Applied Chemistry for Engineering (공업화학)

The Korean Society of Industrial and Engineering Chemistry (한국공업화학회)
권호 표지

Structures and Double Layer Performances of Carbons Pyrolized from Carbon Oxides

산화탄소로부터 열분해한 탄소의 구조 및 전기이중층 거동

  • 김익준 (한국전기연구원 전지연구그룹) ;
  • 양선혜 (한국전기연구원 전지연구그룹) ;
  • 전민제 (한국전기연구원 전지연구그룹) ;
  • 문성인 (한국전기연구원 전지연구그룹) ;
  • 김현수 (한국전기연구원 전지연구그룹) ;
  • 안계혁 (전주기계산업리서치 센터)
  • Received : 2007.08.20
  • Accepted : 2007.09.01
  • Published : 2007.10.10
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Abstract

Structural features and electrochemical performances of cokes pyrolized from oxidized cokes were examined, and compared with KOH-activated coke. Needle cokes ($d_{002}=3.5{\AA} $), having a graphene layer structure, were changed to a single phase of graphite oxide after oxidation treatment with an acidic solution having an $NaCLO_3$/needle coke composition ratio of above 7.5, and the inter-layer distance of the oxidized coke was expanded to $6.9{\AA} $ with increasing oxygen content. After heating at $200^{\circ}C$, the oxidized coke was pyrolized to the graphene layer structure with inter-layer distance of $3.6{\AA} $. However, the change of the inter-layer distance of the needle coke was not observed in the KOH activation process. On the other hand, an intercalation of electrolyte ions into the pyrolized coke, observed at first charge, occurred at 1.0 V, in which the value was lower than that of KOH-activation coke. The cell capacitor using pyrolized coke exhibited a lower internal resistance of $0.57{\Omega}$ in 1 kHz, and a larger capacitance per weight and volume of 30.3 F/g and 26.9 F/ml at the two-electrode system in the potential range 0~2.5 V than those of the cell capacitor using KOH-activation of coke. This better electrochemical performance may be associated with structure defects in the graphene layer derived from the process of the inter-layer expansion and shrinkage.

산화처리 탄소로부터 상분해시킨 코크스의 구조 및 전기화학적 특성을 조사하였고, KOH 활성화 코크스와 비교하였다. $NaCLO_3$/니들 코크스의 비율이 7.5 이상의 조건에서 산화처리를 행한 graphene 층간 구조를 가진 니들 코크스($d_{002}=3.5{\AA} $)는 산화흑연 구조로 상변화가 일어나고, 이 때 산소함량의 증가와 함께 층간 간격은 $6.9{\AA} $으로 증가하였다. 산화처리 탄소를 $200^{\circ}C$에서 열처리 건조를 하면 상분해가 일어나서 다시 graphene 층간 구조로 복원하고, 층간 간격은 $3.6{\AA} $으로 감소하였다. 그러나, KOH 활성화 과정에서 니들 코크스의 층간 변화는 관찰되지 않았다. 한편, 1차 충전에서 전해질 이온들에 의한 상분해 코크스에의 침입은 1.0 V에서 일어나고, 이는 KOH 활성 코크스보다 작은 수치이다. 상분해 코크스를 이용한 커패시터 셀은 1 kHz에서 $0.57{\Omega}$의 내부저항을 나타내고, 2 전극 시스템에서 0~2.5 V 범위 내에서 측정한 상분해 코크그의 중량 또는 전극 부피 당 용량은 각각 30.3 F/g과 26.9 F/mL을 나타내었고, 이들 특성은 KOH 활성 코크스보다 우수하였다. 상분해 코크스의 우수한 전기화학적 특성은 산화처리-상분해 과정에서의 층간 팽창-수축에 따른 층간 결함과 관련 있는 것으로 판단된다.

Keywords

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