초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 웨어러블 전력 시스템을 구현하기 위해 단순하고 저비용의 성장방법을 통해 직물기반 전극위에 다양한 금속산화물 나노구조 물질들을 집적화 및 하이브리드화 공정을 이용해 플렉서블한 에너지 하베스팅 및 저장 소자들을 개발 한다. 이를 위해 친환경 소재부터의 하이브리드 전극 제작을 통해 개별 에너지 저장 및 광전변환/에너지 하베스팅 소자를 복합한 직물형 광전변환/에너지 하베스팅 융합소자 제작을 통해 저가의 환경친화적 유기-무기-금속 하이브리드 전극기반 직물형 광전변환/에너지 하베스팅 소자 기술을 개발하는 것을

□ 연구개요
본 연구에서는 웨어러블 전력 시스템을 구현하기 위해 단순하고 저비용의 성장방법을 통해 직물기반 전극위에 다양한 금속산화물 나노구조 물질들을 집적화 및 하이브리드화 공정을 이용해 플렉서블한 에너지 하베스팅 및 저장 소자들을 개발 한다. 이를 위해 친환경 소재부터의 하이브리드 전극 제작을 통해 개별 에너지 저장 및 광전변환/에너지 하베스팅 소자를 복합한 직물형 광전변환/에너지 하베스팅 융합소자 제작을 통해 저가의 환경친화적 유기-무기-금속 하이브리드 전극기반 직물형 광전변환/에너지 하베스팅 소자 기술을 개발하는 것을 목표로 함. 1차년도: 하이브리드 전극기반 슈퍼커패시터 및 나노제너레이터 기본 융합소자 연구, 2차년도: 직물기반 페로브스카이트 태양전지 및 슈퍼커패시터 융합 소자 연구, 3차년도: 직물형 광전변환/에너지 하베스팅 융합소자 구조 제작 및 개선 연구

□ 연구 목표대비 연구결과
- 1차년도: 상대전극을 위한 생물폐기물로 quince 잎과 waste 펄프 박스를 이용하여 친환경 탄소분말을 통한 상대전극 제작 및 특성 분석, 에너지 저장 및 에너지 제너레이션을 위한 소재로 ZnO 복합구조 및 금속산화물 나노물질 제작 및 특성 측정을 통한 최적화, Yolk-shell 구조의 Mn₃O₄ NSs@CC 및 BAC@CC 전극을 갖는 가공된 비대칭 슈퍼커패시터 제작 및 특성 측정, 자가발전 풍차 시스템을 통해 풍력을 수확하는데 사용되는 NpA-PDMS 기반 나노발전의 구조 설계 및 제작된 소자를 통한 에너지 수확 기본 에너지 융합 특성 측정, NC LDH NSs@Ag@CC의 구조적 특성, NC LDH NFAs@NSs/Ni fabric과 filter paper separator를 가진 AC@CF로 제작된 하이브리드 슈퍼커패시터에 통합된 자가발전 에너지 저장/제너레이터 융합소자 기본 구조 도출
- 2차년도: 직물형 섬유로 tissue paper를 템플릿으로 하여 cellulose 섬유벽에 다공성이 높은 Mn₃O₄ HMT, MWCNT@ZnCo₂O₄ hexagonal plates 및 forest-like NiO NSs@CNTs@CuO NWAs/Cu fibers의 형성 최적화 및 전극 특성 측정, FTO기판 TiO₂ nanorods (TiO₂ NRs)의 흡수층 강화를 통한 태양전지 성능향상, 반투명 유연태양전지, CH₃NH₃PbI₃ 페로브스카이트 물질 최적화 및 태양전지 제작을 통한 광전 효율 향상을 위한 마이크로 표면 AR층 최적화, 유연소자를 위한 유기 AR 박막층 제작, 광흡수 증가를 통한 다공성 TiO₂층의 최적화 및 태양전지 응용 및 니켈 섬유에 형성된 에너지 저장 금속 화합물의 전기화학적 특성분석, 코어-쉘형 NiO NSAs@Co₃O₄-NiO FTNs 구조 및 슈퍼커패시터 제작, Bilayered nickel hydroxide carbonate(NHC) nanoplates (NPs)@nanoflowers (NFs)/Ni foam 형성 및 슈퍼커패시터 전기화학적 특성, 광전변환/에너지저장 통합을 위한 슈퍼커패시터/태양전지 융합소자 설계 및 시현, 계층적 Cu_1-xNi_x-O/Ni-P/CB 종이 전극 형성 및 하이브리드 슈퍼커패시터 소자 특성. 슈퍼커패시터/플렉서블 태양전지 융합소자 시현
- 3차년도: CH NTAs@NiAl LDH NSs구조, 다성분 편조된 NC DHs@CNTs@Ni2-(PET 섬유) PFs 전극을 통한 섬유형 슈퍼커패시터용 나노 금속산화물 합성 및 물성 분석, 섬유형 페로브스 카이트 감응 태양전지를 위한 최적화된 페로브스카이트 물질 최적화 및 페로브스카이트 물질 기반 태양전지의 주변 대기 및 연속 1 sun 측정에서의 안정성 특성 분석, PVA-KOH 겔-전해질과 함께 NC DHs@CNTs@Ni2-PFs 및 AC@CNTs@Ni2-PFs를 각각 사용하여 제작된 고체 편조된 섬유형 슈퍼커패시터 소자 제작 및 에너지 하베스팅 소스로 유연한 태양 전지를 사용하고 에너지 저장 장치로 제작된 섬유형 슈퍼커패시터를 사용한 융합소자의 시현, Worn-out 직물형 (WCT) 및 PW-TENG 소자에서 전도성 고분자인 PANI의 증착 및 공정을 통한 에너지 하베스팅 소자 제작 및 특성 측정, 전도성 직물의 2차원 계층적 Ni-Cu-Co LTH nanosheet의 제작 및 LTH-3 h를 양극으로, AC/CC를 음극으로 제작한 직물형 슈퍼 커패시터의 특성 측정, Ag@Ni_0.67Co_0.33S 기반 전극 및 슈퍼커패시터 제작 및 융합소자 응용, 유연한 CF기반 직물형 슈퍼커패터 소자 및 유연한 태양 전지 패널과 함께 면화 모자에 통합된 융합소자 시현

□ 연구개발결과의 중요성
최근 4차 산업혁명시대와 관련해 다양한 웨어러블 기기 및 에너지 소자, 융합기술에 대한 요구가 높아지는 만큼 본 과제를 통해 얻어진 유기-무기-금속 하이브리드 전극 제작을 통해 개별 에너지 저장 및 광전변환/에너지 하베스팅 소자를 복합한 직물형 광전 변환/에너지 하베스팅 융합소자 제작의 연구개발 결과는 다수의 저명 SCI(E)저널에 게재되어 그 우수성이 입증되었고, 다양한 플렉서블 전도성 기판, 섬유/직물 기판에 금속산화물을 여러 성장 방법 등을 통해 구조 및 물성을 최적화 하고, 전도성 폴리머와 융합한 플렉서블/웨어러블 기반에 하이브리드 전극 제작과 관련해서는 핵심 원천기술을 확보하였으며, 나노발전소자, 태양전지, 슈퍼커패시터의 다양한 융합에 의해 실제 전자소자 및 기기에 전원 공급에 의한 동작을 실증하였으므로 단순 기초 연구에 그치지 않고 에너지 융합시스템에 활용될 수 있어 그 연구개발결과의 중요성이 큼.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 가. 1 차년도 목표: 하이브리드 전극기반 슈퍼커패시터 및 나노제너레이터 기본 융합소자 연구 ... 5
• 나. 2 차년도 목표: 직물기반 페로브스카이트 태양전지 및 슈퍼커패시터 융합 소자 연구 ... 8
• 다. 3 차년도 목표: 직물형 광전변환/에너지 하베스팅 융합소자 구조 제작 및 개선 연구 ... 13
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 17
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 20
• 대표적 연구실적 ... 33
• 끝페이지 ... 48