Two polymer precursors, polyvinylidene chloride-resin (PVDC-resin) and polyvinylidene fluoride (PVDF), are assembled into the microporous carbon by pyrolysis. Microporous carbon is advantageous as an electrode for supercapacitors that store electric charges through ion adsorption/desorption. The pyrolysis also turns the various heteroatoms of two precursors into functional groups, contributing to the additional charge storage. The analysis of the porous structure and function group during carbonization are important to develop the carbon for energy storage. Here, we analyzed the functional groups of two polymer-derived carbons through X-ray photoelectron spectroscopy. The electrochemical properties of the functional groups were explored in various pH electrolytes. The specific capacitance of two carbons in the acidic electrolyte (1 M H₂SO₄) was improved compared to that in the neutral electrolyte (0.5 M Na₂SO₄) due to the faradaic charge/discharge reaction of the quinone functional group. In particular, the carbon electrode derived from PVDC-resin exhibits a lower capacity than the carbon from PVDF due to the small micropores. In the alkaline electrolyte (6 M KOH), the highest specific capacitance and rate capability were obtained among the three electrolytes for both electrodes based on the facile adsorption of the constituent electrolyte ions (K⁺, OH^-).

Polyvinylidene chloride-resin(PVDC-resin)와 polyvinylidene fluoride(PVDF)의 두 폴리머 전구체는 열분해 과정을 통해 마이크로 다공성 탄소로 변환되어 되므로 이온 흡/탈착으로 전하를 저장하는 슈퍼커패시터용 전극재료로 유리하다. 더욱이, 두 전구체를 구성하는 여러가지 이종원소들은 탄화 후 작용기를 형성하여 추가적인 전하 저장에 기여할 수 있으므로, 탄화 시 생성되는 작용기에 대한 분석은 에너지 저장용 탄소소재를 개발하는데 중요하다. 본 연구에서는 두 폴리머 전구체를 탄화시킨 후 생성된 작용기를 X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy)과 다양한 pH의 전해질에서 탄소 전극의 전기화학 거동 관찰을 통하여 확인하였다. 산성(1 M H₂SO₄) 전해질에서 측정된 두 탄소 전극의 비전기용량은 생성된 quinone 작용기의 패러데익 충/방전 반응 덕분에 중성 전해질(0.5 M Na₂SO₄)에서보다 증가하였다. 특히, PVDC-resin으로부터 합성된 탄소는 매우 작은 마이크로 기공이 표면에 형성되어 있어 전해질 이온의 흡착을 어렵게 하므로, PVDF로부터 합성된 탄소 전극에 비해 낮은 용량을 보인다. 염기성 전해질(6 M KOH)에서 두 탄소 전극 모두 3가지 전해질 중 가장 높은 비전기용량이 측정되었는데, 이는 구성하는 전해질 이온들(K⁺, OH^-)이 두 탄소에 형성된 마이크로 기공으로 흡/탈착이 용이하게 일어나는 동시에 패러데익 충/방전 반응으로 추가적인 전하가 저장되었기 때문이다

Keywords: 플루오르화 폴리비닐리덴-레진(Polyvinylidene fluoride-resin (PVDF-resin)), 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene (PTFE)), 마이크로기공(Micropore), Na₂SO₄, H₂SO₄, KOH