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환원된 그래핀/단일벽 탄소나노튜브 복합체를 이용한 플렉시블 에너지 저장 매체의 개발
Development of flexible energy storage device based on reduced graphene oxide (rGO)/single-walled carbon nanotubes (SWNTs) composite 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.33 no.3, 2016년, pp.593 - 598  

유영환 (대진대학교 화학공학과) ,  조재봉 (대진대학교 화학공학과) ,  김용렬 (대진대학교 화학공학과) ,  정현택 (대진대학교 화학공학과)

초록
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본 연구에서는 유연성을 갖는 전극 제조를 위해 환원된 그래핀 옥사이드/단일벽 탄소나노튜브 복합체를 금이 코팅된 PET 기판 위에 스프레이 코팅하였다. 제조된 플렉시블한 전극의 전기 용량 값은 1 M의 황산 전해질과 $100mVs^{-1}$ 의 주사속도에서 $82Fg^{-1}$ 으로 측정 되었으며, 이 용량 값은 500 번의 굽힘 시험 후에 $38Fg^{-1}$ 로 감소되는 현상을 확인 하였다. 또한, 이러한 결과는 정전류 충방전과 전기화학 임피던스법을 포함한 전기화학적 분석 결과와도 부합하는 결과를 나타내었다. 유연성을 갖는 환원된 그래핀 옥사이드/단일벽 탄소나노튜브 복합체 전극은 500회의 반복적인 굽힘 시험 후에도 대략 50%의 초기 전기 용량 값을 유지 할 수 있었으며, 이러한 여러 가지 전기화학적 특성을 고려하여 볼 때 미래 개발 가능한 플렉시블한 에너지 저장 매체로써의 적용이 가능 하다는 점을 확인 할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

We report on the preparation of reduced graphene oxide (rGO)/single-walled carbon nanotubes (SWNTs) electrodes deposited onto flexible polyethylene terephthalate (PET) via spray coating technique. The highest capacitance value of the unbent rGO/SWNTs electrode was $82Fg^{-1}$ in 1 M ...

주제어

#Reduced graphene oxide (rGO)   #single-walled carbon nanotubes (SWNTs)   #spray coating   #flexible   #polyethylene terephthalate(PET)  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 6 Wh kg-1 까지 극대화 시키는 결과를 보고 하였다 [7]. 이러한 연구 결과들을 토대로 본 연구에서도 탄소나노튜브의 작용으로 인해 그래핀이 re-stacking 되지 못하도록 하여 그래핀 layer의 고유 특성을 발휘 할 수 있도록 역할을 하고 그래핀 layer 사이에서 탄소나노튜브 또한 전기화학적 특성을 향상 시킬 수 있도록 구조적인 모델링을 통하여 에너지 저장 물질로써의 특성을 극대화 시키는 연구를 진행 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
굽힘 시험으로 인해 발생한 전극 표면의 crack이 미치는 영향은? 그러나 그림 2의 (c)와 (d)에서 보듯이 반복적인 굽힘 시험 후에는 전극 표면에 균열 (crack)이 발생한 것을 관찰 할 수 있었다. 이러한 반복적인 굽힘 시험 후에 전극 표면에 발생한 균열은 전극의 전기 전도도 감소와 전해질과의 전기 화학적 반응에서 전자의 원활한 이동을 방해하는 요소로 작용 할 수 있으며 결과적으로 전극의 전기 화학적 특성, 즉 전기 용량 값을 감소시키는 결과를 나타내었다고 사료된다.
유비쿼터스 시대 실현을 위해 개인용 정보화 기기에서 요구되는 것은? 최근 급속도로 진보하는 나노 기술, 바이오 기술, 정보 기술 및 디스플레이 기술로 인하여 언제 어디서나 원하는 정보를 접할 수 있는 유비쿼터스 시대로 이미 접어들고 있으며 이러한 추세에 따라 휴대가 간편하고 이동성을 가진 개인용 모바일 정보전자 기기의 필요성이 증가되고 있다 [1-3]. 이러한 유비쿼터스 시대를 실현하는 개인용 정보화 기기로써 변형이 자유로우며, 신축성을 가지며 가볍고 휴대가 간편한 플렉시블 정보전자 기기의 필요성이 날로 커지고 있는 실정이다. 그러나 이러한 플렉시블 정보전자 기기의 발전에 따라서 이들을 구동시키기 위해 필요한 에너지 저장 매체의 개발은 아직 미흡한 상황이다 [4,5].
그래핀의 단점은 무엇인가? 따라서 본 연구에서는 최근 큰 주목을 받고 있는 나노카본 재료, 즉 그래핀과 탄소나노튜브를 이용하여 유연성을 갖는 에너지 저장 재료를 개발 하였으며 여러 가지 전기화학적 기법을 통하여 이를 분석 하였다. 또한 본 연구에서는 그래핀의 단점, 즉 re-stacking 되는 문제를 극복하기 위해서 높은 전기 전도도와 표면적을 갖는 단일벽 탄소나노튜브를 ‘spacer’ 또는 ‘binder’ 로 사용하여 그래핀 layer 사이에 self-assembly 되도록 시도하였다. Qin 그룹은 그래핀의 re-stacking 문제를 보완하기 위해서 단일벽 탄소나노튜브를 그래핀과 복합화하여 전극을 제조 하였으며, 유기물을 포함한 전해질에서 에너지 밀도를 최대 62.
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참고문헌 (10)

  1. Shim BS, Chen W, Doty C, et al. Smart electronic yarns and wearable fabrics for human biomonitoring made by carbon nanotube coating with polyelectrolytes. Nano Lett., 8, 4151 (2008). 

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  2. Gwon H, Kim H-S, Lee KU, et al. Flexible energy storage devices based on graphene paper. Energy Environ. Sci. 4, 1277 (2011). 

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  3. Jeong HT, Kim BC, Higgins MJ, et al. Highly stretchable reduced graphene oxide (rGO)/single-walled carbon nanotubes (SWNTs) electrodes for energy storage devices. Electrochim. Acta. 163, 149 (2015). 

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  4. G. Subramarian and M. J. Andrews, Preparation of SWNT-reinforced composites by a continuous mixing process, Nanotechnol. 16, 836 (2005). 

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  5. S. G. Kazarian, Polymer processing with supercritical fluids. Polym. Sci. Ser. C. 42, 78 (2000). 

  6. Q, Cheng, J. Tang, J. Ma, H. Zhang, N. Shinya and Lu-C. Qin, Graphene and carbon nanotube composite electrodes for supercapacitors with ultra-high energy density, Phys. Chem. Chem. Phys, 13, 17615 (2011). 

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  7. D.T Pham, T.H Lee, D.H Loung, F. Yao, A.G Ghosh, V.T Le, T.H Kim, B. Li, J. Chang and Y.H Lee, ACS Nano, 9, 2018 (2015). 

    상세보기 crossref

  8. Y. Zhang, M. R. Park, H. Y. Kim, S. J. Park, In-situ synthesis of graphene oxide/BiOCl heterostructured nanofibers for visible-light photocatalytic investigation, Alloys and Compounds, 686, 25 (2016) 

  9. Daniela C. Marcano, V Dmitry. Kostnkin, Improved Synthesis of Graphene Oxide, ACS Nano, 4, 8 (2010) 

  10. Leila Shahriary, Anjalia, Athawale, Graphene Oxide Synthesized by using Modified Hummers Approach, Renewable Energy and Environmental Engineering, 2, 1 (2014) 

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