화학적 함침법을 이용한 탄소나노튜브/망간산화물 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 안정성을 가질때 유용하다고 할 수 있다. 슈퍼커패시터에는 두 종류가 있는데 전기 이중층의 이온 흡착에 기초한 EDLC 커패시터 (EDLCs)와 전기 산화 환원 반응에 따른 의사커패시터(pseudocapacitors)이다. 루테늄 산화물, 망간 산화물, 니켈 산화물 같은 여러 금속 산화물이 의사커패시터에 사용되고 있다. 이 중, 망간산화물은 낮은 전기 전도성을 가지고 있다. 이 때문에 망간산화물 슈퍼커패시터의 성능을 향상시키기 위해 여기에 다른 전이 금속 산화물이나 다양한 탄소 재료의 첨가로 복합체를 만드는 시도가 있어 왔다. 망간산화물 박막을 증착하기 위해 화학 기상 증착 (CVD), 금속 유기 화학 기상 증착 (MOCVD)과 분자 빔 에피택시 공정(MBE) 등의 일부 박막 제조 기술들이 사용되어 왔다. 그러나 이 기술들은 에너지 효율이 낮고 고온 처리 과정을 해야 하는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 비교적 간단하고 경제적이며 저온에서 합성이 가능한 화학적 함침법(CBD)을 사용하여 탄소 나노 튜브 박막에 망간산화물 나노 구조들을 입히고 이를 슈퍼커패시터용 전극으로서의 성능을 평가하였다. 망간산화물/카본나노튜브 나노복합체의 결정구조 분석을 위한 X-ray 회절분석(XRD), 모폴로지를 관찰하기 위해 전자주사 현미경(SEM)과 투과전자현미경(TEM)을 사용하였고 비표면적 변화를 관찰하기 위해 BET, 전기화학적 분석을 위해 순환 전압 전류법과 대시간전위차법을 사용하였다.