| 초록 |
지속가능성에 대한 중요성이 대두됨에 따라, 차세대 에너지 개발 연구가 활발히 이뤄지고 있는 실정이다. 대표적으로 고용량 에너지 저장장치인 슈퍼커패시터가 주목받고 있으며, 다공성 탄소가 전극 물질로써 널리 사용되고 있다. 다공성 탄소는 대량생산이 용이하며, 가격경쟁력을 갖추고 있다는 장점을 지니고 있기 때문에 이를 기반으로 한 성능 향상 연구가 주를 이룬다. 이종 원자를 탄소 네트워크 도핑하여 성능을 향상시키는 방법이 대표적이며, 본 연구에서는 질소 도핑된 다공성 탄소(NGPC: Nitrogen-doped Graphitic Porous Carbon) 합성법을 제시하여 슈퍼커패시터 전극으로서의 활용 가능성을 보여주었다. 본 연구에서 제시한 합성법은 polyacrylonitrile(PAN)을 초기 물질로 사용했으며, 크게 두 단계로 나뉜다. 첫 번째는 공기 중에서 290℃로 반응시키는 안정화 단계이며, 두 번째는 아르곤을 흘려주며 700~800℃에서 KOH와 반응시키는 KOH 활성화 단계이다. 이 과정을 통해 얻어지는 NGPC는 3000m2/g 이상의 높은 비표면적과 0.5~5nm의 PSD(pore size distribution)를 보여준다. 또한, SEM과 TEM 이미지 상으로 포도송이 모양의 형태였던 PAN이 다공성 구조와 부분적 그래핀 층상 구조를 지님을 관찰할 수 있었다. 이러한 NGPC의 특성들은 슈퍼커패시터 성능 향상에 영향을 주었으며, 약 270F/g의 비정전용량을 보여주었다. |
