표제지
발간사 / 이창재
목차
제1장 종이 배터리 제조기술 개발 10
1. 연구과제의 개요 12
1.1. 연구 목적 및 필요성 12
1.2. 연구의 목표 16
2. 국내·외 기술개발 현황 18
가. 세계적 수준 18
나. 국내수준 18
다. 지금까지의 연구개발 실적 19
3. 연구 내용 및 결과 20
3.1. 나노셀룰로오스 기반 종이 전지 전극 소재 개발 연구 20
3.2. 나노셀룰로오스 기반 전극 집전체 개발 연구 31
4. 결론 43
4.1. 나노셀룰로오스 기반 종이 전지 전극 소재 개발 연구 43
4.2. 나노셀룰로우스 기반 종이 전지 전극 소재 개발 연구 44
5. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 46
5.1. 나노셀룰로오스 기반 종이 전지 전극 소재 개발 연구 46
5.2. 나노셀룰로오스 기반 종이 전지 전극 소재 개발 연구 47
6. 연구개발 과정에 수집한 해외과학기술정보 48
6.1. 셀룰로오스 기반 탄소 소재 연구 49
6.2. 셀룰로오스 집전체 연구 50
6.3. All-paper-battery 연구 51
7. 참고문헌 52
제2장 다공성 티타니아 박막 제조기술 개발 56
1. 연구과제의 개요 58
1.1. 연구 목적 및 필요성 58
2. 국내·외 기술개발 현황 61
2.1. 다공성 티타니아(TiO₂) 제조의 연구동향 61
3. 연구수행 내용 및 결과 63
3.1. 세부연구 내용 및 방법 63
3.2. 세룰로오스 나노크리스탈의 제조 64
3.3. 티타니아 용액 합성 및 다공성 티타니아 박막 제조 65
3.4. 다공성 티타니아 박막의 물성 67
4. 결론 76
5. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 77
6. 참고문헌 79
게재논문 및 국내·외 특허출원 80
국립산림과학원 연구자료 목록 96
판권기 109
〈그림 1〉 리튬이차전지 응용 분야 및 발전 예측 12
〈그림 2〉 (a) 웨어러블 디바이스용 전원의 세계 시장 규모, (b) 플렉서블 리튬이차전지의 적용 13
〈그림 3〉 나무로부터 얻어진 나노셀룰로오스의 계층적 구조 모식도 13
〈그림 4〉 기존 전지 시스템과 종이 전지의 이온 및 전자 흐름 비교 모식도 14
〈그림 5〉 기존 전지 시스템과 나노셀룰로오스 기반 종이 전지의 유연성 비교 모식도 15
〈그림 6〉 셀룰로오스 기반 종이 전지 개념도 16
〈그림 7〉 TEMPO 나노셀룰로오스 기반 종이 집전체 개념 모식도 17
〈그림 8〉 나노셀룰로오스 현탁액 이용 다공성 셀룰로오스 구조체 구현 및 탄화 후의 구조 분석 22
〈그림 9〉 나노셀룰로오스 탄화물의 라만 분광 분석 및 FT-IR 분석 결과 22
〈그림 10〉 셀룰로오스로 구성된 페이퍼 타올의 탄화물 SEM 분석 결과 23
〈그림 11〉 셀룰로오스로 구성된 페이퍼 타올의 탄화물 SEM 분석 결과 23
〈그림 12〉 Espresso에 함유되어 있는 칼륨 이온의 ICP 분석과 Espresso를 함침 시킨 페이퍼타올 탄화물의 SEM... 24
〈그림 13〉 Espresso를 적신 페이퍼 타올의 탄화물에 대한 정성 분석 결과. XPS 및 FT-IR 결과 24
〈그림 14〉 셀룰로오스로 구성된 페이퍼 타올의 탄화물 SEM 분석 결과 25
〈그림 15〉 다공성 탄소 소재의 전기화학적 분석 결과(CV, GCD 및 사이클 특성) 25
〈그림 16〉 TLM-PSD 분석 결과 26
〈그림 17〉 전극 용액 제조를 위한 CNT 용액의 분산성 실험 27
〈그림 18〉 분산제(SDBS) 유무에 따른 전극 용액의 균일성 평가(SEM 사진) 28
〈그림 19〉 전극 용액에 셀룰로오스 지지체를 침지 시킨 후, 면 저항 및 유연성 테스트 분석 결과 28
〈그림 20〉 종이 전극의 표면 현미경 분석 결과 29
〈그림 21〉 기존의 PVA/KOH film 전해질과 새로 제작된 셀룰로오스 지지체를 도입한 복합 전해질의 기계적 강... 29
〈그림 22〉 PDMS와 셀룰로오스 지지체를복합화한 포장재. SEM 사진과 접촉각 측정 결과 30
〈그림 23〉 완성된 종이 전지 사진. 종이 전지의 전기화학적 특성 평가 30
〈그림 24〉 종이 전지의 굽힘 및 접힘 시험 사진과 전기화학적 특성 평가 및 LED 점등 사진 31
〈그림 25〉 (a) 초음파 처리(Bath sonication) 후 분산매가 첨가된 분산액의 외관 사진... 33
〈그림 26〉 각 분산매가 혼합된 TEMPO 나노셀룰로오스 분산액의 전기방사(Electrospinning)... 33
〈그림 27〉 이중 전기방사 공정 모식도 및 전도성 종이 매트 샘플 34
〈그림 28〉 연속 전기방사 모식도 및 전도성 종이 매트의 저항 측정 결과 34
〈그림 29〉 TEMPO 나노셀룰로오스 종이와 전도성 종이 집전체의 저항 측정 결과 비교 35
〈그림 30〉 TEMPO 나노셀룰로오스 종이와 전도성 종이 집전체의 LED 점등 결과 비교 35
〈그림 31〉 Ag nanowire의 분사량에 따른 전도성 종이 매트의 표면 및 TEMPO 나노셀룰로오스의 SEM 측정 결과 36
〈그림 32〉 제조된 전도성 종이 매트의 표면저항 측정 결과 및 기존 문헌 값과의 비교 36
〈그림 33〉 굽힘 곡률 반경 및 굽힘 반복 횟수에 따른 전도성 종이 매트의 초기 저항 변화 비교 37
〈그림 34〉 굽힘 반복 실험 후 전도성 종이 매트의 SEM 및 EDX 원소 분석결과 38
〈그림 35〉 개발된 신규 전도성 종이 집전체를 수차례 LED를 점등시킨 결과 사진 38
〈그림 36〉 전도성 종이 매트의 선형 주사 전위법 측정 결과 39
〈그림 37〉 다양한 전극 활물질의 특성 비교 결과 40
〈그림 38〉 1D 구조 기반의 전극 활물질(MWNT-V₂O₅) 합성 과정 40
〈그림 39〉 MWNT-V2O5의 SEM, HR-TEM 및 TEM EDX (C, V, O 원소 분석) 측정 41
〈그림 40〉 MWNT-V₂O₅ 의 XRD 및 XPS (V2p, O1s) 측정 결과 41
〈그림 41〉 MWNT-V₂O₅ 전극의 전기화학적 특성 평가 결과와 CV, GCD 및 Scan rate에 따른 출력 특성 평가 41
〈그림 42〉 전도성 종이 집전체 기반 MWNT-V₂O₅ 전극제조 및 평가 42
〈그림 43〉 셀룰로오스 기반 이종원자가 도핑된 다공성 구조의 탄소 소재 49
〈그림 44〉 셀룰로오스 집 전체 개발 및 이를 이용한 리툼이차전지 전극 제조 50
〈그림 45〉 셀룰로오스 기 반의 All-paper-battery 51
〈그림 46〉 광촉매 코팅을 활용한 유해물질 분해 58
〈그림 47〉 티타니아를 이용한 DSSC 염료 흡착 구조 62
〈그림 48〉 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC) 제조 모식도 64
〈그림 49〉 완성된 CNC와 CNC의 표면 형상 64
〈그림 50〉 티타니아용액 합성 모식도 65
〈그림 51〉 CNC 혼합 티타니아 용액 합성법 66
〈그림 52〉 Calcination이 완료된 다공성 티타니아 박막(분율별, 하소온도별) 66
〈그림 53〉 티타니아 및 다공성 티타니아 박막의 표면 형상 68
〈그림 54〉 티타니아 및 다공성 티타니아 박막의 표면 형상 70
〈그림 55〉 티타니아 및 다공성 티타니아 박막의 XRD 피크 71
〈그림 56〉 티타니아 및 다공성 티타니아 박막의 XRD 피크 72
〈그림 57〉 전구체의 종류에 따른 티타니아 및 다공성 티타니아 박막의 전체 기공 부피 73
〈그림 58〉 전구체의 종류에 따른 티타니아 및 다공성 티타니아 박막의 평균 기공 지름 74
〈그림 59〉 전구체의 종류에 따른 티타니아 및 다공성 티타니아 박막의 비표면적 75
〈그림 60〉 스퍼터링 증착 78
〈그림 61〉 셀룰로오스를 활용한 다공성 티타니아 제조 공정도 78