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.

본 연구에서는 탄소 나노재료 중 환원된 그래핀 옥사이드와 전도성 고분자중 폴리아닐린을 복합화 하여 슈퍼커패시터용 전극을 제조하였으며, 각각의 전극 재료가 가지는 단점을 서로 보완하고 장점을 극대화시킴으로써 전극의 전기화학적 특성을 크게 향상 시킬 수 있었다. 전극 물질에 사용된 폴리아닐린은 아닐린 단량체를 화학 중합법으로 제조하였고, 환원된 그래핀 옥사이드는 별도의 전 처리 과정 없이 사용 하였으며, DMF(N,N-dimethyl formamide)를 용매로 도입하여 분산용액을 제조하였다. 분산용액은 금이 코팅된PET(Polyethylene terephthalate) 기판위에 산업적 스케일로 적용이 가능한 스프레이 코팅 방법을 이용하여 전극으로 제조하였다. 환원된 그래핀 옥사이드/폴리아닐린 복합재료를 기반으로 제조된 전극의 전기화학적 특성을 비교하기 위하여 환원된 그래핀 옥사이드와 폴리아닐린 단일 전극을 제조하였으며, 동일 한 조건하에서 순환전압전류법, 임피던스 분광법, 정전류 충·방전법을 통하여 각각의 전극이 나타내는 전기 화학적 특성을 비교·분석 하였다. 그 결과로, 환원된 그래핀 옥사이드/폴리아닐린 복합재료를 기반으로 제조된 전극은 폴리아닐린, 환원된 그래핀 옥사 단일 전극에 비하여 전기 용량 값이 높게 나타났으며, 전해질 계면과의 내부 저항은 폴리아닐린, 환원된 그래핀 옥사이드 단일 전극에 비하여 각각 24 %, 58 % 감소하는 결과를 나타내었다. 이러한 결과로 미루어보아 본 연구를 통하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드/폴리 아닐린 복합재료 기반의 전극은 유연성 에너지 저장 매체나 웨어러블 전자기기에 적용이 가능할 것으로 판단된다.

The demand for energy storage devices capable of operating at high temperatures is increasing. In order to operate at high temperatures, a device must have excellent thermal stability and no risk of explosion. Ionic liquids are electrolytes that satisfy the above conditions, and studies on improving their performance have attracted great interest. Here, we report the results of a study on the fabrication of a supercapacitor that has a composite electrolyte prepared by dispersing fumed silica in an ionic liquid. The fumed silica filler exhibits improved ionic conductivity and lower interfacial resistance. In particular, the silica nanoparticles with diameters of 10 nm exhibit better electrochemical properties than fillers of other diameters and have excellent device performance of 33 times higher than the pristine ionic liquid at high temperatures. This study can be used to improve the electrolytes of electrochemical devices, such as the next generation battery or lithium ion battery.

Sulphonated polysulphone (SPS) has been synthesized and subsequently applied as binder for graphene oxide (GO)-based electrodes for development of electrochemical supercapacitors. Electrochemical performance of the electrode was investigated using cyclic voltammetry in 1M Na2SO4 and 1M KOH solution. The fabricated supercapacitors gave a specific capacitance of 161.6 and 216.8 F/g with 215.4 W/kg and 450 W/kg of power density, in 1M Na2SO4 and 1M KOH solutions, respectively. This suggests that KOH is a better electrolyte than Na2SO4 for studying the electrochemical behavior of electroactive material, and also suggests SPS is a good binder for fabrication of a GO based electrode.

Nitrogen-doped microporous carbons were prepared using a polyvinylidene fluoridemelamine mixture. The electrochemical performance of the nitrogen-doped microporous carbons after being subjected to different carbonization conditions was investigated. The nitrogen to carbon ratio and specificsurface area decreased with an increase in the carbon-ization temperature. However, the maximum specificcapacitance of 208 F/g was obtained at a carbonization temperature of 800°C because it produced the highest microporosity.

Porous carbon materials synthesized from various plant derived precursors i.e. seeds of [Castor (Ricinus communis), Soap nut (Sapindus sp.), Cashew-nut (Semecarpus anacardium), Jack fruit (Artocarpus heterophyllus), Safflower (Carthamus tinctorius), Ambadi (Crotolaria juncea), Neem (Azadirachta indica), Bitter Almond (Prunus amygdalus), Sesamum (Sisamum indicum), Date-palm (Phoenix dactylifera),Canola (Brassica napus), Sunflower (Helianthus annulus)] and fibrous materials from [Corn stem- (Zea mays), Rice straw (Oryza sativa), Bamboo (Bombax bambusa) and Coconut fibers (Cocos nucifera)] were screened to make supercapacitor in 5M KOH solution. Carbon material obtained from Jack fruit seeds (92.0 F/g), Rice straw (83.0 F/g), Soap nut seeds (54.0 F/g), Castor seeds (44.34 F/g) and Bamboo (40.0 F/g) gave high capacitance value as compared to others. The magnitude of capacitance value was found to be inversely proportional to the scan rate of measurement. It is suggested that carbon material should possess large surface area and small pore size to get better value of capacitor. Moreover, the structure of carbon materials should be such that majority of pores are in the plane parallel to the plane of electrode and surface is fluffy like cotton ball.

The best Ppy weight ratio was 7 wt% and the optimal electrode composition ratio was 78 : 17 : 5 wt.% of (MSP-20 : BP-20 =1 : 1), (Super P : Ppy =10 : 7) and P(VdF-co-HFP). Implantation of Ppy as the conducting agents have led to superior electrochemical characteristics because of the low of internal resistance and faradaic capacitance. The result of unit cell with Ppy 7 wt% were as follows: 28.02 Fig of specific capacitance, 1.34 Ω of DC-ESR and 0.36 Ω of AC-ESR. Unit cell showed a good stability up to 200 charge-discharge cycles, retaining 82% of their original capacity at 200 cycles. From the analysis of impedance, the electrodes with Ppy 7 wt% showed low ESR, low charge transfer resistance and quick reaction rate. It was inferred that quick charge-discharge was possible. As compared with the specific capacitance (rectangular shape) of CV, it was also concluded that the specific capacitance originated from thecompound phenomena of the faradaic capacitance by oxidation and reduction of Ppy and the non-faradaic capacitance by adsorption-desorption of activated carbon.

In the electrode fabrication of unit cell, it was ascertained that electrochemical characteristics were greatly increased with 90 wt.% of BP-20, 5 wt.% of Super P and 5 wt.% of mixed binder [P(VdF-co-HFP) : PVP =7 : 3] The self-discharge of unit cell showed that diffusion process was controlled by the ion concentration difference of initial electrolyte due to the characteristics of Electric Double Layer Capacitor (EDLC) charged by ion adsorption in the beginning, but this by current leakage through the double-layer at the electrode/electrolyte interface had a minor effect and voltages of curves were remained constant regardless of electrode material. The electrochemical characteristics of 2.3 V/3,000 F grade EDLC were as follows: 0.35 m of DC-ESR (100 A discharge), 0.14 mof AC-ESR (AC amplitude 100 mV), 2.80 Wh/kg (3.73 Wh/L) of energy density and 4.64 kW /kg (6.19 kW/L) of power density. Power output was compatible with electric vehicle applications, uninterrupted power supply and engine starter, in due consideration of Ragone relations.

In the electrode fabrication of unit cell, we found that optimal the electrochemical characteristics were obtained with at 90 wt.% of activated carbon(BP-20), 5 wt.% of conducting agent(Ppy, Super P) and 5 wt.% of P(VdF-co-HFP)/PVP mixed binder. The electrochemical characteristics of unit cell with Ppy improver were as follows : 37.6 F/g of specific capacitance, 0.98 Ω of AC-ESR, 2.92 Wh/kg and 6.05 Wh/L of energy density, and 754 W/kg and 1,562 W/L of power density. It was confirmed that internal resistance were reduced due to the increase of electrical conductivity and filling density by the introduction of conductivity agent, and content of conducting agent was suitable in the range of 4~6 wt.%. According to the impedance measurement of the electrode with conductivity agent, we found that it was possible to charge rapidly by the fast steady-state current convergence due to low equivalent series resistance(AC-ESR), fast charge transfer rate at interface between electrode and electrolyte, and low RC time constant.

The electrodes were fabricated by compounding the commercial activated carbons and additives of conducting polymer with PVdF mono binder and PVdF-PVP mixed binders. The best performance of the electrodes fabricated with activated carbon(BP-20) and PVdF-PVP mixed binders showed in 88wt. ％ BP-20. 7wt. ％ conducting polymer and 5wt.％ PVdF-PVP mixed binder. The electrode exhibited excellent electrochemical characteristics having 8.16 W.h/kg of energy density, 34.77 F/g of specific capacitance, 0.67Ω of ESR.

RuO2 박막을 전극으로 하여 Pt/Ti/Si 기판 위에 RuO2 /LiPON/RuO2의 다층 구조로 이루어진 전고상의 박막형 마이크로 슈퍼캐패시터를 제작하였다. 전극용 RuO2박막은 반응성 dc 마그네트론 스퍼터를 이용하여 O2/[Ar+O2]비를 증가시키며 성장시켰고, 비정질 LiPON 고체전해질 박막은 순수한 질소분위기 하에서 rf 스퍼터링으로 성장시켰다. 상온에서의 충-방전 측정을 통해 RuO2 박막의 미세구조에 따라 슈퍼캐패시터의 사이클 특성이 영향을 받는 것을 알 수 있었다. Glancing angle x-ray diffraction(GXRD)과 transmission electron microscopy (TEM) 분석을 통해 산소 유량의 증가가 RuO2박막의 미세 구조의 영향을 주는 것을 알 수 있었고, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 분석을 통해 산소 유량 비의 증가가 Ru과 산소간의 결합에도 영향을 줌을 알 수 있었다. 또한 사이클 후 슈퍼캐패시터의 TEM 및 AES depth profiling 분석을 통해, 충-방전 시 RuO2와 LiPON과의 계면반응에 의해 형성된 계면 층이 사이클 특성에 영향을 줌을 알 수 있었다.

코발트 산화물 박막을 전극으로 하여 Pt/Ti/Si 기판위에 Co3O4/LiPON/Co3O4로 구성된 전고상의 박막형 슈퍼캐패시터를 제작하였다. 각각의 Co3O4박막은 반응성 dc 마그네트론 스퍼터를 이용하여 O2/[Ar+O2] 비를 증가 시키며 성장시켰고, 비정질 LiPON 고체전해질 박막은 순수한 질소분위기 하에서 rf 스퍼터링으로 성장시켰다. 비록 벌크 타입의 슈퍼캐패시터에 비해 낮은 전기용량 (5-25mF/cm2-μm)을 가졌지만, Co3O4/LiPON/Co3O4 구조로 제작된 전고상 박막형 슈퍼캐패시터는 벌크 타입과 비슷한 거동을 나타내었다 0-2V의 전압구간, 50μA/cm2의 전류밀도에서 약 400사이클 까지 안정한 방전용량을 유지함을 관찰할 수 있었다 이러한 전고상 박막형 슈퍼캐패시터의 전기화학적 특성은 O2/[Ar+O2] 비에 의존하는데, 이러한 의존성을 구조적, 전기적 특성 및 표면특성을 분석하여 설명하였다.