질소함유 탄소재료의 제조와 커패시터용 전극재료로 활용

전문가 제언

○ 질소함량이 증강된 탄소재료를 전극으로 사용하는 전기화학 커패시터는 일반 탄소재료보다 높은 특유한 커패시턴스 등의 독특한 전기화학 성능을 가지며 전해질이온과 전극표면상의 구멍구조 사이에서 일어나는 정상적인 관계를 따르지 않는다는 특징을 가진다. 이러한 특징은 탄소 네트워크의 질소와 전해질이온의 전기화학적 상호반응에 기인한 것으로 전기화학 커패시터의 전극재료로서 장래성이 우수하다는 것을 보여준다.

 

○ 전기화학 커패시터의 전극으로 다수 이용되는 탄소재료(처리온도가 대개 1200℃ 이하) 중에는 일정량의 질소분이 포함되는 경우가 적지 않으며 석탄이나 석유계의 피치 등에는 복소환식 화합물 등으로 질소분이 함유되어 있다. 따라서 이들을 열처리하여 얻어지는 탄소재료에도 소량의 질소분이 존재하게 된다. 보다 많은 질소분이 포함된 탄소를 얻기 위해서는 미리 출발물질에 질소원자가 포함된 화합물을 이용하는 것이 가장 간편한 방법이다. 질소함유 탄소를 전극재료로 활용하기 위해서는 입자상, 섬유상 혹은 다공질 등으로 형태를 제어해야 한다.

 

○ 전기화학 커패시터는 충·방전 속도가 빠르고 수명이 긴 장점이 있는 반면 에너지밀도가 낮아 사용이 제한적이었으나 새로운 소재의 개발과 적용으로 단점이 극복되어 실용화가 활발하게 진행되고 있다. 최근 성균관대학교 연구팀은 전극소재로 환원 그래핀플레이크의 필름전극을 사용하여 충·방전이 빠른 고성능 커패시터를 개발하는 등 커패시터에 대한 연구가 활발하게 수행되고 있으며 탄소 전극재료의 원료가 되는 침상 코크스의 대량생산 공장이 포스코에서 곧 완공될 예정으로 소재의 국산화도 촉진될 것으로 예상된다.

 

○ 본고는 여러 형태의 질소함유 탄소재료 제조방법과 이 재료가 전기화학 커패시터전극으로 사용할 경우에 미치는 독특한 특성을 소개한 것으로 질소증강 탄소재료를 전극으로 사용하여 기존재료에 비해 높은 커패시턴스를 시현하고 있어 이들 특성을 활용할 수 있는 실용적인 연구 개발이 요망된다.

저자

Masaya Kodama

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

화학·화공

연도

2013

권(호)

2013(258)

잡지명

炭素(Tanso)

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

171~178

분석자

이*옹

분석물

• 질소함유 탄소재료의 제조와 커패시터용 전극재료로 활용.pdf [344,345 byte]

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