바카라 커뮤니티 (Chairman Nomaguchi Ari) (hereinafter referred to as "AIST") Nanotube Applied Research Center [Research Center Director Iijima Sumio] Super Growth CNT Team Hatake Kenji, Director of the Research Team, Energy Technology Research Division [Research Division Director Hasegawa Hiroo] Energy Storage Materials Group Hatori Hiroaki, Chief Researcher, Graduate School of Science and Engineering, Meijo 대학, 학교, 박사 과정 Izadinajafabadi Ali et al바카라 룰 벽 탄소 나노 튜브(바카라 룰 레이어 CNT) 전극으로커패시터프로토 타입으로 성능이 평가되었으며, 기존의 활성화 된 탄소 전극 커패시터보다 더 높은 전압에서 안정적으로 작동 할 수 있음이 확인되었다
2 차 배터리와 달리 커패시터는 전기 에너지를 직접 저장하는 장기적인 고출력 장치입니다 커패시터의 에너지 밀도 및 전력 밀도는 작동 전압의 제곱에 비례하지만, 종래의 활성화 된 탄소 전극 커패시터는 전극의 불순물이기 때문에 3V 이상의 전압 수명을 단축시키는 데 문제가있다
이번에는슈퍼 성장 방법성능 테스트를 수행했습니다 이 전극을 사용한 커패시터는 4V 전압에서 작동하고 67 wh/kg의 높은 에너지 밀도와 93 kw/kg의 고출력 밀도를 나타냈다 또한, 1,000 전하/배출 시험 후 커패시턴스 감소 (정전 용량)의 감소 속도는 활성탄 전극을 사용하는 커패시터의 46%였으며 바카라 룰 층 CNT 전극 커패시터는 36%에 불과했다 앞으로는이를 작고 가벼운 마이크로 카페이터로 휴대용 전자 장치 및 유비쿼터스 장치에 적용 할 수 있다고 믿어집니다
이 연구는 연구 분야의 연구 주제의 일부로 수행되었습니다 Sone Junichi, "JST (Self-Organized Process) (JST)의 기능 및 복합 CNT 장치로 만든 기능 및 복합 CNT 장치의 기능 표현 나노 MEMS 장치 이사, 전략적 크리에이티브 프로모션 프로젝트 팀-유형 연구 (CREST)의 전략적 크리에이티브 홍보 프로젝트 (CREST)"(Crestal Nano-MEMS Devices)를 사용하여 Selffosite Contemal을 통해 자체적으로 만들어졌습니다 조사관 Hata Kenji] 및 세부 사항은 2010 년 6 월 18 일 (독일 시간) 독일 과학 저널 Advanced Materials의 온라인 판에 게시되었습니다
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바카라 룰 층 CNT 전극 (왼쪽)의 스캐닝 전자 현미경 이미지 및 전류 수집기가없는 바카라 룰 층 CNT 전극을 사용한 커패시터의 구조 (오른쪽)
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화학 반응과 관련된 2 차 배터리와 달리, 커패시터는 빠르게 충전하고 방전 할 수있는 장치로서 주목을 끌고 거의 열화와 긴 수명으로 주목을 받고 있습니다 전기 자동차 및 기타 목적을 위해 대규모 및 대용량 커패시터가 개발되고 있지만 소형 홈 기기, 휴대용 전자 장치 및 이동 통신과 같은 응용 프로그램에는 소형 및 경량 커패시터가 필요합니다 특이 적 표면적이 넓은 활성탄은 전통적으로 커패시터의 전극으로 사용되어왔다 그러나, 전극으로 분말 활성탄을 형성하기 위해, 전도성 결합제가 필요하며, 결합제 표면의 불순물 및 기능 그룹은 악화를 촉진시켜 3V 이하의 전압 만 적용하여 수명이 짧다 따라서, 활성화 된 탄소 전극뿐만 아니라 이들을 사용하는 실용적인 커패시터를 대체하기 위해 긴 수명과 고성능 전극을 개발할 필요가있다
바카라 룰 층 CNT는 섬유 구조를 가지므로 바인더를 사용하지 않고 시트로 만들 수 있습니다 또한, 연구 개발은 전기적으로 전도성이 있고, 특이 적 표면적이 크고, 표면에 기능 그룹이 없기 때문에 연구 개발이 수행되었다 따라서 커패시터 전극에 이상적이다 그러나, 종래의 합성 방법에서, 촉매가 제거 될 때 기능 그룹이 표면에 첨가되고, 커패시터 전극으로서 충분한 성능은 확인되지 않았다
AIST Nanotube Application Research Center는 탄소 순도가 높은 바카라 룰 층 CNT를 합성하는 방법 인 SuperGloss 방법을 개발했으며 에너지 기술 연구 부서와 협력하여 커패시터 전극으로서의 응용 프로그램에 대한 연구를 수행하고 있습니다
이번에는 전극에 사용 된 바카라 룰 층 CNT는 슈퍼 글로싱 방법에 의해 합성되었고 금속 촉매 제거와 같은 특별한 처리없이 사용되었다 이 상태에서도, 탄소 순도는 9998%로 높으며, CNT 이외의 탄소 불순물의 2% 미만, CNT의 99%는 바카라 룰 층 CNT이며 다층 CNT가 거의없고 큰 표면적이 거의 없습니다 (1300 m2/g) 합성 된 바카라 룰 층 CNT는 한 방향으로 배향되었고, 압축 후, 전해질 (테트라 메틸 암모늄 테트라 플루오로 보공/프로필렌 카보네이트)에 침지되어 전극을 생성 하였다 (도 1A)
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그림 1 a) 바카라 룰 층 CNT 전극의 주사 전자 현미경 이미지 흰색 화살표는 CNT의 방향 방향을 나타냅니다 b) 활성탄 전극의 주사 전자 현미경 이미지 c) 전류 수집기가없는 바카라 룰 층 CNT 전극을 사용한 커패시터의 구조 d) 전류 수집기를 갖는 바카라 룰 층 CNT 전극을 사용한 커패시터의 구조
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바카라 룰 층 CNT 전극은 전류 수집기가없는 커패시터 전극으로 충분한 전도도를 가지므로 테스트 커패시터는 셀룰로오스 분리기 사이에 샌드위치 된 전극 시트를 단순히 쌓을 수 있습니다현재 수집기(그림 1c) 및 전류 수집기로서 백금 메쉬가있는 (그림 1D) 비교를 위해, 활성탄 YP17, 폴리 테트라 플루오로 에틸렌 (PTFE) 및 탄소 검은 색으로 제조 된 전극도 제조되었다 (도 1B) 전류 수집기는 백금 메쉬로 만들어졌으며 전해질은 바카라 룰 층 CNT 전극과 동일했습니다
그림 2는이 세 가지 유형의 전극을 사용하여 만든 커패시터의 성능 테스트 결과를 보여줍니다 두 바카라 룰 계층 CNT 전극 커패시터는 0-4V에서 안정적인 작동을 나타냈다 (도 2A) 또한 일정한 전류 방전이 수행됩니다 (그림 2b)1 차 커패시턴스(그림 2c) 및ir 드롭(그림 2d)가 계산되었습니다 바카라 룰 층 CNT 전극 커패시터는 활성화 된 탄소 전극보다 더 큰 특이 커패시턴스를 가지며, IR 방울은 더 작다 전류 수집기가없는 바카라 룰 층 CNT 전극을 사용한 커패시터의 에너지 밀도는 67Wh/kg이고, 전력 밀도는 93kW/kg이었고, 현재 수집기는 각각 94Wh/kg 및 210kW/kg이었다
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그림 2 전류 수집기 (파란색), 전류 수집기가없는 바카라 룰 층 CNT 전극 및 활성화 된 탄소 전극 (검은 색)
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또한, 바카라 룰 계층 CNT 전극 커패시터의 경우 0 내지 4V의 작동 전압 및 활성화 된 탄소 전극 커패시터의 경우 0 내지 35V에서 1,000 개의 전하/방전 시험을 수행 하였다 바카라 룰 층 CNT 전극 커패시터는 전류 수집기의 유무에 관계없이 36%의 커패시턴스 감소를 가졌지 만 활성화 된 탄소 전극 커패시터는 46% 감소했습니다 (그림 3)
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그림 3 : 1000 개의 전하/배출 시험 동안의 커패시턴스 변화 전류 수집기 (파란색)가있는 CNT 전극 커패시터, 전류 수집기가없는 CNT 전극 커패시터 (빨간색), 활성탄 전극 커패시터 (검은 색)
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바카라 룰 계층 CNT 전극이 커패시터 장치에서 사용될 때, 포장 된 제품의 성능이 추정되었고, 상업적으로 이용 가능한 전기 이중 레이어 커패시터 장치보다 더 높은 에너지 밀도 (17 wh/kg) 및 더 높은 전력 밀도 (24 kW/kg)를 갖는 것으로 밝혀졌다 (도 4) 이는 전류 수집기가 필요하지 않기 때문에 장치가 더 가볍고 불순물이없는 바카라 룰 층 CNT를 사용하여 작동 전압이 증가합니다 또한, 커패시터는 일반적으로 2 차 배터리보다 에너지 밀도가 작지만 현재 전극을 사용하면 중량 당 에너지 밀도 측면에서 상업적으로 이용 가능한 리드 2 차 배터리의 측면에서 장치가 실현 될 수 있습니다 전류 수집기를 사용하지 않는 커패시터의 무게를 줄일뿐만 아니라 간단한 구조로 인해 제조 공정을 단순화 할 수 있습니다 또한, 그것은 또한 전해질에 금속의 존재로 인해 전해질의 분해 및 열화를 방지한다는 이점이있어 장기간 사용될 수 있습니다
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그림 4 장치를 제조 할 때의 성능 추정치 (기존 제품과 비교)
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고급 바카라 룰 층 CNT 커패시터 전극을 사용하여 전류 수집기를 사용하지 않고 간단한 구조와 가벼운 구조를 갖춘 마이크로 카이터를 개발하는 것을 목표로합니다 또한 더 높은 전압에서 작동하는 커패시터를 실현하는 것을 목표로합니다 앞으로, 우리는 그것을 작고 가벼우 며 유비쿼터스 장치뿐만 아니라 높은 출력이 필요한 휴대용 전자 장치에 적용하고 싶습니다