전기화학 임피던스 분광법과 실시간 적외선 분광법을 활용하여 슈퍼커패시터 전극 계면의 열화와 리튬이차전지 고체-전해질 계면(Solid-electrolyte interface, SEI)의 형성을 분석하였다.
Chapter 2 에서 고온 방치 과정 중 슈퍼커패시터의 전기화학적, 물리화학적 열화를 셀 전압별로 평가하였다. 충전 상태의 방치 중 커패시턴스가 초기 대비 80 %로 감소했고, 1 kHz 에서의 교류 저항은 2.5 배 증가했다. 방전 상태의 방치 과정 중에서는 커패시턴스는 거의 일정했으나, 저항이 4 배 이상 증가했다. 고온 충전 상태에서는 산화 분해물이 양극 활물질의 메조, 마이크로포어에 퇴적된다. 활물질 표면적의 감소로 인해 커패시턴스가 급감, 저항이 증가하게 된다. 고온 방전 상태에서는 전해질 염의 과포화와 석출로 매크로, 메조포어 내의 이온 이동이 방해된다는 것을 조건별 임피던스 분석으로 확인하였다. 따라서 용량은 유지되며 저항이 증가하게 되었다. 끓는점이 높고 유전율이 낮은 용매를 첨가하여 충전 방치 성능을 유지하며 방전 방치 성능을 개선하였다.
Chapter 3 에서는 리튬이차전지의 SEI 형성 과정과 물성을 연구하였다. 2-Isocyanatoethyl methacrylate (ICEMA)를 첨가제로서 propylene carbonate (PC) 기반 전해질에 도입하였다. ICEMA 의 아이소사이네이트기는 라디칼 개시 반응을 통해, 전기 중합과 PC 라디칼과의 반응을 유도하였다. 형성된 SEI 는 용매화된 리튬 이온의 공동 삽입을 억제하였다. 실시간 적외선 분광법은 아이소사이네이트기의 중합과 PC 라디칼과의 반응을 효과적으로 나타냈고, 반응 메커니즘을 제시할 수 있었다. 또한 개선된 방법의 실시간 적외선 분광법으로 SEI 형성 피크를 감지하였다. 분석한 SEI 의 형성 과정과 물성이 LSV 데이터와 상응하는 것을 보였다.