초록 ▼

1.3. 연구결과
전기방사를 통해 얻은 나노 섬유를 슈퍼커패시터의 활물질로 사용하여 전극을 제조하였고, 3전극 구성으로 하여 반쪽 전지로 전기화학적 특성을 평가하였다. 그 결과, 약 152F/g 의 가역적인 용량 특성을 확인하였다.
나노다공성 탄소 섬유는 천연 고분자를 고부가가치 전극 재료로 바꾼 것으로 상용화된 활성탄 (비정전용량: ~120 F/g) 보다 우수한 비정전용량을 가지며, kg당 생산 가격이 기존의 활성탄 가격과 비슷한 수준으로 제조할 수 있다. 또한 대량 생산이 가능하기 때문에 상용화 관점에서도 큰 매력이

1.3. 연구결과
전기방사를 통해 얻은 나노 섬유를 슈퍼커패시터의 활물질로 사용하여 전극을 제조하였고, 3전극 구성으로 하여 반쪽 전지로 전기화학적 특성을 평가하였다. 그 결과, 약 152F/g 의 가역적인 용량 특성을 확인하였다.
나노다공성 탄소 섬유는 천연 고분자를 고부가가치 전극 재료로 바꾼 것으로 상용화된 활성탄 (비정전용량: ~120 F/g) 보다 우수한 비정전용량을 가지며, kg당 생산 가격이 기존의 활성탄 가격과 비슷한 수준으로 제조할 수 있다. 또한 대량 생산이 가능하기 때문에 상용화 관점에서도 큰 매력이 있을 것으로 생각된다.
2. 초고용량 박막형 슈퍼커패시터 개발
2.1. 연구개요
소형 모바일 기기에서는 단위 부피당 에너지 저장 용량이 중요하기 때문에 전기화학적 안정성/고 유연성을 지니는 박막형 슈퍼커패시터는 소형 전지 시장에서 다른 에너지 저장 수단보다 우위를 점할 가능성이 높다고 볼 수 있다. 따라서 박막형 전원공급장치로서 슈퍼커패시터를 적용하기 위해서는 우선 에너지 저장용량을 높이려는 연구가 선행되어야 하며 이를 통해 부피당 에너지 밀도와 출력 밀도를 리튬이차전지와 필적한 수준으로 향상시킨다면, 기술/상업적 측면에서 아주 중요한 연구라고 할 수 있다.
2.2. 연구방법
2.2.1. SnO₂ /GO 복합체 및 복합체 박막형성
그래핀산화물(GO)의 화학적 방법을 통해, 손쉽게 GO 표면위에 나노입자를 첨가물 없이 성장시킬 수 있으며, 복합체용액 및 복합체박막제조가 가능하다.
또한 공정 단순화와 대량 생산을 가능하게 할 수 있는 장점이 있다.
2.3. 연구결과
본 연구진이 개발한 솔루션공정기반의 무첨가물 화학합성법은 균일한 SnO2 나노입자의 분포를 가지는 그래핀 기반 복합체용액 및 복합체필름의 제조를 가능하게 하였다. 또 한 제조된 소자는 고에너지의 부피당 정전용량 (238 F/cm3), 반영구적인 수명특성(96%이상의 초기정전용량 유지)을 보였다. 이와 같은 성능은 그래핀 기반의 박막형 슈퍼커패시터에서 World record에 해당하는 성능이며, 이는 본 연구를 통해 개발된 제조법 및 공정기법에 의해 도출된 결과이다. 또한 본 연구진이 개발하고 소개하고 있는 전극제조법은 대량합성이 가능할 뿐만 아니라, 현재 산업체에서 사용되고 있는 소자제조공정에 레이저 패터닝이라는 효율적인 공정을 도입하여 소자개발을 하였다. 따라서 고성능을 가지는 새로운 그래핀 기반의 전극물질 개발과 더불어 제조공정법의 개선을 위한 대형 신규과제의 생성을 가능하게 할뿐 아니라, 현재 박막형 슈퍼커패시터 분야에서 겪고 있는 문제점의 해결책으로 생각하고 있다. 결론적으로, 본 연구진이 개발한 합성법 및 소자제조법은 소형 에너지저장장치 분야에서 겪고있는 문제점을 해결할 만한 플랫폼을 제공, 산업계 및 학계에 많은 관심을 불러일으킬 것으로 예상하고 있다.

Abstract ▼

1.3. Research Results
We evaluated the electrospun nanoporous carbon felts as an active material of supercapacitor electrodes. The electrospun nanoporous carbon felts exhibit ~1.5 times higher capacitance of ~152 F/g when compared with the commercial ACs. Such high capacitance originates from the

1.3. Research Results
We evaluated the electrospun nanoporous carbon felts as an active material of supercapacitor electrodes. The electrospun nanoporous carbon felts exhibit ~1.5 times higher capacitance of ~152 F/g when compared with the commercial ACs. Such high capacitance originates from the unique 1D porous structure and N-doping effect.
From our research results, electrospun nanoporous carbon fibers from natural polymers relatively higher specific capacitance than commercialized activated carbons (ACs). Furthermore, porous carbon nanofibers are cost-effective due to the simple synthetic route compared with that of conventional ACs. Additionally, they can be easily produced with large scale via well-developed 'electrospinning process'.
Therefore, it is expected to build up the key functional technologies as well as original technologies.
2. Fabrication of ultra-high performance micro-supercapacitors
2.1. Research Introduction
Based on the reports on research trends in the field of energy storage, the microsupercapacitors recently exhibited significantly higher volumetric energy densities compared with the lithium thin film batteries. In the small scale electronics, the volumetric energy density is significantly important to applying for the micro-energy storage devices, and the micro-supercapacitors, which have many advantages including the high power density and semi-permanent cycle life, are considered as promising energy storage units for application in micro-energy storage devices. In order to do that, the micro-supercapacitors should reveal the ultrahigh volumetric energy densities, and therefore the development of either the synthesis of high energy electrode materials or novel device fabrication process would be performed.
2.2. Research Method
2.2.1. Fabrication of the SnO₂ /GO hybrids and their freestanding films Using the graphene oxide(GO) chemistry, metal oxide nanoparticles such as SnO2 could be uniformly decorated on GO surfaces without additives including polymers or surfactants.
2.2.2. Fabrication of in-plane micro-supercapacitors Using the hybrid films, the hybrid film based micro-supercapacitors were fabricated as a following procedure in Figure.
2.3. Research Results
From this project, we develop either a simple synthetic method to create the homogeneous graphene based hybrids and their mechanically robust films or a novel device fabrication process to fabricate high performance micro-supercapacitors. The hybrid film based micro-supercapacitors exhibited ultrahigh volumetric capacitance (238 F/cm3) and excellent cycle performance (96 % retention of its initial capacitance), which correspond to the world record performances in the graphene based microsupercapacitors.
The ultra-high performances were resulted from either the novel synthetic method or device fabrications. We anticipate that the hybrid film based micro-supercapacitors could be utilized as micro-electrodes in application for the micro-scale energy storage device such as micro-supercapacitors, and these synthetic method and fabrication process could be a platform for creating high performance micro-supercapacitors potentially utilizing the micro-power sources or energy storage units. Therefore, this project could potentially create of a new big project to stepping on the commercialization of micro-supercapacitors as micro-energy storage units, and also it could be increasing the research or industrial interests.

목차 Contents

• EEWS Research 2014 Final Report ... 1
• Summary (English) ... 2
• 국문 요약문 ... 5
• 1. Research Purpose ... 8
• 2. Research Target and Achievement ... 9
• 3. Research Method ... 9
• (1) Fabrication of electrospun nanoporous carbon fibers from natural polymers and biomass and their application for high performance supercapacitor electrodes ... 9
• (2) Fabrication of ultra-high performance micro-supercapacitors ... 10
• 4. Research Results ... 12
• (1) Outcome results ... 12
• (2) Further research required ... 29
• (3) Findings deserve to press ... 30
• 5. Research Outcomes ... 30
• (1) Publication ... 30
• (2) Conference presentation ... 30
• (3) Patents ... 31
• (4) Creation of New Big Project ... 31
• 6. Reference ... 31
• 1. 연구목적 ... 35
• 2. 연구목표와 성과 ... 35
• 3. 연구방법 ... 36
• (1) 천연 고분자/바이오매스의 전기 방사를 통해 얻은 나노다공성 탄소섬유를 이용한 초고용량 커패시터 전극 제조 및 전기 화학적 특성연구 ... 36
• (2) 초고용량 박막형 슈퍼커패시터 ... 36
• 4. 연구결과 및 고찰 ... 37
• (1) 연구결과 ... 37
• (2) 수반되어야 할 (후행)연구내용 ... 50
• (3) 보도할 만한 내용 ... 50
• 5. 연구결과물 발표실적 ... 51
• (1) 논문 ... 51
• (2) 학회발표 ... 51
• (3) 특허 ... 51
• (4) 대형 신규과제 발굴의 기여 ... 52
• 6. 참고문헌 ... 52
• 끝페이지 ... 55