일반기술

금속산화물 복합 나노 활성탄소섬유와 이를 이용한 전기이중층 슈퍼캐퍼시터용 전극 및 그 제조방법

본 기술은 나노단위의 섬유 제조가 가능한 전기방사를 통해 탄소섬유를 제조할 때 방사용액의 제조단계에 금속산화물을 첨가하여 비축전 용량 특성을 개선한 금속산화물 복합 나노 활성탄소섬유와 이를 이용한 전기이중층 슈퍼캐퍼시터용 전극 및 그 제조 방법에 관한 것이다.종래 기술의 단점 - 기존의 전기화학 캐퍼시터의 전극소재에 사용된 활성탄소섬유들은 응용방사나 응용분사방사에 의해 제조되어 섬유 직경이 10㎛ 내외에 머물러 체적대비 비표면적을 효과적으로 증진시키는데 한계가 있음.기술의 우수성 - 탄소섬유의 전구체에 금속산화물을 첨가한 후 전기방사법을 이용한 방사를 통해 나노단위의 섬유를 제조하여 체적대비 비표면적 특성이 우수한 섬유를 제공함. - 탄소섬유의 전구체 내부에 금속산화물을 분산시켜 방사함으로써 전기이중층 및 의사용량에 기인한 고에너지 밀도가 가능함. - 본 기술을 적용할 경우, 단축된 제조공정을 통해 비표면적 특성이 우수하면서 고에너지 밀도를 구현할 수 있어 전기 이중층 슈퍼캐퍼시터용 전극을 저렴하게 생산 할 수 있음.기술 요약 - 본 기술은 루테늄 옥사이드 (ruthenium oxide) 등의 금속산화물이 함유된 탄소섬유 전구체 용액에 고전압을 인가하여 평균직경 500 nm 미만의 초극세 섬유를 얻은 후 이를 산화안정화하고, 탄소화 내지는 활성화하여 초고비표면적을 갖는 3차원 부직포를 제공한다. - 이와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 기존의 루테늄 옥사이드 전극 또는 활성탄에 금속산화물을 혼합한 전극에 비하여 저렴한 가격으로 고성능을 발휘할 수 있는 전극을 제조하는 것이 가능하며, 도전재 및 바인더 혼합이 없이 제조가 가능하여 종래의 슈퍼커패시터 전극 제조법에 비해 공정을 단축할 수 있게 된다. 탄소섬유의 세계시장 규모 : 2011년 8억 78백만 달러 예상 - 산출근거 : KISTI, GTB,「북미의 첨단 구조용 탄소재료시장 전망」 2005.09.사업성 : 본 특허기술은 저렴한 가격으로 고성능을 발휘할 수 있고, 전극의 제조공정을 단축시킬 수 있는 방법을 연구 개발한 것으로 기존 기술에 대하여 개량의 정도가 큰 발명이며, 사업추진에 있어 용이할 것으로 판단된다.