KR101903739B1 - 슈퍼캐패시터, 박막 슈퍼캐패시터 및 그 제조 방법 - Google Patents

슈퍼캐패시터, 박막 슈퍼캐패시터 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 캐패시터는 기재, 기재의 일면에 매립되어 있으며 서로 이격되어 있는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 제1 캐패시터, 기재의 타면에 매립되어 있으며 서로 이격되어 있는 제3 전극 및 제4 전극을 포함하는 제2 캐패시터를 포함하고, 기재는 산화 그래핀으로 이루어지고, 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극 및 제4 전극은 환원 그래핀으로 이루어진다.

Description

슈퍼캐패시터, 박막 슈퍼캐패시터 및 그 제조 방법{SUPERCAPACITOR, THIN FILM SUPERCAPACITOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 캐패시터에 관한 것으로, 특히 그래핀으로 이루어지는 슈퍼캐패시터, 박막 슈퍼 캐패시터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
박막 슈퍼 캐패시터는 고출력, 긴 수명, 고 효율의 캐패시터의 장점과 유연성의 박막 전극의 특성을 바탕으로 MEMS 소자, RFID 소자 등의 차세대 초소형 집적 소자와 유연한 웨어러블(wearable), 삽입형(implantable) 소자의 전원 장치로 많은 관심을 받고 있다.
마이크로 슈퍼 캐패시터는 박막 슈퍼 캐패시터의 일종으로 기존 캐패시터의 샌드위치(sandwich) 배열 방식의 전극 배치와 달리 2차원 평면상의 전극 배치를 통하여 빠른 이온 전달에 의한 고출력, 분리막 제거를 통한 수십 내지 수백 마이크로 두께의 초박형 소자 구현이 가능하다.
기존 마이크로 슈퍼 캐패시터는 2차원 평면상에서 포토 리소그래피(photolithography) 공정 및 이온 빔(ion beam)으로 캐패시터 전극을 형성하여 용량이 증가할수록 캐패시터가 차지하는 면적 또한 증가한다. 따라서 전자 장치가 소형화될수록 형성할 수 있는 캐패시터의 면적이 줄어들고, 이에 따라서 저장 용량 또한 감소한다.
따라서 본 발명은 전극 면적의 증가 없이 저장 용량 및 작동 전압을 높여 저장 에너지를 높일 수 있는 슈퍼캐패시터, 박막 슈퍼캐패시터 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 박막 슈퍼캐패시터는 기재, 기재의 일면에 매립되어 있으며 서로 이격되어 있는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 제1 캐패시터, 기재의 타면에 매립되어 있으며 서로 이격되어 있는 제3 전극 및 제4 전극을 포함하는 제2 캐패시터를 포함하고, 기재는 산화 그래핀으로 이루어지고, 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극 및 제4 전극은 환원 그래핀으로 이루어진다.
상기 제1 캐패시터의 제1 전극 및 제2 전극과 상기 제2 캐패시터의 제3 전극 및 제4 전극은 상기 기재를 사이에 두고 이격될 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제3 전극은 각각 상기 제2 전극 및 제4 전극을 향해서 돌출한 복수의 제1 보조 가지 전극과 상기 제1 보조 가지 전극들을 연결하는 제1 주 가지 전극을 포함하고, 제2 전극 및 상기 제4 전극은 각각 상기 제1 전극 및 제3 전극을 향해서 돌출한 복수의 제2 보조 가지 전극과 상기 제2 보조 가지 전극들을 연결하는 제2 주 가지 전극을 포함하고, 제1 보조 가지 전극 및 제2 보조 가지 전극은 일정한 간격을 두고 교대로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 슈퍼캐패시터는 상기의 박막 슈퍼 캐패시터를 포함하는 복수의 단위 캐패시터, 단위 캐패시터와 교대로 적층되어 있는 이온 주입층을 포함하고, 이온 주입층은 상기 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극 및 제4 전극과 접촉한다.
상기 이온 주입층은 겔상의 전해질일 수 있다.
상기 이온 주입층은 전해질 용액과 폴리머 겔을 포함하고, 전해질 용액은 황산(H2SO4) 수용액, 인산(H3PO4) 수용액 또는 수산화칼륨(KOH) 수용액 중 어느 하나이고, 폴리머 겔은 PVA (Poly Vinyl Alcohol), PEO (Poly Ethylene Oxide) 또는 PVDF-HFP(hexaluoropropylene) 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 슈퍼캐패시터의 제조 방법은 산화 그래핀으로 이루어지는 기재를 준비하는 단계, 대물 렌즈를 통해서 상기 기재의 일면에 레이저 빔을 조사하여 환원 그래핀으로 이루어지는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 제1 캐패시터를 형성하는 단계, 대물 렌즈를 통해서 상기 기재의 타면에 레이저 빔을 조사하여 환원 그래핀으로 이루어지는 제3 전극 및 제4 전극을 포함하는 제2 캐패시터를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 레이저 빔은 상기 기재 두께의 1/2미만의 깊이로 조사할 수 있고, 레이저 빔은 상기 기재 두께의 1/3이하의 깊이로 조사할 수 있다.
상기 레이저 빔의 파장(λ)은 400nm이상일 수 있다.
상기 기재의 두께는 100㎛이하이고, 상기 대물 렌즈의 배율은 10배(×10) 이상일 수 있다.
상기 레이저 빔의 조사 속도는 500㎛/sec∼2,000㎛/sec이고, 레이저 빔의 세기(power)는 15mW∼100mW일 수 있다.
본 발명에서와 같이 기재의 양면에 전극을 형성하면 전극의 면적을 증가시키지 않으면서도 캐패시터의 용량을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 집광된 레이저 빔을 조사하여 용이하게 기재의 양면에 전극을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 슈퍼캐패시터의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 박막 슈퍼캐패시터의 평면도이다.
도 3은 도 2의 III-III선으로 잘라 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 캐패시터의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계에서의 평면도이다.
도 5는 도 4의 V-V선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 조사 장치를 이용하여 레이저 빔을 조사하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 슈퍼캐패시터의 단면도이다.
도 8은 비교예와 실시예에 따른 전압과 전류를 측정한 그래프이다.
도 9는 비교예에 따른 박막 슈퍼캐패시터의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 슈퍼캐패시터의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 박막 슈퍼캐패시터의 평면도이고, 도 3은 도 2의 III-III선으로 잘라 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 슈퍼캐패시터(1000)는 기재(101), 기재(101)에 매립되어 있는 제1 캐패시터(100) 및 제2 캐패시터(200)를 포함한다.
기재(101)는 비전도성 물질로 예를 들어, 산화 그래핀이고, 제1 캐패시터(100) 및 제2 캐패시터(200)의 제1 전극(11), 제3 전극(21), 제2 전극(13), 제4 전극(23)은 전도성 물질로 예를 들어, 환원 그래핀일 수 있다.
제1 캐패시터(100)는 기재(101)의 일면에 매립되어 있는 제1 전극(11)과 제2 전극(13)을 포함할 수 있고, 제2 캐패시터((200)는 기재(101)의 타면에 매립되어 있는 제3 전극(21)과 제4 전극(23)을 포함할 수 있다.
제1 전극(11)과 제2 전극(13)은 기재(101)의 일면에 수평한 방향, 즉, xy 평면 상에서 이격되어 배치될수 있고, 제3 전극(21)과 제4 전극(23)은 기재(101)의 타면에 수평한 방향 즉, xy 평면 상에서 이격되어 배치될 수 있다.
제1 전극(11)과 제2 전극(13)의 두께(T1)와 제3 전극(21) 및 제4 전극(23)의 두께(T2)는 동일하게 형성될 수 있으며, 제1 전극(11)과 제2 전극(13)의 두께(T1)와 제3 전극(21) 및 제4 전극(23)의 두께(T2)는 기재 두께(T)의 1/3 이하일 수 있다.
따라서, 제1 캐패시터(100)와 제2 캐패시터(200)는 기재(101)를 사이에 두고 이격될 수 있다.
제1 전극(11)과 제3 전극(21)은 각각 외부 전원을 연결하기 위한 제1 주 가지 전극(11a, 21a)과 제1 주 가지 전극(11a, 21a)으로부터 돌출한 복수의 제1 보조 가지 전극(11b, 21b)을 포함하고, 제2 전극(13)과 제4 전극(23)은 각각 외부 전원을 연결하기 위한 제2 주 가지 전극(13a, 23a)과 제2 주 가지 전극(13a, 23a)으로부터 돌출한 복수의 제2 보조 가지 전극(13b, 23b)을 포함한다.
이웃하는 제1 보조 가지 전극(11b, 21b)들은 서로 나란할 수 있으며, 이웃하는 제2 보조 가지 전극(13b, 23b)들은 서로 나란할 수 있다. 제1 보조 가지 전극(11b, 21b)과 제2 보조 가지 전극(13b, 23b)은 xy평면 상에서 서로 마주하는 방향으로 돌출할 수 있으며, 제1 보조 가지 전극(11b, 21b)과 제2 보조 가지 전극(13b, 23b)은 교대로 배치될 수 있다.
이때, 제1 전극(11)의 제1 보조 가지 전극(11b)과 제3 전극(21)의 제1 보조 가지 전극(21b)은 서로 어긋나게 배치될 수 있고, 제2 전극(13)이 제2 보조 가지 전극(13b)과 제4 전극(23)의 제2 보조 가지 전극(23b)은 서로 어긋나게 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 동일한 위치에서 중첩될 수 있다.
따라서, 제1 전극(11)의 이웃하는 제1 보조 가지 전극(11b) 사이에 제3 전극(21)의 제1 보조 가지 전극(21b)이 위치하고, 제2 전극(13)의 이웃하는 제2 보조 가지 전극(13b) 사이에 제4 전극(23)의 제2 보조 가지 전극(23b)이 위치할 수 있다.
제1 전극(100)과 제2 전극(200)은 각각 외부로 인출되는 제1 전극선(43) 및 제2 전극선(45)과 연결될 수 있다. 제1 전극선(43)과 제2 전극선(45)은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 저항이 낮은 금속 물질이거나 탄소나노튜브, 그래핀 등의 저항이 낮은 고전도성의 탄소 나노물질이 사용될 수 있다. 금속 물질의 경우 스퍼터(Sputter) 등의 박막 금속 증착 방식을 이용할 수 있고, 금속 또는 탄소물질의 경우는 용액 상에 분산시킨 페이스트(Paste)의 코팅 방식으로 형성시킬 수 있다.
본 발명에서와 같이 기재 내에 제1 전극 및 제2 전극을 매립하면, 산화 그래핀으로 이루어지는 유전체의 두께를 줄일 수 있어 박막 슈퍼캐패시터의 용량을 증가시킬 수 있다.
또한, 제1 전극 및 제2 전극이 기재의 상부로 돌출되지 않으므로, 복수의 박막 슈퍼캐패시터를 적층하더라도 박막 슈퍼캐패시터의 크기 증가를 최소화할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여, 도 1 내지 도 3에 도시한 박막 슈퍼캐패시터의 제조 방법을 설명한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 슈퍼캐패시터의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계에서의 평면도이고, 도 5는 도 4의 V-V선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 조사 장치를 이용하여 레이저 빔을 조사하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 산화 그래핀으로 이루어지는 기재(101)를 준비하고, 기재(101)의 일면에 레이저를 조사하여 제1 전극(11) 및 제2 전극(13)을 가지는 제1 캐패시터(100)를 형성한다. 이때, 기재(101)는 100nm 와 100㎛ 사이의 범위의 두께일 수 있다.
기재(101)는 PVDF(polyvinylidene fluoride), AAO(anodic aluminum oxide), 나일론(nylon)으로 이루어지는 다공성 멤브레인 위에 산화 그래핀 수용액을 붓고 진공 펌프를 이용하여 용액을 여과시켜 멤브레인 위에 형성된 산화 그래핀층을 기재로 사용할 수 있다.
또는, 산화 그래핀 페이스트를 금속 포일(foil) 위에 바 코팅(bar coating)하여 형성한 산화 그래핀층을 기재로 사용할 수 있다.
레이저 빔은 도 6에 도시한 레이저 장치를 이용하여 조사할 수 있다.
도 6의 레이저 장치는 광원, 광원으로부터 발생하는 레이저 빔(L)이 지나가는 경로 상에 위치하는 대물 렌즈(50)를 포함한다. 기재는 대물 렌즈를 통과한 광이 지나가는 경로상에 위치한다.
광원은 파장(λ)은 UV(ultraviolet) 내지 IR(infrared) 범위로, 400nm 이상의 레이저 빔을 생성한다.
대물 렌즈(50)는 광원으로부터 전달되는 레이저 빔을 집광(focusing)하여 가공 대상물인 기재(101)로 전달한다. 이때, 레이저 빔은 기재(101) 두께의 1/3 이내의 깊이로 조사한다. 레이저 빔이 기재에 조사되는 깊이는 대물 렌즈(50)의 배율을 조절하여 제어할 수 있다. 예를 들어, 기재의 두께(T)가 10㎛일 때, 레이저 빔의 조사 깊이는 3.3㎛이내인 것이 바람직하므로, 대물 렌즈는 초점 심도(depth of focus)(F)가 3㎛가 되도록 10배(×10)의 배율로 조사할 수 있다. 그러나 기재의 두께가 10㎛일 때, 대물 렌즈의 배율을 5배(×5)로 할 경우 렌즈의 초점 심도가 12㎛로 기재의 두께보다 크기 때문에 기재의 양면에 모두 레이저 빔이 조사된다.
따라서 레이저 빔은 기재의 일면에만 조사되고, 기재를 중심으로 반대편에 위치하는 제1 캐패시터(100) 및 제2 캐패시터(200)가 단락되지 않도록 기재 두께의 1/3 이내의 깊이로 조사하는 것이 바람직하다. 그러나 제1 캐패시터와 제2 캐패시터가 어긋나게 배치되어 제1 캐패시터의 전극과 제2 캐패시터의 전극이 XY 평면상에서 이격될 경우, 제1 캐패시터의 제1 전극 및 제2 전극, 또는 제3 전극 및 제4 전극은 더 깊게 형성될 수 있다.
이처럼, 기재에 레이저 빔이 조사되면 레이저 빔이 조사된 영역에 위치하는 산화 그래핀은 환원되어 환원 그래핀으로 이루어지는 제1 캐패시터(100)가 형성된다.
이때, 환원 그래핀 형성을 위한 레이저 빔의 조사 속도는 500㎛/sec∼2,000㎛/sec 범위를 가질 수 있으며, 750㎛/sec 의 속도로 조사하는 것이 바람직하다. 그리고, 레이저 빔의 세기(Power)는 15mW∼100mW의 범위를 가질 수 있으며, 60mW로 조사하는 것이 바람직하다. 조사 속도가 500㎛/sec 미만이거나, 조사 세기가 100mW 를 초과하면, 산화 그래핀이 열적 박리(ablation)에 의하여 파괴되는 현상이 생긴다. 또한, 조사 속도가 2,000㎛/sec를 초과하거나, 조사 세기가 15mW 미만이면 환원 공정이 충분히 형성되지 못하여 전도도가 낮아, 캐패시터 전극에 적합한 전도 특성을 갖는 환원 그래핀이 형성되지 못한다.
산화 그래핀은 레이저 빔에 의해서 전달되는 열 에너지에 의해서, 산화 그래핀에 함유된 C-OH, C-O-C, -COOH와 같은 산소 기능기를 수증기(H2O), 이산화 탄소(CO2), 일산화 탄소(CO)로 변환시켜 제거함으로써, 열적 환원 현상이 발생하여 환원 그래핀이 생성된다.
산화 그래핀은 비전도성 특징을 나타내는데 반해서, 환원 그래핀은 전도성 특징을 나타낸다.
다음, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 기재(101)의 타면에 레이저 빔을 조사하여 환원 그래핀으로 이루어지는 제2 캐패시터(200)를 형성한다. 제2 캐패시터(200)는 제1 캐패시터(100)와 동일한 방법으로 형성하여 동일한 크기 및 두께로 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서와 같이 레이저 빔을 이용하면, 노광 및 식각 공정을 포함하는 포토 리소 그래피와 같은 복잡한 공정을 이용하지 않으면서도 용이하게 전극을 형성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 슈퍼캐패시터의 단면도이다.
도 7의 캐패시터는 복수의 단위 캐패시터(U)를 포함하며, 복수의 단위 캐패시터(U)는 도 1 내지 도 3에 도시한 캐패시터일 수 있다.
단위 캐패시터(U)는 기재(101), 기재(101)의 양면에 각각 매립되어 있는 제1 캐패시터(100)와 제2 캐패시터(200)를 포함한다.
그리고 이웃하는 단위 캐패시터(U) 사이에는 이온 주입층(300)이 형성되어 있다. 이온 주입층(300)은 이웃하는 단위 캐패시터(U)가 단락되는 것을 방지하고, 이온 주입층(300) 내의 이온이 제1 전극 및 제2 전극의 표면에 흡착되어, 단위 캐패시터(U)가 전하를 충전할 수 있도록 한다.
이온 주입층(300)으로부터 전달되는 이온은 평면 상으로 형성되는 전극의 표면 및 내부에 흡착되어야 하므로, 이온 주입층(300)은 전해질을 포함하는 물질로, 겔상일 수 있다. 겔상의 이온 주입층(300)은 단위 캐패시터(U)의 노출된 전극의 일면에 도포한 후 경화시켜 수㎛ 내지 수십㎛ 두께로 형성할 수 있다.
이온 주입층(300)은 전해질 용액과 폴리머 겔로 구성되어 있다. 이때, 전해질 용액은 주로 수용액으로 이루어질 수 있으며, 황산 (H2SO4), 인산 (H3PO4), 수산화칼륨(KOH) 수용액일 수 있고, 폴리머 겔로는 PVA (Poly Vinyl Alcohol), PEO (Poly Ethylene Oxide) 또는 이온전도특성이 우수한 PVDF-HfP(hexafluoropropylene)등이 사용될 수 있다. 따라서, 이온 주입층(300)의 전해질 용액에 포함되어 있는 H+, SO4 2-, PO4 3-, K+, OH- 이온들이 제1 전극(11, 21) 및 제2 전극(13, 23)의 표면에 흡착될 수 있다.
도 8은 비교예 및 실시예에 따른 전압과 전류를 측정한 그래프이다.
도 9는 비교예에 따른 박막 슈퍼캐패시터의 단면도이다.
비교예는 도 9에 도시한 캐패시터로 라이트스크라이브(lightscribe) 방식으로 형성하였다. 비교예의 라이트스크라이브 방식은 레이저빔의 스캐닝을 통하여 집광하지 않은 레이저빔을 기재에 조사하여 캐패시터를 형성하였다. 이때, 레이저 빔의 초점 심도는 100um 이상으로 10um 두께의 기재의 두께보다 초점 심도가 깊어, 기재의 일측 방향에서만 캐패시터를 형성하였다.
그리고 실시예에 따른 캐패시터는 도 1 내지 3에 도시한 캐패시터이다.
도 8의 전압, 전류 그래프의 면적으로부터 구해지는 정전 용량을 비교하면, 비교예에 따른 캐패시터의 정전 용량은 0.610mF/㎠이고, 실시예에 따른 캐패시터의 정전 용량은 1.475mF/㎠로 비교예보다 대략 2배 정도 증가한 것을 알 수 있다.
이는 비교예와 실시예의 기재가 동일한 크기를 가지더라도 실시예에 따른 캐패시터는 대물 렌즈를 이용하여 기재의 양측에 각각 캐패시터 전극이 형성되고, 2개의 전극을 병렬로 연결하였기 때문이다. 또한 기재의 양측에 형성된 전극을 직렬로 연결하게 되면 전극의 작동전압을 2배로 높일 수 있기 때문에 캐패시터에 저장되는 에너지를 2배로 높이는 효과를 기대할 수 있다.
이처럼, 본 발명에서와 같이 캐패시터를 형성하면 캐패시터의 저장 용량 및 에너지를 증가시키면서도, 캐패시터의 크기를 줄일 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.

Claims (12)

  1. 기재,
    상기 기재의 일면에 매립되어 있으며 상기 일면에 수평한 방향으로 서로 이격되어 있는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 제1 캐패시터,
    상기 기재의 타면에 매립되어 있으며 상기 타면에 수평한 방향으로 서로 이격되어 있는 제3 전극 및 제4 전극을 포함하는 제2 캐패시터
    를 포함하고,
    상기 기재는 산화 그래핀으로 이루어지고,
    상기 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극 및 제4 전극은 상기 기재를 이루는 상기 산화 그래핀이 환원된 환원 그래핀으로 이루어지는 박막 슈퍼캐패시터.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 캐패시터의 제1 전극 및 제2 전극과 상기 제2 캐패시터의 제3 전극 및 제4 전극은 상기 기재를 사이에 두고 상기 기재의 두께 방향으로 이격되어 있는 박막 슈퍼캐패시터.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 전극 및 상기 제3 전극은 각각 상기 제2 전극 및 제4 전극을 향해서 돌출한 복수의 제1 보조 가지 전극과 상기 제1 보조 가지 전극들을 연결하는 제1 주 가지 전극을 포함하고,
    상기 제2 전극 및 상기 제4 전극은 각각 상기 제1 전극 및 제3 전극을 향해서 돌출한 복수의 제2 보조 가지 전극과 상기 제2 보조 가지 전극들을 연결하는 제2 주 가지 전극을 포함하고,
    상기 제1 보조 가지 전극 및 제2 보조 가지 전극은 일정한 간격을 두고 교대로 배열되어 있는 박막 슈퍼캐패시터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 박막 슈퍼캐패시터로 이루어지는 단위 캐패시터,
    상기 단위 캐패시터와 교대로 적층되어 있는 이온 주입층
    을 포함하고,
    상기 이온 주입층은 상기 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극 및 제4 전극과 접촉하는 슈퍼캐패시터.
  5. 제4항에서,
    상기 이온 주입층은 겔상의 전해질인 슈퍼캐패시터.
  6. 제5항에서,
    상기 이온 주입층은 전해질 용액과 폴리머 겔을 포함하고,
    상기 전해질 용액은 황산(H2SO4) 수용액, 인산(H3PO4) 수용액 또는 수산화칼륨(KOH) 수용액 중 어느 하나이고,
    상기 폴리머 겔은 PVA (Poly Vinyl Alcohol), PEO (Poly Ethylene Oxide) 또는 PVDF-HFP(hexaluoropropylene) 중 어느 하나인 슈퍼캐패시터.
  7. 산화 그래핀으로 이루어지는 기재를 준비하는 단계,
    대물 렌즈를 통해서 상기 기재의 일면에 레이저 빔을 조사하여 환원 그래핀으로 이루어지는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 제1 캐패시터를 형성하는 단계,
    상기 대물 렌즈를 통해서 상기 기재의 타면에 레이저 빔을 조사하여 환원 그래핀으로 이루어지는 제3 전극 및 제4 전극을 포함하는 제2 캐패시터를 형성하는 단계
    를 포함하는 박막 슈퍼 캐패시터의 제조 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 레이저 빔은 상기 기재 두께의 1/2미만의 깊이로 조사하는 박막 슈퍼캐패시터의 제조 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 레이저 빔은 상기 기재 두께의 1/3이하의 깊이로 조사하는 박막 슈퍼캐패시터의 제조 방법.
  10. 제8항에서,
    상기 레이저 빔의 파장(λ)은 400nm이상인 박막 슈퍼캐패시터의 제조 방법.
  11. 제7항에서,
    상기 기재의 두께는 100㎛이하이고, 상기 대물 렌즈의 배율은 10배(×10) 이상인 박막 슈퍼캐패시터의 제조 방법.
  12. 제7항에서,
    상기 레이저 빔의 조사 속도는 500㎛/sec∼2,000㎛/sec이고,
    상기 레이저 빔의 세기(power)는 15mW∼100mW인 박막 슈퍼 캐패시터의 제조 방법.
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KR101356791B1 (ko) * 2012-01-20 2014-01-27 한국과학기술원 박막형 수퍼커패시터 및 그의 제조 방법

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