초록 ▼

본 연구의 1단계 목표는 5kW/kg의 출력밀도를 가지는 50V급 하이브리드 수퍼캐패시터를 개발하는 것이다. 알루미늄 디스크 양극을 사용하여 $50V-56{\mu}F$의 시제품을 개발하였으며 출력밀도는 33.8kW/kg이었다. 구체적인 연구개발 내용 및 결과는 다음과 같다.
- 양극 소재 개발 및 전극 제조 기술 개발
${\bigcirc}$ 25V급 anodized Al foil 전극소재 특성
${\circ}$ 축전용량 : $7.6{\mu}F/cm^

본 연구의 1단계 목표는 5kW/kg의 출력밀도를 가지는 50V급 하이브리드 수퍼캐패시터를 개발하는 것이다. 알루미늄 디스크 양극을 사용하여 $50V-56{\mu}F$의 시제품을 개발하였으며 출력밀도는 33.8kW/kg이었다. 구체적인 연구개발 내용 및 결과는 다음과 같다.
- 양극 소재 개발 및 전극 제조 기술 개발
${\bigcirc}$ 25V급 anodized Al foil 전극소재 특성
${\circ}$ 축전용량 : $7.6{\mu}F/cm^2\;(120 Hz)$, ${\circ}$ ESR : $47.6{\Omega}cm^2\;(1kHz)$
${\bigcirc}$ 50V급 anodized Al foil 전극소재 특성
${\circ}$ 축전용량 : $4.46{\mu}F/cm^2\;(120 Hz)$, ${\circ}$ ESR : $34.8{\Omega}cm^2\;(1kHz)$
${\bigcirc}$ 알루미늄 분말 사용 디스크 전극 제조 및 특성연구
${\circ}$ 디스크 압착 및 열처리 조건 : $200kgf/cm^2,\;720^{\circ}C$, 3hr, Ar
${\circ}$ 디스크 전극 화학처리 조건 최적화 연구 : 0.4M $H_3PO_4,\;55^{\circ}C$, 120min
${\circ}$ 화학적 애칭조건 최적화 : 2M HCl, $35^{\circ}C$, 10min, 초음파
${\circ}$ Anodizing 조건 최적화 : 0.5M Boric acid + 0.05M Sodium Borate, $85^{\circ}C$, 정전압인가 시간변화
- 음극 소재 개발 및 전극 제조 기술 개발
${\bigcirc}$ 활성탄소분말 전극 제조 및 특성
${\circ}$ AC/Ni foam 전극 특성
- 축전용량 : $9.0mF/cm^2$ (120Hz)
- ESR : $4.0{\Omega}cm^2$ (1kHz)
${\circ}$ Ac/Al foil 전극 특성
- 축전용량 : $12mF/cm^2$ (120Hz)
- ESR : $3.28{\Omega}cm^2$ (1kHz)
- 전해액 개발 및 특성연구
${\bigcirc}$ 상용전해질 특성연구 : $4{\sim}300V$급 6종 특성연구
${\bigcirc}$ 전해질 제조 및 특성연구 : 7종류의 전해질 조성 및 특성 연구
${\bigcirc}$ 전해질 과전압 인가실험, 발생기체 정성분석 및 정량분석 (GC)
- Unit cell 제조 및 특성
${\bigcirc}$ Aging 조건 연구 : AC Impedance 특성 분석
${\bigcirc}$ Unit Cell 특성 : 알루미늄 디스크 양극 사용
${\circ}$ 축전용량 : $56.0{\mu}F$ (120Hz)
${\circ}$ ESR : $4.48{\Omega}$ (1kHz)
${\circ}$ 셀 무게 : 4.13 g (case제외)
${\circ}$ 출력밀도 : 33.8kW/kg (case제외)

Abstract ▼

The 1st step goal of this R & D project is the development of 50V hybrid supercapacitor with the power density of 5kW/kg. The prototype of hybrid supercapacitor composed of aluminum disk anode and activated carbon cathode was developed and its capacitance and power density are $56{\mu}F$

The 1st step goal of this R & D project is the development of 50V hybrid supercapacitor with the power density of 5kW/kg. The prototype of hybrid supercapacitor composed of aluminum disk anode and activated carbon cathode was developed and its capacitance and power density are $56{\mu}F$ and 33.8kW/kg, respectively. The following are detailed research contents and results.
- Development of Anode Material and Electrode Fabrication Technique:
$\bigcirc$ Properties of anodized Aluminum Foil Electrode for 25V Use
${\circ}$ Capacitance : $7.6{\mu}F/cm^2\;(120 Hz)$, ${\circ}$ ESR : $47.6{\Omega}cm^2\;(1kHz)$
${\bigcirc}$ Properties of anodized Aluminum Foil Electrode for 50V Use
${\bigcirc}$ Capacitance : $4.46{\mu}F/cm^2\;(120 Hz)$, ${\circ}$ ESR : $34.8{\Omega}cm^2\;(1kHz)$
${\bigcirc}$ Fabrication of Aluminum Powder Disk Electrode and Its Property
${\circ}$ Disk Fabrication and HTT : $200kgf/cm^2,\;720^{\circ}C$, 3hrs, Ar atmosphere
${\circ}$ Chemical Treatment of Disk Electrode : 0.4M $H_3PO_4,\;55^{\circ}C$, 120min
${\circ}$ Chemical Etching with Ultrasonic Irradiation of Disk Electrode
- 2M HCl, $35^{\circ}C$, 10min
${\circ}$ Anodizing of Disk Electrode
- 0.5M Boric acid + 0.05M Sodium Borate, $80^{\circ}C$, Constant Voltage Time Effect
- Development of Cathode Material and Electrode Fabrication Technique:
${\bigcirc}$ Fabrication of $RuO_2xH_2O$ Electrode and Its Property
${\bigcirc}$ Fabrication of Activated Carbon Power Electrode and Its Property
${\circ}$ Properties of ACT/Ni Foam Electrode
- Capacitance : $9.0mF/cm^2\;(120Hz)$, - ESR : $4.0{\Omega}cm^2\;(1kHz)$
${\circ}$ Properties of ACP/Al Foil Electrode
- Capacitance : $13mF/cm^2\;(120Hz)$, - ESR : $3.28{\Omega}cm^2\;(1kHz)$
- Development of Electrolyte and Its Property:
${\bigcirc}$ Property of Commercially Available Electrolyte : 6 Kinds of Electrolytes for $4{\sim}300V$ Use
${\bigcirc}$ Development of Electrolyte and Its Property : 7 Kinds of Electrolytes
${\bigcirc}$ Overvoltage Application to Electrolyte, Qualitive and Quantitave Analysis of Formed Gas by GC
- Fabrication of 300V Unit Cell and Its Performance:
${\bigcirc}$ Optimization of Aging Condition : AC Impedance Analysis
${\bigcirc}$ Performance of Unit : Aluminum Disk Electrode as Anode
${\circ}$ Capacitance : $56.0{\mu}F\;(120Hz)$, ${\circ}$ ESR : $4.48{\Omega}\;(1kHz)$
${\circ}$ Weight : 4.13 g (w/o case), ${\circ}$ Power Density : 33.8kW/kg (w/o case)

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 요약문...3
• SUMMARY...7
• CONTENTS...11
• 목차...13
• 그림목차...15
• 표목차...17
• 제 1 장 연구개발과제의 개요...18
• 제 1 절 Hybrid Supercapacitor의 필요성...18
• 1. Supercapacitor의 특성상 제약...18
• 2. Hybrid Supercapacitor 기술의 개발...18
• 제 2 절 Hybrid Supercapacitor 기술의 개발의 중요성...19
• 1. 기술적 측면...19
• 2. 경제.산업적 측면...22
• 3. 사회.문화적 측면...23
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...24
• 제 1 절 국외 연구개발 실적...24
• 제 2 절 국내 연구개발 실적...26
• 제 3 절 현기술상태의 취약성...28
• 제 4 절 앞으로의 전망...29
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...30
• 제 1 절 Hybrid Supercapacitor의 이론적 배경 및 실험적 접근방법...30
• 1. 축전원리...30
• 2. 양극소재 특성...31
• 3. 음극소재 특성...32
• 4. 전해질 특성...32
• 5. 셀 제조 및 특성 시험...33
• 6. 대면적화 300V급 Prototype 설계...33
• 7. 300V급 시제품 제작 및 성능 시험...35
• 제 2 절 연구내용 및 결과...36
• 1. 양극 소재 개발...36
• 2. 음극 소재 개발...42
• 3. 전해질 개발 및 특성...44
• 4. 셀 제조 및 특성...49
• 5. 대면적화 300V급 Prototype 설계...53
• 6. 300V급 시제품 제작 및 성능 시험...67
• 제 4 장 결론(종합)...72
• 참고문헌...74