| 초록 |
차세대 에너지 저장소자중에 슈퍼커패시터는 높은 출력밀도, 긴 충/방전 사이클링 안정성, 낮은 독성 및 빠른 충/방전 속도와 같은 다양한 장점을 가지고 있어 풍력발전, 전기자동차, 테블릿 PC등 다양한 전자기기에 사용되고 있다. 슈퍼커패시터는 의사 커패시터와 전기 이중층 커패시터로 분류 할 수 있으며, 의사 커패시터는 전극과 전해질 사이의 화학적인 반응을 통해 전하를 축적하는 원리를 갖으며, 전기 이중층 커패시터는 물리적인 전하의 흡/탈착 반응을 통해 에너지를 저장하는 원리를 갖는다. 이러한 관계로, 전기 이중층 커패시터는 고속 충/방전, 높은 출력밀도, 우수한 사이클 안정성 등과 같은 이점으로 산업 분야에서 많이 사용되고 있다. 하지만 의사 커패시터에 비해 낮은 에너지밀도를 갖기 때문에 이를 증가시키기 위한 연구가 필수적으로 필요하다. 현재 전기 이중층 커패시터의 전극재료로는 탄소 나노튜브(Carbon nanotubes), 활성탄소, 그래핀 및 탄소 나노섬유(Carbon nanofiber)와 같은 탄소 계 전극물질이 사용된다. 이들 중, 탄소 나노섬유는 낮은 전기적 저항, 우수한 기계적 및 화학적 안정성, 높은 비표면적 그리고 전자의 이동을 효율적으로 제공하는 네트워크 구조와 같은 우수한 장점들을 보유하고 있어 전극재료로서 유망한 소재이다. 따라서 본 연구에서는 메조 다공성 탄소 나노섬유를 전기방사법을 이용하여 제조하였으며, 고성능 슈퍼커패시터의 전극재료로 적용하였다. 제조된 메조 다공성 탄소 나노섬유는 주사전자현미경(scanning electron microscopy)과 투과전자현미경(transmission electron microscopy)을 통해 구조적 특성을 분석하였고, 열 중량 분석(thermogravimetric analysis, TGA)를 통해 열적특성을 분석하였다. 또한 X-선 회절법(X-ray diffraction, XRD)을 이용하여 결정학적 특성을 규명하였다. 그리고 제조된 전기 이중층 커패시터의 용량 및 수명 특성은 정전류 방식의 충/방전 테스트(galvanostatic charge/discharge tests)를 이용하여 분석하였다. |
