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PTFE바인더를 이용한 Laminate방식의 Supercapacitor전극 제조 기술 연구

Title
PTFE바인더를 이용한 Laminate방식의 Supercapacitor전극 제조 기술 연구
Author
손영모
Advisor(s)
선양국
Issue Date
2007-08
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
기존의 콘덴서와 2차전지의 중간적인 특성의 supercapacitor는 환경친화적인 재료의 사용, 급속충방전 특성 및 반영구적인 수명 특성 등으로 최근 들어 power electronics에서 크게 각광을 받고 있다. Supercapacitor (Electrical Double Layer Capccitor)는 기존 2차 전지와는 달리 전기화학적인 반응이 아닌 전기이중층에서의 charge separation에 의한 에너지 저장을 하므로 100,000 cycles 이상의 수명이 가능하며 급속 충방전이 가능하다. 따라서 사이클수명이 반영구적이며 저온에서의 성능이 우수한 supercapacitor를 개발하고자 한다. 보다 효율적인 에너지 저장 및 이용을 위해서는 supercapacitor의 에너지 밀도를 높이는 연구와 자기방전 및 누설전류의 감소를 위한 연구가 이루어져야 할 것이며 특히 출력향상을 위해서는 ESR의 감소기술이 우선 개발되어야 한다. 본 연구에서는 Supercapacitor를 구성하고 있는 활성탄, 집전체, 격리막, 전해질 특성에 대한 연구 및 전극을 제조하기 위한 binder, 도전재 등의 기초 물성 실험을 통하여 전극 조성을 최적화하기 위한 연구를 진행하고, 이 연구 결과를 토대로 고출력특성을 가진 전극제조 기술을 개발하였으며, 초대용량화가 가능하기 위한 대면적 전극 제조 기술 연구 및 제조 공정의 고찰을 통하여 100F급 캐페시터의 특성 향상을 이루었다. 구체적인 연구 성과는 다음과 같다. 혼합 도전재의 영향에 대한 연구를 통하여 입상의 SPB (Super P Black)과 섬유상의 VGCF (Vapor Growth Carbon Fiber)로 구성된 혼성 도전재의 경우, 단일 종류의 도전재만을 사용한 전극에 비해 전극저항의 감소와 이에 따른 에너지 밀도 또는 비용량의 증가가 나타남을 알 수 가 있었고, SPB : VGCF 가 80 : 20 wt.%의 비율로 혼합한 조성에서 전극저항의 감소에 의한 출력특성의 향상이 관찰됨을 알 수가 있었다. 혼합 바인더의 영향에 대한 연구를 통하여 CMC : PTFE가 60:40의 조성에서 가장 우수한 특성을 나타나는 것을 확인하였다. 한편 3상 바인더의 경우, CMC : PTFE : SBR이 44:28:28 조성에서 가장 우수한 기계적, 전기적 특성을 나타내었다. Laminate 공정을 이용한 전극제조기술 연구는 본 연구의 핵심 기술로서 PTFE 바인더 전극을 금속 메쉬에 부착시키는 기존 방식과는 달리 본 과제에서는 전극을 도전재 접착제를 통해 알루미늄 호일에 부착시키는 방식을 고안하고, 제조공정을 연구하였으며 Laminate 전극과 집전체간의 전기전도도와 결착력을 향상시킬 목적으로 CMC와 SPB를 혼재된 도전성 접착제를 연구 하였으며, CMC : SPB이 30:70의 조성인 도전성 접착제는 전기비저항은 0.17Ωcm로 가장 우수한 전기전도도를 나타내었다. 이러한 연구를 바탕으로 전극 제조공정별 특성 비교를 실시한 결과 Laminate한 전극을 사용하여 제조한 커패시터가 슬러리 코팅한 전극의 커패시터에 비해 출력 특성 및 용량 특성이 우수함을 확인 할 수 있었다.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/149153http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000406952
Appears in Collections:
GRADUATE SCHOOL OF ENGINEERING[S](공학대학원) > MATERIALS & CHEMICAL ENGINEERING(재료 및 화학공학과) > Theses(Master)
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