(57)【要約】【課題】容量が高く、電気伝導度が高くて内部抵抗を減少させることができるスーパーキャパシタを提供する。【解決手段】本発明のスーパーキャパシタは、電極集電体上に２層以上の活物質層を含み、前記２層以上の活物質層が積層された多層構造の電極を有する。その実施例によれば、電極の活物質層として比表面積が大きい活性炭層と電気伝導度が優れて内部抵抗を減らすことができるグラフェン層とを含む２層以上を含み、また、前記２層以上の活物質層が多層構造に積層された電極を製造し、これをスーパーキャパシタに含ませる。その結果、スーパーキャパシタは、活性炭の高い比表面積によって容量が増加し、グラフェンの優れた電気伝導度によって内部抵抗が減少して、容量及び電気伝導度が向上する。【選択図】図３
2012114396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極集電体上に２層以上の活物質層を含む多層構造の電極。
【請求項２】
電極集電体上に２層以上の活物質層を含み、前記２層以上の活物質層が積層された多層構造の電極。
【請求項３】
前記２層以上の活物質層は活性炭層及びグラフェン層である請求項１または２に記載の多層構造の電極。
【請求項４】
前記活物質層は、電極集全体上にグラフェン層と活性炭層が順に積層されたものである請求項３に記載の多層構造の電極。
【請求項５】
前記活性炭層の総厚さは８０〜１５０μｍである請求項３に記載の多層構造の電極。
【請求項６】
前記グラフェン層の総厚さは１〜１５μｍである請求項３に記載の多層構造の電極。
【請求項７】
請求項１による多層構造の電極を含むスーパーキャパシタ。
【請求項８】
請求項２による多層構造の電極を含むスーパーキャパシタ。
【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に用いられる多層構造の電極及び前記電極を含むスーパーキャパシタに関し、より詳細には、高い電気的特性を有する活物質を利用した多層構造の電極と、これを利用して出力特性が向上されたスーパーキャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
スーパーキャパシタ（ｓｕｐｅｒ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ）は、キャパシタの性能のうち特に電気容量の性能を重点的に強化した製品であり、充電池と同様の機能を有する。従って、スーパーキャパシタは蓄電容量が非常に大きいキャパシタであり、「ウルトラキャパシタ」または「超高容量キャパシタ」ともいう。学術的な用語では既存の静電気式または電解式と区別して、「電気化学式キャパシタ」という。
【０００３】
スーパーキャパシタは、イオンの静電気的吸着と脱着によって電気を蓄積する電気二重層キャパシタ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｌａｙｅｒ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）、酸化−還元反応を用いて電気を蓄積する擬似キャパシタ（Ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒ）、そして非対称の（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）電極形態を有するハイブリッド（Ｈｙｂｒｉｄ）キャパシタに分けることができる。
【０００４】
もっとも一般的なエネルギー貯蔵装置であるバッテリーは、比較的小さい体積及び重量を有しながら非常に多いエネルギーを貯蔵することができ、様々な用途に適する出力を出すことが可能であるため、多様な用途で用いられている。
【０００５】
しかし、バッテリーは種類を問わず貯蔵特性及びサイクル寿命が低い共通的な問題点を有している。これは、バッテリーに含まれている化学物質の自然的な劣化または使用による劣化現象が原因であり、これに対する適切な代案がないため、このようなバッテリーの欠点を甘受して用いるしかない。
【０００６】
これに反し、スーパーキャパシタは、化学反応を利用するバッテリーと異なって、電極と電解質の界面への単純なイオンの移動や表面化学反応による充電現象を利用する。これにより、急速充放電が可能であり、高い充放電効率及び半永久的なサイクル寿命特性によって、補助バッテリーやバッテリーに代替可能な次世代エネルギー貯蔵装置として脚光を浴びている。
【０００７】
図１は一般的なスーパーキャパシタの構造を示しており、これを参照して説明すると、各電極集電体１１、２１上に各電極活物質層１２、２２を塗布して製造された陽極１０と陰極２０が分離膜３０を挟んで結合されており、前記陽極／分離膜／陰極で構成されたキャパシタを多様なガスケット４０に収納した後、ここに電解液５０を注入することにより、最終キャパシタを製造するようになる。
【０００８】
従来のこのような構成を有するスーパーキャパシタに、前記電極の両端が連結された集電体１１、２１に数ボルトの電圧を加えると、電場が形成され、これにより電解質内のイオンが移動して電極表面に吸着されて、電気が貯蔵される電気化学的メカニズムの原理によって電気が充電される。
【０００９】
実際に、スーパーキャパシタの電極製作には多様な活物質が用いられている。もっとも一般的な物質としては、活性炭（Ａｃｔｉｖａｔｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ）が主に用いられ、その他にカーボンエアロゲル（Ｃａｒｂｏｎ  Ａｅｒｏｇｅｌ）及び炭素に基づいた多様な物質が用いられている。
【００１０】
活性炭の場合、比表面積は大きいが、それに比べて相対的に電気伝導度が低い欠点を有している。このような欠点により、高出力が求められる重装備分野、電気自動車分野において用いるには多くの制約がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】韓国公開特許第１０−２００７−００９４７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明は前記従来技術の問題を解決するためのものであり、本発明は、容量が高く、電気伝導度が高くて内部抵抗を減少させることができるようにしたスーパーキャパシタの多層構造の電極を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は前記多層構造の電極を含むことにより、容量及び電気伝導度が向上されたスーパーキャパシタを提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述のような課題を解決するための本発明の一実施例による多層構造の電極は、電極集電体上に２層以上の活物質層を含むことができる。
【００１５】
また、本発明の一実施例による多層構造の電極は、電極集電体上に２層以上の活物質層を含み、前記２層以上の活物質層が積層された構造であることができる。
【００１６】
前記２層以上の活物質層はそれぞれ活性炭層及びグラフェン層であることができる。
【００１７】
前記活物質層は、電極集全体上にグラフェン層と活性炭層が順に積層されたものであることができる。
【００１８】
前記活性炭層の厚さは８０〜１５０μｍであることができる。
【００１９】
前記グラフェン層の厚さは１〜１５μｍであることができる。
【００２０】
前記他の課題を解決するための本発明の一実施例によるスーパーキャパシタは、電極集電体上に２層以上の活物質層を含む多層構造の電極を含むことができる。
【００２１】
また、前記追加の他の課題を解決するための本発明の一実施例によるスーパーキャパシタは、電極集電体上に２層以上の活物質層を含み、前記２層以上の活物質層が積層された多層構造の電極を含むことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の実施例によると、電極の活物質層として比表面積が大きい活性炭層と電気伝導度が優れて内部抵抗を減らすことができるグラフェン層とを含む２層以上を含み、また、前記２層以上の活物質層が多層構造に積層された電極を製造し、これをスーパーキャパシタに含ませることにより、活性炭の高い比表面積によって容量を増加させることができ、グラフェンの優れた電気伝導度によって内部抵抗を減少させて、容量及び電気伝導度を全て向上させる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】一般的なスーパーキャパシタの構造を示す図面である。
【図２】本発明の一実施例による電極の構造を示す図面である。
【図３】本発明の一実施例による電極の構造を示す図面である。
【図４】実施例１と比較例１の抵抗（ＥＳＲ）の測定結果を示すグラフである。
【図５】実施例１と比較例１の剥離強度（Ｐｅｅｌ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）の測定結果を示すグラフである。
【図６】実施例１と比較例１のキャパシタンス（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
【００２５】
本明細書で用いられる用語は、特定の実施例を説明するために用いられ、本発明を限定しようとするものではない。本明細書に用いられたように、単数形は文脈上異なる場合を明白に指摘するものでない限り、複数形を含むことができる。また、本明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／または「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は言及された形状、数字、段階、動作、部材、要素、及び／またはこれらの組み合わせが存在することを特定するものであり、一つ以上の他の形状、数字、段階、動作、部材、要素、及び／またはこれらの組み合わせの存在または付加を排除するものではない。
【００２６】
また、以下の図面において、各層の厚さや大きさは説明の便宜及び明確性のために誇張されることができ、図面上の同一の符合は同一の構成要素を示す。本明細書で用いられたように、「及び／または」という用語は該当記載された項目のうち何れか一つおよび一つ以上の全ての組み合わせを含む。
【００２７】
本明細書で「第１、第２」などの用語が多様な部材、部品、領域、層及び／または部分を説明するために用いられるが、これら部材、部品、領域、層及び／または部分は、前記用語によって限定されてはならないということは明らかであろう。前記用語は一つの部材、部品、領域、層または部分を他の領域、層または部分から区別する目的にのみ用いられる。従って、以下に説明する第１部材、部品、領域、層または部分は、本発明の思想を外れなくても第２部材、部品、領域、層または部分を指称することができる。
【００２８】
本発明は２層以上の活物質層を含む多層構造の電極とこれを含むスーパーキャパシタに関する。
【００２９】
スーパーキャパシタの電極活物質としてもっとも多く用いられる活性炭の場合、１５００〜２０００ｍ2／ｇあるいはそれ以上の比表面積を表すこともできるが、活性炭の気孔が不均一であるためイオンの浸透が円滑になされず、これにより電気伝導度が低くなる問題点がある。
【００３０】
従って、本発明は、従来用いられた活性炭からなる第１活物質層と、これの欠点を補完するために、ＣＮＴより優れた電気的特性を有するグラフェンからなる第２活物質層を含む多層構造の活物質層を含むように、電極構造を変更させたものである。
【００３１】
理論的には、活性炭とグラフェンを混合して一つの活物質層に形成することがもっとも理想的であるが、実際に前記活性炭とグラフェンを混合してスラリーを作る場合、活性炭とグラフェンが円滑に混合されない問題が生じ、相分離現象が表れる。従って、本発明は、活性炭層とグラフェン層を独立的に構成することにより前記問題を解決したものである。
【００３２】
本発明の一実施例による電極は、図２に示すように、電極集電体１１１上に２層以上の活物質層１１２ａ、１１２ｂを含む多層構造を有する。
【００３３】
本発明の実施例によると、前記２層以上の活物質層はそれぞれ活性炭層及びグラフェン層であることができる。
【００３４】
前記活物質層に含まれる活性炭は、炭素質材料を活性化（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）することにより製造されることができる。前記活性化方法は任意の公知の方法を利用することができる。例えば、炭素質材料は、酸化能を有する化学物質、例えば塩化亜鉛、リン酸、硫酸、塩化カルシウム、水酸化ナトリウム、重クロム酸カリウム、過マンガン酸カリウムなどを利用した化学的活性化；または水蒸気、プロパンガス、ＣＯ２及びＨ２Ｏの混合物である燃焼気体から発生された排出ガス、二酸化炭素ガスなどを利用した気体活性化方法を用いて活性化させることができる。
【００３５】
また、本発明の活物質層に含まれるグラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）は、鋼鉄より２００倍以上の優れた物理的強度を有し、室温で約５００Ｗ／ｍＫの熱伝導性を有する物質である。このような熱伝導特性は、炭素ナノチューブより５０％以上高く、銅やアルミニウムのような金属より１０倍大きい値である。
【００３６】
また、常温で早い電子移動度と電子の長い平均自由行程を有する。これは、グラフェン電子が動く時、妨害を与える散乱の程度が非常に小さいためであると知られている。従って、抵抗が非常に低い銅よりも３５％以上抵抗が低い値を表す。
【００３７】
また、厚さが非常に薄く、これにより非常に柔軟な特性を有する。グラフェンの場合、１０％以上面積を伸ばしたり、折ったりしても電気伝導性を失わない特性を有する。従って、このような柔軟性により、グラフェンを曲げてフラーレンのような球形の物質や、炭素ナノチューブなどを作ることもでき、フレキシブルディスプレーの透明電極としても活用可能である。
【００３８】
従って、本発明では、このような多様な特性を有し、そのうちでも電気的特性が優れたグラフェンを活物質層に含むことにより、活性炭が有する欠点を補完しようとした。
【００３９】
本発明の一実施例による電極は、図２に示すように、電極集電体１１１上に第１活物質層であるグラフェン層１１２ａを先に形成し、前記グラフェン層１１２ａ上に第２活物質層である活性炭層１１２ｂを形成することにより製造することができる。
【００４０】
また、本発明の他の実施例によると、電極集電体上に２層以上の活物質層を含み、前記２層以上の活物質層が積層された多層構造であることができる。
【００４１】
図３を参照して具体的に説明すると、電極集電体２１１上に第１活物質層であるグラフェン層２１２ａを先に形成し、前記グラフェン層２１２ａ上に第２活物質層である活性炭層２１２ｂを形成する。次に、前記グラフェン層２１２ａと活性炭層２１２ｂとを一つの単位活物質層Ａ１として、前記単位活物質層Ａ１上にさらにグラフェン層２１２ａ’と活性炭層２１２ｂ’を積層して他の活物質層Ａ２とすることにより、電極を形成することができる。
【００４２】
前記グラフェン層と活性炭層からなる単位活物質層が積層される層の数は特に限定されず、所望の厚さに適切に積層して用いることができる。
【００４３】
本発明では、前記グラフェン層と活性炭層が２層以上の多層構造に電極を形成する場合、電極集電体上にグラフェン層が形成され、前記グラフェン層上に活性炭層が順に積層された構造を有することが好ましい。即ち、電極集電体と相接する面にグラフェン層を形成することが、活性炭層から電極集電体への電気伝導度を高めることができるため好ましい。
【００４４】
このような構造は、グラフェン層と活性炭層からなる単位活物質層が積層される場合にも同一に適用される。
【００４５】
前記電極に形成される前記活性炭層の総厚さは、８０〜１５０μｍであることが好ましい。前記活性炭層の厚さが８０μｍ未満である場合は容量低下の問題が発生するため好ましくなく、また、その厚さが１５０μｍを超過する場合はクラックなどが発生して電極不良の問題があるため好ましくない。
【００４６】
また、電極に形成される前記グラフェン層の総厚さは、１〜１５μｍであることが好ましい。前記グラフェン層の厚さが１μｍ未満である場合は集電体と電極間の接着力が低下するため好ましくなく、また、その厚さが１５μｍを超過する場合は活性炭層の厚さが低くなって容量低下の問題があるため好ましくない。
【００４７】
前記活性炭層とグラフェン層の厚さは、それぞれ電極に形成されることができる各活性炭層とグラフェン層の総厚さを意味し、前記厚さ範囲内で多様な層に形成されることができる。
【００４８】
上述のように、比表面積が大きい活性炭活物質層と電気伝導度が優れて内部抵抗を減らすことができるグラフェン活物質層とを多層（ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒ）構造に形成した電極は、活性炭の高い比表面積によって容量を増加させ、グラフェンの優れた電気伝導度によって内部抵抗を減少させることにより、容量及び電気伝導度を向上させることができる。従って、ある程度の比表面積を有しながら内部抵抗を減少することにより、スーパーキャパシタの出力特性を向上させることができる構造であるといえる。
【００４９】
また、本発明は、電極集電体に電気伝導度が優れたグラフェン層を先に形成し、その上に活性炭層をそれぞれ形成する方法で多層（ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒ）構造を形成することにより、グラフェンと活性炭を混合が円滑になされない問題を解決することができる効果も有する。
【００５０】
本発明による電極を形成するにために前記活物質層を塗布する場合、前記活物質層には前記活性炭とグラフェンのような活物質だけでなく、バインダ、導電材、溶媒などを添加してスラリー状態に作り、これを電極集電体に塗布することにより電極が製造される。
【００５１】
前記活性炭層の形成のための混合スラリーに含まれる活物質である活性炭の含量は、全体スラリーの組成中、最大８０重量％で混合されることが電極の容量発現と電極品質の安定性の側面から好ましい。
【００５２】
また、グラフェン層の形成のための混合スラリーに含まれる活物質であるグラフェンの含量は、全体スラリーの組成中、最大１０重量％で混合されることが電極の内部抵抗の減少と電極品質の安定性の側面から好ましい。
【００５３】
前記導電材として具体的に例えば、顆粒状のアセチレンブラック、スーパーピーブラック（Ｓｕｐｅｒ  Ｐ  Ｂｌａｃｋ）、カーボンブラック、ハードカーボン（Ｈａｒｄ  ｃａｒｂｏｎ）、ソフトカーボン（Ｓｏｆｔ  ｃａｒｂｏｎ）、黒鉛（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）、金属粉末（Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、ステンレス鋼またはこれらの合金）と、上述した金属を無電解メッキによってカーボンブラック、活性カーボン、ハードカーボン、ソフトカーボン、黒鉛にコーティングした粉末のうち一種または二種以上が混合されたものを用いることができる。
【００５４】
前記溶媒としては特に制限されないが、水、アルコールなどを用いて、前記アルコールとしてはイソプロピルアルコール、エタノール、ブタノール、ペンタノール、ヘプタノール、プロパノール、ヘキサノールなどを用いる。前記溶媒の含量は、電極スラリー混合物の全体含量中、５０〜６０重量％であることが好ましい。
【００５５】
本発明の実施例によると、前記電極はスーパーキャパシタに用いられるものであり、前記スーパーキャパシタが電気二重層キャパシタである場合は、陽極と陰極全てが上述のような電極構造を有することができる。また、前記スーパーキャパシタがリチウムイオンキャパシタである場合は、前記電極は陽極に用いることが好ましい。
【００５６】
一方、本発明は前記電極を含むスーパーキャパシタを提供することにも特徴がある。
【００５７】
前記スーパーキャパシタは、陽極集電体上にグラフェン層と活性炭層とが順に積層された構造の陽極と、陰極集電体上に陰極活物質層が形成された陰極、及び前記陽極と陰極が分離膜を挟んで結合されており、前記陽極／分離膜／陰極で構成されたキャパシタを多様なガスケットに収納した後、これに電解液を注入させた構造である。
【００５８】
前記活物質層が形成される各電極集電体としては、使用電圧範囲で溶解／析出を起こさず、導電性が高い金属、例えば、アルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼などの金属、導電性高分子フィルム、導電性充電材が含まれたプラスチックフィルムなどの非金属を始めとする様々な材料を用いることができる。本発明では、使用中に抵抗の増加を抑制することができ、安価であるアルミニウムを板型または箔型に作って電極集電体として利用することができるが、これに限定されない。
【００５９】
本発明によるスーパーキャパシタが電気二重層キャパシタである場合、電極として用いられる陽極と陰極は上述のような活性炭層とグラフェン層とからなった多層構造を用いることができる。
【００６０】
また、本発明によるスーパーキャパシタがリチウムイオンキャパシタである場合、電極として用いられる陽極は上述のような活性炭層とグラフェン層とからなった多層構造を用いることができ、陰極は多孔性炭素質材料を用いて、その活物質層を形成することができる。
【００６１】
前記陰極の活物質層として用いられる炭素質材料は特に限定されず、活性炭に活性化されることができる任意の全てのものであることができる。例えば、炭素質ヤシ殻、石油系及び／または石炭系ピッチ（ｃｏａｌ  ｐｉｔｃｈ）、コークス、フェノール系樹脂、ポリビニルクロライドなどが含まれる。炭素質材料の形態は特に制限されず、例えば、顆粒状、微粉状、繊維状、シート状などが含まれる。
【００６２】
繊維状またはシート状の炭素質材料の例としては、天然セルロース繊維、例えば綿など；再生セルロース繊維、例えばビスコースレーヨン、ポリノジックレーヨンなど；パルプ繊維；合成繊維、例えばポリビニルアルコール繊維、ポリエチレン−ビニルアルコール繊維など、また、前記繊維の織布、不織布、フィルム、フェルト及びシートが挙げられる。
【００６３】
また、本発明の分離膜は、陰極と陽極の内部短絡を遮断し、電解液を含浸する役割をする。本発明によるスーパーキャパシタに用いられることができる分離膜の材料としては、ポリエチレン不織布、ポリプロピレン不織布、ポリエステル不織布、ポリアクリロニトリル多孔性分離膜、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体多孔性分離膜、セルロース多孔性分離膜、クラフト紙またはレーヨン繊維などが挙げられ、電池及びキャパシタ分野で一般的に用いられるものであれば特に制限されない。
【００６４】
また、ガスケットの材質としては、例えば、ＡＢＳ、ブチルゴム、ポリオレフィン系樹脂などの樹脂が用いられることができ、もっとも好ましくは、無色透明なポリオレフィン系樹脂である。ポリオレフィン系樹脂は、化学特性、熱特性、機械的強度の側面において、ガスケットが必要とする全ての要件を満足することができ、無色透明であるため、製造工程で電解液が漏洩されることを目視で確認することができる長所がある。
【００６５】
本発明によるスーパーキャパシタに充電される電解質としては、水性電解質、非水性電解質または固体電解質などが用いられることができる。
【００６６】
前記水性電解質としては、特に限定されないが、５〜１００重量％の硫酸水溶液や、０．５〜２０モル濃度の水酸化カリウム水溶液、または中性電解質である塩化カリウム水溶液、塩化ナトリウム水溶液、窒酸カリウム水溶液、窒酸ナトリウム水溶液、硫酸カリウム水溶液、硫酸ナトリウム水溶液などを０．２〜１０モル濃度にして用いることができる。
【００６７】
前記非水性電解質として、特に限定されないが、テトラアルキルアンモニウム（例えば、テトラエチルアンモニウムまたはテトラメチルアンモニウム）、リチウムイオンまたはカリウムイオンなどの陽イオンと、テトラフルオロボレート、パークロロレート、ヘキサフルオロホスフェート、ビストリフルオロメタンスルホニルイミドまたはトリスフルオロメタンスルホニルメチドなどの陰イオンで構成された塩を非プロトン性（ｎｏｎｐｒｏｔｏｎｉｃ）溶媒、特に誘電関数が高い溶媒（例えば、プロピレンカーボネートまたはエチレンカーボネート）または粘度が低い溶媒（ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルエーテルまたはジエチルエーテル）に０．５〜３モル濃度で溶かした有機電解質などを用いることができる。
【００６８】
また、電解質としては、ポリエチレンオキサイド、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリルなどの重合体電解質に電解液を含浸したゲル状重合体電解質や、ＬｉＩ及びＬｉ３Ｎなどの無機固体電解質も可能である。
【００６９】
以下、本発明を実施例を参照してより詳細に説明すると次の通りである。本発明の実施例は該当技術分野にて通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであり、下記実施例は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が下記実施例に限定されるものではない。むしろ、これら実施例は本開示をより充実かつ完全になるようにし、そして当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。
【００７０】
実施例１
【００７１】
グラフェン層を集電体であるアルミニウム箔（Ａｌ  ｆｏｉｌ）上に３μｍ厚さに形成した。
【００７２】
次に、活物質として活性炭（Ａｃｔｉｖａｔｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ）８０ｇ、導電材としてカーボンブラック（Ｃａｒｂｏｎ  ｂlａｃｋ）１０ｇ、バインダとしてＣＭＣ（carboxy methyl cellulose）とＳＢＲ（styrene butadiene rubber）をそれぞれ７ｇ／３ｇを溶媒である水１５０ｇに混合及び撹拌して混合スラリーを製造し、前記形成されたグラフェン層上にスラリーを用いて２０μｍ厚さに活性炭層を形成した。
【００７３】
上述の方法でグラフェン５層と活性炭層５層を用いて、スーパーキャパシタ電極を得た。前記電極を乾燥及びロールプレッシングして、所望の電極形態に切断した後、真空乾燥してスーパーキャパシタ用電極を製造した。
【００７４】
前記製造された電極をセルロース（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）分離膜で隔離させて、ポリカーボネート（ＰｏｌｙＣａｒｂｏｎａｔｅ）電解質を添加してパウチタイプ（ｐｏｕｃｈ  ｔｙｐｅ）の電気二重層スーパーキャパシタを製作した。
【００７５】
比較例１
【００７６】
活物質として活性炭（Ａｃｔｉｖａｔｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ）８０ｇ、導電材としてカーボンブラック（Ｃａｒｂｏｎ  ｂlａｃk）１０ｇ、バインダとしてＣＭＣとＳＢＲをそれぞれ７ｇ／３ｇ、溶媒である水１５０ｇに混合及び撹拌して混合スラリーを製造し、集電体であるアルミニウム箔（Ａｌ  ｆｏｉｌ）上に１１５μｍ厚さに活性炭層のみを活物質層として含む電極を製造することを除いては、前記実施例１と同一の方法で電気二重層スーパーキャパシタを製造した。
【００７７】
実験例
【００７８】
前記実施例及び比較例によって製造されたスーパーキャパシタを利用して、物性を次のように測定し、その結果を図４〜６に示した。各物性の測定は３種類のサンプルを利用した。
【００７９】
・ＥＳＲ（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｓｅｒｉｅｓ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）：３ｘ４ｃｍのｓｉｎｇｌｅｃｅｌｌ  ＥＤＬＣを利用してＤＣ  ＥＳＲを測定した。
【００８０】
・容量（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）：３ｘ４ｃｍのｓｉｎｇｌｅ  ｃｅｌｌ  ＥＤＬＣを利用して測定した。
【００８１】
・剥離強度（Ｐｅｅｌ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）：ＩＭＡＤＡ  ｐｅｅｌｉｎｇ  ｔｅｓｔ（１８０゜ｐｅｅｌ  ｔｅｓｔ）を利用して３００ｍｍ／ｍｉｎの速度で測定した。（モデル名：ＩＰＴ２００−５Ｎ）
【００８２】
図４は前記実施例１と比較例１のＥＳＲ測定結果であり、これを参照すると、活性炭層からなった単一層構造の陽極の活物質層を含む比較例１のスーパーキャパシタに比べて、本発明のようにグラフェン層と活性炭層の多層構造の活物質層を含む電極を含むスーパーキャパシタの抵抗値がずっと低いことを確認することができる。このような特性は、従来活性炭層の単一層構造の電極に電気伝導性が高いグラフェン層を追加して多層構造に形成することによって得られた結果であることを確認することができる。
【００８３】
また、図５は前記実施例１と比較例１の剥離強度（Ｐｅｅｌ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）測定結果であり、これを参照すると、本発明による電極構造を有する実施例１のキャパシタの剥離強度が比較例１より優れていることが確認された。即ち、本発明で活性炭層とグラフェン層の多層構造に電極集電体に塗布しても、前記活物質層が電極集電体上に使用期間の間安定的に接着されていることを意味する。従って、このような剥離強度により、本発明によるスーパーキャパシタは長期間に亘って用いてもその信頼性を確保することができると予想することができる。
【００８４】
また、図６は前記実施例１と比較例１のキャパシタンスの測定結果であり、これを参照すると、本発明で活性炭層とともにグラフェン層を追加して電極を形成することにより、キャパシタンスは従来活性炭層のみを含む比較例１よりむしろ増加することが観察された。即ち、本発明で電気伝導度が優れたグラフェン層を追加して内部抵抗を低め、活性炭が有する低い電気伝導度の問題まで補強して、キャパシタの容量が増加されたことが確認された。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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