[논문]Starch-g-PAN 고분자 전해질막 합성 및 플렉서블 고체 슈퍼 캐퍼시터 응용

민효준; 정주환; 강미소; 김종학

doi:10.14579/membrane_journal.2019.29.3.164

Starch-g-PAN 고분자 전해질막 합성 및 플렉서블 고체 슈퍼 캐퍼시터 응용
Synthesis of Starch-g-PAN Polymer Electrolyte Membrane and Its Application to Flexible Solid Supercapacitors 원문보기

멤브레인 = Membrane Journal, v.29 no.3, 2019년, pp.164 - 172

민효준 (연세대학교 화공생명공학과) , 정주환 (연세대학교 화공생명공학과) , 강미소 (연세대학교 화공생명공학과) , 김종학 (연세대학교 화공생명공학과)

초록
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본 연구에서는 녹말(starch)과 poly(acrylonitrile) (PAN)으로 이루어진 가지형 공중합체 기반의 슈퍼 캐퍼시터용 전해질막을 손쉽게 제조하는 방법을 제시하였다. 가지형 공중합체(starch-g-PAN)는 세륨 이온에 의해 개시된 자유 라디칼 중합을 통해 합성되었다. 실온에서 어떠한 유기용매 없이 Starch-g-PAN 고분자를 이온성 액체, 1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide (EMIM DCA)에 용해하였으며 1시간 동안 $100^{\circ}C$의 고온을 가해줌으로써 손쉽게 고분자 막을 만들었다. 제조된 막은 유연하여 플렉서블 고체 슈퍼 캐퍼시터의 전해질에 적용되었다. Starch-g-PAN 기반의 고분자 전해질막을 사용한 슈퍼 캐퍼시터는 0.5 A/g의 전류 밀도에서 약 21 F/g의 정전용량을 가졌으며 10,000 사이클 동안 86%의 유지율을 보이며 높은 주기 안정성을 보였다. 본 연구를 통해 starch-g-PAN 기반의 고분자 전해질막이 우수한 성능을 가진 플렉서블 고체 슈퍼 캐퍼시터에 응용될 수 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this work, we demonstrate a facile process to prepare an electrolyte membrane for the supercapacitor based on a graft copolymer consisting of starch and poly(acrylonitrile) (PAN). The graft copolymer (starch-g-PAN) was synthesized via free radical polymerization initiated by ceric ions. The starch-g-PAN was dissolved in ionic liquid, i.e. 1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide (EMIM DCA) without any organic solvents at room temperature. The gelation of polymer electrolyte membranes occurred by applying high temperature, i.e. $100^{\circ}C$ for 1 hour. The resultant electrolyte membrane was flexible and thus applied to flexible solid supercapacitors. The performance of the supercapacitor based on starch-g-PAN graft copolymer electrolyte reached 21 F/g at a current density of 0.5 A/g. The cell also showed high cyclic stability with 86% of retention rate within 10,000 cycles. The preparation of starch-g-PAN based polymer electrolyte membrane provides opportunities for facile fabrication of flexible solid supercapacitors with good performance.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

FT-IR spectra of the synthesized copolymer was obtained in the frequency range from 4,000 to 500 cm^-1 to confirm the successful graft copolymerization with an Excalibur series FT-IR instrument (DIGLAB CO., Hannover, Germany). The structures of the polymer and electrolyte membranes were observed with TEM (JEM-F200, JEOL Ltd.

대상 데이터

0%), activated carbon (DARCO, ~100 mesh particle size), poly(vinylidene fluoride) (PVDF, M_w = ~534,000) were purchased from Sigma Aldrich. Carbon black (Super P) was purchased from Alfa Aesar. Methanol (MeOH, 99.
Starch from wheat, acrylonitrile (≥ 99%, contains 35~45 ppm monomethyl ether hydroquinone as inhibitor), ammonium cerium(IV) nitrate (ACN, ≥ 98.5%), nitric acid (HNO3, 70%), 1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide (EMIM DCA, 98.0%), activated carbon (DARCO, ~100 mesh particle size), poly(vinylidene fluoride) (PVDF, Mw = ~534,000) were purchased from Sigma Aldrich.

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