| 초록 |
최근 급속 에너지 저장 소자는 높은 출력 밀도, 우수한 수명, 빠른 충전 속도 등의 장점으로 고전력 기기, 메모리 백업 기기, 전기자동차와 같은 고출력 전자 소자에 사용되고 있다. 이러한 급속 에너지 저장 소자 중 슈퍼커패시터는 에너지 저장 메커니즘에 따라 크게 세 종류(전기 이중층 커패시터, 의사 커패시터, 하이브리드 커패시터)로 구분된다. 특히, 전기 이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitors, EDLCs)는 전해질 내의 전하가 전극 소재 표면에 흡착되어 전기 이충층을 형성하고, 그에 따라 에너지를 저장하는 에너지 저장 소자이다. 이러한, 전기 이충층 커패시터는 의사 커패시터 및 하이브리드 커패시터와 비교하여 빠른 전하 저장 속도를 가지고 있어 급속 에너지 저장 및 고출력에 우수한 특성을 갖는다. 전기 이중층 커패시터의 전극 소재로는 주로 탄소계 전극 소재(흑연, 그라핀, 탄소나노튜브 등)가 사용되며, 현재 에너지 저장 용량을 향상시키기 위해 비표면적을 향상시킨 활성 탄소 소재(activated carbon, AC)가 상업적으로 이용되고 있다. 하지만, 현재 전기 이중층 커패시터용 활성 탄소 소재는 단순히 전하가 흡착할 수 있는 전극 면적을 향상시키고자 하는 방향으로만 연구가 진행되고 있다. 하지만 단순히 전극 면적을 증가시키는 전략으로는 전기 이중층 커패시터의 에너지 저장 용량, 수명, 에너지 저장 속도 및 출력 특성을 향상시키는데 한계가 있다. 따라서 본 연구에선 전기 이중층 커패시터용 활성 탄소 소재에 세 종류의 비금속 원자를 도핑하여 각각의 도핑 원자에 따른 전기화학적 특성 향상 효과를 증명하였다. 제조한 삼중 도핑된 활성 탄소의 형상 및 구조적 특성은 주사전자현미경(field-emission scanning electron microscopy)와 투과전자현미경(transmission electron microscopy)를 이용하여 규명하였다. 또한 제조한 샘플의 구조적/화학적 결합상태를 분석하기 위하여 X-선 회절 분석(X-ray diffraction) 및 X-선 광전자 분광 분석(X-ray photoelectron spectroscopy)을 이용하였다. 순환 전압전류법 (cyclic voltammetry)을 이용하여 전기화학적 특성 평가를 진행하였다. 위 내용은 2019 춘계 학술대회에서 더 자세히 논의될 것이다. |
