보고서 정보
주관연구기관 |
경희대학교 Kyung Hee University |
연구책임자 |
유재수
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2023-03 |
과제시작연도 |
2022 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO202300009309 |
과제고유번호 |
1711154904 |
사업명 |
개인기초연구(과기정통부) |
DB 구축일자 |
2023-10-11
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키워드 |
전이금속 디칼코게나이드.금속-유기구조체.플렉서블.에너지 발전.슈퍼커패시터.TMDC.MOF.Flexible.Energy generation.Supercapacitors.
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초록
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연구개요
최근 4차산업혁명시대의 도래와 함께, 다양한 IT-NT-BT 융합소자의 개발이 요구되고 있는데, 기존의 태양전지, 배터리, 슈퍼커패시터, 나노발전소자, 전기화학소자 등의 다양한 에너지 소자응용에 대해 물질 및 구조의 한계로 인해 소자의 성능 향상에 제한을 나타내고 있는 상황에서 본 연구에서는 다양한 제작방법에 의한 저차원 전이금속칼코겐화물 (TMDC)을 제작하고, 결함제어, 형상제어 및 표면 개질/기능화를 통해 결정구조와 효율의 이론적/실험적 분석, 금속-유기 구조체 (MOF) 물질 합성 및 구조적, 물리적, 전기화
연구개요
최근 4차산업혁명시대의 도래와 함께, 다양한 IT-NT-BT 융합소자의 개발이 요구되고 있는데, 기존의 태양전지, 배터리, 슈퍼커패시터, 나노발전소자, 전기화학소자 등의 다양한 에너지 소자응용에 대해 물질 및 구조의 한계로 인해 소자의 성능 향상에 제한을 나타내고 있는 상황에서 본 연구에서는 다양한 제작방법에 의한 저차원 전이금속칼코겐화물 (TMDC)을 제작하고, 결함제어, 형상제어 및 표면 개질/기능화를 통해 결정구조와 효율의 이론적/실험적 분석, 금속-유기 구조체 (MOF) 물질 합성 및 구조적, 물리적, 전기화학적 특성 개선과 함께 그 특성을 최적화하여 플렉시블한 기판에서의 다양한 응용분야에 사용될 수 있는 다양한 발전소자, 유연 태양전지, 배터리형 슈퍼커패시터 응용을 위한 저차원 TMDC 및 금속-유기구조체기반 플렉시블 에너지 발전-저장소자기술 개발을 목표로 함.
연구 목표대비 연구결과
- 1차년도 저차원 TMDC 및 금속-유기구조체 (MOF) 제작, 물성 및 플렉시블 특성 연구와 관련 저차원 TMDC 물질인 3원 chalcogenide Ni3Sn2S2 (NSS)-CoS 및 3원 chalcogenide Cu(Co-Ni)2S4 물질 성장, 물성 (XRD, SEM, TEM, EDS, XPS, BET 등) 측정/분석, SED법에 의한 Co-MOF기반 hallow Cu(Co-Ni)2S4 NTs/NF 합성방법, Cu, Ni, S 이온 교환, MOF 표면개질 등 제작된 물질의 물성 측정/분석, 나노 NHPs형태의 코발트기반 Co-MOF는 쉬운 용액 침지방법을 통해 Cu(OH)2 NRAs 장식된 플렉서블 CF 기판 제작 및 물성 특성 측정 및 분석, CuV NR-CoV NHP 코어-쉘 계층구조 형성 및 물성 측정/분석, 3원 chalcogenide Ni3Sn2S2-CoS 복합체의 전도도 개선을 위한 나노은 (nAg) 도입 및 전기화학특성 측정 및 EIS 분석을 통한 성능 개선, LiTaO3 물질합성 및 LiTaO3-PVDF기반 플렉서블 필름의 piezo/tribo 특성 및 에너지하베스터제작, Cu(Co-Ni)2S4 NTs/NF 및 Co-MOF 물질의 3전극 전기화학적 특성 (CV, GCD, EIS 등) 측정/분석 연구, 저차원 NSS TMDC 및 Co-MOF기반 carbon cloth 플렉서블 기판 및 필름 제작공정 및 특성 측정, NiO-Ni2O3 NS 플렉서블 기판기반 제작된 저차원 물질의 특성 분석, 저차원 TMDC 및 MOF기반 에너지 저장용 슈퍼커패시터 2전극 제작 및 에너지 저장 특성 측정/분석
- 2차년도 저차원 TMDC 및 MOF기반 플렉시블 에너지 발전 및 저장소자 제작 연구와 관련 DA@SnO2 NPs 통합 PVDF기반 하이브리드 나노발전소자 제작 및 특성 측정. 합성된 MOF를 전도성 carbon cloth에 코팅하여 플렉서블 전도성 MOF 코팅된 섬유로 기능하고 기계적 에너지를 수확하는 소자 제작 및 특성 측정. rGO-ZnSnO3/PDMS와 종이기반 HNG 소자제작 및 특성 측정, Mn-MOF 제작 및 MnO@C 형성을 통한 HSC 제작 및 전기화학적 특성을 분석 및 에너지 저장 특성 분석, TMDC Co-Ni 옥시황화물 전극을 개발하여 HSC 제작 및 소자 특성 분석, Mn2V2O7 및 MnV2O6 기반 MVO-H/MWCNT//AC ASC 제작 및 전기화학 특성/소자 특성 분석, 3D 인쇄된 다중 결합 피스톤형 원통형 TENG 소자를 제작 및 특성 측정, 기계 에너지, wind 에너지 하베스터 및 발전융합 메커니즘 분석, Perovskite 태양전자의 효율 향상을 위한 플렉서블 태양전지 표면에 마이크로 구조를 갖는 반사방지층을 형성하여 흡수를 증가시켜 향상된 광전변환 효율 향상, 나노 아키텍처 CC/Co-V-Se 어레이 양극, 나노구조 CuS@PEDOT 음극기반 플렉시블 SC 소자 제작 및 특성 측정, TMDC 합성을 통해 NMS/NS@CC에서 꽃형태의 NiMo3S4/NiS2 나노구조 제작, NMS/NS@CC-210//AC@CC 플렉시블 AEC 제작 및 특성 측정
- 3차년도 저차원 TMDC 및 MOF기반 플렉시블 에너지 발전-저장 융합소자 연구와 관련 저차원 rGO/산화물 및 수열합성법에 의한 MOF-D기반 융복합 최적화, MOF-D Ni-Co THs기반 물질의 HSC 특성 최적화, 최적화된 PVDF-HFP/Bi2WO6 CPF기반 TENG 소작 적용 및 특성 개선, Bi2WO6 로딩 PDMS 고분자 필름기반 소자공정, (Co-Ni)OH FSS 합성 및 생분해성 파라필름 파우치기반 에너지 소자 패키징 및 인터페이스 기술, 플렉서블 carbon cloth기판에 PEDOT shield된 NMgS 나노시트기반 HSC의 소자 제작공정 개선, 플렉서블 전극 구조 및 유연성 검증, 제작된 FQHSC 소자 신뢰성 및 장기 cycling 안정성 측정, 태양전지-플렉서블 PVA-수산화칼륨 젤 전해질기반 QHSC 최적 소자 제작 및 자가충전장치 구조 도출, 마찰전기 나노발전소자기반 커패시터 에너지 저장이용 전자소자 동작시연, 기계적에너지 수확 DC 발전기-플렉서블 MOF-D기반 하이브리드 슈퍼커패시터연결 전자기기 동작 시연, 플렉서블 Ag/CC기반 Ag@CoFe 나노와이어@NiCoMn 나노시트 슈퍼커패시터 제작 및 성능, 태양전지 에너지 발전-저장 융합 메커니즘 분석, 플렉시블 태양전지 에너지 발전-HC/CC 슈퍼커패시터 에너지저장 소자 유연성기반 플렉서블 기능 테스트
연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
o 최근 4차 산업혁명시대 에너지에 대한 관심이 증대되고 있어 저차원 TMDC 및 MOF기반 플렉시블 에너지 발전-저장 소자기술 개발 결과는 매우 중요하며, 하이브리드 합성방법을 통한 MOF를 포함한 나노원천 에너지소재 및 공정기반기술 확보, 에너지 저장-발전 핵심기술을 확보를 통해 플렉서블 태양전지/에너지 하베스터, 에너지 저장 소자 등의 응용분야뿐만 아니라, 웨어러블 응용기기, 바이오센싱, 진단/치료 의료분야 등 다양한 산업분야의 응용에 활용될 것으로 사료됨. 최근 에너지 발전 및 저장과 관련해 투자 및 인프라구축이 확대되고 있어, 과제에 참여한 연구인력들이 박사학위를 받을 경우, 이와 관련한 전문인력 양성 및 고용 창출에 기여할 것으로 사료됨.
o 본 과제 수행을 통한 연구개발성과로 14건의 원천특허를 출원, 일부 등록이 되고 있어 지적재산권을 획득하고 있어 추후 기술이전, 창업을 통한 기업화 추진에 활용될 수 있을 것으로 기대됨. 최근 다기능 나노 에너지소재에 대한 응용이 확대되고 있어 관련 응용에 큰 역할을 기대하고 있으며 그 잠재적 시장규모를 고려할 때 파급효과가 매우 클 것으로 기대됨.
(출처 : 연구결과 요약문 2p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 연구결과 요약문 ... 2
- 목차 ... 3
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
- 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
- 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 6
- 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 6
- 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
- 3) 목표 달성 수준 ... 17
- 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
- 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
- 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
- 6. 자체점검표 ... 18
- 7. 참고문헌 ... 18
- 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 19
- 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 32
- 끝페이지 ... 47
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