| 학회 |
한국재료학회 |
| 학술대회 |
2020년 가을 (11/18 ~ 11/20, 휘닉스 제주 섭지코지) |
| 권호 |
26권 1호 |
| 발표분야 |
C. 에너지 재료 분과 |
| 제목 |
고성능 아연-이온 하이브리드 수퍼커패시터를 위한 보론 및 인이 도핑된 활성화 탄소의 제조 |
| 초록 |
수퍼커패시터는 높은 출력 밀도 및 긴 수명 특성 덕분에 연료전지 및 이차전지를 대체할 수 있는 차세대 에너지 저장 소자로 각광받고 있다. 또한, 수퍼커패시터의 기기 및 산업분야의 개발이 급속히 발전함에 따라 높은 전류 밀도에서 높은 용량과 함께 30,000회 이상의 긴 수명 안정성 특성이 필요한 실정이다. 수퍼커패시터는 전하의 물리적 흡착 및 탈착 반응을 주로 이용하는 전기 이중층 커패시터 (electric double layer capacitors), Faradaic redox 반응을 주로 이용하는 의사 커패시터 (pseudo capacitors) 및 전기 이중층 커패시터와 의사 커패시터를 결합한 하이브리드 커패시터 (hybrid capacitors)로 구분된다. 이들 중 하이브리드 수퍼커패시터는 의사 커패시터의 장점인 높은 에너지 밀도와 전기 이중층 커패시터의 장점인 높은 출력 밀도를 동시에 가지고 있다. 특히, 아연-이온 하이브리드 수퍼커패시터는 음극으로 아연을 이용하여 공기중에서 안정적이며 높은 이론 용량을 보유하고 있다. 하지만 양극소재를 주로 활성탄을 이용하기 때문에 전해질과 활성탄 사이의 낮은 젖음성 및 낮은 전기전도도와 같은 단점을 가지고 있다. 따라서 이러한 문제점을 극복하기 위해 많은 연구자들이 탄소 기반 재료의 형상 제어, 산화물 코팅, 표면 도핑 등 다양한 방법을 연구하고 있다. 이러한 방법 중 표면 도핑 기술은 활성탄의 전기전도도 및 표면 작용기를 증가시켜 전해질과 전극 사이의 접촉을 향상시키고 에너지 저장 특성을 향상시키는 방법으로 다양한 도핑 물질과 도핑 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 아연-이온 하이브리드 수퍼커패시터의 전기화학적 성능을 향상시키기 위해 비교적 공정이 간단한 one-pot doping 방법을 이용하여 보론 (boron) 및 인 (phosphorus)이 도핑된 활성탄을 제조하였다. 제조한 보론 및 인이 도핑된 활성탄은 주사전자현미경 (field-emission scanning electron microscopy)과 투과전자현미경 (transmission electron microscopy)을 이용하여 형상 및 구조 분석을 하였고, 결정구조와 그들의 화학적 결합 상태는 X-선 회절분석 (X-ray diffraction) 및 X-선 광전자 분광법 (X-ray photoelectron spectroscopy)를 이용하여 규명하였다. 전기화학적 특성은 순환 전압전류법 (cyclic voltammetry) 및 galvanostatic charge/discharge 측정을 통해 규명하였다. 위 내용은 2020년 추계 학술대회에서 더 자세히 논의될 것이다. |
| 저자 |
이영근, 이재연, 김서영, 유근, 박시진, 박진희, 안건형
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| 소속 |
경남과학기술대 |
| 키워드 |
<P>아연-이온 하이브리드 수퍼커패시터; 활성탄; 보론 도핑; 인 도핑</P>
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