슈퍼캐퍼시터(전기이중층 캐퍼시터, EDLC)는 높은 파워밀도, 고속 충방전 및 장수명의 특징을 갖는 대표적인 전기화학에너지 저장 소자로써, 하이브리드형전기자동차를 비롯하여 민생용 전자기기 및 산업용 파워 시스템 등에서 광범위한 응용이 전개되고 있다. 이러한 관점에서, ...
슈퍼캐퍼시터(전기이중층 캐퍼시터, EDLC)는 높은 파워밀도, 고속 충방전 및 장수명의 특징을 갖는 대표적인 전기화학에너지 저장 소자로써, 하이브리드형전기자동차를 비롯하여 민생용 전자기기 및 산업용 파워 시스템 등에서 광범위한 응용이 전개되고 있다. 이러한 관점에서, 탄소재료가 갖는 특수한 구조와 특징을 살려 고용량, 저저항, 고출력 등 EDLC의 성능에 맞추어 다양한 형태의 탄소재료가 광범위하게 연구, 응용되고 있다. 그 중에서 전기방사에 의해 제조된 신규 탄소나노섬유 웹은 높은 비표면적과 성형성 및 취급의 용이성, 다양한 디자인 등으로 인해 슈퍼캐퍼시터 전극용 최적의 탄소재료 후보중의 하나로 인식되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 적절한 탄소 프리커서를 선택하여 열처리 및 화학적 처리를 병용하여 슈퍼캐퍼시터 전극용 탄소나노섬유를 디자인하고, 성형 및 평가한 결과이다. 본 논문은 총 3 장으로 구성되어 있으며, 제 1장에서는 전기방사 및 탄소재료의 일반적인 특징에 대한 리뷰와 최근의 연구동향을 소개하며, 제 2장에서는 ZnCl2를 첨가하여 활성화 공정없이 방사, 안정화 탄화하여 전도성이 우수한 다공성 탄소나노섬유의 제조방법 및 세공구조와 전극성능과의 상관관계에 대한 결과로써, ZnCl2 첨가에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있었다. (1) 전기방사시 방사용액의 전기전도도를 향상시켜 유기섬유의 직경을 200nm 이하로 제조할 수 있었다. (2) ZnCl2의 촉매작용으로 인해 열안정화 시간을 단축시킬 수 있었다. (3) ZnCl2 첨가량에 의해 세공구조를 조절하는 것이 가능하였다. 제 3 장에서는 폴리아크릴로 나이트릴(PAN)과 등방성 피치(isotropic pitch)를 블랜드하여 고성능 탄소나노섬유를 제조하는 방법과 PAN/Pitch블랜드 섬유를 700, 800, 900oC에서 스팀활성화하여 활성화 온도에 따른 미세구조와 전극특성과의 상관관계를 검토하였다. 비표면적과 비축전용량은 활성화 온도가 상승할수록 각각 732에서 1877m2g-1 와 75.5에서 143.1 Fg-1까지 상승하는 것을 알 수 있었다. 900oC에서 60분간 활성화한 시료가 가장 높은 비표면적과 비축전 용량을 나타냈으며 파워밀도는 1300 Wkg-1를 나타냈다
슈퍼캐퍼시터(전기이중층 캐퍼시터, EDLC)는 높은 파워밀도, 고속 충방전 및 장수명의 특징을 갖는 대표적인 전기화학 에너지 저장 소자로써, 하이브리드형 전기자동차를 비롯하여 민생용 전자기기 및 산업용 파워 시스템 등에서 광범위한 응용이 전개되고 있다. 이러한 관점에서, 탄소재료가 갖는 특수한 구조와 특징을 살려 고용량, 저저항, 고출력 등 EDLC의 성능에 맞추어 다양한 형태의 탄소재료가 광범위하게 연구, 응용되고 있다. 그 중에서 전기방사에 의해 제조된 신규 탄소나노섬유 웹은 높은 비표면적과 성형성 및 취급의 용이성, 다양한 디자인 등으로 인해 슈퍼캐퍼시터 전극용 최적의 탄소재료 후보중의 하나로 인식되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 적절한 탄소 프리커서를 선택하여 열처리 및 화학적 처리를 병용하여 슈퍼캐퍼시터 전극용 탄소나노섬유를 디자인하고, 성형 및 평가한 결과이다. 본 논문은 총 3 장으로 구성되어 있으며, 제 1장에서는 전기방사 및 탄소재료의 일반적인 특징에 대한 리뷰와 최근의 연구동향을 소개하며, 제 2장에서는 ZnCl2를 첨가하여 활성화 공정없이 방사, 안정화 탄화하여 전도성이 우수한 다공성 탄소나노섬유의 제조방법 및 세공구조와 전극성능과의 상관관계에 대한 결과로써, ZnCl2 첨가에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있었다. (1) 전기방사시 방사용액의 전기전도도를 향상시켜 유기섬유의 직경을 200nm 이하로 제조할 수 있었다. (2) ZnCl2의 촉매작용으로 인해 열안정화 시간을 단축시킬 수 있었다. (3) ZnCl2 첨가량에 의해 세공구조를 조절하는 것이 가능하였다. 제 3 장에서는 폴리아크릴로 나이트릴(PAN)과 등방성 피치(isotropic pitch)를 블랜드하여 고성능 탄소나노섬유를 제조하는 방법과 PAN/Pitch블랜드 섬유를 700, 800, 900oC에서 스팀활성화하여 활성화 온도에 따른 미세구조와 전극특성과의 상관관계를 검토하였다. 비표면적과 비축전용량은 활성화 온도가 상승할수록 각각 732에서 1877m2g-1 와 75.5에서 143.1 Fg-1까지 상승하는 것을 알 수 있었다. 900oC에서 60분간 활성화한 시료가 가장 높은 비표면적과 비축전 용량을 나타냈으며 파워밀도는 1300 Wkg-1를 나타냈다
Supercapacitor, or electro double-layer capacitor (EDLCs) is a typical representative for electrochemical energy-storage devices with rapid delivering properties of energy at high scan rates in a long lifetime. It has recently been paid much attention in a wide range of applications such as hybrid e...
Supercapacitor, or electro double-layer capacitor (EDLCs) is a typical representative for electrochemical energy-storage devices with rapid delivering properties of energy at high scan rates in a long lifetime. It has recently been paid much attention in a wide range of applications such as hybrid electric vehicles, consumer electronics, and industrial power management. From this perspective, various forms of carbon, with their special structures and advantageous characteristics, are broadly investigated and utilized as electrode materials for EDLCs in order to achieve interesting performance of supercapacitors in terms of high capacitance, low matrix resistivity, high power density, acceptable energy density, and high stability in commercial line. As an out standing, carbon nanofibers web derived from a simple and powerful method ？C electrospinning ？C appears to be a great candidate for supercapacitor electrode because of its high specific surface area, high formability, easy handling when collected in webs, compatibly adding in various materials, and somewhat cheap. This research surveys the flexible design of porous Carbon nanofibers based on the combination of a carefully selection of precursors and a suitably chemical/thermal treatment. Specifically, a simple way of fabricating porous carbon nanofibers in a form of thin sheet through the nanofibers formation via the electrospinning of polymer solution containing zinc chloride (ZnCl2) and the subsequent thermal treatment without a complex activation process was reported. Main merits for selecting ZnCl2 in this study are: (1) decreased diameter (down to 200 nm) of the obtained organic nanofiber due to enhanced electrical conductivity of polymer solution during electrospinning, (2) highly shortened oxidative stabilization time due to its catalytic function, (3) the evolution of pores in a controllable fashion. The highly developed surface area (up to 550 m2/g), when combined with their good electrical conductivity, high carbon purity and design flexibility, make these porous carbon nanofiber useful in the fabrication of efficient electrodes of supercapacitors. Moreover, the fabrication and electrochemical properties of two phase activated carbon nanofibers (TP-ACNF) by electrospinning from PAN and isotropic pitch blended solutions was also undergone careful investigation. The TP-ACNF electrode was easily converted via electrospun, stabilization, and physical activation at 700, 800, 900→ then applied as electrodes of supercapacitors. Their microstructure and electrochemical properties were evaluated by FE-SEM, BET specific surface area, CV (cyclic voltammetry) and impedance analysis. The BET specific surface area and the capacitance of samples ranged from 732 to 1877 m2g-1 and from 75.5 to 143.1 Fg-1, respectively, depending on the activation conditions. The samples activated at 900→ for 60 min under our experimental conditions exhibited the highest specific capacitance, BET specific surface and power density of 143.1Fg-1, 1877 m2g-1, and 1300 Wkg-1, respectively.
Supercapacitor, or electro double-layer capacitor (EDLCs) is a typical representative for electrochemical energy-storage devices with rapid delivering properties of energy at high scan rates in a long lifetime. It has recently been paid much attention in a wide range of applications such as hybrid electric vehicles, consumer electronics, and industrial power management. From this perspective, various forms of carbon, with their special structures and advantageous characteristics, are broadly investigated and utilized as electrode materials for EDLCs in order to achieve interesting performance of supercapacitors in terms of high capacitance, low matrix resistivity, high power density, acceptable energy density, and high stability in commercial line. As an out standing, carbon nanofibers web derived from a simple and powerful method ？C electrospinning ？C appears to be a great candidate for supercapacitor electrode because of its high specific surface area, high formability, easy handling when collected in webs, compatibly adding in various materials, and somewhat cheap. This research surveys the flexible design of porous Carbon nanofibers based on the combination of a carefully selection of precursors and a suitably chemical/thermal treatment. Specifically, a simple way of fabricating porous carbon nanofibers in a form of thin sheet through the nanofibers formation via the electrospinning of polymer solution containing zinc chloride (ZnCl2) and the subsequent thermal treatment without a complex activation process was reported. Main merits for selecting ZnCl2 in this study are: (1) decreased diameter (down to 200 nm) of the obtained organic nanofiber due to enhanced electrical conductivity of polymer solution during electrospinning, (2) highly shortened oxidative stabilization time due to its catalytic function, (3) the evolution of pores in a controllable fashion. The highly developed surface area (up to 550 m2/g), when combined with their good electrical conductivity, high carbon purity and design flexibility, make these porous carbon nanofiber useful in the fabrication of efficient electrodes of supercapacitors. Moreover, the fabrication and electrochemical properties of two phase activated carbon nanofibers (TP-ACNF) by electrospinning from PAN and isotropic pitch blended solutions was also undergone careful investigation. The TP-ACNF electrode was easily converted via electrospun, stabilization, and physical activation at 700, 800, 900→ then applied as electrodes of supercapacitors. Their microstructure and electrochemical properties were evaluated by FE-SEM, BET specific surface area, CV (cyclic voltammetry) and impedance analysis. The BET specific surface area and the capacitance of samples ranged from 732 to 1877 m2g-1 and from 75.5 to 143.1 Fg-1, respectively, depending on the activation conditions. The samples activated at 900→ for 60 min under our experimental conditions exhibited the highest specific capacitance, BET specific surface and power density of 143.1Fg-1, 1877 m2g-1, and 1300 Wkg-1, respectively.
주제어
#Carbon Nanofibers Electrospinning Electrode of supercapacitors Porous materials 탄소나노섬유
학위논문 정보
저자
BUI THI NHU NGOC
학위수여기관
전남대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
섬유공학과
지도교수
양갑승
발행연도
2007
총페이지
ⅹ, 66 p.
키워드
Carbon Nanofibers Electrospinning Electrode of supercapacitors Porous materials 탄소나노섬유
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