그래핀의 표면상 젤화 기법을 통한 다공성 그래핀/탄소나노튜브 선형 슈퍼캐패시터에 관한 연구

Abstract

최근 웨어러블 전자기기에 대한 개발이 가파르게 증가하고있다. 웨어러블 전자기기를 구동하기 위해서는 에너지 저장 장치 역시 유연해야하고 웨어러블해야한다. 다양한 형태의 에너지 저장 장치가 이를 위해 개발되었는데, 그 중 선형의 에너지 공급 장치는 매우 유연하고 집적이 쉬우며 직물형태로 짰을 때 유연성을 가지는 등 다양한 장점을 가져 많은 연구가 이루어지고 있다. 슈퍼캐패시터는 에너지 저장 장치 중 하나로써 높은 전력 밀도와 좋은 수명, 짧은 충방전 시간 등의 이점이 있다. 전기 이중층 캐패시터는 슈퍼캐패시터 중 하나로써 표면에서 전해질의 흡탈착으로 에너지를 저장하기 때문에 넓은 비표면적을 가지는 것이 중요한 요소이다. 그래핀 산화물 등의 탄소물질은 좋은 가공성과 높은 비표면적으로 인해 슈퍼캐패시터에 적합한 물질로써 많은 연구가 진행되어왔다. 지금까지 그래핀 산화물을 이용한 선형의 슈퍼캐패시터를 만들기 위한 많은 연구가 진행되어 왔지만 주로 방사 방법을 이용하기 때문에 비표면적이 그래핀의 재적층으로 인해 크게 감소할 수 밖에 없었다. 이번 연구에서는 아연상의 그래핀 산화물 젤화 기법을 통해 다공성의 선형 그래핀 산화물을 제작하는 일을 진행하였다. 선행 연구로서 그래핀 산화물 용액과 아연 표면에서의 산화환원반응으로 인해 아연 표면상에 다공성의 그래핀 하이드로젤이 자가조립된다. 이 때 그래핀 산화물은 환원되어 전기전도도가 회복된다. 이 기법은 그래핀과 다른 나노물질을 복합화하기 쉽다는 장점을 가지고 있다. 이 연구에서는 선형의 그래핀 산화물에 탄소나노튜브를 복합화하여 슈퍼캐패시터의 축전용량과 율속특성을 개선하였다. 이 선형의 그래핀/탄소나노튜브 복합체는 좋은 전기전도도($38.68 \Omega/cm$)와 넓은 비표면적($431m^{2}/g$)을 가지며 높은 충전 속도(1V/s)에서도 좋은 특성을 유지하였다. 또한 직물 형태로 제작하였을 때 좋은 슈퍼캐패시터 특성과 함께 신축성을 보이는 것을 확인하였다.