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다공질·비다공질 탄소전극재료의 흡착메커니즘과 정전용량

전문가 제언: 약 500으로부터 1000℃의 열 이력을 거친 탄소화물은 어떤 세공구조를 가지며, 캐패시터 전극재료에 응용이 가능하다. 바이오매스나 수지 등은 주로 고상 탄소화반응을 경유한다고 생각되며, 부분적으로는 불균일 구조이지만, 전체로서는 등질(등방성)인 탄소구조로 된다. 이들 하드카본(Hard carbon)은, 고온에 있어서 수증기나 탄산가스와의 부분 가스화반응에 의한 세공용량의 증가나 세공경의 확대가 가능하다. 예를 들면, BET 비표면적치 1000으로부터 2000m2?g-1의 다공질체가 양산되며, 활성탄 전극재료로서 다용되고 있다.

한편, 소프트 카본(Soft carbon)은, 가스화반응에 의하여 다공질체를 얻는 것이 어렵고, 일반의 활성탄 원료로서 사용되지 않았다. 요즈음, 소프트 카본의 알칼리 부활제는, 고밀도이며 게다가 대정전용량치를 나타내는 것으로부터 양산화가 진행되고 있다. 알칼리 부활법에 의하면, BET 비표면적치 2000 m2?g-1을 초과하는 다공질탄소가 얻어지며, 더욱 용량충전밀도도 0.5g?cm-3 이상 큰 것으로부터 2극셀에 있어서 용적당의 비정전용량이 30F?cm-3을 초과하는 전극재료의 제조가 가능하게 되었다.

이들의 생산에는 원료로서 Green coke(Raw coke) 등의 저온소성 탄소화합물을 필요로 한다. 그러나 이들의 원료탄은 코크스제조 중간 공정품이기 때문에 일반적으로 시판되지 않고, 연구용으로서도 입수가 제약되고 있으며, 그의 물성이나 충방전 거동에 있어서 알려져 있지 않다.

여기서는 특히, BET 비표면적치와 정전용량치에 상관성이 부족한 시료에 있어서, 다른 흡착시험 평가법을 합쳐서 검토하고, BET법 및 77K 질소흡착등온선으로부터 얻어진 정보가 정전용량을 가지는 마이크로세공 혹은 메소세공의 탄소구조를 설명하고 있는지를 검토했다. 사용된 원료탄 혹은 알칼리 부활조건 등에 있어서는 원료제공처와의 비밀유지계약 등이 있기 때문에 설명할 수 없다. 그러나 제품인 탄소재료에 있어서는 배포가 가능한 것도 있고, 앞으로의 연구에 기대하고 싶다.

저자: Hitoshi Kuwagaki
자료유형: 연구단신