KR100805206B1 - Active Material For An Electrode, Electrode Comprising The Same and Manufacturing Method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수소 또는 수소를 포함하는 혼합가스 중에 열처리한 탄소물을 포함하여 이루어진 에너지 저장 장치의 전극 활물질, 이를 구비한 전극 및 이의 제조방법을 제공하며, 활물질 표면의 반응기가 수소 또는 수소를 포함하는 기류 중에서 제거 또는 수소기로 치환되어, 활성탄소의 내전압 특성을 향상시킴과 동시에 내구성을 개선하여 본 발명에 따른 활물질을 사용하여 제조한 에너지 저장 장치의 내부저항을 감소시키고 출력 특성을 향상시키는 효과를 갖는다.The present invention provides an electrode active material, an electrode having the same and a method for producing the electrode of the energy storage device comprising a heat-treated carbon material in a mixed gas containing hydrogen or hydrogen, the reactor on the surface of the active material comprises hydrogen or hydrogen It is removed from the air stream or substituted with a hydrogen group, thereby improving the withstand voltage characteristics of the activated carbon and improving durability, thereby reducing the internal resistance of the energy storage device manufactured using the active material according to the present invention and improving the output characteristics.
활물질, 에너지 저장 장치 Active material, energy storage device
Description
도 1은 본 발명에 따른 700℃에서 수소로 열처리한 활물질 사용하여 제조한 전극의 CV(Cyclic Voltagram) 결과를 미처리한 활성탄소와 비교하여 나타낸 도,1 is a view showing a CV (Cyclic Voltagram) results of an electrode prepared using an active material heat-treated with hydrogen at 700 ℃ according to the present invention compared to untreated activated carbon,
도 2는 본 발명에 따른 700℃에서 수소로 열처리한 활물질 사용하여 제조한 전기이중층 커패시터의 전압 프로파일을 미처리한 활성탄소와 비교하여 나타낸 도,2 is a view showing a voltage profile of an electric double layer capacitor prepared using an active material heat treated with hydrogen at 700 ° C. according to the present invention compared with untreated activated carbon;
도 3은 본 발명에 따른 700℃에서 수소로 열처리한 활물질 사용하여 제조한 전기이중층 커패시터의 AC 임피던스(Impedance) 결과를 미처리한 활성탄소와 비교하여 나타낸 도이다.Figure 3 is a view showing the result of the AC impedance (impedance) of the electric double layer capacitor prepared using the active material heat-treated with hydrogen at 700 ℃ according to the present invention compared to the untreated activated carbon.
본 발명은 에너지 저장장치의 전극 활물질, 이를 구비한 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode active material of an energy storage device, an electrode having the same, and a method of manufacturing the same.
현재 사용되고 있는 에너지 저장장치의 예로는, 전기이중층 캐패시터, 하이브리드 캐패시터, 리튬이차전지, 태양전지, 또는 연료전지 등을 들 수 있으며, 대표적으로는 리튬이차전지와 수퍼캐피시터로 대표적인 전기이중층 캐패시터(Electorchemical Double Layer Capacitor: EDLC)를 들 수 있다. 리튬이차전지는 에너지밀도가 20∼120Wh/kg로 높다는 장점이 있으나, 출력밀도가 50∼250W/kg으로 낮으며, 싸이클 수명특성이 500회 정도로 낮다는 단점이 있다.Examples of energy storage devices currently used include electric double layer capacitors, hybrid capacitors, lithium secondary batteries, solar cells, or fuel cells. Representative examples of lithium secondary batteries and supercapacitors include electric double layer capacitors (Electorchemical Double). Layer Capacitor (EDLC). Lithium secondary battery has the advantage of high energy density of 20 ~ 120Wh / kg, but low output density of 50 ~ 250W / kg, has a disadvantage that the cycle life characteristics are low as about 500 times.
전기이중층 캐패시터는 고체전극과 전해질 사이의 계면에 생성되는 전기이중층에 전하가 축적되는 것을 이용하여 전기에너지를 축적하는 장치로서 리튬이차전지에 비해 에너지 밀도는 낮지만, 충전시간이 매우 짧으며, 출력밀도가 상대적으로 높고 상대적으로 사이클 수명이 우수한 장점 때문에 전기자동차 등 여러 응용분야에서 관심이 증가하고 있다.The electric double layer capacitor is a device that accumulates electric energy by using electric charge accumulated in the electric double layer generated at the interface between the solid electrode and the electrolyte. The energy density is lower than that of a lithium secondary battery, but the charging time is very short and the output is low. There is a growing interest in many applications, such as electric vehicles, because of their relatively high density and relatively good cycle life.
상기 리튬이차전지와 전기이중층 캐패시터는 단위전지의 구조 및 작동원리에서 매우 유사하지만, 전하의 저장 메커니즘에서 차이를 보인다. 즉, 리튬이차전지에서는 충방전에 따라 전자와 이온이 전극물질의 벌크(bulk)내로 전달되며 패러데이 반응(Faradaic reaction)에 의존하기 때문에 전극물질의 상변이가 수반되는데 비해, 전기이중층 캐패시터에서는 이러한 패러데이 반응이 개재되지 않기 때문에(non-Faradaic process) 활물질의 상변이 없이 전기 전극/전해질의 계면(전기이중층)에서만 충방전 반응이 일어난다는 특징이 있다.The lithium secondary battery and the electric double layer capacitor are very similar in structure and operation principle of the unit cell, but show a difference in the storage mechanism of the charge. That is, in lithium secondary batteries, electrons and ions are transferred into the bulk of the electrode material due to charging and discharging, and depending on the Faradaic reaction, a phase change of the electrode material is involved, whereas in the electric double layer capacitor, such a Faraday Since the reaction is not interposed (non-Faradaic process), the charge and discharge reaction occurs only at the interface (electric double layer) of the electric electrode / electrolyte without the phase change of the active material.
한편, 상기 리튬이차전지와 전기이중층 캐패시터의 단점을 보완한 하이브리 드 캐패시터가 제안되고 있다.On the other hand, a hybrid capacitor has been proposed to compensate for the disadvantages of the lithium secondary battery and the electric double layer capacitor.
상기 에너지 저장 장치의 전극의 활물질로 탄소물이 주로 사용된다. 이 중 활성탄소는 주로 에너지 저장 장치로서 전기이중층 커패시터 (Electric Double Layer Capacitor, EDLC)와 한쪽 전극에 활성탄소를 사용하는 하이브리드 저장 장치의 활물질로 활용되고 있다. 에너지 저장 장치로서 활성탄소를 사용할 경우 전해질의 분리이온을 활성탄소의 표면에 대전시켜 전기이중층을 형성하는 것에 의해 정전용량이 발생하므로 정전기적 결합에 의한 에너지 손실이 적어 출력 특성이 우수하고 반영구적인 충방전 cycle 수명을 가진다. Carbon material is mainly used as an active material of the electrode of the energy storage device. Among these, activated carbon is mainly used as an active material of an electric double layer capacitor (EDLC) and a hybrid storage device using activated carbon at one electrode as an energy storage device. When activated carbon is used as an energy storage device, electrostatic capacity is generated by charging the ion of the electrolyte to the surface of activated carbon to form an electric double layer, so the energy loss due to electrostatic coupling is small, resulting in excellent output characteristics and semi-permanent charge and discharge. has a cycle life.
활성탄소를 에너지 저장 장치에 적용할 경우 요구되는 성능으로서는 활성탄소의 비표면적(㎡/g)이 클 것, 미세공(pore)이 전해질 이온과 적합할 것, 전극에서의 활성탄소의 충진밀도가 클 것, 전기저항이 낮을 것, 전기화학적으로 안정할 것을 들 수 있다. When activated carbon is applied to an energy storage device, the required performance is that the specific surface area (
활성탄소의 원료로서는 야자수 껍질, 석유 피치, 석유 코크스, 석탄 혹은 페놀수지 등의 탄소물이 사용된다. 탄소함유량이 많은 원료는 300～700℃의 저온에서 탄화시키고, 탄화한 원료와 가스 (수증기, 이산화탄소, 공기 및 연료가스) 또는 약품과 함께 700～1000℃의 고온에서 반응시켜서 미세공을 형성시켜 활성탄소를 제조한다. 이 때 가스 또는 약품의 조성, 활성화 온도 및 활성화 시간을 조절하는 것에 의해 미세공의 크기 및 분포가 조절된다. As the raw material of the activated carbon, carbon materials such as palm bark, petroleum pitch, petroleum coke, coal or phenol resin are used. Raw materials with high carbon content are carbonized at low temperatures of 300 ~ 700 ℃, and reacted with carbonized raw materials and gases (steam, carbon dioxide, air and fuel gas) or chemicals at high temperatures of 700 ~ 1000 ℃ to form micropores. Prepare carbon. At this time, the size and distribution of the micropores are controlled by adjusting the composition, activation temperature and activation time of the gas or drug.
한편 에너지 저장 장치의 내구성을 높이기 위해서는 전기화학적으로 안정한 탄소물을 사용할 필요가 있다. 에너지 저장 장치의 충방전 안정성은 전해액의 분해성에도 관련이 있고, 전해액의 분해를 억제하기 위해서는 전기화학적으로 안정한 탄소물을 사용할 필요가 대두되고 있다. 그러나 상용화하고 있는 탄소물, 특히 활성탄소는 활성과정에서 생성되는 표면 관능기의 양과 잔존 재 성분이 많이 남아 있는 경우가 많아 전기이중층 커패시터의 내전압을 2.5V로 제한하여 에너지밀도를 감소시키거나 누설전류의 증가 원인을 제공하여 왔다. On the other hand, in order to increase the durability of the energy storage device, it is necessary to use electrochemically stable carbon water. The charge and discharge stability of the energy storage device is also related to the degradability of the electrolyte, and in order to suppress decomposition of the electrolyte, it is necessary to use an electrochemically stable carbon material. However, the commercialized carbon materials, especially activated carbon, often contain a large amount of surface functional groups and residual components, which are generated during the activation process. Therefore, the electric voltage of the electric double layer capacitor is limited to 2.5 V to reduce energy density or reduce leakage current. The cause of the increase has been provided.
이는 상기 원료들을 활성화할 경우 활성탄소의 표면에는 많은 표면 관능기가 잔존해 있고, 표면 관능기가 잔존한 상태로 전극을 구성하고 유기 전해액을 사용하여 셀을 구성하면, 2.5V 이상의 전압에서 전해질 용액과 반응하여 가스의 발생 또는 비전기전도성의 피막이 형성하여 에너지 저장 장치의 내부저항을 증가시켜 충방전에 따른 사이클 수명을 단축시키는 원인을 제공하기 때문이다. When the raw materials are activated, many surface functional groups remain on the surface of the activated carbon, and when the electrode is formed with the surface functional groups remaining and the cell is formed using the organic electrolyte, it reacts with the electrolyte solution at a voltage of 2.5V or higher. This is because a gas generation or a non-electroconductive film is formed to increase the internal resistance of the energy storage device, thereby providing a cause of shortening the cycle life due to charge and discharge.
따라서, 에너지 저장 장치의 성능 개선을 위해서는 상기의 문제점을 해결하는 것이 시급한 실정이다.Therefore, in order to improve the performance of the energy storage device, it is urgent to solve the above problems.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 활성탄소 등의 탄소물을 사용하는 에너지 저장 장치의 내구성 등의 성능을 높이기 위해, 활성탄소 등의 탄소물을 수소를 포함하는 가스 기류 중에 열처리하는 방법을 통해 전기화학적으로 안정한 탄소물을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, in order to improve the performance, such as durability of the energy storage device using carbon water, such as activated carbon, a method of heat-treating carbon water, such as activated carbon in a gas stream containing hydrogen It aims to provide an electrochemically stable carbon water through.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, The present invention for achieving the above object,
수소 또는 수소를 포함하는 혼합가스 중에 열처리한 탄소물을 포함하여 이루어진 에너지 저장 장치의 전극 활물질을 제공한다.Provided is an electrode active material of an energy storage device including carbon material heat-treated in hydrogen or a mixed gas containing hydrogen.
또한, 상기 혼합가스에는 질소, 아르곤, 또는 암모니아 가스가 포함되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전극 활물질을 제공한다.In addition, the mixed gas provides an electrode active material of an energy storage device, characterized in that nitrogen, argon, or ammonia gas.
또한, 상기 탄소물의 비표면적은 500 ~ 2500 ㎡/g 범위내인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전극 활물질을 제공한다.In addition, the specific surface area of the carbon water provides an electrode active material of the energy storage device, characterized in that in the range of 500 ~ 2500
또한, 상기 탄소물은 300 ~ 1000℃ 범위내의 온도에서 열처리되어 얻어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전극 활물질을 제공한다.In addition, the carbon material provides an electrode active material of an energy storage device, characterized in that obtained by heat treatment at a temperature in the range of 300 ~ 1000 ℃.
또한, 상기 탄소물은 활성탄소, 흑연, 탄소섬유 및 탄소튜브 중에서 하나 이상 선택된 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전극 활물질을 제공한다.In addition, the carbon material provides an electrode active material of an energy storage device, characterized in that at least one selected from activated carbon, graphite, carbon fiber and carbon tube.
또한, 상기 탄소섬유 또는 탄소튜브는 나노크기인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전극 활물질을 제공한다.In addition, the carbon fiber or carbon tube provides an electrode active material of the energy storage device, characterized in that the nano-size.
또한, 상기 열처리된 탄소물에는 탄소, 수소 및 산소 원자 총 100중량 대비 산소 원소가 2 중량 이하로 함유된 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전극 활물질을 제공한다.In addition, the heat-treated carbon material provides an electrode active material of an energy storage device, characterized in that the oxygen element is contained in an amount of less than 2 weight relative to the total weight of 100 carbon, hydrogen and oxygen atoms.
또한, 전기이중층 캐패시터, 하이브리드 캐패시터, 리튬이차전지, 태양전지, 또는 연료전지의 전극에 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전극 활물질.In addition, the electrode active material of the energy storage device, characterized in that used in the electrode of the electric double layer capacitor, hybrid capacitor, lithium secondary battery, solar cell, or fuel cell.
본 발명은 또한, 탄소물을 열처리로에 넣는 단계; 및 상기 열처리로에서 상기 탄소물을 수소 또는 수소를 포함하는 혼합가스 분위기하에서 열처리하여 상기 탄소물의 반응성 관능기를 환원시키는 단계;를 포함하여 이루어진 에너지 저장 장치의 전극 활물질의 제조방법을 제공한다.The present invention also comprises the steps of placing the carbon water in the heat treatment furnace; And heat treating the carbon material in a mixed gas atmosphere including hydrogen or hydrogen in the heat treatment furnace to reduce the reactive functional group of the carbon material.
또한, 상기 탄소물의 반응성 관능기를 환원시키는 반응을 촉진하기 위해, 상기 열처리로를 회전시키는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전극 활물질의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing an electrode active material of an energy storage device, wherein the heat treatment furnace is rotated to promote a reaction for reducing the reactive functional group of the carbon material.
또한, 상기 혼합가스에는 질소, 아르곤, 또는 암모니아 가스가 포함되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전극 활물질의 제조방법을 제공한다.In addition, the mixed gas provides a method for producing an electrode active material of the energy storage device, characterized in that nitrogen, argon, or ammonia gas.
또한, 상기 탄소물의 비표면적은 500 ~ 2500 ㎡/g 범위내인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전극 활물질의 제조방법을 제공한다.In addition, the specific surface area of the carbon water provides a method for producing an electrode active material of the energy storage device, characterized in that in the range of 500 ~ 2500
또한, 상기 탄소물은 300 ~ 1000℃ 범위내의 온도에서 열처리되어 얻어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전극 활물질의 제조방법을 제공한다.In addition, the carbon material provides a method for producing an electrode active material of an energy storage device, characterized in that obtained by heat treatment at a temperature in the range of 300 ~ 1000 ℃.
또한, 상기 탄소물은 활성탄소, 흑연, 탄소섬유 및 탄소튜브 중에서 하나 이상 선택된 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전극 활물질의 제조방법을 제공한다.In addition, the carbon material provides a method of manufacturing an electrode active material of an energy storage device, characterized in that at least one selected from activated carbon, graphite, carbon fiber and carbon tube.
또한, 상기 열처리된 탄소물에는 상기 탄소물을 구성하는 탄소, 수소 및 산소 원자 총 100 중량 대비 산소 원자가 2 중량 이하로 함유된 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전극 활물질의 제조방법을 제공한다.In addition, the heat-treated carbon material provides a method for producing an electrode active material of an energy storage device, characterized in that the oxygen atom is contained in less than 2% by weight relative to the total weight of 100 carbon, hydrogen and oxygen atoms constituting the carbon material.
또한, 전기이중층 캐패시터, 하이브리드 캐패시터, 리튬이차전지, 태양전지, 또는 연료전지의 전극에 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전극 활물질의 제조방법In addition, the manufacturing method of the electrode active material of the energy storage device, characterized in that it is used in the electrode of the electric double layer capacitor, hybrid capacitor, lithium secondary battery, solar cell, or fuel cell.
본 발명은 또한, 수소 또는 수소를 포함하는 혼합가스 중에 열처리한 탄소물을 포함하여 이루어진 활물질, 도전재, 바인더 및 집전체를 포함하여 이루어진 에 너지 저장 장치의 전극을 제공한다.The present invention also provides an electrode of an energy storage device including an active material, a conductive material, a binder, and a current collector including a carbon material heat-treated in hydrogen or a mixed gas containing hydrogen.
또한, 상기 활물질, 도전재 및 바인더의 총 100 중량부에 대해 상기 활물질이 80 내지 95 중량부 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전극을 제공한다.The present invention also provides an electrode of an energy storage device, characterized in that the active material is included in an amount of 80 to 95 parts by weight based on 100 parts by weight of the active material, the conductive material, and the binder.
또한, 상기 활물질은 전술한 활물질인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전극을 제공한다.In addition, the active material provides an electrode of the energy storage device, characterized in that the active material described above.
본 발명은 또한, 탄소물을 열처리로에 넣고 수소 또는 수소를 포함하는 혼합가스 분위기하에서 열처리하여 활물질을 제조하는 단계; 상기 제조된 활물질과 도전재 및 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물을 집전체에 도포하는 단계;를 포함하여 이루어진 에너지 저장 장치의 전극 제조방법을 제공한다.The present invention also comprises the steps of preparing an active material by placing the carbon water in a heat treatment furnace and heat treatment in a mixed gas atmosphere containing hydrogen or hydrogen; Preparing a mixture by mixing the prepared active material, the conductive material and the binder; And applying the mixture to a current collector, thereby providing an electrode manufacturing method of an energy storage device.
또한, 상기 혼합물을 집전체에 도포하는 단계는, 상기 혼합물을 압연 롤로 압연하여 시트(sheet)를 제조하고, 상기 시트를 집전체에 도전성 접착제로 부착하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전극 제조방법을 제공한다.In addition, the step of applying the mixture to the current collector, the electrode manufacturing method of the energy storage device, characterized in that by rolling the mixture with a rolling roll to produce a sheet (sheet), and attaching the sheet to the current collector with a conductive adhesive. To provide.
또한, 상기 활물질을 제조하는 단계는 전술한 제조방법에 따라 제조하는 것 을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전극 제조방법을 제공한다.In addition, the step of preparing the active material provides an electrode manufacturing method of the energy storage device, characterized in that the manufacturing according to the above-described manufacturing method.
또한, 상기 집전체는 알루미늄 또는 구리를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 전극 제조방법.In addition, the current collector is an electrode manufacturing method of the energy storage device, characterized in that made of aluminum or copper.
이하에서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명에 따른 전극 활물질은 수소 또는 수소를 포함하는 혼합가스 중에 열처리한 탄소물을 포함하여 이루어진 에너지 저장 장치의 전극 활물질인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 활물질에는 상기 탄소물 이외에 본 기술분야에서 사용되는 활물질이 추가로 포함될 수 있다. The electrode active material according to the present invention is characterized in that the electrode active material of the energy storage device comprising a carbon material heat-treated in hydrogen or a mixed gas containing hydrogen. The active material according to the present invention may further include an active material used in the art in addition to the carbon material.
상기 탄소물은 구성원소의 주성분이 탄소로 이루어진 화합물 또는 혼합물이며, 본 기술분야에서 활물질로 알려지거나 적용될 수 있는 탄소물이라면 제한되지 않는다. 일례로, 활성탄소, 흑연, 탄소섬유 및 탄소튜브 중에서 하나 이상 선택되어 이루어질 수 있다. 상기 탄소섬유 또는 탄소튜브는 나노크기인 것이 바람직하다. The carbonaceous material is a compound or a mixture consisting of carbon as a main component of the elemental element, and is not limited as long as the carbonaceous material is known or applicable as an active material in the art. For example, one or more selected from activated carbon, graphite, carbon fiber and carbon tube may be made. The carbon fiber or carbon tube is preferably nano size.
상기 탄소물은 탄소물의 생성과정에서 100%의 탄소만으로 제조되기 힘들며 그 내부 또는 표면에 카르보닐기, 히드록시기 등의 관능기가 잔존하게 된다. 예를 들어, 활성탄소의 경우 탄화분말을 가스 (수증기, 이산화탄소, 공기 및 연료가스) 또는 약품과 함께 고온에서 활성화시키면 탄화분말의 표면에서 공기 중의 수분, 산소, 이산화탄소 및 화학 약품과 반응하여 미세공의 형성과 함께 카복실릭산기, 알데히드기, 케톤기 등의 카르보닐기와 히드록시기와 같은 반응성이 풍부한 관능기가 활성탄소의 표면에 형성되게 된다. 상기 활성탄소의 표면에 형성된 관능기를 제거하기 위하여 고온에서 열처리를 하여도 관능기가 제거된 탄소표면에서는 자유 라디컬 (Free Radical)이 발생하고, 대기 중에 탄소 분말을 취할 경우 대기 중에 존재하는 수분 및 산소와 반응하여 상기의 관능기의 발생을 초래하게 되어 활물질로 사용할 경우 그 성능이 저하되게 된다.The carbonaceous material is hardly manufactured with only 100% of carbon in the process of producing carbonaceous material, and functional groups such as a carbonyl group and a hydroxyl group remain on the inside or the surface thereof. For example, in the case of activated carbon, the carbonized powder is activated together with gas (steam, carbon dioxide, air and fuel gas) or chemicals at high temperature to react with the moisture, oxygen, carbon dioxide and chemicals in the air on the surface of the carbonized powder. With formation, reactive functional groups such as carbonyl and hydroxy groups such as carboxylic acid groups, aldehyde groups and ketone groups are formed on the surface of the activated carbon. In order to remove the functional groups formed on the surface of the activated carbon, free radicals are generated on the carbon surface from which the functional groups have been removed, and when the carbon powder is taken into the atmosphere, moisture and oxygen present in the atmosphere and Reaction causes the generation of the functional group, and when used as an active material, its performance is reduced.
본 발명에 따른 활물질은, 활성탄소 등의 탄소물에 잔존하는 관능기를 고온에서 수소 또는 수소를 포함하는 혼합가스 기류 중에 환원시켜 관능기를 제거함으로써 상기 관능기가 획기적으로 줄어든 탄소물을 사용하게 된다. 상기 관능기가 수소로 환원된 탄소물은 전기화학적으로 안정하므로 유기 전해질 용액과의 반응을 방지하게 되고 고전압에 따른 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.In the active material according to the present invention, the functional group remaining in the carbon material such as activated carbon is reduced in a gas stream of hydrogen or a mixed gas containing hydrogen at a high temperature to remove the functional group, thereby using the carbon material in which the functional group is drastically reduced. Since the carbon group in which the functional group is reduced to hydrogen is electrochemically stable, it is possible to prevent the reaction with the organic electrolyte solution and to improve durability due to high voltage.
상기 수소와 혼합되는 혼합가스로는 질소, 아르곤, 또는 암모니아 가스가 단독으로 혼합 또는 다종으로 혼합되어 사용될 수 있다.As the mixed gas mixed with the hydrogen, nitrogen, argon, or ammonia gas may be used alone or mixed in multiple kinds.
상기 탄소물의 비표면적은 500 ~ 2500 ㎡/g 범위내인 것이 바람직하다. 특히 제한되지 않으나 1000 ~ 2000 ㎡/g의 범위내인 것이 좋다. 이는 1000 ㎡/g 이 하에서는 전극의 충진밀도가 떨어져서 전극 부피당 용량이 저하하고, 2000 ㎡/g 이상에서는 2 nm 이하의 미세공이 발달하여 전해질 이온의 출입에 따른 저항이 커서 에너지 저장 장치의 내부저항을 증가시키기 때문이다. It is preferable that the specific surface area of the said carbon material exists in the range of 500-2500 m <2> / g. Although not particularly limited, it is preferably within the range of 1000 to 2000
상기 탄소물은 관능기가 보다 효과적으로 제거되기 위해 300 ~ 1000℃ 범위내의 온도에서 열처리되는 것이 바람직하다.The carbon water is preferably heat-treated at a temperature in the range of 300 ~ 1000 ℃ to remove the functional groups more effectively.
상기 수소가스등의 분위기하에서 열처리된 탄소물은 열처리전의 탄소물에 비해 산소원소의 함유량이 상당히 감소하는 것을 확인하였고, 이는 전술한 관능기가 상당량 제거된 것으로 해석된다. 본 발명에 따른 수소가스등의 분위기하에서 열처리된 탄소물은 탄소, 수소 및 산소 원자 총 100중량 대비 산소 원소가 2 중량 이하로 함유되는 것이 바람직하다. The carbon material heat-treated in the atmosphere such as hydrogen gas was confirmed that the content of the oxygen element is significantly reduced compared to the carbon water before the heat treatment, which is interpreted that the above-described functional group is removed a considerable amount. The carbon material heat-treated in an atmosphere of hydrogen gas or the like according to the present invention preferably contains 2 wt% or less of oxygen element relative to 100 wt% of carbon, hydrogen and oxygen atoms in total.
본 발명에 따른 활물질은 에너지 저장장치의 전극 활물질로 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 특히 전기이중층 캐패시터, 하이브리드 캐패시터, 리튬이차전지, 태양전지, 또는 연료전지의 전극 활물질로 사용될 수 있다.The active material according to the present invention may be used without being limited to the electrode active material of the energy storage device, and in particular, may be used as an electrode active material of an electric double layer capacitor, a hybrid capacitor, a lithium secondary battery, a solar cell, or a fuel cell.
이하에서는 본 발명에 따른 전극 활물질의 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing an electrode active material according to the present invention will be described.
본 발명에 따른 전극 활물질의 제조방법은 탄소물을 열처리로에 넣는 단계, 상기 열처리로에서 상기 탄소물을 수소 또는 수소를 포함하는 혼합가스 분위기하에 서 열처리하여 상기 탄소물의 반응성 관능기를 환원시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 상기 탄소물에 대하여는 충분히 전술하였으므로 설명을 생략한다. The method of manufacturing an electrode active material according to the present invention includes the steps of putting carbon water into a heat treatment furnace, and heat treating the carbon water in a mixed gas atmosphere containing hydrogen or hydrogen in the heat treatment furnace to reduce the reactive functional group of the carbon material. Characterized in that the made up. Since the said carbon thing was fully mentioned above, description is abbreviate | omitted.
먼저 탄소물을 열처리로에 넣는다. 탄소물을 미세하게 밀링하여 넣을 수도 있다. 상기 열처리로(Furnace)는 본 기술분야에서 사용되는 열처리로를 사용할 수 있으며 그 형상에 제한되지 않는다. 특히 수소 가스등을 주입할 수 있는 주입구가 형성된 열처리로가 바람직하다. 또한, 상기 탄소물의 반응성 관능기를 환원시키는 반응을 촉진하기 위해, 상기 열처리로를 회전시키는 것이 보다 바람직하다. First, carbon water is put into a heat treatment furnace. The carbon water may be finely milled in. The heat treatment furnace (Furnace) may use a heat treatment furnace used in the art and is not limited in shape. Especially, the heat processing furnace in which the injection hole which can inject hydrogen gas etc. is formed is preferable. Moreover, in order to promote the reaction which reduces the reactive functional group of the carbon material, it is more preferable to rotate the heat treatment furnace.
다음, 열처리로를 봉한 후에 수소 또는 수소를 포함하는 혼합가스 분위기하에서 열처리한다. 상기 혼합가스에는 전술한 바와 같이 질소, 아르곤, 또는 암모니아 가스가 포함될 수 있다. 또한 상기 열처리는 300 ~ 1000℃ 범위내의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 열처리된 탄소물에는 상기 탄소물을 구성하는 탄소, 수소 및 산소 원자 총 100 중량 대비 산소 원자가 2 중량 이하로 함유되도록 열처리 시간을 조절하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 전극 활물질의 제조방법은 에너지 저장 장치의 전극 제조방법에 적용될 수 있으며, 특히 전기이중층 캐패시터, 하이브리드 캐패시터, 리튬이차전지, 태양전지, 또는 연료전지의 전극 제조방법에 적용될 수 있다. Next, after sealing the heat treatment furnace, heat treatment is performed under a mixed gas atmosphere including hydrogen or hydrogen. The mixed gas may include nitrogen, argon, or ammonia gas as described above. In addition, the heat treatment is preferably carried out at a temperature within the range of 300 ~ 1000 ℃. It is preferable to adjust the heat treatment time in the heat-treated carbon material so that the oxygen atoms are contained in an amount of 2 weight or less relative to the total weight of 100 carbon, hydrogen and oxygen atoms constituting the carbon material. The method of manufacturing an electrode active material according to the present invention may be applied to an electrode manufacturing method of an energy storage device, and in particular, may be applied to an electrode manufacturing method of an electric double layer capacitor, a hybrid capacitor, a lithium secondary battery, a solar cell, or a fuel cell.
이하에서는 본 발명에 따른 에너지 저장 장치의 전극 및 이의 제조방법을 설명한다. Hereinafter, an electrode of an energy storage device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described.
본 발명에 따른 에너지 저장 장치의 전극은 수소 또는 수소를 포함하는 혼합가스 중에 열처리한 탄소물을 포함하여 이루어진 활물질, 도전재, 바인더 및 집전체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 상기 활물질은 전술한 활물질 또는 전술한 제조방법에 의해 제조된 활물질인 것이 좋으며 이는 충분히 전술하였으므로 설명을 생략한다. The electrode of the energy storage device according to the present invention is characterized in that it comprises an active material, a conductive material, a binder and a current collector made of a carbon material heat-treated in a mixed gas containing hydrogen or hydrogen. The active material is preferably an active material prepared by the above-described active material or the above-described manufacturing method, which has been described above sufficiently, and thus description thereof will be omitted.
상기 도전재 및 바인더는 에너지 저장 장치의 전극 재료로서 본 기술분야에서 알려진 재료를 제한되지 않고 사용할 수 있다. 도전재로는 카본 블랙 또는 탄소섬유를 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 바인더는 CMC (Carboxymethylcellulose), PVA (Polyvinyl alcohol), PVDF (Polyvinyliene fluoride), PVP (Polyvinylpyrrolidone), MC (메틸 셀룰로오스), 라텍스 계열인 에틸렌-염화비닐 공중합수지, 염화비닐리덴 라텍스, 염소화 수지, 초산 비닐 수지, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 포름알, 비스페놀계 에폭시 수지, Styrene Butadiene Rubber(SBR) 계열인 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 니트릴 부타디엔 고무, 우레탄 고무, 실리콘 고무, 아크릴 고무 및 PTFE (Polytetrafluoroethylene)로 이루어지는 군에서 하나 이상 포함되어 이루어질 수 있다.The conductive material and the binder can be used without limitation any material known in the art as the electrode material of the energy storage device. The conductive material may include carbon black or carbon fiber, and the binder may be CMC (Carboxymethylcellulose), PVA (Polyvinyl alcohol), PVDF (Polyvinyliene fluoride), PVP (Polyvinylpyrrolidone), MC (methyl cellulose) Ethylene-vinyl chloride copolymer resin, vinylidene chloride latex, chlorinated resin, vinyl acetate resin, polyvinyl butyral, polyvinyl formal, bisphenol-based epoxy resin, butadiene rubber based on Styrene Butadiene Rubber (SBR), isoprene rubber, nitrile butadiene Rubber, urethane rubber, silicone rubber, acrylic rubber and PTFE (Polytetrafluoroethylene) may be included in one or more groups.
상기 활물질은 상기 활물질, 도전재 및 바인더의 총 100 중량부에 대해 80 내지 95 중량부 포함되는 것이 좋다. 상기 활물질, 도전재 및 바인더는 상기 집전체에 도포된다. 상기 집전체는 본 기술분야에서 사용되는 집전체를 사용할 수 있으며, 일례로, 알루미늄 또는 구리를 포함하여 이루어질 수 있다.The active material is preferably included in the 80 to 95 parts by weight based on a total of 100 parts by weight of the active material, the conductive material and the binder. The active material, the conductive material and the binder are applied to the current collector. The current collector may use a current collector used in the art, for example, may be made of aluminum or copper.
본 발명에 따른 전극을 제조하는 방법은, 탄소물을 열처리로에 넣고 수소 또는 수소를 포함하는 혼합가스 분위기하에서 열처리하여 활물질을 제조하는 단계, 상기 제조된 활물질과 도전재 및 바인더를 혼합하여 페이스트를 제조하는 단계, 및 상기 혼합물을 집전체에 도포하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing an electrode according to the present invention, the carbon material is put into a heat treatment furnace to heat treatment in a mixed gas atmosphere containing hydrogen or hydrogen to prepare an active material, the active material and the conductive material and a binder mixed to prepare a paste It comprises a step of producing, and applying the mixture to the current collector.
활물질의 제조방법은 전술한 바에 의하는 것이 좋으며, 제조된 활물질과 도전재 및 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조한다.It is preferable that the method of preparing the active material is as described above, and the mixture is prepared by mixing the prepared active material, the conductive material and the binder.
다음, 상기 혼합물을 집전체에 도포하여 전극을 제조한다. 도포하는 방법은 활물질, 도전재 및 바인더를 페이스트 상태로 집전체에 코팅하는 페이스트 코팅 방식, PTFE 등의 바인더를 사용하여 각각의 성분들을 반죽하여 시트(sheet) 형태의 전극을 제조하는 방식 및 각각의 성분들을 일정 금형에 넣고 가압 가열하여 제조하는 펠렛 방식 등을 적용할 수 있다. 바람직하기로는, 상기 혼합물을 압연 롤로 압연하여 시트(sheet)를 제조하고, 상기 시트를 집전체에 도전성 접착제로 부착하는 것이 좋다. 상기 도전성 접착제는 전도성 고분자일 수 있다.Next, the mixture is applied to a current collector to prepare an electrode. The coating method includes a paste coating method of coating an active material, a conductive material, and a binder on a current collector in a paste state, a method of preparing a sheet-shaped electrode by kneading respective components using a binder such as PTFE, and It is possible to apply a pellet method and the like prepared by putting the components in a predetermined mold and pressurized heating. Preferably, the mixture is rolled with a rolling roll to produce a sheet, and the sheet is attached to the current collector with a conductive adhesive. The conductive adhesive may be a conductive polymer.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명 보다 구체적으로 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described. However, the following examples are provided only to explain the present invention in more detail, and do not limit the technical scope of the present invention.
<실시예><Example>
(a) 활성탄소의 수소화 처리(a) Hydrogenation of Activated Carbon
활성탄소(일본 관서열화학사 제품으로 비표면적이 2000m2/g인 MSP20)를 수소화 처리하여 전기화학적 효과를 조사하였다. The electrochemical effects were investigated by hydrogenating activated carbon (MSP20, 2000m 2 / g of specific surface area, manufactured by Nippon Kogyo Co., Ltd.).
수소화 처리를 위해 MSP20 분말을 수소기류가 통과할 수 있는 원통형 용기 (스텐레스 또는 석영관)에 장입한 후 회전식 열처리로(furnace)에서 일정 온도로 가열하였다. 소정의 기압으로 수소를 흘리고, 출구 쪽의 배기 구멍을 조절하여 열처리로의 내부압력을 조절하였고, 수소에 의한 활성탄소의 관능기의 환원효과를 증가시키기 위하여 열처리로를 20 rpm 이상의 속도로 회전시켰다.For the hydrogenation treatment, the MSP20 powder was charged into a cylindrical vessel (stainless steel or quartz tube) through which a hydrogen stream could pass, and then heated to a constant temperature in a rotary furnace. The internal pressure of the heat treatment furnace was controlled by flowing hydrogen at a predetermined pressure, adjusting the exhaust hole on the outlet side, and rotating the heat treatment furnace at a speed of 20 rpm or more in order to increase the reducing effect of functional groups of activated carbon by hydrogen.
(b) 수소처리된 활성탄소의 원소분석(b) Elemental Analysis of Hydrotreated Activated Carbon
하기 표 1은 수소 기류 중에서 온도별로 열처리한 활성탄소 분말의 원소 분석기 (element analyzer)의 결과를 나타낸다. 측정 성분은 탄소 (Carbon), 수소 (Hydrogen) 및 산소 (Oxygen)의 순서로 나타내었다. 수소처리를 행하지 않은 활성탄소 분말에 비해 수소 기류 중 열처리한 분말은 수소 및 산소의 중량비가 감소하는 것을 알 수가 있다. 이는 수소 기류 중 활성탄소 표면의 COOH, CHO, OH기와 같 은 반응성 관능기가 고온에서 수소처리되어 제거된 것을 의미한다. 한편 수소화 열처리한 활성탄소의 수소와 산소의 중량비의 감소 정도는 열처리 온도에 따라 차이가 나타남을 알 수가 있다. 500℃의 열처리 온도에 비해 700℃의 열처리 온도에서 산소의 감소 정도에 비해 수소 성분의 중량비는 증가하였음을 알 수가 있다. 즉, 700℃ 부근의 온도에서 수소화한 활성탄소의 표면은 상기의 반응성 관능기가 제거됨과 동시에 수소기가 활성탄소의 자유 라디컬과 반응한 것으로 추정할 수 있다. Table 1 below shows the results of an element analyzer of activated carbon powders heat-treated at different temperatures in a hydrogen stream. The measurement components are shown in the order of Carbon, Hydrogen and Oxygen. It can be seen that the weight ratio of hydrogen and oxygen decreases in the powder heat-treated in the hydrogen stream as compared to the activated carbon powder not subjected to the hydrotreatment. This means that reactive functional groups such as COOH, CHO and OH groups on the surface of activated carbon in the hydrogen stream are removed by hydrogenation at high temperature. On the other hand, the degree of reduction in the weight ratio of hydrogen and oxygen of the hydrogenated activated carbon can be seen that the difference depending on the heat treatment temperature. It can be seen that the weight ratio of the hydrogen component is increased compared to the degree of decrease of oxygen at the heat treatment temperature of 700 ℃ compared to the heat treatment temperature of 500 ℃. That is, the surface of the activated carbon hydrogenated at a temperature around 700 ° C. can be estimated that the reactive functional group is removed and the hydrogen group reacts with the free radicals of the activated carbon.
[표 1]TABLE 1
(c) 수소처리된 활성탄소의 전기화학적 특성분석(c) Electrochemical characterization of hydrogenated activated carbon
수소화 활성탄소 분말의 전기화학적 특성을 조사하기 위하여 미처리 활성탄소 분말과 수소화처리 활성탄소 분말을 각각 이용하여 제조한 전극의 CV (Cyclic Voltagram) 거동 및 전기이중층 커패시터의 전기화학적 특성을 조사하였다. In order to investigate the electrochemical properties of the hydrogenated activated carbon powder, the behavior of CV (Cyclic Voltagram) and the electrochemical characteristics of the electric double layer capacitor were investigated.
전극은 각각의 활성탄소분말과 카본블랙(carbon black) 및 PTFE(PolyTetraFluoroEthylene)를 90 : 5 : 5 중량비로 혼합, 니딩(Kneading)하여 제조한 시트(sheet) 형태의 전극을 에칭 알루미늄 호일(Al foil)에 도전성 접착제로 부착하여 제조하였으며, 전기이중층 커패시터는 활성탄소를 사용한 전극을 격리 막을 사이에 두고 배치한 후 AcN에 1M의 TEABF4의 전해액을 함침하여 제조한 2035형(2.0 mmt × 35 mmφ)의 코인형으로 제조하였다.The electrode is a sheet-shaped electrode manufactured by mixing and kneading each activated carbon powder, carbon black, and polytetrafluoroethylene (PTFE) in a 90: 5: 5 weight ratio, and etching aluminum foil (Al foil). The electric double layer capacitor is a 2035 type (2.0 mmt × 35 mmφ) manufactured by impregnating 1M of TEABF 4 electrolyte in AcN after placing an electrode using activated carbon with an isolation membrane interposed therebetween. It was prepared in the coin type
도 1은 미처리 활성탄소 분말과 700℃에서 수소화 처리한 활성탄소 분말을 이용한 전극을 워킹(working) 전극으로, 카운트(count) 전극으로는 Pt를, 레퍼런스(reference) 전극에 SCE를 사용하고, 전해액은 AcN에 1M의 TEABF4의 전해액을 사용하여 0에서 3V까지의 10회째의 CV 결과를 나타낸다. 1 shows an electrode using an untreated activated carbon powder and an activated carbon powder hydrogenated at 700 ° C. as a working electrode, Pt as a counter electrode, and SCE as a reference electrode. uses of 1M of an electrolytic solution in AcN TEABF 4 shows the results of CV 10th from 0 to 3V.
도에서 미처리 활성탄소과 수소화 처리 활성탄소를 사용하여 제조한 전극의 CV 거동은 전형적인 전기이중층 거동인 사각형 구조를 나타낸다. 즉, 충전과 방전에 의해 이온들은 전기적으로 각각의 반대 전극의 활성탄소 표면에서 정전기적 흡착과 탈착이 일어남을 의미한다. In the figure, the CV behavior of the electrode prepared using untreated activated carbon and hydrogenated activated carbon shows a rectangular structure, which is a typical electric double layer behavior. That is, by charging and discharging, the ions are electrically electrostatically adsorbed and desorbed on the surface of the activated carbon of each counter electrode.
한편 도에서 미처리 활성탄소를 사용한 전극의 CV 거동에서 약 2.6V 근방에서 전기화학 반응에 관련하는 굴곡을 나타내나, 수소화 처리 활성탄소를 사용한 전극의 CV 거동에서는 약 2.6V 근방에서의 반응은 관찰되지 않는다. 미처리 활성탄소를 사용할 경우, 표면의 반응성 관능기가 2.6V 근방에서 활성탄소의 미세공 또는 유기전해액에 잔존하는 수분과의 반응 또는 유기전해액과의 반응에 의해 가스 또는 비전기전도성의 물질의 생성을 수반하는 것으로 추정할 수 있다. 그러나 수소화 처리한 활성탄소의 경우, 표면의 반응성 관능기 대신 비활성 수소기 관능기의 생성에 의해 2.6V 근방에서의 반응은 억제되는 것으로 판단된다.On the other hand, in Fig. 1, the CV behavior of the electrode using untreated activated carbon shows the curvature related to the electrochemical reaction around 2.6V, but the CV behavior of the electrode using hydrogenated activated carbon does not show the reaction around 2.6V. Do not. When untreated activated carbon is used, the reactive functional group on the surface is accompanied by the formation of gas or non-electroconductive substance by reaction with water remaining in the micropore or organic electrolyte of activated carbon or with organic electrolyte in the vicinity of 2.6V. Can be estimated. However, in the case of hydrogenated activated carbon, the reaction in the vicinity of 2.6 V is considered to be suppressed by the formation of an inactive hydrogen group functional group instead of the surface reactive functional group.
도 2는 미처리 활성탄소 분말과 700℃에서 수소화 처리한 활성탄소 분말을 이용하여 제조한 전기이중층 커패시터를 충분히 낮은 전류밀도인 2mA/㎠로 0에서2.7V까지 충전 후, 2mA/㎠의 전류밀도로 2.7에서 0V까지의 방전에 따른 전압 프로파일(voltage profile)을 나타낸다. 2 is an electric double layer capacitor prepared using an untreated activated carbon powder and an activated carbon powder hydrogenated at 700 ° C., and then charged from 0 to 2.7 V at a sufficiently low current density of 2 mA /
도에서 각각의 활성탄소를 사용한 전기이중층 커패시터의 방전용량은 전압에 직선적으로 감소하고, 각각의 활물질당 비용량 (F/g)은 173F/g으로 동등한 값을 나타내었다. 이는 미처리 활성탄소를 700℃의 수소화 처리를 행하여도 활성탄소의 용량 발현에 기인하는 구조 (미세공 구조 및 비표면적)에는 영향을 끼치지 않는 것을 의미한다.In the figure, the discharge capacity of the electric double layer capacitor using each activated carbon decreases linearly with the voltage, and the specific capacity (F / g) per active material is equivalent to 173F / g. This means that even the hydrogenation treatment of untreated activated carbon at 700 ° C. does not affect the structure (microporous structure and specific surface area) resulting from the capacity expression of activated carbon.
도 3은 미처리 활성탄소 분말과 700℃에서 수소화 처리한 활성탄소 분말을 각각 사용하여 제조한 전기이중층 커패시터의 AC 임피던스(impedance) 거동을 조사한 결과를 나타낸다. AC 임피던스 거동은 임피던스 분석기를 사용하여 두개의 전극 시스템(two-electrode system)으로 100kHz에서 0.01Hz의 주파수 범위에서 측정하였다. 도에서 미처리 활성탄소 분말에 비해 수소화 처리한 활성탄소 분말을 사용한 전기이중층 커패시터의 용량발현에 따른 내부저항이 적은 것을 알 수 있다. 즉, 미처리 활성탄소 분말에 존재하는 반응성 관능기에 의한 가스 혹은 비전기전도성 물질의 생성에 의한 저항 성분이 수소화 처리한 활성탄소에서는 감소하였음을 나타낸다. Figure 3 shows the results of the investigation of the AC impedance (impedance) behavior of the electric double layer capacitor prepared by using the untreated activated carbon powder and the activated carbon powder hydrogenated at 700 ℃, respectively. AC impedance behavior was measured in a frequency range of 100 kHz to 0.01 Hz with a two-electrode system using an impedance analyzer. In FIG. 1, it can be seen that the internal resistance of the electric double layer capacitor using the hydrogenated activated carbon powder is smaller than that of the untreated activated carbon powder. In other words, the resistance component due to the generation of gas or non-electroconductive substance by the reactive functional group present in the untreated activated carbon powder was reduced in the hydrogenated activated carbon.
하기 표 2는 미처리 활성탄소와 각 온도에서 수소화 처리한 활성탄소를 이용하여 제조한 전극의 밀도 및 전기이중층 커패시터의 활성탄소 당 비용량 및 1kHz에서의 AC 저항을 나타낸다. Table 2 shows the density of the electrode prepared using the untreated activated carbon and the activated carbon hydrogenated at each temperature, the specific capacity per activated carbon of the electric double layer capacitor, and the AC resistance at 1 kHz.
표 2에 나타난 바와 같이, 미처리 활성탄소에 비해 900℃ 이상의 온도에서 수소화 처리한 활성탄소를 사용할 경우 전극밀도와 비용량은 약간 감소하였다. 이는 900℃ 이상의 온도에서 활성탄소를 열처리할 경우 열처리 온도가 증가할수록 활성탄소의 열화(burn off)에 의해 전극밀도가 감소하고, 비용량 또한 감소하는 것으로 추정된다. 한편 수소화 처리한 활성탄소를 사용한 전기이중층 커패시터의 AC 저항이 미처리 활성탄소를 사용한 전기이중층 커패시터에 비해 감소한 것은 상기에 기재된 바와 같이 활성탄소의 반응성 표면 관능기의 수소 환원에 의한 것으로 추정할 수 있고, 우수한 수소화 처리효과는 700℃의 온도 부근에서 얻어지는 것을 알 수 있다.As shown in Table 2, electrode density and specific capacity were slightly decreased when using activated carbon hydrogenated at 900 ° C. or higher compared to untreated activated carbon. It is estimated that when the activated carbon is heat treated at a temperature of 900 ° C. or higher, the electrode density decreases due to burn off of the activated carbon, and the specific amount decreases as the heat treatment temperature increases. On the other hand, the decrease in the AC resistance of the electric double layer capacitor using the hydrogenated activated carbon compared to the electric double layer capacitor using the untreated activated carbon may be due to the hydrogen reduction of the reactive surface functional group of the activated carbon as described above. It can be seen that the treatment effect is obtained near the temperature of 700 ° C.
[표 2]TABLE 2
이상의 결과로부터 고온에서의 수소화 처리 방법은 활성탄소의 표면에 존재 하는 반응성 관능기의 제거 또는 수소기로 환원하여 전기화학적으로 안정한 활성탄소를 제공하고, 수소화 처리한 활성탄소를 사용하여 제조한 에너지 저장 장치는 미처리 활성탄소 분말을 사용한 에너지 저장 장치에 비해 내부저항을 감소시켜 출력특성을 향상시키는 것을 알 수가 있다.From the above result, the hydrogenation treatment method at high temperature provides electrochemically stable activated carbon by removing reactive functional groups present on the surface of activated carbon or reducing to hydrogen group, and energy storage device manufactured using hydrogenated activated carbon is not treated. Compared with the energy storage device using the activated carbon powder, it can be seen that the output resistance is improved by reducing the internal resistance.
본 발명에 따른 활물질은 활물질 표면의 반응기가 수소 또는 수소를 포함하는 기류 중에서 제거 또는 수소기로 치환되어, 활성탄소의 내전압 특성을 향상시킴과 동시에 내구성을 개선하여 본 발명에 따른 활물질을 사용하여 제조한 에너지 저장 장치의 내부저항을 감소시키고 출력 특성을 향상시키는 효과가 있다.The active material according to the present invention is the energy produced by using the active material according to the present invention by the reactor on the surface of the active material is removed or substituted in the air stream containing hydrogen to improve the breakdown voltage characteristics of the activated carbon and at the same time durability It has the effect of reducing the internal resistance of the storage device and improving the output characteristics.
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