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본 연구에서는 titanium nitride (TiN) 나노 섬유와 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOTPSS) 전도성 고분자로 이루어진 전극과 poly(vinyl alcohol) (PVA) 기반 고분자 전해질 분리막을 이용하여 슈퍼 캐퍼시터를 제조하였다. TiN 나노 섬유의 경우 높은 전기 전도도와 이차원적 구조로 인한 스케폴드 효과를 기대할 수 있다는 점에서 전극 물질로 사용되었다. PEDOT-PSS 전도성 고분자는 수소 이온과 산화-환원 반응을 통해 보다 높은 정전용량을 나타낼 수 있으며 용액상에 분산이 용이해 유무기 복합제를 형성하기에 적합하였다. PVA 기반의 고분자 전해질 분리막은 기존의 액상의 전해질의 문제인 외부 충격에 대한 안정성을 확보할 수 있으며 염으로 사용된 H3PO4의 경우 수소 이온은 빠른 확산으로 인해 캐퍼시터의 충방전 효율에 이점이 있다. 본 연구에서 보고된 PEDOT-PSS/TiN 슈퍼캐퍼시터의 정전용량은 약 75 F/g으로 기존의 탄소기반 캐퍼시터에 비해 큰 폭으로 증가한 값이다.
In this study, we reported a solid-state supercapacitor consisting of titanium nitride (TiN) nanofiber and poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT-PSS) conducting polymer electrode and poly(vinyl alcohol) (PVA)-based polymer electrolyte membrane. The TiN nanofiber was selected as electrode materials due to high electron conductivity and 2-dimensional structure which is beneficial for scaffold effect. PEDOT-PSS is suitable for organic/inorganic composites due to good redox reaction with hydrogen ions in electrolyte and good dispersion in solution. By synergetic effect of TiN nanofiber and PEDOT-PSS, the PEDOT-PSS/TiN electrode showed higher surface area than the flat Ti foil substrate. The PVA-based polymer electrolyte membrane could prevent leakage and explosion problem of conventional liquid electrolyte and possess high specific capacitance due to the fast ion diffusion of small H+ ions. The specific capacitance of PEDOT-PSS/TiN supercapacitor reached 75 F/g, which was much higher than that of conventional carbon-based supercapacitors.
Abstract
1. 서 론
2. 실 험
2.1. 시약 및 재료
2.2. TiN 나노 섬유의 제조
2.3. PEDOT-PSS/TiN 전극의 제조
2.4. PVA/H3PO4 고체 전해질 분리막의 제조 및 슈퍼캐퍼시터 조립
2.5. 분석법
3. 결과 및 고찰
4. 결 론
Reference
