KR20210122945A - High Aspect Ratio super capacitor electrode with flexibility and high capacitance and Metal grid for manufacturing the super capacitor electrode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극 및 그 슈퍼커패시터 전극의 제작을 위한 마이크로 금속 그리드 제조방법에 대한 것이다. The present invention relates to a high aspect ratio supercapacitor electrode having flexibility and high capacitance, and a method for manufacturing a micro-metal grid for manufacturing the supercapacitor electrode.
전자제품 기술의 발전에 따라 스마트 디바이스가 접목된 융합 제품들이 개발되고 있으며, 휘거나 구부리기 쉬운 기능을 가진 플렉서블 디바이스가 각광받고 있다. With the development of electronic product technology, convergence products incorporating smart devices are being developed, and flexible devices with functions that are easy to bend or bend are in the spotlight.
플렉서블 슈퍼커패시터는 이러한 플렉서블 전자제품의 주요한 동력원으로서 특히 슈퍼커패시터의 소재로 원자두께만큼 얇으면서 강도와 탄성이 뛰어난 그래핀이 큰 이목을 끌고 있다.Flexible supercapacitors are a major power source for these flexible electronic products, and in particular, graphene, which is as thin as an atom thickness and has excellent strength and elasticity, is attracting a lot of attention as a material for supercapacitors.
다양한 소재의 파이버나 필름에 그래핀을 코팅하여 슈퍼커패시터로 사용할 수 있고, 유연함을 얻기 위한 방법으로 폴리머 기판을 사용한다.By coating graphene on fibers or films of various materials, it can be used as a supercapacitor, and a polymer substrate is used as a method to obtain flexibility.
그래핀의 비교적 높은 전도성을 이용하여 금속 집전체 없이 그래핀 필름을 활성 슈퍼커패시터의 전극으로 사용하는 최근 연구가 발표되었다.A recent study using graphene films as electrodes of active supercapacitors without a metal current collector by using graphene's relatively high conductivity has been published.
금속 집전체로써 금속 호일이 주로 사용되는데, 수 마이크로 단위의 그래핀 필름과의 부착력이 굽힘 응력을 버틸만큼 충분히 높지 않다. A metal foil is mainly used as a metal current collector, but the adhesive force with the graphene film of a few micrometers is not high enough to withstand the bending stress.
슈퍼커패시터 전극 위에 산화금속이나 전도성 폴리머와 같은 유사커패시터로 작용하는 물질을 코팅하면 패러대이 현상(전극/용액의 계면에서 산화나 환원이 진행되면서 셀을 통한 전하의 흐름이 발생하는 과정)이 일어나서 축전용량이 크게 늘어난다.When a supercapacitor electrode is coated with a material that acts as a pseudo-capacitor, such as a metal oxide or a conductive polymer, the Faradai phenomenon (a process in which the flow of charges through the cell occurs as oxidation or reduction proceeds at the electrode/solution interface) occurs, resulting in power storage capacity is greatly increased.
그래핀 필름 전극은 유연하지만 금속필름의 전기전도성에는 미치지 못하기 때문에 슈퍼커패시터가 고종횡비 형태일 때 높은 내부저항에 의해 전극 성능이 저하된다.Although the graphene film electrode is flexible, it does not reach the electrical conductivity of the metal film, so when the supercapacitor is in the form of a high aspect ratio, the electrode performance is deteriorated due to the high internal resistance.
그래핀의 낮은 전기전도성을 보완하기 위해 집전체로 호일 형태의 금속 집전체에 그래핀을 코팅하는 방법이 있으나, 부착력이 약하고 반복 굽힘에 금속 필름이 매우 취약한 문제가 있다.In order to compensate for the low electrical conductivity of graphene, there is a method of coating graphene on a metal current collector in the form of a foil as a current collector, but there is a problem that the adhesion is weak and the metal film is very vulnerable to repeated bending.
슈퍼커패시터의 유연성을 높이기 위해 그래핀이 코팅된 폴리머 기판을 이용할 경우, 역시 낮은 부착력이 약해 박리현상이 일어난다.When a polymer substrate coated with graphene is used to increase the flexibility of the supercapacitor, the peeling phenomenon occurs due to the weak adhesion.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 그리드 형태의 금속 집전체에 금을 전착시키고, 그래핀 필름을 코팅한 후 레이저로 용접하고 이산화망간을 전착시켜, 고종횡비 슈퍼커패시터의 유연성과 축전용량을 향상시키는 것을 목적으로 한다. Therefore, the present invention has been devised to solve the conventional problems as described above. According to an embodiment of the present invention, gold is electrodeposited on a grid-shaped metal current collector, a graphene film is coated, and then welded with a laser and manganese dioxide. It aims to improve the flexibility and capacitance of high-aspect-ratio supercapacitors by electrodepositing them.
본 발명의 실시예에 따르면, 고종횡비 유연 슈퍼커패시터를 제작하는 방법에 관한 것으로서, 마이크로 단위의 금속 그리드를 집전체로 사용하여 탄소필름과 기판의 접착력, 전극의 전도성과 축전용량을 향상시키는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a high aspect ratio flexible supercapacitor, using a micro-scale metal grid as a current collector to improve the adhesion between the carbon film and the substrate, and the conductivity and capacitance of the electrode. Its purpose is to provide
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 기존의 슈퍼커패시터에 비해 고종횡비 형태에서도 축전용량과 굽힘성 모두를 향상시킬 수 있는 웨어러블 및 플렉서블 전자소자 기술의 핵심인 플렉서블 슈퍼커패시터 제조 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.And according to an embodiment of the present invention, it is an object to provide a flexible supercapacitor manufacturing technology, which is the core of wearable and flexible electronic device technology that can improve both capacitance and bendability even in a high aspect ratio form compared to a conventional supercapacitor. have.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 롤이나 스트립 형태의 슈퍼커패시터 제조 공정에 적용하면 보관 및 사용이 편리하고 대량생산이 가능하고, 새로운 방식으로 마이크로 금속 그리드 집전체를 개발하여 기존의 한계였던 높은 부착력과 축전용량을 동시에 극복할 수 있으며, 산화금속활물질을 전착하기 어려웠던 기존의 기술에 비해 은 그리드 패턴 위에 금도금을 하여 보호층을 만들고 그 위에 코팅된 그래핀에 이산화망간을 전착시킴으로써 그래핀 전극과 금도금한 그래핀 전극에 비해 축전용량을 약 네 배 이상 증가시킬 수 있는, 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, when applied to a roll or strip-type supercapacitor manufacturing process, storage and use are convenient and mass production is possible. Adhesion and capacitance can be overcome at the same time, and compared to the previous technology, which was difficult to electrodeposit metal oxide active materials, a protective layer is made by plating gold on a silver grid pattern, and manganese dioxide is electrodeposited on the graphene coated on the graphene electrode and gold plating. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a high aspect ratio supercapacitor electrode having flexibility and high capacitance, which can increase the capacitance by about four times or more compared to a graphene electrode.
그리고 발명의 실시예에 따르면, 금도금을 통하여 충방전 반복 시 수용성 전해질에 용해되던 금속 집전체를 보호할 수 있으며, 전반적으로 수행된 레이저 열공정 기술은 간소하고 신속하게 표면만 국부적으로 열처리를 할 수 있으며, 모터스테이지와 광학계를 사용하여 단일공정으로 쉽게 패터닝이 가능한, 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. And according to an embodiment of the invention, it is possible to protect the metal current collector dissolved in the water-soluble electrolyte during repeated charging and discharging through gold plating. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a high aspect ratio supercapacitor electrode having flexibility and high capacitance, which can be easily patterned in a single process using a motor stage and an optical system.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned are clearly to those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. can be understood
본 발명의 제1목적은, 슈퍼커패시터 전극의 금속집전체 제조방법에 있어서, 유연 폴리머 기판에 금속나노입자를 코팅하는 단계; 및 상기 금속나노입자 코팅층에 레이저로 선택적으로 소결시켜 그리드 패턴을 갖는 금속그리드를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극의 제작을 위한 마이크로 금속 그리드 집전체의 제조방법으로서 달성될 수 있다. A first object of the present invention, in a method for manufacturing a metal current collector of a supercapacitor electrode, comprising the steps of: coating metal nanoparticles on a flexible polymer substrate; and forming a metal grid having a grid pattern by selectively sintering the metal nanoparticle coating layer with a laser; It can be achieved as a method for manufacturing a current collector.
그리고 상기 금속그리드에 비활성금속을 전착하여 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And it may further comprise the step of forming a protective layer by electrodepositing an inert metal on the metal grid.
또한, 유연 폴리머 기판은, 폴리카보네이트, PET 및 PMMA 필름 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the flexible polymer substrate may be characterized in that it is composed of at least one of polycarbonate, PET, and PMMA film.
그리고 상기 코팅하는 단계는, 은 나노입자 용액을 상기 유연 폴리머 기판상에 스핀코팅하는 것을 특징으로 할 수 있다. And the coating step may be characterized in that the silver nanoparticle solution is spin-coated on the flexible polymer substrate.
또한 상기 금속그리드를 형성하는 단계는, 연속발진 레이저를 조사하여 그리드 패턴으로 소결시키고, 소니케이션하여 소결되지 않은 은 나노입자를 제거하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the forming of the metal grid may include sintering in a grid pattern by irradiating a continuous oscillation laser, and removing unsintered silver nanoparticles by sonication.
그리고 상기 보호층을 형성하는 단계는, 상기 비활성금속은 금이고, 인산완충용액에 Ag/AgCl(saturated KCl) 보조전극, 백금 상대전극, 상기 금속 그리드를 작동전극으로 하여 3전극에 전압을 인가하여 금도금용액을 혼합하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the step of forming the protective layer, the inert metal is gold, and a voltage is applied to the three electrodes using an Ag/AgCl (saturated KCl) auxiliary electrode, a platinum counter electrode, and the metal grid as working electrodes in a phosphate buffer solution. It may be characterized in that the gold plating solution is mixed.
본 발명의 제2목적은 앞서 언급한 제1목적에 따른 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극의 제작을 위한 마이크로 금속 그리드 집전체로서 달성될 수 있다. A second object of the present invention can be achieved as a micro-metal grid current collector for manufacturing a high-aspect-ratio supercapacitor electrode, characterized in that it is manufactured by the manufacturing method according to the above-mentioned first object.
본 발명의 제3목적은 슈퍼커패시터 전극의 제조방법에 있어서, 앞서 언급한 제1목적에 따른 제조방법에 의해 금속 그리드 집전체를 제조하는 단계; 금속 그리드 상에 그래핀 또는 그래핀 복합체를 코팅하여 그래핀층을 형성하는 단계; 및 레이저 투과 용접을 통해 상기 그래핀층과 유연 폴리머 기판을 부착시켜 슈퍼커패시터 전극을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극의 제조방법으로서 달성될 수 있다. A third object of the present invention is to provide a method for manufacturing a supercapacitor electrode, comprising: manufacturing a metal grid current collector by the manufacturing method according to the above-mentioned first object; forming a graphene layer by coating graphene or a graphene composite on a metal grid; and manufacturing a supercapacitor electrode by attaching the graphene layer and a flexible polymer substrate through laser transmission welding; have.
그리고 상기 부착시키는 단계 후에, 산화금속활물질을 상기 그래핀층 상에 전착코팅하여 산화금속층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And after the step of attaching, electrodeposition coating a metal oxide active material on the graphene layer to form a metal oxide layer may be characterized in that it further comprises.
또한 상기 부착시키는 단계는, 레이저를 상기 금속 그리드의 패턴 사이 공간으로 투과조사하여 상기 폴리머 기판을 용융시켜 상기 그래핀층과 용접되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the attaching may be characterized in that the polymer substrate is melted by transmitting and irradiating a laser into the space between the patterns of the metal grid to be welded to the graphene layer.
그리고 상기 그래핀층을 형성하는 단계는, 상기 금속 그리드 위에 그래핀 용액을 바코팅하고 건조하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the forming of the graphene layer may include bar coating a graphene solution on the metal grid and drying.
또한 상기 산화금속활물질은 이산화망간인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the metal oxide active material may be characterized in that manganese dioxide.
그리고 질산망가니즈 용액과 질산 나트륨 용액의 혼합물에 Ag/AgCl(saturated KCl) 보조전극, 백금 상대전극, 상기 슈퍼커패시터 전극을 작동전극으로 하여 3전극에 전압을 인가하여 이산화망간을 전착하는 것을 특징으로 할 수 있다. And the manganese dioxide is electrodeposited by applying a voltage to the three electrodes using the Ag/AgCl (saturated KCl) auxiliary electrode, the platinum counter electrode, and the supercapacitor electrode as a working electrode in a mixture of the manganese nitrate solution and sodium nitrate solution. can
본 발명의 제4목적은 앞서 언급한 제3목적에 따른 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극으로서 달성될 수 있다. A fourth object of the present invention can be achieved as a high aspect ratio supercapacitor electrode having flexibility and high capacitance, characterized in that it is manufactured by the manufacturing method according to the third object mentioned above.
본 발명의 제5목적은 앞서 언급한 제4목적항에 따른 한 쌍의 슈퍼커패시터 전극; 및 상기 한 쌍의 슈퍼커패시터 전극 사이에 구비되는 전해질;을 포함하는 것을 특징으로 하는 샌드위치 타입의 슈퍼커패시터 전극으로서 달성될 수 있다. A fifth object of the present invention is a pair of supercapacitor electrodes according to the fourth object described above; and an electrolyte provided between the pair of supercapacitor electrodes.
또한 상기 전해질은 PVA 가루와 인산용액을 혼합한 젤타입인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the electrolyte may be characterized in that it is a gel type in which PVA powder and a phosphoric acid solution are mixed.
본 발명의 실시예에 따른 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극 및 그 슈퍼커패시터 전극의 제조방법에 따르면, 그리드 형태의 금속 집전체에 금을 전착시키고, 그래핀 필름을 코팅한 후 레이저로 용접하고 이산화망간을 전착시켜, 고종횡비 슈퍼커패시터의 유연성과 축전용량을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다. According to the high aspect ratio supercapacitor electrode having flexibility and high capacitance according to an embodiment of the present invention and the method for manufacturing the supercapacitor electrode, gold is electrodeposited on a grid-shaped metal current collector, a graphene film is coated, and then a laser It has the effect of improving the flexibility and capacitance of the high aspect ratio supercapacitor by welding with a furnace and electrodepositing manganese dioxide.
본 발명의 실시예에 따르면, 고종횡비 유연 슈퍼커패시터를 제작하는 방법에 관한 것으로서, 마이크로 단위의 금속 그리드를 집전체로 사용하여 탄소필름과 기판의 접착력, 전극의 전도성과 축전용량을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a high-aspect-ratio flexible supercapacitor, which uses a micro-scale metal grid as a current collector to improve the adhesion between the carbon film and the substrate, and the conductivity and capacitance of the electrode. have an effect
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 기존의 슈퍼커패시터에 비해 고종횡비 형태에서도 축전용량과 굽힘성 모두를 향상시킬 수 있는 웨어러블 및 플렉서블 전자소자 기술의 핵심인 플렉서블 슈퍼커패시터 제조 기술을 제공할 수 있는 효과를 갖는다. And according to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a flexible supercapacitor manufacturing technology, which is the core of wearable and flexible electronic device technology that can improve both capacitance and bendability even in a high aspect ratio form compared to a conventional supercapacitor. has
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극 및 그 제조방법에 따르면, 롤이나 스트립 형태의 슈퍼커패시터 제조 공정에 적용하면 보관 및 사용이 편리하고 대량생산이 가능하고, 새로운 방식으로 마이크로 금속 그리드 집전체를 개발하여 기존의 한계였던 높은 부착력과 축전용량을 동시에 극복할 수 있으며, 산화금속활물질을 전착하기 어려웠던 기존의 기술에 비해 은 그리드 패턴 위에 금도금을 하여 보호층을 만들고 그 위에 코팅된 그래핀에 이산화망간을 전착시킴으로써, 그래핀 전극과 금도금한 그래핀 전극에 비해 축전용량을 약 네 배 이상 증가시킬 수 있는 효과를 갖는다. In addition, according to the high aspect ratio supercapacitor electrode having flexibility and high capacitance according to an embodiment of the present invention and its manufacturing method, when applied to a roll or strip type supercapacitor manufacturing process, storage and use are convenient and mass production is possible In addition, by developing a micro-metal grid current collector in a new way, it is possible to overcome the existing limitations of high adhesion and capacitance at the same time. By making and electrodepositing manganese dioxide on the graphene coated thereon, it has the effect of increasing the capacitance by about four times or more compared to the graphene electrode and the gold-plated graphene electrode.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극 및 그 제조방법에 따르면, 금도금을 통하여 충방전 반복 시 수용성 전해질에 용해되던 금속 집전체를 보호할 수 있으며, 전반적으로 수행된 레이저 열공정 기술은 간소하고 신속하게 표면만 국부적으로 열처리를 할 수 있으며, 모터스테이지와 광학계를 사용하여 단일공정으로 쉽게 패터닝이 가능한 장점을 갖는다. And, according to the high aspect ratio supercapacitor electrode having flexibility and high storage capacity according to an embodiment of the present invention, and a method for manufacturing the same, it is possible to protect the metal current collector dissolved in the aqueous electrolyte during repeated charging and discharging through gold plating, and overall The performed laser thermal process technology can easily and quickly heat-treat only the surface, and has the advantage of being able to pattern easily in a single process using a motor stage and an optical system.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description. will be able
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예 따른 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터의 제조방법의 흐름도,
도 2는 본 발명의 실시예 따른 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터의 제조과정 각단계를 나타낸 모식도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접장치의 구성도, 및 용접단면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 금속 그리드 집전체와, 은 나노입자 표면 Fe-SEM 이미지,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 굽힘테스트 사진, 굽힘테스트 후 샘플사진,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 금도금 및 이산화망간 전착에 사용된 3전극 세팅 사진,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 금도금 후 축전용량 유지율 그래프,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이산화망간 전착 후 축전용량 증가 그래프,
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 금도금이 진행된 표면, 이산화망간 전착 후 그래핀 필름의 바뀐 나노구조 Fe-SEM 이미지를 나타낸 것이다. The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the detailed description of the present invention, so that the present invention is limited only to the matters described in those drawings and should not be interpreted.
1 is a flowchart of a method of manufacturing a high aspect ratio supercapacitor having flexibility and high capacitance according to an embodiment of the present invention;
2 is a schematic diagram showing each step of the manufacturing process of a high aspect ratio supercapacitor having flexibility and high capacitance according to an embodiment of the present invention;
3 is a configuration diagram of a laser welding apparatus according to an embodiment of the present invention, and a welding cross-section;
4 is a micro-metal grid current collector and a surface Fe-SEM image of silver nanoparticles according to an embodiment of the present invention;
5 is a bending test photograph according to an embodiment of the present invention, a sample photograph after the bending test,
6 is a picture of three-electrode setting used for gold plating and manganese dioxide electrodeposition according to an embodiment of the present invention;
7A and 7B are graphs of capacitance retention after gold plating according to an embodiment of the present invention;
8 is a graph showing an increase in capacitance after manganese dioxide electrodeposition according to an embodiment of the present invention;
9 shows a nanostructured Fe-SEM image of a graphene film after electrodeposition of a gold-plated surface and manganese dioxide according to an embodiment of the present invention.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In this specification, when a component is referred to as being on another component, it may be directly formed on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thickness of the components is exaggerated for the effective description of the technical content.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional and/or plan views, which are ideal illustrative views of the present invention. In the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content. Accordingly, the shape of the illustrative drawing may be modified due to manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include changes in the form generated according to the manufacturing process. For example, the region shown at right angles may be rounded or have a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have properties, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are intended to illustrate specific shapes of regions of the device and not to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first, second, etc. are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. The embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, the terms 'comprises' and/or 'comprising' do not exclude the presence or addition of one or more other components.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.In describing the specific embodiments below, various specific contents have been prepared to more specifically describe the invention and help understanding. However, a reader having enough knowledge in this field to understand the present invention may recognize that it may be used without these various specific details. In some cases, it is mentioned in advance that parts that are commonly known and not largely related to the invention are not described in order to avoid confusion without any reason in describing the present invention in describing the invention.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극(100)의 제조방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, a method of manufacturing the high aspect
먼저, 도 1은 본 발명의 실시예 따른 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극(100)의 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시예 따른 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터의 제조과정 각단계를 나타낸 모식도를 도시한 것이다. First, FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a high aspect
먼저 슈퍼 커패시터 전극을 제작하기 위한 금속 그리드 집전체(1)를 제조하게 된다. 금속 드리드 집전체(1)는 먼저 유연 폴리머 기판(10)에 금속나노입자를 코팅한다(S1). 이때 유연 폴리머 기판은 폴리카보네이트(PC) 필름일 수 있으며, 폴리카보네이트 필름 대신 열가소성이고 레이저 용접이 가능하게 투명한 폴리머 기반의 필름은 모두 가능하다. 예를 들어 PET나 PMMA 필름이 있다.First, a metal grid
구체적 실시예에서, 유연 폴리머 기판에 대하여 은 나노 입자(평균사이즈 50nm, 용매: 이소프로필알콜 용액) 용액을 0.38mm 두께의 폴리카보네이트(PC) 필름에 스핀코팅한다.In a specific embodiment, a solution of silver nanoparticles (
그리고 금속나노입자 코팅층에 레이저로 선택적으로 소결시켜 그리드 패턴을 갖는 금속그리드(20)를 형성하게 된다(S2). 즉, 폴리카보네이트 필름 위에 은 나노 입자 용액을 스핀코팅하고 532nm 연속발진 레이저를 이용해서 그리드 패턴으로 소결시킨다. 그리고 알콜용액으로 소니케이션하여 소결되지 않은 은나노입자를 닦아내고 건조시켜 금속 그리드(20)를 제작하게 된다. Then, the metal nanoparticle coating layer is selectively sintered with a laser to form a
또한 본 발명의 실시예에서는 금속그리드(20)에 비활성금속을 전착하여 보호층을 형성한다(S3). 이러한 보호층을 형성하는 단계에서, 비활성금속은 금이고, 인산완충용액에 Ag/AgCl(saturated KCl) 보조전극, 백금 상대전극, 금속 그리드를 작동전극으로 하여 3전극에 전압을 인가하여 금도금용액을 혼합하여, 금도금층을 형성하게 된다. In addition, in the embodiment of the present invention, an inactive metal is electrodeposited on the
금도금에 쓰이는 용액은 KAu(CN)2 가루를 0.1몰 인산 완충용액(pH=6.8)에 혼합하여 만든다. 금도금 3전극 시스템은 Ag/AgCl(saturated KCl) 보조전극, 백금 상대전극, 그리고 은 그리드를 작동전극으로 놓고 진행한다. 은 그리드 패턴 위에 금을 도금하는 실험은 앞서 설명된 대로 3전극을 설정하고 총 전하량이 200mC가 될 때까지 진행한다. 구체적인 방법으로는 인산 완충용액에 세 개의 전극을 모두 넣고 전압을 인가한 다음, 300초 후에 금 용액을 넣으면서 스터러를 돌리면서 도금시킨다.The solution used for gold plating KAu(CN) 2 It is made by mixing the powder with 0.1 molar phosphate buffer (pH=6.8). The gold-plated three-electrode system is performed with an Ag/AgCl (saturated KCl) auxiliary electrode, a platinum counter electrode, and a silver grid as working electrodes. The experiment of plating gold on the silver grid pattern was carried out until the total charge amount was 200 mC with three electrodes set as described above. As a specific method, all three electrodes are put in a phosphate buffer solution, voltage is applied, and after 300 seconds, gold solution is added and the stirrer is turned while plating is performed.
본 발명의 실시예에 따르면, 미세 그리드 형태로 소결된 은나노 입자 패턴 위에 금을 전착(electrodepostion)시켜 수용성 전해질에서 이뤄지는 반복되는 충방전에 따른 은나노입자 집전체의 손상을 방지한다. 금은 대표적인 비활성 금속으로 은 그리드 위에 코팅되어 은의 부식을 막는 보호층의 역할을 한다. 매우 얇은 금 층(layer)이 전착되므로 집전체는 여전히 우수한 굽힘성을 가진다.According to an embodiment of the present invention, gold is electrodeposited on the silver nanoparticle pattern sintered in the form of a fine grid to prevent damage to the silver nanoparticle current collector due to repeated charging and discharging in an aqueous electrolyte. Gold is a typical inert metal that is coated on a silver grid and acts as a protective layer to prevent corrosion of silver. Since a very thin layer of gold is electrodeposited, the current collector still has good bendability.
그리고 금속 집전체로 미세한 그리드 형태를 이용하면, 모든 면적을 금속으로 코팅하는 방법에 비하여 재료의 낭비를 피하고 레이저투과용접이 부분적으로 가능해진다. 또한 은 그리드 집전체 위에 금을 전착하여 전기화학적으로 안정하게 은 전극을 보호한다. 금도금된 은 그리드 집전체는 수용성 전해질을 이용해 충방전을 반복해도 전극이 손상되지 않고 축전용량을 유지한다.And when a fine grid shape is used as a metal current collector, compared to a method of coating all areas with metal, waste of material is avoided and laser penetration welding is partially possible. In addition, gold is electrodeposited on the silver grid current collector to electrochemically and stably protect the silver electrode. The gold-plated silver grid current collector uses a water-soluble electrolyte to maintain the capacitance without damaging the electrode even after repeated charging and discharging.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접장치의 구성도, 및 용접단면을 도시한 것이다. 또한, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 금속 그리드 집전체와, 은 나노입자 표면 Fe-SEM 이미지를 도시한 것이다. 그리고 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 굽힘테스트 사진, 굽힘테스트 후 샘플사진를 도시한 것이다. 3 is a block diagram of a laser welding apparatus according to an embodiment of the present invention, and shows a welding cross-section. In addition, FIG. 4 shows a micro-metal grid current collector and a surface Fe-SEM image of silver nanoparticles according to an embodiment of the present invention. And FIG. 5 shows a photograph of a bending test and a photograph of a sample after the bending test according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 굽힘테스트에서, 장비에 연결하기 위해 두 전극 위에 구리 테이프를 붙이고, 접촉하는 면적에는 갈륨-인듐 액체금속을 바른다. 굽힘테스트는 필름의 한쪽은 움직이지 못하게 고정시키고 나머지 한쪽은 선형 모터에 고정시킨 뒤, 선형 모터를 이용하여 일정한 속도로 일정한 거리만큼 움직이며 시험한다. 정해진 숫자만큼 굽힘을 반복하고, 멈춰서 양쪽 끝에 연결한 구리테이프(2)를 디지털 멀티미터로 연결하여 저항을 측정한다. 반복된 굽힘의 횟수에 따른 저항의 변화로 그래핀 필름의 손상을 계산한다.In the bending test shown in Fig. 5, copper tape is applied on the two electrodes to connect to the equipment, and gallium-indium liquid metal is applied to the contact area. In the bending test, one side of the film is fixed immovably and the other side is fixed to a linear motor, and then it is tested while moving at a constant speed and a certain distance using a linear motor. Bending is repeated as many times as specified, stop and measure the resistance by connecting the copper tape (2) connected to both ends with a digital multimeter. The damage of the graphene film is calculated by the change in resistance according to the number of repeated bending.
그리고 금속 그리드(20) 상에 그래핀 또는 그래핀 복합체를 코팅하여 그래핀층(30)을 형성한다(S4). 즉, 금속 그리드(20) 위에 그래핀 용액을 바코팅하고 건조하게 된다. Then, graphene or a graphene composite is coated on the
그리고 레이저 투과 용접을 통해 상기 그래핀층과 유연 폴리머 기판을 부착시켜 슈퍼커패시터 전극을 제조하게 된다(S5). 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 투과 용접장치(3)를 통해 레이저를 금속 그리드(20)의 패턴 사이 공간으로 투과조사하여 폴리머 기판(10)을 용융시켜 그래핀층(30)과 용접되게 됨을 알 수 있다. Then, a supercapacitor electrode is manufactured by attaching the graphene layer and the flexible polymer substrate through laser transmission welding (S5). As shown in FIG. 3 , it is known that the
즉, 은 그리드 패턴 위에 그래핀 용액을 바코팅하고 건조시키고, 필름을 뒤집어서 532nm 연속발진 레이저를 이용하여 질소를 주입하면서 레이저 용접을 진행한다. That is, the graphene solution is bar-coated on a silver grid pattern, dried, the film is turned over, and nitrogen is injected using a 532 nm continuous laser laser welding while laser welding is performed.
따라서 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 용접으로 폴리머 기판과 그래핀 층의 부착력을 높이고 금도금으로 은 전극의 부식을 막아 유사커패시터의 전착 등 전극표면의 개발이 가능하다.Therefore, as shown in FIG. 3, it is possible to develop an electrode surface such as electrodeposition of a pseudo-capacitor by increasing the adhesion between the polymer substrate and the graphene layer by laser welding and preventing corrosion of the silver electrode by gold plating.
그리고 산화금속활물질을 상기 그래핀층 상에 전착코팅하여 산화금속층을 형성하게 된다(S6). 구체적 실시예에서, 산화금속활물질은 이산화망간일 수 있다. And the metal oxide active material is electrodeposited on the graphene layer to form a metal oxide layer (S6). In a specific embodiment, the metal oxide active material may be manganese dioxide.
질산망가니즈 용액과 질산 나트륨 용액의 혼합물에 Ag/AgCl(saturated KCl) 보조전극, 백금 상대전극, 상기 슈퍼커패시터 전극을 작동전극으로 하여 3전극에 전압을 인가하여 이산화망간을 전착하게 된다. The manganese dioxide is electrodeposited by applying a voltage to the three electrodes using the Ag/AgCl (saturated KCl) auxiliary electrode, the platinum counter electrode, and the supercapacitor electrode as working electrodes in a mixture of the manganese nitrate solution and sodium nitrate solution.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 금도금 및 이산화망간 전착에 사용된 3전극 세팅 사진을 도시한 것이다. 즉, 3전극 시스템으로 전극표면에 이산화망간과 같은 산화금속활물질을 전착하여 축전용량을 크게 증가시킬 수 있다.6 is a view showing a three-electrode setting photograph used for gold plating and manganese dioxide electrodeposition according to an embodiment of the present invention. That is, the three-electrode system can greatly increase the capacitance by electrodepositing a metal oxide active material such as manganese dioxide on the electrode surface.
이산화망간 전착에 쓰이는 용액은 0.02몰 질산망가니즈 용액과 0.1몰 질산 나트륨 용액으로 이루어진다. 3전극 시스템의 구성은 금도금과 동일하다. 즉, 전극 표면 위에 이산화망간을 전착하는 방법도 금도금과 똑같이 3전극을 설치하고 0.02몰 질산망가니즈 용액과 0.1몰 질산 나트륨 용액의 혼합물에 담궈서 실험한다.The solution used for manganese dioxide electrodeposition consists of 0.02 mol manganese nitrate solution and 0.1 mol sodium nitrate solution. The configuration of the three-electrode system is the same as that of gold plating. That is, the method of electrodeposition of manganese dioxide on the electrode surface is tested by installing three electrodes in the same way as gold plating and immersing them in a mixture of 0.02 mol manganese nitrate solution and 0.1 mol sodium nitrate solution.
샌드위치 타입의 슈퍼커패시터 전극은 앞서 설명한 슈퍼커패시터 전극을 한 쌍 준비하고, 한 쌍의 동일한 은 그리드, 금도금, 그래핀, 이산화망간 전작된 슈퍼커패시터 전극 사이에 구비되는 전해질은 PVA 가루와 인산용액을 혼합한 젤타입으로 구성된다. For the sandwich type supercapacitor electrode, a pair of supercapacitor electrodes described above is prepared, and the electrolyte provided between a pair of identical silver grid, gold plating, graphene, and manganese dioxide supercapacitor electrodes is a mixture of PVA powder and phosphoric acid solution. It is in the form of a gel.
본 발명의 실시예에 따라 제작된 슈퍼커패시터의 성능은 3전극 시스템으로 순환전압전류법, 정전류 충방전법, 임피던스 분광법을 이용하여 측정하였다. The performance of the supercapacitor manufactured according to the embodiment of the present invention was measured using a cyclic voltammetry, a constant current charge/discharge method, and an impedance spectroscopy method with a three-electrode system.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 금도금 후 축전용량 유지율 그래프를 도시한 것이다. 그리고 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이산화망간 전착 후 축전용량 증가 그래프를 도시한 것이다. 또한, 도 9는 본 발명의 실시예에 따라 금도금이 진행된 표면, 이산화망간 전착 후 그래핀 필름의 바뀐 나노구조 Fe-SEM 이미지를 나타낸 것이다. 7A and 7B are graphs illustrating a capacitance retention rate after gold plating according to an embodiment of the present invention. And FIG. 8 is a graph showing an increase in capacitance after manganese dioxide electrodeposition according to an embodiment of the present invention. In addition, FIG. 9 shows the nanostructured Fe-SEM image of the graphene film after the gold plating and the manganese dioxide electrodeposition according to an embodiment of the present invention.
앞서 설명된 대로 폴리카보네이트 필름에 그래핀 코팅 < 은 그리드 패턴 위에 그래핀 코팅 < 은 그리드에 금도금 후 그래핀 코팅 < 이산화망간 전착 순으로 축전용량이 증가하였다. 도 8에 도시된 바와 같이, 특히 이산화망간 전착 후 금도금 그래핀 필름에 비해 네 배 이상 축전용량이 증가하였음을 알 수 있다. As described above, the capacitance increased in the following order: graphene coating on polycarbonate film < graphene coating on silver grid pattern < gold plating on silver grid and graphene coating < manganese dioxide electrodeposition. As shown in FIG. 8 , it can be seen that, in particular, after the manganese dioxide electrodeposition, the capacitance increased four times or more compared to the gold-plated graphene film.
그리고 굽힘테스트의 결과로 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 은 그리드 패턴 위에 그래핀을 코팅한 샘플보다 은 그리드에 금도금 후 그래핀 코팅한 샘플이 반복 충방전에도 축전용량이 거의 100 퍼센트 유지되었고, 변형에 의한 곡률 변화에도 성능이 유지되었다.And as a result of the bending test, as shown in FIGS. 7A and 7B , the sample coated with graphene after gold plating on a silver grid has almost 100 percent capacity even after repeated charging and discharging, compared to the sample coated with graphene on the silver grid pattern. and the performance was maintained despite the change in curvature due to deformation.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 전계방출형 주사전자현미경(Fe-SEM)으로 은 그리드 패턴의 두께 및 간격, 금도금이 진행된 표면, 이산화망간 전착 후 그래핀 필름의 바뀐 나노구조를 확인하였다. 그리고 에너지분산형 분광분석법(EDS)으로 은 그리드 패턴과 금도금 후의 표면을 분석하여 금도금을 확인하였다.In addition, as shown in FIG. 9, the thickness and spacing of the silver grid pattern, the gold-plated surface, and the changed nanostructure of the graphene film after manganese dioxide electrodeposition were confirmed by field emission scanning electron microscopy (Fe-SEM). And gold plating was confirmed by analyzing the silver grid pattern and the surface after gold plating by energy dispersive spectroscopy (EDS).
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.In addition, in the apparatus and method described above, the configuration and method of the above-described embodiments are not limitedly applicable, but all or part of each embodiment is selectively combined so that various modifications can be made to the embodiments. may be configured.
1:금속 그리드 집전체
2:구리테이프
3:레이저 투과용접장치
10:유연 폴리머 기판
20:금속 그리드
30:그래핀층
100:슈퍼커패시터 전극1: Metal grid current collector
2: copper tape
3: Laser penetration welding device
10: flexible polymer substrate
20: metal grid
30: graphene layer
100: supercapacitor electrode
Claims (16)
유연 폴리머 기판에 금속나노입자를 코팅하는 단계; 및
상기 금속나노입자 코팅층에 레이저로 선택적으로 소결시켜 그리드 패턴을 갖는 금속그리드를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극의 제작을 위한 마이크로 금속 그리드 집전체의 제조방법.
In the method for manufacturing a metal current collector of a supercapacitor electrode,
coating metal nanoparticles on a flexible polymer substrate; and
Forming a metal grid having a grid pattern by selectively sintering the metal nanoparticle coating layer with a laser; The whole manufacturing method.
상기 금속그리드에 비활성금속을 전착하여 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극의 제작을 위한 마이크로 금속 그리드 집전체의 제조방법.
The method of claim 1,
Method of manufacturing a micro-metal grid current collector for manufacturing a high aspect ratio supercapacitor electrode having flexibility and high capacitance, characterized in that it further comprises the step of forming a protective layer by electrodepositing an inert metal on the metal grid.
상기 유연 폴리머 기판은, 폴리카보네이트, PET 및 PMMA 필름 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극의 제작을 위한 마이크로 금속 그리드 집전체의 제조방법.
3. The method of claim 2,
The flexible polymer substrate is a method of manufacturing a micro-metal grid current collector for manufacturing a high aspect ratio supercapacitor electrode having flexibility and high capacitance, characterized in that it is composed of at least one of polycarbonate, PET, and PMMA film.
상기 코팅하는 단계는, 은 나노입자 용액을 상기 유연 폴리머 기판상에 스핀코팅하는 것을 특징으로 하는 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극의 제작을 위한 마이크로 금속 그리드 집전체의 제조방법.
3. The method of claim 2,
The coating step comprises spin-coating a silver nanoparticle solution on the flexible polymer substrate.
상기 금속그리드를 형성하는 단계는, 연속발진 레이저를 조사하여 그리드 패턴으로 소결시키고, 소니케이션하여 소결되지 않은 은 나노입자를 제거하는 것을 특징으로 하는 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극의 제작을 위한 마이크로 금속 그리드 집전체의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The forming of the metal grid includes sintering in a grid pattern by irradiating a continuous oscillation laser, and removing unsintered silver nanoparticles by sonication. A method of manufacturing a micro-metal grid current collector for fabrication.
상기 보호층을 형성하는 단계는,
상기 비활성금속은 금이고, 인산완충용액에 Ag/AgCl(saturated KCl) 보조전극, 백금 상대전극, 상기 금속 그리드를 작동전극으로 하여 3전극에 전압을 인가하여 금도금용액을 혼합하는 것을 특징으로 하는 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극의 제작을 위한 마이크로 금속 그리드 집전체의 제조방법.
Subsequent to claim 5,
Forming the protective layer comprises:
The inert metal is gold, and the gold plating solution is mixed by applying a voltage to the three electrodes using the Ag/AgCl (saturated KCl) auxiliary electrode, the platinum counter electrode, and the metal grid as the working electrode in a phosphate buffer solution. A method of manufacturing a micro-metal grid current collector for manufacturing a high-aspect-ratio supercapacitor electrode having a high capacitance and a high capacitance.
A micro-metal grid current collector for manufacturing a high-aspect-ratio supercapacitor electrode, characterized in that it is manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 6.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 금속 그리드 집전체를 제조하는 단계;
금속 그리드 상에 그래핀 또는 그래핀 복합체를 코팅하여 그래핀층을 형성하는 단계; 및
레이저 투과 용접을 통해 상기 그래핀층과 유연 폴리머 기판을 부착시켜 슈퍼커패시터 전극을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극의 제조방법.
In the method of manufacturing a supercapacitor electrode,
A method of manufacturing a metal grid current collector according to any one of claims 1 to 6;
forming a graphene layer by coating graphene or a graphene composite on a metal grid; and
Manufacturing a supercapacitor electrode by attaching the graphene layer and a flexible polymer substrate through laser transmission welding;
상기 부착시키는 단계 후에, 산화금속활물질을 상기 그래핀층 상에 전착코팅하여 산화금속층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극의 제조방법.
9. The method of claim 8,
After the step of attaching, electrodeposition coating a metal oxide active material on the graphene layer to form a metal oxide layer.
상기 부착시키는 단계는, 레이저를 상기 금속 그리드의 패턴 사이 공간으로 투과조사하여 상기 폴리머 기판을 용융시켜 상기 그래핀층과 용접되는 것을 특징으로 하는 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The attaching step is a method of manufacturing a high aspect ratio supercapacitor electrode having flexibility and high capacitance, characterized in that the polymer substrate is melted by irradiating a laser beam into the space between the patterns of the metal grid and then welded to the graphene layer. .
상기 그래핀층을 형성하는 단계는, 상기 금속 그리드 위에 그래핀 용액을 바코팅하고 건조하는 것을 특징으로 하는 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The forming of the graphene layer comprises coating a graphene solution on the metal grid with a bar and drying the method.
상기 산화금속활물질은 이산화망간인 것을 특징으로 하는 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The method of manufacturing a high aspect ratio supercapacitor electrode having flexibility and high capacitance, characterized in that the metal oxide active material is manganese dioxide.
질산망가니즈 용액과 질산 나트륨 용액의 혼합물에 Ag/AgCl(saturated KCl) 보조전극, 백금 상대전극, 상기 슈퍼커패시터 전극을 작동전극으로 하여 3전극에 전압을 인가하여 이산화망간을 전착하는 것을 특징으로 하는 유연성과 높은 축전용량을 갖는 고종횡비 슈퍼커패시터 전극의 제조방법.
13. The method of claim 12,
Flexibility, characterized in that manganese dioxide is electrodeposited by applying a voltage to three electrodes using an Ag/AgCl (saturated KCl) auxiliary electrode, a platinum counter electrode, and the supercapacitor electrode as working electrodes in a mixture of manganese nitrate solution and sodium nitrate solution A method for manufacturing a high-aspect-ratio supercapacitor electrode having a high capacitance and a high capacitance.
A high aspect ratio supercapacitor electrode having flexibility and high capacitance, characterized in that it is manufactured by the manufacturing method according to claim 9.
상기 한 쌍의 슈퍼커패시터 전극 사이에 구비되는 전해질;을 포함하는 것을 특징으로 하는 샌드위치 타입의 슈퍼커패시터 전극.
A pair of supercapacitor electrodes according to claim 14; and
and an electrolyte provided between the pair of supercapacitor electrodes.
상기 전해질은 PVA 가루와 인산용액을 혼합한 젤타입인 것을 특징으로 하는 샌드위치 타입의 슈퍼커패시터 전극.
16. The method of claim 15,
The electrolyte is a sandwich-type supercapacitor electrode, characterized in that the gel type is a mixture of PVA powder and phosphoric acid solution.
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