화학공학소재연구정보센터
Polymer(Korea), Vol.45, No.3, 450-455, May, 2021
직접 주형법을 이용한 메조다공성 나노막대형 탄소 재료의 합성과 고성능 전기이중층 캐패시터 전극으로의 적용
Mesoporous Carbon Nanorod from Direct Templating Method and Its Application to Electric Double-layer Capacitor (EDLC) Electrodes
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초록
양이온계 계면활성제와 실리케이트 용액의 자기조립 반응을 이용하여 기공 형성의 주형으로 이용하고 여기에 레소시놀-포름알데하이드를 투여한 후 고분자화 반응을 통하여 계면활성제/실리케이트/고분자 나노 복합체를 제조하였다. 제조된 나노 복합체를 고온에서 탄화하고 이를 불산으로 에칭하여 메조다공성 나노막대형 탄소 재료를 성공적으로 제조하였다. 제조된 메조다공성 나노 막대 탄소 재료를 전기이중층 캐패시터 전극으로 적용하였으며, 다양한 전기화학 실험을 통하여 그 성능을 평가하였다. 이 결과 잘 발달된 메조 기공 내부의 원활한 이온 전달 특성 및 나노 막대에서의 최적화된 기공 길이로 인해, 기존의 활성탄 재료보다 매우 우수한 속도 특성(낮은 기공 저항) 및 높은 면적당 캐패시턴스(17.4 μF cm-2)를 갖는 전기이충층 캐패시터 전극 재료를 제조할 수 있었다.
Using the self-assembly reaction between cationic surfactant and silicate solution, a direct templating method was investigated. After the addition of resorcinol and formaldehyde into the solution, the polymerization reaction was conducted and surfactant/silicate/polymer nanocomposite was prepared. After carbonization and following hydrofluoric acid etching, mesoporous carbon nanorod (MPCNR) particles were prepared. As-prepared material was applied into electrode in electric double-layer capacitors and various electrochemical analysis was carried out using the electrodes. Due to the well-developed mesoporosity and nanosized rod particles, a highly improved rate performance (low resistance in pores) and large double layer capacitance per area (17.4 μF cm-2) than the commercialized activated carbon electrode were observed, which was attributed to easy penetration through mesopores and optimized pore length for electrolyte transport.
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