초록 ▼

연구목표
다이나믹 수소 버블링이 동반된 도금 공정으로 제작한 다공성 나노 전극의 차세대 슈퍼 커패시터 특성 연구: 수소 방출 반응(Hydrogen Evolution Reaction, HER)이 일어나는 다이나믹 수소 버블링 계(Dynamic Hydrogen-Bubble Template)에서 도금공정을 수행하여 슈퍼 커패시터용 고표면적 다공성 나노 금속산화물 전극(Nanoporous metal oxide electrode)을 제작하고, 이를 이용하여 커패시터의 비축전용량, 에너지밀도 및 출력밀도가 높은 차세대 하이브리드형 슈퍼

연구목표
다이나믹 수소 버블링이 동반된 도금 공정으로 제작한 다공성 나노 전극의 차세대 슈퍼 커패시터 특성 연구: 수소 방출 반응(Hydrogen Evolution Reaction, HER)이 일어나는 다이나믹 수소 버블링 계(Dynamic Hydrogen-Bubble Template)에서 도금공정을 수행하여 슈퍼 커패시터용 고표면적 다공성 나노 금속산화물 전극(Nanoporous metal oxide electrode)을 제작하고, 이를 이용하여 커패시터의 비축전용량, 에너지밀도 및 출력밀도가 높은 차세대 하이브리드형 슈퍼 커패시터를 구현하는 연구를 수행하고자 함.
연구내용
1. 수소 버블링 공정을 동반한 도금 공정과 산화공정을 이용하여 마이크로 및 나노 크기의 다공이 포함된 금속산화물 구조체를 제작할 수 있는데, 이 구조체는 나노크기의 돌기형, 바늘형, 나노입자형 등의 덴드라이트형 구조를 갖고 있어서 높은 비표면적을 가짐. 본 연구에서는 이 구조체를 커패시터의 전극으로 사용하여 높은 비축전용량을 얻고 커패시터의 장점인 높은 출력 밀도는 그대로 유지하되 단점인 에너지 밀도를 향상시켜 차세대 슈퍼 커패시터용 다공성 나노 금속산화물 전극을 구현하는 연구를 수행하고자 함.
2. 다공성 구조로 제조가 어려운 금속산화물들에 대해서도 구리(Cu), 주석(Sn), 은(Ag) 등의 비교적 다공성 구조를 잘 이루는 물질과 다원계 합성산화물을 만듦으로써 다공성 구조를 제조하고, 어닐링과 도핑 공정을 이용하여 전극의 성능을 극대화 시키는 연구를 수행하고자 함.
- 슈퍼 커패시터용 다공성 나노 전극 :　RuO₂, MnO₂, Ni(OH)₂, SnO, PbO, Co₃O₄, CuO 등
- 다원계 다공성 나노 전극 : Ru-Cu, Ru-Sn, Mn-Cu, Mn-Ag, Mn-Sn, Mn-Ag-Cu, Ni-Sn, Ni-Cu, Ni-Pb-Sn 등의 다공성 나노 전극 제작 및 성능 평가
3. FT-IR 분석법 (Fourier-Transform Infrared Spectroscopy)을 이용하여 다공성 나노 전극에서의 충ㆍ방전시 수반되는 반응 메커니즘을 관찰 / 슈퍼 커패시터용 전극 및 전해액의 특성 분석과 차세대 슈퍼 커패시터의 최적화 모델을 연구
4. 다공성 나노 전극을 이용한 차세대 하이브리드형 슈퍼 커패시터 연구
① 의사 커패시터 (Pseudo-Capacitor) 다공성 전극을 이용한 Full-Cell 커패시터 연구
② 의사커패시터용 다공성 전극에 Li₄Ti₅O₁₂, Li₄Mn₅O₁₂등의 음극활물질을 첨착(Impregnation) 시킨 전극을 음극으로 사용하고, 양극용 다공성 나노 전극을 포함하는 차세대 하이브리드형 슈퍼 커패시터 연구
③ 탄소계(카본나노튜브, 그래핀, 나노섬유 등) 전극에 음극활물질을 첨착시킨 전극을 음극으로 사용하고, 양극용 다공성 나노 전극을 포함하는 차세대 하이브리드형 슈퍼 커패시터 연구
기대효과
- 차세대 슈퍼커패시터로 주목받고 있는 의사커패시터 및 하이브리드형 커패시터의 제작에 있어서 수소버블링이 동반된 전해도금 공정을 사용하여 공정비용을 절감하면서도 고표면적, 고성능의 다공성 나노전극을 제작할 경우 향후 거대시장으로 발전할 커패시터 시장에서 기술적, 경제적 우위를 선점할 수 있음.
- 슈퍼 커패시터 에너지 저장장치가 배터리 팩의 크기를 절반으로 줄임으로써 플러그인 하이브리드 차량의 배터리 팩의 비용을 수천 달러까지 낮출 수 있음.
- 고출력 반영구적인 수명을 가진 초고용량 커패시터는 그린에너지 저장장치로 그 성장세가 폭발적으로 늘어나고, 2차전지 산업과도 융합해 2015년 5조원 이상의 거대 부품산업으로 자리 잡을 전망임.

Abstract ▼

Purpose
Performing the study on the next-generation super-capacitor of high capacitance, high and high power density, which assembled with high-surface-area nano-porous metal o xeindeer geyle cdternosdietys., These porous electrodes will be fabricated by unique electroplating process on dynamic h

Purpose
Performing the study on the next-generation super-capacitor of high capacitance, high and high power density, which assembled with high-surface-area nano-porous metal o xeindeer geyle cdternosdietys., These porous electrodes will be fabricated by unique electroplating process on dynamic hydrogen-bubble template with hydrogen evolution reaction (HER).