KR20220146153A - 고신뢰성 초고용량 커패시터 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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KR20220146153A
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김대원
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청주대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 고온에서 수명이 긴 초고용량 전기화학적 커패시터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아세토니트릴 및 술포란의 혼합액을 포함하는 전해액을 포함하는 커패시터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 제조방법으로 제조된 초고용량 커패시터는 기존의 것보다 용량유지율이 우수하고 저항 (DC-ESR) 변화율이 우수했다. 이로서 본 발명의 커패시터는 고온에서 수명이 긴 초고용량 커패시터임을 알 수 있었다.

Description

고신뢰성 초고용량 커패시터 및 그의 제조 방법 {Extended supercapacitor with high reliability and method for manufacturing thereof}
본 발명은 고온에서 수명이 긴 초고용량 전기화학적 커패시터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아세토니트릴 및 술포란의 혼합액을 포함하는 전해액을 포함하는 커패시터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
초고용량 커패시터(Supercapacitor)는 일반적인 콘덴서와 비교하여 볼 때 매우 많은 양의 에너지 저장 능력을 가지고 있는 전기화학적 콘덴서이다. 초고용량 커패시터는 각종 전기ㆍ전자기기의 보조전원, IC 백업 전원 등으로 주로 사용되고 있으며, 최근에는 장난감, 산업용 전원, UPS (UNINTERRUPTED POWER SUPPLY), 태양열 에너지 저장, HEV/EV SUB POWER 등에까지 폭넓게 응용되고 있다. 초고용량 커패시터는 기존의 전지들과 비교해 에너지 밀도는 낮지만, 순간적으로 에너지를 공급하는 파워 밀도면에서의 우수한 특성과 거의 반영구적인 수명 등으로 에너지 저장장치로서 여러 분야로의 응용이 기대되고 있으며, 특히 최근 친환경적 하이브리드 전기자동차의 보조전원으로서 2차 전지와 함께 조합하여 load levelling 등으로의 응용이 활발하게 진행되고 있다. 근래에는 전극재료와 제조기술 발달로 고출력 특성의 중·대형 제품이 개발되고 있다.
전기 이중층 메커니즘을 기초로 하는 첫 번째 초고용량 커패시터는 다공성 카본 전극을 사용한 제너럴일렉트로닉스 (General Electronics)에 의해 1957년에 개발되었으며, 그 시점에 메커니즘이 규명되지는 않았으나 에너지가 탄소의 기공에 저장되고 예외적으로 매우 높은 전기용량을 가질 수 있다.
전기화학적 커패시터의 높은 출력 밀도는 예를 들어, 전기자동차 안에 배터리와 동력전지의 탄소 기공 안에 저장된 에너지에 의해 생성된다. 배터리 또는 동력 전지와 함께 연결된 커패시터 화합물은 브레이크가 걸리거나 재충전하는 동안 업힐 (Up-Hill) 또는 가속하여 운전하는 것에 필요한 출력밀도를 공급한다. 현재의 에너지 저장 기술 중에서, 리튬-이온 전지는 가장 높은 에너지 밀도 ~300 Whkg-1를 제공하지만 제한된 수명을 가지고 있다. 반면 초고용량 커패시터는 에너지 밀도는 전지의 1/10 수준이지만 높은 출력밀도와 긴 수명을 가지는 이점을 가지고 있다.
이러한, 초고용량 커패시터는 크게 두 가지 타입으로 분류할 수 있다. 하나는 탄소 기반의 전극과 전해질 사이에서 발생하는 전기적인 이중층 (Electrical Double Layer)의 원리를 이용한 전기 이중층 커패시터이고, 다른 하나는 전극과 전해질의 계면에서의 가역적인 패러데이 산화/환원반응 (reversible faradaic surface redox reaction)에 의한 의사 캐패시턴스 (pseudocapacitance)를 이용하여 전하를 저장하는 의사 커패시터 (pseudocapacitor)로 분류할 수 있다. 특히, 전기 이중층 커패시터의 경우 전극물질의 비정전용량이 작다는 단점이 있기 때문에, 고용량, 고출력 특성이 요구되는 분야에 응용이 가능한 의사 커패시터가 최근에는 더욱 주목 받고 있다.
의사 커패시터는 일반적인 전극활물질로 전이금속화합물 (transition metal oxides, TMOs), 전이금속황화물 (transition metal sulfides, TMSs) 및 전도성 고분자 (conductive polymers)가 사용되고 있다. 이 중, 전이금속황화물 (transition metal sulfides, TMSs)은 다른 전이금속화합물과 비교하여 우수한 전기 전도성 (electrical conductivity), 기계적 안정성 (mechanical stability), 열적 안정성 (thermal stability) 및 다양한 산화환원반응 (richer redox reactions) 등의 우수한 특성을 가지고 있어, 전극 물질의 유망한 후보 물질로 부상하고 있다.
그러나 이러한 의사 커패시터는 용량이 우수하지만 수명에 있어서 전기이중층 커패시터에 비해 상당히 부족하다. 또한 전극물질들의 열화 현상이 발생하여 아직까지는 장수명이 가능한 전기이중층 커패시터가 주로 사용되어지고 있으며, 이러한 전기이중층 커패시터에 대한 고온에서의 장수명이 요구가 되어지고 있는 추세이다. 또한 리튬이온전지의 출력밀도도 향상이 되고 있어, 전기이중층 커패시터의 장점인 고온에서의 장수명 특성을 높이는 것이 중요해지고 있다.
배기가스 배출절감을 위한 스마트그리드 산업이 본격화되면서 고전압 및 고온형 셀의 수요가 증가할 것으로 예상되며 관련 초고용량 커패시터 업체에서의 개발이 본격화되고 있다. 고전압 및 고온 환경을 요구하는 스마트 그리드 전송, 스마트 그리드 분산전원 및 스마트 그리드 운송 분야에서는 고전압 특성을 위해 단위 셀의 직렬을 통한 고전압화를 구현하고 있다. 특히, 전기자동차 (Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차 (Hybrid Electric Vehicle, HEV) 또는 연료전지자동차 (Fuel Cell Vehicle, FCV) 등과 같은 차세대 환경 친화 차량 개발 분야에 있어 에너지 버퍼로서 그 효용성은 날로 증가하고 있다. 이러한 초고용량 커패시터는 보조 에너지 저장장치로서 배터리와 함께 병용된다. 즉, 순시적인 에너지의 공급과 흡수는 초고용량 커패시터가 담당하고, 평균적인 차량의 에너지 공급은 배터리가 담당함으로써 전반적인 차량 시스템의 효율 개선과 에너지 저장 시스템의 수명 연장 등의 효과를 기대할 수 있다.
국제적인 저탄소 배출정책과 스마트 그리드의 본격적인 도입/운영에 따른 신재생에너지의 전력공급 신뢰성 향상과 관련 초고용량 커패시터의 개발이 그 어느 때보다도 절실하다. 회생 에너지용 고용량 커패시터는 대부분 아세토니트릴 (Acetonitrile, AN) 전해액 용매를 사용하는 전기이중층 커패시터를 중심으로 제품을 출시하고 있는데 3.0V는 제품의 신뢰성 문제로 소형, 중형 (∼400F)을 중심으로 제조하고 있으며 대형 (1000F∼)은 2.7∼2.85V 제품을 출시하고 있는 실정이다. 3.0V급 초고용량 커패시터에 있어 상온~65℃의 범위에서 안정적으로 사용가능하도록 하는 셀 제조방법이 요청되고 있다.
고전압 성능 및 수명 특성이 길고 우수한 초고용량 커패시터를 제조하기 위해서는 전극성능 향상이 우선되어져야 하며, 방법으로는 고온에서 질소처리를 통한 불활성화 분위기를 형성하고 기존 적용되던 바인더 PTFE, SBR, CMC 대신 가혹조건(고전압, 고온)에서 분해되는 현상 및 전극이 갈라지는 현상을 억제시켜, 셀 내구성에 영향을 주는 요인을 최소화하는 것이 필요하다. 또한 불소가 치환된 아크릴계 바인더를 적용하여 고전압 환경에 적합한 전극 제조를 하는 것이 중요하다. 용매로 사용되는 아세토니트릴 (Acetonitrile, AN)은 전도도가 우수하여 주로 사용되고 있으나 끊는점이 81~82℃로 상대적으로 고온에 노출시 가스발생의 문제점에 노출될 수 있다.
A. Lewandowski, A. Swiderska, Solid State Ion. 2003, 161, 243. W. Lu, K. Henry, C. Turchi, J. Pellegrino, J. Electrochem. Soc. 2008, 155, A361.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소 및 이를 감안하여 도출된 것으로서, 고온에서 수명이 긴 초고용량 커패시터 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. 본 발명은 아세토니트릴보다 끊는점이 높아 온도특성이 우수한 술포란 (Sulfolane, 끊는점 285℃)을 첨가하여 전해액을 구성하여 고온에서 수명이 긴 초고용량 커패시터를 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따라, 양전극; 음전극; 분리막; 및 상기 양전극, 상기 음전극 및 상기 분리막과 접촉하는 전해액;을 포함하고, 상기 전해액은 용질; 및 아세토니트릴 및 술포란의 혼합액을 포함하는 전기화학적 커패시터가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 아세토니트릴 : 술포란은 6:1 ~ 8:1 부피비, 가장 바람직하게는 7:1일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 용질은 SBPBF4일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전해액은 0.8 M~1.5 M의 농도일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라,
전극 활물질, 도전재 및 바인더를 혼합하여 전기화학적 커패시터 전극용 조성물을 제조하는 제1단계;
상기 커패시터 전극용 조성물을 압착하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 금속 호일에 코팅하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트 상태로 제조하고 금속 호일 또는 집전체에 붙여서 전극 형태로 형성하는 제2단계;
상기 전극 형태로 형성된 결과물을 건조하여 커패시터 전극을 형성하는 제3단계; 및
상기 슈퍼커패시터 전극을 양극과 음극으로 사용하며, 상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막을 배치하고, 상기 양극 및 상기 음극을 상기 기재된 전해액에 함침시키는 제4단계;를 포함하는 전기화학적 커패시터의 제조방법이 제공된다.
상기 전극 활물질은 다공성의 활성탄 등을 사용할 수 있다.
상기 바인더는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE; polytetrafluoroethylene), 폴리비닐리덴플로라이드 (PVdF; polyvinylidenefloride), 카르복시메틸셀룰로오스 (CMC; carboxymethylcellulose), 폴리비닐알코올 (PVA; poly vinyl alcohol), 폴리비닐부티랄 (PVB; poly vinyl butyral), 폴리비닐피롤리돈 (PVP; poly-Nvinylpyrrolidone), 스티렌부타디엔고무 (SBR; styrene butadiene rubber), 폴리아마이드-이미드 (Polyamideimide), 폴리이미드 (polyimide) 등으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 도전재는 화학 변화를 야기하지 않는 전자 전도성 재료이면 특별히 제한되지 않으며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 슈퍼-피 (Super-P) 블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등이 가능하다.
전극 활물질, 바인더 및 도전재를 혼합한 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 압착하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 금속 호일에 코팅하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트 (sheet) 상태로 만들고 금속 호일 또는 집전체에 붙여서 전극 형태로 형성하고, 전극 형태로 형성된 결과물을 건조하여 전극을 형성할 수 있다.
전극을 형성하는 단계의 예를 보다 구체적으로 설명하면, 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 롤프레스 성형기를 이용하여 압착하여 성형할 수 있다. 롤프레스 성형기는 압연을 통한 전극밀도 향상 및 전극의 두께 제어를 목적으로 하고 있으며, 상단과 하단의 롤과 롤의 두께 및 가열 온도를 제어할 수 있는 컨트롤러와, 전극을 풀어주고 감아줄 수 있는 와인딩부로 구성된다. 롤상태의 전극이 롤프레스를 지나면서 압연공정이 진행되고 이것이 다시 롤상태로 감겨서 전극이 완성된다. 이때, 프레스의 가압 압력은 5∼20 ton/㎠로 롤의 온도는 0∼150℃로 하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 프레스 압착 공정을 거친 슈퍼커패시터 전극용 조성물은 건조 공정을 거친다. 건조 공정은 100℃∼350℃, 바람직하게는 150℃∼300℃의 온도에서 수행된다. 이때, 건조 온도가 100℃ 미만인 경우 분산매의 증발이 어려워 바람직하지 않으며, 350℃를 초과하는 고온 건조 시에는 도전재의 산화가 일어날 수 있으므로 바람직하지 않다. 따라서 건조 온도는 적어도 100℃ 이상이고, 350℃를 넘지 않는 것이 바람직하다. 그리고 건조 공정은 위와 같은 온도에서 약 10분∼6시간 동안 진행시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 건조 공정은 성형된 커패시터 전극용 조성물을 건조(분산매 증발)시킴과 동시에 분말 입자를 결속시켜 커패시터 전극의 강도를 향상시킨다.
또한, 전극을 형성하는 다른 예를 살펴보면, 상기 커패시터 전극용 조성물을 티타늄 호일 (Ti foil), 알루미늄 호일 (Al foil), 알루미늄 에칭 호일 (Al etching foil)과 같은 금속 호일 (metal foil)에 코팅하거나, 상기 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트 (sheet) 상태 (고무 타입)로 만들고 금속 호일 또는 금속 집전체에 붙여서 전극 형상으로 제조할 수도 있다. 상기 알루미늄 에칭 호일이라 함은 알루미늄 호일을 요철 모양으로 에칭한 것을 의미한다. 상기와 같은 공정을 거친 전극 형상에 대하여 건조 공정을 거친다. 100℃∼250℃, 바람직하게는 150℃∼200℃의 온도에서 수행된다. 상기와 같이 제조된 커패시터 전극은 고용량으로서 소형의 원통형 커패시터에 유용하게 적용될 수 있다.
본 발명의 제조방법으로 제조된 초고용량 커패시터는 기존의 것보다 용량유지율이 우수하고 저항 (DC-ESR) 변화율이 우수했다. 이로서 본 발명의 커패시터는 고온에서 수명이 긴 초고용량 커패시터임을 알 수 있었다.
도 1은 본 발명의 비교예 1, 실시예 및 비교예 2에 따른 순환전압전류 비교 그래프이다.
도 2는 본 발명의 비교예 1, 실시예 및 비교예 2에 따른 65℃에서 1000시간 동안 용량 변화 및 용량변화율을 비교한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 비교예 1, 실시예 및 비교예 2에 따른 65℃에서 1000시간 동안 저항(DC-ESR) 변화 및 저항(DC-ESR) 변화율을 비교한 그래프이다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 오히려, 여기서 소개되는 내용이 철저하고 완전해지고, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제공하는 것이다.
발명의 상세한 설명 또는 청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
1. 전해액 제조
[비교예 1] 1.0M SBPBF4 / AN 제작
SBPBF4을 용질로 아세토니트릴 (AN)을 용매로 사용하여 1.0 M로 전해액을 제조하였다. 이때 전해액 내 수분 함량을 30 ppm 이하로 관리하였다. 일반적으로 전해액의 농도는 0.8 M~1.5 M로 하는데 그 이하이면 용량이 작아지고 그 이상이면 점도가 높아져 저항이 커지게 된다.
[비교예 2] 1.0M SBPBF4 / AN : GBL (7 : 1) 제작
SBPBF4을 용질로 AN : GBL (감마부티로락톤)을 7 : 1 vol.%로 혼합하여 혼합된 용매를 사용하여 1.0 M로 전해액을 제조하였다. 이때 전해액 내 수분 함량을 30 ppm 이하로 관리하였다.
[실시예] 1.0M SBPBF4 / AN : SL (7 : 1) 제작
SBPBF4을 용질로 AN : SL (술포란)을 7 : 1 vol.%로 혼합하여 혼합된 용매를 사용하여 1.0 M로 전해액을 제조하였다. 이때 전해액 내 수분 함량을 30 ppm 이하로 관리하였다.
2. 초고용량 커패시터 제조
본 발명에 사용된 주 전극 활물질인 활성탄소를 전처리 (350~450℃, 질소(N2) 분위기에서 2시간 이상)하여 사용하였으며, 이때 활성탄 : 도전재 : 바인더 = 85~90 : 5~10 : 1~5 wt.%으로 혼합하여 제조한 슬러리액을 알루미늄 호일 (Al Foil)에 코팅 및 롤 프레스 (Roll Press)하여 양극 및 음극으로 사용되는 활성탄 전극을 제조하였다. 도전재는 카본블랙, 바인더는 불소가 치환된 아크릴계를 사용하였다.
초고용량 커패시터는, 라디알 (원통형) 타입 (형태)으로 제작하기 위하여 분리막을 기준으로 양쪽에 전극을 위치하여 권취형으로 소자를 말아 제조하였다. 이와 같이 제조된 소자의 수분을 제거하기 위하여, 130℃에서 48시간 동안 건조하였다. 그리고 건조된 소자를 상기에서 제조된 전해액 (비교예 1, 실시예 1, 2)를 각각 사용하여 함침한 뒤, 소자를 알루미늄 캔(크기 : D80 x L20 mm)에 넣어 원통형 셀로 제작하였다. 이때, 건조부터 알루미늄 캔에 넣어 셀로 제작할 때까지 수분이 30 ppm 이하로 유지되는 드라이룸 안에서 제조하였다.
3. 초고용량 커패시터 평가
[평가 1] 온도별 순환전압전류법 (cyclic voltammetry) 평가 : 전기화학적 특성 평가
온도별 cyclic voltammetry 평가를 위해 25℃ 및 65℃에서 Cyclic voltammetry를 이용하여 측정하였으며, 그때 주사속도는 50 mV/s로 고정하였으며, 전압은 0 ~ 3.0V 영역에서 측정하였다. 결과는 하기 표 1과 같다.
표 1
Figure pat00001
[평가 2] 고온 내구성 평가
고온 내구성 평가를 진행하기 위해 초기성능평가를 위해 제조된 각 셀을 충전/방전을 실시하여 초기용량 (Capacitance, F), DC-ESR을 측정하였으며, 이때 충전/방전 전류는 30 mA로 평가하였다. 이후 65℃의 온장고 안에서 3.0 V로 정전류로 충전하였으며, 각 시간에 따라 셀을 온장고 안에서 꺼내어 실온에서 30분 정도 보관하여 셀의 열 평준화를 시킨 후, 변화된 용량 및 저항을 비교하였다.
비교예 1 및 2, 실시예에 따라 전기화학적 특성을 비교하기 위해 순환전압전류법을 통하여 실시한 후 비교한 결과 큰 변화가 없음을 확인하였다 (도 1). 3 V까지 변화를 확인한 결과 전형적인 전기 이증층에 따른 모양을 나타내고 있으며 이상반응 (가스발생, 분해반응 등에 의한 전류의 급격한 상승 변화)이 발견되지 않았다. 안정적인 초고용량 커패시터 구동을 위해서는 급격한 전류의 상승변화 등이 없어야 한다.
3 V, 65℃ 조건은 가혹 조건으로 가속화시험의 한 방법이며, 장기 신뢰성 평가를 위한 일반적인 방법이다. 전압이 중요한 이유는 전압에 따른 응용 및 용량 향상등 장점이 있으며, 온도의 경우 사용되는 분야에 따라 외부에 노출될 경우 온도특성이 좋지 않으면 초고용량 커패시터 내부에서 가스발생으로 인하여 전해액 누출 등이 발생된다. 이러한 현상으로 사용된 제품의 손상을 일으키므로 전압은 매우 중요한 문제이다.
비교예 1 및 2, 실시예에 따라 용량 및 용량변화율을 확인한 결과 비교예에 비해서 실시예의 용량유지율이 우수한 것을 확인하였다 (도 2). 일반적으로 65℃에서 안정적으로 초고용량 커패시터가 작동되는 것을 확인하기 위해서 1000시간 후 용량변화율이 70% 이내여야 한다. 본 발명에서는 용량변화율이 80%를 유지함을 확인할 수 있었다.
비교예 1 및 2, 실시예에 따라 용량 및 저항 (DC-ESR)변화율을 확인한 결과 비교예에 비해서 실시예의 저항 (DC-ESR) 변화율이 우수한 것을 확인하였다 (도 3). 일반적으로 65℃에서 안정적으로 초고용량 커패시터가 작동되는 것을 확인하기 위해서 1000시간 후 저항 (DC-ESR) 변화율이 200% 이내여야 한다. 이로서 본 발명의 커패시터는 고온에서 수명이 긴 초고용량 커패시터임을 알 수 있었다.

Claims (5)

  1. 전기화학적 커패시터로서,
    양전극;
    음전극;
    분리막; 및
    상기 양전극, 상기 음전극 및 상기 분리막과 접촉하는 전해액;을 포함하고,
    상기 전해액은 용질; 및 아세토니트릴 및 술포란의 혼합액을 포함하는 전기화학적 커패시터.
  2. 제1항에 있어서, 아세토니트릴 : 술포란은 6:1 ~ 8:1 부피비인 것을 특징으로 하는 전기화학적 커패시터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 용질은 SBPBF4인 것을 특징으로 하는 전기화학적 커패시터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전해액은 0.8 M~1.5 M의 농도인 것을 특징으로 하는 전기화학적 커패시터.
  5. 전극 활물질, 도전재 및 바인더를 혼합하여 전기화학적 커패시터 전극용 조성물을 제조하는 제1단계;
    상기 커패시터 전극용 조성물을 압착하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 금속 호일에 코팅하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트 상태로 제조하고 금속 호일 또는 집전체에 붙여서 전극 형태로 형성하는 제2단계;
    상기 전극 형태로 형성된 결과물을 건조하여 커패시터 전극을 형성하는 제3단계; 및
    상기 슈퍼커패시터 전극을 양극과 음극으로 사용하며, 상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막을 배치하고, 상기 양극 및 상기 음극을 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 전해액에 함침시키는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 커패시터의 제조방법.
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A. Lewandowski, A. Swiderska, Solid State Ion. 2003, 161, 243.
W. Lu, K. Henry, C. Turchi, J. Pellegrino, J. Electrochem. Soc. 2008, 155, A361.

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