Applied Chemistry for Engineering (공업화학)

The Korean Society of Industrial and Engineering Chemistry (한국공업화학회)
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Preparation and Electrochemical Characterization of Activated Carbon Electrode by Amino-fluorination

아미노불소화 반응에 의한 활성탄소전극 제조 및 전기화학적 특성

  • Lim, Jae Won (Department of Fine Chemical Engineering and Applied Chemistry, BK21-E2M, Chungnam National University) ;
  • Jeong, Euigyung (Department of Fine Chemical Engineering and Applied Chemistry, BK21-E2M, Chungnam National University) ;
  • Jung, Min Jung (Department of Fine Chemical Engineering and Applied Chemistry, BK21-E2M, Chungnam National University) ;
  • Lee, Sang Ick (Carbon Materials Development Team, Value Creation Center, GS Caltex Corporation) ;
  • Lee, Young-Seak (Department of Fine Chemical Engineering and Applied Chemistry, BK21-E2M, Chungnam National University)
  • 임재원 (충남대학교 공과대학 정밀응용화학과) ;
  • 정의경 (충남대학교 공과대학 정밀응용화학과) ;
  • 정민정 (충남대학교 공과대학 정밀응용화학과) ;
  • 이상익 ((주)GS칼텍스) ;
  • 이영석 (충남대학교 공과대학 정밀응용화학과)
  • Received : 2011.04.19
  • Accepted : 2011.05.14
  • Published : 2011.08.10
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Abstract

High-performance of an electric double layer capacitance (EDLC) electrode was prepared by the amino-fluorination of activated carbon by using $NF_3$ gas. The pore structure and surface chemistry were investigated based on the specific capacitance of EDLC. The amino-fluorination of activated carbon introduced functional groups of nitrogen and fluorine which are beneficial for the specific capacitance of EDLC without the change of pore structures. The E-NF100AC electrode, which has nitrogen and fluorine functional groups less than 1 at%, showed the highly improved specific capacitance of 528 (${\pm}9$) F/g at 2 mV/s showing 122% improved value when comparing with that of non-functionalized E-RAC electrodes. Whereas, the E-NF200AC electrode, which has nitrogen and fluorine functional groups over 1 at%, showed the decreased specific capacitance because of perfluorinated introduction. So, it is concluded that the proper contents of nitrogen and fluorine groups improved the specific capacitance of EDLC.

본 연구에서는 고용량 EDLC 전극의 제조를 위하여 전극의 활물질인 활성탄소에 $NF_3$ 가스를 이용하여 아미노불소화 반응을 유도하였다. 또한, 아미노불소화 반응에 의한 활성탄소의 기공 및 표면화학적 특성 변화와 그로부터 제조된 활성탄소전극의 비정전용량 특성 변화에 대하여 고찰하였다. 활성탄소의 아미노불소화 반응은 재료의 표면 기공특성을 저하시키지 않고 비표면적 및 기공부피 등의 기공특성을 유지시키면서 활성탄소의 표면에 전기화학적 특성의 향상에 도움이 되는 질소 및 불소 관능기를 효과적으로 도입시켰다. 1 at% 이하의 질소 및 불소 관능기가 도입된 활성탄소전극 (E-NF100AC)은 2 mV/s의 전압주사속도 조건에서 528 (${\pm}9$) F/g의 비정전용량으로 미처리 활성탄소전극(E-RAC)과 비교하여 약 122%의 용량증대효과를 나타내었다. 반면에, E-NF200AC의 조건에서는 1 at% 이상, 과량의 불소 관능기가 도입됨에 따라 E-NF100AC에 비하여 용량이 감소하였으며 이러한 결과로부터 적당량의 질소 및 불소 관능기 도입이 활성탄소전극의 비정전용량을 효과적으로 증가시킴을 확인할 수 있었다.

Keywords

Acknowledgement

Grant : 표면기능화 반응을 이용한 고출력 음극소재 개발

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