폴리아닐린과 티타늄산화물 나노웹을 이용한 슈퍼커패시터용 전극 제조 및 전기화학적 특성

Abstract

슈퍼커패시터는 큰 전하저장용량, 높은 출력밀도, 장수명, 높은 신뢰성, 넓은 작동온도 등의 장점을 지닌 차세대 에너지 저장소자 이다. 슈퍼커패시터의 전극 활물질은 넓은 비표면적과, 낮은 고유저항, 높은 산화환원 반응 그리고 산화환원반응 안정성 등을 요구하게 되는데, 전도성 고분자의 경우 다공성을 가지는 필름을 제작하는 것이 어렵다. 따라서 최근 카본 또는 금속산화물 나노 구조체에 전도성 고분자를 합성시킨 논문들이 보고되고 있다. 본 연구는 전기화학적 합성 (electrochemical deposition)기술과 전기방사 (electrospinning)기술을 이용하여 향상된 성능의 폴리아닐린/티타늄 산화물 나노웹 템플레이트 (TiO2-PANi) 전극을 제작하였다. 제작된 TiO2-PANi 전극은 3차원 계층의 마이크로/나노 구조를 지니며 바인더 없이 기판 위에 직접 성장되었음을 확인하였다. 전계방출 주사전자현미경 (FE-SEM)을 통해 폴리아닐린이 100∼200nm의 두께를 가지는 나노로드 (nano rod)의 형태로 성장된 것을 확인하였으며, 열 중량분석 (TGA), X-ray 회절 분석 (XRD), X-ray 광전자 분광 분석 (XPS)을 통해 정량분석 및 정성분석을 하였다. 순환전압전류 (cyclic voltammetry), 대시간 전위변화 (chronopotentiometry) 그리고 전기화학적 임피던스 (electrochemical impedances spectroscopy) 측정을 통해 전기화학적 특성을 확인하였다. 측정된 비축전용량은 20 mVs-1 조건에서 306.5 Fg-1의 높은 용량을 나타내었으며, 반복 수명은 50 mVs-1 조건에서 500 회 후에도 103 % 안정된 성능을 보여주었다.