초록 ▼

ㅇ 연구개요
본 연구는 1) 우수한 전자전달능력 및 높은 비표면적을 갖는 저차원(0D) 탄소나노입자 및 일차원(1D) 탄소나노튜브와 이차원(2D) 그래핀을 함께 하이브리드화 함으로써 메조 포어와 마이크로 포어가 계층적으로 존재하여 다공성이 극대화되고 전기 전도성이 우수한 3차원 탄소나노 구조체를 개발하고, 2) 이에 기반한 수퍼커패시터 전극용 매크로 하이브리드 섬유를 제조하고, 이를 고이온전도성 전해질 고분자를 함께 와이어 형상화하여, 3) 높은 비축전용량을 가지면서도 신축율 100% 이상의 고신축성과 10,000 싸이클 이상

ㅇ 연구개요
본 연구는 1) 우수한 전자전달능력 및 높은 비표면적을 갖는 저차원(0D) 탄소나노입자 및 일차원(1D) 탄소나노튜브와 이차원(2D) 그래핀을 함께 하이브리드화 함으로써 메조 포어와 마이크로 포어가 계층적으로 존재하여 다공성이 극대화되고 전기 전도성이 우수한 3차원 탄소나노 구조체를 개발하고, 2) 이에 기반한 수퍼커패시터 전극용 매크로 하이브리드 섬유를 제조하고, 이를 고이온전도성 전해질 고분자를 함께 와이어 형상화하여, 3) 높은 비축전용량을 가지면서도 신축율 100% 이상의 고신축성과 10,000 싸이클 이상의 고안정성을 갖는 와이어 타입 스트레처블 수퍼커패시터를 개발하는 연구를 목표한다.

ㅇ 연구 목표대비 연구결과
- 본 과제의 연구 개발은 계층적 다공성 3차원 하이브리드 탄소나노 구조체 섬유 기반 스트레처블 마이크로 수퍼커패시터 개발을 최종 목표로 1) 계층적 다공성 3차원 하이브리드 탄소나노 구조체 기반 전극 섬유 개발, 2) 고분자 기능화된 탄소전구체 기반 저차원 탄소나노입자 합성 기술 개발 및 3) 고신축성 와이어타입 스트레처블 수퍼커패시터 개발 연구를 수행하였음.
- 이를 통해 비축전용량(전극) 106.7 mF/cm², 비축전용량(셀) 55.8 mF/cm²을 달성하여 목표한 15 mF/cm²을 크게 상회하는 결과를 얻었고, 에너지밀도(셀) 또한 2.38 uWh/cm²을 달성하여 목표치 1.0 uWh/cm²을 뛰어넘는 결과를 얻었음. 또한 비축전용량 유지율도 91%를 달성하여, 100% 연신 & 10,000회 반복싸이클에서의 목표값 90%를 뛰어넘는 우수한 결과를 확보하였음.
- Advanced Materials (IF=19.791) 등을 포함한 재료 및 화학 소재 분야의 전세계 최정상 SCI 논문 14건을 게재하였고, 여러 국내외 학회에서 본 연구에서 개발된 내용을 발표하였음 (국제 13건, 국내 18건). 지적재산권은 2건이 곧 국내 출원이 실시될 예정이며, 이 중 국제적으로 원천성이 뛰어난 1건의 기술에 대해 국제특허 출원을 준비 중에 있음.

ㅇ 연구개발결과의 중요성
- 본 연구 과제가 달성한 성과들은 극소화 및 초경량화가 가능한 수퍼커패시터를 제공할 수 있으므로 기존의 수퍼커패시터에 사용되는 소재를 대체할 수 있으며, 현재 미개척 분야이며 시장이 열리지 않은 미래형 스마트 의류 시장에 적극적으로 활용될 수 있음. 따라서 이 분야에 많은 관심을 가지고 있는 국내외 스포츠 및 전자 업체 혹은 관련 수퍼커패시터 제조 업체에 기술 이전을 통한 실용화가 가능할 것으로 여겨짐.
- 본 과제에서 개발된 핵심 요소 기술인 3차원 탄소나노 구조체, 전해질 고분자 하이브리드 와이어 및 와이어 타입 스트레처블 수퍼커패시터 기술은 각각 독창적이고 원천 기술성이 높은 주제이기 때문에 후속 연구 개발 및 산업계에 파급력이 높은 실용화 기술을 확보하는 데 용이할 것으로 판단됨.


(출처 : 연구결과 요약문 2P)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 개요 ... 4
• 나. 연구의 필요성 및 중요성 ... 4
• 다. 연구 개발 목표 ... 8
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 9
• 1차년도 ... 9
• 2차년도 ... 11
• 3차년도 ... 14
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 가. 연구결과의 중요성 ... 16
• 나. 연구결과의 활용 방안 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 20
• 대표적 연구실적 ... 24
• 끝페이지 ... 39