초록 ▼

○ 연구개요
본 과제는 기존 슈퍼커패시터 정전 특성의 한계를 극복하고 차세대 나노구조 전극-기반 슈퍼커패시터 개발을 위해,
1. 소자의 정전용량에 기여하는 여러 요소들(표면 non-Faradaic, 표면 Faradaic, 내부 Faradaic 등)의 분리법을 개발하고,
2. 이를 본 연구진이 개발한 다양한 금속산화물/금속황화물 나노구조 전극의 정전특성 향상에 적용함으로써,
3. 이론적 효율에 크게 못 미치는 기존 슈퍼커패시터의 한계 돌파를 위한 학문적, 실험적 기반을 제공하는 것임.

○ 연구 목표대

○ 연구개요
본 과제는 기존 슈퍼커패시터 정전 특성의 한계를 극복하고 차세대 나노구조 전극-기반 슈퍼커패시터 개발을 위해,
1. 소자의 정전용량에 기여하는 여러 요소들(표면 non-Faradaic, 표면 Faradaic, 내부 Faradaic 등)의 분리법을 개발하고,
2. 이를 본 연구진이 개발한 다양한 금속산화물/금속황화물 나노구조 전극의 정전특성 향상에 적용함으로써,
3. 이론적 효율에 크게 못 미치는 기존 슈퍼커패시터의 한계 돌파를 위한 학문적, 실험적 기반을 제공하는 것임.

○ 연구 목표대비 연구결과
1. 다공성 나노구조체 제조 3건의 원천기술 확보 목표와 관련하여, 나노입자가 가두어진 나노중공구 제조기술 확립, 어레이된 나노구 위에 RuO₂ 전기증착기술 확립, alternate dip coating 나노전극 제조기술 확립, 3D 역-오팔 나노구조 Ni-MnO₂ 제조기술 확립, 다공성 MnO₂ 마이크로-나노입자 합성법 확립 등 5 건의 신규 나노구조체 제조 기술을 확립하여 목표를 추가 달성하였음.
2. 비정전용량 이론 최대치의 70% 달성 목표와 관련하여, 3D 역-오팔 Ni-MnO₂ 나노전극 슈퍼커패시터에서 비정전용량 864 F/g를 달성함으로써 알려진 MnO₂ 전극의 최대 이론치 비정전용량 1370 F/g의 67%를 달성하여 연구 목표에 정량적으로 95%이상을 달성하였음.
3. 슈퍼커패시터 소자의 스캔속도(scan rate) 리텐션(retention) 80%와 관련하여, alternate dip coating된 NiCo₂S₄ 나노전극의 retention 76% 및 RuO₂ 나노입자 기반 전극의 retention 88% 등 연구 목표를 초과 달성하였음.
4. 나노구조 전극 정전요소 분리와 관련하여, 전극의 표면 정전요소와 확산 정전요소 기여분 정량적 평가 방법을 확립하였으며, 손쉽게 이를 이용할 수 있는 프로그램도 완성하였음.

○ 연구개발결과의 중요성
- 본 연구가 제안하는 나노구조는 리소그래피와 같은 어려운 공정 없이 간편하게 금속산화물 3차원 나노구조체를 형성할 수 있는 아이디어들로, 값싸고 간편하게 슈퍼커패시터 나노구조 전극을 형성하는 원천기술이 될 것임.
- 나노구조화에 의해 비정전용량, 유연성, 투명성이 향상된 전극은, 이에 기반한 새로운 슈퍼커패시터 시장을 창출할 수 있을 것임. 또한 현재 거의 전량을 수입에 의존하고 있는 슈퍼커패시터 전극재료(활성탄)의 수입대체 효과도 가져올 것임.
- 또한, 나노구조체를 이용해 에너지밀도가 향상된 슈퍼커패시터는, 향후 환경과 안전 문제를 가지고 있는 이차전지 시장의 대체 가능성을 타진해 볼 수 있을 것임.
- 전극의 정전용량에 기여하는 정전요소 분리 연구를 통해 얻어진 결과와 확립된 이론은 관련 학문, 기술 분야 연구에 다양하게 인용되고 추가 연구를 촉진할 것임.
- 각 정전요소는 나노구조의 표면적 및 두께 등과 관련이 있으며, 따라서 microscopic한 확인 없이도 나노구조체가 잘 형성이 되었는지, 적용시 효과가 어느 정도 될지 판단하는 tool을 제공할 수 있을 것임.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 필요성 ... 4
• 나. 연구의 가설 및 추진 전략 ... 5
• 다. 연구의 최종 목표 ... 7
• 라. 연구 범위 ... 7
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 8
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 15
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 18
• 대표적 연구실적 ... 24
• 끝페이지 ... 34