고용량으로 수명 능력이 우수한 슈퍼커패시터용 전극 소재 개발 (전극소재, 슈퍼커패시터)

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슈퍼 커패시터는 반영구적인 수명과 고출력 에너지 특성으로 인해 전기자동차, 신재생에너지 등 다양한 분야에 활용되고 있습니다. 현재 슈퍼 커패시터의 주력인 전기이중층 커패시터는 활성탄소 및 섬유를 사용해 고밀도의 전하를 전기이중층 내에 축전하며, 고출력 에너지 특성을 필요로 하는 분야에 많이 사용되고 있습니다. 그러나 용량이 작은 단점이 있습니다.

용량이 비교적 큰 의사캐패시터는 전극 활물질로 금속산화물을 사용하며 기존의 저용량 커패시터의 용량 특성을 개선할 대안으로 많은 연구가 이루어지고 있습니다. 특히, 금속산화물의 전기화학적 활용도를 최대로 하기 위하여 나노 크기의 금속산화물 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 그러나 탄소 입자를 슈퍼커패시터용 전극 소재로써 사용할 경우 낮은 용량을 갖는다는 단점이 있습니다.

서강대학교 문준혁 교수 연구팀은 고용량 특성과 함께 우수한 수명 특성을 나타내는 슈퍼 커패시터용 전극 물질을 발명했습니다.

스프레이 드라이어를 이용한 급속 열 분사 건조법에 의해 분사 및 건조시켜 밀집된 구형의 탄소나노튜브 입자를 제조합니다. 이후 금속산화물 전구체 및 산을 첨가하고 열처리시켜 금속산화물이 코팅된 탄소나노튜브 복합체 입자를 제조합니다.

연구팀은 입자가 갖는 전기화학적 안정성을 확인하기 위해, 정전류 조건 충·방전을 1,000회 반복한 수명 특성 평가 실험을 수행하였으며, 약 100%의 용량 유지 및 우수한 수명 특성을 나타내는 것을 확인하였습니다.

본 발명의 금속산화물이 코팅된 탄소나노튜브 복합체 입자를 슈퍼커패시터용 전극 물질로 적용하면 우수한 용량 특성과 향상된 수명 특성을 갖는 슈퍼커패시터용 전극을 제조할 수 있습니다.

높은 에너지 밀도를 갖는 탄소나노튜브 볼을 이용해 기존의 슈퍼커패시터보다 우수한 전기화학적 성능을 갖는 슈퍼커패시터용 전극 소재를 제조할 수 있을 것으로 기대됩니다.

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