높은 안전성과 견고한 기계적 특성을 가진 고체상 슈퍼커패시터는 차세대 에너지 저장 장치로서 세계적 관심을 끌고 있다. 슈퍼커패시터의 전극으로서 경제적인 탄소 기반 전극이 많이 사용되는데 수계 전해질을 도입하는 경우 소수성 표 면을 가진 탄소 기반 전극과의 계면 상호성이 좋지 않아 저항이 증가한다. 이와 관련하여 본 연구에서는 전극 표면에 산소 플라즈마 처리를 하여 친수화된 전극과 수계 전해질 사이의 향상된 계면 성질을 기반으로 더 높은 전기화학적 성능을 얻는 방법을 제시한다. 풍부해진 산소 작용기들로 인한 표면 친수화 효과는 접촉각 측정을 통해 확인하였으며, 전력과 지속시간을 조절함으로써 친수화 정도를 손쉽게 조절할 수 있음을 확인하였다. 수계 전해질로 PVA/H3PO4 고체상 고분자 전해질막을 사 용하였으며 프레싱하여 전극에 도입하였다. 15 W의 낮은 전력으로 5초간 산소 플라즈마 처리를 시행하는 것이 최적 조건이 었으며 슈퍼커패시터의 에너지 밀도가 약 8% 증가하였다.

As the size of market for electric vehicles and energy storage systems grows, the demand for lithium-ion batteries (LIBs) is increasing. Currently, commercial LIBs are fabricated with liquid electrolytes, which have some safety issues such as low chemical stability, which can cause ignition of fire. As a substitute for liquid electrolytes, solid electrolytes are now being extensively studied. However, solid electrolytes have disadvantages of low ionic conductivity and high resistance at interface between electrode and electrolyte. In this study, Li7La3Zr2O12 (LLZO), one of the best ion conducting materials among oxide based solid electrolytes, is fabricated through RF-sputtering and various electrochemical properties are analyzed. Moreover, the electrochemical properties of LLZO are found to significantly improve with co-sputtered Li2O. An all-solid thin film battery is fabricated by introducing a thin film solid electrolyte and an Li4Ti5O12 (LTO) cathode; resulting electrochemical properties are also analyzed. The LLZO/Li2O (60W) sample shows a very good performance in ionic conductivity of 7.3  108 S/cm, with improvement in c-rate and stable cycle performance.

고분자를 기반으로 하는 고체 전해질은 수퍼커패시터, 배터리, 센서, 액추에이터 등 다양한 전기화학 소자에 응용이 가능한 소재로써, 기존 고분자 전해질의 낮은 이온전도도를 향상시키기 위해서 다양한 이온성 액체 기반의 고체 전해질에 관한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 이온성 액체의 높은 전기적 특성 및 전기화학적, 열적 안정성과 고분자의 우수한 기계적인 강도를 활용한 젤 상태의 고체 전해질인 이온젤은 차세대 웨어러블 및 플렉시블 전자소자에 응용되어 연구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 이온성 액체와 고분자 기반의 고체 전해질을 제조하고 특성을 분석하여 탄소나노복합체 기반의 전극 에 적용하여 다양한 전자소자에 응용이 가능한 이온전도도 및 안정성이 향상된 이온성 액체 기반의 고체 전해질을 개발하고자 한다. 제조된 고체전해질은 전기화학적 임피던스법을 이용하여 이온 전도도를 측정 하여 보았으며 이온성 액체를 첨가하여 제조한 고체전해질의 이온 전도도가 1.26 x 10-1 S/cm 로 확인 되었다. 또한 제조된 고체 전해질을 이용하여 전고체형 수퍼커패시터를 제조하여 전기화학적 특성을 비교 하여 보았으며, 수퍼커패시터의 전기화학적 특성 역시 이온성 액체를 첨가하여 제조된 고체 전해질을 사 용하였을 때 향상된 전기화학적 특성을 나타내었다.

A zinc-air battery is one of most promising advanced batteries due to its high specific energy density, low cost, and environmental friendliness. However, zinc anodes in zinc-air batteries lead to several issues including self-discharge, corrosion reaction, and hydrogen evolution reaction (HER). In this paper, viscosity of electrolyte has been controlled to suppress the corrosion reaction, HER, and self-discharge behavior. Various viscosity average molecular weights of poly(acrylic acid) (PAA) are adopted to prepare the electrolyte. The evaporation of electrolytes is proportional to the increase in molecular weight. In addition, enhanced self-discharge behavior is obtained when the gelling agent with high molecular weight is used. In addition, the zinc-air cell assembled with lower viscosity average molecular weight of PAA (Mv ~ 450,000) delivers 510.85 mAh/g and 489.30 mAh/g of discharge capacity without storage and with 6 hr storage, respectively. Also, highest capacity retention (95.78 %) is obtained among studied materials.

인류의 에너지 수급은 항상 인간의 삶에 중요한 문제이며, 최근에는 전기 생산 및 공급 문제로 이어지고 있다. 이에 관련하여 본 연구에서는 에너지 저장장치의 일환으로 슈퍼커패시터 용도의 고체 전해질막을 제조하였다. 제조한 전해질막 은 poly(vinyl alcohol) (PVA) 주사슬에 poly(oxyethylene methacrylate) (POEM) 곁사슬을 그래프팅하여 사용하였으며, 그래프팅은 자유 라디칼 중합법을 통해 합성하였다. 본 연구에서 사용한 PVA-g-POEM 가지형 공중합체를 슈퍼커패시터 전해질에 적용한 사례는 처음이다. POEM 그래프팅을 통해 PVA가 고유하게 가지고 있던 구조가 변화하였으며, 이를 FT-IR을 통해 분석하였다. 또한, 합성한 공중합체를 이용한 슈퍼커패시터 성능은 cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge/discharge (GCD), ragone plot 등을 통해 분석하였다. 이를 통해 기존에 수계 전해질로 PVA 단일 고분자만 사용하던 분야에 그래프팅 방법이라는 새로운 접근법을 제시하였다.

본 연구는 1M Li2SO4 및 1M Na2SO4 수용액에서 CoSe 나노 입자의 전기 화학적 성능을 조사 하였다. CoSe 나노 입자의 전기 화학적 효율은 1M Na2SO4 전해질에서 더 높은 비정전 용량을 보여주는 결 과를 얻었고 이것은 주로 1M Na2SO4 용액의 벌크 전해질에서 수화 된 이온의 빠른 이동과 활물질에 의해 제공되는 낮은 전기 화학적 임피던스가 원인이라 사료된다. 또한, 순환 전압 전류법 안정성 실험에서 25 mV s-1의 스캔 속도로 1000 회 연속 순환 전압 전류 측정주기 후에도 각각 1M Na2SO4 및 1M Li2SO4에서 약 92 % 및 89 %의 특정 정전 용량의 유지를 보여주었다. 이 연구는 새로운 하이브리드 슈퍼 커패시터를 개발하기 위한 기초 데이터를 제공하며 비대칭 슈퍼 커패시터의 양극으로 사용될 수 있음을 시사한다.

본 연구에서는 녹말(starch)과 poly(acrylonitrile) (PAN)으로 이루어진 가지형 공중합체 기반의 슈퍼 캐퍼시터용 전해질막을 손쉽게 제조하는 방법을 제시하였다. 가지형 공중합체(starch-g-PAN)는 세륨 이온에 의해 개시된 자유 라디칼 중합을 통해 합성되었다. 실온에서 어떠한 유기용매 없이 Starch-g-PAN 고분자를 이온성 액체, 1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide (EMIM DCA)에 용해하였으며 1시간 동안 100°C의 고온을 가해줌으로써 손쉽게 고분자 막을 만들었다. 제조된 막은 유연하여 플렉서블 고체 슈퍼 캐퍼시터의 전해질에 적용되었다. Starch-g-PAN 기반의 고분자 전해질막을 사용한 슈퍼 캐퍼시터는 0.5 A/g의 전류 밀도에서 약 21 F/g의 정전용량을 가졌으며 10,000 사이클 동안 86%의 유지율을 보이며 높은 주기 안정성을 보였다. 본 연구를 통해 starch-g-PAN 기반의 고분자 전해질막이 우수한 성능을 가진 플렉서블 고체 슈퍼 캐퍼시터에 응용될 수 있음을 확인하였다.