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니들코크스의 전기이중층 거동에 미치는 산화처리/열처리 효과
Effect of Acid / Heat Treatment on Electric Double Layer Performance of Needle Cokes 원문보기

전기화학회지 = Journal of the Korean Electrochemical Society, v.12 no.1, 2009년, pp.34 - 39  

양선혜 (한국전기연구원 전지연구센터) ,  김익준 (한국전기연구원 전지연구센터) ,  최인식 (한국전기연구원 전지연구센터) ,  김현수 (한국전기연구원 전지연구센터)

초록
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니들 코크스의 활성화를 위해 $HNO_3$$NaClO_3$ 혼합용액에서의 산처리와 열처리를 행하였다. 산화처리 코크스와 열처리한 코크스의 미세구조는 XRD, FESEM, elemental analysis, BET, Raman spectroscopy를 이용하였으며, 전기이중층 거동은 충방전 분석을 행하였다. 니들 코크스는 산화처리 시간에 따라 산소의 중량 %의 증가와 함께 층간이 분리되어(001) 구조로 상변화가 일어나고, $200^{\circ}C$ 이상의 열처리에서 흑연구조 특성인(002) 구조로 되돌아갔다. 이들 산화처리 과정에서 층간에 관능기가 도입 되어 구조결함이 발생하고 1차 충전에서 전계 활성화에 의해 층간을 확장되어 2차 충전에서 전기이중층 용량을 발생 시키는 것으로 보인다. 24시간 산화처리후 $300^{\circ}C$ 열처리한 코크스의 2.5 V까지의 2 전극 기준에서 구한 활물질 중량 당 용량과 전극 부피 당 용량은 각각 32.1 F/g과 29.5 F/ml을 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, a needle coke was oxidized in a mixture of dilute nitric acid and sodium chlorate ($NaClO_3$) solutions and followed by heat treatment. The samples were analyzed with using XRD, FESEM, elemental analyzer, BET, and Raman spectroscopy. Double layer capacitance was measured wi...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 니들 코크스를 상온에서 NaClO3와 HNO3의 혼합 수용액을 이용하여 산화처리하고 열처리한 분말의 구조 및 전기화학적 특성을 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전기이중층 커패시터는 무엇으로 사용될 것으로 기대되는가? 전기이중층 커패시터는 전지와는 달리 충·방전 특성이 이온들의 활성탄소 표면에서의 물리적인 흡착·탈착에 기인하는 것으로, 많은 에너지를 모아두었다가 수 초 또는 수십 초 동안에 높은 출력의 에너지를 발산하는 것으로 높은 충·방전 효율, 장수명 등의 특성을 가지고 있다.1-6) 전기이중층 커패시터는 휴대통신기기 및 가전제품의 메모리 백업용에서부터 최근에는 군사용, 의료용 및 하이브리드 전기자동차 (HEV) 등의 고부가 장비의 대출력 펄스 파워의 주전원 및 보조전원으로 사용될 것으로 기대된다. 그러나 전기이중층 커패시터는 우수한 출력과 긴 수명특성에도 불구하고 에너지밀도 (3~6Wh/kg)가 적어 휴대통신기기 및 가전전자제품의 메모리 백업용 전원으로서 그 활용분야가 제한받아 왔다.
전기이중층 커패시터의 특성은? 전기이중층 커패시터는 전지와는 달리 충·방전 특성이 이온들의 활성탄소 표면에서의 물리적인 흡착·탈착에 기인하는 것으로, 많은 에너지를 모아두었다가 수 초 또는 수십 초 동안에 높은 출력의 에너지를 발산하는 것으로 높은 충·방전 효율, 장수명 등의 특성을 가지고 있다.1-6) 전기이중층 커패시터는 휴대통신기기 및 가전제품의 메모리 백업용에서부터 최근에는 군사용, 의료용 및 하이브리드 전기자동차 (HEV) 등의 고부가 장비의 대출력 펄스 파워의 주전원 및 보조전원으로 사용될 것으로 기대된다.
알칼리 활성화에 의해 제조한 고용량 활성탄소를 이용한 전기이중층 커패시터 제조기술은 무엇인가? 전기이중층 커패시터의 에너지밀도를 증대시키기 위한 방안으로써 비대칭 전극 기술을 이용한 하이브리드 커패시터 (10~20 Wh/kg) 기술 및 알칼리 활성화에 의해 제조한 고용량 활성탄소를 이용한 전기이중층 커패시터 제조 (20~40 Wh/kg) 기술7-8) 등을 들 수 있다.9-10) 후자의 경우, 이흑연화 탄소원료를 이용하여 알칼리 (KOH, NaOH 및 K2CO3)와 함께 700~900℃의 고온에서 열처리하는 것으로, 전극 부피 당 용량은 3.5 V에서 약 30~50 F/ml을 얻고 있다.
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참고문헌 (13)

  1. B. E. Conway, Proceedings of The 4th International Seminar on Double Layer Capacitors and Similar Energy Storage Devices, Deerfield Beach, FL, December 12-14 (1994) 

  2. B. E. Conway, J. Electrochem. Soc., 138, 1539 (1991) 

  3. S. Sarangapani, B. V. Tilak, and C. P. Chen, J. Electrochem. Soc., 143, 3791 (1996) 

  4. I. J. Kim, S. Y. Lee, C. H. Doh, and S. I. Moon, The Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers, 17, 107 (2004) 

  5. I. J. Kim, M. J. Jeon, S. H. Yang, H. S. Kim, S. I. Moon, and D. H. Oh, J. Korean Ind. Eng. Chem., 19, 849 (2006) 

  6. I. J. Kim, S. Y. Lee, and S. I. Moon, The Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers, 17, 1079 (2004) 

  7. T. Morimoto, K. Hiratsuka, Y. Sanada, and K. Kurihara, Mat. Res. Soc. Proc. San Francisco, CA, 397 (1995) 

  8. G. G. Amatucci, F. Badway, A. D. Pasquir, and T. Zheng, J. Electrochem. Soc., 148, A930 (2001) 

  9. M. Takeuchi, T. Maruyama, K. Koike, A. Mogami, T. Oyama, and H. Kobayashi, Electrochemistry, 69, 487 (2001) 

  10. S. Mitani, S. I. Lee, K. Saito, S. H. Yoon, Y. Korai, and I. Mochida, Carbon, 43, 2960 (2005) 

  11. S. S. Barton, J. of Colloid and Interface Science, 179, 449 (1996) 

  12. Rabin Bissessur, Peter K. Y. Liu, Stephen F. Scully, Synthetic Metals, 156, 1023 (2006) 

  13. T. Nakajima, A. Mabuchi, and R. Hagiwara, Carbon, 26, 357 (1988) 

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