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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 유철휘
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 호서대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
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본 학위논문에서는 전기 이중층 커패시터(EDLC ; electric double layer capacitor)의 낮은 에너지 밀도를 보완하기 위해 하이브리드 커패시터의 한 종류인 리튬이온 커패시터(LIC ; Lithium ion capacitor)의 음극 도핑 및 전기화학특성 연구를 진행하였다.
리튬이온 커패시터는 셀 안에 리튬이온으로 도핑 된 음극과 활성탄으로 제조된 양극을 대칭으로 구성하며 양극과 음극 사이에는 다공성 분리막을 두어 전기적 단락을 방지하고 두 전극 간에 전해액으로 충분히 채워 이온전달의 이동을 용이토록 구성한다.
음극소재는 천연 그래파이트인 SMG-NJC와 인조 그래파이트인 MAGE-E3 두 종류로 선정하여 실험을 진행하였다. 도전재로 Super-P 및 바인더로 PTFE를 사용하였고, 이 때 그래파이트 : 도전재 : 바인더는 85 : 10 : 5의 비율로 음극을 제조하였다.
리튬 도핑 시 전류밀도의 조건을 0.5 mA/cm2와 1 mA/cm2로 달리하여 도핑을 진행하였다. 결과 분석은 ICP(Inductively Coupled Plasma Spectrometer)를 사용하였고 전류밀도가 0.5 mA/cm2일 때 1 mA/cm2 보다 리튬이온이 1.5 % 더 함유되었음을 확인하였다. 또한 0.005 V까지 리튬이온 도핑 시 10, 20 및 30 ℃ 온도 변화를 주어 전압 거동을 확인하였고, 20 ℃에서 셀 내부 저항이 5.5 Ω으로 가장 낮음을 확인하였다.
양극소재로는 활성탄 소재인 YP-50F, CEP-21 및 MSP-20과 도전재인 Super-P 및 바인더인 PTFE를 사용하여, 활성탄 : 도전재 : 바인더의 비는 85 : 10 : 5의 비율로 시트 전극을 제조하였다. 또한 리튬이온 커패시터의 소재인 전해액의 종류에 따라 용량 비교를 확인하였다. 사용된 상용화 전해액으로는 EC(ethylene carbonate), DMC(dimethyl carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethylmethyl carbonate)가 있으며 이 전해액의 제조비를 EC/EMC/DEC 1/1/1(v/v), EC/DMC/1/1(v/v), EC/EMC/DMC 1/1/1(v/v)의 조성비에서 1 M LiPF6 리튬염을 추가하여 용해도와 이온전도도를 확인하였다. 분리막으로는 Tapyus(135 μm), NSG(150 μm) 및 Hiroseo(185 μm)를 비교하여 용량 변화를 확인하였다. 평가 결과 양극 MSP-20과 음극은 MAGE-E, 전해액으로는 1 M LiPF6 in EC/DMC 1/1(v/v) 및 분리막을 NSG로 구성하였을 때의 리튬이온 커패시터가 5.34 F의 가장 우수한 용량을 구현하였다.
리튬이온 커패시터는 셀 안에 리튬이온으로 도핑 된 음극과 활성탄으로 제조된 양극을 대칭으로 구성하며 양극과 음극 사이에는 다공성 분리막을 두어 전기적 단락을 방지하고 두 전극 간에 전해액으로 충분히 채워 이온전달의 이동을 용이토록 구성한다.
음극소재는 천연 그래파이트인 SMG-NJC와 인조 그래파이트인 MAGE-E3 두 종류로 선정하여 실험을 진행하였다. 도전재로 Super-P 및 바인더로 PTFE를 사용하였고, 이 때 그래파이트 : 도전재 : 바인더는 85 : 10 : 5의 비율로 음극을 제조하였다.
리튬 도핑 시 전류밀도의 조건을 0.5 mA/cm2와 1 mA/cm2로 달리하여 도핑을 진행하였다. 결과 분석은 ICP(Inductively Coupled Plasma Spectrometer)를 사용하였고 전류밀도가 0.5 mA/cm2일 때 1 mA/cm2 보다 리튬이온이 1.5 % 더 함유되었음을 확인하였다. 또한 0.005 V까지 리튬이온 도핑 시 10, 20 및 30 ℃ 온도 변화를 주어 전압 거동을 확인하였고, 20 ℃에서 셀 내부 저항이 5.5 Ω으로 가장 낮음을 확인하였다.
양극소재로는 활성탄 소재인 YP-50F, CEP-21 및 MSP-20과 도전재인 Super-P 및 바인더인 PTFE를 사용하여, 활성탄 : 도전재 : 바인더의 비는 85 : 10 : 5의 비율로 시트 전극을 제조하였다. 또한 리튬이온 커패시터의 소재인 전해액의 종류에 따라 용량 비교를 확인하였다. 사용된 상용화 전해액으로는 EC(ethylene carbonate), DMC(dimethyl carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethylmethyl carbonate)가 있으며 이 전해액의 제조비를 EC/EMC/DEC 1/1/1(v/v), EC/DMC/1/1(v/v), EC/EMC/DMC 1/1/1(v/v)의 조성비에서 1 M LiPF6 리튬염을 추가하여 용해도와 이온전도도를 확인하였다. 분리막으로는 Tapyus(135 μm), NSG(150 μm) 및 Hiroseo(185 μm)를 비교하여 용량 변화를 확인하였다. 평가 결과 양극 MSP-20과 음극은 MAGE-E, 전해액으로는 1 M LiPF6 in EC/DMC 1/1(v/v) 및 분리막을 NSG로 구성하였을 때의 리튬이온 커패시터가 5.34 F의 가장 우수한 용량을 구현하였다.
목차
목 차Ⅰ. 서 론 11. 연구 배경 12. 연구 목적 3Ⅱ. 이론적 배경 51. super capacitor의 개요 52. super capacitor의 분류 73. Lithium ion capacitor의 특성 9Ⅲ. 실험 방법 161. 전극 제조 162. 전기화학적 도핑 193. 셀 조립 및 특성평가 224. 특성평가 24Ⅳ.결과 및 고찰 281. 리튬이온 커패시터 음극소재 선정 연구 282. 리튬이온 커패시터 도핑에 관한 연구 323. 리튬이온 커패시터 양극소재 선정 연구 424. 전해액에 따른 리튬이온 커패시터 전기화학적 특성 505. 분리막에 따른 리튬이온 커패시터 전기화학적 특성 57Ⅴ. 결 론 60참고문헌 61영문초록 68
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