자가조립법을 이용한 그래핀/망간 산화물 나노 복합체의 합성 및 고효율 슈퍼 커패시터 전극으로의 응용
Self-Assembled Nanocomposite of Graphene Oxide and Mn2O3 Nanosheet Deposited on Nickel Foam for High-Rate Supercapacitor Electrode
초록/요약
슈퍼 커패시터는 세계적인 에너지 위기를 해결할 수 있고, 인류의 지속 가능한 개발을 위한 가장 유망한 차세대 에너지 저장 매체로 널리 알려져 있다. 슈퍼 커패시터는 전극 물질 선택이 매우 중요한데, 전극 물질이 슈퍼 커패시터의 성능을 좌우하는 가장 결정적인 역할을 하기 때문이다. 본 연구에서는 고성능 슈퍼 커패시터 전극 개발을 위해 니켈 폼 전극 위에 그래핀 산화물과 망간 산화물의 나노 복합체를 부착하였다. 특히, 자가 조립법이라는 간단한 방식으로 효율을 극대화하였다. 자가조립법으로 제작된 슈퍼 커패시터 전극은 주사 속도 50 mV/s-1의 순환전압전류법에서 916.5 F g-1의 비정전용량을, 갈바닉 충방전 시험에서는 전류 밀도 10 A g-1의 조건에서 998.2 F g-1의 준수한 비정전용량을 기록하였다. 또한 50 mV s-1 조건에서의 순환전압전류법을 1700회 반복하였을 때 효율이 초기의 78.3%까지 유지되는 안정성을 확인하였다. 본 연구에서 활용된 자가 조립법은 조작이 간단하고 빠르게 니켈 폼 위에 나노 복합체를 증착시킬 수 있는 합성법이다. 또한 간단하지만 고르고 안정적으로 증착시킬 수 있어서 차후 에너지 저장 장치 제조에 효과적으로 활용될 것으로 보인다.
more목차
제 1 장. 서 론 ......................................................................................... 1
1. 슈퍼 커패시터의 등장 배경 ...................................................................... 1
2. 이론적 배경 .............................................................................................. 4
2.1 슈퍼 커패시터의 원리 .................................................................... 4
2.2 전기 이중층 커패시터 .................................................................... 6
2.3 유사 커패시터 .............................................................................. 10
2.4 슈퍼 커패시터 전극 물질 및 합성법 선택 ................................... 12
제 2 장. 실험 방법 .............................................................................. 14
1. Reflux를 이용한 GO/Mn2O3 합성 ......................................................... 14
2. Self-assembly 방법을 통한 GO/Mn2O3 증착 ....................................... 16
제 3 장. 결과 및 고찰 ......................................................................... 17
1. 물성 분석 ............................................................................................... 17
1.1 XRD를 통한 결정 분석 ................................................................ 17
1.2 XPS를 통한 망간 산화물의 산화상태 분석 .................................. 20
1.3 SEM을 통한 니켈 폼 전극 표면 분석 .......................................... 23
1.4 TEM을 통한 GO/Mn2O3 형태 분석 ............................................. 28
2. 전기화학적 성능 측정 ............................................................................. 30
2.1 순환전압전류법을 통한 전기화학적 효율 분석 ............................ 30
2.2 갈바닉 충방전 시험을 통한 전기화학적 효율 분석 ...................... 35
2.3 전극 수명 측정 ............................................................................ 38
2.4 임피던스를 통한 표면 저항 분석 ................................................. 40
제 4 장. 결론......................................................................................... 42
참고문헌 (References) ......................................................................... 43
