하이브리드 슈퍼커패시터의 음극 활물질용 비정질화된 메조다공성 금속산화물 복합체 및 이의 제조방법
Amorphized mesoporous metal oxide composite for negative electrode active material of hybrid supercapacitor and method for manufacturing same
특허 요약
본 발명의 일 실시예는 하이브리드 슈퍼커패시터의 음극 활물질용 비정질화된 메조다공성 금속산화물 복합체 및 이의 제조방법을 제공한다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비정질화된 메조다공성 금속산화물 복합체는 이종원소를 도입하여 금속산화물이 비정질화되어 이온의 수송이 크게 증가되어 하이브리드 슈퍼커패시터에 투입된 경우 전기화학적 특성(에너지 밀도, 출력밀도, 사이클 특성, 용량 발현, 율속, 수명)이 우수한 효과가 있다.
청구항
번호청구항
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제9항에 있어서,상기 증발유도 자기조립은 30°C 내지 60°C 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속 산화물 복합체 제조방법.

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복수의 채널형 기공들이 동일한 방향으로 배향된 메조 다공성 구조이고, 이종원소가 도입된 금속산화물로 구성된 다공성 구조체;및상기 다공성 구조체 내부의 채널형 기공들의 표면에 코팅된 탄소층을 포함하되,상기 다공성 구조체는 비정질화(Amorphous)된 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속산화물 복합체.

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제1항에 있어서,상기 다공성 구조체에서,상기 금속산화물은 니오븀 펜톡사이드(Nb2O5), 텅스텐 옥사이드 (WO3), 티타늄 옥사이드 (TiO2), 몰리브데넘 옥사이드(MoO3) 및 탄탈륨 옥사이드 (Ta2O5)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속산화물 복합체.

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제1항에 있어서,상기 다공성 구조체에서,상기 이종원소는 몰리브데넘(Mo), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 티타늄(Ti) 및 탄탈륨(Ta)으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속 산화물 복합체.

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제1항에 있어서,상기 다공성 구조체에서,상기 이종원소가 도입된 금속 산화물은 이종원소와 니오븀 산화물이 혼합된 구조인 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속 산화물 복합체.

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제1항에 있어서,상기 다공성 구조체에서,상기 이종원소의 함량은 전체 다공성 구조체 대비 22wt% 내지 36wt% 인 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속 산화물 복합체.

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제1항에 있어서, 상기 다공성 구조체의 기공의 직경은 2nm 내지 50nm인 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속 산화물 복합체.

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제1항에 있어서,상기 탄소층은 비정질 탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속 산화물 복합체.

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제1항에 있어서,상기 비정질화된 메조다공성 금속산화물 복합체의 복수개의 채널형 기공들의 배열은 헥사고날(hexagonal), 역오팔(inverse opal), 및 라멜라(Lamellar) 로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속 산화물 복합체.

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금속 전구체 화합물, 이종원소 전구체 화합물 및 친수성기와 소수성기를 모두 포함하는 양친성 블록 공중합체 화합물을 유기용매에 투입한 후, 산성 물질을 투입하여 졸(sol)상태의 혼합물을 형성하는 단계;상기 졸(sol)상태의 혼합물을 증발유도 자기조립(evaporation-induced self-assembly, EISA)시켜 블록 공중합체-이종원소-금속 산화물 복합체를 제조하는 단계;및상기 블록 공중합체-이종원소-금속 산화물 복합체를 열처리하여 복수개의 채널형(channel type) 기공들이 동일한 방향으로 형성된 메조다공성 금속산화물 및 상기 메조다공성 금속산화물의 복수개의 채널형 기공들의 표면에 코팅된 탄소층을 형성하여 비정질화된 메조다공성 금속산화물 복합체를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속산화물 복합체 제조방법.

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제9항에 있어서,상기 졸(sol)상태의 혼합물을 형성하는 단계에서,상기 금속 전구체 화합물은 금속 알콕사이드(alkoxide)을 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속 산화물 복합체 제조방법.

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제9항에 있어서,상기 졸(sol)상태의 혼합물을 형성하는 단계에서,상기 이종원소 전구체 화합물은 금속 염화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속 산화물 복합체 제조방법.

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제9항에 있어서,상기 졸(sol)상태의 혼합물을 형성하는 단계에서,상기 양친성 블록 공중합체는 폴리스티렌-b-폴리에틸렌 옥사이드(polystyrene-b-polyethylene oxide, PS-b-PEO), 폴리아이소프렌-b-폴리에틸렌옥사이드(polyisoprene-b-polyethylene oxide, PI-b-PEO), 플루로닉 F127 (Pluronic F127) 및 플루로닉P123 (Pluronic P123)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속 산화물 복합체 제조방법.

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제9항에 있어서,상기 졸(sol)상태의 혼합물을 형성하는 단계에서,상기 양친성 블록 공중합체 화합물의 소수성기의 분자량을 조절함으로써 상기 메조다공성 금속산화물의 기공의 직경을 조절하는 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속 산화물 복합체 제조방법.

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제9항에 있어서,상기 졸(sol)상태의 혼합물을 형성하는 단계에서,상기 금속 전구체 화합물과 이종원소 전구체 화합물의 함량비는 2:1 내지 1:1 인 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속 산화물 복합체 제조방법.

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제9항에 있어서,상기 졸(sol)상태의 혼합물을 형성하는 단계에서,상기 금속 전구체 화합물과 이종원소 전구체 화합물이 금속산화물과 이종원소를 형성하고, 상기 금속산화물과 이종원소가 졸(sol) 상태에서 상기 블록공중합체와 결합한 후 졸-겔 반응에 따라 상기 금속산화물-이종원소 겔을 형성하는 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속 산화물 복합체 제조방법.

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제9항에 있어서,상기 블록 공중합체-이종원소-금속 산화물 복합체를 제조하는 단계 이후에,상기 블록 공중합체-이종원소-금속 산화물 복합체를 건조하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속 산화물 복합체 제조방법.

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제9항에 있어서,상기 비정질화된 메조다공성 금속산화물 복합체를 제조하는 단계에서,상기 열처리 온도는 450°C 내지 900°C 인 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속 산화물 제조방법.

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제9항에 있어서,상기 비정질화된 메조다공성 금속산화물 복합체를 제조하는 단계에서,상기 탄소층은 비정질 탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속 산화물 제조방법.

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제9항에 있어서,상기 다공성 구조체의 기공의 직경은 2nm 내지 50nm인 것을 특징으로 하는 비정질화된 메조다공성 금속 산화물 제조방법.