전재(Super-P), 바인더(PVdF)를 90:5:5 의 중량비로 혼합하여 용제인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 첨가하여 전극 슬러리를 제조하였다.
수퍼캐패시터의 제조
그리고, 상기 전극 슬러리를 전극 집전체의 알루미늄 박막의 일면에 도포, 건조(60 ℃) 및 프레스를 실시하여 전극을 제조하였다. 그리고, 상기 극판을 직경 12mm인 펀치를 이용해 타공한 후, Ar 분위기의 글로브 박스 안에서 리튬 금속을 상대 전극(Reference Electrode)로 하고, 1M LiPF6가 용해된 EC:DEC=1:1(부피비) 혼합액을 전해액으로 투입하여 CR2032 코인 반쪽 셀을 제조하였다. 반쪽 셀 평가는 리튬 금속 대비 전압을 알기 위함이다.
<비교예>
비교예 5
수퍼캐패시터 전극용 슬러리에서 비교예 4의 활성탄을 사용한 것을 제외하곤, 실시예 5와 동일한 방법으로 수퍼캐패시터를 제조하였다.
비교예 6
수퍼캐패시터 전극용 슬러리에서 상용 활성탄인 YP 80F (Kuraray사)을 사용한 것을 제외하곤, 실시예 5와 동일한 방법으로 수퍼캐패시터를 제조하였다.
<실험예>
실험예 1. 비표면적 및 기공 부피 평가
실시예와 비교예에서 얻어진 활성탄의 비표면적 및 기공 부피 평가를 실시하였다.
도 3은 실시예 1-3과 비교예 1-3에서 얻은 활성탄을 촬영하여 비교한 사진이다. 도 3을 참조하면, 동일한 활성온도에서 활성화 공정을 진행 하더라도 수산화칼륨 대비 수산화세슘 용제에서 활성화 처리한 활성탄의 부피가 월등히 큰 것을 볼 수 있다.
아울러, 77K(-196.15℃) N2 흡착 등온곡선(sorption isotherms)을 비표면적 분석기(Autosorb-iQ, Quantachrome Instruments)를 사용하여 1bar까지 측정하였다.
그리고, 실시예와 비교예에서 얻은 활성탄과 상용 활성탄으로 흡착온도 77K 에서 측정한 질소의 물리흡착 등온선을 도 4에 나타내었다.
이때, 비표면적 및 기공 부피를 측정하기 전에, 분석기 내의 탈기(degassing) 시스템을 이용하여 동적 진공 하에서 150 ℃ 및 12시간 동안 잔류 압력이 10-3 torr 이하가 될 때까지 활성탄을 탈기시켰다. 그리고, 도 4의 N2 흡착 등온곡선으로부터 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 모델을 사용하여 실시예와 비교예의 활성탄의 표면적을 측정하였고, P/P0=0.995 의 총 기공 체적(총 기공 부피)을 예측하였다. 그리고, 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
활성온도(℃) 활성용제 비표면적(m2/g) 총 기공 부피(cm3/g)
실시예 1 400 CsOH 718 0.21
실시예 2 500 CsOH 1183 0.46
실시예 3 600 CsOH 2443 0.72
실시예 4 700 CsOH 3288 0.86
비교예 1 400 KOH 6 0
비교예 2 500 KOH 879 0.30
비교예 3 600 KOH 1353 0.48
비교예 4 700 KOH 2175 0.67
표 1을 참조하면, 실시예의 활성탄은 비교예의 활성탄보다 모든 활성온도 조건에서 높은 비표면적 특성을 보였다. 이는, 세슘의 높은 층간 침투성이 탄소의 부피팽창의 원인인 것으로 보인다.
실험예 2. CO 2 및 N 2 의 흡착성능 및 N 2 에 대한 CO 2 의 선택도 평가
실시예와 비교예에서 얻어진 활성탄을 200 ℃ 에서 잔류 압력이 10-3 torr 이하로 유지하면서 3시간 탈기시켰다. 이 후, 상기 활성탄 0.5g을 0℃, 25℃ 및 50℃, 1 기압 조건에서 BEL-HP(BEL Co.사)장치를 이용하여 이산화탄소와 질소를 흡착질로 하여 흡착량을 측정하였다. 이를 반복 실시하여 평균 이산화탄소 및 질소의 흡착량을 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
활성온도(℃) 활성용제 CO2 흡착량 (mmol/g) N2 흡착량 (mmol/g)
273(K) 298(K) 323(K) 273(K) 298(K) 323(K)
실시예 1 400 CsOH 5.7 4.1 3.0 0.5 0.2 0.2
실시예 2 500 CsOH 8.1 5.3 3.6 0.6 0.3 0.2
실시예 3 600 CsOH 11.7 6.6 4.3 0.6 0.3 0.2
비교예 1 400 KOH 2.6 2.0 1.7 0.2 0.06 0.06
비교예 2 500 KOH 4.3 2.5 1.9 0.4 0.2 0.1
비교예 3 600 KOH 4.4 2.8 2.5 0.4 0.2 0.2
비교예 4 700 KOH 9.9 4.8 3.8 1.1 1.3 0.7
표 2를 참조하면, 실시예의 활성탄은 비교예의 활성탄보다 모든 활성온도 조건에서 높은 이산화탄소 흡착량을 보여준다. 즉, 실시예에서 얻어진 활성탄은 이산화탄소에 대한 흡착능력이 향상되었음을 확인할 수 있다.
그리고, 이산화탄소와 질소의 흡착량 측정 결과로부터 질소(N2)에 대한 이산화탄소(CO2)의 선택도를 계산하였다. 구체적으로, 본 발명자들은 헨리 법칙에 의거한 계산법을 이용하여, N2 에 대한 CO2의 선택도를 계산하였다.
그리고, 그 결과를 아래의 표 3에 나타내었다.
활성온도(℃) 활성용제 선택도(CO2/N2)
273(K) 298(K) 323(K)
실시예 1 400 CsOH 39 53 40
실시예 2 500 CsOH 36 40 30
실시예 3 600 CsOH 33 33 23
비교예 1 400 KOH 21 34 61
비교예 2 500 KOH 20 19 26
비교예 3 600 KOH 13 12 22
비교예 4 700 KOH 17 9 9
표 3을 참조하면, 실시예에서 얻은 활성탄이 비교예에서 얻은 활성탄보다 CO2/N2 에 대한 높은 선택도를 갖는 것을 확인하였다. 특히, 0℃(273 K), 25℃(298 K) 온도에서 CO2/N2 에 대한 높은 선택도를 보였다.
이는, 실시예에서 얻은 활성탄의 기공에 의해서는 물리적인 이온흡착을 도모할 수 있고, 활성탄 내의 질소 작용기를 통해 N2 대비 CO2의 선택적인 화학적 이온흡착에 의한 것으로 보인다.
실험예 3. 활성탄에 따른 수퍼캐패시터의 전기화학적 특성 분석
실시예와 비교예에서 제조한 수퍼캐패시터의 전기화학적 특성을 분석하였다.
구체적으로, 실시예 5와 비교예 5, 6에서 제조한 수퍼캐패시터를 이용하여 정전류 충방전 테스트와 사이클 성능을 측정하였다. 그리고, 그 결과를 표 4와 도 5에 나타내었다.
용량 (mAh/g) 2000 사이클 후 수명유지율 (%)
실시예 5 (세슘 활성탄) 115 74.7
비교예 5 (칼륨 활성탄) 94 51.1
비교예 6 (상용 활성탄) 66 63.6
표 4와 도 5에서 알 수 있듯이, 실시예 5에 따른 수퍼캐퍼시터가 비교예 5, 6 대비 우수한 비축전 용량값을 가짐을 확인할 수 있었다.
아울러, 수퍼캐패시터의 사이클 성능은 전압범위는 1.5~4.5 V vs Li/Li+ 이였으며, 전류밀도는 0.5 A/g으로 하였다. 사이클을 2000회 사이클을 반복한 후에 수명 유지율을 측정하였다. 그 결과, 본 발명의 실시예 5는 2000회의 사이클을 반복한 후에도 수명 유지율이 약 75% 로 비교예 5, 6 대비 내구성이 우수한 것을 알 수 있다.

Claims (14)

  1. 질소 작용기를 가지는 탄소 재료를 탄화하는 단계;
    탄화된 탄소 재료를 세슘 이온을 포함하는 용액과 접촉시켜 혼합용액을 제조하는 단계; 및
    혼합용액을 300 내지 800 ℃ 의 온도로 열처리하여, 탄화된 탄소 재료를 활성화하는 단계; 를 포함하는 활성탄의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    탄소 재료를 탄화하는 단계는, 질소 작용기를 갖는 탄소 재료를 300 내지 500 ℃ 온도범위의 비활성화 분위기에서 탄화하는 것을 특징으로 하는 활성탄의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    질소 작용기를 갖는 탄소 재료는, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리피롤 및 폴리아닐린으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인 활성탄의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    세슘 이온을 포함하는 용액은, 수산화세슘(CsOH) 또는 탄산세슘(Cs2CO3) 인 것을 특징으로 하는 활성탄의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    탄화된 탄소 재료를 활성화하는 단계는, 혼합용액을 300 내지 800 ℃ 의 온도에서 열처리하여, 탄소 재료의 표면 또는 탄소 재료의 층(layer)간, 또는 탄소 재료의 표면과 층간에 세슘 이온을 침투시키는 단계; 및
    열처리된 탄소 재료를 산(acid)으로 중화처리 하여, 탄소 재료에 침투된 세슘 이온을 식각(etching)하는 단계; 를 포함하는 활성탄의 제조방법.
  6. 다공성의 활성탄으로서,
    질소 작용기를 포함하며, 비표면적이 평균 700 m2/g 이상인 것을 특징으로 하는 활성탄.
  7. 제6항에 있어서,
    활성탄은, 총 기공 부피가 평균 0.2 cm3/g 이상인 것을 특징으로 하는 활성탄.
  8. 제6항에 있어서,
    활성탄은, 확장된 층간 거리를 갖는 것을 특징으로 하는 활성탄.
  9. 제6항에 있어서,
    활성탄은, 이산화탄소(CO2)와 질소(N2)를 함유하는 혼합가스에서 이산화탄소에 대한 선택적 흡착능을 갖는 것을 특징으로 하는 활성탄.
  10. 제8항에 있어서,
    활성탄은, 헨리 법칙(Henry's law) 기준으로, 1 기압, 273 내지 298 K 온도 조건에서,
    질소(N2)에 대한 이산화탄소(CO2) 의 선택도가 평균 35 이상인 것을 특징으로 하는 활성탄.
  11. 제6항에 있어서,
    활성탄은, 전극소재인 것을 특징으로 하는 활성탄.
  12. 제6항에 있어서,
    활성탄은, 이산화탄소 선택성 흡착제인 것을 특징으로 하는 활성탄.
  13. 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 활성탄을 포함하는 전극.
  14. 제13항에 따른 전극을 포함하는 수퍼캐패시터.
KR1020190048628A 2019-04-25 2019-04-25 활성탄의 제조방법, 이에 따라 제조된 활성탄, 이를 포함하는 전극 및 전극을 포함하는 수퍼캐패시터 KR102242682B1 (ko)

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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001122608A (ja) * 1999-10-26 2001-05-08 Tokyo Gas Co Ltd 細孔構造が制御された活性炭およびその製造方法
JP2009269765A (ja) * 2008-04-30 2009-11-19 Kansai Coke & Chem Co Ltd メソポア活性炭の製造方法
KR101404484B1 (ko) * 2012-04-30 2014-06-10 인하대학교 산학협력단 질소를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소 제조방법
JP2014129200A (ja) 2012-12-28 2014-07-10 Kansai Coke & Chem Co Ltd 活性炭、およびその製造方法
KR101660297B1 (ko) * 2014-04-10 2016-09-27 한국세라믹기술원 이온성 액체로부터 합성된 다공성 활성탄, 그 제조방법, 상기 활성탄을 이용한 슈퍼커패시터 및 그 제조방법
KR101689238B1 (ko) * 2015-07-16 2016-12-27 인하대학교 산학협력단 질소 관능기가 도입된 활성탄소 전극 활물질 및 이를 포함하는 초고용량 커패시터의 제조방법
KR20180000604A (ko) * 2016-06-23 2018-01-03 한양대학교 에리카산학협력단 이산화탄소 흡착제, 및 그 제조 방법
KR101836273B1 (ko) * 2016-04-05 2018-03-08 현대자동차 주식회사 활성탄소 제조방법

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001122608A (ja) * 1999-10-26 2001-05-08 Tokyo Gas Co Ltd 細孔構造が制御された活性炭およびその製造方法
JP2009269765A (ja) * 2008-04-30 2009-11-19 Kansai Coke & Chem Co Ltd メソポア活性炭の製造方法
KR101404484B1 (ko) * 2012-04-30 2014-06-10 인하대학교 산학협력단 질소를 도핑한 이산화탄소 포집용 활성탄소 제조방법
JP2014129200A (ja) 2012-12-28 2014-07-10 Kansai Coke & Chem Co Ltd 活性炭、およびその製造方法
KR101660297B1 (ko) * 2014-04-10 2016-09-27 한국세라믹기술원 이온성 액체로부터 합성된 다공성 활성탄, 그 제조방법, 상기 활성탄을 이용한 슈퍼커패시터 및 그 제조방법
KR101689238B1 (ko) * 2015-07-16 2016-12-27 인하대학교 산학협력단 질소 관능기가 도입된 활성탄소 전극 활물질 및 이를 포함하는 초고용량 커패시터의 제조방법
KR101836273B1 (ko) * 2016-04-05 2018-03-08 현대자동차 주식회사 활성탄소 제조방법
KR20180000604A (ko) * 2016-06-23 2018-01-03 한양대학교 에리카산학협력단 이산화탄소 흡착제, 및 그 제조 방법

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