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Effect of size of nickel cobalt oxide nanostructure on the electrochemical properties of supercapacitor electrode

Effect of size of nickel cobalt oxide nanostructure on the electrochemical properties of supercapacitor electrode
Kihun Jang
Alternative Author(s)
Issue Date
2019. 8
슈퍼커패시터는 에너지 저장 장치 중에서 빠른 충전과 방전이 가능한 소자이다. 특히 빠른 방전이 가능하게 해주는 요인들은 여러 가지가 있지만 그 중 가장 공통적이고 중요한 요인은 전극 활물질 표면의 형태와 모양이다. 공침법을 사용하여 슈퍼커패시터 양극 활물질로 사용되는 NCO를 합성하는데 있어서 용매의 비율, 첨가하는 침전제의 양, 합성 시간을 조절하여 다양한 입자크기를 가지는 활물질을 합성하였으며 이를 슈퍼커패시터 양극으로 제작하여 성능을 측정하였다. 용매를 물과 에탄올을 사용하여 합성한 활물질 입자는 물만을 사용한 활물질 입자에 비해서 작은 크기를 가지고 있었으며 에탄올의 함량이 높아질수록 크기에 균일성도 떨어졌다. 전극의 성능을 측정한 결과 활물질 입자의 크기가 작은 전극들은 입자의 크기가 큰 활물질을 사용한 전극보다 성능이 떨어졌으며 전극의 저항이 높게 나타나고 있음을 확인하였다. 전극의 단면 형태를 관찰한 결과 전극 제작과정에서 활물질 코팅층이 건조과정에서 치밀하게 압축되며 전해질 이온이 전극으로 침투하기 어렵게 되었을 확인할 수 있었다. 이러한 현상은 침전제를 적게 넣어서 활물질의 입자 크기가 작아진 전극과 짧은 반응시간으로 입자의 크기를 줄인 전극에도 동일하게 나타났다. 결과적으로 NCO 전극이 무게 대비 높은 축전용량을 보유하기 위해서는 NCO 입자의 직경이 적어도 6µm이상이 요구되며 부피대비 성능을 고려하더라도 3-4µm의 직경이 요구되었다.
Supercapacitors are energy storage devices that can charge and discharge quickly. In particular, there are many factors that make it possible to discharge quickly, but the most common and important factor is the shape and shape of the electrode active material surface. By using co-precipitation method, the active material with various particle sizes was synthesized by controlling the ratio of solvent, amount of urea to be added, and synthesis time in synthesizing NiCo2O4 (NCO) used as a supercapacitor cathode active material. The active material particles synthesized with water and ethanol were smaller in size than the active material particles using water alone. As the content of ethanol increased, the uniformity of size was also decreased. As a result of measuring the performance of the electrode, it was confirmed that the electrode having a small size of the active material had lower capacitance than the electrode having the large particle size and the resistance of the electrode was high. As a result of observing the cross-sectional shape of the electrode, it was confirmed that the active material coating layer was densely compressed during the drying process and the electrolyte ion was hardly penetrated into the electrode. This phenomenon was also observed for electrodes with a smaller particle size of the active material by using less urea or shorter reaction time. As a result, in order for the NCO electrode to have a high capacitance relative to the weight, the diameter of the NCO particles is required to be at least 6 µm, and a diameter of 3-4 µm is required even when considering the performance relative to the volume.
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