スーパーキャパシタ及びその製造方法
【課題】本発明は、電極の表面積を一般フィルムより広く製造して、電子を受け入れられる空間が広くなることにより、静電容量、動力、及びエネルギーを増加させることができる。
【解決手段】本発明によるスーパーキャパシタ及びその製造方法は、所定間隔離隔して複数のフィルタ１０を配置する段階（ａ）と、フィルタ１０の一端部を連結する第１メッキ層２０を形成する段階（ｂ）と、第１メッキ層２０からフィルタ１０に沿って延長される第２メッキ層２２を形成する段階（ｃ）と、第２メッキ層２２の間に導電性高分子層３０を形成するように重合する段階（ｄ）と、フィルタ１０を除去する段階（ｆ）と、を含むことを特徴とする。
【解決手段】本発明によるスーパーキャパシタ及びその製造方法は、所定間隔離隔して複数のフィルタ１０を配置する段階（ａ）と、フィルタ１０の一端部を連結する第１メッキ層２０を形成する段階（ｂ）と、第１メッキ層２０からフィルタ１０に沿って延長される第２メッキ層２２を形成する段階（ｃ）と、第２メッキ層２２の間に導電性高分子層３０を形成するように重合する段階（ｄ）と、フィルタ１０を除去する段階（ｆ）と、を含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スーパーキャパシタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、電子産業の技術発達に伴い、軽薄短小及びユビキタスへの実現に関する消費者の欲求が強くなり、多様な分野での技術の結合が盛んである。
【０００３】
このような技術的欲求に応えるために、電気、電子、通信技術、電子素材及び部品における多様な技術発展は、個別的発達と市場展望に基づいた研究開発とをベースにして、多様な分野で個別的、あるいは統合的に行われている。
【０００４】
これらの多様な技術中、特に、軽薄短小化される電子製品において、先端機能の発現とともに、その設計の基本的なベースとなる先端素材の電子部品化に対する現実化を可能とさせる方法の一例として、近年のデジタルＩＣ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）チップが挙げられる。これは、動作周波数がさらに高周波化され、動作電圧は低くなったため、安定した電源を供給することができる。
【０００５】
また、スイッチングノイズ（Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｎｏｉｓｅ）を除去するための低インピーダンス（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）のデカップリングキャパシタ（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）に対する必要性が高まっている。
【０００６】
デカップリングキャパシタは、ＩＣチップに近接するほど、インピーダンスを低めることができるため、ＩＣ上にこれらキャパシタを形成する技術に関する報告が多数出ている。
【０００７】
また、最近、短時間内に大きい出力（ｐｏｗｅｒ）が求められる電気自動車のような電気を用いた運送手段に関する開発が多く行われいて、スーパーキャパシタ（ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ）と知られた電気化学的キャパシタへの関心が高まっている。
【０００８】
スーパーキャパシタの開発に伴い、導電性高分子を電極として活用しようとする試みが増加しており、多くの導電性高分子の中でポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ；ＰＰｙ）に関する研究が活発に行われている。ＰＰｙは、多孔性、良い伝導度、及び速やかなドーピング・非ドーピングシステムのため、スーパーキャパシタの電極として重要に使用されている。また、イオン拡散を最大化するためには、ＰＰｙを薄くて均一に製作することが重要である。
【０００９】
一方、電気化学的工程は電極の表面で行われるため、イオンの移動量を増加させるためには広い表面積が求められる。スーパーキャパシタの広い表面積と大きい多孔性とを有するナノサイズの構造は、電極として非常に優れた役割を果たす。
【００１０】
近年、ＣＮＴ（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏ ｔｕｂｅ）の広い表面積と多孔性との長所から、ＰＰｙとＣＮＴとの複合材料を用いた研究が盛んである。ＰＰｙとＣＮＴとを用いたナノサイズの電極は、既存の純粋なＰＰｙフィルムのような材料に比べて、より高い電気容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を有すると報告されている。しかし、ＣＮＴそのものの性質のため、ＣＮＴの分散及びＰＰｙ／ＣＮＴ電極の製造が困難であるという短所がある。また、ナノサイズの導電性高分子を電極に重合させる際に、抵抗が大きくなるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
こうした従来技術の問題点を解決するために、本発明は、ナノサイズの導電性高分子を用いた電極の製造において、電極の製造が容易し、かつ、高い静電容量を得るために、表面積が広くて厚さが薄い、改善されたスーパーキャパシタ及びその製造方法を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、所定間隔離隔して複数のフィルタを配置する段階と、フィルタの一端部を連結する第１メッキ層を形成する段階と、第１メッキ層からフィルタに沿って延長される第２メッキ層を形成する段階と、第２メッキ層の間に導電性高分子層を形成するように重合する段階と、フィルタを除去する段階と、を含むスーパーキャパシタの製造方法が提供される。
【００１３】
フィルタは、陽極酸化アルミニウム（ａｎｏｄｉｚｅｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｘｉｄｅ、以下ＡＡＯという。）からなることができる。また、第１メッキ層または第２メッキ層の少なくとも一つは、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＰｔからなる群より選ばれる何れか一つを含むことができる。第１メッキ層の形成段階は、１７０〜１９０Ａの電流で１０〜５０分間行われることができ、第２メッキ層の長さは、フィルタの長さより短いことがよい。
【００１４】
重合段階は、０．０２５〜０．２００Ｍのピロール及び０．１〜０．５ＭのＬｉＣｌＯ４をアセトニトリル（ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）に溶解させた溶液を形成する段階と、溶液を第２メッキ層の間に充填する段階と、溶液に所定の電圧を加えて導電性高分子層を形成する段階と、を含むことができる。導電性高分子層の形成の後に、反応せずに残っている微量の導電性高分子モノマー（ｍｏｎｏｍｅｒ）を除去するためには、フィルタ、第１メッキ層、第２メッキ層、及び導電性高分子層を１〜３Ｍ硫酸水溶液に０．５〜１時間含浸させて除去すればよい。導電性高分子層は、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）、ポリピロール、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）からなる群より選ばれる少なくとも何れか一つを含むことができる。
【００１５】
重合段階後に、第１メッキ層の下部に支持層を形成する段階をさらに含むことができ、支持層の形成段階は、塩素化ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ）１００重量部に対してキシレン（ｘｙｌｅｎｅ）１５０〜３００重量部を含む混合物を形成する段階と、混合物を７０〜１３５℃の温度で溶融させる段階と、溶融させた混合物を第１メッキ層の下部に付着する段階と、を含むことができる。フィルタの除去段階は、フィルタ、第１メッキ層、第２メッキ層、及び導電性高分子層を５〜１０ｗｔ％水酸化ナトリウム水溶液に０．５〜１２時間含浸させて行われることができる。
【００１６】
本発明の他の実施形態によれば、第１金属層と、第１金属層の一面に突出形成される複数の第２金属層と、複数の第２金属層の間に互いに離隔されるように充填される導電性高分子層と、を含むスーパーキャパシタが提供される。ここで、第１金属層または第２金属層の少なくとも一つは、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＰｔからなる群より選ばれる何れか一つを含むことができる。導電性高分子層は、ポリアニリン、ポリピロール、及びポリチオフェンからなる群より選ばれる少なくとも何れか一つを含むことができ、Ｔ字状であってもよい。また、第１金属層の他面に形成される支持層をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によるスーパーキャパシタ及びその製造方法は、ＰＰｙ／Ａｕ素子の表面積を一般フィルムに比べ広く製造することにより、電子を受け入れる空間が広くなるため、静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ、Ｃ）、動力（ｐｏｗｅｒ、ｋＷ）、及びエネルギー（ｅｎｅｒｇｙ、Ｅ）を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は多様な変換を加えることができ、様々な実施形態を有することができるため、本願では特定実施形態を図面に例示し、詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物及び代替物を含むものとして理解されるべきである。本発明を説明するに当たって、係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
【００１９】
「第１」、「第２」などの用語は、多様な構成要素を説明するのに用いることに過ぎなく、前記構成要素が前記用語により限定されるものではない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素と区別する目的にだけ用いられる。
【００２０】
本願で用いた用語は、ただ特定の実施形態を説明するために用いたものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文の中で明らかに表現しない限り、複数の表現を含む。本願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在を指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除するものではないと理解しなければならない。
【００２１】
以下、本発明の実施形態を添付した図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態によるスーパーキャパシタの製造方法を示すフローチャートであり、図２は、本発明の一実施形態によるスーパーキャパシタの製造方法を示す工程図である。図２を参照すると、フィルタ１０、第１メッキ層２０、第２メッキ層２２、導電性高分子層３０、及び支持層４０が示されている。
【００２２】
本実施形態では、導電性高分子のＰＰｙを電極とし、ＡＡＯを用いて、スーパーキャパシタに使用可能なナノサイズのＰＰｙ／Ａｕ素子電極を製造することにより、表面積が広くて厚さが薄いスーパーキャパシタを提供する。
【００２３】
先ず、段階Ｓ１０で、図２の（ａ）に示すように、所定間隔離隔して複数のフィルタ１０を配置する。ここで、フィルタ１０はＡＡＯからなることができ、電気が通じない多孔性の形状で具現されることができる。
【００２４】
また、ＡＡＯフィルタ１０のそのものは電気が通じない不導体であるため、フィルタ１０中に後述する金とピロール(ｐｙｒｒｏｌｅ)とを電気重合させるために、フィルタ１０の一面に電流が流れるようにしなければならない。
【００２５】
このために、段階Ｓ２０で、図２の（ｂ）に示すように、フィルタ１０の一端部を連結する第１メッキ層２０を形成する。段階Ｓ２２で、第１メッキ層２０は、１７０〜１９０Ａの電流で１０〜５０分間メッキすることにより形成される。このとき、第１メッキ層２０は、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＰｔのうち何れか一つでメッキされることができる。
【００２６】
ここで、第１メッキ層２０のメッキ条件において、電流が１７０Ａ未満で、メッキ時間が１０分未満であると、メッキ層が形成されないという問題点があり、電流が１９０Ａを超過し、メッキ時間が５０分を超過すると、高電流によりメッキが不可能になるおそれがある。
【００２７】
このため、フィルタ１０の一端部に第１メッキ層２０を真空蒸着させることにより、電流が流れるフィルタ１０を製造することができる。
【００２８】
次に、段階Ｓ３０で、図２の（ｃ）示すように、第１メッキ層２０からフィルタ１０に沿って延長される第２メッキ層２２を形成することができる。複数のフィルタ１０の間に第２メッキ層２２を電解メッキすることにより、後述する導電性高分子層３０のＰＰｙがフィルタ１０の間に重合されるときに、第２メッキ層２２とＰＰｙ３０との間の界面接着力を向上できるようになる。
【００２９】
このとき、第２メッキ層２２は、第１メッキ層２０と同様に、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＰｔのうち何れか一つで電解メッキされることができる。本実施形態の第２メッキ層２２は金（Ａｕ）であると定義する。電解メッキは、酸性の純金メッキ液を使用してメッキすることができ、−０．９Ｖという一定の定電圧を印加して３Ｃの電荷が流れるまで行うことができる。
【００３０】
図３は、本発明の一実施形態による第２メッキ層の電解メッキに関するグラフである。図３を見ると、経時的に電荷量が一定に増加することを分かるが、これは、ＡＡＯ／Ａｕ電極の中に金の第２メッキ層２２が一定の成長をすることを意味する。
【００３１】
図４は本発明の一実施形態による第２メッキ層の写真であり、図５は、図４の本発明の一実施形態による第２メッキ層をさらに拡大した写真である。
【００３２】
図４を見ると、第２メッキ層２２の金が約２μｍほど成長したことが分かる。図５を見ると、金がＡＡＯの側面に沿って成長し、中空のチューブ状の形態に形成されたことが分かる。
【００３３】
また、第２メッキ層２２の長さはフィルタ１０の長さに比べて短く形成されて、フィルタ１０の両面に第２メッキ層２２の段差が形成され得る。前記構成は、フィルタ１０が除去される際に露出する、後述する導電性高分子層３０の表面積を広げるので、静電容量を増加させることができる。
【００３４】
次に、段階Ｓ４０で、図２の（ｄ）に示すように、第２メッキ層２２の間に導電性高分子層３０が形成されるように重合させる。このとき、重合は、段階Ｓ４２で、０．０２５〜０．２００Ｍのピロールと０．１〜０．５ＭのＬｉＣｌＯ４とをアセトニトリルに溶解させた溶液を製造し、段階Ｓ４４で、当該溶液を複数の第２メッキ層２２の間に充填し、段階Ｓ４６で、溶液に所定の電圧を加えてモノマーをポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）に重合することにより、導電性高分子層３０を形成することができる。
【００３５】
本実施形態において、モノマーはピロールであり、電気重合されたポリマーはポリピロールであると定義する。０．８Ｖの定電圧を用いてＡＡＯ／Ａｕ電極内でピロールを重合させ、１Ｃの電荷が流れるまで電圧を印加する。
【００３６】
図６は、本発明の一実施形態による導電性高分子層の電気重合に関するグラフである。図６に示すように、約１０００秒の後から経時的にクーロンの増加が減少することが分かる。
【００３７】
１０００秒の前までは、図５に示すようにＡＡＯの側面に沿って中空のチューブ状の形態に形成された金の内に、ピロールが重合される際の電荷の増加を示している。１０００秒後からは、ピロールがチューブ状の金の内をすべて満たし、その上、重合されて電荷が増加するようになる。このようにして、チューブ状の金内にピロールがさらに速やかに満たされることが分かる。
【００３８】
図７は、本発明の一実施形態による導電性高分子層を拡大した写真である。図７に示すように、第２メッキ層２２の金が約２μｍほど成長し、その上にピロールが一定に重合されたことが分かる。重合されたピロールであるポリピロールの重さは０．２５〜０．３０ｍｇ／ｃｍ２である。
【００３９】
このとき、導電性高分子層３０は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンからなる群より選ばれる少なくとも何れか一つを含むことができる。
【００４０】
また、導電性高分子層の形成後に、反応せずに残っている微量の導電性高分子モノマーのピロールを除去するために、フィルタ１０、第１メッキ層２０、第２メッキ層２２、及び導電性高分子層３０を、１〜３Ｍの硫酸水溶液に０．５〜１時間含浸させて除去することができる。
【００４１】
その次、段階Ｓ５０で、図２の（ｅ）に示すように、第１メッキ層２２の下部に支持層４０を形成する。したがって、ポリピロールと金素子のフィルタを除去すると、機械的物性が向上できる。
【００４２】
段階Ｓ５２で、支持層４０は、塩素化ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ）１００重量部に対してキシレン１５０〜３００重量部を含む混合物を製造し、段階Ｓ５４で、その混合物を７０〜１３５℃の温度で溶融させてゲル状にし、段階Ｓ５６で、溶融させたゲル状の混合物を第１メッキ層２０の下部に付着することにより形成できる。
【００４３】
混合物の温度が７０℃未満であると、混合物を溶融させることができないし、１３５℃を超過すると、キシレンが蒸発するという問題点が発生し得る。
【００４４】
支持層４０の形成方法について、より具体的には、ＰＰｙ／Ａｕ素子とゲルとの間にニッケル線を挿入することにより、素子に電流が流れるようにし、１２時間の間にゲルを室温乾燥させることができる。
【００４５】
図８は、本発明の一実施形態による支持層を拡大した写真である。図８に示すように、ＡＡＯを除去する前に、第１メッキ層２０に支持層４０を形成する。
【００４６】
支持層４０を形成するためのゲル状の混合物が乾燥固化されたら、段階Ｓ６０で、図２の（ｆ）に示すように、フィルタ１０を除去することにより、比表面積の広いＰＰｙ／Ａｕ素子の電極を製造することができる。
【００４７】
フィルタ１０の除去は、段階Ｓ６２で、フィルタ１０、第１メッキ層２０、第２メッキ層２２、及び導電性高分子層３０を５〜１０ｗｔ％水酸化ナトリウム水溶液に０．５〜１２時間含浸させることにより行われることができる。製造されたＰＰｙ／Ａｕ素子は、蒸留水で充分に洗浄すればよい。
【００４８】
このとき、水酸化ナトリウムが前記範囲から外れると、作業環境が危険に露出されて試験が容易ではないという問題点が発生し得る。
【００４９】
図９〜図１３は、本発明の一実施形態による、フィルタを除去した写真である。図９〜図１３に示されているように、ＡＡＯが除去された後、ＰＰｙ／Ａｕが一定のサイズの間隔で均一に配列されていることが分かる。
【００５０】
ＰＰｙ／Ａｕの長さは約３μｍ程度であり、金が約２μｍほど成長し、その上にピロールが約１μｍの長さで重合されていることが分かる。
【００５１】
図１２〜図１３を見ると、ピロールが、内側が満たされている棒状の形態に成長していることが分かり、その直径は約３００〜３５０ｎｍであり、横縦の比率は約８．６〜１０である。ＳＥＭ写真から分かるように、本発明により製作されたＰＰｙ／Ａｕ素子は、表面積が一般フィルムに比べてずっと広いことが分かる。したがって、電子を受け入れられる空間も広くなり、そのため、静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ、Ｃ）、動力（ｐｏｗｅｒ、ｋＷ）、及びエネルギー（ｅｎｅｒｇｙ、Ｅ）が増加することができる。
【００５２】
図１４は、本発明の一実施形態によるスーパーキャパシタの断面図である。図１４を参照すると、第１金属層２０、第２金属層２２、導電性高分子層３０、及び支持層４０が示されている。
【００５３】
本実施形態において、第１金属層２０は前述した第１メッキ層２０と意味が同じであり、第２金属層２２は前述した第２メッキ層２２と同じ形状で、同じ効果を示す。
【００５４】
前述したように、第１金属層２０または第２金属層２２の少なくとも一つは、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＰｔからなる群より選ばれる何れか一つを含むことができる。
【００５５】
また、導電性高分子層３０は、ポリアニリン、ポリピロール、及びポリチオフェンからなる群より選ばれる少なくとも何れか一つを含むことができ、Ｔ字状に製造されて、一般フィルムに比べて露出表面積が広い。したがって、電子を受け入れられる空間も広くなり、そのため、静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ、Ｃ）、動力（ｐｏｗｅｒ、ｋＷ）、及びエネルギー（ｅｎｅｒｇｙ、Ｅ）を増加させることができる。
【００５６】
図１５は、本発明の一実施形態によるＰＰｙ／Ａｕ素子のｃｙｃｌｉｃ ｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍ特性を示すグラフである。１０、２０、及び５０ｍＶ／ｓの速度に電圧を変化させて、蓄電器からのみ現される長方形のＣＶ特性が得られた。
【００５７】
ｃｙｃｌｉｃ ｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍ特性のグラフにより、数１に基づいて静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ、Ｃ）を測定することができるが、本発明により製作されたＰＰｙ／Ａｕ素子の静電容量は、５６〜９０ｍＦ／ｃｍ２、１９０〜３００Ｆ／ｇ（比蓄電容量）の値を有する。
【数１】
【００５８】
数１中、Ｃは静電容量、Ｉは電流、Ｓは電圧の変化速度（Ｖ／ｓ）を示す。電圧の変化速度が小さいほど長方形に近くなり、変化速度が大きいほど長方形の形状に変化が生じた。これは、電圧の変化速度が大きくなるほど導電性高分子のＰＰｙ／Ａｕ素子が酸化を起こすからである。
【００５９】
次に、一定の電流を持続的に加えて、引くことを繰り返すことのガルバノスタット（ｇａｌｖａｎｏｓｔａｔ；高電圧電池から一定の電流をひき出す装置）方法を用いてＰＰｙ／Ａｕ素子の蓄電器的特性を把握することができる。
【数２】
【００６０】
数２中、Ｃは静電容量、ｉは印加された定電流、Δｔ（ｄｔ）は、ΔＶ（ｄｔ）ほどの電圧が変わるときの所要時間である。
【００６１】
また、下記の数３に基づいて、印加時間と引くときにかかる時間を用いてクーロン効率（ｃｏｕｌｏｍｂｉｃ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）（η）を求めることができる。
【数３】
【００６２】
数３中、ｔｃは印加時間で、ｔｄは引くときの所要時間である。ピロールで製造された蓄電器は、通常、クーロン効率（ｃｏｕｌｏｍｂｉｃ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）（η）が１００％近くになる。
【００６３】
数２を用いて静電容量を算出すると、５９〜９９ｍＦ／ｃｍ２、１８３〜３０６Ｆ／ｇになる。数３に基づいてクーロン効率（ｃｏｕｌｏｍｂｉｃ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）（η）を算出すると、９２〜９６％になって、１００％近くになることが分かる。動力（ｐｏｗｅｒ、ｋＷ）及びエネルギー（ｅｎｅｒｇｙ、Ｅ）を算出すると、それぞれ４１〜６９Ｗｈ／ｋｇ、３．５〜１０．６ｋＷ／ｋｇという高い動力及びエネルギーが得られることが確認できた。
【００６４】
以上、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態によるスーパーキャパシタの製造方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態によるスーパーキャパシタの製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明の一実施形態による第２メッキ層の電解メッキに関するグラフである。
【図４】本発明の一実施形態による第２メッキ層を拡大した写真である。
【図５】本発明の一実施形態による第２メッキ層を拡大した写真である。
【図６】本発明の一実施形態による導電性高分子層の電気重合に関するグラフである。
【図７】本発明の一実施形態による導電性高分子層を拡大した写真である。
【図８】本発明の一実施形態による支持層を拡大した写真である。
【図９】本発明の一実施形態によるフィルタを除去した写真である。
【図１０】本発明の一実施形態によるフィルタを除去した写真である。
【図１１】本発明の一実施形態によるフィルタを除去した写真である。
【図１２】本発明の一実施形態によるフィルタを除去した写真である。
【図１３】本発明の一実施形態によるフィルタを除去した写真である。
【図１４】本発明の一実施形態によるスーパーキャパシタの断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態によるＰＰｙ／Ａｕ素子のｃｙｃｌｉｃ ｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍ特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１０ フィルタ
２０ 第１メッキ層、第１金属層
２２ 第２メッキ層、第２金属層
３０ 導電性高分子層
４０ 支持層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スーパーキャパシタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、電子産業の技術発達に伴い、軽薄短小及びユビキタスへの実現に関する消費者の欲求が強くなり、多様な分野での技術の結合が盛んである。
【０００３】
このような技術的欲求に応えるために、電気、電子、通信技術、電子素材及び部品における多様な技術発展は、個別的発達と市場展望に基づいた研究開発とをベースにして、多様な分野で個別的、あるいは統合的に行われている。
【０００４】
これらの多様な技術中、特に、軽薄短小化される電子製品において、先端機能の発現とともに、その設計の基本的なベースとなる先端素材の電子部品化に対する現実化を可能とさせる方法の一例として、近年のデジタルＩＣ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）チップが挙げられる。これは、動作周波数がさらに高周波化され、動作電圧は低くなったため、安定した電源を供給することができる。
【０００５】
また、スイッチングノイズ（Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｎｏｉｓｅ）を除去するための低インピーダンス（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）のデカップリングキャパシタ（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）に対する必要性が高まっている。
【０００６】
デカップリングキャパシタは、ＩＣチップに近接するほど、インピーダンスを低めることができるため、ＩＣ上にこれらキャパシタを形成する技術に関する報告が多数出ている。
【０００７】
また、最近、短時間内に大きい出力（ｐｏｗｅｒ）が求められる電気自動車のような電気を用いた運送手段に関する開発が多く行われいて、スーパーキャパシタ（ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ）と知られた電気化学的キャパシタへの関心が高まっている。
【０００８】
スーパーキャパシタの開発に伴い、導電性高分子を電極として活用しようとする試みが増加しており、多くの導電性高分子の中でポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ；ＰＰｙ）に関する研究が活発に行われている。ＰＰｙは、多孔性、良い伝導度、及び速やかなドーピング・非ドーピングシステムのため、スーパーキャパシタの電極として重要に使用されている。また、イオン拡散を最大化するためには、ＰＰｙを薄くて均一に製作することが重要である。
【０００９】
一方、電気化学的工程は電極の表面で行われるため、イオンの移動量を増加させるためには広い表面積が求められる。スーパーキャパシタの広い表面積と大きい多孔性とを有するナノサイズの構造は、電極として非常に優れた役割を果たす。
【００１０】
近年、ＣＮＴ（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏ ｔｕｂｅ）の広い表面積と多孔性との長所から、ＰＰｙとＣＮＴとの複合材料を用いた研究が盛んである。ＰＰｙとＣＮＴとを用いたナノサイズの電極は、既存の純粋なＰＰｙフィルムのような材料に比べて、より高い電気容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を有すると報告されている。しかし、ＣＮＴそのものの性質のため、ＣＮＴの分散及びＰＰｙ／ＣＮＴ電極の製造が困難であるという短所がある。また、ナノサイズの導電性高分子を電極に重合させる際に、抵抗が大きくなるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
こうした従来技術の問題点を解決するために、本発明は、ナノサイズの導電性高分子を用いた電極の製造において、電極の製造が容易し、かつ、高い静電容量を得るために、表面積が広くて厚さが薄い、改善されたスーパーキャパシタ及びその製造方法を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、所定間隔離隔して複数のフィルタを配置する段階と、フィルタの一端部を連結する第１メッキ層を形成する段階と、第１メッキ層からフィルタに沿って延長される第２メッキ層を形成する段階と、第２メッキ層の間に導電性高分子層を形成するように重合する段階と、フィルタを除去する段階と、を含むスーパーキャパシタの製造方法が提供される。
【００１３】
フィルタは、陽極酸化アルミニウム（ａｎｏｄｉｚｅｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｘｉｄｅ、以下ＡＡＯという。）からなることができる。また、第１メッキ層または第２メッキ層の少なくとも一つは、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＰｔからなる群より選ばれる何れか一つを含むことができる。第１メッキ層の形成段階は、１７０〜１９０Ａの電流で１０〜５０分間行われることができ、第２メッキ層の長さは、フィルタの長さより短いことがよい。
【００１４】
重合段階は、０．０２５〜０．２００Ｍのピロール及び０．１〜０．５ＭのＬｉＣｌＯ４をアセトニトリル（ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）に溶解させた溶液を形成する段階と、溶液を第２メッキ層の間に充填する段階と、溶液に所定の電圧を加えて導電性高分子層を形成する段階と、を含むことができる。導電性高分子層の形成の後に、反応せずに残っている微量の導電性高分子モノマー（ｍｏｎｏｍｅｒ）を除去するためには、フィルタ、第１メッキ層、第２メッキ層、及び導電性高分子層を１〜３Ｍ硫酸水溶液に０．５〜１時間含浸させて除去すればよい。導電性高分子層は、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）、ポリピロール、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）からなる群より選ばれる少なくとも何れか一つを含むことができる。
【００１５】
重合段階後に、第１メッキ層の下部に支持層を形成する段階をさらに含むことができ、支持層の形成段階は、塩素化ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ）１００重量部に対してキシレン（ｘｙｌｅｎｅ）１５０〜３００重量部を含む混合物を形成する段階と、混合物を７０〜１３５℃の温度で溶融させる段階と、溶融させた混合物を第１メッキ層の下部に付着する段階と、を含むことができる。フィルタの除去段階は、フィルタ、第１メッキ層、第２メッキ層、及び導電性高分子層を５〜１０ｗｔ％水酸化ナトリウム水溶液に０．５〜１２時間含浸させて行われることができる。
【００１６】
本発明の他の実施形態によれば、第１金属層と、第１金属層の一面に突出形成される複数の第２金属層と、複数の第２金属層の間に互いに離隔されるように充填される導電性高分子層と、を含むスーパーキャパシタが提供される。ここで、第１金属層または第２金属層の少なくとも一つは、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＰｔからなる群より選ばれる何れか一つを含むことができる。導電性高分子層は、ポリアニリン、ポリピロール、及びポリチオフェンからなる群より選ばれる少なくとも何れか一つを含むことができ、Ｔ字状であってもよい。また、第１金属層の他面に形成される支持層をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によるスーパーキャパシタ及びその製造方法は、ＰＰｙ／Ａｕ素子の表面積を一般フィルムに比べ広く製造することにより、電子を受け入れる空間が広くなるため、静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ、Ｃ）、動力（ｐｏｗｅｒ、ｋＷ）、及びエネルギー（ｅｎｅｒｇｙ、Ｅ）を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は多様な変換を加えることができ、様々な実施形態を有することができるため、本願では特定実施形態を図面に例示し、詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物及び代替物を含むものとして理解されるべきである。本発明を説明するに当たって、係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
【００１９】
「第１」、「第２」などの用語は、多様な構成要素を説明するのに用いることに過ぎなく、前記構成要素が前記用語により限定されるものではない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素と区別する目的にだけ用いられる。
【００２０】
本願で用いた用語は、ただ特定の実施形態を説明するために用いたものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文の中で明らかに表現しない限り、複数の表現を含む。本願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在を指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除するものではないと理解しなければならない。
【００２１】
以下、本発明の実施形態を添付した図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態によるスーパーキャパシタの製造方法を示すフローチャートであり、図２は、本発明の一実施形態によるスーパーキャパシタの製造方法を示す工程図である。図２を参照すると、フィルタ１０、第１メッキ層２０、第２メッキ層２２、導電性高分子層３０、及び支持層４０が示されている。
【００２２】
本実施形態では、導電性高分子のＰＰｙを電極とし、ＡＡＯを用いて、スーパーキャパシタに使用可能なナノサイズのＰＰｙ／Ａｕ素子電極を製造することにより、表面積が広くて厚さが薄いスーパーキャパシタを提供する。
【００２３】
先ず、段階Ｓ１０で、図２の（ａ）に示すように、所定間隔離隔して複数のフィルタ１０を配置する。ここで、フィルタ１０はＡＡＯからなることができ、電気が通じない多孔性の形状で具現されることができる。
【００２４】
また、ＡＡＯフィルタ１０のそのものは電気が通じない不導体であるため、フィルタ１０中に後述する金とピロール(ｐｙｒｒｏｌｅ)とを電気重合させるために、フィルタ１０の一面に電流が流れるようにしなければならない。
【００２５】
このために、段階Ｓ２０で、図２の（ｂ）に示すように、フィルタ１０の一端部を連結する第１メッキ層２０を形成する。段階Ｓ２２で、第１メッキ層２０は、１７０〜１９０Ａの電流で１０〜５０分間メッキすることにより形成される。このとき、第１メッキ層２０は、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＰｔのうち何れか一つでメッキされることができる。
【００２６】
ここで、第１メッキ層２０のメッキ条件において、電流が１７０Ａ未満で、メッキ時間が１０分未満であると、メッキ層が形成されないという問題点があり、電流が１９０Ａを超過し、メッキ時間が５０分を超過すると、高電流によりメッキが不可能になるおそれがある。
【００２７】
このため、フィルタ１０の一端部に第１メッキ層２０を真空蒸着させることにより、電流が流れるフィルタ１０を製造することができる。
【００２８】
次に、段階Ｓ３０で、図２の（ｃ）示すように、第１メッキ層２０からフィルタ１０に沿って延長される第２メッキ層２２を形成することができる。複数のフィルタ１０の間に第２メッキ層２２を電解メッキすることにより、後述する導電性高分子層３０のＰＰｙがフィルタ１０の間に重合されるときに、第２メッキ層２２とＰＰｙ３０との間の界面接着力を向上できるようになる。
【００２９】
このとき、第２メッキ層２２は、第１メッキ層２０と同様に、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＰｔのうち何れか一つで電解メッキされることができる。本実施形態の第２メッキ層２２は金（Ａｕ）であると定義する。電解メッキは、酸性の純金メッキ液を使用してメッキすることができ、−０．９Ｖという一定の定電圧を印加して３Ｃの電荷が流れるまで行うことができる。
【００３０】
図３は、本発明の一実施形態による第２メッキ層の電解メッキに関するグラフである。図３を見ると、経時的に電荷量が一定に増加することを分かるが、これは、ＡＡＯ／Ａｕ電極の中に金の第２メッキ層２２が一定の成長をすることを意味する。
【００３１】
図４は本発明の一実施形態による第２メッキ層の写真であり、図５は、図４の本発明の一実施形態による第２メッキ層をさらに拡大した写真である。
【００３２】
図４を見ると、第２メッキ層２２の金が約２μｍほど成長したことが分かる。図５を見ると、金がＡＡＯの側面に沿って成長し、中空のチューブ状の形態に形成されたことが分かる。
【００３３】
また、第２メッキ層２２の長さはフィルタ１０の長さに比べて短く形成されて、フィルタ１０の両面に第２メッキ層２２の段差が形成され得る。前記構成は、フィルタ１０が除去される際に露出する、後述する導電性高分子層３０の表面積を広げるので、静電容量を増加させることができる。
【００３４】
次に、段階Ｓ４０で、図２の（ｄ）に示すように、第２メッキ層２２の間に導電性高分子層３０が形成されるように重合させる。このとき、重合は、段階Ｓ４２で、０．０２５〜０．２００Ｍのピロールと０．１〜０．５ＭのＬｉＣｌＯ４とをアセトニトリルに溶解させた溶液を製造し、段階Ｓ４４で、当該溶液を複数の第２メッキ層２２の間に充填し、段階Ｓ４６で、溶液に所定の電圧を加えてモノマーをポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）に重合することにより、導電性高分子層３０を形成することができる。
【００３５】
本実施形態において、モノマーはピロールであり、電気重合されたポリマーはポリピロールであると定義する。０．８Ｖの定電圧を用いてＡＡＯ／Ａｕ電極内でピロールを重合させ、１Ｃの電荷が流れるまで電圧を印加する。
【００３６】
図６は、本発明の一実施形態による導電性高分子層の電気重合に関するグラフである。図６に示すように、約１０００秒の後から経時的にクーロンの増加が減少することが分かる。
【００３７】
１０００秒の前までは、図５に示すようにＡＡＯの側面に沿って中空のチューブ状の形態に形成された金の内に、ピロールが重合される際の電荷の増加を示している。１０００秒後からは、ピロールがチューブ状の金の内をすべて満たし、その上、重合されて電荷が増加するようになる。このようにして、チューブ状の金内にピロールがさらに速やかに満たされることが分かる。
【００３８】
図７は、本発明の一実施形態による導電性高分子層を拡大した写真である。図７に示すように、第２メッキ層２２の金が約２μｍほど成長し、その上にピロールが一定に重合されたことが分かる。重合されたピロールであるポリピロールの重さは０．２５〜０．３０ｍｇ／ｃｍ２である。
【００３９】
このとき、導電性高分子層３０は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンからなる群より選ばれる少なくとも何れか一つを含むことができる。
【００４０】
また、導電性高分子層の形成後に、反応せずに残っている微量の導電性高分子モノマーのピロールを除去するために、フィルタ１０、第１メッキ層２０、第２メッキ層２２、及び導電性高分子層３０を、１〜３Ｍの硫酸水溶液に０．５〜１時間含浸させて除去することができる。
【００４１】
その次、段階Ｓ５０で、図２の（ｅ）に示すように、第１メッキ層２２の下部に支持層４０を形成する。したがって、ポリピロールと金素子のフィルタを除去すると、機械的物性が向上できる。
【００４２】
段階Ｓ５２で、支持層４０は、塩素化ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ）１００重量部に対してキシレン１５０〜３００重量部を含む混合物を製造し、段階Ｓ５４で、その混合物を７０〜１３５℃の温度で溶融させてゲル状にし、段階Ｓ５６で、溶融させたゲル状の混合物を第１メッキ層２０の下部に付着することにより形成できる。
【００４３】
混合物の温度が７０℃未満であると、混合物を溶融させることができないし、１３５℃を超過すると、キシレンが蒸発するという問題点が発生し得る。
【００４４】
支持層４０の形成方法について、より具体的には、ＰＰｙ／Ａｕ素子とゲルとの間にニッケル線を挿入することにより、素子に電流が流れるようにし、１２時間の間にゲルを室温乾燥させることができる。
【００４５】
図８は、本発明の一実施形態による支持層を拡大した写真である。図８に示すように、ＡＡＯを除去する前に、第１メッキ層２０に支持層４０を形成する。
【００４６】
支持層４０を形成するためのゲル状の混合物が乾燥固化されたら、段階Ｓ６０で、図２の（ｆ）に示すように、フィルタ１０を除去することにより、比表面積の広いＰＰｙ／Ａｕ素子の電極を製造することができる。
【００４７】
フィルタ１０の除去は、段階Ｓ６２で、フィルタ１０、第１メッキ層２０、第２メッキ層２２、及び導電性高分子層３０を５〜１０ｗｔ％水酸化ナトリウム水溶液に０．５〜１２時間含浸させることにより行われることができる。製造されたＰＰｙ／Ａｕ素子は、蒸留水で充分に洗浄すればよい。
【００４８】
このとき、水酸化ナトリウムが前記範囲から外れると、作業環境が危険に露出されて試験が容易ではないという問題点が発生し得る。
【００４９】
図９〜図１３は、本発明の一実施形態による、フィルタを除去した写真である。図９〜図１３に示されているように、ＡＡＯが除去された後、ＰＰｙ／Ａｕが一定のサイズの間隔で均一に配列されていることが分かる。
【００５０】
ＰＰｙ／Ａｕの長さは約３μｍ程度であり、金が約２μｍほど成長し、その上にピロールが約１μｍの長さで重合されていることが分かる。
【００５１】
図１２〜図１３を見ると、ピロールが、内側が満たされている棒状の形態に成長していることが分かり、その直径は約３００〜３５０ｎｍであり、横縦の比率は約８．６〜１０である。ＳＥＭ写真から分かるように、本発明により製作されたＰＰｙ／Ａｕ素子は、表面積が一般フィルムに比べてずっと広いことが分かる。したがって、電子を受け入れられる空間も広くなり、そのため、静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ、Ｃ）、動力（ｐｏｗｅｒ、ｋＷ）、及びエネルギー（ｅｎｅｒｇｙ、Ｅ）が増加することができる。
【００５２】
図１４は、本発明の一実施形態によるスーパーキャパシタの断面図である。図１４を参照すると、第１金属層２０、第２金属層２２、導電性高分子層３０、及び支持層４０が示されている。
【００５３】
本実施形態において、第１金属層２０は前述した第１メッキ層２０と意味が同じであり、第２金属層２２は前述した第２メッキ層２２と同じ形状で、同じ効果を示す。
【００５４】
前述したように、第１金属層２０または第２金属層２２の少なくとも一つは、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＰｔからなる群より選ばれる何れか一つを含むことができる。
【００５５】
また、導電性高分子層３０は、ポリアニリン、ポリピロール、及びポリチオフェンからなる群より選ばれる少なくとも何れか一つを含むことができ、Ｔ字状に製造されて、一般フィルムに比べて露出表面積が広い。したがって、電子を受け入れられる空間も広くなり、そのため、静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ、Ｃ）、動力（ｐｏｗｅｒ、ｋＷ）、及びエネルギー（ｅｎｅｒｇｙ、Ｅ）を増加させることができる。
【００５６】
図１５は、本発明の一実施形態によるＰＰｙ／Ａｕ素子のｃｙｃｌｉｃ ｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍ特性を示すグラフである。１０、２０、及び５０ｍＶ／ｓの速度に電圧を変化させて、蓄電器からのみ現される長方形のＣＶ特性が得られた。
【００５７】
ｃｙｃｌｉｃ ｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍ特性のグラフにより、数１に基づいて静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ、Ｃ）を測定することができるが、本発明により製作されたＰＰｙ／Ａｕ素子の静電容量は、５６〜９０ｍＦ／ｃｍ２、１９０〜３００Ｆ／ｇ（比蓄電容量）の値を有する。
【数１】
【００５８】
数１中、Ｃは静電容量、Ｉは電流、Ｓは電圧の変化速度（Ｖ／ｓ）を示す。電圧の変化速度が小さいほど長方形に近くなり、変化速度が大きいほど長方形の形状に変化が生じた。これは、電圧の変化速度が大きくなるほど導電性高分子のＰＰｙ／Ａｕ素子が酸化を起こすからである。
【００５９】
次に、一定の電流を持続的に加えて、引くことを繰り返すことのガルバノスタット（ｇａｌｖａｎｏｓｔａｔ；高電圧電池から一定の電流をひき出す装置）方法を用いてＰＰｙ／Ａｕ素子の蓄電器的特性を把握することができる。
【数２】
【００６０】
数２中、Ｃは静電容量、ｉは印加された定電流、Δｔ（ｄｔ）は、ΔＶ（ｄｔ）ほどの電圧が変わるときの所要時間である。
【００６１】
また、下記の数３に基づいて、印加時間と引くときにかかる時間を用いてクーロン効率（ｃｏｕｌｏｍｂｉｃ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）（η）を求めることができる。
【数３】
【００６２】
数３中、ｔｃは印加時間で、ｔｄは引くときの所要時間である。ピロールで製造された蓄電器は、通常、クーロン効率（ｃｏｕｌｏｍｂｉｃ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）（η）が１００％近くになる。
【００６３】
数２を用いて静電容量を算出すると、５９〜９９ｍＦ／ｃｍ２、１８３〜３０６Ｆ／ｇになる。数３に基づいてクーロン効率（ｃｏｕｌｏｍｂｉｃ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）（η）を算出すると、９２〜９６％になって、１００％近くになることが分かる。動力（ｐｏｗｅｒ、ｋＷ）及びエネルギー（ｅｎｅｒｇｙ、Ｅ）を算出すると、それぞれ４１〜６９Ｗｈ／ｋｇ、３．５〜１０．６ｋＷ／ｋｇという高い動力及びエネルギーが得られることが確認できた。
【００６４】
以上、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態によるスーパーキャパシタの製造方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態によるスーパーキャパシタの製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明の一実施形態による第２メッキ層の電解メッキに関するグラフである。
【図４】本発明の一実施形態による第２メッキ層を拡大した写真である。
【図５】本発明の一実施形態による第２メッキ層を拡大した写真である。
【図６】本発明の一実施形態による導電性高分子層の電気重合に関するグラフである。
【図７】本発明の一実施形態による導電性高分子層を拡大した写真である。
【図８】本発明の一実施形態による支持層を拡大した写真である。
【図９】本発明の一実施形態によるフィルタを除去した写真である。
【図１０】本発明の一実施形態によるフィルタを除去した写真である。
【図１１】本発明の一実施形態によるフィルタを除去した写真である。
【図１２】本発明の一実施形態によるフィルタを除去した写真である。
【図１３】本発明の一実施形態によるフィルタを除去した写真である。
【図１４】本発明の一実施形態によるスーパーキャパシタの断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態によるＰＰｙ／Ａｕ素子のｃｙｃｌｉｃ ｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍ特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１０ フィルタ
２０ 第１メッキ層、第１金属層
２２ 第２メッキ層、第２金属層
３０ 導電性高分子層
４０ 支持層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔離隔して複数のフィルタを配置する段階と、
前記フィルタの一端部を連結する第１メッキ層を形成する段階と、
前記第１メッキ層から前記フィルタに沿って延長される第２メッキ層を形成する段階と、
前記第２メッキ層の間に導電性高分子層を形成するように重合する段階と、
前記フィルタを除去する段階と、
を含むことを特徴とするスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項２】
前記フィルタが、陽極酸化アルミニウム（ＡＡＯ；ａｎｏｄｉｚｅｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｘｉｄｅ）からなることを特徴とする請求項１に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項３】
前記第１メッキ層または前記第２メッキ層の少なくとも一つは、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＰｔからなる群より選ばれる何れか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項４】
前記第１メッキ層の形成段階が、１７０〜１９０Ａの電流で１０〜５０分間行われることを特徴とする請求項３に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項５】
前記第２メッキ層の長さが、前記フィルタの長さより短いことを特徴とする請求項１に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項６】
前記重合段階が、０．０２５〜０．２００Ｍのピロール及び０．１〜０．５ＭのＬｉＣｌＯ４がアセトニトリルに溶解された溶液を製造する段階と、
前記溶液を前記第２メッキ層の間に充填する段階と、
前記溶液に所定の電圧を加えて前記導電性高分子層を形成する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項７】
前記導電性高分子層の形成段階後に、前記フィルタ、前記第１メッキ層、前記第２メッキ層、及び前記導電性高分子層を１〜３Ｍ濃度の硫酸水溶液に０．５〜１時間含浸させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項８】
前記導電性高分子層が、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）、及びポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）からなる群より選ばれる少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項９】
前記重合段階後に、前記第１メッキ層の下部に支持層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項１０】
支持層の形成段階が、
塩素化ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ）１００重量部に対してキシレン（ｘｙｌｅｎｅ）１５０〜３００重量部を含む混合物を形成する段階と、
前記混合物を７０〜１３５℃の温度で溶融させる段階と、
前記溶融させた混合物を第１メッキ層の下部に付着する段階と、
を含むことを特徴とする請求項９に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項１１】
前記フィルタの除去段階が、前記フィルタ、前記第１メッキ層、前記第２メッキ層、及び前記導電性高分子層を５〜１０ｗｔ％水酸化ナトリウム水溶液に０．５〜１２時間含浸させて行われることを特徴とする請求項１に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項１２】
第１金属層と、
前記第１金属層の一面に突出形成される複数の第２金属層と、
前記複数の第２金属層の間に、互いに離隔されるように充填される導電性高分子層と、
を含むことを特徴とするスーパーキャパシタ。
【請求項１３】
前記第１金属層または前記第２金属層の少なくとも一つは、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＰｔからなる群より選ばれる何れか一つを含むことを特徴とする請求項１２に記載のスーパーキャパシタ。
【請求項１４】
前記導電性高分子層は、ポリアニリン、ポリピロール、及びポリチオフェンからなる群より選ばれる少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１２に記載のスーパーキャパシタ。
【請求項１５】
前記導電性高分子層が、Ｔ字状であることを特徴とする請求項１２に記載のスーパーキャパシタ。
【請求項１６】
前記第１金属層の他面に形成される支持層をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のスーパーキャパシタ。
【請求項１】
所定間隔離隔して複数のフィルタを配置する段階と、
前記フィルタの一端部を連結する第１メッキ層を形成する段階と、
前記第１メッキ層から前記フィルタに沿って延長される第２メッキ層を形成する段階と、
前記第２メッキ層の間に導電性高分子層を形成するように重合する段階と、
前記フィルタを除去する段階と、
を含むことを特徴とするスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項２】
前記フィルタが、陽極酸化アルミニウム（ＡＡＯ；ａｎｏｄｉｚｅｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｘｉｄｅ）からなることを特徴とする請求項１に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項３】
前記第１メッキ層または前記第２メッキ層の少なくとも一つは、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＰｔからなる群より選ばれる何れか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項４】
前記第１メッキ層の形成段階が、１７０〜１９０Ａの電流で１０〜５０分間行われることを特徴とする請求項３に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項５】
前記第２メッキ層の長さが、前記フィルタの長さより短いことを特徴とする請求項１に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項６】
前記重合段階が、０．０２５〜０．２００Ｍのピロール及び０．１〜０．５ＭのＬｉＣｌＯ４がアセトニトリルに溶解された溶液を製造する段階と、
前記溶液を前記第２メッキ層の間に充填する段階と、
前記溶液に所定の電圧を加えて前記導電性高分子層を形成する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項７】
前記導電性高分子層の形成段階後に、前記フィルタ、前記第１メッキ層、前記第２メッキ層、及び前記導電性高分子層を１〜３Ｍ濃度の硫酸水溶液に０．５〜１時間含浸させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項８】
前記導電性高分子層が、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）、及びポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）からなる群より選ばれる少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項９】
前記重合段階後に、前記第１メッキ層の下部に支持層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項１０】
支持層の形成段階が、
塩素化ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ）１００重量部に対してキシレン（ｘｙｌｅｎｅ）１５０〜３００重量部を含む混合物を形成する段階と、
前記混合物を７０〜１３５℃の温度で溶融させる段階と、
前記溶融させた混合物を第１メッキ層の下部に付着する段階と、
を含むことを特徴とする請求項９に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項１１】
前記フィルタの除去段階が、前記フィルタ、前記第１メッキ層、前記第２メッキ層、及び前記導電性高分子層を５〜１０ｗｔ％水酸化ナトリウム水溶液に０．５〜１２時間含浸させて行われることを特徴とする請求項１に記載のスーパーキャパシタの製造方法。
【請求項１２】
第１金属層と、
前記第１金属層の一面に突出形成される複数の第２金属層と、
前記複数の第２金属層の間に、互いに離隔されるように充填される導電性高分子層と、
を含むことを特徴とするスーパーキャパシタ。
【請求項１３】
前記第１金属層または前記第２金属層の少なくとも一つは、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＰｔからなる群より選ばれる何れか一つを含むことを特徴とする請求項１２に記載のスーパーキャパシタ。
【請求項１４】
前記導電性高分子層は、ポリアニリン、ポリピロール、及びポリチオフェンからなる群より選ばれる少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１２に記載のスーパーキャパシタ。
【請求項１５】
前記導電性高分子層が、Ｔ字状であることを特徴とする請求項１２に記載のスーパーキャパシタ。
【請求項１６】
前記第１金属層の他面に形成される支持層をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のスーパーキャパシタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図１４】
【図１５】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図６】
【図１４】
【図１５】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−２７１４７（Ｐ２００９−２７１４７Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３９１５８（Ｐ２００８−１３９１５８）
【出願日】平成２０年５月２８日（２００８．５．２８）
【出願人】（５９１００３７７０）三星電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２８日（２００８．５．２８）
【出願人】（５９１００３７７０）三星電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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