이온성 액체(Ionic Liquids)를 이용한 EDLC의 특성에 관한 연구

Abstract

EDLC(Electric Double Layer Capacitor)는 활성탄(activated carbon) 전극과 전해질의 계면에 형성된 전기이중층에 전하를 축적하는 에너지 저장 장치이다. EDLC는 이차전지와는 달리 전자이동반응(화학반응)을 수반하지 않는, 즉 Faraday 과정을 따르지 않기 때문에, 대전류로 급속한 충방전이 가능하며, 충방전에 따른 손실이 적고 사이클 수명이 긴 특성을 가진다. 좋은 전해질은 상온에서 높은 이온 전도도를 지니면서 전기 화학적 안정성이 우수해야 한다. 이러한 점을 이용한 이온성 액체의 이차 전지 및 EDLC에의 적용은 몇 가지 장점을 지니고 있다. 우선, 전해염을 녹이기 위한 유기 용매가 별도로 필요하지 않고, 유기 용매보다 독성과 인화성이 낮으며 넓은 전위창과 작동온도 범위를 가진다. 상온에서 대부분 액체 상태로 존재하는 이온성 액체는 높은 이온전도도, 비휘발성, 비가연성, 약 300℃이상에서도 휘발하거나 분해되지 않는 높은 열적 안정성이 이미 많은 연구를 통해 입증된 바, 유기 전해액의 안정성 문제를 해결할 수 있다. 본 연구에서는 EDLC에서 많이 사용되어지는 기존 유기 전해질(1M - Et4NBF4/PC)의 문제점인 낮은 구동 전압이 이온성 액체를 사용함으로 향상이 가능한지에 대해 확인하기 위해 직접 EDLC용 전극을 제작하고, 몇 가지 종류의 이온성 액체 및 기존 유기 전해액을 EDLC에 적용 하였다. 이를 확인하기 위해 AC Impedance와 CV(cyclic voltammetry), 충방전 평가를 실시, 그 결과 이온성 액체를 전해질로 혹은 첨가제로 이용하는 EDLC의 경우 기존 사용되는 전해질에 비해 높은 기계적 강도와 높은 구동전압을 나타낼 수 있는 특성이 있다는 사실을 확인하였다.; Electric double-layer capacitor (EDLC) is an energy storage device and utilizes the double layer formed at activated carbon electrode/electrolyte interface where electric charges are accumulated on the electrode surface and ions of counter charge are arranged in the electrolyte side. EDLC are not accompanied by chemical reactions, it affords quick response, high input and output currents, is maintenance free, and has a longer operational life characteristic.

Ionic liquids(ILs) are very promising ‘‘solvent-free’’ electrolytes for high-voltage EDLC and to this purpose selected it. The properties of ionic liquids include large electrochemical windows, higher ionic conductivities, non-volatility, non-flammability, and relatively high ionic conductivity. Many researchers have reported on EDLC prepared with ionic liquid electrolyte. However, ionic liquids generally have high viscosity so that the ionic conductivity is lower than that of common organic electrolytes. Because organic electrolyte has problem about lower working voltage and high-thermal stability. Recently, some studies have been reported which aim to improve the high temperature safety and durability of such electrochemical devices as lithium rechargeable batteries, EDLC and etc.

The use of IL electrolytes is a promising strategy to enhance the performance, especially high-thermal and high-voltage condition of EDLC. In this paper I present the electrochemical stability using IL for EDLC electrolyte. The comparison of IL(BMP-TFSI, EMI-TFSI, TMPA-TFSI, EMI-BF4) and organic electrolyte(1.0M TEA-BF4 with PC) was analyzed by CV(cyclic voltammetry), charge-discharge cycle and AC impedance methode.