[논문]신축성 리튬이온전지를 위한 DMSO 도핑 PEDOT:PSS 나노 섬유 집전체

권오현; 이지혜; 김재광

doi:10.5229/jkes.2021.24.4.93

신축성 리튬이온전지를 위한 DMSO 도핑 PEDOT:PSS 나노 섬유 집전체
Stretchable Current Collector Composing of DMSO-dopped Nano PEDOT:PSS Fibers for Stretchable Li-ion Batteries 원문보기

전기화학회지 = Journal of the Korean Electrochemical Society, v.24 no.4, 2021년, pp.93 - 99

권오현 (청주대학교에너지융합공학과) , 이지혜 (청주대학교에너지융합공학과) , 김재광 (청주대학교에너지융합공학과)

초록
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스트레처블 에너지 저장 장치 경량화를 위해 금속 집전체를 대체할 경량 물질 개발에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 전도성 고분자인 PEDOT:PSS를 전기방사법으로 제조한 나노 섬유를 리튬이온전지용 집전체로 사용하였다. 나노 섬유는 도펀트인 DMSO를 사용해 향상된 전기 전도성을 나타냈으며, 신축성 평가결과로 부터 30% 이상의 신축률을 보여주었다. 또한, 나노 섬유 집전체를 사용함으로써 액체 전해질의 침투가 용이하며, 나노 섬유 네트워크를 통해 전자전도성을 높이는 효과를 나타났었다. DMSO 도핑 PEDOT:PSS@PAM 나노 섬유 필름 집전체를 사용한 리튬이온전지는 135mAh g^-1의 높은 방전용량을 보여주었으며, 1000 사이클 이후 73.5%의 높은 용량 유지율을 나타내었다. 따라서, 전도성 나노 섬유의 우수한 전기화학적 안정성과 기계적 특성은 신축성 에너지 저장 장치의 경량 집전체로서의 활용이 가능함을 보여주었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In order to decrease the weight of stretchable energy storage devices, interest in developing lightweight materials to replace metal current collectors is increasing. In this study, nanofibers prepared by electrospinning a conductive polymer, PEDOT:PSS, were used as current collectors for lithium ion batteries. The nanofiber showed improved electrical conductivity by using DMSO, a dopant, and indicated a stretch rate of 30% or more from the elasticity evaluation result. In addition, the use of the nanofiber current collector facilitates penetration of the liquid electrolyte and exhibits the effect of increasing the electronic conductivity through the nanofiber network. The lithium-ion battery using the DMSO-doped PEDOT:PSS@PAM nanofiber current collector indicated a high discharge capacity of 135mAh g-1, and indicated a high capacity retention rate of 73.5% after 1000 cycles. Thus, the excellent electrochemical stability and mechanical properties of conductive nanofibers showed that they can be used as lightweight current collectors for stretchable energy storage devices.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. AFM images of (a) pristine and (b) DMSO-doped PEDOT:PSS films, (c) XRD patterns of pristine and DMSO-doped PEDOT:PSS@PAM nanofiber films.
그림 Fig. 2. FE-SEM images of PEDOT:PSS@PAM nanofiber films with (a) before and (b) after DMSO-doping, (c) EDS mapping images of DMSO-doped PEDOT:PSS@PAM film with C, O, N and S atoms.
그림 Fig. 3. Images of PEDOT:PSS@PAM films with (a) before and (b) after DMSO-doping, and (c) stretching test of DMSO-doped film.
그림 Fig. 4. (a) Sheet resistance, electrical conductivity of pristine and DMSO-doped PEDOT:PSS@PAM nanofibers. (b) Charge-discharge profile of pristine and DMSO-doped PEDOT:PSS@PAM nanofibers at 0.1C.
그림 Fig. 5. Characterization of the electrochemical performance of LFP cells using DMSO-doped PEDOT:PSS@PAM nanofiber current collectors; (a) CV plot from initial to 50 cycles at 0.1 mV s^-1, (b) charge-discharge profile at 1.0C (1^st and 1000^th), (c) rate-capability at various C-rates, and (d) cycling performance at 1.0C.
그림 Fig. 6. Differential capacity (dQ/dV) as functions of cell voltage for these electrodes at the first and 1000^th cycles

참고문헌 (25)

Y.-L. Zheng, X.-R. Ding, C. C. Y. Poon, B. P. L. Lo, H. Zhang, X.-L. Zhou, G.-Z. Yang, N. Zhao and Y.-T. Zhang, 'Unobtrusive sensing and wearable devices for health informatics'. IEEE. Trans. Biomed. Eng., 61, 1538 (2014).

상세보기
S. Ding, J. Jiu, Y. Gao, Y. Tian, T. Araki, T. Sugahara, S. Nagao, M. Nogi, H. Koga and K. Suganuma, 'One-step fabrication of stretchable copper nanowire conductors by a fast photonic sintering technique and its application in wearable devices'. ACS Appl. Mater. Interfaces., 8, 6190 (2016).

상세보기
H.-H. Chou, A. Nguyen, A. Chortos, J. W. To, C. Lu, J. Mei, T. Kurosawa, W.-G. Bae, J. B.-H. Tok and Z. Bao, 'A chameleon-inspired stretchable electronic skin with interactive colour changing controlled by tactile sensing'. Nat. Commun., 6, 1 (2015).
S. J. Benight, C. Wang, J. B. Tok and Z. Bao, 'Stretchable and self-healing polymers and devices for electronic skin'. Prog. Polym. Sci., 38, 1961 (2013).

상세보기
D.-H. Kim, N. Lu, R. Ghaffari and J. A. Rogers, 'Inorganic semiconductor nanomaterials for flexible and stretchable bio-integrated electronics'. NPG Asia Mater., 4, e15 (2012).

상세보기
S. Choi, H. Lee, R. Ghaffari, T. Hyeon and D. H. Kim, 'Recent advances in flexible and stretchable bio-electronic devices integrated with nanomaterials'. Adv. Mater., 28, 4203 (2016).

상세보기
G. Zhou, F. Li and H.-M. Cheng, 'Progress in flexible lithium batteries and future prospects'. Energy Environ. Sci., 7, 1307 (2014).

상세보기
K. Wang, S. Luo, Y. Wu, X. He, F. Zhao, J. Wang, K. Jiang and S. Fan, 'Super-aligned carbon nanotube films as current collectors for lightweight and flexible lithium ion batteries'. Adv. Funct. Mater., 23, 846 (2013).

상세보기
Y.-I. Jang, N. J. Dudney, T. N. Tiegs and J. W. Klett, 'Evaluation of the electrochemical stability of graphite foams as current collectors for lead acid batteries'. J. Power Sources., 161, 1392 (2006).

상세보기
X. Du, Z. Zhang, W. Liu and Y. Deng, 'Nanocellulose-based conductive materials and their emerging applications in energy devices-A review'. Nano Energy., 35, 299 (2017).

상세보기
Y. Sun, W. M. Choi, H. Jiang, Y. Y. Huang and J. A. Rogers, 'Controlled buckling of semiconductor nanoribbons for stretchable electronics'. Nat. Nanotechnol., 1, 201 (2006).

상세보기
W. Liu, J. Chen, Z. Chen, K. Liu, G. Zhou, Y. Sun, M. S. Song, Z. Bao and Y. Cui, 'Stretchable Lithium-Ion Batteries Enabled by Device-Scaled Wavy Structure and Elastic-Sticky Separator'. Adv. Energy Mater., 7, 1701076. (2017).

상세보기
S. Xu, Y. Zhang, J. Cho, J. Lee, X. Huang, L. Jia, J. A. Fan, Y. Su, J. Su and H. Zhang, 'Stretchable batteries with self-similar serpentine interconnects and integrated wireless recharging systems'. Nat. Commun., 4, 1 (2013).
K. S. Kim, Y. Zhao, H. Jang, S. Y. Lee, J. M. Kim, K. S. Kim, J.-H. Ahn, P. Kim, J.-Y. Choi and B. H. Hong, 'Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes'. Nature., 457, 706 (2009).

상세보기
T. Yamada, Y. Hayamizu, Y. Yamamoto, Y. Yomogida, A. Izadi-Najafabadi, D. N. Futaba and K. Hata, 'A stretchable carbon nanotube strain sensor for human-motion detection'. Nat. Nanotechnol., 6, 296 (2011).

상세보기
T. S. Hansen, K. West, O. Hassager and N. B. Larsen, 'Highly stretchable and conductive polymer material made from poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) and polyurethane elastomers'. Adv. Funct. Mater., 17, 3069 (2007).

상세보기
S. Kirchmeyer and K. Reuter, 'Scientific importance, properties and growing applications of poly (3, 4-ethylenedioxythiophene)'. J. Mater. Chem., 15, 2077 (2005).

상세보기
Z. Xu, L. M. Chen, G. Yang, C. H. Huang, J. Hou, Y. Wu, G. Li, C. S. Hsu and Y. Yang, 'Vertical phase separation in Poly (3-hexylthiophene): fullerene derivative blends and its advantage for inverted structure solar cells'. Adv. Funct. Mater., 19, 1227 (2009).

상세보기
D. J. Lipomi, J. A. Lee, M. Vosgueritchian, B. C.-K. Tee, J. A. Bolander and Z. Bao, 'Electronic properties of transparent conductive films of PEDOT: PSS on stretchable substrates'. Chem. Mater., 24, 373 (2012).

상세보기
J. Ouyang, Displays, '"Secondary doping" methods to significantly enhance the conductivity of PEDOT: PSS for its application as transparent electrode of optoelectronic devices'. Displays., 34, 423 (2013).

상세보기
H. Shi, C. Liu, Q. Jiang and J. Xu, 'Effective approaches to improve the electrical conductivity of PEDOT: PSS: a review'. Adv. Electron. Mater., 1, 1500017 (2015).

상세보기
J. Luo, D. Billep, T. Waechtler, T. Otto, M. Toader, O. Gordan, E. Sheremet, J. Martin, M. Hietschold and D. R. Zahn, 'Enhancement of the thermoelectric properties of PEDOT: PSS thin films by post-treatment'. J. Mater. Chem. A., 1, 7576 (2013).

상세보기
A. M. Nardes, M. Kemerink, M. De Kok, E. Vinken, K. Maturova and R. Janssen, 'Conductivity, work function, and environmental stability of PEDOT: PSS thin films treated with sorbitol'. Org. Electron., 9, 727 (2008).

상세보기
A. M. Nardes, M. Kemerink, R. A. Janssen, J. A. Bastiaansen, N. M. Kiggen, B. M. Langeveld, A. J. Van Breemen and M. M. De Kok, 'Microscopic understanding of the anisotropic conductivity of PEDOT: PSS thin films'. Adv. Mater., 19, 1196 (2007).

상세보기
M. Vosgueritchian, D. J. Lipomi and Z. Bao, 'Highly conductive and transparent PEDOT: PSS films with a fluorosurfactant for stretchable and flexible transparent electrodes'. Adv. Funct. Mater., 22, 421 (2012).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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