KR101724044B1 - High capacitanc electrode for electric double layer capacitor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 관통형 알루미늄 시트와; 관통형 알루미늄 시트의 일측으로 돌출되도록 형성되는 다수개의 제1중공형 돌출부재와; 관통형 알루미늄 시트의 타측으로 돌출되도록 형성되는 다수개의 제2중공형 돌출부재와; 관통형 알루미늄 시트의 일측면에 접착되는 제1카본 나노 섬유 전극시트와; 관통형 알루미늄 시트의 타측면에 접착되는 제2카본 나노 섬유 전극시트로 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a high capacity electrode of an electric double layer capacitor and a method of manufacturing the same, A plurality of first hollow protruding members protruding from one side of the through-hole type aluminum sheet; A plurality of second hollow projecting members formed to protrude to the other side of the through-hole type aluminum sheet; A first carbon nanofiber electrode sheet adhered to one side of the penetrating aluminum sheet; And a second carbon nanofiber electrode sheet adhered to the other side surface of the through-hole type aluminum sheet.
Description
본 발명은 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 전기 이중층 커패시터의 전극에 사용되는 알루미늄 시트에 다수개의 관통홀을 형성할 때 알루미늄 시트의 표면적 손실을 방지하여 알루미늄 시트와 카본 나노 섬유 전극시트 사이의 접촉면적을 증가시킴으로써 고용량 전극을 구현할 수 있는 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-capacity electrode for an electric double layer capacitor and a method of manufacturing the same, and more particularly to a method of manufacturing an electrode for an electric double layer capacitor, To a high capacity electrode of an electric double layer capacitor capable of realizing a high capacity electrode by increasing the contact area between the fibrous electrode sheets and a method of manufacturing the same.
전기 이중층 커패시터(EDLC; Electric Double Layer Capacitor)는 가역성이 있는 물리 흡착현상에 의해 전기 에너지를 저장함에 의해 충방전을 반복하더라도 수명에 미치는 영향이 적으며, 스마트폰, 하이브리드 자동차, 전기자동차나 태양광 발전에 적용되는 에너지 저장장치 분야에 적용되고 있다. 이러한 전기이중층 커패시터는 파워 밀도는 우수하나 에너지 밀도가 낮아 이를 개선하기 위한 전극 재료 개발이 요구된다. Electric Double Layer Capacitor (EDLC) has a small effect on the lifetime even if charging / discharging is repeated by storing electrical energy by reversible physical adsorption phenomenon, and it can be used in smart phones, hybrid cars, And is being applied to the energy storage devices applied to power generation. Such an electric double layer capacitor has an excellent power density but a low energy density, and development of an electrode material for improving the electric double layer capacitor is required.
한국등록특허 제1166148호(특허문헌 1)는 포토 리소그래피를 이용한 입체 패턴 구조를 갖는 알루미늄 집전체(current collector)의 제조방법에 관한 것이다. 특허문헌 1에 공개된 알루미늄 집전체의 제조방법은 먼저 알루미늄박 집전체를 세척한 후 질소 분위기에서 건조한다. 건조가 완료되면 건조된 알루미늄박 집전체 표면 위에 감광액을 도포한 후 건조하여 감광액이 선택적으로 노광되게 하여 경화시킨다. Korean Patent No. 1166148 (Patent Document 1) relates to a method of manufacturing an aluminum current collector having a three-dimensional pattern structure by photolithography. In the method of manufacturing an aluminum current collector disclosed in
경화가 완료되면 현상액을 노광된 알루미늄 집전체에 뿌려 노광되지 않은 감광액을 선택적으로 제거한 후 남은 감광액을 완전히 경화시켜 알루미늄 집전체 위에 패턴을 형성을 형성시킨다. 패턴 형성이 완료되면 두 개의 탄소판을 각각의 대향전극으로 하고 패턴이 형성된 알루미늄박 집전체를 두 개의 탄소판 사이에 위치시켜 교류전원을 인가하고 전해액에서 알루미늄 집전체를 1차 에칭한다. Upon completion of the curing, the developer is sprayed on the exposed aluminum current collector to selectively remove the unexposed photoresist, and the remaining photoresist is completely cured to form a pattern on the aluminum current collector. When the pattern formation is completed, two carbon plates are used as counter electrodes, an aluminum foil current collector with a pattern is placed between two carbon plates, an AC power source is applied, and the aluminum current collector is firstly etched in the electrolyte.
1차 에칭이 완료되면 에칭된 알루미늄 집전체를 건조시킨다. 알루미늄 집전체의 건조가 완료되면 두 개의 탄소판을 대향전극으로 하고 1차에칭 후 건조된 알루미늄 집전체를 양 대향전극사이에 위치시켜 2차 에칭을 실시한다. 2차 에칭이 완료되면 2차 에칭된 알루미늄박을 세척 후 건조시킨다.After the primary etching is completed, the etched aluminum current collector is dried. When drying of the aluminum current collector is completed, the two carbon plates are used as counter electrodes, and the aluminum current collector dried after the first etching is placed between the opposing electrodes to perform secondary etching. After the secondary etching is completed, the secondary etched aluminum foil is washed and dried.
특허문헌 1과 같이 종래의 전기 이중층 커패시터의 전극은 포토 리소그래피 공정을 이용하여 알루미늄 집전체에 패턴 즉, 다수개의 관통공을 형성하여 알루미늄 집전체와 활물질과의 접촉면적을 증가시킴으로써 에너지 밀도를 개선하고 있다. The conventional electrode of the electric double layer capacitor uses a photolithography process to form a pattern, that is, a plurality of through holes in the aluminum current collector to increase the contact area between the aluminum current collector and the active material, thereby improving the energy density have.
특허문헌 1과 같이 종래의 전기 이중층 커패시터의 전극에 사용되는 알루미늄 집전체에 다수개의 관통공을 형성하는 경우에 알루미늄 집전체의 전체 면적에서 관통공이 차지하는 면적만큼 알루미늄 집전체의 표면적 손실이 발생되는 문제점이 있다. When a plurality of through holes are formed in an aluminum current collector used for an electrode of a conventional electric double layer capacitor as in
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기 이중층 커패시터의 전극에 사용되는 알루미늄 시트에 다수개의 관통홀을 형성할 때 알루미늄 시트의 표면적 손실을 방지하여 알루미늄 시트와 카본 나노 섬유 전극시트 사이의 접촉면적을 증가시킴으로써 고용량 전극을 구현할 수 있는 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극 및 그의 제조방법을 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to prevent the loss of surface area of an aluminum sheet when a plurality of through holes are formed in an aluminum sheet used for an electrode of an electric double layer capacitor, The present invention provides a high capacity electrode for an electric double layer capacitor which can realize a high capacity electrode by increasing the contact area of the electrode and a manufacturing method thereof.
본 발명의 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극은 서로 이격되도록 다수개의 관통홀이 형성되는 관통형 알루미늄 시트와; 상기 관통홀과 연통되도록 관통형 알루미늄 시트로부터 연장되어 알루미늄 시트의 일측으로 돌출되도록 형성되는 다수개의 제1중공형 돌출부재와; 상기 다수개의 제1중공형 돌출부재와 각각 이격되도록 형성되고, 상기 관통홀과 연통되도록 관통형 알루미늄 시트로부터 연장되어 관통형 알루미늄 시트의 타측으로 돌출되도록 형성되는 다수개의 제2중공형 돌출부재와; 상기 다수개의 제1중공형 돌출부재가 매립되도록 관통형 알루미늄 시트의 일측면에 접착되는 제1카본 나노 섬유 전극시트와; 상기 다수개의 제2중공형 돌출부재가 매립되며 다수개의 제1중공형 돌출부재와 다수개의 제2중공형 돌출부재를 통해 제1카본 나노 섬유 전극시트와 연결되도록 관통형 알루미늄 시트의 타측면에 접착되는 제2카본 나노 섬유 전극시트로 구성되는 것을 특징으로 한다.The high-capacity electrode of the electric double-layer capacitor of the present invention comprises: a through-hole type aluminum sheet having a plurality of through holes spaced apart from each other; A plurality of first hollow protruding members extending from the through-hole type aluminum sheet so as to communicate with the through holes and protruding to one side of the aluminum sheet; A plurality of second hollow protruding members spaced apart from the plurality of first hollow protruding members and extending from the through-type aluminum sheet so as to communicate with the through-holes and protruding to the other side of the through-type aluminum sheet; A first carbon nanofiber electrode sheet adhered to one side of the through-hole type aluminum sheet so that the plurality of first hollow protrusions are embedded; The plurality of second hollow projecting members are embedded and bonded to the other side of the through-type aluminum sheet so as to be connected to the first carbon nanofiber electrode sheet through the plurality of first hollow projecting members and the plurality of second hollow projecting members And a second carbon nanofiber electrode sheet.
본 발명의 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극의 제조방법은 일측면과 타측면에 각각 다수개의 제1중공형 돌출부재와 다수개의 제2중공형 돌출부재가 형성된 관통형 알루미늄 시트를 제1롤러에 권취하여 준비하는 단계와; 제1카본 나노 섬유 전극시트를 제2롤러에 권취하여 준비하는 단계와; 제2카본 나노 섬유 전극시트를 제3롤러에 권취하여 준비하는 단계와; 상기 관통형 알루미늄 시트의 일측면의 상측에 상기 제1카본 나노 섬유 전극시트가 위치되도록 하며 타측면의 하측에 상기 제2카본 나노 섬유 전극시트가 위치되도록 하여 관통형 알루미늄 시트와 제1카본 나노 섬유 전극시트와 제2카본 나노 섬유 전극시트를 각각 프레스부로 이송시키는 단계와; 제1카본 나노 섬유 전극시트와 제2카본 나노 섬유 전극시트가 각각 관통형 알루미늄 시트의 일측면과 타측면에 각각 접착되도록 하며, 제1카본 나노 섬유 전극시트와 제2카본 나노 섬유 전극시트가 각각 다수개의 제1중공형 돌출부재와 다수개의 제2중공형 돌출부재를 통해 서로 연결되도록 제1카본 나노 섬유 전극시트와 제2카본 나노 섬유 전극시트를 동시에 프레스부로 가압하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a high-capacity electrode of an electric double layer capacitor according to the present invention comprises winding a through-type aluminum sheet having a plurality of first hollow projecting members and a plurality of second hollow projecting members on one side surface and the other side thereof, ; Preparing a first carbon nanofiber electrode sheet by winding it on a second roller; Preparing a second carbon nanofiber electrode sheet by winding it on a third roller; Wherein the first carbon nanofiber electrode sheet is positioned on one side of the through-hole type aluminum sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet is positioned on the lower side of the other side, Transferring the electrode sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet to a press section, respectively; The first carbon nanofiber electrode sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet are respectively bonded to one side surface and the other side surface of the through-hole type aluminum sheet, and the first carbon nanofiber electrode sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet are respectively And pressing the first carbon nanofiber electrode sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet simultaneously to the press section so as to be connected to each other through the plurality of first hollow protruding members and the plurality of second hollow protruding members do.
본 발명의 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극 및 그의 제조방법은 전기 이중층 커패시터의 전극에 사용되는 알루미늄 시트에 다수개의 관통홀을 형성할 때 알루미늄 시트의 표면적 손실을 방지하여 알루미늄 시트와 카본 나노 섬유 전극시트 사이의 접촉면적을 증가시킴으로써 고용량 전극을 구현할 수 있는 이점이 있다.The high capacity electrode of the electric double layer capacitor of the present invention and its manufacturing method can prevent the loss of the surface area of the aluminum sheet when a plurality of through holes are formed in the aluminum sheet used for the electrode of the electric double layer capacitor, It is possible to realize a high-capacity electrode.
도 1은 본 발명의 전기 이중층 커패시터에 적용되는 고용량 전극의 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 관통형 알루미늄 시트에 카본 나노 섬유 전극시트를 접착하기 전 상태를 나타낸 단면도,
도 3은 도 2에 도시된 관통형 알루미늄 시트를 타측면에서 바라본 배면도,
도 4는 도 2에 도시된 제1중공형 돌출부재의 다양한 실시예 나타낸 표,
도 5는 본 발명의 전기 이중층 커패시터에 적용되는 고용량 전극의 전극재의 구성을 나타낸 사시도,
도 6은 본 발명의 전기 이중층 커패시터에 적용되는 고용량 전극의 제조방법을 나타낸 공정 흐름도,
도 7은 본 발명의 전기 이중층 커패시터에 적용되는 고용량 전극의 전극재의 제조방법을 나타낸 공정 흐름도,
도 8은 본 발명의 전기 이중층 커패시터에 적용되는 고용량 전극을 제조하기 위한 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도.1 is a cross-sectional view of a high-capacity electrode applied to an electric double-layer capacitor of the present invention,
Fig. 2 is a sectional view showing a state before the carbon nanofiber electrode sheet is bonded to the through-hole type aluminum sheet shown in Fig. 1,
FIG. 3 is a rear view of the through-hole type aluminum sheet shown in FIG. 2,
Figure 4 is a table showing various embodiments of the first hollow protruding member shown in Figure 2,
5 is a perspective view showing the structure of an electrode material of a high capacity electrode applied to the electric double layer capacitor of the present invention,
6 is a process flow diagram illustrating a method of manufacturing a high-capacity electrode to be applied to the electric double-layer capacitor of the present invention,
7 is a process flow diagram showing a method of manufacturing an electrode material of a high capacity electrode applied to the electric double layer capacitor of the present invention,
Fig. 8 schematically shows the structure of an apparatus for manufacturing a high capacity electrode to be applied to the electric double layer capacitor of the present invention; Fig.
이하, 본 발명의 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극 및 그의 제조방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of a high-capacity electrode for an electric double layer capacitor of the present invention and a method of manufacturing the same will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 2에서와 같이 본 발명의 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극은 관통형 알루미늄 시트(10), 제1카본 나노 섬유 전극시트(20) 및 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)로 구성된다.1 and 2, the high-capacity electrode of the electric double-layer capacitor of the present invention is composed of a through-hole
관통형 알루미늄 시트(10)는 서로 이격되도록 다수개의 관통홀(11a,12a)이 형성되며, 다수개의 제1중공형 돌출부재(11)와 다수개의 제2중공형 돌출부재(12)가 구비된다. 다수개의 제1중공형 돌출부재(11)는 각각 다수개의 관통홀(11a)과 연통되도록 관통형 알루미늄 시트(10)로부터 연장되어 관통형 알루미늄 시트(10)의 일측으로 돌출되도록 형성되며, 다수개의 제2중공형 돌출부재(12)는 각각 다수개의 제1중공형 돌출부재(12)와 각각 이격되도록 형성되고, 관통홀(12a)과 연통되도록 관통형 알루미늄 시트(10)로부터 연장되어 관통형 알루미늄 시트(10)의 타측으로 돌출되도록 형성된다. 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)는 다수개의 제1중공형 돌출부재(11)가 매립되도록 관통형 알루미늄 시트(10)의 일측면(10a)에 접착되며, 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)는 다수개의 제2중공형 돌출부재(12)가 매립되며 다수개의 제1중공형 돌출부재(11)와 다수개의 제2중공형 돌출부재(12)를 통해 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 연결되도록 관통형 알루미늄 시트(10)의 타측면(10b)에 접착된다.The through-hole
상기 구성을 갖는 본 발명의 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.The construction of the high capacity electrode of the electric double layer capacitor having the above-described structure will be described in more detail as follows.
관통형 알루미늄 시트(10)는 도 1 내지 도 3에서와 같이 서로 이격되도록 다수개의 관통홀(11a,12a)이 형성되며, 각각 관통형 알루미늄 시트(10)의 일측면(10a)과 타측면(10b)이 관통되도록 형성된다. 이러한 다수개의 관통홀(11a,12a)의 직경(D1,D3)은 50 내지 100㎛이다. 다수개의 관통홀(11a,12a)이 형성되는 관통형 알루미늄 시트(10)의 두께(T1)는 10 내지 50㎛이며, 순도가 99.20 내지 99.99％인 것을 사용하여 비저항 특성을 개선시킴으로써 본 발명의 전기 이중층 커패시터에 적용되는 고용량 전극의 전기적인 특성을 개선시킨다. 여기서, 도 1은 도 8에 도시된 'Aa'부분을 확대한 단면도이며, 도 2에 도시된 관통형 알루미늄 시트(10)는 도 3에 도시된 'A-A'선 단면도를 나타낸다.The through-hole
다수개의 제1중공형 돌출부재(11)와 다수개의 제2중공형 돌출부재(12)는 각각 도 2 및 도 3에서와 같이 바늘이나 송곳과 같은 끝단이 뽀족한 원통 기둥부재(도시 않음), 타원 기둥부재(도시 않음) 및 사각 기둥부재(도시 않음) 중 하나를 이용하여 관통형 알루미늄 시트(10)를 일측면(10a)이나 타측면(10b)에서 가압하여 뚫음에 의해 관통형 알루미늄 시트(10)에 다수개의 관통홀(11a,12a)이 형성되도록 하며, 다수개의 관통홀(11a,12a)과 각각 연통되도록 관통형 알루미늄 시트(10)로부터 연장되어 돌출되도록 형성된다. 다수개의 관통홀(11a,12a)은 각각 도 4에서와 같이 원통 기둥부재, 타원 기둥부재 및 사각 기둥부재 중 하나에 의해 원통형, 타원형 및 사각형 중 하나로 형성된다. 여기서, 도 4는 제1중공형 돌출부재(11)의 다양한 실시예를 나타낸 표이며, 제2중공형 돌출부재(12)는 도 4에 도시된 제1중공형 돌출부재(11)와 동일하게 적용됨으로 제2중공형 돌출부재(12)의 다양한 실시예의 도면과 설명을 생략했다. The plurality of first hollow protruding
예를 들어 다수개의 제1중공형 돌출부재(11)는 끝단이 뽀족한 원통 기둥부재, 타원 기둥부재 및 사각 기둥부재 중 하나를 관통형 알루미늄 시트(10)의 일측면(10a)을 향하는 방향으로 가압하여 뚫음에 의해 관통형 알루미늄 시트(10)에 다수개의 관통홀(11a)이 형성되도록 함과 아울러 관통형 알루미늄 시트(10)의 연성에 의해 관통홀(11a)로부터 연장되어 알루미늄 시트(10)의 일측으로 돌출되도록 형성된다. 여기서, 다수개의 관통홀(11a)은 원통 기둥부재, 타원 기둥부재 및 사각 기둥부재에 따라 도 4에서와 같이 원통형, 타원형 및 사각형 중 하나로 형성된다. For example, a plurality of first hollow projecting
다수개의 관통홀(11a)은 원통 기둥부재, 타원 기둥부재 및 사각 기둥부재에 따라 도 4에서와 같이 원통형, 타원형 및 사각형 중 하나의 형상으로 형성된다. 예를 들어, 원통 기둥부재를 이용하는 경우에 다수개의 관통홀(11a)은 Y1열에서와 같이 원통형으로 형성되며, 타원 기둥부재를 이용하는 경우에 다수개의 관통홀(11a)은 Y2열에서와 같이 타원형으로 형성된다. 사각 기둥부재를 이용해 형성하는 경우에 다수개의 관통홀(11a)은 Y3열에서와 같이 사각형으로 형성되며, X3행에 기재된 제1중공형 돌출부재(11)는 X2행에 기재된 제1중공형 돌출부재(11)의 사시도를 나타낸다. The plurality of through
다수개의 제2중공형 돌출부재(12)는 끝단이 뽀족한 원통 기둥부재, 타원 기둥부재 및 사각 기둥부재 중 하나를 이용하여 관통형 알루미늄 시트(10)의 타측면(10b)을 향하는 방향으로 가압하여 뚫음에 의해 관통형 알루미늄 시트(10)에 다수개의 관통홀(12a)이 형성되도록 함과 아울러 관통형 알루미늄 시트(10)의 연성에 의해 관통홀(11a)로부터 연장되어 관통형 알루미늄 시트(10)의 타측으로 돌출되도록 형성된다. 여기서, 다수개의 관통홀(12a)은 도 4에 도시된 관통홀(11a)과 같이 원통 기둥부재, 타원 기둥부재 및 사각 기둥부재에 따라 도 4에서와 같이 원통형, 타원형 및 사각형 중 하나로 형성된다. The plurality of second hollow projecting
이러한 다수개의 제1중공형 돌출부재(11)와 다수개의 제2중공형 돌출부재(12)는 각각 끝단이 뽀족한 원통 기둥부재, 타원 기둥부재 및 사각 기둥부재 중 하나에 의해 하나 이상의 돌출버(extrude burr)부재(11b,11c,11d,12b,12c,12d)로 형성된다. 예를 들어, 제1중공형 돌출부재(11)와 제2중공형 돌출부재(12)는 각각 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 돌출버(extrude burr)부재(11b,12b)로 형성되거나 둘 이상의 돌출버부재(11b,11c,11d,12b,12c,12d)로 형성된다. 즉, 하나의 관통형 알루미늄 시트(10)는 하나의 돌출버부재(11b,12b)로 형성되거나 둘 이상의 돌출버부재(11b,11c,11d,12b,12c,12d)로 형성되는 제1중공형 돌출부재(11)와 제2중공형 돌출부재(12)가 혼재되어 형성된다. 제1중공형 돌출부재(11)는 도 4에 도시된 제1중공형 돌출부재(11)와 같이 관통홀(11a)이 Y2 및 Y3열에와 같이 사각형이나 타원형으로 형성되는 경우에 4개의 돌출버부재(11b,11c,11d,11e)로 형성될 수 있으며, 제2중공형 돌출부재(12) 또한 제1중공형 돌출부재(11)와 동일하게 적용된다. 여기서, 도 4에 도시된 표에서 X1행은 제1중공형 돌출부재(11)에 2개의 돌출버부재(11b,11c)가 형성된 실시예를 나타내고, X2행은 제1중공형 돌출부재(11)에 3개나 4개의 돌출버부재(11b,11c,11d,11e)가 형성된 실시예를 나타내며, X3행은 X1행에 도시된 제1중공형 돌출부재(11)의 사시도를 나타낸다. 또한 도 1은 도 4의 X1행과 Y1열에 도시된 두 개의 돌출버부재(11b,11c,12b,12c)를 갖는 제1중공형 돌출부재(11)와 제2중공형 돌출부재(12)가 형성된 본 발명의 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극의 단면도를 나타낸다. The plurality of first hollow protruding
하나 이상의 돌출버부재(11b,11c,11d,12b,12c,12d)는 각각 관통홀(11a,12a)에서 연장되도록 관통형 알루미늄 시트(10)에 서로 이격되어 일체로 형성되며, 각각의 높이(T2,T3)는 2 내지 70㎛가 되도록 형성된다. 예를 들어 도 2 및 도 4에서와 같이 돌출버부재(11b,12b)의 높이(T2,T3)는 관통형 알루미늄 시트(10)의 일측면(10a)이나 타측면(10b)을 기준으로 최대 높이이며, 다수개의 돌출버부재(11b,11c,11d,12b,12c,12d)는 각각 관통형 알루미늄 시트(10)의 일측면(10a)이나 타측면(10b)을 기준으로 서로 분리된 상태로 높이가 2㎛ 이상이 되도록 형성되는 것을 나타낸다. 이와 같이 다수개의 제1중공형 돌출부재(11)와 다수개의 제2중공형 돌출부재(12)는 하나 이상의 돌출버부재(11b,11c,11d,12b,12c,12d)를 갖도록 형성됨으로써 관통형 알루미늄 시트(10)의 표면적을 더욱 증가시킨다. 예를 들어, 제1중공형 돌출부재(11)와 제2중공형 돌출부재(12)는 원통형 기둥부재를 이용하여 형성 시 직경(D1,D3)이 서로 균일한 원통형 관통홀(11a,12a)을 형성함과 아울러 제1중공형 돌출부재(11)와 제2중공형 돌출부재(12)의 일측이나 타측의 내경(D2,D4)이 직경(D1,D3)과 같거나 작도록 형성되는 돌출버부재(11b,12b)로 형성됨으로써 관통형 알루미늄 시트(10)의 표면적을 더욱 증가시킨다.The at least one protruding
제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)는 각각 도 1 및 도 2에서와 같이 롤 프레스 방법을 2회 이상 반복하여 다수개의 제1중공형 돌출부재(11)와 다수개의 제2중공형 돌출부재(12)를 통해 서로 연결되도록 관통형 알루미늄 시트(10)의 일측면과 타측면에 동시에 가압되어 접착되며, 롤 프레스 방법을 2회 이상 반복 수행 시 마지막번째 실시되는 롤 프레스 방법으로 가압된 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)의 두께(T4,T5)는 각각 첫번째 시시되는 롤 프레스 방법으로 가압된 두께(T6,T7: 도 8에 도시됨)보다 2 내지 30％ 얇아지도록 형성된다.1 and 2, the first carbon
제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)는 각각 롤 프레스 방법을 2회 이상 반복하여 관통형 알루미늄 시트(10)에 동시에 가압되어 접착됨으로써 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)를 접착하기 위한 가압력에 의해 다수개의 제1중공형 돌출부재(11)와 다수개의 제2중공형 돌출부재(12)의 외형이 변하거나 이로 인해 관통홀(11a,12a)이 막히는 등의 손상을 방지함과 아울러 등가직렬저항 특성이 저하되는 것을 방지하며, 고용량을 갖는 전극을 구현할 수 있다.The first carbon
예를 들어, 본 발명의 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극은 도 8에 도시된 프레스부(140)을 이용하여 롤 프레스 방법을 2회 반복하여 형성된다. For example, the high capacity electrode of the electric double layer capacitor of the present invention is formed by repeating the roll pressing method twice using the
첫번째 실시되는 롤 프레스 방법은 마지막번째 실시되는 롤 프레스 방법보다 낮은 압력으로 가압하여 관통형 알루미늄 시트(10)의 일측면과 타측면에 각각 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)를 접착시킨다. 즉, 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)는 각각 낮은 압력으로 관통형 알루미늄 시트(10)에 접착됨으로써 압력에 의해 다수개의 제1중공형 돌출부재(11)와 다수개의 제2중공형 돌출부재(12)의 외형이 변형되는 것을 방지한다. 이와 같이 첫번째 실시되는 롤 프레스 방법은 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)가 각각 제1중공형 돌출부재(11)나 제2중공형 돌출부재(12)에 부분적으로 충진되도록 하는 것이며, 이로 인해 첫번째 실시되는 롤 프레스 방법 시 사용되는 압력보다 높은 압력이 가해짐으로써 발생될 수 있는 제1중공형 돌출부재(11)나 제2중공형 돌출부재(12)의 외형 변형을 방지한다. The first roll pressing method is a method of pressing the first carbon
두번째 즉, 두번째가 마직막번째인 경우에 마지막번째 실시되는 롤 프레스 방법은 첫번째 실시되는 롤 프레스 방법보다 높은 압력으로 가압하여 관통형 알루미늄 시트(10)의 일측면과 타측면에 각각 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)를 접착시킨다. 마지막번째 실시되는 롤 프레스 방법은 첫번째 실시되는 롤 프레스 방법보다 높은 압력으로 가압해도 이미 어느 정도 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)가 각각 제1중공형 돌출부재(11)나 제2중공형 돌출부재(12)에 부분적으로 충진됨으로 인해 제1중공형 돌출부재(11)나 제2중공형 돌출부재(12)의 외형이 변형되는 것을 방지할 수 있다. 마지막번째 실시되는 롤 프레스 방법은 첫번째 실시되는 롤 프레스 방법보다 높은 압력으로 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)를 동시에 가압함으로써 다수개의 제1중공형 돌출부재(11)와 다수개의 제2중공형 돌출부재(12)에 충진된 상태에서 다수개의 관통홀(11a,12a)에 충진되어 서로 연결된다. The second roll press method, when the second one is the last one, is pressurized at a pressure higher than that of the first roll press method to form the first carbon nanofibers The
마지막번째 실시되는 롤 프레스 방법에 의해 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)는 다수개의 제1중공형 돌출부재(11)와 다수개의 제2중공형 돌출부재(12)에 충진되어 각각의 내주면이나 외주면에 접착된 상태로 다수개의 관통홀(11a,12a)에 충진됨으로써 고용량의 전극을 구현할 수 있으며, 관통형 알루미늄 시트(10)와 접촉되는 면적이 증가되어 등가직렬저항 특성의 저하를 방지한할 수 있다. 이러한 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)는 각각 서로 동일한 그래핀 전극 재질로 이루어지고, 두께(T4,T5)가 2 내지 30％만큼 얇아지도록 가압시켜 형성함으로써 접촉성이 개선된 고용량의 전극을 제조할 수 있으며, 각각의 두께(T4,T5)는 100 내지 500㎛이다. According to the last roll press method, the first carbon
그래핀 전극 재질은 도 5에 도시된 복합 그래핀(200)이 사용된다. 복합 그래핀(200)은 박리형 카본나노섬유(exfoliated carbon nano fiber)(210)와 활성탄 분말(220)를 혼합하여 형성되며, 활성탄 분말(220)은 박리형 카본나노섬유(210)와 혼합에 의해 박리형 카본나노섬유(210)의 외주면에 접촉되어 연결된다. 이러한 박리형 카본나노섬유(210)는 도 5에서와 같이 하나 이상의 그래핀 블럭(211)으로 이루어지며, 하나 이상의 그래핀 블럭(211)은 각각 다수개의 그래핀(211a)으로 이루어진다. 박리형 카본나노섬유(210)은 둘 이상의 그래핀 블럭(211)으로 구성 시 둘 이상의 그래핀 블럭(211)은 서로 하나 이상의 그래핀(211a)으로 연결되며, 그래핀 블럭(211)은 하나 이상의 활성탄 분말(220)이 접촉되어 연결된다. 즉, 도 5에서와 같이 활성탄 분말(220)은 그래핀 블럭(211)을 구성하는 하나 이상의 그래핀(211a)의 끝단에 접촉되어 연결된다. 여기서, 도 5는 둘 이상의 그래핀 블럭(211)으로 이루어지는 하나의 박리형 카본나노섬유(210)의 구성을 나타낸 것이며, 그래핀 블럭(211) 사이의 연결은 하나의 그래핀(211a)으로 연결되어 형성된 것을 도시하였다.The
상기 구성을 갖는 본 발명의 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A method for manufacturing a high-capacity electrode of the electric double layer capacitor having the above-described structure will now be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극의 제조방법은 도 6 및 도 8에서와 같이 먼저 일측면(10a)과 타측면(10b)에 각각 다수개의 제1중공형 돌출부재(11)와 다수개의 제2중공형 돌출부재(12)가 형성된 관통형 알루미늄 시트(10)를 제1롤러(110)에 권취하여 준비한다(S10). 제1롤러(110)의 준비와 아울러 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)를 제2롤러(120)에 권취하여 준비하며(S20), 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)를 제3롤러(130)에 권취하여 준비한다(S30). 제1롤러(110)와 제2롤러(120)와 제3롤러(130)가 각각 준비되면 관통형 알루미늄 시트(10)의 일측면(10a)의 상측에 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)가 위치되도록 하며 타측면(10b)의 하측에 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)가 위치되도록 하여 관통형 알루미늄 시트(10)와 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)를 각각 프레스부(140)로 이송시킨다(S40). 관통형 알루미늄 시트(10)와 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)가 각각 프레스부(140)가 이송되면 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)가 각각 관통형 알루미늄 시트(10)의 일측면과 타측면에 각각 접착되도록 하며, 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)가 각각 다수개의 제1중공형 돌출부재(11)와 다수개의 제2중공형 돌출부재(12)를 통해 서로 연결되도록 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)를 동시에 프레스부(140)로 가압한(S50) 후 공지된 건조공정을 통해 본 발명의 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극을 제조한다. 6 and 8, a method for manufacturing a high-capacity electrode of an electric double layer capacitor according to the present invention is characterized in that a plurality of first hollow protruding
상기 구성 중 관통형 알루미늄 시트(10)를 제1롤러에 권취하여 준비하는 단계(S10)에서 관통형 알루미늄 시트(10)는 끝단이 뽀족한 원통 기둥부재(도시 않음), 타원 기둥부재(도시 않음) 및 사각 기둥부재(도시 않음) 중 하나로 관통형 알루미늄 시트(10)를 일측면(10a)이나 타측면(10b)에서 가압하여 뚫음에 의해 관통형 알루미늄 시트(10)에 다수개의 관통홀(11a,12a)이 형성되도록 함과 아울러 다수개의 관통홀(11a,12a)과 각각 연통되도록 관통형 알루미늄 시트(10)로부터 연장되어 돌출되도록 다수개의 제1중공형 돌출부재(11)나 다수개의 제2중공형 돌출부재(12)가 일체로 형성된다.In the step S10 of winding the through-
관통형 알루미늄 시트(10)에 형성되는 다수개의 제1중공형 돌출부재(11)와 다수개의 제2중공형 돌출부재(12)는 각각 관통형 알루미늄 시트(10)의 일측이나 타측 즉, 제1방향이나 제2방향으로 돌출되도록 형성되고, 제1방향은 관통형 알루미늄 시트(10)의 일측면(10a)을 향하는 방향이며, 제2방향은 제1방향과 반대방향으로 관통형 알루미늄 시트(10)의 타측면(10b)을 향하는 방향을 나타낸다.A plurality of first hollow protruding
제1카본 나노 섬유 전극시트(20)를 제2롤러(120)에 권취하여 준비하는 단계(S20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)를 제3롤러(130)에 권취하여 준비하는 단계(S30)에서 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)는 각각 서로 동일한 그래핀 전극 재질이 사용된다. 이러한 그래핀 전극 재질은 점도조절물이 혼합되며, 점도조절물은 그래핀 전극 재질 100 중량부에 대해 40 내지 60중량부로 첨가되어 혼합된다. 즉, 그래핀 전극 재질은 점도조절물의 혼합에 의해 점도는 5000 내지 10000cps(centi Poise)가 되도록 함으로써 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)가 어느 정도 점도를 가진 상태에서 이송되어 관통형 알루미늄 시트(10)에 접착되도록 한다. A step S20 of winding and preparing the first carbon
그래핀 전극 재질은 도 5에 도시된 복합 그래핀(200)이 사용된다. 이러한 복합 그래핀(200)의 제조방법은 도 7에서와 같이 먼저, 다수개의 플레터럿 카본나노섬유(Platelet-CNF(carbon nano fiber))나 다수개의 헤링본 카본나노섬유(Herringbone-CNF)와 같은 카본나노섬유를 준비한다(S111). 여기서, 플레터럿이나 헤링본 카본나노섬유는 박리형 카본나노섬유(210)를 제조하기 위한 원자재로 사용되는 것으로 별도의 식별부호를 표시하지 않았다. The
박리형 카본나노섬유(210)를 제조하기 위한 원자재로 사용되는 플레터럿 카본나노섬유은 도 5에 도시된 확대도(Bb)에서와 같이 그래핀 블럭(211)에 둘 이상의 그래핀(211a)이 서로 일자형상으로 겹치되도록 구성된다. 또한, 헤링본 카본나노섬유는 도 5에 도시된 확대도(Cc)에서와 같이 그래핀 블럭(211)에 둘 이상의 그래핀(211a)이 서로 청어의 뼈형상으로 겹쳐지도록 구성된다. 이러한 카본나노섬유가 준비되면 카본나노섬유를 산화제인 KMnO4, H2SO4 및 H2O2 중 하나를 이용한 허머법(Hummers method)을 이용해 산화시켜 확장형 카본나노섬유(expaneded carbon nano fiber)(도시 않음)를 제조한다(S112). 즉, 플레터럿 카본나노섬유나 다수개의 헤링본 카본나노섬유는 산화에 의해 각각을 구성하며 플레이트 형상(plate shape)을 갖는 그래핀(211a)이 서로 이격되어 전체적으로 각각의 적층축 방향으로 길이가 확장된다. The pleated carbon nanofibers used as raw materials for producing the
산화에 의해 카본나노섬유나 확장형 카본나노섬유로 제조되면 확장형 카본나노섬유를 탈이온수에 디핑시킨 후 초음파을 인가하여 하나 이상의 그래핀 블럭(211)으로 박리시켜 박리형 카본나노섬유(210)를 제조한다(S113). 박리형 카본나노섬유(210)는 산화에 의해 길이가 확장된 확장형 카본나노섬유에 초음파를 인가하여 부분적으로 박리되도록 한다. 부분 박리는 박리형 카본나노섬유(210)가 도 5에서와 같이 하나 이상의 그래핀 블럭(211)으로 박리되는 것을 나타낸다. When the carbon nanofibers or the expandable carbon nanofibers are produced by oxidation, the expandable carbon nanofibers are dipped in deionized water and applied with ultrasonic waves to peel the carbon nanofibers with one or more graphene blocks 211 to produce the peelable carbon nanofibers 210 (S113). The
박리형 카본나노섬유(210)가 제조되면 환원제인 하이드라진 수화물(hydrazine hydrate)이나 아스코르브산(ascorbic acid)를 이용해 박리형 카본나노섬유(210)를 환원시킨다(S114). 환원된 박리형 카본나노섬유(210)는 도 5에서와 같이 하나 이상의 그래핀 블럭(211)으로 이루어진다. 이러한 하나 이상의 그래핀 블럭(211)은 각각 다수개의 그래핀(211a)으로 이루어지며, 하나의 박리형 카본나노섬유(210)가 둘 이상의 그래핀 블럭(211)으로 구성 시 둘 이상의 그래핀 블럭(211)은 서로 하나 이상의 그래핀(211a)으로 연결된다. When the exfoliated
박리형 카본나노섬유(210)가 제조되면 박리형 카본나노섬유(210)에 활성탄 분말(220)를 혼합하여 복합 그래핀(200)을 제조한다(S115). 복합 그래핀(200)은 박리형 카본나노섬유(210)와 활성탄 분말(220)의 혼합 과정에서 활성탄 분말(220)이 하나의 그래핀 블럭(211)에 하나 이상이 접촉됨에 의해 활성탄 분말(220)이 박리형 카본나노섬유(210)의 외주면에 접촉되어 연결된다. 즉, 활성탄 분말(220)은 박리형 카본나노섬유(210)의 외주면에 접촉되어 박리형 카본나노섬유(210)과 전기적으로 연결된다. 박리형 카본나노섬유(210)와 활성탄 분말(220)의 혼합방법은 공지된 기술이 적용되며, 복합 그래핀(200)의 제조 시 복합 그래핀(200)은 박리형 카본나노섬유(210) 1 내지 20wt％와 활성탄 분말(220) 80 내지 99wt％가 되도록 혼합하여 제조한다.When the exfoliated
복합 그래핀(200)이 제조되면 복합 그래핀(200)은 점도조절물과 혼합된다. 점도조절물은 알코올 30 내지 60wt％와 순수 40 내지 70wt％로 이루어지며,복합 그래핀(200)은 점도조절물에 의해 어느 정도 점도를 가진 상태에서 한 쌍의 프레스 롤러(140)로 이송되어 관통형 알루미늄 시트(10)에 접착된다. 즉, 점도조절물은 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)가 어느 정도 점도를 가진 상태에서 한 쌍의 프레스 롤러(140)로 이송되어 관통형 알루미늄 시트(10)에 접착되도록 하여 접착력을 개선시킨다. Once the
제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)를 동시에 프레스부(140)로 가압하는 단계(S50)는 도 8에서와 같이 먼저, 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)와 관통형 알루미늄 시트(10)가 한 쌍의 제1프레스 롤러(141)로 이송되면 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)가 각각 관통형 알루미늄 시트(10)의 일측면과 타측면에 접착되도록 한 쌍의 제1프레스 롤러(141)를 이용해 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)를 동시에 제1압력으로 1차 가압한다(S51).8, the step of pressing the first carbon
제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)의 1차 가압이 완료된 관통형 알루미늄 시트(10)를 한 쌍의 제2프레스 롤러(142)로 이송되면 1차 가압된 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)가 각각 다수개의 제1중공형 돌출부재(11)와 다수개의 제2중공형 돌출부재(12)를 통해 서로 연결되도록 한 쌍의 제2프레스 롤러(142)를 이용해 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)를 동시에 제1압력보다 높은 제2압력으로 2차 가압한다(S52). 여기서, 제2압력은 관통형 알루미늄 시트(10)의 일측면과 타측면에 접착된 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)의 두께(T4,T5)가 제1압력에 의해 가압되어 관통형 알루미늄 시트(10)의 일측면과 타측면에 접착된 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)의 두께(도시 않음)보다 2 내지 30％ 얇아지도록 가압한다.When the through-hole
전술한 제1압력은 도 8에서와 같이 한 쌍의 제1프레스 롤러(141) 사이의 이격 거리인 간격(M1)으로 설정되며, 제2압력은 도 8에서와 같이 한 쌍의 제2프레스 롤러(142) 사이의 이격 거리인 간격(M2)에 의해 설정된다. 즉, 한 쌍의 제1프레스 롤러(141)는 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)로 각각 제1압력이 가해지도록 간격(M1)으로 이격 배치되어 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)가 두께(T6)로 형성되도록 함과 아울러 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)가 두께(T7)로 형성되도록 한다. 한 쌍의 제2프레스 롤러(142)는 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)로 각각 제2압력이 가해지도록 간격(M2)으로 이격 배치되어 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)가 두께(T4)로 형성되도록 함과 아울러 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)가 두께(T5)로 형성하여 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)의 두께(T4,T5)가 두께(T6,T7)보다 2 내지 30％ 얇아지도록 형성한다. 여기서, 두께(T6,T7)는 서로 동일한 두께를 가지며, 두께(T4,T5) 또한 서로 동일한 두께를 가진다.8, the first pressure is set to the interval M1, which is the separation distance between the pair of
1차 가압한 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)의 두께(T6,T7)보다 2 내지 30％ 얇아지도록 2차 가압된 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)의 두께(T4,T5)는 한 쌍의 제1프레스 롤러(141) 사이의 간격(M1)과 한 쌍의 제2프레스 롤러(142) 사이의 간격(M2)의 간격 차이(M3＋M4)에서 발생된다. 즉, 제1압력과 제2압력은 프레스부(140)에 구비되는 한 쌍의 제1프레스 롤러(141)의 이격 거리(M1)와 한 쌍의 제2프레스 롤러(142)의 이격 거리(M2)로 설정되며, 제1압력과 제2압력의 차이는 한 쌍의 제1프레스 롤러(141)의 이격 거리(M1)와 한 쌍의 제2프레스 롤러(142)의 이격 거리(M2)의 차이(M3＋M4)에서 발생된다. 예를 들어 이격 거리(M1)는 간격(M2＋M3＋M4)과 동일하도록 설정됨에 의해 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)의 두께(T4,T5)는 두께(T6,T7)보다 2 내지 30％ 얇아지도록 형성하여 고용량을 갖는 전극을 용이하게 구현할 수 있게 된다. 여기서, 이격 거리(M1,M2)는 각각 한 쌍의 제1프레스 롤러(141)나 한 쌍의 제2프레스 롤러(142)의 배치 간격을 나타낸다. The first carbon
관통형 알루미늄 시트(10)와 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)의 접착력을 더욱 개선하기 위해 도전성 접착제가 사용된다. 도전성 접착제는 공지된 재질이 사용되며, 관통형 알루미늄 시트(10)의 일측면(10a)이나 타측면(10b)에 각각 흩뿌려진 상태로 도포한 후 프레스부(140)로 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)를 가압하여 제1카본 나노 섬유 전극시트(20)와 제2카본 나노 섬유 전극시트(30)가 도전성 접착제에 의해 관통형 알루미늄 시트(10)에 보다 견고하게 접착되도록 하여 본 발명의 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극을 제조한다.A conductive adhesive is used to further improve the adhesion between the through-hole
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극 및 그의 제조방법은 전기 이중층 커패시터의 전극에 사용되는 알루미늄 시트에 다수개의 관통홀을 형성할 때 알루미늄 시트의 표면적 손실을 방지하여 알루미늄 시트와 카본 나노 섬유 전극시트 사이의 접촉면적을 증가시킴으로써 고용량 전극을 구현할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the high capacity electrode of the electric double layer capacitor of the present invention and its manufacturing method can prevent the loss of surface area of the aluminum sheet when a plurality of through holes are formed in the aluminum sheet used for the electrode of the electric double layer capacitor, A high-capacity electrode can be realized by increasing the contact area between the nanofiber electrode sheets.
본 발명의 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극 및 그의 제조방법은 전기 이중층 커패시터의 제조산업 분야에 적용할 수 있다.The high capacity electrode of the electric double layer capacitor of the present invention and the manufacturing method thereof can be applied to the industrial field of the electric double layer capacitor.
10: 관통형 알루미늄 시트 11: 제1중공형 돌출부재
12: 제2중공형 돌출부재 20: 제1카본 나노 섬유 전극시트
30: 제2카본 나노 섬유 전극시트 110: 제1롤러
120: 제2롤러 130: 제3롤러
140: 프레스부 141: 제1프레스 롤러
142: 제2프레스 롤러10: penetrating aluminum sheet 11: first hollow projecting member
12: second hollow protruding member 20: first carbon nanofiber electrode sheet
30: second carbon nanofiber electrode sheet 110: first roller
120: second roller 130: third roller
140: press part 141: first press roller
142: second press roller
Claims (16)
상기 관통홀과 연통되도록 관통형 알루미늄 시트로부터 연장되어 관통형 알루미늄 시트의 일측으로 돌출되도록 형성되는 다수개의 제1중공형 돌출부재와;
상기 다수개의 제1중공형 돌출부재와 각각 이격되도록 형성되고, 상기 관통홀과 연통되도록 관통형 알루미늄 시트로부터 연장되어 관통형 알루미늄 시트의 타측으로 돌출되도록 형성되는 다수개의 제2중공형 돌출부재와;
상기 다수개의 제1중공형 돌출부재가 매립되도록 관통형 알루미늄 시트의 일측면에 접착되는 제1카본 나노 섬유 전극시트와;
상기 다수개의 제2중공형 돌출부재가 매립되며 다수개의 제1중공형 돌출부재와 다수개의 제2중공형 돌출부재를 통해 제1카본 나노 섬유 전극시트와 연결되도록 관통형 알루미늄 시트의 타측면에 접착되는 제2카본 나노 섬유 전극시트로 구성되며,
상기 제1카본 나노 섬유 전극시트와 상기 제2카본 나노 섬유 전극시트는 각각 서로 동일한 재질로 이루어지고, 두께는 100 내지 500㎛이며, 상기 재질은 박리형 카본나노섬유와 활성탄 분말이 혼합되는 복합 그래핀이 사용되며, 상기 복합 그래핀은 박리형 카본나노섬유(exfoliated carbon nano fiber)와 활성탄 분말을 혼합하여 형성되며, 상기 박리형 카본나노섬유는 외주면에 활성탄 분말이 접촉되어 연결되며, 상기 박리형 카본나노섬유는 하나 이상의 그래핀 블럭으로 이루어지며, 상기 하나 이상의 그래핀 블럭은 각각 다수개의 그래핀으로 이루어지며, 상기 박리형 카본나노섬유가 둘 이상의 그래핀 블럭으로 구성 시 둘 이상의 그래핀 블럭은 서로 하나 이상의 그래핀으로 연결되며, 상기 그래핀 블럭은 하나 이상의 활성탄 분말이 접촉되어 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극. A through-hole type aluminum sheet in which a plurality of through holes are formed so as to be spaced apart from each other;
A plurality of first hollow protruding members extending from the through-hole type aluminum sheet so as to communicate with the through-holes and protruding from one side of the through-hole type aluminum sheet;
A plurality of second hollow protruding members spaced apart from the plurality of first hollow protruding members and extending from the through-type aluminum sheet so as to communicate with the through-holes and protruding to the other side of the through-type aluminum sheet;
A first carbon nanofiber electrode sheet adhered to one side of the through-hole type aluminum sheet so that the plurality of first hollow protrusions are embedded;
The plurality of second hollow projecting members are embedded and bonded to the other side of the through-type aluminum sheet so as to be connected to the first carbon nanofiber electrode sheet through the plurality of first hollow projecting members and the plurality of second hollow projecting members And a second carbon nanofiber electrode sheet,
Wherein the first carbon nanofiber electrode sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet are made of the same material and have a thickness of 100 to 500 mu m, Wherein the composite graphene is formed by mixing exfoliated carbon nanofibers and active carbon powder, and the exfoliated carbon nanofibers are contacted with the activated carbon powder by contacting the outer circumferential surface of the exfoliated carbon nanofibers, The carbon nanofibers are composed of one or more graphene blocks, and the one or more graphene blocks are each composed of a plurality of graphenes. When the peelable carbon nanofibers are composed of two or more graphene blocks, The graphene blocks being connected to one or more activated carbon powders in contact with each other High-capacity electrodes of the electric double layer capacitor of ranging.
상기 관통형 알루미늄 시트는 서로 이격되도록 다수개의 관통홀이 형성되며, 상기 다수개의 관통홀은 각각 알루미늄 시트의 일측면과 타측면이 관통되도록 형성되며, 각각의 직경은 50 내지 100㎛인 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극. The method according to claim 1,
The through-hole type aluminum sheet is formed with a plurality of through holes spaced apart from each other. Each of the plurality of through holes is formed to penetrate one side surface and the other side surface of the aluminum sheet, A high capacity electrode of an electric double layer capacitor.
상기 관통형 알루미늄 시트의 두께는 10 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극. The method according to claim 1,
Wherein the through-hole type aluminum sheet has a thickness of 10 to 50 占 퐉.
상기 다수개의 제1중공형 돌출부재와 상기 다수개의 제2중공형 돌출부재는 각각 끝단이 뽀족한 원통 기둥부재, 타원 기둥부재 및 사각 기둥부재 중 하나를 이용해 관통형 알루미늄 시트를 일측면이나 타측면에서 가압하여 뚫음에 의해 관통형 알루미늄 시트에 다수개의 관통홀이 형성되도록 하고, 다수개의 관통홀과 각각 연통되도록 관통형 알루미늄 시트로부터 연장되어 돌출되도록 형성되며, 상기 관통홀은 원통 기둥부재, 타원 기둥부재 및 사각 기둥부재 중 하나에 의해 원통형, 타원형 및 사각형 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극.The method according to claim 1,
The plurality of first hollow protruding members and the plurality of second hollow protruding members may be formed by using one of a cylindrical columnar member, an elliptical columnar member, and a quadrangular columnar member having a pointed end, And the through hole is formed to extend from the through-hole type aluminum sheet so as to communicate with the plurality of through holes, and the through hole is formed by a cylindrical pillar member, an elliptical pillar Wherein the electrode is formed of one of a cylindrical member, an elliptical member and a quadrangular member by one of a member and a square pillar member.
상기 다수개의 제1중공형 돌출부재와 상기 다수개의 제2중공형 돌출부재는 각각 끝단이 뽀족한 원통 기둥부재, 타원 기둥부재 및 사각 기둥부재 중 하나에 의해 하나 이상의 돌출버(extrude burr)부재로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극.The method according to claim 1,
The plurality of first hollow protruding members and the plurality of second hollow protruding members may be formed of one or more extruded burr members by one of a cylindrical pillar, an elliptical pillar, and a quadrangular pillar, And a second electrode formed on the second electrode.
상기 하나 이상의 돌출버부재는 각각 관통홀에서 연장되도록 관통형 알루미늄 시트에 서로 이격되어 일체로 형성되며, 각각의 높이는 2 내지 70㎛인 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극. 6. The method of claim 5,
Wherein the at least one protruding bar member is formed integrally with the through-hole aluminum sheet so as to extend from the through-hole, and each of the at least one protruding bar member has a height of 2 to 70 mu m.
상기 제1카본 나노 섬유 전극시트와 상기 제2카본 나노 섬유 전극시트는 각각 롤 프레스 방법을 2회 이상 반복하여 다수개의 제1중공형 돌출부재와 다수개의 제2중공형 돌출부재를 통해 서로 연결되도록 관통형 알루미늄 시트의 일측면과 타측면에 동시에 가압되어 접착되며, 롤 프레스 방법을 2회 이상 반복 수행 시 마지막번째 실시되는 롤 프레스 방법으로 가압된 제1카본 나노 섬유 전극시트의 두께와 제2카본 나노 섬유 전극시트의 두께는 각각 첫번째 실시되는 롤 프레스 방법으로 가압된 두께보다 2 내지 30％ 얇아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극. The method according to claim 1,
The first carbon nanofiber electrode sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet may be formed by repeating a roll press method two or more times so as to be connected to each other through a plurality of first hollow protruding members and a plurality of second hollow protruding members The thickness of the pressed first carbon nanofiber electrode sheet and the thickness of the second carbon nanofiber electrode sheet bonded together by the roll press method lastly performed when the roll press method is repeated two or more times, Wherein the thickness of the nanofiber electrode sheet is formed to be 2 to 30% thinner than the pressed thickness by the first roll press method.
제1카본 나노 섬유 전극시트를 제2롤러에 권취하여 준비하는 단계와;
제2카본 나노 섬유 전극시트를 제3롤러에 권취하여 준비하는 단계와;
상기 관통형 알루미늄 시트의 일측면의 상측에 상기 제1카본 나노 섬유 전극시트가 위치되도록 하며 타측면의 하측에 상기 제2카본 나노 섬유 전극시트가 위치되도록 하여 관통형 알루미늄 시트와 제1카본 나노 섬유 전극시트와 제2카본 나노 섬유 전극시트를 각각 프레스부로 이송시키는 단계와;
제1카본 나노 섬유 전극시트와 제2카본 나노 섬유 전극시트가 각각 관통형 알루미늄 시트의 일측면과 타측면에 각각 접착되도록 하며, 제1카본 나노 섬유 전극시트와 제2카본 나노 섬유 전극시트가 각각 다수개의 제1중공형 돌출부재와 다수개의 제2중공형 돌출부재를 통해 서로 연결되도록 제1카본 나노 섬유 전극시트와 제2카본 나노 섬유 전극시트를 동시에 프레스부로 가압하는 단계로 구성되며,
상기 제1카본 나노 섬유 전극시트를 제2롤러에 권취하여 준비하는 단계와 상기 제2카본 나노 섬유 전극시트를 제3롤러에 권취하여 준비하는 단계에서 상기 제1카본 나노 섬유 전극시트와 상기 제2카본 나노 섬유 전극시트는 각각 서로 동일한 그래핀 전극 재질이 사용되며, 상기 그래핀 전극 재질은 점도조절물이 혼합되며, 상기 점도조절물은 그래핀 전극 재질 100 중량부에 대해 40 내지 60중량부로 혼합되어 그래핀 전극 재질의 점도가 5000 내지 10000cps(centi Poise)가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극의 제조방법. Preparing a through-type aluminum sheet having a plurality of first hollow protruding members and a plurality of second hollow protruding members formed on one side surface and the other side surface, respectively, on a first roller;
Preparing a first carbon nanofiber electrode sheet by winding it on a second roller;
Preparing a second carbon nanofiber electrode sheet by winding it on a third roller;
Wherein the first carbon nanofiber electrode sheet is positioned on one side of the through-hole type aluminum sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet is positioned on the lower side of the other side, Transferring the electrode sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet to a press section, respectively;
The first carbon nanofiber electrode sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet are respectively bonded to one side surface and the other side surface of the through-hole type aluminum sheet, and the first carbon nanofiber electrode sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet are respectively Pressing the first carbon nanofiber electrode sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet simultaneously to the press section so as to be connected to each other through the plurality of first hollow protruding members and the plurality of second hollow protruding members,
Preparing a first carbon nanofiber electrode sheet by winding it on a second roller and winding the second carbon nanofiber electrode sheet on a third roller to prepare the first carbon nanofiber electrode sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet, The carbon nanofiber electrode sheet is made of the same graphene electrode material, and the graphene electrode material is mixed with a viscosity control material, and the viscosity control material is mixed with 40 to 60 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the graphene electrode material So that the viscosity of the graphene electrode material becomes 5000 to 10000 cps (centi Poise).
상기 관통형 알루미늄 시트를 제1롤러에 권취하여 준비하는 단계에서 관통형 알루미늄 시트는 끝단이 뽀족한 원통 기둥부재, 타원 기둥부재 및 사각 기둥부재 중 하나로 관통형 알루미늄 시트를 일측면이나 타측면에서 가압하여 뚫음에 의해 관통형 알루미늄 시트에 다수개의 관통홀이 형성되도록 함과 아울러 다수개의 관통홀과 각각 연통되도록 관통형 알루미늄 시트로부터 연장되어 돌출되도록 다수개의 제1중공형 돌출부재나 다수개의 제2중공형 돌출부재가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극의 제조방법. 10. The method of claim 9,
In the step of preparing the through-type aluminum sheet by winding it on the first roller, the through-type aluminum sheet is pressed by one of the cylindrical pillar, A plurality of through holes are formed in the through-hole type aluminum sheet by piercing, and a plurality of first hollow projecting members and a plurality of second hollow holes are formed to extend from the through-hole type aluminum sheet so as to communicate with the plurality of through holes, Type electrode of the electric double layer capacitor is integrally formed with the protrusion member.
상기 다수개의 제1중공형 돌출부재와 상기 다수개의 제2중공형 돌출부재는 각각 관통형 알루미늄 시트의 일측이나 타측으로 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극의 제조방법. 11. The method of claim 10,
Wherein the plurality of first hollow protruding members and the plurality of second hollow protruding members protrude from one side or the other side of the through-hole type aluminum sheet, respectively.
상기 그래핀 전극 재질은 복합 그래핀이 사용되며, 상기 복합 그래핀의 제조방법은 카본나노섬유를 준비하는 단계와;
상기 카본나노섬유를 산화제인 KMnO4, H2SO4 및 H2O2 중 하나를 이용한 허머법(Hummers method)을 이용해 산화시켜 확장형 카본나노섬유를 제조하는 단계와;
상기 확장형 카본나노섬유를 탈이온수에 디핑시킨 후 초음파을 인가하여 하나 이상의 그래핀 블럭으로 박리시켜 박리형 카본나노섬유(exfoliated carbon nano fiber)를 제조하는 단계와;
상기 박리형 카본나노섬유가 제조되면 환원제인 하이드라진 수화물(hydrazine hydrate)이나 아스코르브산(ascorbic acid)를 이용해 박리형 카본나노섬유를 환원시키는 단계와;
상기 박리형 카본나노섬유가 박리되면 박리형 카본나노섬유에 활성탄 분말을 혼합하여 복합 그래핀을 제조하는 단계로 구성되며,
상기 카본나노섬유를 준비하는 단계에서 카본나노섬유는 다수개의 플레터럿 카본나노섬유(Platelet-CNF)나 다수개의 헤링본 카본나노섬유(Herringbone-CNF)이 사용되며, 상기 박리형 카본나노섬유를 제조하는 단계에서 하나의 박리형 카본나노섬유는 하나 이상의 그래핀 블럭으로 이루어지며, 상기 하나 이상의 그래핀 블럭은 각각 다수개의 그래핀으로 이루어지며, 상기 박리형 카본나노섬유가 둘 이상의 그래핀 블럭으로 구성 시 둘 이상의 그래핀 블럭은 서로 하나 이상의 그래핀으로 연결되며, 상기 박리형 카본나노섬유에 활성탄 분말을 혼합하여 복합 그래핀을 제조하는 단계에서 활성탄 분말은 하나의 그래핀 블럭에 하나 이상이 접촉됨에 의해 상기 활성탄 분말이 박리형 카본나노섬유의 외주면에 접촉되어 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극의 제조방법.10. The method of claim 9,
The composite graphene is prepared by preparing a carbon nanofiber.
Oxidizing the carbon nanofibers by using a Hummers method using one of KMnO 4 , H 2 SO 4 and H 2 O 2 as oxidizing agents to produce expandable carbon nanofibers;
Dipping the expandable carbon nanofibers in deionized water and applying ultrasonic waves to the exfoliated carbon nanofibers to form exfoliated carbon nanofibers by peeling them with at least one graphene block;
Reducing the exfoliated carbon nanofibers using hydrazine hydrate or ascorbic acid as a reducing agent when the exfoliated carbon nanofibers are produced;
And separating the carbon nanofibers from the stripping carbon nanofibers to form composite graphene,
In preparing the carbon nanofibers, a plurality of platelet-carbon nanofibers (Platelet-CNF) or a plurality of herringbon carbon nanofibers (Herringbone-CNF) are used as the carbon nanofibers, Wherein at least one graphene block is composed of a plurality of graphenes, and when the peelable carbon nanofiber is composed of at least two graphene blocks, At least two graphene blocks are connected to each other by at least one graphene. In the step of preparing the composite graphene by mixing the activated carbon powder with the peelable carbon nanofibers, at least one of the activated carbon powder is contacted with one graphene block And the activated carbon powder is brought into contact with and connected to the outer peripheral surface of the peelable carbon nanofibers Method of producing a high-capacity electrode layer capacitor.
상기 점도조절물은 알코올 30 내지 60wt％와 순수 40 내지 70wt％로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극의 제조방법.10. The method of claim 9,
Wherein the viscosity adjuster comprises 30 to 60 wt% of alcohol and 40 to 70 wt% of pure water.
상기 제1카본 나노 섬유 전극시트와 제2카본 나노 섬유 전극시트를 동시에 프레스부로 가압하는 단계는 제1카본 나노 섬유 전극시트와 제2카본 나노 섬유 전극시트가 각각 관통형 알루미늄 시트의 일측면과 타측면에 접착되도록 한 쌍의 제1프레스 롤러를 이용해 제1카본 나노 섬유 전극시트와 제2카본 나노 섬유 전극시트를 동시에 제1압력으로 1차 가압하는 단계와;
상기 1차 가압된 제1카본 나노 섬유 전극시트와 제2카본 나노 섬유 전극시트가 각각 다수개의 제1중공형 돌출부재와 다수개의 제2중공형 돌출부재를 통해 서로 연결되도록 한 쌍의 제2프레스 롤러를 이용해 제1카본 나노 섬유 전극시트와 제2카본 나노 섬유 전극시트를 동시에 제1압력보다 높은 제2압력으로 2차 가압하는 단계로 구성되며,
상기 제1압력은 한 쌍의 제1프레스 롤러의 이격 거리로 설정되며, 상기 제2압력은 한 쌍의 제2프레스 롤러의 이격 거리로 설정되는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극의 제조방법. 10. The method of claim 9,
The step of simultaneously pressing the first carbon nanofiber electrode sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet with the press part may include pressing the first carbon nanofiber electrode sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet on one side of the through- Pressing the first carbon nanofiber electrode sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet simultaneously at a first pressure using a pair of first press rollers so as to be adhered to the side surfaces;
Wherein the first pressurized first carbon nanofiber electrode sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet are connected to each other through a plurality of first hollow protruding members and a plurality of second hollow protruding members, And secondarily pressurizing the first carbon nanofiber electrode sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet simultaneously to a second pressure higher than the first pressure by using a roller,
Wherein the first pressure is set to a separation distance of the pair of first press rollers and the second pressure is set to a separation distance of the pair of second press rollers. .
상기 2차 가압하는 단계에서 제2압력은 관통형 알루미늄 시트의 일측면과 타측면에 접착된 제1카본 나노 섬유 전극시트와 제2카본 나노 섬유 전극시트의 두께가 제1압력에 의해 가압되어 관통형 알루미늄 시트의 일측면과 타측면에 접착된 제1카본 나노 섬유 전극시트와 제2카본 나노 섬유 전극시트의 두께보다 2 내지 30％ 얇아지도록 가압되는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터의 고용량 전극의 제조방법.
16. The method of claim 15,
In the second pressurizing step, the second pressure is applied to the first and second carbon nanofiber electrode sheets and the second carbon nanofiber electrode sheet bonded to one side surface and the other side surface of the through-hole type aluminum sheet by the first pressure, Shaped electrode sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet bonded to one side surface and the other side surface of the aluminum-sheet-like aluminum sheet by 2 to 30% thinner than the thickness of the first carbon nanofiber electrode sheet and the second carbon nanofiber electrode sheet. Way.
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