[논문]코발트망간 산화물 양전극과 활성탄 음전극으로 구성된 초고용량 커패시터 특성

김용일; 윤재국; 권재성; 고장면

코발트망간 산화물 양전극과 활성탄 음전극으로 구성된 초고용량 커패시터 특성
Supercapacitive Properties of a Hybrid Capacitor Consisting of Co-Mn Oxide Cathode and Activated Carbon Anode 원문보기

김용일 (한밭대학교 응용화학생명공학부) , 윤재국 (한밭대학교 응용화학생명공학부) , 권재성 (한밭대학교 응용화학생명공학부) , 고장면 (한밭대학교 응용화학생명공학부)

양극인 Co-Mn oxide과 음극인 활성탄, 전해질인 6 M KOH 수용액으로 구성된 혼성 커패시터를 제조하여 cyclic voltammetry를 이용하여 전기화학적 특성을 조사하였다. 제조한 초고용량 커패시터는 0~1.4 V 전위영역에서 안정한 전위창을 나타내며, 주사속도 5 mV/s일 때 비용량 67.3 F/g, 에너지 밀도 18.3 Wh/kg, 출력 밀도는 237.7 kW/kg을 나타내었다.

A hybrid supercapacitor consisting of Co-Mn oxide as a cathode, activated carbon as an anode, and 6 M KOH as a electrolyte was fabricated and its supercapacitor performance was investigated by means of cyclic voltammetry. The prepared supercapacitor showed the specific capacitance of 67.3 F/g, energy density of 18.3 Wh/kg, and power density of 237.7 kW/kg, respectively. It means that the supercapacitor can be used for the practical applications.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

가설 설정

3. Cyclic voltammograms of (a)Co-Mn oxide at the 20 mV/s, and specific capacitance values of (b)Co-Mn oxide as a function of cycle mumber.

제안 방법

SCE, Metrohm), 상대 전극으로는 백금 포일 (Pt foil, 2x2 cm²)을 사용하였고, 전해액은 6 M 농도의 KOH 수용액을 사용하였으며, 사용전 1시간 동안 질소가스를 purge시켜 전해액 속 용존산소를 최대한 배제시켰다. Pouch 타입의 full celle 6M KOH를 전해액으로 사용하여, 전위영역 0~1.4 V에서 전기화학적 특성을 확인하였다.
높은 출력 특성을 갖는 수용액계 초고용량 커패시터의 단점인 낮은 에너지 밀도를 극복하기 위하여, 서로 다른 반응 전위를 가진 CoMn oxide 복합전극과 활성탄 복합전극으로 구성된 1.4 V의 구동 전압을 가진 혼성 커패시터를 제조하여, 그에 따른 전기화학적 특성을 조사하였다. 제조된 혼성 커패시터는 전해질 용액 자체 저항 및 전하 이동 저항이 낮은 우수한 특성을 확인하였으며, 주사속도 5 mV/s 에서 67.
본 연구에서는 이미 보고한 코발트망간산화물을 양극으로 하고 [2], 활성탄을 음극을 제조하여 pouch 형태의 혼성 초고용량 커패시터를 제조하고 제반 물성을 조사하였다.
사용하여 측정하였다. 양극과 음극의 전기화학적 특성은 각각 3전극계로 조사하엿으며, 이때 기준전극 모세관과 작업전극의 간격을 1~2 mm로 유지하여 용액의 전압 (iR) 강하를 최소화하였다. 기준전극으로는 Ag/AgCl(3 M KCl, 0.
음극으로 사용되는 활성탄 복합전극은 미리 준비해둔 활성탄 전구체 용액을 깨끗이 세척한 니켈폼의 표면 위에 균일하게 함 침 시킨 후, 상온에서 1일간 건조하고, 40 oC에서 12시간 동안 진공건조 과정을 거쳐 제조하였다.
제조된 양극과 음극의 무게비가 1:3이 되도록 각각의 전극을 선택하여 Fig. 1과 같은 내부구조를 가진 pouch 타입의 혼성 커패시터를 구성하였다. 이때 사용한 분리막 (Rayon)은 내수성 및 내구성이 약한 단점을 가지고 있어 cell 조립시 쉽게 찢어지는 현상이 자주 발생함으로 이를 극복하기 위해 이온 분리막으로 사용되는 Nafion 용액(5 wt%, Aldrich)을 2.
제조된 전극의 표면 구조 형태를 조사하기 위해 주사전자현미경 (Field emission scanning electron microscopy, FE-SEM, Hitachi s-4800) 으로 분석을 실시하였다.

대상 데이터

양극과 음극의 전기화학적 특성은 각각 3전극계로 조사하엿으며, 이때 기준전극 모세관과 작업전극의 간격을 1~2 mm로 유지하여 용액의 전압 (iR) 강하를 최소화하였다. 기준전극으로는 Ag/AgCl(3 M KCl, 0.196 V vs. SCE, Metrohm), 상대 전극으로는 백금 포일 (Pt foil, 2x2 cm²)을 사용하였고, 전해액은 6 M 농도의 KOH 수용액을 사용하였으며, 사용전 1시간 동안 질소가스를 purge시켜 전해액 속 용존산소를 최대한 배제시켰다. Pouch 타입의 full celle 6M KOH를 전해액으로 사용하여, 전위영역 0~1.
본 연구에서는 이전에 보고한 논문 [2] 에서와 같은 실험과정을 통해 양극물질인 Co-Mn oxide 전구체와 양전극을 제조하였다. 음극 물질은 활성탄 (Activated carbon, MSC-30, Korea) 80 wt%, 도전재 (Vapor-grown carbon fiber), VGCF 10 wt%, 결착제 (polyvinylidene fluoride) 10wt% 의 비율로 1-methyl-2- pyrrolidinone(99%, Aldrich) 에 고르게 혼합하여 용액상태로 제조하였다.
음극 물질은 활성탄 (Activated carbon, MSC-30, Korea) 80 wt%, 도전재 (Vapor-grown carbon fiber), VGCF 10 wt%, 결착제 (polyvinylidene fluoride) 10wt% 의 비율로 1-methyl-2- pyrrolidinone(99%, Aldrich) 에 고르게 혼합하여 용액상태로 제조하였다.
집전체로 사용한 니켈폼(두께 1.0 mm, 기공밀도 110 ppi(pores per inch), Shenzhen Rolinsia Power Materials Ltd.)은 3차워 다공성 구조체로서, 전극 제조 전에 롤프레스를 이용하여 0.

데이터처리

Cyclic voltammetry(CV) 와 impedance 실험은 Autolab(P/G-stat 100)을 사용하여 측정하였다. 양극과 음극의 전기화학적 특성은 각각 3전극계로 조사하엿으며, 이때 기준전극 모세관과 작업전극의 간격을 1~2 mm로 유지하여 용액의 전압 (iR) 강하를 최소화하였다.

성능/효과

CV 곡선에서 나타나는 전기화학적 거동 및 축전 용량은 본 연구자들이 이전에 보고한 경향과 일치한다[2]. 100,000회 충방전 후에 초기 비용량 324.7 F/g의 78%에 해당하는 253.4 F/g이 유지되는 우수한 수명 특성을 확인할 수 있다. 이러한 특성은 최근 전기자동차 등 장수명을 요구하는 용도에도 금속 산화물계 활물질이 초고용량 커패시터의 전극으로서 적용될 가능성을 보여준다고 할 수 있다.
5 wt%으로 희석시킨 후, 사용할 분리막을 충분히 함침시키고, 상온에서 완전히 건조하였다. 분리막의 표면에 이온 등이 통과할 수 있는 얇은 고분자 막이 형성되어 분리막의 내구성이 증가하는 것을 확인하였다.
4 V의 구동 전압을 가진 혼성 커패시터를 제조하여, 그에 따른 전기화학적 특성을 조사하였다. 제조된 혼성 커패시터는 전해질 용액 자체 저항 및 전하 이동 저항이 낮은 우수한 특성을 확인하였으며, 주사속도 5 mV/s 에서 67.3 F/g의 비용량 값과 18.3 Wh/kg의 에너지 밀도, 237.7 kW/kg 의 출력 밀도를 나타내었다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

코발트망간 산화물 양전극과 활성탄 음전극으로 구성된 초고용량 커패시터 특성
Supercapacitive Properties of a Hybrid Capacitor Consisting of Co-Mn Oxide Cathode and Activated Carbon Anode 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어