KR20210033305A - Aqueous electrolyte and pseudocapacitor comprising the same - Google Patents

Aqueous electrolyte and pseudocapacitor comprising the same Download PDF

Info

Publication number
KR20210033305A
KR20210033305A KR1020190114873A KR20190114873A KR20210033305A KR 20210033305 A KR20210033305 A KR 20210033305A KR 1020190114873 A KR1020190114873 A KR 1020190114873A KR 20190114873 A KR20190114873 A KR 20190114873A KR 20210033305 A KR20210033305 A KR 20210033305A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lithium
manganese
aqueous electrolyte
water
zinc
Prior art date
Application number
KR1020190114873A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
서동훈
윤석현
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020190114873A priority Critical patent/KR20210033305A/en
Publication of KR20210033305A publication Critical patent/KR20210033305A/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/54Electrolytes
    • H01G11/58Liquid electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/04Hybrid capacitors
    • H01G11/06Hybrid capacitors with one of the electrodes allowing ions to be reversibly doped thereinto, e.g. lithium ion capacitors [LIC]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/54Electrolytes
    • H01G11/58Liquid electrolytes
    • H01G11/64Liquid electrolytes characterised by additives
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

Abstract

The present invention relates to an aqueous electrolyte comprising a zinc salt in a molar concentration of 0.005 to 0.05, and to a lithium ion capacitor or a sodium ion capacitor including the same. By including the zinc salt, the voltage range of a negative electrode can be extended, thereby suppressing a water decomposition reaction.

Description

수계 전해질 및 이를 포함하는 수도 커패시터{AQUEOUS ELECTROLYTE AND PSEUDOCAPACITOR COMPRISING THE SAME}Aqueous electrolyte and water capacitor containing the same {AQUEOUS ELECTROLYTE AND PSEUDOCAPACITOR COMPRISING THE SAME}

본 발명은 수계 전해질 및 이를 포함하는 수도 커패시터에 관한 것이다.The present invention relates to an aqueous electrolyte and a water capacitor including the same.

환경 및 에너지에 대한 관심의 고조로 인하여 리튬 이차 전지, 커패시터(capacitor) 등 에너지 저장 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 고용량, 고출력 특성이 요구되는 분야에 응용이 가능한 슈퍼 커패시터(supercapacitor) 및 리튬 이차전지가 최근에 많은 주목을 받고 있다.Due to the growing interest in the environment and energy, research on energy storage systems such as lithium secondary batteries and capacitors has been actively conducted. In particular, supercapacitors and lithium secondary batteries that can be applied to fields requiring high capacity and high output characteristics have recently attracted much attention.

커패시터는 전극 표면에 전해질 중의 이온의 흡착 또는 탈착에 의해 발생하는 전기화학적 메커니즘을 이용하여 전기를 저장하는 장치로, 전해질 안에 있는 두 전극 사이에 전압을 가해줌으로써 생기는 정전 용량을 이용한다. 이러한 커패시터는 대전류로 충·방전이 가능하고 높은 출력을 나타내며 수만번을 충·방전하여도 처음의 성능을 계속 유지할 수 있는 장점이 있다. 슈퍼 커패시터는 일반 커패시터에 비해 높은 정전 용량을 가지는 것으로 울트라 커패시터(ultracapacitor)라고도 한다.A capacitor is a device that stores electricity by using an electrochemical mechanism generated by adsorption or desorption of ions in an electrolyte on the surface of an electrode, and uses a capacitance generated by applying a voltage between two electrodes in the electrolyte. These capacitors can be charged and discharged with a large current, exhibit high output, and have the advantage of being able to maintain the initial performance even after tens of thousands of times of charging and discharging. Super capacitors have higher capacitance than general capacitors, and are also called ultracapacitors.

이러한 슈퍼 커패시터는 전기화학적 축전 메커니즘에 따라 전기 이중층(electrical double layer)의 원리를 이용한 전기 이중층 커패시터(electrical double layer capacitor, EDLC), 전기화학적 패러데이 반응(faradaic reation) 원리를 이용한 수도 커패시터(pseudocapacitor)로 구분된다.These supercapacitors are an electric double layer capacitor (EDLC) using the principle of an electrical double layer according to an electrochemical storage mechanism, and a pseudocapacitor using the principle of an electrochemical Faraday reaction. It is distinguished.

전기 이중층 커패시터는 전해질 용액의 이온이 전극 표면에서 전기 이중층(Electric Double Layer)을 형성하면서 물리적으로 흡·탈착되는 것을 이용하며, 전극으로 사용되는 탄소 표면에 세공이 발달되어 있어 우수한 동력 밀도를 나타낸다. 그러나 표면의 전기 이중층에만 전하가 축적되므로 패러데이 반응을 이용하는 수도 커패시터 보다 정전 용량과 에너지 밀도가 낮은 단점이 있다.The electric double layer capacitor uses physical adsorption and desorption of ions of an electrolyte solution while forming an electric double layer on the electrode surface, and shows excellent power density because pores are developed on the carbon surface used as an electrode. However, since charges are accumulated only in the electric double layer on the surface, there is a disadvantage in that the capacitance and energy density are lower than that of a water capacitor using a Faraday reaction.

수도 커패시터는 산화, 환원이 가능한 여러 개의 원자가(valence)를 가지는 물질을 전극 재료로 사용하는 커패시터이다. 수도 커패시터라고 칭하는 이유는 커패시터의 특성이 전기 이중층 커패시터처럼 전기 이중층의 형성에 의한 것이 일반적이고 전기화학 반응에 의해서는 커패시터적인 특성이 나오기 힘든데 화학적으로 변형시킨 탄소재료, 금속산화물, 전도성 폴리머 등 일부 전극 재료에서는 전지의 특성 대신 커패시터의 특성이 나오기 때문이다. 구체적으로, 수도 커패시터를 사용하는 전극 재료는 산화, 환원반응으로 양성자가 이동하는 축적 메카니즘을 나타내므로 전기 이중층 커패시터보다 높은 정전 용량을 갖는다.The water capacitor is a capacitor that uses a material having several valences that can be oxidized or reduced as an electrode material. The reason why it is called a water capacitor is that the characteristic of a capacitor is generally formed by the formation of an electric double layer like an electric double layer capacitor, and it is difficult to obtain a capacitor characteristic by an electrochemical reaction.Some electrodes such as chemically modified carbon materials, metal oxides, and conductive polymers This is because the properties of the capacitor come out of the material instead of the properties of the battery. Specifically, an electrode material using a water capacitor exhibits an accumulation mechanism in which protons move through oxidation and reduction reactions, and thus has a higher capacitance than an electric double layer capacitor.

일반적으로 커패시터에는 수계 전해질, 비수계 전해질, 고체 전해질 등 다양한 종류의 전해질이 사용되고 있다. 비수계 전해질은 일반적으로 수계 전해질 보다 점도가 높고, 1/100~1/10배 정도 낮은 전도도를 갖는다. 수계 전해질을 사용하는 경우 높은 이온 전도도를 나타냄에 따라 전해질의 내부저항이 줄어들고 커패시터의 출력 특성이 향상되고 안정성이 확보되는 장점이 있다. 그러나 수계 전해질은 물을 포함함에 따라 작동 전압 범위에 한계가 있고, 비수계 전해질에 비해 전해질의 빙점(freezing point, 또는 어는 점)이 상대적으로 높기 때문에, 저온의 환경에 노출될 경우 전해질의 동결이 일어날 수 있어 그 활용 범위가 상당히 줄어드는 문제가 있다.In general, various types of electrolytes such as aqueous electrolytes, non-aqueous electrolytes, and solid electrolytes are used for capacitors. The non-aqueous electrolyte generally has a higher viscosity than an aqueous electrolyte and has a conductivity of about 1/100 to 1/10 times lower than that of an aqueous electrolyte. In the case of using an aqueous electrolyte, as it exhibits high ionic conductivity, the internal resistance of the electrolyte is reduced, the output characteristics of the capacitor are improved, and stability is ensured. However, since aqueous electrolytes contain water, the operating voltage range is limited, and the freezing point (or freezing point) of the electrolyte is relatively higher than that of non-aqueous electrolytes, so when exposed to a low temperature environment, freezing of the electrolyte is difficult. There is a problem that can occur, and the scope of its use is considerably reduced.

뿐만 아니라 수계 전해질은 일정 전압 범위에서 물 분해 반응이 발생하며, 특히 양극에서의 산소 발생보다 음극에서의 수소 발생 반응이 더욱 격렬하게 일어나는 문제가 있다. 이를 해결하기 위하여 전압 범위를 넓히기 위한 방법으로 Water-in-salt(WIS)의 방법을 적용하였으나, 과량의 염(salt)으로 인해 이온 전도도가 크게 감소하여 고출력을 발현하는 것에 한계가 있었다.In addition, in the aqueous electrolyte, a water decomposition reaction occurs in a certain voltage range, and in particular, there is a problem that the hydrogen generation reaction at the cathode occurs more violently than the oxygen generation at the anode. In order to solve this problem, the water-in-salt (WIS) method was applied as a method to widen the voltage range, but there was a limit in expressing high output due to a large decrease in ionic conductivity due to an excessive amount of salt.

따라서, 상기의 문제점을 해결하면서도 고출력을 발현할 수 있는 수계 전해질에 대한 개발이 필요한 상황이다.Accordingly, there is a need for development of an aqueous electrolyte capable of expressing high output while solving the above problems.

대한민국 공개특허 제10-2017-0094424호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0094424

이에 본 발명자들은 상기 문제를 해결하고자 다각적으로 연구를 수행한 결과, 수계 전해질에 0.005 내지 0.05 몰랄농도의 아연염을 포함하는 경우, 이온 전도도에는 영향을 주지 않으면서 음극의 전압 범위를 확장하여 물분해 반응을 억제할 수 있으며, 고출력 특성을 발현할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors conducted various studies to solve the above problem. As a result, when the aqueous electrolyte contains a zinc salt having a molal concentration of 0.005 to 0.05, water decomposition by expanding the voltage range of the negative electrode without affecting the ionic conductivity. The present invention was completed by confirming that the reaction can be suppressed and high output characteristics can be expressed.

따라서, 본 발명은 물분해 반응을 억제하는 수도 커패시터용 수계 전해질을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an aqueous electrolyte for a water capacitor that suppresses a water decomposition reaction.

또한, 본 발명은 상기 수계 전해질을 포함하는 수도 커패시터를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a water capacitor containing the aqueous electrolyte.

상기 목적을 달성하기 위하여,To achieve the above object,

본 발명은 아미드 화합물 및 리튬염을 포함하는 공융용매;The present invention is a eutectic solvent containing an amide compound and a lithium salt;

메탄설포네이트 화합물;Methanesulfonate compounds;

아연염; 및Zinc salt; And

수계 용매;를 포함하며,Including; an aqueous solvent,

상기 아연염은 0.005 내지 0.05 몰랄농도로 포함되는 수도 커패시터용 수계 전해질을 제공한다.The zinc salt provides an aqueous electrolyte for a water capacitor contained in a molal concentration of 0.005 to 0.05.

또한, 본 발명은 양극; 음극; 및 상기 본 발명의 수계 전해질을 포함하는 수도 커패시터로,In addition, the present invention is a positive electrode; cathode; And a water capacitor comprising the aqueous electrolyte of the present invention,

상기 양극의 양극 활물질 및 음극의 음극 활물질은 리튬 화합물 또는 나트륨 화합물을 포함하는 수도 커패시터를 제공한다.The positive electrode active material of the positive electrode and the negative electrode active material of the negative electrode provide a water capacitor including a lithium compound or a sodium compound.

본 발명의 수도 커패시터용 수계 전해질은 아연염을 포함함에 따라 음극의 전압 범위를 확장할 수 있어 물분해 반응을 억제할 수 있으며, 상기 아연염은 이온 전도도에 영향을 주지 않으므로 고출력 특성의 수도 커패시터를 제공할 수 있다.The aqueous electrolyte for a water capacitor of the present invention can expand the voltage range of the negative electrode as it contains a zinc salt, thereby suppressing the water decomposition reaction, and the zinc salt does not affect ionic conductivity. Can provide.

도 1은 실시예 1 및 비교예 1의 수계 전해질을 사용하여 양극(LiMn2O4) 및 음극(LiTi2(PO4)3)의 선형 주사 전위법(Linear Sweep Voltammetry, LSV)을 측정한 그래프이다.
도 2는 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 2의 수계 전해질을 사용하여 음극(LiTi2(PO4)3)의 선형 주사 전위법(Linear Sweep Voltammetry, LSV)을 측정한 그래프이다.
도 3은 실시예 1 및 실시예 3의 수계 전해질을 사용하여 음극(LiTi2(PO4)3)의 선형 주사 전위법(Linear Sweep Voltammetry, LSV)을 측정한 그래프이다.
도 4는 실시예 1의 수계 전해질을 사용하여 음극(LiTi2(PO4)3)의 순환전압전류(Cyclic Voltammetry, CV)를 측정한 그래프이다.
도 5는 비교예 1의 수계 전해질을 사용하여 음극(LiTi2(PO4)3)의 순환전압전류(Cyclic Voltammetry, CV)를 측정한 그래프이다.
도 6은 실시예 1의 수계 전해질을 사용한 코인셀의 수명 특성을 측정한 그래프이다.
1 is a graph measuring a linear scanning potential method (Linear Sweep Voltammetry, LSV) of a positive electrode (LiMn 2 O 4 ) and a negative electrode (LiTi 2 (PO 4 ) 3 ) using the aqueous electrolyte of Example 1 and Comparative Example 1 to be.
2 is a graph measuring a linear scanning potential method (Linear Sweep Voltammetry, LSV) of a negative electrode (LiTi 2 (PO 4 ) 3 ) using the aqueous electrolytes of Examples 1, 2 and Comparative Example 2.
3 is a graph measuring a linear scanning potential method (Linear Sweep Voltammetry, LSV) of a negative electrode (LiTi 2 (PO 4 ) 3 ) using the aqueous electrolytes of Examples 1 and 3. FIG.
4 is a graph measuring cyclic voltammetry (CV) of a negative electrode (LiTi 2 (PO 4 ) 3 ) using the aqueous electrolyte of Example 1. FIG.
5 is a graph measuring cyclic voltammetry (CV) of a negative electrode (LiTi 2 (PO 4 ) 3 ) using the aqueous electrolyte of Comparative Example 1. FIG.
6 is a graph measuring the life characteristics of a coin cell using the aqueous electrolyte of Example 1. FIG.

이하, 본 발명을 보다 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

최근 개발되고 있는 차세대 에너지 저장 시스템은 전기화학적인 원리를 이용한 것으로 슈퍼 커패시터와 리튬 이차전지가 대표적이다. 특히, 슈퍼 커패시터는 단시간에 고출력을 발휘하며, 장기간 신뢰성을 갖추고, 빠른 충·방전 순환이 가능하며, 친환경적 원료를 사용하기 때문에 다양한 분야에 고출력 전원으로 활용될 전망이다.The next-generation energy storage system being developed recently uses an electrochemical principle, and a super capacitor and a lithium secondary battery are typical. In particular, super capacitors exhibit high output in a short time, have long-term reliability, enable fast charging and discharging cycles, and use eco-friendly raw materials, so they are expected to be used as high-output power in various fields.

이러한 슈퍼 커패시터에는 주로 비수계 유기 전해질이 사용되고 있다. 그러나, 비수계 유기 전해질은 고가의 LiPF6와 같은 염을 포함하며, 또한 전지의 제조 공정이 수분이 없는 건조한 공간에서 진행하여야 하고, 비수계 유기 전해질의 이온 전도성이 상대적으로 낮아 고출력이 필요한 응용분야로의 활용이 제한적이다. 또한, 비수계 유기 전해질은 유기 용매의 사용에 따른 인화 혹은 부반응에 의한 발화, 폭발의 위험이 있으며, 이로 인해 안전성 측면에서 불리한 점으로 지적받고 있다. 특히, 전기 자동차의 전원과 같은 경우 출력과 안전성이 요구되고 있는데, 유기 용매를 포함하는 비수계 전해질을 사용하는 경우 안정성, 신뢰성을 만족시키기 힘들어 사용화되지 못한 실정이다.A non-aqueous organic electrolyte is mainly used for such a super capacitor. However, the non-aqueous organic electrolyte contains a salt such as expensive LiPF 6, and the manufacturing process of the battery must be performed in a dry space without moisture, and the ionic conductivity of the non-aqueous organic electrolyte is relatively low, so high power is required. The use of furnace is limited. In addition, the non-aqueous organic electrolyte has a risk of ignition or explosion due to ignition or side reactions due to the use of an organic solvent, and this has been pointed out as a disadvantage in terms of safety. In particular, power and safety are required in the case of a power source for an electric vehicle. However, in the case of using a non-aqueous electrolyte containing an organic solvent, it is difficult to satisfy stability and reliability, and thus it has not been used.

최근 전술한 바의 문제를 해결하고자 슈퍼 커패시터에 수계 전해질을 사용하는 방안에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 수계 전해질은 물이나 알코올 등의 수계 용매에 염을 용해시킨 것으로, 안정성이 보장될 뿐만 아니라 이온 전도성이 높아 에너지 밀도와 출력 특성이 우수하다. 또한, 수계 전해질은 제조공정과 제조비용이 저렴하고, 환경적인 측면에서도 유리한 장점이 있다.Recently, in order to solve the above-described problem, research on a method of using an aqueous electrolyte in a super capacitor has been actively conducted. Aqueous electrolytes are obtained by dissolving a salt in an aqueous solvent such as water or alcohol, and not only ensure stability, but also have high ionic conductivity, and thus have excellent energy density and output characteristics. In addition, the aqueous electrolyte has an advantage in that the manufacturing process and manufacturing cost are inexpensive, and also in terms of environment.

그러나 수계 전해질의 경우 기본 용매로 수계 용매를 포함함에 따라 작동 전압 범위가 좁아 일정 전압 범위에서 물분해 반응이 발생하며, 특히 음극에서 수소 발생 반응이 매우 격렬하게 일어난다. However, in the case of an aqueous electrolyte, as the basic solvent includes an aqueous solvent, the operating voltage range is narrow, so that a water decomposition reaction occurs in a certain voltage range, and in particular, a hydrogen generation reaction occurs very violently at the cathode.

이에 본 발명에서는 작동 전압 범위를 확장하여 물분해 반응을 억제하고, 고출력 특성을 나타낼 수 있는 수도 커패시터용 수계 전해질을 제공하고자 하였다.Accordingly, in the present invention, it is intended to provide an aqueous electrolyte for a water capacitor capable of suppressing the water decomposition reaction by expanding the operating voltage range and exhibiting high output characteristics.

즉, 본 발명은 아미드 화합물 및 리튬염을 포함하는 공융용매; 메탄설포네이트 화합물; 아연염; 및 수계 용매;를 포함하는 수도 커패시터용 수계 전해질에 관한 것으로, 상기 아연염은 0.005 내지 0.05 몰랄농도(m)로 포함된다.That is, the present invention is a eutectic solvent containing an amide compound and a lithium salt; Methanesulfonate compounds; Zinc salt; And an aqueous solvent; and an aqueous electrolyte for a water capacitor, wherein the zinc salt is contained in a molar concentration (m) of 0.005 to 0.05.

상기 아연염은 수계 전해질에서 해리되어 아연 이온의 형태로 존재하며, 상기 아연 이온은 음극의 전압 범위를 확장하여 물분해 반응을 억제함에 따라 음극에서의 수소 발생을 억제하는 역할을 수행한다.The zinc salt is dissociated in the aqueous electrolyte and exists in the form of zinc ions, and the zinc ions expand the voltage range of the negative electrode to suppress the water decomposition reaction, thereby suppressing the generation of hydrogen at the negative electrode.

수소 발생 전위는 하기와 같다.The hydrogen generation potential is as follows.

2H2O +2e- → H2 + 2OH-, E0(V) = -0.83V 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH -, E 0 (V) = -0.83V

또한, 아연 이온의 환원 전위는 하기와 같다.In addition, the reduction potential of the zinc ion is as follows.

Zn2+ +2e- → Zn, E0(V) = -0.76V Zn 2+ + 2e - → Zn, E 0 (V) = -0.76V

즉, 아연 이온의 환원 전위는 수소의 환원 전위 보다 앞서므로, 음극에서의 수소 발생을 억제하여 물분해 반응을 억제할 수 있다.That is, since the reduction potential of zinc ions precedes that of hydrogen, generation of hydrogen at the cathode can be suppressed to suppress a water decomposition reaction.

상기 아연 이온은 수소 발생을 억제하는 역할을 수행하면서, 이온 전도도에는 영향을 주지 않으므로, 상기 본 발명의 수계 전해질을 포함하는 수도 커패시터는 고출력 특성을 발현할 수 있다.Since the zinc ions play a role of suppressing hydrogen generation and do not affect ionic conductivity, the water capacitor including the aqueous electrolyte of the present invention can exhibit high output characteristics.

상기 아연염은 수계 전해질에 0.005 내지 0.05 몰랄농도(m)로 포함되며, 바람직하게는 0.01 내지 0.03 몰랄농도로 포함될 수 있다.The zinc salt is contained in an aqueous electrolyte at a molar concentration of 0.005 to 0.05 (m), and preferably may be contained at a molar concentration of 0.01 to 0.03.

상기 아연염이 0.005 몰랄농도 미만으로 포함되면 음극에서의 수소 발생을 억제하는 효과가 미미하여 물분해 반응을 억제할 수 없으며, 0.05 몰랄농도를 초과하여 포함되면 리튬 화합물 또는 나트륨 화합물을 전극 활물질로 포함하는 전극의 표면에서 환원되어 전극 표면이 아연으로 도핑되어 전극의 전기화학적 활성이 저하되는 문제가 발생한다.If the zinc salt is contained in a molar concentration of less than 0.005, the effect of inhibiting the generation of hydrogen at the negative electrode is insignificant, and thus water decomposition reaction cannot be inhibited.If the zinc salt is contained in a molar concentration exceeding 0.05, a lithium compound or a sodium compound is included as an electrode active material. It is reduced at the surface of the electrode and the electrode surface is doped with zinc, resulting in a problem that the electrochemical activity of the electrode is deteriorated.

상기 아연염은 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니나, 바람직하게는 황산아연(ZnSO4), 염소산아연(Zn(ClO3)2), 질산아연(Zn(NO3)2), 초산아연(Zn(OAc)2), 트리플루로메탄술포네이트아연(Zn(CF3SO3)2), 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드아연(Zn(TFSI)2) 및 수산화아연(Zn(OH)2)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하며, 바람직하게는 비용 및 용해도 측면에서 질산아연을 포함할 수 있다.The zinc salt is not particularly limited in its kind, but preferably zinc sulfate (ZnSO 4 ), zinc chlorate (Zn(ClO 3 ) 2 ), zinc nitrate (Zn(NO 3 ) 2 ), zinc acetate (Zn( OAc) 2 ), trifluoromethanesulfonate zinc (Zn(CF 3 SO 3 ) 2 ), bis(trifluoromethanesulfonyl) imide zinc (Zn(TFSI) 2 ) and zinc hydroxide (Zn(OH) 2 ) Contains at least one selected from the group consisting of, and may preferably contain zinc nitrate in terms of cost and solubility.

상기 아연염은 공융 용매 및 메탄설포네이트 화합물을 합한 100 중량부에 대하여 0.05 내지 0.3 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 0.2 중량부로 포함될 수 있다. 상기 아연염이 0.05 중량부 미만으로 포함되면 아연에 의한 전압범위 확장 효과가 미미하게 나타나고, 0.3 중량부를 초과하면 전극 표면에 아연이 도핑되어 전극의 전기화학적 활성이 감소하게 된다.The zinc salt may be included in an amount of 0.05 to 0.3 parts by weight, preferably 0.1 to 0.2 parts by weight, based on 100 parts by weight of the combined eutectic solvent and the methanesulfonate compound. If the zinc salt is contained in an amount of less than 0.05 parts by weight, the effect of extending the voltage range by zinc appears insignificant, and if it exceeds 0.3 parts by weight, zinc is doped on the electrode surface to reduce the electrochemical activity of the electrode.

또한, 본 발명의 수계 전해질 중 아미드 화합물 및 리튬염을 포함하는 공융 용매, 및 메탄설포네이트 화합물은 작동 전압 범위의 확장뿐만 아니라, 저온 안정성을 향상시키는 역할을 한다.In addition, in the aqueous electrolyte of the present invention, the eutectic solvent including the amide compound and the lithium salt, and the methanesulfonate compound serve not only to extend the operating voltage range, but also to improve low-temperature stability.

상기 공융 용매(deep eutectic solvent, DES)는 일반적으로 두 가지 이상의 물질이 혼합되어 용융 온도(또는 동결 온도)가 낮아지는 물질을 지칭하는 것으로, 상온에서 액상인 혼합염을 말한다. 이때, 상온이란 상한이 100℃, 경우에 따라서는 60℃를 의미한다. 상기 공융 용매를 사용함에 따라 수계 전해질의 저온 안정성을 향상시킬 수 있으며, 물의 활성을 억제할 수 있다.The deep eutectic solvent (DES) generally refers to a material whose melting temperature (or freezing temperature) is lowered by mixing two or more materials, and refers to a mixed salt that is liquid at room temperature. At this time, room temperature means an upper limit of 100°C, and in some cases, 60°C. By using the eutectic solvent, the low-temperature stability of the aqueous electrolyte can be improved, and the activity of water can be suppressed.

본 발명에 있어서, 상기 공융 용매는 수소 결합 받개(hydrogen bond accepter, HBA) 물질로써 리튬염을 포함하고, 수소 결합 주개(hydrogen bond donor, HBD) 물질로써 아미드 화합물을 포함한다.In the present invention, the eutectic solvent includes a lithium salt as a hydrogen bond accepter (HBA) material and an amide compound as a hydrogen bond donor (HBD) material.

상기 공융 용매의 성분 중 하나인 수소 결합 주개 물질은 분자 내 2개의 서로 다른 극성 작용기인 카르보닐기(-C=O) 또는 티오케톤기(-C=S)와 아민기(-NH2)가 존재하는 아미드기 함유 화합물을 포함한다. 상기 아미드 화합물은 분자 내 서로 다른 극성 작용기, 예컨대 산성 작용기와 염기성 작용기를 동시에 가져 이온화 가능한 리튬염의 양이온과 음이온 사이의 결합을 약화시켜주는 착화제(complexing agent) 역할을 수행하여 공융 용매를 형성함으로써 이들의 용융 온도가 감소하게 된다. 전술한 작용기 이외에, 이온화가 가능한 리튬염의 양이온과 음이온의 결합을 약화시킬 수 있는 서로 다른 2개의 극성 작용기를 분자 내 포함하여 공융 용매를 형성할 수 있는 화합물 역시 본 발명의 범주에 속한다.One of the components of the eutectic solvent, the hydrogen bonding donor material, is a carbonyl group (-C=O) or a thioketone group (-C=S) and an amine group (-NH 2 ), which are two different polar functional groups in the molecule. It includes an amide group-containing compound. The amide compound acts as a complexing agent to weaken the bond between the cation and the anion of the ionizable lithium salt by having different polar functional groups, such as acidic and basic functional groups, in the molecule, thereby forming a eutectic solvent. The melting temperature of will decrease. In addition to the above-described functional groups, a compound capable of forming a eutectic solvent by including two different polar functional groups in a molecule capable of weakening the bond between a cation and an anion of an ionizable lithium salt also falls within the scope of the present invention.

상기 아미드 화합물은 아미드기를 함유하는 선형, 환형 또는 이들의 혼합 형태의 구조가 가능하며, 이들의 비제한적인 예로는 탄소수 1 내지 10의 알킬 아미드, 알케닐아미드 또는 아릴아미드 화합물 등이 있다. 또한, 1차, 2차, 3차 아미드 화합물 모두 사용 가능하다.The amide compound may have a linear structure containing an amide group, a cyclic structure, or a mixture thereof, and non-limiting examples thereof include an alkyl amide having 1 to 10 carbon atoms, an alkenylamide compound, or an arylamide compound. In addition, all of the primary, secondary and tertiary amide compounds can be used.

예를 들어, 상기 아미드 화합물은 아세트아미드(acetamide), 우레아(urea), 메틸 우레아(methylurea), 티오 우레아(thiourea), 메틸 카바메이트(methyl carbamate), 에틸 카바메이트(ethyl carbamate), 카프로락탐(caprolactam) 및 발레르락탐(valerolactam)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하기로, 상기 아미드 화합물은 우레아, 티오 우레아 및 아세트아미드 로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 보다 바람직하기로, 상기 아미드 화합물은 우레아일 수 있다.For example, the amide compound is acetamide, urea, methyl urea, thiourea, methyl carbamate, ethyl carbamate, caprolactam ( caprolactam) and valerolactam. Preferably, the amide compound may be at least one selected from the group consisting of urea, thiourea, and acetamide, and more preferably, the amide compound may be urea.

상기 아미드 화합물은 1 내지 12 몰랄농도, 바람직하게는 3 내지 9 몰랄농도로 포함될 수 있다. 상기 아미드 화합물의 농도가 1 몰랄농도 미만이면 -30℃에서 동결 문제가 발생할 수 있고, 12 몰랄농도를 초과하면 이온 전도도가 감소하여 출력 특성이 저하될 수 있다.The amide compound may be contained in a molar concentration of 1 to 12, preferably 3 to 9 molar concentration. If the concentration of the amide compound is less than 1 molar concentration, a freezing problem may occur at -30°C, and if the concentration of the amide compound exceeds 12 molar concentration, ionic conductivity may decrease and output characteristics may be deteriorated.

상기 공융 용매의 성분 중 다른 하나인 수소 결합 받개는 리튬염을 포함한다. 상기 리튬염은 이온화 가능한 리튬염으로서 Li+X-로 표현할 수 있다. 상기 리튬염의 리튬 양이온(Li+)은 상기 아미드 화합물 내 존재하는 카르보닐기와 배위 결합을 하고, 상기 리튬염의 음이온(X-)은 상기 아미드 화합물 내 존재하는 아민기와 수소 결합을 형성함으로써 각 성분 내 결합 약화가 도모된다. 그 결과 고체 상태로 존재하던 아미드 화합물과 리튬염의 용융점이 낮아지면서 상온에서 액상 형태인 공융 용매를 형성하게 된다.Another hydrogen bond acceptor, which is one of the components of the eutectic solvent, includes a lithium salt. The lithium salt is an ionizable lithium salt and can be expressed as Li + X -. The lithium salt is a lithium cation (Li +) is a carbonyl group and coordinated with, and wherein the lithium salt anion (X -) present in the amide compound of weakening in combination respective components by forming the amine group and the hydrogen bonding present in the amide compound Is planned. As a result, the melting point of the amide compound and the lithium salt that existed in the solid state is lowered to form a liquid eutectic solvent at room temperature.

상기 리튬염으로는 특별히 한정되는 것은 아니나 수도 커패시터에 적용할 수 있는 리튬염이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬염은 리튬 하이드록사이드(LiOH), 리튬 옥사이드(Li2O), 리튬 카보네이트(LiCO3), 리튬 클로라이드(LiCl), 리튬 나이트레이트(LiNO3), 리튬 설페이트(Li2SO4), 리튬 퍼클로레이트(LiClO4) 및 리튬 아세테이트(LiCH3COO)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 다만, 수계 전해질을 포함하는 수도 커패시터의 고출력 특성 확보를 위해서는 용해도와 이온 전도도가 우수한 리튬 나이트레이트를 포함하는 것이 가장 바람직하다.The lithium salt is not particularly limited, but any lithium salt applicable to a capital capacitor may be used without limitation. For example, the lithium salt is lithium hydroxide (LiOH), lithium oxide (Li 2 O), lithium carbonate (LiCO 3 ), lithium chloride (LiCl), lithium nitrate (LiNO 3 ), lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), and lithium acetate (LiCH 3 COO). However, it is most preferable to include lithium nitrate having excellent solubility and ionic conductivity in order to secure high output characteristics of a water-based capacitor containing an aqueous electrolyte.

상기 리튬염은 1 내지 10 몰랄농도, 바람직하게는 3 내지 6 몰랄농도로 포함될 수 있다. 상기 리튬염의 농도가 1 몰랄농도 미만인 경우 본 발명의 수계 전해질을 포함하는 전기화학 소자, 즉 수도 커패시터의 구동에 적합한 이온 전도도의 확보가 어려울 수 있다. 이와 반대로 10 몰랄농도를 초과하는 경우 리튬염의 완벽한 용해가 이루어지지 않고, 용해되지 않고 침전된 리튬염에 의해 전지의 성능이 저하될 수 있으므로 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.The lithium salt may be contained in a molar concentration of 1 to 10, preferably 3 to 6 molar concentration. When the concentration of the lithium salt is less than 1 molar concentration, it may be difficult to secure an ionic conductivity suitable for driving an electrochemical device including the aqueous electrolyte of the present invention, that is, a water capacitor. On the contrary, when the concentration exceeds 10 molal, the lithium salt is not completely dissolved, and the performance of the battery may be degraded by the precipitated lithium salt without dissolving. Therefore, it is appropriately adjusted within the above range.

상기 공융 용매의 용융 온도는 아미드 화합물, 리튬염 등에 따라 달라질 수 있으며, 특별히 제한이 없으나, 상온(25℃)에서 액체 상태로 존재하는 것이 바람직하다.The melting temperature of the eutectic solvent may vary depending on an amide compound, a lithium salt, etc., and is not particularly limited, but it is preferably present in a liquid state at room temperature (25°C).

상기 공융 용매는 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있으며, 예를 들어 전술한 아미드 화합물과 리튬염을 상온에서 혼합한 다음, 70℃ 이하의 적절한 온도에서 반응시킨 후 정제하여 제조할 수 있다.The eutectic solvent may be prepared according to a conventional method known in the art. For example, the above-described amide compound and lithium salt are mixed at room temperature and then reacted at an appropriate temperature of 70° C. or lower, and then purified. have.

상기 공융 용매에서 전술한 아미드 화합물과 리튬염의 몰랄비(molar ratio)는 1:10 내지 10:1, 바람직하게는 3:6 내지 6:3일 수 있다. 전술한 조성 사이의 비율이 상기 범위 미만인 경우 -30℃에서 부동 특성 효과를 충분히 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 이온 전도도가 감소하여 출력 특성에 문제가 발생할 수 있다.In the eutectic solvent, the molar ratio of the amide compound and the lithium salt may be 1:10 to 10:1, preferably 3:6 to 6:3. When the ratio between the above-described compositions is less than the above range, it is not possible to sufficiently secure the floating property effect at -30°C. Conversely, when the ratio between the above-described compositions exceeds the above range, ionic conductivity decreases, resulting in a problem in output characteristics.

본 발명의 수계 전해질은 전술한 바의 조성 및 구조를 포함하는 공융 용매를 포함함에 따라 수계 용매에 포함된 물 분자가 상기 공융 용매의 구성성분들 간의 결합에 의해 형성된 네트워크에 갇혀 물의 활성도가 급감함으로써 수계 전해질의 어는 점을 크게 낮춰 극저온 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 수계 전해질은 공융 용매 특유의 높은 열적 및 화학적 안정성으로 인해 종래 유기 용매를 포함하는 비수계 전해질에 비해 더 넓은 전기화학적 창(electrochemical window)을 나타내므로 이를 적용하는 전기화학 소자의 사용 전압 범위를 확장할 수 있다. 실제로, 종래 이온성 액체 및 유기 용매를 포함하는 비수계 전해질의 전기화학적 창 상한치가 4 내지 4.5 V 정도인 것에 비해, 본 발명의 공융 용매의 전기화학적 창 상한치는 4.5 내지 5.5V 범위를 나타냄으로써, 기존 비수계 전해질보다 더 확장된 전기화학적 창을 나타낼 수 있다.As the aqueous electrolyte of the present invention contains a eutectic solvent containing the composition and structure as described above, water molecules contained in the aqueous solvent are trapped in a network formed by bonding between the constituents of the eutectic solvent, and the activity of water decreases sharply. Cryogenic stability can be improved by significantly lowering the freezing point of the aqueous electrolyte. In addition, the aqueous electrolyte according to the present invention exhibits a wider electrochemical window compared to the non-aqueous electrolyte including a conventional organic solvent due to the high thermal and chemical stability peculiar to the eutectic solvent. The operating voltage range can be extended. In fact, the upper limit of the electrochemical wound of the conventional non-aqueous electrolyte containing an ionic liquid and an organic solvent is about 4 to 4.5 V, whereas the upper limit of the electrochemical wound of the eutectic solvent of the present invention is in the range of 4.5 to 5.5 V, It can show an extended electrochemical window than conventional non-aqueous electrolytes.

또한, 본 발명의 수계 전해질에 포함된 공융 용매는 자체가 매우 안정한 형태이므로 전기화학 소자 내에서의 부반응 억제를 구현할 수 있다. 실제로, 공 융혼합물은 액체로서의 넓은 온도 범위, 높은 용매화 능력, 비배위 결합성 등을 보유하기 때문에, 기존의 유독성 유기 용매를 대체할 수 있는 환경친화성 용매로서의 물리화학적 특성을 지닌 것으로 알려졌으며, 종래 이온성 액체에 비해 합성이 용이하고 높은 이온 농도를 가지므로, 보다 넓은 응용 범위를 가질 것으로 예측할 수 있다.In addition, since the eutectic solvent contained in the aqueous electrolyte of the present invention is in a very stable form, side reactions in the electrochemical device can be suppressed. In fact, since the co-fusion mixture possesses a wide temperature range as a liquid, high solvation ability, and non-coordinating binding properties, it is known that it has physicochemical properties as an environmentally friendly solvent that can replace the existing toxic organic solvent. , Compared to the conventional ionic liquid, it is easy to synthesize and has a high ion concentration, so it can be predicted to have a wider range of applications.

본 발명에 따른 수계 전해질에서 상기 공융 용매는 수계 전해질 전체 100 중량%를 기준으로 40 내지 80 중량%, 바람직하게는 50 내지 60 중량%로 포함될 수 있다. 상기 공융 용매의 함량이 40 중량% 미만이면 이온 전도도가 감소로 출력 특성이 저하되고, 이와 반대로 80 중량%를 초과하는 경우 -30℃에서 동결 문제가 발생할 수 있으므로 상술한 범위 내에서 적정 함량을 결정하는 것이 바람직하다.In the aqueous electrolyte according to the present invention, the eutectic solvent may be included in an amount of 40 to 80% by weight, preferably 50 to 60% by weight, based on 100% by weight of the total amount of the aqueous electrolyte. If the content of the eutectic solvent is less than 40% by weight, the output characteristics are degraded due to the decrease in ionic conductivity. On the contrary, if the content of the eutectic solvent is more than 80% by weight, freezing problems may occur at -30°C. It is desirable to do it.

본 발명의 메탄설포네이트 화합물은 설포네이트 작용기를 포함하는 화합물로, 분자 내 포함된 산소 원소와 황 원소의 전기 음성도 차이에 의해 산소 원소와 황 원소는 부분 전하를 띄게 되고, 구조적 특성상 전하를 띈 일측이 물 분자 클러스터(cluster)를 둘러싸게 되고, 이렇게 베타인에 의해 둘러 쌓인 물 분자 클러스터들은 서로 간의 결합력이 줄어들게 되어, 이른 바 'water-in-salt(WIS)'의 구조를 가지게 함으로써 극저온 환경에서도 수계 전해질의 동결을 방지할 수 있는 효과가 나타나게 된다. 여기서 'water-in-salt(WIS)'의 구조란, 전해질에 과량의 염(salt)이 첨가됨으로써 물 분자 사이의 결합을 방해하여 물이 동결하지 않게 되는 원리를 말하며, 이에 따라 물의 활성도가 줄어들어 물의 분해가 억제됨에 따라 커패시터의 작동 전압 범위를 증가시키는 효과 또한 나타낼 수 있게 된다.The methanesulfonate compound of the present invention is a compound containing a sulfonate functional group, and due to the difference in electronegativity between the oxygen element and the sulfur element contained in the molecule, the oxygen element and the sulfur element have a partial charge, and have a charge due to structural characteristics. One side surrounds a water molecule cluster, and the water molecule clusters surrounded by betaine decrease the bonding strength between each other, and thus have a so-called'water-in-salt (WIS)' structure, even in a cryogenic environment. The effect of preventing freezing of the aqueous electrolyte is exhibited. Here, the structure of'water-in-salt (WIS)' refers to the principle that water does not freeze by interfering with the bonding between water molecules by adding an excessive amount of salt to the electrolyte. As the decomposition of water is suppressed, the effect of increasing the operating voltage range of the capacitor can also be exhibited.

상기 메탄설포네이트 화합물은 메탄설포네이트(sodium methanesulfonate), 칼륨 메탄설포네이트(potassium methanesulfonate), 메틸 메탄설포네이트(methyl methanesulfonate) 및 에틸 메탄설포네이트(ethyl methanesulfonate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 나트륨 메탄설포네이트일 수 있다.The methanesulfonate compound is one or more selected from the group consisting of methanesulfonate, potassium methanesulfonate, methyl methanesulfonate, and ethyl methanesulfonate. Can include. Preferably it may be sodium methanesulfonate.

상기 메탄설포네이트 화합물은 1 내지 10 몰랄 농도, 바람직하게는 3 내지 6 몰랄 농도로 포함될 수 있다. 상기 메탄설포네이트 화합물의 농도가 1 몰랄농도 미만인 경우 물 분자 클러스터를 충분히 둘러싸지 못하게 되어 저온 안정성이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 이와 반대로 10 몰랄농도를 초과하는 경우 수계 전해질의 이온 전도도가 감소할 수 있으므로 상술한 범위 내에서 적정 함량을 결정하는 것이 바람직하다.The methanesulfonate compound may be included in a 1 to 10 molar concentration, preferably 3 to 6 molar concentration. If the concentration of the methanesulfonate compound is less than 1 molar concentration, it may not sufficiently surround the water molecule cluster, resulting in a problem of lowering the low-temperature stability. Conversely, if the concentration of the methanesulfonate compound exceeds 10 molar concentration, the ionic conductivity of the aqueous electrolyte may decrease. Therefore, it is desirable to determine an appropriate content within the above-described range.

본 발명에 따른 수계 전해질에서 상기 메탄설포네이트 화합물은 수계 전해질 전체 100 중량%를 기준으로 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 10 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 상기 메탄설포네이트의 함량이 10 중량% 미만이면 -30℃에서의 부동 특성 및 높은 장기 안정성 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 30 중량%를 초과하는 경우 낮은 이온 전도도로 인한 낮은 출력 문제가 발생할 수 있으므로 상술한 범위 내에서 적정 함량을 결정하는 것이 바람직하다.In the aqueous electrolyte according to the present invention, the methanesulfonate compound may be included in an amount of 5 to 30% by weight, preferably 10 to 20% by weight, based on 100% by weight of the total amount of the aqueous electrolyte. If the content of the methanesulfonate is less than 10% by weight, the antifreeze property and high long-term stability effect at -30°C cannot be secured. On the contrary, if it exceeds 30% by weight, a low output problem due to low ionic conductivity may occur. Therefore, it is desirable to determine an appropriate content within the above-described range.

본 발명에 따른 수계 전해질은 소자의 전기화학적 반응에 관여하는 이온 즉, 리튬 이온이 이동할 수 있는 매질로 수계 용매를 포함한다. 상기 수계 용매는 물을 포함하는 용매로, 특별히 한정하지는 않는다. 이에 따라, 본 발명의 수계 전해질에 있어서 사용되는 주용매는 물이다. 이때, 용매로 물을 단독으로 사용하여도 좋지만, 물과 혼화 가능한 용매를 병용할 수도 있다.The aqueous electrolyte according to the present invention includes an aqueous solvent as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the device, that is, lithium ions, can move. The aqueous solvent is a solvent containing water and is not particularly limited. Accordingly, the main solvent used in the aqueous electrolyte of the present invention is water. At this time, water may be used alone as a solvent, but a solvent miscible with water may be used in combination.

상기 물과 혼화 가능한 용매는 극성 용매일 수 있으며, 예를 들어, C1 내지 C5의 알코올 및 C1 내지 C10의 글리콜에테르로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The water-miscible solvent may be a polar solvent, and may include, for example, one or more selected from the group consisting of C1 to C5 alcohols and C1 to C10 glycol ethers.

일례로, 상기 C1 내지 C5의 알코올은 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, 에틸렌글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 글리세롤 및 1,2,4-부탄트리올로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the C1 to C5 alcohol is methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1 ,4-butanediol, glycerol, and 1,2,4-butanetriol may be one or more selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

상기 C1 내지 C10의 글리콜에테르는 에틸렌글리콜 모노메틸 에테르(MG), 디에틸렌글리콜 모노메틸 에테르(MDG), 트리에틸렌글리콜 모노메틸 에테르(MTG), 폴리에틸렌글리콜 모노메틸 에테르(MPG), 에틸렌글리콜 모노에틸 에테르(EG), 디에틸렌글리콜 모노에틸 에테르(EDG), 에틸렌글리콜 모노부틸 에테르(BG), 디에틸렌글리콜 모노부틸 에테르(BDG), 트리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르(BTG), 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르(MFG) 및 디프로필렌글리콜 모노메틸 에테르(MFDG)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The glycol ethers of C1 to C10 are ethylene glycol monomethyl ether (MG), diethylene glycol monomethyl ether (MDG), triethylene glycol monomethyl ether (MTG), polyethylene glycol monomethyl ether (MPG), ethylene glycol monoethyl Ether (EG), diethylene glycol monoethyl ether (EDG), ethylene glycol monobutyl ether (BG), diethylene glycol monobutyl ether (BDG), triethylene glycol monobutyl ether (BTG), propylene glycol monomethyl ether ( MFG) and dipropylene glycol monomethyl ether (MFDG) may be one or more selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

본 발명에 따른 수계 전해질에서 상기 수계 용매는 수계 전해질의 총 중량이 100 중량%가 되도록 잔부로 포함된다.In the aqueous electrolyte according to the present invention, the aqueous solvent is included in the balance so that the total weight of the aqueous electrolyte is 100% by weight.

또한, 본 발명의 수계 전해질은 추가로 망간염을 더 포함할 수 있다.In addition, the aqueous electrolyte of the present invention may further contain a manganese salt.

상기 망간염은 수계 전해질에서 해리되어 망간 이온의 형태로 존재하며, 상기 망간염을 포함함에 따라 음극의 전압 범위를 더욱 확장할 수 있어 물분해 반응을 억제할 수 있다.The manganese salt is dissociated in the aqueous electrolyte and exists in the form of manganese ions, and as the manganese salt is included, the voltage range of the negative electrode can be further extended, thereby suppressing a water decomposition reaction.

상기 망간 이온의 환원 전위는 하기와 같다.The reduction potential of the manganese ion is as follows.

Mn2+ +2e- → Mn, E0(V) = -1.18V Mn 2+ + 2e - → Mn, E 0 (V) = -1.18V

즉, 망간 이온의 환원 전위는 수소의 환원 전위 보다 앞서므로, 아연 이온과 함께 망간 이온을 사용하면 물분해 반응을 더욱 억제할 수 있다.That is, since the reduction potential of manganese ions precedes the reduction potential of hydrogen, the use of manganese ions together with zinc ions can further suppress the water decomposition reaction.

만약, 아연염 없이 망간염만을 단독으로 사용한다면 전극에서 부반응이 일어나 극심한 열이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 망간염은 아연염과 함께 사용하는 것이 가장 바람직하다.If manganese salt is used alone without zinc salt, side reactions may occur in the electrode and extreme heat may be generated. Therefore, it is most preferable to use the manganese salt together with a zinc salt.

상기 아연염 및 망간염은 4:1 내지 1:1의 몰랄비로 포함되며, 바람직하게는 1:1 내지 2:1의 몰랄비로 포함될 수 있다.The zinc salt and manganese salt are included in a molar ratio of 4:1 to 1:1, and preferably may be included in a molar ratio of 1:1 to 2:1.

상기 망간염이 상기 범위 미만으로 포함되면 망간염에 의한 전압 범위 확장 효과가 미미할 수 있고, 상기 범위를 초과하여 포함되거나 망간염을 단독으로 사용하면 양극에서 망간 이온이 산화 망간(MnO2)으로 산화되어 극심한 열이 발생할 수 있어 바람직하지 못하다.When the manganese contained in less than the above range may be minimal voltage range expansion effect of the manganese oxide, if included in excess of the above range or use manganese alone the manganese ions in the positive electrode as manganese oxide (MnO 2) It is not desirable because it can cause extreme heat.

상기 망간염은 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니나, 바람직하게는 초산망간, 질산망간, 황산망간, 염화망간 및 탄산망간으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 질산망간을 포함할 수 있다.The manganese salt is not particularly limited in its kind, but may preferably include one or more selected from the group consisting of manganese acetate, manganese nitrate, manganese sulfate, manganese chloride and manganese carbonate, preferably manganese nitrate It may include.

상기 망간염은 수계 전해질 전체 100 중량%를 기준으로 0.05 내지 0.1 중량%, 바람직하게는 0.075 내지 0.095 중량%로 포함될 수 있다. 상기 망간염이 0.05 중량% 미만으로 포함되면 망간염에 의한 전압 범위 확장 효과가 미미할 수 있고, 0.1 중량%를 초과하여 포함되면 양극에서 망간 이온이 산화 망간(MnO2)으로 산화되어 극심한 열이 발생할 수 있다.The manganese salt may be included in an amount of 0.05 to 0.1% by weight, preferably 0.075 to 0.095% by weight, based on 100% by weight of the total aqueous electrolyte. If the manganese salt is contained in an amount of less than 0.05% by weight, the effect of expanding the voltage range due to the manganese salt may be insignificant, and if it is contained in an amount exceeding 0.1% by weight, manganese ions are oxidized to manganese oxide (MnO 2 ) at the anode, resulting in extreme heat. I can.

본 발명의 수계 전해질은 전술한 조성 이외에 해당 기술분야에서 그 기능의 향상 등을 목적으로 통상적으로 사용되는 첨가제를 필요에 따라 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어 종래 공지된 과충전 방지제, 고온 보존 후의 용량 유지 특성 및 사이클 특성을 개선하기 위한 특성 개선 보조제 등을 들 수 있다.In addition to the above-described composition, the aqueous electrolyte of the present invention may additionally include additives commonly used for the purpose of improving its function in the relevant technical field, if necessary. For example, a conventionally known overcharge prevention agent, a property improvement aid for improving capacity retention characteristics and cycle characteristics after high temperature storage, and the like may be mentioned.

본 발명에 따른 수계 전해질은 수계 용매를 포함하며, 전술한 0.005 내지 0.05 몰랄농도의 아연염을 포함함으로써 음극의 전압 범위를 확장하여 물분해 반응을 억제함에 따라 음극에서 발생하는 수소를 억제할 수 있으며, 상기 몰랄농도 범위의 아연염은 이온 전도도에 영향을 주지 않아 높은 출력특성을 발현할 수 있다.The aqueous electrolyte according to the present invention includes an aqueous solvent, and includes a zinc salt having a molal concentration of 0.005 to 0.05, thereby extending the voltage range of the negative electrode and suppressing the water decomposition reaction, thereby suppressing hydrogen generated in the negative electrode. , The zinc salt in the molar concentration range does not affect ionic conductivity, and thus high output characteristics can be expressed.

또한, 아미드 화합물 및 리튬염을 포함하는 공융용매, 및 메탄설포네이트 화합물은 -30℃ 이하의 빙점을 나타내어 극저온 환경에서 전해질의 동결을 방지할 수 있으므로 상기 전해질을 포함하는 수도 커패시터의 저온 환경에서의 안정적인 구동을 가능하게 한다.In addition, since the eutectic solvent including the amide compound and the lithium salt, and the methanesulfonate compound exhibit a freezing point of -30°C or less, freezing of the electrolyte in a cryogenic environment can be prevented. It enables stable operation.

따라서, 본 발명의 수계 전해질은 음극의 전압 범위를 확장하여 물분해 반응을 억제할 수 있으며, 저온 안정성이 우수한 효과를 가질 수 있다.Therefore, the aqueous electrolyte of the present invention can suppress the water decomposition reaction by expanding the voltage range of the negative electrode, and can have excellent effects of low temperature stability.

또한, 본 발명은 상기 본 발명의 수계 전해질을 포함하는 전기화학 소자에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to an electrochemical device comprising the aqueous electrolyte of the present invention.

보다 구체적으로, 상기 전기화학 소자는 전기화학 에너지 저장 소자로서, 커패시터일 수 있으며, 바람직하게는 수도 커패시터일 수 있다.More specifically, the electrochemical device may be an electrochemical energy storage device, and may be a capacitor, preferably a water capacitor.

상기 수도 커패시터는 양극; 음극; 및 수계 전해질을 포함하며, 상기 수계 전해질은 상술한 본 발명의 수계 전해질이며, 상기 양극의 양극 활물질 및 음극의 음극 활물질은 리튬 화합물 또는 나트륨 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함한다.The water capacitor is a positive electrode; cathode; And an aqueous electrolyte, wherein the aqueous electrolyte is the aqueous electrolyte of the present invention, and the positive electrode active material of the positive electrode and the negative electrode active material of the negative electrode include at least one selected from the group consisting of a lithium compound or a sodium compound.

즉, 본 발명의 수도 커패시터는 리튬 이온 수도 커패시터 또는 나트륨 이온 수도 커패시터일 수 있다.That is, the water capacitor of the present invention may be a lithium ion water capacitor or a sodium ion water capacitor.

일반적으로 양극의 활물질 또는 음극의 활물질로 아연 금속 또는 아연 화합물을 포함하는 경우, 전해질에 아연 이온이 과량으로 포함되어야 한다. 그러나 본 발명에서 양극의 활물질 및 음극의 활물질로 리튬 화합물, 나트륨 또는 나트륨 화합물을 포함함에도 불구하고, 수계 전해질에 아연염을 0.005 내지 0.05 몰랄농도의 낮은 농도로 포함함에 따라, 아연 이온이 이온 전도도에 영향을 주지 않으면서도 고출력 특성을 발현할 수 있는 수도 커패시터를 제공할 수 있으며, 높은 농도로 인하여 아연이 전극에 도핑되는 문제를 방지할 수 있다.In general, when a zinc metal or a zinc compound is included as an active material of a positive electrode or an active material of a negative electrode, an excess amount of zinc ions should be included in the electrolyte. However, in the present invention, although the active material of the positive electrode and the negative electrode include a lithium compound, sodium, or sodium compound, the zinc salt is included in the aqueous electrolyte at a low concentration of 0.005 to 0.05 molar concentration, so that the zinc ions affect the ionic conductivity. A water capacitor capable of expressing high output characteristics without affecting can be provided, and a problem in which zinc is doped to the electrode due to a high concentration can be prevented.

상기 리튬 화합물은 리튬-망간계 산화물, 리튬-니켈-망간계 산화물, 리튬-망간-코발트계 산화물, 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물, 리튬-니켈-코발트계 산화물, 리튬-티타늄 인산화물, 리튬-철 산화물 및 리튬-텅스텐 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The lithium compound is a lithium-manganese-based oxide, lithium-nickel-manganese-based oxide, lithium-manganese-cobalt-based oxide, lithium-nickel-manganese-cobalt-based oxide, lithium-nickel-cobalt-based oxide, lithium-titanium phosphate, It may include one or more selected from the group consisting of lithium-iron oxide and lithium-tungsten oxide, but is not limited thereto.

예를 들어, 상기 양극 활물질은 리튬-망간계 산화물, 리튬-니켈-망간계 산화물, 리튬-망간-코발트계 산화물, 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물 및 리튬-니켈-코발트계 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. For example, the positive electrode active material is a group consisting of lithium-manganese-based oxide, lithium-nickel-manganese-based oxide, lithium-manganese-cobalt-based oxide, lithium-nickel-manganese-cobalt-based oxide, and lithium-nickel-cobalt-based oxide It may include one or more selected from, but is not limited thereto.

예를 들어, 상기 음극 활물질은 리튬-티타늄 인산화물, 리튬-철 산화물 및 리튬-텅스텐 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the negative active material may include at least one selected from the group consisting of lithium-titanium phosphate, lithium-iron oxide, and lithium-tungsten oxide, but is not limited thereto.

상기 나트륨 화합물은 나트륨-니켈계 산화물, 나트륨-코발트계 산화물, 나트륨-니켈-망간계 산화물, 나트륨-니켈-코발트-망간계 산화물 및 나트륨-니켈-코발트-알루미늄계 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The sodium compound is selected from the group consisting of sodium-nickel-based oxide, sodium-cobalt-based oxide, sodium-nickel-manganese-based oxide, sodium-nickel-cobalt-manganese-based oxide, and sodium-nickel-cobalt-aluminum-based oxide. It may include more than one species, but is not limited thereto.

상기 나트륨 화합물을 양극 활물질 및 음극 활물질로 적용시, 양극 활물질과 음극 활물질의 종류는 서로 상이해야 한다.When the sodium compound is applied as a positive electrode active material and a negative electrode active material, the types of the positive electrode active material and the negative electrode active material should be different from each other.

상기 양극은 양극 집전체와 상기 양극 집전체의 일면 또는 양면에 도포된 양극 활물질을 포함할 수 있으며, 상기 양극 활물질은 상술한 바와 같다.The positive electrode may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material applied to one or both surfaces of the positive electrode current collector, and the positive electrode active material is as described above.

상기 양극 집전체는 양극 활물질을 지지하며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 스테인리스 스틸, 니켈, 티타늄, 팔라듐, 소성 탄소, 알루미늄이나 스테인리스 스틸 표면에 카본, 니켈, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다.The positive electrode current collector supports a positive electrode active material, and is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, stainless steel, nickel, titanium, palladium, calcined carbon, aluminum or stainless steel surface treated with carbon, nickel, silver, or the like may be used.

상기 양극 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질과의 결합력을 강화시킬 수 있으며, 필름, 시트, 호일, 메쉬, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태를 사용할 수 있다.The positive electrode current collector may form fine irregularities on its surface to enhance the bonding strength with the positive electrode active material, and various forms such as films, sheets, foils, meshes, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics may be used.

상기 양극 활물질은 양극 활물질과 선택적으로 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.The positive active material may include a positive active material and optionally a conductive material and a binder.

상기 도전재는 전해질과 양극 활물질을 전기적으로 연결시켜 주어 집전체(current collector)로부터 전자가 양극 활물질까지 이동하는 경로의 역할을 하는 물질로서, 커패시터에서 화학변화를 일으키지 않으며, 다공성 및 도전성을 갖는 것이라면 제한없이 사용할 수 있다.The conductive material is a material that acts as a path through which electrons move from the current collector to the positive electrode active material by electrically connecting the electrolyte and the positive electrode active material, and does not cause chemical changes in the capacitor, and is limited as long as it has porosity and conductivity. Can be used without.

예를 들어 상기 도전재로는 다공성을 갖는 탄소계 물질을 사용할 수 있으며, 이와 같은 탄소계 물질로는 카본 블랙, 그라파이트, 그래핀, 활성탄, 탄소 섬유 등이 있고, 금속 메쉬 등의 금속성 섬유; 구리, 은, 니켈, 알루미늄 등의 금속성 분말; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 유기 도전성 재료가 있다. 상기 도전성 재료들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.For example, a carbon-based material having a porosity may be used as the conductive material, and examples of such a carbon-based material include carbon black, graphite, graphene, activated carbon, carbon fiber, and the like, and metallic fibers such as metal mesh; Metallic powders such as copper, silver, nickel, and aluminum; Or an organic conductive material such as a polyphenylene derivative. The conductive materials may be used alone or in combination.

현재 도전재로 시판되고 있는 상품으로는 아세틸렌 블랙계열 (쉐브론 케미컬컴퍼니(Chevron Chemical Company) 또는 걸프 오일 컴퍼니 (Gulf Oil Company) 제품 등), 케트젠블랙 (Ketjen Black) EC 계열 (아르막 컴퍼니 (Armak Company) 제품), 불칸 (Vulcan) XC-72(캐보트 컴퍼니(Cabot Company) 제품) 및 수퍼 P(엠엠엠(MMM)사 제품)등이 있다. 예를 들면 아세틸렌블랙, 카본블랙, 흑연 등을 들 수 있다.Products currently marketed as conductive materials include acetylene black (Chevron Chemical Company or Gulf Oil Company), Ketjen Black EC (Armak Company). Company), Vulcan XC-72 (made by Cabot Company) and Super P (made by MMM). For example, acetylene black, carbon black, graphite, etc. are mentioned.

또한, 상기 양극은 바인더를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 바인더는 양극을 구성하는 성분들 간 및 이들과 집전체 간의 결착력을 보다 높이는 것으로, 당해 업계에서 공지된 모든 바인더를 사용할 수 있다.In addition, the positive electrode may further include a binder, and the binder further enhances binding strength between components constituting the positive electrode and between them and a current collector, and any binder known in the art may be used.

예를 들어 상기 바인더는 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidenefluoride, PVdF) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)을 포함하는 불소 수지계 바인더; 스티렌-부타디엔 고무(styrene butadiene rubber, SBR), 아크릴로니트릴-부티디엔 고무, 스티렌-이소프렌 고무를 포함하는 고무계 바인더; 카르복시메틸셀룰로우즈(carboxyl methyl cellulose, CMC), 전분, 히드록시 프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로오스를 포함하는 셀룰로오스계 바인더; 폴리 알코올계 바인더; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌를 포함하는 폴리 올레핀계 바인더; 폴리 이미드계 바인더; 폴리 에스테르계 바인더; 및 실란계 바인더;로 이루어진 군으로부터 선택된 1종, 2종 이상의 혼합물 또는 공중합체를 사용할 수 있다.For example, the binder may include a fluororesin binder including polyvinylidenefluoride (PVdF) or polytetrafluoroethylene (PTFE); Rubber-based binders including styrene-butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber, and styrene-isoprene rubber; Cellulose-based binders including carboxyl methyl cellulose (CMC), starch, hydroxy propyl cellulose, and regenerated cellulose; Poly alcohol-based binder; Polyolefin-based binders including polyethylene and polypropylene; Polyimide binders; Polyester binder; And a silane-based binder; one, two or more mixtures or copolymers selected from the group consisting of may be used.

상기 양극은 당 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질에 용매, 필요에 따라 바인더, 도전재, 분산제를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포(코팅)하고 압축한 뒤 건조하여 양극을 제조할 수 있다.The positive electrode can be manufactured by a conventional method known in the art. For example, after preparing a slurry by mixing and stirring a solvent, a binder, a conductive material, and a dispersant as necessary in a positive electrode active material, it is applied (coated) to a current collector of a metal material, compressed, and dried to prepare a positive electrode. have.

상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 위치하는 음극 활물질을 포함할 수 있다.The negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative active material disposed on the negative electrode current collector.

상기 음극 집전체는 음극 활물질의 지지를 위한 것으로, 양극에서 설명한 바와 같다.The negative electrode current collector is for supporting the negative electrode active material, as described for the positive electrode.

또한, 상기 음극 활물질은 상술한 바와 같다.In addition, the negative active material is as described above.

상기 음극은 상기 음극 활물질과 선택적으로 도전재 및 바인더를 추가로 포함할 수 있다. 이때 도전재 및 바인더는 상기 양극 활물질에서 설명한 바와 같다.The negative electrode may further include the negative electrode active material and optionally a conductive material and a binder. At this time, the conductive material and the binder are as described in the positive electrode active material.

상기 음극의 형성방법은 특별히 제한되지 않으며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 층 또는 막의 형성방법을 이용할 수 있다. 예컨대 압착, 코팅, 증착 등의 방법을 이용할 수 있다. 또한, 집전체에 리튬 박막이 없는 상태로 전지를 조립한 후 초기 충전에 의해 금속판 상에 금속 리튬 박막이 형성되는 경우도 본 발명의 음극에 포함된다.The method of forming the cathode is not particularly limited, and a layer or film forming method commonly used in the art may be used. For example, a method such as compression, coating, or evaporation may be used. In addition, a case in which a metal lithium thin film is formed on a metal plate by initial charging after assembling a battery without a lithium thin film in the current collector is also included in the negative electrode of the present invention.

상기 전해질은 리튬 이온을 포함하며, 이를 매개로 양극과 음극에서 전기 화학적인 산화 또는 환원 반응을 일으키기 위한 것으로, 전술한 바를 따른다.The electrolyte contains lithium ions, and is used to cause an electrochemical oxidation or reduction reaction in the positive electrode and the negative electrode through this, as described above.

상기 전해액의 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전기화학소자의 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전기화학소자 조립전 또는 전기화학소자 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.The injection of the electrolyte may be performed at an appropriate step in the manufacturing process of the electrochemical device, depending on the manufacturing process and required physical properties of the final product. That is, it can be applied before assembling the electrochemical device or at the final stage of assembling the electrochemical device.

전술한 양극과 음극 사이에는 추가적으로 분리막이 포함될 수 있다. 상기 분리막은 수도 커패시터에 있어서 양 전극을 물리적으로 분리하기 위한 것으로, 통상 수도 커패시터에서 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용 가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다.A separator may be additionally included between the above-described anode and cathode. The separator is for physically separating both electrodes in a water capacitor, and if it is used as a separator in a water capacitor, it can be used without particular limitation. In particular, it is preferable that the separator has low resistance against ion migration of the electrolyte and has excellent electrolyte-moisturizing ability. Do.

상기 분리막은 다공성 기재로 이루어질 수 있는데 상기 다공성 기재는 통상적으로 전기화학소자에 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막 또는 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.The separator may be made of a porous substrate, and the porous substrate may be used as long as it is a porous substrate commonly used in an electrochemical device, and for example, a polyolefin-based porous membrane or a nonwoven fabric may be used, but is not particularly limited thereto. .

상기 폴리올레핀계 다공성 막의 예로는, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 막(membrane)을 들 수 있다.Examples of the polyolefin-based porous membrane include polyolefin-based polymers such as high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, low-density polyethylene, and ultra-high molecular weight polyethylene, polyolefin-based polymers such as polypropylene, polybutylene, and polypentene, respectively, alone or as a mixture of them. There is one membrane.

상기 부직포로는 폴리올레핀계 부직포 외에 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌 옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylenesulfide) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylenenaphthalate) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형 성한 부직포를 들 수 있다. 상기 부직포의 구조는 장섬유로 구성된 스폰본드 부직포 또는 멜트 블로운 부직포일 수 있다.As the nonwoven fabric, in addition to the polyolefin nonwoven fabric, for example, polyethylene terephthalate, polybutyleneterephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate ), polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenyleneoxide, polyphenylenesulfide and polyethylene naphthalate, etc. Alternatively, a nonwoven fabric formed from a polymer mixed with them may be mentioned. The structure of the nonwoven fabric may be a sponbond nonwoven fabric composed of long fibers or a melt blown nonwoven fabric.

상기 다공성 기재의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 1 내지 100 ㎛, 바람직하게는 5 내지 50 ㎛일 수 있다.The thickness of the porous substrate is not particularly limited, but may be 1 to 100 μm, preferably 5 to 50 μm.

상기 다공성 기재에 존재하는 기공의 크기 및 기공도 역시 특별히 제한되지 않으나 각각 0.001 내지 50 ㎛ 및 10 내지 95 %일 수 있다.The size and porosity of the pores present in the porous substrate are also not particularly limited, but may be 0.001 to 50 µm and 10 to 95%, respectively.

본 발명에 따른 전기화학소자의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 원통형, 적층형, 코인형 등 다양한 형상으로 할 수 있으나, 바람직하게는 코인형이다.The shape of the electrochemical device according to the present invention is not particularly limited, and may be in various shapes such as a cylindrical shape, a stacked type, and a coin type, but is preferably a coin type.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, a preferred embodiment is presented to aid in the understanding of the present invention, but it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the present invention and the scope of the technical idea, but the following examples are only illustrative of the present invention, It is natural that such modifications and modifications fall within the scope of the appended claims.

<수도 커패시터용 수계 전해질 제조><Manufacture of aqueous electrolyte for water capacitor>

실시예 1.Example 1.

초순수(DI water) 30mL에 리튬 나이트레이트(LiNO3, 준세이(Junsei)사 제품) 6 몰랄농도(m), 우레아(CO(NH2)2, 대정사 제품) 2 몰랄농도, 나트륨 메탄설포네이트(CH3SO3Na, 시그마알드리치사(Sigma Aldrich)사 제품) 3 몰랄농도 및 질산아연(Zn(NO3)2, 시그마알드리치사(Sigma Aldrich)사 제품) 0.01 몰랄농도를 첨가하고, 충분히 교반하여 수도 커패시터용 수계 전해질을 제조하였다. Lithium nitrate (LiNO 3 , manufactured by Junsei) 6 Molar concentration (m), urea (CO(NH 2 ) 2 , manufactured by Daejeong) 2 Molar concentration, sodium methanesulfonate in 30 mL of ultrapure water (DI water) CH 3 SO 3 Na, Sigma Aldrich) 3 molal concentration and zinc nitrate (Zn(NO 3 ) 2 , Sigma Aldrich) 0.01 molal concentration was added, and sufficiently stirred. An aqueous electrolyte for a water capacitor was prepared.

실시예 2.Example 2.

질산아연을 0.03 몰랄농도로 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 수도 커패시터용 수계 전해질을 제조하였다.An aqueous electrolyte for a water capacitor was prepared in the same manner as in Example 1, except that zinc nitrate was added at a molar concentration of 0.03.

실시예 3.Example 3.

초순수(DI water) 30mL에 리튬 나이트레이트(LiNO3, 준세이(Junsei)사 제품) 6 몰랄농도(m), 우레아(CO(NH2)2, 대정사 제품) 2 몰랄농도, 나트륨 메탄설포네이트(CH3SO3Na, 시그마알드리치사(Sigma Aldrich)사 제품) 3 몰랄농도, 질산아연(Zn(NO3)2, 시그마알드리치사(Sigma Aldrich) 제품) 0.01 몰랄농도 및 질산망간(Mn(NO3)2, 시그마알드리치사(Sigma Aldrich) 제품) 0.01 몰랄농도를 첨가하고, 충분히 교반하여 수도 커패시터용 수계 전해질을 제조하였다. Lithium nitrate (LiNO 3 , manufactured by Junsei) 6 Molar concentration (m), urea (CO(NH 2 ) 2 , manufactured by Daejeong) 2 Molar concentration, sodium methanesulfonate in 30 mL of ultrapure water (DI water) CH 3 SO 3 Na, manufactured by Sigma Aldrich) 3 Molar concentration, zinc nitrate (Zn(NO 3 ) 2 , manufactured by Sigma Aldrich) 0.01 molar concentration and manganese nitrate (Mn(NO 3) ) 2 , manufactured by Sigma Aldrich) 0.01 molal concentration was added and stirred sufficiently to prepare an aqueous electrolyte for a water capacitor.

비교예 1.Comparative Example 1.

초순수(DI water) 30mL에 리튬 나이트레이트(LiNO3, 준세이(Junsei)사 제품) 6 몰랄농도(m), 우레아(CO(NH2)2, 대정사 제품) 2 몰랄농도, 나트륨 메탄설포네이트(CH3SO3Na, 시그마알드리치사(Sigma Aldrich)사 제품) 3 몰랄농도를 첨가하고, 충분히 교반하여 수도 커패시터용 수계 전해질을 제조하였다. Lithium nitrate (LiNO 3 , manufactured by Junsei) 6 Molar concentration (m), urea (CO(NH 2 ) 2 , manufactured by Daejeong) 2 Molar concentration, sodium methanesulfonate in 30 mL of ultrapure water (DI water) CH 3 SO 3 Na, manufactured by Sigma Aldrich) 3 A molar concentration was added and stirred sufficiently to prepare an aqueous electrolyte for a water capacitor.

비교예 2.Comparative Example 2.

초순수(DI water) 30mL에 리튬 나이트레이트(LiNO3, 준세이(Junsei)사 제품) 6 몰랄농도(m), 우레아(CO(NH2)2, 대정사 제품) 2 몰랄농도, 나트륨 메탄설포네이트(CH3SO3Na, 시그마알드리치사(Sigma Aldrich)사 제품) 3 몰랄농도 및 질산망간(Mn(NO3)2, 시그마알드리치사(Sigma Aldrich)사 제품) 0.01 몰랄농도를 첨가하고, 충분히 교반하여 수도 커패시터용 수계 전해질을 제조하였다. Lithium nitrate (LiNO 3 , manufactured by Junsei) 6 Molar concentration (m), urea (CO(NH 2 ) 2 , manufactured by Daejeong) 2 Molar concentration, sodium methanesulfonate in 30 mL of ultrapure water (DI water) CH 3 SO 3 Na, manufactured by Sigma Aldrich) 3 molar concentration and manganese nitrate (Mn(NO 3 ) 2 , manufactured by Sigma Aldrich) 0.01 molar concentration was added, and sufficiently stirred. An aqueous electrolyte for a water capacitor was prepared.

실험예 1. 수도 커패시터의 전기화학적 특성 평가Experimental Example 1. Evaluation of electrochemical properties of water capacitors

실험예 1-1. 선형 주사 전위법(Linear Sweep Voltammetry, LSV) 측정(3전극 측정)Experimental Example 1-1. Linear Sweep Voltammetry (LSV) measurement (3-electrode measurement)

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 수계 전해질에 대하여 3전극 방식의 수도 커패시터를 제작한 후 선형 주사 전위법(Linear Sweep Voltammetry, LSV)을 측정하였다.For the aqueous electrolytes of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2, a three-electrode type water capacitor was fabricated, and then a linear scanning potential method (Linear Sweep Voltammetry, LSV) was measured.

이때 니켈 호일(Nickel foil)에 양극 활물질로 LiMn2O4를 코팅하여 양극 작용 전극(working electrode, WE) 또는 음극 활물질로 LiTi2(PO4)3를 코팅하여 음극 작용 전극을 각각 제조하였으며, 백금판을 상대 전극(counter electrode, CE), SCE(saturated calomel electrode)을 기준 전극(reference electrode, RE)으로 각각 이용하였다. 또한, 양극의 경우 전압(SHE 기준) 0 내지 1.75V, 1 mV/sec, 음극의 경우 전압 -1.25 내지 0V, 1 mV/sec, 전체 전압범위 -1.25 내지 1.75V(SHE 기준) 조건 하에서 선형 주사 전위법(Linear Sweep Voltammetry, LSV)을 측정하였으며, 결과를 도 1 내지 3에 나타내었다. At this time, a negative electrode was prepared by coating LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material on a nickel foil and coating a working electrode (WE) or LiTi 2 (PO 4 ) 3 as a negative electrode active material, respectively, and platinum The plate was used as a counter electrode (CE) and a saturated calomel electrode (SCE) as a reference electrode (RE), respectively. In addition, in the case of the positive electrode voltage (based on SHE) 0 to 1.75V, 1 mV/sec, in the case of the negative electrode voltage -1.25 to 0V, 1 mV/sec, the entire voltage range -1.25 to 1.75V (based on SHE) linear scanning under conditions The potential method (Linear Sweep Voltammetry, LSV) was measured, and the results are shown in FIGS. 1 to 3.

양극의 경우, 실시예 1과 비교예 1의 결과가 매우 유사하게 측정되었으며, 이로부터 양극은 아연 이온의 영향을 받지 않는 것을 확인할 수 있었다.In the case of the positive electrode, the results of Example 1 and Comparative Example 1 were measured very similarly, from which it was confirmed that the positive electrode was not affected by zinc ions.

음극의 경우,For the cathode,

실시예 1 및 비교예 1의 결과에서, 음극의 전압 범위가 약 0.5V 증가한 것을 확인할 수 있었다(도 1). 따라서, 수계 전해질에 포함된 아연 이온이 음극의 전압 범위를 확장하여 물분해를 억제할 수 있다는 것을 알 수 있다.From the results of Example 1 and Comparative Example 1, it was confirmed that the voltage range of the cathode was increased by about 0.5V (FIG. 1). Therefore, it can be seen that the zinc ions contained in the aqueous electrolyte extend the voltage range of the negative electrode to suppress water decomposition.

실시예 1, 실시예 2 및 비교예 2의 결과에서, 아연 이온의 농도가 증가할수록 음극의 전압 범위가 확장되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 망간 이온을 포함한 비교예 2는 아연 이온 정도의 전압 범위 확장은 관찰되지 않았으며, 상대 전극에서 부반응 발생으로 인하여 극심한 열이 발생하였다(도 2).From the results of Example 1, Example 2, and Comparative Example 2, it was confirmed that the voltage range of the negative electrode was expanded as the concentration of zinc ions increased. In addition, in Comparative Example 2 including manganese ions, no expansion of the voltage range of the zinc ions was observed, and extreme heat was generated due to the occurrence of a side reaction in the counter electrode (FIG. 2).

실시예 1 및 실시예 3의 결과에서, 수계 전해질에 아연 이온과 망간 이온을 함께 사용하면 음극의 전압 범위가 더욱 확장되는 것을 확인할 수 있었다(도 3).From the results of Examples 1 and 3, it was confirmed that the voltage range of the negative electrode was further expanded when zinc ions and manganese ions were used together in an aqueous electrolyte (FIG. 3).

실험예 1-2. 음극(LiTiExperimental Example 1-2. Cathode (LiTi 22 (PO(PO 44 )) 33 )의 순환전압전류(Cyclic Voltammetry, CV) 측정(3전극 측정)) Of Cyclic Voltammetry (CV) measurement (3-electrode measurement)

상기 실시예 1 및 비교예 1의 수계 전해질에 대하여 3전극 방식의 수도 커패시터를 제작한 후 비커셀에서 순환전압전류(Cyclic Voltammetry, CV)를 측정하였다.After fabricating a three-electrode water capacitor for the aqueous electrolytes of Example 1 and Comparative Example 1, cyclic voltammetry (CV) was measured in a beaker cell.

이때 니켈 호일(Nickel foil)에 음극 활물질로 LiTi2(PO4)3를 코팅하여 음극 작용 전극을 각각 제조하였으며, 백금판을 상대 전극(counter electrode, CE), SCE(saturated calomel electrode)을 기준 전극(reference electrode, RE)으로 각각 이용하였다. 또한, 전압(SHE 기준) -0.8 내지 0V, 10 mV/sec 조건 하에서 순환전압전류(Cyclic Voltammetry, CV)를 측정하였다.At this time, a negative electrode was prepared by coating LiTi 2 (PO 4 ) 3 as a negative electrode active material on a nickel foil, and a platinum plate was used as a counter electrode (CE) and a SCE (saturated calomel electrode) as a reference electrode. It was used as (reference electrode, RE), respectively. In addition, cyclic voltammetry (CV) was measured under the conditions of voltage (based on SHE) -0.8 to 0V and 10 mV/sec.

실시예 1의 수계 전해질에서 순환전압전류를 측정한 도 4의 결과에서, 음극 표면이 아연으로 도핑되어 사이클이 진행될수록 redox peak이 줄어드는 결과를 보였다. 이는 음극의 측정을 비커셀에서 측정하여 관찰되는 결과로, 아연염의 몰랄농도와 관계없이 절대적인 아연 이온의 농도가 높아져 아연이 음극 표면에 도핑되어 redox peak이 낮아진 것으로 볼 수 있다.In the result of FIG. 4, which measured the circulating voltage current in the aqueous electrolyte of Example 1, the negative electrode surface was doped with zinc, and as the cycle progressed, the redox peak decreased. This is a result observed by measuring the negative electrode in a Vickers cell, and it can be seen that the absolute concentration of zinc ions increases regardless of the molar concentration of the zinc salt, so that the redox peak is lowered due to zinc doping on the surface of the negative electrode.

비교예 1의 수계 전해질에서 순환전압전류를 측정한 도 5의 결과에서, 사이클이 진행되어도 redox peak이 일정한 결과를 보였다.In the result of FIG. 5, which measured the circulating voltage current in the aqueous electrolyte of Comparative Example 1, the redox peak was constant even when the cycle proceeded.

상기 결과로부터 비커셀의 경우 전해질의 양이 셀에 많이 포함되기 때문에 절대적인 아연 이온의 양이 많아져 전기화학적 성능이 낮아지는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 수계 전해질은 비커셀에서의 사용이 적합하지 않은 것을 알 수 있다.From the above results, it can be seen that in the case of the Vickers cell, since a large amount of the electrolyte is contained in the cell, the absolute amount of zinc ions increases and the electrochemical performance decreases. Therefore, it can be seen that the aqueous electrolyte is not suitable for use in a Vickers cell.

실험예 1-3. 수도 커패시터의 수명 특성 측정Experimental Example 1-3. Measurement of life characteristics of water capacitors

상기 실시예 1의 수계 전해질에 대하여 2전극 방식의 수도 커패시터를 제작한 후 수명 특성을 평가하였다. 이때 니켈 호일(Nickel foil)에 양극 활물질로 LiMn2O4를 코팅하여 양극을 제조하였고, 음극 활물질로 LiTi2(PO4)3를 코팅하여 음극을 제조하였다. 또한, 정전류 방전(constant-current discharge) 방법을 이용하여, 충/방전조건(정전류 150mA(=~5A/g), 전압 0.4 ~ 2.1V) 하에서 측정하였으며, 결과를 도 6에 나타내었다.After fabricating a two-electrode type water capacitor for the aqueous electrolyte of Example 1, the lifespan characteristics were evaluated. At this time, a positive electrode was prepared by coating LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material on a nickel foil, and a negative electrode was prepared by coating LiTi 2 (PO 4 ) 3 as a negative electrode active material. In addition, by using a constant-current discharge method, it was measured under charging/discharging conditions (constant current 150mA (=-5A/g), voltage 0.4-2.1V), and the results are shown in FIG. 6.

그 결과, 아연 이온을 포함한 실시예 1의 수계 전해질은 우수한 정전용량 유지 효율을 나타내는 것을 알 수 있다. 아연 이온의 농도가 높으면 아연 이온이 음극 표면 전체를 도핑하여 급격한 용량 감소를 보여 수명 특성이 불량하나, 아연 이온을 0.005 내지 0.05 몰랄농도로 포함한 본 발명의 수계 전해질은 적은 농도로 아연 이온을 포함함에 따라 아연 이온이 음극 표면을 도핑하지 않아 수명 특성이 매우 우수한 결과를 나타내었다.As a result, it can be seen that the aqueous electrolyte of Example 1 including zinc ions exhibits excellent capacitance retention efficiency. When the concentration of zinc ions is high, zinc ions doped the entire surface of the negative electrode, resulting in a rapid decrease in capacity, resulting in poor lifespan characteristics. Accordingly, since zinc ions did not dope the surface of the cathode, the lifespan characteristics were very excellent.

즉, 코인셀의 경우 수계 전해질의 양이 통제된 장치이므로, 아연염의 농도에 따른 redox peak의 정도 차이가 크게 발생할 수 있으며, 본 발명의 0.005 내지 0.05 몰랄농도에서 아연 이온이 음극 표면을 도핑하지 않아 수명 특성이 우수한 것을 알 수 있다.That is, in the case of a coin cell, since the amount of the aqueous electrolyte is controlled, the degree of redox peak may vary greatly depending on the concentration of zinc salt. It can be seen that the life characteristics are excellent.

따라서, 본 발명의 수계 전해질을 포함하는 경우, 아연 이온은 이온 전도도에 영향을 주지 않으며, 이를 포함하는 수도 커패시터의 용량이 안정적으로 유지되며, 이를 통해 향상된 안정성 및 수명 특성을 확보할 수 있으며, 상기 수도 커패시터는 코인셀인 것이 바람직하다.Therefore, when the aqueous electrolyte of the present invention is included, zinc ions do not affect ionic conductivity, and the capacity of the water capacitor including the same is stably maintained, thereby ensuring improved stability and lifespan characteristics, and the above It is preferable that the water capacitor is a coin cell.

Claims (16)

아미드 화합물 및 리튬염을 포함하는 공융용매;
메탄설포네이트 화합물;
아연염; 및
수계 용매;를 포함하며,
상기 아연염은 0.005 내지 0.05 몰랄농도로 포함되는 수도 커패시터용 수계 전해질.
A eutectic solvent containing an amide compound and a lithium salt;
Methanesulfonate compounds;
Zinc salt; And
Including; an aqueous solvent,
The zinc salt is an aqueous electrolyte for a water capacitor contained in a molal concentration of 0.005 to 0.05.
제1항에 있어서,
상기 아미드 화합물은 아세트아미드, 우레아, 메틸 우레아, 티오 우레아, 메틸 카바메이트, 에틸 카바메이트, 카프로락탐 및 발레르락탐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수도 커패시터용 수계 전해질.
The method of claim 1,
The amide compound comprises at least one selected from the group consisting of acetamide, urea, methyl urea, thiourea, methyl carbamate, ethyl carbamate, caprolactam, and valerlactam.
제1항에 있어서,
상기 리튬염은 리튬 하이드록사이드, 리튬 옥사이드, 리튬 카보네이트, 리튬 클로라이드, 리튬 나이트레이트, 리튬 설페이트, 리튬 퍼클로레이트 및 리튬 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수도 커패시터용 수계 전해질.
The method of claim 1,
The lithium salt is a water system for a water capacitor, characterized in that it contains at least one selected from the group consisting of lithium hydroxide, lithium oxide, lithium carbonate, lithium chloride, lithium nitrate, lithium sulfate, lithium perchlorate, and lithium acetate Electrolyte.
제1항에 있어서,
상기 메탄설포네이트 화합물은 나트륨 메탄설포네이트, 칼륨 메탄설포네이트, 메틸 메탄설포네이트 및 에틸 메탄설포네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수도 커패시터용 수계 전해질.
The method of claim 1,
The methanesulfonate compound is an aqueous electrolyte for a water capacitor, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of sodium methanesulfonate, potassium methanesulfonate, methyl methanesulfonate and ethyl methanesulfonate.
제1항에 있어서,
상기 아연염은 황산아연, 염소산아연, 질산아연, 초산아연, 트리플루로메탄술포네이트아연, 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드아연 및 수산화아연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수도 커패시터용 수계 전해질.
The method of claim 1,
The zinc salt comprises at least one selected from the group consisting of zinc sulfate, zinc chlorate, zinc nitrate, zinc acetate, zinc trifluromethanesulfonate, bis(trifluoromethanesulfonyl)imide zinc, and zinc hydroxide. An aqueous electrolyte for a water capacitor, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 아미드 화합물은 1 내지 12 몰랄농도, 상기 리튬염은 1 내지 10 몰랄농도 및 상기 메탄설포네이트 화합물은 1 내지 10 몰랄농도로 포함되는 것을 특징으로 하는 수도 커패시터용 수계 전해질.
The method of claim 1,
The amide compound is 1 to 12 molar concentration, the lithium salt is 1 to 10 molar concentration, and the methanesulfonate compound is a water-based electrolyte for a water capacitor, characterized in that contained in a 1 to 10 molar concentration.
제1항에 있어서,
상기 공융 용매는 상기 아미드 화합물과 리튬염을 1:10 내지 10:1의 몰랄비로 포함하는 것을 특징으로 하는 수도 커패시터용 수계 전해질.
The method of claim 1,
The eutectic solvent comprises the amide compound and the lithium salt in a molar ratio of 1:10 to 10:1.
제1항에 있어서,
상기 수계 전해질 전체 100 중량%를 기준으로, 상기 공융 용매 40 내지 80 중량% 및 메탄설포네이트 화합물 5 내지 30 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 수도 커패시터용 수계 전해질.
The method of claim 1,
An aqueous electrolyte for a water capacitor, characterized in that containing 40 to 80% by weight of the eutectic solvent and 5 to 30% by weight of the methanesulfonate compound based on 100% by weight of the total of the aqueous electrolyte.
제1항에 있어서,
상기 아연염은 공융 용매 및 메탄설포네이트 화합물을 합한 100 중량부에 대하여 0.05 내지 0.3 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 수도 커패시터용 수계 전해질.
The method of claim 1,
The zinc salt is an aqueous electrolyte for a water capacitor, characterized in that contained in an amount of 0.05 to 0.3 parts by weight based on 100 parts by weight of the sum of the eutectic solvent and the methanesulfonate compound.
제1항에 있어서,
상기 수계 전해질은 망간염을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수도 커패시터용 수계 전해질.
The method of claim 1,
The aqueous electrolyte is an aqueous electrolyte for a water capacitor, characterized in that it further comprises a manganese salt.
제10항에 있어서,
상기 아연염 및 망간염은 4:1 내지 1:1의 몰랄비로 포함되는 것을 특징으로 하는 수도 커패시터용 수계 전해질.
The method of claim 10,
The zinc salt and manganese salt are water-based electrolyte for a water capacitor, characterized in that contained in a molar ratio of 4:1 to 1:1.
제10항에 있어서,
상기 망간염은 초산망간, 질산망간, 황산망간, 염화망간 및 탄산망간으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수도 커패시터용 수계 전해질.
The method of claim 10,
The manganese salt is an aqueous electrolyte for a water capacitor, characterized in that it contains at least one selected from the group consisting of manganese acetate, manganese nitrate, manganese sulfate, manganese chloride and manganese carbonate.
양극; 음극; 및 상기 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 수계 전해질을 포함하는 수도 커패시터로,
상기 양극의 양극 활물질 및 음극의 음극 활물질은 리튬 화합물 또는 나트륨 화합물을 포함하는 수도 커패시터.
anode; cathode; And a water capacitor comprising the aqueous electrolyte of any one of claims 1 to 12,
The positive electrode active material of the positive electrode and the negative electrode active material of the negative electrode may include a lithium compound or a sodium compound.
제13항에 있어서,
상기 리튬 화합물은 리튬-망간계 산화물, 리튬-니켈-망간계 산화물, 리튬-망간-코발트계 산화물, 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물, 리튬-니켈-코발트계 산화물, 리튬-티타늄 인산화물, 리튬-철 산화물 및 리튬-텅스텐 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수도 커패시터.
The method of claim 13,
The lithium compound is a lithium-manganese-based oxide, lithium-nickel-manganese-based oxide, lithium-manganese-cobalt-based oxide, lithium-nickel-manganese-cobalt-based oxide, lithium-nickel-cobalt-based oxide, lithium-titanium phosphate, A water capacitor comprising at least one selected from the group consisting of lithium-iron oxide and lithium-tungsten oxide.
제13항에 있어서,
상기 나트륨 화합물은 나트륨-니켈계 산화물, 나트륨-코발트계 산화물, 나트륨-니켈-망간계 산화물, 나트륨-니켈-코발트-망간계 산화물 및 나트륨-니켈-코발트-알루미늄계 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수도 커패시터.
The method of claim 13,
The sodium compound is selected from the group consisting of sodium-nickel-based oxide, sodium-cobalt-based oxide, sodium-nickel-manganese-based oxide, sodium-nickel-cobalt-manganese-based oxide, and sodium-nickel-cobalt-aluminum-based oxide. A water capacitor comprising more than one species.
제13항에 있어서,
상기 수도 커패시터의 형상은 코인형인 것을 특징으로 하는 수도 커패시터.
The method of claim 13,
A water capacitor, characterized in that the shape of the water capacitor is a coin type.
KR1020190114873A 2019-09-18 2019-09-18 Aqueous electrolyte and pseudocapacitor comprising the same KR20210033305A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190114873A KR20210033305A (en) 2019-09-18 2019-09-18 Aqueous electrolyte and pseudocapacitor comprising the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190114873A KR20210033305A (en) 2019-09-18 2019-09-18 Aqueous electrolyte and pseudocapacitor comprising the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210033305A true KR20210033305A (en) 2021-03-26

Family

ID=75259362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190114873A KR20210033305A (en) 2019-09-18 2019-09-18 Aqueous electrolyte and pseudocapacitor comprising the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210033305A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115332646A (en) * 2022-08-11 2022-11-11 北京航空航天大学 Electrolyte for high-temperature safety water system zinc ion secondary battery, preparation method and application thereof
US20230082242A1 (en) * 2020-06-22 2023-03-16 Offgrid Energy Labs Private Limited Eutectic solvent

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170094424A (en) 2015-01-14 2017-08-17 고쿠리츠다이가쿠호우진 도쿄다이가쿠 Aqueous electrolyte solution for electrical storage device, and electrical storage device including said aqueous electrolyte solution

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170094424A (en) 2015-01-14 2017-08-17 고쿠리츠다이가쿠호우진 도쿄다이가쿠 Aqueous electrolyte solution for electrical storage device, and electrical storage device including said aqueous electrolyte solution

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230082242A1 (en) * 2020-06-22 2023-03-16 Offgrid Energy Labs Private Limited Eutectic solvent
CN115332646A (en) * 2022-08-11 2022-11-11 北京航空航天大学 Electrolyte for high-temperature safety water system zinc ion secondary battery, preparation method and application thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101954600B1 (en) Aqueous electrolyte solution for electrical storage device, and electrical storage device including said aqueous electrolyte solution
US7911767B2 (en) Electric double-layer capacitor
WO2017122597A1 (en) Aqueous electrolytic solution for electrical storage device, and electrical storage device including said aqueous electrolytic solution
US8520365B2 (en) Charge storage device architecture for increasing energy and power density
US20110261502A1 (en) Charge storage device architecture for increasing energy and power density
JP5392355B2 (en) Electric double layer capacitor
US20080318135A1 (en) Hybrid Battery
US20110043968A1 (en) Hybrid super capacitor
MXPA04007623A (en) Redox active reversible electrode and novel cell using it.
KR102183661B1 (en) Electrolyte for secondary battery and secondary battery comprising the same
KR20210033305A (en) Aqueous electrolyte and pseudocapacitor comprising the same
US11488788B2 (en) Electrolyte for a supercapacitor
US20190006122A1 (en) Electrochemical energy storage devices
US20200321165A1 (en) Systems And Methods For Improved Supercapacitors With Ionic Liquid Electrolytes
JP2007250994A (en) Conductive polymer redox type electrochemical element used as polar device
KR20200013865A (en) Aqueous electrolyte and electrochemical device comprising the same
KR20210026148A (en) Aqueous electrolyte and pseudocapacitor comprising the same
CN110462887A (en) Anode used for electrochemical equipment and the electrochemical appliance for having it
JP2008166342A (en) Lithium ion capacitor
KR20210033705A (en) Aqueous electrolyte and pseudocapacitor comprising the same
JP4858107B2 (en) Electrolyte
JPWO2013150853A1 (en) Electrolyte for lithium air battery and lithium air battery
KR20210033314A (en) Aqueous electrolyte and pseudocapacitor comprising the same
US10102982B2 (en) Electrolytes for supercapacitors
KR20220021641A (en) Electrolyte for pseudo capacitor and pseudo capacitor comprising the same