전기방사법으로 제조된 높은 전기전도도를 가지는 RuO2/Mn3O4 복합나노섬유의 전기화학적 특성분석

Abstract

최근 환경오염과 석유자원고갈로 인하여 친환경적 대체에너지원 개발에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 현재 에너지밀도가 높은 배터리나 연료전지의 발전에도 불구하고, 스피드 시대에 요구되는 전력밀도에 요구는 한계를 보이고 있다. 배터리 등에 비해 전력 밀도 특성이 우수하다고 알려진 수퍼케패시터는 친환경 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)나 위성통신 등에 필요한 전력밀도를 만족 시켜줄 뿐만 아니라, 배터리나 연료전지의 에너지를 분배하여 에너지 시스템의 소형화를 주도할 수 있는 장치로 주목 받고 있다. 이런 수퍼케패시터 중 전기이중층 케패시터에 비해 재료표면에서의 이온의 흡착이나 산화환원반응에 의한 에너지 저장방식을 가진 의사케패시터가 고출력, 고용량의 요구에 상응하여 활발히 연구되고 있다. 이런 의사케패시터의 재료 중 우수한 비축전량을 가진 RuO2 전극에 관한 응용이 많이 연구되고 있으나, 루테늄의 높은 가격으로 인해 대량생산과 저가공정에 적용하기 힘든 단점을 가지고 있다. 많은 연구자들은 RuO2를 대체하기 위하여 MnO2를 사용하였지만 전기전도도가 높지 않기 때문에 CNT, Graphene 등의 전기전도도가 높은 물질과 복합체를 형성하여 응용하는 연구들이 진행 되었다. 전기화학케패시터는 주로 표면에서 반응이 일어나기 때문에, 표면적을 넓이기 위해 전극의 구조를 다양하게 제조 하였는데, 나노선, 나노막대, 나노꽃 형태로 응용 되어왔다. 전기방사법은 나노선 네트워크를 형성함으로써 표면적을 넓힐 수가 있고, 이를 센서, 리튬이온전지, DSSC분야 등에 적용시킴으로써 가능성을 확인한 논문들이 다수 출판 되었다. 본 연구에서는 MnO2의 높은 저항 특성(1.88x106 Ω cm)으로 인해 전기화학적 특성이 떨어지는 것을 보완하기 위해 a-RuO2/Mn3O4를 복합화 하여 전극을 제조하였고, 전기방사법을 이용하여 a-RuO2/Mn3O4 나노섬유복합체를 형성 함으로써 전극의 비표면적을 넓힐 수 있었다. a-RuO2/Mn3O4 나노섬유복합체는 비저항이 4.17 × 10-1 Ω cm로써 빠른 산화환원 반응에도 충분히 반응할 만한 수치를 나타내어, 0.5초만에 충, 방전을 하여도 150 F/g정도의 용량을 얻어 낼 수 있었다.