Novel polypyrrole/graphite composite electrode for pseudocapacitor is fabricated by chemical oxidation method. We investigated the morphology, cyclic voltammetry characters, ac impedance response and chage/dischage characters. The composite electrode has very good electrochemical properties including the charge capacity, reversible oxidation and reduction reaction etc. The polymer morphology affected by the chemical oxidative agent was an important fact to the electrochemical properties of composite electrodes. From CV voltagrams, we can get various capacitance of composite electrode between 250F/g and 400F/g as a experimental variables. We have fabricated supercapacitors using polypyrrole/graphite composite electrode. The charge-discharge curves obtained at various kinds of current density show very stable charge-discharge behavior over multiple cycle. The discharge capacitance of the composite electrode was about 260-300F/g between 1cycle and 100cycles, respectively, at current density of 1mA/$cm^2$. From impedance test, we can see vary low bulk and ionic transport resistance.
초고용량 캐패시터(Super capacitor)는 다공성의 전도체인 카본전극, 빠른 레독스(redox)반응을 가지는 전도성 고분자나 산화 금속물을 전극 물질로 사용하여 전해질과의 상호작용으로 에너지를 저장 할 수 있는 기기이다. 일반 재래식 축전기에 비해서 비축전 용량(specific capacitance)이 1,000-10,000배 이상 향상되고 수초내지 수십초 이내의 신속한 충방전 속도 등의 특징은 재래식 축전기나 일반 베터리가 가지지 않는 영역의 특징을 가지고 있다.
이러한 수퍼캐패시터에 대한 관심은 전기자동차(electric vehicles)에 부하조절용으로써의 적용이 가능성이 부각되면서 크게 증가 되었으며, 이외에도 휴대용 컴퓨터나 VCR 과 같은 전자/전기 제품의 메모리 백업(memory backup)용 및 각종 산업용 모터의 구동용으로 활용될 수 있으며 군사용, 인공위성용, 의료기용, 고출력 펄스 레이저, 플라즈마(plasma) 장치의 동력 공급원용에 이르기까지 그 활용 분야가 매우 다양하다.
이러한 수퍼캐패시터의 전극 활물질로는 EDLC 계열의 카본과 슈도캐패시터의 전도성고분자, 금속산화물 등이 사용되는데 이중에서 전도성 고분자는 기존의 전극 재료로 주로 사용되어온 카본의 낮은 캐패시턴스의 단점을 보완하고 비교적 높은 캐패시턴스값을 가지나 가격이 매우 비싼 단점을 가진 산화 금속류를 대채할 수 있는 새로운 전극재료로서의 관심이 집중되고 있다.
가격대비 높은 캐패시턴스 값을 가지는 전도성 고분자인 폴리 피롤(polypyrrole)을 전극으로 사용하기 위해서 폴리 피롤/그라파이트 복합재료를 대량생산에 적합한 방법인 화학적인 중합에 의해서 제조하였다. 기존의 전극 제조 방법에 사용된 도전재와 바인더를 사용하지 않기 때문에 전극의 제조 공정이 간단해 졌으며, 전도성이 좋은 그라파이트를 전극의 매트릭스로 사용함으로써 전극과 전해액과의 접촉면적의 증가로 인해 높은 캐패시턴스 값을 가지는 전극을 제조하였다. 제조된 전극의 캐패시턴스의 값과 충방전 거동, 임피던스 저항 등의 측정으로 새로운 전극의 캐패시터에의 적용 가능성을 고찰하였다.
새롭게 제조된 폴리피롤/그라파이트 복합체는 약 250℃까지의 온도까지 안정함을 알 수 있었으며, 다양한 산화제를 사용함으로써 고분자의 미세구조가 다양하게 변화함을 알 수 있었다. $Fe(NO_3)_39H_2O$의 산화제를 사용하였을 때 $FeCl_3$의 산화제를 사용하여 제조된 전극의 비해서 상당히 다공성의 구조를 가짐을 보였고 이러한 구조의 차이를 BET 표면분석과 SEM의 관찰을 통해서 관찰하였다. 이러한 구조의 차이가 고분자의 산화 환원 반응에 미치는 영향을 CV voltammery test를 통해서 확인하였다. 저속 sweep-rate의 비해서 고속 sweep-rate일 경우 고분자의 두께와 모폴로지(morphology)에 영향을 많이 받음을 알 수 있었으며 실제 충방전 실험을 통해서 새로운 방법으로 제조된 폴리피롤/그라파이트 복합전극의 캐패시터 전극에의 적용 가능성을 타진하였다. 실제 충방전 실험을 통해서 기존의 카본 전극에 비해서 상당히 높은 약 300F/g의 비축전용량을 가진 캐패시터를 제조하였고 임피던스 실험을 통해서 상당히 낮은 bulk 저항과 계면저항을 가짐을 알 수 있었다.
