WO2019182384A1 - 수퍼캐패시터의 전해액 및 이 전해액을 이용한 슈퍼캐패시터 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an electrolyte and a supercapacitor. More specifically, the present invention relates to an electrolytic solution of a supercapacitor, in which a fullerene or an ionic poplarene and an ionic liquid polymer are used as an electrolyte, and a halogen-substituted aromatic hydrocarbon is added as an organic solvent.
  • the present invention is to produce a supercapacitor of various forms and configurations using the ion-poplarene and the organic solvent.
  • supercapacitors are electrochemical mechanisms whereby voltages across the unit cell electrodes move along the electric field, and the transferred ions are adsorbed on the electrode surface to accumulate charge. It is also referred to as an electrochemical capacitor (Electrochemacal capacitor) separately from the electrolytic or electrostatic.
  • Electrochemical capacitor Electrochemical capacitor
  • These supercapacitors use simple ions to move between the electrode and the electrolyte or charge by surface chemical reactions, so they can be rapidly charged and discharged, have high charge and discharge efficiency, and semi-permanent cycle life. It is capable of more than 100 times higher power and is environmentally friendly, making it the next generation energy storage device for electric vehicles, mobile phones, camera flashes, and drones.
  • Supercapacitors are classified into Electric Double Layer Capacitors (ELDC), Pseudo Capacitors, and Hybrid Capacitors according to the electrodes and mechanisms used.
  • ELDC Electric Double Layer Capacitors
  • Pseudo Capacitors Pseudo Capacitors
  • Pseudocapacitors are capacitors that use redox reactions of electrodes and electrochemical oxide reactants, and they can store charge near the surface of the electrode material as compared to the double layer formed on the electrode surface.
  • One capacitor is
  • Hybrid capacitors use asymmetric electrodes with different operating voltage ranges and specific capacitances for the positive and negative electrodes, so that one electrode uses high-capacity electrode materials and the other uses high-output electrode materials to improve capacitance characteristics. It is a capacitor which minimizes a high output characteristic loss and has high operating voltage and high energy density.
  • carbon electrode materials used to increase the specific surface area of the electrode include active carbon, active carbon fiber, amorphous carbon, carbon aerogel, and graphene. (Graphene) and carbon nanotubes (Carbon nanotube) and the like, and to increase the specific surface area of these electrodes, various methods of processing are made.
  • Activated carbon has a pore size of 2 to 50 nm and a surface area of 1,000 to 3,000 / g, and is widely used because of its high electrical conductivity and easy molding.
  • the supercapacitor electrolytes are classified into water-soluble and non-water-soluble (organic), which is characterized by high output characteristics and low energy density in the case of water-soluble electrolytes, and low energy density and high energy density in organic electrolytes. There is this.
  • the characteristics of the electrolyte vary depending on the solvent and the solute, and many studies have been conducted in consideration of the internal resistance, the solubility, and the chemical reaction rate of the solvent.
  • the electrolytic solution for capacitors As the electrolytic solution for capacitors, a nonaqueous electrolytic solution in which a solid electrolyte is dissolved in a solvent is known, but the electrical conductivity of the electrolytic solution changes with the concentration of the electrolyte.
  • the concentration of ions in the electrolyte increases, leading to an increase in electrical conductivity.
  • the electrical conductivity reaches a maximum and starts to decrease because the electrolyte becomes difficult to dissociate due to the increase in the interaction between the solvent-ion and the ion-ion as the number of ions in the electrolyte increases, and at the same time, the viscosity of the electrolyte increases. I think. Further increase in electrolyte concentration no longer dissociates and the electrolyte concentration is saturated. Therefore, when trying to raise the electrolyte concentration, there is a problem that the electrolyte becomes difficult to dissolve. In addition, when an electrolyte solution in which a high concentration of the electrolyte is dissolved is used in a low temperature environment, precipitation of salts occurs, and electrical conductivity of the electrolyte solution is deteriorated.
  • Korean Patent No. 10-3440607 discloses triethylmethyl by incorporating a solution of triethylmethyl ammonium salt in a mixed solvent of chain carbonate and ethylene carbonate in an electrolyte of an electric double layer capacitor formed at an interface between a polarizable electrode and an electrolyte. It is disclosed that ionic mobility is improved and an electrolyte having high electrical conductivity is achieved without too lowering the ionic dissociation degree of the ammonium salt.
  • Korean Patent No. 10-3156546 discloses a solute using a solution in which triethylmethylammonium salt is dissolved in a non-aqueous solvent containing dimethyl carbonate and propylene carbonate in an electrolyte of an electric double layer capacitor formed at an interface between a polarizable electrode and an electrolyte. It is disclosed that ionic mobility is improved without reducing the ion dissociation degree of the triethylmethylammonium salt of, to prepare an electrolyte having high electrical conductivity.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-351915 discloses tetrafluoroborate quaternary spirommonium such as spiro- (1,1 ')-bipyrrolidinium tetrafluoroborate in a mixed solvent of dimethyl carbonate, ethylene carbonate and propylene carbonate.
  • the present invention provides an electric double layer capacitor having low viscosity, excellent low temperature properties, that is, no electrolyte solidifying even in a low temperature region, high dielectric constant of a mixed solvent, high conductivity in a low temperature range, and excellent long-term reliability. It is.
  • WO 2005-003108 discloses the preparation of an electrolyte having high electrical conductivity and high withstand voltage by using a quaternary ammonium salt having a pyrrolidine skeleton and an N, O-acetal skeleton structure in its molecule as an electrolyte.
  • the present invention has been made in view of such a conventional problem, and its object is to use fullerene or its salt and an ionic liquid polymer as an electrolyte, and to add a halogen-substituted aromatic hydrocarbon to a solvent to suppress natural discharge, thereby increasing the sustainability of charging. It is to provide a supercapacitor electrolyte and a supercapacitor including the same, thereby increasing the capacity retention rate and capacity recovery rate and significantly increasing the stability of the electrolyte solution.
  • the present invention provides a non-aqueous electrolyte for supercapacitors having excellent charge and discharge performance of the supercapacitors, and further provide a supercapacitor that significantly improves the charge capacity and energy storage density and greatly improves the charge and discharge characteristics. .
  • the present invention (A) fullerene; (B) an ionic liquid polymer; (C) a non-aqueous organic solvent; And (D) a nonaqueous electrolyte solution for a supercapacitor including a halogen-substituted aromatic hydrocarbon.
  • the present invention also provides a supercapacitor comprising the positive electrode, the negative electrode and the non-aqueous electrolyte.
  • the non-aqueous electrolyte according to the present invention has the effect of increasing the capacity retention rate and capacity recovery rate by suppressing the natural discharge of the supercapacitor and increasing the persistence of the charge, and significantly improving the stability of the electrolyte.
  • the supercapacitor according to the present invention includes a current collector, an electrode, a non-aqueous organic solvent, and a halogen-substituted aromatic hydrocarbon, wherein the electrolyte includes a fullerene and an ionic liquid polymer,
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a supercapacitor according to the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a discharge state of the supercapacitor according to the present invention
  • Figure 3 is a side view showing the characteristics of the electrolyte according to the present invention.
  • Figure 4a is a perspective view showing the structure of a graphene applied to the present invention.
  • Figure 4b is a perspective view showing the bonding direction for forming a graphene electrode having a polarization applied to the present invention
  • Figure 4c is a perspective view showing the bonding direction for forming a conductive graphene electrode applied to the present invention
  • Figure 5 is a perspective view showing the chirality of the carbon nanotubes applied to the present invention.
  • Figure 6a is a structural diagram showing the bond of fullerenes applied to the present invention.
  • Figure 6b is a structural diagram showing the bonding on the x-y plane of fullerenes applied to the present invention
  • Figure 6c is a structural diagram showing another bond on the x-y plane of the fullerene applied to the present invention.
  • Figure 7 is a schematic diagram showing the adsorption process of fullerene using the Miller surface of gold according to the present invention.
  • the present invention in one aspect, (A) fullerene; (B) an ionic liquid polymer; (C) a non-aqueous organic solvent; And (D) a nonaqueous electrolyte solution for a supercapacitor comprising a halogen-substituted aromatic hydrocarbon.
  • the present invention (A) fullerene; (C) a non-aqueous organic solvent; And (D) a nonaqueous electrolyte solution for a supercapacitor comprising a halogen-substituted aromatic hydrocarbon.
  • the present invention relates to a supercapacitor comprising a positive electrode, a negative electrode and the non-aqueous electrolyte in another aspect.
  • Non-aqueous electrolyte solution for a supercapacitor of the present invention is (A) fullerene; (B) an ionic liquid polymer; (C) a non-aqueous organic solvent; And (D) halogen substituted aromatic hydrocarbons.
  • the non-aqueous electrolyte solution of the present invention is (A) fullerene or a salt thereof; (B) an ionic liquid polymer; (C) a non-aqueous organic solvent; And (D) halogen substituted aromatic hydrocarbons.
  • the present invention provides (A) fullerene or a salt thereof; (C) a non-aqueous organic solvent; And (D) relates to a non-aqueous electrolyte containing a halogen-substituted aromatic hydrocarbon.
  • an organic solvent and an ionic liquid may be optionally further added.
  • the present invention relates to a supercapacitor including a current collector, an electrode, and a non-aqueous electrolyte, and the electrode may be provided with an electrode having both polarization or polarity and conductivity.
  • the fullerene corresponding to the electrolyte serves to maintain the persistence of charge and to suppress natural discharge by intercalation by ⁇ - ⁇ interaction of halogen-substituted aromatic hydrocarbons.
  • Fullerene is a pentagon of five carbons and a hexagon of six carbons combined in a spherical spherical shape to form a hollow.
  • fullerenes depending on the number of carbons used.
  • fullerenes such as C60, C70, C72, C76, C78, C82, C84, C90, C94, and C96 are possible, but C60 consisting of 20 hexagons and 12 pentagons is best.
  • the C60 is extremely stable physically and chemically by its structural characteristics, and has excellent mobility due to spherical symmetry, thereby improving stability and charge / discharge characteristics.
  • the first reaction is performed by reacting before the fullerene during the filling, and the second filling is performed by the fullerene reaction.
  • the ionic liquid polymer may have the form of a dipole type (dual polymer), a cationic polymer, an anionic polymer, a copolymer or a polymer blend, preferably an anionic polymer. Is used, but is not limited thereto.
  • the polymer moves little and only the ion-containing fullerene moves, which is excellent in restoring (discharging) characteristics such as accumulating energy in the spring, and fast charging.
  • the ionic liquid polymer may be 50 to 300 parts by weight, preferably 100 to 250 parts by weight, more preferably 90 to 120 parts by weight, more than 300 parts by weight based on 100 parts by weight of fullerene. If it is difficult to control the concentration, there is a problem in the case of less than 50 parts by weight of the filling reaction may not be made smoothly, the ratio of the ion phospho fullerene which is quite expensive is relatively high is not preferable.
  • the ionic liquid polymer according to the present invention has the advantages of being able to withstand a wide temperature change (-50 to 400 ° C.) as well as a pressure change, having the advantage of being able to withstand in a vacuum, and increasing the amount of dislocation.
  • It is preferably of the gel type or solid type, more preferably cationic polymer, anionic polymer or bipolar polymer.
  • the gel or the solid type electrolyte can be used because the polymer is made of spherical symmetry and can have high mobility even in the gel type electrolyte.
  • the ionic liquid polymer is Cl and the cationic polymer of the formula (1) or the formula 2 -, Br -, BF 4 -, PF 6 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, HPO 3 R 11- ( where , R 11 is a C 1 ⁇ C 6 alkyl group) and COOH - may be used a cationic ion polymer having one or more anions selected from the group consisting of.
  • R in formulas 1 and 2 is a hydrogen atom, alkyl, cycloalkyl, allyl, aryl or alkylaryl, wherein alkyl is C 1 -C 6 , cycloalkyl is C 3 -C 10 , allyl is C 2 -C 20, Aryl is C 6 -C 20 and n is an integer from 5,000 to 30,000.
  • the ionic liquid polymer is an anionic polymer of formula 6 and R 4 -P + (where R is a hydrogen atom, alkyl, cycloalkyl, allyl, aryl or alkylaryl, wherein alkyl is C 1 -C 6 , Cycloalkyl may be C 3 -C 10 , allyl is C 2 -C 20, and aryl is C 6 -C 20 .
  • N in the formula (3) is an integer of 5,000 to 500,000.
  • the ionic liquid polymer may be a dual polymer of formula (4).
  • a - is a SO 3 - or PO 3 H - or CO 2 -, n is an integer of from 5,000 to 300,000.
  • the non-aqueous organic solvent serves to suppress internal resistance.
  • the non-aqueous organic solvent may be a cyclic carbonate, a chain carbonate or a mixture of a cyclic carbonate and a chain carbonate.
  • the cyclic carbonate is the cyclic carbonate is ethyl carbonate (EC). Selected from the group consisting of propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), ⁇ -butyrolactone, and mixtures thereof It may be one or more carbonates, preferably ethylene carbonate or propylene carbonate.
  • Examples of the chain carbonate used in the present invention include dimethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, n-butyl methyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, ethyl propyl carbonate, ethyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate and fluorodimethyl.
  • halogen-substituted aromatic hydrocarbons have no intercalation in the electrolyte, and power density is generated by the dipole moment between carbon and halogen atoms, and internal resistance is generated.
  • the filling is performed by first reacting the dipole moment of the solvent in the electric field, and the filling is performed by the ion-containing fullerene in the second order. ⁇ - ⁇ bonds formed in an instant are charged by dipoles, and then ion-containing fullerenes are moved and charged. At the time of discharge, it discharges first by the dipole moment of a solvent, and then discharges by ion-containing fullerene. Since the two charges proceed in this way, there is an effect that the power density is increased as a result.
  • Intercalation solves the problems of existing EDLCs, namely small capacity and short duration. Intercalation occurs by ⁇ - ⁇ interactions and occurs at carbonaceous electrodes with ⁇ electrons.
  • the ionic liquid polymer may be 0.5 to 50 parts by weight, and the ion-containing fullerene may be added to 0.5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed weight of the non-aqueous organic solvent and the halogen-substituted aromatic hydrocarbon. .
  • the weight ratio of the non-aqueous organic solvent and the halogen-substituted aromatic hydrocarbon may be 1: 0.5 to 5, preferably 1: 1 to 5, and most preferably 1: 1.
  • the weight ratio is less than 1: 0.5, there is a problem that it is difficult to control the internal resistance, and when it exceeds 1: 5, there is a problem that the concentration control is difficult.
  • the halogen-substituted aromatic hydrocarbon chloronaphthalene and the organic solvent propylene carbonate are mixed in a 1: 1 ratio.
  • the halogen substituted aromatic hydrocarbon is preferably selected from the group consisting of halogen substituted benzene, halogen substituted naphthalene and halogen substituted anthracene.
  • Halogen is F, Cl, Br or I.
  • the halogen substituted benzene may be represented by the formula (1).
  • R 1 to R 6 each independently are a C 1 ⁇ C 6 alkyl group, a halogen or a C 1 ⁇ C 6 substituted with a halogen atom alkilgiyi unsubstituted, are necessarily substituted with one or more halogen.
  • the halogen substituted naphthalene may be represented by the formula (6).
  • R 1 to R 8 each independently are a C 1 ⁇ C 6 alkyl group, a halogen or a C 1 ⁇ C 6 substituted with a halogen atom alkilgiyi unsubstituted, are necessarily substituted with one or more halogen.
  • the halogen substituted anthracene may be represented by the formula (7).
  • R 1 to R 10 are each independently selected from unsubstituted C 1 ⁇ C 6 alkyl group, a halogen or a halogen atom being substituted with C 1 ⁇ C 6 alkilgiyi, and be substituted one or more halogen.
  • monohalo-benzene, dihalo-benzene, trihalo-benzene, monohalo-naphatalene, dihalo-benzene (diharo-naphatalene) or trihalo-naphatalene can be used, more preferably chlorobenzene, 1,2-chlorochloro, 1,2-3 -Trichlorobenzene (1,2-3-trichlorobenzene), 1,2,4-trichlorobenzene (1,2,4-Trichlorobenzene), chloronaphthalene, 1-chloronaphatalene, 1-fluoro
  • chlorobenzene 1,2-chlorochloro, 1,2-3 -Trichlorobenzene (1,2-3-trichlorobenzene)
  • 1,2,4-trichlorobenzene 1,2,4-trichlorobenzene
  • chloronaphthalene 1-chloronaphatalene
  • 1-fluoro 1-fluoro
  • the halogen-substituted aromatic hydrocarbons increase the internal resistance, while the non-aqueous electrolyte solution lowers the internal resistance.
  • the charge and discharge characteristics can be controlled by controlling the internal resistance.
  • the non-aqueous electrolyte solution is a 1: 1 mixture of the non-aqueous organic solvent and the halogen-substituted aromatic hydrocarbon, 0.1 to 80 parts by weight, preferably 0.1 to 50 parts by weight, More preferably, it may be 5 to 20 parts by weight.
  • the non-aqueous electrolytic solution is a 1: 1 mixture of the non-aqueous organic solvent and the halogen-substituted aromatic hydrocarbon, and 0.1 to 50 parts by weight of the ionic populene and 1 to 50 parts by weight of the ionic liquid polymer are further added to the mixture. May be included.
  • chloronaphthalene which is a halogen-substituted aromatic hydrocarbon
  • propylene carbonate which is an organic solvent
  • the supercapacitor according to the present invention includes the nonaqueous electrolyte solution, the current collector, the electrode, and the separator.
  • the current collector 10 is composed of a positive electrode (+) current collector and a negative electrode (-) current collector that are disposed opposite, these are aluminum (Al), copper (Cu), gold (AU) or other various species It can be made of a metal, but in the present invention, it is preferable to use copper as a positive electrode current collector, aluminum as a negative electrode current collector.
  • the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are in the form of facing each other, so that the electrodes are bonded to each other, if necessary, it may also be configured as a coating, deposition method.
  • the electrode 20 of the present invention may be configured to be polarizable and / or conductive, and may be provided in one supercapacitor in the same form or in different forms.
  • any one of the electrodes bonded to the positive electrode current collector or the negative electrode current collector may be configured as a polarizable electrode, and an electrode having both polarity and conductivity may be bonded to the opposite current collector.
  • the electrode 20 is used any one of activated carbon, graphene, graphite or carbon nanotubes, fullerenes, Teflon, the same material or the cathode and the anode may be made of different materials.
  • Conductive polymer materials may also be used, and examples thereof include polyaniline membranes, polypyrrole membranes, polythiophene membranes, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) membranes, and the like.
  • the electrode which has polarization with respect to ion-containing fullerene is comprised by bonding activated carbon and Teflon to a collector using a binder, or bonding so that graphene or fullerene may have polarization.
  • An electrode having polarity and conductivity with respect to fullerene is formed by bonding an activated carbon, graphene, carbon nanotube, or fullerene to the current collector so as to have polarity and conductivity.
  • Porous activated carbon having polarity is made by carbonizing coconut fiber.
  • an electrode having polarization with respect to ion-containing fullerene is produced.
  • activated carbon having polarity and conductivity with respect to ion-containing fullerene is made by doping a polarized activated carbon with a halogen element such as iodine (I3).
  • an electrode having polarity and conductivity with respect to ion-containing fullerene is made.
  • the graphene applied to the present invention is a material in which carbon is connected to each other in the form of a hexagon to form a honeycomb two-dimensional planar structure.
  • electrons flow in the xy axis, which is a two-dimensional plane. It can be conductive, but the z-axis is a non-conductive material.
  • carbon nanotubes may be used.
  • the carbon nanotubes are hexagonal shapes of six carbons connected to each other to form a tubular shape.
  • the carbon nanotubes may have different diameters according to synthetic conditions.
  • the chirality may be controlled to control electrical characteristics, and the carbon nanotubes may be made to have only polarity with respect to the ion-containing fullerene, or may have both polarity and conductivity. Therefore, when growing carbon nanotubes on a current collector, the chirality is controlled so that there is no conductivity, and an electrode having only polarity with respect to the ion-pooferene is made. It is possible to make an electrode having both conductivity.
  • Carbon nanotubes exhibit electrical characteristics such as semiconductors or metals according to their respective forms.
  • fullerene may be used as the electrode 20.
  • the fullerenes can bind fullerenes by irradiating a laser.
  • Figure 6a shows that the two fullerenes are combined
  • Figures 6b and 6c shows the combined in the x-y plane.
  • Fullerenes in which two or more fullerenes are combined have different electrical conductivity depending on the coupling direction and the voltage applied thereto, thereby making it possible to make an electrode having only polarity or an electrode having both polarity and conductivity.
  • the fullerene may be bonded to the current collector by using the property that the fullerene is adsorbed on the surface of copper (Cu) or gold (Au). That is, when fullerene is placed on the mirror surface of copper (Cu) or gold (Au) having a Miller index, as shown in FIG. 7, gold or copper (Cu) in which fullerene is used as a current collector. Is used to form a fullerene electrode on the current collector.
  • fullerene can also be bonded on a collector using a binder.
  • the supercapacitor of the present invention includes a separator.
  • the separator preferably has high electron insulating property, excellent wettability of the electrolyte solution, high ion permeability, and needs to be electrochemically stable within the applied voltage range.
  • the material of the separator is not particularly limited, but includes paper made of rayon or manila hemp; Polyolefin porous film; Polyethylene nonwovens; Polypropylene nonwovens etc. are used preferably.
  • the present invention may be used as a separator, carbon nanotubes, fullerenes and the like.
  • the electrolyte according to the present invention may further include the following ionic liquid and an organic solvent, and as an example, as the ionic liquid,
  • N- (methoxyethyl) -1-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide N- (Methoxyethyl) -1-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide
  • N N-Dimethylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide
  • N N-Dimethylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide
  • N-Butyl-1-methylpyrrolidinium (trifluoromethylsulfonyl) imide N-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide
  • N-Butyl-4- (N ', N'-dimethylammonium) pyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide N-Butyl-4- (N', N'-dimethylammonium) pyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
  • N-butyl-4- N ', N'-dimethylammonium pyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide
  • N-Ethyl-4- N', N'-dimethylammonium pyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide
  • N-ethyl-N, N-dimethyl-2-methoxyethyl ammonium tris penentafluoroethyl
  • N-Ethyl-N, N-dimethyl-2-methoxyethyl ammonium tris penentafluoroethyl
  • N-Methyl-Nn-propylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide N-Methyl-Nn-propylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide
  • Pentamididazolium hexafluorophosphate Pentamididazolium hexafluorophosphate (Pentamethylimidazolium hexafluorophosphate)
  • Pentamididazolium Iodide Pentamididazolium Iodide (Pentamethylimidazolium iodide)
  • Tetrabutylammonium Perchlorate Tetrahexylammonium perchlorate
  • Glycerol (glycerol (1,2,3-propanetriol))
  • HMPA Hexamethylphosphoric acid triamide
  • N, N-dimethylacetamide N, N-diethylacetamide
  • Pentadecane penentadecane
  • the electrolyte solution for supercapacitors of the present invention usually maintains stable characteristics in a temperature range of -20 to 50 ° C.
  • the electrolyte of the present invention may be applied to an electric double layer supercapacitor or a pseudo capacitor, and may constitute a supercapacitor for various aspects and uses.
  • the present invention can produce a supercapacitor using a nonaqueous electrolyte and an electrode.
  • the supercapacitor of the present invention is composed of a current collector 10, an electrode 20, and a non-aqueous electrolyte, and the current collector is composed of a cathode current collector made of copper (CU) and aluminum (Al).
  • Each current collector may be selectively bonded to the electrode 20 having both polarity or polarity and conductivity.
  • the electrode having polarization and conductivity can be made by doping iodine which is a halogen element.
  • the non-aqueous electrolyte solution may include (A) fullerene or a salt thereof; (B) an ionic liquid polymer; (C) a non-aqueous organic solvent; (D) halogen substituted aromatic hydrocarbons.
  • the non-aqueous organic solvent and the halogen-substituted aromatic hydrocarbon are mixed 1: 1, and an electrolyte solution containing 0.1 to 50 parts by weight of a fullerene salt as an electrolyte is added to 100 parts by weight of the organic solvent mixture.
  • Another embodiment is a 1: 1 mixture of the non-aqueous organic solvent and the halogen-substituted aromatic hydrocarbon, 0.1 to 50 parts by weight of a fullerene salt as an electrolyte and 100% by weight of the organic solvent mixture and the cation polymer or anionic or dual polymer One to 50 parts by weight of any one ionic liquid polymer is filled with a non-aqueous electrolyte.
  • CV 8 shows a cyclic voltammetry (CV) curve of fullerene. As shown in the figure, reduction and oxidation of electrons are performed along the CV curve. That is, after the charge is made by entering electrons at each point indicated by the arrows 1 to 5, the electrons are discharged one by one at the points indicated by the arrows 6 to 10.
  • CV cyclic voltammetry
  • the first charge is first made by the ionic liquid polymer, the fullerene moves to the second charge, and the third charge is caused by the molecular orbit of the fullerene. It will be charging energy.
  • the amount of charge to be charged is six times the amount of charge by the lithium ion.
  • charging and discharging are performed using 1 nm C60 fullerene, which significantly increases the energy storage density.
  • the discharge is made through the reverse process as when charging. That is, after the discharge is made along the paths of 6 to ⁇ graph of FIG. 6, the charge charged by the lithium ions is also discharged, and the above-described process is repeated to perform the charging process and the discharging process.
  • the supercapacitor of the second embodiment relates to a hybrid supercapacitor.
  • each of the molecular orbitals may contain one electron.
  • ions contained in the ion-containing fullerene are initially included (33 After the primary charging by), the secondary charging by the molecular orbital of the ion-containing fullerene occurs to charge more electrical energy.
  • the charged electrical energy is discharged through the reverse process.
  • copper (Cu) is used as the positive electrode current collector
  • aluminum (Al) is used as the negative electrode current collector
  • activated carbon is bonded to the current collector to form a positive electrode and a negative electrode
  • the activated carbon electrode is a halogen element.
  • Doping the iodine (I3) will be described with an example that each electrode is configured to have both polarization and conductivity with respect to the ion-containing fullerene.
  • C60 is used as the fullerene and lithium ion-containing fullerene (Li @ C60) in which lithium (Li) ions are injected into the C60 fullerene is described as an example.
  • Li @ C60 lithium ion-containing fullerene
  • embodiments of the present invention will be described by using an example of a non-aqueous electrolyte containing an electrolyte, the electrolyte is used for the ion-containing fullerenes, ionic liquid polymer, non-aqueous organic solvent, and halogen-substituted aromatic hydrocarbons, Will be explained.
  • the activated carbon is bonded to the anode current collector 10 made of aluminum and the cathode current collector 10 'made of copper with a binder, and then doped with iodine which is a halogen element. Electrodes 20 and 20 'having polarization and conductivity are made.
  • a non-aqueous organic solvent propylene carbonate and chloronaphthalene, which is a halogen-substituted aromatic hydrocarbon are mixed at a ratio of 1: 1, and 0.1-50 parts by weight of the ionic pore fullerene and 1-50 parts by weight of the ionic liquid polymer are contained in this mixture.
  • a nonaqueous electrolyte solution is used.
  • the electrolyte is filled between the electrodes 20 and 20 'and then sealed with a case 40 to make a hybrid supercapacitor according to the present embodiment.
  • FIG. 11A shows a discharge state.
  • lithium ion-containing fullerene 31 and anion 32 are randomly distributed, as shown in the figure.
  • the degenerate present in the lithium ion containing fullerene 31 is completed.
  • the tertiary charging is performed by the molecular orbital.
  • the first charge is first performed by the ionic liquid polymer, and the lithium ion containing fullerene (31) is moved to the negative electrode (20) by the electric field, so that the lithium ion contained in the lithium ion containing fullerene (31). Secondary charging is achieved by polarization. At this time, the polarity of the negative electrode 20 is used.
  • the amount of charge to be charged is six times the amount of charge by the lithium ion.
  • charging and discharging are performed using 1 nm C60 fullerene, which significantly increases the energy storage density.
  • the charge and discharge characteristics can be controlled by controlling the components and the component ratio of the electrolyte solution.
  • the discharge is made through the reverse process as when charging. That is, after the discharge is made along the path of 6 to ⁇ graph of FIG. 6, the charge charged by the lithium ions is also discharged. The above process is repeated to perform the discharge process.
  • the positive electrode and the negative electrode were made using activated carbon and then doped with a halogen element so as to have polarization and conductivity with respect to the ion-containing fullerene, but the technical spirit of the present invention is not limited thereto.
  • the electrode can be configured to have polarity and conductivity such as graphene, carbon nanotubes, or fullerenes.
  • one electrode may be configured to have good charging characteristics, and the other electrode may be configured to have good discharge characteristics.
  • the ion-containing fullerene is configured using C60 fullerene, but the technical spirit of the present invention is not limited thereto.
  • fullerenes such as C60, C70, C72, C78, C82, C90, C94, and C96 may be used, as well as the fullerene salt may be used to configure the technical idea of the present invention.
  • the present invention can constitute a vacuum supercapacitor.
  • the present invention relates to a vacuum chamber and an electrolyte filled in the vacuum chamber.
  • the present invention provides a vacuum in which a vacuum chamber, an ion-containing fullerene filled in the vacuum chamber, a current collector bonded to an inner surface of the vacuum chamber, and an electrode having both polarization or polarity and conductivity are selectively provided. It relates to a hybrid supercapacitor.
  • the electrodes 20 and 20 ' are respectively formed in the current collectors 10 and 10' in the vacuum chamber 40, and filled between the electrodes 20 and 20 '. Consisting of an electrolyte 30.
  • the current collectors 10 and 10 ' are made of a metal such as aluminum (Al) or copper (Cu) as described above, and both current collectors 10 and 10' facing each other are made of the same material, or each It can be composed of other materials.
  • the first current collector 10 may be made of aluminum
  • the second current collector 10 ′ may be made of copper.
  • any one of the first electrode 20 formed on the first current collector 10 and the second electrode 20 'formed on the second current collector 10' has both polarization and conductivity with respect to the ion-containing fullerene.
  • the other may be configured to have only polarity with respect to the ion-containing fullerene or may be configured to have both polarity and conductivity.
  • the vacuum supercapacitor of the present invention has a basic configuration of a vacuum chamber, an electrode, a current collector, and an electrolyte.
  • the current collectors 10 and 10 ' are configured to be bonded or deposited on the inner or outer surface of the vacuum chamber to be described later.
  • the current collectors 10 and 10' are made of a metal having a difference in ionization potential.
  • the present invention is easy to purchase in the order of potential consisting of Au-Pt-Ag-Cu-H2-Pb-Sn-Ni-Co-Cd-Fe-Cr-Zn-Al-Mg-Na-Ka, and is easy to process.
  • This excellent copper and aluminum are used.
  • copper (Cu) is used as the positive electrode current collector
  • aluminum (Al) is used as the negative electrode current collector
  • the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are joined to surfaces facing each other in the vacuum chamber, respectively.
  • the electrode according to the present invention comprises a first electrode and a second electrode provided on the opposite side.
  • the first and second electrodes 20 and 20 ′ may be configured by bonding or growing to a current collector, and an electrode having both polarity or polarity and conductivity may be selectively configured.
  • the first and second electrodes are based on activated carbon, and any one of graphene, graphite, carbon nanotubes, fullerene, and teflon may be used.
  • the activated carbon may be made of sawdust activated carbon, yashigara activated carbon, pichcokes activated carbon, phenol resin activated carbon, polyacrylonitrile activated carbon, cellulose activated carbon, or the like. Ruthenium oxide, manganese oxide, cobalt oxide, and the like. Conductive polymer materials may also be used, and examples thereof include polyaniline membranes, polypyrrole membranes, polythiophene membranes, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) membranes, and the like.
  • activated carbon or Teflon is bonded to the current collector using a binder, or it is preferable to bond the graphene or fullerene so as to have polarity.
  • Porous activated carbon with polarity is made by carbonizing coconut fiber.
  • the activated carbon thus produced is bonded to a current collector using a binder to form an electrode having polarity.
  • the electrode of the present invention may be composed of an electrode having both polarization and conductivity.
  • activated carbon having polarity and conductivity is made by doping an activated carbon having polarity with a halogen element such as iodine (I3).
  • Electrode according to the present invention is also composed of carbon nanotubes, graphene, fullerene, preferably made of polarity, but in some cases made of an electrode having both polarity and conductivity is bonded to the current collector by the bonding agent Can be.
  • Carbon nanotubes are already known, the hexagonal shape consisting of six carbons are connected to each other to form a tubular shape can vary the diameter of the tube according to the synthetic conditions.
  • the chirality can be controlled to control electrical properties, which can be used to make the carbon nanotubes have only polarity with respect to ion-containing fullerenes, or have both polarity and conductivity. Therefore, when growing carbon nanotubes on a current collector, the chirality is controlled so that there is no conductivity, and an electrode having only polarity with respect to the ion-pooferene is made. It is possible to make an electrode having both conductivity.
  • Carbon nanotubes exhibit electrical characteristics such as semiconductors or metals according to their respective forms.
  • Graphene is a material in which carbon is connected to each other in a hexagonal shape to form a honeycomb two-dimensional planar structure. As shown in the drawing, electrons can flow through the xy axis, which is a two-dimensional plane, and thus has conductivity. As a non-conductive material.
  • Fullerene can also bind fullerenes when irradiated with a laser.
  • Figure 6a shows that the two fullerenes are combined
  • Figures 6b and 4c shows the combined in the x-y plane.
  • Fullerenes in which two or more fullerenes are combined have different electrical conductivity depending on the coupling direction and the voltage applied thereto, thereby making it possible to make an electrode having only polarity or an electrode having both polarity and conductivity.
  • the fullerene may be bonded to the current collector by using the property that the fullerene is adsorbed on the surface of copper (Cu) or gold (Au). That is, when fullerene is placed on the Miller surface of copper (Cu) or gold (Au) having a Miller index, as shown in the drawing, gold (Cu) or copper (Cu) in which fullerene is used as a current collector It is adsorbed on to use it to form a fullerene electrode on the current collector.
  • fullerene can also be bonded on a collector using a binder.
  • a separator may be interposed between the first and second electrodes.
  • the separator according to the present invention preferably has high electron insulation, excellent wettability of the electrolyte solution, high ion permeability, and needs to be electrochemically stable within the range of applied voltage.
  • the material of the separator is not particularly limited, but includes paper made of rayon or manila hemp; Polyolefin porous film; Polyethylene nonwovens; Polypropylene nonwovens etc. are used preferably.
  • the present invention may be used as a separator, carbon nanotubes, fullerenes and the like.
  • Vacuum chamber according to the present invention is to be formed of any one of silicon carbide, glass, quartz or plastic, non-ferrous metal, in the present invention, it is preferable to mold the vacuum chamber using silicon carbide.
  • the vacuum chamber of the present invention may be manufactured in a cylindrical, square, polygonal or other various shapes as well as in a geometric structure. This will be described later.
  • the supercapacitor of the present invention using the vacuum chamber comprises the steps of: forming a vacuum chamber with hydrocarbons; bonding a current collector to an inner surface of the vacuum chamber; forming an electrode on the current collector; Injecting the ion-encapsulated fullerene, the vacuum step and the sealing step.
  • the present invention provides a method of forming a vacuum chamber with hydrocarbon or glass, installing a current collector on a base plate, forming a polarizable electrode on the current collector, and assembling the base plate to the vacuum chamber. And a current collector to be fitted into the vacuum chamber, thermally fusion bonding the base plate and the vacuum chamber, the vacuum step, and the sealing step.
  • the present invention has the characteristic that the anion and cation of the electrolyte injected during the vacuum operation to extract the air does not flow to the outside by interacting with each other. Therefore, the present invention can proceed with the vacuum naturally without the outflow of the electrolyte.
  • FIG. 13 and 14 show an example of a vacuum chamber according to the present invention.
  • FIG. 13 is a configuration in which an expansion pipe 14 is provided at an upper portion thereof, and a bottleneck 16 is provided at a lower portion of the expansion pipe 14, and a vacuum pump is connected to the expansion pipe in a state in which an electrode is formed therein. Pull out, apply heat to the bottleneck after welding and seal by welding
  • the bottom surface is opened in the vacuum chamber of FIG. 14, the current collector and the electrode are formed through the opening of the bottom surface, and then heat-sealed and sealed with a bottom plate of the same material.
  • the present invention provides a vacuum member having an open bottom, allowing the electrode to be accommodated using a base plate, and then thermally fusion bonding the base plate and the vacuum member.
  • a base plate made of glass or the like is formed, and a positive electrode current collector and a negative electrode current collector are placed on the base plate to constitute it.
  • a polarizable electrode is bonded to each of the positive electrode and the negative electrode current collector.
  • ion-containing fullerene is injected into the electrode member.
  • the base plate is fitted to the bottom opening of the vacuum member, and the positive electrode collector and the negative electrode collector are positioned inside the vacuum chamber, and the base plate and the open portion are thermally fused. After the extraction through the expansion pipe provided in the base plate is to manufacture a supercapacitor.
  • the present invention has been described that the negative electrode and the positive electrode current collector is bonded or housed in the vacuum chamber, in some cases, the current collector and the electrode of several layers are put in the vacuum chamber in a coiled or concentric state Naturally, the current collector in the form of a plate and a plurality of electrodes may also be fitted.
  • the electrolyte includes ion-containing fullerenes, in particular lithium-ion-full fullerenes.
  • the ions contained in the C60 fullerene according to the present invention are preferably metal ions, especially alkali metal ions. These ions include lithium, sodium, potassium, cesium, magnesium, calcium, strontium, and the like.
  • metal ions especially alkali metal ions.
  • These ions include lithium, sodium, potassium, cesium, magnesium, calcium, strontium, and the like.
  • an electric field is applied between the two electrodes. It is easy to move.
  • Li + @ C 60 (where @ means an inclusion polymer)
  • Li + @ C 70, Li + @ C 76 or Li + @ C 84 can be preferably used.
  • Such anions are more preferably ions having a diameter smaller than the size of the pores formed when the ion-containing fullerene or ion-containing fullerene salt is laminated. In this case, halogen is preferable, and F ⁇ is particularly preferable.
  • a generally known method may be used. For example, Li + @ C60] [PF 6 - a] [Li + @ C60] [ F - If you want to replace it with a] can be used a method generally known as shown in the following.
  • Another method is to use an ion exchange resin.
  • the ion-containing fullerene of the present invention is made using the arc discharge method.
  • energy may be supplied to ions to be implanted by using plasma generating means, and ion-encapsulated fullerenes may be produced by using the action of plasma and magnetic field.
  • a supercapacitor may be made using ionic inclusion fullerene, and a supercapacitor may also be made using ionic inclusion fullerene salt.
  • the ion-containing fullerene salt may be subjected to, for example, cluster decomposition, removal of dissolved solids, precipitation, removal of generated salts, removal of empty fullerenes, extraction of atomic-containing fullerene cations, solid precipitation, solid recovery, crystallization, and recovery of crystals.
  • copper (Cu) is used as the positive electrode current collector
  • aluminum (Al) is used as the negative electrode current collector
  • activated carbon is bonded to the current collector to form a positive electrode and a negative electrode
  • the activated carbon electrode is a halogen element.
  • Doping the iodine (I3) will be described with an example that each electrode is configured to have both polarization and conductivity with respect to the ion-containing fullerene.
  • C60 is used as the fullerene and lithium ion-containing fullerene (Li @ C60) in which lithium (Li) ions are injected into the C60 fullerene is described as an example.
  • electrolyte containing an electrolyte
  • the electrolyte is used for the ion-containing fullerenes, ionic liquid polymer, non-aqueous organic solvent, and halogen-substituted aromatic hydrocarbons, Will be explained.
  • the vacuum chamber 40 is constituted, current collectors 10 and 10 'are installed in the vacuum chamber 40, and the negative electrode current collector 10 made of aluminum and copper are used.
  • the activated carbon on the positive electrode current collector 10 'with a binder, iodine, a halogen element is doped to form electrodes 20 and 20' having polarity and conductivity.
  • the electrolyte is filled between the electrodes 20 and 20 'and then sealed with a case 40 to make a hybrid supercapacitor according to the present embodiment.
  • the lithium ion-containing fullerene 31 and the anion 32 are randomly distributed.
  • the lithium ion-encapsulated fullerene 31 is moved to the negative electrode 20 by an electric field, and primary charging is performed by the polarization of lithium ions contained in the lithium-ion-encapsulated fullerene 31. At this time, the polarity of the negative electrode 20 is used.
  • the amount of charge to be charged is six times the amount of charge by the lithium ion.
  • charging and discharging are performed using 1 nm C60 fullerene, which significantly increases the energy storage density.
  • the charge and discharge characteristics can be controlled by controlling the components and the component ratio of the electrolyte solution.
  • the discharge is made through the reverse process as when charging. That is, after the discharge is made along the path of 6 to ⁇ of FIG. 8, the charge charged by the lithium ions is also discharged, and the above process is repeated to perform the discharge process.
  • the iontophorus fullerene salt may be, for example, subjected to cluster decomposition, dissolution solids removal, precipitation, salt removal, co-fullerene removal, atomic inclusion fullerene cation extraction, solid precipitation, solid recovery, crystallization, and crystallization. It is made through the recovery process.
  • the present invention can manufacture a vacuum supercapacitor using an electrolyte and a vacuum chamber.
  • a vacuum supercapacitor is demonstrated as an example.
  • Vacuum chamber 12 according to the present invention is manufactured by molding any one of silicon carbide, glass, quartz, synthetic resin, or non-ferrous metal, in the present invention is produced by molding silicon carbide.
  • the vacuum chamber 12 has a configuration in which an injection tube 16 extends at an upper portion thereof, and a bottleneck 14 is provided at a lower portion of the injection tube 16, and a bottom surface of the vacuum chamber 12 is formed to easily form a current collector and an electrode as necessary. Open forms are also possible.
  • a vacuum chamber is formed from hydrocarbon or glass, a current collector is placed on the upper surface of the glass and hydrocarbon base plate provided separately, and a polarizable electrode is bonded to the current collector. And assembling the base plate to the bottom opening of the vacuum chamber so that a current collector is fitted into the vacuum chamber, and thermally fusion bonding the base plate and the vacuum chamber, the vacuum step, and the sealing step.
  • the current collector is bonded to the inner surface of the vacuum chamber, and the negative electrode current collector and the positive electrode current collector are located on opposite sides of each other.
  • Electrodes are bonded to each of the current collectors, and the electrodes are polarized, and may be made of the same material or different materials. In the present invention, activated carbon is used.
  • ion-containing fullerenes in particular lithium-ion-containing fullerenes, are used and injected into the vacuum chamber through the injection tube.
  • a valve connected to the vacuum pump is installed in the injection tube of the vacuum chamber, and the valve is opened to remove the air.
  • the electrolyte is not leaked to the outside by the negative electrode and the positive electrode interaction with each other, the valve is closed after the vacuum operation, and then heated and welded to the bottleneck to seal.
  • the present invention uses a vacuum chamber with a very high charging voltage and a lithium ion-containing fullerene with good mobility, which enables charging from a very low voltage up to several hundred thousand kV, as well as dramatically improving the charging capacity. It improves characteristics and discharge characteristics, and has the advantage of being physically and chemically stable.
  • the fourth embodiment also relates to a vacuum supercapacitor.
  • This fourth embodiment is similar to the third embodiment.
  • carbon nanotubes are used as electrodes.
  • the carbon nanotube electrode is inserted into the vacuum chamber in a state where the carbon nanotube electrode is grown in a vacuum chamber or another metal, and ion-containing fullerene is injected into the carbon nanotube, and a second electrode is formed on the opposite side of the carbon nanotube. .
  • the ion containing fullerene is preferably lithium ion containing fullerene.
  • the carbon nanotube electrode is configured to be polar
  • the second electrode is also configured to be polar
  • the carbon nanotube electrode may control chirality to control electrical characteristics
  • the second electrode may be polarized using Teflon or the like.
  • the second electrode is configured to have polarization by controlling the bonding direction of graphene, or is configured to have polarization by controlling chirality of carbon nanotubes, or to control the bonding direction of fullerene. To be polarized.
  • the supercapacitor according to the present invention may be configured in various forms, such as a square, a round, a pouch, a coin type, and an ic chip type, and they may be configured in the form of a vacuum chamber or a carbon nanotube electrode.
  • the square according to the present invention forms a basic appearance and protects the electrolyte and the electrolyte contained therein, such as iron, alloy steel, nickel plated steel, synthetic resin, and the like.
  • electrolyte and the electrolyte contained therein such as iron, alloy steel, nickel plated steel, synthetic resin, and the like.
  • Various materials may be selectively used, and basic shapes such as rectangular, square, and the like may be manufactured in any shape, such as rhombus, trapezoid, equilibrium, and triangle.
  • FIG. 16 is an example of a rectangular secondary battery used in an automobile and the like
  • FIG. 19 is a form used in a mobile phone and the like.
  • the present invention may be made of a configuration in which the electrode and the separator is erected alternately, and folded in a wound form or a jig measuring form as shown in FIG.
  • Reference numeral 200 denotes a switch.
  • This switch can be applied to all types of supercapacitors according to the invention.
  • the switch When the switch is plugged into a device to which the present invention is applied, the switch can be charged or discharged only when the switch is connected and turned on.
  • the battery of the present invention which is charged with a large capacity, is exploded by instant discharge due to external factors. It is to prevent the danger that can be done.
  • the switch can be any type such as a contact type or a push method, and may be located at any position of the gas as well as the upper surface as shown in the drawing, and it is natural that the device to which the present invention is used is provided with means for connecting to the switch.
  • Figure 20 to 22 attached shows another embodiment of the present invention.
  • This embodiment is to prepare for the charging or discharging of a large amount of energy in a short time, and has a structure in which the connection area is greatly increased.
  • a thin and narrow terminal is connected to a current collector, thereby charging and discharging.
  • the present invention is a method of increasing the connection area, and as shown in the drawing, the negative electrode current collector and the positive electrode current collector are alternately arranged so that each of the current collectors projecting to the upper and lower portions is connected to the external terminals.
  • the cap has a configuration in which a cap is covered by forcibly pressing the protruding current collector, and a wall is formed inside the cap to insert a current collector between the walls to increase the connection area.
  • This form that is, the form in which the anode current collector and the cathode current collector are alternately arranged may be applied to all embodiments.
  • the rectangular shape of such a configuration is composed of a cube or a cube, in which a current collector, an electrode, and a non-aqueous electrolyte are filled in the base.
  • the current collector 10 that is, a cathode current collector made of copper (CU), aluminum (Al) to form a negative electrode current collector, but if necessary, the negative electrode current collector and both sides of the current collector are alternately arranged Also, there is a configuration in which a connection cap is attached to each protruding portion and then connected to an external terminal.
  • CU copper
  • Al aluminum
  • Each of the current collectors is selectively bonded to the electrode 20 having both polarity or polarity and conductivity.
  • the electrode having polarization and conductivity can be made by doping iodine which is a halogen element.
  • the non-aqueous electrolyte solution includes (A) ion-containing fullerenes or salts thereof and / or (B) ionic liquid polymers; (C) a non-aqueous organic solvent; (D) halogen substituted aromatic hydrocarbons.
  • the non-aqueous organic solvent and the halogen-substituted aromatic hydrocarbon are mixed 1: 1, and an electrolyte solution containing 0.1-50 parts by weight of the electrolyte lithium ion-pofullerene is filled with respect to 100 parts by weight of the organic solvent mixture.
  • the non-aqueous organic solvent and the halogen-substituted aromatic hydrocarbon are mixed in a 1: 1 ratio, and 0.1-50 parts by weight of the electrolyte litionic ionpofullerene, a cationic polymer or an anionic polymer, or a duplex with respect to 100 parts by weight of the organic solvent mixture. It fills the non-aqueous electrolyte solution which 1-50 weight part of any one polymers further contain.
  • the ion-containing fullerene is lithium-ion-containing fullerene, and an anion corresponding thereto is included even if not described separately.
  • shape of the present invention may be applied to the carbon nanotube electrode described above.
  • the vacuum chamber 12 installed inside the rectangular gas is manufactured by molding any one of silicon carbide, glass, quartz, synthetic resin, or nonferrous metal, but in the present invention, it is manufactured by molding silicon carbide. .
  • the vacuum chamber may have an open bottom surface, and the expansion pipe may be provided on a cover that blocks the bottom surface provided on the vacuum chamber or separately provided.
  • a negative electrode current collector and a positive electrode current collector are joined to opposite sides on the inner surface of the vacuum chamber, and electrodes having both polarization or polarity and conductivity are selectively bonded to each current collector.
  • the activated carbon electrode is joined.
  • ion-containing fullerenes in particular lithium-ion-containing fullerenes, are used.
  • the bottom surface of the vacuum chamber is covered with a cover and heat-sealed.
  • a valve connected to the vacuum pump is installed in the expansion pipe of the vacuum chamber, and the valve is opened to draw out air.
  • the electrolyte is not leaked to the outside by the negative electrode and the positive electrode interaction with each other, the valve is closed after the vacuum operation, and then heated and welded to the bottleneck to seal.
  • the present invention can manufacture a supercapacitor using an electrolyte, a vacuum chamber, and carbon nanotubes formed in the vacuum chamber.
  • the current collector When the vacuum chamber is formed of silicon carbide, the current collector may be bonded to the outside of the vacuum chamber, and carbon nanotubes may be grown on the inner surface thereof to form electrodes, and at the opposite side, a current collector having a different polarity than the current collector may be formed. And a second electrode made of activated carbon is bonded to the current collector.
  • the base plate can be used in the present invention.
  • the vacuum chamber is formed of glass, and a positive electrode current collector and a negative electrode current collector that are erected thereon are connected to a base plate made of glass through a wire passing through the base plate, and any one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector.
  • the carbon nanotubes are bonded or grown to the second electrode, and the second electrode is bonded to the opposite side.
  • the supercapacitor using the vacuum chamber in the present invention preferably uses only lithium ion-containing fullerene as the electrolyte, but in some cases, the non-aqueous electrolyte solution of the present invention may be selectively injected into the vacuum chamber.
  • the body 1 is basically made circular, and 200 is the switch described above.
  • the circular supercapacitor is also preferably arranged such that the negative electrode current collector and the positive electrode current collector are alternate with each other, and a carbon nanotube electrode may be used.
  • 100 is a circular main body
  • 20 is an electrode
  • 120 and 140 are caps used on the upper and lower parts
  • E is a non-aqueous electrolyte.
  • the pouch 100 constitutes a basic appearance and protects the electrolyte and the electrolyte contained therein.
  • the plane is based on a rectangular shape, but in some cases, it may also be manufactured in a square, circular, polygonal or geometric shape.
  • the upper pouch and the lower pouch of the present invention are bonded by a bonding or compression welding or sealing method by a bonding agent, and in some cases, the third to nth pouches may be further stacked.
  • the pouch type can also be applied to the carbon nanotube electrode, it may be configured in the form of a vacuum chamber.
  • Reference numeral 20 denotes an electrode, and as described above, a configuration in which both electrodes are staggered to increase the connection area may naturally be applied.
  • 35 to 39 show that it can be fabricated without regard to shape, that is, form.
  • the present invention can be implemented freely by using the ionic poplarene and the non-aqueous electrolyte.
  • a supercapacitor in the form of an IC chip.
  • This form is provided with at least 4 and as many as 12 terminals outward of the main body portion 100.
  • This terminal consists of a charging terminal, a discharge terminal, a terminal for controlling charging and a terminal for controlling discharge.
  • a sixth embodiment according to the present invention relates to a hybrid supercapacitor having a micro charge potential capable of charging from a very small voltage to a high voltage. (See FIGS. 42-44)
  • first charge is first performed by the ionic liquid polymer, and secondary charge is caused by the ions 33 contained in the iontofullerene. After that, the third charging by the molecular orbital of the ion-containing fullerene occurs to charge more electric energy.
  • the charged electrical energy is discharged through the reverse process.
  • copper (Cu) is used as the positive electrode current collector
  • aluminum (Al) is used as the negative electrode current collector
  • activated carbon is bonded to the current collector to form a positive electrode
  • carbon nanotubes are formed on the negative electrode current collector 10.
  • the negative electrode 20 is made by growing 35.
  • C60 is used as the fullerene, and a lithium ion-incorporated fullerene (Li @ C60) in which lithium (Li) ions are injected into the C60 fullerene is described as an example, and the lithium-ion-included fullerene is the carbon nanotube. Is injected into.
  • Activated carbon is bonded with a binder on the positive electrode current collector 10 'made of copper,
  • the case 40 After filling the nonaqueous electrolyte between the electrodes 20 and 20 ', the case 40 is sealed to make a hybrid supercapacitor according to the present embodiment.
  • the non-aqueous electrolyte is a 1: 1 mixture of a non-aqueous organic solvent and a halogen-substituted aromatic hydrocarbon, and contains 0.1 to 50 parts by weight of an electrolyte lithium ion-containing fullerene based on 100 parts by weight of the mixture.
  • the lithium ion-containing fullerene is injected into carbon nanotubes.
  • the present invention is a 1: 1 mixture of the non-aqueous organic solvent and the halogen-substituted aromatic hydrocarbon, 0.1 to 50 parts by weight of the lithium ion-inpofullerene, cationic polymer or anionic polymer or dual polymer with respect to 100 parts by weight of the mixture It fills the non-aqueous electrolyte solution which 1-50 weight part of any one of polymers further contains.
  • FIG. 1A shows a discharge state.
  • lithium ion-containing fullerene 31 and anion 32 are randomly distributed as shown in the figure.
  • the ionic liquid polymer is first charged, and the lithium ion containing fullerene 31 is moved to the carbon nanotube 35 which is a part of the negative electrode 20 by an electric field, so that the lithium ion containing fullerene 31 is used. Secondary charging is performed by the polarization phenomenon of lithium ions contained in the. At this time, the polarization of the carbon nanotubes 35 is used.
  • This embodiment is a supercapacitor of a thin film having an electrode and an electrolyte, wherein one of the electrodes is made of carbon nanotubes, and a fullerene salt containing ions or a fullerene salt containing ions is formed in the carbon nanotubes. It is made by enclosing the containing electrolyte, and is filled with the ions contained in the fullerene by the electroloid attached to the living body and detecting the potential generated in the living body, and the potential detected through the electroroid. It is to be charged by.
  • the thin film supercapacitor or secondary battery according to the present embodiment is attached to a living body as shown in the figure.
  • the bioelectricity is collected through the electroroids 51 and 52, and the biopotential is stored in the secondary battery of the present invention.
  • the present invention uses a secondary battery as well as a supercapacitor, which is a capacitor that can be used in various mechanical devices, electronic devices, and electrical and electronic products including mobile phones.

Abstract

본 발명은 다음을 포함하는 캐퍼시터용 비수성 전해액: (A) 풀러렌 또는 그 염; (B) 이온액체 폴리머; (C) 비수성 유기용매; 및 (D) 할로겐 치환 방향족 탄화수소으로 이루어지고, 전극과 전해질을 갖는 슈퍼커패시터로써, 상기 전해질은 이온이 내포된 풀러렌, 또는 이온이 내포된 풀러렌 염을 포함하여 이루어져, 풀러렌에 내포된 이온에 의한 충전이 이루어지고, 풀러렌 자체에 의한 충전이 이루어짐을 특징으로 한다,

Description

수퍼캐패시터의 전해액 및 이 전해액을 이용한 슈퍼캐패시터
본 발명은 전해액 및 슈퍼캐패시에 관한 것이다. 더 상세하게는 비수성 전해액으로, 풀러렌 또는 이온내포플러렌 및 이온액체 폴리머를 전해질로 사용하고, 유기 용매로 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 첨가한 슈퍼커패시터의 전해액에 관한 것이다.
또한 본 발명은 상기 이온내포플러렌과 유기 용매를 이용하여 다양한 형태 및 구성의 슈퍼캐패시터를 제작하는 것이다.
기술이 발전함에 따라 커패시터의 에너지 밀도를 현저하게 높인 슈퍼커패시터(Supercapacitor)가 개발되어 화학배터리의 장점과 커패시터의 장점을 모두 갖는 대용량의 충전이 가능하게 되었다.
슈퍼커패시터는 화학반응을 이용하는 전해식 배터리와는 달리, 단위 셀 전극의 양단에 전압을 인가하면 전해액 내의 이온들이 전기장을 따라 이동되고, 이동된 이온이 전극 표면에 흡착되어 전하가 축전되는 전기화학적 메커니즘을 이용하는 것으로, 전해식 또는 정전기식과 구분하여 전기화학식 커패시터(Electrochemacal capacitor)라고도 한다. 이러한 슈퍼커패시터는 전극과 전해질 계면으로의 단순한 이온의 이동이나 표면화학반응에 의한 충전현상을 이용하므로, 급속 충방전이 가능하고, 높은 충방전 효율 및 반영구적인 사이클 수명이 가능하며, 전해식 배터리보다 100배 이상의 고출력이 가능하고 환경친화적이어서 전기자동차, 휴대전화, 카메라 플래시, 드론 등의 차세대 에너지저장장치로 각광받고 있다. 슈퍼커패시터는 사용되는 전극 및 메커니즘에 따라 전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor: ELDC), 유사 커패시터(Pseudo Capacitor), 하이브리드 커패시터(Hybrid capacitor) 등으로 구분된다.
전기이중층 커패시터는 전극 양단에 전위차가 가해지면 두 전극 각각에 양전하(+)와 음전하(-)가 모이고 이로 인해 전해질 내에서 각각의 전극 주위에 반대되는 전하 이온들이 모여 전기적 이중층을 형성하여 이온의 저장이 일어나는 현상을 이용한 것으로, 다공성 전극(Electrode), 전해질(Electrolyte), 집전체(Current Collector), 분리막(Separator) 및 케이스 등을 기본 구조로 하고 있다.
유사 커패시터는 전극과 전기화학 산화물 반응물의 산화환원 반응을 이용하는 커패시터로, 전기 이중층 커패시터가 전극 표면에 형성된 이중층에만 전하를 저장하는 데 비하여 전극 재료의 표면 근처까지 전하를 저장할 수 있어 높은 에너지 밀도를 갖도록 한 커패시터이다.
하이브리드 커패시터는 양극과 음극에 작동전압 영역 및 비축전용량이 서로 다른 비대칭전극을 사용함으로써, 한쪽 전극은 고용량 특성의 전극재료를 사용하고, 다른 전극은 고출력 특성의 전극재료를 사용하여 용량 특성을 개선한 것으로, 고출력 특성 손실을 최소화하고, 높은 작동 전압 및 높은 에너지 밀도를 갖도록 한 커패시터이다.
슈퍼커패시터의 용량을 더욱 증가시키고 충방전 특성을 개선시키기 위해 넓은 표면적과 높은 전도성 및 전기화학적 안정성을 갖는 전극물질과 전해질에 대한 연구가 지속적으로 이루어져 왔다.
전극의 비표면적을 높이기 위한 전극 재질 중 많은 주목을 받는 탄소전극재질로는 활성탄(Active carbon), 활성탄소섬유(Active carbon fiber), 비정질탄소(Glassy carbon), 탄소에어로젤(Carbon aerogel), 그래핀(Graphene), 탄소나노튜브(Carbon nanotube)와 같은 것이 있으며, 이러한 전극의 비표면적을 더욱 높이기 위해 다양한 방법의 가공이 이루어지고 있다. 활성탄의 경우 2~50nm의 세공과 1,000~3,000/g의 표면적을 가지며, 전기전도도가 높고 성형이 용이하여 많이 사용된다.
슈퍼커패시터의 전해질은 수용성과 비수용성(유기성)으로 구분되는데, 수용성 전해질의 경우에는 출력특성이 높은 반면 에너지 밀도가 낮다는 특징이 있으며, 유기성 전해질의 경우에는 저항특성이 낮은 반면 에너지밀도가 높다는 특징이 있다. 이러한 전해질은 용매와 용질에 따라 그 특성이 달라지며 용매의 내부저항 특성과, 용해도 특성 및 화학반응 속도를 고려하여 많은 연구가 이루어지고 있다.
커패시터용 전해액으로서, 고체상 전해질을 용매에 용해시킨 비수전해액이 알려져 있지만, 전해액의 전기 전도성은 전해질의 농도와 함께 변화하고 있다.
농도의 상승과 함께 전해액 내의 이온 농도가 증가함으로써 전기 전도도가 증가하지만 이윽고 극대점에 달한다. 전기 전도도가 극대점에 달하여 감소하기 시작하는 것은 전해액 내에 이온의 수가 늘어남에 따라 용매-이온, 이온-이온 사이의 상호 작용의 증대에 의해서 전해질이 해리되기 어려워지고, 동시에 전해액의 점도가 증가하기 때문이라고 생각된다. 전해질 농도가 더욱 증가하면 그 이상 해리할 수 없게 되어, 전해질 농도가 포화된다. 따라서 전해질 농도를 높이려고 한 경우에는 전해질이 용해되기 어려워진다고 하는 문제가 있었다. 또한 고농도의 전해질을 용해시킨 전해액을 저온 환경하에서 사용하면 염의 석출이 생겨, 전해액의 전기 전도성이 나빠지는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 다양한 유기 용매를 혼합하여 전기전도율이 높은 전해액을 얻는 것이 개시되어 있다.
한국등록특허 제10-3440607호는 분극성 전극과 전해액과의 계면에서 형성되는 전기 이중층 컨덴서의 전해액에서 사슬형 카보네이트와 에틸렌카보네이트의 혼합 용매에 트리에틸메틸 암모늄염이 용해된 용액을 포함시킴으로써 트리에틸메틸암모늄염의 이온 해리도를 너무 저하시키지 않고, 이온 이동도가 향상되어 전기 전도율이 높은 전해액이 되는 것이 개시되어 있다.
한국등록특허 제10-3156546호는 분극성 전극과 전해액과의 계면에서 형성되는 전기 이중층 컨덴서의 전해액에서 디메틸카보네이트와 프로필렌카보네이트를 함유하는 비수계 용매에 트리에틸메틸암모늄염이 용해된 용액을 사용하여 용질의 트리에틸메틸암모늄염의 이온 해리도를 저하시키지 않으면서 이온 이동도가 향상시켜 전기 전도율이 높은 전해액을 제조하는 것이 개시되어 있다.
일본공개특허 2006-351915호는 디메틸카보네이트, 에틸렌카보네이트 및 프로필렌카보네이트의 혼합 용매 중에, 스피로-(1,1')-비피롤리디늄테트라플루오로보레이트 등의 테트라플루오로붕산 제4급 스피로암모늄이 전해질로서 함유됨으로써, 점성율이 낮고, 우수한 저온 특성, 즉 저온 영역에서도 전해액이 응고되지 않고, 혼합 용매의 비유전율이 높고, 낮은 온도 범위에서 높은 전도도를 나타내고, 또한 장기간 신뢰성이 우수한 전기 이중층 커패시터가 개시되어 있다.
국제공개특허 WO2005-003108호는 피롤리딘 골격과 N,O-아세탈 골격 구조를 분자 내에 갖는 제4급 암모늄염을 전해질로 사용함으로써, 전기 전도성 및 내전압이 높은 전해액을 제조하는 것이 개시되어 있다.
그러나 상기 유기 화합물의 첨가에 따른 성능의 상승효과가 있으나, 첨가한 화합물 자체의 안정성이 떨어져 저항의 상승과 이로 인한 출력의 저하 및 용량 유지 및 회복에 대하여 문제가 있다.
따라서 안정성을 유지하면서 커패시터의 고율 충방전 특성을 개선할 수 있는 첨가제의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 풀러렌 또는 그 염 및 이온액체 폴리머를 전해질로 사용하고, 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 용매에 첨가하여 자연방전을 억제시켜 충전의 지속성을 상승시킴으로써 용량 유지율 및 용량 회복률을 상승시키고, 전해액의 안정성을 현저히 상승시키는 슈퍼커패시터용 전해액 및 이를 포함하는 슈퍼커패시터를 제공하는 데 있다.
또한 본 발명은 슈퍼커패시터의 충방전 성능이 우수한 슈퍼커패시터용 비수성 전해액을 제공하며, 나아가 충전 용량과 에너지 저장 밀도를 비약적으로 향상시키고, 충전 특성 및 방전 특성을 크게 향상시킨 슈퍼커패시터를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (A) 풀러렌; (B) 이온액체 폴리머; (C) 비수성 유기용매; 및 (D) 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 포함하는 슈퍼커패시터용 비수성 전해액을 제공한다.
본 발명은 또한, 양극, 음극 및 상기 비수성 전해액을 포함하는 슈퍼커패시터를 제공한다.
본 발명에 따른 비수성 전해액은 슈퍼커패시터의 자연방전을 억제시켜 충전의 지속성을 상승시킴으로써 용량 유지율 및 용량 회복률을 상승시키고, 전해액의 안정성을 현저히 향상시키는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 슈퍼커패시터는 집전체와, 전극과, 비수성 유기 용매와 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 포함하고, 여기에 전해질로 풀러렌와 이온액체폴리머를 포함하는 것으로,
낮은 전압에서 순간 충전 및 순간 방전이 가능하고, 내구성이 뛰어나며, 용해도가 높은 전해액을 사용하여 풀러렌이 응집되는 현상을 방지함으로써, 에너지 저장 용량 및 에너지 밀도를 비약적으로 향상시킬 수 있으며, 또한 풀러렌이 구형 대칭성이기 때문에 이송 속도가 대단히 빨라 순간 충전은 물론 순간 방전을 실현할 수 있는 발명이다.
도 1은 본 발명에 따른 슈퍼커패시터의 일예를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 슈퍼커패시터의 방전 상태를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 전해액의 특성을 나타낸 일측면도,
도 4a는 본 발명에 적용되는 그래핀의 구조를 나타낸 사시도,
도 4b는 본 발명에 적용되는 분극성을 갖는 그래핀 전극 형성을 위한 접합 방향을 나타낸 사시도,
도 4c는 본 발명에 적용되는 전도성을 갖는 그래핀 전극 형성을 위한 접합 방향을 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명에 적용되는 탄소나노튜브의 키랄성을 나타낸 사시도,
도 6a은 본 발명에 적용되는 풀러렌의 결합을 나타낸 구조도,
도 6b는 본 발명에 적용되는 풀러렌의 x-y 평면상의 결합을 나타낸 구조도,
도 6c는 본 발명에 적용되는 풀러렌의 x-y 평면상의 다른 결합을 나타낸 구조도,
도 7은 본 발명에 따른 금의 밀러면을 이용한 풀러렌의 흡착 과정을 나타낸 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 C60의 CV 곡선을 나타낸 그래프,
도 9 내지 48은 본 발명에 따른 슈퍼캐패시터의 예를 도시한 도면.
본 발명은 일 관점에서, (A) 풀러렌; (B) 이온액체 폴리머; (C) 비수성 유기용매; 및 (D) 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 포함하는 슈퍼커패시터용 비수성 전해액에 관한 것이다.
본 발명은 다른 관점에서, (A) 풀러렌; (C) 비수성 유기용매; 및 (D) 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 포함하는 슈퍼커패시터용 비수성 전해액에 관한 것이다.
본 발명은 또 다른 관점에서 양극, 음극 및 상기 비수성 전해액을 포함하는 슈퍼커패시터에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 슈퍼커패시터용 비수성 전해액은 (A) 풀러렌; (B) 이온액체 폴리머; (C) 비수성 유기용매; 및 (D) 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 포함한다.
본 발명에 의한 슈퍼커패시터용 비수성 전해액의 구성 성분을 상세하게 설명한다.
비수성 전해액
일 관점에서 본 발명의 비수성 전해액은 (A) 풀러렌 또는 그 염; (B) 이온액체 폴리머; (C) 비수성 유기용매; 및 (D) 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 포함하는 것이다.
다른 관점에서 본 발명은 (A) 풀러렌 또는 그 염; (C) 비수성 유기용매; 및 (D) 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 포함하는 비수성 전해액에 관한 것이다.
나아가 본 발명의 비수성 전해액은, 하기의 유기 용매와, 이온 액체가 선택적으로 더 추가될 수 있다.
또 다른 관점에서 본 발명은 집전체와, 전극 그리고 비수성 전해액을 포함하는 슈퍼커패시터에 관한 것으로, 상기 전극은 분극성 또는 분극성과 전도성을 모두 구비한 전극이 구비될 수 있다.
먼저 본 발명에 의한 비수성 전해액의 구성 성분을 상세하게 설명한다.
(A) 풀러렌 또는 그 염
본 발명에 있어서, 전해질에 해당하는 풀러렌은 할로겐 치환 방향족 탄화수소의 π-π 상호작용에 의해 인터칼레이션(intercalation)함으로써 충전의 지속성을 유지하고 자연 방전을 억제하는 역할을 한다.
풀러렌은 탄소 5개가 모인 5각형과 탄소 6개가 모인 6각형이 공 모양의 구체 형상으로 결합되어 중공을 형성하고 있는 것으로, 사용된 탄소 수에 따라 다양한 형태의 풀러렌이 있다. 예를 들어, C60, C70, C72, C76, C78, C82, C84, C90, C94, C96 등의 풀러렌이 가능하지만 20개의 6각형과 12개의 5각형으로 이루어진 C60이 가장 좋다. 이러한 C60은 그 구조적 특성에 의해 물리적 화학적으로 지극히 안정적이고, 구형 대칭성으로 이동성이 우수하여 안정성과 충방전 특성 등을 향상시킨다.
(B) 이온액체 폴리머
본 발명에 의한 이온액체폴리머는, 충전 시 상기 풀러렌보다 먼저 반응하여 1차 충전이 이루어지고, 다음으로 풀러렌이 반응하여 2차 충전이 이루어진다.
이온액체 폴리머는 쌍극자 타입(이중성 폴리머), 양이온성 폴리머(polycation), 음이온성 폴리머(polyanion), 공중합체(copolymer) 또는 중합체 블렌드(polymer blend)의 형태를 가질 수 있으며, 바람직하게는 음이온성 폴리머가 사용되나, 이에 한정되는 것은 아니다.
충전 시에는 폴리머가 거의 움직이지 않고 이온내포 플러렌만 움직이는데, 이는 용수철에 에너지를 축적하는 과정과 같이 복원(방전)되는 특성이 우수하고, 충전이 빠르게 이루어진다.
본 발명의 비수성 전해액에서, 이온액체 폴리머는, 풀러렌 100중량부에 대하여 50 ~ 300중량부, 바람직하게는 100 ~ 250 중량부, 더욱 바람직하게는 90 ~ 120 중량부일 수 있으며, 300 중량부를 초과할 경우에는 농도 조절이 어려운 문제점이 있으며, 50 중량부 미만일 경우에 충전 반응 원활하게 이루어지지 않을 수 있으며, 상당히 고가인 이온내포풀러렌의 비율이 상대적으로 높아져 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 상기 이온액체 폴리머는 넓은 온도 변화(-50 내지 400℃)는 물론 압력변화에 견딜 수 있는 장점이 있고, 진공상태에서 견딜 수 있는 장점이 있으며, 전위 량을 넓힐 수도 있다.
바람직하게는 겔 타입 또는 고체 타입으로 이루어지고, 보다 바람직하게는 양이온성 폴리머, 음이온성 폴리머 또는 이중성 폴리머를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 겔 또는 고체 타입의 전해질이 사용될 수 있는 것은 폴리머가 구형 대칭성으로 이루어져 있어 겔 타입의 전해액에서도 높은 운동성을 가질 수 있기 때문이다.
본 발명에 있어서, 이온액체 폴리머는 화학식 1 또는 화학식 2의 양이온성 폴리머와 Cl-, Br-, BF4 -, PF6 -, (CF3SO2)2N-, HPO3R11-(여기서, R11은 C1~C6알킬기) 및 COOH-로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 음이온이 결합되어 있는 양이온성 이온폴리머를 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2019003321-appb-I000001
[화학식 2]
Figure PCTKR2019003321-appb-I000002
화학식 1 및 2에서 R은 수소 원자, 알킬, 사이클로알킬, 알릴, 아릴 또는 알킬아릴이고, 여기서, 알킬은 C1-C6,사이클로알킬은 C3-C10,알릴은 C2-C20,아릴은 C6-C20이며, n은 5,000 내지 30,000의 정수이다.
또한, 상기 이온액체 폴리머는 화학식 6의 음이온성 폴리머와 R4-P+(여기서, R은 수소 원자, 알킬, 사이클로알킬, 알릴, 아릴 또는 알킬아릴이고, 여기서, 알킬은 C1-C6,사이클로알킬은 C3-C10,알릴은 C2-C20,아릴은 C6-C20임) 음이온과 결합되어 있는 음이온성 액체폴리머를 사용할 수 있다.
[화학식 3]
Figure PCTKR2019003321-appb-I000003
화학식 3에서 n은 5,000 내지 500,000의 정수이다.
또한, 상기 이온액체 폴리머는 화학식 4의 이중성 폴리머일 수 있다.
[화학식 4]
Figure PCTKR2019003321-appb-I000004
화학식 4에서 A-는 SO3 - 또는 PO3H- 또는 CO2 -이고, n은 5,000 내지 300,000의 정수이다.
(C) 비수성 유기용매
본 발명에 의한 전해액에서 비수성 유기용매는 내부저항을 억제하는 역할을 한다.
상기 비수성 유기용매는 환형(cyclic) 카보네이트, 사슬형(chain) 카보네이트 또는 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트의 혼합물일 수 있으며, 바람직하게는 상기 환형 카보네이트는 상기 환형 카보네이트는 에틸렌 카보네이트(ethyl carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 부틸렌카보네이트(butylene carbonate, BC), 비닐렌 카보네이트(vinylene carbonate, VC), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 카보네이트일 수 있으며, 바람직하게는 에틸렌 카보네이트 또는 프로필렌 카보네이트를 사용한다.
본 발명에서 이용하는 사슬형 카보네이트로서는 디메틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, n-부틸메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 에틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 플루오로디메틸카보네이트, 디플루오로디메틸카보네이트, 트리플루오로디메틸카보네이트, 테트라플루오로디메틸카보네이트, 플루오로디메틸카보네이트, 플루오로에틸메틸카보네이트, 디플루오로에틸메틸카보네이트, 트리플루오로에틸메틸카보네이트, 아세트산메틸, 아세트산에틸, 프로피온산메틸, 플루오로아세트산메틸, 디플루오로아세트산메틸, 트리플루오로아세트산메틸, 플루오로아세트산에틸, 디플루오로아세트산에틸, 트리플루오로아세트산에틸, 플루오로프로피온산메틸, 디플루오로프로피온산메틸, 트리플루오로프로피온산메틸 또는 그 혼합물을 예로 들 수 있다.
(D) 할로겐 치환 방향족 탄화수소
본 발명의 비수성 전해액에 있어서, 할로겐 치환 방향족 탄화수소는 전해질에 인터칼레이션(intercalation)이 없으며, 탄소와 할로겐 원자와 사이의 다이폴 모멘트에 의하여 파워 밀도가 생성되고 내부저항이 발생한다.
즉, 본 발명은 충전 시에는 1차로 용매의 쌍극자모멘트가 전장에서 반응하여 충전이 이루어지고, 2차로 이온내포 플러렌에 의한 충전이 이루어진다. 순식간에 형성된 π-π 결합으로 쌍극자에 의한 충전이 이루어지고, 이어서 이온내포 플러렌이 움직여 충전된다. 방전 시에는 용매의 쌍극자모멘트에 의하여 먼저 방전되고, 이후에 이온내포 플러렌에 의한 방전이 이루어진다. 이와 같이 2번의 충전이 진행되므로, 결과적으로 파워밀도가 높아지게 되는 효과가 있다.
인터칼레이션으로 기존의 EDLC가 가지고 있는 문제점, 즉 적은 용량과 짧은 지속시간의 문제점을 해결할 수 있다. 인터칼레이션은 π-π 상호작용에 의해 일어나며, π 전자가 있는 탄소재질 전극에서 발생한다.
본 발명에 있어서, 상기 비수성 유기용매 및 상기 할로겐 치환 방향족 탄화수소의 혼합중량 100중량부에 대하여 상기 이온액체 폴리머는 0.5 내지 50중량부이고, 상기 이온내포 플러렌은 0.5 내지 50중량부를 첨가할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 비수성 유기용매와 상기 할로겐 치환 방향족 탄화수소의 중량비는 1:0.5~5, 바람직하게는 1:1~5, 가장 바람직하게는 1:1일 수 있다. 상기 중량비가 1: 0.5 미만일 경우에는 내부 저항을 조절하기 어려운 문제가 있고, 1:5 초과할 경우에는 농도 조절이 어려운 문제점이 있다.
바람직한 본 발명은 할로겐 치환 방향족 탄화수소 클로로나프탈렌과, 유기 용매 프로필렌 카보네이트가 1:1로 혼합되는 것이 가장 좋다.
본 발명에 있어서, 상기 할로겐 치환 방향족 탄화수소는 할로겐 치환 벤젠, 할로겐 치환 나프탈렌 및 할로겐 치환 안트라센으로 구성된 군에서 선택되는 것이 바람직하다. 할로겐은 F, Cl, Br 또는 I이다.
상기 할로겐 치환 벤젠은 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 5]
Figure PCTKR2019003321-appb-I000005
화학식 1에서 R1내지 R6는 각각 독립적으로 비치환된 C1~C6알킬기, 할로겐 또는 할로겐 원자로 치환된 C1~C6알킬기이되, 반드시 하나 이상의 할로겐이 치환된다.
상기 할로겐 치환 나프탈렌은 화학식 6으로 표시될 수 있다.
[화학식 6]
Figure PCTKR2019003321-appb-I000006
화학식 2에서 R1내지 R8는 각각 독립적으로 비치환된 C1~C6알킬기, 할로겐 또는 할로겐 원자로 치환된 C1~C6알킬기이되, 반드시 하나 이상의 할로겐이 치환된다.
상기 할로겐 치환 안트라센은 화학식 7로 표시될 수 있다.
[화학식 7]
Figure PCTKR2019003321-appb-I000007
화학식 3에서 R1내지 R10는 각각 독립적으로 비치환된 C1~C6알킬기, 할로겐 또는 할로겐 원자로 치환된 C1~C6알킬기이되, 반드시 하나 이상의 할로겐이 치환된다.
바람직하게는 모노할로-벤젠(monohalo-benzene), 디할로-벤젠(dihalo-benzene), 트리할로-벤젠(trihalo-benzene), 모노할로-나프탈렌(monoharo-naphatalene), 디할로-벤젠(diharo-naphatalene) 또는 트리할로-벤젠(trihalo-naphatalene)을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 클로로벤젠(chlorobenzene), 1,2-클로로벤젠(1,2-dichlorobenzene), 1,2-3-트리클로로벤젠(1,2-3-trichlorobenzene), 1,2,4-트리클로로벤젠(1,2,4-Trichlorobenzene), 클로로나프탈렌, 1-클로로나프탈렌(1-chloronaphatalene), 1-플루오로나프탈렌(1-fluoronaphatalene) 중 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 전해액에 있어서, 할로겐 치환 방향족 탄화수소는 내부 저항을 높이는 반면에, 비수성 전해액은 내부 저항을 낮추는 작용을 하는데, 이와 같이 내부 저항을 제어함으로써 충반전 특성을 제어할 수 있다. 용해도를 결정하는 할로겐 치환 방향족 탄화수소의 비율을 제어함으로써 이온내포 풀러렌이 응집되는 것을 방지하고, 효율적인 충전이 이루어지게 한다.
본 발명에 있어서, 비수성 전해액은 상기 비수성 유기용매와, 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 1:1로 혼합하고, 이 혼합물에 대해 이온내포풀러렌 0.1 ∼ 80중량부, 바람직하게는 0.1 ∼ 50중량부, 더욱 바람직하게는 5 ∼ 20 중량부일 수 있다.
이온내포풀러렌이 0.1중량부 이하라도 충분히 충전량을 확보할 수 있지만 0.1 중량부 이하에서는 전해액의 농도를 조절하기 어렵고, 상당히 고가인 이온내포풀러렌을 80 중량부 이상을 함유하기에는 경제적인 부담이 큰 단점이 있다.
본 발명에 있어서, 비수성 전해액은 상기 비수성 유기용매와, 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 1:1로 혼합하고, 이 혼합물에 대해 이온내포풀러렌 0.1 ∼ 50중량부 그리고 이온 액체 폴리머 1 ∼ 50중량부가 더 포함될 수 있다.
바람직한 본 발명은 할로겐 치환 방향족 탄화수소인 클로로나프탈렌과, 유기 용매인 프로필렌 카보네이트가 1:1로 혼합되는 것이 가장 좋다.
본 발명에 따른 슈퍼커패시터는, 상기 비수성 전해액과 집전체 그리고 전극 및 세퍼레이터를 포함한다.
집전체(10)
본 발명에 따른 집전체(10)는 대향 배치되는 양극(+)집전체와, 음극(-)집전체로 구성되고, 이들은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(AU) 또는 다른 여러 종의 금속으로 구성될 수 있도록 하되, 본 발명에서는 구리를 양극집전체로, 알루미늄을 음극집전체로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 양극집전체와 음극집전체는 서로 마주보는 형태로, 각각에는 전극이 접합되도록 하되, 필요에 따라서는 도포, 증착 방법으로도 구성될 수 있다.
전극(20)
본 발명의 상기 전극(20)은 분극성 또는/및 전도성으로 구성될 수 있으며, 하나의 슈퍼커패시터에 동일한 형태로 구비되거나 서로 다른 형태로 전극이 구비될 수 있다.
예를 들어, 양극집전체 또는 음극집전체에 접합된 전극 중 어느 하나는 분극성 전극으로 구성되고, 대향측 집전체에는 분극성과 전도성을 모두 갖는 전극이 접합될 수 있다.
상기 전극(20)은 활성탄, 그래핀, 흑연 또는 탄소나노튜브, 풀러렌, 테프론 중 어느 하나가 사용되며, 동일한 재질 또는 음극과 양극이 서로 다른 재질로 구성될 수 있다.
또한 톱밥 활성탄, 야시가라 활성탄, 피치ㆍ코크스(pichcokes)계 활성탄, 페놀 수지계 활성탄, 폴리아크릴로니트릴계 활성탄, 셀룰로오스계 활성탄 등으로 제조될 수 있으며, 여기에 금속 산화물계 재료로, 예를 들면 산화루테늄, 산화망간, 산화코발트 등을 들 수 있다. 도전성 고분자 재료도 사용될 수 잇으며, 예를 들면 폴리아닐린막, 폴리피롤막, 폴리티오펜막, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)막 등을 예로 들 수 있다.
이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖는 전극은, 활성탄이나 테프론을 접합제(Binder)를 사용하여 집전체에 접합시켜 구성하거나, 또는 그래핀이나 풀러렌이 분극성을 갖도록 접합하는 것이 바람직하다.
풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖는 전극은, 집전체에 활성탄, 그래핀, 탄소나노튜브, 또는 풀러렌이 분극성과 전도성을 갖도록 접합하여 구성한다.
여기서 분극성을 갖는 다공질의 활성탄은 야자열매 섬유를 탄소화시켜 만든다. 이렇게 만들어진 활성탄을 접합제를 사용하여 집전체에 접합시키면 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖는 전극이 만들어지게 된다. 예를 들어 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖는 활성탄은, 분극성을 갖는 활성탄에 요오드(I3)와 같은 할로젠 원소 등을 도핑하여 만든다.
이렇게 만들어진 활성탄을 접합제를 사용하여 집전체에 접합시키면 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖는 전극이 만들어지게 되는 것이다.
다른 예로, 본 발명에 적용되는 그래핀은 탄소가 육각형의 형태로 서로 연결되어 벌집 모양의 2차원 평면 구조를 이루는 물질로, 도면에 표시되는 바와 같이, 2차원 평면인 x-y축으로는 전자가 흐를 수 있어 전도성을 갖지만, z축으로는 비전도성을 갖는 특성이 있는 물질이다.
따라서 도4b에서 도시되는 바와 같이, 집전체 면에 그래핀의 2차원 평면이 평행하게 놓이도록 접합하면 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖는 전극이 만들어지고, 도4c에서 도시되는 바와 같이 집전체에 그래핀의 2차원 평면이 수직이 되도록 접합하면 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖는 전극이 만들어지는 것이다.
또 다른 전극으로 본 발명은 탄소나노튜브가 사용될 수 있다.
이 탄소나노튜브는 이미 알려진 바와 같이, 탄소 6개로 이루어진 육각 모양이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있는 것으로 합성 조건에 따라 관의 지름을 다르게 할 수 있다.
도 5에 도시되는 바와 같이 키랄성(Chirality)를 제어하여 전기적 특성을 제어할 수 있는데 이를 이용하여 탄소나노튜브가 이온내포풀러렌에 대해 분극성만 갖도록 하거나, 또는 분극성과 전도성 모두를 갖도록 만들 수 있다. 따라서 집전체에 탄소나노튜브를 성장시킬 시 키랄성을 제어하여 전도성이 없도록 성장시키면 이온내포풀러렌에 대해 분극성만 갖는 전극이 만들어지며, 키랄성을 제어하여 전도성을 갖도록 성장시키면 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 모두 갖는 전극을 만들 수 있다.
다시 말해, 탄소나노튜브의 키랄성은 형성된 6각형의 구조에 따른 키랄 벡터(chiral vector) 지수로, 의자형(n=m), 나선형(n,m), 지그재그형(n,O) 등이 있다. 탄소나노튜브는 각각의 형태에 따라 반도체 또는 금속과 같은 전기적인 특성을 나타내는 것이다.
또 다른 예로 본 발명은 상기 전극(20)으로 풀러렌이 사용될 수 있다.
이 풀러렌은 레이저를 조사하면 풀러렌을 결합시킬 수 있다. 도6a는 2개의 풀러렌이 결합되는 것을 나타낸 것이고, 도 6b와 도 6c는 x-y 평면으로 결합된 것을 나타낸 것이다. 두 개 이상의 풀러렌이 결합된 풀러렌은 결합 방향과 인가되는 전압에 따라 전기전도도가 달라지며 이를 조절하여 분극성만 가지는 전극, 또는 분극성과 전도성을 모두 가지는 전극을 만들 수 있다.
풀러렌과 집전체와의 결합은 풀러렌이 구리(Cu)나 금(Au)의 표면에 흡착되는 성질을 이용하여 결합시킬 수 있다. 즉, 밀러 지수(Miller index)를 갖는 구리(Cu)나 금(Au)의 밀러면 위에 풀러렌을 놓으면, 도7에 도시되는 바와 같이, 풀러렌이 집전체로 사용되는 금(Au)이나 구리(Cu)에 흡착되는 되는데 이를 이용하여 집전체 위에 풀러렌 전극을 형성하는 것이다. 이와는 별도로 풀러렌을 집전체 위에 접합제를 사용하여 접합시킬 수도 있다.
한편 본 발명의 슈퍼커패시터는 세퍼레이터가 포함되며, 이 세퍼레이터로서는 전자 절연성이 높고, 전해액의 습윤성이 우수하여 이온 투과성이 높은 것이 바람직하고, 또한 인가 전압 범위 내에 있어서 전기 화학적으로 안정될 필요가 있다. 세퍼레이터의 재질은 특별히 한정은 없지만, 레이온이나 마닐라삼 등을 포함하는 초지; 폴리올레핀계 다공질 필름; 폴리에틸렌 부직포; 폴리프로필렌 부직포 등이 바람직하게 이용된다. 나아가 본 발명은 세퍼레이터로, 탄소나노튜브, 풀러렌 등이 사용될 수 있다.
한편 본 발명에 따른 전해액은 하기 이온 액체와, 유기 용매를 추가로 더 포함할 수 있으며, 이러한 일예로서 이온 액체로는,
1-(2-하이드록시에틸)-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 (1- (2-Hydroxyethyl) -3-methylimidazolium tetrafluoroborate)
1-(2-하이드록시에틸)-3-메틸이미다졸리움 트리스 (펜타플루오로에틸설포닐) 트리플루오로 포스페이트(1- (2-Methoxyethyl) -1-methylpyrrolidinium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate)
1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸리움 클로라이드 푸럼 (1- (3-Cyanopropyl) -3-methylimidazolium chloride purum)
1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸리움 디시안아미드(1- (3-Cyanopropyl) -3-methylimidazolium dicyanamide)
1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸리움 비스(트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (1- (3-Cyanopropyl) -3-methylimidazoliumbis- (trifluormethylsulfonyl) imid)
1-(3-시아노프로필) 피리디늄 비스 (1- (3-Cyanopropyl) pyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
1-(3-시아노프로필) 피리디늄 클로라이드 (1- (3-Cyanopropyl) pyridinium chloride)
1-(시아노메틸) - 3- 메틸이미다졸리움 클로라이드(1- (Cyanomethyl) -3-methylimidazolium chloride)
1,2,3- 트리메틸이미다졸리움 클로라이드 (1,2,3-Trimethylimidazolium chloride)
1,2,3- 트리메틸이미다졸리움 메틸설페이트 (1,2,3-Trimethylimidazolium methylsulfate)
1,2,4- 트리메틸이미다졸리움 메틸설페이트 (1,2,4-Trimethylpyrazolium methylsulfate)
1,2-디메틸-3-프로필이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐) - 이미드 (1,2-Dimethyl-3-propylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) -imide)
1,2-디메틸-3-프로필이미다졸리움 트리스 (트리플루오로메틸설포닐) - 메싸이드 (1,2-Dimethyl-3-propylimidazolium tris (trifluoromethylsulfonyl) -methide)
1,3-비스 (3-시아노프로필) 이미다졸리움 비스(트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (1,3-Bis (3-cyanopropyl) imidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
1,3-비스 (3-시아노프로필) 이미다졸리움 클로라이드 (1,3-Bis (3-cyanopropyl) imidazolium chloride)
1,3-비스 (시아노프로필) 이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (1,3-Bis (cyanomethyl) imidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
1,3-비스 (시아노프로필) 이미다졸리움 클로라이드 (1,3-Bis (cyanomethyl) imidazolium chloride)
1,3- 디부틸이미다졸리움 클로라이드 (1,3-Dibutylimidazolium chloride)
1,3- 디부틸이미다졸리움 테트라클로로알루미네이트 (1,3-Dibutylimidazolium tetrachloroaluminate)
1,3-디메틸이미다졸리움 클로라이드 (1,3-Dimethylimidazolium chloride)
1,3-디메틸이미다졸리움 디메틸포스페이트(1,3-Dimethylimidazolium dimethylphosphate)
1,3-디메틸이미다졸리움 하이드로젠카보네이트 (1,3-Dimethylimidazolium hydrogencarbonate)
1,3-디메틸이미다졸리움 요오드 (1,3-Dimethylimidazolium iodide)
1,3-디메틸이미다졸리움 테트라클로로알루미네이트 (1,3-Dimethylimidazolium tetrachloroaluminate)
1,4-디부틸-3- 페닐이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐) 아미드 (1,4-Dibutyl-3-phenylimidazoliumbis [trifluoromethylsulfonyl] amide)
1-부틸-1-메틸피로리디늄 비스 (트리플루오로메틸설포닐)이미드 (1-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
1-부틸-1-메틸피로리디늄 메틸카보네이트 (1-Butyl-1-methylpyrrolidinium methylcarbonate)
1-부틸-1-메틸피로리디늄 테트라시아노보네이트 (1-Butyl-1-methylpyrrolidinium tetracyanoborate)
1-부틸-1-메틸피로리디늄 트리스 (펜타플루오로에틸) 트리플루오로 포스페이트 (1-Butyl-1-methylpyrrolidinium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate)
1-부틸-2,3-디메틸이미다졸리움 클로라이드(1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium chloride)
1-부틸-2,3-디메틸이미다졸리움 요오드 (1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium iodide)
1-부틸-2,3-디메틸이미다졸리움 트리플루오로메탄설포네이트 (1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium trifluoromethanesulfonate)
1-부틸-2,3- 메틸이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐)이미드 (1-Butyl-2,3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움2-(2메톡시에톡시) 메틸 설페이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium 2- (2methoxyethoxy) ethyl sulfate)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 아세테이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium acetate)
1-부틸-3- 메틸이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (1-Butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 브로마이드 (1-Butyl-3-methylimidazolium bromide)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 클로라이드 (1-Butyl-3-methylimidazolium chloride)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 디부틸포스페이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium dibutylphosphate)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 디시안아미드 (1-Butyl-3-methylimidazolium dicyanamide)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 헵타클로로디알루미네이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium heptachlorodialuminate)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 하이드로젠카보네이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium hydrogencarbonate)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 하이드로젠설페이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium hydrogensulfate)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 요오드 (1-Butyl-3-methylimidazolium iodide)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 메탄설포네이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium methanesulfonate)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 메틸설포네이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium methyl sulfate)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 나이트레이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium nitrate)
*1-부틸-3-메틸이미다졸리움 옥틸설페이트(1-Butyl-3-methylimidazolium octylsulfate)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 테트라클로로알루미네이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium tetrachloroaluminate)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 테트라클로로페레이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium tetrachloroferrate)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 티오시아네이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium thiocyanate)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 트리플루오로메탄설포네이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 트리요오드 (1-Butyl-3-methylimidazolium triiodide)
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 트리스 (펜타플루오로에틸설포닐) 트리플루오로포스페이트 (1-Butyl-3-methylimidazolium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate)
1-부틸-3- 메틸피리디늄 비스(트리플루오르메틸설포닐)이미드 (1-Butyl-3-methylpyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
1-부틸피리디늄 비스(트리플루오르메틸설포닐)이미드 (1-Butylpyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
1-데실-3-메틸이미다졸리움 클로라이드 (1-Decyl-3-methylimidazolium chloride)
1-도데실-3-메틸이미다졸리움 클로라이드 (1-Dodecyl-3-methylimidazolium chloride)
1-에틸-1-메틸피페리디늄 메틸카보네이트 (1-Ethyl-1-methylpiperidinium methylcarbonate)
1-에틸-2,3-디메틸이미다졸리움 비스 (펜타플루오로에틸설포닐)이미드 (1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide)
1-에틸-2,3-디메틸이미다졸리움 브로마이드 (1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium bromide)
1-에틸-2,3-디메틸이미다졸리움 클로라이드 (1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium chloride)
1-에틸-2,3-디메틸이미다졸리움 메틸설페이트 (1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium ethylsulfate)
1-에틸-2,3-디메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium hexafluorophosphate)
1-에틸-2,3-디메틸이미다졸리움 메틸카보네이트 (1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium methylcarbonate)
1-에틸-3-메틸-1H-이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 (1-Ethyl-3-methyl-1H-imidazolium tetrafluoroborate)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 2 (2-메톡시에톡시) 에틸설페이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium 2 (2-methoxyethoxy) ethylsulfate)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 아세테이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium acetate)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스 (펜타플루오로에틸설포닐)이미드 (1-Ethyl-3-methylimidazolium bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐)이미드 (1-Ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 브로마이드 (1-Ethyl-3-methylimidazolium bromide)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 클로라이드 (1-Ethyl-3-methylimidazolium chloride)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 디부틸포스페이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium dibutylphosphate)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 디시안아미드 (1-Ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 디에틸포스페이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium diethylphosphate)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 에틸설페이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium ethylsulfate)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플루오로아르세네이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium hexafluoroarsenate)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 하이드로젠카보네이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium hydrogencarbonate)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 하이드로젠설페이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium hydrogensulfate)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 요오드 (1-Ethyl-3-methylimidazolium iodide)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 메탄설포네이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium methanesulfonate)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 나이트레이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium nitrate)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 옥틸설페이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium octylsulfate)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라브로모알루미네이트 (III) (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrabromoaluminate (III))
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라클로로알루미네이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrachloroaluminate)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라클로로갈레이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrachlorogallate)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라시아노보레이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 티오시아네이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium thiocyanate)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 트리플루오로메탄설포네이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 트리요오드 (1-Ethyl-3-methylimidazolium triiodide)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 트리스 (펜타플루오로에틸) 트리플루오로포스페이트 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate)
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 트리스 (트리플루오르메틸설포닐) 메싸이드 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tris (trifluoromethylsulfonyl) methide)
1-헥실-1-메틸-피로리디늄 테트라시아노보레이트 (1-Hexyl-1-methyl-pyrrolidinium tetracyanoborate)
1-헥실-3-메틸 메틸이미다졸리움 비스 (트리플루오르메틸설포닐) 이미드 (1-Hexyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
1-헥실-3-메틸 메틸이미다졸리움 클로라이드 (1-Hexyl-3-methylimidazolium chloride)
1-헥실-3-메틸 메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (1-Hexyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate)
1-헤실-3-메틸 메틸이미다졸리움 테트라시아노보레이트 (1-Hexyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate)
1-헥실-3-메틸 메틸이미다졸리움 트리플루오르메틸설포닐(1-Hexyl-3-methylimidazolium trifluormethylsulfonat)
1-헥실-3-메틸 메틸이미다졸리움 트리스 (펜타플루오로에틸) 트리플루오로포스페이트 (1-Hexyl-3-methylimidazolium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate)
1-헥실록시메틸-3-메틸이미다졸리움 비스 (트리플루오르메틸설포닐) 이미드 (1-Hexyloxymethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
1-헥실록시메틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 (1-Hexyloxymethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)
1-i-프로필-3-메틸-이미다졸리움 비스 (트리플루오르메틸설포닐) 이미드 (1-i-Propyl-3-methyl-imidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
1-i-프로필-3-메틸이미다졸리움 요오드 (1-i-Propyl-3-methylimidazolium iodide)
1-i-프로필-3-메틸-이미다졸리움- 헥사플루오로포스페이트 (1-i-Propyl-3-methyl-imidazolium-hexafluorophosphate)
1-메틸-3-메틸-이미다졸리움 디메틸포스페이트 (1-Methyl-3-methyl-imidazolium dimethylphosphate)
1-메틸-3-메틸-이미다졸리움 메틸설페이트(1-Methyl-3-methyl-imidazolium methylsulfate)
1-메틸-3-프로필이미다졸리움 클로라이드 (1-Methyl-3-propylimidazolium chloride)
1-메틸-4-옥틸피리디늄 브로마이드 (1-Methyl-4-octylpyridinium bromide)
1-메틸-4-옥틸피리디늄 콜로라이드 (1-Methyl-4-octylpyridinium chloride)
1-메틸-4-옥틸피리디늄 요오드 (1-Methyl-4-octylpyridinium iodide)
1-메틸이미다졸리움 클로라이드 (1-Methylimidazolium chloride)
1-메틸이미다졸리움 하이드로젠설페이트 (1-Methylimidazolium hydrogensulfate)
1-n-부틸-3-메틸이미다졸리움 브로마이드 (1-n-Butyl-3-methylimidazolium Bromide)
1-n-부틸-3-메틸이미다졸리움 클로라이드 (1-n-Butyl-3-methylimidazolium Chloride)
1-n-부틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (1-n-Butyl-3-methylimidazolium Hexafluorophosphate)
1-n-부틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 (1-n-Butyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate)
1-n-부틸-3-메틸이미다졸리움 트리플루오로메탄설포네이트 (1-n-Butyl-3-methylimidazolium Trifluoromethanesulfonate)
1-n-헵틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (1-n-Heptyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate)
1-n-옥틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (1-n-Octyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate)
1-n-옥틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 (1-n-Octyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)
1-n-펜틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (1-n-Pentyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate)
1-n-프로필-2,3-디메틸이미다졸리움 비스 (펜타플루오로에틸설포닐) 아미드 (1-n-Propyl-2,3-dimethylimidazolium bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide)
1-옥틸-3-메틸이미다졸리움 콜로라이드 (1-Octyl-3-methylimidazolium chloride)
1-옥틸-3-메틸이미다졸리움 트리플루오르메틸설포닐 (1-Octyl-3-methylimidazolium trifluormethylsulfonat)
1-프로필-2,3-디메틸이미다졸리움 클로라이드 (1-Propyl-2,3-dimethylimidazolium chloride)
1-프로필-2,3-디메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (1-Propyl-2,3-dimethylimidazolium hexafluorophosphate)
1-프로필-3-메틸이미다졸리움 테트라클로로알루미네이트 (1-Propyl-3-methylimidazolium tetrachloroaluminate)
1-비닐-3-메틸이미다졸리움 하이드로젠카보네이트 (1-Vinyl-3-methylimidazolium hydrogencarbonate)
2,3 디메틸-1-프로필이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (2,3 Dimethyl-1-propylimidazolium bis (trifluormethylsulfonyl) imide)
2,3 디메틸-1-프로필이미다졸리움 요오드 (2,3 Dimethyl-1-propylimidazolium iodide)
2,3 디메틸-1-n-프로필이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (2,3-Dimethyl-1-n-propylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
2,4,5-트리메틸이미다졸리움 클로라이드 (2,4,5-Trimethylimidazolium chloride)
2-하이드록시에틸트리메틸암모늄 아세테이트 (2-Hydroxyethyltrimethylammonium acetate)
2-하이드록시에틸-트리메틸암모늄 디메틸포스페이트 (2-Hydroxyethyl-trimethylammonium dimethylphosphate)
3-메틸-1-프로필이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (3-Methyl-1-propylimidazolium bis (trifluormethylsulfonyl) imide)
3-메틸-1-프로필이미다졸리움 요오드 (3-Methyl-1-propylimidazolium iodide)
3-메틸-1-프로필이미다졸리움 비스 (트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (3-Methyl-1-propylpyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
4-에틸-4-메틸몰포리니윰 메틸 카보네이트 (4-Ethyl-4-methylmorpholinium methylcarbonate)
4-메틸-N-부틸피리디늄 테트라플루오로보레이트 (4-Methyl-N-butylpyridinium tetrafluoroborate)
에틸-3-메틸이미다졸리움 트리스 (펜타플루오로에틸) 트리플루오로포스페이트 (Ethyl-3-methylimidazolium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate)
에틸디메틸 - (2-메톡시에틸) 암모늄 비스 (펜타플루오로에틸) 트리플루오로포스페이트 (Ethyldimethyl- (2-methoxyethyl) ammonium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphat)
에틸-디메틸- 프로필암모늄 비스 (트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (Ethyl-dimethyl-propylammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
메틸트리옥틸암모늄 티오살리실레이트 (Methyltrioctylammonium thiosalicylate)
N-(메톡시에틸)-1-메틸피로리디늄 비스 (트리플루오로메틸설포닐)이미드 (N- (Methoxyethyl) -1-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide
N,N- 디메틸피로리디늄 비스 (트리플루오로메틸설포) 이미드 (N, N-Dimethylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
N,N- 디메틸피로리디늄 요오드 (N, N-Dimethylpyrrolidinium iodide)
N-부틸-1-메틸피로리디늄 (트리플루오로메틸설포) 이미드 (N-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
N-부틸-1-메틸피로리디늄 비스 [옥살레이토 (2 -) - O, O'] 보레이트 (N-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis [oxalato (2 -) - O, O'] borate)
N-부틸-1-메틸피로리디늄 브라마이드 (N-Butyl-1-methylpyrrolidinium bromide)
N-부틸-1-메틸피로리디늄 클로라이드 (N-Butyl-1-methylpyrrolidinium chloride)
N-부틸-1-메틸피로리디늄 디시안아미드 (N-Butyl-1-methylpyrrolidinium dicyanamide)
N-부틸-1-메틸피로리디늄 트리플루오로메탄설포네이트 (N-Butyl-1-methylpyrrolidinium trifluoromethanesulfonate)
N-부틸-1-메틸피로리디늄 트리스 (펜타플루오로에틸) 트리플루오로포스페이트 (N-Butyl-1-methylpyrrolidinium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate)
N-부틸-4-(N',N'-디메틸암모늄) 피리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드 (N-Butyl-4- (N',N'-dimethylammonium) pyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
N-부틸피리디늄 클로라이드 (N-Butylpyridinium chloride)
N-부틸피리디늄 테트라플루오로보레이트 (N-Butylpyridinium tetrafluoroborate)
N-에틸-3-메틸피리디늄 에틸설페이트(N-Ethyl-3-methylpyridinium ethylsulfate)
N-에틸-3-메틸피리디늄 퍼플루오로부탄설포네이트(N-Ethyl-3-methylpyridinium perfluorobutanesulfonate)
N-부틸-4-(N',N'-디메틸암모늄) 피리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드 (N-Ethyl-4- (N',N'-dimethylammonium) pyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
N-에틸-N,N-디메틸-2-메톡시에틸 암모늄 트리스 (펜타플루오로에틸) 트리플루오로포스페이트 (N-Ethyl-N, N-dimethyl-2-methoxyethyl ammonium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate)
N-에틸피리디늄 비스 (트리플루오로메틸설포닐)이미드 (N-Ethylpyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
N-헥실-4-(N',N'-디메틸암모늄) 피리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드
N-Hexyl-4- (N',N'-dimethylammonium) pyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide
N-메틸-N-메틸피로리디늄 비스 (트리플루오로메틸설포닐)이미드 (N-Methyl-N-Ethylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
N-메틸-Nn-프로필피로리디늄 비스 (트리플루오로메틸설포닐)이미드 (N-Methyl-Nn-propylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
펜타메이미다졸리움 (트리플루오로메틸설포닐)이미드 (Pentamethylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
펜타메이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트 (Pentamethylimidazolium hexafluorophosphate)
펜타메이미다졸리움 요오드 (Pentamethylimidazolium iodide)
피리디늄 에톡시에틸설페이트 (Pyridinium ethoxyethylsulfate)
테트라부틸암모늄 클로라이드 (Tetrabutylammonium chloride)
테트라부틸암모늄 비스 (펜타플루오로에틸설포닐)이미드 (Tetraethylammonium bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide)
테트라부틸암모늄 비스 (트리플루오로메틸설포닐)이미드 (Tetraethylammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트 (Tetraethylammonium hexafluorophosphate)
테트라부틸암모늄 테트라플루오로보레이트 (Tetraethylammonium tetrafluoroborate)
테트라부틸암모늄 트리스 (트리플루오로메틸술포닐) 메싸이드 (Tetraethylammonium tris (trifluoromethylsulfonyl) methide)
테트라부틸암모늄 과염소산염 (Tetrahexylammonium perchlorate)
테트라 - iso- 펜틸암모늄요오드 (Tetra-iso-pentylammonium iodide)
테트라메틸암모늄 트리스 (펜타플루오로에틸) 트리플루오로포스페이트 (Tetramethylammonium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate)
테트라-N-부틸암모늄 4- 톨루엔설포네이트 (Tetra-N-butylammonium 4-toluenesulfonate)
테트라-N-부틸암모늄 벤젠설포네이트 (Tetra-N-butylammonium benzenesulfonate)
테트라-N-부틸암모늄 비스(트리플루오로메틸설포닐) 이미드 (Tetra-n-butylammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)
테트라-N-부틸암모늄 브로마이드 (Tetra-N-butylammonium bromide)
테트라-N-부틸암모늄 부탄설포네이트 (Tetra-N-butylammonium butanesulfonate)
테트라-N-부틸암모늄 (Tetra-N-butylammonium ethanesulfonate
테트라-N-부틸암모늄 메탄설포네이트 (Tetra-N-butylammonium methanesulfonate)
테트라-N-부틸암모늄 나이트레이트 (Tetra-N-butylammonium nitrate)
테트라-N-부틸암모늄 나이트라이트 (Tetra-N-butylammonium nitrite)
테트라-N-부틸암모늄 옥탄설포네이트 (Tetra-N-butylammonium octanesulfonate)
테트라-N-부틸암모늄 펜타시아노프로페니시드 (Tetra-N-butylammonium pentacyanopropenide)
테트라-N-부틸암모늄 펜타플루오로벤젠설포네이트(Tetra-N-butylammonium pentafluoroenzenesulfonate)
테트라-N-부틸암모늄 피크레이트 (Tetra-N-butylammonium picrate)
테트라-N-부틸암모늄 설포메이트 (Tetra-N-butylammonium sulfamate)
테트라-N-부틸암모늄 테트라-N-부틸보레이트(Tetra-N-butylammonium tetra-N-butylborate)
테트라-N-부틸암모늄 티오시아네이트 (Tetra-N-butylammonium thiocyanate)
테트라-N-부틸암모늄 트리플루오로메탄설포네이트 (Tetra-N-butylammonium trifluoromethanesulfonate)
테트라-N-부틸암모늄 트리스 메사이드 (Tetra-n-butylammonium tris (trifluoromethylsulfonyl) methide)
테트라-N-부틸암모늄 요오드 (Tetra-N-butylammoniumiodide)
테트라-N-헵틸암모늄 요오드 (Tetra-N-heptylammoniumiodide)
테트라-N-헥실암모늄브로마이드 (Tetra-N-hexylammoniumbromide)
테트라-N-헥실암모늄요오드 (Tetra-N-hexylammoniumiodide)
테트라-N-헥실암모늄 테트라플루오로보레이트 (Tetra-N-hexylammonium tetrafluoroborate)
테트라-N-펜틸암모늄요오드 (Tetra-N-pentylammoniumiodide)
테트라-N-펜틸암모늄나이트레이트 (Tetra-N-pentylammoniumnitrate)
테트라-N-펜틸암모늄 티오시아네이트 (Tetra-N-pentylammonium thiocyanate)
테트라펜틸암모늄 브로마이드 (Tetrapentylammonium bromide)
트리부틸메틸암모늄 메틸 카보네이트 (Tributylmethylammonium methylcarbonate)
트리부틸메틸암모늄 메틸설페이트 (Tributylmethylammonium methylsulfate)
트리부틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트 (Tributylmethylphosphonium dibutylphosphate)
트리부틸메틸포스포늄 메틸카본네이트(Tributylmethylphosphonium methylcarbonate)
트리에틸아민 하이드로클로라이드 2 AlCl3] (Triethylamine hydrochloride 2 AlCl3])
트리에틸메탈암모늄 디부틸포스페이트 (Triethylmethylammonium dibutylphosphate)
트리에틸메탈암모늄 메탈카본네이트 (Triethylmethylammonium methylcarbonate)
트리에틸메탈포스포늄 디부틸포스페이트 (Triethylmethylphosphonium dibutylphosphate)
트리-N-부틸메탈암모늄 부탄설포네이트 (Tri-N-butylmethylammonium butanesulfonate)
트리-N-부틸메탈암모늄 옥탄설포네이트 (Tri-N-butylmethylammonium octanesulfonate)
트리-N-부틸메탈암모늄 퍼플루오로부탄설포네이트 (Tri-N-butylmethylammonium perfluorobutanesulfonate)
트리-N-부틸메탈암모늄퍼플루오로옥탄설포네이트 (Tri-N-butylmethylammonium perfluorooctanesulfonate)
트리-n-헥실-n-테트라데실포스포늄 클로라이드 (Tri-n-hexyl-n-tetradecylphosphonium chloride)
트리옥틸메틸암모늄 티오살리실레이트 (Trioctylmethylammonium thiosalicylate)
트리 (2-하이드록시에틸) 메틸암모늄 메틸설페이트 (Tris (2-hydroxyethyl) methylammonium methylsulfate)
또한 유기 용매로는,
1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로파놀 ( 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol)
1,1,1-트리클로로에탄 (1,1,1-trichloroethane)
1,1,2,2 - 테트라클로로에탄 (1,1,2,2-tetrachloroethane)
1,1,2- 트리클로로트리플루오로에탄(1,1,2-trichlorotrifluoroethane)
1,2,3,5-테트라메틸벤젠(1,2,3,5-tetramethylbenzene)
1,2-부탄디올 (1,2-butanediol)
1,2-디클로로벤진 (1,2-dichlorobenzene)
1,2-디클로로에탄 (1,2-dichloroethane)
1,2-디메톡시벤젠 (베라트롤) (1,2-dimethoxybenzene (veratrole))
1,2-디메톡시에탄(모노글라임)(1,2-dimethoxyethane (monoglyme))
1,2-프로판디올 (1,2-propanediol)
1,3-부탄디올(1,3-butanediol)
1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane)
1,3-프로판디올(1,3-propanediol)
1,4-부탄디올 (1,4-butanediol)
1,4-디메틸피페라진 (1,4-dimethylpiperazine)
1,4-디옥산 (1,4-dioxane)
1-부탄올 (1-butanol)
1-클로로부탄 (1-chlorobutane)
1-데칸올 (1-decanol)
1-헥산올 (1-hexanol)
1-메틸타프탈린 (1-methylnaphthalene)
1-메틸피페리딘 (1-methylpiperidine)
1-메틸피롤 (1-methylpyrrole)
1-메틸피롤리딘-2-one (1-methylpyrrolidin-2-one)
1-메틸피롤리딘 (1-methylpyrrolidine)
1-노난올 (1-nonanol)
1-옥탄올 (1-octanol)
1-펜탄올 (1-pentanol)
1-프로판올 (1-propanol)
1-운데칸올 (1-undecanol)
2,2,2-트리클로로에탄올 (2,2,2-trichloroethanol)
2,2,2-트리플루오로에탄올 (2,2,2-trifluoroethanol)
2,2,3,3-테트라플루오로-1-프로판올 (2,2,3,3-tetrafluoro-1-propanol)
2,2,3,4,4,4-헥사플루오로-1-부탄올 (2,2,3,4,4,4-hexafluoro-1-butanol)
2,2,4- 트리메틸펜탄 (2,2,4-trimethylpentane)
2,3-부탄디올 (2,3-butanediol)
2,4,6-트리메틸피리딘 (2,4,6-trimethylpyridine)
2,6-디메틸피리딘 (2,6-dimethylpyridine)
2-부탄올 (2-butanol)
2-부탄온 (2-butanone)
2-부톡시에탄올 (2-butoxyethanol)
2-클오로에탄올 (2-chloroethanol)
2-헥산올 (2-hexanol)
2-메톡시에탄올 (2-methoxyethanol)
2-메톡시에틸 에테르 (2-methoxyethylether (diglyme))
2-메틸-1,3-프로판디올 (2-methyl-1,3-propanediol)
2-메틸-1-부탄올 (2-methyl-1-butanol)
2-메틸-1-펜탄올 (2-methyl-1-pentanol)
2-메틸-1-프로판올 (2-methyl-1-propanol)
2-메틸-2-부탄올 (2-methyl-2-butanol)
2-메틸-2-프로판올 (2-methyl-2-propanol)
2-메틸부탄 (2-methylbutane)
2-메틸부티르 산 (2-methylbutiric acid)
2-메틸퓨란 (2-methylfuran)
2-메틸피리딘 (2-methylpyridine)
2-메틸테트라히드로푸란 (2-methyltetrahydrofuran)
2-옥탄올 (2-octanol)
2-펜탄올 (2-pentanol)
2-펜탄온 (2-pentanone)
2-페닐에탄올 (2-phenylethanol)
2-프로판올 (2-propanol)
2-피롤리디논 (2-pyrrolidinone)
3,5,5- 트리메틸-2-시클로헥센온 (이소포론) (3,5,5-trimethyl-2-cyclohexenone (isophorone)
3-헥산올 (3-hexanol)
3-메틸-1-부탄올 (3-methyl-1-butanol)
3-메틸-2-부탄올 (3-methyl-2-butanol)
3-펜탄올 (3-pentanol)
3-펜탄온 (3-pentanone)
4-메틸-2-펜탄온 (4-methyl-2-pentanone )
아세트 산 (acetic acid)
아세톤 (acetone)
아세토나이트릴 (acetonitrile)
아세토페논 (acetophenone)
알릴알코올 (2-프로페놀) (allyl alcohol (2-propenol))
아니솔 (메틸페닐에테르) (anisol (methyl phenyl ether))
벤젠 (benzene)
벤존나이트릴 (benzonitrile)
벤질 알코올 (benzyl alcohol)
브로모벤젠 (bromobenzene)
부티로니트릴 (butyronitrile)
카본 디술피드 (carbon disulfide)
클로로에세토나이트릴 (chloroacetonitrile)
클로로벤젠 (chlorobenzene)
클로로폼 (chloroform)
시네올 (cineole)
시스-데칼린 (cis-decaline)
사이클로헵테인 (cycloheptane)
시클로헵탄올 (cycloheptanol)
시클로헥세인 (cyclohexane)
시클로헥산올 (cyclohexanol)
시클로헥사논 (cyclohexanone)
시클로헥실아민 (cyclohexylamine)
시클로옥탄 (cyclooctane)
시클로옥탄올 (cyclooctanol)
시클로펜탄 (cyclopentane)
시클로펜탄올 (cyclopentanol)
시클로펜탄온 (cyclopentanone)
데칼린 (decaline)
데칸 (decane)
디벤질 에테르 (dibenzyl ether)
디클로로아세트산 (dichloroacetic acid)
디클로로메틸렌 (dichloromethane)
디에틸 에테르 (diethyl ether)
디이소프로필 에테르 (diisopropyl ether)
디메톡시메탄 (dimethoxymethane)
디메틸 카보네이트 (dimethyl carbonate)
*디메틸 설파이트 (dimethyl sulphite)
디메틸 술폭시드 (dimethyl sulfoxide)
디-n-부틸 에테르 (di-n-butyl ether)
디-n-부틸 옥살레이트 (di-n-butyl oxalate)
디-n-부틸아민 (di-n-butylamine)
디-n-헥실 에테르 (di-n-hexyl ether)
디-n-펜틸 에테르 (di-n-pentyl ether)
디-n-프로필 에테르 (di-n-propyl ether)
도데칸 (dodecane)
에탄올 (ethanol)
에틸2-메톡시 아세테이트 (ethyl 2-methoxy acetate)
에틸 아세테이트 (ethyl acetate)
에틸 벤조에이트 (ethyl benzoate)
에틸 살리실네이트 (ethyl salicylate)
에틸벤젠 (ethylbenzene)
에틸 시클로헥산 (ethylcyclohexane)
에틸렌글리콜 (1,2-에탄디올)ethylen glycol (1,2-ethanediol)
에틸렌디아민 (ethylenediamine)
플루오로벤젠 (fluorobenzene)
포름아미드 (formamide)
프름산 (formic acid)
퓨란 (furan)
가스 (gas)
g-부틸로락톤 (g-butyrolactone)
글리세롤 (glycerol (1,2,3-propanetriol))
헵탄 (heptane)
헵탄산 (heptanoic acid)
헥사데칸 (hexadecane)
헥사플루오로벤젠 (hexafluorobenzene)
헥산 (hexane)
헥산산 (hexanoic acid)
헥사메틸포스포릭 산 트리아미드 (HMPA (hexamethylphosphoric acid triamide))
요오도벤젠 (iodobenzene)
요오도화에틸 (iodoethane)
이소아밀아세테이트 (isoamyl acetate)
이소부티르산 (isobutiric acid)
이소부티로니트릴 (isobutyronitrile)
이소발레르산 (isovaleric acid)
m-크레졸 (m-cresol)
메시틸렌 (mesitylene)
메탄올 (methanol)
아세트산 메틸(methyl acetate)
벤조산메틸 (methyl benzoate)
포름산메틸 (methyl formate)
살리실산메틸 (methyl salicylate)
메틸시클로헥산 (methylcyclohexane)
메틸렌 클로라이드 (Methylene chloride)
모르폴린 (morpholine)
m-크실렌 (m-xylene)
N, N'-디메틸프로필렌우레아 (N, N'-dimethylpropyleneurea)
N, N- 디메틸아세트아미드 (N, N-diethylacetamide)
N, N-디에틸포름아미드 (N, N-diethylformamide)
N, N-디메틸아세트아미드 (N, N-dimethylacetamide)
N, N-디메틸아닐린 (N, N-dimethylaniline)
N, N-디메틸시클로헥실아민 (N, N-dimethylcyclohexylamine)
N, N-디메틸포름아미드 (N, N-dimethylformamide)
n-아세트산부틸 (n-butyl acetate)
n-부틸 메틸 아민 (butyl methyl amine)
n-부틸메틸에테르 (n-butyl methyl ether)
n-부틸아민 (n-butylamine)
n-부틸벤젠 (n-butylbenzene)
n-부틸시클로헥산 (n-butylciclohexane)
n- 부티르산 (n-butyric acid)
니트로벤젠 (nitrobenzene)
니트로에탄 (nitroethane)
니트로메탄 (nitromethane)
N-메틸아세트아미드 (N-methylacetamide)
N-메틸아닐린 (N-methylaniline)
N-메틸시클로헥실아민 (N-methylcyclohexylamine)
N-메틸포름아미드 (N-methylformamide)
N-메틸이미다졸 (N-methylimidazole)
노난 (nonane)
노난산 (nonanoic acid)
n-프로필 아세테이트 (n-propyl acetate)
n-프로필 포메이트 (n-propyl formate)
n-프로필벤젠 (n-propylbenzene)
n-프로필시클로헥산 (n-propylcyclohexane)
옥탄 (octane)
옥탄산 (octanoic acid)
자일렌 (o-xylene)
펜타데케인 (pentadecane)
펜타플루오로프로피닉 산 (pentafluoropropionic acid)
펜탄 (pentane)
퍼플루오로헥산 (perfluorohexane)
퍼플루오루피리딘 (perfluoropyridine)
석유 에테르 (petroleum ether)
피페리딘 (piperidine)
프로파길알코올 (propargyl alcohol (2-propynol))
프로피온산 (propionic acid)
프로피오니트릴 (propionitrile)
프로피오페논 (propiophenone)
프로필렌 카보네이트 (propylene carbonate)
p-크실렌 (p-xylene)
피라딘 (pyridine)
피롤 (pyrrole)
피롤리딘 (pyrrolidine)
술포란 (sulfolane)
tert-부틸메틸에테르 (tert-butyl methyl ether)
tert-부틸벤젠 (tert-butylbenzene)
tert-부틸시클로헥산 (tert-butylcyclohexane)
테트라클로로메탄 (tetrachloromethane)
테트라히드로푸란 (tetrahydrofuran)
테트라히드로피란 (tetrahydropyran)
테트라히드로티오펜 (tetrahydrothiophene)
테트랄린 (tetraline)
테트라메틸구아니딘 (tetramethylguanidine)
테트라메틸요소 (tetramethylurea)
티오아니솔 (thioanisole)
톨루엔 (toluene)
트라이아세틴 (triacetin)
트리클로로에텐 (trichloroethene)
트라이에틸 인산염 (triethyl phosphate)
트라이에틸 아인산염 (triethyl phosphite)
트리에틸아민 (triethylamine)
트리플루오로아세트산 (trifluoroacetic acid)
트리플루오로-m-크레졸 (trifluoro - m-cresol)
트리플루오로메틸벤진 (trifluoromethylbenzene)
트리메틸 trimethyl orthoformate
트리메틸 trimethyl phosphate
트리메틸 trimethyl phosphite
트리메틸아세트 산 (trimethylacetic acid)
트리-N-부틸아민(tri-n-butylamine)
트리-n-프로필아민 (tri-n-propylamine)
운데칸 (undecane)
발레르 산 (valeric acid)
발레로니트릴 (valeronitrile)
또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
이하 상기 전해액 및 이온내포플러렌을 이용한 수퍼캐패시터의 실시 예를 살펴보면 다음과 같다.
제 1실시 예
본 발명의 슈퍼커패시터용 전해액은 통상 -20∼50℃의 온도 범위에서 안정한 특성을 유지한다. 본 발명의 전해액은 전기 이중층 슈퍼커패시터 또는 의사 커패시터 등에 적용될 수 있으며, 여러 헝태 및 용도의 슈퍼커패시터를 구성할 수 있다.
본 발명은 비수성 전해액 및 전극을 이용하여 슈퍼커패시터를 제조할 수 있다.
본 발명의 슈퍼커패시터는 집전체(10)와 전극(20) 그리고 비수성 전해액으로 구성되며, 집전체는 구리(CU) 이루어진 양극집전체, 알루미늄(Al)으로 음극 집전체로 구성된다.
각 집전체에는 분극성 또는 분극성과 전도성을 모두 가지는 전극(20)이 선택적으로 접합될 수 있다.
구체적으로 본 발명은 알루미늄으로 이루어진 음극집전체와 구리로 이루어진 양극집전체 위에 활성탄을 접합제로 접합한 후, 할로젠 원소인 요오드를 도핑하여 분극성과 전도성을 갖는 전극을 만들 수 있다.
여기에 비수성 전해액이 충진된다.
비수성 전해액은 (A) 풀러렌 또는 그 염; (B) 이온액체 폴리머; (C) 비수성 유기용매; (D) 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 포함한다.
이중 일 실시 예는 상기 비수성 유기 용매와 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 1:1로 혼합하고, 이 유기 용매 혼합물 100중량부에 대하여 전해질인 풀러렌 염 0.1 ∼ 50중량부가 포함하는 전해액을 충진한다.
또 다른 실시 예는 상기 비수성 유기 용매와 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 1:1로 혼합하고, 이 유기 용매 혼합물 100중량부에 대하여 전해질인 풀러렌 염 0.1 ∼ 50중량부 및 양이온 폴리머 또는 음이온 또는 이중성 폴리머 중 어느 하나의 이온액체폴리머 1 ∼ 50중량부가 더 포함된 비수성 전해액을 충진하는 것이다.
전해액을 상기 전극 사이에 충진한 후 기체를 밀봉하여 본 실시 예에 의한 슈퍼커패시터를 만드는 것이다.
이하 본 발명의 충전 과정을 설명한다.
본 발명의 슈퍼커패시터에 전압이 인가되기 시작하면, 두 전극 사이에 전기장이 형성되고, 이 전기장에 의해 운동성이 없는 이온액체폴리머가 먼저 충전되고, 다음 플러렌 염이 전극으로 이동하여 2차 충전이 이루어지게 된다.
풀러렌에 의한 2차 충전이 이루어진 후에는, 도면에 도시되는 바와 같이, 집전체를 통해 이동되어온 전자가 전극을 통해 풀러렌의 축퇴된 분자궤도에 주입되어 풀러렌의 분자궤도에 의한 3차 충전이 이루어지게 된다.
이를 다시 설명하면 다음과 같다.
풀러렌에는 축퇴된 분자궤도가 5개 존재하고, 이 분자궤도 각각에 전자가 1개씩 들어갈 수 있다.
도 8은 풀러렌의 CV(Cyclic Voltammetry) 곡선을 나타낸 것으로, 도면에서 도시되는 바와 같이, CV 곡선을 따라 전자의 환원과 산화가 이루어지게 된다. 즉, 화살표 ① 내지 화살표 ⑤가 가리키는 지점마다 전자가 하나씩 들어가 충전이 이루어진 후, 화살표 ⑥ 내지 화살표 ⑩이 가리키는 지점에서 전자가 하나씩 나와 방전이 이루어지게 된다.
따라서 본 발명 슈퍼커패시터에 전원이 인가되면, 처음에는 이온액체폴리머에 의해 1차 충전이 이루어지고, 풀러렌이 이동하여 2차 충전이 일어나고, 이후 풀러렌의 분자궤도에 의한 3차 충전이 일어나 더욱 많은 전기에너지를 충전하게 되는 것이다.
이때 충전되는 충전량은 리튬이온에 의한 충전량의 6배가 된다. 또한 1나노 크기의 C60 풀러렌을 이용하여 충전과 방전을 행하므로 에너지 저장 밀도가 현격히 높아진다.
한편 스위치(SW)가 오프 되면, 충전할 때와는 반대의 과정을 거쳐 방전이 이루어지게 된다. 즉 도6의 ⑥ 내지 ⑩ 그래프의 경로를 따라 방전이 이루어진 후, 리튬 이온에 의해 충전된 전하도 방전되게 되는 것으로, 상기와 같은 과정을 반복하여 충전 과정 및 방전 과정을 행하게 된다.
제 2실시 예
제 2실시 예의 슈퍼캐패시터는 하이브리드 슈퍼캐패시터에 관한 것이다.
전압이 인가되기 시작하면, 두 전극(20, 20') 사이에 전기장이 형성되고, 이 전기장에 이끌려 이온내포풀러렌(31)은 음전극(20) 쪽으로 이동되고, 음이온(32)은 양전극(20') 쪽으로 이동되어 전기이중층을 형성하게 된다. 이때 이온내포풀러렌(31)에 내포된 이온에 의한 1차 충전이 이루어지게 된다.
이온내포풀러렌(31)에 내포된 이온에 의한 1차 충전이 이루어진 후에는, 도 9에 도시되는 바와 같이, 음극집전체(10)를 통해 이동되어온 전자(34)가 음전극(20)을 통해 이온내포풀러렌(31)의 축퇴된 분자궤도에 주입되어 이온내포풀러렌(31)의 분자궤도에 의한 2차 충전이 이루어지게 된다. 미설명부호 (33)은 이온에 내포된 금속 원자 이온을 나타낸 것이다.
앞서 설명한 바와 같이 풀러렌에는 축퇴된 분자궤도가 5개 존재하고, 이 분자궤도 각각에 전자가 1개씩 들어갈 수 있으며, 본 발명 슈퍼커패시터에 전원이 인가되면, 처음에는 이온내포풀러렌에 내포된 이온(33)의 의한 1차 충전이 일어나고, 이후 이온내포풀러렌의 분자궤도에 의한 2차 충전이 일어나 더욱 많은 전기에너지를 충전하게 된다.
또한 반대의 과정을 거쳐 충전된 전기에너지가 방전되게 된다.
본 실시예에서는 양극집전체로 구리(Cu)를 사용하고, 음극집전체로 알루미늄(Al)을 사용하며, 이 집전체에 활성탄을 접합하여 양전극과 음전극을 만들고, 이 활성탄 전극에 할로젠 원소인 요오드(I3)를 도핑하여 각 전극이 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 모두 갖도록 구성한 것을 예로 하여 설명한다.
또한 본 실시예에서는 풀러렌으로 C60을 사용하고, 이 C60 풀러렌에 리튬(Li) 이온을 주입한 리튬이온내포풀러렌(Li@C60)을 만든 것을 예로 하여 설명한다. 또한 본발명의 실시 예에서는 전해질를 포함하는 비수성 전해액 사용한 것을 예로 하여 설명하며, 전해질은 상기 이온내포풀러렌과, 이온액체폴리머가 사용되며, 비수성 유기 용매 그리고, 할로겐치환방향족탄화수소를 포함하는 것을 예로 하여 설명한다.
이와 같이 본 실시예를 구성한 이유는, 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예들은 본 실시예로부터 용이하게 알 수 있기 때문이다.
먼저, 도 10 및 도 11에서 도시되는 바와 같이, 알루미늄으로 이루어진 음극집전체(10)와 구리로 이루어진 양극집전체(10') 위에 활성탄을 접합제로 접합한 후, 할로젠 원소인 요오드를 도핑하여 분극성과 전도성을 갖는 전극(20, 20')을 만든다. 또한, 비수성 유기 용매 프로필렌카보네이트와, 할로겐치환방향족탄화수소인 클로로나프탈렌을 1:1의 비율로 혼합하고, 이 혼합물에 대하여 이온내포풀러렌 0.1 ∼ 50중량부 그리고 이온액체폴리머는 1 ∼ 50중량부가 포함하는 비수성 전해액을 사용한다.
이후 이 전해액을 상기 전극(20, 20') 사이에 충진한 후 케이스(40)로 밀봉하여 본 실시예에 의한 하이브리드 슈퍼커패시터를 만든다.
*이하, 본 실시예의 작용 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.
예를 들어 도 11a는 방전 상태를 나타낸 것으로 방전상태에서는, 도면에서 도시되는 바와 같이, 리튬이온내포풀러렌(31)과 음이온(32)이 무질서하게 분포하고 있다.
충전을 위해 스위치(SW)를 온하면 음전극(10)과 양전극(10') 사이에 전기장이 형성되고, 이 전기장에 의해 리튬 이온이 내포된 양전하의 풀러렌(31)이 음전극(10) 쪽으로 이동하여 상기 음전극(10)에 접촉하게 된다. 이때, 상기 리튬이온내포풀러렌(31)에 내포된 리튬이온에 의한 충전이 이루어지게 된다.
즉 본 발명은, 상기 이온액체폴리머에 의해 1차 충전이 이루어지고, 리튬이온내포풀러렌(31)에 내포된 리튬이온에 의한 2차 충전이 완료된 후에는 리튬이온내포풀러렌(31)에 존재하는 축퇴된 분자궤도에 의한 3차 충전이 이루어지게 된다.
이를 다시 설명하면 다음과 같다.
먼저. 전원이 인가되면 가장 먼저 이온액체폴리머에 의해 1차 충전이 이루어지고, 전기장에 의해 리튬이온내포풀러렌(31)이 음전극(20)으로 이동되어 상기 리튬이온내포풀러렌(31)에 내포된 리튬이온의 분극 현상에 의한 2차 충전이 이루어진다. 이때, 상기 음전극(20)의 분극성을 이용한다.
이후 전압이 점점 상승하여 리튬이온내포풀러렌(31)에 존재하는 분자궤도의 환원전위 이상의 전압이 인가되면, 도6에서 도시되는 바와 같은 그래프를 따라 다음과 같이 순차적으로 전자가 이동하여 3차 충전이 이루어지게 된다(① 내지 ⑤). 이때 상기 음전극(20')의 전도성을 이용한다.
Li@C60 <-> Li@C60-¹<-> Li@C60-²<-> Li@C60-³<-> Li@C60-⁴<-> Li@C60-5
또한, 풀러렌 중공에 리튬이온이 내포되면 풀러렌의 분자궤도에 대한 환원전위가 0.7eV 만큼 낮아지는데, 이로 인해 충방전 효율이 더욱 향상된다.
이때 충전되는 충전량은 리튬이온에 의한 충전량의 6배가 된다. 또한 1나노 크기의 C60 풀러렌을 이용하여 충전과 방전을 행하므로 에너지 저장 밀도가 현격히 높아진다. 또한, 화학반응을 이용한 에너지 저장이 아니므로 에너지 손실 및 열 발생이 없고, 순간 충전 및 순간 방전이 가능하게 된다. 이때 전해액의 성분 및 성분비를 제어하여 충방전 특성을 제어할 수 있다.
한편 스위치(SW)가 오프 되면, 충전할 때와는 반대의 과정을 거쳐 방전이 이루어지게 된다. 즉 도6의 ⑥ 내지 ⑩ 그래프의 경로를 따라 방전이 이루어진 후, 리튬 이온에 의해 충전된 전하도 방전되게 되는 것으로, 상기와 같은 과정을 반복하여 충전 과정 방전 과정을 행하게 된다.
그러나 상기의 실시예에 있어서는, 양전극과 음전극을 활성탄을 이용하여 만든 후 할로젠 원소를 도핑하여 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖도록 구성하였으나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다. 즉, 그래핀이나, 탄소나노튜브, 또는 풀러렌 등을 분극성과 전도성을 갖도록 하여 전극을 구성할 수 있음 물론, 양전극과 음전극의 구성을 달리하여 각기 다른 특성을 갖도록 할 수 있음 밝혀둔다. 예를 들어, 일측 전극은 충전 특성이 좋도록 구성하고, 타측 전극은 방전 특성이 좋도록 구성할 수 있음을 밝혀둔다.
또한, 상기의 실시예에 있어서는 C60 풀러렌을 사용하여 이온내포풀러렌을 구성하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다. 즉, C60, C70, C72, C78, C82, C90, C94, C96 등의 풀러렌을 사용할 수 있음은 물론, 풀러렌 염을 사용하여 본 발명의 기술적 사상을 구성할 수 있음을 밝혀둔다.
제 3실시 예
본 발명은 진공 슈퍼캐패시터를 구성할 수 있다.
본 발명은 일 관점에서, 진공챔버와, 이 진공챔버에 충진되는 전해질에 관한 것이다.
본 발명은 다른 관점에서, 진공챔버와, 이 진공챔버에 충진되는 이온내포풀러렌과, 상기 진공챔버의 내면에 접합되는 집전체와 분극성 또는 분극성과 전도성을 모두는 갖는 전극이 선택적으로 구비되는 진공 하이브리드 슈퍼커패시터에 관한 것이다.
도 12에 도시되는 바와 같이, 진공챔버(40) 내부에 집전체(Current Collector)(10, 10')에 각기 형성된 전극(20, 20')과, 이 전극(20, 20') 사이에 충진되는 전해질(30)로 구성된다.
상기 집전체(10, 10')는 상기한 바와 같이 알루미늄(Al)이나 구리(Cu) 등의 금속으로 구성되는데 마주보는 두 집전체(10, 10')를 모두 동일한 물질로 구성하거나, 또는 각기 다른 물질로 구성할 수 있다. 예를 들어 제1집전체(10)는 알루미늄으로 구성하고, 제2집전체(10')는 구리로 구성할 수 있다.
상기 제1집전체(10)에 형성되는 제1전극(20)과 제2집전체(10')에 형성되는 제2전극(20') 중 어느 하나는 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 모두 갖도록 구성하고, 다른 하나는 이온내포풀러렌에 대해 분극성만 갖도록 구성하거나 또는 분극성과 전도성 모두 갖도록 구성할 수 있다.
본 발명의 진공 슈퍼커패시터는 진공챔버와 전극과, 집전체 그리고 전해질을 기본 구성으로 한다.
본 발명에 따른 집전체(10, 10')는 후술하는 진공챔버의 내면 또는 외면에 접합 또는 증착되는 구성으로, 본 발명에서는 이온화포텐셜에 차이가 있는 금속으로 구성된다.
예를 들어 Au-Pt-Ag-Cu-H2-Pb-Sn-Ni-Co-Cd-Fe-Cr-Zn-Al-Mg-Na-Ka 순으로 이루어진 전위 순서에서 본 발명은 구입이 쉽고, 가공성이 우수한 구리와 알루미늄이 사용된다. 바람직하게는 구리(Cu)를 양극집전체로, 알루미늄(Al)을 음극집전체로 사용하며, 이들 양극집전체와 음극집전체는 진공챔버에서 서로 마주보는 면에 각각 접합되는 구성이다.
본 발명에 따른 상기 전극은 제1전극과, 그 대향측에 구비되는 제 2전극으로 구성된다.
상기 제1 및 제 2전극(20)(20′)은 집전체에 접합 또는 성장시키는 방법으로 구성될 수 있으며, 분극성 또는 분극성과 전도성을 모두 갖는 전극이 선택적으로 구성될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2전극은, 활성탄을 기본으로 하고, 여기에 그래핀, 흑연 또는 탄소나노튜브, 풀러렌, 테프론 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
활성탄으로는 톱밥 활성탄, 야시가라 활성탄, 피치ㆍ코크스(pichcokes)계 활성탄, 페놀 수지계 활성탄, 폴리아크릴로니트릴계 활성탄, 셀룰로오스계 활성탄 등으로도 제조될 수 있으며, 금속 산화물계 재료로, 예를 들면 산화루테늄, 산화망간, 산화코발트 등을 들 수 있다. 도전성 고분자 재료도 사용될 수 잇으며, 예를 들면 폴리아닐린막, 폴리피롤막, 폴리티오펜막, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)막 등을 예로 들 수 있다.
바람직하게는 활성탄이나 테프론을 접합제(Binder)를 사용하여 집전체에 접합시켜 구성하거나, 또는 그래핀이나 풀러렌이 분극성을 갖도록 접합하는 것이 바람직하다.
분극성을 갖는 다공질의 활성탄은 야자열매 섬유를 탄소화시켜 만든다. 이렇게 만들어진 활성탄을 접합제를 사용하여 집전체에 접합시켜 분극성을 갖는 전극이 만드는 것이다.
다른 예로 본 발명의 전극은 분극성과 전도성을 모두 갖는 전극으로 구성될 수 있다. 예를 들어 분극성과 전도성을 갖는 활성탄은, 분극성을 갖는 활성탄에 요오드(I3)와 같은 할로젠 원소 등을 도핑하여 만든다.
이렇게 만들어진 활성탄을 접합제를 사용하여 집전체에 접합시키면 분극성과 전도성을 갖는 전극이 만들어지게 되는 것이다.
본 발명에 따른 전극은, 탄소나노튜브, 그래핀, 풀러렌으로도 구성되며, 분극성으로 제조됨이 바람직하지만 경우에 따라서는 분극성과 전도성 모두를 갖는 전극으로 제조되어 집전체에 접합제에 의해 접합될 수 있다.
탄소나노튜브는 이미 알려진 바와 같이, 탄소 6개로 이루어진 육각 모양이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있는 것으로 합성 조건에 따라 관의 지름을 다르게 할 수 있다.
도면에 도시되는 바와 같이 키랄성(Chirality)를 제어하여 전기적 특성을 제어할 수 있는데 이를 이용하여 탄소나노튜브가 이온내포풀러렌에 대해 분극성만 갖도록 하거나, 또는 분극성과 전도성 모두를 갖도록 만들 수 있다. 따라서 집전체에 탄소나노튜브를 성장시킬 시 키랄성을 제어하여 전도성이 없도록 성장시키면 이온내포풀러렌에 대해 분극성만 갖는 전극이 만들어지며, 키랄성을 제어하여 전도성을 갖도록 성장시키면 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 모두 갖는 전극을 만들 수 있다.
탄소나노튜브의 키랄성은 형성된 6각형의 구조에 따른 키랄 벡터(chiral vector) 지수로, 의자형(n=m), 나선형(n,m), 지그재그형(n,O) 등이 있다. 탄소나노튜브는 각각의 형태에 따라 반도체 또는 금속과 같은 전기적인 특성을 나타내는 것이다.
그래핀은 탄소가 육각형의 형태로 서로 연결되어 벌집 모양의 2차원 평면 구조를 이루는 물질로, 도면에 표시되는 바와 같이, 2차원 평면인 x-y축으로는 전자가 흐를 수 있어 전도성을 갖지만, z축으로는 비전도성을 갖는 특성이 있는 물질이다.
따라서 도면에 도시되는 바와 같이, 집전체 면에 그래핀의 2차원 평면이 평행하게 놓이도록 접합하면 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖는 전극이 만들어지고, 도면에 도시되는 바와 같이 집전체에 그래핀의 2차원 평면이 수직이 되도록 접합하면 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖는 전극이 만들어지는 것이다.
또한 풀러렌은 레이저를 조사하면 풀러렌을 결합시킬 수 있다. 도6a는 2개의 풀러렌이 결합되는 것을 나타낸 것이고, 도 6b와 도 4c는 x-y 평면으로 결합된 것을 나타낸 것이다. 두 개 이상의 풀러렌이 결합된 풀러렌은 결합 방향과 인가되는 전압에 따라 전기전도도가 달라지며 이를 조절하여 분극성만 가지는 전극, 또는 분극성과 전도성을 모두 가지는 전극을 만들 수 있다.
풀러렌과 집전체와의 결합은 풀러렌이 구리(Cu)나 금(Au)의 표면에 흡착되는 성질을 이용하여 결합시킬 수 있다. 즉, 밀러 지수(Miller index)를 갖는 구리(Cu)나 금(Au)의 밀러면 위에 풀러렌을 놓으면, 도면에 도시되는 바와 같이, 풀러렌이 집전체로 사용되는 금(Au)이나 구리(Cu)에 흡착되는 되는데 이를 이용하여 집전체 위에 풀러렌 전극을 형성하는 것이다. 이와는 별도로 풀러렌을 집전체 위에 접합제를 사용하여 접합시킬 수도 있다.
한편, 본 발명의 슈퍼커패시터는, 제1 및 제 2전극 사이에 세퍼레이터가 개재될 수 있다.
본 발명에 따른 세퍼레이터는 전자 절연성이 높고, 전해액의 습윤성이 우수하여 이온 투과성이 높은 것이 바람직하고, 또한 인가 전압 범위 내에 있어서 전기 화학적으로 안정될 필요가 있다. 세퍼레이터의 재질은 특별히 한정은 없지만, 레이온이나 마닐라삼 등을 포함하는 초지; 폴리올레핀계 다공질 필름; 폴리에틸렌 부직포; 폴리프로필렌 부직포 등이 바람직하게 이용된다. 나아가 본 발명은 세퍼레이터로, 탄소나노튜브, 풀러렌 등이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 진공챔버는 탄화규소, 유리, 석영 또는 플라스틱, 비철금속 중 어느 하나로 형성되도록 하되, 본 발명에서는 탄화규소를 이용하여 진공챔버를 성형하는 것이 바람직하다.
본 발명의 진공챔버는 원통, 사각, 다각 또는 다른 여러 형상은 물론이고, 기하학적 구조로도 제작될 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
상기 진공챔버를 이용한 본 발명의 슈퍼커패시터는, 탄화수소로 진공챔버를 성형하는 단계와, 상기 진공챔버의 내면에 집전체를 접합하는 단계와, 상기 집전체에 전극을 형성하는 단계와, 상기 진공챔버에 이온내포풀러렌을 주입하는 단계와, 상기 진공 단계와, 밀봉 단계;로 구성된다.
또 다른 실시 예로, 본 발명은 탄화수소 또는 유리로 진공챔버를 성형하는 단계와, 베이스판에 집전체를 설치하고 이 집전체에 분극성 전극을 형성하는 단계와, 상기 베이스판을 상기 진공챔버에 조립하여 집전체가 진공챔버에 끼워지도록 하는 단계와, 상기 베이스판과 진공챔버를 열 융착하는 단계와, 상기 진공 단계와, 밀봉 단계;로 구성된다.
한편 본 발명은 공기를 빼내는 진공 작업 중 주입된 전해질의 음이온과 양이온이 서로 작용하여 외부로 유출되지 않는 특성을 갖는다. 따라서 본 발명은 전해질의 유출 없이 자연스럽게 진공을 진행 할 수 있다.
첨부된 도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 진공챔버의 예를 도시한 것이다.
이중 도 13은 상부에 확관(14)이 마련되고, 이 확관(14)의 하부에 병목부(16)가 마련된 구성으로, 내부에 전극을 형성한 상태에서, 확관에 진공펌프가 연결되어 공기를 빼내고, 진공 작업 후 병목부에 열을 가해 용접하여 밀봉하는 것이다
다른 예로 도 14의 진공챔버에서 저면이 개방된 상태로 구성하고, 이 저면의 개방부를 통해 집전체와 전극을 형성한 다음, 동일한 재질의 바닥판으로 열융착하여 밀봉하는 것이다.
또 다른 예로 본 발명은 저면이 개방된 진공부재를 마련하고, 베이스판을 이용하여 전극이 수납되도록 한 다음 베이스판과 진공부재를 열 융착하는 것이다.
예컨대, 유리 등으로 이루어진 베이스판을 구성하고, 이 베이스판 위에 양극집전체와 음극집전체를 세워 구성하는 것이다. 상기 양극 및 음극집전체 각각에 분극성 전극이 접합된다. 또한 전극부재의 내부에는 이온내포풀러렌이 주입된다.
이 상태에서 상기 베이스판을 진공부재의 저면 개방부에 끼워지며, 양극집전체와 음극집전체는 진공챔버 내부에 위치하고, 베이스판과 개방부를 열 융착하는 것으로 마무리한다. 이후 베이스판에 구비된 확관을 통해 빼낸 다음 밀봉하여 슈퍼커패시터를 제조하는 것이다.
한편, 본 발명은, 진공챔버에 음극 및 양극집전체가 접합 또는 수납되는 것으로 설명되고 있으나, 경우에 따라서는 여러 겹의 집전체와 전극이 코일형 또는 동심원으로 감아진 상태로 진공챔버에 넣어지거나 평판 형태의 집전체 및 전극 여려 겹이 끼워지는 것도 당연하게 구성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 전해질은 이온내포풀러렌 특히 리튬이온내포풀러렌이 사용된다.
본 발명에 따른 C60 풀러렌에 내포되는 이온은 금속 이온, 특히 알칼리 금속 이온이 바람직하다. 이러한 이온으로는 리튬, 나트륨, 칼륨, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬 등이 있으며, 금속 이온이 내포된 풀러렌은, 풀러렌에 내포된 금속 이온에 의해 전하를 갖게 되어 두 전극 사이에 전기장이 가해졌을 경우 이동이 용이하게 된다. 금속이온이 내포된 풀러렌으로 Li+@C60(여기서, @은 내포폴리머를 의미함), Li+@C70, Li+@C76 또는 Li+@C84을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 이온내포 풀러렌 염은 이온내포 풀러렌과 Cl-, Br-, F-, I-, ClO3 -, ClO4 -, BF4 -, A1Cl4-, PF6 -, SbC16 - 또는 SbF6 - 으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 음이온과 결합된 것을 사용할 수 있다. 이러한 음이온은 이온내포 풀러렌 또는 이온내포 풀러렌 염을 적층하였을 경우 형성되는 공극의 크기보다 작은 직경을 갖는 이온이 더욱 바람직하다. 이 때, 할로겐이 바람직하고, 특히 F-가 바람직하다. 대응되는 이온을 교환하기 위해서는 일반적으로 알려진 방법을 사용하여도 무방하다. 예를 들어, Li + @C60] [PF6 -]를 [Li + @C60] [F-]로 교체하려는 경우 다음에 나타내는 일반적으로 알려진 방법을 사용할 수 있다.
(Li + @C60] [PF6 -)+KF+18-crown-6
(Li + @C60] [F-)+(18-crown-6]K+)+PF6 -]
또 다른 방법으로는 이온 교환 수지를 이용하는 방법도 있다.
한편 본 발명의 이온내포풀러렌은 아크방전법을 이용하여 만든다. 또는, 플라즈마 생성 수단을 이용하여 주입하고자 하는 이온에 에너지를 주고, 플라즈마와 자기장의 작용을 이용하여 이온내포풀러렌을 만들 수 있다.
본 발명에서는 이온내포풀러렌을 사용하여 슈퍼커패시터를 만들 수 있음은 물론, 이온내포풀러렌 염을 사용하여 슈퍼커패시터를 만들 수도 있다. 이온내포풀러렌 염은 예를 들어, 클러스터 분해, 용해 고형물 제거, 침전, 생성 염류 제거, 공 풀러렌 제거, 원자 내포 풀러렌 양이온류 추출, 고체 석출, 고체 회수, 결정화 및, 결정을 회수하는 공정 등을 거쳐 만드는 것이다.
본 실시예에서는 양극집전체로 구리(Cu)를 사용하고, 음극집전체로 알루미늄(Al)을 사용하며, 이 집전체에 활성탄을 접합하여 양전극과 음전극을 만들고, 이 활성탄 전극에 할로젠 원소인 요오드(I3)를 도핑하여 각 전극이 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 모두 갖도록 구성한 것을 예로 하여 설명한다.
또한 본 실시예에서는 풀러렌으로 C60을 사용하고, 이 C60 풀러렌에 리튬(Li) 이온을 주입한 리튬이온내포풀러렌(Li@C60)을 만든 것을 예로 하여 설명한다.
또한 본발명의 실시 예에서는 전해질를 포함하는 비수성 전해액 사용한 것을 예로 하여 설명하며, 전해질은 상기 이온내포풀러렌과, 이온액체폴리머가 사용되며, 비수성 유기 용매 그리고, 할로겐치환방향족탄화수소를 포함하는 것을 예로 하여 설명한다.
이와 같이 본 실시예를 구성한 이유는, 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예들은 본 실시예로부터 용이하게 알 수 있기 때문이다.
먼저, 도 12에 도시되는 바와 같이, 진공 챔버(40)를 구성하고, 이 진공챔버(40)에 집전체(10, 10')를 설치하고, 알루미늄으로 이루어진 음극집전체(10)와 구리로 이루어진 양극집전체(10') 위에 활성탄을 접합제로 접합한 후, 할로젠 원소인 요오드를 도핑하여 분극성과 전도성을 갖는 전극(20, 20')을 만든다.
이후 이 전해액을 상기 전극(20, 20') 사이에 충진한 후 케이스(40)로 밀봉하여 본 실시예에 의한 하이브리드 슈퍼커패시터를 만든다.
이하, 본 실시예의 작용 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 12 및 도 1,2를 참고로 하여, 방전상태에서는, 도면에서 도시되는 바와 같이, 리튬이온내포풀러렌(31)과 음이온(32)이 무질서하게 분포하고 있다.
충전을 위해 스위치(SW)를 온하면 음전극(10)과 양전극(10') 사이에 전기장이 형성되고, 이 전기장에 의해 리튬 이온이 내포된 양전하의 풀러렌(31)이 음전극(10) 쪽으로 이동하여 상기 음전극(10)에 접촉하게 된다. 이때, 상기 리튬이온내포풀러렌(31)에 내포된 리튬이온에 의한 1차 충전이 이루어지게 된다.
상기 리튬이온내포풀러렌(31)에 내포된 리튬이온에 의한 1차 충전이 완료된 후에는 리튬이온내포풀러렌(31)에 존재하는 축퇴된 분자궤도에 의한 2차 충전이 이루어지게 된다. 이를 다시 설명하면 다음과 같다.
먼저. 전원이 인가되면 전기장에 의해 리튬이온내포풀러렌(31)이 음전극(20)으로 이동되어 상기 리튬이온내포풀러렌(31)에 내포된 리튬이온의 분극 현상에 의한 1차 충전이 이루어진다. 이때, 상기 음전극(20)의 분극성을 이용한다.
이후 전압이 점점 상승하여 리튬이온내포풀러렌(31)에 존재하는 분자궤도의 환원전위 이상의 전압이 인가되면, 도6에서 도시되는 바와 같은 그래프를 따라 다음과 같이 순차적으로 전자가 이동하여 2차 충전이 이루어지게 된다(① 내지 ⑤). 이때 상기 음전극(20')의 전도성을 이용한다.
Li@C60 <-> Li@C60-¹<-> Li@C60-²<-> Li@C60-³<-> Li@C60-⁴<-> Li@C60-5
*또한, 풀러렌 중공에 리튬이온이 내포되면 풀러렌의 분자궤도에 대한 환원전위가 0.7eV 만큼 낮아지는데, 이로 인해 충방전 효율이 더욱 향상된다.
이때 충전되는 충전량은 리튬이온에 의한 충전량의 6배가 된다. 또한 1나노 크기의 C60 풀러렌을 이용하여 충전과 방전을 행하므로 에너지 저장 밀도가 현격히 높아진다. 또한, 화학반응을 이용한 에너지 저장이 아니므로 에너지 손실 및 열 발생이 없고, 순간 충전 및 순간 방전이 가능하게 된다. 이때 전해액의 성분 및 성분비를 제어하여 충방전 특성을 제어할 수 있다.
한편 스위치(SW)가 오프 되면, 충전할 때와는 반대의 과정을 거쳐 방전이 이루어지게 된다. 즉 도8의 ⑥ 내지 ⑩ 그래프의 경로를 따라 방전이 이루어진 후, 리튬 이온에 의해 충전된 전하도 방전되게 되는 것으로, 상기와 같은 과정을 반복하여 충전 과정 방전 과정을 행하게 된다.
본 발명의 실시 예에서 이온내포풀러렌 염은 예를 들어, 클러스터 분해, 용해 고형물 제거, 침전, 생성 염류 제거, 공 풀러렌 제거, 원자 내포 풀러렌 양이온류 추출, 고체 석출, 고체 회수, 결정화 및, 결정을 회수하는 공정 등을 거쳐 만드는 것이다.
본 발명은 전해질과 진공챔버를 이용하여 진공 슈퍼커패시터를 제조할 수 있다. 이하, 일례로서 진공 슈퍼캐퍼시터의 구조에 대해서 설명한다.
진공챔버 성형 단계
본 발명에 따른 진공챔버(12)는 탄화규소, 유리, 석영, 합성수지, 또는 비철금속 중 어느 하나를 성형하여 제조하되, 본 발명에서는 탄화규소를 성형하여 제조한다.
상기 진공챔버(12)는 상부에 주입관(16)이 연장되고, 이 주입관(16) 하부에 병목부(14)가 마련된 구성으로, 필요에 따라서 집전체와 전극이 용이하게 형성되도록 저면이 개방된 형태도 가능하다.
예를 들어 탄화수소 또는 유리로 진공챔버를 성형하고, 별도 구비되는 유리, 탄화수소의 베이스판 상면에 집전체를 세워 설치하며, 이 집전체에 분극성 전극을 접합하는 것이다. 다음 상기 베이스판을 상기 진공챔버의 저면 개방부에 조립하여 집전체가 진공챔버에 끼워지도록 하고, 상기 베이스판과 진공챔버를 열 융착하는 단계와, 상기 진공 단계와, 밀봉 단계;로 구성된다.
집전체, 전극 접합 단계
상기 집전체는 진공챔버 내면에 접합되며, 음극집전체와 양극집전체 각각은 서로 대향측에 위치한다.
상기 각 집전체에는 전극이 접합되며, 이 전극은 분극성으로 구성되고, 동일한 재질 또는 서로 다른 재질로 구성될 수 있으며, 본 발명에서는 활성탄을 사용한다.
전해질 주입 단계
본 발명에 따른 전해질은 이온내포풀러렌 특히 리튬이온내포풀러렌이 사용되며, 상기 주입관을 통해 진공챔버에 주입된다.
진공 및 밀봉 단계
전해질 주입 후, 상기 진공챔버의 주입관에 진공펌프와 연결되는 밸브가 설치되고, 이 밸브를 개방하여 공기를 빼낸다. 이때 전해질은 음극과 양극이 서로 상호 작용으로 외부로 유출되지 않으며, 진공 작업 후 밸브를 폐쇄한 다음 병목부에 열을 가해 용접, 밀봉하는 것이다.
이러한 본 발명은 충전 전압이 대단히 높은 진공 챔버와 운동성이 좋은 리튬이온내포풀러렌을 사용함으로써, 아주 낮은 전압부터 수십만 kV에 이르는 전압에 이르기 까지 충전이 가능함은 물론, 충전 용량을 비약적으로 향상시키고, 충전 특성 및 방전 특성을 향상시키며, 물리적, 화학적으로 안정하다는 장점이 있다.
제 4실시 예
제 4실시 예도 진공 슈퍼캐패시터에 관한 것이다. 이 제 4실시 예는 상기 제 3실시 예와 동일 유사하다. 다만 탄소나노튜브를 전극으로 하는 것이다.
상기 탄소나노튜브 전극이 진공챔버에 성장되거나 다른 금속에 성장된 상태에서 진공챔버에 끼워지며, 이 탄소나노튜브에는 이온내포풀러렌이 주입되고, 탄소나노튜브의 대향측에는 제 2전극이 형성되는 구성이다.
바람직하기로 상기 이온내포풀러렌은 리튬이온내포풀러렌이 좋다.
당연하게도 상기 탄소나노튜브 전극은 분극성으로 구성되며, 상기 제 2전극 역시 분극성으로 구성된다.
상기 탄소나노튜브 전극은 상기한 바와 같이 키랄성(Chirality)를 제어하여 전기적 특성을 제어하고, 제 2전극은 테프론 등으로 분극성을 구성할 수 있다.
다른 예로, 상기 제 2전극은 상기한 바와 같이, 그래핀의 접합 방향을 제어하여 분극성을 갖도록 구성하거나, 탄소나노튜브의 키랄성을 제어하여 분극성을 갖도록 구성하거나, 또는 풀러렌의 접합 방향을 제어하는 것으로 분극성을 갖도록 한다.
제 5실시 예
본 발명에 따른 슈퍼캐패시터는 각형, 원형, 파우치형, 코인형 및 ic칩 형태 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 이들은 상기한 진공챔버 또는 탄소나노튜브 전극을 구비한 헝태로 구성될 수 있다.
먼저 본 발명에 따른 각형은 도 16 내지 도 22에 도시한 바와 같이 기체(1)는 기본 외형을 구성하고, 내부에 수용되는 전해질 및 전해액을 보호하는 것으로, 철, 합금강, 니켈 도금강, 합성수지 등 여러 재질이 선택적으로 사용될 수 있고, 직사각, 정사각 등의 기본 형태는 몰론 마름모, 사다리꼴, 평형사변형, 삼각형 등 각(角)진 형태는 어떠한 형상으로도 제작될 수 있다.
예를 들어 첨부된 도 16은 자동차 등에 사용되는 각형 2차 전지의 일예이고, 첨부된 도 19는 핸드폰 등에 사용되는 형태이다.
또한 본 발명은 전극과 세퍼레이터가 교호로 세워지는 형태와, 도 18과 같이 감아지는 형태 또는 지그 재기 형태로 접어지는 구성으로 이루어질 수 있다.
도면 부호 200은 스위치이다.
이 스위치는 본 발명에 따른 모든 형태의 슈퍼캐패시터에 적용될 수 있다.
상기 스위치는 본 발명이 적용되는 장치에 끼워졌을 때 이 스위치가 접속하여 ON 상태가 되었을 때만 충전 또는 방전이 이루어지도록 하는 것으로, 대용량을 충전하고 있는 발명의 전지가 외부적인 요인에 의해 순간 방전으로 폭발할 수 있는 위험을 방지하기 위한 것이다.
여기서 스위치는 접촉식, 누름 방식 등 어떠한 것도 가능하며, 도면과 같이 상면에만 위치하는 것이 아니라 기체 어느 위치에 있어도 무방하며, 본 발명이 사용되는 장치에는 스위치와 접속하는 수단이 구비되는 것은 당연한 것이다.
한편, 첨부된 도 20 내지 22는 본 발명의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
이 실시 예는 단 시간에 많은 량의 에너지가 충전 또는 방전되는 것을 대비하여 위한 것으로, 접속 면적을 크게 증가시킨 구조이다.
예를 들어, 슈퍼캐패시터는 얇고 폭이 좁은 단자가 집전체와 연결되어 이를 통해 충전 및 방전이 이루어진다.
그러나 이러한 형태는 충전 용량이 대단히 크고, 충전 및 방전이 급속도로 이루어지는 본 발명에서 단자가 끓어질 우려가 있다.
따라서 본 발명은 접속 면적을 증가시키는 방법으로, 도면과 같이 음극집전체와 양극집전체를 서로 엇갈리게 배치하고, 상부 및 하부로 돌출된 각 집전체 전체가 외부 단자와 연결되도록 하는 것이다.
물론 돌출된 집전체에 별도의 캡을 씌우고, 이 캡과 외부 단자를 연결하는 예도 가능하다. 여기서 캡은 돌출된 집전체를 강제로 누르며 씌워지는 캡과, 캡 안쪽으로 벽을 세워 이 벽들 사이 사이에 집전체를 끼워져 접속 면적을 증가시키는 구성도 있다. 이 형태 즉 음극집전체와 양극집전체가 엇갈리게 배치된 형태는 모든 실시 예에 적용될 수 있다.
이러한 구성의 각형은 정육면체 또는 직육면체로 구성되고, 이 기체 내부에 집전체와 전극 그리고 비수성 전해액이 충진되는 것이다.
상기 기체(1)의 내부에 집전체(10) 즉 구리(CU) 이루어진 양극집전체, 알루미늄(Al)으로 음극집전체를 구성하되, 경우에 따라 음극집전체와 양측집전체를 서로 엇갈리게 배치하고, 각각의 돌출 부위에 접속 캡을 씌운 다음 외부 단자와 연결하는 구성도 있다.
상기 각 집전체에는 분극성 또는 분극성과 전도성을 모두 가지는 전극(20)이 선택적으로 접합된다.
구체적으로 본 발명은 알루미늄으로 이루어진 음극집전체와 구리로 이루어진 양극집전체 위에 활성탄을 접합제로 접합한 후, 할로젠 원소인 요오드를 도핑하여 분극성과 전도성을 갖는 전극을 만들 수 있다.
여기에 이온내포풀러렌(30)을 포함하는 비수성 전해액이 충진된다.
비수성 전해액은 (A) 이온내포 풀러렌 또는 그 염 또는/및 (B) 이온액체 폴리머; (C) 비수성 유기용매; (D) 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 포함한다.
이중 하나의 실시 예는 상기 비수성 유기 용매와 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 1:1로 혼합하고, 이 유기 용매 혼합물 100중량부에 대하여 전해질 리튜이온내포풀러렌 0.1 ∼ 50중량부가 포함하는 전해액을 충진한다.
또 다른 실시 예는 상기 비수성 유기 용매와 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 1:1로 혼합하고, 이 유기 용매 혼합물 100중량부에 대하여 전해질 리튜이온내포풀러렌 0.1 ∼ 50중량부, 양이온 폴리머 또는 음이온 폴리머 또는 이중성 폴리머 중 어느 하나의 폴리머 1 ∼ 50중량부가 더 포함된 비수성 전해액을 충진하는 것이다.
여기서 이온내포풀러렌은 리튬이온내포풀러렌이며, 별도로 설명하지 않아도 이에 대응하는 음이온이 포함하고 있는 것이다.
전해액을 상기 전극 사이에 충진한 후 기체를 밀봉하여 본 실시 예에 의한 각형 슈퍼캐패스터를 만드는 것이다.
또한 본 발명의 각형은 상기한 탄소나노튜브 전극이 적용될 수도 있다.
이러한 본 발명의 각형 슈퍼캐패시터는 사각 기체 내부에 설치되는 진공챔버(12)는 탄화규소, 유리, 석영, 합성수지, 또는 비철금속 중 어느 하나를 성형하여 제조하되, 본 발명에서는 탄화규소를 성형하여 제조한다.
진공챔버는 저면이 개방된 형태이고, 확관은 진공챔버 상부에 구비되거나 별도로 구비되는 저면을 막는 커버에 구비될 수 있다.
상기 진공챔버의 내면에 음극집전체와 양극집전체가 대향측 각각에 접합되고, 각 집전체에 분극성 또는 분극성과 전도성을 모두 갖는 전극이 선택적으로 접합된다. 바람직하기로는 활성탄 전극이 접합된다.
본 발명에 따른 전해질은 이온내포풀러렌 특히 리튬이온내포풀러렌이 사용되다.
전해질 주입 후, 진공챔버의 저면을 커버로 막아 열 융착한다.
다음 상기 진공챔버의 확관에 진공펌프와 연결되는 밸브가 설치되고, 이 밸브를 개방하여 공기를 빼낸다. 이때 전해질은 음극과 양극이 서로 상호 작용으로 외부로 유출되지 않으며, 진공 작업 후 밸브를 폐쇄한 다음 병목부에 열을 가해 용접, 밀봉하는 것이다.
다른 예로 본 발명은 전해질 및 진공챔버 그리고, 진공챔버에 형성되는 탄소나노튜브를 이용하여 슈퍼캐패시터를 제조할 수 있다.
상기 진공챔버를 탄화규소로 형성할 경우에는 진공챔버 외부에 집전체를 접합한 후, 그 내면에 탄소나노튜브를 성장시켜 전극을 형성할 수 있으며, 이때 대향측에는 상기 집전체와 다른 극성의 집전체가 구비되고, 이 집전체에 활성탄으로 이루어진 제 2전극이 접합되는 구성이다.
다른 한편으로 본 발명은 베이스판이 사용될 수 있다.
상기 진공챔버를 유리로 형성하고, 유리로 이루어진 베이스판 위에, 이 베이스판을 관통하는 전선을 통해 상부에 세워진 양극집전체와 음극집전체를 연결하고, 상기 양극집전체와 음극집전체 중 어느 하나에 탄소나노튜브가 접합 또는 성장되며, 대향측에는 제 2전극이 접합된다.
한편 본 발명에서 진공챔버를 이용하는 슈퍼캐패시터는 리튬이온내포풀러렌만 전해질로 사용하는 것이 바람직하지만, 경우에 따라서, 진공챔버 내부에 본 발명의 비수성 전해액이 선택적으로 더 주입될 수 있다.
첨부된 도 23 내지 도 25은 원형으로 제작된 슈퍼캐패시터에 관한 것이다.
기체(1)는 기본적으로 원형으로 제작되며, 200은 상기한 스위치이다.
원형 수퍼캐패시터 역시 음극집전체와, 양극집전체가 서로 엇갈리게 배치되는 것이 바람직하며, 탄소나노튜브 전극이 사용될 수 있다.
100은 원형 본체이고, 20은 전극이며, 120과 140은 상하부에서 쓰워지는 캡이며, E는 비수성전해액이다.
첨부된 도 26 내지 31은 파우치 형태의 수퍼캐패시터이다.
본 발명에 따른 파우치형은, 파우치(100)는 기본 외형을 구성하고, 내부에 수용되는 전해질 및 전해액을 보호하는 것이다.
본 발명의 파우치형은 평면이 직사각 형태를 기본으로 하지만 경우에 따라서는 정사각, 원형, 다각형 또는 기하학적 모양으로도 제작될 수 있다.
본 발명의 상부 파우치와 하부 파우치는 접합제에 의해 접합 또는 압착 용접 또는 실링 방식으로 접착되며, 경우에 따라서는 제 3 내지 제n의 파우치가 더 적층되는 구성으로 이루어질 수도 있다.
마찬가지로, 파우치형도 탄소나노튜브 전극이 적용될 수 있으며, 진공 챔버 형태로 구성될 수도 있다.
부호 20은 전극이고, 앞서 설명한 바와 같이 양 전극은 엇갈리게 배치하여 접속면적을 증가시키는 구성도 당연히 적용될 수 있다.
첨부된 도 32 내지 34는 본 발명의 슈퍼캐패시터를 코인형으로 제작한 일 예를 나타낸 것이고,
도 35 내지 39는 비정형 즉, 형태에 구애되지 않고 제작할 수 있다는 것을 보여주는 것이다.
본 발명은 이온내포플러렌과 비수성 전해액을 사용함으로써, 자유롭게 형태를 구현할 수 있다.
또한 첨부된 도 40 내지 IC칩 형태의 수퍼캐패시터이다.
이 형태는 본체부(100)의 외측으로 적어도 4개 많게는 12개까지 단자가 구비된다. 이 단자는 충전 단자와, 방전 단자 그리고 충전을 제어하는 단자 그리고 방전을 제어하는 단자로 구성되는 것이다.
제 6실시 예
본 발명에 따른 제 6실시 예는 아주 작은 전압에서부터 높은 전압에 이르기까지 충전할 수 있는 미소 충전 전위를 갖도록 한 하이브리드(Hybrid) 슈퍼커패시터( Supercapacitor)에 관한 것이다. (도 42 내지 44참조)
본 발명에 따른 미소 충전 전위를 갖는 하이브리드 슈퍼커패시터에 전원이 인가되면, 처음에는 이온액체폴리머에 의해 1차 충전이 이루어지고, 이온내포풀러렌에 내포된 이온(33)의 의한 2차 충전이 일어나며, 이후 이온내포풀러렌의 분자궤도에 의한 3차 충전이 일어나 더욱 많은 전기에너지를 충전하게 된다.
또한 반대의 과정을 거쳐 충전된 전기에너지가 방전되게 된다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에서는 양극집전체로 구리(Cu)를 사용하고, 음극집전체로 알루미늄(Al)을 사용하며, 이 집전체에 활성탄을 접합하여 양전극을 만들고, 음극집전체(10)에 탄소나노튜브(35)를 성장시켜 음전극(20)을 만든다.
또한 본 실시예에서는 풀러렌으로 C60을 사용하고, 이 C60 풀러렌에 리튬(Li) 이온을 주입한 리튬이온내포풀러렌(Li@C60)을 만든 것을 예로 하여 설명하며 이 리튬이온내포풀러렌은 상기 탄소나노튜브에 주입된다.
구리로 이루어진 양극집전체(10') 위에 활성탄을 접합제로 접합되며,
비수성 전해액을 상기 전극(20, 20') 사이에 충진한 후 케이스(40)를 밀봉하여 본 실시예에 의한 하이브리드 슈퍼커패시터를 만든다.
상기 비수성 전해액은 비수성 유기 용매와 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 1:1로 혼합하고, 상기 혼합물 100중량부에 대하여 전해질 리튬이온내포풀러렌 0.1 ∼ 50중량부가 포함되는 것이다.
당연하게 상기 리튬이온내포풀러렌은 탄소나노튜브에 주입된 것이다.
또 다른 실시 예로 본 발명은 상기 비수성 유기 용매와 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 1:1로 혼합하고, 이 혼합물 100중량부에 대하여 리튜이온내포풀러렌 0.1 ∼ 50중량부, 양이온 폴리머 또는 음이온 폴리머 또는 이중성 폴리머 중 어느 하나의 폴리머 1 ∼ 50중량부가 더 포함된 비수성 전해액을 충진하는 것이다.
이하, 본 실시예의 작용 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도1a는 방전 상태를 나타낸 것으로 방전상태에서는, 도면에서 도시되는 바와 같이, 리튬이온내포풀러렌(31)과 음이온(32)이 무질서하게 분포하고 있다.
충전을 위해 스위치(SW)를 온하면 음전극(10)의 일부인 탄소나노튜브(35)와 양전극(10') 사이에 전기장이 형성되고, 이 전기장에 의해 리튬 이온이 내포된 양전하의 풀러렌(31)이 탄소나노튜브(35) 쪽으로 이동하여 상기 탄소나노튜브(35)에 접촉하게 된다. 이때, 상기 리튬이온내포풀러렌(31)에 내포된 리튬이온에 의한 1차 충전이 이루어지게 된다.
상기 리튬이온내포풀러렌(31)에 내포된 리튬이온에 의한 1차 충전이 완료된 후에는 리튬이온내포풀러렌(31)에 존재하는 축퇴된 분자궤도에 의한 2차 충전이 이루어지게 된다. 이를 다시 설명하면 다음과 같다.
먼저. 전원이 인가되면, 가장 먼저 이온액체폴리머가 1차 충전되고, 전기장에 의해 리튬이온내포풀러렌(31)이 음전극(20)의 일부인 탄소나노튜브(35)로 이동되어 상기 리튬이온내포풀러렌(31)에 내포된 리튬이온의 분극 현상에 의한 2차 충전이 이루어진다. 이때, 상기 탄소나노튜브(35)의 분극성을 이용한다.
이후 전압이 점점 상승하여 리튬이온내포풀러렌(31)에 존재하는 분자궤도의 환원전위 이상의 전압이 인가되면, 도8에서 도시되는 바와 같은 그래프를 따라 다음과 같이 순차적으로 전자가 이동하여 3차 충전이 이루어지게 된다(① 내지 ⑤). 이때 상기 음전극(20')의 전도성을 이용한다.
제7실시 예
생체에 부착될 수 있도록 하는 것이다.(도
이 실시 예는, 전극과 전해질을 갖는 박막의 슈퍼캐패시트로써, 상기 전극의 어느 하나는 탄소나노튜브로 이루어지고, 상기 탄소나노튜브 내부에 이온이 내포된 풀러렌, 또는 이온이 내포된 풀러렌 염을 포함하는 전해질을 내포시켜 이루어지며, 생체에 부착되어 생체에서 발생하는 전위를 검출하는 일렉트로이드와, 상기 일렉트로이드를 통해 검출되는 전위에 의해, 풀러렌에 내포된 이온에 의한 충전이 이루어지고, 풀러렌 자체에 의한 충전이 이루어지도록 하는 것이다.
본 실시예에 의한 박막의 슈퍼캐패시터 또는 2차 전지는 도면과 같이, 생체에 부착시켜 사용한다.
그러면 일렉트로이드(51, 52)를 통해 생체 전기가 모아지게 되고, 이러한 생체 전위는 본 발명의 2차 전지에 저장되게 된다.
본 발명은 슈퍼캐패시터는 물론 2차 전지를 사용하고, 여기에 휴대폰을 비롯한 각종 기계 기구 및 전자장치, 전기 전자 제품에 이용될 수 있는 캐패시터이다.

Claims (66)

  1. 다음을 포함하는 캐퍼시터용 비수성 전해액:
    (A) 풀러렌 또는 그 염;
    (B) 이온액체 폴리머;
    (C) 비수성 유기용매; 및
    (D) 할로겐 치환 방향족 탄화수소.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 풀러렌은 C60, C70, C72, C76, C78, C82, C84, C90, C94, C96 중 어느 하나인 것을 포함하는 캐퍼시터용 비수성 전해액.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 비수성 유기 용매와 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 1: 0.5 ∼ 3으로 혼합하고, 이 유기 용매 혼합물 100중량부에 대하여 리튬이온내포풀러렌 0.1 ∼ 50중량부를 첨가한 포함하는 커패시터용 비수성 전해액.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 비수성 유기용매와 상기 할로겐 치환 방향족 탄화수소의 중량비가 1: 1인 것을 포함하는 커패시터용 비수성 전해액.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 할로겐 치환 방향족 탄화수소는 할로겐 치환 벤젠, 할로겐 치환 나프탈렌 및 할로겐 치환 안트라센으로 구성된 군에서 선택되는 것을 포함하는 커패시터용 비수성 전해액.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 이온액체 폴리머는 화학식 1 또는 화학식 2의 양이온성 폴리머와 Cl-,Br-,BF4 -,PF6 -,(CF3SO2)2N-,HPO3R11-(여기서, R11은 C1~C6알킬기) 및 COOH-로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 음이온이 결합되어 있는 것을 포함하는 커패시터용 비수성 전해액.
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2019003321-appb-I000008
    [화학식 2]
    Figure PCTKR2019003321-appb-I000009
    화학식 1 및 2에서 R은 수소 원자, 알킬, 사이클로알킬, 알릴, 아릴 또는 알킬아릴이고, 여기서, 알킬은 C1-C6,사이클로알킬은 C3-C10,알릴은 C2-C20,아릴은 C6-C20이며, n은 5,000 내지 30,000의 정수이다.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 이온액체 폴리머는 화학식 3의 음이온성 폴리머와 R4-P+(여기서, R은 수소 원자, 알킬, 사이클로알킬, 알릴, 아릴 또는 알킬아릴이고, 여기서, 알킬은 C1-C6,사이클로알킬은 C3-C10,알릴은 C2-C20,아릴은 C6-C20임) 음이온과 결합되어 있는 것을 커패시터용 비수성 전해액.
    [화학식 3]
    Figure PCTKR2019003321-appb-I000010
    화학식 3에서 n은 5,000 내지 500,000의 정수이다.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 이온액체 폴리머는 화학식 4의 이중성 폴리머인 것을 커패시터용 비수성 전해액.
    [화학식 4]
    Figure PCTKR2019003321-appb-I000011
    화학식 4에서 A-는 SO3 - 또는 PO3H- 또는 CO2 -이고, n은 5,000 내지 300,000의 정수이다.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 비수성 전해액은,
    비수성 유기 용매와 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 1:0.5 ∼ 3으로 혼합하고, 이 유기 용매 혼합물 100중량부에 대하여 전해질 리튜이온내포풀러렌 0.1 ∼ 50중량부, 양이온 폴리머 또는 음이온 폴리머 또는 이중성 폴리머 중 어느 하나의 이온액체폴리머 1 ∼ 50중량부를 더 포함하는 커패시터용 비수성 전해액.
  10. 제 5항에 있어서, 상기 할로겐 치환 벤젠은 화학식 5로 표시되는 것을 포함하는 커패시터용 비수성 전해액.
    [화학식 5]
    Figure PCTKR2019003321-appb-I000012
    화학식 5에서 R1내지 R6는 각각 독립적으로 비치환된 C1~C6알킬기, 할로겐 또는 할로겐 원자로 치환된 C1~C6알킬기이되, 반드시 하나 이상의 할로겐이 치환된다.
  11. 제 5항에 있어서, 상기 할로겐 치환 나프탈렌은 화학식 6으로 표시되는 것을 포함하는 커패시터용 비수성 전해액.
    [화학식 6]
    Figure PCTKR2019003321-appb-I000013
    화학식 6에서 R1내지 R8는 각각 독립적으로 비치환된 C1~C6알킬기, 할로겐 또는 할로겐 원자로 치환된 C1~C6알킬기이되, 반드시 하나 이상의 할로겐이 치환된다.
  12. 제 5항에 있어서, 상기 할로겐 치환 안트라센은 화학식 7로 표시되는 것을 포함하는 커패시터용 비수성 슈퍼커패시터.
    [화학식 7]
    Figure PCTKR2019003321-appb-I000014
    화학식 7에서 R1내지 R10는 각각 독립적으로 비치환된 C1~C6알킬기, 할로겐 또는 할로겐 원자로 치환된 C1~C6알킬기이되, 반드시 하나 이상의 할로겐이 치환된다.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 비수성 유기용매는 환형(cyclic) 카보네이트, 사슬형(chain) 카보네이트 또는 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트 중 어느 하나 또는 혼합물인 것을 포함하는 커패시터용 비수성 전해액.
  14. 제 5항에 있어서, 상기 환형 카보네이트는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌 카보네이트, γ-부티로락톤 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 카보네이트이고, 상기 사슬형 카보네이트는 디메틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, n-부틸메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 에틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 플루오로디메틸카보네이트, 디플루오로디메틸카보네이트, 트리플루오로디메틸카보네이트, 테트라플루오로디메틸카보네이트, 플루오로디메틸카보네이트, 플루오로에틸메틸카보네이트, 디플루오로에틸메틸카보네이트, 트리플루오로에틸메틸카보네이트, 아세트산메틸, 아세트산에틸, 프로피온산메틸, 플루오로아세트산메틸, 디플루오로아세트산메틸, 트리플루오로아세트산메틸, 플루오로아세트산에틸, 디플루오로아세트산에틸, 트리플루오로아세트산에틸, 플루오로프로피온산메틸, 디플루오로프로피온산메틸, 트리플루오로프로피온산메틸 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 카보네이트인 것을 포함하는 커패시터용 비수성 전해액.
  15. 양극, 음극 및 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 비수성 전해액을 포함하는 캐퍼시터.
  16. 커패시터로써,
    양극집전체와 음극집전체로 구성된 집전체;
    분극성과, 분극성과 전도성을 모두 갖는 전극으로 구성되어 상기 집전체에 선택적으로 접합되는 전극; 및
    커패시터용 비수성 전해액을 포함하는 것으로,
    상기 비수성 전해액은
    (A) 풀러렌; (B) 이온액체 폴리머; (C) 비수성 유기용매; 및 (D) 할로겐 치환 방향족 탄화수소를 포함하는 커패시터.
  17. 전극과 전해질을 갖는 슈퍼커패시터로써,
    상기 전해질은 이온이 내포된 풀러렌, 또는 이온이 내포된 풀러렌 염을 포함하여 이루어져,
    풀러렌에 내포된 이온에 의한 충전이 이루어지고,
    풀러렌 자체에 의한 충전이 이루어짐을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 전극 중 어느 하나는 이온이 내포된 풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖도록 구성됨을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖는 전극은, 활성탄, 또는 테프론으로 구성됨을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖는 전극은, 그래핀의 접합 방향을 제어하여 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖도록 구성하거나, 또는 탄소나노튜브의 키랄성을 제어하여 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖도록 구성하거나, 또는 풀러렌의 접합 방향을 제어하여 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖도록 구성함을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖는 전극은, 활성탄에 할로겐 원소를 도핑하여 상기 활성탄이 전도성을 갖도록 함으로써 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖도록 함을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  22. 제 18항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖는 전극은, 그래핀의 접합 방향을 제어하거나 또는 풀러렌의 접합 방향을 제어하여 상기 그래핀 또는 풀러렌이 전도성을 갖도록 함으로써 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖도록 함을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  23. 제 18항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖는 전극은, 탄소나노튜브의 키랄성을 제어하여 상기 탄소나노튜브가 전도성을 갖도록 함으로써 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖도록 함을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  24. 제 17항있어서, 상기 이온내포풀러렌 자체에 의한 충전은 이온내포풀러렌의 축퇴된 분자궤도에 충전됨을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  25. 전극과 전해질을 갖는 슈퍼커패시터로써,
    진공 챔버의 내부에 전극을 설치하고,
    이 진공 챔버 안에 이온이 내포된 풀러렌, 또는 이온이 내포된 풀러렌 염을 포함하는 전해질을 충진하여,
    풀러렌에 내포된 이온에 의한 충전이 이루어지고,
    풀러렌 자체에 의한 충전이 이루어짐을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 전극 중 어느 하나는 이온이 내포된 풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖도록 구성됨을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖는 전극은, 활성탄, 또는 테프론으로 구성됨을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  28. 제 26항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖는 전극은, 그래핀의 접합 방향을 제어하여 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖도록 구성하거나, 또는 탄소나노튜브의 키랄성을 제어하여 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖도록 구성하거나, 또는 풀러렌의 접합 방향을 제어하여 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖도록 구성함을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  29. 제 26항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖는 전극은, 활성탄에 할로겐 원소를 도핑하여 상기 활성탄이 전도성을 갖도록 함으로써 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖도록 함을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  30. 제 26항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖는 전극은, 그래핀의 접합 방향을 제어하거나 또는 풀러렌의 접합 방향을 제어하여 상기 그래핀 또는 풀러렌이 전도성을 갖도록 함으로써 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖도록 함을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  31. 제 26항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖는 전극은, 탄소나노튜브의 키랄성을 제어하여 상기 탄소나노튜브가 전도성을 갖도록 함으로써 상기 이온내포풀러렌에 대해 분극성과 전도성을 갖도록 함을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  32. 제 26항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌은, 내포되는 이종 원자로서, 리튬, 나트륨, 칼륨, 세슘, 마그네슘, 칼슘,스트론튬 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  33. 제 26항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 내포되는 원자 이온은 금속인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  34. 제 26항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 내포되는 원자 이온은 알칼리 금속인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  35. 제 26항에 있어서, 상기 이온 내포 풀러렌은 C60인 것을 포함하는 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  36. 제 26항에 있어서, 상기 이온 내포 풀러렌 염은 Li+@·-인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  37. 제 26항에 있어서, 원자가 내포된 풀러렌에 대응되는 이온은Cl-, Br-, F-, I-, ClO3 -, ClO4 -, BF4 -, A1Cl4-, PF6 -, SbC16 - 또는 SbF6 - 중 어느 하나 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  38. 제 25항에 있어서, 이온내포풀러렌의 축퇴된 분자궤도에 충전되는 전자수는 5개 이내임을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  39. 제 25항에 있어서, 충전 전위는 이온내포풀러렌의 환원 전위 이상임을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  40. 제 25항에 있어서, 상기 진공 챔버는 탄화수소, 유리, 석영, 합성수지 중 어느 하나로 성형된 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  41. 전극과 전해질을 갖는 슈퍼커패시터로써,
    진공챔버;
    상기 진공챔버 내부에 형성되는 전극; 및,
    상기 진공챔버에 주입되는 이온내포풀러렌, 또는 이온내포풀러렌 염을 포함하는 전해질;을 포함하여 이루어져,
    상기 진공챔버의 진공 분위기에서 이온내포풀러렌에 의한 충전이 이루어지도록 함을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  42. 제 41항에 있어서, 상기 진공 챔버는 탄화수소, 유리, 석영, 합성수지, 또는 금속 중 어느 하나로 제작되는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  43. 제 41항에 있어서, 상기 진공챔버 내부에 형성되는 전극의 양전극과 음전극 각각은 활성탄, 그래핀, 흑연, 탄소나노튜브, 풀러렌, 테프론 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  44. 제 41항에 상기 진공챔버 내부에 형성되는 전극은, 그래핀의 접합 방향을 제어하여 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖도록 구성하거나, 탄소나노튜브의 키랄성을 제어하여 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖도록 구성하거나, 또는 풀러렌의 접합 방향을 제어하여 이온내포풀러렌에 대해 분극성을 갖도록 구성함을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  45. 제 17항, 제25항, 제 41항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 내포되는 이온은, 리튬, 나트륨, 칼륨, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 또는 스트론튬 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  46. 제 17항, 제25항, 제 41항에 있어서, 이온이 내포되는 풀러렌은, C60, C70, C72, C78, C82, C90, C94, 또는 C96 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  47. 제 41 항에 있어서, 상기 이온 내포 풀러렌 염은 Li+@ㅇPF-인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  48. 제 17항, 제25항, 제 41항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 대응되는 이온은 Cl-, Br-, F-, I-, ClO3 -, ClO4 -, BF4 -, A1Cl4-, PF6 -, SbC16 - 또는 SbF6 - 중 어느 하나 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  49. 제 25항, 제 41항에 있어서, 상기 진공챔버는 상부에 주입관이 연장되고, 이 주입관 하부에 병목부가 마련된 구성으로, 상기 병목부를 가열하여 밀봉하는 것을 특징으로 하는 수퍼커패시터,
  50. 제 25항, 제 41항에 있어서, 상기 진공 챔버는 탄화수소 또는 유리로 성형하고, 별도 구비되는 유리, 탄화수소의 베이스판 상면에 집전체를 세워 설치하며, 이 집전체에 분극성 전극을 접합하며, 상기 베이스판을 상기 진공챔버의 저면 개방부에 조립하여 집전체가 진공챔버에 끼워지도록 하고, 상기 베이스판과 진공챔버를 열 융착하는 것을 특징으로 하는 수퍼커패시터.
  51. 제 50항에 있어서, 상기 집전체는 진공챔버 내면에 접합되며, 음극집전체와 양극집전체 각각은 서로 대향측에 위치하는 것을 특징으로 하는 수퍼커패시터.
  52. 제 50항에 있어서, 상기 각 집전체에는 전극이 접합되며, 이 전극은 분극성으로 구성되고, 동일한 재질 또는 서로 다른 재질로 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 수퍼커패시터.
  53. 제 42항에 있어서, 상기 진공챔버의 주입관에 진공펌프와 연결되는 밸브가 설치되고, 이 밸브를 개방하여 공기를 빼내며, 진공 작업 후 밸브를 폐쇄한 다음 병목부에 열을 가해 용접, 밀봉하는 것을 포함하는 수퍼커패시터.
  54. 슈퍼커패시터로써,
    진공 챔버;
    상기 진공챔버의 내면 또는 외면에 접합되는 집전체;
    상기 집전체에 접합되거나 진공챔버에 성장된 분극성 탄소나노튜브; 및
    상기 탄소나노튜브에 주입되는 이온내포풀러렌을 전해질;로 구성되며,
    상기 진공챔버의 진공 분위기에서 이온내포풀러렌에 의한 충전이 이루어지도록 하는 것을 포함하는 슈퍼커패시터.
  55. 슈퍼커패시터로써,
    진공 챔버;
    상기 진공챔버의 내면에 접합되는 양극집전체와 음극집전체로 구성된 집전체;
    상기 양극집전체 및 음극집전체 각각 또는 어느 일측에 접합되는 탄소나노튜브 전극이 형성되고, 대향 집전체에 제 2전극이 접합된 전극;
    상기 탄소나노튜브에 주입되는 이온내포풀러렌;으로 구성되며,
    상기 진공챔버의 진공 분위기에서 이온내포풀러렌에 의한 충전이 이루어지도록 하는 것을 포함하는 슈퍼커패시터.
  56. 제 55항에 있어서, 상기 탄소나노튜브 전극과 제 2전극은 분극성으로 구성된 포함하는 슈퍼커패시터.
  57. 제 17항, 제 25항, 제41항, 제54항에 있어서, 원자가 내포된 풀러렌에 대응되는 이온은 Cl-, Br-, F-, I-, ClO3 -, ClO4 -, BF4 -, A1Cl4-, PF6 -, SbC16 - 또는 SbF6 - 중 어느 하나 또는 2종 이상인 것을 포함하는 슈퍼커패시터.
  58. 제 54항에 있어서, 상기 진공챔버는 저면이 개방되어, 이 개방부를 통해 전극 및 집전체가 형성되도록 하는 것을 포함하는 슈퍼커패시터.
  59. 제 54항에 있어서, 상기 진공챔버의 저면 개방부에 베이스판을 끼워 조립하되, 이 베이스판 상면에 음극집전체와, 양극집전체가 세워진 상태로 진공챔버에 수납되는 것을 포함하는 슈퍼커패시터.
  60. 각형으로 이루어진 슈퍼커패시터로써,
    사각의 육면체로 구성되는 기체;
    상기 기체의 내부에 구비되는 진공 챔버;
    상기 진공 챔버의 내면 또는 외면에 접합되는 양극집전체와 음극집전체로 구성된 집전체;
    상기 각 집전체에 접합 또는 성장되는 전극;
    상기 전극 사이에 충진되는 이온내포풀러렌으로 이루어진 전해질;로 구성된 것을 포함하는 각형 2차 전지.
  61. 제 60항에 있어서,
    상기 음극집전체와 양극집전체 중 어느 하나에 탄소나노튜브를 성장시켜 전극으로 구성하고, 대향측 집전체에 활성탄 전극이 구비되도록 하되, 상기 탄소나노튜브 전극에 이온내포풀러렌이 주입된 것을 포함하는 각형 2차 전지.
  62. 원형으로 이루어진 슈퍼캐패시터로써,
    원통형으로 구성된 기체;
    상기 기체의 내부에 구비된 심재를 중심으로 코일형 또는 동심원 형태로 감아지는 집전체와 전극; 및
    상기 전극 사이에 충진되는 이온내포플러렌으로 이루어진 전해질;로 구성된 것을 포함하는 슈퍼캐패시터.
  63. 원형으로 이루어진 슈퍼캐패시터로써,
    원통형으로 구성된 기체;
    상기 기체의 내부에 구비되는 진공 챔버;
    상기 진공 챔버의 내부에 접합 또는 넣어지는 양극집전체와 음극집전체로 구성된 집전체;
    상기 각 집전체에 접합 또는 성장되는 전극;
    상기 전극 사이에 충진되는 이온내포풀러렌으로 이루어진 전해질;로 구성된 것을 포함하는 슈퍼캐패시터.
  64. 파우치형으로 이루어진 슈퍼캐패시터로써,
    상부 파우치와, 하부 파우치로 구성되며, 이들이 마주 보는 면 가장자리에 접착제를 도포하여 접착하는 파우치;
    상기 상부 및 하부 각각에 접합되는 집전체;
    상기 집전체에 접합 또는 형성되는 전극;
    상기 전극 사이에 충진되는 이온내포풀러렌의 전해질;구성된 것을 포함하는 슈퍼캐패시터.
  65. 파우치형으로 이루어진 슈퍼캐패시터로써,
    상부 파우치와, 하부 파우치로 구성되며, 이들이 마주 보는 면 가장자리에 접착제를 도포하여 접착하는 파우치;
    상기 상부 및 하부 파우치 각각에 접합되는 집전체;
    상기 각 집전체에 접합 또는 형성되어 있는 전극;
    상기 전극 사이에 충진되는 이온내포풀러렌으로 이루어진 전해질;로 구성된 것을 포함하는 슈퍼캐패시터.
  66. 전극과 전해질을 갖는 박막의 슈퍼캐패시터로써,
    상기 전극의 어느 하나는 탄소나노튜브로 이루어지고,
    상기 탄소나노튜브 내부에 이온이 내포된 풀러렌, 또는 이온이 내포된 풀러렌 염을 포함하는 전해질을 내포시켜 이루어지며,
    생체에 부착되어 생체에서 발생하는 전위를 검출하는 일렉트로이드와,
    상기 일렉트로이드를 통해 검출되는 전위에 의해,
    풀러렌에 내포된 이온에 의한 충전이 이루어지고,
    풀러렌 자체에 의한 충전이 이루어짐을 특징으로 하는 생체 전위 충전을 위한 슈퍼캐패시터.
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