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문제 정의
- 수퍼 커패시터 용 전극으로서 정전류방전에서의 이상적인 거동은 직선에 가까운 방전곡선이다. 따라서 본 연구에서 관찰된 0.6V에서 0.4V범위에서와 같은 곡선이 0.0V까지 지속되도록 적절한 전해질의 선 택 및 농도의 선택이 차기 연구의 큰 관건이다.
- 따라서, 본 논문은 수퍼커패시터용 Mn02제조시 합 성방법의 변화에 따른 물성과 전기화학적 거동에 대해서 보고 하고자 한다.
제안 방법
- 4는 제조된 MnCh들의 정전류방전용량을 측정한 것이다. 0.9V에서 1시간 충전후 2.5mA/cm2의 전기량으로 정 전류 방전을 행하였다. CV결과와 동일한 방전 용량이 나타났다.
- 의 morph이。gy를 확인하기 위해 SEM분석을 수행하였다. 배율을 X10Q000로 하여 200nm scale 을 관찰하였다, Fig.
- 모든 전기화학적 측정은 비이커 형태의 3상 전극 을 이용하여 측정하였다. 작업전극은 MnO2 전극이 사용되었으며, 상대 전극으로 백금망, 기준전극으로 Ag/AgCl 을 각각 사용하였다.
- 의 morph이。gy를 확인하기 위해 SEM분석을 수행하였다. 배율을 X10Q000로 하여 200nm scale 을 관찰하였다, Fig. 2a 는 전구체로 fumuric acid로 환원하여 제조돤 MnC)2의 image이다. 입자들의 크기가 약 10nm 수준이었으며, 균일한 구형을 이루었다, 이에 반해, Fig.
- 1M Na2SO4 KOH 수용액일때는 Ni mesh를 집전체로 사 용하였으며, KC1 일때는 Ti mesh를 집전체로 사용하였다. 산화환원반응을 관찰하기 위해 -0.5-1.0 범 위에서 5mV/s의 주사속도로 cyclic voltammetry 측 정을 하였으며, 정전류방전특성을 알아보기 위해 0.6 5-0.0V 범위에서 2.5mA/s의 속도로 충방전 test를 수행하였다. 위의 모든 전기화학적 측정은 Wonatech사의 WBCS 3000 battery cycler system 을 사용하였다.
- 수퍼커패시터용 전극으로서 MriOz 의 전기화학적 성질을 관찰하였다. 특홍1, IM KOH 전해질을 사용 하였을 때의 전기화학적 성질이 우수하였으며, fumuric acid reduction m여hod를 이용하여 제조한 Mn02 전극의 manganous perchlorid己를 이용하여 제 조한 MnO2 전극보다 훨씬 균일하며, 미세한 입자들 을 생성하였다.
- 제조된 MnOs powder 80wt%를 도전제인 ketjen black 10wt%와 결착제인 PVDF 10wt%로 균일하게 혼합한후 용매인 NMP에 녹여 knife casting법을 이용하여 필름상태로 전극 활물질을 제조하였다. 제조 된 전극 활물질을 집전체인 Ni-mesh에 압착하여 전 극으로 만들었다.
- 제조된 MnO2를 사용하여 전극으로 만든후, 산화환 원반응을 알아보기위해서, cyclic voltammetry 측정 을 수행하였다. 본 연구실에서 예전에 발표한 산화 코발트와는 비슷하면서도 다른 특성을 보이고 있다.
- 제조된 MnOs powder 80wt%를 도전제인 ketjen black 10wt%와 결착제인 PVDF 10wt%로 균일하게 혼합한후 용매인 NMP에 녹여 knife casting법을 이용하여 필름상태로 전극 활물질을 제조하였다. 제조 된 전극 활물질을 집전체인 Ni-mesh에 압착하여 전 극으로 만들었다.
- 수퍼커패시터용 전극으로서 MriOz 의 전기화학적 성질을 관찰하였다. 특홍1, IM KOH 전해질을 사용 하였을 때의 전기화학적 성질이 우수하였으며, fumuric acid reduction m여hod를 이용하여 제조한 Mn02 전극의 manganous perchlorid己를 이용하여 제 조한 MnO2 전극보다 훨씬 균일하며, 미세한 입자들 을 생성하였다. 일반적으로 미세한 입자들을 이루는 금속산화물들의 용량이 크므로, 이는 MnO2 경우에 도 적용되는 것이다.
대상 데이터
- 모든 전기화학적 측정은 비이커 형태의 3상 전극 을 이용하여 측정하였다. 작업전극은 MnO2 전극이 사용되었으며, 상대 전극으로 백금망, 기준전극으로 Ag/AgCl 을 각각 사용하였다. 전해질로는 0.
이론/모형
- 망간옥사이드는 이미 리튬전지용 전극활물질로 많이 이용되므로, 그 합성방법이 다양하게 연구되어 왔다. 본 실험에서 제조된 망간옥사이드는 fumaric acid reduction method 와 manganous perchlorate method를 사용하였다. 합성에 대한 방법을 scheme 1에 나타내었다.
- 5mA/s의 속도로 충방전 test를 수행하였다. 위의 모든 전기화학적 측정은 Wonatech사의 WBCS 3000 battery cycler system 을 사용하였다.
성능/효과
- 1에 나타내었다. Fumaric acid reduction에 의해 합성된 MnCb의 XRD패턴은 완전 한 무정형임을 알 수 있었으며, manganous perchlorate를 사용한 합성방법으로 제조된 MnCh는 34.5° 에서 약간의 특징없는 peak가 관찰되었으나, 둘 다 무정형임을 알 수 있었다.
- 36V)에서 cathodic peak 가 나타났으며 anodic range에서는 산화코발트보다 두터운 전류밀도를 보였다. 이 것 으로서 망간옥사이 드가 산화코발트보다 뛰어난 용량을 가질수 있음을 알 수 있다, Fumuric acid를 사용하여 제조된 MnCh에 의 cathodic peak가 manganous perchloride에 비해서, 0, 2V가■량 전위가 올라갔으며, 이는 입자의 크기가 작고, 균일한 수준 이므로, 전하의 이동이 쉬우며, 비표면적이 크기때문 인 것으로 사려된다.
- 전도 성 고분자와 산화환원반응을 견디는 전이금속산화물 들은 Pseudocapacitor용 전극의 활물질이다. 이들 재 료중, 무정형이며 수화된 루테니움은 높은 비용량 (720F/g)의 훌륭한 물질이 됨을 증명하였다. 그러나, 루테니움은 매우 비싸며 상업적 적용에 어렵다.
- Supercapacitore] 용량이 전해질 과 전극간의 이온거리 및 전해질의 전도도에 기인한 것이므로, 전류밀도가 비슷한 모양으로 나왔다. 하지 만, 전위별로 세밀하게 관찰하면 산화코발트에서 보 고한 것보다 망간옥사이드는 특정 전위(0.55V & 0.36V)에서 cathodic peak 가 나타났으며 anodic range에서는 산화코발트보다 두터운 전류밀도를 보였다. 이 것 으로서 망간옥사이 드가 산화코발트보다 뛰어난 용량을 가질수 있음을 알 수 있다, Fumuric acid를 사용하여 제조된 MnCh에 의 cathodic peak가 manganous perchloride에 비해서, 0, 2V가■량 전위가 올라갔으며, 이는 입자의 크기가 작고, 균일한 수준 이므로, 전하의 이동이 쉬우며, 비표면적이 크기때문 인 것으로 사려된다.
후속연구
- 예를 들면, 전기자동차 추진력을 위한 전기화학 적 커패시터 전지를 구성하는 이런 혼성 시스템은 강력하게 추구되어 왔다, 이런 하이브리드 시스템에 서, 전기화학적 커패시터는 진척시키는 동안 peak power를 충족할 수 있다. 따라서, 이 전지는 근본적 인 더 높은 에너지 밀도를 위해서, 고 파워밀도의 요구 없이 더 향상된 싸이클 수명을 위해서 최적화 될 수 있다. 전기화학 커패시터의 다른 전위 적용은 컴퓨터 메모리의 백업용 전력원이나, 카메라 플래쉬, 레이저 그리고 pulsed light의 발전기에 대한 웅용이다.
- 일반적으로 미세한 입자들을 이루는 금속산화물들의 용량이 크므로, 이는 MnO2 경우에 도 적용되는 것이다. 앞으로의 계획은 산화코발트에 서와 마찬가지로 산화피막 및 도전제의 함량, 적절한 바인더의 선택등을 통해서, 방전곡선의 구부러짐 현상등을 개선해야만 한다.
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