초록 ▼

□ 연구개요
기존의 전기적이중층 슈퍼커패시터는 조밀한 morphology와 낮은 전기전도도 등으로 전극층 두께가 두꺼워짐에 따라 급격한 정전 효율의 저하가 발생함. 이를 극복하기 위해 다양한 나노구조 전극이 제안되었지만, 아직 정전용량 기여요소와 나노구조 최적화에 대한 이론적 이해와 실질적 구현이 부족한 상황임.
본 과제는 이러한 차세대 나노구조 전극 슈퍼커패시터 개발의 한계를 극복하기 위해, 소자의 정전용량 기여 요소들에 대한 분리법을 개발하고, 이를 본 연구진이 개발한 다양한 금속산화물 나노구조 전극에 적용하며, 새로

□ 연구개요
기존의 전기적이중층 슈퍼커패시터는 조밀한 morphology와 낮은 전기전도도 등으로 전극층 두께가 두꺼워짐에 따라 급격한 정전 효율의 저하가 발생함. 이를 극복하기 위해 다양한 나노구조 전극이 제안되었지만, 아직 정전용량 기여요소와 나노구조 최적화에 대한 이론적 이해와 실질적 구현이 부족한 상황임.
본 과제는 이러한 차세대 나노구조 전극 슈퍼커패시터 개발의 한계를 극복하기 위해, 소자의 정전용량 기여 요소들에 대한 분리법을 개발하고, 이를 본 연구진이 개발한 다양한 금속산화물 나노구조 전극에 적용하며, 새로운 개념의 양자점 금속산화물 전극을 개발함으로써 기존 슈퍼커패시터의 한계 돌파를 위한 학문적, 실험적 기반을 제공하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
< 목표1: 슈퍼커패시터 전극 정전요소 완전 분리법 개발 >
• 순환전위차(CV) 측정 결과의 수학적 해석과 전극 정전요소 분리법 개발
• 개발된 정전요소 분리법 간편 사용 프로그램 개발
< 목표2: 금속산화물 나노구조 전극 정전요소 분리 및 특성 극대화 >
• RuO₂, MnO₂, Mn₃O₄ 나노입자 기반 슈퍼커패시터 전극에 대해 다양한 측정 조건에서 정전요소 분리 적용
• 정전요소와 정전용량, FoMc 등을 연계하여 전극의 정전특성 거동 해석
< 목표3: 양자점 기반 슈퍼커패시터 전극 개발 및 정전요소 분석 >
• 금속산화물 이중-보호 기술 및 CPB 양자점 수분 안정성 개선 합성법 개발
• 분해 안정성이 개선된 양자점의 응용 분야 확대 제시
• Sub-10 nanometer 스케일 등 다양한 사이즈의 금속산화물 합성법 개발
< 목표4: 기존 슈퍼커패시터의 한계 돌파 방법론 제시 >
• 투명 슈퍼커패시터 전극의 투명도-정전용량 trade- off 한계 돌파를 위한 SnO₂ 나노입자 공증착 방법론 제시 및 검증
• 이온성 양자점의 분해 억제를 위한 고속동시합성법 개발 및 안정성 향상 검증
• 하이드로겔의 물리적 강도와 신축력/회복력 사이 trade-off 한계 돌파 방법론 제시 및 유연 슈퍼커패시터 제작을 통한 검증
< 목표5: 논문 6편(JCR 상위 10% 4편), 특허 출원 2건, 등록 2건 >
• 논문 성과: JCR 논문 8편 발표 (평균 IF 10.93, JCR 10% 이내 논문 5편)
• 특허 성과: 출원 8건, 등록 1건

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
• 투명도-면적정전용량 간 trade-off 극복 전략은 향후 투명 슈퍼커패시터의 실용화개발 방향을 제시하며, 투명 전자기기 상용화를 촉진할 것임.
• 나노입자 사이즈 조절과 반응 부산물 저감 기술, 특히 sub-10 nm의 균일 나노입자 합성 기술은 소형 나노입자가 필요한 다양한 분야의 기술 혁신에 응용될 것임.
• 양자점 이중-보호 원천 기술은 수분에 의한 분해 때문에 응용 범위가 제한되던 페로브스카이트 양자점 등 이온성 양자점의 응용 분야 확대에 기여할 것임.
• 금속산화물 나노입자 적용 슈퍼커패시터 전극의 정전요소 분석기술 등은 향후 차세대 의사커패시터 시장을 선도할 산업기술의 기반이 될 것임.
• PVA-borax-sucrose 연구 성과는 하이드로겔의 신축성과 회복력 고찰을 통해 향후 관련 특성이 중요한 플렉시블 또는 웨어러블 소자 개발에 중요한 기반이 될 것임.
• 새로운 비가수분해 졸-겔법 SnO₂ 나노입자 합성 기술은 이를 적용한 태양전지 전자수송층 연구나 신규 이차전지 음극재 개발 분야 등에 활용될 것임.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 필요성 ... 4
• 2) 연구개발의 목표 ... 5
• 3) 연구 범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 연구개발 수행 과정 ... 6
• 2) 연구개발 수행 내용 ... 8
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 14
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 14
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 3) 목표 달성 수준 ... 14
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• (1) 성과의 학문적, 과학기술적 활용계획 ... 17
• (2) 성과의 경제적, 산업적 활용계획 ... 17
• 6. 자체점검표 ... 18
• 7. 참고문헌 ... 18
• 끝페이지 ... 33