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망간산화물/기능화된 그래핀 나노복합체에 기반한 고성능 슈퍼커패시터 개발
Development of High-performance Supercapacitors Based on MnO2/Functionalized Graphene Nanocomposites 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.27 no.4, 2016년, pp.439 - 443  

최봉길 (강원대학교 화학공학과)

초록
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본 연구에서는 $MnO_2$ 나노입자들이 기능화된 그래핀에 증착된 나노복합체를 제조하고 이의 우수한 전기화학적 특성을 순환전압전류법, 정전류 충전-방전법 및 임피던스 분석을 통하여 증명하였다. 환원된 그래핀 산화물의 표면 개질을 위하여 이온성 액체를 도입함으로써, 그래핀 시트들 간의 뭉침현상을 제어하고 $MnO_2$ 나노입자들의 성장부위를 제공하였다. 상기 제조된 $MnO_2/RGO$ 나노복합체는 전자주사현미경, 투과전자현미경, X선 광전자 분광기, X선 회절기를 사용하여 분석하였다. $MnO_2/RGO$ 전극의 전기화학적 특성은 $Na_2SO_4$ 전해액을 사용하여 3상 전극 시스템 하에서 분석실시하였다. $MnO_2/RGO$ 전극은 높은 비정전용량(251 F/g), 고속 충방전(80.5% 용량 유지율) 및 장수명 특성(93.6% 용량 유지율)을 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this report, $MnO_2$ nanoparticle-deposited functionalized graphene sheets were prepared and their superior electrochemical performances were demonstrated by cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge, and impedance analysis. Ionic liquids were employed to functionalize the sur...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 망간산화물 기반의 전극은 망간산화물의 기공구조, 크기, 형태 및 구조 등에 의해서 많은 영향을 받는다[24]. 본 연구에서는 이온성 액체에 의해서 기능화된 그래핀 소재를 도입함으로써 무정형의 MnO2 나노입자 제조가 가능하였고 그래핀의 넓은 비표면적과 높은 전기전도도에 의해서 우수한 전기화학적 성능을 도출할 수 있었다.

가설 설정

  • (a) CV curves of RGO and MnO2/RGO. (b) CV curves of MnO2/RGO measured at different scan rates of 25-500 mV/s. The electrolyte solution is 1 M Na2SO2.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
슈퍼커패시터의 특징은? 최근에는 정전용량이 매우 높은 슈퍼커패시터(supercapacitor) 또는 울트라커패시터(ultracapacitor)가 주목받기 시작했다[4,5]. 슈퍼커패시터는 전극과 전해질 계면에서의 이온흡착이나 전기화학적 반응에 의해 에너지를 저장하는 장치로서 기존 리튬이온 이차전지에 비해서 높은 출력 밀도를 나타낼 뿐만 아니라 높은 충방전 효율 및 반영구적인 수명특성 등의 장점을 지니고 있다[4,5].
리튬이온 이차전지의 특징은? 현재 가장 활발하게 연구가 진행 중인 리튬이온 이차전지(lithium ion batteries)를 비롯한 에너지 저장소자들이 개발되고 있으며 에너지 산업 분야로의 응용이 늘어나고 있다[1-3]. 리튬이온 이차전지는 높은 에너지 밀도 특성을 갖지만 낮은 출력 밀도로 인해 이의 응용분야가 제한되고 있다. 최근에는 정전용량이 매우 높은 슈퍼커패시터(supercapacitor) 또는 울트라커패시터(ultracapacitor)가 주목받기 시작했다[4,5].
전기이중층 커패시터의 탄소 전극 소재 원료는 무엇을 중심으로 제조되고 있는가? EDLC는 이온들의 흡착⋅탈착 반응을 이용하는 에너지 저장 장치로서 주로 기공이 잘 발달된 활성탄이나 탄소계 소재를 이용한 전극물질을 사용하고 있다. 현재 상용 제품의 탄소 전극 소재는 목재, 야자수 및 석유계 피치 또는 코크스 등과 같은 저가 원료를 중심으로 제조되고 있다[8]. EDLC의 성능을 향상시키기 위하여 균일한 미세 기공 구조를 형성하고 순도를 높일 수 있는 다양한 방법들이 시도되고 있다.
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참고문헌 (24)

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  2. Y. Gogotsi, Energy storage wrapped up, Nature, 509, 568-570 (2014). 

  3. J.-M. Jeong, K. G. Lee, S.-J. Chang, J. W. Kim, Y.-K. Han, S. J. Lee, and B. G. Choi, Ultrathin sandwich-like $MoS_2$ @N-doped carbon nanosheets for anodes of lithium ion batteries, Nanoscale, 7, 324-329 (2015). 

  4. J.-K. Sun, E.-H. Um, and C.-T. Lee, Electrochemical characteristics of the activated carbon electrode modified with the microwave radiation in the electric double layer capacitor, Appl. Chem. Eng., 21, 11-17 (2010). 

  5. R.-G. Oh, J.-E. Hong, W.-G. Yang, and K.-S. Ryu, Study of lithium ion capacitors using carbonaceous electrode utilized for anode in lithium ion batteries, Appl. Chem. Eng., 24, 489-548 (2013). 

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  9. K. Naoi, S. Ishimoto, J.-I. Miyamoto, and W. Naoi, Second generation 'nanohybrid supercapacitor': evolution of capacitive energy storage devices, Energy Environ. Sci., 5, 9363-9373 (2012). 

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  22. B. G. Choi and H. S. Park, Controlling size, amount, and crystalline structure of nanoparticles deposited on graphenes for highly efficient energy conversion and storage, ChemSusChem., 5, 709-715 (2012). 

  23. B. G. Choi, H. Park, T. J. Park, M. H. Yang, J. S. Kim, S.-Y. Jang, N. S. Heo, S. Y. Lee, J. Kong, and W. H. Hong, Solution chemistry of self-assembled graphene nanohybrids for high-performance flexible biosensors, ACS Nano, 4, 2910-2918 (2010). 

  24. W. Wei, X. Cui, W. Chen, and D. G. Ivey, Mananese oxide-based materials as electrochemical supercapacitor electrodes, Chem. Soc. Rev., 40, 1697-1721 (2011). 

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