극단파 백색광을 이용한 탄소나노튜브/코발트 산화물 복합체 합성 및 슈퍼커패시터 전극 응용

Abstract

슈퍼커패시터는 배터리보다 더 높은 파워밀도를 가지며 배터리와 함께 잠재적인 에너지 저장 시스템 중 하나로 고려되어 왔다. 슈퍼커패시터는 컴퓨터 백업 전원, 경량 전기 퓨즈, 전기 자동차용 보조 전력 공급 장치 등으로 응용될 수 있다. 그래서 슈퍼커패시터는 높은 Cycle life와 안정성, 비축전용량 등을 가질 때 유용하다고 할 수 있다. 슈퍼커패시터에는 두 종류가 있는데 전기 이중층의 이온 흡착에 기초한 EDLC 커패시터 (EDLCs)와 전기 산화 환원 반응에 따른 의사커패시터 (Pseudoc-capacitors)이다. 루테늄 산화물, 니켈 산화물, 코발트 산화물 등의 여러 금속 산화물이 의사커패시터에 사용되고 있다. 이 중, 코발트 산화물은 슈퍼커패시터의 성능을 향상시키기 위해 여기에 다른 전이 금속 산화물, 전도성 고분자, 다양한 탄소 재료 등의 첨가로 복합체를 제조하는 시도가 있어 왔다. 코발트 산화물 박막을 증착하기 위해 화학 기상 증착 (CVD), 금속 유기 화학 기상 증착 (MOCVD)과 분자 빔 에피택시 공정 (MBE), 화학적 함침법 (CBD) 등의 박막 제조 기술들이 사용되어 왔다. 그러나 이 기술들은 에너지 효율이 낮고 고온 처리 과정을 거쳐야 하거나 합성 과정이 복잡하거나 하는 등의 단점이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 비교적 간단하고 공정 과정이 간단하고 대량 생산이 가능한 방법인 극단파 백색광 (IPL, Intense Pulsed Light)을 사용하여 니켈 폼 전구체 위에 탄소 나노 튜브 박막을 코팅시키고 코발트 산화물 나노 구조체를 증착시켜 슈퍼커패시터용 전극으로의 성능 평가를 실시하였다. 탄소 나노 튜브 / 코발트 산화물 나노 복합체의 성분 및 결정구조 분석을 위해 X선 광전자 분광법 (XPS), 투과전자현미경 (TEM), 모폴로지를 관찰하기 위해 전자주사 현미경 (SEM)과 투과전자현미경 (TEM)을 사용하였고, 전기화학적 분석을 위해 순환 전압 전류법 (Cyclic voltammetry)과 대시간전위차법 (Charge - discharge)을 사용하였다.