1.서 론
최근 화석연료의 고갈 및 환경오염의 문제가 심각해지 고 있으며, ‘4차 산업혁명’에 의해 인공지능(AI), 사물인 터넷(IoT) 및 정보통신기술(ICT) 등이 발전함에 따라 그 에 맞는 에너지 저장 소자에 관한 관심이 점점 높아지 고 있다.1,2) 다양한 에너지 저장 소자 중 전기화학 커패 시터는 높은 출력밀도, 빠른 충전 속도, 긴 수명 및 낮 은 작동 온도 등의 장점을 갖고 있는 에너지 저장 소 자이며, 백업 시스템, 회생제동, 디지털 카메라 및 전기 자동차 등의 전력 공급원으로 다양한 분야에 사용되고 있다. 이러한 전기화학 커패시터는 에너지 저장 원리 및 작동 원리에 따라 전기 이중층 커패시터(electrical double layer capacitors), 의사 커패시터(pseudo capacitors) 및 하이브리드 커패시터(hybrid cpapcitors) 등으로 나뉜다. 이 중 전기 이중층 커패시터는 전극 표면에 이온들의 물 리적인 흡착 및 탈착에 의해 에너지를 저장하는 소자이 며, 높은 출력밀도, 빠른 충전 및 방전속도, 높은 사이 클 안정성 및 수명 유지 특성 등의 장점을 갖고 있어 많은 관심을 받고 있다.3) 또한 전기 이중층 커패시터는 전극, 전해질 및 분리막으로 구성되어 있으며, 전극과 전 해질의 계면사이에 전하가 축적되어 전기 이중층을 형 성하고 에너지를 저장한다.4) 전기 이중층 커패시터의 전 극 소재로는 높은 비표면적 및 화학적 안정성을 갖는 탄 소 기반의 소재가 주로 사용되며, 활성탄(activated carbon), 그래핀(graphene) 및 탄소나노튜브(carbon nanotube)등에 관한 연구가 현재 활발히 진행되고 있다.5,6) 이 중 활성 탄은 높은 비표면적, 전기전도도 및 화학적 안정성 등 의 장점을 가지고 있으며, 주로 코크스, 피치, 석탄 및 바이오 소재 기반으로 제조된다.7) 특히 바이오 소재(해 초, 마, 나뭇잎, 효모, 곰팡이 및 두부 등) 기반의 활성 탄은 피치 및 코크스 원자재보다 비교적 원자재 확보가 용이하고, 주로 매립되어 버려지는 바이오 소재를 자원 화하여 환경오염 문제를 해결할 수 있다는 장점이 있어 다양한 연구가 진행되고 있다.8-12) 예를 들어, Wang 등 은 해초를 이용하여2차원 구조의 탄소 소재를 만들었으 며,9) Sun 등은 효모를 이용하여 3차원 구조의 다공성의 활성탄을 제작하였으며,10) Biswal 등은 죽은 나뭇잎을 이 용하여 전도성의 활성탄을 제조하여 전기 이중층 커패 시터에 적용하였다.11) 이러한 바이오 소재 중 두부와 같 이 단백질로 구성된 바이오 소재는 탄소 원자를 기본 골 격으로 질소를 포함한 곁사슬을 보유하고 있어 탄화 공 정을 통해 질소 원자가 도핑된 고성능 탄소 소재 제조 가 가능하다는 장점을 가지고 있다.13,14) 하지만 이러한 장점에도 불구하고, 아직까지 단백질계 바이오 소재를 기 반으로 한 활성탄 제조 기술, 용량 향상 기술, 급속 충 전 특성 개선 연구는 미흡한 실정이다.
따라서 본 연구에서는 단백질 기반 두부 활성탄 제조 기 술을 개발하고, 이들의 용량 및 급속 충전 특성 개선을 위하여 친수성의 기공형성 고분자[Poly(vinylpyrrolidone), (C6H9NO)n,]를 이용하여 두부 활성탄의 비표면적, 중기 공 비율, 표면 작용기 제어를 수행하였으며 그들의 전 기화학적 특성을 규명하였다.
2. 실험방법
단백질 기반 다공성 활성탄은 PVP 용해, 수산화 칼륨 활성화법을 이용하여 제조하였다. 먼저 증류수에 polyvinylpyrrolidone( PVP, Mw = 130,000 g mol−1, Aldrich)를 용해시킨 후 두부(pulmuone Co., Ltd)를 첨가하여 12시 간 교반 및 초음파 처리를 하여 고르게 분산시킨 후 100 °C의 건조기에서 24시간 동안 건조하였다. 그 후 샘플 을 400 °C에서 3시간동안 안정화 열처리한 후 수산화 칼 륨(potassium hydroxide, KOH, Aldrich) 및 안정화 샘 플을 4:1의 질량비로 혼합한 후 800 °C에서 2시간동안 고순도의 질소(99.999 %) 분위기에서 수산화 칼륨 활성 화를 진행하였다. 그 다음, 잔류 수산화 칼륨을 제거하 기 위해 염산(hydrochloric acid, HCl, Aldrich) 및 증류 수로 세척을 진행한 후 80 °C의 건조기에서 12시간 동 안 건조하여 단백질 기반 다공성 활성탄을 제조하였다. 또한 PVP의 첨가량에 따른 다공성 및 전기 이중층 커 패시터 성능을 비교하기 위해 본 논문에서는 PVP를 5, 15 및 25 wt%로 조절한 단백질 기반 다공성 활성탄 제 작하였고 이것을 각각 APC-5, APC-15 및 APC-25로 언급할 것이며, 비교를 위해 PVP를 첨가하지 않은 단 백질 기반 활성탄(activated carbon)을 제작하였고, 이것 을 AC로 언급하겠다.
샘플의 구조 및 형태분석은 전계방사형 주사전자현미 경(field emission scanning electron microscope, FESEM, Hitachi S-4800) 및 투과전자현미경(transmission electron microscopy, MULTY/TEM; Tecnai G2, KBSI Gwangju Center)을 이용하여 분석하였으며, 그들의 표면 구조 및 다공성 구조를 분석은 질소 흡,탈착 등온선을 이용하여 Brunauer-Emmett-Teller(BET)로 분석하였으며, 기공 크기 분포는 Barret-Joyner-Hallender(BJH) 및 Micropore(MP) plot으로 분석하였다. 또한 X-선 회절 분석(X-ray diffraction, XRD, Rigaku Ring 2500)을 이용하여 결정구조를 분석 하였으며, 표면의 화학결합상태는 X-선 광전자 주사법 (X-ray photo-electron spectroscopy, XPS, ESCLALAB 250)을 이용하여 분석하였다.
제조된 샘플의 전기화학 특성 평가는 2전극시스템으로 진행되었다. 먼저 전극 슬러리는 제조된 샘플을 활물질 (70 wt%)로, Ketjen black(Mitsubishi Chemical, EC- 600JD)을 도전성 탄소(10 wt%)로, polyvinylidene difluoride (PVDF, Aldrich, 20 wt%)를 바인더로 하였으며, N-methyl- 2-pyrrolidinone(NMP, Aldrich, 99.5 %)를 용매로 하여 제 조되었다. 그 후 전극은 집전체인 Nickel foam(Mtikorea, surface density: 350 g m−2, area: 0.3 m2)에 제조한 슬러 리를 1 cm × 1 cm로 배치시킨 후 80 °C의 건조기에서 12 시간 동안 건조하였다. 2전극 시스템의 전해질은 6 M 수 산화 칼륨 용액으로 진행하였으며, 순환전류전압법(cyclic voltamertry, CV)은 potentiostat/galvanostat(Autolab PGSTAT302N, FRA32M)을 이용하였다. Scan rate 및 전 압 범위는 10 mV s−1와 0.0-1.0 V로 진행하였다. 또한 정전류전압법(galvanostatic charging/discharging)은 배터 리 사이클 시스템(Won-A tech., WMPG 3000)을 이용하 여 0.0-1.0 V의 전압범위 내에서 0.2-2.0 A g−1의 전류밀 도로 충전 및 방전을 진행하였으며, 전극의 수명성능을 평가하기 위해 1 Ag−1의 전류밀도로 600회 충전 및 방 전을 진행하였다.
3. 결과 및 고찰
Fig. 1은 단백질 기반 다공성 활성탄의 제조방법에 관 한 모식도이며, 단백질 기반 활성탄은 안정화, 수산화 칼 륨 혼합 및 활성화 과정을 거쳐 제조된다. 순수한 두부 의 활성화[Fig. 1(a)]과정의 경우 400 °C에서 두부가 안 정화할 때 수분이 제거되며, 수산화 칼륨과 혼합 시 수 산화 칼륨이 안정화한 두부의 표면에만 배치되게 되고, 그로 인해 활성화 및 탄화 시에 두부의 표면에만 기공 이 형성되게 된다. 반면에, PVP를 첨가한 두부의 활성 화[Fig. 1(b)]과정의 경우, 친수성의 PVP가 증류수에 잘 용해되며, 순수한 두부에 잘 흡수되기 때문에 교반 및 초음파처리를 하여 PVP가 내부로 고르게 침투하게 된 다.12,15) 여기서 PVP는 산소를 포함한 고리형태의 단분 자인 N-vinylpyrrolidone(C6H9NO)의 중합체로, 친수성이 며 녹는점이 150 °C이므로 두부에 적합한 기공 형성 고 분자이다.16,17) PVP가 침투해 있는 두부를 400 °C에서 안 정화 시 PVP가 융해되면서 제거되어 1차로 기공이 생 기며 주위의 탄소와 강한 상호작용을 하여 산소를 포함 한 작용기를 형성하게 된다.16) 그 후 수산화 칼륨과 혼 합 시 PVP에 의해 생성된 기공으로 수산화 칼륨이 두 부 표면 뿐만 아니라 내부에도 고르게 분포되어 활성화 단계에서 PVP에 의해 형성된 기공의 크기를 증가시키 고 두부 내부에 추가적인 기공을 형성시켜 높은 비표면 적을 갖는 활성탄이 합성된다.
Fig. 1
Schematic illustration of process order for fabrication of (a) Activated Carbon, and (b) Porous Activated Carbon.
모든 샘플의 표면 기공을 분석하기위해 전계방사형 주 사전자현미경을 진행하였고, Fig. 2는 각각 저 배율[Fig. 2(a)-(d)] 및 고 배율[Fig. 2(e)-(h)]의 AC, APC-5, APC- 15 및 APC-25의 전계방사형 주사전자현미경 이미지를 나 타낸다. 저 배율의 주사전자현미경에서 볼 수 있듯이 AC [Fig. 2(a)]의 표면 기공 크기는 0.2-0.7 um, APC-5[Fig. 2(b)]는 0.2-0.9 um 및 APC-15[Fig. 2(c)]는 0.3-1.4 um 의 범위를 갖는다. 주사전자현미경 분석 결과 PVP의 첨 가에 따라 표면 기공의 크기가 증가함을 알 수 있는데, 이것은 안정화 단계에서 두부 내부의 PVP가 융해되어 외부로 배출되며 표면에도 기공이 생겨 수산화 칼륨의 배치가 용이해졌기 때문에 표면 기공의 크기도 증가한 것이다. 또한 APC-25[Fig. 2(d)]의 경우 표면 기공이 거 의 보이지 않고 입자의 크기가 작은 것을 알 수 있는 데, 이것은 PVP가 과량 첨가되어 안정화시 융해되어 기 공을 형성하고, 수산화 칼륨과 혼합시 안정화 두부 내 부에 과량의 수산화 칼륨이 배치되고 이로 인해 탄화 및 활성화 단계시 과도하게 활성화가 일어나 구조가 무너 졌기 때문이다.13) 이로 인해 APC-15의 PVP첨가량인 15 wt% 가 최적화된 첨가량임을 알 수 있다. 또한 고 배 율의 주사전자 현미경에서 볼 수 있듯이 AC[Fig. 2(e)] 에서는 두부 표면에 얕은 깊이의 기공을 갖지만, PVP 가 첨가된 APC-5[Fig. 2(f)] 및 APC-15[Fig. 2(g)]의 기 공이 깊어지는 것을 알 수 있는데, 이것은 PVP의 첨가 에 따라 수산화 칼륨이 두부 내부로 침투할 수 있게 되 어 더 깊은 기공을 만들고, 이로 인해 높은 비표면적을 갖게 됨을 알 수 있다. 또한 넓은 비표면적으로 인해 전 기 이중층 형성이 용이해져 전기 이중층 커패시터의 정 전용량이 증가할 것이다.15)
PVP 첨가량이 최적화된 APC-15의 나노 구조 및 형 태를 분석하기 위해 투과전자현미경 분석을 진행하였 고, Fig. 3은 각각 APC-15의 저배율[Fig. 3(a)] 및 고배 율[Fig. 3(b)] 투과전자현미경 이미지를 나타낸다. 투과전 자현미경 분석 결과 APC-15는 내부까지 기공이 고르게 생성된 것을 알 수 있다. 즉 PVP의 첨가시 두부의 내 부에도 기공이 증가하며, 이러한 높은 비표면적의 구조 로 인해 전기 이중층 커패시터의 정전용량이 증가할 것 이다.
제조한 샘플들의 기공 구조 및 다공성 구조를 분석하 기 위해 질소 흡착 및 탈착 등온선을 이용하여 BET, MP 및 BJH 분석을 수행하였다. Fig. 4(a)는 각각 AC 및 APC-15의 질소 흡착 및 탈착 등온선을 나타낸다. 국 제 순수 응용 화학 연합에 의해 기공의 크기는 미세기 공(micro-pore, <2 nm) 및 중기공(meso-pore, 2-50 nm) 로 분리할 수 있다. AC의 등온선은 I유형의 특징을 보 이므로 미세기공(<2 nm)이 존재함을 알 수 있다. 그러므 로 미세기공은 수산화 칼륨 활성화 반응인 탄소와 수산 화 칼륨의 열분해 과정 중에 생긴 것임을 알 수 있으 며, 활성화 중 미세기공 형성 과정은 다음의 식으로 표 현될 수 있다[식 (1)]:13)
반면에 APC-15의 등온선은 I유형 및 Ⅳ유형이 혼합 된 특징을 보이며, 이것은 높은 압력(P/P0> 0.4)에서 중 기공(2-50 nm)이 존재함을 나타낸다.13) 또한 Fig. 4(b)는 AC 및 APC-15의 2 nm 이하의 크기를 갖는 미세기공 들의 크기 분포인 MP plot을 나타낸다. AC의 경우 0.7 nm 크기의 기공이 가장 높은 분포를 나타냈으며, APC- 15의 경우 0.9 nm 크기의 기공이 가장 높은 분포를 나 타냈다. 즉 APC-15의 경우 PVP 첨가로 인해 미세기공 의 크기가 증가한 것을 알 수 있다. Fig. 4(c)는 AC 및 APC-15의 20 nm 이하의 크기를 갖는 중기공들의 크기 분포인 BJH plot이며, APC-15의 경우 AC에 비해 중기 공의 부피가 증가함을 알 수 있다. 또한 비표면적, 총 기공 부피, 평균 기공의 크기 및 기공 크기 분포의 자 세한 정보는 Table 1에 나타냈다. APC-15의 중기공 비 율(32.4 %) 및 총 기공 부피(0.7191 cm3 g−1)은 AC의 중 기공 비율(21.1 %) 및 총 기공 부피(0.4402 cm3 g−1)에 비 해 각각 1.54 및 1.63배 높다. 이를 통해 PVP첨가되면 안정화 단계에서 융해되어 1차 미세기공을 만들며, 수산 화 칼륨과 혼합 시 수산화 칼륨이 1차 기공에 침투하 여 고르게 배치되고, 이로 인해 활성화 및 탄화 단계에 서 평균 기공의 크기 및 총 기공 크기를 증가시킴을 알 수 있다. 이러한 중기공이 포함된 다공성 구조는 이온 의 이동 거리를 줄이기 때문에 급속 충전 및 방전 성 능을 향상시킬 것이다.14)
Table 1
List of the specific surface area, pore volume, average pore diameter, and pore volume fraction of the Activated Carbon, and APC-15.
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Fig. 5(a)는 AC, APC-5, APC-15 및 APC-25의 결정 구조 분석을 위한 X-선 회절분석 결과를 나타낸다. 모 든 샘플들은 약 25°에서 흑연의 (002)면의 회절 피크가 나타나며, 이것은 PVP의 융해과정은 탄소의 결정구조를 변화시키지 않음을 의미한다.15) 또한 PVP 첨가에 따른 샘플 표면의 화학적 결합 상태를 규명하기 위해 AC 및 APC-15의 X선 광전자 회절 분석을 진행하였으며, AC 및 APC-15의 X-선 광전자 주사법 분석결과의 모든 피 크들은 C 1s line(284.5 eV)을 이용하여 보정한 후 Fig. 5b 및 Fig. 5c에 나타냈다. 두 샘플의 C 1s 경우 284.5 eV의 C-C결합, 285.8 eV의 C-O결합, 287.4 eV의 C=O 결합 및 288.9eV의 O-C=O 결합의 피크가 관찰되었다. C-O 결합 및 C=O결합 피크는 하이드록실기(-OH)에 상 응하며, O-C=O 결합 피크는 카르복실기(-COOH)에 상 응한다.17) APC-15의 산소를 포함한 작용기의 비율(43 %)은 AC의 산소를 포함한 작용기의 비율(40 %)에 비해 증가되었고, 이것은 교반 및 초음파 처리를 통해 두부 안에 위치한 PVP가 안정화시 융해하며 분해되고, 이때 두부의 탄소 원자와 PVP의 산소 원자가 강한 상호작용 을 하여 생긴 것임을 알 수 있다.18) 표면의 산소 작용 기는 전해질의 젖음성을 개선시켜 전해질의 침투성을 향 상시키고, 사이클 안정성을 증가시킬 수 있다.17,19)
전기화학적인 특성을 분석하기 위해서 순환 전류 전압 법을 진행하였으며, potentiostat/galvanostat을 이용하여 0.0-1.0 V의 전압범위 내에서 10 mV s−1의 scan rate으 로 6 M 농도의 수산화 칼륨 전해질에서 수행하여 Fig. 5(a)에 나타냈다. 모든 전극의 그래프는 직사각형과 비슷 한 모양을 띄고 있으며, 이것은 전극 표면에 전기 이중 층이 존재함을 의미한다.18) 또한 APC-15의 미세기공을 포함하고 있는 다공성 구조의 비표면적이 가장 넓기 때 문에 APC-15의 그래프의 면적이 가장 넓은 것을 알 수 있다. 또한 제조된 샘플들의 급속 충전 및 방전 성능을 분석하기 위해 0.2-2.0 A g−1의 전류밀도 범위에서 충전 및 방전을 진행하였고, 정전용량은 다음의 식을 따라 계 산하여 Fig. 6(b)에 나타냈다[식 (2)]:15,19)
Fig. 6
(a) Cyclic voltammetry (CV), (b) specific capacitance at a current density, (c) ragone plot, and (d) cycling durability measurement of AC, APC-5, APC-15, and APC-25.
여기에서 I (A), m (g), dV 및 dt (s)는 각각 충/방전 전류, 활물질의 총 질량, 방전 시 전압 강하 및 총 방 전 시간을 의미한다. AC, APC-5, APC-15 및 APC-25 전극의 정전용량은 0.2 A g−1에서 각각 142 F g−1, 177 F g−1, 195 F g−1 및 170 F g−1을 갖는다. AC 전극은 가 장 낮은 정전용량을 나타냈는데, 이것은 순수한 수산화 칼륨 활성화시 샘플 내부는 활성화 반응의 진행이 어려 워 기공이 형성되지 않아 비표면적이 낮기 때문이다. 반 면 PVP를 첨가한 샘플들은 PVP 첨가로 인해 수산화 칼 륨 활성화가 샘플의 내부에서도 원활히 이루어져 기공 이 형성되고 비표면적이 증가하기 때문에 향상된 정전 용량을 나타내었다. 또한 2.0 A g−1의 높은 전류밀도에서 충전 및 방전을 진행하였고 이때 AC, APC-5, APC-15 및 APC-25는 각각 120 F g−1, 152 F g−1, 164 F g−1 및 140 F g−1의 정전용량을 갖는다. 일반적으로, 높은 전류 밀도에서 충전 및 방전 진행 시 전극 및 전해질 사이 의 이온 확산 시간 부족으로 인해 정전 용량은 감소하 게 된다. 하지만 PVP의 융해반응시 탄소와 강한 상호 작용으로 샘플 표면에 산소를 포함한 작용기가 형성되 었고, 또한 수산화 칼륨 활성화시 내부 기공의 크기를 증가시켜 중기공이 증가하게 되어 이온의 확산경로가 짧 아지고 경로의 저항이 줄어들기 때문에 APC-5, APC-15 및 APC-25가 AC에 비해 높은 전류밀도에서도 정전용 량이 높음을 알 수 있다.14) 또한 APC-25가 PVP의 양 이 증가함에도 불구하고 다른 샘플들에 비해 낮은 정전 용량을 나타내는 이유는 주사전자 현미경에서 확인했듯 이 과량의 PVP 첨가로 인해 수산화 칼륨 활성화가 과 도하게 일어나 구조가 붕괴하여 기공 증가 효과가 크게 나타나지 않기 때문이다. 또한 Fig. 6(c)는 정전용량을 이 용하여 에너지밀도 및 출력밀도를 계산한 그래프이며 에 너지밀도 및 출력밀도는 다음의 식을 따라 계산하였다 [식 (3, 4)]:15,19)
여기에서 C, V 및 dt는 각각 정전용량, 방전 전압 및 총 방전 시간을 의미한다. 모든 샘플은 에너지밀도가 감 소함에 따라 출력밀도가 증가하는 경향을 보이며, AC, APC-5, APC-15 및 APC-25는 360 W kg−1의 에너지밀 도에서 각각 17.8 Wh kg−1, 22.2 Wh kg−1, 24.4 Wh kg−1 및 21.3 Wh kg−1의 출력밀도를 가지며, 3,600 W kg−1의 에너지밀도에서 각각 15 Wh kg−1, 19.1 Wh kg−1, 20.1 Wh kg−1 및 17.6 Wh kg−1의 출력밀도를 갖는다. Fig. 6(d) 는 각각 AC, APC-5, APC-15 및 APC-25를 1.0 A g−1 의 전류 밀도에서 각각 600회 충전 및 방전을 진행한 후 정전용량을 나타낸 그래프이다. 각각의 샘플들은 초 기에 각각 117 F g−1, 154 F g−1, 167 F g−1 및 141 F g−1 의 정전용량을 나타내며, 600회 충전 및 방전 진행 후 각각 102 F g−1, 126 F g−1, 141 F g−1 및 115 F g−1의 정전용량을 나타냈다. 즉 APC-15의 경우 600회 충전 및 방전 진행 후에도 가장 우수한 정전용량을 나타냈으며, 특히, 600회 충전 및 방전 이후에도 AC, APC-5 및 APC- 25에 비해 각각 12 %, 22 % 및 38 % 높은 정전용량을 나타냈다. 결과적으로, PVP가 첨가된 다공성 활성탄은 다 음의 세가지 원인에 의해 향상된 전기화학 특성을 나타 냈다. 첫째로, 향상된 정전 용량은 전하가 저장될 수 있 는 비표면적의 증가에 기인하고, 둘째로 향상된 급속 충 전 및 방전 성능은 PVP 첨가에 따른 중기공 비율의 증 가로 이온확산거리가 감소되었기 때문이며, 셋째로 향상 된 사이클 특성은 산소를 포함한 표면 작용기의 증가에 의해 젖음성 및 이온의 침투성이 증가하였기 때문이다.
4.결 론
본 연구에서는 전기 이중층 커패시터의 성능 향상을 위 해 두부를 활용하여 고분자(PVP) 융해 및 수산화 칼륨 (KOH) 활성화를 이용한 단백질 기반 다공성 활성탄을 성공적으로 제조하였다. 특히 다공성 활성탄의 제조 과 정 중 수용성인 PVP를 초음파 처리하여 두부 내부로 고 르게 침입시켰고, 안정화 열처리시 PVP와 탄소의 강한 상호작용으로 인해 샘플에 탄소를 포함한 작용기가 생 기며 1차 기공이 형성되며, 수산화 칼륨 활성화가 내부 에서도 고르게 일어나 비표면적 상승 및 중기공의 비율 이 증가하게 되었고, 이러한 샘플들의 구조적 및 화학 적 특징을 규명하였다. 단백질 기반 다공성 활성탄 샘 플들 중 PVP를 15 wt% 첨가한 APC-15의 경우 1,296.1 m2g−1의 높은 비표면적 및 32.4 %의 높은 중기공 비율 을 갖는다. 이 샘플을 전기 이중층 커패시터 전극으로 제작하여 평가한 결과, 0.1 A g−1의 전류밀도에서 195 F g−1의 정전 용량을 나타냈으며, 2.0 A g−1의 높은 전류 밀도에서 급속 충전 및 방전을 진행했을 때도 164 F g−1 의 우수한 전기화학 특성을 나타냈으며, 1.0 A g−1의 전 류밀도로 600회 충전 및 방전을 진행한 후에도 126 F g−1의 높은 정전용량을 나타냄으로써 우수한 전기화학 적 특성을 확인하였다. 단백질 기반 다공성 활성탄의 성 능이 향상된 이유는 높은 비표면적으로 인한 전기화학 반응 영역의 증가, 높은 중기공 비율로 인한 전극과 전 해질 사이의 이온의 확산거리 감소, 활물질 표면에 산 소를 포함한 작용기의 증가로 인한 이온의 확산속도 향 상에 따라 전기화학 정전용량, 급속 충전 및 방전 성능 이 향상된 것으로 판단된다. 따라서 제조된 단백질 기 반 다공성 활성탄은 전기 이중층 커패시터의 고성능화 를 위한 활물질로 제안할 수 있다.
