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문제 정의
- 화학적으로 박리된 산화그래핀은 다양한 산소관능기를 지니고 있어 다양한 금속, 금속산화물, 전도성 고분자 등과 하이브리드가 용이하고 환원과정을 통해 전기 전도성을 부여할 경우 다양한 에너지소자용 전극으로 활용이 용이하다.11-14 따라서, 본 총설에서는 흑연으로부터 화학 적으로 박리하여 제조되는 그래핀 및 그래핀과 이종화합물의 나노복합체를 리튬이차전지, 슈퍼커패시터, 연료전지및 태양전지 전극으로 사용하는 연구동향을 체계적으로 소개하여 향후 더욱 우수한 성능의 에너지소자용 그래핀 전극소재 개발의 연구방향 설정에 활용할 수 있는 기본 자료를 제공하는데 그 목적이 있다.
- 흑연으로부터 화학적으로 박리하여 제조되는 2차원구조의 그래핀은 대량생산이 가능하고 저비용으로 제조가 가능하다는 장점과 더불어 고분자, 금속, 금속산화물, 양자점, 유기결정 등의 다양한 재료와 융합하여 고기능성의 복합체를 형성할 수 있는 템플레이트로 활용이 매우 기대 된다. 본 특집에서는 화학적으로 박리하여 제조되는 그래 핀의 제조과정을 간략히 소개하고, 화학적 박리그래핀과 금속산화물 및 전도성 고분자와의 복합화를 통해 제조된 전극을 이차전지, 슈퍼커패시터와 같은 에너지 저장소자 뿐만 아니라 유기태양전지, 염료감응형 태양전지, 양자점 전지 등의 에너지 소자에 응용한 사례들을 정리해보았다. 이러한 그래핀 기반의 복합체는 그래핀의 큰 비표면적과 우수한 물리적 성질 및 전도성을 활용할 경우 우수한 에너지 전환 및 저장소자로 개발 및 실용화가 가능할 것으로 판단된다.
- 보고된 바에 따르면 불과 1% 질량비의 산화그래핀이 폴리아닐린에 복합화될 경우 폴리아닐린의 전도도가 2 S/cm에서 10 S/cm로 크게 증가하며 커패시턴스 또한 216 F/g에서 531 F/g으로 크게 증가하게 된다. 이러한 전기전도도 향상에 의한 슈퍼 커패시터의 용량 증가 뿐만 아니라 산화그래핀의 유연성 으로 인해 충방전 반복테스트에서 발생할 수 있는 전도성 고분자의 수축과 팽창에 의한 치수 불안정성을 막아준다. 실제로 1,000회 이상의 반복 충방전 실험에서 순수 폴리아닐린 전극은 초기 커패시턴스 대비 74%가 유지되는 반면 산화그래핀 폴리아닐린 그래핀은 92%의 커패시턴스가 유지된다(그림 6(d)).
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