KR20230068831A - 형질전환 식물 유래 다공성 탄소 재료 및 이를 이용한 슈퍼커패시터 - Google Patents
형질전환 식물 유래 다공성 탄소 재료 및 이를 이용한 슈퍼커패시터 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230068831A KR20230068831A KR1020210155009A KR20210155009A KR20230068831A KR 20230068831 A KR20230068831 A KR 20230068831A KR 1020210155009 A KR1020210155009 A KR 1020210155009A KR 20210155009 A KR20210155009 A KR 20210155009A KR 20230068831 A KR20230068831 A KR 20230068831A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- porous carbon
- carbon material
- wild
- derived
- transgenic
- Prior art date
Links
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 230000009261 transgenic effect Effects 0.000 title claims abstract description 57
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims description 14
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims abstract description 44
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims abstract description 20
- 235000000405 Pinus densiflora Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 240000008670 Pinus densiflora Species 0.000 claims abstract description 6
- 101710201891 Gibberellin 20 oxidase 1 Proteins 0.000 claims abstract description 5
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 15
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 15
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 14
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 claims description 12
- 241000894007 species Species 0.000 claims description 8
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 7
- 239000002029 lignocellulosic biomass Substances 0.000 claims description 6
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 claims description 5
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 5
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- FWMNVWWHGCHHJJ-SKKKGAJSSA-N 4-amino-1-[(2r)-6-amino-2-[[(2r)-2-[[(2r)-2-[[(2r)-2-amino-3-phenylpropanoyl]amino]-3-phenylpropanoyl]amino]-4-methylpentanoyl]amino]hexanoyl]piperidine-4-carboxylic acid Chemical compound C([C@H](C(=O)N[C@H](CC(C)C)C(=O)N[C@H](CCCCN)C(=O)N1CCC(N)(CC1)C(O)=O)NC(=O)[C@H](N)CC=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 FWMNVWWHGCHHJJ-SKKKGAJSSA-N 0.000 claims description 2
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 abstract description 4
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 abstract description 3
- 241000219000 Populus Species 0.000 description 67
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 42
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 30
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 7
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 5
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 5
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 244000283070 Abies balsamea Species 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 4
- 235000007173 Abies balsamea Nutrition 0.000 description 3
- 241000589155 Agrobacterium tumefaciens Species 0.000 description 3
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 3
- -1 Super C (TIMCAL) Substances 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 108020004635 Complementary DNA Proteins 0.000 description 2
- 244000166124 Eucalyptus globulus Species 0.000 description 2
- 244000011905 Eucalyptus globulus subsp bicostata Species 0.000 description 2
- 240000001414 Eucalyptus viminalis Species 0.000 description 2
- 240000003433 Miscanthus floridulus Species 0.000 description 2
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 2
- 241000218606 Pinus contorta Species 0.000 description 2
- 235000013267 Pinus ponderosa Nutrition 0.000 description 2
- 235000008577 Pinus radiata Nutrition 0.000 description 2
- 241000218621 Pinus radiata Species 0.000 description 2
- 235000008566 Pinus taeda Nutrition 0.000 description 2
- 241000218679 Pinus taeda Species 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- 241000168036 Populus alba Species 0.000 description 2
- 241000161288 Populus candicans Species 0.000 description 2
- 241000218976 Populus trichocarpa Species 0.000 description 2
- 240000001416 Pseudotsuga menziesii Species 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000218638 Thuja plicata Species 0.000 description 2
- 241000062949 Tremula Species 0.000 description 2
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910009361 YP-50F Inorganic materials 0.000 description 2
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 2
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 235000019422 polyvinyl alcohol Nutrition 0.000 description 2
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 2
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 2
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OEPOKWHJYJXUGD-UHFFFAOYSA-N 2-(3-phenylmethoxyphenyl)-1,3-thiazole-4-carbaldehyde Chemical compound O=CC1=CSC(C=2C=C(OCC=3C=CC=CC=3)C=CC=2)=N1 OEPOKWHJYJXUGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000004507 Abies alba Nutrition 0.000 description 1
- 244000101408 Abies amabilis Species 0.000 description 1
- 235000014081 Abies amabilis Nutrition 0.000 description 1
- 244000178606 Abies grandis Species 0.000 description 1
- 235000017894 Abies grandis Nutrition 0.000 description 1
- 244000166033 Abies lasiocarpa Species 0.000 description 1
- 235000004710 Abies lasiocarpa Nutrition 0.000 description 1
- 240000005020 Acaciella glauca Species 0.000 description 1
- 241000219195 Arabidopsis thaliana Species 0.000 description 1
- LSJQOMAZIKQMTJ-SRVKXCTJSA-N Asn-Phe-Asp Chemical compound [H]N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@@H](CC1=CC=CC=C1)C(=O)N[C@@H](CC(O)=O)C(O)=O LSJQOMAZIKQMTJ-SRVKXCTJSA-N 0.000 description 1
- GKKUBLFXKRDMFC-BQBZGAKWSA-N Asn-Pro-Gly Chemical compound [H]N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N1CCC[C@H]1C(=O)NCC(O)=O GKKUBLFXKRDMFC-BQBZGAKWSA-N 0.000 description 1
- XMKXONRMGJXCJV-LAEOZQHASA-N Asp-Val-Glu Chemical compound OC(=O)C[C@H](N)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(O)=O XMKXONRMGJXCJV-LAEOZQHASA-N 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001674345 Callitropsis nootkatensis Species 0.000 description 1
- 241000218645 Cedrus Species 0.000 description 1
- 241000218631 Coniferophyta Species 0.000 description 1
- 241001480160 Corymbia erythrophloia Species 0.000 description 1
- 238000003775 Density Functional Theory Methods 0.000 description 1
- 235000014466 Douglas bleu Nutrition 0.000 description 1
- 240000008395 Elaeocarpus angustifolius Species 0.000 description 1
- 241000870339 Endiandra dolichocarpa Species 0.000 description 1
- 241001074639 Eucalyptus albens Species 0.000 description 1
- 240000000991 Eucalyptus amygdalina Species 0.000 description 1
- 241000006103 Eucalyptus aromaphloia Species 0.000 description 1
- 241001074652 Eucalyptus baileyana Species 0.000 description 1
- 241001074641 Eucalyptus balladoniensis Species 0.000 description 1
- 241001465371 Eucalyptus botryoides Species 0.000 description 1
- 241001074643 Eucalyptus brachyandra Species 0.000 description 1
- 241001074642 Eucalyptus brassiana Species 0.000 description 1
- 241001074645 Eucalyptus brevistylis Species 0.000 description 1
- 241001074644 Eucalyptus brockwayi Species 0.000 description 1
- 241000006104 Eucalyptus ceracea Species 0.000 description 1
- 241001480093 Eucalyptus cloeziana Species 0.000 description 1
- 241000006105 Eucalyptus coccifera Species 0.000 description 1
- 244000187656 Eucalyptus cornuta Species 0.000 description 1
- 241000006106 Eucalyptus corticosa Species 0.000 description 1
- 244000187657 Eucalyptus crebra Species 0.000 description 1
- 241001480120 Eucalyptus curtisii Species 0.000 description 1
- 241000006108 Eucalyptus dalrympleana Species 0.000 description 1
- 241001528275 Eucalyptus deglupta Species 0.000 description 1
- 241000006109 Eucalyptus delegatensis Species 0.000 description 1
- 241001074679 Eucalyptus delicata Species 0.000 description 1
- 241000396461 Eucalyptus diversicolor Species 0.000 description 1
- 241000006110 Eucalyptus diversifolia Species 0.000 description 1
- 241000006111 Eucalyptus dives Species 0.000 description 1
- 241001074689 Eucalyptus dundasii Species 0.000 description 1
- 241001074688 Eucalyptus dunnii Species 0.000 description 1
- 241001074681 Eucalyptus eudesmioides Species 0.000 description 1
- 241001074680 Eucalyptus falcata Species 0.000 description 1
- 241001074683 Eucalyptus gamophylla Species 0.000 description 1
- 241001074682 Eucalyptus glaucina Species 0.000 description 1
- 244000005004 Eucalyptus globulus subsp globulus Species 0.000 description 1
- 241001074672 Eucalyptus globulus subsp. maidenii Species 0.000 description 1
- 241001074685 Eucalyptus gongylocarpa Species 0.000 description 1
- 241001074684 Eucalyptus guilfoylei Species 0.000 description 1
- 244000059939 Eucalyptus gunnii Species 0.000 description 1
- 241001074687 Eucalyptus hallii Species 0.000 description 1
- 241001074686 Eucalyptus houseana Species 0.000 description 1
- 241001074676 Eucalyptus jacksonii Species 0.000 description 1
- 241000006113 Eucalyptus lansdowneana Species 0.000 description 1
- 241001074678 Eucalyptus latisinensis Species 0.000 description 1
- 241001074677 Eucalyptus leucophloia Species 0.000 description 1
- 244000166102 Eucalyptus leucoxylon Species 0.000 description 1
- 241001074670 Eucalyptus lockyeri Species 0.000 description 1
- 241001074669 Eucalyptus lucasii Species 0.000 description 1
- 241001074671 Eucalyptus marginata Species 0.000 description 1
- 241001074674 Eucalyptus megacarpa Species 0.000 description 1
- 241001074673 Eucalyptus melliodora Species 0.000 description 1
- 241001074675 Eucalyptus michaeliana Species 0.000 description 1
- 241001480112 Eucalyptus microcorys Species 0.000 description 1
- 240000001602 Eucalyptus microtheca Species 0.000 description 1
- 241001480094 Eucalyptus muelleriana Species 0.000 description 1
- 241000006114 Eucalyptus nitens Species 0.000 description 1
- 241001506770 Eucalyptus obliqua Species 0.000 description 1
- 241001074711 Eucalyptus obtusiflora Species 0.000 description 1
- 241000333074 Eucalyptus occidentalis Species 0.000 description 1
- 241001074714 Eucalyptus optima Species 0.000 description 1
- 241000010285 Eucalyptus ovata Species 0.000 description 1
- 240000008166 Eucalyptus pachyphylla Species 0.000 description 1
- 241001074706 Eucalyptus pellita Species 0.000 description 1
- 241001074705 Eucalyptus perriniana Species 0.000 description 1
- 241001045277 Eucalyptus petiolaris Species 0.000 description 1
- 240000006934 Eucalyptus pilularis Species 0.000 description 1
- 240000003470 Eucalyptus piperita Species 0.000 description 1
- 241001074708 Eucalyptus platyphylla Species 0.000 description 1
- 241000604348 Eucalyptus pleurocarpa Species 0.000 description 1
- 241001074707 Eucalyptus polyanthemos Species 0.000 description 1
- 241001074710 Eucalyptus populnea Species 0.000 description 1
- 241001480095 Eucalyptus preissiana Species 0.000 description 1
- 241001074709 Eucalyptus pseudoglobulus Species 0.000 description 1
- 241000006118 Eucalyptus pulchella Species 0.000 description 1
- 240000003060 Eucalyptus radiata Species 0.000 description 1
- 244000234945 Eucalyptus radiata subsp radiata Species 0.000 description 1
- 241000006121 Eucalyptus regnans Species 0.000 description 1
- 241000006123 Eucalyptus robertsonii Species 0.000 description 1
- 241000010288 Eucalyptus rodwayi Species 0.000 description 1
- 244000151703 Eucalyptus rostrata Species 0.000 description 1
- 244000104951 Eucalyptus rubida Species 0.000 description 1
- 241001074696 Eucalyptus rubiginosa Species 0.000 description 1
- 240000006361 Eucalyptus saligna Species 0.000 description 1
- 241001074698 Eucalyptus salmonophloia Species 0.000 description 1
- 241001074697 Eucalyptus scoparia Species 0.000 description 1
- 241000006124 Eucalyptus sieberi Species 0.000 description 1
- 241000006125 Eucalyptus spathulata Species 0.000 description 1
- 241001074700 Eucalyptus staeri Species 0.000 description 1
- 241000006126 Eucalyptus stoatei Species 0.000 description 1
- 241001074699 Eucalyptus tenuipes Species 0.000 description 1
- 241000006128 Eucalyptus tenuiramis Species 0.000 description 1
- 240000007002 Eucalyptus tereticornis Species 0.000 description 1
- 241001074691 Eucalyptus tetrodonta Species 0.000 description 1
- 241001074694 Eucalyptus tindaliae Species 0.000 description 1
- 241001074693 Eucalyptus torquata Species 0.000 description 1
- 241000006130 Eucalyptus umbra Species 0.000 description 1
- 241000404037 Eucalyptus urophylla Species 0.000 description 1
- 241000010292 Eucalyptus vernicosa Species 0.000 description 1
- 241001074695 Eucalyptus wandoo Species 0.000 description 1
- 241000396469 Eucalyptus wetarensis Species 0.000 description 1
- 241000006132 Eucalyptus willisii Species 0.000 description 1
- 241000006138 Eucalyptus willisii subsp. falciformis Species 0.000 description 1
- 241000006139 Eucalyptus willisii subsp. willisii Species 0.000 description 1
- 241000006140 Eucalyptus woodwardii Species 0.000 description 1
- 240000007836 Eurya nitida Species 0.000 description 1
- 244000055250 Eurycles alba Species 0.000 description 1
- 229930191978 Gibberellin Natural products 0.000 description 1
- XFAUJGNLHIGXET-AVGNSLFASA-N Gln-Leu-Leu Chemical compound [H]N[C@@H](CCC(N)=O)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(O)=O XFAUJGNLHIGXET-AVGNSLFASA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- WNGVUZWBXZKQES-YUMQZZPRSA-N Leu-Ala-Gly Chemical compound CC(C)C[C@H](N)C(=O)N[C@@H](C)C(=O)NCC(O)=O WNGVUZWBXZKQES-YUMQZZPRSA-N 0.000 description 1
- LXKNSJLSGPNHSK-KKUMJFAQSA-N Leu-Leu-Lys Chemical compound CC(C)C[C@@H](C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)O)N LXKNSJLSGPNHSK-KKUMJFAQSA-N 0.000 description 1
- 240000000282 Microstegium ciliatum Species 0.000 description 1
- KZNQNBZMBZJQJO-UHFFFAOYSA-N N-glycyl-L-proline Natural products NCC(=O)N1CCCC1C(O)=O KZNQNBZMBZJQJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 240000003273 Passiflora laurifolia Species 0.000 description 1
- 244000130556 Pennisetum purpureum Species 0.000 description 1
- 240000000020 Picea glauca Species 0.000 description 1
- 235000008127 Picea glauca Nutrition 0.000 description 1
- 241000218595 Picea sitchensis Species 0.000 description 1
- 235000005205 Pinus Nutrition 0.000 description 1
- 241000218602 Pinus <genus> Species 0.000 description 1
- 235000008593 Pinus contorta Nutrition 0.000 description 1
- 235000011334 Pinus elliottii Nutrition 0.000 description 1
- 241000142776 Pinus elliottii Species 0.000 description 1
- 244000019397 Pinus jeffreyi Species 0.000 description 1
- 241000555277 Pinus ponderosa Species 0.000 description 1
- 235000013269 Pinus ponderosa var ponderosa Nutrition 0.000 description 1
- 235000013268 Pinus ponderosa var scopulorum Nutrition 0.000 description 1
- 239000005062 Polybutadiene Substances 0.000 description 1
- 241000218978 Populus deltoides Species 0.000 description 1
- 241001278112 Populus euphratica Species 0.000 description 1
- 241000095443 Populus glandulosa Species 0.000 description 1
- 241001479460 Populus sieboldii x Populus grandidentata Species 0.000 description 1
- 241001023442 Populus suaveolens Species 0.000 description 1
- 241000789572 Populus szechuanica Species 0.000 description 1
- 241000183024 Populus tremula Species 0.000 description 1
- 240000004923 Populus tremuloides Species 0.000 description 1
- 241000789575 Populus wilsonii Species 0.000 description 1
- 241000218981 Populus x canadensis Species 0.000 description 1
- 241000987883 Populus yunnanensis Species 0.000 description 1
- 240000001052 Prunus maximowiczii Species 0.000 description 1
- 240000002577 Prunus nigra Species 0.000 description 1
- 240000000191 Prunus tomentosa Species 0.000 description 1
- 235000008572 Pseudotsuga menziesii Nutrition 0.000 description 1
- 235000005386 Pseudotsuga menziesii var menziesii Nutrition 0.000 description 1
- 241001138418 Sequoia sempervirens Species 0.000 description 1
- 239000002174 Styrene-butadiene Substances 0.000 description 1
- 240000005572 Syzygium cordatum Species 0.000 description 1
- 240000006852 Tabernaemontana pauciflora Species 0.000 description 1
- 108091023040 Transcription factor Proteins 0.000 description 1
- 102000040945 Transcription factor Human genes 0.000 description 1
- 240000003021 Tsuga heterophylla Species 0.000 description 1
- 235000008554 Tsuga heterophylla Nutrition 0.000 description 1
- 229920006311 Urethane elastomer Polymers 0.000 description 1
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000007244 Zea mays Nutrition 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 229920000800 acrylic rubber Polymers 0.000 description 1
- 108010039538 alanyl-glycyl-aspartyl-valine Proteins 0.000 description 1
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000012632 extractable Substances 0.000 description 1
- 238000010353 genetic engineering Methods 0.000 description 1
- IXORZMNAPKEEDV-UHFFFAOYSA-N gibberellic acid GA3 Natural products OC(=O)C1C2(C3)CC(=C)C3(O)CCC2C2(C=CC3O)C1C3(C)C(=O)O2 IXORZMNAPKEEDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003448 gibberellin Substances 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 108010077515 glycylproline Proteins 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229920003049 isoprene rubber Polymers 0.000 description 1
- 229920000126 latex Polymers 0.000 description 1
- 239000004816 latex Substances 0.000 description 1
- 229930013686 lignan Natural products 0.000 description 1
- 235000009408 lignans Nutrition 0.000 description 1
- 150000005692 lignans Chemical class 0.000 description 1
- 235000014684 lodgepole pine Nutrition 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 238000002429 nitrogen sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000002018 overexpression Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 229920005670 poly(ethylene-vinyl chloride) Polymers 0.000 description 1
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920002857 polybutadiene Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 238000009790 rate-determining step (RDS) Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 235000003499 redwood Nutrition 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 235000000673 shore pine Nutrition 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000013501 sustainable material Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/30—Active carbon
- C01B32/312—Preparation
- C01B32/318—Preparation characterised by the starting materials
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01H—NEW PLANTS OR NON-TRANSGENIC PROCESSES FOR OBTAINING THEM; PLANT REPRODUCTION BY TISSUE CULTURE TECHNIQUES
- A01H1/00—Processes for modifying genotypes ; Plants characterised by associated natural traits
- A01H1/10—Processes for modifying non-agronomic quality output traits, e.g. for industrial processing; Value added, non-agronomic traits
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01H—NEW PLANTS OR NON-TRANSGENIC PROCESSES FOR OBTAINING THEM; PLANT REPRODUCTION BY TISSUE CULTURE TECHNIQUES
- A01H6/00—Angiosperms, i.e. flowering plants, characterised by their botanic taxonomy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/63—Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
- C12N15/79—Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
- C12N15/82—Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
- C12N15/8216—Methods for controlling, regulating or enhancing expression of transgenes in plant cells
- C12N15/8222—Developmentally regulated expression systems, tissue, organ specific, temporal or spatial regulation
- C12N15/8223—Vegetative tissue-specific promoters
- C12N15/8226—Stem-specific, e.g. including tubers, beets
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
- C12N9/0004—Oxidoreductases (1.)
- C12N9/0071—Oxidoreductases (1.) acting on paired donors with incorporation of molecular oxygen (1.14)
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
- C01P2002/82—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by IR- or Raman-data
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/14—Pore volume
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Developmental Biology & Embryology (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Botany (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Plant Pathology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Physiology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Saccharide Compounds (AREA)
Abstract
PdGA20ox1 (Pinus densiflora Gibberellin 20-oxidase 1) 유전자 및 PtrMYB221 유전자가 과발현된 형질전환 식물을 알칼리 활성화 및 탄화시켜 제조한 다공성 탄소 재료는 동종의 야생형 형질전환 식물로 제조한 다공성 탄소 재료보다 비표면적 및 산소 원자 밀도가 증가함으로써 슈퍼커패시터에 사용하기 적합한 전기화학적 특성을 갖는다.
Description
본 발명은 형질전환 식물 유래 다공성 탄소 재료 및 이를 이용한 슈퍼커패시터에 관한 것이다.
전기화학 이중층 커패시터(EDLCs, 슈퍼커패시터로도 지칭됨)는 고전력, 장기간 저장, 및 높은 싸이클 수명을 요구하는 배터리의 대안으로 알려졌다. 전기화학 이중층 커패시터는 고체표면 및 전해질 사이의 경계면에서 전기화학적 이중층에 전기적 전하를 분리 및 저장하여 에너지가 저장된다.
탄소 나노 물질, 금속 산화물, 전도성 고분자, 및 MXene을 기반으로 한 다양한 슈퍼커패시터 물질이 개발되었다. 그럼에도 불구하고 이러한 재료들은 비용이 높고 지속 가능하지 않은 문제점이 있다.
활성 탄소(다공성 탄소 재료)는 매우 넓은 표면적, 우수한 전기적 및 이온 전도도, 우수한 화학적 안전성 및 낮은 가격 덕분에 전기화학 이중층 커패시터로 유망한 물질이다. 활성 탄소는 알칼리 활성화 공정을 거쳐 제작된다. 알칼리 활성화는 KOH 또는 NaOH를 사용한 화학적 활성화로서, 고온의 불활성 대기에서 탄소질의 전구체 화합물을 탄화(carbonization)시킨다.
목재는 지속가능한 소재이며, 슈퍼커패시터 전극에 사용되는 활성 탄소의 원료로서 주목받고 있다. 목질계 바이오매스(lignocellulosic biomass)는 종마다 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 및 리그난의 함량에 있어서 고유의 화학적 조성을 가지고 있다. 목질계 바이오매스의 화학적 조성과 이들로부터 제작된 다공성 탄소 재료의 에너지 저장 능력은 상호 연관되어 있으나, 그 관계가 명확히 밝혀지지 않은 상태이다.
목질계 바이오매스의 화학적 조성이 이로부터 제작된 다공성 탄소 재료의 전기화학적 거동에 미치는 영향을 분석하기 위해서는 동일한 종에서 유래했음에도 화학적 조성이 다른 바이오매스들을 비교해야 한다. 유전 공학의 발전으로 동일한 종에서 유래했음에도 화학 조성이 다른 바이오매스를 제작할 수 있게 됨으로써 목질계 바이오매스의 화학적 조성이 다공성 탄소 재료의 표면 특성 및 전기화학적 거동에 미치는 영향을 조사할 수 있게 되었다.
일 구체예는 PdGA20ox1(Pinus densiflora Gibberellin 20-oxidase 1) 유전자 및 PtrMYB221 유전자가 목부조직 특이적으로 발현된 형질전환 식물을 알칼리 활성화 및 탄화시켜 제조한 다공성 탄소 재료 및 이를 이용한 이중층 커패시터 전극을 제공한다.
일 양상은 형질전환 식물로부터 얻은 목질계 바이오매스를 알칼리 활성화 및 탄화시켜 제조한 다공성 탄소 재료로서, 상기 형질전환 식물은 PdGA20ox1(Pinus densiflora Gibberellin 20-oxidase 1) 유전자; 및 PtrMYB221 유전자가 DX15 프로모터에 의해 목부조직 특이적으로 발현된 형질전환 식물인, 다공성 탄소 재료를 제공한다.
알칼리 활성화 및 탄화는 본 발명의 기술분야에 널리 사용되는 방법을 사용할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 알칼리 활성화 및 탄화는 형질전환 식물을 건조 및 분쇄하여 시료를 준비하고, KOH와 혼합하여 질소 기체 하에서 800℃로 탄화시킨 것일 수 있다.
일 구체예에 따르면, 상기 형질전환 식물은 초본 식물 또는 목본 식물일 수 있다. 등록특허 10-1645892에 따르면, 상기 PdGA20ox1 유전자 및 PtrMYB221 유전자가 DX15 프로모터와 작동 가능하게 연결된 벡터로 형질전환된 초본 식물 또는 목본 식물은 상기 유전자가 줄기 또는 목부 특이적으로 발현이 증가함으로써 바이오매스가 증가하고 셀룰로오스 함량이 증가하며 리그닌 함량이 감소하였음을 확인하였다.
상기 오리자 사티바(Oryza sativa; 벼), 제아 메이즈(Zea mays; 옥수수), 미스칸투스(Miscanthus) 종, 애기장대풀(Arabidopsis thaliana) 또는 페니세툼 풀푸레움(Pennisetum purpureum) 등일 수 있다.
상기 목본 식물은 유칼립투스(Eucalyptus) 종일 수 있으며, 예를 들면 E. alba, E. albens, E. amygdalina, E. aromaphloia, E. baileyana, E. balladoniensis, E. bicostata, E. botryoides, E. brachyandra, E. brassiana, E. brevistylis, E. brockwayi E. camaldulensis, E. ceracea, E. cloeziana, E. coccifera, E. cordata, E. cornuta, E. corticosa, E. crebra, E. croajingoleisis, E. curtisii, E. dalrympleana, E. deglupta, E. delegatensis, E. delicata, E. diversicolor, E. diversifolia, E. dives, E. dolichocarpa, E. dundasii, E. dunnii, E. elata, E. erythrocoiys, E. erythrophloia, E. eudesmoides, E. falcata, E. gamophylla, E. glaucina, E. globulus, E. globulus subsp. bicostata, E. globulus subsp. globulus, E. gongylocarpa, E. grandis, E. grandisХurophylla, E. guilfoylei, E. gunnii, E. hallii, E. houseana, E. jacksonii, E. lansdowneana, E. latisinensis, E. leucophloia, E. leucoxylon, E. lockyeri, E. lucasii, E. maidenii, E. marginata, E. megacarpa, E. melliodora, E. michaeliana, E. microcorys, E. microtheca, E. muelleriana, E. nitens, E. nitida, E. obliqua, E. obtusiflora, E. occidentalis, E. optima, E. ovata, E. pachyphylla, E. pauciflora, E. pellita, E. perriniana, E. petiolaris, E. pilularis, E. piperita, E. platyphylla, E. polyanthemos, E. populnea, E. preissiana, E. pseudoglobulus, E. pulchella, E. radiata, E. radiata subsp. radiata, E. regnans, E. risdoni, E. robertsonii E. rodwayi, E. rubida, E. rubiginosa, E. saligna, E. salmonophloia, E. scoparia, E. sieberi, E. spathulata, E. staeri E. stoatei, E. tenuipes, E. tenuiramis, E. tereticornis, E. tetragona, E. tetrodonta, E. tindaliae, E. torquata, E. umbra, E. urophylla, E. vernicosa, E. viminalis, E. wandoo, E. wetarensis, E. willisii, E. willisii subsp. falciformis, E. willisii subsp. willisii, E. woodwardii일 수 있다.
상기 목본 식물은 침엽수(예를 들면, loblolly pine(Pinus taeda), slash pine(Pinus elliotii), ponderosa pine(Pinus ponderosa), lodgepole pine(Pinus contorta), Monterey pine(Pinus radiata); Douglas-fir(Pseudotsuga menziesii); Western hemlock(Tsuga canadensis); Sitka spruce(Picea glauca); redwood(Sequoia sempervirens); silver fir(Abies amabilis); balsam fir(Abies balsamea)), 삼나무(예를 들면 Western red cedar(Thuja plicata), Alaska yellowcedar(Chamecyparis nootkatensis))등일 수 있다.
상기 목본 식물은 포플러스속(Populus) 식물일 수 있다. 상기 포플러스속 식물은 예를 들면 P. alba, P. albaХP. grandidentata, P. albaХP. tremula, P. albaХP. tremula var. glandulosa, P. albaХP.tremuloides, P. balsamifera, P. balsamifera subsp. trichocarpa, P. balsamifera subsp. trichocarpaХP.deltoides, P. ciliata, P. deltoides, P. euphratica, P. euramericana, P. kitakamiensis, P. lasiocarpa, P. laurifolia, P. maximowiczii, P. maximowicziiХP. balsamfera subsp. trichocarpa, P. nigra, P.sieboldiiХP. grandideiztata, P. suaveolens, P. szechuanica, P. tomentosa, P. tremula, P. tremulaХP. tremuloides, P. tremuloides, P. wilsonii, P. canadensis, P. yunnanensis일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구체예에 따르면, 상기 PdGA20ox1 유전자는 서열번호 1의 서열로 이루어진 것이고, 상기 PtrMYB221 유전자는 서열번호 2의 서열로 이루어진 것일 수 있다.
상기 DX15 프로모터는 줄기 또는 목부 특이적으로 발현을 유도하는 프로모터로써, 서열번호 3의 서열로 이루어진 것일 수 있다.
상기 형질전환 식물은 대한민국 등록특허 제10-1645892호에 기재된 방법을 참고하여 제작할 수 있다. 일 실시예에 따르면, pMDC32 벡터의 프로모터를 목부(줄기) 특이적 과발현을 유도하는 DX15 프로모터로 교체하고, DX15-pMDC32 벡터에 PdGA20ox1, PtrMYB221, 또는 이들의 조합을 도입하여 형질전환용 벡터를 제작하고, 제작된 벡터로 아그로박테리움 투메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens) 균주 C58을 형질감염(transfection)시키고, 형질전환 균주를 이용하여 식물을 형질전환(transformation)시켜 제작할 수 있다.
또한 일 실시예에 따르면, PdGA20ox1 및 PtrMYB221 유전자를 목부(줄기) 특이적으로 발현하기 위해 PdGA20ox1 및 PtrMYB221 서열을 2A 펩티드 서열로 연결한 서열을 도입하여 제작한 DX15::PdGA20ox1-2A-PtrMYB221 벡터를 이용할 수 있다. 2A 펩티드 서열은 서열번호 4의 서열로 이루어진 것일 수 있다.
일 구체예에 따르면, 상기 형질전환 식물은 동종의 야생형 식물보다 셀룰로오스 함량이 증가하고 리그닌의 함량이 감소한 것일 수 있다.
일 구체예에 따르면, 상기 다공성 탄소 재료는 라만 스펙트럼에서 ID/IG의 비율이 동종의 야생형 식물 유래 다공성 탄소 재료보다 낮은 것일 수 있다.
일 구체예에 따르면, 상기 다공성 탄소 재료는 BET 표면적이 1450 m2/g 이상일 수 있다.
일 구체예에 따르면, 상기 다공성 탄소 재료는 야생형 식물로 제조한 다공성 탄소 재료보다 BET 표면적이 10 내지 20%, 11 내지 18%, 12 내지 16%, 또는 약 15.6% 증가한 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 야생형 포플러 유래 탄소로 제조한 다공성 탄소 재료는 ~1254 m2/g의 BET 표면적을 갖는 반면, 상기 형질전환 포플러 유래 탄소로 제조한 다공성 탄소 재료는 이보다 약 15.6% 늘어난 ~1450 m2/g의 BET 표면적을 갖는 것으로 확인되었다.
일 구체예에 따르면, 상기 다공성 탄소 재료는 공극 부피가 0.8 m3/g 이상일 수 있다.
일 구체예에 따르면, 상기 다공성 탄소 재료는 야생형 식물로 제조한 다공성 탄소 재료보다 공극 부피가 10 내지 20%, 11 내지 18%, 12 내지 16%, 또는 약 15.9% 증가한 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 야생형 포플러 유래 탄소로 제조한 다공성 탄소 재료는 약 0.69 m3/g의 공극 부피를 갖는 반면, 상기 형질전환 포플러 유래 탄소로 제조한 다공성 탄소 재료는 이보다 약 15.9% 늘어난 0.8 m3/g의 공극 부피를 갖는 것으로 확인되었다.
다른 양상은, 상기 다공성 탄소재료를 포함하는 이중층 커패시터 전극을 제공한다.
상기 이중층 커패시터 전극은 도전재를 포함할 수 있다. 상기 도전재는 당업계에 공지된 물질이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 흑연, Super C(TIMCAL사), 기상탄화탄소섬유(Vapor Grown Carbon fiber), 카본 나노 튜브, 케첸 블랙(Ketjen black), 덴카 블랙(Denka black), 메조기공카본(mesoporous carbon) 등을 사용할 수 있다.
상기 이중층 커패시터 전극은 바인더를 포함할 수 있다. 상기 바인더는 당업계에 공지된 물질이라면 특별히 한정되지 않으며, PTFE(Polytetrafluoroethylene), CMC(Carboxymethylcellulose), PVA (Polyvinylalcohol), PVDF(Polyvinylidenefluoride), PVP(Polyvinylpyrrolidone), MC(메틸 셀룰로오스), SBR(Styrene Butadiene Rubber), 에틸렌-염화비닐 공중합수지, 염화비닐리덴 라텍스, 염소화 수지, 초산 비닐 수지, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 포름알비스페놀계 에폭시수지, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 니트릴 부타디엔 고무, 우레탄 고무, 실리콘 고무, 아크릴 고무 등을 사용할 수 있다.
일 구체예에 따르면, 상기 이중층 커패시터 전극은 0.2 A/g의 전기밀도에서 정전용량이 229 F/g 이상일 수 있다.
일 구체예에 따르면, 상기 이중층 커패시터 전극은 야생형 식물로부터 제조한 다공성 탄소 재료를 포함하는 전극보다 정전용량이 40 내지 100%, 50 내지 90%, 60 내지 80%, 또는 65 내지 75% 증가한 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 형질전환 식물에서 유래한 다공성 탄소 재료로 제조한 전극은 야생형 식물에서 유래한 다공성 탄소 재료로 제조한 다공성 탄소 재료로 제조한 전극보다 정전용량이 76.14% 증가한 것으로 확인되었다.
일 구체예에 따른 형질전환 식물 유래 다공성 탄소 재료는 야생형 식물 유래 다공성 탄소 재료보다 비표면적 및 산소 원자 밀도가 크게 증가함으로써 슈퍼커패시터에 사용하기 적합한 전기화학적 특성을 가질 수 있다.
일 구체예에 따른 형질전환 식물 유래 다공성 탄소 재료로 제조한 전극은 우수한 전기 밀도를 가질 수 있으므로 슈퍼커패시티용 전극으로 사용하기에 적합하다.
도 1은 형질전환 포플러 나무로부터 다공성 탄소 재료를 제조하는 과정을 나타낸 것이다.
도 2에서, 도 2A는 일 실시예에 따른 형질전환 포플러와 야생형 포플러의 길이 및 직경을 측정한 결과이고, 도 2B는 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 및 리그닌의 함량을 나타낸 것이다.
도 3은 형질전환 포플러 또는 야생형 포플러로부터 유래한 다공성 탄소 재료의 미세 구조 및 형태를 SEM으로 확인한 결과이다.
도 4는 형질전환 포플러 또는 야생형 포플러로부터 유래한 다공성 탄소 재료의 라만 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 형질전환 포플러 또는 야생형 포플러로부터 유래한 다공성 탄소 재료의 표면 조성 특성을 X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)으로 분석한 결과이다.
도 6은 상기 C1s XPS 스펙트럼을 C=C (284.3 eV), C-C (285.1 eV), C-O (286.0 eV) 및 C=O (288.0 eV) 결합의 탄소 원자에 해당하는 4개의 피크로 분해한 결과이다.
도 7은 일 실시예에 따른 다공성 탄소 재료의 N2 흡착/탈착 등온선 및 기공 크기 분포를 나타낸 것이다.
도 8은 일 실시예에 따른 다공성 탄소 재료로 제작한 전극의 CV(Cyclic voltammetry), GCD(Galvanostatic charge-discharge), 정전용량 및 유지를 확인한 결과이다.
도 2에서, 도 2A는 일 실시예에 따른 형질전환 포플러와 야생형 포플러의 길이 및 직경을 측정한 결과이고, 도 2B는 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 및 리그닌의 함량을 나타낸 것이다.
도 3은 형질전환 포플러 또는 야생형 포플러로부터 유래한 다공성 탄소 재료의 미세 구조 및 형태를 SEM으로 확인한 결과이다.
도 4는 형질전환 포플러 또는 야생형 포플러로부터 유래한 다공성 탄소 재료의 라만 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 형질전환 포플러 또는 야생형 포플러로부터 유래한 다공성 탄소 재료의 표면 조성 특성을 X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)으로 분석한 결과이다.
도 6은 상기 C1s XPS 스펙트럼을 C=C (284.3 eV), C-C (285.1 eV), C-O (286.0 eV) 및 C=O (288.0 eV) 결합의 탄소 원자에 해당하는 4개의 피크로 분해한 결과이다.
도 7은 일 실시예에 따른 다공성 탄소 재료의 N2 흡착/탈착 등온선 및 기공 크기 분포를 나타낸 것이다.
도 8은 일 실시예에 따른 다공성 탄소 재료로 제작한 전극의 CV(Cyclic voltammetry), GCD(Galvanostatic charge-discharge), 정전용량 및 유지를 확인한 결과이다.
이하 하나 이상의 구체예를 실시예를 통해 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 하나 이상의 구체예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실험방법
1. 형질전환 포플러 제조
Pinus densiflora와 Populus trichocarpa의 cDNA에서 PtrMYB221 및 PdGA20ox1을 인코딩하는 cDNA를 증폭했다. PtrMYB221 및 PdGA20ox1 유전자를 2A 펩타이드(서열번호 4: QLLNFDLLKLAGDVESNPGP)로 연결하여 PdGA20ox1-2A-PtrMYB221 융합 유전자 구조체(construct)를 제작했다. DX15-pMDC32 벡터의 DX15 프로모터의 다운스트림에 상기 융합 유전자 구조체를 삽입했다.
잎 디스크 형질전환-재생 방법(leaf disk transformation-regeneration method)에 의해 잡종 포플러를 형질전환시키기 위해 Agrobacterium tumefaciens 균주 C58에 벡터 구조체(construct)를 도입하였다.
2. 형질전환 포플러의 생육
야생형(Populus alba × Populus glandulosa, cv. BH) 및 형질전환 잡종(hybrid) 포플러는 대한민국 특허공보 제10-2016-0023589호에 기재된 대로 재배되었다. 야생형 및 형질전환 잡종 포플러는 24℃ 또는 LMO(Living Modified Organism) 사이트(위도 37.2N, 경도 126.9E)에서 성장실(16시간 광도, 광도, 150μmol/m/s)의 통제된 조건 하에서 화분에서 재배되었다. LMO 사이트의 나무 샘플은 성장 3개월 후에 수집되었다.
3. 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 리그닌 간의 비율 결정
포플러 샘플에서 세 가지 성분의 양을 결정하였다. 구체적으로, 포플러 시료에서 추출성물질(extractive), 헤미셀룰로오스 및 리그닌을 연속적으로 제거하기 위해 아세톤, 수산화나트륨(sodium hydroxide) 및 황산(sulfuric acid)이 사용되었다. 추출성물질, 헤미셀룰로오스, 리그닌, 셀룰로오스만을 고려하고 각 처리 전후의 질량 변화를 모니터링하여 세 성분 간의 비율을 계산했다.
4. 다공성 탄소 재료(porous carbon material) 준비
형질전환 포플러 및 야생 포플러의 주요 줄기를 절단하여 65℃의 오븐에서 건조시켰다. 건조된 샘플을 분쇄한 다음 40 mesh sieves(425μm)를 통과시켰다. 포플러 시료와 KOH를 1:2의 중량비로 혼합하고 80mL의 증류수를 첨가하였다. 그 다음 혼합물을 120℃의 오븐에서 완전히 건조시켰다. 건조된 샘플을 120℃에서 1시간 동안 안정화시킨 후 N2 flow(200mL/min) 하에서 1시간 동안 800℃(가열 속도 5℃/min)에서 탄화시켰다. N2 흐름하에 상온으로 냉각시킨 후, 샘플 pH가 7에 도달할 때까지 활성탄에 HCl을 첨가하였다. 마지막으로, 샘플을 증류수로 철저히 세척하였다.
5. 다공성 탄소 재료의 특성 분석
제작된 탄소 재료의 형태는 주사 전자 현미경(SEM; JSM-7600F, JEOL)으로 ~8mm의 작동 거리와 15kV의 가속 전압 조건에서 관찰하였다. 라만 스펙트럼은 360 nm 레이저가 있는 QE-PRO 분광계(Ocean Optics Inc.)를 사용하여 기록되었다. XPS 분석은 Al K-alpha 소스와 함께 Thermo K-Alpha를 사용하여 수행되었다. Survey 스캔은 200 eV의 pass energy를 5회 반복했다. 500 eV의 pass energy는 0.1 eV 분해능으로 사용되었으며 C1s 스캔에 대해 15회 반복되었다. 질소 흡착 등온선(Nitrogen sorption isotherm)은 Micromeritics ASAP 2020 흡착계를 사용하여 -196℃에서 수집되었다. BET(Brunauer-Emmett-Teller) 방정식을 사용하여 표면적을 계산하고 NLDFT(Non-Local Density Functional Theory)를 사용하여 기공 크기 분포를 구했다.
6. 다공성 탄소 재료를 이용한 탄소 전극 및 코인셀 준비
H2O에 80 wt% 포플러 유래 활성탄(activated carbon), 10 wt% Ketjen black (KB600JD) 및 10 wt% polytetrafluoroethylene(Sigma Aldrich)을 혼합하였다. 혼합물을 120℃의 진공 오븐에서 밤새 건조시킨 다음 직경 10mm의 디스크로 절단하여 다공성 탄소 전극을 제작하였다. 대조군 시료는 시판되는 활성탄(YP-50F, Kuraray Co. Ltd.)을 사용하여 동일한 방법으로 준비하였다.
전해질(4M H2SO4) 및 여과지(~5㎛ 두께, Advantec)로 분리된 2개의 대칭 다공성 탄소 전극(symmetrical porous carbon electrode)으로 2032형 스테인리스강 코인셀을 조립했다.
7. 전기화학적 특성 분석
0.0 내지 0.6 V의 전압 범위에서 10 mV/s에서 potentiostat(SP2, Wonatech)를 사용하여 순환전압전류법(Cyclo-Voltammetry, CV)을 수행했다.
정전류 충방전(Galvanostatic charge-discharge, GCD) 테스트는 0.2 내지 20A/g의 전류 밀도 및 0.0 내지 0.6V의 전압 범위에서 배터리 테스트 시스템(WBCS3000Le, Wonatech)을 사용하여 수행되었다. 중량 커패시턴스(gravimetric capacitance) C(F/g)는 C = (2I)/((dV/dt)m)로 계산되었다. 여기서 I은 전류(A), dV/dt는 방전 곡선의 기울기(V/s)이고, m은 전극 질량(g)이다.
실시예 1: 형질전환 포플러 제조
도 1은 슈퍼커패시터 전극용 형질전환 포플러 유래 다공성 탄소 재료를 제조하는 과정을 나타낸 것이다. 포플러(poplar) 나무는 세계적으로 널리 생육하며 성장률이 높고 유전자가 규명되었으므로 유전자 변형 및 분석이 용이하여 선택되었다.
상기 실험방법으로 생체 활성 지베렐린 합성 경로의 속도 제한 단계를 촉매하여 줄기 신장을 유발하는 PdGA20ox1과 리그닌 생합성을 부정적으로 조절하는 전사 인자 PtrMYB221을 목부조직 특이적으로 발현시킨 형질전환 포플러를 얻었다. 형질전환 포플러를 분쇄(grind)하여 알칼리 활성화(alkali activate)하고 탄화(carbonized)시켰다.
형질전환 포플러는 목질계 바이오매스의 양이 증가하였다. 도 2A에 따르면, 형질전환 포플러 샘플(n = 6)과 야생형 포플러 샘플(n = 9)을 비교하면 형질전환 포플러의 높이와 직경이 각각 49.7% 및 24.6% 증가했다.
포플러 샘플(n = 3)의 조성도 크게 변화하였다. 도 2B에 따르면, 형질전환 포플러의 리그닌 함량은 약 37.7% 감소한 반면, 셀룰로오스 분획은 야생형 포플러에 비해 약 22.5% 증가했다.
바이오매스의 셀룰로오스 분획의 증가와 리그닌 분획의 감소가 이를 탄화시켜 제조한 다공성 탄소의 전기화학적 성질에 미치는 영향은 알려진 바가 없다.
실시예 2: 다공성 탄소 샘플의 특성
다공성 탄소 샘플의 표면 미세 구조 및 형태는 SEM으로 확인하였다.
도 3에 따르면, 형질전환 포플러 유래 또는 야생형 포플러 유래 다공성 탄소는 모두 3차원적으로 상호 연결된 기공 구조를 가지지만, 형질전환 포플러 유래 탄소는 작은 공동(cavity)의 밀도가 더 높았고, 이로 인해 표면적이 더 넓어져 전하 저장을 향상시킬 것으로 예상되었다.
야생 및 형질전환 포플러에서 파생된 다공성 탄소의 라만 스펙트럼을 분석하였다. 도 4에 따르면, 두 탄소 모두 ~1583 cm-1의 G 밴드와 ~1315 cm-1의 D 밴드에 해당하는 두 개의 명확한 피크를 나타냈다.
D 및 G 밴드의 강도 비율로 다공성 탄소의 무질서 수준을 특성화하였다. 형질전환 포플러 유래 다공성 탄소의 ID/IG 비율은 야생형 포플러 유래 다공성 탄소의 ID/IG 비율보다 낮았다. 이는 β-1,4 glycosidic bond 및 사슬간 수소 결합(interchain hydrogen bond)을 갖는 정렬된 셀룰로오스(ordered cellulose)의 분율(fraction)이 더 높기 때문일 수 있다. 흑연화 정도(graphitization degree)가 높을수록 전자 전도성이 향상되는 것으로 알려져 있다.
X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)으로 야생 및 형질전환 포플러에서 유래한 다공성 탄소 재료의 표면 조성의 특성을 분석하였다. 도 5에 따르면, 다공성 탄소는 미량 불순물(trace impurities) 없이 주로 C와 O로 구성되어 있었다. 형질전환 포플러 유래 다공성 탄소 재료의 산소 대 탄소 비율(O/C)은 야생형 포플러 유래 다공성 탄소 재료보다 18.9% 높았다. 이 차이는 형질전환 포플러의 셀룰로오스 비율이 더 높기 때문일 수 있다. 셀룰로오스는 리그닌보다 산소 원자를 더 높은 밀도로 포함하며, 산소 원자는 리그닌에서 셀룰로오스로 이동할 수 있기 때문이다.
C1s XPS 스펙트럼을 C=C (284.3 eV), C-C (285.1 eV), C-O (286.0 eV) 및 C=O (288.0 eV) 결합의 탄소 원자에 해당하는 4개의 피크로 분해하였다. 도 6에 따르면, 두 샘플 모두 동일한 유형의 화학 결합을 포함했지만 상대적 비율은 상당한 차이가 있었다. 특히, 형질전환 포플러 유래 탄소 재료는 C-C 및 C-O 결합에 대한 신호의 강도가 야생형 포플러 유래 탄소 재료보다 더 높았다.
도 7A에 따르면, 다공성 탄소의 N2 흡착/탈착 등온선은 낮은 상대 압력에서 현저한 흡착이 일어나 유형 I 거동(Type I behavior)을 나타냈다. 상대압력이 높아짐에 따라 미세 기공(micropores)과 작은 메조 기공(small mesopores)에 의해 고원이 형성되었다.
도 7B에 따르면, 기공 크기 분포는 두 다공성 탄소가 모두 작은 메조 기공(mesopore)(2-4 nm)과 미세 기공(micropore)(<2 nm)을 가지고 있음을 나타낸다. 그러나 형질전환 포플러 유래 다공성 탄소는 야생 포플러 유래 탄소(~1254 m2/g 및 0.69 cm3/g)보다 더 큰 공극 부피(0.8 cm3/g)와 비표면적(~1450 m2/g)을 가졌다. 이는 글루코스의 산소가 CO2, CO 및 H2로 방출됨으로써 셀룰로오스의 더 많은 부분에서 기공을 형성될 수 있기 때문으로 생각된다. 또한 형질전환 포플러 유래 다공성 탄소는 이온이 접근할 수 있는 영역이 더 넓어졌으므로 에너지 저장 기능이 향상될 것으로 예상된다.
실시예 3: 다공성 탄소의 전기화학적 특성
CV(Cyclic voltammetry) 및 GCD(Galvanostatic charge-discharge)를 분석하여 포플러 유래 다공성 탄소로 제조한 전극의 전기화학적 성능을 조사하였다. 이하 형질전환 포플러 유래 전극 및 야생형 포플러 유래 전극으로 약칭할 수 있다.
도 8A에 따르면, 각 샘플의 CV 곡선은 준 직사각형 모양을 나타냈으며, 빠른 이온 확산과 이상적인 전기 이중층 용량 거동(electrical double-layer capacitive behavior)을 나타냈다. 0.6V 근처의 작은 기울기는 산소 작용기의 산화환원에서 기인한 것일 수 있다. 실험결과에 따르면, 형질전환 포플러 유래 전극은 야생형 유래 포플러 유래 전극보다 훨씬 더 큰 CV 면적을 가지며, 정전용량이 더 큰 것으로 확인되었다.
이러한 거동은 GCD 측정으로도 확인되었다. 도 8B에 따르면, 형질전환 포플러 유래 전극의 GCD 곡선은 서로 다른 전류 밀도에서 전형적인 대칭 삼각형 모양을 가지며, 이는 2차 산화환원 반응이 없거나 내부 저항이 높다는 것을 의미한다.
형질전환 포플러, 야생 포플러 및 상업용 활성탄(commercial activated carbon; YP-50F, Kuraray Co. Ltd.)에서 유래한 전극의 비정전용량을 전류 밀도와 비교했다. 도 8C에 따르면, 0.2 A/g에서 형질전환 포플러 유래 전극의 정전용량은 229.46 F/g으로 야생 포플러 및 상업용 다공성 탄소 유래 전극보다 각각 76.14% 및 60.96% 더 높았다. 특히, 형질전환 포플러 유래 전극은 조사된 모든 속도(0.2-20 A/g)에서 다른 두 샘플보다 상당히 높은 정전용량을 보여주었다. 이러한 향상된 성능은 높은 셀룰로오스 분율에서 유래하는 더 큰 표면적과 더 높은 밀도의 산소 작용기에 의한 것일 수 있다. 더 큰 표면적은 하전된 이온을 수용할 더 많은 공간을 제공하며, 산소 작용기는 전해질에 의한 탄소 표면의 습윤성을 향상시킬 수 있다. 야생 포플러 유래 전극의 커패시턴스는 비교적 높은 전류 밀도(5-20A/g)에서 상용 다공성 탄소의 커패시턴스보다 우수한 것으로 확인되었다. 이 연구에 사용된 상업용 다공성 탄소(commercial porous carbon)는 야생 포플러에서 추출한 다공성 탄소보다 평균 기공 크기가 작고 중간 기공의 수가 적었다. 따라서 기공의 이온 접근이 제한됨으로 인해 전류 밀도가 증가함에 따라 정전 용량 강하가 빠르다.
도 8D에 따르면, 야생 포플러 유래 전극 및 형질전환 포플러 유래 전극 모두 1A/g에서 10,000회 이상의 우수한 정전용량 유지를 나타냈다.
<110> University-Industry Cooperation Group of Kyung Hee University
<120> Transgenic plant-derived porous carbon material and super
capacitor using same
<130> CDP2021-0875
<160> 4
<170> KoPatentIn 3.0
<210> 1
<211> 1107
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> PdGA20ox1 (Pinus densiflora Gibberellin 20-oxidase 1)
<400> 1
atgggtactt cgactgtgag tgggccaaac gtgccagtgt tgttcgatgc tagtattctg 60
caacgagagg agaagatgcc tgaggtattt gtttggcccc aagtggatcg accctccaca 120
gatttggcgt tgaagggaag ggagacagag gtgccattgc cgattatcga tttgggcgga 180
ttctggaaaa atgatgaaaa ggcaaccaaa gaagcgtcag acgttatagg gaaagcctgt 240
gtggaacatg gtttctttca ggtcatcaac catcaagtct ctccagacct cctcactgct 300
gctcatcaac acatcagttt gttttttagt ttgagtttag tggaaaaacg aagggctcaa 360
aggaagcttg gcgagagctg tggatatgcc agtagtttta cggatcgctt tgcaaataaa 420
ctaccatgga aggagacact gtctttcgag cacagtccct cttcagacgt tcgtgactat 480
tttgtcaaag ctatgggtga agattttcaa gacgctggaa atgtattcaa agagtactgt 540
gaagcaatgg aatgcttggc tcttggattg atggagttgt tgggaatgag cctcggaata 600
gggcgtctgc atcttcggaa attttttgaa ggtggcaact caataatgag gttgaactat 660
tatcctcctt gtgcgcagcc aaatctgaca cttgggactg gtccccattg cgatccgaca 720
tcccttactc tccttcatct ggacgaagtg ggaggtctgg agattttcat aaataataag 780
tggcattctg tgcgacccaa cactgatgcc ttcgttgtca acatcggaga cacctttatg 840
gcactgtcca atggtaaata caagagctgc ctccacagag cagtggtgaa caagacaaca 900
cctcgcaaat cactggcatt tttcctgaac ccaccatatg acaaaattgt acgacctcca 960
gatgatcttt tggattctga tcatcctcga aaatatccag atttcacgtg gcctgtgttc 1020
ttggagttca ctcagaaaca ctacagatca gacatgaata ctcttgcagc ttttcagaaa 1080
tggttcacct caagaaacca gccataa 1107
<210> 2
<211> 807
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> PtrMYB221
<400> 2
atgggaaggt ctccttgctg tgaaaaagct catacaaaca aaggcgcatg gactaaggaa 60
gaagatgatc gccttattgc ttacattaga acccacggtg aaggttgctg gcgttcactt 120
cctaaagctg ctggccttct aagatgcggc aagagctgca gacttcgttg gatcaactat 180
ttaagacctg accttaaacg tggcaatttt actgaagaag aagatgagct cattatcaaa 240
ctccatagtc tcctcggcaa caaatggtca cttatagccg gaaggttacc agggagaaca 300
gataatgaga taaagaatta ttggaacaca catataagaa ggaagctctt gaatagaggc 360
atagatcctg cgactcatag gccactcaat gaaccagccc aagaagcttc aacaacaata 420
tctttcagca ctactacctc agttaaagaa gagtcgttga gttctgttaa agaggaaagt 480
aataaggaga agataattag cgcagctgct tttatatgca aagaagagaa aaccccagtt 540
caagaaaggt gtccagactt gaatcttgaa cttagaatta gccttccttg ccaaaaccag 600
cctgatcgtc accaggcatt caaaactgga ggaagtacaa gtctttgttt tgcttgcagc 660
ttggggctac aaaacagcaa ggactgcagt tgcagtgtca ttgtgggtac tattggaagc 720
agcagtagtg ctggctccaa aactggctat gacttcttag ggatgaaaag tggtgtgttg 780
gattatagag gtttggagat gaaatga 807
<210> 3
<211> 1025
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> DX15 promoter
<400> 3
ttcccccttt tggttcaatg ccttttattc ttccaaaatt atttcatatt ttgtatccgg 60
aggacatatt tgtttcaaaa ggtgtcagaa aatcaaagcc cattgaaaat atataaacat 120
atatagatat aaaaactcaa gggttcattc caaaatataa gaacaaactg attgaattaa 180
tttgttattt taagaacact gtctatatgt ttatatagtg ggaggtagtg ttttttaaat 240
catatactaa cttattataa aaataaatca taaaaaagga acctcaagca tcccctggta 300
agctcgtatg taggaatact cggagatcaa atgtccgaat gtcaaatgtt aaggcaagtg 360
aaatatccct gactttttag caagcaaatt gttgagtagc taaaatgaat tattttaata 420
tttttaaatc attttaatat attaatatta aaaaaaatta aatatttttt ttaatacatt 480
ttcaataaca aacactttaa aatataatct ttgtcacact cttaaacagt aacagcagaa 540
agcatatgtg agtgatatag ctatagttgc tgtttgacac ggacaatctc catctaaatt 600
catgaataat aaagttttgc ctacacaccc acttgaaatc tcctcctagt tttcctgatt 660
tgccatgcta actacaagaa caagatgcta gctagtatct tgttctgtct ctcgctctct 720
ctctatctct ccagttgata gttgatagtt gatagttgat agctgatacc ctcccacctt 780
tcccagaaag atgattgagg aactagtcac tgtgttcgtg taactaatac tgttcatggc 840
acctaacttg atcctctctt caccagacca ctataaaaac cctatctgtc ctcctcataa 900
tcatatcact acacccaaca cttctgcaag cacaactcca ttcaagaaca tcaagagtat 960
aggccgccgc tgcaacaaaa cagcactcct agctacttca agatgaggcc acaatctttc 1020
atctt 1025
<210> 4
<211> 20
<212> PRT
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> 2A peptide
<400> 4
Gln Leu Leu Asn Phe Asp Leu Leu Lys Leu Ala Gly Asp Val Glu Ser
1 5 10 15
Asn Pro Gly Pro
20
Claims (9)
- 형질전환 식물로부터 얻은 목질계 바이오매스를 알칼리 활성화 및 탄화시켜 제조한 다공성 탄소 재료로서,
상기 형질전환 식물은 PdGA20ox1 (Pinus densiflora Gibberellin 20-oxidase 1) 유전자; 및 PtrMYB221 유전자가 DX15 프로모터에 의해 줄기 특이적으로 과발현된 형질전환 식물인,
다공성 탄소 재료. - 제1항에 있어서,
상기 형질전환 식물은 초본 식물 또는 목본 식물인,
다공성 탄소 재료. - 제1항에 있어서, 상기 PdGA20ox1 유전자는 서열번호 1의 서열로 이루어진 것이고, 상기 PtrMYB221 유전자는 서열번호 2의 서열로 이루어진 것인,
다공성 탄소 재료. - 제1항에 있어서,
상기 형질전환 식물은 동종의 야생형 식물보다 셀룰로오스 함량이 증가하고 리그닌의 함량이 감소한 것인,
다공성 탄소 재료. - 제1항에 있어서,
상기 다공성 탄소 재료는 라만 스펙트럼에서 ID/IG의 비율이 동종의 야생형 식물 유래 다공성 탄소 재료보다 낮은 것인,
다공성 탄소 재료. - 제1항에 있어서,
상기 다공성 탄소 재료는 야생형 식물로 제조한 다공성 탄소 재료보다 BET 표면적이 10 내지 20% 증가한 것인,
다공성 탄소 재료. - 제1항에 있어서,
상기 다공성 탄소 재료는 야생형 식물로 제조한 다공성 탄소 재료보다 공극 부피가 10 내지 20% 증가한 것인,
다공성 탄소 재료. - 제1항의 다공성 탄소재료를 포함하는 이중층 커패시터 전극.
- 제8항에 있어서,
상기 이중층 커패시터 전극은 야생형 식물에서 유래한 다공성 탄소 재료를 포함하는 전극보다 정전용량이 40 내지 100% 증가한 것인,
이중층 커패시터 전극.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210155009A KR102635295B1 (ko) | 2021-11-11 | 2021-11-11 | 형질전환 식물 유래 다공성 탄소 재료 및 이를 이용한 슈퍼커패시터 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210155009A KR102635295B1 (ko) | 2021-11-11 | 2021-11-11 | 형질전환 식물 유래 다공성 탄소 재료 및 이를 이용한 슈퍼커패시터 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20230068831A true KR20230068831A (ko) | 2023-05-18 |
KR102635295B1 KR102635295B1 (ko) | 2024-02-07 |
Family
ID=86545310
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020210155009A KR102635295B1 (ko) | 2021-11-11 | 2021-11-11 | 형질전환 식물 유래 다공성 탄소 재료 및 이를 이용한 슈퍼커패시터 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102635295B1 (ko) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160023589A (ko) | 2014-08-20 | 2016-03-03 | 경희대학교 산학협력단 | 바이오매스가 증가된 형질전환 식물 및 이의 제조방법 |
KR20180130946A (ko) * | 2017-05-31 | 2018-12-10 | 한국세라믹기술원 | 부분 결정성 다공성 활성탄의 제조방법, 상기 부분 결정성 다공성 활성탄을 이용한 슈퍼커패시터 및 그 제조방법 |
KR101982987B1 (ko) * | 2018-11-07 | 2019-05-27 | 재단법인 한국탄소융합기술원 | 고출력 에너지 저장용 활성탄소 제조방법 |
JP2020516570A (ja) * | 2017-04-06 | 2020-06-11 | アイピーアール ホールディング エイエス | 活性炭の製造方法 |
-
2021
- 2021-11-11 KR KR1020210155009A patent/KR102635295B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160023589A (ko) | 2014-08-20 | 2016-03-03 | 경희대학교 산학협력단 | 바이오매스가 증가된 형질전환 식물 및 이의 제조방법 |
JP2020516570A (ja) * | 2017-04-06 | 2020-06-11 | アイピーアール ホールディング エイエス | 活性炭の製造方法 |
KR20180130946A (ko) * | 2017-05-31 | 2018-12-10 | 한국세라믹기술원 | 부분 결정성 다공성 활성탄의 제조방법, 상기 부분 결정성 다공성 활성탄을 이용한 슈퍼커패시터 및 그 제조방법 |
KR101982987B1 (ko) * | 2018-11-07 | 2019-05-27 | 재단법인 한국탄소융합기술원 | 고출력 에너지 저장용 활성탄소 제조방법 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
ACS Omega 2019, 4, 18108-18117* * |
Plant Biotechnology Journal, 2019, 17, 1048-1057* * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102635295B1 (ko) | 2024-02-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11370665B2 (en) | Method for producing activated carbon | |
JP5523102B2 (ja) | 高表面積炭素及びその製造方法 | |
RU2447531C2 (ru) | Композит, содержащий карбонизованные биополимеры и углеродные нанотрубки | |
US6060424A (en) | High energy density carbons for use in double layer energy storage devices | |
CN105923634B (zh) | 超级电容器用椰壳纤维基活性炭及其制备方法 | |
Jang et al. | Surface characteristics of porous carbon derived from genetically designed transgenic hybrid poplar for electric double-layer capacitors | |
JP2015127296A (ja) | ハロゲン化活性炭素材料を作成するための方法 | |
CN104795248B (zh) | 一种柳絮超级电容器电极材料及制备方法和超级电容器 | |
Cheng et al. | Preparation of high performance supercapacitor materials by fast pyrolysis of corn gluten meal waste | |
Zhang et al. | Three-dimensional carbon felt host for stable sodium metal anode | |
KR102635295B1 (ko) | 형질전환 식물 유래 다공성 탄소 재료 및 이를 이용한 슈퍼커패시터 | |
KR20150132710A (ko) | 코크스를 원료로 하는 활성탄의 입도 조절을 통한 출력 특성 개선방법 | |
CN109659161A (zh) | 基于取向碳纳米管的超级电容器电极材料及其制备方法 | |
US9640333B2 (en) | High surface area carbon materials and methods for making same | |
Larasati et al. | Nano carbon produced by advanced mild hydrothermal process of oil palm biomass for supercapacitor material | |
Tabarov et al. | Micro-mesoporous carbon materials prepared from the hogweed (Heracleum) stalks as electrode materials for supercapacitors | |
CN109727780B (zh) | 活性纤维碳布材料及其制备方法和应用 | |
CN109319762A (zh) | 具有超高比表面积的生物质多孔碳材料的制备及作为电极材料的应用 | |
JP4625950B2 (ja) | 活性炭、その製造方法、及び電気二重層キャパシタ用分極性電極 | |
CN116514239A (zh) | 一种活化复合生物炭电极及其制备方法和应用 | |
Phainuphong et al. | Synthesis and Characterization of Activated Carbon Derived from Rubberwood Sawdust via Carbonization and Chemical Activation as Electrode Material for Supercapacitor | |
Kang et al. | Bifunctional N-doped hierarchical porous carbon nanosheets derived from heterologously-expressed spidroin for supercapacitors and oxygen reduction reaction | |
KR101660313B1 (ko) | 활성탄의 제조 방법 | |
CN107910196A (zh) | 一种高电压超级电容器 | |
Novotvortsev et al. | Supercapacitors based on activated carbons, products of rice hull processing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |