본문 바로가기 주메뉴 바로가기
22대 대한민국 국회 국회정보길라잡이 국회의원검색
로그인 English 국회부산도서관

전체메뉴

HOME

정보검색

소장정보 검색

국회도서관 홈으로 정보검색 소장정보 검색
결과 내 검색 동의어 포함
결과 내 검색 동의어 포함

-

목차보기

표제지

요약

목차

제1장 서론 (Introduction) 16

제1절 포타슘 기반 에너지저장장치의 필요성 16

제2절 포타슘이온 배터리-커패시터 하이브리드 (PIHC) 장치 20

제3절 커피 폐기물 선정 배경 23

제4절 당면과제 및 연구의 목적 24

제2장 실험 (Experimental) 28

제1절 전극 재료 제조 28

제2절 물리적 특성 평가 29

제3절 전극 제조 30

제4절 반쪽전지 및 완전지 조립 30

제5절 전기화학적 특성 평가 31

제3장 결과 및 고찰 (Results and discussion) 35

제1절 SCW 소재 물성 분석 35

1. SCW 제조 35

2. TG, Raman, XRD 분석 40

3. 가스 물리 흡탈착을 통한 기공구조 분석 43

4. 투과전자현미경 (TEM) 49

5. 표면 특성 분석 51

제2절 전기화학 성능 평가 56

1. 음극재 반쪽전지 성능평가 56

2. 음극재 포타슘이온 저장·방출 메커니즘 분석 61

3. SCW-2 음극 성능향상 원인 논의 67

4. 양극재 반쪽전지 성능평가 71

5. 배터리-슈퍼커패시터 하이브리드 완전지 성능평가 74

제4장 결론 (Conclusion) 77

제5장 참고문헌 (Reference) 79

Abstract 84

표목차

표 1. SCW의 BET 비표면적, 총 기공 부피, QSDFT 마이크로 기공 부피, QSDFT 메조기공 부피. 47

표 2. XPS 로 분석한 표면 성분의 원자 백분율. 53

표 3. C1s와 O1s의 상대적인 비율과 실제 비율. 55

그림목차

그림 1. 포타슘의 장점 (A) 풍부하고 저렴한 가격. (B) 유기전해질에서의 리튬보다 낮은 포텐셜. (C) 우수한 이온 전달 동역학. 19

그림 2. 전하저장 메커니즘에 따른 구분 (A) 알칼리이온 배터리. (B) 전기이중층 슈퍼커패시터. (C) 배터리-슈퍼 커패시터 하이브리드 장치: 배터리-타입 음극과 커패시터-타입 양극의 융합. 22

그림 3. SCW 합성의 모식도 38

그림 4. 황산의 역할 (A) N₂ 중 TG 프로필. (B) 질소 가스 물리 흡탈착 등온선 비교. 39

그림 5. (A) Air 중 TG 프로필. (B) SCW의 Raman spectra. (C) SCW의 XRD 패턴. 42

그림 6. SCW-x 음극재 물성 분석. (A) ZnCl₂와 CW의 질량 비율에 따른 질소 가스 물리 흡탈착 등온선 비교. (B) QSDFT 로 도출한 기공 크기 분포도 비교. (C) 누적 기공 크기 분포도 비교. (D) 비표면적과 전체 기공 부피.... 48

그림 7. (A-D) SCW-1, SCW-2, SCW-5, SCW-8의 TEM 이미지. 50

그림 8. (A-C) SCW-1, SCW-2, SCW-5의 XPS C1s deconvolution, (D-F) O1s deconvolution. 54

그림 9. (A) SCW의 0.03A g-1에서 5 번째 충·방전 사이클. (B) SCW의 다양한 전류 밀도에서의 속도 특성. (C) 사이클 안정성 및 용량 유지. (D) SCW-2의 0.03A g-1에서 5 차례의 충·방전 사이클. (E) 다양한 전류 밀도에서... 60

그림 10. (A) SCW-2의 0.1 mV s-1 스캔 속도에서 처음 5 사이클의 순환전압 전류 곡선. (B) 다양한 스캔 속도에서의 순환 전압 전류 곡선. (C)...[이미지참조] 63

그림 11. (A) i＝avb의 b 값. (B) 다양한 스캔속도에서의 표면제어반응 기여도. (C) GITT 프로파일. (D) 포타슘이온의 확산계수.[이미지참조] 66

그림 12. (A-C) SCW-1, SCW-2, SCW-5의 기공 구조 개략도. (D-E) 울트라마이크로기공과 표면제어반응 기여율의 관계. (F) 층간 간격과... 70

그림 13. (A) P-SCW-5의 사이클 그래프. (B) 2.0-4.2 V의 전압 범위에서의 충·방전 프로파일. (C) SCW-2와 P-SCW-5의 전극 화물질... 73

그림 14. (A) SCW-2//P-SCW-5 완전지 모식도. (B) 다양한 전류 밀도에 따른 SCW-2//P-SCW-5 완전지 속도 특성. (C) 사이클링 안정성. (D)... 76

초록보기

배터리-슈퍼커패시터 하이브리드 장치는 배터리와 슈퍼커패시터의 장점을 융합한 에너지 저장 장치이다. 배터리-타입 음극재, 커패시터-타입 양극재와 포타슘이온이 포함된 전해질을 사용함으로써 두 에너지 저장장치의 전하 저장방식을 융합할 수 있다. 배터리와 슈퍼커패시터의 작동 전압대를 모두 사용할 수 있어 우수한 에너지/출력 밀도 및 수명 특성을 구현할 수 있는 가능성이 있다.

최근 대용량 에너지 저장 시스템에 대한 수요가 급증함에 따라 리튬이온 시스템에 대안 중 하나로 낮은 표준 환원 포텐셜, 저렴한 비용 및 풍부한 자원으로 인해 포타슘이온이 주목받고 있다.

그러나, 리튬이온 시스템에서 사용되고 있는 흑연 음극의 경우 포타슘이온의 삽입·탈리 과정에서 수명 특성과 안정성이 떨어진다. 따라서 흑연 대신 큰 층간 간격과 풍부한 활성점을 가진 비정질 탄소 개발 연구가 활발히 일어나고 있다. 특히 다공성 구조를 가진 비정질 탄소는 큰 부피 변화로 인한 열화를 완화하고 고체 상 확산 길이를 단축할 수 있다고 알려져 있다. 이러한 비정질 탄소 개발 연구가 활발히 일어나고 있지만 음극재 다공 구조-포타슘이온 저장 성능의 상호관계에 대한 이해가 부족하며 특히 크기가 다른 기공의 정확한 역할에 대한 이론이나 실험 결과가 미비한 실정이다. 따라서, 다공 구조와 포타슘이온 배터리 성능 간의 상관관계 규명 연구가 필요하다.

본 연구에서는 염 주형(ZnCl₂)과 바이오매스 탄소 전구체(커피폐기물)를 이용하여 포타슘이온 배터리-슈퍼커패시터 하이브리드 양극재와 음극재를 통합적으로 개발하였다. 염 주형의 사용량을 조절하여 다공구조의 분율(울트라마이크로기공, 슈퍼마이크로기공, 메조기공)과 비표면적 (1109 - 2768 m² g-1) 제어가 가능함을 확인하였다. 제조한 탄소재의 물성을 thermogravimetric analysis(TGA), x-ray diffraction(XRD), Raman spectroscopy, x-ray photoelectron spectroscopy, gas physisorption 를 통해 분석하였다. 결과적으로 SCW-2 가 0.1 A g-1 에서 220 mA h g-1 의 높은 용량을 나타내었으며 이는 풍부한 울트라마이크로기공으로 인한 포타슘이온의 증가된 활성점과 적절한 메조기공으로 인한 향상된 이온 접근성과 물질전달에 기인한 것으로 여겨진다.

배터리-타입 음극에서는 울트라마이크로기공이 가장 많아 표면제어반응 용량이 크게 개선된 SCW-2 를 사용하였고, 커패시터-타입 양극에서는 용량 극대화를 위해 높은 비표면적을 가진 P-SCW-5 를 사용하였다. 그 결과, 최대 에너지 밀도 128 W h kg-1 및 최대 출력 밀도 6200 W kg-1 와 우수한 수명 특성을(6000 사이클 후 83.8 % 용량 유지) 달성하여 PIHC 의 실제 적용 가능성이 크다는 것을 입증하였다. 본 연구를 통해 도출된 결론은 나노 다공 구조의 제어가 필요한 포타슘이온 저장 장치에서 널리 활용될 수 있을 것이라 기대된다.

추천서가 (다양한 추천 자료를 만나보세요)

권호기사보기

권호기사 목록 테이블로 기사명, 저자명, 페이지, 원문, 기사목차 순으로 되어있습니다.
기사명 저자명 페이지 원문 기사목차