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KR102485540B1 - Electrode for multifunctional smart window - Google Patents

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KR102485540B1
KR102485540B1 KR1020210015766A KR20210015766A KR102485540B1 KR 102485540 B1 KR102485540 B1 KR 102485540B1 KR 1020210015766 A KR1020210015766 A KR 1020210015766A KR 20210015766 A KR20210015766 A KR 20210015766A KR 102485540 B1 KR102485540 B1 KR 102485540B1
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KR
South Korea
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electrode
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core
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KR1020210015766A
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Inventor
안광순
이영훈
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영남대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 다기능 스마트 윈도우용 전극에 관한 것으로, Co(OH)2를 포함하는 코어 및 Ni(OH)2를 포함하는 쉘의 코어/쉘-형 이중-층 구성을 갖는 전극을 제공한다.The present invention relates to an electrode for a multifunctional smart window, and provides an electrode having a core/shell-type double-layer configuration of a core containing Co(OH) 2 and a shell containing Ni(OH) 2 .

Description

다기능 스마트 윈도우용 전극{Electrode for multifunctional smart window}Electrode for multifunctional smart window}

본 발명은 전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 특히 다기능 스마트 윈도우용 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode and a method for manufacturing the same, and more particularly to an electrode for a multifunctional smart window and a method for manufacturing the same.

화석 연료를 기반으로 한 에너지의 소비 증가는 지구 온난화 및 기후 변화에 대한 우려를 유발하고 있다. 현저하게 대량의 에너지가 실내 온도 유지를 위해 현재 사용되고 있기 때문에, 빌딩으로 들어가는 태양광의 양을 제어하려는 시도를 포함하여, 에너지 효율을 증가시키기 위한 다양한 노력이 있었다. 약한 전압의 인가 시에 색상 및 투과율의 변화 정도가 큰 능력 때문에, 전기변색 재료를 이용한 스마트 윈도우는 큰 관심을 받았고, 유사한 이유로, 전기변색 장치는 디스플레이, 디밍 거울 및 전자 종이에 흔히 사용되고 있다. 또한, 다양한 분야에서의 추가 수요에 고무되어, 광 변조 및 에너지 효율에서 전기변색 장치의 성능을 향상시키기 위한 많은 연구 노력이 현재 투입되고 있다.The increasing consumption of energy based on fossil fuels is raising concerns about global warming and climate change. Since a significant amount of energy is currently used to maintain indoor temperatures, various efforts have been made to increase energy efficiency, including attempts to control the amount of sunlight entering buildings. Because of their ability to change color and transmittance significantly when a weak voltage is applied, smart windows using electrochromic materials have received great attention, and for similar reasons, electrochromic devices are commonly used in displays, dimming mirrors, and electronic paper. In addition, many research efforts are currently devoted to improving the performance of electrochromic devices in light modulation and energy efficiency, encouraged by additional demands in various fields.

최근에, 미세-조정 광전자 특성 및 추가적인 기능을 갖는 전기변색 재료에 대한 수많은 보고가 있었다. 예를 들어, 정확하게 맞춘 에너지 갭을 갖는 공액 중합체는 전기변색 장치의 색 재현율을 큰 폭으로 확대시켰고, 특정 파장 영역에서만 반응성인 플라즈몬 나노재료는 (가시) 광 및 열(즉, 적외선)에 대한 분리 제어를 가능하게 하였다. 이들 접근법 이외에, 전기변색 자체가 이온 종들의 포획 및 방출에 의존하는 현상이기 때문에, 전기변색 재료에 에너지를 저장하고 다기능 시스템을 만들려는 다양한 노력이 있었다. 전이금속 산화물 및 수산화물은 괜찮은 성능을 나타냈고, 유리한 조성을 갖는 정교하게 설계된 나노재료의 사용은 추가 향상을 가져온 것으로 밝혀졌다. 그러나, 전기변색 장치가 대규모 응용에 목표화된 경우, 높은 신뢰성을 갖는 전기변색 재료 및 이의 제조 방법에 대한 많은 필요 및 수요가 여전히 있다.Recently, there have been numerous reports of electrochromic materials with fine-tuning optoelectronic properties and additional functions. For example, conjugated polymers with precisely tailored energy gaps have greatly expanded the color gamut of electrochromic devices, and plasmonic nanomaterials, which are only reactive in a specific wavelength region, provide separation for (visible) light and heat (i.e., infrared). control was made possible. In addition to these approaches, various efforts have been made to store energy in electrochromic materials and create multifunctional systems, since electrochromism itself is a phenomenon that depends on the capture and release of ionic species. Transition metal oxides and hydroxides have shown decent performance, and the use of well-designed nanomaterials with advantageous compositions has been found to yield further improvements. However, when electrochromic devices are targeted for large-scale applications, there is still a great need and demand for highly reliable electrochromic materials and their manufacturing methods.

본 발명의 목적은 에너지 저장 가능한 전기변색 장치를 위해 초고속 색상 전이 동역학을 갖고, 용량 및 속도 성능 양쪽의 측면에서 우수한 에너지 저장 성능을 갖는 전극 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an electrode having ultrafast color transition kinetics for an energy storage-capable electrochromic device and excellent energy storage performance in terms of both capacity and speed performance, and a manufacturing method thereof.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해, Co(OH)2를 포함하는 코어 및 Ni(OH)2를 포함하는 쉘의 코어/쉘-형 이중-층 구성을 갖는 전극을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an electrode having a core/shell-type double-layer configuration of a core containing Co(OH) 2 and a shell containing Ni(OH) 2 .

본 발명에서 코어는 나노시트 구조를 가질 수 있고, 쉘은 나노시트를 균일하게 덮고 있을 수 있다.In the present invention, the core may have a nanosheet structure, and the shell may uniformly cover the nanosheet.

본 발명에서 Co(OH)2는 다결정질일 수 있고, Ni(OH)2는 비결정질일 수 있다.In the present invention, Co(OH) 2 may be polycrystalline, and Ni(OH) 2 may be amorphous.

본 발명에 따른 전극은 인가 전위에 따라 다-단계 색상 전이 특성을 가질 수 있고, 이때 색상 전이는 가역적일 수 있다.The electrode according to the present invention may have multi-step color transition characteristics depending on the applied potential, and the color transition may be reversible.

본 발명에 따른 전극은 인가 전위가 증가함에 따라 황색으로부터 녹색을 거쳐 갈색으로 변할 수 있다.An electrode according to the present invention can change from yellow through green to brown as the applied potential increases.

본 발명에서 이중-층 전극의 인가 전위 변경에 따른 투과율 변화는 Co(OH)2 단일-층의 투과율 변화 및 Ni(OH)2 단일-층의 투과율 변화의 합계보다 더 클 수 있다.In the present invention, the transmittance change according to the applied potential change of the double-layer electrode may be greater than the sum of the transmittance change of the Co(OH) 2 single-layer and the transmittance change of the Ni(OH) 2 single-layer.

본 발명에서 인가 전위가 -0.2 V 및 0.5 V 사이에서 변경될 때, 500 nm 파장에서 전극의 투과율 변화는 41% 이상일 수 있다.In the present invention, when the applied potential is changed between -0.2 V and 0.5 V, the change in transmittance of the electrode at a wavelength of 500 nm may be 41% or more.

본 발명에서 이중-층 전극의 색상 전이에 따른 착색 시간(Tc)은 Co(OH)2 단일-층의 착색 시간 및 Ni(OH)2 단일-층의 착색 시간의 합계보다 더 작을 수 있고, 또한 이중-층 전극의 색상 전이에 따른 탈색 시간(Tb)은 Co(OH)2 단일-층의 탈색 시간 및 Ni(OH)2 단일-층의 탈색 시간의 합계보다 더 작을 수 있다.In the present invention, the coloring time (T c ) according to the color transition of the double-layer electrode may be smaller than the sum of the coloring time of the Co(OH) 2 single-layer and the coloring time of the Ni(OH) 2 single-layer, Also, the decolorization time (T b ) according to the color transition of the double-layer electrode may be smaller than the sum of the decolorization time of the Co(OH) 2 single-layer and the decolorization time of the Ni(OH) 2 single-layer.

본 발명에 따라 코어 전착 시간 10초 및 쉘 전착 시간 10초로 형성한 이중-층 전극의 색상 전이에 따른 착색 시간(Tc) 및 탈색 시간(Tb)은 각각 2 s 이하 및 1.2 s 이하일 수 있고, 코어 전착 시간 10초 및 쉘 전착 시간 20초로 형성한 이중-층 전극의 색상 전이에 따른 착색 시간(Tc) 및 탈색 시간(Tb)은 각각 3.2 s 이하 및 2.2 s 이하일 수 있다.The coloring time (T c ) and decolorization time (T b ) according to the color transition of the double-layer electrode formed with a core electrodeposition time of 10 seconds and a shell electrodeposition time of 10 seconds according to the present invention may be 2 s or less and 1.2 s or less, respectively, , the coloring time (T c ) and decolorization time (T b ) according to the color transition of the double-layer electrode formed with a core electrodeposition time of 10 seconds and a shell electrodeposition time of 20 seconds may be 3.2 s or less and 2.2 s or less, respectively.

본 발명에 따라 코어 전착 시간 10초 및 쉘 전착 시간 10초로 형성한 이중-층 전극은 2 A/g 작동에서 1245 F/g 이상의 전기용량을 가질 수 있고, 2 A/g부터 20 A/g까지 증가 시에 전기용량을 2 A/g 작동 대비 90% 이상으로 유지할 수 있으며, 5000 사이클 작동 후에 전기용량을 초기 사이클 대비 70% 이상 유지할 수 있고, 0.2 mA/㎠ 작동에서 10 mF/㎠ 이상의 면적 전기용량을 가질 수 있다.A double-layer electrode formed according to the present invention with a core electrodeposition time of 10 seconds and a shell electrodeposition time of 10 seconds can have a capacitance of more than 1245 F/g at 2 A/g operation, and from 2 A/g to 20 A/g When increasing, the capacitance can be maintained at 90% or more compared to 2 A/g operation, and after 5000 cycles, the capacitance can be maintained at 70% or more compared to the initial cycle. can have capacity.

본 발명에 따라 코어 전착 시간 10초 및 쉘 전착 시간 20초로 형성한 이중-층 전극은 2 A/g 작동에서 1462 F/g 이상의 전기용량을 가질 수 있고, 2 A/g부터 20 A/g까지 증가 시에 전기용량을 2 A/g 작동 대비 80% 이상으로 유지할 수 있으며, 0.2 mA/㎠ 작동에서 20 mF/㎠ 이상의 면적 전기용량을 가질 수 있다.A double-layer electrode formed according to the present invention with a core deposition time of 10 seconds and a shell deposition time of 20 seconds can have a capacitance of more than 1462 F/g at 2 A/g operation, and from 2 A/g to 20 A/g When increasing, the capacitance can be maintained at 80% or more compared to 2 A/g operation, and the area capacitance can be more than 20 mF/cm 2 at 0.2 mA/cm 2 operation.

본 발명에 따른 전극은 에너지 저장 가능한 전기변색 장치, 스마트 윈도우 또는 커패시터에 사용될 수 있다.Electrodes according to the present invention can be used in electrochromic devices capable of storing energy, smart windows or capacitors.

또한, 본 발명은 기판 상에 Co 전구체를 전착하여 Co(OH)2를 포함하는 코어를 형성하는 단계; 및 코어 상에 Ni 전구체를 전착하여 Ni(OH)2를 포함하는 쉘을 형성하는 단계를 포함하는 전극 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of electrodepositing a Co precursor on a substrate to form a core containing Co(OH) 2 ; and forming a shell containing Ni(OH) 2 by electrodepositing a Ni precursor on the core.

본 발명에서 코어 전착 시간은 5 내지 20초일 수 있고, 쉘 전착 시간은 5 내지 30초일 수 있으며, 전착 전류는 0.5 내지 2 mA/㎠일 수 있다.In the present invention, the core electrodeposition time may be 5 to 20 seconds, the shell electrodeposition time may be 5 to 30 seconds, and the electrodeposition current may be 0.5 to 2 mA/cm 2 .

본 발명에서 Co 전구체는 Co(NO3)2를 함유하는 수성 전해질일 수 있고, Ni 전구체는 Ni(NO3)2를 함유하는 수성 전해질일 수 있으며, 각 전구체의 농도는 0.05 내지 0.2 M일 수 있다.In the present invention, the Co precursor may be an aqueous electrolyte containing Co(NO 3 ) 2 , the Ni precursor may be an aqueous electrolyte containing Ni(NO 3 ) 2 , and the concentration of each precursor may be 0.05 to 0.2 M. there is.

본 발명에 따른 전극은 Co(OH)2 및 Ni(OH)2의 순차적인 전착에 의해 형성된 Co(OH)2/Ni(OH)2 코어/쉘-형 이중-층 구성을 가짐으로써, 에너지 저장 가능한 전기변색 장치를 위해 초고속 색상 전이 동역학을 가질 수 있다. 또한, 상이한 산화환원 전위를 갖는 전기변색 재료들의 공존으로 인해, 전극의 색상은 황색, 녹색 및 갈색 중에서 스위칭 가능하고, 이들 변화는 완전히 가역적일 수 있다. 또한, 매우 빠른 색상 전이 동역학 그리고 용량 및 속도 성능 양쪽의 측면에서 우수한 에너지 저장 성능을 가질 수 있다.The electrode according to the present invention has a Co(OH) 2 /Ni(OH) 2 core/shell-type double-layer configuration formed by sequential electrodeposition of Co(OH) 2 and Ni(OH) 2 , thereby providing energy storage It can have ultra-fast color transfer kinetics for possible electrochromic devices. Also, due to the coexistence of electrochromic materials with different redox potentials, the color of the electrode is switchable among yellow, green and brown, and these changes can be completely reversible. In addition, it can have very fast color transition kinetics and excellent energy storage performance in terms of both capacity and speed performance.

도 1(a-c)는 (a) Co-10, (b) Ni-10 및 (c) Co-10/Ni-10의 형태학적 특성을 나타내는 개략도이다. 도 1(d)는 Co-10/Ni-10의 평면 그리고 도 1(e)는 단면 SEM 이미지이다. 도 1(f)는 저-배율 그리고 도 1(g)는 고-배율 TEM 이미지이며, 도 1(h)는 Co-10/Ni-10의 SAED 패턴이다. 도 1(i)는 STEM 이미지이고, 도 1(j-l)은 (j) Co, (k) Ni 및 (l) O의 원자 분포를 나타내는 Co-10/Ni-10의 대응 원소 맵이다.
도 2(a)는 1.0 M KOH 용액에서 단일- 및 이중-층 수산화물 필름의 CV 그래프이다. 도 2(b)는 Co-10, Ni-10 및 Co-10/Ni-10의 투과율 스펙트럼이고, 도 2(c)는 인가 전위에 대한 색상 변화를 나타내는 도식 및 디지털 사진이다. 도 2(d)는 인가 전위 단계별 변경 하에 500 nm 파장에서 Co-10/Ni-10의 시간-의존적 투과율이고, 도 2(e)는 tc 및 tb의 계산을 위한 1-단계 전위 변화에 의해 얻어진 투과율이다. 도 2(f)는 다양한 스캔 속도 및 대응 선형 피팅에서 측정된 CV 그래프로부터 얻어진 피크 전류 밀도 대 (스캔 속도)1/2 플롯이다. 도 2(g)는 Co-10, Ni-10 및 Co-10/Ni-10의 Nyquist 플롯이다.
도 3(a)는 Co-10/Ni-10 및 메조다공성 TiO2 전극을 이용한 2개-전극 전기변색 셀의 구성 및 작동을 나타내는 개략도이다. 도 3(b)는 넓은 범위의 상이한 전압을 인가한 후 2개-전극 셀의 디지털 사진이고, 도 3(c)는 대응 투과율 스펙트럼이다. 도 3(d, e)는 인가 전압의 (d) 단계별 및 (e) 1-단계 변화 하에 500 nm 파장에서 2개-전극 전기변색 셀의 시간-의존적 투과율이고, 도 3(f)는 tc 및 tb의 계산을 위한 확대된 버전이다.
도 4(a-c)는 다양한 작동 속도 하에 1.0 M KOH 용액에서 (a) Co-10, (b) Ni-10 및 (c) Co-10/Ni-10의 충전/방전 프로파일이다. 도 4(d)는 전류 밀도에 대한 수산화물 전극의 질량 전기용량의 개요이다.
도 5(a)는 Co-10/Ni-20의 평면 그리고 도 5(b)는 단면 SEM 이미지이다. 도 5(c)는 1.0 M KOH 용액에서 Co-10, Ni-20 및 Co-10/Ni-20의 CV 그래프이다. 도 5(d)는 Co-10, Ni-20 및 Co-10/Ni-20의 투과율 스펙트럼이고, 도 5(e)는 인가 전위에 대한 색상 변화를 나타내는 디지털 사진 이미지이다. 도 5(f)는 인가 전위의 단계별 변경 하에 500 nm 파장에서 Co-10/Ni-20의 시간-의존적 투과율이다. 도 5(g)는 2 A/g 작동에서 1.0 M KOH 용액에서 Co-10, Ni-20 및 Co-10/Ni-20의 충전/방전 프로파일이고, 도 5(h)는 작동 전류 밀도에 대한 수산화물 필름의 질량 전기용량이다.
Figure 1 (ac) is a schematic diagram showing the morphological characteristics of (a) Co-10, (b) Ni-10 and (c) Co-10/Ni-10. Fig. 1(d) is a plane of Co-10/Ni-10 and Fig. 1(e) is a cross-sectional SEM image. Fig. 1(f) is a low-magnification and Fig. 1(g) is a high-magnification TEM image, and Fig. 1(h) is a SAED pattern of Co-10/Ni-10. Fig. 1(i) is a STEM image, and Fig. 1(jl) is a corresponding elemental map of Co-10/Ni-10 showing atomic distributions of (j) Co, (k) Ni, and (l) O.
2(a) is a CV graph of single- and double-layer hydroxide films in 1.0 M KOH solution. FIG. 2(b) is a transmittance spectrum of Co-10, Ni-10 and Co-10/Ni-10, and FIG. 2(c) is a schematic and digital photograph showing a color change with respect to an applied potential. Fig. 2(d) is the time-dependent transmittance of Co-10/Ni-10 at 500 nm wavelength under applied potential step-by-step, and Fig. 2(e) shows the one-step potential change for calculation of t c and t b is the transmittance obtained by Figure 2(f) is a peak current density versus (scan rate) 1/2 plot obtained from the measured CV graph at various scan rates and corresponding linear fits. 2(g) is a Nyquist plot of Co-10, Ni-10 and Co-10/Ni-10.
3(a) is a schematic diagram showing the construction and operation of a two-electrode electrochromic cell using Co-10/Ni-10 and mesoporous TiO 2 electrodes. Fig. 3(b) is a digital photograph of a two-electrode cell after applying a wide range of different voltages, and Fig. 3(c) is the corresponding transmittance spectrum. 3(d, e) are time-dependent transmittance of a two-electrode electrochromic cell at a wavelength of 500 nm under (d) step-by-step and (e) 1-step change of applied voltage, and FIG. 3(f) shows t c and an enlarged version for the calculation of t b .
Figure 4(ac) is the charge/discharge profiles of (a) Co-10, (b) Ni-10 and (c) Co-10/Ni-10 in 1.0 M KOH solution under various operating rates. Figure 4(d) is a plot of the mass capacitance of the hydroxide electrode versus current density.
Figure 5 (a) is a plane of Co-10 / Ni-20 and Figure 5 (b) is a cross-sectional SEM image. 5(c) is a CV graph of Co-10, Ni-20 and Co-10/Ni-20 in 1.0 M KOH solution. 5(d) is a transmittance spectrum of Co-10, Ni-20 and Co-10/Ni-20, and FIG. 5(e) is a digital photographic image showing a color change with respect to an applied potential. 5(f) is the time-dependent transmittance of Co-10/Ni-20 at a wavelength of 500 nm under a stepwise change of applied potential. Figure 5(g) is the charge/discharge profile of Co-10, Ni-20 and Co-10/Ni-20 in 1.0 M KOH solution at 2 A/g operation, and Figure 5(h) shows the operating current density is the mass capacitance of the hydroxide film.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 전극은 Co(OH)2를 포함하는 코어 및 Ni(OH)2를 포함하는 쉘의 코어/쉘-형 이중-층 구성을 갖는 것을 특징으로 한다.The electrode according to the present invention is characterized by having a core/shell-type double-layer configuration of a core containing Co(OH) 2 and a shell containing Ni(OH) 2 .

코어는 거의 대부분 Co(OH)2로 이루어질 수 있고, Co3O4 등의 물질이 미량으로 포함될 수 있다. 쉘은 거의 대부분 Ni(OH)2로 이루어질 수 있고, 미량의 다른 물질이 포함될 수 있다.The core may be composed almost entirely of Co(OH) 2 , and a small amount of materials such as Co 3 O 4 may be included. The shell may consist almost entirely of Ni(OH) 2 , and trace amounts of other materials may be included.

도 1 등을 참고하면, 코어는 나노시트 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 실 모양의 필름이 대략 가로방향과 세로방향으로 서로 엉키거나 결합하여 그물구조를 형성할 수 있다. 그물구조 사이에는 공간이 형성될 수 있고, 전체적으로 보면 시트 또는 필름 형상을 가질 수 있다. 나노시트는 두께 등에 있어서 나노 크기를 가질 수 있다.Referring to FIG. 1 and the like, the core may have a nanosheet structure. Specifically, a net structure may be formed by entangling or combining thread-like films in the transverse and longitudinal directions. Spaces may be formed between the net structures, and may have a sheet or film shape when viewed as a whole. The nanosheet may have a nano size in thickness or the like.

쉘은 나노시트를 균일하게 덮고 있을 수 있다. 구체적으로, 코어의 나노시트 상에 다수의 입자들이 빽빽하게 밀집되어 층을 형성할 수 있다. OH-는 나노시트의 골격 구조를 따라 이동할 수 있다.The shell may uniformly cover the nanosheet. Specifically, a plurality of particles may be densely packed on the nanosheet of the core to form a layer. OH can migrate along the framework of the nanosheet.

코어의 Co(OH)2는 다결정질일 수 있고, 쉘의 Ni(OH)2는 거의 비결정질일 수 있다.The Co(OH) 2 of the core may be polycrystalline, and the Ni(OH) 2 of the shell may be nearly amorphous.

본 발명에 따른 전극은 인가 전위에 따라 다-단계 색상 전이(스위칭) 특성을 가질 수 있고, 이때 색상 전이는 완전히 가역적일 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 전극은 인가 전위가 증가함에 따라 황색으로부터 녹색을 거쳐 갈색으로 변할 수 있다.The electrode according to the present invention may have a multi-step color transition (switching) characteristic depending on an applied potential, and the color transition may be completely reversible. Specifically, the electrode according to the present invention may change from yellow through green to brown as the applied potential increases.

본 발명에 따른 이중-층 전극은 단일층 전극보다 큰 투과율 변화를 나타낼 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 이중-층 전극의 인가 전위 변경에 따른 투과율 변화는 Co(OH)2 단일-층의 투과율 변화 및 Ni(OH)2 단일-층의 투과율 변화의 합계보다 더 클 수 있다.A double-layer electrode according to the present invention can exhibit a greater change in transmittance than a single-layer electrode. Specifically, the transmittance change according to the applied potential change of the double-layer electrode of the present invention may be greater than the sum of the transmittance change of the Co(OH) 2 single-layer and the transmittance change of the Ni(OH) 2 single-layer.

더욱 구체적으로, 인가 전위가 -0.2 V 및 0.5 V 사이에서 변경될 때, 500 nm 파장에서 전극의 투과율 변화는 41% 이상, 바람직하게는 43% 이상, 47% 이상 또는 50% 이상일 수 있다. 그 상한 값은 예를 들어 90% 이하, 80% 이하, 70% 이하 또는 60% 이하일 수 있다. 쉘 증착 시간이 길어질 경우 투과율 변화는 더 커질 수 있다.More specifically, when the applied potential is changed between -0.2 V and 0.5 V, the transmittance change of the electrode at a wavelength of 500 nm may be 41% or more, preferably 43% or more, 47% or more, or 50% or more. The upper limit value may be, for example, 90% or less, 80% or less, 70% or less, or 60% or less. When the shell deposition time is longer, the change in transmittance may become larger.

본 발명에 따른 이중-층 전극은 매우 빠른 색상 전이 동역학을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 이중-층 전극의 색상 전이에 따른 착색 시간(Tc)은 Co(OH)2 단일-층의 착색 시간 및 Ni(OH)2 단일-층의 착색 시간의 합계보다 더 작을 수 있고, 또한 이중-층 전극의 색상 전이에 따른 탈색 시간(Tb)은 Co(OH)2 단일-층의 탈색 시간 및 Ni(OH)2 단일-층의 탈색 시간의 합계보다 더 작을 수 있다.The double-layer electrode according to the present invention can exhibit very fast color transfer kinetics. Specifically, the coloring time (T c ) according to the color transition of the double-layer electrode of the present invention is smaller than the sum of the coloring time of the Co(OH) 2 single-layer and the coloring time of the Ni(OH) 2 single-layer. Also, the decolorization time (T b ) according to the color transition of the double-layer electrode may be smaller than the sum of the decolorization time of the Co(OH) 2 single-layer and the decolorization time of the Ni(OH) 2 single-layer. .

더욱 구체적으로, 본 발명에 따라 코어 전착 시간 10초 및 쉘 전착 시간 10초로 형성한 이중-층 전극의 색상 전이에 따른 착색 시간(Tc) 및 탈색 시간(Tb)은 각각 2 s(초를 의미) 이하 및 1.2 s 이하, 바람직하게는 각각 1.8 s 이하 및 1.15 s 이하, 또는 각각 1.6 s 이하 및 1.1 s 이하일 수 있다. 착색 시간 및 탈색 시간의 하한 값은 예를 들어 각각 0.5 s 이상, 0.6 s 이상, 0.7 s 이상, 0.8 s 이상 또는 0.9 s 이상일 수 있다.More specifically, the coloring time (T c ) and discoloration time (T b ) according to the color transition of the double-layer electrode formed with a core electrodeposition time of 10 seconds and a shell electrodeposition time of 10 seconds according to the present invention are 2 s (seconds), respectively. meaning) or less and 1.2 s or less, preferably 1.8 s or less and 1.15 s or less, respectively, or 1.6 s or less and 1.1 s or less, respectively. The lower limits of the coloring time and decolorization time may be, for example, 0.5 s or more, 0.6 s or more, 0.7 s or more, 0.8 s or more, or 0.9 s or more, respectively.

또한, 코어 전착 시간 10초 및 쉘 전착 시간 20초로 형성한 이중-층 전극의 색상 전이에 따른 착색 시간(Tc) 및 탈색 시간(Tb)은 각각 3.2 s 이하 및 2.2 s 이하, 바람직하게는 각각 3 s 이하 및 2.15 s 이하, 또는 각각 2.8 s 이하 및 2.1 s 이하일 수 있다. 착색 시간 및 탈색 시간의 하한 값은 예를 들어 각각 1.5 s 이상, 1.6 s 이상, 1.7 s 이상, 1.8 s 이상 또는 1.9 s 이상일 수 있다.In addition, the coloring time (T c ) and decolorization time (T b ) according to the color transition of the double-layer electrode formed with a core electrodeposition time of 10 seconds and a shell electrodeposition time of 20 seconds are 3.2 s or less and 2.2 s or less, respectively, preferably 3 s or less and 2.15 s or less, respectively, or 2.8 s or less and 2.1 s or less, respectively. The lower limits of the coloring time and decolorization time may be, for example, 1.5 s or more, 1.6 s or more, 1.7 s or more, 1.8 s or more, or 1.9 s or more, respectively.

본 발명에 따른 이중-층 전극은 용량 및 속도 성능 양쪽의 측면에서 우수한 에너지 저장 성능을 가질 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따라 코어 전착 시간 10초 및 쉘 전착 시간 10초로 형성한 이중-층 전극은 2 A/g 작동에서 1245 F/g 이상, 바람직하게는 1248 F/g 이상의 전기용량을 가질 수 있다. 그 상한 값은 예를 들어 1300 F/g 이하, 1280 F/g 이하 또는 1260 F/g 이하일 수 있다.The double-layer electrode according to the present invention can have excellent energy storage performance in terms of both capacity and rate performance. Specifically, a double-layer electrode formed with a core electrodeposition time of 10 seconds and a shell electrodeposition time of 10 seconds according to the present invention may have a capacitance of 1245 F/g or more, preferably 1248 F/g or more at 2 A/g operation. there is. The upper limit value may be, for example, 1300 F/g or less, 1280 F/g or less, or 1260 F/g or less.

또한, 코어 전착 시간 10초 및 쉘 전착 시간 10초로 형성한 이중-층 전극은 2 A/g부터 20 A/g까지 증가 시에 전기용량을 2 A/g 작동 대비 90% 이상, 바람직하게는 92% 이상, 94% 이상 또는 96% 이상으로 유지할 수 있다. 그 상한 값은 예를 들어 100% 이하, 99% 이하 또는 98% 이하일 수 있다.In addition, the double-layer electrode formed with a core electrodeposition time of 10 seconds and a shell electrodeposition time of 10 seconds increases the capacitance from 2 A/g to 20 A/g by more than 90% compared to 2 A/g operation, preferably 92 % or higher, 94% or higher, or 96% or higher. The upper limit value may be, for example, 100% or less, 99% or less, or 98% or less.

또한, 코어 전착 시간 10초 및 쉘 전착 시간 10초로 형성한 이중-층 전극은 5000 사이클 작동 후에 전기용량을 초기 사이클 대비 70% 이상, 바람직하게는 72% 이상 또는 74% 이상으로 유지할 수 있다. 그 상한 값은 예를 들어 80% 이하, 78% 이하 또는 76% 이하일 수 있다.In addition, the double-layer electrode formed with a core electrodeposition time of 10 seconds and a shell electrodeposition time of 10 seconds can maintain a capacitance of 70% or more, preferably 72% or more or 74% or more compared to the initial cycle after 5000 cycles. The upper limit may be, for example, 80% or less, 78% or less, or 76% or less.

또한, 코어 전착 시간 10초 및 쉘 전착 시간 10초로 형성한 이중-층 전극은 0.2 mA/㎠ 작동에서 10 mF/㎠ 이상, 바람직하게는 12 mF/㎠ 이상 또는 14 mF/㎠ 이상의 면적 전기용량을 가질 수 있다. 그 상한 값은 예를 들어 20 mF/㎠ 이하, 18 mF/㎠ 이하 또는 16 mF/㎠ 이하일 수 있다.In addition, a double-layer electrode formed with a core electrodeposition time of 10 seconds and a shell electrodeposition time of 10 seconds has an areal capacitance of 10 mF/cm 2 or more, preferably 12 mF/cm 2 or more or 14 mF/cm 2 or more at 0.2 mA/cm 2 operation. can have The upper limit value may be, for example, 20 mF/cm 2 or less, 18 mF/cm 2 or less, or 16 mF/cm 2 or less.

본 발명에 따라 코어 전착 시간 10초 및 쉘 전착 시간 20초로 형성한 이중-층 전극은 2 A/g 작동에서 1462 F/g 이상, 바람직하게는 1464 F/g 이상의 전기용량을 가질 수 있다. 그 상한 값은 예를 들어 1500 F/g 이하 또는 1480 F/g 이하일 수 있다.A double-layer electrode formed according to the present invention with a core deposition time of 10 seconds and a shell deposition time of 20 seconds can have a capacitance of 1462 F/g or more, preferably 1464 F/g or more, at 2 A/g operation. The upper limit value may be, for example, 1500 F/g or less or 1480 F/g or less.

또한, 코어 전착 시간 10초 및 쉘 전착 시간 20초로 형성한 이중-층 전극은 2 A/g부터 20 A/g까지 증가 시에 전기용량을 2 A/g 작동 대비 80% 이상, 바람직하게는 81% 이상으로 유지할 수 있다. 그 상한 값은 예를 들어 88% 이하, 86% 이하 또는 84% 이하일 수 있다.In addition, the double-layer electrode formed with a core electrodeposition time of 10 seconds and a shell electrodeposition time of 20 seconds increases the capacitance from 2 A/g to 20 A/g by 80% or more compared to 2 A/g operation, preferably 81 % can be maintained. The upper limit may be, for example, 88% or less, 86% or less, or 84% or less.

또한, 코어 전착 시간 10초 및 쉘 전착 시간 20초로 형성한 이중-층 전극은 0.2 mA/㎠ 작동에서 20 mF/㎠ 이상, 바람직하게는 22 mF/㎠ 이상, 24 mF/㎠ 이상 또는 26 mF/㎠ 이상의 면적 전기용량을 가질 수 있다. 그 상한 값은 예를 들어 34 mF/㎠ 이하, 32 mF/㎠ 이하 또는 30 mF/㎠ 이하일 수 있다.In addition, a double-layer electrode formed with a core electrodeposition time of 10 seconds and a shell electrodeposition time of 20 seconds exhibits 20 mF/cm2 or more, preferably 22 mF/cm2 or more, 24 mF/cm2 or more, or 26 mF/cm2 or more at 0.2 mA/cm2 operation. It may have an areal capacitance of cm2 or more. The upper limit value may be, for example, 34 mF/cm 2 or less, 32 mF/cm 2 or less, or 30 mF/cm 2 or less.

본 발명에 따른 전극은 에너지 저장 가능한 전기변색 장치, 스마트 윈도우 또는 커패시터에 유용하게 사용될 수 있다.The electrode according to the present invention can be usefully used in an electrochromic device capable of storing energy, a smart window, or a capacitor.

또한, 본 발명은 기판 상에 Co 전구체를 전착하여 Co(OH)2를 포함하는 코어를 형성하는 단계; 및 코어 상에 Ni 전구체를 전착하여 Ni(OH)2를 포함하는 쉘을 형성하는 단계를 포함하는 전극 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of electrodepositing a Co precursor on a substrate to form a core containing Co(OH) 2 ; and forming a shell containing Ni(OH) 2 by electrodepositing a Ni precursor on the core.

이러한 2단계의 순차적인 전착에서 전착 순서가 중요한데, 그 순서를 바꾸어, 즉 Ni 전구체를 먼저 전착하여 Ni(OH)2를 포함하는 코어를 형성할 경우, 나노시트 구조가 덜 발달하여 다중 색상 전이 특성을 나타낼 수 없게 될 수 있다.In this two-step sequential electrodeposition, the electrodeposition order is important. When the order is reversed, that is, when the Ni precursor is electrodeposited first to form a core containing Ni(OH) 2 , the nanosheet structure is less developed, resulting in multi-color transition characteristics. may not be able to show

코어 전착 시간은 5 내지 20초, 바람직하게는 6 내지 15초, 더욱 바람직하게는 8 내지 12초일 수 있다.The core electrodeposition time may be 5 to 20 seconds, preferably 6 to 15 seconds, and more preferably 8 to 12 seconds.

쉘 전착 시간은 5 내지 30초, 바람직하게는 6 내지 25초, 더욱 바람직하게는 8 내지 22초일 수 있다.The shell electrodeposition time may be 5 to 30 seconds, preferably 6 to 25 seconds, and more preferably 8 to 22 seconds.

쉘 전착 시간이 길어질 경우, 착색 시간과 탈색 시간이 증가하고 용량 유지율이 감소할 수 있지만, 투과율 변화 및 전기용량은 증가할 수 있다.When the shell electrodeposition time is long, the coloring time and decoloring time may increase and the capacity retention rate may decrease, but the change in transmittance and the capacitance may increase.

전착 전류는 캐소드 전류로서 0.5 내지 2 mA/㎠, 바람직하게는 0.6 내지 1.5 mA/㎠, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 1.2 mA/㎠일 수 있다.The electrodeposition current may be 0.5 to 2 mA/cm 2 , preferably 0.6 to 1.5 mA/cm 2 , more preferably 0.8 to 1.2 mA/cm 2 as a cathode current.

Co 전구체는 Co(NO3)2를 함유하는 수성 전해질일 수 있고, Ni 전구체는 Ni(NO3)2를 함유하는 수성 전해질일 수 있다. 각 전구체의 농도는 0.05 내지 0.2 M, 바람직하게는 0.06 내지 0.15 M, 더욱 바람직하게는 0.08 내지 0.12 M일 수 있다.The Co precursor may be an aqueous electrolyte containing Co(NO 3 ) 2 , and the Ni precursor may be an aqueous electrolyte containing Ni(NO 3 ) 2 . The concentration of each precursor may be 0.05 to 0.2 M, preferably 0.06 to 0.15 M, and more preferably 0.08 to 0.12 M.

기판으로는 불소-도핑 주석 산화물(FTO)/유리 기판 등을 사용할 수 있다. 기판은 전착 이전에 아세톤, 에탄올 및 탈이온수에서 초음파 처리의 도움으로 순차적으로 세척될 수 있다.As the substrate, a fluorine-doped tin oxide (FTO)/glass substrate or the like can be used. The substrate can be sequentially cleaned with the aid of sonication in acetone, ethanol and deionized water prior to electrodeposition.

수산화물의 전착은 Pt판 상대 전극 및 Ag/AgCl(포화 KCl) 기준 전극을 이용한 3개-전극 시스템에서 정전위기를 이용하여 수행할 수 있다. 전착 후에, 수산화물 필름을 탈이온수로 세정하여 표면에 잔류하는 반응물질을 제거하고 건조할 수 있다.Electrodeposition of hydroxide can be carried out using a potentiostat in a three-electrode system using a Pt plate counter electrode and an Ag/AgCl (saturated KCl) reference electrode. After electrodeposition, the hydroxide film may be rinsed with deionized water to remove reactants remaining on the surface and dried.

2개-전극 전기변색 장치(셀)를 제조할 경우, 한쪽 전극은 본 발명에 따른 전극일 수 있고, 다른 한쪽 전극은 TiO2 필름 전극일 수 있다. 두 전극 사이에는 전해질(KOH 등)이 주입되고 밀봉될 수 있다.When manufacturing a two-electrode electrochromic device (cell), one electrode may be an electrode according to the present invention, and the other electrode may be a TiO 2 film electrode. An electrolyte (such as KOH) may be injected and sealed between the two electrodes.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples.

[실시예][Example]

본 발명에서는 에너지 저장 가능한 전기변색 장치를 위해 초고속 색상 전이 동역학을 갖는 이중-층 Co(OH)2/Ni(OH)2 수산화물 필름을 제공한다. 매우 단시간(전체 20 내지 30초) 내에 Co(OH)2 및 Ni(OH)2의 순차적인 전착에 의해, 코어/쉘-형 이중-층 구성을 갖는 나노구조 수산화물 필름을 제조하였다. 상이한 산화환원 전위를 갖는 전기변색 재료들의 공존으로 인해, 필름의 색상은 황색, 녹색 및 갈색 중에서 스위칭 가능하였고, 이들 변화는 완전히 가역적이었다. 필름의 전기변색 특성에 대한 다양한 조사가 명확하게 나타내듯이, 이들은 (최신 기술 중에서) 매우 빠른 색상 전이 동역학 그리고 용량 및 속도 성능 양쪽의 측면에서 우수한 에너지 저장 성능을 갖는다. 또한, 고성능 및 동역학의 기원을 이해하기 위해 추가 조사 및 논의를 수행하였고, 전하 및 물질 전달의 구조적인 형태 및 동역학의 측면에서 체계적으로 연구하였다.The present invention provides a double-layer Co(OH) 2 /Ni(OH) 2 hydroxide film with ultrafast color transfer kinetics for an energy storage capable electrochromic device. Nanostructured hydroxide films with a core/shell-type bi-layer configuration were prepared by sequential electrodeposition of Co(OH) 2 and Ni(OH) 2 within a very short time (20 to 30 seconds in total). Due to the coexistence of electrochromic materials with different redox potentials, the color of the film was switchable among yellow, green and brown, and these changes were completely reversible. As various investigations into the electrochromic properties of the films clearly indicate, they have very fast color transfer kinetics (among the state of the art) and excellent energy storage performance in terms of both capacity and rate performance. In addition, further investigations and discussions were conducted to understand the origin of high performance and kinetics, and systematic studies were conducted in terms of structural morphology and kinetics of charge and mass transport.

1. 실험1. Experiment

1.1. 전기변색 필름 및 셀의 제조 및 특성 평가1.1. Fabrication and characterization of electrochromic films and cells

본 연구에 사용된 모든 화학물질은 Sigma-Aldrich에서 구입하였고, 달리 언급하지 않는 한 추가 정제 없이 사용하였다. FTO/유리(~14 Ω/㎠, Asahi Glass)를 아세톤, 에탄올 및 탈이온수에서 각각 30분 동안 초음파 처리의 도움으로 순차적으로 세척하였다. FTO/유리 상에 수산화물의 전착은 Pt판 상대 전극 및 Ag/AgCl(포화 KCl) 기준 전극을 이용한 3개-전극 시스템에서 정전위기(WonATech WBCS3000)를 이용하여 수행하였다. 전착 후에, 수산화물 필름을 탈이온수로 세정하여 표면에 잔류하는 반응물질을 제거하고 60℃에서 건조하였다. FTO/유리 상에 콜로이드 TiO2 나노입자 페이스트(Ti-Nanoxide T/SP, Solaronix SA)의 닥터-블레이딩을 수행한 후, 공기 중 450℃에서 30분 동안 열처리함으로써, 2개-전극 전기변색 셀용 메조다공성 TiO2 필름을 제조하였다. 60 ㎛ 두께의 열가소성 밀봉재(Surlyn, DuPont)를 2개-전극 셀용 전극의 샌드위치-형 조립체에 사용하였고, 미리 천공한 구멍을 통해 전해질(1.0 M KOH)을 셀에 주입하였다.All chemicals used in this study were purchased from Sigma-Aldrich and were used without further purification unless otherwise noted. The FTO/glass (~14 Ω/cm, Asahi Glass) was washed sequentially with the aid of sonication in acetone, ethanol and deionized water for 30 min each. Electrodeposition of hydroxides on FTO/glass was performed using a potentiostat (WonATech WBCS3000) in a three-electrode system using a Pt plate counter electrode and an Ag/AgCl (saturated KCl) reference electrode. After electrodeposition, the hydroxide film was washed with deionized water to remove the reactants remaining on the surface and dried at 60°C. Doctor-blading of colloidal TiO 2 nanoparticle paste (Ti-Nanoxide T/SP, Solaronix SA) on FTO/glass, followed by heat treatment at 450°C in air for 30 minutes, for a two-electrode electrochromic cell A mesoporous TiO 2 film was prepared. A 60 μm thick thermoplastic sealant (Surlyn, DuPont) was used for the sandwich-type assembly of the electrodes for the two-electrode cell, and an electrolyte (1.0 M KOH) was injected into the cell through a pre-drilled hole.

1.2. 물리화학적 및 전기화학적 특성 평가1.2. Evaluation of physicochemical and electrochemical properties

수산화물 필름의 형태는 EDS 장비를 구비한 SEM(Hitachi S4800) 및 TEM(Tecnai G2 F30)을 이용하여 평가하였다. TEM 분석을 위해, 60초의 전기화학 증착에 의해 얻어진 수산화물을 사용하였는데, 매우 얇은 두께로 인해 10초 동안 증착된 수산화물로부터 신뢰성 있는 TEM 샘플을 얻기가 어렵기 때문이었다. Co-10/Ni-10의 경우, Co(OH)2를 60초 동안 전착하였고, Ni(OH)2를 10초 동안 증착하였다. XRD 측정은 Cu-Kα 방사선원을 구비한 X'Pert PANalytical을 이용하여 수행하였고, XPS 분석은 Al-Kα 방사선원을 구비한 Thermo Scientific K-Alpha ESCA를 이용하여 수행하였다. XANES 스펙트럼은 포항 가속기 연구소의 8C 빔라인에서 싱크로트론 방사선원을 이용하여 얻었다. 광학 측정은 Scinco S-3100을 이용하여 수행하였고, 전기화학 분석은 Pt판 상대 전극 및 Ag/AgCl(포화 KCl) 기준 전극을 포함하는 3개-전극 시스템에서 정전위기(IVIUM COMPACTSTAT.e 및 WonATech WBCS3000)를 이용하여 수행하였다.The morphology of the hydroxide film was evaluated using SEM (Hitachi S4800) and TEM (Tecnai G2 F30) equipped with EDS equipment. For TEM analysis, a hydroxide obtained by electrochemical deposition for 60 seconds was used because it is difficult to obtain a reliable TEM sample from a hydroxide deposited for 10 seconds due to its very thin thickness. For Co-10/Ni-10, Co(OH) 2 was electrodeposited for 60 seconds, and Ni(OH) 2 was deposited for 10 seconds. XRD measurements were performed using an X'Pert PANalytical equipped with a Cu-Kα radiation source, and XPS analysis was performed using a Thermo Scientific K-Alpha ESCA equipped with an Al-Kα radiation source. XANES spectra were obtained using a synchrotron radiation source at the 8C beamline of the Pohang Accelerator Laboratory. Optical measurements were performed using a Scinco S-3100, and electrochemical analysis was carried out in a three-electrode system including a Pt counter electrode and an Ag/AgCl (saturated KCl) reference electrode in a potentiostat (IVIUM COMPACTSTAT.e and WonATech WBCS3000). ) was performed using.

2. 결과 및 토의2. Results and discussion

순차적인 전착으로 불소-도핑 주석 산화물(FTO)/유리 기판 상에 수산화물의 2-단계 전착에 의해 이중-층 Co(OH)2/Ni(OH)2 필름을 제조하였고; 캐소드 전류(1 mA/㎠)를 각각 0.1 M Co(NO3)2·6H2O를 함유하는 수성 전해질 및 0.1 M Ni(NO3)2·6H2O를 함유하는 수성 전해질에 10초 동안 인가하였다. 수산화물의 정확한 증착 메커니즘은 다음과 같이 요약할 수 있다.A double-layer Co(OH) 2 /Ni(OH) 2 film was prepared by two-step electrodeposition of fluorine-doped tin oxide (FTO)/hydroxide on a glass substrate in sequential electrodeposition; A cathode current (1 mA/cm 2 ) was applied for 10 seconds to an aqueous electrolyte containing 0.1 M Co(NO 3 ) 2 6H 2 O and an aqueous electrolyte containing 0.1 M Ni(NO 3 ) 2 6H 2 O, respectively. did The precise deposition mechanism of hydroxide can be summarized as follows.

[반응식 1][Scheme 1]

NO3 - + 7H2O + 8e- → NH4 + + 10OH- NO 3 - + 7H 2 O + 8e - → NH 4 + + 10OH -

[반응식 2][Scheme 2]

M2+ + 2OH- → M(OH)2 (M: Co 또는 Ni)M 2+ + 2OH - → M(OH) 2 (M: Co or Ni)

비교를 위해 1-단계(10초 동안 1 mA/㎠) 전착에 의해 단일-층 Co(OH)2 및 Ni(OH)2 필름을 추가적으로 제조하였다. 이들 Co(OH)2, Ni(OH)2 및 Co(OH)2/Ni(OH)2 필름은 금속 성분 및 증착 시간에 근거하여 이하 각각 Co-10, Ni-10 및 Co-10/Ni-10으로 지칭하였다. Co-10 및 Ni-10의 주사 전자 현미경(SEM) 및 투과 전자 현미경(TEM) 이미지에 따르면, Co-10에서는 시트-형 나노구조가 잘 발달되었고, 반면에 Ni-10은 FTO/유리 상에 빽빽하게 증착된 필름이었다. 도 1a-c에 개략적으로 나타낸 바와 같이, Co-10/Ni-10 필름은 Co-10 필름과 유사한 나노구조를 가졌고, 필름의 두께는 대략 Co-10 및 Ni-10 필름 두께의 합계이었다(도 1d-g의 SEM 및 TEM 참조). 도 1h에서 Co-10/Ni-10의 선택 영역 전자 회절(SAED) 패턴은 다결정질 Co(OH)2(그리고 전착된 Co(OH)2 상에 기존 보고와 일치하는 일부 Co3O4) 및 거의 비결정질 Ni(OH)2의 공존을 나타냈고, Co-10 및 Ni-10의 패턴과 비교하였다. Co-10/Ni-10에서 Co 및 Ni의 존재는 주사 투과 전자 현미경(STEM) 및 에너지 분산형 X-선 분광법(EDS) 분석에 의해 추가적으로 확인하였다(도 1i-l). Co-10/Ni-10에서 Co(OH)2 및 Ni(OH)2의 구성을 명확하게 하기 위해, X-선 광전자 분광법(XPS) 분석을 수행하였다. Ni-10 및 Co-10/Ni-10의 Ni 2p 신호 사이의 차이는 현저하지 않았다; 그러나, Co-10의 Co 2p 피크는 Ni(OH)2의 증착 이후 큰 폭으로 감소하였다. XPS가 표면-감응성 방법이고 다수의 신호가 표면으로부터 수 나노미터 깊이에서 나오는 것을 고려하면, Co-10/Ni-10은 코어/쉘-형 이중-층 구조를 갖되, Ni(OH)2가 나노구조 Co(OH)2를 균일하게 덮고 있음이 명백하였다. 전착된 필름에 대해 X-선 회절(XRD) 측정을 또한 수행하였지만, 수산화물로부터의 신호는 거의 관측 가능하지 않아서, 전착된 Co(OH)2 및 Ni(OH)2의 극히 얇은 구성 구조를 확인하였다.Single-layer Co(OH) 2 and Ni(OH) 2 films were additionally prepared by one-step (1 mA/cm 2 for 10 seconds) electrodeposition for comparison. These Co(OH) 2 , Ni(OH) 2 and Co(OH) 2 /Ni(OH) 2 films are hereinafter respectively Co-10, Ni-10 and Co-10/Ni- 10. According to scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) images of Co-10 and Ni-10, sheet-like nanostructures were well developed in Co-10, whereas Ni-10 was on FTO/glass. It was a densely deposited film. As schematically shown in Figures 1a-c, the Co-10/Ni-10 film had a nanostructure similar to that of the Co-10 film, and the thickness of the film was approximately the sum of the Co-10 and Ni-10 film thicknesses (Fig. see SEM and TEM in 1d–g). Selected area electron diffraction (SAED) patterns of Co-10/Ni-10 in Fig. 1h show polycrystalline Co(OH) 2 (and some Co 3 O 4 consistent with previous reports on electrodeposited Co(OH) 2 ) and It showed the coexistence of almost amorphous Ni(OH) 2 and compared to the patterns of Co-10 and Ni-10. The presence of Co and Ni in Co-10/Ni-10 was further confirmed by scanning transmission electron microscopy (STEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis (Fig. 1i-l). To clarify the composition of Co(OH) 2 and Ni(OH) 2 in Co-10/Ni-10, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis was performed. The difference between the Ni 2p signals of Ni-10 and Co-10/Ni-10 was not significant; However, the Co 2p peak of Co-10 significantly decreased after the deposition of Ni(OH) 2 . Considering that XPS is a surface-sensitive method and many signals come from a depth of several nanometers from the surface, Co-10/Ni-10 has a core/shell-type double-layer structure, while Ni(OH) 2 is nanometer It was evident that the structure Co(OH) 2 was uniformly covered. X-ray diffraction (XRD) measurements were also performed on the electrodeposited films, but signals from the hydroxides were barely observable, confirming the extremely thin constituent structures of the electrodeposited Co(OH) 2 and Ni(OH) 2 .

Co-10/Ni-10의 전기화학적 특성은 순환 전압전류법(CV) 분석에 의해 먼저 조사하였다. 도 2a에서 나타나듯이, Co-10은 약 0 V vs. Ag/AgCl에서 명확한 산화환원 피크를 나타냈고(모든 전위 값은 이후 달리 언급하지 않는 한 Ag/AgCl (포화. KCl)에 대해 나타냈다), 이는 다음의 반응에 의해 유도된 Co2+/3+ 전이에 기인한다.The electrochemical properties of Co-10/Ni-10 were first investigated by cyclic voltammetry (CV) analysis. As shown in Figure 2a, Co-10 is about 0 V vs. Ag/AgCl exhibited clear redox peaks (all potential values hereinafter are given for Ag/AgCl (saturated. KCl) unless otherwise stated), indicating that the Co 2+/3+ transition induced by the reaction is due to

[반응식 3][Scheme 3]

Co(OH)2 + OH- ↔ CoOOH + H2O + e- Co(OH) 2 + OH - ↔ CoOOH + H 2 O + e -

유사하게, Ni2+/3+ 전이(반응 메커니즘은 반응식 4를 참조) 피크는 ~0.3 V에서 명백하였고, Co2+/3+ 및 Ni2+/3+ 산화환원 피크는 모두 Co-10/Ni-10의 경우에서 존재하였다.Similarly, the Ni 2+/3+ transition (see Scheme 4 for reaction mechanism) peak was evident at ~0.3 V, and both the Co 2+/3+ and Ni 2+/3+ redox peaks were Co-10/ It was present in the case of Ni-10.

[반응식 4][Scheme 4]

Ni(OH)2 + OH- ↔ NiOOH + H2O + e- Ni(OH) 2 + OH - ↔ NiOOH + H 2 O + e -

기-제조된 Co-10 및 Co-10/Ni-10에서 Co(OH)2는 첫 번째 CV 사이클에서 알파-대-베타 상 전이를 겪었고, 필름의 색상은 옅은 황색으로 변하였으며, 반면에 Ni(OH)2는 이런 종류의 거동을 나타내지 않았다는 것이 주목할만하였다. 초기 사이클 이후, 모든 수산화물 필름은 반복적인 CV 측정에서 매우 안정된 전기화학적 특성을 나타냈다. 한편, 단일- 및 이중-층 수산화물 필름에서 Co2+/3+ 및 Ni2+/3+ 산화환원 반응의 시작 및 피크 전위에서는 약간의 차이가 있었다. Co K-에지 및 Ni K-에지에서 X-선 흡수 니어 에지 구조(XANES) 분석을 수행하여 Co(OH)2 및 Ni(OH)2 사이의 전자 상호작용이 있는지 보았다. 수산화물 필름의 XANES 스펙트럼으로부터, 단일- 및 이중-층 필름에서 Co(OH)2 및 Ni(OH)2의 전자 구조 사이의 차이를 거의 관측할 수 없었다. 그러므로, 산화환원 피크의 차이는 필름의 상이한 전기적 및 구조적 특성에 기인한 것으로 추정될 수 있었다.Co(OH) 2 in pre-prepared Co-10 and Co-10/Ni-10 underwent an alpha-to-beta phase transition in the first CV cycle, and the color of the film turned to pale yellow, whereas Ni It is noteworthy that (OH) 2 did not exhibit this kind of behavior. After initial cycling, all hydroxide films exhibited very stable electrochemical properties in repeated CV measurements. On the other hand, there were some differences in the onset and peak potentials of the Co 2+/3+ and Ni 2+/3+ redox reactions in single- and double-layer hydroxide films. X-ray absorption near edge structure (XANES) analysis was performed on the Co K-edge and Ni K-edge to see if there is an electronic interaction between Co(OH) 2 and Ni(OH) 2 . From the XANES spectra of the hydroxide films, little difference between the electronic structures of Co(OH) 2 and Ni(OH) 2 could be observed in single- and double-layer films. Therefore, it could be assumed that the difference in redox peaks was due to the different electrical and structural properties of the films.

수산화물 필름의 전기변색 특성은 원 위치 광학 측정에 의해 조사하였다. 1.0 M KOH 전해질에서 넓은 범위의 인가 전위에서 Co-10, Ni-10 및 Co-10/Ni-10의 투과율 스펙트럼에 따르면, Co2+/3+ 및/또는 Ni2+/3+ 산화환원 피크 전위 부근에서 광학 반응의 눈에 띄는 변화가 있었고, 수산화물 필름의 뚜렷한 투과율 스펙트럼이 -0.2 V, 0.2 V 및 0.5 V에서 얻어질 수 있었다(도 2b 참조). Co2+/3+ 및 Ni2+/3+ 산화환원 반응은 모두 Co-10/Ni-10에서 일어날 수 있기 때문에, 다-단계 색상 변화가 관측 가능하였고; 인가 전위가 증가함에 따라 황색으로부터 녹색을 거쳐 갈색으로 변하였다(도 2c의 개략도 및 디지털 사진 참조). 인가 전위의 반복 변화에서 광학 특성의 연속적인 스위칭으로부터 알 수 있듯이, 색상 전이는 완전히 가역적이었다(도 2d 참조). 이후, 수산화물 필름의 전기변색 성능은 가시광 영역에서의 투과율에 의해 비교되었고, 500 nm 파장이 다양한 정량 특성 평가를 위해 선택되었다. 500 nm 파장에서 Co-10, Ni-10 및 Co-10/Ni-10의 투과율 변화는 각각 8.5, 31.9 및 47.5%이었고, 이때 인가 전위는 -0.2 V 및 0.5 V 사이에서 변경되었다. Co-10/Ni-10의 변화가 Co-10 및 Ni-10의 합계보다 더 큰 것을 관측한 것은 주목할만하였는데, 이것은 Ni(OH)2의 상이한 이용률에 기인하였고, Co(OH)2에 비해 전기변색 성능에서 더 큰 중요성을 가졌다. Co-10/Ni-10에서, 나노구조 Co(OH)2 필름(즉, Co-10)은 Ni(OH)2 전착용 기판으로서 기능한 반면에, 맨 FTO/유리는 Ni-10에 사용되었다. 이러한 이유 때문에, Co-10/Ni-10의 표면적은 Ni-10보다 컸는데, 이것은 다량의 Ni(OH)2가 Co-10/Ni-10에서 전해질과 직접 접촉하고 착색 과정에 쉽게 참여함을 의미한다. 또한, Co(OH)2는 Co-10/Ni-10에서 Ni(OH)2의 골격으로 작용하기 때문에, 고-전위에서 Co(OH)2가 CoOOH로 전환될 때 전기 전도도의 상승은 Ni(OH)2의 이용을 또한 높여서, Co-10/Ni-10에서 전기변색 성능을 상승 작용으로 높일 수 있다. 500 nm 파장에서 착색 상태(Tc) 및 탈색 상태(Tb)에서의 투과율에 근거하여, 광학 밀도의 (대수) 변화(ΔOD) 및 착색 효율(CEs)은 다음의 식으로 정의되고 계산되었다.The electrochromic properties of the hydroxide films were investigated by in situ optical measurements. According to the transmittance spectra of Co-10, Ni-10 and Co-10/Ni-10 over a wide range of applied potentials in 1.0 M KOH electrolyte, Co 2+/3+ and/or Ni 2+/3+ redox peaks There was a noticeable change in the optical response near the potential, and distinct transmittance spectra of the hydroxide film could be obtained at -0.2 V, 0.2 V and 0.5 V (see Fig. 2b). Since both Co 2+/3+ and Ni 2+/3+ redox reactions can occur in Co-10/Ni-10, multi-step color changes were observable; It changed from yellow through green to brown as the applied potential increased (see schematic and digital photograph in Fig. 2c). The color transition was completely reversible, as can be seen from the continuous switching of the optical properties upon repeated changes of the applied potential (see Fig. 2d). Then, the electrochromic performance of the hydroxide films was compared by transmittance in the visible light region, and a wavelength of 500 nm was selected for evaluation of various quantitative characteristics. The transmittance changes of Co-10, Ni-10 and Co-10/Ni-10 at 500 nm wavelength were 8.5, 31.9 and 47.5%, respectively, and the applied potential was changed between -0.2 V and 0.5 V. It was noteworthy to observe that the change in Co-10/Ni-10 was greater than the sum of Co-10 and Ni-10, which was due to the different availability of Ni(OH) 2 , compared to Co(OH) 2 . It had a greater importance in electrochromic performance. In Co-10/Ni-10, a nanostructured Co(OH) 2 film (ie, Co-10) served as a substrate for Ni(OH) 2 electrodeposition, while bare FTO/glass was used for Ni-10. . For this reason, the surface area of Co-10/Ni-10 is larger than that of Ni-10, indicating that a large amount of Ni(OH) 2 directly contacts the electrolyte in Co-10/Ni-10 and readily participates in the coloring process. it means. In addition, since Co(OH) 2 acts as a backbone of Ni(OH) 2 in Co-10/Ni-10, when Co(OH) 2 is converted to CoOOH at a high potential, the increase in electrical conductivity of Ni( OH) 2 can also be increased to increase the electrochromic performance in Co-10/Ni-10 synergistically. Based on the transmittance in the colored state (T c ) and uncolored state (T b ) at 500 nm wavelength, the (logarithmic) change in optical density (ΔOD) and the coloring efficiency (CEs) were defined and calculated by the following equations.

[수학식 1][Equation 1]

ΔOD = log (Tb/Tc)ΔOD = log (T b /T c )

[수학식 2][Equation 2]

CE = ΔOD / Q (Q: 전하 밀도)CE = ΔOD / Q (Q: charge density)

상이한 착색/투명도 사이의 빠른 스위칭은 스마트 윈도우 적용에 유리하므로, 이후 수산화물 필름의 전이 동역학을 면밀히 조사하였다. 수산화물 필름의 착색 시간(tc) 및 탈색 시간(tb)은 전이 과정 중에 투과율 변화의 90%에 대해 취해진 시간에 근거하여 측정하였다. Co-10, Ni-10 및 Co-10/Ni-10의 tc / tb는 각각 0.90 s / 0.36 s, 1.22 s / 0.89 s 및 1.45 s / 1.11 s이었다(500 nm 파장에서, 도 2e의 투과율 데이터 참조). Co-10/Ni-10의 tc 및 tb는 단일-층 수산화물의 합계보다 더 작은 것이 주목할만하였는데, 이는 나노구조 Co(OH)2와 균일한 Ni(OH)2 쉘을 조합함으로써 상승 효과가 있음을 명백히 입증한다. 한편, tc 및 tb 값을 기존 연구의 것과 비교할 경우, 본 발명의 전착된 수산화물 필름의 전이 동역학은 최신 기술에 속함이 밝혀질 수 있었다. 수산화물 필름의 전기변색 성능이 연속적인 작동에 걸쳐 높은 신뢰성을 가지면서 광 변조의 규모 감소의 작은 신호 및 개방-회로 조건에서 우수한 메모리 효과를 가짐을 관측한 것은 또한 주목할만하였다.Since fast switching between different coloration/transparency is advantageous for smart window applications, the transition kinetics of the hydroxide films were then closely investigated. The coloration time (t c ) and decolorization time (t b ) of the hydroxide film were determined based on the time taken for 90% of the transmittance change during the transfer process. The t c / t b of Co-10, Ni-10 and Co-10/Ni-10 were 0.90 s / 0.36 s, 1.22 s / 0.89 s, and 1.45 s / 1.11 s, respectively (at 500 nm wavelength, Fig. 2e see transmittance data). It is noteworthy that t c and t b of Co-10/Ni-10 are smaller than the sum of the single-layer hydroxides, indicating a synergistic effect by combining the nanostructured Co(OH) 2 with the uniform Ni(OH) 2 shell. clearly prove that there is On the other hand, when comparing t c and t b values with those of previous studies, it could be found that the transition kinetics of the electrodeposited hydroxide film of the present invention belong to the state of the art. It is also noteworthy to observe that the electrochromic performance of the hydroxide film has a good memory effect at small signal and open-circuit conditions of the magnitude reduction of light modulation with high reliability over continuous operation.

Co-10/Ni-10에서, Ni(OH)2는 Co(OH)2를 균일하게 덮고(상술한 바와 같이 XPS 분석 결과에 근거), 이에 따라 전하는 전기변색 장치의 적절한 작동을 위해 Ni(OH)2를 통해 Co(OH)2로부터/로 이동하여야 한다. XANES 스펙트럼으로부터 또한 명백하듯이, 이중-층 수산화물 필름에서 Co(OH)2 및 Ni(OH)2 사이의 무시해도 될 정도의 전자 상호작용이 있었다. 따라서, 이들의 코어/셀-형 구성에서 코발트 및 니켈 수산화물의 전하 이동 동역학이 조사되어 Co-10/Ni-10의 빠른 전이 동역학을 조금 더 이해하였다. 다양한 스캔 속도에서 CV 측정을 수행하였고, 피크 전위에 대해 스캔 속도의 제곱근을 플로팅함으로써(도 2f), Ni(OH)2의 착색 및 탈색(즉, 전하 이동) 동역학이 매우 빠르고(물질 전달-제한적) 반면에 Co(OH)2는 상대적으로 느린 것을 선형 상관으로부터 인지할 수 있었다. 이는 Co-10/Ni-10의 코어/쉘-형 구조가 전하의 용이한 이동에 매우 효율적임을 나타내는데, Co(OH)2가 Ni(OH)2를 위한 나노구조 골격을 제공하여 착색/탈색 과정 중에 빠른 전기화학적 반응을 겪기 때문이다. 추가적으로, 단일- 및 이중-층 수산화물 필름의 전하 이동 동역학을 비교하기 위해, 전기화학 임피던스 분광학(EIS) 분석을 수행하였다. 도 2g는 개방-회로 전위에서 전착된 수산화물 필름의 Nyquist 플롯을 나타내고, 첫 번째 반원의 직경으로부터, 수산화물/전해질 계면에서 전하 이동 저항(Rct)을 비교할 수 있었다. EIS 데이터가 전극의 기하학적 면적으로 정규화되었지만, 나노구조 Co-10의 Rct가 평면형 Ni-10보다 더 큰 것은 주목할만하였다. 이는 전하 이동 반응이 - OH-와 반응함으로써 산화 상태에서 변화 - Co-10과 비교하여 Ni-10에서 현저하게 빠른 것을 명백히 입증한다. 한편, Co-10/Ni-10의 Rct는 단일-층 수산화물 필름보다 휠씬 더 작았는데, 이것은 Co(OH)2 코어에서 비롯되는 나노시트-형 형태 및 Ni(OH)2 쉘의 빠른 전하 이동 동역학의 이점의 결과로서 이해될 수 있었다. 또한, 개방-회로 조건에서 EIS의 경향의 유효성은 다양한 인가 전위(-0.2 V, 0.2 V 및 0.5 V)에서 EIS 분석에 의해 교차-확인되었다. Co-10, Ni-10 및 Co-10/Ni-10은 탈색된(Co(OH)2 및 Ni(OH)2) 및 착색된(CoOOH 및 NiOOH) 상태에서 현저하게 상이한 거동을 나타냈지만, 탈색된 상태에서 EIS 스펙트럼은 도 2g와 동일한 경향을 나타냈다. Co(OH)2/Ni(OH)2 구성의 이점의 추가적인 검증을 위해, 전착의 순서를 뒤바꿈으로써 Ni(OH)2/Co(OH)2 필름을 제조하였고, 이 필름을 Ni-10/Co-10으로 칭하였다. SEM 이미지로부터 볼 수 있듯이, 시트-형 나노구조는 Co-10/Ni-10과 비교하여 Ni-10/Co-10에서 덜 발달되었다. Co2+/3+ 산화환원 피크는 Ni-10/Co-10의 CV 그래프에서 극히 작은 것이 또한 주목할만하였다. 그 결과로서, 사진으로부터 볼 수 있듯이, 다중 색상 전이는 이 반대-구성 수산화물 필름으로부터 관측 가능하지 않았다. Ni-10/Co-10의 결과로부터 명확하게 입증될 수 있듯이, Co-10/Ni-10은 전기변색 장치의 적용에, 특히 다중 색상 변화에 매우 유리하다.In Co-10/Ni-10, Ni(OH) 2 uniformly covers Co(OH) 2 (based on XPS analysis results as described above), so the charge is Ni(OH) for proper operation of the electrochromic device. ) 2 to/from Co(OH) 2 . As is also evident from the XANES spectra, there was negligible electronic interaction between Co(OH) 2 and Ni(OH) 2 in the double-layer hydroxide film. Therefore, the charge transfer kinetics of cobalt and nickel hydroxides in their core/shell-type configurations were investigated to better understand the fast transition kinetics of Co-10/Ni-10. CV measurements were performed at various scan rates, and by plotting the square root of the scan rate against the peak potential (Fig. 2f), the coloration and decolorization (i.e., charge transfer) kinetics of Ni(OH) 2 are very fast (mass transfer-limiting). ) On the other hand, Co(OH) 2 was relatively slow from the linear correlation. This indicates that the core/shell-type structure of Co-10/Ni-10 is very efficient for the easy transfer of charge, and Co(OH) 2 provides a nanostructured backbone for Ni(OH) 2 for the coloring/bleaching process. This is because it undergoes a rapid electrochemical reaction during Additionally, to compare the charge transfer kinetics of single- and double-layer hydroxide films, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analysis was performed. Figure 2g shows a Nyquist plot of the electrodeposited hydroxide film at open-circuit potential and from the diameter of the first semicircle, the charge transfer resistance (R ct ) at the hydroxide/electrolyte interface can be compared. Although the EIS data were normalized to the geometric area of the electrode, it was noteworthy that the R ct of nanostructured Co-10 was larger than that of planar Ni-10. This clearly demonstrates that the charge transfer reaction - change in oxidation state by reacting with OH - - is significantly faster in Ni-10 compared to Co-10. On the other hand, the R ct of Co-10/Ni-10 was much smaller than that of the single-layer hydroxide film, which is due to the nanosheet-like morphology originating from the Co(OH) 2 core and the rapid charge transfer of the Ni(OH) 2 shell. This could be understood as a result of the kinetic advantage. In addition, the validity of the trend of EIS in open-circuit conditions was cross-confirmed by EIS analysis at various applied potentials (−0.2 V, 0.2 V and 0.5 V). Co-10, Ni-10 and Co-10/Ni-10 showed markedly different behavior in the uncolored (Co(OH) 2 and Ni(OH) 2 ) and tinted (CoOOH and NiOOH) states, but in the uncolored (Co(OH) 2 and Ni(OH) 2 ) states, EIS spectrum showed the same trend as in Fig. 2g. For further validation of the advantage of the Co(OH) 2 /Ni(OH) 2 configuration, a Ni(OH) 2 /Co(OH) 2 film was prepared by reversing the order of electrodeposition, and this film was Ni-10/ It was called Co-10. As can be seen from the SEM images, sheet-like nanostructures are less developed in Ni-10/Co-10 compared to Co-10/Ni-10. It is also noteworthy that the Co 2+/3+ redox peak is extremely small in the CV graph of Ni-10/Co-10. As a result, as can be seen from the photographs, multi-color transitions were not observable from this opposite-constituent hydroxide film. As can be clearly demonstrated from the results of Ni-10/Co-10, Co-10/Ni-10 is very advantageous for the application of electrochromic devices, especially for multi-color change.

(2개-전극) 전기변색 장치(도 3a의 개략도 참조)를 구성하여 실제 장치에서 수산화물 필름의 실행 가능성을 증명하기 위해, FTO/유리 기판 상에 TiO2 나노입자를 캐스팅하여 투명 상대 전극을 제조하였다; TiO2는 가시광선을 흡수하지 않지만, 동시에 자외선(UV) 필터로서 역할을 할 수 있기 때문에 선택되었다. 약 20 nm의 크기를 갖는 나노입자가 사용되어 광 산란을 유도하지 않았다. 한편, TiO2는 양이온 삽입 하에 전기변색 특성으로 또한 널리 알려졌기 때문에, TiO2 필름의 투과율은 착색 및 탈색 상태에서 모두 측정되었다; 투과율에 대한 TiO2의 영향은 가시광선 파장 영역에서 현저하지 않았다. 본 발명의 전기변색 수산화물 전극 및 TiO2 상대 전극이 열가소성 밀봉재를 이용하여 샌드위치-형 구성으로 조립된 후, 1.0 M KOH 전해질이 셀로 주입되었다. 인가 전압을 0으로부터 2.0 V로 변화시킴으로써, 황색으로부터 녹색을 거쳐 갈색으로 색상을 스위칭 할 수 있었고(도 3b), 이 색상 변화는 가역적이었다. 도 3c는 상이한 전압에서 2개-전극 셀의 투과율 스펙트럼을 나타내는데, 가시광선 파장 영역 내에서 투과율의 1/2배 감소가 명확하게 관측 가능하였다. 이는 스마트 윈도우 적용에서 Co-10/Ni-10의 높은 실행 가능성 및 성능을 암시하고, UV 광선이 TiO2의 존재에 의해 차단되는 것은 또한 주목할만하다. 2개-전극 장치에 인가 전압의 반복 변조가 이후 수행되었고, 연속적인 작동에 걸쳐 투과율의 무시할만한 변화로부터 - 전압에서 단계별(도 3d) 및 1-단계(도 3e) 변조 하에 - TiO2 상대 전극을 이용한 전기변색 장치의 높은 신뢰성이 입증될 수 있었다. 또한, 2개-전극 전기변색 장치의 전이 동역학이 조사되었고(도 3f), tc 및 tb는 각각 1.67 s 및 1.07 s이었는데, 이는 3개-전극 측정(즉, 상대 전극 없음) 하에 Co-10/Ni-10으로부터 얻어진 것과 비슷하였다. 이 결과가 명확하게 나타내듯이, 본 발명의 이중-층 수산화물 필름 및 TiO2 상대 전극은 모두 스마트 윈도우에 사용되는데 매우 실행 가능하다.To construct a (two-electrode) electrochromic device (see schematic in Fig. 3a) and demonstrate the feasibility of the hydroxide film in an actual device, a transparent counter electrode was prepared by casting TiO 2 nanoparticles on an FTO/glass substrate. did; TiO 2 was chosen because it does not absorb visible light, but at the same time it can act as an ultraviolet (UV) filter. Nanoparticles with a size of about 20 nm were used and did not induce light scattering. On the other hand, since TiO 2 is also widely known for its electrochromic properties under cation intercalation, the transmittance of TiO 2 films was measured in both colored and decolored states; The effect of TiO 2 on the transmittance was not significant in the visible light wavelength region. After the inventive electrochromic hydroxide electrode and TiO 2 counter electrode were assembled in a sandwich-type configuration using a thermoplastic sealant, a 1.0 M KOH electrolyte was injected into the cell. By changing the applied voltage from 0 to 2.0 V, the color could be switched from yellow through green to brown (Fig. 3b), and this color change was reversible. Figure 3c shows transmittance spectra of the two-electrode cell at different voltages, and a 1/2-fold decrease in transmittance was clearly observable within the visible light wavelength region. This suggests high viability and performance of Co-10/Ni-10 in smart window applications, and it is also noteworthy that UV rays are blocked by the presence of TiO 2 . Repetitive modulation of the applied voltage to the two-electrode device was then performed, from negligible change in transmittance over continuous operation - under step (Fig. 3d) and one-step (Fig. 3e) modulation in voltage - TiO 2 counter electrode. The high reliability of the electrochromic device using . In addition, the transition kinetics of the two-electrode electrochromic device were investigated (Fig. 3f), and t c and t b were 1.67 s and 1.07 s, respectively, which were consistent with the Co- It was similar to that obtained from 10/Ni-10. As these results clearly show, both the double-layer hydroxide film and the TiO 2 counter electrode of the present invention are very viable for use in smart windows.

Co(OH)2 및 Ni(OH)2는 모두 알칼리 전해질에서 의사-용량성 재료이기 때문에, 전착된 수산화물 필름의 에너지 저장 특성이 조사되었다. 도 4a-c는 각각 1.0 M KOH 전해질에서 Co-10, Ni-10 및 Co-10/Ni-10의 충전-방전 곡선을 나타내고, 방전 단계에서 계산된 전기용량은 도 4d에 요약되어 있다. Co-10 및 Ni-10의 전기용량 및 속도 성능에서 현저한 차이가 있었음은 주목할만하였다. Co-10 및 Ni-10의 전기용량은 각각 상대적으로 느린 작동 전류(2 A/g)에서 483.1 F/g 및 1244.3 F/g이었고, 그 차이는 Co(OH)2 및 Ni(OH)2의 결정화도 및 고유 에너지 저장 특성의 차이에 기인하였다. 다른 한편, 속도 성능은 Ni-10과 비교하여 Co-10에서 우수하였다. 작동 전류가 10번(2 A/g부터 20 A/g까지) 증가함에 따라, Ni-10의 전기용량은 약 13.8% 떨어진 반면에, Co-10은 5.7% 감소하였다. 이 관측은 Co-10 및 Ni-10의 유사하지 않은 구조에 기인하였고; Co-10의 나노시트-형 형태는 Ni-10보다 큰 계면 면적을 제공한다. 또한 상술한 바와 같이, OH-의 물질 전달은 Co-10에서 전체 반응을 제한하지 않는데, 이는 Co(OH)2 나노구조가 전해질에서 전하 운반체의 이동을 저해하지 않는 것 같음을 의미한다. 따라서, OH-는 Ni-10과 비교하여 Co-10에 더욱 쉽게 접근할 것으로 예상되므로, Co-10의 속도 성능이 우수하다.Since both Co(OH) 2 and Ni(OH) 2 are pseudo-capacitive materials in alkaline electrolytes, the energy storage properties of electrodeposited hydroxide films were investigated. Figures 4a-c show the charge-discharge curves of Co-10, Ni-10 and Co-10/Ni-10 in 1.0 M KOH electrolyte, respectively, and the calculated capacitances in the discharge phase are summarized in Figure 4d. It was noteworthy that there were significant differences in the capacitance and rate performance of Co-10 and Ni-10. The capacitances of Co-10 and Ni-10 were 483.1 F/g and 1244.3 F/g, respectively, at a relatively slow operating current (2 A/g), the difference being the difference between Co(OH) 2 and Ni(OH) 2 This was attributed to differences in crystallinity and intrinsic energy storage properties. On the other hand, the rate performance was superior for Co-10 compared to Ni-10. As the operating current was increased ten times (from 2 A/g to 20 A/g), the capacitance of Ni-10 dropped by about 13.8%, while that of Co-10 decreased by 5.7%. This observation was due to the dissimilar structures of Co-10 and Ni-10; The nanosheet-like morphology of Co-10 provides a larger interfacial area than Ni-10. Also as mentioned above, the mass transfer of OH does not limit the overall reaction in Co-10, meaning that the Co(OH) 2 nanostructures do not appear to impede the transport of charge carriers in the electrolyte. Therefore, OH is expected to access Co-10 more easily compared to Ni-10, so the rate performance of Co-10 is superior.

한편, Co-10/Ni-10은 용량 및 속도 성능 양쪽의 측면에서 현저하게 높은 성능을 나타냈다. Co-10/Ni-10의 전기용량은 저-전류(2 A/g) 작동에서 1248.6 F/g이었는데, 이는 Ni-10보다 약간 컸다. Co-10/Ni-10의 중요 부위는 그 용량이 본 연구에서 Ni(OH)2보다 작은 Co(OH)2이기 때문에, 이는 더욱 놀라운 것이었다. 작동 전류가 2 A/g부터 20 A/g까지 증가하였을 때에도, Co-10/Ni-10의 전기용량은 ~97.3%로 유지되었다. 다양한 충전/방전 속도에서 단일- 및 이중-층 수산화물 필름의 전기용량 값을 요약하였다. 본 연구 결과 및 이전 문헌 결과 사이의 비교를 수행하였고, 에너지 저장 및 스마트 윈도우 적용을 위한 슈퍼커패시터 전극의 성능을 각각 요약하였다. Co-10/Ni-10의 용량은 최신 기술과 비교하여 중간 수준이었지만, 본 발명의 이중-층 수산화물 필름은 유사한 에너지 저장 성능보다 거의 10배 빠른 전기변색 동역학(또는 유사한 tb 및 tc와 비교하여 10배 높은 전기용량)을 가졌기 때문에 여전히 괄목할만한 것이었는데, 이는 Co-10/Ni-10이 에너지-저장 가능한 스마트 윈도우 적용에 극히 유리함을 명확하게 나타낸다. 이후 수산화물 필름의 쿨롱 효율을 비교하였는데, 어느 정도 눈에 띄는 관측이 이루어질 수 있었던 것으로부터; Co-10/Ni-10은 Co-10 및 Ni-10보다 높은 쿨롱 효율을 가졌고, 모든 수산화물 필름에 대해, 쿨롱 효율은 충전 및 방전이 큰 전류 밀도에서 수행되었을 때 높았으며, 이 관측은 다양한 화합물에 관한 이전 연구 결과와 일치하였다. 작동 속도를 40 A/g로 추가로 증가시킴에 따라, 쿨롱 효율은 거의 100%까지 추가로 증가하였고, 이 높은 전류 하에서도, 초기 전기용량의 ~74%가 5000 사이클의 작동 후에 유지되었다. 또한, 전기변색 필름은 스마트 윈도우에 주로 사용되고, 그 표준은 중량보다 오히려 면적에 의해 흔히 결정되기 때문에, 수산화물 필름의 기하학적 면적으로 정규화된 전기용량을 추가적으로 얻었다. 충전/방전 곡선 및 속도-의존적 전기용량으로부터, 코어/쉘-형 Co-10/Ni-10 필름의 이점은 더욱더 명확하였고; Co-10/Ni-10의 면적 전기용량은 14.66 mF/㎠(0.2 mA/㎠ 작동에서)이었던 반면에, Co-10 및 Ni-10의 값은 각각 2.49 및 8.37 mF/㎠이었으며, 단일- 및 이중-층 수산화물 필름의 전기용량 차이는 높은 작동 전류에서 커졌다.On the other hand, Co-10/Ni-10 showed remarkably high performance in terms of both capacity and rate performance. The capacitance of Co-10/Ni-10 was 1248.6 F/g in low-current (2 A/g) operation, which was slightly greater than that of Ni-10. This was all the more surprising because the important site of Co-10/Ni-10 is Co(OH) 2 whose capacity is smaller than Ni(OH) 2 in this study. Even when the operating current was increased from 2 A/g to 20 A/g, the capacitance of Co-10/Ni-10 remained ~97.3%. Capacitance values of single- and double-layer hydroxide films at various charge/discharge rates are summarized. A comparison was made between the results of this study and previous literature results, and the performance of supercapacitor electrodes for energy storage and smart window applications was summarized, respectively. Although the capacity of Co-10/Ni-10 was moderate compared to state-of-the-art, the inventive double-layer hydroxide film exhibited nearly 10 times faster electrochromic kinetics (or similar t b and t c compared to comparable energy storage performance). 10 times higher capacitance), which clearly indicates that Co-10/Ni-10 is extremely advantageous for energy-storage smart window applications. The coulombic efficiencies of the hydroxide films were then compared, from which some striking observations could be made; Co-10/Ni-10 had higher Coulombic efficiencies than Co-10 and Ni-10, and for all hydroxide films, the Coulombic efficiencies were high when charging and discharging were performed at large current densities, and this observation was consistent with various compounds It was consistent with the results of previous studies on . Upon further increasing the operating rate to 40 A/g, the Coulombic efficiency further increased to nearly 100%, and even under this high current, ~74% of the initial capacitance was maintained after 5000 cycles of operation. Also, since electrochromic films are mainly used in smart windows, and the standard is often determined by area rather than weight, we additionally obtained the capacitance normalized to the geometric area of the hydroxide film. From the charge/discharge curves and rate-dependent capacitance, the advantages of the core/shell-type Co-10/Ni-10 film are even clearer; The areal capacitance of Co-10/Ni-10 was 14.66 mF/cm2 (at 0.2 mA/cm2 operation), whereas the values of Co-10 and Ni-10 were 2.49 and 8.37 mF/cm2 respectively, single- and The capacitance difference of the double-layer hydroxide film became large at high operating current.

수산화물 필름의 광 변조 및 에너지 저장 성능을 추가로 개선하기 위해, Ni(OH)2의 증착 시간을 2배로 하였다. 20 s의 Ni(OH)2 증착에 의해 제조된 단일- 및 이중-층 필름은 이전 필름과 유사한 방식으로 각각 Ni-20 및 Co-10/Ni-20으로 칭하였다. 도 5a 및 도 5b의 SEM 이미지가 나타내듯이, Co-10/Ni-20은 Co-10/Ni-10과 유사한 나노시트-형 형태를 가졌고, Ni-20에서 Ni(OH)2는 Ni-10의 경우에서처럼 빽빽한 층이었다. 이후, 전기화학 및 대응하는 전기변색 반응은 CV 분석 및 원 위치 광학 측정에 의해 조사되었다. 도 5c의 CV 그래프로부터, Co-10/Ni-10과 유사한 전위(즉, 약 0 및 0.3 V)에서 Co2+/3+ 및 Ni2+/3+ 산화환원 피크를 관측할 수 있었고, Ni2+/3+로부터의 전류가 더 컸다. Co-10/Ni-20에서 Co(OH)2 및 Ni(OH)2 사이의 전자 상호작용의 결여가 Co-10/Ni-10의 경우에서처럼 XANES 분석에 의해 또한 확인되었다. 광학 반응의 변화는 관측된 산화환원 피크에서 가장 현저하였고, 이에 따라 작동 전위로서 -0.2 V, 0.2 V 및 0.5 V(Co-10/Ni-10의 경우와 동일)를 선택하여 Co-10/Ni-20의 전기변색 특성을 분석하였다. 도 5d는 다양한 인가 전위에서 Co-10, Ni-20 및 Co-10/Ni-20의 투과율을 나타낸다. 가시광선 영역(즉, 약 500-600 nm 파장 영역)의 중심 내에서, 투과율 변화는 50%보다 컸던 것이 주목할만하였는데, 이것은 20 s의 전착에 의해 형성된 두꺼운 Ni(OH)2 층의 존재에 기인하였다. 완전히 착색된 단계에서 이중-층 수산화물 필름의 색상은 짙은 갈색이었고(도 5e에 나타낸 디지털 사진 참조), 황색으로부터 녹색을 거쳐 짙은 갈색으로의 색상 전이는 완전히 가역적이었으며, 도 5f의 광 변조로부터 볼 수 있듯이, 장기간 작동에서 매우 안정적이었다. 전기변색 수산화물 층의 두께 및 투과율 변화는 Ni(OH)2의 증착 시간이 길어짐에 따라 커졌기 때문에, tc 및 tb는 어느 정도 증가하였고; Ni-20 및 Co-10/Ni-20의 tc / tb는 각각 2.33 s / 1.88 s 및 2.66 s / 2.00 s이었다. 그럼에도 불구하고, 이들 값은 여전히 가장 짧은 전이 시간에 속하였고, Co-10/Ni-20에 관한 다른 실험 관측과 함께, 본 발명의 전착 방법은 전이 동역학의 상당히 빠른 윈도우 내에서 제어된 광학 성능을 갖는 전기변색 필름을 제조하는 매우 효과적인 방법으로서 이해될 수 있었다.To further improve the light modulation and energy storage performance of the hydroxide film, the deposition time of Ni(OH) 2 was doubled. Single- and double-layer films prepared by 20 s of Ni(OH) 2 deposition were termed Ni-20 and Co-10/Ni-20, respectively, in a similar manner to the previous films. As shown in the SEM images of FIGS. 5A and 5B, Co-10/Ni-20 had a nanosheet-like morphology similar to Co-10/Ni-10, and Ni(OH) 2 in Ni-20 was Ni-10 As in the case of , it was a dense layer. The electrochemistry and corresponding electrochromic reaction were then investigated by CV analysis and in situ optical measurements. From the CV graph of FIG. 5c, Co 2+/3+ and Ni 2+/3+ redox peaks were observed at potentials similar to Co-10/Ni-10 (i.e., about 0 and 0.3 V), and Ni The current from 2+/3+ was larger. The lack of electronic interaction between Co(OH) 2 and Ni(OH) 2 in Co-10/Ni-20 was also confirmed by XANES analysis as in the case of Co-10/Ni-10. The change in the optical response was most remarkable in the observed redox peak, and accordingly, -0.2 V, 0.2 V, and 0.5 V (same as the case of Co-10/Ni-10) were selected as operating potentials for Co-10/Ni Electrochromic properties of -20 were analyzed. Figure 5d shows the transmittance of Co-10, Ni-20 and Co-10/Ni-20 at various applied potentials. It is noteworthy that within the center of the visible light region (i.e., about 500–600 nm wavelength region), the transmittance change was greater than 50%, which was attributed to the presence of a thick Ni(OH) 2 layer formed by 20 s electrodeposition. did The color of the double-layer hydroxide film at the fully colored stage was dark brown (see digital photograph shown in Fig. 5e), and the color transition from yellow through green to dark brown was completely reversible, as can be seen from the light modulation in Fig. 5f. As you can see, it was very stable in long-term operation. Since the change in thickness and transmittance of the electrochromic hydroxide layer increased as the deposition time of Ni(OH) 2 increased, t c and t b increased to some extent; The t c / t b of Ni-20 and Co-10/Ni-20 were 2.33 s / 1.88 s and 2.66 s / 2.00 s, respectively. Nonetheless, these values are still among the shortest transition times, and together with other experimental observations on Co-10/Ni-20, the electrodeposition method of the present invention provides controlled optical performance within a fairly fast window of transition kinetics. It could be understood as a very effective method for producing an electrochromic film having

이후, Co-10/Ni-20의 에너지 저장 성능을 조사하였다. 도 5g는 Co-10, Ni-20 및 Co-10/Ni-20의 충전/방전 곡선을 나타내고, 다양한 작동 전류 밀도에서 이들 수산화물 필름의 전기용량은 도 5h에 요약되어 있다. Ni(OH)2 층이 두꺼워짐에 따라, 필름의 전체 전기용량은 2 A/g 작동 하에 Ni-10의 1244.3 F/g으로부터 Ni-20의 1461.8 F/g으로, 그리고 Co-10/Ni-10의 1248.6 F/g으로부터 Co-10/Ni-20의 1464.0 F/g으로 현저하게 증가하였다. 이 변화는 전기용량이 필름의 기하학적 면적으로 정규화되었을 때 더욱더 극적이었고, Co-10/Ni-10과 비교할 경우 Co-10/Ni-20에서 77.3% 증가가 관측 가능하였다. 한편, Ni-20 및 Co-10/Ni-20은 각각 높은 전류 작동에서 Ni-10 및 Co-10/Ni-10보다 낮은 전기용량 유지율을 가졌는데, 이 결과는 Ni(OH)2 층의 두께 증가에 기인하였다. 그러나, Co(OH)2로부터 유래되는 나노시트-형 구조가 도입될 경우 속도 성능에서 명확한 개선이 있었음은 여전히 주목할만하였고; Ni-20의 전기용량 유지율은 작동 전류 밀도가 2 A/g에서 20 A/g으로 증가하였을 때 81.7%이었지만, Co-10/Ni-20은 93.3%이었다. Co-10/Ni-20의 면적 전기용량을 추가적으로 측정하였다. Co-10 및 Ni-20의 면적 전기용량은 0.2 mA/㎠의 작동 전류에서 각각 2.49 및 15.60 mF/㎠이었지만, 전기용량은 Co-10/Ni-20에서 27.66 mA/㎠까지 증가하였는데, 이는 성능에서 현저하게 큰 상승적인 향상이 있음을 나타낸다. 이들 관측은 저장 가능한 에너지의 양을 조절하는 능력 및 충전과 방전의 동역학의 측면에서 코어/쉘 구성의 이점을 또한 명확하게 입증한다.Then, the energy storage performance of Co-10/Ni-20 was investigated. Figure 5g shows the charge/discharge curves of Co-10, Ni-20 and Co-10/Ni-20, and the capacitances of these hydroxide films at various operating current densities are summarized in Figure 5h. As the Ni(OH) 2 layer becomes thicker, the total capacitance of the film goes from 1244.3 F/g for Ni-10 to 1461.8 F/g for Ni-20 under 2 A/g operation and for Co-10/Ni- It increased significantly from 1248.6 F/g of 10 to 1464.0 F/g of Co-10/Ni-20. This change was even more dramatic when the capacitance was normalized to the geometric area of the film, with a 77.3% increase observable for Co-10/Ni-20 when compared to Co-10/Ni-10. On the other hand, Ni-20 and Co-10/Ni-20 each had a lower capacitance retention than Ni-10 and Co-10/Ni-10 at high current operation, a result of which was the thickness of the Ni(OH) 2 layer. attributed to the increase. However, it was still noteworthy that there was a clear improvement in rate performance when a nanosheet-like structure derived from Co(OH) 2 was introduced; The capacitance retention rate of Ni-20 was 81.7% when the operating current density increased from 2 A/g to 20 A/g, whereas Co-10/Ni-20 was 93.3%. The areal capacitance of Co-10/Ni-20 was additionally measured. The areal capacitances of Co-10 and Ni-20 were 2.49 and 15.60 mF/cm, respectively, at an operating current of 0.2 mA/cm, but the capacitance increased to 27.66 mA/cm in Co-10/Ni-20, which is indicates that there is a significant synergistic improvement in These observations also clearly demonstrate the advantages of the core/shell configuration in terms of the ability to control the amount of storable energy and the kinetics of charge and discharge.

3. 결론3. Conclusion

본 연구에서는, 이중-층 수산화물 필름이 매우 짧은 시간(각각 10 s) 동안 Co(OH)2 및 Ni(OH)2의 순차적인 전착에 의해 제조되었고, 다기능 스마트 윈도우용 전극 재료로서 적용되었다. 나타낸 바와 같이, 이들 필름은 다중 색상 및 넓은 범위의 투과율 사이에서 (최신 기술 중에서) 매우 빠른 스위칭을 가능하게 하였다. 또한, 전착된 수산화물 필름은 전기용량 및 속도 성능 양쪽의 측면에서 커패시터로서 괜찮은 에너지 저장 성능을 나타냈다. 이들 결과는 전극 제조용 절차의 간단함을 고려할 경우 더욱더 놀라운 것이고, 구조 또는 조성 최적화에 의해 본 발명 접근법을 기반으로 하여 추가 향상의 큰 여지가 여전히 있음을 주목해야 한다. 또한, 상이한 산화환원 전위 및 물리화학적 특성을 갖는 다양한 전기변색 재료를 조합하는 것으로 요약될 수 있는 본 발명의 전극 설계 개념은 시장이 급성장 중인 스마트 윈도우에 추가적인 기능을 제공하려는 노력에 대한 중요한 통찰력을 제공할 것으로 믿는다.In this study, a double-layer hydroxide film was prepared by sequential electrodeposition of Co(OH) 2 and Ni(OH) 2 in a very short time (10 s each) and applied as an electrode material for a multifunctional smart window. As shown, these films allowed very fast switching (among the state of the art) between multiple colors and a wide range of transmittances. In addition, the electrodeposited hydroxide film exhibited good energy storage performance as a capacitor in terms of both capacitance and rate performance. It should be noted that these results are all the more surprising given the simplicity of the procedure for fabricating the electrodes, and there is still great room for further improvement based on the inventive approach by structural or compositional optimization. In addition, the electrode design concept of the present invention, which can be summarized as combining various electrochromic materials with different redox potentials and physicochemical properties, provides important insight into efforts to provide additional functionality to smart windows, which are rapidly growing in the market. believe to do

Claims (15)

Co(OH)2를 포함하는 코어 및 Ni(OH)2를 포함하는 쉘의 코어/쉘-형 이중-층 구성을 갖고,
이중-층 전극의 인가 전위 변경에 따른 투과율 변화는 Co(OH)2 단일-층의 투과율 변화 및 Ni(OH)2 단일-층의 투과율 변화의 합계보다 더 큰 전극.
It has a core/shell-type double-layer configuration of a core containing Co(OH) 2 and a shell containing Ni(OH) 2 ,
An electrode in which the change in transmittance with a change in the applied potential of the double-layer electrode is greater than the sum of the change in transmittance of the Co(OH) 2 single-layer and the change in transmittance of the Ni(OH) 2 single-layer.
제1항에 있어서,
코어는 나노시트 구조를 갖고, 쉘은 나노시트를 균일하게 덮고 있는 전극.
According to claim 1,
An electrode in which the core has a nanosheet structure and the shell uniformly covers the nanosheet.
제1항에 있어서,
Co(OH)2는 다결정질이고, Ni(OH)2는 비결정질인 전극.
According to claim 1,
An electrode wherein Co(OH) 2 is polycrystalline and Ni(OH) 2 is amorphous.
제1항에 있어서,
전극은 인가 전위에 따라 다-단계 색상 전이 특성을 갖고, 색상 전이는 가역적인 전극.
According to claim 1,
The electrode has multi-step color transition characteristics depending on the applied potential, and the color transition is reversible.
제4항에 있어서,
전극은 인가 전위가 증가함에 따라 황색으로부터 녹색을 거쳐 갈색으로 변하는 전극.
According to claim 4,
An electrode that changes color from yellow through green to brown as the applied potential increases.
삭제delete 제1항에 있어서,
인가 전위가 -0.2 V 및 0.5 V 사이에서 변경될 때, 500 nm 파장에서 전극의 투과율 변화는 41% 이상인 전극.
According to claim 1,
An electrode in which the change in transmittance of the electrode at a wavelength of 500 nm is 41% or more when the applied potential is changed between -0.2 V and 0.5 V.
제1항에 있어서,
이중-층 전극의 색상 전이에 따른 착색 시간(Tc)은 Co(OH)2 단일-층의 착색 시간 및 Ni(OH)2 단일-층의 착색 시간의 합계보다 더 작고,
이중-층 전극의 색상 전이에 따른 탈색 시간(Tb)은 Co(OH)2 단일-층의 탈색 시간 및 Ni(OH)2 단일-층의 탈색 시간의 합계보다 더 작은 전극.
According to claim 1,
The coloring time (T c ) according to the color transition of the double-layer electrode is smaller than the sum of the coloring time of the Co(OH) 2 single-layer and the coloring time of the Ni(OH) 2 single-layer,
The decolorization time (T b ) according to the color transition of the double-layer electrode is smaller than the sum of the decolorization time of the Co(OH) 2 single-layer and the decolorization time of the Ni(OH) 2 single-layer.
제8항에 있어서,
코어 전착 시간 10초 및 쉘 전착 시간 10초로 형성한 이중-층 전극의 색상 전이에 따른 착색 시간(Tc) 및 탈색 시간(Tb)은 각각 2 s 이하 및 1.2 s 이하이고,
코어 전착 시간 10초 및 쉘 전착 시간 20초로 형성한 이중-층 전극의 색상 전이에 따른 착색 시간(Tc) 및 탈색 시간(Tb)은 각각 3.2 s 이하 및 2.2 s 이하인 전극.
According to claim 8,
The coloring time (T c ) and discoloration time (T b ) according to the color transition of the double-layer electrode formed with a core electrodeposition time of 10 seconds and a shell electrodeposition time of 10 seconds are 2 s or less and 1.2 s or less, respectively,
The coloring time (T c ) and decolorization time (T b ) according to the color transition of the double-layer electrode formed with a core electrodeposition time of 10 seconds and a shell electrodeposition time of 20 seconds are 3.2 s or less and 2.2 s or less, respectively.
제1항에 있어서,
코어 전착 시간 10초 및 쉘 전착 시간 10초로 형성한 이중-층 전극은 2 A/g 작동에서 1245 F/g 이상의 전기용량을 갖고, 2 A/g부터 20 A/g까지 증가 시에 전기용량을 2 A/g 작동 대비 90% 이상으로 유지하며, 5000 사이클 작동 후에 전기용량을 초기 사이클 대비 70% 이상 유지하고, 0.2 mA/㎠ 작동에서 10 mF/㎠ 이상의 면적 전기용량을 갖는 전극.
According to claim 1,
A double-layer electrode formed with a core deposition time of 10 seconds and a shell deposition time of 10 seconds has a capacitance of greater than 1245 F/g at 2 A/g operation, and a capacitance at an increase of 2 A/g to 20 A/g. An electrode having an area capacitance of 10 mF/cm 2 or more at 0.2 mA/cm 2 operation, maintaining a capacitance of 70% or more of the initial cycle after 5000 cycles, and maintaining 90% or more of 2 A/g operation.
제1항에 있어서,
코어 전착 시간 10초 및 쉘 전착 시간 20초로 형성한 이중-층 전극은 2 A/g 작동에서 1462 F/g 이상의 전기용량을 갖고, 2 A/g부터 20 A/g까지 증가 시에 전기용량을 2 A/g 작동 대비 80% 이상으로 유지하며, 0.2 mA/㎠ 작동에서 20 mF/㎠ 이상의 면적 전기용량을 갖는 전극.
According to claim 1,
A double-layer electrode formed with a core deposition time of 10 seconds and a shell deposition time of 20 seconds has a capacitance of greater than 1462 F/g at 2 A/g operation, and a capacitance at an increase of 2 A/g to 20 A/g. An electrode having an areal capacitance greater than or equal to 20 mF/cm 2 at 0.2 mA/cm 2 operation with a retention greater than 80% at 2 A/g operation.
제1항에 있어서,
전극은 에너지 저장 가능한 전기변색 장치, 스마트 윈도우 또는 커패시터에 사용되는 전극.
According to claim 1,
The electrode is an electrode used in an electrochromic device capable of storing energy, a smart window, or a capacitor.
기판 상에 Co 전구체를 전착하여 Co(OH)2를 포함하는 코어를 형성하는 단계; 및
코어 상에 Ni 전구체를 전착하여 Ni(OH)2를 포함하는 쉘을 형성하는 단계를 포함하는 제1항에 따른 전극 제조방법.
Forming a core containing Co(OH) 2 by electrodepositing a Co precursor on a substrate; and
An electrode manufacturing method according to claim 1 comprising forming a shell containing Ni(OH) 2 by electrodepositing a Ni precursor on a core.
제13항에 있어서,
코어 전착 시간은 5 내지 20초이고, 쉘 전착 시간은 5 내지 30초이며, 전착 전류는 0.5 내지 2 mA/㎠인 전극 제조방법.
According to claim 13,
The electrode manufacturing method wherein the core electrodeposition time is 5 to 20 seconds, the shell electrodeposition time is 5 to 30 seconds, and the electrodeposition current is 0.5 to 2 mA/cm 2 .
제13항에 있어서,
Co 전구체는 Co(NO3)2를 함유하는 수성 전해질이고, Ni 전구체는 Ni(NO3)2를 함유하는 수성 전해질이며, 각 전구체의 농도는 0.05 내지 0.2 M인 전극 제조방법.
According to claim 13,
The Co precursor is an aqueous electrolyte containing Co(NO 3 ) 2 , the Ni precursor is an aqueous electrolyte containing Ni(NO 3 ) 2 , and the concentration of each precursor is 0.05 to 0.2 M electrode manufacturing method.
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